JP2013122494A - 焦点検出装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】焦点検出点の数を適切に増やすこと。
【解決手段】焦点検出装置は、焦点検出用の画素列を含む撮像兼焦点検出用撮像素子２１２を有し、該撮像素子２１２が撮影光学系２１０を通して撮像した出力信号であって焦点検出用の画素列からの信号を用いて一対の像の位相差情報を演算し、該位相差情報に基づいて撮影光学系による焦点調節状態を検出する第１の焦点検出手段１０８と、第１の焦点検出手段１０８とは別に設けられており、撮影光学系の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差情報に基づいて、撮影光学系による焦点調節状態を検出する第２の焦点検出手段１０９と、を有し、第２の焦点検出手段１０９は、撮影画面内の所定領域に対応する一対の焦点検出用光束に基づく位相差情報を取得し、第１の焦点検出手段１０８は、撮影画面内の所定領域とは異なる領域に対応する位置に存在する、撮像素子２１２上の焦点検出用の画素列からの信号を用いて位相差情報を演算することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、焦点検出装置およびカメラに関する。

焦点検出用の複数の画素（画素列）を有する撮像兼焦点検出用撮像素子が撮影光学系を通して撮像した出力信号のうち、焦点検出用画素列からの信号を用いて演算した一対の像の位相差（いわゆる像ズレ）に基づいて、上記撮影光学系による焦点調節状態を検出する第１の焦点検出装置と、第１の焦点検出装置と別に、上記撮影光学系の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差に基づいて、上記撮影光学系による焦点調節状態を検出する第２の焦点検出装置と、を備えるカメラが知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−２３３０３２号公報

撮影画面内のより多くの位置で焦点検出を行いたい場合、焦点検出位置を単純に増やすだけでは以下の問題が生じてしまう。すなわち、第１の焦点検出装置において撮影画面内に多数の焦点検出点を設けると、撮影画像を得るための補間処理が増えてしまう。一方、第２の焦点検出装置において撮影画面内に多数の焦点検出点を設けると、装置の大型化を招いてしまう。

（１）本発明による焦点検出装置は、焦点検出用の画素列を含む撮像兼焦点検出用撮像素子を有し、該撮像素子が撮影光学系を通して撮像した出力信号であって焦点検出用の画素列からの信号を用いて一対の像の位相差情報を演算し、該位相差情報に基づいて撮影光学系による焦点調節状態を検出する第１の焦点検出手段と、第１の焦点検出手段とは別に設けられており、撮影光学系の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差情報に基づいて、撮影光学系による焦点調節状態を検出する第２の焦点検出手段と、を有し、第２の焦点検出手段は、撮影画面内の所定領域に対応する一対の焦点検出用光束に基づく位相差情報を取得し、第１の焦点検出手段は、撮影画面内の所定領域とは異なる領域に対応する位置に存在する、撮像素子上の焦点検出用の画素列からの信号を用いて位相差情報を演算することを特徴とする。
（２）請求項９に記載の発明によるカメラは、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、入射された光束を折り曲げる光学部材と、撮影光学系を通過した光束の光路上の第１位置と光路外の第２位置との間で光学部材を移動させる光学部材移動機構と、第１の焦点検出手段が焦点調節状態を検出する場合および撮影時は光学部材を第２位置外へ移動させて光束を第１の焦点検出手段へ導き、第２の焦点検出手段が焦点調節状態を検出する場合は光学部材を第１位置へ移動させて光束を第２の焦点検出手段へ導くように光学部材移動機構を制御する駆動制御手段と、第１の焦点検出手段または第２の焦点検出手段によって検出された焦点調節状態に基づいて、撮影光学系を合焦させるための光学系駆動信号を発する合焦制御手段と、を備えることを特徴とする。
（３）請求項１１に記載の発明によるカメラは、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、入射された光束を折り曲げるとともに透過させる半透過性の光学部材と、撮影光学系を通過した光束の光路上の第１位置と光路外の第２位置との間で光学部材を移動させる光学部材移動機構と、第１の焦点検出手段および第２の焦点検出手段の少なくとも一方が焦点調節状態を検出する場合は光学部材を第１位置へ移動させて光束を第１の焦点検出手段および第２の焦点検出手段の双方へ導き、撮影時は光学部材を第２位置へ移動させて光束を第１の焦点検出手段のみへ導くように光学部材移動機構を制御する駆動制御手段と、第１の焦点検出手段または第２の焦点検出手段によって検出された焦点調節状態に基づいて、撮影光学系を合焦させるための光学系駆動信号を発する合焦制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、位相差方式の焦点検出装置の焦点検出点を適切に増やすことができる。

本発明の第一の実施形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。 本発明の第一の実施形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。 電子カメラの外観を例示する図である。 電子カメラの構成を説明するブロック図である。 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。 撮像用画素のみを拡大した断面図である。 焦点検出用画素のみを拡大した断面図である。 撮像素子ＡＦによる瞳分割型位相差検出方法を説明する図である。 専用ＡＦ素子を用いて焦点検出する際の測距エリアを示す図である。 撮像素子を用いて焦点検出する際の測距エリアを示す図である。 専用ＡＦ素子による測距エリア群と、撮像素子による測距エリア群を重ね合わせた図である。 本発明の第二の実施形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。 専用ＡＦ素子を用いて焦点検出する際の測距エリアを示す図である。 撮像素子を用いて焦点検出する際の測距エリアを示す図である。 専用ＡＦ素子による測距エリア群と、撮像素子による測距エリア群を重ね合わせた図である。 専用ＡＦ素子を用いて焦点検出する際の測距エリアを示す図である。 撮像素子を用いて焦点検出する際の測距エリアを示す図である。 専用ＡＦ素子による測距エリア群と、撮像素子による測距エリア群を重ね合わせた図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１および図２は、本発明の第一の実施形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。図１および図２において、カメラ本体２０１に対して着脱可能に構成される撮影レンズ鏡筒２０２が装着されている。

