(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元状に配置される複数の撮像画素を有し、撮像光学系を通過した光束を受光する撮像素子と、
マイクロレンズと前記マイクロレンズの通過光束を受光する光電変換部とから構成され、前記複数の撮像画素の間に位置するように前記撮像素子に設けられ、前記撮像光学系の瞳上の一対の領域を通過する一対の光束を受光する複数の焦点検出画素を有し、前記複数の焦点検出画素の出力に基づき、前記一対の光束による像のズレ量を検出する撮像素子型の位相差式焦点検出手段と、
前記撮像光学系の予定焦点面に形成された像を再結像する一対の再結像光学系と、前記一対の再結像光学系により再結像された一対の像を検出するイメージセンサーとを有し、前記撮像光学系の瞳の一対の領域を通過した一対の光束による像のズレ量を検出する再結像型の位相差式焦点検出手段と、
前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段による検出結果と前記再結像型の位相差式焦点検出手段による検出結果とに基づいて前記撮像光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、を備え、
前記再結像型の位相差式焦点検出手段の測距瞳Ｆ値を前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の測距瞳Ｆ値より大きい値にすることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点調節装置において、
前記再結像型の位相差式焦点検出手段は、前記撮像光学系の予定焦点面の近傍に配置されたコンデンサレンズと、前記一対の再結像光学系の近傍に配置された一対の絞り開口とを更に備え、
前記再結像型の位相差式焦点検出手段の測距瞳Ｆ値は、前記一対の絞り開口を前記コンデンサレンズによって投影した投影像の大きさによって、決定され、
前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の測距瞳Ｆ値は、前記光電変換部を前記マイクロレンズによって投影した投影像の大きさによって、決定されることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記撮像光学系の予定焦点面から前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の測距瞳までの距離と、前記撮像光学系の予定焦点面から前記再結像型の位相差式焦点検出手段の測距瞳までの距離とを等しくすることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記撮像光学系の予定焦点面から前記再結像型の位相差式焦点検出手段の測距瞳までの距離を、前記撮像光学系の予定焦点面から前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の測距瞳までの距離よりも長くすることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記撮像光学系の予定焦点面における焦点検出位置から前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の測距瞳の一対の瞳領域の各重心を睨む開き角を、前記撮像光学系の予定焦点面における焦点検出位置から前記再結像型の位相差式焦点検出手段の測距瞳の一対の瞳領域の各重心を睨む開き角よりも大きくすることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記再結像型の位相差式焦点検出手段による一対の像の検出ピッチを、前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段による一対の像の検出ピッチより大きくすることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記再結像型の位相差式焦点検出手段における焦点検出領域の像ズレ方向の長さを、前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段における焦点検出領域の像ズレ方向の長さよりも長くすることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項８】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記再結像型の位相差式焦点検出手段における焦点検出領域の像ズレ方向に垂直な方向の幅を、前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段における焦点検出領域の像ズレ方向に垂直な方向の幅よりも広くすることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
撮像画面上の前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の焦点検出領域を前記再結像型の位相差式焦点検出手段の焦点検出領域より前記撮像光学系の光軸に近い位置に配置することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記再結像型の位相差式焦点検出手段の焦点検出領域の数を、前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の焦点検出領域の数よりも多くすることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項１１】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の分光特性と前記再結像型の位相差式焦点検出手段の分光特性とを等しくすることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の焦点調節装置を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
二次元状に配置される複数の撮像画素を有し、撮像光学系を通過した光束を受光する撮像素子と、
マイクロレンズと前記マイクロレンズの通過光束を受光する光電変換部とから構成され、前記複数の撮像画素の間に位置するように前記撮像素子に設けられ、前記撮像光学系の瞳上の一対の領域を通過する一対の光束を受光する複数の焦点検出画素を有し、前記複数の焦点検出画素の出力に基づき、前記一対の光束による像のズレ量を検出する撮像素子型の位相差式焦点検出手段と、
前記撮像光学系の予定焦点面に形成された像を再結像する一対の再結像光学系と、前記一対の再結像光学系により再結像された一対の像を検出する一対の光電変換素子列とを有し、前記撮像光学系の瞳の一対の領域を通過した一対の光束による像のズレ量を検出する再結像型の位相差式焦点検出手段と、
前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段による検出結果と前記再結像型の位相差式焦点検出手段による検出結果とに基づいて前記撮像光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、を備え、
前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の焦点検出エリアは、前記再結像型の位相差式焦点検出手段の焦点検出エリアよりも小さく、かつ前記再結像型の位相差式焦点検出手段の焦点検出エリア内部に位置し、
前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の前記焦点検出画素のピッチは、前記再結像型の位相差式焦点検出手段の前記光電変換素子のピッチよりも小さく、
前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の前記焦点検出画素は、当該焦点検出画素の並び方向に垂直方向の長さが、前記再結像型の位相差式焦点検出手段の前記光電変換素子の、その並び方向に垂直な方向の長さよりも小さい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、撮像光学系の焦点調節を行う装置およびその焦点調節装置を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差検出方式の焦点検出センサーと撮像素子を備え、焦点検出センサーの検出結果に基づき撮像光学系を合焦近傍に駆動した後、撮像素子の出力を用いたコントラスト検出方式で合焦位置を検出し、合焦位置の微調節を行うデジタルカメラが知られている（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２００１−２８１５３０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、上述した従来のカメラでは、コントラスト検出方式と位相差検出方式では、焦点検出の原理が異なるため相性が悪く、それぞれの方式で焦点検出した結果のマッチングが悪い。例えば、位相差検出方式において焦点検出可能な被写体に対してコントラスト検出方式では焦点検出不能になったり、位相差検出方式では高精度に焦点検出可能な被写体がコントラスト検出方式では焦点検出精度が悪化したりする。そのため、位相差検出方式でいったん合焦近傍にレンズ駆動した後にコントラスト検出方式で微調整をしようとしても、撮像光学系がハンチングして合焦点に収束しなかったり、とんでもない位置に撮像光学系を駆動したり、まったく撮像光学系が動かないことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による焦点調節装置は、二次元状に配置される複数の撮像画素を有し、撮像光学系を通過した光束を受光する撮像素子と、マイクロレンズと前記マイクロレンズの通過光束を受光する光電変換部とから構成され、前記複数の撮像画素の間に位置するように前記撮像素子に設けられ、前記撮像光学系の瞳上の一対の領域を通過する一対の光束を受光する複数の焦点検出画素を有し、前記複数の焦点検出画素の出力に基づき、前記一対の光束による像のズレ量を検出する撮像素子型の位相差式焦点検出手段と、前記撮像光学系の予定焦点面に形成された像を再結像する一対の再結像光学系と、前記一対の再結像光学系により再結像された一対の像を検出するイメージセンサーとを有し、前記撮像光学系の瞳の一対の領域を通過した一対の光束による像のズレ量を検出する再結像型の位相差式焦点検出手段と、前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段による検出結果と前記再結像型の位相差式焦点検出手段による検出結果とに基づいて前記撮像光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、を備え、前記再結像型の位相差式焦点検出手段の測距瞳Ｆ値を前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の測距瞳Ｆ値より大きい値にすることを特徴とする。
