(57)【要約】【課題】焦点検出に用いる一対の受光部群を適切に選択し、これにより焦点検出精度の向上が可能な焦点検出装置および撮像装置を提供すること。【解決手段】複数のマイクロレンズ１６１ａを二次元状に配列したマイクロレンズアレイ１６１と、前記マイクロレンズに対応して設けられた複数の受光部１６２ａを備え、前記マイクロレンズを介して光学系からの光束を受光する受光素子１６２と、前記光学系のＦ値と前記光学系からの光束の明るさとに基づいて前記複数の受光部の中から一対の受光部群１６２Ｘを選択するとともに、当該受光部群で得られる一対の受光信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段１６３と、を備えたことを特徴とする焦点検出装置。【選択図】  図２
2010048933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズに対応して設けられた複数の受光部を備え、前記マイクロレンズを介して光学系からの光束を受光する受光素子と、
前記光学系のＦ値と前記光学系からの光束の明るさとに基づいて前記複数の受光部の中から一対の受光部群を選択するとともに、当該受光部群で得られる一対の受光信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、を備えたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記焦点検出手段は、前記Ｆ値に応じて前記一対の受光部群の間隔を決定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
前記焦点検出手段は、前記光束の明るさが明るい場合は、暗い場合に比べて前記受光部群に含まれる受光部の数を少なくすることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の焦点検出装置において、
前記焦点検出手段は、前記受光部の出力に応じて前記受光部の選択数を設定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記焦点検出手段は、前記複数の受光部のうち光学系の瞳の中心に対応する位置に対して対称な複数の受光部を前記受光部群として選択することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項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、
前記焦点検出手段は、選択された前記一対の受光信号の相対的なずれ量を前記光学系のデフォーカス量に変換するものであり、前記一対の受光部群の間隔に応じて前記変換する際の変換係数を決定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、焦点検出装置および撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズを二次元状に配列するとともに、各マイクロレンズに対して複数の受光部（光電変換素子）を設け、複数の受光部で得られる受光出力に基づいて結像光学系の異なる領域を通過した光束による像に対応する一対の信号列を生成し、この一対の信号列の位相ずれを検出することによって結像光学系の焦点調節状態を検出する装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の焦点検出装置では、一眼レフデジタルカメラのような撮影レンズの交換が可能な撮像装置に用いられる場合には、次のような問題があった。すなわち、従来の焦点検出装置では、異なる絞り値を有する複数の交換レンズに対応するために、考えられる絞り値のうち最小の絞り値にあわせて設計する必要があった。そのため、焦点検出に用いる一対の受光部群間の間隔である基線長が小さくなり、結果として、焦点検出精度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、焦点検出に用いる一対の受光部群を適切に選択し、これにより焦点検出精度の向上が可能な焦点検出装置および撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。
【０００７】
[１]発明に係る焦点検出装置および撮像装置は、複数のマイクロレンズ（１６１ａ）を二次元状に配列したマイクロレンズアレイ（１６１）と、前記マイクロレンズに対応して設けられた複数の受光部（１６２ａ）を備え、前記マイクロレンズを介して光学系からの光束を受光する受光素子（１６２）と、前記光学系のＦ値と前記光学系からの光束の明るさとに基づいて前記複数の受光部の中から一対の受光部群（１６２Ｘ）を選択するとともに、当該受光部群で得られる一対の受光信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段（１６３）と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
[２]上記発明において、前記焦点検出手段（１６３）は、前記Ｆ値に応じて前記一対の受光部群（１６２Ｘ）の間隔を決定するように構成することができる。
【０００９】
[３]上記発明において、前記焦点検出手段（１６３）は、前記光束の明るさが明るい場合は、暗い場合に比べて前記受光部群（１６２Ｘ）に含まれる受光部（１６２ａ）の数を少なくするように構成することができる。
【００１０】
[４]上記発明において、前記焦点検出手段（１６３）は、前記受光部（１６２ａ）の出力に応じて前記受光部の選択数を設定するように構成することができる。
【００１１】
[５]上記発明において、前記焦点検出手段（１６３）は、前記複数の受光部（１６２ａ）のうち光学系の瞳の中心に対応する位置に対して対称な複数の受光部を前記受光部群（１６２Ｘ）として選択するように構成することができる。
