(57)【要約】【課題】限られたスペースに配置可能で高精度の合焦情報を取得できるようにすること。【解決手段】対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系（フォーカシングレンズ１４，クイックリターンミラー１８，サブミラー２４，透過型ミラー３２）の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を主輝度情報取得用センサ３４と副輝度情報取得用センサ３６で取得する。この際、主輝度情報取得用センサ３４は合焦予定面と光学的に等価な位置（第１の等価合焦予定面３０−１）に配置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を取得する輝度情報取得手段を具備し、
少なくとも一つの輝度情報の取得位置が上記合焦予定面と光学的に等価であることを特徴とする合焦情報取得用検出装置。
【請求項２】
上記輝度情報取得手段は、少なくとも一つの輝度情報取得用のセンサを有し、
上記センサのうちの少なくとも一つが、上記合焦予定面と光学的に等価な位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項３】
上記合焦予定面と光学的に等価な位置に配置されたセンサのうちの一つは、当該合焦情報取得用検出装置を用いた撮像装置における撮像素子と兼用されることを特徴とする請求項２に記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項４】
上記合焦予定面と光学的に等価な位置での輝度情報取得を主輝度情報取得とし、
それ以外の位置での輝度情報取得を副輝度情報取得とし、
上記副輝度情報取得位置が、上記主輝度情報取得位置に対して光路に沿って被写体側にあることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項５】
上記合焦予定面と光学的に等価な位置での輝度情報取得を主輝度情報取得とし、
それ以外の位置での輝度情報取得を副輝度情報取得とし、
上記副輝度情報取得位置が、上記主輝度情報取得位置に対して光路に沿って非被写体側にあることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項６】
上記副輝度情報取得位置が複数存在することを特徴とする請求項４または５に記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項７】
上記副輝度情報取得位置が複数存在し、その全てが上記主輝度情報取得位置に対して光路に沿って被写体側であることを特徴とする請求項４に記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項８】
上記副輝度情報取得位置の少なくとも一箇所が上記輝度情報取得位置に対して光路に沿って被写体側であることを特徴とする請求項６に記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項９】
上記副輝度情報取得位置が複数存在し、その全てが上記主輝度情報取得位置に対して光路に沿って非被写体側であることを特徴とする請求項５に記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項１０】
上記副輝度情報取得位置の少なくとも一箇所が上記輝度情報取得位置に対して光路に沿って非被写体側であることを特徴とする請求項６に記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項１１】
上記センサの位置を変位駆動するアクチュエータを更に具備し、
上記少なくとも一つのセンサを複数の輝度情報取得位置に移動することを特徴とする請求項２乃至１０の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項１２】
上記輝度情報取得位置はそれぞれ上記合焦予定面からの光路長が異なることを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項１３】
対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系と、
請求項１乃至１２の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置と、
上記合焦予定面に配された撮像素子と、
を具備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、光学素子を経て被写体の像を結像し、取得したボケ状態の異なる複数の輝度情報から合焦情報を取得する合焦情報取得用検出装置及びそのような合焦情報取得用検出装置を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、合焦予定面の前後に所定の光路差を持って配置された一対の受光素子上に物体像を投影し、得られた像情報を用いて所定の評価関数に基づき、物体の合焦状態を検出する手法が提案されている。基本的な利用方法としては、図１１に示すような合焦判定装置付カメラにおいて、合焦予定面を挟み同距離離れた二面で物体情報を得ることで、いわゆる前ピン、後ピンを判断し、合焦用光学系の例えばフォーカシングレンズを正しい調整方向への駆動することに役立てていた。
【０００３】
図１１及び図１２を用いて、従来のカメラにおける合焦情報取得方法の一例を説明する。
【０００４】
図１１は、一眼レフ型デジタルカメラの構成を示す模式図である。即ち、カメラ本体１０に交換レンズ１２が脱着可能に取り付けられている。交換レンズ１２は、複数のレンズ、レンズ群、絞り、鏡筒などによって構成され、焦点距離、フォーカシングレンズ位置、光量などが調整可能なものである。このような交換レンズ１２の構成は、図では簡略化のためにフォーカシングレンズ１４のみを代表して記載し、その他の図示は省略する。フォーカシングレンズ１４を経て入射する図示せぬ対象物体からの光は、撮像時には図示せぬシャッタが開くことでカメラ本体１０内に設置された撮像センサ（撮像素子）１６上に結像される。図示せぬビューファインダで被写体を観察する時には、フォーカシングレンズ１４を経て入射する一部の光がクイックリターンミラー１８によって反射され、マット面２０上に結像し、この像をペンタプリズム２２を経てビューファインダに導いている。
