JP2013222016A - 焦点検出装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偽合焦を回避しつつ高精度に焦点検出を行うことが可能な焦点検出装置および撮像装置を提供する。
【解決手段】複数のマイクロレンズの各々に対応して当該マイクロレンズの後側に配置された複数の受光素子を有する撮像素子と、第１検出開角および第２検出開角の各々について、複数の受光素子から当該検出開角に対応する一対の受光素子をそれぞれ選択する受光素子選択手段と、第１検出開角および第２検出開角に対応する一対の受光素子の出力から一対の第１信号列および一対の第２信号列を作成する信号列作成手段と、一対の第１信号列および一対の第２信号列を相対的にシフトさせて相関量を演算し、相関量が極小となる第１シフト量および第２シフト量に基づいて光学系の第１デフォーカス量および第２デフォーカス量を演算する演算手段と、第１デフォーカス量および第２デフォーカス量のうち一方を出力する出力手段とを備える焦点検出装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦点検出装置および撮像装置に関する。

光学系の焦点調節状態を検出する方法として、光学系の異なる部分瞳を通過した一対の光束から一対の信号列を作成し、それらの信号列のずれ量を比較する、いわゆる瞳分割型の位相差検出方式が知られている。例えば特許文献１には、複数のマイクロレンズとそれらのマイクロレンズの後側に配列された複数の受光素子とを用いて焦点検出を行う焦点検出装置が記載されている。

特開２００８−３０４８０８号公報

特許文献１に記載の技術による焦点検出には、偽合焦を回避するために焦点検出の精度が低下するという問題があった。

請求項１に係る発明は、被写体像を結像する光学系の所定の焦点面の近傍に配置された複数のマイクロレンズと、複数のマイクロレンズの各々に対応して当該マイクロレンズの後側に配置された複数の受光素子を有する撮像素子と、少なくとも第１検出開角および第１検出開角より大きい第２検出開角の各々について、複数のマイクロレンズの後側にそれぞれ配置された複数の受光素子から、当該検出開角に対応する一対の受光素子をそれぞれ選択する受光素子選択手段と、第１検出開角に対応する一対の受光素子の出力から一対の第１信号列を作成すると共に、第２検出開角に対応する一対の受光素子の出力から一対の第２信号列を作成する信号列作成手段と、一対の第１信号列を相対的にシフトさせ、各々のシフト量について相関量を演算し、相関量が極小となる第１シフト量に基づいて光学系の第１デフォーカス量を演算すると共に、一対の第２信号列を相対的にシフトさせ、各々のシフト量について相関量を演算し、相関量が極小となる第２シフト量に基づいて光学系の第２デフォーカス量を演算する演算手段と、第１デフォーカス量および第２デフォーカス量のうち一方を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする焦点検出装置である。
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、出力手段により出力されたデフォーカス量に基づいて光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、を備えることを特徴とする撮像装置である。

本発明によれば、偽合焦を回避しつつ高精度に焦点検出を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの構成を示す図である。 副撮像素子２２１の構成を模式的に示した図である。 受光素子アレイ２２１ｂの拡大図である。 受光素子群２３１の拡大図である。 副撮像素子２２１と、撮影光学系２１０の射出瞳２３３上の部分瞳Ａ〜Ｅとの関係を示す図である。 副撮像素子２２１と、撮影光学系２１０の射出瞳２３３上の部分瞳Ａ〜Ｅとの関係を示す図である。 検出開角の違いによる信号列およびシフト量の違いを示す図である。 ボディ制御装置２１４により実行される、自動焦点調節処理のフローチャートである。 図８のステップＳ１３０において呼び出されるデフォーカス演算処理のフローチャートである。 図８のステップＳ１３０において呼び出されるデフォーカス演算処理のフローチャートである。 図８のステップＳ１３０において呼び出されるデフォーカス演算処理のフローチャートである。 本発明を適用した一眼レフレックスカメラの構成を示す図である。 副撮像素子２２１の変形例を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係るデジタルカメラの構成を示す図である。デジタルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、周知のマウント構造により交換レンズ２０２がカメラボディ２０３に装着される。

交換レンズ２０２はレンズ制御装置２０６や撮影光学系２１０などを備えている。撮影光学系２１０は、フォーカシングレンズを含む複数のレンズ２０９、絞り２１１などの光学部材から構成される。レンズ制御装置２０６はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、フォーカシングレンズと絞り２１１の駆動制御および状態検出、後述するボディ制御装置２１４との通信によるレンズ情報の送信とボディ情報の受信などを行う。

