(57)【要約】【課題】  撮像範囲内の広範囲において、高精度、且つ、高速に焦点状態を検出することができる焦点検出装置及び撮像装置を提供する。【解決手段】  撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置であって、像高に応じて変化する前記像の移動方向に基づく曲線形状を有し、前記光電変換素子に入射する光束を遮光する遮光マスクを有することを特徴とする焦点検出装置を提供する。【選択図】          図１
2007010951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置であって、
像高に応じて変化する前記像の移動方向に基づく曲線形状を有し、前記光電変換素子に入射する光束を遮光する遮光マスクを有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置であって、
前記光電変換素子に入射する光束を遮光する曲線形状の遮光マスクを有し、
前記曲線形状は、前記光電変換素子の外側に向かって曲率が大きくなることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置であって、
前記光電変換素子に入射する光束を遮光する遮光マスクを有し、
前記遮光マスクは、前記撮像レンズの結像面において、均等な開口を形成することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置であって、
前記光電変換素子に入射する光束を遮光する遮光マスクを有し、
前記遮光マスクは、像高に応じて変化する前記像の移動方向の略直交方向における視差を前記撮像レンズのデフォーカス状態において発生しない形状を有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
撮像レンズを介して被写体像を撮像する撮像装置であって、
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の焦点検出装置と、
前記焦点検出装置の検出結果に基づいて、前記撮像レンズを駆動する駆動手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置の前記光電変換素子に設けられる遮光マスクの形成方法であって、
前記撮像レンズの結像面において、像高に応じて変化する前記像の移動方向に沿った曲線を算出するステップと、
前記算出ステップで算出した前記曲線に基づいて、前記結像面における前記遮光マスクの形状を決定するステップと、
前記決定ステップで決定した前記遮光マスクの形状を前記光電変換素子上に投影するステップとを有することを特徴とする形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、撮像装置に係り、特に、撮像光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置を有する撮像装置に関する。本発明は、例えば、デジタルスチルカメラに好適である。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやビデオカメラなどの普及に伴って、かかる撮像装置には高品位化及び操作性の向上がますます要求されるようになってきている。特に、撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置又は焦点検出光学系（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）の高精度化及び高速化が望まれている。例えば、近年では、コントラスト検出方式と比較して合焦するまでの時間（検出時間）を大幅に短縮することができる位相差検出方式を利用した焦点検出装置が主流となってきている。
【０００３】
図１９を参照して、位相差検出方式を利用した焦点検出の原理について説明する。図１９は、位相差検出方式を利用する焦点検出光学系１０００の構成を示す概略断面図である。フィールドレンズ１０１０は、撮像レンズＩＬの射出瞳を少なくとも一対の２次結像レンズ１０２０の瞳面に結像する。これにより、２次結像レンズ１０２０に入射する光束は、撮像レンズＩＬの射出瞳上において等しい面積の異なる位置の領域から射出されたものとなる。なお、２次結像レンズ１０２０の前段には、２次結像レンズ１０２０に対応した開口を有するが配置されている。２次結像レンズ１０２０は、撮像レンズＩＬがフィールドレンズ１０１０近傍に結像した空中像を、少なくとも一対のセンサー（光電変換素子）１０４０上に再結像する。再結像された像の位置は、空中像の撮像光軸上の結像位置に基づいて、相対的に変化する。従って、かかる相対位置の変化量及び移動方向を検出することにより、撮像レンズＩＬの焦点状態（デフォーカス量（ずれ量）及びずれ方向）を検出することができる。
【０００４】
一方、縦線検出や横線検出による焦点検出領域を撮像画面内に複数設けた多点焦点検出や、広範囲において連続的な領域で焦点を検出するエリア型焦点検出なども提案されている（例えば、特許文献１参照。）。なお、特許文献１に開示された撮像装置も位相差検出方式を利用して撮像レンズの焦点状態を検出することには変わりない。特許文献１において、撮像レンズを通過した光を焦点検出光学系に導くサブミラーが、撮像レンズの射出瞳と焦点検出光学系の絞りとを結像関係に保っており、フィールドレンズの機能を有する。換言すれば、サブミラーと絞りが瞳分割手段として機能し、撮像レンズの射出瞳を分割した複数の光束を焦点検出光学系に導くことが可能となる。
【０００５】
図２０は、特許文献１の焦点検出光学系の絞り１１００及び２次結像レンズ１２００を示す概略平面図である。絞り１１００は、対の開口部１１１０及び１１２０と、対の開口部１１３０及び１１４０とを有し、２次結像レンズ１２００は、各開口部に対応して対のレンズ部１２１０及び１２２０と、対のレンズ部１２３０及び１２４０とを有する。従って、撮像レンズの射出瞳を通過する光束のうち、開口部１１１０及び１１２０で垂直方向に分割した光束と開口部１１３０及び１１４０で水平方向に分割した光束とを４つのレンズ部を有する２次結像レンズ１２００で結像する。これにより、センサー（２次結像面）には４つの光学像が形成され、撮像レンズのデフォーカスに伴う４つの光学像の位相ずれを検出することで焦点状態を検出することができる。
【０００６】
