(57)【要約】【課題】撮影レンズの収差に起因する焦点検出誤差を抑制する。【解決手段】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、マイクロレンズごとに複数の受光素子を有し、結像光学系からの光束をマイクロレンズを介して受光する受光素子アレイと、受光素子アレイの受光信号の出力に基づいて結像光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段とを備え、マイクロレンズアレイ上の位置に応じてマイクロレンズの配列を異ならせた。【選択図】図４
2008209761.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ごとに複数の受光素子を有し、結像光学系からの光束を前記マイクロレンズを介して受光する受光素子アレイと、
前記受光素子アレイの受光信号の出力に基づいて前記結像光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段とを備え、
前記マイクロレンズアレイ上の位置に応じて前記マイクロレンズの配列を異ならせ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、
前記受光素子アレイ上の位置に応じて前記受光素子アレイ上の受光素子の配列を異ならせたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記マイクロレンズアレイと前記受光素子アレイは前記結像光学系による画面に対応して配置され、
前記マイクロレンズアレイまたは前記受光素子アレイにおける配列面を複数の領域に区分したときに、該複数の領域ごとに前記画面の中心からの方向と該中心からの方向に直交する方向の少なくとも一方に沿って前記マイクロレンズまたは前記受光素子を配列することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の焦点検出装置において、
前記複数の領域の境界は前記画面の中心からの方向に沿ってい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１項に記載の焦点検出装置において、
前記各マイクロレンズに対応する複数の前記受光素子の内の、前記画面の中心からの方向と該中心からの方向に直交する方向の少なくとも一方に沿った複数の前記受光素子で得られる出力に基づいて前記焦点調節状態を求め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１項に記載の焦点検出装置において、
前記複数の受光素子は、前記マイクロレンズのそれぞれについて前記マイクロレンズの配列方向に沿った一対の受光素子を含み、
前記焦点検出演算手段は、前記マイクロレンズの配列に対応する複数の前記一対の受光素子出力に基づいて前記焦点調節状態を演算することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の焦点検出装置において、
前記一対の受光素子は、前記各マイクロレンズに対応する複数の前記受光素子の中から、前記画面の中心からの方向と該中心からの方向に直交する方向に沿って並進対称性を有する一対の前記受光素子グループを抽出し、それらを焦点検出に用いることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１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】
本発明は焦点検出装置と撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影レンズを透過した光を、二次元状にマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイと、各マイクロレンズの背後に複数の光電変換素子を配列した光電変換素子アレイとにより受光し、位相差検出方式により撮影レンズの焦点検出を行うようにした焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開昭５８−０２４１０５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、マイクロレンズを二次元状に正方配列しているので、撮影レンズの予定焦点面上の撮影レンズの光軸が通る中心から離れた周辺部の焦点検出領域において、撮影レンズの収差の影響により検出誤差が発生するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明は、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、マイクロレンズごとに複数の受光素子を有し、結像光学系からの光束をマイクロレンズを介して受光する受光素子アレイと、受光素子アレイの受光信号の出力に基づいて結像光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段とを備え、マイクロレンズアレイ上の位置に応じてマイクロレンズの配列を異ならせたものである。