カメラボディ２０３はボディ制御装置２１４、電子ビューファインダー（ＥＶＦ）ユニット２１６、主撮像素子２２０、副撮像素子２２１、ハーフミラー２２３などを備えている。ハーフミラー２２３は、交換レンズ２０２から到来する光束を反射光束と透過光束とに１：１に分割するペリクルミラーである。ハーフミラー２２３は、反射光束が副撮像素子２２１の方向へ、透過光束が主撮像素子２２０の方向へそれぞれ向かうように配置されている。主撮像素子２２０はハーフミラー２２３を透過した光束を受光する固体撮像素子（例えばＣＭＯＳやＣＣＤなど）であり、撮影光学系２１０の予定結像面（撮像面）に配置される。主撮像素子２２０により撮像された結果は、種々の画像処理が適用され、画像データとして不図示の記憶媒体に記憶される。他方、副撮像素子２２１はハーフミラー２２３を反射した光束を受光する固体撮像素子であり、撮影光学系２１０の他の予定結像面（撮像面）に配置される。

ボディ制御装置２１４はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、主撮像素子２２０および副撮像素子２２１からの画像信号の読み出しと補正、レンズ制御装置２０６との通信（レンズ情報の受信、デフォーカス量などの情報の送信）、交換レンズ２０２の焦点状態（デフォーカス量）の検出、およびカメラ全体の動作制御を行う。ボディ制御装置２１４とレンズ制御装置２０６はマウント部に設けられた電気接点（不図示）を介して通信を行い、レンズ情報、デフォーカス量、絞り情報などの各種情報の授受を行う。

ＥＶＦユニット２１６は、液晶表示素子を有する表示装置であり、主撮像素子２２０による撮像画像を液晶表示素子に表示し、接眼レンズ（不図示）を介して撮影者に視認させる。

主撮像素子２２０は、撮像面に複数の撮像用画素が二次元状に配列されている。撮影光学系２１０を透過してハーフミラー２２３により分割された光束は、主撮像素子２２０の撮像面に被写体像を結像させる。主撮像素子２２０はこの被写体像を光電変換し、ボディ制御装置２１４へ画像信号を出力する。

図２（ａ）は、副撮像素子２２１の構成を模式的に示した斜視図である。副撮像素子２２１は、焦点検出光学系の役割を果たすマイクロレンズアレイ２２１ａと、その後面に配置された受光素子アレイ２２１ｂとを有する。マイクロレンズアレイ２２１ａは、二次元状に配列された複数のマイクロレンズ２３０を有しており、撮影光学系２１０のピントを合わせようとする面、すなわち主撮像素子２２０の撮像面と等価な面（ハーフミラー２２３に対して共役な面）の近傍に配置される。

なお、図２（ａ）ではマイクロレンズ２３０の数を実際よりも少なく示しているが、実際のマイクロレンズ２３０は例えば約１００マイクロメートルのピッチで配列されるので、マイクロレンズアレイ２２１ａが例えば５ｍｍ角の広さであれば、マイクロレンズ２３０の数は非常に大きな数となる。

受光素子アレイ２２１ｂは受光素子（光電変換素子）を複数有している。これら複数の受光素子は、マイクロレンズアレイ２２１ａが有する複数のマイクロレンズ２３０の各々に、それぞれ複数の受光素子が対応するようにグループ分けされている。例えば図２（ａ）では、マイクロレンズ２３０ごとに、受光素子群２３１（二次元状に配列された受光素子のグループ）が配置されている。

図２（ｂ）は、副撮像素子２２１を被写体光の入射方向から見た平面図である。なお図２（ｂ）では、１つのマイクロレンズ２３０に対応する１つの受光素子群２３１が、５行５列に配列された計２５個の受光素子から構成されているが、受光素子群２３１を構成する受光素子の数やその配列は、図２（ｂ）に示すものとは異なっていてもよい。

図１に示す通り、ボディ制御装置２１４は、制御部２１４ａと、合焦判定部２１４ｂと、演算部２１４ｃと、焦点調節部２１４ｄとを有している。制御部２１４ａは、副撮像素子２２１の制御を含む、焦点検出のための種々の制御を行う。合焦判定部２１４ｂは、後述するシフト量の比較等により、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍か否かを判定する。演算部２１４ｃは、後述する焦点検出演算を実行する。焦点調節部２１４ｄは、レンズ制御装置２０６との通信により撮影光学系２１０のフォーカシングレンズを駆動させ、焦点状態を調節する。

（焦点検出の説明）
図３は、受光素子アレイ２２１ｂの拡大図である。受光素子アレイ２２１ｂの撮像面には、水平方向（横方向）にｎ個の受光素子群２３１が配列されている。以下、受光素子アレイ２２１ｂの最上部に並んだ受光素子群２３１のグループ２３２を用いた焦点検出について説明する。以下の説明では、グループ２３２に含まれる個々の受光素子群２３１を特定するため、図３に示すように、受光素子群２３１に対して左から順に１から始まる通し番号を割り振ることとする。なお、他の列を用いた焦点検出や、他の方向（例えば垂直方向）に並んだ受光素子群２３１を用いた焦点検出については、以下の説明と同様にして実現することが可能であるため、説明を省略する。

図４は、受光素子群２３１の拡大図である。以下の説明において、５列に並んだ受光素子の各列を、左から順にａ列、ｂ列、ｃ列、ｄ列、ｅ列と呼ぶこととする。本実施形態のボディ制御装置２１４は、これら５つの列から任意の２つの列を選択し、グループ２３２（図３）に含まれる各受光素子群２３１の各々から、選択した２つの列に対応する受光素子の出力をそれぞれ組み合わせることにより、一対の信号列を作成する。そして、この一対の信号列のずれ量から後述する相関演算により被写体像の像ずれ量を算出し、後述する演算によりデフォーカス量を算出する。