【００１２】
[６]上記発明において、前記焦点検出手段（１６３）は、選択された前記一対の受光信号の相対的なずれ量を前記光学系のデフォーカス量に変換するものであり、前記一対の受光部群（１６２Ｘ）の間隔に応じて前記変換する際の変換係数を決定するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
上記発明によれば、焦点検出に用いる一対の受光部群を適切に選択し、これにより焦点検出精度の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下においては、上記発明をレンズ交換式一眼レフデジタルカメラに適用した実施形態を図面に基づいて説明するが、上記発明は、撮影レンズの焦点調節を行うあらゆる撮像装置やレンズ固定式カメラにも適用することができる。
【００１５】
図１は発明の実施形態に係る一眼レフデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）を示すブロック図であり、上記発明の焦点検出装置および撮像装置に関する構成以外のカメラの一般的構成については、その図示と説明を一部省略する。
【００１６】
本例のカメラ１は、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００を備え、これらカメラボディ１００とレンズ鏡筒２００はマウント部３００により着脱可能に結合されている。本例のカメラ１においては、レンズ鏡筒２００は、撮影目的などに応じて、交換可能となっている。
【００１７】
レンズ鏡筒２００には、フォーカスレンズ２１１やズームレンズ２１２を含む撮影レンズ２１０や絞り装置２２０などからなる撮影光学系が内蔵されている。
【００１８】
フォーカスレンズ２１１は、その光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ２６０によってその位置または移動量が検出されつつレンズ駆動モータ２３０によってその位置が調節される。フォーカスレンズ２１１は、回転筒の回転によってカメラボディ側の端部（至近端）から被写体側の端部（無限端）までの間を光軸Ｌ１方向に移動することができる。ちなみに、エンコーダ２６０で検出されたフォーカスレンズ２１１の位置または移動量の情報は、レンズ制御部２５０を介してレンズ駆動制御部１６５へ送信される。また、レンズ駆動モータ２３０は、後述する焦点検出結果に基づいて演算された駆動量や駆動速度に応じて、レンズ駆動制御部１６５からレンズ制御部２５０を介して受信される駆動信号により駆動する。
【００１９】
絞り装置２２０は、上記撮影光学系を通過して撮像素子１１０に至る光束の光量を制限するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り装置２２０による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された絞り値に応じた信号が、カメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることにより行われる。また、開口径の調節は、カメラボディ１００に設けられた操作部１５０によるマニュアル操作により、設定された絞り値に応じた信号がカメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることによっても行われる。絞り装置２２０の開口径は、図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部２５０で現在の開口径が認識される。
【００２０】
レンズ鏡筒２００にはレンズ制御部２５０が設けられている。レンズ制御部２５０はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、カメラ制御部１７０と電気的に接続され、このカメラ制御部１７０からデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を受信するとともに、カメラ制御部１７０へ、絞り値（Ｆ値）などのレンズ情報を送信する。
【００２１】
一方、カメラボディ１００は、被写体からの光束を撮像素子１１０、ファインダ１３５、測光センサ１３７および焦点検出光学系１６１へ導くためのミラー系１２０を備える。このミラー系１２０は、回転軸１２３を中心にして被写体の観察位置と撮影位置との間で所定角度だけ回転するクイックリターンミラー１２１と、このクイックリターンミラー１２１に軸支されてクイックリターンミラー１２１の回転に合わせて回転するサブミラー１２２とを備える。
【００２２】
図１においては、ミラー系１２０が被写体の観察位置にある状態を実線で示し、被写体の撮影位置にある状態を二点鎖線で示す。ミラー系１２０は、被写体の観察位置にある状態では光軸Ｌ１の光路上に挿入される一方で、被写体の撮影位置にある状態では光軸Ｌ１の光路から退避するように回転する。
【００２３】
クイックリターンミラー１２１はハーフミラーで構成され、被写体の観察位置にある状態では、被写体からの光束（光軸Ｌ１）の一部の光束（光軸Ｌ２，Ｌ３）を当該クイックリターンミラー１２１で反射してファインダ１３５および測光センサ１３７へ導き、一部の光束（光軸Ｌ４）を透過させてサブミラー１２２へ導く。これに対して、サブミラー１２２は全反射ミラーで構成され、クイックリターンミラー１２１を透過した光束（光軸Ｌ４）を焦点検出光学系１６１へ導く。
【００２４】
したがって、ミラー系１２０が観察位置にある場合は、被写体からの光束（光軸Ｌ１）はファインダ１３５、測光センサ１３５および焦点検出光学系１６１へ導かれ、撮影者により被写体が観察されるとともに、露出演算やフォーカスレンズ２１１の焦点調節状態の検出が実行される。そして、撮影者がレリーズボタンを全押しするとミラー系１２０が撮影位置に回転し、被写体からの光束（光軸Ｌ１）は撮像素子１１０へ導かれ、撮影した画像データを図示しないメモリに保存する。
