(57)【要約】【課題】撮影範囲の広い領域において、高精度、高速な焦点検出を実現する。【解決手段】再結像光学系における位相差方式焦点検出において、フィールドレンズとＡＦ絞りによる撮影光学系射出瞳の分離方向と直交する方向に受光素子の画素を一対の光電変換部にて構成し、一対の光電変換部に対して１つのマイクロレンズを形成する。このとき一対の光電変換部とＡＦ絞りが結像するように一対の光電変換部間隔、マイクロレンズの光学パワーを設定する。そして、ＡＦ絞りにより撮影光学系の射出瞳を第１の方向に分離し、対の光電変換部により第１の方向と直交する第２の方向に分離し、同時に縦線・横線の位相差方式焦点検出を行う。【選択図】        図１
2006071656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の瞳を分割する第１の瞳分割手段と、
分割された前記瞳を通過した光束をそれぞれ結像する結像手段と、
前記結像手段により形成される像を受光する受光手段と、
前記受光手段により形成される像信号を用いて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段を備えた焦点検出装置において、
前記受光手段は前記第１の瞳分割手段による瞳分割方向とは異なる方向に前記再結像手段の瞳を分割する第２の瞳分割手段を備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の瞳分割手段による瞳分割方向と前記第２の瞳分割手段による瞳分割方向は略直交することを特徴とする焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩カメラなどにおいて撮影光学系の焦点調節に用いられる焦点検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来デジタルカメラなどにおける撮影光学系の焦点検出では撮像素子を利用したコントラスト検出方式の焦点検出が行われており、一般に、このようなコントラスト検出方式の焦点検出においては、撮像光学系の光軸上位置を僅かに移動させながらコントラストの極値を求めていくために、合焦するまでの焦点調節にかなりの時間を要するという問題がある。
【０００３】
そこで、一眼レフカメラなどにおいては位相差方式の焦点検出を用いている。位相差検出方式の焦点検出ではデフォーカス量を求めることができるので、コントラスト検出方式に比して合焦するまでの時間を大幅に短縮することができるという利点がある。
【０００４】
このような焦点検出方法の第１の従来例として、特許文献１では、一対の光電変換部を２次元的に配列したレンズアレイ毎に設け、位相差式の焦点検出を行う方法が提案されている。図２６はこの従来例を示す図で、レンズアレイ１５のレンズ部１７は一対の光電変換部２０、２１を備える。そして、このレンズ部１７と一対の光電変換部２０、２１で撮影光学系１０の射出瞳を分割する、すなわちこの一対の光電変換部２０、２１が撮影光学系の異なる射出瞳領域を通過した光束を受光するよう構成されている。そして、このようなレンズ部１７と一対の光電変換部２０、２１よりなる画素部を２次元平面上に多数個配列した光電変換素子１９を撮影光学系１０の結像面上に配置し、対の光電変化部の像信号をそれぞれ独立に読み出せば、撮影光学系１０の焦点調節状態に応じた位相ズレを検出することが可能となる。
【０００５】
また、第２の従来例として特許文献２では、受光素子をＣＭＯＳセンサで形成し、その際ＣＭＯＳセンサのマイクロレンズをレンズ部１７の代わりに用いた例が開示されている。この例では、ＣＭＯＳセンサを撮像面上に配置し、対の光電変換部における像信号の独立読み出し、加算読み出しを切り替えて行うことで、撮像面上での位相差方式焦点検出と撮像を実現している。
【０００６】
このように２つの従来例においては、上記構造のような光電変換素子を撮影範囲中の焦点検出を行いたい領域に任意配置することによって、撮影範囲中の広い範囲にわたっての焦点検出を行うことが可能になる。そして、位相差方式焦点検出においては、撮影光学系の射出瞳分割方向にコントラスト差を有する被写体についての焦点検出が可能となるため、いわゆる縦線焦点検出が可能となっている。
【０００７】
また、第３の従来例として特許文献３は、再結像光学系を用いたＴＴＬ位相差方式の焦点検出が開示されており、これは一眼レフカメラなどによく使用される方法である。再結像光学系を用いると光路長を長くとることが可能となるため、撮影光束を可動ミラーやハーフミラーなどの光路変換、光路分割手段を撮影光学系と撮影手段の間に配置しることにより、撮影光束に影響を与えないスペース内でのコンパクトなレイアウトが可能となる。
【０００８】
図２７は、この従来例における光学系を説明するために光路をストレートに展開した断面図で、撮影光学系１０６の１次結像面上付近に視野マスク１０１とフィールドレンズ１０２が配置される。さらにその後方には、対の開口部１０３ａ、１０３ｃを有する絞り１０３と対のレンズ部１０４ａ、１０４ｃを有する再結像レンズ１０４が配置され、再結像レンズ１０４によって結像された像が光電変換素子１０５によって受光される。フィールドレンズ１０１は絞り１０３と撮影光学系１０６の射出瞳が結像関係になるよう設定され、したがって、撮影光学系１０６の異なる射出瞳位置を通過した一対の像を光電変換素子１０５によって受光することができる。そして、撮影光学系１０６のデフォーカスに伴い、光電変換素子１０５上に形成される一対の像間隔Ｐが変化し、この像間隔Ｐを検出することで焦点検出を行う。なお、実際のカメラにおいては１次結像面にＣＣＤなどの撮影手段を配置するため、撮影光学系１０６と撮影手段間に可動ミラーやハーフミラーなどの光路変換、光路分割手段を配置し、撮影光束を便宜取り出して焦点検出を行う。
【０００９】
図２８は、視野マスク１０１以降の焦点検出光学系を斜め上方からみた斜視図である。絞り１０３は、２つの対の開口１０３ａ、１０３ｃと１０３ｂ、１０３ｄを有しており、対応する再結像レンズのレンズ部も１０４ａ、１０４ｃと１０４ｂ、１０４ｄの２対となっている。したがって、光電変換素子１０５は撮影光学系１０６の射出瞳を上下方向に分割した一対の像と左右方向に分割した一対の像を受光できる構成となっている。なお、図２７は中央断面図であるためこのうち一対のみが表示されている。
【００１０】