被写体からの光は、撮影レンズ鏡筒２０２の撮影光学系２１０および絞り２１１を介してカメラ本体２０１へ入射される。カメラ本体２０１に入射した被写体光は、レリーズ前は図１に例示したミラーダウン状態にある半透過のクイックリターンミラー（以下メインミラーと呼ぶ）２０３で上方のファインダー部へ向けて折り曲げられ、拡散スクリーン２０６に結像する。また、メインミラー２０３を透過した被写体光の一部はサブミラー２０４で下方へ反射され、焦点検出用光束として専用ＡＦ（オートフォーカス）素子２０７へ入射される。専用ＡＦ素子２０７は、撮影光学系２１０による焦点調節状態を検出する焦点検出処理（公知の瞳分割方式のＡＦ処理）において用いられるものである。

拡散スクリーン２０６に結像した被写体光はさらに、ペンタプリズム２０８へ入射される。ペンタプリズム２０８は、入射された被写体光を接眼光学系２０９へ導く。撮影者は、ファインダー接眼窓４１（図３）から接眼光学系２０９を通してファインダーによる被写体像を観察する。

レリーズ後は、図２に例示したミラーアップ位置へメインミラー２０３が回動し、被写体光はメカニカルシャッター２０５を介して撮像素子２１２へ導かれ、その撮像面上に被写体像を結像する。撮像素子２１２は、画素に対応する複数の光電変換素子を備えたＣＭＯＳイメージセンサなどによって構成される。撮像素子２１２は、撮像面上に結像されている被写体像を撮像し、被写体像の明るさに応じた光電変換信号を出力する。なお、撮像素子２１２の撮像面側に光学ローパスフィルター２１３が設けられている。

レンズ駆動機構２１４は、撮影光学系２１０を構成するフォーカス調節レンズを光軸方向に進退駆動する。フォーカス調節レンズの駆動方向および駆動量は、カメラ本体２０１側から指示される。なお、図を簡単にするため、撮影光学系２１０を単レンズとして表している。

図１のミラーダウン状態は、撮影者が接眼光学系２０９を介して被写体像を観察できるようにする撮影準備状態である。この状態で焦点検出を行う場合、電子カメラは専用ＡＦ素子２０７を用いて焦点検出を行う（専用素子ＡＦと呼ぶ）。

図２のミラーアップ状態は、撮影時と同様に被写体光が全て撮像素子２１２へ導かれる。この状態で焦点検出を行う場合、電子カメラは撮像素子２１２からの出力信号に基づいて焦点検出を行う（撮像素子ＡＦと呼ぶ）。

図３は、電子カメラの外観を例示する図である。図３において、電子カメラの上面に、メインスイッチＳＷ１と、レリーズボタンＳＷ２と、白黒液晶モニター３１とを有する。電子カメラの背面に、左選択スイッチＳＷ６と、右選択スイッチＳＷ７と、上選択スイッチＳＷ８と、下選択スイッチＳＷ９と、確定スイッチＳＷ１０と、コマンドダイアル４５と、切替レバー５１と、カラー液晶モニター６１と、ファインダー接眼窓４１とを有する。

電子カメラは、専用素子ＡＦを行うか、あるいは撮像素子ＡＦを行うかを切替レバー５１の設定状態に応じて決定する。たとえば、切替レバー５１が左のポジションに切り替えられている場合、専用素子ＡＦをミラーダウン時に行う。撮影者は、光学ファインダーを通して被写体像を観察しながらフレーミングを行う。

一方、切替レバー５１が右のポジションに切り替えられている場合、電子カメラは、撮像素子ＡＦをミラーアップ時に行う。撮影者は、光学ファインダーではなくカラー液晶モニター６１に映し出されるライブビュー画像を観察しながらフレーミングを行う。

図４は、上述した電子カメラの構成を説明するブロック図である。電子カメラは、マイクロコンピュータ１０１によって制御される。メインスイッチＳＷ１は、電子カメラの電源オン／オフをそれぞれ指示する操作信号を出力する。レリーズスイッチ（ＳＷ２）は、レリーズボタンＳＷ２の押下操作に連動して撮影開始を指示する信号を出力する。

取消しスイッチＳＷ３は、操作取消しを示す操作信号を出力する。モードスイッチＳＷ４は、電子カメラの動作モード、すなわち、撮影モードおよび再生モード等を切替えるための操作信号をそれぞれ出力する。

左選択スイッチＳＷ６、右選択スイッチＳＷ７、上選択スイッチＳＷ８、および下選択スイッチＳＷ９は、それぞれ選択方向を示す操作信号を出力する。確定スイッチＳＷ１０は、操作確定を示す操作信号を出力する。スイッチＳＷ１３およびスイッチＳＷ１４は、コマンドダイアル４５の回転操作に応じて操作信号を出力する。

レンズ鏡筒２０２はレンズ鏡筒内ＣＰＵを含み、マイクロコンピュータ１０１との間で通信を行う。レンズ鏡筒内ＣＰＵは、マイクロコンピュータ１０１からの指示に応じてレンズ駆動機構２１４（図１、図２）を駆動制御し、上記フォーカス調節レンズ（２１０）を進退移動させる。

撮像処理回路１０７は、撮像素子２１２から出力される画像データに対して所定の画像処理を行う。画像処理は、γ変換処理やホワイトバランス調整処理などを含む。

撮像素子ＡＦ回路１０８は、撮像素子２１２の所定画素からの出力信号に基づいて像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことにより、いわゆる瞳分割型位相差検出方式（マイクロレンズ方式）で一対の像の像ズレ量を検出する。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることにより、予定焦点面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）を算出する。そして、該デフォーカス量に応じて上記フォーカス調節レンズの移動方向および移動量を演算する。像ズレ検出演算処理の詳細については後述する。