（２）  請求項２の焦点検出装置は、受光素子アレイ上の位置に応じて受光素子アレイ上の受光素子の配列を異ならせたものである。
（３）  請求項３の焦点検出装置は、マイクロレンズアレイと受光素子アレイは結像光学系による画面に対応して配置され、マイクロレンズアレイまたは受光素子アレイにおける配列面を複数の領域に区分したときに、該複数の領域ごとに画面の中心からの方向と該中心からの方向に直交する方向の少なくとも一方に沿ってマイクロレンズまたは受光素子を配列したものである。
（４）  請求項４の焦点検出装置は、複数の領域の境界を画面の中心からの方向に沿って設定したものである。
（５）  請求項５の焦点検出装置は、各マイクロレンズに対応する複数の受光素子の内の、画面の中心からの方向と該中心からの方向に直交する方向の少なくとも一方に沿った複数の受光素子で得られる出力に基づいて焦点調節状態を求めるようにしたものである。
（６）  請求項６の焦点検出装置は、複数の受光素子が、マイクロレンズのそれぞれについてマイクロレンズの配列方向に沿った一対の受光素子を含み、焦点検出演算手段によって、マイクロレンズの配列に対応する複数の一対の受光素子出力に基づいて焦点調節状態を演算するようにしたものである。
（７）  請求項７の焦点検出装置は、一対の受光素子が、各マイクロレンズに対応する複数の受光素子の中から、画面の中心からの方向と該中心からの方向に直交する方向に沿って並進対称性を有する一対の受光素子グループを抽出し、それらを焦点検出に用いるようにしたものである。
（８）  請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備えた撮像装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、結像光学系の収差に起因した焦点検出誤差を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明をデジタル一眼レフカメラに適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明は一眼レフデジタルカメラに限定されず、撮影レンズの焦点調節を行うあらゆる撮像装置に適用することができる。
【０００８】
図１は、一実施の形態の焦点検出装置を備えたデジタル一眼レフカメラの構成を示す横断面図である。なお、本発明の焦点検出装置および撮像装置に関わる機器および装置以外のカメラの一般的な機器および装置については図示と説明を省略する。一実施の形態のカメラはカメラボディ１にレンズ鏡筒２０が装着され、レンズ鏡筒２０は各種の撮影レンズに交換可能である。なお、この一実施の形態ではレンズ交換式カメラを例に上げて説明するが、本発明はレンズ交換式カメラに限定されず、レンズ固定式カメラに対しても適用できる。
【０００９】
カメラボディ１は、撮像素子２、シャッター３、焦点検出光学系４、焦点検出センサー５、焦点検出演算回路６、カメラ制御回路７、駆動回路８、クイックリターンミラー９、サブミラー１０、ファインダースクリーン１１、ペンタプリズム１２、測光レンズ１３、測光センサー１４、接眼レンズ１５、操作部材１６などを備えている。
【００１０】
撮像素子２はＣＣＤやＣＭＯＳなどから構成され、レンズ鏡筒２０内の撮像レンズ２３により結像した被写体像を電気信号に変換して出力する。シャッター３は、シャッターボタン（不図示）の全押し時（シャッターレリーズ時）に露出演算結果または撮影者が手動で設定したシャッター秒時だけ開放され、撮像素子２を露光する。焦点検出光学系４、焦点検出センサー５および焦点検出演算回路６は位相差検出方式の焦点検出装置を構成し、撮影レンズ２３の焦点調節状態を示すデフォーカス量を検出する。この焦点検出装置４，５，６については詳細を後述する。
【００１１】
カメラ制御回路７は図示しない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、測光、焦点検出、撮影などのシーケンス制御や、露出演算などの演算制御を行う。駆動回路８は、レンズ鏡筒２０内に設けられるアクチュエーター２５を駆動制御する。測光センサー１４は、撮影画面を複数の領域に分割して各領域ごとの輝度に応じた測光信号を出力する。
【００１２】