このように、第３の従来例においては、撮影光学系の射出瞳を上下左右方向に分割しているため、縦線焦点検出のみならず、横線焦点検出も可能となっている。
【００１１】
なお、上記従来例においては撮影光学系軸上付近の領域のみ焦点検出を行っているが、第４の従来例として、特許文献４では、撮影光学系軸外の複数の領域における縦横線焦点検出を行う例が開示されている。この例では、フィールドレンズと視野マスクをなくし、代わりに集光性のミラーを使用することで、撮影範囲の広い範囲で焦点検出を可能としている。図２９（Ａ）、（Ｂ）は、撮影範囲に対する焦点検出範囲を示す図で、集光性のミラーにより歪曲が発生しているが、図において、格子の最外形が焦点検出図範囲を示す。図２９（Ａ）は横線焦点検出範囲を、図２９（Ｂ）は縦線焦点検出範囲をそれぞれ示しており、撮影範囲中の広い領域で焦点検出を行うとともに、軸外においても縦横線焦点検出を実現している。
【特許文献１】米国特許第４４１０８０４号明細書
【特許文献２】特開２００１−８３４０７号公報
【特許文献３】特公平７−７４８５５号公報
【特許文献４】特開平１１−２７１６０２号公報
【特許文献５】特開平１０−１５５１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来例においては以下のような問題がある。
【００１３】
第１および第２の従来例においては、一般的に円形状を有する撮影光学系の射出瞳を対の光電変換部で分割するため分割した射出瞳形状は半円形状となる。位相差方式の焦点検出において、分割した対の射出瞳形状それぞれが少なくとも射出瞳分割方向に対称形状でない場合、その射出瞳形状を通過した光束にて形成される像の像（位相）ズレ方向における点像分布も非対称形状となるため、対の像も像ズレ方向に非対称形状となる。特に大きくデフォーカスしている場合、この非対称形状が顕著となるため１回の焦点検出で合焦することができなくなり、合焦するまで複数回の焦点検出が必要となる。
【００１４】
また、第１および第２の従来例では、対の光電変換部が撮影光学系の射出瞳を一方向にしか分割していないので、縦線もしくは横線検出のどちらか一方しか焦点検出することができない。縦横線検出を行うためには、対の光電変換部をさらに異なる方向に分割することが考えられるが、そうした場合、光電変換部の構造が複雑になり、製造が困難である。
【００１５】
また、第１および第２の従来例では、焦点検出用の光電変換素子を１次結像面上に配置しているため、複数の撮影光学系を装着可能な交換レンズシステムを適用したカメラにおいては、撮影光学系ごとに射出瞳位置が変化し、撮影領域の軸外において焦点検出を行うと口径食が発生してしまうため撮影範囲中の焦点検出領域を広げることが困難である。
【００１６】
一方、第３の従来例では再結像光学系を用いることにより縦線・横線焦点検出を可能とし、第４の従来例ではさらに軸外での縦線・横線焦点検出を可能としたが、その第４の従来例においても、広い範囲で縦横線焦点検出を行うためには高価な集光性のミラーが必要となり、また集光性ミラーを使用した場合でも、光学レイアウト上の問題によって横線焦点検出範囲に比べて縦線焦点検出範囲は極めて狭くなっており、広い範囲に渡る縦横線焦点検出を実現できていない。
【００１７】
本発明の目的は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、撮影範囲中の広い範囲で位相差方式による縦線・横線焦点検出行うとともに、１回の焦点検出で合焦に至る早いスピードの焦点検出を実現することである。さらには撮像レンズの射出瞳距離が変化する交換レンズシステムを用いたカメラにおいても上記目的を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による焦点検出装置は、撮影光学系の瞳を分割する第１の瞳分割手段と、分割された前記瞳を通過した光束をそれぞれ結像する結像手段と、前記結像手段により形成される像を受光する受光手段と、前記受光手段により形成される像信号を用いて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段を備えた焦点検出装置において、前記受光手段は前記第１の瞳分割手段による瞳分割方向とは異なる方向に前記再結像手段の瞳を分割する第２の瞳分割手段を備える。そして、前記第１の瞳分割手段による瞳分割方向と前記第２の瞳分割手段による瞳分割方向は略直交する。したがって、撮像レンズの瞳距離が変化する交換レンズシステムを用いたカメラにおいても、撮影範囲中の広い範囲で位相差方式による縦線・横線焦点検出行うとともに、１回の焦点検出で合焦に至る高速な焦点検出を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による焦点検出装置は、撮影光学系の瞳を分割する第１の瞳分割手段と、分割された前記瞳を通過した光束をそれぞれ結像する結像手段と、前記結像手段により形成される像を受光する受光手段と、前記受光手段により形成される像信号を用いて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段を備えた焦点検出装置において、前記受光手段は前記第１の瞳分割手段による瞳分割方向とは異なる方向に前記再結像手段の瞳を分割する第２の瞳分割手段を備える構成とした。そして、前記第１の瞳分割手段による瞳分割方向と前記第２の瞳分割手段による瞳分割方向は略直交する構成とした。したがって、撮像レンズの瞳距離が変化する交換レンズシステムを用いたカメラにおいても、撮影範囲中の広い範囲で位相差方式による縦線・横線焦点検出行うとともに、１回の焦点検出で合焦に至る高速な焦点検出をも実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例】
【００２１】
（第１実施例）
図１は、本発明の焦点検出装置を一眼レフカメラに適用した場合の光学系の断面外略図を示す。図１において、２０１はフォーカス光学系やズーム光学系を含む撮影光学系、Ｌは撮影光学系の光軸、２０１ａは撮影光学系の射出瞳を示し、撮影光学系の１次結像面上付近には撮像素子２０２が配置される。
【００２２】