【０００５】
また、上記クイックリターンミラー１８は一部が透過ミラーになっており、この透過部を透過する一部の被写体光は全反射型のサブミラー２４で反射され、いくつかの光学素子構成の代表として記載された合焦センサ用光学系２６を通過した後、合焦センサ２８に導かれる。そして、この合焦センサ２８にて取得されたセンサ情報に基づき、図示せぬ演算部で適切な演算を行うことによって、フォーカシングレンズ１４のフォーカシングレンズ位置を合焦位置にまで移動するための指令値が生成される。
【０００６】
次に、図１２を用いて、位相差検出方式の合焦情報取得構成系に関する説明を行う。図１２は、図１１から位相差検出方式に必要な光学構成を取り出して示したもので、更に説明に必要な構成を追加し図示している。
【０００７】
即ち、図示せぬ被写体から出た光線は、フォーカシングレンズ１４を経て等価合焦予定面３０と、コンデンサレンズ２６Ａ、視差を持って配置された瞳分割用レンズ２６Ｂ，２６Ｃ、図示せぬ視野マスクなどから構成される合焦センサ用光学系２６とを経て、最終的に、複数のラインＣＣＤ等から構成される合焦センサ２８に結像される。この位相差検出方式においては、瞳分割用レンズ２６Ｂ，２６Ｃを経て合焦センサ２８で得られる被写体像信号の合焦時の位相差情報の予定値と、実際に取得された位相差情報との差から、撮像センサ１６で撮像される画像を合焦状態に至らしめるまでのフォーカシングレンズ１４の移動指令値を演算している。
【０００８】
なおここで、等価合焦予定面３０とは、被写体と合焦センサ２８との途中に介在する光学部材の反射率、屈折率、光路の折り曲げなどを考慮した光路長が、やはり同様に被写体と撮像センサ１６の撮像面までの間に撮像時に介在する光学構成の反射率、屈折率などを考慮した光路長と等価で、且つフォーカシングレンズ１４で定義した光軸と光学的に等価な直線に対して垂直な平面を示す。
【０００９】
また、特許文献２では、ボケ状態の異なる複数の画像を演算処理することによりスプレッドパラメータを算出し合焦判定するために、光路長の異なる２箇所で画像情報を取得する方法が記載されている。
【００１０】
ここで、スプレッドパラメータとは、画像情報のボケ状態を示す代表値であり、光学系のポイントスプレッドファンクションに関連し、被写体の一点から光学系の数多の経路を経て像面に点が点としてではなく領域として結像した場合の分散値を代表している。
【００１１】
図１３及び図１４（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、上記特許文献２に開示された合焦判定方法に関して説明を行う。
【００１２】
上記特許文献２に記載されている合焦判定方法の概略ステップを説明すると、図１３に示すようになる。これら概略ステップで行われる演算処理の詳細は、上記特許文献２に記載されているので、ここでは説明を省略する。
【００１３】
本合焦判定方法では、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、同一被写体、同一部位Ｐの最低２枚の合焦判定用画像輝度情報１００を、撮像画像１０２のボケ状態に影響を与える撮影パラメータを最低１つ変更することによって、取得する。撮影パラメータとしては、フォーカシングレンズ位置、絞り量、焦点距離などがあるが、本説明では合焦予定面と被写体間の光路長のみを変更する場合に限定して説明を行う。
【００１４】
本合焦判定方法によるとまず、例えば等価合焦予定面と被写体間の光路長を変更するためにフォーカシングレンズ１４を規定の第１の場所及び第２の場所に移動し（ステップＳ１０Ａ、ステップＳ１０Ｂ）、それぞれ第１及び第２の画像輝度情報を取得する（ステップＳ１２Ａ、ステップＳ１２Ｂ）。それぞれ取得された画像は、像倍率、輝度分布などの正規化処理が行われ（ステップＳ１４Ａ、ステップＳ１４Ｂ）、必要であれば取得画像情報中の合焦判定をすべき領域を選択する（ステップＳ１６Ａ、ステップＳ１６Ｂ）。選択はどちらか一方の画像情報に対して行い、もう一方の画像情報に対しては対応領域が選定される。続いて、選択された第１及び第２の画像情報の合焦判定領域に対しスプレッドパラメータを演算するための平滑化などの前処理演算が行われ（ステップＳ１８Ａ、ステップＳ１８Ｂ）、それら２つの前処理演算結果を統合することによって、本手法における撮像画像のスプレッドパラメータが算出される（ステップＳ２０）。なお、予め、このスプレッドパラメータと、このスプレッドパラメータに対して合焦状況が取得できるはずのフォーカシングレンズ位置との対応データベースが取得されている。従って、今得られたスプレッドパラメータをこの対応データベースで参照すれば、合焦状態を得るべき図示しないフォーカシングレンズ駆動用アクチュエータの移動指令値が生成されるようになっている（ステップＳ２２）。
【特許文献１】特公平３−５２６０７号公報
【特許文献２】米国特許第４，９６５，８４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記特許文献２に開示されているような合焦判定手法を用いてスプレッドパラメータを算出する場合には、次のような課題がある。
【００１６】
本合焦判定手法において光路長の異なる条件で、つまりはボケ状態の異なる第１の画像情報と第２の画像情報とにより最終的にスプレッドパラメータを算出するわけであるが、ボケ状態が違い過ぎるとスプレッドパラメータ算出において演算上の破綻をきたし、正確な値が求まらない恐れがある。
【００１７】
また、合焦判定する光路長が、実際に合焦判定すべき撮像面と異なり過ぎると、実際のボケ状態も異なり過ぎて撮像面上での合焦精度が低下する場合がある。
【００１８】
更に、昨今の多機能小型集約型撮像装置に合焦情報取得手段を組み込むにも配置スペースの余裕が無いため、上記課題を満足し配置することが困難である。