レンズ鏡筒２０は、フォーカシングレンズ２１、ズーミングレンズ２２、絞り２４、アクチュエーター２５、レンズメモリ２６などを備えている。なお、図１ではフォーカシングレンズ２１とズーミングレンズ２２を一つの撮影レンズ２３で代表して表す。フォーカシングレンズ２１はアクチュエーター２５により光軸方向に駆動され、撮影レンズ２３の焦点調節を行うレンズである。ズーミングレンズ２２はアクチュエーター２５により光軸方向に駆動され、撮影レンズ２３の焦点距離を変えるレンズである。絞り２４はアクチュエーター２５に駆動されて絞り開口径を変化させる。レンズメモリ２６には、撮影レンズ２３の開放Ｆ値、焦点距離、絞りしきい値Ｆｋ（詳細後述）などの撮影光学系に関する情報が記憶されている。
【００１３】
カメラボディ１およびレンズ鏡筒２０には、撮影者が操作する操作部材１６が配置される。操作部材１６には、シャッターボタンの半押し時にオンするレリーズ半押しスイッチ、シャッターボタンの全押し時オンするレリーズ全押しスイッチなどが含まれる。
【００１４】
撮影時以外は、クイックリターンミラー９とサブミラー１０が図１に示すように撮影光路中に置かれる。このとき、撮影レンズ２３を透過した被写体からの光の一部は、クイックリターンミラー９に反射されてファインダースクリーン１１へ導かれ、スクリーン１１上に被写体像を結像する。この被写体像は、ペンタプリズム１２と接眼レンズ１５を介して撮影者の目へ導かれるとともに、ペンタプリズム１２と測光用レンズ１３を介して測光用センサー１４へ導かれる。カメラ制御回路７は、測光用センサー１４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い、撮影画面の輝度に応じたシャッター速度と絞り値を算出する。なお、手動露出撮影モード設定時には、撮影者が操作部材１６を操作して設定したシャッター速度と絞り値を用いる。
【００１５】
一方、撮影レンズ２３を通過した被写体からの光の他の一部は、クイックリターンミラー９を透過してサブミラー１０により反射され、焦点検出光学系４を介して焦点検出センサー５へ導かれる。この一実施の形態では撮影画面内の複数の位置に焦点検出エリアが設定されており、焦点検出センサー５は、各焦点検出エリアごとに撮影レンズ２３の焦点調節状態を示す焦点検出信号を出力する。焦点検出演算回路６は、各焦点検出エリアごとの焦点検出信号に基づいて撮影レンズ２３の焦点調節状態を示すデフォーカス量を算出する。カメラ制御回路７はデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、駆動回路８によりアクチュエーター２５を駆動してフォーカシングレンズ２１を合焦駆動する。
【００１６】
撮影時には、クイックリターンミラー９とサブミラー１０が撮影光路から退避され（ミラーアップ）、シャッター３が開放されて撮影レンズ２３を透過した被写体からの光束が撮像素子２へ導かれ、撮像素子２により撮像を行う。
【００１７】
図２は焦点検出光学系４と焦点検出センサー５の詳細な構成を示す。焦点検出光学系４は複数のマイクロレンズを二次元平面上に展開したマイクロレンズアレイから構成されており、図１に示すように撮影レンズ２３の予定焦点面１７から所定距離だけ後方の位置に配置される。このマイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）４の背後には、焦点検出センサー５がマイクロレンズアレイ４に密着して配置される。焦点検出センサー５は複数の受光素子（光電変換素子）を二次元平面上に展開した受光素子アレイから構成されており、この一実施の形態では各マイクロレンズに対して５個の受光素子が配列された例を示す。なお、マイクロレンズおよび受光素子の配列と対応関係の種々の態様については後述する。
【００１８】
一つのマイクロレンズとそのマイクロレンズに対応する受光素子列をこの明細書では便宜上、画素と呼ぶことにする。図２に示す例では、マイクロレンズとそのマイクロレンズに対応して配置される５個の受光素子が一つの画素である。この一実施の形態の焦点検出装置では、各画素の受光素子列の各マイクロレンズによる像が、各マイクロレンズの頂点よりも被写体側に結像する構成になっており、この結像面が予定焦点面１６と一致するようにマイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）４と焦点検出センサー５を配置する。
【００１９】
この一実施の形態の焦点検出装置４〜６は、撮影レンズ２３の瞳面の異なる領域を通過した被写体光による対の像の、検出面近傍における位置ずれに基づいてデフォーカス量を得るものであり、位相差検出方式の焦点検出装置である。
【００２０】
ここで、一実施の形態の焦点検出演算回路６による焦点検出演算方法について説明する。第１の焦点検出演算方法では、隣接する画素、または所定間隔の画素の受光素子列で検出した像どうしのずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。例えば図２において、二つの隣接する画素のＡ列とＢ列の二つの受光素子列上の像のずれ量、つまり予定焦点面１６上のＡ’とＢ’で表す“受光素子列ＡとＢの逆投影像”の位置に撮影レンズ２３により結像される被写体像のずれ量によりデフォーカス量を演算する。