撮影光学系２０１と撮像素子２０２の間にはメインミラー２０３とサブミラー２０４が配置され、メインミラー２０３により上方へ反射した光束はファインダ装置２０６に導かれる。そして、メインミラー２０３の中央付近は半透過性のハーフミラーで構成され、このハーフミラー部を通過した光束はサブミラー２０４によって下方へ反射され、焦点検出装置２１０に導かれる。メインミラー２０３とサブミラー２０４は回転軸２０３ａ、２０４ａを中心に回転可動に保持される。メインミラー２０３とサブミラー２０４は、ファインダ観察時もしくは焦点検出時には図に示す位置で保持され、一方、撮影時には撮像素子２０２へ撮影光束を導くために回転軸２０３ａ、２０４ａを中心に時計回りに回転移動し、撮影が終了すると再び半時計周りに回転移動して図に示す位置に戻る。いわゆる周知のクイックリターン機構を採用した構成となっている。
【００２３】
撮像素子２０２の手前側には、撮影に不必要な波長成分を除去するＩＲカットフィルタ、モワレ縞などの偽解像を低減するローパスフィルターなどから構成される光学フィルタ２０５が設けられる。
【００２４】
ファインダ装置２０６は、１次結像面と等価な位置に拡散面を有し、拡散面の反対面にフレネル面を有する周知のピントグラス２０７、メインミラー２０３とともに上下左右反転光学系、いわゆる正立プリズム系を形成するペンタダハプリズム２０８、ピントグラス２０７上に形成される被写体像を観察するための接眼光学系２０９からなる。
【００２５】
焦点検出装置２１０は、撮影光学系２０１側から順に、１次結像面等価な位置に配置される視野マスク２１１、フィールドレンズ２１２、光路を折り曲げるための反射ミラー２１３、焦点検出に不必要な波長成分を除去する赤外線カットフィルター２１４、対の開口部を有するＡＦ絞り２１５、対のレンズ部を備える再結像レンズ２１６、対の像を受光する受光素子２１７より構成される。
【００２６】
図２〜図５は焦点検出２１０における主要部材の平面図で、図２〜４は受光素子２１７側から、図５は再結像レンズ２１６側からみた図である。視野マスク２１１は受光素子２１７の受光領域に対応した開口部２１１ａを有し、焦点検出に不必要な光束を遮断する役割を果たす。ＡＦ絞り２１５は対の開口部２１５ａ、２１５ｂを有し、この対の開口部に対応して再結像レンズ２１６には対のレンズ部２１６ａ、２１６ｂが設けられ、光軸Ｌａ、Ｌｂを有する。そして、受光素子２１７は、この対のレンズ部２１６ａ、２１６ｂにより再結像される対の像を光電変換するための対の受光領域２１７ａ、２１７ｂを有している。
【００２７】
ところで、フィールドレンズ２１２は撮影光学系２０１の射出瞳２０１ａとＡＦ絞り２１５、すなわち再結像レンズ２１６の入射瞳を結像関係に保つパワーを有する。つまり、撮影光学系２０１の射出瞳２０１ａにはＡＦ絞り２１５の対の開口部２１５ａ、２１５ｂが逆投影されていることになる。したがって、受光素子２１７上に再結像する対の像は、射出瞳２０１ａ上に投影された対の開口部２１５ａ、２１５ｂのうち片方の開口部を通過した光束で形成されることとなる。すなわち、撮影光学系の異なる射出瞳位置を通過した対の光束を受光していることになる。したがって、位相差方式の焦点検出が実現する。このとき、撮影光学系２０１のデフォーカスに伴い受光素子２１７上に形成される対の像は、射出瞳２０１ａの分離方向である矢印Ａ方向、図５の平面図においては矢印Ｂ方向に移動する。この移動による対の像間隔の変化、すなわち像ズレ量を対の受光領域２１７ａ、２１７ｂで検出することで、撮影光学系のデフォーカス量を検出するこが可能となる。このように、矢印Ａ（Ｂ）方向における位相差方式焦点検出を行うということは、被写体上において縦方向にコントラストを有する物体の位相差方式焦点検出、いわゆる横線焦点検出を実現するものである。
【００２８】
次に縦線焦点検出について説明する。図６は、受光素子２１７の一部分を拡大した図であり、受光素子の各画素を、瞳結像マイクロレンズと分割画素構造で構成することで、縦線焦点検出を実現する。
【００２９】
図６において、点Ｃはレンズ部２１６ａの光軸Ｌａと受光素子２１７の交点を示し、したがって、図６は受光領域２１７ａ左上のみを拡大した概略図である。受光領域２１７ａは複数個の画素部を備え、例えば１つの画素部２１８に注目すると、光に対して感度を有する一対の光電変換部２１８ａ、２１８ｂを備える。そして、画素部２１８の上部（紙面手前側）には図中点線で示す１つのマイクロレンズ２１８ｃを備える。画素部２１８のみならず、すべての画素部が上記のような構成となり、マイクロレンズは一対の光電変換部とＡＦ絞り２１５の開口部２１５ａが結像するような光学パワーを有している。
【００３０】
このような構成の光電変換素子はＣＭＯＳ、ＣＣＤのどちらのタイプでも可能である。なお、一対の光電変換部に蓄積された電荷の画素レベルにおける加算、任意の画素信号を読み出すランダムアクセスなどの機能を持たせることも可能である。本実施例では、上記機能により好適なＣＭＯＳタイプを用いる。
【００３１】
図７は、図６における受光素子２１７の線分Ｄ−Ｄにおける概略断面図で、マイクロレンズによる前記結像を説明するための概略図である。図７は紙面幅の都合上、一部分のみを拡大し切断した図となっているが、実際は連続した形状となっている。
【００３２】
図７において、受光素子２１７は図６におけるＤ−Ｄ線上における画素部のうち画素部２１８、２１９付近を拡大してある。画素部２１８および２１９は、それぞれ一対の光電変換部２１８ａ、２１８ｂおよび２１９ａ、２１９ｂとマイクロレンズ２１８ｃおよび２１９ｃを備える。そして、受光素子２１７の上方には再結像レンズ２１６のレンズ部２１６ａ、ＡＦ絞り２１５の開口部２１５ａが配置されている。
【００３３】
まず、光軸Ｌａ付近の画素部２１８についてマイクロレンズ２１８ｃによる瞳結像を説明する。図６に示すように、一対の光電変換部２１８ａ、２１８ｂの中心点とマイクロレンズの中心点はほぼ一致した状態（図７においては各中心点が光軸Ｌａに平行な同一直線状に存在する状態）でそれぞれ配置される。そして、光電変換部２１８ａと２１８ｂの境界付近、すなわち２つの光電変換部中心を発した光束２２２（実線）は、凸形状のマイクロレンズ２１８ｃによって屈折され開口部２１５ａの中心付近に向かう。一方、光電変換部２１８ａの左端を発した光束２２４（２点鎖線）はマイクロレンズ２１８ｃによって屈折され開口部２１５ａの右端付近に向かう。同様に光電変換部２１８ｂの右端を発した光束２２３（点線）は開口部２１５ａの左端付近に向かう。したがって、ＡＦ絞り２１５の開口部２１５ａと一対の光電変換部２１８ａ、２１８ｂはマイクロレンズ２１８ｃにより結像関係にある。
【００３４】