図２１は、特許文献１の焦点検出光学系のセンサー１３００を示す概略平面図である。センサー１３００には、２次結像レンズ１２００の４つの光電変換領域が形成され、レンズ部１２１０及び１２２０が光電変換領域１３１０及び１３２０に、レンズ部１２３０及び１２４０が光電変換領域１３３０及び１３４０に対応している。光電変換領域１３１０及び１３２０に投影される光学像は、開口部１１１０及び１１２０を通過した光束、即ち、撮像レンズの射出瞳を垂直方向に分割した光束による光学像であるため、撮像レンズのデフォーカスに伴い光学像も略垂直方向に移動する。従って、光電変換領域１３１０及び１３２０では、並び方向を垂直方向とするラインセンサーを複数密に形成している。同様に、光電変換領域１３３０及び１３４０は、並び方向を水平方向とするラインセンサーを複数密に形成している。
【０００７】
図２２は、センサー１３００の各光電変換領域に形成される光学像ＯＩを示す概略平面図であり、光学像ＯＩ１及びＯＩ２が光電変換領域１３１０及び１３２０に対応し、光学像ＯＩ３及びＯＩ４が光電変換領域１３３０及び１３４０に対応している。各光学像は、撮像装置の予定結像面（即ち、撮像装置の撮像素子面）において矩形の格子形状をセンサー１３００上に投影した形状であるが、サブミラーなどが含む歪曲収差によって中心線Ｃを対称軸とした歪曲形状となる。換言すれば、光学像は、扇形の歪みを生じている。
【０００８】
図２３は、撮像装置の予定結像面ＰＩＳを示す概略平面図であり、図２１の光電変換領域１３００を逆投影した状態を示している。上述したように、予定結像面ＰＩＳ上の矩形格子形状は、センサー１３００上では扇形となるため、２次結像面上で矩形形状となる光電変換領域は、予定結像面ＰＩＳ上では扇形の歪みを生じる。従って、光電変換領域ＯＩ１及びＯＩ２の逆投影像ＲＰ１は、扇形形状となる。なお、予定結像面ＰＩＳ上において、光電変換領域ＯＩ１及びＯＩ２は、略一致した形状となっているため、１つの逆投影像ＲＰ１として示している。同様に、光電変換領域ＯＩ３及びＯＩ４の逆投影像ＲＰ２も、扇形形状となる。
【０００９】
このように、特許文献１では、逆投影像ＲＰ１で示す略垂直方向のラインセンサーを広範囲に配置し、中央付近に逆投影像ＲＰ２で示す略水平方向のラインセンサーを配置している。垂直方向のラインセンサーは、垂直方向にコントラスト成分を有する被写体像の焦点状態を検出し、水平方向のラインセンサーは、水平方向にコントラスト成分を有する被写体像の焦点状態を検出する。換言すれば、逆投影像ＲＰ１で横線焦点検出を、逆投影像ＲＰ２で縦線焦点検出を行い、両者の共通領域では、所謂、クロス型の焦点検出を行っている。
【００１０】
例えば、光学像ＯＩ１及びＯＩ２を用いてデフォーカスに伴う垂直方向の移動を検出することで焦点状態を検出するが、光学像の対称軸は中心線Ｃであるため、厳密には相似性のない光学像を用いることになる。特に、かかる相似性は、各光学像の中心から離れるほど低下してしまう。従って、１次元に配置したラインセンサーから構成される矩形形状の光電変換領域では、被写体によって焦点検出結果に誤差が生じてしまう。なお、光学像ＯＩ３及びＯＩ４についても同様である。
【００１１】
そこで、光電変換領域に、光学像の歪曲に合わせた開口形状を有する遮光マスクを設けることで、焦点検出誤差を解消する焦点検出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。図２４に示すように、対の光電変換領域１３１０及び１３２０において、各光学像の中心から最も離れているラインセンサー１３１２及び１３２２を例に説明する。
【００１２】
図２５は、撮像装置の予定結像面ＰＩＳを示す概略平面図であり、ラインセンサー１３１２の逆投影像ＲＰ１’及びラインセンサー１３２２の逆投影像ＲＰ２’を示している。上述したように、光学像の歪曲によって、逆投影像ＲＰ１’及びＲＰ２’は、厳密には一致しない。なお、図２５では、ずれを誇張して示している。このように、対のラインセンサーが一致しない場合では、被写体によって焦点誤差が生じてしまうため、かかる対のラインセンサーの共通領域のみが受光領域（光電変換領域）となるような遮光マスクを設ける。
【００１３】
図２６は、図２５に示す逆投影像ＲＰ１’及びＲＰ２’の拡大図であり、ラインセンサー１３１２及び１３２２の共通領域以外を遮光する遮光マスクＳＭが設けられている。従って、対のラインセンサーは、被写体像の共通部分を受光していることとなり、被写体による焦点検出誤差をなくすことが可能となる。なお、２つのラインセンサーは、略上下方向にも一致していないが、例えば、特許文献３に開示されている信号処理補正を施すことにより、誤差を解消することができる。
【特許文献１】特開平９−１８４９６５号公報
【特許文献２】特開昭６１−１５１１２号公報
【特許文献３】特開平１０−３１１９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、撮像レンズがデフォーカスすると、図２６に示す逆投影像ＲＰ１’及びＲＰ２’（ラインセンサー１３１２及び１３２２）は、略上下方向に移動するが、厳密には、焦点検出光学系の歪曲に起因して、像高によって移動する方向も変化する。また、ラインセンサー１３１２及び１３２２の逆投影像ＲＰ１’及びＲＰ２’の形状自体も変化してしまう。従って、合焦時にラインセンサー１３１２及び１３２２の受光領域が一致するように遮光マスクを設けた場合、デフォーカス時には２つのラインセンサーの受光領域にずれが生じることになる。かかるずれは、デフォーカスが大きくなるほど、大きくなる。
【００１５】
位相差検出方式では、合焦時に対のラインセンサーが予定結像面上で一致した領域を受光し、デフォーカス時に瞳分割方向である１次元方向にのみずれた位置を受光することが重要である。換言すれば、１次元方向以外には視差がないことが重要である。
【００１６】
しかしながら、上述したような従来技術では、視差が１次元方向以外にも発生してしまうため、デフォーカス時には被写体により焦点検出誤差が生じることになる。これにより、一回の焦点検出動作では撮像レンズを合焦させることができず、複数回の焦点検出を必要としてしまう。従って、位相差検出方式の最大のメリットである短時間での撮像レンズの合焦（検出時間の短縮）を実現することができなくなる。
【００１７】
なお、上述した誤差は、焦点検出光学系のセンサーを構成する全てのラインセンサーで生じ、特に、光学像の中心から離れた位置に配置されたラインセンサーでは顕著となる。更には、従来技術よりも更に焦点検出範囲を拡大しようとした場合も顕著となる。
【００１８】
