(57)【要約】【課題】位相差検出方式による良好な焦点検出性能を得るためのＡＦ像を形成し、かつ該ＡＦ像の検出精度を向上させる。【解決手段】光学機器は、光学系１０の射出瞳における第１の領域４１ａ及び第２の領域４１ｂをそれぞれ通過して光電変換素子６に到達する第１の光束１及び第２の光束２のうち少なくとも一方の光束を、他方の光束に対して第１及び第２の領域の分離方向とは異なる方向に偏向させる偏向光学手段４０と、第１及び第２の光束により形成された第１の像７ａ及び第２の像７ｂに応じて光電変換素子から得られた信号に基づいて、該光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段とを有する。そして、焦点検出手段は、該光学系に関する情報に基づいて、光電変換素子のうち第１及び第２の像に応じた信号をそれぞれ取り込む光電変換領域の傾き角度θ１を変化させる。【選択図】図３Ａ
2009025454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の射出瞳における第１の領域及び第２の領域をそれぞれ通過して光電変換素子に到達する第１の光束及び第２の光束のうち少なくとも一方の光束を、他方の光束に対して前記第１及び第２の領域の分離方向とは異なる方向に偏向させる偏向光学手段と、
前記第１及び第２の光束により形成された第１の像及び第２の像に応じて前記光電変換素子から得られた信号に基づいて、前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段とを有し、
前記焦点検出手段は、前記光学系に関する情報に基づいて、前記光電変換素子のうち前記第１及び第２の像に応じた信号をそれぞれ取り込む光電変換領域の傾き角度を変化させることを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記焦点検出手段は、前記光学系に関する情報に基づいて、前記光学系の焦点状態の変化に伴う前記光電変換素子上での第１及び第２の像の変位方向の角度を求め、前記光電変換領域の傾き角度を前記変位方向の角度に一致させることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
【請求項３】
前記各光電変換領域は、それぞれ前記分離方向に配列された複数の画素により構成される複数の画素列を含み、
前記焦点検出手段は、前記複数の画素列のうち少なくとも一部の画素列を他の画素列に対して前記分離方向とは異なる方向にシフトさせることにより前記傾き角度を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる位相差検出方式で焦点検出を行うために光電変換素子上に複数の像を形成する光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフレックスカメラにおいては、ＴＴＬ（Through the Taking Lens）位相差検出方式によるＡＦが一般的に採用されている。該位相差検出方式では、撮像レンズを介して取り込まれた被写体からの光束が、可動ミラーより反射されてフィルム又は撮像素子の受光面と等価な面（一次結像面）上に導かれる。該等価面に導かれた光束は、セパレータレンズを含む二次結像光学系によって２つに分離（瞳分離又は瞳分割）されてＡＦ用の一対のラインセンサ上に導かれる。そして、該一対のラインセンサ上の２像のずれ（位相差）を検出することによって、撮像レンズ中のフォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を求める。
【０００３】
ところで、デジタルカメラは、被写体像を光電変換する光電変換素子としての撮像素子を有している。この撮像素子の一部をＡＦ用センサ領域として用いれば、ＡＦ専用のラインセンサや撮像レンズとは別の二次結像光学系を設ける必要がない。
【０００４】
このため、撮像素子の一部をＡＦ用センサ領域とし、該領域に撮像光学系内に設けられたスプリットイメージプリズムによって分離された２つの光束を導くようにした焦点検出システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、ホログラフィック光学素子を１次結像面より物体側に配置することにより、ＴＴＬ位相差方式のＡＦを実現する構成も提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−４６１３２（段落００１５〜００４１、図４〜７等）