そして、一対の光電変換部２１８ａ、２１８ｂを絞り２１５上に逆投影すると図８のようになる。図８はＡＦ絞り２１５の開口部２１５ａを受光素子２１７側から拡大して見た図で、点線で囲まれた左上がり斜線部２１８ａ’と右上がり斜線部２１８ｂ’がそれぞれ対の光電変換部２１８ａ、２１８ｂに対応している。マイクロレンズ２１８ｃパワーにより上下左右が反転しているが、受光面側から見ているため同じ位置関係になっている。そして、開口部の中央付近に２１８ａ’と２１８ｂ’の境界線があり、光電変換部２１８ａにおいて受光される光束は開口部２１５ａの右半分を通過した光束で、光電変換部２１８ｂで光電変換される光束は開口部２１５ａの左半分を通過した光束となり、換言すると、それぞれの光電変換部が再結像レンズ２１６レンズ部２１６ａの異なる入射瞳領域を通過した光束を受光していることになる。
【００３５】
次に、受光領域２１７ａの周辺部に形成される画素部２１９についてマイクロレンズ２１９ｃによる瞳結像を説明する。対の光電変換部２１９ａ、２１９ｂの上方には同様にマイクロレンズ２１９ｃが設けられているが、図６、７に示すように、マイクロレンズ２１９ｃの中心点は、一対の光電変換部２１９ａ、２１９ｂの中心点に対して光軸Ｌａ側へ偏心した状態となっている。したがって、画素部２１９のように光軸Ｌａに対して像高を有する画素部であっても、画素部２１８と同様に一対の光電変換部２１９ａ、２１９ｂの中心、左端、右端を発した光束２２５、２２６、２２７は開口部２１５ａの中心、右端、左端付近に向かい、対の光電変換部と開口部の結像関係を保っている。
【００３６】
そして、画素部２１９のみならず、例えば図６に示す画素部２２０、２２１についても同様にマイクロレンズの中心を光軸Ｌａ側へ偏心させることによって結像関係を築くことができ、光電変換部２１７ａの全画素部が図８に示すような状態となっている。したがって、全画素部における一対の光電変換部が再結像レンズ２１６レンズ部２１６ａの異なる入射瞳領域を通過した光束を受光していることとなる。
【００３７】
なお、実際のマイクロレンズは製造上の制約から凸量のみを規定した略球面レンズで作製されるため、完全な結像状態を保てない。したがって、図８に点線で示す２１８ａ’、２１８ｂ’の外側部分はマイクロレンズの諸収差により多少ボケ・変形などが生じるが、一対の光電変換部が再結像レンズ２１６レンズ部２１６ａの異なる入射瞳領域を通過した光束を受光していることに変わりはない。なお、このような構成は受光領域２１７ｂについても同様である。
【００３８】
ここで、先ほど説明したようにＡＦ絞り２１５（再結像レンズ２１６の入射瞳）と撮影光学系２０１の射出瞳２０１ａはフィールドレンズ２１２によって結像関係にある。したがって、例えば光電変換部２１８ａは撮影光学系２０１の射出瞳２０１ａ上において開口部２１５ａを通過した光束のうち左右方向に分割した半光束を受光し、一方光電変換部２１８ｂは他の半光束を受光していることとなり、すなわち、一対の光電変換部はそれぞれ撮影光学系２０１の異なる射出瞳領域を通過した光束を受光していることになる。
【００３９】
図９は、撮影光学系２０１の射出瞳２０１ａ上に逆投影したＡＦ絞り２１５と対の光電変換部を示す図で、撮像素子２０２側から見た図である。図において、ＡＦ絞り開口部２１５ａ、２１５ｂに対応した開口部２１５ａ’、２１５ｂ’がフィールドレンズ２１２のパワーにより上下左右反転し図のように投影されている。
【００４０】
そして、これらの開口部２１５ａ’、２１５ｂ’にほぼ外接する円２０１ｂ（点線）は前記横線焦点検出を行うために必要な光束の外径を示し、この外径を撮影光学系２０１の開放Ｆナンバーにおける射出瞳径以下に設定すると、少なくとも撮影光学系の開放Ｆナンバーにおいては光束のケラレなしに横線焦点検出が行うことが可能となる。
【００４１】
一方、図中点線で囲まれた斜線部が対の光電変換部を示し、開口部２１５ａ’に重なる斜線部が受光領域２１７ａにおける対の光電変換部を、開口部２１５ｂ’に重なる斜線部が受光領域２１７ｂにおける対の光電変換部を示す。したがって、受光領域２１７ａ、２１７ｂにおけるそれぞれの対の光電変換部は撮影光学系２０１の左右方向に異なる射出瞳領域を通過した光束を受光していることになり、縦線焦点検出を行うことが可能となる。
【００４２】
ところで、交換レンズシステムを採用したカメラにおいては、撮影光学系開放時の射出瞳径、１次結像面から射出瞳位置までの射出瞳距離はそれぞれの撮影光学系ごとに異なる。そこで、図９における焦点検出光束の最外径２０１ｂを全ての交換レンズで少なくとも開放Ｆナンバーにおいてはケラレないようにすれば、開放Ｆナンバーでの縦線・横線焦点検出を実現できる。また、既存の交換レンズシステムカメラに本実施例を適用する場合は、通常焦点検出用の光束径というのはシステムごとに決まっており、すべてのレンズでケラレないよう設定されているので、この光束径内に納まるような円２０１ｂを設ければよい。
【００４３】
ところで、縦線焦点検出においては１つの光電変換部に入射する光束の射出瞳２０１ａにおける形状は半楕円形状となる。位相差方式焦点検出では射出瞳分割方向において、射出瞳上における光束の形状が非対称形状であると、受光素子２１７上に形成される像の点像分布が像ズレ方向に非対称形状となる。そして、他方の半楕円形状を通過した光束にて形成される像の点像分布は、像ズレ方向に前者を反転した非対称形状となる。したがって、受光素子２１７で形成される対の像信号は、おおよそ点像分布と被写体像のコンボリューションで決まるため、点像分布の影響を受けて像ズレ方向に非対称形状となってしまう。特にデフォーカスするにしたがってこの非対称性は際立ち、周知の相関演算を用いた像ズレ量検出に誤差を生じる。しかしながら小デフォーカスになると非対称性は目立たなくなるため、例えば大デフォーカスの場合２回の焦点検出動作で撮影光学系を合焦に至らすことは可能であり、実用上は問題ない。
【００４４】
以上のように、受光素子２１７はフィールドレンズ２１２とＡＦ絞り２１５により射出瞳２０１ａを上下方向に分割した光束を受光しているのみならず、加えてマイクロレンズと一対の光電変換部により射出瞳２０１ａを左右方向に分割した光束をも同時に受光していることとなる。そして、互いの射出瞳分割方向はほぼ直交しているため縦線および横線焦点検出、いわゆる十字タイプの焦点検出を実現している。横線焦点検出を行う場合は、上下方向の像ズレを検出するため受光領域２１７ａ、２１７ｂの互いに対応する縦方向１ラインの像信号を用い、縦線焦点検出を行う場合は、左右方向の像ズレを検出するため、例えば受光領域２１７ａの横方向１ラインの像信号を用いる。
【００４５】