請求項１３の発明による撮像装置は、二次元状に配置される複数の撮像画素を有し、撮像光学系を通過した光束を受光する撮像素子と、マイクロレンズと前記マイクロレンズの通過光束を受光する光電変換部とから構成され、前記複数の撮像画素の間に位置するように前記撮像素子に設けられ、前記撮像光学系の瞳上の一対の領域を通過する一対の光束を受光する複数の焦点検出画素を有し、前記複数の焦点検出画素の出力に基づき、前記一対の光束による像のズレ量を検出する撮像素子型の位相差式焦点検出手段と、前記撮像光学系の予定焦点面に形成された像を再結像する一対の再結像光学系と、前記一対の再結像光学系により再結像された一対の像を検出する一対の光電変換素子列とを有し、前記撮像光学系の瞳の一対の領域を通過した一対の光束による像のズレ量を検出する再結像型の位相差式焦点検出手段と、前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段による検出結果と前記再結像型の位相差式焦点検出手段による検出結果とに基づいて前記撮像光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、を備え、前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の焦点検出エリアは、前記再結像型の位相差式焦点検出手段の焦点検出エリアよりも小さく、かつ前記再結像型の位相差式焦点検出手段の焦点検出エリア内部に位置し、前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の前記焦点検出画素のピッチは、前記再結像型の位相差式焦点検出手段の前記光電変換素子のピッチよりも小さく、前記撮像素子型の位相差式焦点検出手段の前記焦点検出画素は、当該焦点検出画素の並び方向に垂直方向の長さが、前記再結像型の位相差式焦点検出手段の前記光電変換素子の、その並び方向に垂直な方向の長さよりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、撮像機能と瞳分割位相差検出方式の焦点検出機能を有する撮像兼焦点検出手段と、瞳分割位相差検出方式の焦点検出機能を有する焦点検出手段とを用いるので、応答性の高い高精度な焦点調節を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本願発明の焦点検出装置とその焦点検出装置を装備した撮像装置として、デジタルスチルカメラを例にあげて説明する。
【０００８】
図１は一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す。デジタルスチルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、交換レズ２０２はマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。
【０００９】
交換レンズ２０２は対物レンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御回路２０６を備えている。レンズ駆動制御回路２０６は不図示のＣＰＵと駆動回路を備え、フォーカシング用レンズ２１０と絞り２１１の駆動制御、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出、後述のボディＣＰＵ２１４との通信によりレンズ情報および焦点調節情報の送受信などを行う。
【００１０】
一方、カメラボディ２０３はハーフミラー２０５、焦点検出センサー２０７、撮像素子２１２、ボディＣＰＵ２１４、ＬＣＤドライバー２１５、ＬＣＤ２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９、駆動制御回路２２０、外部操作部材２２１などを備えている。
【００１１】
ハーフミラー２０５は交換レンズ２０２の光軸上に配置され、光路を反射側と透過側に分離する。ハーフミラー２０５にはハーフミラー機能を実現する反射膜が所定の厚さをもったガラス板の表面に形成されており、裏面には反射防止膜が形成されている。焦点検出センサー２０７はハーフミラー２０５の透過側の交換レンズ２０２の予定焦点面（予定結像面）に配置され、交換レンズ２０２の焦点検出機能を有する。焦点検出センサー２０７には、複数の焦点検出位置で焦点検出を行うために複数組の再結像方式の焦点検出ユニット（不図示）が組込まれている。
【００１２】
撮像素子２１２はハーフミラー２０５の反射側の交換レンズ２０２の予定焦点面に配置され、交換レンズ２２０の焦点検出機能と撮像機能を有する。撮像素子２１２には二次元状に撮像用画素が配置されており、その中の複数の焦点検出位置に対応した部分に焦点検出用画素列が組込まれている。
【００１３】
この明細書では、焦点検出センサー２０７による焦点検出結果に基づくフォーカシング用レンズ２１０の焦点調節を、焦点検出専用センサーによる焦点調節として“専用ＡＦ”または“再結像方式ＡＦ”と呼ぶ。一方、撮像素子２１２の焦点検出用画素列による焦点検出結果に基づくフォーカシング用レンズ２１０の焦点調節を、撮像素子による焦点調節として“撮像素子ＡＦ”または“マイクロレンズ方式ＡＦ”と呼ぶ。
【００１４】
ボディＣＰＵ２１４は、撮像素子２１２と焦点検出センサー２０７からの出力の読み出し制御、レンズ駆動制御回路２０６との通信（レンズ情報／焦点調節情報の送受信）、交換レンズ２０２の焦点調節時における撮像素子２１２と焦点検出センサー２０７の切り換え制御、交換レンズ２０２の焦点検出および焦点調節調節制御、撮像時の撮像制御、デジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディＣＰＵ２１４とレンズ駆動制御回路２０６はマウント部２０４に設けられた電気接点部２１３を介してレンズ情報、フォーカシングレンズ駆動のためのデフォーカス量などの各種情報の授受を行う。
【００１５】
ＬＣＤ２１６は液晶ビューファインダー（ＥＶＦ：電子ビューファインダー）として機能し、ＬＣＤドライバー２１５はＬＣＤ２１６を駆動して撮像画像や撮像条件などの各種情報を表示する。撮影者はそれらの情報を接眼レンズ２１７を介して視認することができる。メモリカード２１９は画像信号を格納記憶するための画像ストレージである。また、駆動制御回路２２０にはタイマーなどのカメラの制御回路が含まれ、外部操作部材２２１にはシャッターボタンなどのデジタルカメラの種々の操作および設定のために用いる操作部材が含まれる。
【００１６】
交換レンズ２０２を通過しハーフミラー２０５で反射され、撮像素子２１２上に形成された被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、その出力はボディＣＰＵ２１４に送られる。一方、交換レンズ２０２を通過し、さらにハーフミラー２０５を透過して焦点検出センサー２０７上に形成された被写体像は、焦点検出センサー２０７に内蔵されたイメージセンサにより光電変換され、その出力はボディＣＰＵ２１４へ送られる。
【００１７】
ボディＣＰＵ２１４は、撮像素子２１２の焦点検出用画素列の出力および焦点検出センサー２０７の出力に基づいて焦点検出演算を行い、交換レンズ２０２が撮像素子２１２上に形成する像の焦点調節状態すなわちデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御回路２０６へ送る。また、ボディＣＰＵ２１４は撮像用画素の出力に基づき生成した画像信号をメモリカード２１９へ格納するとともに、撮像用画素および焦点検出用画素の出力に基づいて被写界の測光を行い、輝度を演算する。さらに、ボディＣＰＵ２１４は画像信号をＬＣＤドライバー２１５に送り、画像をＬＣＤ２１６に表示させる。さらにまた、ボディＣＰＵ２１４は駆動制御回路２２０からの信号を受けて各種制御の切り換えや起動を行うとともに、外部操作部材２２１の切り換えや操作状態に応じて各種制御の切り換えや起動を行う。
【００１８】
レンズ駆動制御回路２０６のＣＰＵ（不図示）は、レンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態などに応じて変更する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置および絞り２１１の位置をモニターし、モニター情報に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。また、レンズ駆動制御回路２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づきフォーカシング用レンズ２１０を合焦点へ駆動する。
【００１９】
図１に示す一実施の形態の構成では、撮像素子２１２をハーフミラー２０５の反射側に、透過側に焦点検出センサー２０７をそれぞれ配置したので、次のような効果を得ることができる。すなわち、撮像の都度ハーフミラー２０５を退避する必要がないので撮像におけるレスポンスが速く、シャッターチャンスを確実に捉えることができる。また、ハーフミラー２０５の透過による撮像画像の収差劣化がなく、透過側に比較して高品質な画像を撮像することができる。さらに、撮像中に並行して専用ＡＦで焦点調節が可能である。
【００２０】
図２は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図である。図２(ａ)に示すように撮像素子２１２は撮像用画素３１０が二次元状に配列されており、図１１（ｂ）Ｐ１１〜Ｐ１５に示す５箇所の焦点検出位置に対応する部分には焦点検出用画素３１１が図のように配列されている。撮像用画素３１０は図２(ｂ)に示すようにマイクロレンズ１０と撮像用の光電変換部１１を備え、焦点検出用画素３１１は図２(ｃ)に示すようにマイクロレンズ１０と焦点検出用の一対の光電変換部１２、１３を備えている。
【００２１】
図３は撮像用画素３１０の断面図である。撮像用画素３１０において、撮像用の光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１１が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。
【００２２】
図４は焦点検出用画素３１１の断面図である。焦点検出用画素３１１において、焦点検出用の光電変換部１２、１３の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１２、１３が前方に投影される。光電変換部１２、１３は同一の半導体回路基板２９上に形成される。なお、撮像用画素３１０および焦点検出用画素３１１の前方に配置されるマイクロレンズ１０は、交換レンズ２０２の予定焦点面に配置される。
【００２３】
図５はマイクロレンズ方式による瞳分割型位相差検出方法を説明する図である。なお、図５では一部の焦点検出用画素３１１（マイクロレンズ５０、６０と二対の光電変換部５２，５３、６２，６３）を示す。９０は交換レンズ２０２の予定焦点面に配置されたマイクロレンズ５０、６０の前方ｄ４の距離に設定した射出瞳である。なお、距離ｄ４はマイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との間の距離などに応じて決まる距離であって、交換レンズ２０２の予定焦点面と射出瞳との間の距離をこの明細書では測距瞳距離と呼ぶ。