【特許文献２】特開平４−１４７２０７（第３頁左下欄５行〜４頁右上欄７行、第３図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１にて提案されたスプリットイメージプリズムを用いる方法では、ＴＴＬ位相差検出方式とは異なり、スピリットイメージプリズムの境界線上での像の連続性が必要となる。例えば、スプリットイメージプリズムの境界線上の像の形状が直線でなければ、合焦状態であっても非合焦であると判断してしまう等、焦点検出を行う上で制約があり、ＴＴＬ位相差検出方式と同等の焦点検出性能が得られない。
【０００７】
また、特許文献２にて提案されたホログラフィック光学素子を用いる方法は、原理的にはＴＴＬ位相差検出方式と同様である。しかし、焦点状態を判断する上で重要となる瞳分離方向の２つの像（ＡＦ像）を形成する際に、色分散が大きなホログラフィック光学素子を使用している。このため、焦点検出精度を得る上で重要な位相差像同士の入射角度の差が波長により大きくずれ、焦点検出を行う上で現実的ではない。
【０００８】
本発明は、位相差検出方式による良好な焦点検出性能を得るためのＡＦ像を形成でき、かつ該ＡＦ像の検出精度を向上させることができる光学機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての光学機器は、光学系の射出瞳における第１の領域及び第２の領域をそれぞれ通過して光電変換素子に到達する第１の光束及び第２の光束のうち少なくとも一方の光束を、他方の光束に対して第１及び第２の領域の分離方向とは異なる方向に偏向させる偏向光学手段と、第１及び第２の光束により形成された第１の像及び第２の像に応じて光電変換素子から得られた信号に基づいて、該光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段とを有する。そして、焦点検出手段は、該光学系に関する情報に基づいて、光電変換素子のうち第１及び第２の像に応じた信号をそれぞれ取り込む光電変換領域の傾き角度を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、いわゆる瞳分離によって第１及び第２の光束のうち少なくとも一方を瞳分離方向とは異なる方向に偏向させることで、収差の少ないＡＦ像を光電変換素子上の異なる領域に形成することができる。しかも、光電変換素子のうちＡＦ像に応じた信号を取り込む領域の傾き角度を、光学系に関する情報に基づいて変化させることにより、光電変換素子上にＡＦ像が斜めに形成される場合でも、高い焦点検出性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
まず、本出願人が先に提案した光学機器（特開２００６−７１９５０号公報参照）について、図９Ａ〜図１１Ｃを用いて簡単に説明する。この光学機器は、ＴＴＬ位相差検出方式による焦点検出に適し、かつＡＦ像同士の実質的な入射角度の差の波長によるずれを少なくすることができる。
【００１３】
図９Ａは、該光学機器における被写体の記録用画像を取得するための撮像状態を示し、図９Ｂは、該光学機器におけるオートフォーカス（ＡＦ）を行うための焦点検出状態を示す。なお、ここでの説明及び後述する実施例の説明では、光学機器は、撮像装置であるレンズ一体型デジタルカメラであるとする。ただし、光学機器は、撮像装置に着脱可能に装着されるレンズ装置であってもよい。
【００１４】
これらの図において、１１０は撮像光学系であり、被写体側（図の左側）から順に、第１レンズユニットＩ、第２レンズユニットＩＩ及び第３レンズユニットＩＩＩを有するズーム光学系である。
【００１５】
１４０は偏向光学手段としての光偏向ユニットであり、撮像光学系１１０の光路上の内部空間、具体的には第１レンズユニットＩと第２レンズユニットＩＩとの間の空間に対して挿入及び退避可能である。この空間は、撮像光学系１１０の射出瞳の位置又はこれに近接した位置である。
【００１６】
１０１は撮像光学系１１０の入射光束（図には、撮像光学系１１０の瞳中心を通る光束のみ示す）である。
【００１７】