【００２１】
第２の焦点検出演算方法では、隣接して配列される複数の画素において、各画素の受光素子列の端からｎ番目の受光素子出力を連ねて生成する像と、(ｎ＋ｍ)番目の受光素子出力を連ねて生成する像とのずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。例えば図２において、各画素の受光素子列の左から２番目の受光素子ｃの出力を連ねて受光素子列Ｃとした像と、左から４番目の受光素子ｄの出力を連ねて受光素子列Ｄとした像とのずれ量、つまり予定焦点面１６上のＣ’とＤ’で表す“受光素子列ＣとＤの逆投影像”の位置に撮影レンズ２３により結像される被写体像のずれ量により、デフォーカス量を演算する。
【００２２】
なお、第２の焦点検出演算方法の変形例として、図３に示すように、左から１番目と２番目の受光素子出力の加算値を連ねて受光素子列Ｃとした像と、左から４番目と５番目の受光素子出力の加算値を連ねて受光素子列Ｄとした像とのずれ量、つまり予定焦点面１６上のＣ’とＤ’で表す“受光素子列ＣとＤの逆投影像”の位置に撮影レンズ２３により結像される被写体像のずれ量により、デフォーカス量を演算してもよい。
【００２３】
図４はマイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）４と焦点検出センサー５の画素配列の一例を示し、図１に示す予定焦点面１７から焦点検出光学系４と焦点検出センサー５を見た図である。なお、図４に示す画素配列では、マイクロレンズアレイ４と焦点検出センサー５を図５に示すように１５の検出領域Ａ〜Ｏに区分し、各検出領域の境界を破線で示す。実際には、マイクロレンズとマイクロレンズとの間は遮光膜で覆っているが、図４では説明を解りやすくするために遮光膜の図示を省略している。
【００２４】
図４において、線分ｒ１は、撮影レンズ２３（図１参照）の光軸とマイクロレンズアレイ４および焦点検出センサー５とが交わる点、すなわち撮影画面中心から検出領域Ｋの略中心位置へ延びる放射線である。この明細書では、線分ｒ１の方向を“画面中心からの放射方向”という。検出領域Ｋにおいて、マイクロレンズＬＫ１、ＬＫ２、ＬＫ３、ＬＫ４、ＬＫ５に対応する受光素子列は、線分ｒ１の方向すなわち画面中心からの放射方向に沿って並んでいる。他のマイクロレンズＬＫ９〜ＬＫ１１、ＬＫ１２〜ＬＫ１４も、同じ画面中心からの放射方向に沿って並んでいる。
【００２５】
一方、マイクロレンズＬＫ６、ＬＫ７、ＬＫ８の列、および他の三つの列は、線分ｒ１と直角な線分ｎ１の方向に沿って並んでいる。この明細書では、線分ｒ１の方向すなわち画面中心からの放射方向と直角な線分ｎ１の方向を“画面中心からの放射方向と直角な方向”という。この方向に並ぶ各マイクロレンズに対応する受光素子列も、画面中心からの放射方向と直角な方向に配列されている。
【００２６】
検出領域Ｌにおいても同様に、各マイクロレンズと各受光素子列は、画面中心からの放射方向である線分ｒ２の方向、または画面中心からの放射方向と直角な方向である線分ｎ２の方向に沿って並んでいる。検出領域ＫとＬと対象に配置された検出領域ＩとＨ、ＢとＣ、ＦとＥも同様な並び方で配置されている。一方、他の検出領域Ｊ、Ｎ、Ｏ、Ｍ、Ｄ、Ａ、Ｇでは、各マイクロレンズと各受光素子列が縦または横に配置されている。
【００２７】
図６は、図４に示す検出領域Ｉ内のマイクロレンズと受光素子列の配置を拡大して示す。この検出領域Ｉのマイクロレンズと受光素子列を用いて画面中心からの放射方向と直角な方向の像ずれを検出し、焦点検出を行う方法を説明する。例えばマイクロレンズＬＩ６とＬＩ７を用いると、受光素子ＳＩ６１〜ＳＩ６７の受光素子列を図２に示す受光素子列Ａとするとともに、受光素子ＳＩ７１〜ＳＩ７７の受光素子列を図２に示す受光素子列Ｂとし、上述した第１の焦点検出演算方法を用いる。
【００２８】
また、マイクロレンズＬＩ６、ＬＩ７、ＬＩ８を用い、受光素子ＳＩ６３、ＳＩ７３、ＳＩ８３を組み合わせて図２の受光素子列Ｃとするとともに、受光素子ＳＩ６５、ＳＩ７５、ＳＩ８５を組み合わせて図２の受光素子列Ｄとし、上述した第２の焦点検出演算方法を用いる。
【００２９】
ここで、画面中心からの放射方向と直角な方向において像ずれ検出を行う場合には、次のような利点がある。第１に、ずれた２像の一致性が比較的よい。一般に、位置ずれを比較する二つの像、すなわち受光素子列で検出される二つの光量分布は、透過してきた撮影レンズの収差の影響で歪みがある。二つの像における歪みの差が大きいほど、これらの像ずれ検出が不正確になる。収差の像への影響は、その像の像高と角度、つまり像のコントラスト検出方向と光軸中心からの像の位置への放射線との相対角度によるところが大きい。像ずれ検出方向が、検出領域の概略中心点における画面中心からの放射方向と直角な方向である場合には、二つの像を形成する光束が焦点検出センサー５の受光面上でほぼ同じ像高に注ぐ光束となり、さらに各像自体の方向も各光束が注ぐ位置における画面中心からの放射方向と直角な方向に近い。したがって、これら像全体にわたって収差はほぼ等しくなり、収差に起因した二つの像の不一致は軽微となる。これにより、像の不一致による焦点検出不能状態になりにくく、また焦点検出精度の低下を防ぐことができる。なお、この場合に検出される像ずれ量に対して収差による誤差分を補正する必要がある。