【００２５】
撮像素子１１０は、カメラボディ１００の、被写体からの光束の光軸Ｌ１上であって、撮影レンズ２１０の予定焦点面となる位置に設けられ、その前面にシャッター１１１が設けられている。撮像素子１１０は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤなどで構成することができる。
【００２６】
撮像素子１１０の前面に配置されたシャッター１１１は、操作部１５０に含まれるシャッターボタンを全押しした時（シャッターレリーズ時）に、露出演算結果に基づいて、または撮影者が設定したシャッター秒数だけ開放され、撮像素子１１０を露光する。この撮像素子１１０で光電変換された電気画像信号は、カメラ制御部１７０で画像処理されたのち図示しないメモリに保存される。なお、撮影画像を格納するメモリは内蔵型メモリやカード型メモリなどで構成することができる。
【００２７】
一方、クイックリターンミラー１２１で反射された被写体光からの光束は、撮像素子１１０と光学的に等価な面に配置された焦点板１３１に結像し、ペンタプリズム１３３と接眼レンズ１３４とを介して撮影者の眼球に導かれる。このとき、透過型液晶表示器１３２は、焦点板１３１上の被写体像に焦点検出エリアマークなどを重畳して表示するとともに、被写体像外のエリアにシャッター速度、絞り値、撮影枚数などの撮影に関する情報を表示する。これにより、撮影者は、撮影準備状態において、ファインダ１３５を通して被写体およびその背景ならびに撮影関連情報などを観察することができる。
【００２８】
測光センサ１３７は、二次元カラーＣＣＤイメージセンサなどで構成され、撮影の際の露出値を演算するため、撮影画面を複数の領域に分割して領域ごとの輝度に応じた測光信号を出力する。測光センサ１３７で検出された画像情報はカメラ制御部１７０へ出力され、自動露出制御に用いられる。
【００２９】
操作部１５０は、シャッターレリーズボタンや撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換や、オートフォーカスモードの中でも、ワンショットモード／コンティニュアスモードの切換が行えるようになっている。シャッターレリーズボタンは全押ししたときにシャッターがＯＮされるが、これ以外にも、オートフォーカスモードにおいて当該ボタンを半押しするとフォーカスレンズの合焦動作がＯＮとなり、ボタンを離すとＯＦＦになる。この操作部１５０により設定された各種モードはカメラ制御部１７０へ送信され、当該カメラ制御部１７０によりカメラ１全体の動作が制御される。
【００３０】
カメラボディ１００にはカメラ制御部１７０が設けられている。カメラ制御部１７０はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、マウント部３００に設けられた電気信号接点部によりレンズ制御部２５０と電気的に接続され、このレンズ制御部２５０からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部２５０へデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を送信する。また、カメラ制御部１７０は、上述したように撮像素子１１０から画像情報を読み出すとともに、必要に応じて所定の情報処理を施し、図示しないメモリに出力する。また、カメラ制御部１７０は、撮影画像情報の補正やレンズ鏡筒２００の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。
【００３１】
図１に示す焦点検出光学系１６１、焦点検出センサ１６２、焦点検出演算部１６３およびレンズ駆動量演算部１６４は、位相差検出方式の焦点検出装置を構成し、撮影レンズ２１０の焦点調節状態を表すデフォーカス量を検出する。
【００３２】
本例の焦点検出装置について図２〜図４Ｂを参照しながら説明する。
【００３３】
図２は焦点検出装置の構成を示すブロック図であり、図１に示す焦点検出演算部１６３の構成を処理手順にしたがって詳細に表わしたブロック図である。図３Ａは同じく焦点検出装置の光学的配置を示す図、図３Ｂは焦点検出光学系１６１および焦点検出センサ１６２を示す断面図、図４Ａは焦点検出光学系１６１および焦点検出センサ１６２の配列状態を示す平面図、図４Ｂは一つの焦点検出光学系１６１および焦点検出センサ１６２を拡大して示す平面図である。
【００３４】
焦点検出光学系１６１は、図４Ａに示すように、複数のマイクロレンズ１６１ａを二次元状に稠密に（ハニカム状に）配列したマイクロレンズアレイであり、図３Ａに示すように撮影レンズ２１０の予定焦点面となる位置Ｐ１の近傍に配置されている。以下、マイクロレンズアレイ１６１ともいう。マイクロレンズアレイ１６１は、予定焦点面となる位置Ｐ１に一致させて配置することができる一方で、予定焦点面となる位置Ｐ１からずらして配置することもできる。一致させて配置した場合は、マイクロレンズ１６１ａ間に被写体像のコントラストがあるような場合にその部分が不感帯となるが、ずらして配置することによりそのような不感帯の発生を回避することができる。
【００３５】
焦点検出センサ１６２は、図４Ａに示すように複数の光電変換素子１６２ａを二次元状に稠密に配列した受光素子アレイであり、図３Ｂに示すようにマイクロレンズアレイ１６１の略焦点位置に配置されている。以下、受光素子アレイ１６２ともいう。なお、図３Ｂは各マイクロレンズ１６１ａの中心または中心近傍の光電変換素子１６２ａが受光する光束の広がりを示している。
【００３６】
