(57)【要約】【課題】撮影画面のほぼ全領域についての焦点検出を行うことができる測距装置の提供。【解決手段】測距装置は、光学系１の瞳と共役な面の互いに異なる位置に配置され、互いに偏光特性が異なる第１および第２の偏光素子１１（１１ａ，１１ｂ）と、光学系１を通過する光束のうち第１の偏光素子１１（１１ａ）からの第１の光束と第２の偏光素子１１（１１ｂ）からの第２の光束とを分離する偏光分離素子２と、光学系１の予定結像面に配置され、第１の光束による第１の像と第２の光束による第２の像とをそれぞれ独立して撮像する複数の撮像手段３，４と、第１および第２の像の相対的な像ズレに基づいて、光学系１の焦点調節状態を検出する焦点検出手段５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の瞳と共役な面の互いに異なる位置に配置され、互いに偏光特性が異なる第１および第２の偏光素子と、
前記光学系を通過する光束のうち前記第１の偏光素子からの第１の光束と前記第２の偏光素子からの第２の光束とを分離する偏光分離素子と、
前記光学系の予定結像面に配置され、前記第１の光束による第１の像と前記第２の光束による第２の像とをそれぞれ独立して撮像する複数の撮像手段と、
前記第１および第２の像の相対的なズレに基づいて、前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測距装置において、
前記光学系の瞳近傍に配置され、前記第１および第２の光束をそれぞれ制限する開口絞りを備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項３】
請求項２に記載の測距装置において、
前記開口絞りは、前記光学系の光軸からの距離が互いに異なる複数の開口を有し、
前記複数の開口のいずれか一つを選択的に前記瞳近傍に配置する選択手段を備えたことを特徴とする測距装置。
【請求項４】
請求項１に記載の測距装置において、
前記第１の光束による像と前記第２の光束による像を再結像する再結像光学系を備え、
前記第１および第２の偏光素子を、前記光学系の瞳と光学的に等価な面内に配置したことを特徴とする測距装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の測距装置において、
前記複数の撮像手段は、前記第１の像を撮像する第１の撮像素子と、前記第１の撮像素子よりも大きな撮像領域を有して前記第２の像を撮像する第２の撮像素子とを備えることを特徴とする測距装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の測距装置と、
前記第１の像の撮像データおよび前記第２の像の撮像データの少なくとも一方を用いて撮影画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記第１および第２の偏光素子を前記光学系の光路に対して進退可能に移動する移動手段を備え、
前記画像生成手段は、前記第１および第２の偏光素子を前記光学系の光路から退避した位置に移動させた状態において撮像された前記第１および第２の像の撮像データに基づいて、前記撮影画像を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置において、
前記画像生成手段は、撮像された前記第１および第２の像の撮像データを加算して前記撮影画像を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記画像生成手段は、前記第１および第２の像の相対的な像ズレに基づいて、前記第１および第２の像の撮像データの互いに対応する撮像データどうしを加算することにより、前記撮影画像を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第１の像の撮像データに基づく第１表示画像と、前記第２の像の撮像データに基づく第２表示画像とをそれぞれ表示する表示装置を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項５に記載の測距装置と、
前記光学系の焦点距離に応じて、前記第１および第２の撮像素子のいずれか一方の撮像データを用いて撮影画像を生成する画像生成手段とを備えた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、測距装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、瞳分割方式によって結像光学系の焦点検出を行う光学機器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述の装置では、回折格子と液晶とを組み合わせた電気光学素子を結像光学系の瞳面に挿入し、射出瞳における異なる領域を通過した光を異なる方向に偏向する。そして、それぞれの光束を結像光学系の像を撮像する撮像素子の異なる領域に結像させ、その撮像データに基づいて位相差ＡＦを行うようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０６４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の装置では、結像光学系の像面の一部の領域しか焦点検出情報が得られなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明による測距装置は、光学系の瞳と共役な面の互いに異なる位置に配置され、互いに偏光特性が異なる第１および第２の偏光素子と、光学系を通過する光束のうち第１の偏光素子からの第１の光束と第２の偏光素子からの第２の光束とを分離する偏光分離素子と、光学系の予定結像面に配置され、第１の光束による第１の像と第２の光束による第２の像とをそれぞれ独立して撮像する複数の撮像手段と、第１および第２の像の相対的なズレに基づいて、光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の測距装置において、光学系の瞳近傍に配置され、第１および第２の光束をそれぞれ制限する開口絞りを備えたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の測距装置において、開口絞りは、光学系の光軸からの距離が互いに異なる複数の開口を有し、複数の開口のいずれか一つを選択的に瞳近傍に配置する選択手段を備えたことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１に記載の測距装置において、第１の光束による像と第２の光束による像を再結像する再結像光学系を備え、第１および第２の偏光素子を、光学系の瞳と光学的に等価な面に配置したことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の測距装置において、複数の撮像手段は、第１の像を撮像する第１の撮像素子と、第１の撮像素子よりも大きな撮像領域を有して第２の像を撮像する第２の撮像素子とを備えることを特徴とする。