図１０には、光偏向ユニット１４０を撮像光学系１１０の前側（被写体側）から見た様子を示している。光偏向ユニット１４０には、遮光マスク１４２によって２つの分離された瞳（第１の領域及び第２の領域）１４１ａ，１４１ｂが形成されている。また、各分離瞳の部分には、入射した光束を偏向させる偏向光学素子と、該偏向光学素子への光束の入射角を制限する光制限素子とが設けられている。
【００１８】
分離瞳１４１ａ，１４１ｂに設けられた偏向光学素子はそれぞれ、図中の矢印方向、すなわち互いに逆方向に光束を偏向する作用を有する。この偏向方向は、瞳分離方向とは異なる方向であり、具体的には、瞳分離方向に対して直交する方向である。
【００１９】
これにより、図９Ｂに示すように、分離瞳１４１ａを通過して撮像素子１０６に到達する光束（第１の光束）１０１ａは光電変換素子としての撮像素子１０６の上側にＡＦ像（第１の像：以下、Ａ像ともいう）を形成する。また、分離瞳１４１ｂを通過して撮像素子１０６に到達する光束（第２の光束）１０１ｂは撮像素子６の下側にＡＦ像（第２の像：以下、Ｂ像ともいう）を形成する。
【００２０】
なお、本明細書において使用する「直交」、「平行」、「一致（同一）」はそれぞれ、厳密な直交、平行、一致だけでなく、光学的又は焦点検出性能上、直交、平行及び一致とみなせる場合まで含む意味である。
【００２１】
次に、Ａ像とＢ像を撮像素子１０６により検出する動作について説明する。図１１Ａは、撮像素子１０６上においてＡ像，Ｂ像を光電変換するＡＦ像検出エリア（像信号を取り込むための光電変換領域）１６１ａ，１６１ｂを示す。また、図１１Ｂには、ＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂを拡大して示している。
【００２２】
各ＡＦ像検出エリア（各光電変換領域）では、図１１Ｃに示すように上下方向（撮像素子１０６の短辺方向）に２列で配列された複数の画素を含む画素ブロック（画素列）１６１ａ１，１６１ｂ１が、左右方向（撮像素子１０６の長辺方向）に複数並んでいる。上下方向は、瞳分離方向に直交する方向である。左右方向は、瞳分離方向（に平行な方向）である。図１１Ｃには、１つの画素ブロック中のカラーフィルタの配置も示している。Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を示す。
【００２３】
図１１Ｃに示した画素ブロック１６１ａ１，１６１ｂ１をＡＦ像検出における単位画素として単一の像情報を生成するように加算処理すると、上下方向のＡＦ像情報は色情報も含めて平均化処理される。しかし、左右方向の単位画素はもともとの撮像素子１０６の分解能に対応する２画素分のエリアであるため、色分散の影響を抑えつつも、ＡＦ像のずれ量を検出する上で十分な解像度を確保することができる。
【００２４】
以上のようにして得られた対のＡＦ像（Ａ像，Ｂ像）の光強度分布のずれ量に対して自己相関処理を行うことにより、撮像光学系１１０のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することが可能となる。
【００２５】
図１２には、図９Ｂに示した焦点検出状態における分離瞳１４１ａ，１４１ｂを通過した光束によりＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂ上に形成されたＡＦ像（Ａ像，Ｂ像）１０７ａ，１０７ｂの例を示す。ここでは、撮像素子１０６をその受光面に対向する側（前側）から見たときのＡＦ像であって、本来は倒立像であるものを上下反転させた（光軸を中心に１８０度回転させた）像を示している。
【００２６】
本構成においては、前ピン状態であれば下側のＡＦ像（Ａ像）１０７ａが左方向に、上側のＡＦ像（Ｂ像）１０７ｂが右方向にずれる。また、後ピン状態であれば、これらＡＦ像１０７ａ，１０７ｂのずれ方向が逆となる。
【００２７】
分離瞳１４１ａ，１４１ｂを通過した光束により形成されるＡＦ像が、該分離瞳（光偏向ユニット１４０）よりも像側においてテレセントリックな光学系により形成されたものであれば、ピントがずれた場合にＡ像とＢ像とが水平方向に移動する。しかし、像側においてテレセントリックな光学系により形成されたものでないならば、ピントがずれた場合にＡ像とＢ像とが斜め方向に移動する。
【００２８】
図１３Ａ〜図１３Ｆは、被写体像の傾きとＡＦ像のずれ方向を説明する図である。
【００２９】