図４Ａはマイクロレンズアレイ１６１と受光素子アレイ１６２の一部を示す平面図であって、サブミラー１２２側からマイクロレンズアレイ１６１を見た図である。同図において、一部のマイクロレンズ１６１ａの後方にのみ光電変換素子１６２ａを示したが、他のマイクロレンズ１６１ａの後方にも同様にして光電変換素子１６２ａが配置されている。
【００３７】
本例のマイクロレンズ１６１ａは、レンズ面の形状が一点鎖線で示すような円形状マイクロレンズを正六角形に切り出した形状とされており、円形状マイクロレンズと同一機能を有する。そして、マイクロレンズアレイ１６１は、このような正六角形のマクロレンズ１６１ａがハニカム状に配列されたものである。このように正六角形のマイクロレンズ１６１ａをハニカム状に配列することにより、円形状マイクロレンズを配列させた場合に生じるレンズ間の焦点検出の不感帯を回避することができる。同図における上下左右方向は撮像素子１１０で撮像される撮像画面の上下左右方向と一致している。
【００３８】
これに対して、マイクロレンズアレイ１６１の後方に配置される光電変換素子アレイ１６２は、正方形の光電変換素子１６２ａが正方配列されたものである。一つの光電変換素子１６２ａは一つのマイクロレンズ１６１ａより小さく形成され、図４Ｂに拡大して示すように、一つのマイクロレンズ１６１ａを垂直に投影した範囲には複数の光電変換素子１６２ａが含まれている。これらの光電変換素子１６２ａがマイクロレンズ１６１ａに対応して設けられた光電変換素子１６２ａである。なお、マイクロレンズ１６１ａごとの光電変換素子１６２ａの個数および配列は、図４Ｂに示すものに限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００３９】
さて、上述したようにマイクロレンズアレイ１６１は撮影レンズ２１０の予定焦点面となる位置Ｐ１（撮像素子１１０の撮像面と光学的に等価な面）またはその近傍に配置されているので、撮像素子１１０と同じ光学像が投影される。受光素子アレイ１６２には、各マイクロレンズ１６１ａによって撮影レンズ２１０の瞳像が結像され、受光素子アレイ１６２の各光電変換素子１６２ａは瞳の各部分に対応することから、マイクロレンズ１６１ａごとに光電変換素子１６２ａを選択してその出力を合成すれば、光電変換素子１６２ａに対応する絞りで撮影された画像が得られることになる。
【００４０】
本実施形態の焦点検出は以下の手順で行われる。
【００４１】
図２に示す焦点検出演算部１６３のＡ／Ｄコンバータ１６３Ａは、焦点検出センサ（受光素子アレイ）１６２から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、メモリ１６３Ｂに出力する。メモリ１６３Ｂは、このデジタル画像信号を二次元画像生成部１６３Ｃと画像信号抽出部１６３Ｆからの要求に応じて出力する。
【００４２】
このとき、図６に示す焦点検出エリアＡＦＰ（図６に点線で示す。）が選択された場合には、選択された焦点検出エリアに対応する所定範囲に相当するマイクロレンズ１６１ａに対応する光電変換素子１６２ａからの出力だけを読み出す。
【００４３】
図６は、ファインダ１３５から観察される撮影画面１３５Ａを示す図であり、本例では撮影画面１３５Ａ内の任意の位置に焦点検出エリアが設定可能であるものとする。焦点検出エリアは、たとえば、受光素子アレイ１６２の各光電変換素子１６２ａの出力に基づく画像のうち、コントラストの最も高い位置を選択し、当該位置に対応して設定される。そして、図６に点線で示した焦点検出エリアＡＦＰが選択された場合は、この焦点検出エリアＡＦＰを中心にした所定範囲に相当するマイクロレンズ１６１ａに対応する光電変換素子１６２ａからの出力を焦点検出用の信号として読み出す。
【００４４】
なお、焦点検出エリアは、撮影画面１３５Ａ内のうち所定の箇所に複数設定されているものであっても良く、この場合には、液晶表示器１３２が、焦点板１３１上の被写体像に複数の焦点検出エリアの位置を表すマークを重畳することにより表示される。そして、撮影者が操作部１５０を操作することにより所望の焦点検出エリアＡＦＰを選択したり、あるいは、上記と同様に画像のコントラストに基づいて自動的に選択される。
【００４５】
図２に戻り、二次元画像生成部１６３Ｃは、焦点検出位置として選択された焦点検出エリア（たとえば図６のＡＦＰ９）に関する情報をカメラ制御部１７０から受け、この位置を中心とする所定範囲の画像データを抽出して二次元画像を生成する。
【００４６】
この選択領域の切り出し処理に先立って、上述した瞳の共役関係を担保するために撮影レンズ２１０の瞳中心位置を計算する必要がある。これは、通常マイクロレンズアレイ１６１と受光素子アレイ１６２とは独立して製造されたうえで組み立てられることから、どの光電変換素子１６２ａがどのマイクロレンズ１６１ａのどこの位置に相当するかが不確定だからである。また、一眼レフカメラ１ではレンズ鏡筒２００が交換されることが想定されるから、マイクロレンズ１６１ａから見た撮影レンズ２１０の瞳の位置が変化する。このため、撮影レンズ２１０の瞳中心位置と共役関係にある光電変換素子１６２ａの位置をマイクロレンズ１６１ａの中心に決定する。
【００４７】
そして、求められた各マイクロレンズ１６１ａの光軸中心または中心周辺に対応する光電変換素子１６２ａの画像データをメモリ１６３Ｂに格納された画像データから抽出する。
【００４８】
こうして二次元画像生成部１６３で生成される二次元画像は、光電変換素子１６２ａに対応する絞りで撮影された画像となる。たとえば、光電変換素子１６２ａの大きさを３μｍ、マイクロレンズ１６１ａの焦点距離を２００μｍ、マイクロレンズアレイ１６１から瞳までの距離を７０ｍｍとすると、光電変換素子１６２ａの瞳上での大きさは１ｍｍとなり、１ｍｍφの絞りで得られる画像にほぼ等しい二次元画像が生成されることになる。たとえば、撮影レンズ２１０の焦点距離を５０ｍｍとするとＦ値は５０となり、焦点深度が深いパンフォーカスの画像が生成されることになる。