図５（ａ）は、副撮像素子２２１と、撮影光学系２１０の射出瞳２３３上の部分瞳Ａ〜Ｅとの関係を示す断面図であり、制御部２１４ａが焦点検出のためにａ列とｅ列とを選択した状態を示している。各マイクロレンズ２３０下の各受光素子群２３１は、各マイクロレンズ２３０により射出瞳２３３上の部分瞳Ａ〜Ｅに投影される。射出瞳２３３上の各部分瞳Ａ〜Ｅを通過した光束は、各マイクロレンズ２３０を介して各受光素子群２３１へ導かれ、各受光素子はそれぞれに入射した光を光電変換する。

図５（ａ）では、焦点検出のために、図４に示したａ列とｅ列とが選択されている。このとき制御部２１４ａは、各受光素子群２３１のうち、ａ列の受光素子の出力とｅ列の受光素子の出力を用いて、瞳分割型位相差検出方式の焦点検出を行う。ａ列とｅ列を選択したとき、その検出開角θｗ（選択した２つの列にそれぞれ対応する２つの部分瞳が予定焦点面に対して成す角度）は最も大きくなる。以下の説明では、ａ列の受光素子の出力をａ（ｉ）と表記する。ここでｉは、図３において各受光素子群２３１に割り振った通し番号であり、例えば図３において最も左側に位置する受光素子群２３１のａ列の受光素子の出力はａ（１）と表すことができる。同様に、ｂ〜ｅ列の受光素子の出力を、それぞれｂ（ｉ）、ｃ（ｉ）、ｄ（ｉ）、ｅ（ｉ）と表記する。

図５（ｂ）は、ａ列とｅ列を選択したときに実際に使用される受光素子の出力を示す図である。本実施形態において、ａ列の受光素子の出力ａ（ｉ）は、ａ列に存在する５つの受光素子のうち、中央３つの受光素子の出力を加算したものである。３つの受光素子の出力を加算することにより、ノイズの影響を抑制し焦点検出精度を向上させることができる。また、被写体からの光量が少ない場合であっても焦点検出を正しく行うことができる。ｂ〜ｅ列についても同様である。

従って、ａ列とｅ列を選択して焦点検出を行う場合、制御部２１４ａは、図５（ｂ）に網掛けで示した３つの受光素子２３４の出力から、部分瞳Ａを通過した光束に対応する信号列｛ａ（ｑＬ）、ａ（ｑＬ＋１）、ａ（ｑＬ＋２）…、ａ（ｐＬ）｝（以下、｛ａ（ｉ）｝と表記する）を作成し、図５（ｂ）に上記とは異なる網掛けで示した３つの受光素子２３５の出力から、部分瞳Ｅを通過した光束に対応する信号列｛ｅ（ｑＬ）、ｅ（ｑＬ＋１）、ｅ（ｑＬ＋１）、…、ｅ（ｐＬ）｝（以下、｛ｅ（ｉ）｝と表記する）を作成する。つまり、信号列｛ａ（ｉ）｝は、ｑＬ番目からｐＬ番目までの各受光素子群２３１の３つの受光素子２３４の出力を加算した結果を、受光素子群２３１の並び順に並べたものである。同様に信号列｛ｅ（ｉ）｝は、ｑＬ番目からｐＬ番目までの各受光素子群２３１の３つの受光素子２３５の出力を加算した結果を、受光素子群２３１の並び順に並べたものである。演算部２１４ｃはこのようにして作成された一対の信号列｛ａ（ｉ）｝、｛ｅ（ｉ）｝のずれ量から後述する相関演算により被写体像の像ずれ量を算出し、後述する演算によりデフォーカス量を算出する。なお、ｑＬおよびｐＬは、焦点検出を行いたい領域に応じて任意に設定すればよい。

図６（ａ）は、副撮像素子２２１と、撮影光学系２１０の射出瞳２３３上の部分瞳Ａ〜Ｅとの関係を示す断面図であり、制御部２１４ａが焦点検出のためにｂ列とｃ列とを選択した状態を示している。このとき制御部２１４ａは、図６（ｂ）に示した３つの受光素子２３６の出力を加算して信号列｛ｂ（ｉ）｝を作成すると共に、３つの受光素子２３７の出力を加算して信号列｛ｃ（ｉ）｝を作成する。図６（ａ）のように、隣接する２つの部分瞳、つまり隣接する２つの受光素子の列が焦点検出のために選択された場合、その検出開角θｎは最小となり、図５（ａ）のように、両端に位置する２つの部分瞳、つまり受光素子群２３１の両端に位置する２つの受光素子の列が選択された場合、その検出開角θｗは最大となる。