そこで、本発明は、撮像範囲内の広範囲において、高精度、且つ、高速に焦点状態を検出することができる焦点検出装置及び撮像装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての焦点検出装置は、撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置であって、像高に応じて変化する前記像の移動方向に基づく曲線形状を有し、前記光電変換素子に入射する光束を遮光する遮光マスクを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の別の側面としての焦点検出装置は、撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置であって、前記光電変換素子に入射する光束を遮光する曲線形状の遮光マスクを有し、前記曲線形状は、前記光電変換素子の外側に向かって曲率が大きくなることを特徴とする。
【００２１】
本発明の更に別の側面としての焦点検出装置は、撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置であって、前記光電変換素子に入射する光束を遮光する遮光マスクを有し、前記遮光マスクは、前記撮像レンズの結像面において、均等な開口を形成することを特徴とする。
【００２２】
本発明の更に別の側面としての焦点検出装置は、撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置であって、前記光電変換素子に入射する光束を遮光する遮光マスクを有し、前記遮光マスクは、像高に応じて変化する前記像の移動方向の略直交方向における視差を前記撮像レンズのデフォーカス状態において発生しない形状を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明の更に別の側面としての撮像装置は、撮像レンズを介して被写体像を撮像する撮像装置であって、上述の焦点検出装置と、前記焦点検出装置の検出結果に基づいて、前記撮像レンズを駆動する駆動手段とを有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の更に別の側面としての形成方法は、撮像レンズからの光束を分割して少なくとも一対の像を形成し、前記少なくとも一対の像を光電変換する光電変換素子を有し、前記光電変換素子からの信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置の前記光電変換素子に設けられる遮光マスクの形成方法であって、前記撮像レンズの結像面において、像高に応じて変化する前記像の移動方向に沿った曲線を算出するステップと、前記算出ステップで算出した前記曲線に基づいて、前記結像面における前記遮光マスクの形状を決定するステップと、前記決定ステップで決定した前記遮光マスクの形状を前記光電変換素子上に投影するステップとを有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の他の目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、撮像範囲内の広範囲において、高精度、且つ、高速に焦点状態を検出することができる焦点検出装置及び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】
【００２７】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての撮像装置について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の撮像装置１の構成を示す概略断面図である。
【００２８】
撮像装置１は、被写体からの光束を、投影レンズを介して撮像素子に結像し、被写体を撮像する撮像装置であり、本実施形態では、一眼レフタイプのデジタルカメラとして具現化される。
【００２９】
撮像装置１は、図１に示すように、撮像レンズ１０と、主ミラー２０と、ファインダー光学系３０と、サブミラー４０と、撮像素子５０と、焦点検出光学系６０と、制御部８０とを有する。なお、主ミラー２０、ファインダー光学系３０、サブミラー４０、撮像素子５０、焦点検出光学系６０及び制御部８０は、カメラ本体を構成し、図示しないマウント部を介して撮像レンズ１０を着脱可能とする。従って、撮像レンズ１０は、必ずしも撮像装置１の構成要件となるわけではない。
【００３０】
撮像レンズ１０は、被写体を撮像するための交換型の撮像レンズであり、焦点調整レンズを含む撮像光学系を備えている。撮像レンズ１０は、後述する制御部８０によって、焦点調整レンズを介して焦点が調整される。また、図１において、Ｌは、撮像レンズ１０の光軸である。
【００３１】
主ミラー２０は、半透過性を有するミラーで構成され、撮像レンズ１０を透過した光束の一部を反射して後述する焦点板３２に導光すると共に、撮像レンズ１０を透過した光束の一部を透過させる。
【００３２】
ファインダー光学系３０は、撮像する被写体を観察するための光学系であり、本実施形態では、焦点板３２と、ペンタプリズム３４と、接眼レンズ３６とを有する。換言すれば、ファインダー光学系３０は、撮像される被写体の画像を擬似的にユーザーに提供する。
【００３３】
焦点板３２は、主ミラー２０で反射された撮像レンズ１０からの光束（被写体像）を拡散して、ペンタプリズム３４に射出する。ペンタプリズム３４は、互いに４５度の２つの反射面と、入射光と射出光に直角の２つの屈折面を含み、焦点板３２で拡散された光束を反射し、接眼レンズ３６に導光する。接眼レンズ３６は、アイピースとも呼ばれ、ファンダー光学系３０において、最終的に像を結ぶ機能を有する。接眼レンズ３６は、例えば、光学像を拡大する。
【００３４】
サブミラー４０は、主ミラー３０を透過した光束を反射し、後述する焦点検出光学系６０に導光する。なお、サブミラー４０は、後述する焦点検出光学系６０と共に詳細に説明する。主ミラー３０及びサブミラー４０は、図示しないクイックリターン機構によって、焦点検出（ファインダー観察）時には撮像光路上の所定の位置に配置され（図１参照）、撮像時には撮像光路外に退避する。なお、ＦＩＳは、撮像素子（予定結像面）５０と光学的な等価な１次結像面であり、サブミラー４０によって形成される。
【００３５】
撮像素子５０は、撮像レンズ１０の予定結像面に配置される。撮像素子５０は、規則的に配列された画素を有し、撮像レンズ１０によって結像される被写体からの光束を受光し、画像信号に変換する（光電変換）機能を有する。撮像素子５０は、例えば、受光した光束を画素毎に電気信号に変換し、その受光量に応じた電荷をそれぞれ蓄積して、その電荷を読み出すタイプのライン（１次元）センサーやエリア（２次元）センサーなどで構成される。また、撮像素子５０は、ＣＭＯＳセンサーで構成してもよい。なお、撮像素子５０からの出力信号は、図示しない画像処理回路にて所定の処理が施されて画像データとなり、かかる画像データは、図示しない半導体メモリ、光ディスク及び磁気テープ等の記録媒体に記録される。