【００１９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、限られたスペースに配置可能で高精度の合焦情報を取得する合焦情報取得用検出装置及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の合焦情報取得用検出装置の一態様は、対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を取得する輝度情報取得手段を具備し、少なくとも一つの輝度情報の取得位置が上記合焦予定面と光学的に等価であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の撮像装置の一態様は、対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系と、上記本発明の合焦情報取得用検出装置の一態様のような合焦情報取得用検出装置と、上記合焦予定面に配された撮像素子と、を具備することを特徴とする。
【００２２】
なお、本明細書において、用語「合焦予定面」とは、撮像装置が構成される場合に撮像装置上の基準位置から撮像素子受光面の位置を決定付けるものであって、同時に撮像光学系も撮像装置基準点から所定の位置にあることが想定された上で規定されている。合焦予定面位置は、撮像光学系の様々な収差を含む光学特性や製造、組み立て上の誤差を鑑みて、存在範囲に幅をもって光学系に設定された光軸に垂直な面として決定されているとする。等価合焦予定面は、このような合焦予定面と光学的に等価な位置で、途中に介在するあらゆる光学素子の収差等を含む光学特性、製造、組み立て上の誤差を鑑みて、合焦予定面の存在範囲に対応して光学的に等距離な位置にやはり合焦予定面に対して既定できる光軸と等価な光軸に垂直な面として決定付けられる。
【００２３】
また、「輝度情報」とはモノクロ撮像素子の場合には得られたセンサ信号情報そのものを示す。また、カラー撮像素子の場合にはカラーフィルタそれぞれで取得された各カラーバンド毎の信号情報、例えばＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの信号情報であっても良いし、これらの信号情報を合成することによって得られた単一の信号情報であっても構わない。信号情報自体もエリア型のセンサから取得された２次元的な配置を有する一般的画像情報や、この２次元的画像情報が１次元的に並べ替えられたもの、またライン型のセンサから取得された１次元的なもの、撮像素子自体が１セグメントでその１点の情報など、信号情報の形式に制限を加えない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、限られたスペースに配置可能で高精度の合焦情報を取得する合焦情報取得用検出装置及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
［第１実施形態］
まず、図１を用いて、本発明の第１実施形態を説明する。図１は、図１１に示した一眼レフ型デジタルカメラの構成のうち、本実施形態に必要な部位を切り出すと共に新たに必要な構成を付与したものである。
【００２７】
即ち、図示せぬ被写体から出た光線の一部がフォーカシングレンズ１４を通過し、クイックリターンミラー１８の光透過部を経て、更にサブミラー２４で反射され、透過型ミラー３２で透過した光線が、図１１における等価合焦予定面３０に相当する第１の等価合焦予定面３０−１に対して配置した主輝度情報取得用センサ３４に結像されている。また、透過型ミラー３２で反射された光線は、第２の等価合焦予定面３０−２を経て、光路上で等価合焦予定面３０より非被写体側に配置されている副輝度情報取得用センサ３６に結像されている。
【００２８】
このような構成により、合焦情報取得用の画像の少なくとも１つは合焦予定面（第１の等価合焦予定面３０−１）で得られるため、良好な合焦判定が可能となる。
【００２９】
上述のようなセンサ配置は、カメラ暗室部の底床部の厚みに比べ撮像センサ１６側にスペース余裕がある場合に有効である。スペースの余裕の関係が逆である場合や、光線のケラレの問題で配置が困難な場合には、簡単な設計変更により第１の等価合焦予定面３０−１に対して前ピン状態に副輝度情報取得用センサ３６を配置し、第２の等価合焦予定面３０−２上に主輝度情報取得用センサ３４を配置することが可能である。
【００３０】
なお、上記透過型ミラー３２としては、透過率５０％のハーフミラーを用いるのが演算処理上適当であるが、アルゴリズムや処理の都合によっては透過率が３３％、６６％など任意の透過率でも良い。透過率に関しては制限を与えない。
【００３１】
また、本実施形態では、合焦情報取得のために光路上に反射光学系のみを設けたが、必要に応じて凹レンズ、凸レンズ、ＮＤフィルタなどの任意の光学素子を介在させても構わない。
【００３２】
主及び副輝度情報取得用センサ３４，３６は、例えば、６４０×４８０画素程度のエリア型ＣＣＤまたはエリア読み出し可能なＣＭＯＳセンサや、複数のラインセンサがアイランド状に配置された専用センサなど様々な形態が可能である。また、カラー、白黒、赤外波長、紫外波長に特化されたものでも良い。センサの形式に関しては制限を与えない。また、白黒型センサの場合には、取得されたセンサ情報をそのまま輝度情報として用いるが、カラー型の場合には、例えばＲ，Ｇ，Ｂの各輝度情報のうち、Ｇ成分のみを用いて輝度情報とするなどでも良いし、Ｒ，Ｇ，Ｂを一定の比率で合成することによって輝度情報を獲得しても構わない。
【００３３】
配置スペースの制限のために、各等価合焦予定面３０−１及び３０−２に対してそれぞれ主及び副輝度情報取得用センサ３４，３６は各々の面に立てた法線方向が斜めになるように配置することも可能であるが、均一な光線受光という観点で同一方向を向くように配置することが望ましい。
【００３４】
また、フォーカシングレンズ１４で定義され、透過型ミラー３２を通過する光軸と透過型ミラー３２との傾きの設定の仕方によっては、等価合焦予定面３０−１及び３０−２の傾きをセンサ配置スペースにあわせて調整することも可能である。等価合焦予定面３０−１及び３０−２が直交するように設計した場合には、主及び副輝度情報取得用センサ３４，３６の位置関係の既定が、製作容易かつ高い精度で、更に組み立てが容易に実現可能である。
【００３５】
［第１実施形態の第１の変形例］
次に、第１実施形態の第１の変形例を説明する。
【００３６】
センサ配置を予定している部位の形状または光線のケラレ状況に応じて、図１に示したようなセンサ配置は様々に変更可能である。