第２に、けられにくい、けられてもずれを比較する２像が比較的に同じようにけられるので、検出結果への影響が少ない。
【００３０】
図６に示す検出領域Ｉのマイクロレンズと受光素子列を用いて、画面中心からの放射方向の像ずれを検出し、焦点検出を行う方法を説明する。例えばマイクロレンズＬＩ１とＬＩ２を用いると、受光素子ＳＩ１１〜ＳＩ１７の受光素子列を図２に示す受光素子列Ａとするとともに、受光素子ＳＩ２１〜ＳＩ２７の受光素子列を図２に示す受光素子列Ｂとし、上述した第１の焦点検出演算方法を用いる。
【００３１】
また、マイクロレンズＬＩ１〜ＬＩ５を用い、受光素子ＳＩ１３、ＳＩ２３、ＳＩ３３、ＳＩ４３、ＳＩ５３を組み合わせて図２の受光素子列Ｃとするとともに、受光素子ＳＩ１５、ＳＩ２５、ＳＩ３５、ＳＩ４５、ＳＩ５５を組み合わせて図２の受光素子列Ｄとし、上述した第２の焦点検出演算方法を用いる。
【００３２】
ここで、画面中心からの放射方向において像ずれ検出を行う場合には、次のような利点がある。撮影レンズの収差特性による影響を補正するため、収差特性を表すデータから補正量を算出する必要があるが、収差が光軸を中心とする回転対称であることから、像ずれ検出方向が検出領域の概略中心点における画面中心からの放射方向と一致している場合には、第１に、検出領域の光軸からの距離と像の長さが同じであれば、複数の焦点検出エリアで同じ補正量を使うことができる。したがって、撮影レンズ固有の収差を表すデータから補正量を計算する回数を減らすことができる。第２に、補正量を計算する際に、像の角度を考慮する必要がないので、補正値一つごとに計算量が少なくて済む。この一実施の形態では、従来の位相差検出方式焦点検出装置に比べ、焦点検出エリア、すなわち像ずれ量を検出し得る列が多いので、補正演算の負担の軽減は極めて有効である。
【００３３】
なお、図４に示すマイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）４と焦点検出センサー５の画素配列例では、説明を解りやすくするために、検出領域を少なくするとともに、各検出領域内の画素数を少なくしたが、実際には、図７に示すように検出領域を多くし、各検出領域内の画素数を多くする。検出領域内の画素数が少ないと、上述した第２の焦点検出演算方法を用いる場合に、各画素の受光素子出力を連ねて受光素子列を形成しても、受光素子列が短くなり、焦点検出精度が悪くなる。
【００３４】
また、図４および図７に示す画素配列例では、マイクロレンズの輪郭を円形としたが、図８に示すように、隣接するマイクロレンズの境界を直線状にしてもよい。これにより、密にマイクロレンズを配置することができ、被写体からの光束を無駄なく利用することができる。
【００３５】
さらに、図４、図７、図８に示す画素配列例では、マイクロレンズの光軸中心と受光素子列の中心とが光軸に沿った方向から見て一致している。しかし、このような画素に限定されず、マイクロレンズの光軸中心と受光素子列の中心とを異なる位置にしてもよい。特に、光軸から遠い撮影画面の周辺部になるほど、撮影レンズでけられない光束が注ぐ範囲は、受光面上で撮影レンズの光軸から遠い方に平行移動していく。そこで、このような移動に併せて焦点検出センサーの受光素子列の位置を、撮影画面周辺の画素ほど周辺よりにシフトすると無駄なく画素を利用できる。
【００３６】
《画素配列の変形例》
図９は、マイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）４と焦点検出センサー５の画素配列の他の例を示す。この画素配列例では、各マイクロレンズに対応する受光素子列を、互いに直交する画素列からなる十字型の画素列とする。このようにすることで、上述した画素配列例に比べ密に受光素子列を配置することができ、したがって面積当たり多くの情報量を取得して焦点検出に用いることができるから、焦点検出不能になる確率を低減しつつ焦点検出精度を向上させることができる。
【００３７】
この画素配列においても、図５に示すように、マイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）４と焦点検出センサー５の検出領域を、Ａ〜Ｏの１５の検出領域に区分する。図９ではＪ、Ｎ、Ｏ、Ｉ、Ｈ、Ｇ以外の検出領域の受光素子列の図示を省略している。左上の検出領域Ｋにおいて、マイクロレンズＬＫ１、ＬＫ３、ＬＫ６の列は、画面中心からの放射方向の線分ｒ１に沿って並んでいる。また、ＬＫ２、ＬＫ３、ＬＫ４の列およびＬＫ５、ＬＫ６、ＬＫ７の列は、画面中心からの放射方向と直角な方向の線分ｎ１に沿って並んでいる。検出領域Ｌ、Ｂ、Ｃ、Ｉ、Ｈ、Ｆ、Ｅにおいても同様に、マイクロレンズは、画面中心からの放射方向の線分ｒ２と、画面中心からの放射方向と直角な方向の線分ｎ２に沿って並んでいる。
