(57)【要約】【課題】  瞳時分割式焦点検出を行う焦点検出装置において、焦点検出中の観察画像のちらつきを低減することができる焦点検出装置の提供。【解決手段】  撮影レンズ２と撮像素子４との間に配置された瞳分割部材３は、印加電圧を制御して分割領域３０１，３０２およびその他の領域毎にホログラム機能をオンオフすることができる。（ａ）のように分割領域３０１のみに電圧を印加すると、分割領域３０１のみホログラム機能がオフされて透明状態となり、領域３０１’の赤色光Ｒは光路外へと偏向される。（ｂ）のように分割領域３０２のみに電圧を印加すると、分割領域３０２は透明状態となり、領域３０２’の赤色光Ｒは光路外へと偏向される。その結果、分割領域３０１，３０２を交互にオンオフして分割領域３０１，３０２を透過した赤色光Ｒを受光することにより、像ズレ量を検出することができる。【選択図】        図１１
2006284694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光束を撮影光学系で結像した被写体画像を撮像する撮影装置に搭載され、瞳時分割により得られた撮像信号に基づ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装置において、
前記撮影光学系の被写体光路中に配設されるとともに、前記撮影光学系の光軸に直交する面内において重心位置が互いに異なる第１および第２の領域を有し、（ａ）入射被写体光のうち前記第１の領域に入射する所定波長域の光を偏向する第１の状態と、（ｂ）入射被写体光のうち前記第２の領域に入射する所定波長域の光を偏向する第２の状態と、（ｃ）入射被写体光をそのまま透過する第３の状態との間で切り換え可能な偏向部材と、
前記撮影光学系の撮像面または光学的にほぼ等価な位置に配置された撮像素子と、
前記第１の状態および前記第２の状態のそれぞれにおける前記撮像素子の撮像信号に基づいて、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と、
前記焦点調節状態を検出する場合には前記偏向部材の前記第１の状態および前記第２の状態を時分割で交互に切り換え、前記焦点調節状態を検出しない場合には前記偏向部材を前記第３の状態に切り換える制御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、
前記偏向部材は前記第１および第２の領域で構成される対領域を複数有し、
前記焦点検出手段は前記焦点調節状態の検出を前記対領域毎に行う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、
前記撮像素子は異なる分光感度特性を有する複数の画素を有し、
前記焦点検出手段は、前記撮像素子に含まれる複数の画素の内の前記所定波長域の光に対して最も検出感度の高い画素からの信号に基づいて前記焦点調節状態を検出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の焦点検出装置において、
前記偏向部材を液晶を用いた回折光学素子で構成したこと特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の焦点検出装置と、
前記撮影光学系を透過した光を受光して被写体画像を撮像する撮影用撮像素子と、
前記焦点検出装置により検出された焦点調節状態に基づいて前記撮影光学系の焦点調節動作を行うオートフォーカス制御手段と、
前記焦点調節状態の検出・非検出に関わらず、前記焦点検出装置に含まれる前記撮像素子の撮像信号に基づいて画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする電子カメラ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の焦点検出装置と、
前記偏向部材を透過した光を受光して被写体画像を撮像する撮影用撮像素子と、
前記焦点検出装置により検出された焦点調節状態に基づいて前記撮影光学系の焦点調節動作を行うオートフォーカス制御手段と、
前記焦点調節状態の検出・非検出に関わらず、前記撮像素子の撮像信号に基づく画像を記録する記録手段とを備え、
前記焦点検出手段は、前記撮影用撮像素子から出力される撮像信号に基づいて焦点調節状態を検出することを特徴とする電子カメラ。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電子カメラにおいて、
前記撮影用撮像素子の撮像信号に基づいて、撮像された像の鮮鋭度を表す焦点評価値を算出する評価値演算手段を備え、
前記オートフォーカス制御手段は、前記焦点評価値および前記焦点検出手段により検出された前記焦点調節状態の少なくとも一方に基づいて前記撮影光学系の焦点調節動作を行うことを特徴とする電子カメラ。
【請求項８】
被写体からの光束を結像する撮影光学系の結像面と光学的にほぼ等価な位置に配置される光電変換素子と、