【００３６】
焦点検出光学系６０は、位相差検出方式を利用して、撮像レンズ１０の焦点状態を検出する。具体的には、焦点検出光学系６０は、撮像レンズ１０からの光束を分割して少なくとも一対の光学像を形成し、かかる一対の光学像を光電変換して得られる信号に基づいて、撮像レンズ１０の焦点状態を検出する。焦点検出光学系６０は、本実施形態では、第１の平面ミラー６１と、赤外カットガラス６２と、絞り６３と、２次結像レンズ６４と、第２の平面ミラー６５と、焦点検出センサー６６とを有する。
【００３７】
焦点検出光学系６０において、サブミラー４０によって導光された光束は、第１の平面ミラー６１で反射され、赤外カットガラス６２、絞り６３、２次結像レンズ６４の順に通過する。更に、２次結像レンズ６４を通過した光束は、第２の平面ミラー６５で反射され、最終的に焦点検出センサー６６上に導光される。焦点検出センサー６６は、例えば、カバーガラスと、２次結像面近傍に配置される光電変換素子とを有するセンサーチップで構成される。また、Ｌ’は、撮像レンズ１０の光軸Ｌが主ミラー２０、サブミラー４０、第１の平面ミラー６１を通過した後の光軸である。
【００３８】
なお、サブミラー４０は、本実施形態では、図１において点線で示す楕円αを中心軸Ａの回りに回転させて形成される回転楕円面の一部で構成される。また、楕円αの２つの焦点のうち、１つの焦点は、撮像レンズ１０の射出瞳１０ａに設定されている。一方、他の焦点は、中心軸Ａと、サブミラー４０によって折り返される光軸Ｌ’との交点である点Ｂに設定されている。換言すれば、点Ｂは、空気換算した絞り６３の中心点を、第１の平面ミラー６１で反転した点である。楕円の基本性質によって、一方の焦点を射出した光は、回転楕円面のいかなる位置で反射されても他方の焦点を通過する。従って、サブミラー４０は、焦点検出光学系６０の絞り６３と撮像レンズ１０の射出瞳１０ａを結像関係に保つ機能を有する。換言すれば、サブミラー４０は、本実施形態では、フィールドレンズとして機能すると共に、絞り６３と協同して瞳分割手段として機能する。従って、絞り６３に適切な開口を設定することによって、撮像レンズ１０の射出瞳１０ａを分割した複数の光束を焦点検出光学系６０（焦点検出センサー６６）に導光することが可能となる。
【００３９】
一般的に、撮像範囲内において、より広範囲を焦点検出領域として設定するためには、より広範囲の光束を焦点検出光学系６０に導光する必要がある。従って、サブミラー４０を可能な限り撮像素子（予定結像面）５０の方向に移動させ、サブミラー４０の反射領域をより大きくする必要がある。これにより、図１に示すように、１次結像面ＦＩＳがサブミラー４０の方向に移動してくる。
【００４０】
フィールドレンズを用いた焦点検出光学系は、１次結像面ＦＩＳの近傍にフィールドレンズ及び視野マスクを配置する必要がある。これらの部材は、撮像光路内に進入してしまうため、退避機構が必要となる。一方、本実施形態では、サブミラー４０が回転楕円面の一部で構成し、瞳分割手段の機能を有するため、フィールドレンズを配置する必要がない。また、サブミラー４０は、焦点検出に必要な領域以外を光を反射しないように構成することで、視野マスクとしても機能する。これにより、サブミラー４０は、容易に大型化することが可能であり、結果として、焦点検出光学系６０は、広範囲において、位相差方式を用いた焦点検出を実現している。
【００４１】
図２は、焦点検出光学系６０の焦点検出センサー６６を示す概略平面図である。なお、図２では、カバーガラス側から見た光電変換素子を有するセンサーチップを図示している。焦点検出センサー６６は、複数の光電変換素子を１次元方向に並べて形成した対のラインセンサーが複数密に配置され、対の光電変換領域６６１及び６６２と、対の光電変換領域６６３及び６６４とを形成する。
【００４２】
光電変換領域６６１及び６６２は、ラインセンサーの並び方向を垂直方向に、光電変換領域６６３及び６６４は、ラインセンサーの並び方向を水平方向としている。各光電変換領域６６１乃至６６４は、２次結像レンズ６４の４つのレンズ部（なお、図１では、２つのレンズ部６４１及び６４２のみを図示している。）に対応して形成される。また、絞り６３は、２次結像レンズ６４の４つのレンズ部に対応して４つの開口部（なお、図１では、２つの開口部６３１及び６３２のみを図示している。）を有する。従って、絞り６３の開口部６３１を通過した光束は、２次結像レンズ６４のレンズ部６４１を経て１つの光学像を形成し、かかる光学像を焦点検出センサー６６の光電変換領域６６１が検出する。光電変換領域６６２乃至６６４についても同様である。
【００４３】
本実施形態では、水平方向にラインセンサーの並び方向を有する対の光電変換領域６６３及び６６４は、対の光電変換領域６６１及び６６２の面積と等しい面積を有し、後述するように、撮像素子（予定結像面）５０において、より広範囲な焦点検出を可能としている。
【００４４】
図３は、焦点検出センサー６６の各光電変換領域６６１乃至６６４に形成される光学像ＯＩ１乃至ＯＩ４を示す概略平面図である。光学像ＯＩ１が光電変換領域６６１に、光学像ＯＩ２が光電変換領域６６２に、光学像ＯＩ３が光電変換領域６６３に、光学像ＯＩ４が光電変換領域６６４に対応している。
【００４５】
図３に示すように、４つの光学像ＯＩ１乃至ＯＩ４は、回転楕円面の一部で構成されるサブミラー４０を焦点検出光学系６０の光路に対して傾斜して配置しているため、扇形の歪曲を生じる。換言すれば、４つの光学像ＯＩ１乃至ＯＩ４は、中心線Ｄを対称軸とする歪曲収差を有する。４つの光学像ＯＩ１乃至ＯＩ４は、撮像レンズ１０のデフォーカスに伴って、射出瞳１０ａの分割方向である光学像ＯＩ１及びＯＩ２が矢印Ｅの方向（垂直方向）に、光学像ＯＩ３及びＯＩ４が矢印Ｄの方向（水平方向）に移動する。従って、光学像ＯＩ１と光学像ＯＩ２との間隔の変化、及び、光学像ＯＩ３と光学像ＯＩ４との間隔の変化を位相差として検出する。例えば、各光電変換領域６６１乃至６６４のラインセンサーの出力信号から光学像ＯＩ１乃至ＯＩ４に対応する１次元像信号を形成し、相関演算を用いて位相差を検出する。位相差と撮像レンズ１０のデフォーカス量との関係は、所定の関数で近似できるため、かかる位相差を検出することで、撮像レンズ１０の焦点調節を行うことが可能となる。
【００４６】
一方、２次結像レンズ６４において、図示しない入射側のレンズ部は、凹面１面のみの球面であり、第１の平面ミラー６１を配置しないストレート光学系の場合、かかる球面の中心は１次結像面ＦＩＳの近傍に存在する。また、射出側のレンズ部６４１及び６４２は、凸面の球面であり、かかる球面の中心は対応する絞り６３の開口部の中心近傍に存在する。従って、１次結像面ＦＩＳの中心から射出し、絞り６３の開口部の中心を通過する光線は、２次結像レンズ６４で殆ど屈折しない。これにより、波長に関わらず結像位置が一定となり、被写体の波長成分に依存することなく高精度な焦点検出を行うことが可能となる。
