(57)【要約】【課題】スプレッドパラメータの真値を求め易くし、処理が高速で安価な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。【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第１の輝度情報取得用センサ３４と第２の輝度情報取得用センサ３６で取得する。ここで、上記対象物を基点として、上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように輝度情報取得用センサ３４，３６及び等価合焦予定面３０−１，３０−２を光路長順に並べた場合に、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得用センサ３４，３６のどちらか一方の端であるようにする。【選択図】      図１
2005284135.tif 000002
【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、
上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように、輝度情報取得位置及び上記合焦予定面と光学的に等価である等価合焦予定面位置を光路長順に並べた場合に、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得位置のどちらか一方の端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】
上記等価合焦予定面が光路に沿って最も被写体側であ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】
上記等価合焦予定面が光路に沿って最も非被写体側であ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４】
上記輝度情報取得手段は、輝度情報取得用のセンサによって輝度情報を取得す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】
上記センサの一つは、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４に記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項６】
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、
上記アクチュエータによって、上記センサの少なくとも一つを、上記輝度情報取得位置に移動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】
上記輝度情報取得位置はそれぞれ上記等価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７の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【請求項８】
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７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１３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１３及び図１４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１３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１４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１４は、図１３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１５、図１６（Ａ）及び（Ｂ）、及び図１７（Ａ）乃至（Ｄ）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１５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１６（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３０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）。ここで、第１及び第２の画像情報に対応して求められたスプレッドパラメータをそれぞれσ１、σ２とする。予め、これらのスプレッドパラメータσ１，σ２のどちらか一方と、そ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）。
【００１５】
図１７（Ａ）乃至（Ｄ）は、合焦ポイントＰ’と上記特許文献２に開示の合焦判定手法で算出されるスプレッドパラメータσ１，σ２を対応付けて説明する概念図である。なお、参照番号は図１７（Ａ）乃至（Ｃ）に共通なものであるので、図面の簡略化のために、図１７（Ａ）にのみ付している。また、図１７（Ａ）乃至（Ｃ）と図１７（Ｄ）の横軸方向の位置は同一で、図１７（Ｄ）の縦軸方向は算出されるスプレッドパラメータ値の概略を示している。
【００１６】
等価合焦予定面３０に対する合焦状態は図１７（Ｂ）で得られているが、この前後でのσ１，σ２両方とも増加から減少または減少から増加と変化している。これは、ボケを代表する値として算出されるスプレッドパラメータが基本的には正の値であることに起因しているが、このままでは、正しいσ１，σ２の値を求め、一意にデータベースからフォーカシングレンズ１４の移動指令値を対応させることができない。そのため、従来は、σ１，σ２または第１及び第２の画像輝度情報のコントラストを比較することにより、スプレッドパラメータの真値を判別し、一意にσ１，σ２を決定していた。
【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】
【００１７】
上記特許文献２に開示されているような合焦判定手法手法においては、複数解として算出される現在のスプレッドパラメータの真値を判別するために、余分に画像輝度情報からコントラスト値を利用して演算する必要があり、これは合焦判定の処理速度を低下させ、また、合焦判定用の演算素子のコストを増大させていた。
【００１８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、スプレッドパラメータの真値を求め易くし、処理が高速で安価な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】
【００１９】
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、上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように、輝度情報取得位置及び上記合焦予定面と光学的に等価である等価合焦予定面位置を光路長順に並べた場合に、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得位置のどちらか一方の端であることを特徴とする。
【００２０】
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
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。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明によれば、スプレッドパラメータの真値を求め易くし、処理が高速で安価な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】
【００２３】
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。
【００２４】
［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１３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。
【００２５】
