(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物からの第１の光束を透過する第１の光学系と、
前記第１の光学系を透過した前記第１の光束が結像することにより得られる像を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記対象物の像を観察するためのファインダと、
前記第１の光学系を透過した前記第１の光束の一部を複数の第２の光束に分離するように透過し、前記第２の光束のそれぞれを前記光電変換素子の一部の領域に結像させる第２の光学系と、
前記第２の光学系を透過して前記光電変換素子の一部の領域に結像した前記第２の光束による像を変換して得られた電気信号により前記第１の光束の焦点検出を行なう焦点検出手段と、
前記第２の光学系を、前記ファインダで表示される指定されたフォーカスエリアに対応する前記光電変換素子上の位置に移動させる第２の光学系移動手段と
を備え、
前記第１の光束の一部以外の光束は前記第２の光学系を透過せずに前記光電変換素子に結像するように構成されたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２の光学系は、透明な平面体上の任意の位置に固定され、
前記第２の光学系移動手段は、前記平面体を移動させることにより前記第２の光学系を移動させる
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２の光学系移動手段は、前記平面体の両端に平面巻取り部を備えることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の光学系移動手段は、超音波の駆動で振動する超音波アクチュエータを備え、前記超音波アクチュエータの振動を用いて前記第２の光学系を移動させる
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の光束が前記光電変換素子上に結像することにより得られる像が前記光電変換素子により変換されて得られた電気信号を変換して画像データを生成し、前記画像データを生成する際には、前記光電変換素子上の前記第２の光学系が存在する領域に相当する画素の画素値を、前記光電変換素子上の前記第２の光学系が存在する領域に相当する画素の周辺の画素を用いて補間することで生成することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】
対象物からの第１の光束を透過する第１の光学系、前記第１の光学系を透過した前記第１の光束が結像することにより得られる像を電気信号に変換する光電変換素子、前記対象物の像を観察するためのファインダ、前記第１の光学系を透過した前記第１の光束の一部を複数の第２の光束に分離するように透過し、前記第２の光束のそれぞれを前記光電変換素子の一部の領域に結像させる第２の光学系、及び前記第２の光学系を透過して前記光電変換素子の一部の領域に結像した前記第２の光束による像を変換して得られた電気信号により前記第１の光束の焦点検出を行なう焦点検出手段を備え、前記第１の光束の一部以外の光束は前記第２の光学系を透過せずに前記光電変換素子に結像するように構成された撮像装置での撮像方法であって、
前記第２の光学系を前記ファインダで表示される指定されたフォーカスエリアに対応する前記光電変換素子上の位置に移動させることを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像と位相差焦点検出とを同じ撮像素子上で行なう撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラで高速に焦点検出を行なう方法として、位相差焦点検出法が種々提案されている。この位相差焦点検出では、本来の結像面にコンデンサレンズとセパレータレンズとを配置して結像光束を分離結像させ、その分離幅に基づいて焦点位置を求める。
【０００３】
また、撮像素子上に分離結像用の光学要素を配置することで、ひとつのイメージセンサで位相差焦点検出と撮像を行なう方法が以下の特許文献に開示されている。（特許文献１）
【特許文献１】特開２００４−１９１８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に前述したような位相差焦点検出法では、分離結像のために光路長を長く取る必要があることに加え、焦点検出用のセンサが撮像素子とは別に必要なため、結果として撮像装置の大型化を招いていた。
【０００５】
また、前記特許文献１に記載された方法では、１つの撮像素子で位相差検出と撮像が同時に行なえるが、フォーカスエリアを撮像領域から自由に設定するためには、撮像素子の広い範囲に渡って分離結像用の光学要素を配置する必要があり、出力画像の画質劣化が避けられない。
【０００６】
それを回避する手段として同手法では、撮影時に前記光学要素を撮像素子上から退避させる手段を記載しているが、退避させる時間を確保するためにはシャッタタイムラグが大きくなってしまうという不具合があった。