図１３Ａは、前ピン状態でのＡ像とＢ像の様子を示す。図１３Ｃは、合焦状態でのＡ像とＢ像の様子を示す。また、図１３Ｅは、後ピン状態でのＡ像とＢ像の様子を示す。被写体像としては、同一距離の被写体の像であって、右斜めに倒れた像ａ１，ｂ１、垂直像ａ２，ｂ２、左に倒れた像ａ３，ｂ３を想定し、それぞれＡ像（ａ１〜ａ３）及びＢ像（ｂ１〜ｂ３）としてピントずれに応じて移動する。
【００３０】
図１３Ｂは、前ピン状態でのＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂ内のＡ像（ａ１〜ａ３）とＢ像（ｂ１〜ｂ３）の様子を示す。また、図１３Ｄは、合焦状態でのＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂ内のＡ像（ａ１〜ａ３）とＢ像（ｂ１〜ｂ３）の様子を示す。さらに、図１３Ｆは、後ピン状態でのＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂ内のＡ像（ａ１〜ａ３）とＢ像（ｂ１〜ｂ３）の様子を示す。
【００３１】
これらの図から分かるように、被写体像が垂直像ａ２，ｂ２である場合は、ピントずれによる撮像素子１０６上での横方向の像ずれ量（位相差）ＳとＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂ内での像ずれ量Ｓとが一致する。しかし、被写体像が斜めの像ａ１，ｂ１，ａ３，ｂ３である場合は、ピントずれによる撮像素子１０６上での横方向の像ずれ量Ｓに対してＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂ内での像ずれ量（Ｓ′，Ｓ″）が異なる。例えば、右斜めに倒れた像ａ１，ｂ１では、ピントずれによる撮像素子１０６上での横方向の像ずれ量ＳよりもＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂ内での像ずれ量Ｓ′が小さくなる。また、右斜めに倒れた像ａ３，ｂ３では、ピントずれによる撮像素子１０６上での横方向の像ずれ量ＳよりもＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂ内での像ずれ量Ｓ″が大きくなる。
【００３２】
つまり、同じピントずれ状態でもＡＦ像の倒れやその方向によってＡＦ像検出エリア１６１ａ，１６１ｂで検出される像ずれ量が異なり、この結果、焦点検出誤差が発生する可能性がある。以下に説明する実施例では、図１３Ａ〜図１３Ｆで示した被写体像（ＡＦ像）が斜めの像である場合に生じる焦点検出誤差を抑えるための方法について説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１Ａ及び図１Ｂには、本発明の実施例である光学機器のワイド端での焦点検出状態における構成を示している。図１Ａは、該光学機器の側面断面を、図１Ｂは、該光学機器の水平断面を示している。
【００３４】
１０は撮像光学系であり、被写体側（図の左側）から順に、第１レンズユニットＩ、第２レンズユニットＩＩ及び第３レンズユニットＩＩＩを有するズーム光学系である。各レンズユニットを図の下側に示した矢印のように移動させてレンズ面間隔を変化させることによって、ワイド端とテレ端と間で焦点距離を変化させることができる。
【００３５】
６０は主にデジタルカメラで生じる偽色やモアレの現象を緩和させる機能を持つ光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）である。６は撮像光学系１０により形成された被写体像を光電変換する光電変換素子としての撮像素子である。該撮像素子６からの出力に基づいて画像信号が生成され、該画像信号は、不図示の半導体メモリ、光ディスク、磁気テープ等の記録媒体に記録される。
【００３６】
４０は光偏向ユニットであり、撮像光学系１０の光路上の内部空間、具体的には第１レンズユニットＩと第２レンズユニットＩＩとの間の空間に対して挿入及び退避可能である。この空間は、撮像光学系１０の射出瞳の位置又はこれに近接した位置である。また、光偏向ユニット４０は、ズーム（変倍）時に第２レンズユニットＩＩとともに光軸方向に移動する。
【００３７】
３０は主にオートフォーカス（ＡＦ）において、撮像光学系１０の焦点状態（デフォーカス量）を演算（検出する）焦点出手段や、合焦のためのフォーカスレンズ駆動量を演算するフォーカス制御手段として機能するコントローラである。
【００３８】