専用素子ＡＦ回路１０９は、専用ＡＦ素子２０７からの出力信号に基づいて像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことにより、撮影光学系２１０の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の像ズレ量を検出する。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることにより、予定焦点面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）を算出する。そして、該デフォーカス量に応じて上記フォーカス調節レンズの移動方向および移動量を演算する。像ズレ検出演算処理の詳細については後述する。

測光装置１０２は、撮影光学系２１０を通過した被写体光を受光して測光演算を行う。ドライバ回路１０３は、マイクロコンピュータ１０１からの指令に応じてメカニカルシャッター２０５を駆動する。ドライバ回路１０４は、マイクロコンピュータ１０１からの指令に応じて絞り機構２１４を駆動する。絞り機構２１４が不図示の絞り駆動レバーを動かすと、レンズ鏡筒２０２側の絞り２１１の口径が変化する。ドライバ回路１０５は、マイクロコンピュータ１０１からの指令に応じてミラー機構２１５を駆動する。ミラー機構２１５は、メインミラー２０３およびサブミラー２０４をアップ駆動またはダウン駆動する。

外部インタフェース１１３は、電子カメラ内のデータをパソコンや別の電子カメラなどの外部機器へ出力（送信）したり、外部機器からのデータを入力（受信）したりするインターフェース回路である。外部インタフェース１１３の例として、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、IEEE1394などがある。

表示制御部１１０は、マイクロコンピュータ１０１からの指令によりカラー液晶モニター６１に対する駆動信号を生成する。カラー液晶モニター６１は、画像や操作メニューなどを表示する。表示制御部１１１は、マイクロコンピュータ１０１からの指令により白黒液晶モニター３１に対する駆動信号を生成する。白黒液晶モニター３１は、コマ数や撮影条件などの撮影情報を表示する。

メモリカード１１９は、カードコネクター１１７を介して電子カメラに着脱される記録媒体である。メモリカード１１９には画像データや音声データが記録される。ドライバ回路１０６は、マイクロコンピュータ１０１からの指令に応じて測距エリア照射装置１１５を駆動制御する。測距エリア照射装置１１５は、専用素子ＡＦ時および撮像素子ＡＦ時における必要な場合に、測距補助光を発して被写体を照明する。

画像記憶メモリ１２１は、上述した画像処理、後述する圧縮処理および伸長処理の際に一時的に画像データを格納する。圧縮／伸長回路１２３は、たとえば、ＪＰＥＧなど所定の方式で画像データを圧縮処理したり、圧縮された画像データを伸長処理したりする。メモリ１２５は、マイクロコンピュータ１０１の作業領域として利用される。タイマー１２７は、マイクロコンピュータ１０１によって指定された時間を計時し、タイムアップ信号を出力する。電池１２９は、電子カメラ内の各部に電力を供給する。

＜撮像素子ＡＦ処理＞
撮像素子ＡＦ回路１０８で行うＡＦ（自動焦点調節）処理について詳細に説明する。本実施形態の撮像素子２１２は、フォーカス検出用の画素（焦点検出用画素と呼ぶ）を有する。この撮像素子２１２は、特開２００７−２７９３１２号公報に記載されている撮像素子と同様のものである。撮像素子ＡＦ回路１０８は、焦点検出用画素からの画素出力データを用いて位相差検出演算を行うことにより、焦点検出処理を行う。

図５は、撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図である。撮像素子２１２には、撮像用画素３１０が二次元状に配列されている。そして、後述する測距エリアに対応する部分に焦点検出用画素３１１が配列されている。図５の例では、撮像面の略中央に焦点検出用画素列が水平方向に並ぶ。図６は、撮像用画素のみを拡大した断面図であり、図７は、焦点検出用画素のみを拡大した断面図である。

図６において、撮像用画素３１０は、マイクロレンズ１０と撮像用の光電変換部１１を備える。マイクロレンズ１０は光電変換部１１の前方（図６において左側）に配置され、光電変換部１１は撮像素子２１２内の半導体回路基板（不図示）上に形成される。

図７において、焦点検出用画素３１１は、マイクロレンズ１０と焦点検出用の一対の光電変換部１２および光電変換部１３を備える。両光電変換部１２、１３は、それぞれがマイクロレンズ１０の中央に対して対称に配置される。マイクロレンズ１０は光電変換部１２、１３ の前方（図７において左側）に配置され、光電変換部１２、１３は撮像用画素３１０の光電変換部１１と同一の半導体回路基板上に形成される。なお、上記マイクロレンズ１０は、撮影光学系２１０の焦点面近傍に配置される。

図８は、撮像素子ＡＦによる瞳分割型位相差検出方法を説明する図であり、焦点検出用画素３１１の一部（マイクロレンズ５０、６０ と二対の光電変換部５２・５３、６２・６３）を図示したものである。射出瞳９０は、撮影光学系２１０の焦点面位置に配置されたマイクロレンズ５０、６０から前方（図８において左側）の距離ｄ４に投影される射出瞳である。距離ｄ４は、マイクロレンズ１０（５０、６０）の曲率、屈折率、およびマイクロレンズ１０（５０、６０）と光電変換部１２、１３との間の距離などに応じて決まる距離であり、測距瞳距離と呼ぶ。

光軸９１は、撮影光学系２１０の光軸である。測距瞳９２は、マイクロレンズ５０、６０および光電変換部５２、６２ に対応する測距瞳であり、測距瞳９３は、マイクロレンズ５０、６０および光電変換部５３、６３に対応する測距瞳である。一対の測距瞳領域９２、９３を通過した二対の焦点検出用被写体光束７２・７３、８２・８３は、それぞれマイクロレンズ５０、６０を介して二対の光電変換部５２・５３、６２・６３に到達する。図８では、光軸９１上にある焦点検出用画素３１１(マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２・５３）と、光軸９１外にある焦点検出用画素３１１（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２・６３）を模式的に例示しているが、その他の焦点検出用画素３１１においても一対の測距瞳から各マイクロレンズに到来する焦点検出用光束を一対の光電変換部でそれぞれ受光する。なお、焦点検出用画素３１１の配列方向（図５において水平方向）は、一対の測距瞳の分割方向（図８において上下方向）と一致させる。