本実施形態の制御部２１４ａは、上述のように、焦点検出に用いる受光素子の列をａ〜ｅ列から選択することにより、焦点状態の検出開角を自在に調節することが可能に構成されている。周期パターンによる偽合焦の発生頻度を下げるには像のずれ量を小さくすればよいので、検出開角を小さくすればよいが、検出開角を小さくするとデフォーカス量の検出精度が低下する。以下、この点について詳述する。

図７は、検出開角の違いによる信号列およびシフト量の違いを示す図である。ある被写体像を副撮像素子２２１により撮像したとき、撮像結果から作成した一対の信号列｛ａ（ｉ）｝、｛ｅ（ｉ）｝を図７（ａ）に示す。このとき、同一の撮像結果から一対の信号列｛ｂ（ｉ）｝、｛ｃ（ｉ）｝を作成すると、図７（ｂ）のような結果が得られる。図７（ａ）および（ｂ）は、横軸が受光素子群２３１の位置（通し番号）を、縦軸が受光素子の出力の大きさをそれぞれ表している。このように、相対的に検出開角が小さい図７（ｂ）のケースでは、検出開角が大きい図７（ａ）のケースに比べて、信号列のずれ量が小さくなる。

制御部２１４ａは、図７（ａ）に示す一対の信号列に対して周知のローパスフィルタおよびハイパスフィルタを適用し、図７（ｃ）のような一対の信号列を得る。演算部２１４ｃはその後、この一対の信号列に対して相関演算を行い、相関量を算出する。例えば、部分瞳ＡとＥに対応する一対の信号列｛ａ（ｉ）｝、｛ｅ（ｉ）｝の相関量Ｃae（Ｎ）は、次式（１）により与えられる。

なお、上式（１）においてＮはシフト量を表し、ｊ−ｉ＝Ｎである。図７（ｃ）に示す一対の信号列に対して、上述の相関量Ｃae（Ｎ）を算出した結果を図７（ｅ）に示す。図７（ｅ）において横軸はシフト量Ｎを、縦軸は当該シフト量に対応する相関量Ｃae（Ｎ）をそれぞれ表している。

他方、図７（ｂ）に示す一対の信号列に対してローパスフィルタおよびハイパスフィルタを適用すると、図７（ｄ）に示す一対の信号列が得られる。演算部２１４ｃはこの一対の信号列に対しても上述したものと同様の相関演算を行い、相関量Ｃbc（Ｎ）を得る。相関量Ｃbc（Ｎ）の算出結果を図７（ｆ）に示す。図７（ｅ）に示した相関量Ｃae（Ｎ）は、シフト量Ｎ＝１３のときに最小となっているが、図７（ｆ）に示した相関量Ｃbc（Ｎ）は、シフト量Ｎ＝３のときに最小となっている。このように、広い検出開角θｗで最小相関量を算出するよりも、狭い検出開角θｎで最小相関量を算出する方が、より少ないシフト量で計算が完了する。換言すれば、より短い計算時間で計算が完了する。偽合焦の起こらない被写体では、フォーカシングレンズがピント面に近づくにつれ（すなわち合焦に近づくにつれ）、このシフト量の差は小さくなり、かつシフト量が０に近づくこととなる。

図８は、ボディ制御装置２１４により実行される、自動焦点調節処理のフローチャートである。この処理は、不図示の記憶媒体に格納された所定の制御プログラムにより実現される処理である。ボディ制御装置２１４は、上記の記憶媒体から制御プログラムを読み込んで実行することにより、この自動焦点調節処理を実行する。なお、同等の機能を電子回路として実現することも可能である。

まずステップＳ１００では、制御部２１４ａが、自動焦点調節（ＡＦ）スイッチがＯＮされているか否かを判定する。ＡＦスイッチがＯＮされていない場合、ステップＳ１００の処理が繰り返し実行される。ＡＦスイッチがＯＮされていた場合には処理はステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、制御部２１４ａが、焦点検出用の副撮像素子２２１の蓄積制御を行う。ステップＳ１２０では制御部２１４ａが、副撮像素子２２１から各受光素子の出力を読み出し、不図示の主記憶領域に記憶させる。

ステップＳ１３０では制御部２１４ａが、後述するデフォーカス演算処理を実行し、ステップＳ１２０で読み出された受光素子出力から１つのデフォーカス量を出力する。ステップＳ１４０では制御部２１４ａが、ステップＳ１３０で出力されたデフォーカス量から、フォーカシングレンズを合焦位置まで移動させるためのレンズ駆動量を演算する。ステップＳ１５０では制御部２１４ａが、撮影光学系２１０が合焦状態か否かを判定する。合焦状態ではなかった場合、処理はステップＳ１６０に進み、焦点調節部２１４ｄはステップＳ１４０で演算されたレンズ駆動量だけフォーカシングレンズが駆動されるよう駆動制御を行う。その後、処理はステップＳ１００に戻る。他方、ステップＳ１５０において合焦状態であった場合には、自動焦点調節処理を終了する。