【００４７】
図４は、撮像装置１の撮像素子（予定結像面）５０を示す概略平面図であり、図３に示す各光電変換領域６６１乃至６６４を撮像素子５０に逆投影した状態を示している。図４を参照するに、逆投影像ＯＰＩ１及びＯＰＩ２が撮像素子５０における焦点検出領域となる。逆投影像ＯＰＩ１は、光電変換領域６６１及び６６２に対応し、逆投影像ＯＰＩ２は、光電変換領域６６３及び６６４に対応する。なお、光電変換領域６６１の逆投影像と光電変換領域６６２の逆投影像、及び、光電変換領域６６３の逆投影像と光電変換領域６６４の逆投影像は、上述した歪曲収差のために厳密には一致しないが、図４では簡略化して示している。
【００４８】
逆投影像ＯＰＩ１及びＯＰＩ２は、図４に示すように、扇形の歪曲形状となるが、逆投影像ＯＰＩ１が横線検出を主とした焦点検出領域であり、逆投影像ＯＰＩ２が縦線検出を主とした焦点検出領域である。更に、逆投影像ＯＰＩ１と逆投影像ＯＰＩ２は、大部分が重なっているため、撮像素子（予定結像面）５０の広範囲において縦線検出及び横線検出を同時に行うことができる、所謂、クロス焦点検出領域となっている。
【００４９】
上述したように、対の光電変換領域のラインセンサー同士は、撮像素子（予定結像面）５０において厳密には一致しない。そこで、特許文献２では、撮像レンズ１０の合焦時において、対の光電変換領域の受光領域が一致するように遮光マスクを設けていた。一方、本実施形態では、撮像レンズ１０の合焦時だけではなく、撮像レンズ１０のデフォーカス時にも対の光電変換領域の受光領域が一致するように遮光マスクを形成する。これにより、被写体に依存することなく高精度な焦点検出を実現することができる。具体的には、デフォーカスに応じた光学像の移動方向を予め算出し、対の光電変換領域の受光領域を一致させると共に光学像の移動方向に沿った遮光マスクを形成する。かかる遮光マスクは、撮像レンズ１０の合焦状態から所定のデフォーカスに至るまで、光学像の移動方向に直交する方向における対の受光領域の視差（即ち、対の光電変換領域の受光領域の不一致）が発生しない。
【００５０】
まず、遮光マスクが光学像の移動方向に沿った形状を有する必要性について説明する。図５は、位相差方式を用いた焦点検出において、対のラインセンサー（光電変換領域の受光領域）と像間隔を説明するための図である。図５において、ＬＳ１とＬＳ２は、対のラインセンサーである。
【００５１】
図５（ａ）は、撮像レンズ１０の合焦時を示しており、例えば、対のラインセンサーＳＬ１及びＬＳ２に直交するような線像ＬＩ１及びＬＩ２が形成され、線像ＬＩ１と線像ＬＩ２との像間隔をＺ０と仮定する。また、撮像レンズ１０のデフォーカス時、詳細には、前ピンでは像間隔がＺ１となり、後ピンでは像間隔がＺ２になるとする。更に、この時、ラインセンサーＬＳ１側の線像ＬＩ１は、光学系の歪曲などの収差によって、矢印Ｖの方向に移動するとする。
【００５２】
図５（ｂ）は、図５（ａ）と同じ条件で、斜め方向に４５度に傾いた線像ＬＳ１’及びＬＳＩ２’を用いた場合を示している。図５（ｂ）では、撮像レンズ１０の合焦時の像間隔は、図５（ａ）と同様に、Ｚ０となるが、前ピンの場合の像間隔はＺ１＋ｄ１、後ピンの場合の像間隔はＺ２−ｄ２となり、図５（ａ）と異なる。これは、被写体によって焦点検出結果が異なることを意味し、本発明はこれを改善する。本実施形態では、ラインセンサーＬＳ１側の線像ＬＩ１は、矢印Ｖの方向に移動する。そこで、矢印Ｖの方向と同じ方向のラインセンサーＬＳを考えると、前ピンの場合の像間隔及び後ピンの場合の像間隔は、Ｚ１及びＺ２となり、図５（ａ）と一致する。従って、光学像の移動方向を考慮することによって対のラインセンサーの視差がなくなり、被写体に関わらず高精度な焦点検出を行うことが可能となる。
【００５３】
ここで、光学像の移動方向を考慮した遮光マスクの形状の算出方法について詳細に説明する。本実施形態では、主に、撮像素子（予定結像面）５０における光学像の移動方向に沿った曲線を算出するステップ（ステップＩ）、撮像素子（予定結像面）５０上の遮光マスクの形状を決定するステップ（ステップII）、焦点検出センサー６６の光電変換領域６６１乃至６６４上の遮光マスクの形状を算出するステップ（ステップIII）の３つのステップによって、遮光マスクの形状を算出する。なお、本実施形態では、対の光電変換領域の受光領域を一致させると共に光学像の移動方向に沿った遮光マスクを形成するにあたって、理解しやすいように、撮像素子（予定結像面）５０上の遮光マスクの形状を決定し、かかる遮光マスクの形状を焦点検出センサー６６の光電変換領域６６１乃至６６４に投影している。
【００５４】
図６乃至図１１を参照して、ステップＩについて説明する。図６は、焦点検出光学系６０の焦点検出センサー６６を示す概略平面図である。本実施形態では、図６に示すように、対の光電変換領域６６３及び６６４における対のラインセンサー６６３ａ及び６６４ａを例に説明する。中心線Ｇは、ラインセンサー６６３ａの開口中心点を通過する直線である。中心線Ｈは、ラインセンサー６６４ａの開口中心点を通過する直線である。なお、全ての光電変換領域６６１乃至６６４は、図３に示した光学像ＯＩ１乃至ＯＩ４の歪曲に従って、中心線Ｉを対称軸とした形状となる。従って、中心線Ｇを中心線Ｉで反転すると中心線Ｈとなる。
【００５５】
まず、２つの中心線Ｇ及びＨを撮像素子（予定結像面）５０に逆投影する。なお、逆投影の方法は、予め撮像素子（予定結像面）５０と光電変換領域６６１乃至６６４（ラインセンサー）との関係を多項式関数によって近似し、数学的な計算によって算出する方法などがある。
【００５６】
図７は、図６に示す中心線Ｇ及びＨを撮像素子（予定結像面）５０に逆投影した状態を示す図であって、中心線Ｇ’は逆投影された中心線Ｇに、中心線Ｈ’は逆投影された中心線Ｈに対応している。中心線Ｇ’と中心線Ｈ’とは、上述したように、歪曲が生じているために一致しない。但し、光学像の歪曲は、中心線Ｄのみを対称軸としている（図３参照）ため、撮像素子（予定結像面）５０においては、図７に示すように、中心線Ｋを対称軸として中心線Ｇ’を反転させると中心線Ｈ’となる。そこで、中心線Ｇ’と中心線Ｈ’との中間を通過する線をＪ’とし、かかる線をラインセンサー６６３ａ及び６６４ａの代表中心線とする。
【００５７】