【００３７】
変更の一例としては、図２に示すように、光路上で第２の等価合焦予定面３０−２より被写体側に副輝度情報取得用センサ３６を配置しても構わない。このような配置は、撮像センサ１６側にセンサ配置余裕が無い場合に有効である。
【００３８】
［第１実施形態の第２の変形例］
次に、第１実施形態の第２の変形例を説明する。
【００３９】
上記第１実施形態では、副輝度情報取得用センサ３６を１個のみとしているが、その設置数は２個以上でも構わない。
【００４０】
即ち、図３に示すように、光路上被写体側から向かって第２の等価合焦予定面３０−２から後方に更に透過型ミラー３８を配置し、透過光を第１の副輝度情報取得用センサ３６−１、反射光を第１の副輝度情報取得用センサ３６−１とは異なる光路長位置に第２の副輝度情報取得用センサ３６−２を配置している。
【００４１】
なお、図３においては、副輝度情報取得用センサ３６−１，３６−２はどちらも光路上で第２の等価合焦予定面３０−２より非被写体側に配置しているが、設計によっては光路上で第２の等価合焦予定面３０−２に対して全て被写体側、少なくとも１つが被写体側、少なくとも１つが非被写体側、全てが非被写体側など自由にレイアウトすることが可能である。
【００４２】
また、３個以上の輝度情報取得用センサを配置するためには、同様の発想で、透過型ミラーを複数設置すれば良い。
【００４３】
上記のように、２つ以上の輝度情報を取得すれば、合焦判定上適切な２つずつの輝度情報の組み合わせを抽出し、それぞれで得られたスプレッドパラメータを総合的に判断し、最終的にフォーカシングレンズ位置を決定することが可能になる。例えば、輝度情報差が大きい時には小さい組み合わせ、小さい時には大きい組み合わせを、取得された輝度情報から選定できる。従って、従来良好にスプレッドパラメータが算出できないような場合にも、ロバストな合焦判定ができるようになる。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、図４及び図５（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて、本発明の第２実施形態を説明する。
【００４５】
即ち、本実施形態においても上記第１実施形態と同様、図４に示すように、被写体光の一部がサブミラー２４を経て第１の等価合焦予定面３０−１上に設置された主輝度情報取得用センサ３４に導かれている。
【００４６】
そして、本実施形態の場合には、異なるボケ状態を有する複数の画像輝度情報を取得するために、フォーカシングレンズ１４を前後に移動して光路長を変化させるようにしている。この操作によって、図５（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、光路に沿って第１の等価合焦予定面３０−１が主輝度情報取得用センサ３４に対して被写体側及び非被写体側に前後する。即ち、主輝度情報取得用センサ３４は、図５（Ｂ）の場合には図２における副輝度情報取得用センサ３６と同等のものとして利用でき、図５（Ｃ）の場合には図１における副輝度情報取得用センサ３６と同等のものとして利用できることになる。従って、フォーカシングレンズ１４が所定の位置に来た時に画像輝度情報を取得することによって、これまでの説明を行った合焦判定情報が取得される。
【００４７】
本構成によると、合焦情報取得用に専用開発されたセンサを１つ設置することで合焦情報を取得できるので、低コストに済むほか省スペースにも役立つ。
【００４８】
［第３実施形態］
次に、図６を用いて、本発明の第３実施形態を説明する。
【００４９】
本実施形態は、主輝度取得用センサとして撮像センサ１６を用いるものである。この場合、本構成で用いるサブミラー２４’は、光透過性のミラーを用いる。このサブミラー２４’で反射された光線は、光路上の等価合焦予定面３０に対して被写体側に設置された副輝度情報取得用センサ３６に導かれる。また、サブミラー２４’を透過した光線は、主輝度情報取得用センサ兼用の撮像センサ１６に導かれている。
【００５０】
これにより、副輝度情報取得用センサ３６と撮像センサ１６で同時刻にボケ状態の異なる輝度情報を取得できるとともに、輝度情報取得用センサ１個をカメラに追加することによって合焦情報を取得することが可能になる。この場合、撮像センサ１６で主輝度情報を取得中には、図示せぬシャッタは最低限撮像領域分開放しておく必要がある。
【００５１】
なお、副輝度情報取得用センサ３６は光路に沿って等価合焦予定面３０に対して非被写体側に設置しても構わない。
【００５２】
［第４実施形態］
次に、図７を用いて本発明の第４実施形態を説明する。
【００５３】
本実施形態では、主輝度及び副輝度情報取得用のセンサとして撮像センサ１６のみを用い、全面透過性を有するクイックリターンミラー１８’を配置している。
【００５４】
即ち、ボケ状態の異なる主及び副輝度情報を取得するために、フォーカシングレンズ１４を光軸に対して平行に前後に移動し光路長を変化させ撮像する。これによって、光路に沿って合焦予定面である撮像センサ１６の初期位置が、撮像センサ１６に対して光路に沿って被写体側及び非被写体側に前後に移動することになる。サブミラー２４及び輝度情報取得用センサ３４，３６は存在しないが、フォーカシングレンズ１４を移動することにより、撮像センサ１６にてボケ状態の異なる画像が取得できるのは図５（Ａ）乃至（Ｃ）と同様である。
【００５５】
また、クイックリターンミラー１８’は透過性を有しているために、跳ね上げることなく主及び副輝度情報が取得可能となっている。そのため、光学ファインダにて画像観察を確保したまま合焦情報が取得できる。また、ファーストレリーズでクイックリターンミラー１８’を降ろしたまま、このように合焦状態を確保した後に、セカンドレリーズで、そのまま撮像することも可能であるし、セカンドレリーズでクイックリターンミラー１８’を上げ、十分な光量を確保し撮像することが可能である。クイックリターンミラー１８’を跳ね上げない場合には、セカンドレリーズ時クイックリターンミラー跳上げの時間遅れ、反動が無く、高速被写体を撮像する場合などに有効に機能する。
【００５６】
