(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の領域及び第２の領域を備えた射出瞳と、
前記射出瞳を通過した光を集光する複数のマイクロレンズと、
前記複数のマイクロレンズを通過した光を受光する第１の受光部及び第２の受光部と、
前記複数のマイクロレンズと前記射出瞳との間に配置された液晶と、
前記液晶の屈折率を変化させることにより、前記射出瞳を通過した光の結像状態を第１の状態及び第２の状態に切り換える切換手段と、
を有し、
前記第１の状態は、前記第１の領域からの光が前記第１の受光部に結像し、かつ、前記第２の領域からの光が前記第２の受光部に結像している状態であり、
前記第２の状態は、前記第１及び第２の領域からの光がいずれも前記第１及び第２の受光部の各々に結像している状態であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の状態において合焦動作が行われ、前記第２の状態で撮像動作が行われることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子スチルカメラ等の撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子スチルカメラ等に用いるオートフォーカス方式として、以下のようなものが提案もしくは製品化されている。
（１）撮影光束の一部を光路中から分割し、瞳の異なった位置の像の相関をとる方式（米国特許第４１８５１９１号公報等）
（２）撮像素子の信号の高周波成分のピークを検知するコントラスト検知方式
【０００３】
（３）測距用の素子を撮影レンズ系とは別に設ける外測方式。
（４）瞳を時系列的に切換え、撮像素子の対応した時系列像の相関をとる方式（特開平９−４２５０７号公報）
（５）マトリクス状のレンズレットを用い、被写体の距離と形状を得る方式（米国特許第４４１０８０４号公報）
上記方式のうち、（１）（３）の方式は撮像用の撮像素子とは別にオートフォーカス用のセンサを設けており、（２）（４）（５）の方式は共用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例は、電子スチルカメラとしてのシステム的整合性を考えられて考案されたものではないので、以下のような欠点があった。
（１）に示された従来例では、光路分割のためのスペースが光路中に必要となり、装置のコンパクト性とレンズ性能との両立が難しいという欠点がある。
（２）に示された従来例では、コントラストの最大点の検索動作により合焦点を検出しているので、最終合焦位置が検索以前には判らず、合焦点の決定に時間がかかる欠点がある。
【０００５】
（３）に示された従来例では、望遠系のレンズやＦｎｏの明るいレンズでは必要な精度が得にくく、また、マクロ撮影では測距系と撮影系のパララックスが問題となる欠点がある。
（４）に示された従来例では、時系列データ間で相関をとっているので、手ブレや被写体ブレの影響を受けやすいという欠点がある。
（５）に示された従来例では、得られる像信号の十分な空間解像度が得られないという欠点がある。
【０００６】
そこで本発明は、単一の撮像素子を用い、これを撮像機能と合焦点からのずれ量及び方向の検出を同一時刻で行う機能とを切換えて使用可能とすることにより、上記の各欠点を除去することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像装置は、第１の領域及び第２の領域を備えた射出瞳と、前記射出瞳を通過した光を集光する複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズを通過した光を受光する第１の受光部及び第２の受光部と、前記複数のマイクロレンズと前記射出瞳との間に配置された液晶と、前記液晶の屈折率を変化させることにより、前記射出瞳を通過した光の結像状態を第１の状態及び第２の状態に切り換える切換手段と、を有し、前記第１の状態は、前記第１の領域からの光が前記第１の受光部に結像し、かつ、前記第２の領域からの光が前記第２の受光部に結像している状態であり、前記第２の状態は、前記第１及び第２の領域からの光がいずれも前記第１及び第２の受光部の各々に結像している状態であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明を適用した電子スチルカメラの撮像系の構成図である。
図１において、１０は撮像素子、１は印加される電界により配向方向が変化し、その配向方向により実効屈折率が変化する液晶である。
２はカバーで、このカバー２には透明電極２ａが液晶１の側の面に設けられている。また、このカバー２は、透明な物質、例えばガラス等で形成されている。
【００１１】
３はマイクロレンズ配列で、このマイクロレンズ配列３は、液晶１の側に後述の受光部４（ａ1 〜ａn 、ｂ1 〜ｂn ）と距離とほぼ等しい焦点距離をもつ複数のマイクロレンズ３ｂの配列で構成されている。
マイクロレンズ３ｂの焦点距離は、液晶１に電界がかけられている時に前述の焦点距離となるように構成されている。３ａは透明電極で、マイクロレンズ配列３の液晶１とは反対側の面に設けられている。
【００１２】
４（ａ1 〜ａn 、ｂ1 〜ｂn ）は受光部で、光電変換を行う複数のフォトダイオードと電荷蓄積部、電荷出力部からなり、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子で構成できる。