図８は、図７に示す代表中心線Ｊ’のみを抽出した図である。図８に示すように、正立座標系原点Ｏ、Ｘ軸及びＹ軸を定める。次に、代表中心線Ｊ’上に適当な間隔で離散的な点を設定し、図中左端から０番目、１番目、２番目、・・・とする。ここで、０番目の点の座標を、番号を添え字として、（Ｘｄ００、Ｙｄ００）とすると、ｎ番目の点の座標は、（Ｘｄ０ｎ、Ｙｄ０ｎ）で表される。
【００５８】
また、代表中心線Ｊ’がラインセンサー６６３ａ及び６６４ａの受光中心となるため、代表中心線Ｊ’上の各点について、撮像レンズ１０のデフォーカスに伴う各点の移動に基づいて、撮像素子（予定結像面）５０における光学像の移動方向を算出する。
【００５９】
図９は、撮像素子（予定結像面）５０における点像の移動を説明するための図である。図９において、光束ＢＬ３及びＢＬ４は、絞り６３の対の開口部を通過する光束のうち、ｎ番目の点に結像する光束を示している。光束ＢＬ３及びＢＬ４は、図２に示す焦点検出センサー６６の光電変換領域６６３及び６６４に対応する絞り６３の開口部に対応している。実際には、投影レンズ１０、主ミラー２０で屈折が生じるが、図９では図示を省略している。また、絞り６３を通過する光束ＢＬ３及びＢＬ４は、サブミラー４０によって反射されるが、撮像素子（予定結像面）５０での移動点を求めるために、サブミラー４０を通過したように図示している。
【００６０】
図９を参照するに、まず、撮像レンズ１０が合焦している状態では、光束ＢＬ３及びＢＬ４は、ｎ番目の点（Ｘｄ０ｎ、Ｙｄ０ｎ）と一致する。
【００６１】
次に、撮像レンズ１０が前ピンにデフォーカスしている場合を考える。前ピンの場合は、５０’の位置に予定結像面が存在すると考えることができ、光束ＢＬ３及びＢＬ４は、ＢＬ３’及びＢＬ４’で予定結像面５０’と交わり、ＢＬ３’及びＢＬ４’がｎ番目の点に対応した移動点となる。同様に、撮像レンズ１０が後ピンにデフォーカスしている場合は、５０’’の位置に予定結像面が存在すると考えることができ、光束ＢＬ３及びＢＬ４は、ＢＬ３’’及びＢＬ４’’で予定結像面５０’’と交わり、ＢＬ３’’及びＢＬ４’’がｎ番目の点に対応した移動点となる。また、移動点ＢＬ３’及びＢＬ３’’は光束ＢＬ３に対応し、移動点ＢＬ４’ 及びＢＬ４’’は光束ＢＬ４に対応している。なお、光束ＢＬ３及びＢＬ４は広がりを有するため、デフォーカスした場合、予定結像面５０’又は５０’’に対して一点で交わらないが、本実施形態では、スポット重心をデフォーカスによる移動点としている。実際には、撮像レンズ１０のデフォーカスによって、サブミラー４０の光束を反射する位置が変化する。これにより、撮像レンズ１０の射出瞳１０ａにおける対の光束間隔や大きさが微妙に変化するが、本実施形態では説明を簡単にするために無視する。
【００６２】
図９では、撮像素子（予定結像面）５０における点像のＸ軸方向のみの移動を示したが、点像のＸＹ軸方向の２次元の移動は図１０に示される。図１０において、前ピンの光束ＢＬ３に対応する移動点を（Ｘ３ｄｍｎ、Ｙ３ｄｍｎ）、前ピンの光束ＢＬ４に対応する移動点を（Ｘ４ｄｍｎ、Ｙ４ｄｍｎ）、後ピンの光束ＢＬ３に対応する移動点を（Ｘ３ｄｐｎ、Ｙ３ｄｐｎ）、後ピンの光束ＢＬ４に対応する移動点を（Ｘ４ｄｐｎ、Ｙ４ｄｐｎ）と設定する。
【００６３】
図１０を参照するに、前ピンの２つの移動点又は後ピンの２つの移動点を結んだ線分が、撮像素子（予定結増面）５０におけるｎ番目の点の前ピン又は後ピンでの光学像の移動方向となる。実際には、ｎ番目の点（Ｘｄ０ｎ、Ｙｄ０ｎ）が、図１０に示す四角プロット（即ち、（Ｘ３ｄｍｎ、Ｙ３ｄｍｎ）及び（Ｘ４ｄｍｎ、Ｙ４ｄｍｎ））又は三角プロット（即ち、（Ｘ３ｄｐｎ、Ｙ３ｄｐｎ）及び（Ｘ４ｄｐｎ、Ｙ４ｄｐｎ））に移動することになるが、位相差方式を用いた焦点検出では相対的な像の移動量を検出するため、四角プロット間又は三角プロット間の距離が相対的な点像の移動量となり、これらを結ぶ線分が相対的な光学像の移動方向となる。本実施形態では、かかる移動方向を単に「光学像の移動方向」と呼んでいる。
【００６４】
ここで、光学像の移動方向を、ＸＹ平面における２点を通過する直線の傾きとして数学的に表現する。前ピンの傾きをｍｄｍｎ、及び、後ピンの傾きをｍｄｐｎは、以下の数式１及び数式２で示される。
【００６５】
【数１】
2007010951.tif 000003
【００６６】
【数２】
2007010951.tif 000004
【００６７】
更に、ｎ番目の点における代表傾きｍｎは、前ピンの傾きｍｄｍｎと後ピンの傾きｍｄｐｎの平均値から、以下の数式３で示される。
【００６８】
【数３】
2007010951.tif 000005
【００６９】
代表傾きｍｎが、中心線Ｊ’上のｎ番目の点における傾き、即ち、光学像の移動方向となる。なお、本実施形態は、任意のデフォーカス量として、前ピン及び後ピンで各１点を用いて光学像の移動方向を算出したが、より多くのデフォーカス量から代表傾きｍｎを算出してもよい。また、デフォーカス量は、実用的に、一回で合焦状態に調整することができるデフォーカス量とするとよい。
【００７０】
図１１は、図１０に示す中心線Ｊ’の各点における代表傾きを適当な長さの線分で表した図である。図１１から明らかなように、各線分は、中心線Ｋを対称軸とする対象性を有する。各線分は、Ｙ軸上でＸ軸と平行になり、Ｙ軸から離れるにつれて傾いていくことが分かる。換言すれば、像高に応じて光学像の移動方向が変化している。これは、焦点検出光学系６０の歪曲収差が原因である。そして、これらの線分に連続的に接する曲線が、光学像の移動方向に沿った曲線となる。
【００７１】
そこで、離散的な代表傾きｍｎを各点のＸ座標を変数とした関数で近似する。任意の関数を微分した関数は、微分前の関数の傾きを表す関数であるため、光学像の移動方向をＸ座標に応じた傾きの関数にすれば、かかる関数を積分することによって光学像の移動方向に滑らかに接する曲線を導き出すことができる。任意のＸ座標における曲線Ｊ’上の１点における代表傾きｍを、Ｘ座標を変数とした関数で近似し、以下の数式４で示す。
【００７２】
【数４】
2007010951.tif 000006
【００７３】
なお、図１０に示されるように、各線分は対称性を有するため、傾きはＹ軸を中心とした符号反転の関係がある。従って、数式４における近似式は、奇関数でフィットするのが好ましい。
【００７４】
次に、数式４を定数項Ｃの条件で積分した関数をｇ（ｘ）とすると、光学像の移動方向に接する関数は、以下の数式５で表すことができる。
【００７５】
【数５】
2007010951.tif 000007
【００７６】
なお、数式４は奇関数であるため、積分した結果は偶関数となり、Ｙ軸対称形状となる。
【００７７】
図１１に示す曲線Ｐは、数式５から算出された関数をプロットしたものであり、定数Ｃの条件として、曲線Ｊ’とＹ軸交点が一致するようにしている。このようにして、撮像素子（予定結像面）５０における光学像に移動方向に沿った曲線を求めることができる。