【０００７】
本発明は前記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、シャッタタイムラグを発生することなく、また画像の画質劣化を招くことなく位相差焦点検出を行なうことが可能な撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、対象物からの第１の光束を透過する第１の光学系と、前記第１の光学系を透過した前記第１の光束が結像することにより得られる像を電気信号に変換する光電変換素子と、前記対象物の像を観察するためのファインダと、前記第１の光学系を透過した前記第１の光束の一部を複数の第２の光束に分離するように透過し、前記第２の光束のそれぞれを前記光電変換素子の一部の領域に結像させる第２の光学系と、前記第２の光学系を透過して前記光電変換素子の一部の領域に結像した前記第２の光束による像を変換して得られた電気信号により前記第１の光束の焦点検出を行なう焦点検出手段と、前記第２の光学系を、前記ファインダで表示される指定されたフォーカスエリアに対応する前記光電変換素子上の位置に移動させる第２の光学系移動手段とを備え、前記第１の光束の一部以外の光束は前記第２の光学系を透過せずに前記光電変換素子に結像するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、小さな領域に対応する第２の光学系を第２の光学系移動手段により上下左右に移動して位相差焦点検出を用いた撮影を行なうことによって、撮影される画像の画質劣化領域を最小限に抑えつつフォーカスエリアの設定自由度を高くすることができ、また撮影時のシャッタタイムラグも発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施形態）  
以下、本発明を一眼レフタイプのデジタルカメラに適用した第１の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、同実施形態に係るデジタルカメラ１０の主として光学系の機能構成を示す。同図に示すようにデジタルカメラ１０は、撮像光学系１１、ハーフミラー１２、分離再結像光学系１３、分離再結像光学系移動部１４、撮像素子１５、ファインダ光学系１６、ファインダ１７、ユーザインターフェース１８を有する。
【００１２】
撮像光学系１１は、レンズ鏡筒を含み、レンズ光学系を構成する一部のフォーカスレンズの光軸方向に沿った移動により結像位置を可変する。
【００１３】
ハーフミラー１２は、前記撮像光学系１１の撮影光軸に対して４５°の角度をもって配置され、撮像光学系１１からの光束Ｌ０の一部を反射、残る全てを透過させる。分離再結像光学系１３は、分離再結像光学系移動部１４の駆動により位置が移動され、ハーフミラー１２を透過した光束Ｌ２の一部を透過させて撮像素子１５に導く。撮像素子１５は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）等の固体撮像素子で構成され、入射された光像を電気信号に変換して出力する。
【００１４】
ファインダ光学系１６は、例えばペンタプリズム等で構成され、ハーフミラー１２で反射された光束Ｌ１を正立像としてファインダ１７に導く。
【００１５】
ユーザインターフェース１８は、例えば電子ビューファインダとしての液晶表示パネルと各種操作キーとで構成され、ユーザの操作により複数のフォーカスエリア中の任意の１箇所を指定することができる。
【００１６】
この図１は、焦点検出時のデジタルカメラ１０内部の状態を部分的に示しており、ユーザインターフェース１８で複数のフォーカスエリアの中から１つを指定することで、指定位置に対応下撮像領域中の位置で焦点検出を行なうこととなる。
【００１７】
撮像光学系１１を通過した光束Ｌ０は、一定の透過率を有したハーフミラー１２によって反射光Ｌ１と透過光Ｌ２とに分離され、反射光Ｌ１はファインダ光学系１６を通過して（光学）ファインダ１７上で正立像を結ぶ。
【００１８】
一方の透過光Ｌ２は、その光束の一部が分離再結像光学系１３を通過した後に撮像素子１５で結像する。分離再結像光学系移動部１４は、前記ユーザインターフェース１８で指定されたフォーカスエリアの位置に従って分離再結像光学系１３を撮像素子１５上の対応する位置に移動させるもので、分離再結像光学系１３を通過した後に撮像素子１５上に結像した像情報を用いて位相差焦点検出を行なうことでフォーカスを合わせることになる。
【００１９】
しかして、フォーカス動作が終了し、撮像光学系１１中のフォーカスレンズが正しい合焦位置に移動された後に撮影動作を実行する。その撮影時には、ハーフミラー１２が撮影光軸上から図中の位置Ｐ１まで退避し、撮像光学系１１を通過した全ての光束を撮像素子１５上で結像させて、電気信号に変換する。
【００２０】
