(57)【要約】【課題】撮影光学系の暗い開口条件においてマイクロレンズの焦点距離を適正に設定した場合に迷光を防止すると共に、撮影光学系の明るい開口条件においてマイクロレンズの焦点距離を適正に設定した場合に十分な分解能を得る。【解決手段】撮像装置は、撮像光学系を透過した光束が入射する複数のマイクロレンズ部と、複数のマイクロレンズ部の各々に対して複数個設けられ、複数のマイクロレンズ部の各々を透過した光束を受光して光電変換する光電変換部と、撮像光学系の絞りに応じて複数のマイクロレンズ部の焦点距離を調整する焦点距離調整部と、複数の光電変換部を複数のマイクロレンズ部の焦点位置に駆動する駆動制御部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系を透過した光束が入射する複数のマイクロレンズ部と、
前記複数のマイクロレンズ部の各々に対して複数個設けられ、前記複数のマイクロレンズ部の各々を透過した光束を受光して光電変換する光電変換部と、
前記撮像光学系の絞りに応じて前記複数のマイクロレンズ部の焦点距離を調整する焦点距離調整部と、
前記複数の光電変換部を前記複数のマイクロレンズ部の焦点位置に駆動する駆動制御部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記複数のマイクロレンズ部の各々は、第１のマイクロレンズと、前記第１のマイクロレンズよりも前記光電変換部側に設けられた第２のマイクロレンズとをそれぞれ有し、
前記焦点距離調整部は、前記撮像光学系の絞りに応じて前記第２のマイクロレンズを駆動して、前記第１のマイクロレンズと前記第２のマイクロレンズとの合成焦点距離を調整することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記焦点距離調整部は、前記複数のマイクロレンズ部の各々の曲率を変化させることにより前記複数のマイクロレンズ部の焦点距離を調整する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】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイと、複数のマイクロレンズにそれぞれ対応する複数の受光部を有する光電変換素子とを備え、位相差焦点検出を行う技術や異なる焦点位置の画像を合成する技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９４７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、マイクロレンズの焦点距離は一定値に固定されている。したがって、撮影光学系の暗い開口条件においてマイクロレンズの焦点距離を適正に設定した場合は、マイクロレンズに対応する受光部に隣接する受光部へ被写体光束が入射する迷光を防止することができない。一方、撮影光学系の明るい開口条件においてマイクロレンズの焦点距離を適正に設定した場合は、十分な分解能を得ることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による撮像装置は、撮像光学系を透過した光束が入射する複数のマイクロレンズ部と、複数のマイクロレンズ部の各々に対して複数個設けられ、複数のマイクロレンズ部の各々を透過した光束を受光して光電変換する光電変換部と、撮像光学系の絞りに応じて複数のマイクロレンズ部の焦点距離を調整する焦点距離調整部と、複数の光電変換部を複数のマイクロレンズ部の焦点位置に駆動する駆動制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、撮影光学系の暗い開口条件においてマイクロレンズの焦点距離を適正に設定した場合に迷光を防止すると共に、撮影光学系の明るい開口条件においてマイクロレンズの焦点距離を適正に設定した場合に十分な分解能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施の形態による撮像装置の一構成例を示す図である。