【００４９】
ここで、本例のマイクロレンズアレイ１６１は図４Ａに示すように正六角形のマイクロレンズ１６１ａがハニカム状に配列したものであることから、画像データの配列もハニカム状である。そのため、二次元画像を生成するに際しては等間隔の正方配列の画素配列にそのまま置き換えることはできない。すなわち、マイクロレンズアレイ１６１における各マイクロレンズ１６１ａの中心位置は、偶数列と奇数列とが互い違いに並び、しかも縦の間隔を１としたときに横の間隔が２／√３と異なるからである。このため、本例の二次元画像生成部１６３では、こうしたハニカム配列による画像データを、内挿演算または外挿演算を行うことで等間隔の正方配列に再配置する。
【００５０】
図２の特徴検出部１６３Ｄは、二次元画像生成部１６３で生成されたパンフォーカスの二次元画像を、複数方向について、それぞれ畳み込み積分（コンボリューション  Convolution、一方の関数ｆを平行移動しながら他の関数ｇを重ね足し合わせる二項演算）することによりコントラストを検出し、コントラストの積算値が最も大きい検出方向を選択する。
【００５１】
本例のハニカム状配列のマイクロレンズアレイ１６１において稠密な画像を抽出できる方向は、図４Ａに示す水平方向Ｘ１と、このＸ１方向に対して±６０°（±π／３ｒａｄ）である方向Ｘ２，Ｘ３の３方向であるので、この３方向Ｘ１〜Ｘ３について二次元画像を畳み込み積分することによりコントラストを検出する。ただし、これら３方向Ｘ１〜Ｘ３以外の方向についてコントラストを検出することもできる。
【００５２】
これら３方向Ｘ１〜Ｘ３のコントラスト検出は、二次元画像の畳み込み積分フィルタに微分フィルタを組み込むことにより各方向にコントラストを有する画像のエッジを画像化して検出することができる。図５は本例にて適用する微分フィルタの一例を示す行列式である。図５（Ａ１）〜（Ａ３）は、二次元画像の一次微分フィルタであるソーベルフィルタ（グラディエントフィルタ）を示す行列式であり、それぞれ水平方向Ｘ１、π／３方向Ｘ２、２π／３方向Ｘ３に対するコントラストのエッジ部を検出するフィルタである。これに対し、図５（Ｂ１）〜（Ｂ３）は、二次元画像の二次微分フィルタであるラプラシアンフィルタを示す行列式であり、それぞれ水平方向Ｘ１、π／３方向Ｘ２、２π／３方向Ｘ３に対するコントラストのエッジ部を検出するフィルタである。
【００５３】
図４Ａに示すような本例の３方向Ｘ１〜Ｘ３に対するコントラスト検出では、いずれの微分フィルタをも用いることができる。また、図５（Ａ１）〜（Ａ３）に示す一次微分フィルタは、３つの方向Ｘ１〜Ｘ３の一方向に向かう行列式であることから、３つの方向Ｘ１〜Ｘ３の逆方向に向かう行列式、すなわち図５（Ｃ１）〜（Ｃ３）に示すように行列式の数値の正負を逆にした一次微分フィルタを用いることもできる。
【００５４】
特徴検出部１６３Ｄは、３つの方向Ｘ１〜Ｘ３のそれぞれについて得られたコントラストをそれぞれ積算する。この積算値は、選択された焦点検出エリアＡＦＰを中心とする所定領域内における方向別のコントラスト量を示す値である。そして、３つの方向Ｘ１〜Ｘ３についての積算値を比較し、最も大きいコントラストを示す方向Ｘ１〜Ｘ３を決定する。たとえば、Ｘ１方向のコントラストが最も大きい場合には、選択された焦点検出エリアＡＦＰを中心とする所定領域内における、Ｘ１方向に沿った所定数のデータを抽出する。以下において、焦点検出方向をＸ１として説明する。
【００５５】
焦点検出方向がＸ１に決定されたら、特徴検出部１６３Ｄは、決定された焦点検出方向Ｘ１における各マイクロレンズ１６１ａの光電変換素子１６２ａ（二次元画像を構成する素子）の輝度の差分すなわちコントラストを演算する。二次元画像の輝度値をＶ［ｉ，ｊ］（ｉは光電変換素子１６２ａのＸ２方向に対する行番号、ｊは光電変換素子１６２ａのＸ２方向に対する列番号を示す）とすると、隣接する光電変換素子１６２ａのコントラストＣ［ｉ，ｊ］は、下記式（１）により求めることができる。
【数１】
2010048933.tif 000003
【００５６】
そして、演算されたコントラストＣ［ｉ，ｊ］が相対的に大きいマイクロレンズ１６１ａの中心位置の光電変換素子１６２ａの位置を特徴点として抽出する。なお、特徴抽出は上記式（１）によるもののみ限定されず、コントラストに関する物理量が検出できる方法であればよい。
【００５７】
図２に戻り、領域設定部１６３Ｅは、特徴検出部１６３Ｄで抽出された特徴点のうち焦点検出エリアＡＦＰの中心に近い特徴点を選択し、選択した特徴点を中心に焦点検出領域を設定する。図４Ｂに示すように、Ｘ１方向について抽出された特徴点が２つのマイクロレンズ１６１Ｘに相当する位置である場合は、これを中心にした焦点検出領域ＡＦＡを二点鎖線で示すように設定する。
【００５８】
なお、特徴点が焦点検出エリアＡＦＰの中心から離れた位置に存在する場合でも、特徴点を中心にして焦点検出領域ＡＦＡを設定することができ、こうすることで選択された焦点検出エリアＡＦＰのコントラストに拘わらず、コントラストの高い部分を焦点検出領域ＡＦＡとして設定することができる。
【００５９】
図２の画像信号抽出部１６３Ｆは、領域設定部１６３Ｅにて設定された焦点検出領域ＡＦＡ内のマイクロレンズ１６１ａに対応する複数の光電変換素子１６２ａの出力信号をメモリ１６３Ｂから読み出し、撮影レンズ２１０の異なる瞳領域を通過した対の光束による像のズレ量を示す一対の焦点検出信号列を生成する。
【００６０】
一対の焦点検出信号列を生成するに際し、まず、画像信号抽出部１６３Ｆは、領域設定部１６３Ｅにて設定された焦点検出領域ＡＦＡ内のマイクロレンズ１６１ａに対応する受光素子アレイ１６２を構成する光電変換素子１６２ａのうち、一対の焦点検出信号列を得るための焦点検出用素子群を決定する。焦点検出用素子列は、レンズ鏡筒２００の絞り値、被写体の輝度、および特徴検出部１６３Ｄで決定された焦点検出方向に基づき、決定される。なお、レンズ鏡筒２００の絞り値は、レンズ制御部２５０から取得する。また、被写体の輝度は、各受光素子アレイ１６２の出力を、メモリ１６３Ｂから取得し、各受光素子アレイ１６２の出力に基づいて決定することができる。さらに、焦点検出方向は、特徴検出部１６３Ｄで決定されたものであり、本例では、焦点検出方向をＸ１と決定されたものとする。