ここで、上記説明における各部材と請求項との対応を説明する。フィールドレンズ２１２とＡＦ絞り２１５からなる瞳分割光学系が第１の瞳分割手段に、再結像レンズ２１６が結像手段に、受光素子２１７が受光手段に、マイクロレンズと一対の光電変換部による瞳分割光学系が第２の瞳分割手段にそれぞれ対応している。
【００４６】
では、次に上記のような縦線・横線焦点検出における像信号処理について説明する。ここで行う像信号処理は、撮影光学系のデフォーカスに伴う像ズレを検出するために、像ズレ方向に並んだ画素列を形成する。さらには像信号の加算演算などを行い、充分な光量による像信号を形成する。そして、この像信号から像波形を形成し、周知の相関演算などを用いて像ズレ量を検出する。ではまず、横線焦点検出における像信号処理について説明する。
【００４７】
図１０は撮影光学系２０１の１次結像面（撮像素子２０２）上に受光領域２１７ａ、２１７ｂを逆投影した図で、撮影光学系２０１側から見た図である。２２８は撮影範囲で、格子状の点線で示す２１７ｃが受光領域２１７ａ、２１７ｂを逆投影したものであり、格子１つが受光領域の画素部に対応している。１次結像面上では２つの受光領域２１７ａ、２１７ｂはほぼ一致するため２１７ｃのみで示される。
【００４８】
図１１は像信号処理演算を説明するために受光素子２１７の受光領域２１７ａ、２１７ｂを抽出した図で、さらには特定の画素列を拡大し、各光電変換部を結線することで像信号の加算を表現している。
【００４９】
例えば、図１０における撮影範囲２２８の中央部付近において横線焦点検出行うとすると、太線２２９で囲まれた領域が横線焦点検出領域として決められる。この横線焦点検出領域は、図１１の受光素子上において太線で囲まれた斜線部画素領域２２９ａ、２２９ｂとなる。そして、右側に示す４行×２列の画素領域２２９ａ’、２２９ｂ’は斜線部画素領域２２９ａ、２２９ｂをそれぞれ拡大したものである（マイクロレンズは省略）。
【００５０】
ここで、受光部２１７ａにおいて、左上の画素部２３０のアドレスを（０，０）の基準として、水平方向は右側に、垂直方向は下側にアドレスが増加すると定義する。したがって、画素領域２２９ａ’の画素部２３１のアドレスを（ｉ，ｊ）とすると、画素部２３２のアドレスは（ｉ＋１，ｊ）となる。さらに画素部３２１の対の光電変換部において、右側の光電変換部における像信号を上記アドレス表記を用いてＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）とし、左側の光電変換部における像信号をＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）とすると、画素部２３２における対の像信号はＩｍｇＡ（ｉ＋１，ｊ）、ＩｍｇＢ（ｉ＋１，ｊ）となる。
【００５１】
まず、画素領域２２９ａ’に注目すると、画素部２３１、２３２のそれぞれ対の像信号同士を以下の式（１）、（２）に示すように加算して各画素部で１つの像信号Ｉｍｇ（ｉ，ｊ）、Ｉｍｇ（ｉ＋１，ｊ）を得る。
Ｉｍｇ（ｉ，ｊ）＝ＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）＋ＩｍｇＢ（ｉ，ｊ）            （１）
Ｉｍｇ（ｉ＋１，ｊ）＝ＩｍｇＡ（ｉ＋１，ｊ）＋ＩｍｇＢ（ｉ＋１，ｊ）（２）
【００５２】
図９において説明したように、対の光電変換部の片側像信号、例えばＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）、ＩｍｇＡ（ｉ＋１，ｊ）、は開口部２１５ａ’上の半光束による像信号であるため、上記式（１）、（２）のように対の像信号同士を加算すれば開口部２１５ａ’を通過した全光束による像信号を生成できる。
【００５３】
そしてさらには、画素部２３１、２３２で加算した像信号Ｉｍｇ（ｉ，ｊ）、Ｉｍｇ（ｉ＋１，ｊ）を下記式（３）に示すように加算してＩｍｇ（ｊ）を得る。
Ｉｍｇ（ｊ）＝Ｉｍｇ（ｉ，ｊ）＋Ｉｍｇ（ｉ＋１，ｊ）               （３）
【００５４】
そして、上記式（１）〜（３）による像信号加算演算を画素領域２２９ａ’の水平１ラインごとに行い４つの像信号を得る。
【００５５】
同様に受光部２１７ｂの画素領域２２９ｂ’においても上記加算演算を行い４つの像信号を得る。
【００５６】
図１２は、焦点検出領域２２９の像ズレ方向に直交する一本バーチャートを被写体とした場合に、画素領域２２９ａ’、２２９ｂ’にて得られる像波形で、撮影光学系２０１が所定量デフォーカスしている場合を示す。図において、横軸は画素位置、縦軸は像信号の強度を表し、像波形２３３ａが画素領域２２９ａ’に、像波形２３３ｂが画素領域２２９ｂ’にそれぞれ対応している。画素領域２２９ａ’、２２９ｂ’では４つの像信号しか得られないが、これは図を単純化するために少ない画素部で構成しているだけであり、実際には多数の行数で構成されるため、得られる像信号もより多数である。したがって像波形２３３ａ、２３３ｂは滑らかな線で示している。上記２つの像波形２３３ａ、２３３ｂは撮影光学系射出瞳２０１ａを上下方向に分割した射出瞳領域を通過した光束で形成されるためデフォーカスに応じて上下方向に像ズレを生じる事となり、図１２では上下方向を横軸としているため左右方向に像ズレした像波形が示されている。したがって、周知の相関演算で像ズレ量を算出することにより、撮影光学系のデフォーカス量を知ることができる。
【００５７】
ところで、上記式（１）〜（３）で加算演算を行った画素部を１つの画素部と考えると、画素領域２２９ａ’、２２９ｂ’は横長の画素部を像ズレ方向に並べたラインセンサーと等価であり、換言するとこのような画素列を形成するために上記加算演算を行ったわけである。
【００５８】
なお、上記例は撮影画面の軸上付近における横線焦点検出についての説明であるが、軸外の場合でも同様である。例えば図１０に太点線で示す軸外の焦点検出領域２３４で焦点検出を行う場合、図１１において、焦点検出領域２３４に対応した画素領域２３４ａ、２３４ｂが選択され、同様な像信号演算を行い、デフォーカスに伴う像ズレ量を検出できる。
【００５９】