上述した構成を有することにより、焦点検出用画素は、特開２００７−２７９３１２号公報に記載されるように、それぞれ瞳分割された光束が入射されることになる。具体的には、光電変換部１２、１３には、それぞれマイクロレンズ１０の片半面を通過した光束のみが受光される。たとえば、光電変換部５２、６２には、測距瞳９２からの光束（Ａ成分と呼ぶ）のみが入射される。一方、光電変換部５３、６３には、測距瞳９３からの光束（Ｂ成分と呼ぶ）のみが入射される。

この結果、Ａ成分の光束が入射される光電変換部５２、６２、…から得られる画素出力（Ａ成分のデータ列）は、撮影光学系２１０の測距瞳９２から入射された光束による像を表し、Ｂ成分の光束が入射される光電変換部５３、６３、…から得られる画素出力（Ｂ成分のデータ列）は、測距瞳９３から入射された光束による像を表す。

Ａ成分による被写体像、およびＢ成分による被写体像からなる一対の被写体像は、撮影光学系２１０が予定焦点面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに近づき、逆に予定焦点面より後ろに被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互いに遠ざかる。予定焦点面において被写体の鮮鋭像を結ぶ合焦状態には、上記一対の像が相対的に一致する。したがって、一対の像の相対位置ズレ量を求めることにより、撮影光学系２１０のフォーカス調節状態、すなわちデフォーカス量が得られる。

撮像素子ＡＦ回路１０８は、Ａ成分のデータ列およびＢ成分のデータ列の相対的な位置関係をずらしながら、２つのデータ列間の像ズレ量（シフト量と呼ぶ）と、Ａ成分のデータ列とＢ成分のデータ列との相関度を演算する。相関値が最小となる（相関値が小さいほど２つのデータ列の相関度が高い）シフト量を求める演算は、公知の位相差検出演算による。

撮像素子ＡＦ回路１０８は、相関値を最小にするシフト量に所定係数を掛けることにより、デフォーカス量を求める。なお、デフォーカス量は測距エリアごとに異なる。また、デフォーカス量の検出精度は、像ズレ量の検出ピッチおよびマイクロレンズ１０の配列ピッチに依存する。撮像素子ＡＦ回路１０８は、デフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）の移動方向および移動量を演算する。

＜専用素子ＡＦ処理＞
専用素子ＡＦ回路１０９で行うＡＦ（自動焦点調節）処理について説明する。本実施形態の専用ＡＦ素子２０７は、特開２００７−２３３０３２号公報に記載されている撮像素子と同様のものである。専用ＡＦ素子２０７は、撮像用画素と焦点検出用画素とが混在する撮像素子２１２と異なり、焦点検出専用のイメージセンサ（ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）を有する。専用ＡＦ素子２０７は、上記イメージセンサ上に結像されている被写体像を撮像し、被写体像の明るさに応じた光電変換信号を専用素子ＡＦ回路１０９へ出力する。

専用ＡＦ素子２０７では、たとえば、上記測距瞳９２に相当する測距瞳からの光束をＡ列のセンサ列に導くように公知の絞り開口が設けられるとともに、上記測距瞳９３に相当する測距瞳からの光束をＢ列のセンサ列に導くように公知の絞り開口が設けられる。

これにより、上記それぞれの絞り開口を介して撮影光学系２１０の異なる領域を通して入射された一対のデフォーカス量検出用光束による像が、焦点検出専用のイメージセンサ上の異なる位置で撮像されることとなる。

専用素子ＡＦ回路１０９は、Ａ成分の出力信号およびＢ成分の出力信号の相対的な位置関係をずらしながら、２つの出力信号間の像ズレ量（シフト量と呼ぶ）と、Ａ成分の出力信号とＢ成分の出力信号との相関度を演算する。相関値が最小となるシフト量を求めるのは、撮像素子ＡＦ回路１０８の場合と同様である。

専用素子ＡＦ回路１０９は、相関値を最小にするシフト量に所定係数を掛けることにより、デフォーカス量を求める。デフォーカス量が測距エリアごとに異なる点、デフォーカス量の検出精度が焦点検出専用のイメージセンサによる検出ピッチに依存する点は、撮像素子ＡＦの場合と同様である。専用素子ＡＦ回路１０９は、デフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）の移動方向および移動量を演算する。

＜測距エリアの配置＞
撮影光学系２１０の焦点面に設定する測距エリア（焦点検出位置）について、図９−図１１を参照して説明する。図９は、専用ＡＦ素子２０７を用いて焦点検出する際の測距エリア（専用ＡＦ素子２０７に含まれるイメージセンサが像をサンプリングする領域）を示す図であり、測距エリアに対応する位置を撮影画面１００上に表したものである。

図９において、１５個の測距エリアからなる測距エリア群７１が示されている。専用素子ＡＦ回路１０９は、１５個の測距エリアのそれぞれについてデフォーカス量を算出し得る。各測距エリアの長さ、幅とサンプリングピッチは、イメージセンサを構成する光電変換部のサイズ・配列長・配列ピッチ、および不図示の再結像レンズ（専用ＡＦ素子２０７内の上記絞り開口を通過した光束をイメージセンサ上に投影する光学系）の投影倍率によって決まる。