【００２４】
９１は交換レンズ２０２の光軸である。９２はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５２、６２の領域（測距瞳）であり、９３はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５３、６３の領域（測距瞳）である。一対の測距瞳領域９３、９４を通過した被写体からの二対の焦点検出用光束７２，７３、８２，８３は、マイクロレンズ５０、６０を介して二対の光電変換部５２，５３、６２，６３に到達する。
【００２５】
図５では、光軸９１上にある焦点検出用画素３１１（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２，５３からなる）と、光軸外にある焦点検出用画素３１１（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２，６３からなる）を模式的に例示しているが、その他の焦点検出用画素３１１においても一対の測距瞳から各マイクロレンズに到来する焦点検出用光束を一対の光電変換部でそれぞれ受光する。なお、焦点検出用画素３１１の配列方向は一対の測距瞳の分割方向と一致させる。
【００２６】
マイクロレンズ５０、６０は光学系２０２予定焦点面近傍に配置されており、光軸９１上に配置されたマイクロレンズ５０によりその背後に配置された一対の光電変換部５２、５３の形状がマイクロレンズ５０、６０から投影距離ｄ４だけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２、９３を形成する。
【００２７】
一方、光軸９１から離間して配置されたマイクロレンズ６０によりその背後に配置された一対の光電変換部６２、６３の形状が投影距離ｄ４だけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２，９３を形成する。すなわち、測距瞳距離ｄ４にある射出瞳９０上で各画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９２、９３）が一致するように各画素の投影方向が決定されている。
【００２８】
光電変換部５２は測距瞳９２を通過し、マイクロレンズ５０に向う焦点検出光束７２によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部５３は測距瞳９３を通過し、マイクロレンズ５０に向う焦点検出光束７３によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００２９】
一方、光電変換部６２は測距瞳９２を通過し、マイクロレンズ６０に向う焦点検出光束８２によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部６３は測距瞳９３を通過し、マイクロレンズ６０に向う焦点検出光束８３によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００３０】
このような焦点検出用画素３１１をアレイ状に多数配置し、その背後に配置した一対の光電変換部１２、１３の出力を測距瞳９２および測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９２と測距瞳９３をそれぞれ通過する焦点検出光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。そして、これらの情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式（マイクロレンズ方式）で一対の像の像ズレ量を検出することができる。
【００３１】
さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定焦点面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）を算出することができる。なお、デフォーカス量は焦点検出位置ごとに異なる。また、デフォーカス量（像ズレ量）の検出精度は、像ズレ量の検出ピッチ、マイクロレンズ方式の場合はマイクロレンズの配列ピッチにより決まる。
【００３２】
図６は、射出瞳面９０における焦点検出用画素３１１の一対の光電変換部１２、１３の投影領域（測距瞳）の関係を示す正面図である。焦点検出用画素３１１の一対の光電変換部１２、１３をマイクロレンズ１０により射出瞳面９０に投影した測距瞳９２、９３（実線）の外接円９４は、予定焦点面から見た場合に所定の開口Ｆ値となる。この明細書ではこの開口Ｆ値を測距瞳Ｆ値という。一般に、交換レンズ２０２の絞り開口の開放Ｆ値が測距瞳Ｆ値より明るい場合には、焦点検出光束が交換レンズ２０２の絞り開口によって遮光されることがないので、高精度な焦点検出が可能になる。
【００３３】
交換レンズ２０２の絞り開口に対応する射出瞳の距離が測距瞳距離と一致していない場合は、画面周辺の位置で焦点検出を行う際に、交換レンズ２０２の絞り開口の開放Ｆ値が測距瞳Ｆ値より明るくても画面周辺の画素では焦点検出光束が部分的に遮光されることがあり、焦点検出精度が悪化する。図６において点９５、９６は測距瞳９２、９３の並び方向（ｘ方向）の重心位置であり、予定焦点面上の焦点検出位置からこの重心位置９５，９６を睨む開き角の大きさに応じて像ズレ量をデフォーカス量に変換するために用いられる変換係数の値が決定される。開き角が大きいほど焦点検出精度が上がり、開き角が小さいほどデフォーカス量の検出範囲が広がる。
【００３４】
なお、図６では図１１（ｂ）の焦点検出位置Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３に対応した測距瞳を示しているが、焦点検出位置Ｐ１４、Ｐ１５に対応する測距瞳は図６を９０度回転したものとなり、測距瞳の外接円（測距瞳Ｆ値）は変化しない。
【００３５】
図７は撮像素子２１２の回路構成を示す。撮像素子２１２は光電変換部から出力信号を読み出すための読出し回路を備えている。２６は撮像用画素３１０の光電変換部（図２、図３の１１に相当）であり、２７、２８は焦点検出用画素３１１の一対の光電変換部（図２、図４の１２、１３に相当）である。垂直転送レジスタ２０は各光電変換部２６、２７、２８に対応して設置された転送ＭＯＳスイッチ２４をオン、オフし、一行の画素ごとに光電変換部２６〜２８の出力を転送ＭＯＳスイッチ２５に転送する。
【００３６】
水平転送レジスタ２１は転送ＭＯＳスイッチ２５を順次オン、オフし、転送ＭＯＳスイッチ２４から転送された出力を順次増幅アンプ２３へ転送する。増幅アンプ２３は転送ＭＯＳスイッチから転送された出力を増幅して撮像素子２１２の外部へ出力する。これらの光電変換部、転送ＭＯＳスイッチ、レジスタ、増幅アンプは半導体基板２９上に形成される
【００３７】
撮像素子２１２をＣＣＤイメージセンサではなくＭＯＳイメージセンサとして構成することによって、製造コストを下げることができる。焦点検出用画素もＭＯＳイメージセンサとして構成されるため、選択された焦点検出位置に対応する焦点検出用画素だけを高速に読み出すことが可能になる。
【００３８】
図８は、図１に対応した焦点検出センサー２０７の詳細な構成を示す。図８により再結像方式による焦点検出方法について説明する。図において、９１は交換レンズ２０２の光軸、１１０、１２０はコンデンサレンズ、１１１、１２１は絞りマスク、１１２，１１３、１２２，１２３は絞り開口、１１４，１１５、１２４，１２５は再結像レンズ、  １１６、１２６は焦点検出用のイメージセンサ（ＣＣＤ）、１３２，１３３、１４２，１４３は焦点検出用光束である。
【００３９】
１０１は交換レンズ２０２の予定焦点面の前方ｄ５の距離に設定した射出瞳である。距離ｄ５は、コンデンサレンズ１１０、１２０の焦点距離と、コンデンサレンズ１１０、１２０と絞り開口１１２，１１３、１２２，１２３の間の距離などに応じて決まる距離であって、測距瞳距離と呼ぶ。１０２はコンデンサレンズ１１０、１２０により投影された絞り開口１１２、１２２の領域（測距瞳）、１０３はコンデンサレンズ１１０、１２０により投影された絞り開口１１３、１２３の領域（測距瞳）である。コンデンサレンズ１１０、絞りマスク１１１、絞り開口１１２，１１３、再結像レンズ１１４、１１５、イメージセンサ１１６が一つの位置で焦点検出を行う再結像方式の瞳分割位相差検出の焦点検出ユニットを構成する。
【００４０】
図８では、光軸９１上にある焦点検出ユニットと光軸９１外にある焦点検出ユニットを模式的に例示している。複数の焦点検出ユニットを組み合わせることによって、図１１（ａ）に示すように５箇所の焦点検出位置Ｐ１〜Ｐ５で再結像方式の瞳分割方位相差検出で焦点検出を行う専用ＡＦを実現することができる。光軸９１上の焦点検出ユニットは、交換レンズ２０２の予定焦点面近傍に配置されたコンデンサレンズ１１０、その背後に配置されたイメージサンサー１１６、コンデンサレンズ１１０とイメージサンサー１１６の間に配置されて予定焦点面近傍に結像された１次像をイメージセンサー１１６上に再結像する一対の再結像レンズ１１４、１１５、一対の再結像レンズの近傍（図では前面）に配置された一対の絞り開口１１２、１１３を有する絞りマスク１１を備えている。
【００４１】
イメージセンサー１１６は複数の光電変換部が直線に沿って密に配置されたラインセンサーであって、光電変換部の配置方向は一対の測距瞳の分割方向（＝絞り開口の並び方向）と一致させる。イメージセンサー１１６上に再結像された一対の像の光強度分布に対応した情報がイメージセンサー１１６から出力され、この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式（再結像方式）で一対の像の像ズレ量を検出することができる。そして、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定焦点面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）を算出できる。
【００４２】
イメージセンサー１１６は再結像レンズ１１４、１１５により予定焦点面上に投影されており、デフォーカス量（像ズレ量）の検出精度は、像ズレ量の検出ピッチ（再結像方式の場合は予定焦点面上に投影された光電変換部の配列ピッチ）により決まる。コンデンサレンズ１１０は絞りマスク１１１の絞り開口１１２、１１３を射出瞳１０１上に領域１０２、１０３として投影している。これらの領域１０２、１０３を測距瞳と呼ぶ。すなわち、イメージセンサ１１６上に再結像される一対の像は射出瞳１０１上の一対の測距瞳１０２，１０３を通過する光束によって形成される。射出瞳１０１上の一対の測距瞳１０２、１０３を通過する光束１３２、１３３を焦点検出用光束と呼ぶ。
【００４３】