【図２】焦点検出素子の構成を示す図である。
【図３】二つのマイクロレンズによる合成レンズの焦点距離を示す図である。
【図４】合成レンズの焦点距離の調整方法の説明に用いる図である。
【図５】合成レンズの焦点距離の調整方法に関するフローチャートである。
【図６】マイクロレンズの曲率の変更方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明による撮像装置の一構成例を示すブロック図である。図１に例示する撮像装置１は、一眼レフカメラであって、レンズ鏡筒１００とカメラボディ２００とを備える。レンズ鏡筒１００は、カメラボディ２００に交換可能に装着されている。
【０００９】
レンズ鏡筒１００の内部には、複数の撮影レンズ２ａ〜２ｃを含む撮像光学系２と、レンズ駆動モータ１１と、絞り部材１２とが設けられている。カメラボディ２００の内部には、メインミラー３ａおよびサブミラー３ｂからなるクイックリターンミラー３と、撮像素子４と、ファインダスクリーン５と、焦点検出素子６と、ペンタプリズム７と、接眼レンズ８と、測光用レンズ９と、測光センサ１０と、制御部１３と、レリーズボタン１４を備える。
【００１０】
撮影レンズ２ｂは、レンズ駆動モータ１１により駆動される焦点調節レンズである。絞り部材１２は、複数の絞り羽根（不図示）によって形成され、不図示の絞り調整部材によって設定された絞り値Ｆに応じて、カメラボディ２００の撮像素子４に導く光量を調整する。
【００１１】
クイックリターンミラー３は、可動式のミラーであって、撮像光学系２を通過した結像光束の光路上にある図示位置または結像光束の光路から退避した位置（たとえば、ファインダスクリーン５の下側）に置かれる。
【００１２】
メインミラー３ａの一部はハーフミラーとなっており、ハーフミラー部に入射した結像光束は一部が透過してサブミラー３ｂへ入射され、残りはファインダスクリーン５側へ反射される。また、メインミラー３ａのハーフミラー部以外の部分に入射した結像光束もファインダスクリーン５側へ反射される。サブミラー３ｂは、メインミラー３ａのハーフミラー部を透過した光束を焦点検出素子６へ反射する。
【００１３】
撮像素子４は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどから構成される。撮像素子４は、クイックリターンミラー３が結像光束の光路上から退避した位置にあるとき撮像光学系２を通過した結像光束を受光し、撮像信号を出力する。
【００１４】
ファインダスクリーン５は、撮像素子４と等価な位置に設けられている。メインミラー３ａにより反射された結像光束は、ファインダスクリーン５上に結像する。ファインダスクリーン５上に結像された被写体像はペンタプリズム７および接眼レンズ８を介して撮影者の目で観察されるとともに、ペンタプリズム７および測光用レンズ９を介して測光センサ１０へも導かれる。
【００１５】
焦点検出素子６は、サブミラー３ｂにより反射された結像光束を受光し、撮像光学系２の焦点調節に用いる焦点検出信号を出力する。焦点検出素子６については、後に詳述する。
【００１６】
制御部１３は、たとえばカメラボディ２００を制御するボディマイコン、ＲＡＭ、ＲＯＭなどによって構成される。また、制御部１３は、レンズ鏡筒１００の不図示の制御部と通信可能であって、撮影レンズ２ｂの位置に関する情報をレンズ鏡筒１００側に送信することや、絞り部材１２の絞り値Ｆに関する情報をレンズ鏡筒１００から取得することができる。
【００１７】
レリーズボタン１４は、通常ストロークの半分程度押し下げられると半押し信号を制御部１３に出力し、通常ストローク押し下げられると全押し信号を制御部１３に出力する。