【００６１】
図７Ａは、焦点検出用素子群の決定方法を説明するための図であり、具体的には、一つの焦点検出光学系１６１および焦点検出センサ１６２を拡大して示す平面図であって、画像信号抽出部１６３Ｆにより、焦点検出用素子群１６２Ｘが決定されたものの一例を示す図である。以下において、具体的な焦点検出用素子群の決定方法を図７Ａに示す例を用いて説明する。
【００６２】
まず、画像信号抽出部１６３Ｆは、レンズ鏡筒２００の絞り値に応じて、受光素子アレイ１６２のうち、被写体からの光束を検出可能な光電変換素子１６２ａを決定する。たとえば、図７Ａに示す例のように、レンズ鏡筒２００の絞り値がＦ４．０であり、光電変換素子１６２ａのサイズを５μｍ、マイクロレンズ１６１ａの径を６０μｍ、マイクロレンズ１６１ａの焦点距離を１５０μｍとした場合には、受光素子アレイ１６２のうち、被写体からの光束を検出可能な光電変換素子１６２ａは、中心に位置する光電変換素子１６２ａを中心とする３７．５μｍの径の円内に含まれるもののみとなる。ここで、図７Ａにおいては、被写体からの光束を検出可能な光電変換素子１６２ａの存在するエリアを、点線の円Ｒ１で示した。
【００６３】
次いで、画像信号抽出部１６３Ｆは、被写体の輝度に基づき、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数を決定する。図７Ａでは、被写体の輝度に基づき、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数は３に設定された例を示している。また、図７Ａに示すように、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘは、対称なパターンとして形成される。
【００６４】
そして、画像信号抽出部１６３Ｆは、被写体からの光束を検出可能な光電変換素子１６２ａの存在するエリア（すなわち、図７Ａ中、点線の円Ｒ１内のエリア）、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数、および特徴検出部１６３Ｄで決定された焦点検出方向に基づき、被写体からの光束を検出可能な光電変換素子１６２ａ（図７Ａに示す点線で示した円Ｒ１の内側に存在する光電変換素子１６２ａ）のうち、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを決定する。一対の焦点検出用素子群１６２Ｘは、所定の基線長を持って選択され、また、この基線長が焦点検出方向であるＸ１方向と略一致するように選択される必要がある。ここで、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘの間の距離である基線長は、焦点検出精度を高くできるという点より、できる限り大きい方が望ましい。そのため、図７Ａにおいては、同図に示すように、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘが選択されることとなる。
【００６５】
なお、焦点検出用素子群１６２Ｘを決定するに際して、被写体の輝度に応じて、焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数を決定するのは、次の理由による。すなわち、被写体の輝度に関係なく、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数を決定すると、被写体の輝度により焦点検出精度が変化してしまい、たとえば、被写体の輝度が低い場合には、焦点検出精度が低下してしまうこととなる。そのため、本例では、被写体の輝度が低い場合には、受光面積を大きくして感度を稼ぐために、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数を多くし、一方、被写体の輝度が高い場合には、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数を少なくする。
【００６６】
たとえば、被写体の輝度が低い場合には、図７Ｂに示すように、たとえば、各焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数を９とすることができ、この場合には、図７Ａに示す例の３倍の感度を確保することができる。一方、被写体の輝度が高い場合には、図７Ｃに示すように、たとえば、各焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数を１とすればよく、この場合には、図７Ａに示す例の１／３の感度となる。
【００６７】
一方、レンズ鏡筒２００の絞り値がＦ３．５である以外は、図７Ａと同様の条件とした場合には、図７Ｄに示すように、被写体からの光束を検出可能な光電変換素子１６２ａの存在するエリア（図７Ｄ中、点線で示した円Ｒ１の内側のエリア）が、図７Ａの場合と比較して大きくなる。そして、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘの間の距離である基線長は、焦点検出精度を高くできるという点より、できる限り大きい方が望ましいため、図７Ｄにおいては、同図に示すように、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘが選択されることとなる。
【００６８】