図９は、図８のステップＳ１３０において呼び出されるデフォーカス演算処理のフローチャートである。まずステップＳ２００では制御部２１４ａが、一対の信号列を作成するための受光素子を２組を選択する。換言すれば、狭い検出開角θｎに対応する一対の受光素子と、より広い検出開角θｗに対応する一対の受光素子とを選択する。例えば本実施形態では、上述したｂ列の３つの受光素子２３６とｃ列の３つの受光素子２３７が狭い検出開角θｎに、ａ列の３つの受光素子２３４とｅ列の３つの受光素子２３５が広い検出開角θｗにそれぞれ対応して選択される。

ステップＳ２１０では制御部２１４ａが、ステップＳ２００で選択された各受光素子の出力に、図７（ｃ）、（ｄ）において説明したハイパスフィルタやローパスフィルタを適用する。ステップＳ２２０では演算部２１４ｃが、広い検出開角θｗに対応する一対の信号列｛ａ（ｉ）｝、｛ｅ（ｉ）｝に対して上式（１）による相関演算を行い、最も相関の高い（最も相関量Ｃae（Ｎ）の低い）シフト量Ｌを算出する。その後、この離散的な相関量Ｃae（Ｎ）から、次式（２）〜（４）により内挿演算を行い、精密なシフト量Ｌａを算出する。なお、次式（２）〜（４）において、シフト量Ｌにおける相関量（相関量の極小値）をＣｏ、シフト量（Ｌ−１）における相関量をＣｒ、シフト量（Ｌ＋１）における相関量をＣｆとする。
ＤＬ＝（Ｃｒ−Ｃｆ）／２ …（２）
ＳＬＰ＝ｍａｘ｛Ｃｆ−Ｃｏ，Ｃｒ−Ｃｏ｝ …（３）
Ｌａ＝Ｌ＋ＤＬ／ＳＬＰ …（４）

演算部２１４ｃはこのようにして算出された精密なシフト量Ｌａに、焦点検出面の位置に応じた補正量（定数）を加え、焦点検出面上での像ずれ量Δｌを算出する。さらに、その像ずれ量Δｌに、検出開角θｗにより定められる係数Ｋｆを乗じることにより、デフォーカス量Ｄｆを算出する。

なお、以下の説明において、ステップＳ２１０で算出された最も相関の高い（最も相関量Ｃae（Ｎ）の低い）シフト量ＬをＬｗ、デフォーカス量ＤｆをＤｆｗと呼ぶ。

ステップＳ２２０では演算部２１４ｃが、狭い検出開角θｎに対応する一対の信号列｛ｂ（ｉ）｝、｛ｃ（ｉ）｝に対してステップＳ２１０と同様の演算を行い、最も相関の高いシフト量Ｌｎおよびデフォーカス量Ｄｆｎを算出する。

ステップＳ２４０では、合焦判定部２１４ｂが、ステップＳ２２０で算出されたシフト量ＬｗとステップＳ２３０で算出されたシフト量Ｌｎが等しいか否か、すなわち、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍か否かを判定する。これら２つのシフト量が等しくないということは、広い検出開角θｗにより検出された像ずれ量と、狭い検出開角θｎにより検出された像ずれ量とがある程度以上隔たっているということを意味する。つまり、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍ではないということであるので、ステップＳ２７０に進み、制御部２１４ａが狭い検出開角θｎの演算結果、すなわちデフォーカス量Ｄｆｎを最終的なデフォーカス量として出力する。

他方、ステップＳ２４０においてシフト量Ｌｗとシフト量Ｌｎが等しいと判定された場合、処理はステップＳ２５０に進む。ステップＳ２５０では合焦判定部２１４ｂが、これら２つのシフト量が−１〜＋１の範囲であるか、つまり、これら２つのシフト量が０または±１であるか否かを判定する。シフト量が０または±１であるということは、撮影光学系２１０の焦点調節状態は合焦状態近傍であるということを意味するので、ステップＳ２６０に進み、制御部２１４ａが広い検出開角θｗの演算結果、すなわちデフォーカス量Ｄｆｗを最終的なデフォーカス量として出力する。逆に、これら２つのシフト量が０または±１でない場合、ステップＳ２７０に進み、制御部２１４ａは狭い検出開角θｎの演算結果、すなわちデフォーカス量Ｄｆｎを最終的なデフォーカス量として出力する。

上述した第１の実施の形態によるデジタルカメラによれば、次の作用効果が得られる。（１）制御部２１４ａは、検出開角θｎおよび検出開角θｎより大きい検出開角θｗの各々について、複数のマイクロレンズ２３０の後側にそれぞれ配置された受光素子群２３１から、当該検出開角に対応する一対の受光素子をそれぞれ選択する。そして、検出開角θｎに対応する一対の受光素子の出力から一対の信号列｛ｂ（ｉ）｝、｛ｃ（ｉ）｝を作成すると共に、検出開角θｗに対応する一対の受光素子の出力から一対の信号列｛ａ（ｉ）｝、｛ｅ（ｉ）｝を作成する。演算部２１４ｃは、一対の信号列｛ｂ（ｉ）｝、｛ｃ（ｉ）｝を相対的にシフトさせ、各々のシフト量について相関量を演算し、相関量が極小となるシフト量Ｌｎに基づいて撮影光学系２１０のデフォーカス量Ｄｆｎを演算すると共に、一対の信号列｛ａ（ｉ）｝、｛ｅ（ｉ）｝を相対的にシフトさせ、各々のシフト量について相関量を演算し、相関量が極小となるシフト量Ｌｗに基づいて撮影光学系２１０のデフォーカス量Ｄｆｗを演算する。制御部２１４ａは、このようにして演算されたデフォーカス量Ｄｆｎおよびデフォーカス量Ｄｆｗのうち一方を出力する。このようにしたので、偽合焦を回避しつつ高精度に焦点検出を行うことができる。