【００７８】
次に、ステップIIについて説明する。ステップIIは、ステップＩで求めた曲線Ｐに基づいて、撮像素子（予定結像面）５０における遮光マスクの形状を決定する。図１２は、図６に示す対のラインセンサー６６３ａ及び６６４ａを逆投影した状態の撮像素子（予定結像面）５０を示す概略平面図である。図１２では、逆投影像ＳＯＩ３がラインセンサー６６３ａに対応し、逆投影像ＳＯＩ４がラインセンサー６６４ａに対応している。逆投影像ＳＯＩ３と逆投影像ＳＯＩ４との共通領域内で曲線ＰをＹ軸方向に平行シフトし、遮光マスクの境界線を定める。
【００７９】
図１３は、図１２に示す対の逆投影像ＳＯＩ３及びＳＯＩ４を示す拡大平面図である。曲線ＰＵ及び曲線ＰＤは、曲線ＰをＹ軸方向に平行シフトした曲線であり、遮光マスクの境界線となる。従って、曲線ＰＵと曲線ＰＤで挟まれた領域が、受光領域となる。なお、遮光マスクの境界線を定める際には、各ラインセンサーの遮光マスクの開口重心を結ぶ曲線が、曲線Ｐと一致する必要がある。本実施形態では、各ラインセンサーの逆投影像がほぼＹ軸に平行な平行四辺形となるため、曲線ＰをＹ軸方向に平行シフトさせた。但し、ラインセンサーが斜めに歪むような場合には、平行シフトのみならず、あくまでも開口中心を結ぶ曲線が曲線Ｐと一致するように遮光マスクの境界線を決める必要がある。
【００８０】
次に、ステップIIIについて説明する。ステップIIIは、ステップIIで決定した撮像素子（予定結像面）５０における遮光マスクの境界線をラインセンサー上に投影する。図１４は、図６に示すラインセンサー６６３ａのみを示す拡大平面図であり、曲線ＰＵ’が曲線ＰＵの投影像に対応し、曲線ＰＤ’が曲線ＰＤの投影像に対応する。従って、曲線ＰＵ’及びＰＤ’が遮光マスクの境界線となり、図１４に示す斜線部が遮光されることになる。なお、ラインセンサー６６４ａについては、図１４に示すラインセンサー６６３ａを左右反転した状態となる。
【００８１】
遮光マスクの境界線は、可能な限りラインセンサー（光電変換領域）の開口が大きくなるように設定することが理想的であるが、ラインセンサーに入射する光線の角度を考慮して設定する必要もある。例えば、図１４に示すラインセンサー６６３ａの開口ＡＰのように、上側の遮光マスクの遮光量が最小となる場合を例に説明する。
【００８２】
図１５は、ラインセンサー６６３ａの開口ＡＰのＱ−Ｑにおける概略断面図である。ラインセンサー６６３ａは、断面Ｑ−Ｑにおいて、光を電荷に変換するＰＤ部の上に、光を透過する酸化シリコンなどから構成される半導体層ＳＤを数ミクロン程度積層して構成される。本実施形態では、遮光マスクとしてアルミ層ＡＬ１及びＡＬ２が形成されている。
【００８３】
図１５を参照するに、ＰＤ部に対して角度θで入射した光は、半導体層ＳＤで屈折してＰＤ部に達する。しかし、ＰＤ部に対して角度θよりも大きい角度で入射した光は、アルミ層ＡＬ１で規制される最外光線がＰＤに入射せず、アルミ層ＡＬ１が遮光マスクとして機能しないこととなる。
【００８４】
従って、ＰＤ部とアルミ層ＡＬ１とのオーバーラップ量ｄは、ＰＤ部とアルミ層ＡＬ１の距離ｌと光線の入射角θを考慮して設定する必要がある。半導体層ＳＤの屈折率をｎとすると、オーバーラップ量ｄは、以下の数式６で示される条件を満足する必要がある。
【００８５】
【数６】
2007010951.tif 000008
【００８６】
なお、実際には、半導体の製造プロセスで、ＰＤ部とアルミ層ＡＬ１及びＡＬ２とのアライメント誤差が発生するため、これも考慮する必要がある。
【００８７】
図１６は、上述した遮光マスクＭＫを設けた焦点検出センサー６６を示す概略平面図である。図１６を参照するに、斜線部が遮光マスクＭＫであり、各光電変換領域６６１乃至６６４において中央のラインセンサーから離れるほど曲率が大きくなる。また、遮光マスクＭＫは、図１３に示したように、撮像素子５０において、均等な開口を形成する。
【００８８】
なお、本実施形態では、対の光電変換領域６６３及び６６４のラインセンサー６６３ａ及び６６４ａを用いて遮光マスクの一例を説明したが、対の光電変換領域６６１及び６６２についても同様である。なお、光電変換領域６６１及び６６２の場合には、数式４における近似は奇関数とならないが、良好にフィットする関数を適宜用いればよい。
【００８９】
また、本実施形態では、サブミラー４０として回転楕円面の一部を用いる場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、フォールドレンズを用いた位相差方式の焦点検出光学系にも適用することができる。
【００９０】
このように、対の光電変換領域の受光領域を撮像レンズ１０の合焦時に一致させると共に、光学像の移動方向に沿った形状の遮光マスクを焦点検出センサー６０に設けることで、撮像レンズ１０の合焦時からデフォーカスに至るまで、光学像の移動方向の直交方向において対の受光領域に視差が発生しない。これにより、撮像範囲内の広範囲において、高精度、且つ、高速に焦点状態を検出することができる。
【００９１】
また、遮光マスクの形状を各光電変換領域のラインセンサーにも反映することで、ラインセンサーの開口率を向上させることもできる。図１７は、焦点検出光学系６０の焦点検出センサー６６の一例を示す概略平面図である。なお、図１７では、カバーガラス側から見た光電変換素子を有するセンサーチップを図示している。対の光電変換領域６６１Ａ及び６６２Ａ、及び、対の光電変換領域６６３Ａ及び６６４Ａは、それぞれ図１６に示した遮光マスクＳＭに近い形状を有する。
【００９２】
図１８は、光電変換領域６６４Ａのラインセンサー６６４Ａａを示す拡大図である。ラインセンサー６６４Ａａは、縦長矩形の光電変換部が光学像の移動方向に沿って階段状に配列されている。また、ラインセンサー６６４Ａａの上下には、遮光マスクＭＫが形成されている。換言すれば、遮光マスクＭＫが、階段状のラインセンサーを滑らかな開口形状を有するラインセンサーにしている。従って、遮光マスクＭＫは、開口を滑らかにするために必要な最低量を設定することが可能となり、開口率を大幅に向上させることができる。なお、上述したように、光線の入射角度と半導体の製造プロセスのアライメント誤差は考慮しておく必要がある。
【００９３】
図１に戻って、制御部８０は、焦点検出光学系６０が検出した撮像レンズ１０の焦点ずれの方向及びデフォーカス量に基づいて、撮像レンズ１０が有する焦点調整レンズを制御し、撮像レンズ１０の焦点を調整する。詳細には、制御部８０は、後述するように、撮像レンズ１０の焦点ずれの方向及びデフォーカス量に基づいて、焦点調整レンズの駆動量を算出し、かかる算出結果を図示しない撮像レンズ側制御部に送信する。かかる撮像レンズ側制御部は、制御部８０からの焦点調整レンズの駆動量に基づいて、モーター等を介して焦点調整レンズを駆動する。