【００３８】
図１０は、図９に示す検出領域Ｉの画素配列の拡大図である。まず、画面中心からの放射方向と直角な方向の像ずれを検出して焦点検出を行う場合について説明する。マイクロレンズＬＩ２とＬＩ３を用いると、受光素子ＳＩ２１〜ＳＩ２５の受光素子列を図２に示す受光素子列Ａとするとともに、受光素子ＳＩ３１〜ＳＩ３５の受光素子列を図２に示す受光素子列Ｂとし、上述した第１の焦点検出演算方法を用いる。また、マイクロレンズＬＩ２〜ＬＩ４を用い、受光素子ＳＩ２２、ＳＩ３２、ＳＩ４２を組み合わせて図２に示す受光素子列Ｃとするとともに、受光素子ＳＩ２４、ＳＩ３４、ＳＩ４４を組み合わせて図２に示す受光素子列Ｄとし、上述した第２の焦点検出演算方法を用いる。
【００３９】
次に、画面中心からの放射方向の像ずれを検出して焦点検出を行う場合について説明する。マイクロレンズＬＩ３とＬＩ６を用いると、受光素子ＳＩ３６、ＳＩ３７、ＳＩ３３、ＳＩ３８、ＳＩ３９の受光素子列を図２に示す受光素子列Ａとするとともに、受光素子ＳＩ６６、ＳＩ６７、ＳＩ６３、ＳＩ６８、ＳＩ６９の受光素子列を図２に示す受光素子列Ｂとし、上述した第１の焦点検出演算方法を用いる。またマイクロレンズＬＩ１、ＬＩ３、ＬＩ６を用い、受光素子ＳＩ１７、ＳＩ３７、ＳＩ６７を組み合わせて図２に示す受光素子列Ｃとするとともに、受光素子ＳＩ１８、ＳＩ３８、ＳＩ６８を組み合わせて図２に示す受光素子列Ｄとし、上述した第２の焦点検出演算方法を用いる。
【００４０】
《画素配列の他の変形例》
図１１〜図１７に画素配列の他の変形例を示す。なお、これらの図では図５に示す検出領域Ａ〜Ｏの内の左下の検出領域(Ｉ、Ｈ、Ｇ)、または(Ｉ、Ｈ)、またはＩのみを示すが、他の検出領域についても同様である。これらの画素配列では、受光素子を二次元状に、検出領域ごとにマイクロレンズの配列方向と同じ方向に配列している。すなわち、各検出領域の概略中心点における画面中心からの放射方向、または画面中心からの放射方向と直角な方向に沿って二次元状に受光素子を配列している。
【００４１】
例えば図１１の検出領域Ｇ、Ｈ、Ｉ（図５のＧ、Ｈ、Ｉに相当）に示すように、焦点検出センサー５の各マイクロレンズに対応する複数の受光素子の内、画面中心からの放射方向と直交する方向に配列される５個の受光素子を一つのグループとしてグループ分けし、各グループ内の受光素子出力を合計して一つの受光素子として扱い、上述した第１または第２の焦点検出演算方法を用いて画面中心からの放射方向における焦点検出を行うことができる。なお、図１１では検出領域Ｇ、Ｈ、Ｉ以外の領域におけるグループ分けの図示を省略する。
【００４２】
各マイクロレンズ下の複数の受光素子のグループ分けは図１１に示すグループ分けに限定されるものではなく、種々のグループ分けを採用することができる。例えば図１２に示すように、各マイクロレンズ下の複数の受光素子の内、画面中心からの放射方向と直交する方向に配列される３個の受光素子を一つのグループとしてグループ分けし、各グループ内の受光素子出力を合計して一つの受光素子として扱うようにしても、画面中心からの放射方向における焦点検出を行うことができる。これにより、絞りが比較的小さい撮影レンズを用いた場合に、マイクロレンズの周辺部に注ぐ被写体からの光束がケラレても、周辺部の受光素子を焦点検出に用いるのを避けることができ、高い焦点検出精度を維持することができる。
【００４３】
逆に、撮影レンズの絞りが大きい場合には、図１１に示すように各グループ内の受光素子数を増してグループの横幅を大きくすれば、被写体からの光束をより多く利用することができ、輝度が低い被写体に対しても正確に焦点検出を行うことができる。そこで、撮影レンズの絞り値に応じて図１１または図１２に示すグループ分け方法を選択することによって、種々の撮影レンズに対して高精度な焦点検出が可能になる。図６、図１０に示す画素配列では、焦点検出に用いる受光素子の並び方向の範囲を狭めることしかできないが、撮影レンズの絞り値に応じて図１１および図１２に示すようにグループ分け方法を選択することによって、受光素子の並び方向と直交する方向の範囲も狭めることができる。
【００４４】
一方、図１３に示すように、各マイクロレンズ下の複数の受光素子の内、画面中心からの放射方向と直交する方向に配列される２行５列合計１０個の受光素子を一つのグループとしてグループ分けし、各グループ内の受光素子出力を合計して一つの受光素子として扱うようにしても、後述するように画面中心からの放射方向における焦点検出を行うことができる。
【００４５】