前記撮影光学系の前記光束の光路中に配設されるとともに、前記撮影光学系の光軸に直交する面内において重心位置が互いに異なる第１および第２の領域を有し、前記第１の領域に入射する前記光束の所定波長域の光を前記光電変換素子へと偏向する第１の状態と、前記第２の領域に入射する前記光束の所定波長域の光を前記光電変換素子へと偏向する第２の状態とを交互に時分割で切り換える瞳分割手段と、
前記光電変換素子の出力信号に基づ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とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項９】
被写体からの光束を結像する撮影光学系の結像面に配置され、前記前記被写体からの光束を受光して被写体画像を撮像する撮像素子と、
前記結像面と光学的に等価な位置に配置される光電変換素子と、
前記撮影光学系の前記光束の光路中に配設されるとともに、前記撮影光学系の光軸に直交する面内において重心位置が互いに異なる第１および第２の領域を有し、（ａ）入射光束のうち前記第１の領域に入射する所定波長域の光を前記光電変換素子へと偏向する第１の状態と、（ｂ）入射光束のうち前記第２の領域に入射する所定波長域の光を前記光電変換素子へと偏向する第２の状態と、（ｃ）入射光束をそのまま透過する第３の状態との間で切り換え可能な偏向部材と、
前記第１の状態および前記第２の状態のそれぞれにおける前記光電変換素子の撮像信号に基づいて、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と、
前記焦点調節状態を検出する場合には前記偏向部材の前記第１の状態および前記第２の状態を時分割で交互に切り換え、前記焦点調節状態を検出しない場合には前記偏向部材を前記第３の状態に切り換える制御手段とを備えたことを特徴とする電子カメラ。
【請求項１０】
瞳時分割方式により焦点調節状態を検出する電子カメラに着脱自在に装着される交換レンズであって、
前記撮影レンズの被写体光路中に配設され、（ａ）入射被写体光のうち第１の領域に入射する所定波長域の光を偏向する第１の状態と、（ｂ）入射被写体光から前記第１の領域と重心位置が異なる第２の領域に入射する所定波長域の光を偏向する第２の状態と、（ｃ）入射被写体光をそのまま透過する第３の状態との間で切り換え可能な偏向部材と、
前記瞳時分割方式による焦点調節状態検出時に、前記偏向部材を前記第１の状態および前記第２の状態に交互に切り換える切換駆動部とを備えたことを特徴とする交換レンズ。
【請求項１１】
被写体からの光束を結像する撮影光学系の結像面に配置され、前記被写体からの光束を光電変換する光電変換素子と、
前記撮影光学系の前記光束の光路中に配設されるとともに、前記撮影光学系の光軸に直交する面内において重心位置が互いに異なる第１および第２の領域を有し、前記第１の領域に入射する前記光束の所定波長域の光を偏向する第１の状態と、前記第２の領域に入射する前記光束の所定波長域の光を偏向する第２の状態とに切り換え可能な偏向部材と、
前記偏向部材を前記第１の状態と第２の状態とに交互に切り換える切換手段と、
前記切換手段による前記第１の状態および第２の状態のそれぞれにおいて前記光電変換素子で得られる光電変換信号に基づいて、前記撮影光学系の前記被写体に対する焦点調節状態を求め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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞳時分割式の焦点検出を行う焦点検出装置、その焦点検出装置を備えた電子カメラおよび電子カメラに着脱自在に装着される交換レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、デジタルスチルカメラ等の電子カメラでは、撮影用撮像素子で撮像された画像のコントラスト等の鮮鋭度を評価して、その鮮鋭度がピークとなる状態を合焦状態と判断するコントラスト検出方式の焦点検出が知られている。この方式を採用した場合、焦点検出用のセンサーを別途設ける必要がないため、カメラの低コスト化や小型化に有利であるという特徴を有するが、一方で、焦点合わせに時間がかかるという欠点を有している。
【０００３】
上述したコントラスト検出方式と同様に撮影用撮像素子の出力信号を用いて焦点検出を行い、かつ焦点合わせの時間を短縮する方法として、瞳時分割型像ズレ検出方式の焦点検出を行うカメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。このカメラでは、撮影レンズの射出瞳位置近傍に液晶を利用した瞳選択手段が設けられており、その瞳選択手段には液晶の透過・不透過を切り換えることにより一対の瞳開口を形成することができる。そして、一対の瞳開口の透過状態を交互に切り換えて、各瞳開口を透過した光による被写体像同士の位置ズレを検出することにより撮影レンズの焦点調節状態を検出する。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１７５０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したカメラでは、焦点検出動作中においては、液晶の透過・不透過が交互に繰り返されるため、常に透過状態とされる撮影時に比べて光量が減少し画面全体が暗くなるという欠点がある。