本構成により、専用センサを用いることなく、構成要素も少ないため低価格高性能な合焦システムが構成可能である。また、設計可能なサイズのサブミラーなどの観点でセンサ撮像領域に制限が加わらないために、撮像センサ全領域に対して合焦判定領域を設定することが可能となる。
【００５７】
［第４実施形態の第１の変形例］
図８を用いて、第４実施形態の第１の変形例を説明する。
【００５８】
本変形例においては、通常は従来の位相差検知方式の合焦判定を行っている。そして、モードの切り替えによって、スプレッドパラメータ取得による合焦判定が必要なときにはクイックリターンミラー１８を跳ね上げ、フォーカシングレンズ１４の位置を光軸と平行に前後に移動することによって撮像センサ１６で主及び副輝度情報を取得する。これによって、合焦予定面である撮像センサ１６の初期位置が撮像センサ１６に対して光路に沿って被写体側及び非被写体側に前後に移動することになる。従って、撮像センサ１６及び位相差検知用の合焦センサ２８にてボケ状態の異なる画像が取得できるのは図５（Ａ）乃至（Ｃ）と同様である。
【００５９】
本構成によって、従来の位相差方式デジタル一眼レフカメラの基本構成に変更を加えることなく、低コストにスプレッドパラメータ算出を利用した合焦判定を付与でき、システム全体の合焦性能を向上させることが可能になる。
【００６０】
［第４実施形態の第２の変形例］
また、第４実施形態の第２の変形例として、全面透過性を有するクイックリターンミラー１８’の代わりに、固定された光透過性のミラーを用いても良い。
【００６１】
このように固定ミラーを用いれば、撮像時にミラーを跳ね上げる機構が不要になり、小型なカメラが製作可能となる。
【００６２】
［第５実施形態］
次に、図９及び図１０（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて、本発明の第５実施形態を説明する。
【００６３】
手ブレ防止機能のために撮像センサ１６自体を撮像面と平行に移動することが実用化されているが、本実施形態は、この手ブレ防止機能のアクチュエータ４０に、撮像センサ１６の光軸と平行な方向に移動させる自由度を持たせることを特徴とする。これにより、フォーカシングレンズ１４を移動させること無く、手ブレ防止機能用アクチュエータ４０及びドライブ回路のわずかな改変で、ボケ状態の異なる複数の画像が撮像可能になる。
【００６４】
なお、そのようなアクチュエータ４０の一例としては、例えば、特開２００１−９７９６号公報及び特開２００１−９７９７号公報に開示されているような静電駆動型のアクチュエータを利用することができる。即ち、面上にそのような静電駆動型アクチュエータを多数配置し、撮像センサ１６を支持すれば、撮像センサ１６の初期位置面から面内にほぼ水平に面内運動させると共に、面に対して垂直な方向に前後させることも可能となる。これによって、図１０（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、撮像センサ１６の初期位置たる等価合焦予定面かつ合焦予定面に対して撮像センサ１６を被写体側及び非被写体側に移動させることが可能になる。
【００６５】
なお、本実施形態では、撮像センサ１６を移動することによりボケ状態の異なる輝度情報を取得しているが、同様の考え方で、図４の主輝度情報取得用センサ３４にアクチュエータを付与することにより、光路に沿って前後に移動することで同様の機能を実現することも可能である。このように、移動するセンサは制限しない。
【００６６】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００６７】
例えば、本発明は、上記実施形態で説明したようなデジタル一眼レフカメラへの応用に制限されるものではなく、非デジタルカメラ、交換レンズやクイックリターンミラー等を有しないコンパクトデジタルカメラ、顕微鏡、内視鏡、望遠鏡など、あらゆるタイプの撮像装置の合焦情報取得用検出装置に転用可能である。
【００６８】
（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
【００６９】
（１）  対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系（１４，１８，１８’２４，３２，３８）の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を取得する輝度情報取得手段を具備し、
少なくとも一つの輝度情報の取得位置が上記合焦予定面と光学的に等価であることを特徴とする合焦情報取得用検出装置。
【００７０】
（対応する実施形態）
この（１）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１）、第１実施形態の第１の変形例（図２）、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第２実施形態（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図６）、第４実施形態（図７）、第４実施形態の第１の変形例（図８）、及び第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００７１】
（作用効果）
ボケ状態が異なる合焦判定用の輝度情報を取得しスプレッドパラメータを算出する方法においては、最終的に合焦状態を得る合焦予定面にて、より精度良くスプレッドパラメータを算出する必要がある。ボケ量が大きすぎるとアルゴリズム上スプレッドパラメータ算出の精度が低下する。
【００７２】
これを回避するために、この（１）に記載の合焦情報取得用検出装置は、複数の合焦情報のうち一つを、合焦予定面上での情報としている。
【００７３】
従って、この（１）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、スプレッドパラメータ情報を適正範囲に制限し易くなり、この結果計算に破綻をきたすことなく最も効率良く合焦状態に至らせることが可能となる。
【００７４】
また、合焦予定面上では合焦判定に必要な輝度情報が最も絞られている位置なので、撮像面上でのＡＦカバー領域が同一であるならば、輝度情報を取得するために必要なセンサエリア、サイズが小さくて済む。この効果は、等価合焦予定面でも同じであるので、全体として小型実装を可能とする合焦情報取得用検出装置を提供可能とする。