図２には、光偏向ユニット４０を撮像光学系１０の前側（被写体側）から見て示している。光偏向ユニット４０には、遮光マスク４２によって２つの分離された瞳（第１及び第２の領域）４１ａ，４１ｂが形成されている。また、各分離瞳の部分には、入射した光束を偏向させる偏向光学素子と該偏向光学素子への光束の入射角を制限する光制限素子とが設けられている。
【００３９】
図１Ｂから分かるように、光偏向ユニット４０では水平方向に２つの分離瞳４１ａ，４１ｂが形成されている。また、図１Ａ及び図２から分かるように、偏向光学素子４３ａ，４３ｂはそれぞれ、図中の矢印方向、すなわち互いに逆方向に光束を偏向する作用を有する。具体的には、偏向光学素子４３ａは、入射した光束（第１の光束）１ａを図中に矢印で示すように上側に偏向させ、偏向光学素子４３ｂは、入射した光束（第２の光束）１ｂを図中に矢印で示すように下側に偏向する。この偏向方向である上下方向は、瞳分離方向とは異なる方向であり、具体的には、瞳分離方向に対して直交する方向である。
【００４０】
偏向光学素子としては、鋸歯又は三角プリズム形状が、図２中の矢印で示す方向に連続的に並んだいわゆるブレーズ形状のプリズムシート（リニア型ブレーズドプリズムシート）を用いることができ、これらの屈折の条件に応じて光束の偏向角度が決まる。このような偏向光学素子では、図中の矢印で示す、すなわちブレーズ方向に光束が偏向される。したがって、分離瞳４１ａ，４１ｂに設けられた２つの偏向光学素子でブレーズ方向を逆向きにすることによって、これらに入射する第１の光束と第２の光束とを互いに反対方向に偏向させることができる。
【００４１】
なお、鋸歯又は三角プリズム形状のピッチは、第１及び第２の光束に対する回折の影響が少ないように、例えば、０．５ｍｍとするのが好ましい。
【００４２】
また、偏向光学素子としては、光の回折現象を利用して入射光束を偏向させることができるリニア型ブレーズド回折格子を用いてもよい。この場合、偏向角度は回折条件の式によって決まり、分散方向が屈折の条件とは逆になる。
【００４３】
１は撮像光学系１０の入射光束（図には、撮像光学系１０の瞳中心を通る光束のみ示す）である。
【００４４】
このような構成により、図１Ａに示すように、分離瞳４１ａを通過して撮像素子６に到達する光束（第１の光束）１ａは、撮像素子６の上側にＡＦ像（第１の像：以下、Ａ像ともいう）を形成する。また、分離瞳４１ｂを通過して撮像素子６に到達する光束（第２の光束）１ｂは、撮像素子６の下側にＡＦ像（第２の像：以下、Ｂ像ともいう）を形成する。
【００４５】
一方、図１Ｂに示すように、水平断面において、分離瞳４１ａ，４１ｂを通過した光束１ａ，１ｂは撮像素子６の水平方向中央付近にＡ像及びＢ像を形成する。
【００４６】
図1Ｂで示す光束１ａ，１ｂは、撮像素子６の受光面に入射するときに、該受光面の法線に対して水平方向で角度をなす。このため、ピントずれに応じて水平方向での像ずれ（Ａ像及びＢ像のずれ、つまりは位相差）が生じる。また、図１Ａに示すように、光束１ａ，１ｂが撮像素子６の受光面に入射するときに、該受光面の法線に対して垂直方向で角度をなすことで、ピントずれによって垂直方向にも像ずれが生じる。
【００４７】
次に、本実施例において、Ａ像とＢ像を撮像素子６により検出する動作について説明する。
【００４８】
図３Ａには、ワイド端における撮像素子６上でのＡＦ像検出エリア（像信号を取り込むための光電変換領域）を示す。ＡＦ像検出エリア６１ａ，６１ｂはそれぞれ、Ａ像，Ｂ像を光電変換し、該Ａ像，Ｂ像に応じた信号（像信号）を出力する。また、図３Ｂには、ＡＦ像検出エリア６１ａ，６１ｂを拡大して示している。
【００４９】
各ＡＦ像検出エリア（各光電変換領域）では、図３Ｃに示すように上下方向（撮像素子６の短辺方向）に２列で配列された複数の画素を含む画素ブロック（画素列）６１ａ１，６１ｂ１が、左右方向（撮像素子６の長辺方向）に複数並んでいる。上下方向は、瞳分離方向に直交する方向である。また、左右方向は、瞳分離方向（に平行な方向）である。
【００５０】
図３Ｃには、１つの画素ブロック中のカラーフィルタの配置も示している。Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を示す。
【００５１】
ここで、本実施例では、図３Ａに示すように、ＡＦ像検出エリア６１ａ，６１ｂに水平方向に対する傾き角度θ１を持たせている。この傾き角度θ１を持たせるため、本実施例では、各ＡＦ像検出エリアに含まれる複数の画素ブロック（画素列）のうち少なくとも一部の画素ブロックを他の画素ブロックに対して瞳分離方向とは異なる方向である垂直方向（上下方向）にシフトさせている。