図９は再結像方式における射出瞳面上の測距瞳を示す図である。一対の絞り開口をコンデンサレンズにより射出瞳面１０１に投影した測距瞳１０２、１０３（実線）の外接円８４は、予定焦点面から見た場合に所定の開口Ｆ値（測距瞳Ｆ値）となる。この再結像方式の測距瞳Ｆ値は図６に示すマイクロレンズ方式の測距瞳Ｆ値より暗く（Ｆ値としては大きく）設定される。
【００４４】
点８５、８６は測距瞳１０２、１０３の並び方向（ｘ方向）の重心位置であり、予定焦点面の焦点検出位置からこの重心位置８５，８６を睨む開き角の大きさに応じて像ズレ量をデフォーカス量に変換するために用いられる変換係数の値が決定される。再結像方式の開き角は図６に示すマイクロレンズ方式の開き角より小さく設定され、大きなデフォーカス量を検出可能としている。なお、図９では図１１（ａ）の焦点検出位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対応した測距瞳を示しているが、焦点検出位置Ｐ４、Ｐ５に対応する測距瞳は図９を９０度回転したものとなり、測距瞳の外接円（測距瞳Ｆ値）は変化しない。
【００４５】
図１０は、専用ＡＦで用いる焦点検出センサー２０７のイメージセンサ（ＣＣＤ）の回路構成を示す。３０、３１は１つの焦点検出位置に対応した一対の光電変換部の配列、３２は一対の光電変換部の配列３０、３１からの出力を転送するＣＣＤ転送レジスター、３３はＣＣＤ転送レジスター３２から転送された出力を増幅して外部に出力する増幅アンプである。ＣＣＤイメージセンサー１１７には、図１１（ａ）の５カ所の焦点検出位置に対応して、一対の光電変換部の配列、ＣＣＤ転送レジスター、増幅アンプからなる組が５組形成されている。
【００４６】
各組の光電変換部の電荷蓄積時間制御、出力転送および増幅は完全に独立に動作制御することが可能である。複数の焦点検出位置に対応した光電変換部の動作制御を独立に行えるため、複数の焦点検出位置の輝度が著しく異なっている場合でも、輝度に応じた電荷蓄積時間制御を独立に行うことによって、適切なレベルの出力を得ることができ、すべての焦点検出位置で同時に焦点検出を行う動作に適している。
【００４７】
図１１は、交換レンズ２０２の予定焦点面上に設定した撮像画面１００内の焦点検出位置を示す。図１１（ａ）は再結像方式の瞳分割型位相差検出の焦点検出センサー２０７が焦点検出を行う際に、撮像画面１００内で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア）を示す。再結像方式では、イメージセンサーの光電変換部の配列が画面１００に投影され、その投影領域が焦点検出エリアとなる。したがって、焦点検出エリアの長さおよび幅とサンプリングピッチは、光電変換部のサイズ、配列長、配列ピッチおよび再結像レンズの投影倍率によって決まる。
【００４８】
図１１（ｂ）はマイクロレンズ方式で焦点検出する際に、撮像画面１００内で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア）を示す。マイクロレンズ方式では、画面１００のマイクロレンズの配列が焦点検出エリアとなり、焦点検出エリアの長さおよび幅とサンプリングピッチはマイクロレンズのサイズ、配列長、配列ピッチによって決まる。
【００４９】
図１１（ｃ）は再結像方式（専用ＡＦ）とマイクロレンズ方式（撮像素子ＡＦ）の焦点検出エリアを重ね合わせて示したものである。５カ所の焦点検出エリアは互いに重なっている。再結像方式の焦点検出エリアの長さを、マイクロレンズ方式の焦点検出エリアの長さより長く設定することによって、像ズレ演算の際のシフト量を大きく取ることができ、デフォーカス量の検出範囲を広くすることができる。マイクロレンズ方式の場合は、焦点検出エリアを長くすると、焦点検出用画素数を増加する必要があり、撮像時の画像品質が劣化してしまう。
【００５０】
また、再結像方式（専用ＡＦ）の焦点検出エリアの幅を、マイクロレンズ方式（撮像素子ＡＦ）の焦点検出エリアの幅より広くすることによって、低輝度時の出力低下や電荷蓄積時間の増加に伴うレスポンス低下を防止することができる。マイクロレンズ方式の場合は、焦点検出エリアの幅を広くすると、焦点検出用画素数を増したり焦点検出用画素サイズを大きくする必要があり、撮像時の画像品質が劣化してしまう。
【００５１】
再結像方式（専用ＡＦ）の焦点検出エリアの検出ピッチを、マイクロレンズ方式（撮像素子ＡＦ）の焦点検出エリアの検出ピッチより細かくすることによって、像ズレ量の検出精度（焦点検出精度）を向上させることができる。逆に、焦点検出エリアの検出ピッチを粗くすることによって、低輝度時の出力低下や電荷蓄積時間の増加に伴うレスポンス低下を防止することができるとともに、出力数を縮小し、像ズレ演算時間を短縮することによりレスポンス低下を防止することができる。マイクロレンズ方式（撮像素子ＡＦ）の場合は、焦点検出用画素のピッチを撮像用画素の配列ピッチに揃えたほうが有利であり、焦点検出用画素のピッチを粗くするのは困難である。
【００５２】
再結像方式の焦点検出センサー２０７によるＡＦ（専用ＡＦ）と、マイクロレンズ方式によるＡＦ（撮像素子ＡＦ）の特性を表１に整理する。
【表１】
0005157073.tif 000002
【００５３】
ＡＦユニットのサイズにおいて、専用ＡＦは、再結像するための空間を必要とするので撮像素子ＡＦより大きく、特に光軸方向の厚さが必要である。これに対し撮像素子ＡＦは、マイクロレンズの直後に光電変換部を配置するので専用ＡＦより小さく、特に光軸方向の厚さを薄くできる。焦点検出輝度範囲において、専用ＡＦは、光電変換部のサイズを大きく設定できるので低輝度から高輝度まで対応できる。これに対し撮像素子ＡＦは、撮像素子中に埋め込むために光電変換部のサイズを大きくできないから、低輝度への対応が難しい。
【００５４】
デフォーカス量検出範囲において、専用ＡＦは、焦点検出エリア長が長く測距瞳の重心の開き角が小さいので大デフォーカス量を検出でき、デフォーカス量検出範囲が広い。これに対し撮像素子ＡＦは、焦点検出エリア長が短く測距瞳の重心の開き角が大きいのでデフォーカス量検出範囲が狭い。焦点検出精度（デフォーカス量の検出精度）において、専用ＡＦは、予定焦点面上の検出ピッチが粗く測距瞳の重心の開き角が小さいので、撮像素子ＡＦほど高精度にはできない。これに対し撮像素子ＡＦは、予定焦点面上の検出ピッチが細かく測距瞳の重心の開き角が大きいので高精度である。
【００５５】
マルチＡＦエリア制御（複数の焦点検出位置に対応する光電変換部の群の電荷蓄積時間の独立制御と出力の独立読出し）において、専用ＡＦは、各焦点検出位置に対応して光電変換部の群とこの出力を読み出すＣＣＤレジスタを独立に設けているので、電荷蓄積時間の独立制御と出力の独立読出しが容易である。これに対し撮像素子ＡＦは、撮像素子の一部として各焦点検出位置に対応する光電変換部の群と読出し回路を設けているので、電荷蓄積時間の独立制御と出力の独立読出しが困難である。
【００５６】
ＡＦエリアの高密度配置において、専用ＡＦは、各焦点検出位置に対応して再結像光学系を設けなければならないので、焦点検出位置を近接して多数設けるのは困難である。これに対し撮像素子ＡＦは、撮像素子面上での焦点検出用画素を配置するだけで近接した焦点検出位置に対応したＡＦエリアを設定することは容易である。
【００５７】
検出ピッチにおいて、専用ＡＦは、低輝度での焦点検出を可能にするために光電変換部のサイズを大きくしているので、撮像素子ＡＦほど検出ピッチを細かくすることができない。これに対し撮像素子ＡＦは、撮像用画素と同じサイズに焦点検出用画素を設定できるので検出ピッチを細かくすることができる。
【００５８】
ピンポイント検出（極めて小さな像部分での焦点検出、例：人物の目の部分）において、専用ＡＦは、光電変換部のサイズが大きく、像ズレ検出を行うのに十分な光電変換部の数を確保すると、ある程度の大きさを持つ領域が必要なのでピンポイント検出には向いていない。これに対し撮像素子ＡＦは、焦点検出用画素のサイズが小さく、像ズレ検出を行うのに十分な光電変換部の数を確保しても領域を小さくできるので、ピンポイント検出に向いている。
【００５９】
撮像との連動において、専用ＡＦは、撮像素子とは別個に構成されているので、撮像素子上のデフォーカス量を算出するためには相対的な配置誤差のオフセット調整（機械的またはソフト的）が必要である。これに対し撮像素子ＡＦは、撮像素子上に焦点検出用画素が設けられているのでオフセット調整が不要である。
【００６０】
被写体移動への対応において、専用ＡＦは、複数のＡＦエリアで同時に独立して焦点検出を行うことができるので、撮像画面１００内を時間の経過に応じて移動するような被写体に対しても確実に焦点検出することができる。これに対し撮像素子ＡＦは、複数のＡＦエリアの焦点検出を同時に行うことが専用ＡＦに比較して難しいので、移動する被写体に対しては向いていない。
【００６１】
図１２は、図１に示すデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャートである。ボディＣＰＵ２１４は、カメラの電源が投入されるとこの動作を繰り返し実行する。ステップ１００においてカメラに電源が投入されると撮像動作を開始し、ステップ１１０へ進む。ステップ１１０で専用ＡＦの全ＡＦエリアで焦点検出動作を行い、データを読み出す。続くステップ１２０で各ＡＦエリアに対応した一対の像データに基づいて像ズレ検出演算処理を行い、像ズレ量を演算する。
【００６２】
図１３は像ズレ量検出動作を示すフローチャートである。ステップ３００において像ズレ量検出の動作を開始し、続くステップ３１０で定められたシフト範囲で一対のデータに相関シフト演算を施す。ステップ３２０では３点内挿演算が適応できる極小点があるか調べ、極小点がない場合は、ステップ３６０で像ズレ検出不能（焦点検出不能）と判定してステップ３７０からリターンする。
【００６３】
一方、ステップ３２０で極小点があった場合はステップ３３０へ進み、一番相関が高い相関量の近傍で最大相関量を内挿する。ステップ３４０では最大相関量の信頼性を判定し、信頼性がない場合はステップ３６０で像ズレ検出不能（焦点検出不能）と判定してステップ３７０からリターンする。ステップ３４０で信頼性ありと判定された場合はステップ３５０へ進み、最大相関量を与えるシフト量を像ズレ量としてステップ３７０からリターンする。
【００６４】
図１２のステップ１３０において各ＡＦエリアに対応した像ズレ量をデフォーカス量に変換する。図１４は像ズレ量をデフォーカス量へ変換する動作を示すフローチャートである。ステップ４００においてデフォーカス量変換の動作を開始してステップ４１０へ進み、像ズレ量が検出不能であるか調べ、不能場合はステップ４５０からリターンする。
【００６５】
ステップ４１０で像ズレ量が検出可能と判断された場合はステップ４２０へ進み、像ズレ量に所定の変換係数（再結像方式の場合とマイクロレンズ方式の場合で異なる）を乗じてデフォーカス量を算出する。ステップ４３０において像ズレ量が専用ＡＦで算出されたものか否かを判定し、専用ＡＦでなく撮像素子ＡＦの場合はステップ４５０からリターンする。一方、専用ＡＦで算出されたものである場合はステップ４４０へ進み、算出されたデフォーカス量にオフセット量を加えてステップ４５０からリターンする。