（２）合焦判定部２１４ｂは、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍であるか否かを判定する。制御部２１４ａは、合焦判定部２１４ｂにより撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍であると判定された場合にはデフォーカス量Ｄｆｗを出力し、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍ではないと判定された場合にはデフォーカス量Ｄｆｎを出力する。このようにしたので、デフォーカス量の検出精度向上と偽合焦の発生頻度低減とを両立させることが可能となる。

（３）合焦判定部２１４ｂは、シフト量Ｌｎとシフト量Ｌｗとが異なる場合には、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍ではないと判定し、シフト量Ｌｎとシフト量Ｌｗとが等しい場合には、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍であると判定する。このようにしたので、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍か否かを容易に判別することが可能となる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るデジタルカメラは、第１の実施の形態に係るデジタルカメラ２０１と同様の構成を有するが、ボディ制御装置２１４により実行されるデフォーカス演算処理の内容が、第１の実施の形態とは異なる。以下、第１の実施の形態との違いについて説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同一の箇所については、同一の符号を付し説明を省略する。

図１０は、図８のステップＳ１３０において呼び出されるデフォーカス演算処理のフローチャートである。ステップＳ２００およびＳ２１０については第１の実施の形態（図９）と同様である。ステップＳ３００では、制御部２１４ａが、演算部２１４ｃに対して、第１の検出開角θｎおよび第２の検出開角θｗに関する相関演算および内挿演算、すなわち、図９のステップＳ２２０およびＳ２３０において実行される演算の実行開始を指示する。

本実施形態の演算部２１４ｃは、制御部２１４ａの指示に応じて、第１の検出開角θｎに関する相関演算および内挿演算と、第２の検出開角θｗに関する相関演算および内挿演算とを、ほぼ同時に実行開始する。これら２つの検出開角に関する演算は並行して実行される。また、相関演算は、シフト量０から、シフト量の絶対値が小さい順に実行されていき、相関量が極小となるシフト量が見つかった時点で終了する。前述の通り、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍である場合を除き、狭い検出開角θｎに関する相関演算の方が、広い検出開角θｗに関する相関演算よりも先に完了する。

ステップＳ３１０では、制御部２１４ａが、演算部２１４ｃによる狭い検出開角θｎに関する相関演算および内挿演算が完了したか否かを判定する。制御部２１４ａは演算部２１４ｃによるこれらの演算が完了するまでステップＳ３１０を繰り返し実行し、完了するとステップＳ３２０に進む。ステップＳ３２０では合焦判定部２１４ｂが、演算部２１４ｃによる広い検出開角θｗに関する相関演算および内挿演算が完了したか否かを判定する。なお、本実施形態において、ステップＳ３１０とステップＳ３２０とはほぼ同時に（タイムラグがほぼ０で）実行されるものとする。

広い検出開角θｗに関する演算が完了していない場合とはすなわち、広い検出開角θｗにおけるシフト量Ｌｗの絶対値が狭い検出開角θｎにおけるシフト量Ｌｎの絶対値よりも大きい場合のことである。つまり、検出開角θｗにより検出された像ずれ量と、検出開角θｎにより検出された像ずれ量とがある程度以上隔たっている、換言すれば、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍ではないということである。合焦判定部２１４ｂがこのように判定した場合、ステップＳ３３０に進み、制御部２１４ａは演算部２１４ｃに広い検出開角θｗに関する演算の中断（打ち切り）を指示する。その後、ステップＳ２７０で制御部２１４ａは、狭い検出開角θｎの演算結果、すなわちデフォーカス量Ｄｆｎを出力する。

他方、広い検出開角θｗに関する演算が完了している場合、広い検出開角θｗにおけるシフト量Ｌｗの絶対値が狭い検出開角θｎにおけるシフト量Ｌｎの絶対値と等しい場合のことである。つまり、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍であるということである。合焦判定部２１４ｂがこのように判定した場合、ステップＳ２６０に進み、制御部２１４ａは、広い検出開角θｗの演算結果、すなわちデフォーカス量Ｄｆｗを出力する。