【００５２】
実際には、画素ブロック６１ａ１，６１ｂ１の垂直方向の段差（シフト量）を撮像素子６の単位画素の整数倍にする必要がある。このため、水平方向に並んだ画素ブロックを複数個ずつ束ねて複数の画素ブロック群を構成し、画素ブロック群ごとに垂直方向にシフトさせている。
【００５３】
傾き角度θ１は、ピントずれ（焦点状態の変化）に伴うＡＦ像（Ａ像，Ｂ像）のずれ方向（変位方向）の角度に一致させる。このため、コントローラ３０によって、撮像光学系１０に関する情報に基づいてＡＦ像のずれ方向の角度を求め、該求めたずれ方向の角度に一致するように傾き角度θ１を決定する。そして、傾き角度θ１が得られるように、上記画素ブロック群ごとの垂直方向のシフト量を設定する。撮像光学系１０に関する情報は、撮像光学系１０のレンズユニットの構成や、各レンズユニットの位置、焦点距離等を含む。
【００５４】
そして、図３Ｃに示した画素ブロック６１ａ１，６１ｂ１をＡＦ像検出における単位画素として単一の像情報（像信号）を生成するように加算処理すると、上下方向のＡＦ像情報は色情報も含めて平均化処理される。しかし、左右方向の単位画素はもともとの撮像素子６の分解能に対応する２画素分のエリアであるため、色分散の影響を抑えつつも、ＡＦ像のずれ量を検出する上で十分な解像度を確保することができる。
【００５５】
以上のようにして得られた対のＡＦ像（Ａ像，Ｂ像）の光強度分布のずれ量に対して、コントローラ３０によって自己相関処理を行うことにより、撮像光学系１０のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することが可能となる。
【００５６】
図４Ａ〜図４Ｆには、本実施例における被写体像の傾きとＡＦ像のずれ方向を示している。
【００５７】
図４Ａは、前ピン状態でのＡ像とＢ像の様子を示す。図４Ｃは、合焦状態でのＡ像とＢ像の様子を示す。また、図４Ｅは、後ピン状態でのＡ像とＢ像の様子を示す。被写体像としては、同一距離の被写体の像であって、右斜めに倒れた像ａ１，ｂ１、垂直像ａ２，ｂ２、左に倒れた像ａ３，ｂ３を想定し、それぞれＡ像（ａ１〜ａ３）及びＢ像（ｂ１〜ｂ３）としてピントずれに応じて移動する。
【００５８】
図４Ｂは、前ピン状態でのＡＦ像検出エリア６１ａ，６１ｂ内のＡ像（ａ１〜ａ３）とＢ像（ｂ１〜ｂ３）の様子を示す。また、図４Ｄは、合焦状態でのＡＦ像検出エリア６１ａ，６１ｂ内のＡ像（ａ１〜ａ３）とＢ像（ｂ１〜ｂ３）の様子を示す。さらに、図４Ｆは、後ピン状態でのＡＦ像検出エリア６１ａ，６１ｂ内のＡ像（ａ１〜ａ３）とＢ像（ｂ１〜ｂ３）の様子を示す。
【００５９】
これらの図から分かるように、被写体像がａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３のいずれの場合でも、ピントずれによる撮像素子６上（光電変換素子上）での横方向の像ずれ量（位相差）ＳとＡＦ像検出エリア６１ａ，６１ｂ内での像ずれ量Ｓとが一致する。
【００６０】
このように、ＡＦ像検出エリア６１ａ，６１ｂの傾き角度θ１を、ピントずれに伴う像ずれ方向の角度と一致させることにより、焦点検出精度を向上させることができる。
【００６１】
図５Ａ及び図５Ｂには、ワイド端での多点焦点検出の様子を示している。図５Ａは、多点焦点検出における焦点検出エリア（小さな矩形枠）を示し、図５Ｂは、分離瞳４１ａ，４１ｂを通過した光束により形成されたＡＦ像（Ａ像，Ｂ像）７ａ，７ｂの例を示す。ここでは、撮像素子６をその受光面に対向する側（前側）から見たときのＡＦ像であって、本来は倒立像であるものを上下反転させた（光軸を中心に１８０度回転させた）像を示している。
【００６２】
図５Ａに示す複数の焦点検出エリアの中から撮影者によって画面中心から外れた周辺の焦点検出エリア（「select」で示す焦点検出エリア）が選択された場合について説明する。コントローラ３０は、焦点検出エリア「select」上のＡ像「select−ａ」とＢ像「select−ｂ」に応じた像信号を取り込むための撮像素子６上のＡＦ像検出エリアの位置とその傾き角度θ１を、撮像光学系１０に関する情報に基づいて算出する。
【００６３】
次に、算出されたＡＦ像検出エリアからの像信号を取り込んで、前述した方法でピントずれ量（デフォーカス量）を算出する。