【００６６】
ここで、オフセット量は専用ＡＦと撮像素子ＡＦの差であって、予め測定して記憶されたオフセット量を用いるか、あるいは専用ＡＦで合焦させた後に撮像素子ＡＦで焦点検出を行って検出されたデフォーカス量をオフセット量とし、それ以後の専用ＡＦにおいてオフセット量としてフィードバックする。
【００６７】
ふたたび図２に戻り説明を続ける。ステップ１４０において各ＡＦエリアのデフォーカス量に基づき、どのＡＦエリアで被写体を捕捉しているかを判定する。例えば、一般に被写体は撮像画面１００の中で最も至近距離にある物体となる確率が高いので、最も至近側を示すデフォーカス量を算出したＡＦエリアを、被写体捕捉エリアと認定する。
【００６８】
ここで、あるＡＦエリアを例に上げて像ズレ検出演算処理（相関アルゴリズム）について説明する。あるＡＦエリアに対応する一対のデータをそれぞれｅｉ，ｆｉ（ただしｉ＝１〜ｍ）とすると、まず（１）式に示す差分型相関アルゴリズムによって相関量Ｃ（Ｌ）を求める。
Ｃ(Ｌ)＝Σ｜ｅ(ｉ＋Ｌ)−ｆ(ｉ)｜  ・・・（１）
（１）式において、Ｌは整数であり、一対のデータのピッチを単位とした相対的シフト量である。また、Ｌのとる範囲はＬｍｉｎ〜Ｌｍａｘ（図では−５〜＋５）である。さらに、パラメータｉのとる範囲はｐからｑまでであり、１≦ｐ＜ｑ≦ｍの条件を満足するように定められる。さらにまた、ｐとｑの値によって焦点検出領域の大きさが設定される。
【００６９】
（１）式の演算結果は、図１６（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量Ｌ＝ｋj（図１６（ａ）ではｋj＝２）において相関量Ｃ（Ｌ）が最小になる。次に、（２）〜（５）式による３点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する最小値Ｃ（Ｌ）min＝Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ  ・・・（２）、
Ｃ(ｘ)＝ Ｃ(ｋj)−｜Ｄ｜  ・・・（３）、
Ｄ＝｛Ｃ(ｋj-１)-Ｃ(ｋ j＋１)｝／２  ・・・（４）、
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(ｋj＋１)-Ｃ(ｋ j)，Ｃ(ｋj-１)−Ｃ(ｋ j)｝  ・・・（５）
また、算出したシフト量ｘに基づいて被写体像面の予定焦点面に対するデフォーカス量ＤＥＦを（６）式により求めることができる。
ＤＥＦ＝ＫＸ・ＰＹ・ｘ  ・・・（６）
（６）式において、ＰＹは検出ピッチであり、ＫＸは一対の測距瞳の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
【００７０】
算出されたデフォーカス量ＤＥＦに信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定する。図１６（ｂ）に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の最小値Ｃ(Ｘ)の値が大きくなる。したがって、Ｃ(Ｘ)が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいは、Ｃ(Ｘ)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ(Ｘ)を徐した値が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいはまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたデフォーカス量ＤＥＦの信頼性が低いと判定する。
【００７１】
なお、図１６（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲Ｌmin〜Ｌmaxの間で相関量Ｃ（Ｌ）の落ち込みがない場合は、最小値Ｃ(Ｘ)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。
【００７２】
図１５は、図２のステップ１４０における被写体捕捉ＡＦエリアの認定動作を示すフローチャートである。ステップ５００において被写体捕捉ＡＦエリア認定の動作を開始し、ステップ５１０ですべてのＡＦエリアで焦点検出不能か否か調べる。焦点検出不能な場合は像ズレ量が検出不能であるか調べ、不能な場合はステップ５３０で中央ＡＦエリア（撮像画面１００の中央のＡＦエリア）を便宜的に被写体捕捉ＡＦエリアと認定し、ステップ５４０からリターンする。
【００７３】
一方、ステップ５１０で焦点検出が可能な場合ステップ５２０へ進み、ＡＦエリアが少なくとも１つ以上あると判断された場合は、最至近を示すデフォーカス量を算出したＡＦエリアを被写体捕捉ＡＦエリアと認定し、ステップ５４０からリターンする。
【００７４】
図１２に戻り、ステップ１５０で被写体捕捉ＡＦエリアのデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか調べる。所定値は専用ＡＦにおける合焦近傍か否かを判定するために予め定められた値であり、所定値以内の場合は合焦近傍にあるとみなされる。なお、すべてのＡＦエリアで焦点検出不能（像ズレ検出不能）な場合はステップ１７０へ進む。合焦近傍にないと判定した場合はステップ１６０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御回路２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させ、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。
【００７５】
一方、合焦近傍にあると判定した場合はステップ１７０へ進み、シャッターレリーズがなされたか否かを判定し、なされていないと判定された場合はステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップ１８０へ進み、認定された被写体捕捉ＡＦエリアに対応した撮像素子ＡＦの焦点検出用画素からデータを読み出す。続くステップ１９０で被写体捕捉ＡＦエリアに対応した一対の像データに基づいて像ズレ検出演算処理を行い、像ズレ量を演算する。
【００７６】
ステップ２００において被写体捕捉ＡＦエリアに対応した像ズレ量をデフォーカス量に変換する。続くステップ２１０では被写体捕捉ＡＦエリアのデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか調べる。所定値は撮像素子ＡＦおいて合焦か否かを判定するために定められた値（専用ＡＦに対して定められた合焦近傍か否かを判定するための上記所定値よりも小さい値）であり、所定値以内の場合は合焦状態にあるとみなされステップ２３０へ進む。なお、すべての被写体捕捉ＡＦエリアで焦点検出不能（像ズレ検出不能）な場合はステップ２３０へ進む。
【００７７】
合焦でないと判定した場合はステップ２２０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御回路２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を合焦位置に駆動させ、ステップ２３０へ進む。ステップ２３０では撮像素子の撮像用画素から画像信号を読み出し、続くステップ２４０で画像信号をメモリーカード２１９に保存し、ステップ１１０へ戻って上記動作を繰り返す。
【００７８】
表２に、デジタルカメラ内の再結像方式を用いた焦点検出センサ（専用ＡＦ）とマイクロレンズ方式を用いた撮像素子（撮像素子ＡＦ）の配置例を比較して示す。
【表２】
0005157073.tif 000003
【００７９】
配置例（１）は図１に示す配置であり、撮像光学系の光路中に固定ハーフミラーを配置し、反射側に撮像素子ＡＦを配置し、透過側に専用ＡＦを配置したものである。この配置例の特徴は、ハーフミラーが固定されており、撮像の際にハーフミラーを待避する必要がないので、レリーズタイムラグが少ない撮像ができる。また、撮像素子はハーフミラーの反射光で撮像するので、ハーフミラーを構成するガラスを透過することによる画像劣化がない。さらに、撮像素子の撮像動作と平行して専用ＡＦを動作させて焦点調節を行うこともできる。
【００８０】
配置例（２）は図１８に示す配置例であり、撮像光学系の光路中に固定ハーフミラーを配置し、配置例（１）とは逆に反射側に専用ＡＦを配置するとともに、透過側に撮像素子ＡＦを配置したものである。図１８において、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して説明する。この配置例の特徴は、ハーフミラーが固定されており、撮像の際にハーフミラーを待避する必要がないので、レリーズタイムラグが少ない撮像ができる。また、光軸方向に撮像素子が配置されるので、カメラボディ２０３の光軸方向の厚みを薄くすることができ、コンパクトなカメラボディ２０３を提供することができる。さらに、撮像素子の撮像動作と平行して専用ＡＦを動作させて焦点調節を行うこともできる。
【００８１】
配置例（３）は図１９に示す配置例であり、撮像光学系の光路中にメインミラー２３０（可動式ハーフミラー）を配置し、反射側の光路に配置されたペンタプリズム２３２と接眼レンズ２１７により構成される光学ファインダーに反射光を導くものである。図１９において、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
【００８２】
メインミラー２３０を透過した光束は背後に配置されたサブミラー２３１（可動式全反射ミラー）で反射され、撮像光路外に配置された焦点検出専用センサ２０７に導かれ、焦点検出専用センサ２０７により焦点検出が行われる。撮像指示があるとメインミラー２３０とサブミラー２３１が撮像光路から待避し、撮像素子が光束を受光し、撮像素子による焦点検出と撮像が行われる。この配置例の特徴は、撮像時にミラーが撮像光路から待避し、撮像素子が直接撮像光束を受光するので、高品質な画像を得ることができる。また、光束を専用ＡＦと撮像素子ＡＦに分割しないので、低輝度時の光量確保に有利である。
【００８３】
配置例（４）は図２０に示す配置例であり、外光式測距装置２４０（反射光受光式アクティブＡＦ、像ズレ検出式パッシブＡＦ、超音波または光波によるＴＩＭＥ  ＯＦ  ＦＬＩＧＨＴ方式のアクティブＡＦなど）を専用ＡＦとして用いた配置例である。図２０において、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して説明する。撮像素子ＡＦ２１２は常時交換レンズ２０２からの光束を受光する。
【００８４】
レリーズ以前は専用ＡＦにより焦点調節を行い、レリーズ以後は撮像素子ＡＦで焦点調節を行ってから撮像することにより、低輝度時、大デフォーカス時およびマルチＡＦエリア動作時も焦点検出可能になるとともに、撮像時に高精度な合焦を達成することができる。この配置例の特徴は、撮像の際にハーフミラーを待避する必要がないので、レリーズタイムラグが少ない撮像ができる。また、撮像時に撮像光路中に余計な光学要素がなく、撮像素子が直接撮像光束を受光するので、高品質な画像を得ることができる。さらに、光束を専用ＡＦと撮像素子ＡＦに分割しないので、低輝度時の光量確保に有利である。さらにまた、撮像素子で撮像動作と平行して専用ＡＦを動作させて焦点調節を行うこともできる。