上述した第２の実施の形態によるデジタルカメラによれば、次の作用効果が得られる。（１）演算部２１４ｃは、デフォーカス量Ｄｆｎの演算とデフォーカス量Ｄｆｗの演算とを略同時に開始して並列に実行する。合焦判定部２１４ｂは、デフォーカス量Ｄｆｎの演算がデフォーカス量Ｄｆｗの演算よりも先に完了した場合には、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍ではないと判定し、デフォーカス量Ｄｆｎの演算とデフォーカス量Ｄｆｗの演算とが略同時に完了した場合には、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍であると判定する。このようにしたので、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍か否かを容易に判別することが可能となる。

（２）演算部２１４ｃは、デフォーカス量Ｄｆｎの演算がデフォーカス量Ｄｆｗの演算よりも先に完了した場合には、デフォーカス量Ｄｆｗの演算を打ち切る。このようにしたので、デフォーカス演算を高速に実行することが可能となり、自動焦点調節が高速化される。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係るデジタルカメラは、第２の実施の形態に係るデジタルカメラ２０１と同様の構成を有するが、ボディ制御装置２１４により実行されるデフォーカス演算処理の内容が、第２の実施の形態とは異なる。以下、第２の実施の形態との違いについて説明する。なお、以下の説明において、第２の実施形態と同一の箇所については、同一の符号を付し説明を省略する。

図１１は、図８のステップＳ１３０において呼び出されるデフォーカス演算処理のフローチャートである。ステップＳ２００〜Ｓ３１０については第２の実施の形態（図１０）と同様である。その後、ステップＳ３１０から一定のタイムラグが生じた後、ステップＳ３２０が実行される。ステップＳ３２０では合焦判定部２１４ｂが、演算部２１４ｃによる広い検出開角θｗに関する相関演算および内挿演算が完了したか否かを判定する。広い検出開角θｗに関する演算が完了していない場合については第２の実施の形態と同様である。すなわち、演算部２１４ｃによる広い検出開角θｗに関する演算は中断され、制御部２１４ａは狭い検出開角θｎに対応するデフォーカス量Ｄｆｎを出力する。

他方、広い検出開角θｗに関する演算が完了していた場合には、処理はステップＳ２４０に進む。ここで、本実施形態ではステップＳ３１０とステップＳ３２０との間に一定のタイムラグが生じるため、狭い検出開角θｎに関する演算の時間と広い検出開角θｗに関する演算の時間とが多少異なっていたとしてもステップＳ２４０に進んでしまう。換言すれば、撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍でなくとも、ステップＳ２４０に進んでしまうことがある。そこで本実施形態では、ステップＳ３２０において肯定判定であった場合、ステップＳ２４０において合焦判定部２１４ｂにより更に２つのシフト量ＬｗとＬｎとが等しいか否かが判定されるようにした。シフト量Ｌｗとシフト量Ｌｎとが等しいと言うことは、つまり撮影光学系２１０の焦点調節状態が合焦状態近傍であるということなので、処理はステップＳ２６０に進み、制御部２１４ａは広い検出開角θｗの演算結果、すなわちデフォーカス量Ｄｆｗを出力する。他方、ステップＳ２４０においてシフト量Ｌｗとシフト量Ｌｎとが等しくない場合にはステップＳ２７０に進み、制御部２１４ａは狭い検出開角θｎに対応するデフォーカス量Ｄｆｎを出力する。

上述した第３の実施の形態によるデジタルカメラによれば、２つの判定（ステップＳ３１０とステップＳ３２０）の間にタイムラグが生じてしまう場合であっても、第２の実施の形態と同様の作用効果が得られる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
上述した各実施形態では、カメラボディ２０３が主撮像素子２２０と副撮像素子２２１とを有していた。これを、副撮像素子２２１のみとしてもよい。具体的には、ハーフミラー２２３と副撮像素子２２１とを取り除き、主撮像素子２２０の代わりに副撮像素子２２１が設置されるようにすればよい。そして、ＥＶＦユニット２１６に表示される画像や、不図示の記憶媒体に記憶される画像データを、副撮像素子２２１による撮像の結果から作成されるようにすればよい。

（変形例２）
クイックリターンミラーを備えた、いわゆる一眼レフレックスカメラに本発明を適用することも可能である。例えば図１２に示すように、ハーフミラー２２３をクイックリターンミラー４１２で置き換え、非撮影時にはクイックリターンミラー４１２により反射された被写体光が、ペンタプリズム４１１を介してファインダー部に送られ、撮影者に視認されるようにする。また、クイックリターンミラー４１２の中央付近をハーフミラーとし、その透過光がクイックリターンミラー４１２の後側に設けられたサブミラー４１０により反射されて、カメラボディ４０３の下方に設けられた副撮像素子２２１に入射するように構成する。このように構成し、上述した各実施の形態と同様の制御を行わせることで、本発明を一眼レフレックスカメラに対しても適用することが可能となる。

（変形例３）
マイクロレンズ２３０の配列は、図２に示した形に限定されない。例えば各マイクロレンズ２３０を千鳥配列としてもよい。また、各マイクロレンズ２３０の後側に配置される複数の受光素子は、図２に示したように、受光素子群２３１ごとに隙間を設けた配列としなくてもよい。例えば、複数の受光素子を受光素子アレイ２２１ｂ上に連続して配列することも可能である。