一方、図１４の検出領域Ｇ、Ｈ、Ｉ（図５のＧ、Ｈ、Ｉに相当）に示すように、各マイクロレンズ下の複数の受光素子の内、画面中心からの放射方向に配列される５個の受光素子を一つのグループとしてグループ分けし、各グループ内の受光素子出力を合計して一つの受光素子として扱い、上述した第１または第２の焦点検出演算方法を用いて画面中心からの放射方向と直角な方向における焦点検出を行うことができる。なお、図１４では検出領域Ｇ、Ｈ、Ｉ以外の領域のグループ分けの図示を省略するが、検出領域Ｇ、Ｈ、Ｉ以外の領域についても同様である。
【００４６】
なお、上述した第２の焦点検出演算方法の変形例、すなわち隣接する複数の受光素子出力を合成し、抜き出して使用する焦点検出演算方法を、図１１〜図１４に示す画素配列に対して適用することができる。例えば、図１１に示す２グループを合成して図１３に示す２行２列の大グループを生成すれば、図３に示す受光素子列ＣおよびＤに相当する“グループ列”を生成することができる。
【００４７】
また、各マイクロレンズ下の複数の受光素子のグループ分けは矩形形状に限定されず、例えば図１５や図１６に示すような形状にグループ分けすることができる。図１５では、被写体からの光束がケラレない範囲の受光素子をできる限り多く焦点検出に用いるために、マイクロレンズの輪郭に近い受光素子を用いず、かつ、二つのグループの形状を一致させるためにグループの形状を略長円形状としている。グループ形状を一致させるのは、そうしないと像ずれを比較する二つの像がぼけている場合にその一致性が悪くなり、像ずれ量検出の誤差が大きくなるからである。なお、図１７に示すように、さらに多くの被写体光束を利用するために、形状の一致性を犠牲にしてグループの面積を拡大することもできる。
【００４８】
このように、一実施の形態によれば、複数のマイクロレンズを平面上に配列した焦点検出光学系（マイクロレンズアレイ）４と、複数の受光素子を配列して撮影レンズ（結像光学系）２３とマイクロレンズアレイ４を透過した被写体からの光束を受光する焦点検出センサー（受光素子アレイ）５と、焦点検出センサー５の出力信号に基づいて撮影レンズ２３の焦点調節状態を演算する焦点検出演算回路６とを備え、撮影レンズ２３の撮影画面内の位置に応じてマイクロレンズアレイ４上のマイクロレンズの配列を異ならせたので、撮影レンズ２３の収差に起因した焦点検出誤差を抑制することができる。
【００４９】
また、撮影画面内の位置に応じて焦点検出センサー上の受光素子の配列を異ならせたので、撮影レンズ２３の収差に起因した焦点検出誤差を抑制することができる。
【００５０】
さらに、撮像画面を複数の検出領域に区分し、撮影画面の中心からの放射方向および放射方向と直角な方向に沿って各検出領域内のマイクロレンズと受光素子を配列したので、焦点検出光学系（マイクロレンズアレイ）４と焦点検出センサー（受光素子アレイ）５の製造を容易にしながら、撮影レンズ２３の収差に起因した焦点検出誤差を抑制することができる。
【００５１】
《画素配列の他の変形例》
図１７、図１８に画素配列の他の変形例を示す。なお、これらの図では図５に示す検出領域Ａ〜Ｏの内の左下の検出領域(Ｉ、Ｈ、Ｇ)または(Ｉ、Ｈ)を示すが、他の検出領域についても同様である。これらの画素配列では、すべての検出領域においてマイクロレンズの配列方向とは無関係に受光素子を二次元状に縦横に配列している。
【００５２】
図１７において、画面中心からの放射方向の像ずれ量を検出する場合には、各マイクロレンズ下の複数の受光素子を太線で囲ったグループに分け、各グループ内の受光素子の出力を加算して一つの受光素子として扱う。検出領域Ｇでは５個の受光素子を一つのグループに分け、検出領域Ｈ、Ｉでは７個の受光素子を一つのグループに分ける。上述した画素配列と異なり、検出領域Ｉでは検出領域中心における画面中心からの放射方向と焦点検出センサー５上の受光素子の並び方向との角度によって、グループの受光素子の並び方向が正確に画面中心からの放射方向とならず、グループの形状が同じにならない。しかし、近似的にそれらの条件を満たすようにグループ化することによって、同じ方法で焦点検出が可能になる。図１７では、マイクロレンズの直径に対して受光素子を比較的大きくした例を示すが、実際にはより受光素子を細かくすることによって、よりよい近似が可能になる。
【００５３】
一方、上述した第２の焦点検出演算方法の変形例、すなわち隣接する複数の受光素子出力を合成し、抜き出して使用する焦点検出演算方法を適用する場合には、図１８に示すように、各マイクロレンズ下の複数の受光素子を太線で囲ったようにグループ分けし、各グループ内の受光素子の出力を加算して一つの受光素子として扱うことによって、図３に示す受光素子列ＣおよびＤに相当する“グループ列”を生成することができる。
【００５４】