同様に、図７Ｅは、レンズ鏡筒２００の絞り値がＦ２．８である以外は、図７Ａと同様の条件とした例であり、図７Ｅに示すように、被写体からの光束を検出可能な光電変換素子１６２ａの存在するエリア（図７Ｅ中、点線で示した円Ｒ１の内側のエリア）が、図７Ａ、図７Ｄの場合と比較してより大きくなる。そのため、図７Ｃにおいては、同図に示すように、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘが選択されることとなる。
【００６９】
また、たとえば、図７Ｅの場合と同様に、レンズ鏡筒２００の絞り値がＦ２．８であり、かつ、被写体の輝度が低い場合には、たとえば、図７Ｆに示すように、焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数を２７とすることにより、図７Ｅの場合の９倍の感度を確保することができる。
【００７０】
なお、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを決定するに際しては、焦点検出方向をＸ１方向とした場合における、レンズ鏡筒２００の絞り値、および被写体の輝度と、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの配列パターンとの関係を予め設定することにより得られる焦点検出用素子群用の配列パターンテーブルを作製しておき、これを用いる方法を採用することが望ましい。このような配列パターンテーブルを用いることにより、レンズ鏡筒２００の絞り値、および被写体の輝度の各情報、さらには、特徴検出部１６３Ｄで決定された焦点検出方向の情報に基づいて、配列パターンテーブルから、これらの情報に対応する一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを決定することができる。なお、このような配列パターンテーブルは、カメラ制御部１７０に記憶される。
【００７１】
そして、画像信号抽出部１６３Ｆは、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの出力信号から、一対の焦点検出用信号列、すなわち、第１信号列｛ａｊ｝と、第２信号列｛ｂｊ｝（ｊは自然数）とを生成し、像ズレ量演算部１６３Ｇへ出力する。ここで、第１信号列｛ａｊ｝、第２信号列｛ｂｊ｝における、ｊは、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの数に応じた自然数である。
【００７２】
一方で、図７Ａ〜図７Ｆに示す例とは異なり、特徴検出部１６３Ｄにより、焦点検出方向が、Ｘ１方向以外の方向、すなわち、Ｘ２方向またはＸ３方向に設定される場合もある。そのため、たとえば、焦点検出方向がＸ２方向に設定された場合には、上述の配列パターンテーブルを、そのまま適用することができないため、以下の方法により、配列パターンテーブルを、マイクロレンズ１６１ａの中心位置を中心として、６０°座標回転させて用いる。
【００７３】
具体的には、まず、上述した焦点検出方向をＸ１方向とした場合と同様にして、レンズ鏡筒２００の絞り値、特徴検出部１６３Ｄで決定された焦点検出方向、および被写体の輝度に基づき、これらの情報に対応する配列パターンテーブルを取得する。次いで、取得した配列パターンテーブルを、マイクロレンズ１６１ａの中心位置を中心として、６０°座標回転させる。
【００７４】
なお、配列パターンテーブルを６０°座標回転させた後において、マイクロレンズ１６１ａの光軸中心位置をｐｍ（ｘｍ，ｙｍ）、光電変換素子１６２ａの、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘのパターンの中心からの相対位置をＰ（ｐ，ｑ）とした場合に、光電変換素子１６２ａの、６０°座標回転させた後の相対位置Ｐｒ（Ｘｒ，Ｙｒ）は、下記式（２）で表すことができる。なお、ｘｍ、ｙｍは、小数点以下の値を有する数値であり、また、ｐ、ｑは整数である。
【数２】
2010048933.tif 000004
【００７５】
ここで、上記式（２）で算出されるＰｒ（Ｘｒ，Ｙｒ）は小数点以下の値を有する数値となるため、Ｘｒ、Ｙｒの整数部分をそれぞれ［Ｘｒ］、［Ｙｒ］と表した場合に、Ｘｒ、Ｙｒの小数部分ｓ、ｔを、それぞれｓ＝Ｘｒ−［Ｘｒ］、ｔ＝Ｙｒ−［Ｙｒ］で求める。
【００７６】
次いで、（［Ｘｒ］、［Ｙｒ］）に相当する光電変換素子１６２ａにおける信号の出力をＯ（ｘｒ，ｙｒ）とすると、（［Ｘｒ］、［Ｙｒ］）に相当する光電変換素子１６２ａの出力Ｏｄは、下記式（３）〜（５）に従って、求めることができる。
【数３】
2010048933.tif 000005
【００７７】
そして、各光電変換素子１６２ａについて、出力Ｏｄを求め、これらの結果を用いて、下記式（６）に示す値を求めることにより、６０°座標回転させた後の
一対の焦点検出用素子群１６２Ｘに基づく、一対の焦点検出用信号列、すなわち、第１信号列｛ａｊ｝と、第２信号列｛ｂｊ｝を求めることができる。
【数４】
2010048933.tif 000006
【００７８】
なお、焦点検出方向がＸ３方向に設定された場合にも、上記と同様にして、第１信号列｛ａｊ｝と、第２信号列｛ｂｊ｝を求めることができる。
【００７９】
図２に戻り、像ズレ量演算部１６３Ｇは、第１信号列｛ａｊ｝と、第２信号列｛ｂｊ｝を用いて像ズレ演算を実行しデフォーカス量を算出する。この演算は、まず第１信号列｛ａｊ｝と第２信号列｛ｂｊ｝から一対の像（信号列）の相関演算値Ｄｋを下記式（７）により求める。
【数５】
2010048933.tif 000007
【００８０】
図８に示すように、最小のＤｋをＤｉとし、これに隣接するＤｋをＤｉ＋１、Ｄｉ−１とする。Ｄｉ＋１とＤｉ−１のなかで値の大きい方を選ぶ。同図に示す例ではＤｉ−１の方が大きいのでＤｉ−１を選ぶ。そして、選んだＤｉ−１とＤｉとを結ぶ直線をＬ１とする。直線Ｌ１の傾きをαとすると、傾きが−αでＤｉ＋１を通る直線をＬ２とする。直線Ｌ１とＬ２との交点を求め、その交点の値Ｙが受光信号の相対的なズレ量に相当する。