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１３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を経て、第１の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第２の輝度情報取得用センサ３６に結像されている。
【００２６】
図２（Ａ）乃至（Ｃ）は、図１の透過型ミラー３２での光路折り曲げを仮想的に取り除き、一直線上に第１の輝度情報取得用センサ３４及び第２の輝度情報取得用センサ３６と、等価合焦予定面３０を記載している図である。第１の輝度情報取得用センサ３４及び第２の輝度情報取得用センサ３６に対応して求められたスプレッドパラメータをそれぞれσ１及びσ２とする。図２（Ａ）乃至（Ｄ）は、図１７（Ａ）乃至（Ｄ）と同様に、合焦ポイントＰ’と本手法で算出されるスプレッドパラメータσ１，σ２を対応付けて説明する概念図であり、参照番号は図２（Ａ）乃至（Ｃ）に共通なものであるので、図面の簡略化のために、図２（Ａ）にのみ付している。また、図２（Ａ）乃至（Ｃ）と図２（Ｄ）の横軸方向の位置は同一で、図２（Ｄ）の縦軸方向は算出されるスプレッドパラメータ値の概略を示している。
【００２７】
等価合焦予定面３０に対する合焦状態は、図２（Ｂ）で得られている。図２（Ａ）乃至（Ｃ）の場合には、光線追跡上、被写体側から最も近い側に等価合焦予定面３０、輝度情報取得用センサ３４、３６の順に並んでいる。図１７（Ｄ）と図２（Ｄ）の異なる点は、図２（Ｄ）の矢印を付した等価合焦予定面３０と第１の輝度情報取得用センサ３４との間の領域であり、この領域では、等価合焦予定面３０に対して合焦ポイントＰ’が後ピンから合焦に向かう限りはσ１，σ２両方とも単調減少となる。
【００２８】
更にこの領域を詳細に見ると、合焦操作の過程では、フォーカシングレンズ１４の調整駆動によって合焦ポイントＰ’が等価合焦予定面３０の前後をサーボ調整特性として行きつ戻りつするが、後ピン側から合焦ポイントＰ’が仮に等価合焦予定面３０を通り過ぎたとしても、第１の輝度情報取得用センサ３４の位置まではスプレッドパラメータは単調減少特性なので、演算処理上真値判断のために処理切り替えなどすること無く安定にフォーカシングレンズ１４の駆動制御をすることが可能になる。この単調減少の傾向は、スプレッドパラメータσ１，σ２とも有する性質なので、目的、必要に応じて、適宜スプレッドパラメータσ１，σ２を選定して使用することが可能である。
【００２９】
実際の撮像装置などにおいては、レンズ駆動用にステッピングモータを利用することが多いが、ステッピングモータはバックラッシュの影響や脱調によるモータステップ位置のエラーなどの悪影響を取り除くため、モータの初期位置への復帰を必要に応じて行う。仮にフォーカシングレンズ１４の初期位置復帰が図２（Ａ）のように後ピン側であるとすれば、その点からの合焦判定のためのスプレッドパラメータ算出は常に単調減少傾向部分を利用して行えるため、システムシーケンスに適合し易い。
【００３０】
図３（Ａ）乃至（Ｄ）も、図２（Ａ）乃至（Ｄ）と同様の図である。図２（Ａ）乃至（Ｄ）の場合には後ピン側のスプレッドパラメータの単調減少性を述べたが、逆に図３（Ａ）乃至（Ｄ）で示すように光線追跡上被写体側から最も近い側に輝度情報取得用センサ３４、３６、等価合焦予定面３０の順に並んでいる場合には、前ピン側でスプレッドパラメータの単調増加性が利用可能となる。従って、上記同様に今度は、仮にフォーカシングレンズ１４の初期位置復帰が図３（Ａ）のように前ピン側であるとすれば、その点からの合焦判定のためのスプレッドパラメータ算出は常に単調増加傾向部分を利用して、合焦のためのフォーカシングレンズ１４の駆動制御が行えるため、システムシーケンスに適合し易くなる。
【００３１】
図２（Ａ）乃至（Ｄ）の系を実際にカメラに当てはめた一例が図１であり、図３（Ａ）乃至（Ｄ）の系を実際にカメラに当てはめた一例として図４を示す。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、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。
【００３７】
［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。
【００３８】
上記第１実施形態では、第２の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。
【００３９】
即ち、図５に示すように、サブミラー２４を経て透過型ミラー３２を透過した光の一部が第１の等価合焦予定面３０−１を経て第１の輝度情報取得用センサ３４に結像されている。また、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、上記透過型ミラー３２での反射光のうち、該透過型ミラー３８での透過光を一方の第２の輝度情報取得用センサ３６−１で受光する。また、上記一方の第２の輝度情報取得用センサ３６−１とは異なる光路長位置に他方の第２の輝度情報取得用センサ３６−２を配置し、透過型ミラー３８での反射光をこの他方の第２の輝度情報取得用センサ３６−２で受光している。図５においては、輝度情報取得用センサ３４，３６−１及び３６−２は全て光路上で等価合焦予定面３０−１，３０−２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等価合焦予定面３０−１，３０−２に対して全て被写体側にレイアウトすることが可能である。
【００４０】
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。
【００４１】
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１４の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。
【００４２】
複数の輝度情報取得用センサを配置しても、全て透過合焦予定面よりも光路に沿って被写体側、または非被写体側にしておくことによって、スプレッドパラメータの単調減少、単調増加特性を持つことは言うまでも無い。
【００４３】
［第２実施形態］
次に、図６、図７Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、及び図７Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて、本発明の第２実施形態を説明する。
【００４４】
即ち、本実施形態においても上記第１実施形態と同様、図６に示すように、被写体光の一部がサブミラー２４を経て等価合焦予定面３０上に設置された輝度情報取得用センサ３４に導かれている。
【００４５】
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、光路に沿って等価合焦予定面３０が輝度情報取得用センサ３４に対して、図７Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように非被写体側に、及び、図７Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように被写体側に、前後する。従って、フォーカシングレンズ１４の前後に合わせ、等価合焦予定面３０に対して常に前ピン側の複数位置で輝度情報取得を行うか、逆に常に後ピン側の複数位置で輝度情報取得を行えば、上記第１実施形態と同様にスプレッドパラメータの単調増加、または減少特性を利用できるようになる。
【００４６】
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。
【００４７】
［第３実施形態］
次に、図８を用いて本発明の第３実施形態を説明する。
【００４８】
第１の輝度取得用センサとして撮像センサ１６を用いても、上記第２実施形態と同様に単調増加または減少特性を有するスプレッドパラメータを利用することが可能である。
【００４９】
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第２の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、第１の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、第２の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。
【００５１】