【００８５】
表３は専用ＡＦと撮像素子ＡＦの仕様設定の比較表である。
【表３】
0005157073.tif 000004
専用ＡＦ（再結像方式）と撮像素子ＡＦ（マイクロレンズ方式）の使用状況を考慮して、適切にそれぞれの仕様を適切に設定することによって、全体としてバランスの取れた焦点調節を達成することができる。
【００８６】
測距瞳距離（１）において、一般的にデフォーカス量が大きい長焦点レンズではその射出瞳距離も長くなる。交換レンズの射出瞳距離と測距瞳距離は揃っていたほうが、焦点検出光束のケラレに対して有利なので、専用ＡＦは大デフォーカス検出を重点にして測距瞳距離を長くする。撮像素子ＡＦはデフォーカス量の小さな短焦点レンズの焦点検出用に測距瞳距離を短くする。また、測距瞳距離（２）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦの測距瞳距離を揃えることにより、測距瞳距離の違いが焦点検出結果に与える影響（焦点検出光束のケラレによって生じる焦点検出精度の悪化）の程度を揃えることができ、どちらの方式のＡＦを用いても同じような結果を得ることができる。
【００８７】
測距瞳Ｆ値（１）において、専用ＡＦの測距瞳Ｆ値を大きくし、開放Ｆ値が大きい暗いレンズのまで対応できるとともに、大デフォーカス量まで検出できるように暗くする。一方、撮像素子ＡＦの測距瞳Ｆ値を小さくし、開放Ｆ値が小さい明るいレンズの高精度焦点検出用に明るくするとともに、合焦近傍のみの小デフォーカス量の検出に適合させる。
【００８８】
また、測距瞳Ｆ値（２）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦの測距瞳Ｆ値を揃えることによって、撮像画面１００において交換レンズ２０２の光軸から専用ＡＦの焦点検出位置と撮像素子ＡＦの焦点検出位置までの距離が等しい場合に、測距瞳Ｆ値の違いが焦点検出結果に与える影響（焦点検出光束のケラレによって生じる焦点検出精度の悪化）の程度を揃えることができ、どちらの方式のＡＦを用いても同じような結果を得ることができる。
【００８９】
さらに、測距瞳Ｆ値（３）において、専用ＡＦの測距瞳Ｆ値を小さくして明るくし、低輝度の検出能力を向上させる。一方、撮像素子ＡＦの測距瞳Ｆ値を大きくして暗くし、超高輝度の焦点検出能力（極端に短い電荷蓄積時間の制御）に適合させる。
【００９０】
測距瞳重心間隔（１）において、専用ＡＦの測距瞳重心間隔（開き角）を小さくして大デフォーカス量まで検出できるようにし、撮像素子ＡＦの測距瞳重心間隔（開き角）を大きくして、合焦近傍での高精度な焦点検出を行う。また、測距瞳重心間隔（２）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦの測距瞳重心間隔（開き角）を揃えることによって、測距瞳重心間隔（開き角）の違いが焦点検出結果に与える影響の程度を揃えることができ、どちらの方式のＡＦを用いても同じような結果を得ることができる。
【００９１】
ＡＦエリア位置（１）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦのＡＦエリアの位置を揃えることによって、同じＡＦエリアに対して状況に応じて２つの方式を切換えて仕様することができる。また、ＡＦエリア位置（２）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦのＡＦエリアの位置を異ならせることにより、より撮像画面１００内により多くのＡＦエリアを配置することができる。例えば、撮像画面１００の中心付近に撮像素子ＡＦによって密にＡＦエリアを設定し、撮像画面１００の周辺は専用ＡＦのＡＦエリアを疎に配置する。
【００９２】
ＡＦエリア数（１）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦでＡＦエリアの位置とＡＦエリアの数を揃えることによって、すべてのＡＦエリアに対して状況に応じて２つの方式を切換えて使用することができる。また、ＡＦエリア数（２）において、専用ＡＦはマルチＡＦエリアの焦点検出に特化してＡＦエリアの数を多くし、撮像素子ＡＦは少数のＡＦエリアにして、１点のＡＦエリアの高精度焦点検出に特化する。
【００９３】
検出ピッチ（１）において、専用ＡＦは検出ピッチ（サンプリングピッチ）を粗くすることによって、大デフォーカス量検出をするためにＡＦエリア長を長くしてもデータ数が増大せず、よって演算時間の増大を防止し、レスポンスの低下を防ぐ。撮像素子ＡＦは高精度な像ズレ検出を行うために、検出ピッチを細かくする。また、検出ピッチ（２）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦの検出ピッチを揃えることによって、検出ピッチの違いが焦点検出結果に与える影響（像ズレ検出の誤差、被写体パターンの選択性等）の程度を揃えることができ、どちらの方式のＡＦを用いても同じような結果を得ることができる。
【００９４】
ＡＦエリアの長さ（１）において、専用ＡＦはＡＦエリアの長さを長くして大デフォーカス量検出のための像ずらし範囲を確保するとともに、被写体の捕捉性を高め、撮像素子ＡＦはＡＦエリアの長さを短くして、合焦近傍の像ズラシ量が少ない状況に対応させるとともに、ピンポイントの焦点検出を可能にする。また、ＡＦエリアの長さ（２）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦのＡＦエリアの長さを揃えることによって、ＡＦエリアの長さの違いが焦点検出結果に与える影響（像ズレ検出の誤差、被写体パターンの選択性等）の程度を揃えることができ、どちらの方式のＡＦを用いても同じような結果を得ることができる。
【００９５】
ＡＦエリアの幅（１）において、専用ＡＦはＡＦエリアの幅を広くして低輝度時の光量を確保し、撮像素子ＡＦはＡＦエリアの幅を狭くして、より細かな被写体パターンまで検出可能とする。また、ＡＦエリアの幅（２）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦのＡＦエリアの幅を揃えることによって、ＡＦエリアの幅の違いが焦点検出結果に与える影響（像ズレ検出の誤差、被写体パターンの選択性等）の程度を揃えることができ、どちらの方式のＡＦを用いても同じような結果を得ることができる。
【００９６】
色分解フィルタ（１）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦには色分解フィルタを用いないことによって、色分解フィルタが焦点検出結果に与える影響（被写体パターンの選択性等）をなくすことができ、どちらの方式のＡＦを用いても同じような結果を得ることができる。
【００９７】
また、色分解フィルタ（２）において、専用ＡＦの光電変換部には色分解フィルタ（ＲＧＢの色フィルタ）を配置せずに低輝度時の光量を確保するとともに、撮像素子ＡＦの焦点検出用画素には色分解フィルタを配置して、焦点検出用画素の位置の画像信号を周囲の撮像用画素の出力から補間する際に色フィルタ付き焦点検出用画素の出力も用いて画像品質を向上させるとともに、色別に焦点検出を行うことによって色相の変化はあっても輝度変化がない被写体に対しても焦点検出ができるようにする。
【００９８】
赤外カット波長（１）において、専用ＡＦと撮像素子ＡＦの入射側に備える赤外カットフィルタのカット波長を揃えることにより、被写体から到来する光束に含まれる赤外成分が焦点検出結果に与える影響（赤外収差）をなくすことができ、どちらの方式のＡＦを用いても同じような結果を得ることができる。
【００９９】
赤外カット波長（２）において、専用ＡＦの入射側に備える赤外カットフィルタのカット波長をＡＦ補助光（低輝度時に光量アップのために被写体に照射される。発光エネルギーの大きな長波長（赤〜赤外）の光が用いられる）を含むようにして、低輝度時の焦点検出性能を確保するとともに、撮像素子ＡＦの入射側に備える赤外カットフィルタのカット波長は撮像用の画素の赤外カット特性に合わせ、赤外収差の誤差を防止し、焦点検出用画素の出力を画像信号としても使用可能にする。
【０１００】
図１７は焦点検出動作を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートでは焦点調節の粗調節において専用ＡＦを用いるとともに、微調節において撮像素子ＡＦを用いているが、一般的にこの焦点検出動作を示すと図１７に示すフローチャートになる。ステップ９００において電源がＯＮされる。ステップ９１０では状況に応じて専用ＡＦと撮像素子ＡＦの切り換え判定を行う。ステップ９１０で専用ＡＦを用いると判定された場合はステップ９２０へ進み、専用ＡＦを用いて焦点調節を行った後、ステップ９１０へ戻る。ステップ９１０で撮像素子ＡＦを用いると判定された場合はステップ９３０へ進み、撮像素子ＡＦを用いて焦点調節を行った後、ステップ９１０へ戻る。
【０１０１】
ステップ９１０における切換え判定は、撮像装置の焦点調節動作が全体として最適に行われるように、専用ＡＦ（再結像方式）と撮像素子ＡＦ（マイクロレンズ方式）の特質を生かして切り換えるようにする。例えば表４に示す判定項目（判定条件）に基づいて行われる。
【表４】
0005157073.tif 000005
専用ＡＦ（再結像方式）と撮像素子ＡＦ（マイクロレンズ方式）を撮像装置の使用状況を考慮して適切に切り換えることによって、全体としてバランスの取れた焦点調節を達成することができる。
【０１０２】
シャッターレリーズ（撮像指令）の有無において、シャッターボタンのレリーズ操作以前は次の要求が高いので専用ＡＦを用いる。（１）構図変更などにより大きくボケている被写体に対しても焦点調節を行う。（２）複数の物体が撮像画面１００内にある場合でも、被写体である可能性の高い物体に対して焦点調節を行う。（３）精度よりレスポンスを重視した焦点調節を行う。（４）低輝度時でも焦点調節が可能である。一方、シャッターボタンのレリーズ操作以後は、撮像直前の高精度な焦点調節を達成するという要求が高いので撮像素子ＡＦを用いる。
【０１０３】
デフォーカス量において、デフォーカス量が大きい状態では、大きなデフォーカス量の検出もできる専用ＡＦを用いてレンズを合焦近傍まで焦点調節させ、合焦近傍になってデフォーカス量が小さくなると、高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦに切り換える。
【０１０４】
連写と単写（１）において、撮像装置が連続撮影（短時間のインターバルで連続的に撮影を行う）中には、被写体が移動している可能性が高いので、移動被写体に対して高レスポンスな焦点調節が可能な専用ＡＦを用い、単独撮影（１回のレリーズ操作で１回の撮影を行う）中には、静止被写体を撮像している状況が多いので、静止被写体に対して高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用いる。
【０１０５】