また、焦点が合っていない画像部分は、液晶切り換えと同期して像ブレが生じる。そのため、撮影用撮像素子の出力信号を電子ビューファインダに利用した場合、焦点検出中は画面が暗かったり像ブレが生じたりして、非常に見づらくなるという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、被写体からの光束を撮影光学系で結像した被写体画像を撮像する撮影装置に搭載され、瞳時分割により得られた撮像信号に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置に適用され、撮影光学系の被写体光路中に配設されるとともに、撮影光学系の光軸に直交する面内において重心位置が互いに異なる第１および第２の領域を有し、（ａ）入射被写体光のうち第１の領域に入射する所定波長域の光を偏向する第１の状態と、（ｂ）入射被写体光のうち第２の領域に入射する所定波長域の光を偏向する第２の状態と、（ｃ）入射被写体光をそのまま透過する第３の状態との間で切り換え可能な偏向部材と、撮影光学系の撮像面または光学的にほぼ等価な位置に配置された撮像素子と、第１の状態および第２の状態のそれぞれにおける撮像素子の撮像信号に基づいて、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、焦点調節状態を検出する場合には偏向部材の第１の状態および第２の状態を時分割で交互に切り換え、焦点調節状態を検出しない場合には偏向部材を第３の状態に切り換える制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、偏向部材は第１および第２の領域で構成される対領域を複数有し、焦点検出手段は焦点調節状態の検出を対領域毎に行うようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の焦点検出装置において、撮像素子は異なる分光感度特性を有する複数の画素を有し、焦点検出手段は、撮像素子に含まれる複数の画素の内の所定波長域の光に対して最も検出感度の高い画素からの信号に基づいて前記焦点調節状態を検出する。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の焦点検出装置において、偏向部材を液晶を用いた回折光学素子で構成したものである。
請求項５の発明による電子カメラは、請求項１〜４のいずれかに記載の焦点検出装置と、撮影光学系を透過した光を受光して被写体画像を撮像する撮影用撮像素子と、焦点検出装置により検出された焦点調節状態に基づいて撮影光学系の焦点調節動作を行うオートフォーカス制御手段と、焦点調節状態の検出・非検出に関わらず、焦点検出装置に含まれる撮像素子の撮像信号に基づいて画像を表示する表示手段とを備えるものである。
請求項６の発明による電子カメラは、請求項１〜４のいずれかに記載の焦点検出装置と、偏向部材を透過した光を受光して被写体画像を撮像する撮影用撮像素子と、焦点検出装置により検出された焦点調節状態に基づいて撮影光学系の焦点調節動作を行うオートフォーカス制御手段と、焦点調節状態の検出・非検出に関わらず、撮像素子の撮像信号に基づく画像を記録する記録手段とを備え、焦点検出手段は、撮影用撮像素子から出力される撮像信号に基づいて焦点調節状態を検出するものである。
請求項７の発明は、請求項５または６に記載の電子カメラにおいて、撮影用撮像素子の撮像信号に基づいて、撮像された像の鮮鋭度を表す焦点評価値を算出する評価値演算手段を備え、オートフォーカス制御手段は、焦点評価値および焦点検出装置により検出された焦点調節状態の少なくとも一方に基づいて撮影光学系の焦点調節動作を行うものである。
請求項８の発明による焦点検出装置は、被写体からの光束を結像する撮影光学系の結像面と光学的にほぼ等価な位置に配置される光電変換素子と、撮影光学系の光束の光路中に配設されるとともに、撮影光学系の光軸に直交する面内において重心位置が互いに異なる第１および第２の領域を有し、第１の領域に入射する光束の所定波長域の光を光電変換素子へと偏向する第１の状態と、第２の領域に入射する光束の所定波長域の光を光電変換素子へと偏向する第２の状態とを交互に時分割で切り換える瞳分割手段と、光電変換素子の出力信号に基づいて撮影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。
請求項９の発明による電子カメラは、被写体からの光束を結像する撮影光学系の結像面に配置され、前記被写体からの光束を受光して被写体画像を撮像する撮像素子と、