図１０は、撮像素子２１２を用いて焦点検出する際の測距エリア（撮像面内で焦点検出用画素３１１が像をサンプリングする領域）を示す図である。図１０において、撮像面の中央を挟んで左右に、それぞれ１０個の測距エリアからなる測距エリア群８１、８２が示されている。撮像素子ＡＦ回路１０８は、１０＋１０＝２０個の測距エリアのそれぞれについてデフォーカス量を算出し得る。各測距エリアの長さ・幅およびサンプリングピッチは、マイクロレンズ１０のサイズ・配列長・配列ピッチによって決まる。

図１１は、専用ＡＦ素子２０７による測距エリア群７１と、撮像素子２１２による測距エリア群８１、８２とを重ね合わせた図である。本実施形態では、専用ＡＦ素子２０７による測距エリア群７１を撮影画面中央寄りに配置し、撮像素子２１２による測距エリア群８１、８２を撮影画面中央から離して配置することにより、測距エリア群７１と測距エリア群８１、８２とが重複しない。

専用ＡＦ素子２０７による測距エリア群７１を撮影画面中央寄りにする（撮影光学系２１０の光軸に近づける）ことは、専用ＡＦ素子２０７や、該専用ＡＦ素子２０７へ被写体光束を導くサブミラー２０４を小型化する上で好適である。また、撮像素子２１２の撮像面の中央を挟んで左右にそれぞれ測距エリア群８１、８２を設けたので、専用ＡＦ素子２０７による焦点検出では困難な撮影画面の周辺においてデフォーカス量が得られる。

以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電子カメラの焦点検出装置は、焦点検出用の画素列を含む撮像兼焦点検出用撮像素子２１２を有し、該撮像素子２１２が撮影光学系２１０を通して撮像した出力信号であって焦点検出用の画素列からの信号を用いて一対の像の位相差情報を演算し、該位相差情報に基づいて撮影光学系２１０による焦点調節状態を検出する撮像素子ＡＦ回路１０８と、撮像素子ＡＦ回路１０８とは別に設けられており、撮影光学系２１０の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差情報に基づいて、撮影光学系２１０による焦点調節状態を検出する専用素子ＡＦ回路１０９と、を有し、専用素子ＡＦ回路１０９は、撮影画面内の所定領域に対応する一対の焦点検出用光束に基づく位相差情報を取得し、撮像素子ＡＦ回路１０８は、撮影画面内の所定領域とは異なる領域に対応する位置に存在する、撮像素子２１２上の焦点検出用の画素列からの信号を用いて位相差情報を演算するようにした。これにより、位相差方式の焦点検出装置の焦点検出点を適切に増やすことができる。また、焦点検出点の全てについて専用素子ＡＦ回路１０９で検出する場合に比べて小型化に有利である。一方で、焦点検出点の全てについて撮像素子ＡＦ回路１０８で検出する場合に比べて補間処理を軽減することができる。ここで、補間処理とは、撮像素子２１２上の焦点検出用の画素３１１の位置では撮像用画素３１０による画像情報が得られないので、焦点検出用の画素３１１の周囲の撮像用画素３１０からの出力信号を用いて当該画素位置における画像情報を算出するための補間処理である。

（２）専用素子ＡＦ回路１０９の検出対象領域である所定領域は、撮影画面における略中央を含む領域としたので、撮影画面における周辺部の領域を検出対象にする場合に比べて、サブミラー２０４や専用ＡＦ素子２０７などの小型化に有利である。

（３）上記（２）の場合の撮像素子ＡＦ回路１０８は、撮影画面における所定領域の外側に対応する撮像素子２１２の焦点検出用の画素列からの信号を用いて位相差情報を演算するようにしたので、専用素子ＡＦ回路１０９が検出対象としない周辺部について位相差情報が得られる。具体的には、撮影画面の略中央を挟んで左右にそれぞれ測距エリア群８１、８２を設けたので、専用素子ＡＦ回路２０９による焦点検出では困難な撮影画面の周辺から位相差情報が得られるようになる。

（４）マイクロコンピュータ−１０１は、切替レバー５１からの操作信号に応じて、撮像素子ＡＦ回路１０８または専用素子ＡＦ回路１０９を選ぶようにしたので、ユーザーが意図する領域で位相差情報を得ることができる。

（変形例１）
上述した説明では、マイクロコンピュータ１０１が切替レバー５１の設定状態に応じて専用素子ＡＦを行うか、あるいは撮像素子ＡＦを行うかを決定するようにした。専用素子ＡＦを行う場合は、測距エリア群７１に含まれる１５個の測距エリアの少なくとも１つを用いて焦点検出を行う。撮像素子ＡＦを行う場合は、測距エリア群８１および８２に含まれる２０個の測距エリアの少なくとも１つを用いて焦点検出を行う。この代わりに、指示された測距エリアに応じて専用素子ＡＦを行うか、あるいは撮像素子ＡＦを行うかを決定する構成にしてもよい。

変形例１のマイクロコンピュータ１０１は、たとえば、拡散スクリーン２０６に重ねて配設されている不図示の透過型液晶表示装置により、専用ＡＦ素子２０７の測距エリア（１５箇所）と、撮像素子２１２による測距エリア（２０箇所）とをそれぞれ表示させる。撮影者は、ミラーダウン状態（図１）においてファインダー接眼窓４１を覗くと、被写体像に重ねて図１１と同様に３５箇所の測距エリアの位置を確認できる。

撮影者が上下左右スイッチＳＷ６〜ＳＷ９を操作すると、マイクロコンピュータ１０１は、入力された操作信号に応じた測距エリアを１つ選んで強調表示するように表示制御部１１０へ指示を送る。マイクロコンピュータ１０１は、強調表示した測距エリアを撮影者により選択された測距エリアとする。