連写と単写（２）において、表２の（３）のシステムを用いる場合には、専用ＡＦを用いると焦点検出動作と撮像動作を行うためにミラーの挿入と待避を行わなければならず、高速な連続撮影ができない。そこで、連続撮影中には焦点検出と撮像を行う際にミラー動作が不要な撮像素子ＡＦを用い、単独撮影中には低輝度や大デフォーカスに有利な専用ＡＦを用いる。
【０１０６】
動画と静止画（１）において、撮像装置が動画撮影（ビデオ撮影）中あるいは動画撮影モードの場合には、撮影対象が移動被写体である可能性が高いので、移動被写体に対して高レスポンスな焦点調節が可能な専用ＡＦを用い、静止画撮影（スチル撮影）中あるいはスチル撮影モードの場合には、撮影対象が静止被写体である可能性が高いので、静止被写体に対して高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用いる。
【０１０７】
動画と静止画（２）において、表２の（３）のシステムを用いる場合には、専用ＡＦを用いると焦点検出動作と撮像動作を行うためにミラーの挿入と待避を行わなければならず、動画撮影ができない。そこで、動画撮影（ビデオ撮影）中あるいは動画撮影モードの場合には、ミラー動作が不要な撮像素子ＡＦを用い、静止画撮影（スチル撮影）中あるいはスチル撮影モードの場合には、低輝度や大デフォーカスに有利な専用ＡＦを用いる。
【０１０８】
輝度において、被写界の輝度が所定値より低い場合には、低輝度に強い専用ＡＦを用い、輝度が所定値より高い場合には高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用いる。なお、被写界の輝度は撮像素子２１２の出力に基づいてボディＣＰＵ２１４で演算するが、もちろん専用の測光素子と測光回路を設けて被写界の輝度を検出するようにしてもよい。
【０１０９】
被写体の移動と静止において、焦点検出結果（デフォーカス量）の時系列的な変化から、被写体が移動しているのか静止しているのかを判定することができる。そこで、被写体が移動していると判定された場合には、移動被写体に対して高レスポンスな焦点調節が可能な専用ＡＦを用い、被写体が移動していると判定された場合には、静止被写体に対して高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用いる。
【０１１０】
ＡＦエリアモードにおいて、ＡＦエリアモード選択操作部材（不図示）によって複数の焦点検出位置で同時に焦点検出を行わせるマルチＡＦエリアモードが選択されている場合には、複数の焦点検出位置で同時に焦点検出が容易で高レスポンスな焦点調節が可能な専用ＡＦを用い、１つの焦点検出位置で焦点検出を行わせるシングルＡＦエリアモードが選択されている場合には、高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用いる。
【０１１１】
ＡＦエリア位置（１）において、撮像画面１００の周辺のＡＦエリアが選択されている場合には、レンズの収差により画面周辺では高い画質が望めないので、焦点調節に精度よりもレスポンスを重視して専用ＡＦを選択し、画面中央のＡＦエリアが選択されている場合には、画質を最大にするために、高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを選択する。
【０１１２】
ＡＦエリア位置（２）において、専用ＡＦのＡＦエリア位置と撮像素子ＡＦのＡＦエリア位置とが別個の位置にある場合には、ユーザーが撮像画面１００内で指定した位置に最も近い位置にあるＡＦエリアのＡＦ方式（専用ＡＦ／撮像素子ＡＦ）を用いる。
【０１１３】
ＡＦモードにおいて、ＡＦモード選択操作部材（不図示）によって移動被写体への合焦を継続させるためにいったん合焦後も焦点調節動作を継続するコンティニュアスＡＦモードが選択されている場合には、移動被写体に対しての焦点調節性能が高くかつ高レスポンスな焦点調節が可能な専用ＡＦを用い、いったん合焦後は焦点調節動作をロックすることによって、静止被写体に対して安定かつ確実な焦点検出を行わせるワンショットＡＦモードが選択されている場合には、高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用いる。
【０１１４】
ＡＦ補助光の有無において、低輝度時に被写体に対してＡＦ補助光を照射して焦点検出を行わせる場合には、より低輝度に強い専用ＡＦを用い、ＡＦ補助光を照射しないで焦点検出を行う場合には、高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用いる。
【０１１５】
ＡＦとＭＦにおいて、焦点検出結果に応じてレンズを駆動することによって、自動的に焦点調節を行うＡＦモード（自動焦点調節モード）が選択されている場合には、移動被写体に対して高レスポンスな焦点調節が可能な専用ＡＦを用い、専用ＡＦの焦点検出結果に応じたピント表示を行い、その表示に応じてユーザーが手動でレンズの焦点調節を行うＭＦモード（手動焦点調節モード；自動焦点調節禁止モード）が選択されている場合には、クリティカルで高精度な焦点検出が可能な撮像素子ＡＦを用いる。
【０１１６】
表示において、焦点調節動作に平行して電子ビューファインダーで画像表示を行う際（表２の（１）、（２）および（４）のシステム）、縮小の表示倍率が選択された場合は焦点調節動作のレスポンスを重視して専用ＡＦを用い、拡大の表示倍率が選択された場合は合焦精度を重視して撮像素子ＡＦを用いる。なお、画像の表示倍率を選択するための操作部材を設け、拡大または縮小の表示倍率を選択可能とすればよい。
【０１１７】
レンズ開放Ｆ値において、装着された交換レンズの絞り開放Ｆ値が暗い場合は、焦点検出光束がけられることによって焦点検出精度が低下することを防止するために、測距瞳Ｆ値が暗い専用ＡＦを用い、装着された交換レンズの絞り開放Ｆ値が明るい場合は、測距瞳Ｆ値が明るく高精度な焦点検出が可能な撮像素子ＡＦを用いる。なお、交換レンズの絞り開放Ｆ値などの情報は、レンズ駆動制御回路２０６からボディＣＰＵ２１４へ伝送される。
【０１１８】
レンズ焦点距離において、装着された交換レンズの焦点距離が長い場合は、測距瞳距離が長くデフォーカス量の検出範囲が広い専用ＡＦを用い、装着された交換レンズの焦点距離が短い場合は、測距瞳距離が短く焦点検出精度が高い撮像素子ＡＦを用いる。なお、交換レンズの焦点距離などの情報は、レンズ駆動制御回路２０６からボディＣＰＵ２１４へ伝送される。
【０１１９】
交換レンズの絞り制御Ｆ値において、撮像時の絞りＦ値（制御Ｆ値）が暗い場合には、焦点深度が深くために高い焦点調節精度は不要なので、焦点調節動作のレスポンスを重視して専用ＡＦを用い、制御Ｆ値が明るい場合は、高い焦点検出精度が要求されるので撮像素子ＡＦを用いる。なお、交換レンズの絞り制御Ｆ値は、ボディＣＰＵ２１４における露出制御演算により求められる。
【０１２０】
シャッター速度において、撮像時のシャッター速度（露光時間）が速い（長い）場合には、被写界が暗いので焦点調節動作のレスポンスを確保するために専用ＡＦを用い、撮像時のシャッター速度（露光時間）が遅い（短い）場合には、焦点調節精度を重視して撮像素子ＡＦを用いる。なお、シャッター速度はボディＣＰＵ２１４の露出制御演算により求められる。
【０１２１】
感度において、撮像時の感度（撮像素子の撮像用画素出力の増幅度）が高い場合には、被写界が暗いので焦点調節動作のレスポンスを確保するために専用ＡＦを用い、撮像時の感度が低い場合には、焦点調節精度を重視して撮像素子ＡＦを用いる。なお、撮像感度は感度設定操作部材（不図示）により設定され、設定された撮像感度に応じて撮像素子の撮像用画素出力の増幅度を選択する。
【０１２２】
ストロボ（被写体照明）の有無において、撮像時に被写体に対して照明光を照射して撮像を行わせるストロボ撮影時には、より低輝度に強い専用ＡＦを用い、照明光を照射しないで撮像を行う場合には、高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用いる。また、ストロボ撮影の許可または禁止を設定するストロボ撮影選択部材によってストロボ撮影が禁止されている場合は撮像素子ＡＦを用い、許可されている場合は専用ＡＦを用いる。
【０１２３】
セルフタイマー撮影において、撮影モード選択操作部材（不図示）によって撮像指示から所定時間後に撮像を実行するセルフタイマー撮影モードが選択されている場合は、被写体が静止被写体である可能性が高いので、高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用い、セルフタイマー撮影モードが選択されていない場合は、被写体が移動被写体である可能性が高いので、移動被写体の焦点調節に適した専用ＡＦを用いる。
【０１２４】
手持ち撮影と固定撮影において、三脚などを使用した固定撮影時には、被写体が静止被写体である可能性が高いので、高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用い、手持ち撮影時には、被写体が移動被写体である可能性が高いので、移動被写体の焦点調節に適した専用ＡＦを用いる。なお、撮像装置が固定されているか否かは、三脚の取付けを検知したり、撮像装置に内蔵した角速度センサーや加速度センサーの出力に応じて判定する。
【０１２５】
撮影モードにおいて、撮影対象に合わせて撮像時の撮像条件（絞り値、シャッター速度、感度）をセットで設定する撮影モードにおいて、撮影モード選択操作部材（不図示）により移動被写体を撮像するのに適したスポーツモードが選択された場合には、移動被写体の焦点調節に適した専用ＡＦを用い、静止被写体を撮像するのに適したポートレートモードが選択された場合には、高精度な焦点調節が可能な撮像素子ＡＦを用いる。
【０１２６】
表５は専用ＡＦと撮像素子ＡＦのＡＦアルゴリズムパラメータの比較表である。
【表５】
0005157073.tif 000006
専用ＡＦと撮像素子ＡＦでは同じ像ズレ検出アルゴリズム（（１）〜（６）式など）を用いているが、パラメータをうまく設定することにより、撮像装置全体としての焦点調節動作のパフォーマンスを向上させることができる。
【０１２７】
デフォーカス量の検出範囲において、（１）式の像ズラシ限界（ｐ，ｑ）によりデフォーカス量の検出範囲が決まる。専用ＡＦでは広い範囲まで検出可能にするために、ｐをより小さくｑをより大きくする。撮像素子ＡＦは合焦近傍で使用されるので、ｐを大きくｑを小さくして像ズラシ範囲を狭め、検出範囲を狭くして演算時間を短縮する。
【０１２８】
像ズレ検出不能判定のしきい値において、（３）の最小相関量Ｃ（ｘ）がしきい値以上の場合に信頼性がないと判定するが、このしきい値を専用ＡＦより撮像素子ＡＦの方が厳しくなるように設定する。つまり、専用ＡＦに対するしきい値を撮像素子ＡＦに対するしきい値よりも大きい値にする。このようにすればより高精度な焦点検出を行うことができる。なお、最小相関量Ｃ（ｘ）の値は相関演算に使用するデータ数にも依存するので、最小相関量Ｃ（ｘ）の値は相関演算に使用するデータ数で規格化して用いる。（５）式のパラメータＳＬＯＰがしきい値以下の場合の信頼性がないと判定するが、このしきい値を専用ＡＦより撮像素子ＡＦのほうが厳しくなるように設定する。このようにすればより高精度な焦点検出を行うことができる。なお、パラメータＳＬＯＰの値は相関演算に使用するデータ数にも依存するので、パラメータＳＬＯＰの値は相関演算に使用するデータ数で規格化して用いる。