結像面と光学的に等価な位置に配置される光電変換素子と、撮影光学系の光束の光路中に配設されるとともに、撮影光学系の光軸に直交する面内において重心位置が互いに異なる第１および第２の領域を有し、（ａ）入射光束のうち第１の領域に入射する所定波長域の光を光電変換素子へと偏向する第１の状態と、（ｂ）入射光束のうち第２の領域に入射する所定波長域の光を光電変換素子へと偏向する第２の状態と、（ｃ）入射光束をそのまま透過する第３の状態との間で切り換え可能な偏向部材と、第１の状態および第２の状態のそれぞれにおける光電変換素子の撮像信号に基づいて、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、焦点調節状態を検出する場合には偏向部材の第１の状態および第２の状態を時分割で交互に切り換え、焦点調節状態を検出しない場合には偏向部材を第３の状態に切り換える制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１０の発明は、瞳時分割方式により焦点調節状態を検出する電子カメラに着脱自在に装着される交換レンズであって、撮影レンズの被写体光路中に配設され、（ａ）入射被写体光のうち第１の領域に入射する所定波長域の光を偏向する第１の状態と、（ｂ）入射被写体光から前記第１の領域と重心位置が異なる第２の領域に入射する所定波長域の光を偏向する第２の状態と、（ｃ）入射被写体光をそのまま透過する第３の状態との間で切り換え可能な偏向部材と、瞳時分割方式による焦点調節状態検出時に、偏向部材を前記第１の状態および第２の状態に交互に切り換える切換駆動部とを備えたことを特徴とする。
請求項１１の発明による焦点検出装置は、被写体からの光束を結像する撮影光学系の結像面に配置され、被写体からの光束を光電変換する光電変換素子と、撮影光学系の光束の光路中に配設されるとともに、撮影光学系の光軸に直交する面内において重心位置が互いに異なる第１および第２の領域を有し、第１の領域に入射する光束の所定波長域の光を偏向する第１の状態と、第２の領域に入射する光束の所定波長域の光を偏向する第２の状態とに切り換え可能な偏向部材と、偏向部材を第１の状態と第２の状態とに交互に切り換える切換手段と、切換手段による第１の状態および第２の状態のそれぞれにおいて光電変換素子で得られる光電変換信号に基づいて、撮影光学系の被写体に対する焦点調節状態を求める焦点検出手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１の状態では第１の領域に入射する所定波長域の光のみが光路外へ偏向され、第２の状態では第２の領域に入射する所定波長域の光のみが光路外へ偏向されるだけなので、第１および第２の状態を交互に切り換えて焦点検出を行っている最中において、画像のちらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明による焦点検出装置を電子カメラに適用した場合の概略構成を示す図である。電子カメラ１には、撮影レンズ２およびその撮影レンズ２により結像された被写体像を撮像する撮像素子４が設けられている。撮像素子４にはＣＣＤ型やＣＭＯＳ型等の撮像素子が用いられる。撮影レンズ２と撮像素子４との間の光軸Ｊ上には、駆動部１２により駆動される瞳分割部材３が配設されている。なお、撮影レンズ２が複数のレンズを有するレンズ群で構成される場合には、瞳分割部材３はレンズ群の間に配設される場合もある。
【０００９】
撮像素子４から出力された信号は制御演算部５に入力される。制御演算部５は、撮像素子４の出力信号に対して各種画像処理を施す信号処理回路を含むとともに、（ａ）撮像素子４および瞳分割部材３の駆動部１２の制御、（ｂ）撮像素子４の出力信号に基づいて行われる像ズレ量の演算、（ｃ）演算された像ズレ量に基づいて行われる撮影レンズ２の焦点ズレ量（撮影レンズ２による被写体の像面と撮像素子４上の予定結像面とのずれ量とその方向を表すデフォーカス量）の演算、（ｄ）撮像素子４の出力信号に基づく焦点評価値（被写体像のコントラスト鮮鋭度の評価値）の演算、（ｅ）算出されたデフォーカス量や焦点評価値に基づくレンズ駆動部１１の制御などを行う。
【００１０】
レンズ駆動部１１は、演算制御部５の指令により撮影レンズ２のフォーカスレンズを駆動する。演算制御部５における画像処理により得られた画像情報は、記憶部６に記憶される。１０は電子カメラ１に着脱可能に設けられた記録媒体であり、記憶部６に記憶された画像情報は記録媒体１０に転送される。また、電子カメラ１は電子ビューファインダ７を備えており、記憶部６に記憶された画像情報をＬＣＤ等で構成される表示部８に表示し、観察光学系９により観察することができる。
【００１１】
《瞳分割部材３の説明》
図２は瞳分割部材３を撮像素子４の方向から見た平面図である。瞳分割部材３は液晶ホログラムで構成され、２つの分割領域３０１，３０２が光軸Ｊに関して左右対称な位置に設けられている。すなわち、分割領域３０１の重心は光軸Ｊの左側の距離ｄの位置にあり、分割領域３０２の重心は光軸Ｊの右側の距離ｄの位置にある。分割領域３０１，３０２は、位相型の体積ホログラムとしての光学特性を備えている。
【００１２】
図３は、図２のＡ−Ａ断面を模式的に示したものである。同図においては、説明の便利のため、分割領域３０１，３０２が実際よりも狭く描かれている。図３において３１１，３１２はガラスやプラスチック等からなる透明基板であり、透明基板３１１，３１２の互いに対向している面には透明導電膜３１３，３１４による電極パターンが形成されている。透明導電膜３１３，３１４は、分割領域３０１に対応する透明導電膜３１３ｂ，３１４ｂと、分割領域３０２に対応する透明導電膜３１３ｃ，３１４ｃ（不図示）と、分割領域３０１，３０２以外の領域に対応する透明導電膜３１３ａ，３１４ａとに分かれており、駆動部１２は各々に対して電圧を個別に印加することができる。