【００１８】
撮像装置１は、レリーズボタン１４が出力する信号に応じて次のような動作を行う。レリーズボタン１４から制御部１３に半押し信号が出力されると、制御部１３は、測光センサ１０から出力される測光領域ごとの測光信号に基づいて露出演算を行うとともに、焦点検出素子６から出力される焦点検出信号に基づいて撮像光学系２の焦点調節を行う。
【００１９】
また、半押し信号に引き続き全押し信号がレリーズボタン１４から制御部１３に出力されると、制御部１３は、露出演算や焦点調節の結果を用いて、撮像素子４に被写体からの光を導き、被写体像を撮像させる。
【００２０】
図２は、焦点検出素子６の一例を示す図である。図２に例示する焦点検出素子６は、瞳分割式の位相差検出ＡＦにおいて焦点検出信号を出力するものであって、第１マイクロレンズアレイ６１と第２マイクロレンズアレイ６２と焦点検出センサ６３と第１圧電素子６４と第２圧電素子６５とを備える。
【００２１】
第１マイクロレンズアレイ６１には、複数の薄肉の第１マイクロレンズ６６がｘ軸方向とｙ軸方向に二次元状に配列されている。第２マイクロレンズアレイ６２には、複数の薄肉の第２マイクロレンズ６７がｘ軸方向とｙ軸方向に二次元状に配列されている。焦点検出センサ６３は、複数の受光部６８を有し、受光部６８の各々には複数の光電変換素子６９がｘ軸方向とｙ軸方向に二次元状に配列されている。第１マイクロレンズ６６と第２マイクロレンズ６７は、焦点検出センサ６３の受光部６８にそれぞれ一対一に対応付けられている。
【００２２】
第１マイクロレンズアレイ６１は、図１に示した撮像素子４と等価な位置に固定されている。第２マイクロレンズアレイ６２は、第１マイクロレンズアレイ６１と焦点検出センサ６３との間に配置され、第１圧電素子６４の駆動力によりｚ軸方向に移動可能である。焦点検出センサ６３は、第２圧電素子６５の駆動力によりｚ軸方向に移動可能である。
【００２３】
第１圧電素子６４は、制御部１３の制御のもと、第２マイクロレンズアレイ６２をｚ軸方向に移動させる。焦点検出素子６では、第２マイクロレンズアレイ６２をｚ軸方向に移動させることにより、第１マイクロレンズアレイ６１と第２マイクロレンズアレイ６２との間の距離ｄ１と、第２マイクロレンズアレイ６２と焦点検出センサ６３との間の距離ｄ２を制御する。
【００２４】
第２圧電素子６５は、制御部１３の制御のもと、焦点検出センサ６３をｚ軸方向に移動させて、第１マイクロレンズ６６と第２マイクロレンズ６７とによって構成される合成レンズの焦点位置に焦点検出センサ６３の受光面を移動させる。
【００２５】
図３は、合成レンズの焦点位置を模式的に示す。図３では、合成レンズを構成する第１マイクロレンズ６６と第２マイクロレンズ６７が模式的に薄肉の凸レンズで図示されている。また、図３には、点Ａから第１マイクロレンズ６６に平行光が入射した場合の光路７０が図示されている。光路７０では、点Ａからの平行光は、第１マイクロレンズ６６で屈折し、第２マイクロレンズ６７でさらに屈折し、合成レンズの焦点位置Ｂに導かれる。
【００２６】
図３には、第１マイクロレンズ６６と第２マイクロレンズ６７での二度の屈折を一度の屈折とみなしたときの仮想的な屈折面、すなわち主平面が中心軸７１と交わる点、すなわち主点Ｍが図示されている。以降、この主点Ｍから合成レンズの焦点位置Ｂまでの距離のことを合成焦点距離ｆと称する。合成焦点距離ｆは、第１マイクロレンズアレイ６１の焦点距離ｆ１と、第２マイクロレンズアレイ６２の焦点距離ｆ２、第１マイクロレンズアレイ６１と第２マイクロレンズアレイ６２との間の距離ｄ１との間に、下式（１）の関係がある。
ｄ１＝ｆ１＋ｆ２−（ｆ１・ｆ２／ｆ）    ・・・（１）
【００２７】
第２マイクロレンズ６７の主点の位置から主点Ｍまでの距離ｄ３は、下式（２）で表される。
ｄ３＝ｆ・ｄ１／ｆ１    ・・・（２）