この電気信号の取扱いについては詳述しないが、得られた電気信号はＡＧＣ（自動利得制御）処理により適宜増幅され、さらにデジタル化された後にガンマ補正等の各種プロセス処理を経て原色系のカラー画像データから輝度色差系のカラー画像データに変換され、必要によりデータ圧縮等の処理が施されてから、ここでは図示しないメモリカード等の記録媒体に記録される。
【００２１】
次に前記実施形態の動作について説明する。  
図２及び図３により、分離再結像光学系移動部１４を用いた位相差焦点検出方法について説明する。
【００２２】
分離再結像光学系１３は、撮像素子１５上の２行２列の画素配列（ａ，ｂ）に対応したセパレータレンズ２１を格子状に並べ、さらにその上に２行２列の前記セパレータレンズ２１に対応したコンデンサレンズ２２を格子状に並べて構成する。
【００２３】
分離再結像光学系１３の大きさは、撮像素子１５の任意の画素数に対応して設定する。コンデンサレンズ２２のアレイ面を予定結像面とすると、撮像光学系からあるコンデンサレンズ２２に入射する光線はセパレータレンズ２１で分光され、例えば図２で示すように対応する画素ａ２，ｂ３上にそれぞれ分離再結像する。
【００２４】
図３では、前記図２で示した状態よりも予定結像面が撮像面側にずれた場合を示している。この場合、光線の分離幅が大きくなり、複数の画素ａ１，ａ２，ｂ３，ｂ４に結像している。ここで画素ｃは、各セパレータレンズ２１からの光線のクロストークを受けるため使用しない。
【００２５】
それぞれの画素値のピーク幅Ｂが広くなり（Ｂ１＜Ｂ２）、ピーク値レベルも小さくなる。この画素値のピーク幅Ｂの違いから焦点位置を決定する。撮影時には、撮像素子１５上の分離再結像領域の光像は、周辺の画素を用いて補間することで生成するものとする。
【００２６】
次にフォーカスエリア位置に合わせて分離再結像光学系１３を撮像素子１５上の任意の対応する位置に移動させて配置する一手段について説明する。
【００２７】
図４は、前記分離再結像光学系移動部１４の具体的な一構成例を示すものである。同図で分離再結像光学系１３は、透明なフィルム４１上の中心位置に固定配置されており、フィルム４１の縦横の長さはそれぞれ撮像素子１５の２倍以上が望ましい。
【００２８】
さらにフィルム４１の左右には、フィルムを巻き取り左右のスペースを節約するための一対のフィルム巻取り部４２，４２を撮像素子の水平長以上の間隔で配置する。フィルム巻取り部４２，４２がフィルム４１を図中に矢印ＩＶで示すように左右に連動して巻き取ることにより、分離再結像光学系１３は撮像素子１５上を左右に移動することができる。
【００２９】
さらにフィルム巻取り部４２，４２は支持部４３上に連結されており、支持部４３は一対の超音波アクチュエータ４４，４４上に接した状態で配置される。
【００３０】
図５は、分離再結像光学系移動部１４を撮影光軸と垂直となる側面方向から見た様子を示す。図５（Ａ）は分離再結像光学系１３が撮像素子１５の撮像面の下端側に、図５（Ｂ）は分離再結像光学系１３が撮像素子１５の撮像面の上端側に移動している状態を示す。
【００３１】
このように超音波アクチュエータ４４，４４は、図５（Ａ）に示す状態から図中の矢印Ｖａに示すように図５（Ｂ）に示す状態となるまで、あるいは図５（Ｂ）に示す状態から図中の矢印Ｖｂに示すように図５（Ａ）に示す状態となるまで、支持部４３を最大で撮像素子１５の垂直長と同じ距離分だけ移動させることができ、その範囲内の任意の高さ位置で分離再結像光学系１３を撮像素子１５に対応して移動させることができる。
【００３２】
以上に示した分離再結像光学系移動部１４の機構により、本実施形態の分離再結像光学系移動部１４は撮像素子１５の全ての撮像領域に対応して分離再結像光学系１３を任意に移動させることができる。
【００３３】
ユーザインターフェース１８では、ファインダ上に表示位置が可変なフレーム枠を用いてフォーカスエリアを表示する。
【００３４】
このデジタルカメラ１０のユーザは、同じくユーザインターフェース１８の一部を構成するダイアルキーやボタンキー等の操作キーを用いてフォーカスエリアを任意の位置に移動させてから、撮影を指示するべくレリーズボタンを押下する。
【００３５】
これら一連のユーザの操作に対し、分離再結像光学系移動部１４が撮像素子１５上の対応する位置に分離再結像光学系１３を移動させて位相差焦点検出処理を開始し、撮像光学系１１での合焦位置を制御した後、レリーズボタンの操作に応じて撮影動作を実行する。
【００３６】
以上説明した如く本実施形態によれば、小さな領域に対応する分離再結像光学系１３を上下左右に移動可能な透明フィルムなどの平面体上に配置した分離再結像光学系移動部１４を設けるものとした。
【００３７】
これにより、撮像素子１５の撮像領域中の任意の位置での位相差焦点検出を用いた撮影を行なうことができ、撮影される画像の画質劣化領域を最小限に抑えつつ、フォーカスエリアの設定自由度を高くすることができ、また撮影時のシャッタタイムラグも発生しない。
【００３８】