【００１３】
透明基板３１１と透明基板３１２との間には、高分子ポリマー３１５ａに液晶粒子３１５ｂを分散した高分子分散液晶３１５が挟持されている。なお、図２の分割領域３０２も分割領域３０１と同様の構造を有している。高分子分散液晶３１５においては、分子ポリマー３１５ａ中に液晶粒子３１５ｂが分散しており、液晶粒子３１５ｂの密度の高い層３１６と液晶粒子３１５ｂの密度の低い層３１７とが交互に現れる層状構造となっている。この層状構造は後述する干渉縞パターンと同一の周期構造を有しており、印加電圧が低い場合入射した光に対して体積型のホログラムとして機能する。
【００１４】
このようなホログラム機能を備えた瞳分割部材３を形成する場合、まず、液晶と光硬化性モノマーとを混合してモノマー中に液晶を分散させ、その後、図４に示すように瞳分割部材３をレーザー露光する。図４は、ホログラム形成のためのレーザー露光を説明する概念図である。例えば、コンピュータにより生成された回折格子を物体光の中に配置して作成したレーザー物体光Ｌ２とレーザー参照光Ｌ１とを干渉させ、その干渉領域に瞳分割部材３を配設すると、透明基板３１１と３１２との間にも干渉縞に対応した光強度分布パターンが形成される。
【００１５】
上述した液晶と光硬化性モノマーとの混合部材は、上述したように形成された干渉縞をホログラムとして記録するための記録部材である。モノマー中に分散した液晶はモノマーが光重合する際に液晶粒子３１５ｂとなり、干渉により光強度が強くなっている部分ではモノマーの光重合が充分に進んでポリマーの密度が高くなる。逆に、光強度が弱い部分では、光強度が強い部分にモノマーが引き寄せられる分だけ液晶粒子３１５ｂの密度が高くなる。
【００１６】
このようにして、図３に示すような液晶粒子３１５ｂの密度の低い層３１７と液晶粒子３１５ｂの密度の高い層３１６とから成るホログラムが、高分子分散液晶３１５内に形成される。本実施の形態において形成されるホログラムは、瞳分割部材３に光Ｌ１１を入射させたときに、特定波長域の光Ｒに対して回折効率が高くなるように設計される。すなわち、ホログラムを作成する場合に、特定波長域の光Ｒと同じ波長を有するレーザー光で露光を行う。そのため、光Ｒは所定角度方向に回折され、その他の波長を有する光Ｌ１１’は瞳分割部材３を直進するように透過する。
【００１７】
なお、ホログラムの偏向効果としては、例えば、（ａ）プリズムと同じように像高（光軸からの距離）によらず同じ角度で入射した光は全て同じ角度だけ偏向するものであっても良いし、（ｂ）ホログラムにレンズ効果を付与して回折された光Ｒを所定の範囲に集光させるものであっても良い。後者の場合、回折された光Ｒがカメラ内部で反射して迷光となるのを防止する構成が容易となる。
【００１８】
特定波長域の光Ｒは以下のように設定する。撮像素子４はＣＣＤを構成する各画素に３種のフィルターのいずれかを配したカラーＣＣＤであり、分光透過特性の異なる３種類の画素がモザイク状に並んだ構造を有している。図５は３種のフィルターの分光透過特性を模式的に示したものであり、横軸は波長、縦軸は感度である。第１種のフィルターＦＲの分光透過特性は赤色の波長にピークを有しており、第２種のフィルターＦＧの分光透過特性は緑色の波長にピークを有し、第３種のフィルターＦＢの分光透過特性は青色の波長にピークを有している。
【００１９】
後述するように、本実施の形態の電子カメラでは、第１種のフィルターＦＲを透過する赤色光Ｒを用いて焦点検出をするように構成している。そのため、瞳分割部材３に形成されるホログラムには赤色付近の回折効率が良いものを用いて、赤色光Ｒを回折するように構成した。なお、赤色光Ｒに限らず、青色光または緑色光を回折するようにホログラムを構成して、それらの光で焦点検出を行うようにしても良い。
【００２０】
《瞳分割部材３の動作説明》
次に、瞳分割部材３のホログラム機能のオン・オフ動作について説明する。図６は瞳分割部材３の動作状態の種類を示す図であり、（ａ）は第１の状態を、（ｂ）は第２の状態を、（ｃ）は第３の状態をそれぞれ示す。また、図７〜９は、図６の（ａ）〜（ｃ）に示したＡ１−Ａ１断面，Ａ２−Ａ２断面およびＡ３−Ａ３断面をそれぞれ模式的に示したものである。
【００２１】
図６（ａ）に示した第１の状態では、図７に示す分割領域３０１の透明導電膜３１３ｂ、３１４ｂに電圧を印加する。図７において３１８は液晶粒子３１５ｂ内の液晶分子を表している。分割領域３０１においては、印加電圧を与えることによって液晶粒子３１５ｂ内の液晶分子３１８の光軸を瞳分割部材３の厚さ方向に配向させ、液晶粒子３１５ｂの実効屈折率ｎeffを等方性高分子ポリマー３１５ａの屈折率ｎpとほぼ等しくなるようにしている。
【００２２】
そのため、図７に示す第１の状態では、分割領域３０１の層３１６と層３１７との間に屈折率差がなくなり、層３１６，３１７はホログラムとして機能することがない。その結果、分割領域３０１は、赤色光Ｒに対してもその他の波長の光に対しても透明状態となり、分割領域３０１に入射した光Ｌ１２は瞳分割部材３を直進するように透過する。