カバー２とマイクロレンズ配列３の液晶１に接する側には、配向処理が施されており、この配向処理によりカバー２とマイクロレンズ配列３との間の液晶１の初期配向方向が決定される。
５は半導体基板で、この半導体基板５上に上記受光部４が形成されている。
【００１３】
６は結像レンズ系の射出瞳で、領域６ａ、６ｂを有する。この結像レンズ系６はテレセントリック系に近い光学系で構成され、マイクロレンズ配列３の周辺部まで補正レンズなしで対応可能としている。
マイクロレンズ配列３は、透明電極２ａ、３ａに所定の電圧が加えられた時の液晶１の実効屈折率とほぼ等しい物質で形成されている。
【００１４】
また各マイクロレンズ３ｂの曲率は、透明電極２ａ、３ａに電圧が加えられていない時の液晶１の実効屈折率とマイクロレンズ３ｂの屈折率との差で焦点距離が受光部４との距離にほぼ等しくなるように決定されている。このように焦点距離を設定することで、射出瞳６が受光部４に結像する関係となる。
上記構成により透明電極２ａ、３ａへの電圧のオン、オフに応じてマイクロレンズ配列３のマイクロレンズ３ｂの効果をオン、オフすることができる。
【００１５】
次に動作について説明する。
図２はオートフォーカスのための合焦点からのずれ量（以下デフォーカス量と言う）検出状態を表わした図である。図２において、結像レンズ系の射出瞳６は、マイクロレンズ配列３のマイクロレンズを介して受光部４と共役の関係になっている。
また、受光部４は、ａ系列受光部ａ1 、ａ2 、…、ａn とｂ系列受光部ｂ1 、ｂ2 、…、ｂn とに交互に分れており、ａ系列受光部は射出瞳６の領域６ａを通過した光束を、ｂ系列受光部は射出瞳６の領域６ｂを通過した光束をそれぞれ見る構成となっている。
【００１６】
上記構成により、ａ系列、ｂ系列から得られる信号は図３に示すように、デフォーカス量に対応したずれΔを持った２系列の信号として得られる。この図３で示された２系列の信号の相関をとることにより、結像レンズ系のデフォーカス量と方向が得られる。このデフォーカス量及び方向に応じて結像レンズ系の一部を移動させることにより、合焦動作が行われる。
【００１７】
次に、合焦点の判定と撮像時の動作について図４、図５を用いて説明する。
図４は撮像時の光束を示した図で、図５は合焦検出時（図２）と撮像時（図４）の合焦点の差を示した図である。
撮像時は、透明電極２ａ、３ａに所定の電圧が加えられる。電圧が加えられると、液晶１の配向方向が変化するとともに光路から見た液晶１の実効屈折率が変化し、マイクロレンズ配列３の屈折率とほぼ等しくなる。屈折率がほぼ等しくなると、マイクロレンズ３ｂの効果が無くなり、境界面での屈折はほぼ無くなる。これによりマイクロレンズ３ｂの効果は無くなり、光は通常の結像状態となる。
【００１８】
ここで、フォーカス検出時と撮像時の合焦位置の補正について説明する。
図３に示されたデフォーカスを示す２系列の信号が一致したレンズ位置が、検出系としての合焦位置であるが、この位置は図５に示されたΔｄの位置であり、撮影時に要求される合焦位置とは異なっている。このΔｄの差は図３の２系列信号のずれΔに対応するので、検出・合焦動作時に合焦と判断するずれΔの位置を補正するようになされている。そのための補正データはＲＯＭ情報テーブルの参照や、補正係数を用いた演算等で得ることができる。
【００１９】
図６は、マイクロレンズ配列３と受光部４の平面的な配置を示した図である。本実施の形態では、単板受光センサでカラー画像を取り込むために、各受光部４にはＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの３原色カラーフィルタが図６のようにスプライト配列されている。前述の相関をとる信号は、同一色のフィルタから得られた信号が用いられている。このように同一色のフィルタ間で相関をとることにより、被写体の色によるデフォーカス量の検出エラーを抑制することができる。
【００２０】
図６の各マイクロレンズ３ｂとマイクロレンズ３ｂとの間に配置されているａ、ｂの受光部は、デフォーカス検出時には機能せず、撮像時、つまり液晶１のコントロールにより、マイクロレンズ３ｂのレンズ効果が無くなっている時には、有効画素として信号を取り出すようになされている。
【００２１】
図７は上記射出瞳６及び撮像素子１０を用いてオートフォーカスを行う電子スチルカメラを示すブロック図である。図７において、まず撮像素子１０の透明電極２ａ、３ａに電圧Ｖを加えない状態でデフォーカス量及び方向を検出する。被写体の光学像は、フォーカスレンズ等を含む結像レンズ部１１を通じて入射され、射出瞳６から撮像素子１０に達する。撮像素子１０から得られた画像信号は信号処理部１２で所定の処理が施された後、制御部１３に送られる。
【００２２】
制御部１３は、上記処理された画像信号から、撮像素子１０における前述したａ系列、ｂ系列の受光部から得られる２系列の信号の相関をとり、補正データ部１４を参照して演算を行うことにより、デフォーカス量及びその方向を求める。次に、制御部１３は求められたデフォーカス量、方向に応じて駆動部１５を介して結像レンズ部１１のフォーカスレンズを移動制御することにより、上記２系列の信号を一致させて合焦状態を得る。
【００２３】