【００７５】
（２）  上記輝度情報取得手段は、少なくとも一つの輝度情報取得用のセンサ（１６，２８，３４，３６，３６−１，３６−２）を有し、
上記センサのうちの少なくとも一つが、上記合焦予定面と光学的に等価な位置（３０，３０−１，３０−２）に配置されていることを特徴とする（１）に記載の合焦情報取得用検出装置。
【００７６】
（対応する実施形態）
この（２）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１）、第１実施形態の第１の変形例（図２）、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第２実施形態（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図６）、第４実施形態（図７）、第４実施形態の第１の変形例（図８）、及び第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００７７】
（作用効果）
この（２）に記載の合焦情報取得用検出装置は、複数の合焦情報をセンサによって取得し、センサの少なくとも一つを合焦予定面上に配置している。
【００７８】
従って、この（２）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、センサを用いることで、容易に輝度情報を取得できる。
【００７９】
（３）  上記合焦予定面と光学的に等価な位置に配置されたセンサのうちの一つは、当該合焦情報取得用検出装置を用いた撮像装置における撮像素子と兼用されることを特徴とする（２）に記載の合焦情報取得用検出装置。
【００８０】
（対応する実施形態）
この（３）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第３実施形態（図６）、第４実施形態（図７）、第４実施形態の第１の変形例（図８）、及び第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００８１】
（作用効果）
この（３）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、撮像装置の撮像素子を利用するため、別途に合焦判定用画像取得センサを設ける必要が無い。省スペース、低コストが実現可能となる。また、まさに撮像する位置での合焦判定なので精度が高い合焦状態が得られる。
【００８２】
（４）  上記合焦予定面と光学的に等価な位置での輝度情報取得を主輝度情報取得とし、
それ以外の位置での輝度情報取得を副輝度情報取得とし、
上記副輝度情報取得位置が、上記主輝度情報取得位置に対して光路に沿って被写体側にあることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【００８３】
（対応する実施形態）
この（４）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態の第１の変形例（図２）、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第２実施形態（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図６）、第４実施形態（図７）、第４実施形態の第１の変形例（図８）、及び第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００８４】
（作用効果）
この（４）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、合焦情報取得用検出装置を撮像装置に設置する際に、撮像装置内に設けた合焦予定面または合焦予定面と光学的に等価な位置に対し、その周辺で、被写体側に合焦情報取得用検出装置の配置がスペース、ケラレの問題無しに可能な場合に、被写体側のスペース余裕部を利用して合焦情報取得用検出装置が設置可能となる。
【００８５】
（５）  上記合焦予定面と光学的に等価な位置（３０，３０−１，３０−２）での輝度情報取得を主輝度情報取得とし、
それ以外の位置での輝度情報取得を副輝度情報取得とし、
上記副輝度情報取得位置が、上記主輝度情報取得位置に対して光路に沿って非被写体側にあることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【００８６】
（対応する実施形態）
この（５）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態の第１の変形例（図２）、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第２実施形態（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図６）、第４実施形態（図７）、第４実施形態の第１の変形例（図８）、及び第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００８７】
（作用効果）
この（５）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、合焦情報取得用検出装置を撮像装置に設置する際に、撮像装置内に設けた合焦予定面または合焦予定面と光学的に等価な位置に対し、その周辺で、被写体側に合焦情報取得用検出装置の配置がスペース、ケラレの問題のために不能な場合に、非被写体側のスペース余裕部を利用して合焦情報取得用検出装置が設置可能となる。
【００８８】
（６）  上記副輝度情報取得位置が複数存在することを特徴とする（４）または（５）に記載の合焦情報取得用検出装置。
【００８９】
（対応する実施形態）
この（６）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態の第１の変形例（図３）が対応する。
【００９０】
（作用効果）
スプレッドパラメータの算出演算に使用する複数の輝度情報は、ボケ状態の差が大きすぎても、小さすぎても精度の良いスプレッドパラメータ演算結果が期待できない。
【００９１】