また、上記例は前述したように図を単純化するため４行×２列の画素領域で説明したが実際には多行多列の画素領域で演算を行う。例えば行数については、図１２に示す１次結像面上で焦点検出領域２２９が像ズレ方向にどれくらいの長さを持つかによって検出可能な最大デフォーカス量も決定する。１次結像面上への受光部投影倍率が一定とすると、行数を増やせば増やすほど焦点検出領域の像ズレ方向長さも増加するため検出可能な最大デフォーカス量も大きくなるが、像信号の読み出し時間や演算時間も増大し、さらには遠近競合の可能性も高くなる。交換レンズシステムにおいては、レンズごとに撮影画角、最大デフォーカス量が異なるため、行数は可変とし、各条件に最適な行数を設定するのが望ましい。
【００６０】
一方、列数については１列のみ、さらには対の光電変換部の片側のみだけでも原理上焦点検出を行うことは可能である。しかしながら、図９の射出瞳２０１ａ上でできるだけ広い領域を通過した光束を用いると光量が増加するため、より低輝度の被写体でも焦点検出を行うことが可能となる。さらに式（２）のように水平方向隣接画素同士を加算すればさらに光量を増やすことができる。しかし、多数の列方向加算をおこなうと像信号のＳ／Ｎも悪化してしまう。したがって、列数についても、被写体の輝度やコントラストに応じて可変とするのがよい。なお、列方向加算を光電変換部内に蓄積された電荷レベルで行うように受光素子２１７の回路設計を行えばＳ／Ｎの悪化をなくすことも可能である。
【００６１】
次に、縦線焦点検出について説明する。図１３は、図１０と同様に受光領域２１７ａ、２１７ｂを１次結像面上に逆投影して、撮影光学系２０１側から１次結像面を見た図である。図１４は図１１と同様に受光素子２１７の受光領域２１７ａ、２１７ｂを抽出した図で、さらには特定の画素列を拡大し、各光電変換部を結線することで像信号の加算を表現している。
【００６２】
例えば、図１３における撮影範囲２２８の中央部付近において縦線焦点検出行うとすると、太線２３５で囲まれた領域が横線焦点検出領域として決められる。この横線焦点検出領域は、図１４の受光素子上において太線で囲まれた斜線部画素領域２３５ａ、２３５ｂとなる。そして、右側に示す２行×４列の画素領域２３５ａ’、２３５ｂ’は斜線部画素領域２３５ａ、２３５ｂをそれぞれ拡大したものである（マイクロレンズは省略）。
【００６３】
ここで、受光領域２１７ａにおいて、図１１と同様に左上の画素部２３０のアドレスを（０，０）の基準として同様のルールで各像信号を表すこととする。そして、画素部２３６のアドレスを（ｉ，ｊ）とする。
【００６４】
まず、画素領域２３５ａ’に注目すると、画素部２３６、２３７のそれぞれ対の像信号ＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）、ＩｍｇＢ（ｉ，ｊ）、ＩｍｇＡ（ｉ，ｊ＋１）、ＩｍｇＢ（ｉ，ｊ＋１）を独立して読み出す。次に、画素部２３６、２３７の対の像信号において、下記式（５）、（６）に示すように、図９の射出瞳２０１ａ上で同領域を通過した光束による像信号同士を加算、つまり一対の光電変換素子の右側同士、左側同士の像信号を加算してＩｍｇＡ（ｉ）、ＩｍｇＢ（ｉ）を得る。
ＩｍｇＡ（ｉ）＝ＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）＋ＩｍｇＡ（ｉ，ｊ＋１）    （５）
ＩｍｇＢ（ｉ）＝ＩｍｇＢ（ｉ，ｊ）＋ＩｍｇＢ（ｉ，ｊ＋１）    （６）
【００６５】
そして、上記式（５）〜（６）による像信号加算演算を画素領域２２９ａ’の垂直１ラインごとに行い４つの像信号ＩｍｇＡと４つの像信号ＩｍｇＢを得る。
【００６６】
図１５は、画素領域２３５ａ’にて得られる像波形を示し、図１２と同様の被写体に関する像信号を示す。図において、横軸は画素位置、縦軸は像信号の強度を表し、像波形２３８ａが画素領域２３５ａ’における像信号ＩｍｇＡに、像波形２３８ｂが画素領域２３５ｂ’における像信号ＩｍｇＢにそれぞれ対応している。画素領域２３５ａ’では１つの像波形が４つの像信号しか構成されないが、これは図を単純化するために少ない画素部としただけであり、実際には多数の行数で構成されるため、得られる像信号もより多数である。したがって像波形２３８ａ、２３８ｂは滑らかな線で示している。上記２つの像波形２３８ａ、２３８ｂは撮影光学系射出瞳２０１ａの開口部２１５ａ’を左右方向に分割した射出瞳領域を通過した光束で形成されるためデフォーカスに応じて左右方向に像ズレを生じる事となり、その様子が示されている。このように、図１３〜１５においては、左右方向に像ズレする像波形を左右方向に並んだ画素列でサンプリングして像ズレを検出を行っており、縦線焦点検出を行っていることになる。
【００６７】
ここで、縦線焦点検出の像信号は前述したように射出瞳２０１ａ上の開口形状の影響を受けて像ズレ方向に非対称形状となっているのがわかる。しかしながら、像ズレが生じているのは明らかであるため、周知の相関演算で像ズレ量を算出することにより、撮影光学系のおおよそのデフォーカス量を知ることができ、複数回の焦点検出により合焦に至ることも可能である。
【００６８】
一方、受光領域２１７ｂの画素領域２２９ｂ’においても上記加算演算を行い対の像信号を得る。この場合、射出瞳２０１ａの開口部２１５ｂ’を左右方向に分割した像信号であるが、得られる像波形は設計値の上では図１５と同じである。そうすると、受光領域２１７ａと合わせて２つの像ズレ量を得ることができる。そして、この２つの像ズレ量を平均して１つの像ズレ量を算出し焦点検出を行う。平均することにより、製造誤差による像ズレ量誤差を緩和することができる。
【００６９】
なお、縦線焦点検出においても行、列数については横線の場合と同様に各種条件に合わせて可変とするのがよい。
【００７０】
なお、上記例は撮影画面の軸上付近における縦線焦点検出についての説明であるが、軸外の場合でも同様である。例えば図１３に太点線示す軸外の焦点検出領域２３９で焦点検出を行う場合、図１４において、焦点検出領域２３４に対応した画素領域２３９ａ、２３９ｂが選択され、同様な像信号演算を行い、デフォーカスに伴う像ズレ量を検出できる。
【００７１】
ここで、上記のような縦線焦点検出においては、図９に示すように、１つの像信号は開口部２１５ａ’を通過した光束のうち半光束による像信号であるため光量は横線焦点検出に比べて半分に落ちてしまう。
【００７２】
その場合、図１６に示すように、受光領域２１７ａ、２１７ｂで得られる２つの像信号ＩｍｇＡの各々対応する画素を加算して１つの像信号を得るようにすればよい。同様に２つの像信号ＩｍｇＢについても各々対応する画素を加算して１つの像信号を得る。なお、図１６も図１１、１４の場合と同様に像信号の加算を光電変換部の結線で表現してある。
【００７３】