【００２３】
一方、図６（ａ）のハッチングを施した分割領域３０１以外の領域３０１’においては、印加電圧がオフとされる。この場合、液晶粒子３１５ｂ内の液晶分子３１８はランダムに配向する。その結果、液晶粒子３１５ｂと等方性高分子ポリマー３１５ａとの間に屈折率差が生じ、分割領域３０１以外の領域における層３１６，３１７は、赤色光に対してホログラムとして機能する。よって、入射光Ｌ１１に含まれる赤色光Ｒは一点鎖線で示すように図示右斜め上方向の被写体光路外へ回折され、それ以外の光Ｌ１１’は瞳分割部材３を直進するように透過する。
【００２４】
すなわち、第１の状態では、瞳分割部材３に入射した被写体光Ｌ１１，Ｌ１２から領域３０１’内の赤色光Ｒを被写体光の光路外へ偏向する。そして、残余の光（領域３０１’内の赤色光Ｒ以外の光Ｌ１１’および分割領域３０１に入射した被写体光Ｌ１２）を偏向することなくそのまま撮像素子４方向へと透過する。
【００２５】
図６（ｂ）に示した第２の状態では、分割領域３０２の印加電圧をオンにして、その他の領域の印加電圧をオフとする。図８のＡ２−Ａ２断面図に示すように、分割領域３０１には電圧が印加されていないので、液晶粒子３１５ｂ内の液晶分子３１８の配向方向はランダムになっている。そのため、分割領域３０１を含む図６（ｂ）のハッチングを施された領域３０２’では、図８に示すように入射光Ｌ１１，Ｌ１２に含まれる赤色光Ｒは回折され、残りの光Ｌ１１’，Ｌ１２’が瞳分割部材３を直進するように透過する。また、電圧が印加されている分割領域３０２の状態は図７に示す分割領域３０１と同様の状態となっており、入射光はそのまま透過される。
【００２６】
すなわち、第２の状態では、瞳分割部材３に入射した被写体光から領域３０２’内の赤色光Ｒを被写体光の光路外へ偏向し、残余の光（領域３０２’内の赤色光Ｒ以外の光および分割領域３０２に入射した被写体光）を偏向することなくそのまま撮像素子４方向へと透過する。
【００２７】
図６（ｃ）に示す第３の状態では、瞳分割部材３の全領域の印加電圧がオンとされる。そのため、図９に示すように、全ての領域で液晶粒子３１５ｂ内の液晶分子３１８が電界方向に配向され、全領域においてホログラム機能が発現されない。よって、入射光Ｌ１１，Ｌ１２に対して瞳分割部材３の全領域が透明状態となり、入射光Ｌ１１，Ｌ１２はそのまま透過される。後述する瞳時分割式の焦点検出を行う場合には第１の状態および第２の状態を使用し、撮影を行う場合には全体が透明状態となる第３の状態を使用する。
【００２８】
《焦点検出についての説明》
本実施の形態のカメラでは、２種類の方法で撮影レンズ２の焦点状態を検出することができる。第１の方法は瞳分割部材３を利用した瞳時分割式の焦点検出であり、第２の方法は撮像された画像のコントラスト鮮鋭度を表す焦点評価値を利用したコントラスト検出方式の焦点検出である。
【００２９】
（瞳時分割式の焦点検出）
まず、第１の方法である瞳時分割式焦点検出について説明する。図１０，１１は瞳分割部材３を用いた焦点検出の原理を説明する図であり、撮影レンズ２，瞳分割部材３および撮像素子４を図１のＸ方向から見た図である。瞳分割部材３の分割領域３０１，３０２は光軸Ｊを挟んで図示上下方向に並んでいる。本実施の形態における瞳分割部材３を用いた焦点検出方法は、原理的には従来の瞳時分割式焦点検出と同じであるが、被写体光に含まれる赤色光Ｒを用いて焦点検出を行う点が異なっている。
【００３０】
上述したように、瞳分割部材３のホログラムは赤色光Ｒ付近で回折効率が良い構成となっており、赤色光Ｒ付近以外の光については印加電圧のオンオフにかかわらず透明状態であるといえる。そのため、図１０，１１では光線として赤色光Ｒのみを図示した。図１０の（ａ），（ｂ）は、撮影レンズ２の結像面の位置と撮像素子４の撮像面の位置とが一致した合焦状態を示したものである。
【００３１】
なお、上述した図３および図６〜９では、ホログラムにより赤色光Ｒが光軸Ｊの上方へ回折される場合を例に説明した。図１０，１１では赤色光Ｒの回折と像ズレとが分かりやすいように、撮像素子４から見て光軸Ｊよりも右側（図示上側）の領域では赤色光Ｒを撮像素子４の右方向（図示上方）に回折し、光軸よりも左側（図示下側）の領域では撮像素子４の左方向（図示下方）に回折する場合を例に説明する。
【００３２】
図１０（ａ）は瞳分割部材３の分割領域３０１に電圧を印加した場合、すなわち上述した第１の状態を示す。この場合、分割領域３０１に入射した赤色光Ｒは、回折による偏向を受けずにそのまま撮像素子４に入射する。一方、分割領域３０１以外の領域３０１’では、赤色光Ｒは二点差線で示すように回折により撮像素子４の左右方向に偏向され、撮像素子４に入射しない。図１０（ｂ）は瞳分割部材３を上述した第２の状態とした場合であり、分割領域３０２に入射した赤色光Ｒは偏向されずに撮像素子４に入射するが、分割領域３０２以外の領域３０２’に入射した赤色光Ｒは偏向されて撮像素子４に入射しない。
【００３３】