次に制御部１３は撮像素子１０の透明電極２ａ、３ａに電圧Ｖを加えることにより、液晶１とマイクロレンズ３ａの屈折率を等しくして、射出瞳６の全領域の光束が撮像素子１０の全領域に導かれる状態と成す。この状態で撮像素子１０で撮像を行い、得られた画像信号は信号処理部１２で処理された後、記録媒体等に記録される。
【００２４】
次に図７の撮像装置の動作を、図８のフローチャートを用いて説明する。
図８は、本発明におけるＡＦシステムを実際に電子カメラに搭載した場合の動作シーケンスを示すフローチャートである。
同図において、フローをスタートすると、ステップＳ１において、カメラ本体の電源スイッチがＯＮされているか否かがチェックされ、ＯＮされていなければ、ステップＳ３へと進み、各回路部の電源をＯＦＦにしてステップＳ１へと戻る。
【００２５】
ステップＳ１で、電源スイッチがＯＮならば、ステップＳ２へと進んで、カメラの撮像系、信号処理系、記録部、その他各種表示部に通電が行われ、カメラ動作が可能となる。
ステップＳ２カメラが立ち上がると、ステップＳ４で不図示のレリーズスイッチが押圧されているか否かがチェックされる。ここでレリーズスイッチは、２段に押圧されるようになっており、浅く１段目までの押圧を第１レリーズ、さらに深く２段目までの押圧を第２レリーズと呼ぶことにする。
【００２６】
ステップＳ４で第１レリーズがＯＦＦならば、ステップＳ１へと復帰し、上述の処理を繰り返し行う。第１レリーズがＯＮであった場合には、ステップＳ５へと進み、撮像素子前面の液晶を駆動制御してその屈折率を変更し、入射光の結像状態が図２の状態となるように制御する。
【００２７】
前述のように、この状態では、撮影レンズの互いに異なる位置に入射された入射光が撮像素子上の異なる位置に結像し、いわゆる位相差方式のＡＦが可能となり、ステップＳ６へと進み、デフォーカス量、すなわち合焦点までのフォーカスレンズの移動量を演算し、ステップＳ７で演算が終了したなら、ステップＳ８で結像レンズ部内のフォーカスレンズを合焦点位置まで駆動し、かつ液晶の印加電圧をＯＦＦにして、屈折率をもとの状態に戻し、入射光の結像状態を図４の状態に戻す。
【００２８】
そしてステップＳ９でフォーカシングレンズが合焦点位置まで駆動されたことが検出されると、ステップＳ１０で第１レリーズが押されているか否かが再度確認され、第１レリーズの押圧が解除されていれば、ステップＳ１へと戻り、上述の処理を再度行い、第１レリーズがＯＮのままである場合には、ステップＳ１１で第２レリーズがＯＮされたか否かがチェックされ、第２レリーズがＯＮであった場合には、ステップＳ１２へと進み、実際に撮影動作が行われる。
【００２９】
尚、同図は、ＡＦ動作と撮影動作の関係を主に示したが、実際は、ステップＳ６の処理に並行して、例えば露出制御（ＡＥ）も、ホワイトバランス制御等も行われる。
【００３０】
尚、図１のシステムはハード的に構成してもよく、また、ＣＰＵやメモリ等から成るマイクロコンピュータシステムに構成してもよい。マイクロコンピュータシステムに構成にする場合、上記メモリは本発明による記録媒体を構成する。この記録媒体には、前述した処理を実行するためのプログラムが記録される。また、この記録媒体としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリ、光ディスク、光磁気ディスク、磁気媒体等を用いてよく、これらをＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等として用いてよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、射出瞳から第１及び第２の検出部に対して導かれる光を、射出瞳の第１の領域、第２の領域が、夫々第１の検出部、第２の検出部に導かれる第１の状態と、射出瞳の第１及び第２の領域のいずれもが第１及び第２の検出部に導かれる第２の状態とに切り換え可能に構成されている。このため、上記第１の状態において撮像手段から得られる複数の信号を用いることにより合焦点からのずれ量と方向とを演算することができる。従って、第１及び第２の検出部を備えた単一の撮像手段を用いて、撮像機能と合焦点からのずれ量及び方向の検出を同一時刻で行う機能とを切り換えて使用することができる効果が得られる。
【００３２】
また演算されたずれ量と方向に基づいてオートフォーカス制御を行い、合焦点が得られたら第２の状態に切換えて撮像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による撮像素子を用いた撮像系の構成図である。
【図２】デフォーカス検出時の構成図である。
【図３】２系列データを説明するための特性図である。
【図４】撮像時の構成図である。
【図５】合焦位置の差を示す構成図である。
【図６】撮像素子の平面的な構成図である。
【図７】本発明の実施の形態による撮像装置のブロック図である。
【図８】図７の撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  液晶
３  マイクロレンズ配列
４  受光部
２ａ、３ａ  透明電極
６  射出瞳
１０  撮像素子
１１  結像レンズ部
１２  信号処理部
１３  制御部
１４  補正データ部
１５  駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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