図８では、等価合焦予定面３０に対して第２の輝度情報取得用センサ３６が被写体側に配置されており、例えばフォーカシングレンズ１４を許容範囲光軸に沿って前後させ、結果的に第２の輝度情報取得用センサ３６でも撮像センサ１６でも等価合焦予定面３０に対して被写体側の輝度情報を取得するようにする。第２の輝度情報取得用センサ３６の配置を等価合焦予定面３０に対して非被写体側に配置した場合には、その逆に撮像センサ１６でも等価合焦予定面に対して非被写体側の輝度情報を取得するようにする。
【００５２】
なお、本実施形態においては、撮像センサ１６で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。
【００５３】
また、第２の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。
【００５４】
［第４実施形態］
図９を用いて、本発明の第４実施形態を説明する。
【００５５】
本実施形態においては、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で異なるボケ状態の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。
【００５６】
フォーカシングレンズ１４を前後させ、撮像センサ１６で単調増加または減少のスプレッドパラメータを取得する方法は、上記第３実施形態と同様である。
【００５７】
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。
【００５８】
［第４実施形態の第１の変形例］
また、第４実施形態の第１の変形例として、図１０に示すように、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固定ミラー１８’を用いても良い。
【００５９】
このように固定ミラー１８’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。
【００６０】
フォーカシングレンズ１４を前後させ、撮像センサ１６で単調増加または減少のスプレッドパラメータを取得する方法は、上記第３実施形態と同様である。
【００６１】
［第５実施形態］
次に、図１１、図１２Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、及び図１２Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて、本発明の第５実施形態を説明する。
【００６２】
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。
【００６３】
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、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、図１２Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように被写体側に、及び、図１２Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように非被写体側に、移動させることが可能になる。
【００６４】
等価合焦予定面に対して光軸に沿って撮像センサ１６を移動することで、被写体側のみの複数輝度情報を取得するか、非被写体側のみの複数輝度情報を取得するかで、単調増加または単調減少のスプレッドパラメータが取得できるのは言うまでも無い。
【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６の第１の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）
上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、
上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように輝度情報取得位置及び上記合焦予定面と光学的に等価である等価合焦予定面位置を光路長順に並べた場合に、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得位置のどちらか一方の端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、図２（Ａ）乃至（Ｄ）、図３（Ａ）乃至（Ｄ）、図４）、第１実施形態の第１の変形例（図５）、第２実施形態（図６、図７Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図７Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図８）、第４実施形態（図９）、第４実施形態の第１の変形例（図１０）、第５実施形態（図１１、図１２Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図１２Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００７１】
（作用効果）
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がフォーカシングレンズの常用駆動域で単調増加または単調減少となり、真値の判定に余分な判断処理を加える必要がなくなり、演算コスト低減、演算処理スピードも向上する。
【００７２】
（２）  上記等価合焦予定面が光路に沿って最も被写体側であ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。
【００７３】
（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、図２（Ａ）乃至（Ｄ））、第１実施形態の第１の変形例（図５）、第２実施形態（図７Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態、第４実施形態、第４実施形態の第１の変形例、第５実施形態（図１２Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００７４】
（作用効果）
この（２）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、マクロ撮影側でフォーカシングレンズ駆動用アクチュエータのオフセットキャンセルをする、または、位置の基準出しをしているカメラに対して、そのゼロ点を基準から単調減少のスプレッドパラメータ曲線を設定可能としシステムシーケンスにマッチする。
【００７５】
（３）  上記等価合焦予定面が光路に沿って最も非被写体側であ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（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１実施形態（図３（Ａ）乃至（Ｄ）、図４）、第１実施形態の第１の変形例、第２実施形態（図７Ａ（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図８）、第４実施形態、第４実施形態の第１の変形例、第５実施形態（図１２Ａ（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００７７】
（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、無限遠撮影側でフォーカシングレンズ駆動用アクチュエータのオフセットキャンセルをする、または、位置の基準出しをしているカメラに対して、そのゼロ点を基準から単調減少のスプレッドパラメータ曲線を設定可能としシステムシーケンスにマッチする。
【００７８】
（４）  上記輝度情報取得手段は、輝度情報取得用のセンサによって輝度情報を取得す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。
【００７９】
（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（図１、図２（Ａ）乃至（Ｄ）、図３（Ａ）乃至（Ｄ）、図４）、第１実施形態の第１の変形例（図５）、第２実施形態（図６、図７Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図７Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図８）、第４実施形態（図９）、第４実施形態の第１の変形例（図１０）、第５実施形態（図１１、図１２Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図１２Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００８０】