（変形例４）
受光素子群２３１は、必ずしも複数の受光素子が二次元状に配列されたものでなくてもよい。例えば図１３のように、複数の受光素子を一方向に並べて配列したものを受光素子群２３１としてもよい。また、複数のマイクロレンズ２３０は必ずしも二次元状に配列されていなくてもよい。

（変形例５）
上述した各実施の形態では、受光素子群２３１の両端に配置された受光素子に対応する検出開角を広い検出開角θｗとし、隣接する受光素子に対応する検出開角を狭い検出開角θｎとしていた。演算部２１４ｃによりシフト量やデフォーカス量が演算される２つの検出開角は、一方が他方より大きければ、このような検出開角とは異なっていてもよい。例えば、狭い方の検出開角を、撮影光学系２１０の最小Ｆ値に対応する検出開角としてもよい。また、広い方の検出開角を、撮影光学系２１０の開放Ｆ値に対応する検出開角や、撮影時のＦ値（撮影Ｆ値）に対応する検出開角とすることもできる。更に、演算部２１４ｃが、２つより多くの検出開角に関するシフト量やデフォーカス量を演算するようにしてもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

２０１…デジタルカメラ、２０２…交換レンズ、２０３…カメラボディ、２０６…レンズ制御装置、２１０…撮影光学系、２１１…絞り、２１４…ボディ制御装置、２１４ａ…制御部、２１４ｂ…合焦判定部、２１４ｃ…演算部、２１４ｄ…焦点調節部、２２０…主撮像素子、２２１…副撮像素子、２２１ａ…マイクロレンズアレイ、２２１ｂ…受光素子アレイ、２２３…ハーフミラー

Claims (9)

1. 被写体像を結像する光学系の所定の焦点面の近傍に配置された複数のマイクロレンズと、
   前記複数のマイクロレンズの各々に対応して当該マイクロレンズの後側に配置された複数の受光素子を有する撮像素子と、
   少なくとも第１検出開角および前記第１検出開角より大きい第２検出開角の各々について、前記複数のマイクロレンズの後側にそれぞれ配置された前記複数の受光素子から、当該検出開角に対応する一対の受光素子をそれぞれ選択する受光素子選択手段と、
   前記第１検出開角に対応する一対の受光素子の出力から一対の第１信号列を作成すると共に、前記第２検出開角に対応する一対の受光素子の出力から一対の第２信号列を作成する信号列作成手段と、
   前記一対の第１信号列を相対的にシフトさせ、各々のシフト量について相関量を演算し、相関量が極小となる第１シフト量に基づいて前記光学系の第１デフォーカス量を演算すると共に、前記一対の第２信号列を相対的にシフトさせ、各々のシフト量について相関量を演算し、相関量が極小となる第２シフト量に基づいて前記光学系の第２デフォーカス量を演算する演算手段と、
   前記第１デフォーカス量および前記第２デフォーカス量のうち一方を出力する出力手段と、
   を備え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、
   前記光学系の焦点調節状態が合焦状態近傍であるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記出力手段は、前記判定手段により前記光学系の焦点調節状態が合焦状態近傍であると判定された場合には前記第２デフォーカス量を出力し、前記光学系の焦点調節状態が合焦状態近傍ではないと判定された場合には前記第１デフォーカス量を出力す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、
   前記判定手段は、前記第１シフト量と前記第２シフト量とが異なる場合には、前記光学系の焦点調節状態が合焦状態近傍ではないと判定し、前記第１シフト量と前記第２シフト量とが等しい場合には、前記光学系の焦点調節状態が合焦状態近傍であると判定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、
   前記演算手段は、前記第１デフォーカス量の演算と前記第２デフォーカス量の演算とを略同時に開始して並列に実行し、
   前記判定手段は、前記第１デフォーカス量の演算が前記第２デフォーカス量の演算よりも先に完了した場合には、前記光学系の焦点調節状態が合焦状態近傍ではないと判定し、前記第１デフォーカス量の演算と前記第２デフォーカス量の演算とが略同時に完了した場合には、前記光学系の焦点調節状態が合焦状態近傍であると判定することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項４に記載の焦点検出装置において、
   前記演算手段は、前記第１デフォーカス量の演算が前記第２デフォーカス量の演算よりも先に完了した場合には、前記第２デフォーカス量の演算を打ち切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、
   前記第１検出開角は、前記複数の受光素子のうち、隣り合う２つの受光素子の距離に対応する検出開角であることを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記第２検出開角は、前記光学系の開放Ｆ値および撮影Ｆ値の一方に対応する検出開角であることを特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   前記出力手段により出力された前記デフォーカス量に基づいて前記光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
9. 請求項８に記載の撮像装置において、
   前記撮像素子とは異なる主撮像素子と、
   前記光学系からの光束を２つの光束に分岐させ、一方の光束を前記複数のマイクロレンズに、他方の光束を前記主撮像素子にそれぞれ向かわせる分岐手段とを備えることを特徴とする撮像装置。