【００８１】
そして、相対的なズレ量Ｙを、実際のズレ量Ｄ（焦点までの距離）に換算するために、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する光電変換素子１６２ａの基線長に応じた係数Ｋを用いて、下記式（８）により、算出することができる。
【数６】
2010048933.tif 000008
なお、基線長に応じた係数Ｋは、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを構成する各光電変換素子１６２ａのそれぞれについて、光軸中心からのモーメントの総和を計算することにより求めることができる。
【００８２】
そして、図２に戻り、レンズ駆動量演算部１６４は、デフォーカス演算部１６３から送られてきた実際のズレ量Ｄに基づいて、当該実際のズレ量Ｄをゼロにするためのレンズ駆動量Δｄを演算し、これをレンズ駆動制御部１６５へ出力する。
【００８３】
レンズ駆動制御部１６５は、レンズ駆動量演算部１６４から送られてきたレンズ駆動量Δｄを取り込みながら、レンズ駆動モータ２３０へ駆動指令を送出し、レンズ駆動量Δｄだけフォーカスレンズ２１１を駆動する。
【００８４】
以上のとおり、本例のカメラ１においては、レンズ鏡筒２００の絞り値、および被写体の輝度に基づき、一対の焦点検出用素子群１６２Ｘを決定し、これに基づいて焦点検出を行うので、優れた焦点検出精度を実現することができる。
【００８５】
以上説明した実施形態は、上記発明の理解を容易にするために記載されたものであって、上記発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、上記発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００８６】
なお、上述の実施形態においては、マイクロレンズ１６１ａを正六角形のものとし、これらをハニカム状に配列する例を示したが、円形のマイクロレンズを用い、これらを正方配列したものとしてもよい。
【００８７】
また、本例では撮像素子１１０とは別に二次元センサである焦点検出センサ１６２を設けたが、これに代えて撮像素子１１０の一部にマイクロレンズ１６１ａと光電変換素子１６２ａを同様の構成で設け、これにより上記の手順で焦点検出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】発明の実施形態に係る一眼レフデジタルカメラを示すブロック図である。
【図２】図１に示すカメラの焦点検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】図１に示すカメラの焦点検出装置の光学的配置を示す図である。
【図３Ｂ】図１に示すカメラの焦点検出光学系および焦点検出センサを示す断面図である。
【図４Ａ】図１に示すカメラの焦点検出光学系および焦点検出センサの配列状態を示す平面図である。
【図４Ｂ】図１に示すカメラの一つの焦点検出光学系および焦点検出センサを拡大して示す平面図である。
【図５】図１に示すカメラの焦点検出装置で用いられる微分フィルタの一例を示す行列式である。
【図６】図１に示すカメラのファインダで観察される撮影画面を示す図である。
【図７Ａ】図１に示すカメラの焦点検出装置において、焦点検出用素子群の決定方法を説明するための図である。
【図７Ｂ】図１に示すカメラの焦点検出装置において、焦点検出用素子群の決定方法を説明するための図である。
【図７Ｃ】図１に示すカメラの焦点検出装置において、焦点検出用素子群の決定方法を説明するための図である。
【図７Ｄ】図１に示すカメラの焦点検出装置において、焦点検出用素子群の決定方法を説明するための図である。
【図７Ｅ】図１に示すカメラの焦点検出装置において、焦点検出用素子群の決定方法を説明するための図である。
【図７Ｆ】図１に示すカメラの焦点検出装置において、焦点検出用素子群の決定方法を説明するための図である。
【図８】図１に示すカメラの焦点検出装置において、ズレ量Ｄを算出する方法を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００８９】
１…一眼レフデジタルカメラ
１００…カメラボディ
１１０…撮像素子
１６１…焦点検出光学系（マイクロレンズアレイ）
１６１ａ…マイクロレンズ
１６２…焦点検出センサ（受光素子アレイ）
１６２ａ…光電変換素子
１６２Ｘ…焦点検出用素子群
１６３…焦点検出演算部
１６３Ｃ…二次元画像生成部
１６３Ｄ…特徴抽出部
１６３Ｅ…領域設定部
１６３Ｆ…画像信号抽出部
１６３Ｇ…像ズレ量演算部
１６３Ｈ…デフォーカス量演算部
１６４…レンズ駆動量演算部
２００…レンズ鏡筒
２１０…撮影レンズ
２１１…フォーカスレンズ
【図１】
2010048933.tif 000009
【図２】
2010048933.tif 000010
【図３Ａ】
2010048933.tif 000011
【図３Ｂ】
2010048933.tif 000012
【図４Ａ】
2010048933.tif 000013
【図４Ｂ】
2010048933.tif 000014
【図５】
2010048933.tif 000015
【図６】
2010048933.tif 000016
【図７Ａ】
2010048933.tif 000017
【図７Ｂ】
2010048933.tif 000018
【図７Ｃ】
2010048933.tif 000019
【図７Ｄ】
2010048933.tif 000020
【図７Ｅ】
2010048933.tif 000021
【図７Ｆ】
2010048933.tif 000022
【図８】
2010048933.tif 000023