【０１２９】
合焦認定幅において、合焦認定幅とは図１２に示すフローチャートのステップ１５０とステップ２１０で合焦とみなされるデフォーカス量の範囲であり、専用ＡＦの場合はこの幅を広めに設定して迅速に合焦近傍にレンズを駆動してシャッターレリーズを受付可能にし、撮像素子ＡＦの場合は撮像時に高精度の合焦が達成されるように合焦認定幅を狭くする。
【０１３０】
合焦エリアにおいて、合焦エリアとは図１２に示すフローチャートのステップ１４０の被写体補足エリアの認定のことであり、専用ＡＦの場合は複数の焦点検出位置で同時に焦点検出を行うことに適しているので、焦点検出の初期段階において専用ＡＦにより複数のＡＦエリアで焦点検出を行い、得られた複数のデフォーカス量に所定のアルゴリズムを施して、被写体を捕捉していると思われるＡＦエリアを認定する。撮像素子ＡＦの場合は、複数の焦点検出位置で同時に焦点検出を行うことに適していないので、専用ＡＦにより選択されたＡＦエリアにおいて高精度な焦点検出を行う。
【０１３１】
オフセット量において、オフセット量とは図１４に示すステップ４４０で説明したように、算出されたデフォーカス量に対する微調整量である。撮像素子ＡＦの場合は、焦点検出用画素と撮像用画素が同一の撮像素子基板上に配置されているために、検出されたデフォーカス量は直接撮像素子上の像の焦点調節状態に対応している。専用ＡＦの場合は撮像素子と別個なユニットとしてカメラボディ内に組み込まれているために、最終的に撮像素子上で合焦を達成するためには、オフセット量を加えることが必要となる。
【０１３２】
なお、撮像素子ＡＦと専用ＡＦの測距Ｆ値が異なっている場合は、撮影光学系の光学特性（球面収差等）によって撮像素子ＡＦと専用ＡＦの合焦位置が変化し、結果的にオフセット量も変化する。このような場合には、オフセット量をレンズ情報に含まれる光学特性データに基づいて変更する。
【０１３３】
また、同様に、交換レンズの開放Ｆ値が撮像素子ＡＦまたは専用ＡＦの測距Ｆ値より暗い場合には焦点検出光束にケラレが生じ、撮像素子ＡＦと専用ＡＦの合焦位置が変化し、結果的にオフセット量も変化する。このような場合には、オフセット量をレンズ情報に含まれる開放Ｆ値に基づいて変更する。
【０１３４】
さらに、定期的に同一の被写体に対して専用ＡＦと撮像素子ＡＦで同時に焦点検出を行い、算出された両者のデフォーカス量の差を新たなオフセット量として更新するようにしてもよい。このようにすれば、撮像素子ＡＦや専用ＡＦの位置が湿度や温度などの環境に応じて変化したり、光束切替手段であるサブミラー等の可動部材の機械的磨耗等により経時的にで変化する場合にも対応できる。
【０１３５】
表５においては、焦点調節の初期段階において専用ＡＦを用い、焦点調節の最終段階で撮像素子ＡＦを用いる際に、焦点調節動作が全体として高レスポンスと高精度で行われるように専用ＡＦと撮像素子ＡＦのＡＦアルゴリズムパラメータを異ならせている。専用ＡＦと撮像素子ＡＦの焦点検出位置が異なる場合は、どの焦点検出位置（ＡＦエリア）を選択しても、焦点検出性能が大きく変化しないように、表５で示したパラメータを揃えておく。
【０１３６】
その他の変形例について説明する。ハーフミラーにおいて、図１および図１８に示すハーフミラーはガラス板に半透膜を形成したものに限定されず、光を分割する光分割手段であればかまわない。例えば、二つの三角プリズムブロックを斜面部で張り合わせ、張り合わせ面にハーフミラー機能を有する多層膜を形成するようにしてもよい。このようにすればガラス板の場合に生ずる裏面反射を防止でき、焦点検出性能、画像品質が向上する。また、薄膜上のペリクルミラーによりハーフミラーを構成してもよい。このようにすればガラス板の場合に生ずる裏面反射を防止でき、焦点検出性能、画像品質が向上する。
【０１３７】
さらに、光量を分割する代わりに、波長分割を行う分光ミラーを採用してもよい。例えば撮像素子ＡＦが可視光を受光し、専用ＡＦが赤外光を受光するような分光ミラーを利用することができる。このようにすれば、撮像時の光量をかせぐことができる。入射光を円偏光フィルターを配置し、円偏光フィルターを通過した光のうち特定の方向に偏光した光を選択的に透過または反射する偏光ハーフミラーを用いてもよい。このようにすれば、多層膜によってハーフミラーを形成する場合に生ずる、波長による透過率および反射率の変動を防止することができる。
【０１３８】
撮像兼焦点検出装置において、撮像兼焦点検出装置は交換レンズ＋カメラボディから構成されるデジタルスチルカメラに限定されない。レンズ一体型のデジタルスチルカメラやビデオカメラにも適用できる。携帯電話等に内蔵される小型カメラモジュール等にも適用できる。
【０１３９】
以上説明したように、一実施の形態によれば、撮像光学系により形成される像を撮像するとともに、撮像光学系の焦点調節状態を検出する撮像兼焦点検出手段と、撮像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを設け、撮像兼焦点検出手段と焦点検出手段による検出結果に基づいて撮像光学系の焦点調節を行う焦点調節装置において、撮像兼焦点検出手段と焦点検出手段をともに瞳分割方式により撮像光学系の焦点調節状態を検出するようにしたので、応答性の高い高精度な焦点調節を実現できる。
撮像兼焦点検出手段が瞳分割位相差方式の焦点検出機能を備えているので、撮像兼焦点検出手段の焦点検出機能を用いる場合でも、応答性の高い焦点調節を達成することができ、移動被写体に対しても高精度な焦点調節を行うことができる。
また、焦点検出手段の焦点検出機能と撮像兼焦点検出手段の焦点検出機能とが同じ瞳分割位相差検出方式を用いているので、瞳分割位相差検出方式の構成や瞳分割位相差検出アルゴリズムの各種パラメータをそれぞれの焦点検出機能が使用される状況に応じて設定することによって、互いの焦点検出機能の性能を補完することができ、焦点検出機能を状況に応じて切り換えて全体として焦点検出のパフォーマンスを向上させることができる。
さらに、焦点検出手段の焦点検出機能と撮像兼焦点検出手段の焦点検出機能とが同じ瞳分割位相差検出方式を用いているので、瞳分割位相差検出方式の構成や瞳分割位相差検出アルゴリズムの各種パラメータを揃えることによって、焦点検出結果の一致性を向上させ、切り換え時の不自然な動作を防止することができる。
【０１４０】
一実施の形態によれば、撮像光学系の光路を撮像兼焦点検出手段の方向と焦点検出手段の方向とに分割または切り換えを行う光路変更手段を設けたので、瞳分割位相差方式の焦点検出手段の焦点検出機能と撮像兼焦点検出手段の瞳分割位相差方式の焦点検出機能とを状況に応じて切り換えて用いることができる。またその際、同じ原理に基づく焦点検出を行うので、焦点検出結果の著しい相違がなく、円滑で自然な切り換えが可能である。
【０１４１】
一実施の形態によれば、撮像兼焦点検出手段は撮像用画素と焦点検出用画素とを同一の基板上に配置した撮像素子を備え、また、焦点検出用画素は１個のマイクロレンズに対して一対の光電変換部を有するようにした。
これにより、焦点検出手段の瞳分割位相差検出方式を再結像方式、撮像兼焦点検出の瞳分割焦点検出方式をマイクロレンズ方式で実現できるため、それぞれの方式の長所を生かして全体として最適な焦点検出システムを実現することができる。
また、撮像兼焦点検出手段の焦点検出方式をマイクロレンズ方式で実現するため、撮像兼焦点検出手段をコンパクトに構成できるとともに、最終的に撮像面と同一な面上で焦点検出ができるため、撮像兼焦点検出手段と焦点検出手段との位置合わせ誤差や、撮像兼焦点検出手段自身の配置誤差を除去した上で、高精度な焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す図
【図２】撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図３】撮像用画素の断面図
【図４】焦点検出用画素の断面図
【図５】マイクロレンズ方式による瞳分割型位相差検出方法を説明する図
【図６】射出瞳面における焦点検出用画素の一対の光電変換部の投影領域（測距瞳）の関係を示す正面図
【図７】撮像素子の回路構成を示す図
【図８】図１に対応した焦点検出センサーの詳細な構成を示す図
【図９】再結像方式における射出瞳面上の測距瞳を示す図
【図１０】専用ＡＦで用いる焦点検出センサーのイメージセンサーの回路構成を示す図
【図１１】撮影画面上の焦点検出位置を示す図
【図１２】図１に示すデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャート
【図１３】像ズレ量検出動作を示すフローチャート
【図１４】像ズレ量をデフォーカス量へ変換する動作を示すフローチャート
【図１５】被写体捕捉ＡＦエリアの認定動作を示すフローチャート
【図１６】焦点検出演算アルゴリズムを示す図
【図１７】焦点検出動作を示すフローチャート
【図１８】焦点検出センサー（専用ＡＦ）と撮像素子（撮像素子ＡＦ）の他の配置例を示す図
【図１９】焦点検出センサー（専用ＡＦ）と撮像素子（撮像素子ＡＦ）の他の配置例を示す図
【図２０】焦点検出センサー（専用ＡＦ）と撮像素子（撮像素子ＡＦ）の他の配置例を示す図
【符号の説明】
【０１４３】
１０，５０，６０・・マイクロレンズ、１２，１３，５２，５３，６２，６３・・光電変換部、２９・・半導体回路基板、２０５・・ハーフミラー、２０６・・レンズ駆動制御回路、２０７・・焦点検出センサー、２０２・・交換レンズ、２１０・・フォーカシングレンズ、２１２・・撮像素子、２１４・・ボディＣＰＵ、２３１・・サブミラー、２４０・・外光式測距装置、３１０・・撮像用画素、３１１・・焦点検出用画素
【図１】
0005157073.tif 000007
【図２】
0005157073.tif 000008
【図３】
0005157073.tif 000009
【図４】
0005157073.tif 000010
【図５】
0005157073.tif 000011
【図６】
0005157073.tif 000012
【図７】
0005157073.tif 000013
【図８】
0005157073.tif 000014
【図９】
0005157073.tif 000015
【図１０】
0005157073.tif 000016
【図１１】
0005157073.tif 000017
【図１２】
0005157073.tif 000018
【図１３】
0005157073.tif 000019
【図１４】
0005157073.tif 000020
【図１５】
0005157073.tif 000021
【図１６】
0005157073.tif 000022
【図１７】
0005157073.tif 000023
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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