マイクロコンピュータ１０１は、選択した測距エリアが上記専用ＡＦ素子２０７による測距エリア群７１に含まれる場合、ミラーダウン状態を維持して専用素子ＡＦ回路１０９にＡＦ処理を行わせる。一方、選択した測距エリアが上記撮像素子２１２による測距エリア群８１または８２に含まれる場合、自動的にミラーアップさせた上で撮像素子ＡＦ回路１０８にＡＦ処理を行わせる。

変形例１によれば、指示された測距エリアに応じて適切に専用素子ＡＦと撮像素子ＡＦとの自動切替を行うことができる。

（変形例２）
＜連写時の追尾動作＞
撮影動作を連続して繰返す連写撮影においては、被写体の動き（光軸方向の動き、および左右上下方向の動きを含む）に連動して焦点調節対象を追跡し、ＡＦ処理を連続して行う、公知の追尾制御をする。追尾制御する場合のマイクロコンピュータ１０１は、連写中のミラーダウン時は専用素子ＡＦ回路１０９にＡＦ処理を行わせ、連写中のミラーアップ時は撮像素子ＡＦ回路１０８にＡＦ処理を行わせる。

変形例２によれば、連写時のミラーダウン状態で専用ＡＦ素子２０７で得た測距情報が得られ、連写時のミラーアップ状態では撮像素子２１２で得た測距情報が得られるので、両者を複合して追尾制御することで、ミラーアップ／ダウンの状態にかかわらず切れ目なく測距情報が得られる。これにより、移動する被写体に対し適切にピント合わせを行える。

（第二の実施形態）
図１２は、本発明の第二の実施形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。第一の実施形態とは、専用ＡＦ素子２０７Ａを有する点と、サブミラー２０４Ａが半透過ミラーによって構成される点と、撮像素子２１２Ａに形成される焦点検出用画素の位置（すなわち撮像素子２１２Ａによる測距エリア）とが異なる。

図１２において、カメラ本体２０１に入射した被写体光のうち、レリーズ前にミラーダウン状態にある半透過のメインミラー２０３およびサブミラー２０４Ａをそれぞれ透過した成分がメカニカルシャッター２０５を介して撮像素子２１２Ａへ導かれる。また、メインミラー２０３を透過してサブミラー２０４Ａで反射された成分が専用ＡＦ素子２０７Ａへ導かれる。これにより、ミラーダウン状態において、撮像素子ＡＦおよび専用素子ＡＦの双方を行うことができる。

＜測距エリアの配置＞
第二の実施形態において設定する測距エリアについて、図１３−図１５を参照して説明する。図１３は、専用ＡＦ素子２０７Ａを用いて焦点検出する際の測距エリア（専用ＡＦ素子２０７Ａに含まれるイメージセンサが像をサンプリングする領域）を示す図であり、測距エリアに対応する位置を撮影画面１００Ａ上に表したものである。

図１３において、１３個の測距エリアからなる測距エリア群７１Ａが示されている。専用素子ＡＦ回路１０９は、１３個の測距エリアのそれぞれについてデフォーカス量を算出し得る。

図１４は、撮像素子２１２Ａを用いて焦点検出する際の測距エリア（撮像面内で焦点検出用画素３１１が像をサンプリングする領域）を示す図である。図１４において、撮像面の中央寄りに、８個の測距エリアからなる測距エリア群８１Ａが示されている。撮像素子ＡＦ回路１０８は、８個の測距エリアのそれぞれについてデフォーカス量を算出し得る。

図１５は、専用ＡＦ素子２０７Ａによる測距エリア群７１Ａと、撮像素子２１２Ａによる測距エリア群８１Ａとを重ね合わせた図である。本実施形態では、専用ＡＦ素子２０７Ａによる測距エリア群７１Ａと、撮像素子２１２Ａによる測距エリア群８１Ａとがそれぞれ撮影画面中央寄りに、かつ測距エリア群７１Ａおよび８１Ａが重複しないように、高密度で配設される。

ミラーダウン状態で行う撮像素子ＡＦによる測距エリア群８１Ａを撮影画面中央寄りにする（撮影光学系２１０の光軸に近づける）ことは、撮像素子２１２Ａへ被写体光束を半透過させるメインミラー２０３やサブミラー２０４Ａを小型化する上で好適である。

ミラーダウン状態で撮像素子ＡＦを行う場合、メインミラー２０３とサブミラー１０４Ａを半透過した光束を撮像素子２１２Ａで捉える。これに対し、実際の撮影はミラーアップ状態で行うため、撮像素子２１２Ａには両ミラーを透過しない光束が入射する。このため、測距時と撮影時とでは撮像素子２１２Ａまでの光路長に差が生じる。

本実施形態では、上記光路差に起因する誤差を抑えるため、各ミラー２０３、２０４Ａの厚さと屈折率とを用いてあらかじめ算出した光路差に基づいてオフセット情報を用意しておき、撮像素子ＡＦ回路１０８がデフォーカス量を演算する際に上記オフセット情報を用いて補正を行う。

第二の実施形態では、第一の実施形態と同様に、切替レバー５１の設定状態に応じて専用素子ＡＦを行うか、あるいは撮像素子ＡＦを行うかを決定する。また、変形例１のように、指示された測距エリアに応じて専用素子ＡＦを行うか、あるいは撮像素子ＡＦを行うかを決定してもよい。

以上説明した第二の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）焦点検出装置の撮像素子ＡＦ回路１０８は、撮影画面における所定領域の内側に対応する撮像素子２１２の焦点検出用の画素列からの信号を用いて位相差情報を演算するようにしたので、専用素子ＡＦ回路１０９が検出対象とする領域のさらに内側について位相差情報が得られる。具体的には、専用ＡＦ素子２０７Ａによる測距エリア群７１Ａと、撮像素子２１２Ａによる測距エリア群８１Ａとがそれぞれ撮影画面中央寄りに、かつ測距エリア群７１Ａおよび８１Ａが重複しないように、高密度で配設したことで、多点において適切に位相差情報が得られるようになる。