この（６）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、輝度情報取得位置が複数存在することで、ボケ状態の差が小さい時にはより差の離れた画像の組み合わせより、また、ボケ状態の差が大きすぎる場合にはより差の大きい画像の組み合わせを選択することが可能になり、その結果、外光、被写体の状況などに対してロバストなスプレッドパラメータ算出ができる。
【００９２】
（７）  上記副輝度情報取得位置が複数存在し、その全てが上記主輝度情報取得位置に対して光路に沿って被写体側であることを特徴とする（４）に記載の合焦情報取得用検出装置。
【００９３】
（対応する実施形態）
この（７）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態の第１の変形例（図２）及び第３実施形態（図６）が対応する。
【００９４】
（作用効果）
この（７）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、主輝度情報取得位置に対して被写体側の合焦情報取得用センサ配置余裕を有効に利用し、また、フォーカシングレンズに対する合焦量増減が単調増加または単調減少変化となるため、データベース参照時に適正解選択が容易になる。
【００９５】
（８）  上記副輝度情報取得位置の少なくとも一箇所が上記輝度情報取得位置に対して光路に沿って被写体側であることを特徴とする（６）に記載の合焦情報取得用検出装置。
【００９６】
（対応する実施形態）
この（８）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１）、第１実施形態の第１の変形例（図２）、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第２実施形態（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図６）、第４実施形態（図７）、第４実施形態の第１の変形例（図８）、及び第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００９７】
（作用効果）
この（８）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、被写体側に配置された複数の副輝度情報取得用センサと主輝度情報取得用センサ情報の組み合わせで、通常は単調増加または、単調減少傾向を有するスプレッドパラメータ特性を利用し広い調整範囲での合焦情報取得を行う。そして、真の合焦状態に近づいた段階で、主輝度情報取得用センサを挟み最も近傍の２個の副輝度情報取得用センサを利用することによって、精度の高い合焦情報を取得することが可能となる。
【００９８】
被写体側に多くの副輝度情報取得用センサを配置できる余裕がある場合に優位である。
【００９９】
（９）  上記副輝度情報取得位置が複数存在し、その全てが上記主輝度情報取得位置に対して光路に沿って非被写体側であることを特徴とする（５）に記載の合焦情報取得用検出装置。
【０１００】
（対応する実施形態）
この（９）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１）及び第１実施形態の第１の変形例（図３）が対応する。
【０１０１】
（作用効果）
この（９）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、主輝度情報取得位置に対して非被写体側の合焦情報取得用センサ配置余裕を有効に利用し、また、フォーカシングレンズに対する合焦量増減が変曲点を持たない単調変化となるため、データベース参照時に複数存在する解から正しい解を選択するという状況判断的対策が不要となる。
【０１０２】
（１０）  上記副輝度情報取得位置の少なくとも一箇所が上記輝度情報取得位置に対して光路に沿って非被写体側であることを特徴とする（６）に記載の合焦情報取得用検出装置。
【０１０３】
（対応する実施形態）
この（１０）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１）、第１実施形態の第１の変形例（図２）、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第２実施形態（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図６）、第４実施形態（図７）、第４実施形態の第１の変形例（図８）、及び第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【０１０４】
（作用効果）
この（１０）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、非被写体側に配置された複数の副輝度情報取得用センサと主輝度情報取得用センサ情報の組み合わせで、通常は単調増加または、単調減少傾向を有するスプレッドパラメータ特性を利用し広い調整範囲での合焦情報取得を行う。そして真の合焦状態に近づいた段階で、主輝度情報取得用センサを挟み最も近傍の２個の副輝度情報取得用センサを利用することによって精度の高い合焦情報を取得することが可能となる。
【０１０５】
非被写体側に多くの副輝度情報取得用センサを配置できる余裕がある場合に優位である。
【０１０６】
（１１）  上記センサの位置を変位駆動するアクチュエータを更に具備し、
上記少なくとも一つのセンサ（１６，２８，３６，３６−１，３６−２）を複数の輝度情報取得位置に移動することを特徴とする（２）乃至（１０）の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【０１０７】
（対応する実施形態）
この（１１）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【０１０８】
（作用効果）
この（１１）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、輝度情報取得用センサを１つ設けることで合焦判定が可能となり省スペースにつながる。
【０１０９】