【００９４】
撮像装置１の動作について説明する。ファインダー観察時において、撮像レンズ１０を透過した光は、主ミラー２０で反射され、焦点板３２に結像し、ペンタプリズム３４及び接眼レンズ３６を介して観察される。また、主ミラー２０を透過した光は、サブミラー４０で反射され、焦点検出光学系６０に入射する。焦点検出光学系６０は、上述したように、焦点検出センサー６６上に一対又は複数対の像を形成し、撮像レンズ１０の焦点状態を検出する。かかる検出結果に基づいて、制御部８０及び図示しない撮像レンズ側制御部は、撮像レンズ１０内に含まれるフォーカスレンズを駆動して、合焦状態を得る。
【００９５】
一方、撮像時（記録用画像の取得時）においては、主ミラー２０及びサブミラー４０は、撮像光路上から退避し、撮像レンズ１０により形成された被写体像は、撮像素子５０で撮像される。撮像装置１が用いる焦点検出光学系６０は、遮光マスクによって、対の光電変換領域の受光領域を撮像レンズ１０の合焦時からデフォーカスに至るまで一致させることができるため、撮像範囲内の広範囲において高精度、且つ、高速に焦点検出を行うことができる。これにより、撮像装置１は、高品位な画像を撮像することができる。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一側面としての撮像装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す焦点検出光学系の焦点検出センサーを示す概略平面図である。
【図３】図２に示す焦点検出センサーの各光電変換領域に形成される光学像を示す概略平面図である。
【図４】図３に示す各光電変換領域を逆投影した状態の撮像素子（予定結像面）を示す概略平面図である。
【図５】位相差方式を用いた焦点検出において、対のラインセンサー（光電変換領域の受光領域）と像間隔を説明するための図である。
【図６】図１に示す焦点検出光学系の焦点検出センサーを示す概略平面図である。
【図７】図６に示す中心線を撮像素子（予定結像面）に逆投影した状態を示す図である。
【図８】図７に示す代表中心線Ｊ’のみを抽出した図である。
【図９】図２に示す撮像素子（予定結像面）における点像の移動を説明するための図である。
【図１０】図２に示す撮像素子（予定結像面）における点像の２次元の移動を示す図である。
【図１１】図１０に示す中心線の各点における代表傾きを適当な長さの線分で表した図である。
【図１２】図６に示す対のラインセンサーを逆投影した状態の撮像素子（予定結像面）を示す概略平面図である。
【図１３】図１２に示す対の逆投影像を示す拡大平面図である。
【図１４】図６に示す一つのラインセンサーのみを示す拡大平面図である。
【図１５】図１に示すラインセンサーの開口の概略断面図である。
【図１６】遮光マスクを設けた焦点検出センサーを示す概略平面図である。
【図１７】図１に示す焦点検出光学系の焦点検出センサーの一例を示す概略平面図である。
【図１８】図１７に示す光電変換領域のラインセンサーを示す拡大図である。
【図１９】位相差検出方式を利用する焦点検出光学系の構成を示す概略断面図である。
【図２０】従来の焦点検出光学系の絞り及び２次結像レンズを示す概略平面図である。
【図２１】従来の焦点検出光学系のセンサーを示す概略平面図である。
【図２２】従来の焦点検出光学系のセンサーの各光電変換領域に形成される光学像を示す図である。
【図２３】撮像装置の予定結像面を示す概略平面図である。
【図２４】従来の焦点検出光学系のセンサーを示す概略平面図である。
【図２５】撮像装置の予定結像面を示す概略平面図である。
【図２６】図２５に示す逆投影像の拡大図である。
【符号の説明】
【００９８】
１                        撮像装置
１０                      撮像レンズ
１０ａ                    射出瞳
２０                      主ミラー
４０                      サブミラー
５０                      撮像素子
６０                      焦点検出光学系
６１                      第１の平面ミラー
６３                      絞り
６４                      ２次結像レンズ
６５                      第２の平面ミラー
６６                      焦点検出センサー
６６１乃至６６４          光電変換領域
６６３ａ及び６６４ａ      ラインセンサー
８０                      制御部
ＭＫ                      遮光マスク
ＯＩ１乃至ＯＩ１          光学像
ＯＰＩ１及びＯＰＩ２      逆投影像
ＳＬ１及びＳＬ２          ラインセンサー
【図１４】
2007010951.tif 000009
【図１８】
2007010951.tif 000010
【図１】
2007010951.tif 000011
【図２】
2007010951.tif 000012
【図３】
2007010951.tif 000013
【図４】
2007010951.tif 000014
【図５】
2007010951.tif 000015
【図６】
2007010951.tif 000016
【図７】
2007010951.tif 000017
【図８】
2007010951.tif 000018
【図９】
2007010951.tif 000019
【図１０】
2007010951.tif 000020
【図１１】
2007010951.tif 000021
【図１２】
2007010951.tif 000022
【図１３】
2007010951.tif 000023
【図１５】
2007010951.tif 000024
【図１６】
2007010951.tif 000025
【図１７】
2007010951.tif 000026
【図１９】
2007010951.tif 000027
【図２０】
2007010951.tif 000028
【図２１】
2007010951.tif 000029
【図２２】
2007010951.tif 000030
【図２３】
2007010951.tif 000031
【図２４】
2007010951.tif 000032
【図２５】
2007010951.tif 000033
【図２６】
2007010951.tif 000034