（２）電子カメラは、入射された光束を折り曲げるとともに透過させる半透過性のミラー２０３、２０４Ａと、撮影光学系２１０を通過した光束の光路上の第１位置（ミラーダウン状態）と光路外の第２位置（ミラーアップ状態）との間でミラー２０３、２０４Ａを移動させるミラー機構２１５と、撮像素子ＡＦ回路１０８、撮像素子２１２および専用素子ＡＦ回路２０９、専用ＡＦ素子２０７の少なくとも一方が焦点調節状態を検出する場合はミラー２０３、２０４Ａを第１位置へ移動させて光束を撮像素子ＡＦ回路１０８、撮像素子２１２および専用素子ＡＦ回路２０９、専用ＡＦ素子２０７の双方へ導き、撮影時はミラー２０３、２０４Ａを第２位置へ移動させて光束を撮像素子ＡＦ回路１０８、撮像素子２１２のみへ導くようにミラー機構２１５を制御するマイクロコンピュータ−１０１と、撮像素子ＡＦ回路１０８、撮像素子２１２または専用素子ＡＦ回路２０９、専用ＡＦ素子２０７によって検出された焦点調節状態に基づいて、撮影光学系２１０を合焦させるための光学系駆動信号を発するマイクロコンピュータ−１０１と、を備えるようにした。これにより、ミラー２０３、２０４Ａが第１位置の状態において、撮像素子ＡＦおよび専用素子ＡＦの双方を行うことができるから、撮影待機状態で多くの検出点において測距が行える。また、全ての検出点について専用素子ＡＦ回路２０９、専用ＡＦ素子２０７で行う場合に比べて、検出点を高密度で配設できるようになる。

（変形例３）
撮影準備状態、すなわちミラーダウン状態において撮像素子ＡＦおよび専用素子ＡＦの双方を行うことは、いわゆるダイナミックＡＦ制御にも好適である。ダイナミックＡＦ制御は、撮影者によって指示された測距エリアについて算出されたデフォーカス量に基づいてフォーカス調節を行い、注目被写体がその測距エリアから外れたと判断した場合には、注目被写体の移動先の新たな測距エリアについて算出されたデフォーカス量に基づいてフォーカス調節を行うＡＦ制御手法である。

この場合のマイクロコンピュータ１０１は、撮像素子ＡＦ回路１０８または専用素子ＡＦ回路１０９においてデフォーカス量の変化から注目被写体がその測距エリアから外れたと判断された場合、もとの測距エリアの周辺に位置する複数の他の測距エリアについてデフォーカス量を算出させる。この場合、図１５に示される専用ＡＦ素子２０７Ａによる測距エリア群７１Ａと、撮像素子２１２Ａによる測距エリア群８１Ａとをそれぞれ使い、複数の測距エリアについて算出した各デフォーカス量に基づいて、これら複数の測距エリアの中から注目被写体が移動したと推測される測距エリアを決定し、そこでの測距制御に切替る。

つまり、専用ＡＦ素子２０７Ａによる測距エリアに決定した場合は専用素子ＡＦ回路１０９にＡＦ処理を行わせ、撮像素子２１２Ａによる測距エリアに決定した場合は撮像素子ＡＦ回路１０８にＡＦ処理を行わせる。変形例３によれば、撮像素子ＡＦおよび専用素子ＡＦを複合してダイナミックＡＦ制御することで、移動する被写体に対し適切にピント合わせを行える。

（変形例４）
ミラーアップ時におけるデフォーカス量の検出に用いる測距エリア数を増やしてもよい。図１６−図１８は、変形例４における測距エリアを説明する図である。図１６は、専用ＡＦ素子２０７Ａを用いて焦点検出する際の測距エリア（専用ＡＦ素子２０７Ａに含まれるイメージセンサが像をサンプリングする領域）を示す図であり、測距エリアに対応する位置を撮影画面１００Ａ上に表したものである。

図１６において、１３個の測距エリアからなる測距エリア群７１Ａが示されている。専用素子ＡＦ回路１０９は、１３個の測距エリアのそれぞれについてデフォーカス量を算出し得る。

図１７は、撮像素子２１２Ｂを用いて焦点検出する際の測距エリア（撮像面内で焦点検出用画素３１１が像をサンプリングする領域）を示す図である。図１７において、撮像面の中央寄りに、８個の測距エリアからなる測距エリア群８１Ａが示されている。また、測距エリア群８１Ａを挟んで左右に、それぞれ１０個の測距エリアからなる測距エリア群８１、８２が示されている。撮像素子ＡＦ回路１０８は、８＋１０＋１０＝２８個の測距エリアのそれぞれについてデフォーカス量を算出し得る。各測距エリアの長さ・幅およびサンプリングピッチは、マイクロレンズ１０のサイズ・配列長・配列ピッチによって決まる。

図１８は、専用ＡＦ素子２０７Ａによる測距エリア群７１Ａと、撮像素子２１２Ｂによる測距エリア群８１Ａ、８１および８２とを重ね合わせた図である。変形例４では、専用ＡＦ素子２０７Ａによる測距エリア群７１Ａと、撮像素子２１２Ｂによる測距エリア群８１Ａ、８１および８２とが重複しないように、高密度で配設される。

ミラーダウン状態で行う撮像素子ＡＦによる測距エリア群８１Ａを撮影画面中央寄りにする（撮影光学系２１０の光軸に近づける）ことは、撮像素子２１２Ａへ被写体光束を透過させるメインミラー２０３やサブミラー２０４Ａを小型化する上で好適である。

一方、撮像素子２１２による測距エリアとして、撮像面の中央を挟んで左右にそれぞれ測距エリア群８１、８２を設けたので、専用ＡＦ素子２０７による焦点検出では困難な撮影画面の周辺からもデフォーカス量が得られる。このため、撮影画面の周辺に位置する被写体を対象に合焦させることができる。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