一方、図１１の（ａ），（ｂ）は、結像面の位置が撮像面の位置よりも撮影レンズ２側にある場合、すなわち焦点が前方にずれている場合を示したものである。図１１の（ａ），（ｂ）における瞳分割部材３の状態は図１０の（ａ），（ｂ）の場合と同じであり、図１１（ａ）は分割領域３０１の印加電圧がオンで、図１１（ｂ）は分割領域３０２の印加電圧がオンである。
【００３４】
図１１（ａ）の場合、分割領域３０１を通過した赤色光Ｒにより撮像素子４の撮像面には多少ぼけた像が形成され、その像の位置は光軸Ｊよりも右側（図示上側）にずれている。図１１（ｂ）の場合にも分割領域３０２を通過した赤色光Ｒにより多少ぼけた像が撮像素子４の撮像面に形成されるが、像の位置は図１１（ａ）の場合とは逆に光軸Ｊよりも左側（図示下側）にずれる。なお、図１１の場合とは反対に焦点が撮像面の後方にずれている場合には、像のズレ方向は上述したものと逆になる。
【００３５】
制御演算部５（図１参照）は撮像素子４の出力信号に基づいて上述した像ズレ量を算出し、算出された像ズレ量に基づいて撮影レンズ２のデフォーカス量を算出する。像ズレ量を検出する際には、制御演算部５は瞳分割部材３の印加電圧を制御して第１の状態と第２の状態とを交互に切り換える。
【００３６】
瞳分割部材３は赤色光Ｒ以外の光に対しては常に透明状態になっているので、赤色光Ｒ以外の光は像ズレ量検出には不要な光となる。そこで、瞳時間分割式で焦点検出を行う際には、赤色光Ｒを透過する第１種のフィルターＦＲが設けられた画素の出力信号のみを用いて像ズレ量の検出を行う。その結果、像ズレ量をより正確に検出することができる。
【００３７】
一方、電子ビューファインダ７の表示部８には、瞳時分割式で焦点検出を行っている最中も、撮像素子４からの出力信号に基づいて画像表示が行われる。液晶シャッタを用いた従来の瞳時分割式焦点検出では、焦点検出中は液晶シャッタによって遮られる光が多く、電子ビューファインダ７で観察される画像にフリッカー（ちらつき）が目立ち見難いという欠点があった。また、ボケた像が揺れて見え、やはり見難いという欠点もあった。
【００３８】
しかし、本実施の形態の焦点検出装置では、赤色光Ｒのみで瞳時分割式焦点検出を行うようにしたので、焦点検出中であっても赤色光Ｒ以外の光は常に撮像されており、光量低下を低減することができる。表示部８に表示される画像には分割領域３０１，３０２が交互にオンオフすることによるフリッカーやボケ像の揺れが観察されるが、赤色光Ｒ以外の光は常に撮像されているため、赤色光Ｒに起因するフリッカーやボケ像の揺れを目立たなくすることができる。
【００３９】
また、電子ビューファインダ７の表示部８に撮像画像を逐次表示する際に、フィルターＦＲが設けられた画素、すなわち赤色光Ｒを検出する画素の出力信号に対する重み付けを、他のフィルターＦＢ，ＦＧが設けられた画素の出力信号に対する重み付けよりも小さくすることにより、フリッカー等をより目立たなくすることができる。このような重み付けは、画像表示の場合だけでなく画像記録の場合にも行うことが可能である。
【００４０】
（コントラスト検出方式の焦点検出）
次に、コントラスト検出方式の焦点検出について説明する。像のぼけの程度とコントラストとの間には相関があり、焦点が合ったときに像のコントラストは最大になる。コントラストの大小（鮮鋭度）は撮像信号の高周波成分の大小により評価することができる。この評価値は焦点評価値と呼ばれ、制御演算部５において撮像信号の高周波成分を抽出し、その高周波成分の絶対値を積分したものを焦点評価値とする。この焦点評価値は、合焦状態となってコントラストが最大となったときに最大値となる。
【００４１】
《ＡＦ動作の説明》
上述したように、本実施の形態では、素早いＡＦ動作が可能な瞳時分割式焦点検出と、ピント合わせの速度は遅いが精度良く焦点調節を行うことができるコントラスト検出方式の２つの方式で焦点調節状態を検出することができるので、これらを使い分けることにより種々の効果的なＡＦ動作が可能となる。本発明による焦点検出装置は静止画撮影の場合も動画撮影の場合も適用することができる。
【００４２】
静止画撮影の場合はレリーズボタンが半押しされるとＡＦ動作が行われ、全押しにより撮影が行われる。そして、ＡＦ動作においては、最初に瞳時分割式により粗調整を行った後に、コントラスト検出方式により微調整を行う。この場合、瞳時分割式によるＡＦ動作時における電子ビューファインダ上の像のちらつき（フリッカー）を低減させることができる。
【００４３】
動画撮影の場合には、通常はコントラスト検出公式でＡＦが行われるが、次のような状況においては瞳時分割式によりＡＦを行う。
（Ａ）動画撮影の初期段階で行う
例えば、撮影開始時のデフォーカス量が大きい場合、コントラスト検出方式だけでＡＦを行うとピントが合うまでに時間がかかったり、ピント合わせができない場合がある。しかし、撮影開始時に瞳時分割方式によりＡＦを行うことにより、撮影開始直後からぼけのない鮮鋭な画像を撮影し記録することができる。そのため、動画の１コマを静止画像として用いる場合、撮影直後の動画から鮮鋭な静止画を切り出すことができる。また、撮影操作直後から鮮鋭な画像が撮影できるため、撮影したいシーンをボケで逃すことなく鮮鋭な画像で撮影することができる。
【００４４】
（Ｂ）動画撮影中に急激に像ボケが生じた場合に行う