さらに前記実施形態では、分離再結像光学系１３を例えば透明なフィルム４１のような平面体上の任意の位置に固定して配置されたものとし、分離再結像光学系移動部１４がフィルム４１を例えば左右方向に移動させることにより、分離再結像光学系１３を移動させるような構成を採るものとしたので、分離再結像光学系１３のみを撮像素子１５上の任意の位置に配置できる。
【００３９】
同じく前記実施形態では、分離再結像光学系１３を配設したフィルム４１の両端にフィルム巻取り部４２，４２を備え、連動した巻き取り動作により分離再結像光学系１３を撮像素子１５に対して移動させ得るものとしたので、分離再結像光学系１３の移動に必要な空間を削減できる。
【００４０】
また、前記実施形態では、分離再結像光学系移動部１４が超音波アクチュエータ４４，４４を備え、その振動を用いて分離再結像光学系１３を配設したフィルム４１を移動させるものとしたので、分離再結像光学系１３の移動をより高精度に制御でき、フォーカスエリアの詳細な設定が可能となる。
【００４１】
（第２の実施形態）  
以下、本発明をコンパクトタイプのデジタルカメラに適用した第２の実施形態について図面を参照して説明する。
【００４２】
図６は、同実施形態に係るデジタルカメラ１０′の主として光学系の機能構成を示すもので、焦点検出機構の構成に関しては前記図１に示したものと基本的に同様であるため、同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略するものとする。
【００４３】
すなわちこのデジタルカメラ１０′は、同図に示す如く分離再結像光学系１３、分離再結像光学系移動部１４、撮像素子１５、及びユーザインターフェース１８を有するものとし、前記図１で示したハーフミラー１２、ファインダ光学系１６、及びファインダ１７の構成を省略するものとした。
【００４４】
ユーザインターフェース１８の一部を構成する電子ビューファインダでは、撮像素子１５で得られる画像をそのままリアルタイムでモニタ表示し、且つその時点で指定されているフォーカスエリアを画像上に重畳表示するものとしている。
【００４５】
したがって、これもユーザインターフェース１８を構成する操作キー等の操作によりフォーカスエリアの移動等を指示することにより、その指示内容に応じて新たなフォーカスエリア位置が表示されることとなる。
【００４６】
このようにコンパクトタイプのデジタルカメラ１０′においても、前記図１に示した一眼レフタイプのデジタルカメラ１０と同様に、充分小さな配置空間内で、小さな領域に対応する分離再結像光学系１３を上下左右に移動可能な透明フィルムなどの平面体上に配置した分離再結像光学系移動部１４を設けるものとしたことにより、撮像素子１５の撮像領域中の任意の位置での位相差焦点検出を用いた撮影を行なうことができ、撮影される画像の画質劣化領域を最小限に抑えつつ、フォーカスエリアの設定自由度を高くすることができ、また撮影時のシャッタタイムラグも発生しない。
【００４７】
なお、前記第１及び第２の実施形態はいずれも、本発明をデジタルカメラに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、スチルカメラ機能付きのデジタルムービーカメラ、カメラ機能付きの携帯電話端末機やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ：個人向け情報携帯端末）等にも同様に適用することが可能となる。
【００４８】
その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件により適宜の組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る一眼レフタイプのデジタルカメラの一部機能構成を示す図。
【図２】同実施形態に係る合焦時の分離結像状態を例示する図。
【図３】同実施形態に係る非合焦時の分離結像状態を例示する図。
【図４】同実施形態に係る分離再結像光学系移動部の内部構成を示す図。
【図５】同実施形態に係る分離再結像光学系移動部での移動状態を例示する図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るコンパクトタイプのデジタルカメラの一部機能構成を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１０，１０′…デジタルカメラ、１１…撮像光学系、１２…ハーフミラー、１３…分離再結像光学系、１４…分離再結像光学系移動部、１５…撮像素子、１６…ファインダ光学系、１７…ファインダ、１８…ユーザインターフェース、２１…セパレータレンズ、２２…コンデンサレンズ、４１…フィルム、４２…フィルム巻取り部、４３…支持部、４４…超音波アクチュエータ。
【図１】
0005013084.tif 000002
【図２】
0005013084.tif 000003
【図３】
0005013084.tif 000004
【図４】
0005013084.tif 000005
【図５】
0005013084.tif 000006
【図６】
0005013084.tif 000007