５１…切替レバー
１０１…マイクロコンピュータ
１０８…撮像素子ＡＦ回路
１０９…専用素子ＡＦ回路
２０１…カメラ本体
２０２…レンズ鏡筒
２０３…メインミラー
２０４…サブミラー
２０５…メカニカルシャッター
２０７…専用ＡＦ素子
２１０…撮影光学系
２１２…撮像素子

Claims (12)

1. 焦点検出用の画素列を含む撮像兼焦点検出用撮像素子を有し、該撮像素子が撮影光学系を通して撮像した出力信号であって前記焦点検出用の画素列からの信号を用いて一対の像の位相差情報を演算し、該位相差情報に基づいて前記撮影光学系による焦点調節状態を検出する第１の焦点検出手段と、
   前記第１の焦点検出手段とは別に設けられており、前記撮影光学系の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差情報に基づいて、前記撮影光学系による焦点調節状態を検出する第２の焦点検出手段と、を有し、
   前記第２の焦点検出手段は、撮影画面内の所定領域に対応する一対の焦点検出用光束に基づく位相差情報を取得し、
   前記第１の焦点検出手段は、前記撮影画面内の前記所定領域とは異なる領域に対応する位置に存在する、前記撮像素子上の前記焦点検出用の画素列からの信号を用いて前記位相差情報を演算することを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記第２の焦点検出手段の検出対象領域である前記所定領域は、前記撮影画面における略中央を含む領域であることを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記第１の焦点検出手段は、前記撮影画面における前記所定領域の外側に対応する前記撮像素子の前記焦点検出用の画素列からの信号を用いて前記位相差情報を演算することを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記第１の焦点検出手段は、前記撮影画面における前記所定領域の内側に対応する前記撮像素子の前記焦点検出用の画素列からの信号を用いて前記位相差情報を演算することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記第１の焦点検出手段は、前記撮影画面における前記所定領域の内側および外側に対応する前記撮像素子の前記焦点検出用の画素列からの信号を用いて前記位相差情報を演算することを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   操作部材からの操作信号に応じて、前記第１の焦点検出手段または前記第２の焦点検出手段を選ぶ選択手段をさらに備えることを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項６に記載の焦点検出装置において、
   前記操作部材は、前記第１の焦点検出手段または前記第２の焦点検出手段を択一的に切替えるための操作信号を発し、
   前記選択手段は、前記操作信号が示す焦点検出手段を選ぶことを特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項６に記載の焦点検出装置において、
   前記第２の焦点検出手段は、前記撮影画面において前記位相差情報を取得し得る第２焦点検出エリアを複数有し、
   前記第１の焦点検出手段は、前記撮像素子の前記焦点検出用の画素列の位置を前記撮影画面に対応させた焦点検出エリアであって、前記位相差情報を取得し得る第１焦点検出エリアを複数有し、
   前記操作部材は、前記複数の第１焦点検出エリアまたは前記複数の第２焦点検出エリアのうち１つの焦点検出エリアを択一的に切替えるための操作信号を発し、
   前記選択手段は、選ばれた焦点検出エリアに対応する焦点検出手段を選ぶことを特徴とする焦点検出装置。
9. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   入射された光束を折り曲げる光学部材と、
   前記撮影光学系を通過した光束の光路上の第１位置と前記光路外の第２位置との間で前記光学部材を移動させる光学部材移動機構と、
   前記第１の焦点検出手段が焦点調節状態を検出する場合および撮影時は前記光学部材を前記第２位置外へ移動させて前記光束を前記第１の焦点検出手段へ導き、前記第２の焦点検出手段が焦点調節状態を検出する場合は前記光学部材を前記第１位置へ移動させて前記光束を前記第２の焦点検出手段へ導くように前記光学部材移動機構を制御する駆動制御手段と、
   前記第１の焦点検出手段または前記第２の焦点検出手段によって検出された焦点調節状態に基づいて、前記撮影光学系を合焦させるための光学系駆動信号を発する合焦制御手段と、
   を備えることを特徴とするカメラ。
10. 請求項９に記載のカメラであって、
    前記駆動制御手段は、前記撮像素子が連続的撮影画像を取得する連続撮影を行う場合には、前記第１位置と前記第２位置との間で前記光学部材を交互に移動せしめ、
    前記合焦制御手段は、前記第１焦点検出手段と前記第２焦点検出手段とにより交互に検出された焦点調節状態に基づいて前記撮影光学系を合焦制御することを特徴とするカメラ。
11. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
    入射された光束を折り曲げるとともに透過させる半透過性の光学部材と、
    前記撮影光学系を通過した光束の光路上の第１位置と前記光路外の第２位置との間で前記光学部材を移動させる光学部材移動機構と、
    前記第１の焦点検出手段および前記第２の焦点検出手段の少なくとも一方が焦点調節状態を検出する場合は前記光学部材を前記第１位置へ移動させて前記光束を前記第１の焦点検出手段および前記第２の焦点検出手段の双方へ導き、撮影時は前記光学部材を前記第２位置へ移動させて前記光束を前記第１の焦点検出手段のみへ導くように前記光学部材移動機構を制御する駆動制御手段と、
    前記第１の焦点検出手段または前記第２の焦点検出手段によって検出された焦点調節状態に基づいて、前記撮影光学系を合焦させるための光学系駆動信号を発する合焦制御手段と、
    を備えることを特徴とするカメラ。
12. 請求項１１に記載のカメラであって、
    前記駆動制御手段は、前記撮影画面内の被写体を連続的に追跡する焦点検出モードが選択されている場合には、前記光学部材を前記第１位置に移動せしめておき、
    前記合焦制御手段は、前記第１焦点検出手段と前記第２焦点検出手段の両方から得られる焦点調節状態に基づいて前記撮影光学系を合焦制御することを特徴とするカメラ。

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