したがって、第２マイクロレンズアレイ６２と焦点検出センサ６３との間の距離ｄ２は、下式（３）のように表される。
ｄ２＝ｆ−ｄ３＝ｆ２−（ｆ・ｆ２／ｆ１）    ・・・（３）
【００２８】
式（１）と式（３）から、合成焦点距離ｆが与えられれば、ｄ１とｄ２とが一意に定められる。したがって、合成焦点距離ｆが与えられれば、固定されている第１マイクロレンズアレイ６１の位置を基準にして、第２マイクロレンズアレイ６２の位置と、焦点検出センサ６３の位置を定めることができる。
【００２９】
図４（ａ）および（ｂ）を用いて、レンズ鏡筒１００の絞り部材１２の絞り値Ｆと、最適な合成焦点距離ｆとの関係を示す図である。図４（ａ）および（ｂ）では、レンズ鏡筒１００に内蔵される撮像光学系２の射出瞳８３が模式的に楕円形に図示されている。レンズ鏡筒１００の内側には、絞り値Ｆが小さい、すなわち絞り部材１２の開口径が大きいときの互いに異なり最も明るい瞳８１ａおよび８１ｂと、絞り値Ｆが大きいときの互いに異なる暗い瞳８２ａおよび８２ｂが図示されている。また、最も明るい瞳８１ａおよび８１ｂから合成レンズ８０へ入射する光束は実線１０１で示され、暗い瞳８２ａおよび８２ｂから合成レンズ８０へ入射する光束は破線１０２で示されている。
【００３０】
図４（ａ）は、暗い瞳８２ａおよび８２ｂが適切に解像されるように合成焦点距離ｆを設定した図である。図４（ａ）に示す合成焦点距離ｆでは、最も明るい瞳８１ａおよび８１ｂを通過した光が迷光となる。
【００３１】
図４（ｂ）は、最も明るい瞳８１ａおよび８１ｂが適切に解像されるように合成焦点距離ｆを設定した図である。図４（ｂ）に示す合成焦点距離ｆでは、暗い瞳８２ａおよび８２ｂを通過した光に対して十分な分解能を得ることができない。
【００３２】
制御部１３は、レンズ鏡筒１００の絞り部材１２の絞り値Ｆが大きい場合は図４（ａ）に示すように合成レンズ８０の合成焦点距離ｆを長く設定し、レンズ鏡筒１００の絞り部材１２の絞り値Ｆが小さい場合は図４（ｂ）に示すように合成レンズ８０の合成焦点距離ｆを短く設定する。
【００３３】
図５は、焦点検出素子６の制御に関するフローチャートである。図５に示す制御は、所定の記憶媒体に記憶されたプログラムに基づいて、制御部１３が実行する。
【００３４】
ステップＳ１３０では、制御部１３は、レンズ鏡筒１００から絞り部材１２の絞り値Ｆを取得する。ステップＳ１３１では、制御部１３は、ステップＳ１３０で取得した絞り値Ｆに応じて合成焦点距離ｆを決定する。たとえば、制御部１３は、ステップＳ１３０で取得した絞り値Ｆをキーとして用いて予め用意されているルックアップテーブルを参照して、合成焦点距離ｆを決定する。
【００３５】
ステップＳ１３２では、制御部１３は、ステップＳ１３１で決定した合成焦点距離ｆを式（１）および式（３）に代入して距離ｄ１および距離ｄ２を決定する。
【００３６】
ステップＳ１３３では、制御部１３は、第１圧電素子６４を用いて、第１マイクロレンズアレイ６１と第２マイクロレンズアレイ６２との間の距離がステップＳ１３２で決定した距離ｄ１と一致するように第２マイクロレンズアレイ６２の位置を調整する。
【００３７】
ステップＳ１３４では、制御部１３は、第２圧電素子６５を用いて、合成レンズ８０の焦点位置に焦点検出センサ６３を移動させる。制御部１３は、第２マイクロレンズアレイ６２と焦点検出センサ６３との間の距離がステップＳ１３２で決定した距離ｄ２と一致するように焦点検出センサ６３を移動させる。その後、制御部１３は、ステップＳ１３０の処理に戻る。
【００３８】