このように、焦点検出センサー（受光素子アレイ）５上の受光素子を二次元正方配列に並べるとともに、撮影画面を複数の検出領域に区分し、撮影画面の中心からの放射方向および放射方向と直角な方向に沿って各検出領域内のマイクロレンズを配列するとともに、各マイクロレンズに対応する複数の受光素子の内の、放射方向または放射方向と直角な方向に沿った複数の受光素子を焦点検出に用いるようにしたので、焦点検出センサー（受光素子アレイ）５の製造を容易にしながら、撮影レンズ２３の収差に起因した焦点検出誤差を抑制することができる。
【００５５】
《その他の変形例》
例えば図１９に示すように、各マイクロレンズ下に２個の受光素子を配列した画素配列に対しても本発明を適用することができる。図１９では検出領域Ｇ、Ｈ、Ｉ（図５参照）の画素配列のみを示すが、他の検出領域においても同様である。このような画素配列では、第１の焦点検出演算方法は採用できないが、第２の焦点検出演算方法を用いた焦点検出が可能である。
【００５６】
上述した一実施の形態では、図５に示す検出領域どうしの境界線を水平または直角としたが、これに限定されず、検出領域どうしの境界線を斜めの方向や“ジグザグ”にしてもよい。例えば図２０に示すように、検出領域どうしの境界線を画面中心からの放射線に近い線とすることによって、マイクロレンズが連続して並ぶ数を多くすることができ、第２の焦点検出演算方法を採用する場合に、画面中心からの放射方向に長い範囲の像に基づく像ずれ量の検出ができる。これにより、より大きな像ずれを検出できるので、より大きな焦点ずれを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一実施の形態の焦点検出装置を備えたデジタル一眼レフカメラの構成を示す図
【図２】焦点検出光学系と焦点検出センサーの詳細な構成と焦点検出演算方法を説明するための図
【図３】焦点検出光学系と焦点検出センサーの詳細な構成と焦点検出演算方法を説明するための図
【図４】マイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）と焦点検出センサーの画素配列の一例を示す図
【図５】マイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）と焦点検出センサーの検出領域の区分例を示す図
【図６】図４に示した焦点検出装置の検出領域内のマイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図７】マイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）と焦点検出センサーの検出領域の他の区分例を示す図
【図８】マイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）と焦点検出センサーの画素配列の他の例を示す図
【図９】マイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）と焦点検出センサーの画素配列の他の例を示す図
【図１０】検出領域内のマイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図１１】検出領域内のマイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図１２】検出領域内のマイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図１３】検出領域内のマイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図１４】検出領域内のマイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図１５】マイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図１６】マイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図１７】検出領域内のマイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図１８】検出領域内のマイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図１９】検出領域内のマイクロレンズと受光素子列の配置の拡大図
【図２０】マイクロレンズアレイ（焦点検出光学系）と焦点検出センサーの検出領域の他の区分例を示す図
【符号の説明】
【００５８】
４  焦点検出光学系（マイクロレンズアレイ）
５  焦点検出センサー
６  焦点検出演算回路
２１  撮影レンズ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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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