例えばカメラをパンニングした場合には像ボケが非常に大きくなるので、その時だけ瞳時分割式に切り換え、ピントが合った後にはコントラスト検出方式に再び切り換える。
（Ｃ）レリーズボタン半押しで行う
一般的には、レリーズボタンが操作されると動画撮影が開始されるが、ここでは、半押しで瞳時分割式のＡＦ動作を行い、全押しで撮影を開始するような動作を採用する。その結果、撮影開始時から鮮鋭な画像を撮影・記録することができる。
【００４５】
以上説明した実施の形態では、瞳時分割式で焦点検出を行う場合に、図６の（ａ）、（ｂ）に示したように分割領域３０１，３０２を交互に透明状態にし、透明状態でない領域（ハッチングを施した領域３０１’，３０２’）については赤色光Ｒを回折して偏向するようにした。しかし、この関係を逆にして、ハッチングを施した領域３０１’，３０２’を透明状態にし、ハッチングを施していない分割領域３０１，３０２では赤色光Ｒを偏向するようにしても良い。この場合も、図６（ａ）のハッチング領域３０１’と図６（ｂ）のハッチング領域３０２’とでは、各領域の重心が光軸Ｊを挟んで左右にずれているため、左右方向の像ズレを形成することができる。さらに、一対の分割領域３０１，３０２を設けて一方向の像ズレを検出したが、二対以上設けて二方向以上の像ズレを検出するようにしても良い。
【００４６】
また、上述したように一つの撮像素子４で色情報を検出する単板式カラー電子カメラに限らず、３種の分光感度を三つの撮像素子に受け持たせる三板式カラー電子カメラにも本発明は適用できる。さらに、レンズ交換式のカメラの場合、撮影レンズ２および瞳分割部材３は交換レンズのレンズ鏡筒内に設けられることになる。そして、カメラボディ側に設けられた駆動部１２によって瞳分割部材３に電圧が印加される。
【００４７】
さらにまた、撮影用の撮像素子４とは別に像ズレ検出用の光電変換素子を光軸Ｊから外れた位置に配置し、赤色光Ｒをその光電変換素子へと時分割で偏向するようにしても良い。この場合、偏向された赤色光Ｒを光電変換素子で受光することにより像ズレを検出することにより、撮影レンズ２の焦点調節状態を検出することができる。
【００４８】
瞳分割部材３に用いる部材としては、上述したホログラフィック高分子分散液晶に限らず、電気的または磁気的手段により回折機能をオンオフできる素子であれば良い。なお、本発明の焦点検出装置は、動画静止画兼用の電子カメラに限らず、動画専用または静止画専用の電子カメラにも適用することができる。
【００４９】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、撮影レンズ２は撮影光学系を、領域３０１’は第１の領域を、領域３０２’は第２の領域を、瞳分割部材３は偏向部材を、瞳分割部材３、駆動部１２および演算制御部５は瞳分割手段を、演算制御手段５および駆動部１２は制御手段を、駆動部１２は切換駆動部および切換手段を、演算制御部５は焦点検出手段，オートフォーカス制御手段および評価値演算手段を、特定波長域の光Ｒは所定波長域の光を、表示部８は表示手段を、記憶部６および記録媒体１０は記録手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による焦点検出装置を電子カメラに適用した場合の概略構成を示す図である。
【図２】瞳分割部材３を撮像素子４の方向から見た平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
【図４】ホログラム形成のためのレーザー露光を説明する概念図である。
【図５】３種のフィルターの分光透過特性を示す図である。
【図６】瞳分割部材３の動作状態の種類を示す図であり、（ａ）は第１の状態、（ｂ）は第２の状態、（ｃ）は第３の状態をそれぞれ示す。
【図７】図６（ａ）のＡ１−Ａ１断面を示す模式図である。
【図８】図６（ｂ）のＡ２−Ａ２断面を示す模式図である。
【図９】図６（ｃ）のＡ３−Ａ３断面を示す模式図である。
【図１０】合焦時における偏向状態を説明する図であり、（ａ）は第１の状態を、（ｂ）は第２の状態をそれぞれ示す。
【図１１】非合焦時における偏向状態を説明する図であり、（ａ）は第１の状態を、（ｂ）は第２の状態をそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００５１】
１  電子カメラ
２  撮影レンズ
３  瞳分割部材
４  撮像素子
５  演算制御部
１２  駆動部
３０１，３０２  分割領域
３０１’，３０２’  領域
【図１】
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【図２】
2006284694.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006284694.tif 000009
【図８】
2006284694.tif 000010
【図９】
2006284694.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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