【００６４】
以上により、画面中心部の焦点検出エリアだけでなく、周辺部の焦点検出エリアに対しても、精度良くＴＴＬ位相差検出方式による焦点検出を行うことができる。
【００６５】
図６Ａ及び図６Ｂには、本実施例の光学機器のテレ端での焦点検出状態の構成を示している。図６Ａは、該光学機器の側面断面を示し、図６Ｂは、該光学機器の水平断面を示す。
【００６６】
図６Ｂに示す光束１ａ，１ｂは、撮像素子６の受光面に入射するときに、該受光面の法線に対して水平方向にて角度をなすため、ピントずれによって水平方向での像ずれが発生する。しかし、図６Ａに示すように、光束１ａ，１ｂが撮像素子６の受光面に入射するときに該受光面の法線に対してなす角度が、垂直方向において図１Ｂ（ワイド端）のときとは逆向きの角度となる。このため、ピントずれによる垂直方向での像ずれが、ワイド端とは逆の方向に発生する。
【００６７】
図７Ａには、テレ端でのＡＦ像検出エリアを示す。図３Ａに示したワイド端と同様に、ＡＦ像検出エリアの傾き角度θ２は、ＡＦ像のずれ方向の角度に一致させる。このため、コントローラ３０によって、撮像光学系１０に関する情報に基づいてＡＦ像のずれ方向の角度を求め、該求めたずれ方向の角度に一致するように傾き角度θ２を決定する。そして、傾き角度θ２が得られるように、図７Ｂに示すように、前述した画素ブロック群ごとの垂直方向のシフト量を設定する。
【００６８】
そして、図３Ｃに示した画素ブロック６１ａ１，６１ｂ１をＡＦ像検出における単位画素として単一の像情報を生成するように加算処理することにより、ＡＦ像のずれ量を検出することができる。
【００６９】
図８Ａ及び図８Ｂには、テレ端での多点焦点検出の様子を示している。図８Ａは、多点焦点検出における焦点検出エリア（小さな矩形枠）を示し、図８Ｂは、分離瞳４１ａ，４１ｂを通過した光束により形成されたＡＦ像（Ａ像，Ｂ像）７ａ，７ｂの例を示す。
【００７０】
図８Ａに示す複数の焦点検出エリアの中から撮影者によって画面中心部の焦点検出エリア（「select」で示す焦点検出エリア）が選択された場合について説明する。コントーラ３０は、この焦点検出エリア「select」上のＡ像「select−ａ」とＢ像「select−ｂ」に応じた像信号を取り込むための撮像素子６上のＡＦ像検出エリアの位置とその傾き角度θ２を、撮像光学系１０に関する情報に基づいて算出する。
【００７１】
次に、算出されたＡＦ像検出エリアからの像信号を取り込んで、前述した方法でピントずれ量（デフォーカス量）を算出する。
【００７２】
以上により、画面中心部の焦点検出エリアを含む任意の焦点検出エリアに対して、精度良くＴＴＬ位相差検出方式の焦点検出を行うことができる。
【００７３】
また、コントローラ３０は、撮像光学系のズーム位置に対応した画素ブロック６１ａ，６１ｂのアドレスを演算するとともに、検出したピントずれ量に基づいて、撮像光学系１０に含まれるフォーカスレンズの合焦位置を算出する。そして、不図示のアクチュエータを介して該フォーカスレンズを駆動する。こうして、全ズーム領域におけるＴＴＬ位相差検出方式のＡＦが可能となる。この際、撮像素子６から対のＡＦ像情報（像信号）が得られるため、フォーカスレンズの駆動方向及び駆動量を定量的に算出することができる。
【００７４】
以上説明したように、本実施例によれば、撮像素子６のうちＡＦ像に応じた信号を取り込む光電変換領域の傾き角度θ１，θ２を、撮像光学系１０に関する情報に基づいて変化させる。これにより、撮像素子６上にＡＦ像が斜めに形成される場合でも、高い焦点検出性能を得ることができる。
【００７５】
また、本実施例によれば、従来のような二次結像型のＡＦ専用センサやこれに付随するセパレートレンズ等の二次結像光学系などが不要となる。このため、光学機器の構成を簡略化することができる。さらに言えば、二次結像光学系を有する場合、撮像光学系と該二次結像光学系との相対位置（光軸位置）のずれがＡＦ性能の劣化を招くが、本実施例ではそのような構成による不安要素が少なく、安定したＡＦ性能が得られる。
【００７６】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。例えば、上記実施例では、第１及び第２の光束の両方を偏向させる場合について説明したが、いずれか一方の光束のみを他方の光束に対して偏向させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１Ａ】本発明の実施例である光学機器のワイド端での構成を示す側面断面図。