（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、センサを用いることで、容易に輝度情報を取得できる。
【００８１】
（５）  上記センサの一つは、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（４）に記載の合焦情報取得用検出装置。
【００８２】
（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３実施形態（図８）、第４実施形態（図９）、第４実施形態の第１の変形例（図１０）、第５実施形態（図１１、図１２Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図１２Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００８３】
（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、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。
【００８４】
（６）  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、
上記アクチュエータによって、上記センサの少なくとも一つを、上記輝度情報取得位置に移動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。
【００８５】
（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５実施形態（図１１、図１２Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図１２Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００８６】
（作用効果）
この（６）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、複数のセンサを配置することなくボケ状態の異なる複数の輝度情報が取得でき、装置の低価格、小型化を実現可能になる。
【００８７】
（７）  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（７）の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
【００８８】
（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（図１、図２（Ａ）乃至（Ｄ）、図３（Ａ）乃至（Ｄ）、図４）、第１実施形態の第１の変形例（図５）、第２実施形態（図６、図７Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図７Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図８）、第４実施形態（図９）、第４実施形態の第１の変形例（図１０）、第５実施形態（図１１、図１２Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図１２Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００８９】
（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、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。
【００９０】
（８）  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、
（１）乃至（７）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。
【００９１】
（対応する実施形態）
この（８）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、図２（Ａ）乃至（Ｄ）、図３（Ａ）乃至（Ｄ）、図４）、第１実施形態の第１の変形例（図５）、第２実施形態（図６、図７Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図７Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））、第３実施形態（図８）、第４実施形態（図９）、第４実施形態の第１の変形例（図１０）、第５実施形態（図１１、図１２Ａ（Ａ）乃至（Ｃ）、図１２Ｂ（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。
【００９２】
（作用効果）
この（８）に記載の撮像装置によれば、スプレッドパラメータがフォーカシングレンズの常用駆動域で単調増加または単調減少となり、真値の判定に余分な判断処理を加える必要がなくなり、演算コスト低減、演算処理スピードも向上する。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【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】合焦ポイントと第１実施形態で算出されるスプレッドパラメータを対応付けて説明する概念図である。
【図３】合焦ポイントと第１実施形態で算出されるスプレッドパラメータを対応付けて説明する概念図である。
【図４】図３の系を実際にカメラに当てはめた場合の第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５】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６】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７Ａ】フォーカシングレンズの移動位置と等価合焦予定面との関係を示す図である。
【図７Ｂ】フォーカシングレンズの移動位置と等価合焦予定面との関係を示す図である。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２Ａ】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１２Ｂ】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１３】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１４】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１５】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１６】従来の合焦判定方法を説明するための図である。
【図１７】合焦ポイントと特許文献２に開示の合焦判定手法で算出されるスプレッドパラメータを対応付けて説明する概念図である。
【符号の説明】
【００９４】
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…クイックリターンミラー、  １８’…固定ミラー、  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、  ３４，３６，３６−１，３６−２…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】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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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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