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像装置１は、撮像光学系２を透過した光束が入射する複数の第１マイクロレンズ６６および第２マイクロレンズ６７と、複数の第１マイクロレンズ６６および第２マイクロレンズ６７の各々に対して複数個設けられ、複数の第１マイクロレンズ６６および第２マイクロレンズ６７の各々を透過した光束を受光して光電変換する光電変換素子６９と、制御部１３とを備える。制御部１３は、第１圧電素子６４を制御して、撮像光学系２の絞り、たとえば絞り部材１２の絞り値Ｆに応じて複数の第２マイクロレンズ６７をｚ軸方向に移動させることにより第１マイクロレンズ６６と第２マイクロレンズ６７との合成レンズ８０の焦点距離ｆを調整する。また、制御部１３は、第２圧電素子６５を制御して、複数の光電変換素子６９を複数の合成レンズ８０の焦点位置に駆動する。したがって、撮影光学系２の暗い開口条件において合成レンズ８０の合成焦点距離ｆを適正に設定した場合に迷光を防止すると共に、撮影光学系２の明るい開口条件において合成レンズ８０の合成焦点距離ｆを適正に設定した場合に十分な分解能を得ることができる。
【００３９】
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）
上記の実施の形態では、第２マイクロレンズアレイ６２をｚ軸方向に移動させることにより、第１マイクロレンズ６６と第２マイクロレンズ６７との合成レンズ８０の焦点距離ｆを調整した。しかし、光電変換素子６９に対応するマイクロレンズの焦点距離を調整する方法は、上記の方法だけに限定しない。たとえば、第１マイクロレンズ６６の曲率を変化させることによって、光電変換素子６９に対応するマイクロレンズの焦点距離を調整することにしてもよい。第１マイクロレンズ６６の焦点距離は、第１マイクロレンズ６６の曲率が大きくなるほど短くなる。この方式で光電変換素子６９に対応するマイクロレンズの焦点距離を調整する場合は、第２マイクロレンズアレイ６２を要しない。
【００４０】
図６は、第１マイクロレンズ６６の曲率の変更方法の一例を示す。図６では、第１マイクロレンズ６６を薄肉レンズで構成し、第１マイクロレンズ６６の周縁部９０をｚ軸方向に駆動する駆動部９１が周縁部９０に接続されている。駆動部９１は、制御部１３の制御に従い周縁部９０を引いて、第１マイクロレンズ６６の曲率を変化させる。なお、第１マイクロレンズ６６を液体レンズで構成して、液体圧を変えて所望の曲率を有する形状に第１マイクロレンズ６６を変形させることにしてもよい。
【００４１】
（変形例２）
上記の実施の形態では、撮像装置１がレンズ交換式の一眼レフカメラであるものとして説明したが、マイクロレンズと光電変換素子とを備え、かつ、絞り可変の撮像装置であれば、他の形態の撮像装置、たとえばレンズ固定式のデジタルカメラやカメラ付き携帯電話などにも本発明を適用することができる。
【００４２】
（変形例３）
図２に示した焦点検出素子６に含まれる第１マイクロレンズ６６、第２マイクロレンズ６７、受光部６８、光電変換素子６９の形状や個数は、あくまで一例であって、図示した数に限定されない。
【００４３】
（変形例４）
上記の実施の形態では、焦点検出素子６に含まれる光電変換素子６９用のマイクロレンズの焦点距離を調整することにした。しかし、測光センサ１０や撮像素子４に光電変換素子とマイクロレンズとが含まれる場合は、同様の方法によりマイクロレンズの焦点距離を調整することができる。
【００４４】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１  撮像装置
２  撮像光学系
６  焦点検出素子
１２  絞り部材
１３  制御部
６１  第１マイクロレンズアレイ
６２  第２マイクロレンズアレイ
６４  第１圧電素子
６５  第２圧電素子
６６  第１マイクロレンズ
６７  第２マイクロレンズ
６９  光電変換素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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