【図１Ｂ】実施例の光学機器のワイド端での構成を示す水平断面図。
【図２】実施例に用いられる光偏向ユニットの模式図。
【図３Ａ】実施例のワイド端における撮像素子上のＡＦ像検出エリアを示す図。
【図３Ｂ】図３Ａに示すＡＦ像検出エリアの拡大図。
【図３Ｃ】図３Ａに示すＡＦ像検出エリアを構成する画素ブロックを示す図。
【図４Ａ】実施例のワイド端及び前ピン状態での被写体像の傾きとＡＦ像のずれ量を説明する図。
【図４Ｂ】図４Ａに示す状態でのＡＦ像検出エリア内でのＡＦ像のずれ量を示す図。
【図４Ｃ】実施例のワイド端及び合焦状態での被写体像の傾きとＡＦ像のずれ量を説明する図。
【図４Ｄ】図４Ｃに示す状態でのＡＦ像検出エリア内でのＡＦ像のずれ量を示す図。
【図４Ｅ】実施例のワイド端及び後ピン状態での被写体像の傾きとＡＦ像のずれ量を説明する図。
【図４Ｆ】図４Ｅに示す状態でのＡＦ像検出エリア内でのＡＦ像のずれ量を示す図。
【図５Ａ】実施例のワイド端での多点焦点検出を説明する図。
【図５Ｂ】実施例のワイド端での多点焦点検出を説明する図。
【図６Ａ】本発明の実施例である光学機器のテレ端での構成を示す側面断面図。
【図６Ｂ】実施例の光学機器のテレ端での構成を示す水平断面図。
【図７Ａ】実施例のテレ端における撮像素子上のＡＦ像検出エリアを示す図。
【図７Ｂ】図７Ａに示すＡＦ像検出エリアの拡大図。
【図８Ａ】実施例のテレ端での多点焦点検出を説明する図。
【図８Ｂ】実施例のテレ端での多点焦点検出を説明する図。
【図９Ａ】実施例の基礎となる技術を適用した光学機器の構成（撮像状態）を示す側面断面図。
【図９Ｂ】図９Ａに示した光学機器の構成（焦点検出状態）を示す側面断面図。
【図１０】図９Ａの光学機器に用いられる光偏向ユニットの模式図。
【図１１Ａ】図９Ａの光学機器における撮像素子上のＡＦ像検出エリアを示す図。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示すＡＦ像検出エリアの拡大図。
【図１１Ｃ】図１１Ａに示すＡＦ像検出エリアを構成する画素ブロックを示す図。
【図１２】図９Ａに示す光学機器における分離瞳により形成されたＡＦ像の例を示す図。
【図１３Ａ】図９Ａに示す光学機器における前ピン状態での被写体像の傾きとＡＦ像のずれ量を説明する図。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示す状態でのＡＦ像検出エリア内でのＡＦ像のずれ量を示す図。
【図１３Ｃ】図９Ａに示す光学機器における合焦状態での被写体像の傾きとＡＦ像のずれ量を説明する図。
【図１３Ｄ】図１３Ｃに示す状態でのＡＦ像検出エリア内でのＡＦ像のずれ量を示す図。
【図１３Ｅ】図９Ａに示す光学機器における後ピン状態での被写体像の傾きとＡＦ像のずれ量を説明する図。
【図１３Ｆ】図１３Ｅに示す状態でのＡＦ像検出エリア内でのＡＦ像のずれ量を示す図。
【符号の説明】
【００７８】
１ａ，１ｂ  光束
６，１０６  撮像素子
７ａ，７ｂ，１０７ａ，１０７ｂ  ＡＦ像
１０，１１０       撮影光学系
４０，１４０       光偏向ユニット
４１ａ，４１ｂ，１４１ａ，１４１ｂ      分離瞳
６１ａ，６１ｂ，１６１ａ，１６１ｂ      ＡＦ像検出エリア
【図４Ｃ】
2009025454.tif 000003
【図１Ａ】
2009025454.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2009025454.tif 000008
【図３Ｃ】
2009025454.tif 000009
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2009025454.tif 000011
【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
2009025454.tif 000019
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
2009025454.tif 000026
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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