（１２）  上記輝度情報取得位置はそれぞれ上記合焦予定面からの光路長が異なることを特徴とする（１）乃至（１１）の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【０１１０】
（対応する実施形態）
この（１２）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１）、第１実施形態の第１の変形例（図２）、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第２実施形態（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図６）、第４実施形態（図７）、第４実施形態の第１の変形例（図８）、及び第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【０１１１】
（作用効果）
この（１２）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、光路長が異なることで容易にボケの異なる複数の画像の輝度情報を取得できる。
【０１１２】
（１３）  対象物からの光を上記合焦予定面に結像する光学系と、
（１）乃至（１２）の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置と、
上記合焦予定面に配された撮像素子と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【０１１３】
（対応する実施形態）
この（１３）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１）、第１実施形態の第１の変形例（図２）、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第２実施形態（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図６）、第４実施形態（図７）、第４実施形態の第１の変形例（図８）、及び第５実施形態（図９、図１０（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【０１１４】
（作用効果）
ボケ状態が異なる合焦判定用の輝度情報を取得しスプレッドパラメータを算出する方法においては、最終的に合焦状態を得る合焦予定面にて、より精度良くスプレッドパラメータを算出する必要がある。ボケ量が大きすぎるとアルゴリズム上スプレッドパラメータ算出の精度が低下する。
【０１１５】
これを回避するために、この（１３）に記載の撮像装置は、複数の合焦情報のうち一つを、合焦予定面上での情報としている。
【０１１６】
従って、この（１３）に記載の撮像装置によれば、スプレッドパラメータ情報を適正範囲に制限し易くなり、この結果計算に破綻をきたすことなく最も効率良く合焦状態に至らせることが可能となる。
【０１１７】
また、合焦予定面上では合焦判定に必要な輝度情報が最も絞られている位置なので、撮像面上でのＡＦカバー領域が同一であるならば、輝度情報を取得するために必要なセンサエリア、サイズが小さくて済む。この効果は、等価合焦予定面でも同じであるので、全体として小型実装を可能とする撮像装置を提供可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の第１の変形例の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の第２の変形例の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の構成を示す図である。
【図５】フォーカシングレンズの移動位置と第１の等価合焦予定面との関係を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の構成を示す図である。
【図８】第４実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の第１の変形例の構成を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の構成を示す図である。
【図１０】撮像センサの移動位置と合焦予定面との関係を示す図である。
【図１１】従来の一眼レフ型デジタルカメラの構成を示す模式図である。
【図１２】従来の位相差検出方式の合焦情報取得構成系を説明するための光学構成を示す図である。
【図１３】従来のスプレッドパラメータを算出し合焦判定する合焦判定方法の概略ステップを示す図である。
【図１４】従来の合焦判定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０…カメラ本体、  １２…交換レンズ、  １４…フォーカシングレンズ、  １６…撮像センサ、  １８，１８’…クイックリターンミラー、  ２０…マット面、  ２２…ペンタプリズム、  ２４，２４’…サブミラー、  ２６…合焦センサ用光学系、  ２６Ａ…コンデンサレンズ、  ２６Ｂ，２６Ｃ…瞳分割用レンズ、  ２８…合焦センサ、  ３０，３０−１，３０−２…等価合焦予定面、  ３２，３８…透過型ミラー、  ３４…主輝度情報取得用センサ、  ３６，３６−１，３６−２…副輝度情報取得用センサ、  ４０…アクチュエータ、  １００…合焦判定用画像輝度情報、  １０２…撮像画像。
【図１】
2005284133.tif 000003
【図２】
2005284133.tif 000004
【図３】
2005284133.tif 000005
【図４】
2005284133.tif 000006
【図５】
2005284133.tif 000007
【図６】
2005284133.tif 000008
【図７】
2005284133.tif 000009
【図８】
2005284133.tif 000010
【図９】
2005284133.tif 000011
【図１０】
2005284133.tif 000012
【図１１】
2005284133.tif 000013
【図１２】
2005284133.tif 000014
【図１３】
2005284133.tif 000015
【図１４】
2005284133.tif 000016