図１７はこの場合の像波形２４０ａ、２４０ｂを示し、図１５の像波形２３８ａ、２３８ｂに比べて縦軸方向が２倍になっているのが分かる。図９で考えると、図１７の像波形は、例えば開口部２１５ａ’右半光束と開口部２１５ｂ’の右半光束を足した射出瞳２０１ａ領域を通過した光束による像波形となるため、光量が２倍になり、像波形も縦軸方向に２倍となっている。なお、１つの像波形について射出瞳２０１ａ上の光束が通過する面積は結果として横線焦点検出の場合と同様となるため、横線と縦線焦点検出で同様の光量を得ることが可能となる。またこのような加算を行うことで、射出瞳２０１ａ上において、縦線焦点検出に用いる光束が通過する領域は撮影光学系２０１の光軸Ｌを中心として対称となる。したがって、撮影光学系の収差によるピントのズレも光軸対称であれば、従来の位相差方式焦点検出と同様であるため公知のピント補正方法を用いて容易に補正を行うことが可能である。
【００７４】
以上が第１実施例における縦線・横線焦点検出に関する説明である。
【００７５】
なお、第１実施例は光路長を長くとることが可能でレイアウトの自由度が高い再結像光学系を例に説明したが、１次結像光学系で実施してもよい。この場合、第１の瞳分割手段として撮影光学系の絞りに図３で示すような２つの開口を有する絞りを焦点検出時に挿入する。そして、ミラーで分割した光路に本実施例を適用すればよい。
【００７６】
また、本実施例は再結像光学系による横線焦点検出を基本とした位相差方式焦点検出装置に、対の光電変換部とマイクロレンズを設け、縦線焦点検出を行うようにしたが、逆であってもよい。さらには、従来例に示すような再結像光学系による縦線・横線焦点検出を備える焦点検出装置に応用すれば、異なる基線長で２重の縦線・横線焦点検出を実現できる。
【００７７】
以上のように本実施例によれば、撮影範囲の広い領域において縦線および横線焦点検出を実現できる。その際、一般的な位相差方式焦点検出装置と異なる点は、受光素子に対の光電変換素子とマイクロレンズを設ける点だけである。受光素子の製造プロセス的にはマイクロレンズ工程が増えるだけなので、わずかなコストアップで縦線・横線焦点検出を実現していることになる。逆に、従来のように再結像レンズのレンズ部を４つ必要とせず２つのみでよいためコストダウンの効果もある。
【００７８】
（第２実施例）
第２実施例は第１実施例の変形例で、ＡＦ絞りの開口形状を変更することにより横線焦点検出精度を向上させる例である。
【００７９】
図１８は、第２実施例におけるＡＦ絞り３０１の平面図で、受光素子２１７側から見た図である。ＡＦ絞り３０１には２つの開口部３０１ａ、３０１ｂを備え、その開口形状はほぼ矩形となっている。
【００８０】
図１９（Ａ）、（Ｂ）はＡＦ絞り３０１をフィールドレンズ２１２の光学パワーにより撮影光学系２０１の射出瞳２０１ａ上に逆投影した図で、撮像素子２０２側から見た図である。
【００８１】
図１９（Ａ）において、点線で示す円２０１ｂは図９の場合と同様に横線焦点検出を行うために必要な光束の外径を示し、その内側にＡＦ絞り３０１の開口部３０１ａ、３０１ｂに対応した開口部３０１ａ’、３０１ｂ’が形成される。そして、点線で示す楕円２１５ａ’、２１５ｂ’は第１実施例におけるＡＦ絞り開口部の逆投影像を示す。本実施例では開口形状を矩形としたため、円２０１ｂ内に開口部３０１ａ’、３０１ｂ’を収めようとすると、開口部３０１ａ’、３０１ｂ’の間隔が、第１実施例の開口部２１５ａ’、２１５ｂ’の間隔に比べて若干小さくなっている。すなわち、基線長が短くなっているわけだが、その差はわずかであるため焦点検出精度の違いもほとんどない。なお、このような基線長の変更は、再結像レンズ２１６のレンズ部間隔とＡＦ絞り３０１の開口部間隔を変える、フィールドレンズ２１２の光学パワーを変えるなどといった方法で容易に行うことが可能である。
【００８２】
図１９（Ｂ）は射出瞳２０１ａ上にＡＦ絞りの開口部３０１ａ、３０１ｂと併せて受光素子２１７の対の光電変換部を逆投影した図である。このとき、１つの光電変換部に入射する光束の射出瞳２０１ａ上における開口形状に注目する。例えば、図中開口部３０１ａ’の左側に逆投影された光電変換部では、その形状は開口部３０１ａ’と左上がり斜線領域が重なる部分となる。
【００８３】
図２０はその部分のみを抜き出した図で、３０２が前述した光電変換部に入射する光束の射出瞳２０１ａ上における開口形状である。そして、射出瞳分割方向は矢印Ｅ方向となる。矢印Ｅ方向において、開口形状３０２は角部のＲ形状を除くと対称形状となっている。したがって、この開口形状３０２を通過した光束で得られる受光素子２１７上の点像分布は像ズレ方向に対称形状となるため、得られる像信号も対称形状となる。
【００８４】
図２１は第２実施例における縦線焦点検出において、図１５に示した像信号と同じ被写体による像波形３０３ａ、３０３ｂを示す。像波形３０３ａ、３０３ｂは像ズレ方向に対称形状となっているのが分かる。したがって、周知の相関演算を用いて像ズレ量を検出することで、撮影光学系２０１のデフォーカス量を正確に知ることができ、１回の焦点検出動作で合焦に至ることができる。一方、横線焦点検出においては、射出瞳２０１ａ上における開口形状が第１実施例の場合と同様に射出瞳分割方向に対称形状であるため問題はない。
【００８５】
なお、像信号処理演算については第１実施例と同様であり、説明を省略する。
【００８６】
以上のように、ＡＦ絞り３０１の開口形状を適切に設定することで、横線焦点検出のみならず縦線焦点検出においても高速な焦点検出を実現している。
【００８７】
（第３実施例）
第３実施例は、第２実施例の矩形開口に加えて縦線焦点検出の基線長を拡大し、より高精度な焦点検出を実現する例である。
【００８８】
図２２はＡＦ絞り４０１を受光素子２１７側から見た図で、４つの矩形開口部４０１ａ１，４０１ａ２、４０１ｂ１，４０１ｂ２が形成されている。
【００８９】
図２３は第１実施例の図６と同様に受光素子２１７の受光領域２１７ａの位置部分を拡大して示す図である。図において、１つの画素部４０２に注目すると、一対の光電変換部４０２ａ、４０２ｂが図６と同様に形成されているが、完全に分離した状態となっており、その間隔も拡大している。そして、その上部には同様にマイクロレンズ４０２Ｃ（点線）が形成されている。各マイクロレンズは一対の光電変換部に対して、レンズ部２１６ａの光軸側にこの光軸からの距離に応じて偏心して設けられ、したがって、受光領域２１７ａのどの画素部についてもレンズ部２１６ａのＡＦ絞りと良好な結像関係を維持している。
【００９０】
図２４はＡＦ絞り４０１の上側のみを示す部分拡大図で、マイクロレンズ４０２Ｃにより一対の光電変換部４０２ａ、４０２ｂが逆投影された状態を示す。開口部４０１ａ１、４０１ａ２には一対の光電変換部の逆投影像４０２ａ’、４０２ｂ’がほぼ一致して重なっている。逆に言うと、一致して重なるように、一対の光電変換素子４０２ａ’、４０２ｂ’の間隔とμレンズの光学パワーを設定している。
【００９１】
なお、このような結像関係は画素部４０２のみならず、前述したマイクロレンズと一対の光電変換部の偏心により受光領域２１７ａのすべての画素で築かれている。さらには、受光領域２１７ｂの画素部についても、開口部４０１ｂ１，４０１ｂ２において同様の結像関係が築かれている。
【００９２】
したがって、図２４に示すＡＦ絞り４０１と対の光電変換部の逆投影像をさらにフィールドレンズ２１２で撮影光学系２０１の射出瞳２０１ａに逆投影すると図２５（Ａ）のようになる。図において、開口部４０１ａ１’，４０１ａ２’、４０１ｂ１’、４０１ｂ２’はＡＦ絞り４０１の各開口部に対応しており、点線で囲まれた斜線部が対の光電変換部に対応している。
【００９３】
まず横線焦点検出について考えると、射出瞳２０１ａを上下方向に分割するので寸法Ｆがその基線長となる。一方、縦線焦点検出については、射出瞳２０１ａを左右方向に分割するので寸法Ｇが基線長となる。図２５（Ｂ）は第２実施例における射出瞳２０１ａ上の基線長を示し、寸法Ｈが横線焦点検出の基線長、寸法Ｉが縦線焦点検出の基線長を示す。これらの図１５（Ａ）、（Ｂ）を比較すると、横線焦点検出の基線長は多少減少したが、縦線焦点検出の基線長は約２倍程度拡大しており、焦点検出精度もそれだけ向上することになる。
【００９４】
なお、ＡＦ絞り４０１の開口部間隔を変えることによって、横線・縦線焦点検出の基線長を自在に変更することができる。本実施例では、マイクロレンズの収差、受光素子の画素ピッチ、低輝度限界などのバランスを考慮して、縦線焦点検出の基線長を若干長く設定している。また、射出瞳２０１ａ上における開口部の面積は、第２実施例と同様に設定しているため低輝度限界性能も同様である。
【００９５】
ところで、本実施例ではＡＦ絞り４０１の開口部を４つとしたが、開口部４０１ａ１と４０１ａ２を、開口部４０１ｂ１と４０１ｂ２をそれぞれ結合し、横長の矩形開口としてもよい。なぜなら、横長の矩形開口中心付近を通過した光束は対の光電変化部の間付近にマイクロレンズによって導かれ、その部分は光に対する感度がないため光電変換されないからである。しかしながら、本実施例では横長とした場合に中央付近を通過する光束が受光素子２１７内の内面反射などにより誤って光電変換部に入射するのを防ぐため４つの開口としている。したがって、より高精度な焦点検出を実現できる。
【００９６】
なお、像信号処理演算については第１実施例と同様であり、説明を省略する。
【００９７】
以上のように、ＡＦ絞り３０１の開口形状を適切に設定することで、横線焦点検出のみならず縦線焦点検出においても高速な焦点検出を実現している。さらには、横線焦点検出の基線長を少し減少させるだけで縦線焦点検出の基線長を飛躍的に拡大できるため縦線・横線両方ともバランスのよい高精度焦点検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の焦点検出装置を一眼レフカメラに適用した場合の光学系の断面外略図である。
【図２】視野マスクを受光素子側から見た平面図である。
【図３】ＡＦ絞りを受光素子側から見た平面図である。
【図４】再結像レンズを受光素子側から見た平面図である。
【図５】受光素子を再結像レンズ側から見た平面図である。
【図６】受光素子の一部分を拡大した図である。
【図７】図６における受光素子の概略断面図である。
【図８】ＡＦ絞りの一部分を拡大した図である。
【図９】射出瞳を撮像素子側から見た図である。
【図１０】横線焦点検出を説明するために、１次結像面上に受光領域を逆投影した図である。
【図１１】横線焦点検出を説明するために、受光領域を抽出した図である。
【図１２】横線焦点検出領域において、一本バーチャートを被写体とした場合の像波形を示す図である。
【図１３】縦線焦点検出を説明するために、１次結像面上に受光領域を逆投影した図である。
【図１４】縦線焦点検出を説明するために、受光領域を抽出した図である。
【図１５】縦線焦点検出領域において、一本バーチャートを被写体とした場合の像波形を示す図である。
【図１６】縦線焦点検出の光量アップを説明するために、受光領域を抽出した図である。
【図１７】図１６の場合において、一本バーチャートを被写体とした場合の像波形を示す図である。
【図１８】第２実施例におけるＡＦ絞りを受光素子側から見た平面図である。
【図１９】（Ａ）、（Ｂ）第２実施例における射出瞳を撮像素子側から見た図である。
【図２０】対の光電変換部の片側に入射する光線の射出瞳形状を示す図である。
【図２１】第２実施例における縦線焦点検出領域において、一本バーチャートを被写体とした場合の像波形を示す図である。
【図２２】第３実施例におけるＡＦ絞りを受光素子側から見た平面図である。
【図２３】第３実施例における受光素子の一部分を拡大した図である。
【図２４】第３実施例におけるＡＦ絞りの一部分を拡大した図である。
【図２５】（Ａ）、（Ｂ）基線長を説明するために射出瞳を撮像素子側から見た図である。
【図２６】第１の従来例を説明するための図である。
【図２７】第３の従来例を説明するための光学系断面図である。
【図２８】第３の従来例における焦点検出光学系の斜視図である。
【図２９】（Ａ）、（Ｂ）第４の従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９９】
２０１  撮影光学系
２０１ａ  影光学系の射出瞳
２０２  撮像素子
２１０  焦点検出装置
２１１  視野マスク
２１２  フィールドレンズ
２１３  反射ミラー
２１４  赤外線カットフィルター
２１５  ＡＦ絞り
２１６  再結像レンズ
２１７  受光素子
２１８  画素部
２１８ａ、２１８ｂ  対の光電変換部
２１８ｃ  マイクロレンズ
【図１】
2006071656.tif 000003
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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