請求項６の発明による撮像装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の測距装置と、第１の像の撮像データおよび第２の像の撮像データの少なくとも一方を用いて撮影画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６に記載の撮像装置において、第１および第２の偏光素子を光学系の光路に対して進退可能に移動する移動手段を備え、第１および第２の偏光素子を光学系の光路から退避した位置に移動させた状態において撮像された第１および第２の像の撮像データに基づいて、撮影画像を生成することを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載の撮像装置において、撮像された第１および第２の像の撮像データを加算して撮影画像を生成することを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項６に記載の撮像装置において、第１および第２の像の相対的な像ズレに基づいて、第１および第２の像の撮像データの互いに対応する撮像データどうしを加算することにより、撮影画像を生成することを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項６〜９のいずれか一項に記載の撮像装置において、第１の像の撮像データに基づく第１表示画像と、第２の像の撮像データに基づく第２表示画像とをそれぞれ表示する表示装置を備えたことを特徴とする。
請求項１１の発明による撮像装置は、請求項５に記載の測距装置と、光学系の焦点距離に応じて、第１および第２の撮像素子のいずれか一方の撮像データを用いて撮影画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撮影画面のほぼ全領域についての焦点検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、本発明による測距装置の第１の実施の形態を示す図であり、測距装置の基本構成を示す図である。測距装置は、対物光学系１、偏光分離素子２、第１の撮像素子３、第２の撮像素子４、画像処理回路５、ＡＦ制御回路６、ＡＦ駆動機構７および画像メモリ８を備えている。なお、本実施の形態の測距装置は、撮像素子３，４の画像データに基づいて、撮影用の画像を生成することもできる。
【０００９】
対物光学系１は、瞳位置近傍に配置された偏光素子１１が設けられている。偏光素子１１は光軸を中心に２つの領域１１ａ，１１ｂに分かれており、領域１１ａの偏光軸と領域１１ｂの偏光軸とは互いに直交している。偏光素子１１は瞳位置近傍に配置されているので、瞳領域は領域１１ａ，１１ｂに対応する２つの部分瞳領域に分割されることになる。
【００１０】
対物光学系１に入射した光束は偏光素子１１によって互いに直交する２つの偏光光束に変換される。領域１１ａから出射される偏光光は、偏光素子１１と撮像素子３との間に配設された偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）２の偏光分離面を透過して撮像素子３上に結像される。一方、領域１１ｂから出射される偏光光は偏光分離素子２の偏光分離面で反射され、偏光分離素子２の下方に配置された撮像素子４上に結像される。撮像素子４は撮像素子３と光学的に等価な位置に配置されており、撮像素子３にピントの合った像が結像されると、撮像素子４にもピントの合った像が結像される。撮像素子３，４には、受光素子が２次元状に配列されたエリアセンサが用いられる。
【００１１】
撮像素子３および撮像素子４の出力はそれぞれ画像処理回路５に送られ、そこでＡ／Ｄ変換、色処理等の画像処理が施される。さらに、画像処理回路５では、撮像素子３および撮像素子４の出力から得られた画像データに基づいて、焦点検出に関する演算を行う。ＡＦ制御回路６は、画像処理回路５で算出された焦点検出演算値に基づいてＡＦ駆動機構７を駆動制御し、対物光学系１の焦点調節を行う。また、画像処理回路５で得られた画像データは、画像メモリ８に記録される。
【００１２】
図２は、本実施の形態における焦点検出方式の原理を説明する図である。２０は物体面、２１は撮像素子３，４の撮像面を表している。なお、図１では対物光学系１に複数の対物レンズを示しているが、図２では一つの対物レンズ１２で代表して示した。上述したように撮像素子３，４の各撮像面は光学的に等価な面を構成しているので、図２では同一の撮像面２１で表している。
【００１３】
物体面２０から発した光束２２ａ，２２ｂは対物光学系１の対物レンズ１２によって結像される。対物レンズ１２を介して偏光素子１１の領域１１ａに光束２２ａが入射すると、領域１１ａを透過する偏光成分のみが領域１１ａから出射され、撮像素子３の撮像面２１の近傍に結像する。一方、対物レンズ１２を介して偏光素子１１の領域１１ｂに光束２２ｂが入射すると、領域１１ｂを透過する偏光成分のみが領域１１ｂから出射され、撮像素子４の撮像面２１の近傍に結像する。
【００１４】
図２（ａ）は合焦状態を示したものであり、光束２２ａによる像も光束２２ｂによる像も撮像面２１上に結像し、撮像面２１の同一位置に投影される。すなわち、撮像素子３の撮像画像と撮像素子４の撮像画像とを重ねると、結像位置が一致している。図２（ｂ）は前側にデフォーカスした状態を示したものである。結像位置は撮像面２１よりも後方にあるため、撮像面２１上の像はボケており、光束２２ａ，２２ｂによる像の位置にズレＣが生じている。光束２２ａによる像２３ａは光軸に対して図示上側に像ズレしており、光束２２ｂによる像２３ｂは光軸に対して下側に像ズレしている。逆に、図２（ｃ）に示す後側にデフォーカスした状態では、光束２２ａによる像２３ａは光軸に対して下側に像ズレしており、光束２２ｂによる像２３ｂは光軸に対して上側に像ズレしている。
【００１５】
このように、領域１１ａ，１１ｂからの偏光成分を偏光分離素子２で分離して、独立した二つの撮像素子３，４に結像することにより各偏光成分の画像を取得し、その２つの画像の中の像の位相差を比較することで、通常の位相差ＡＦと同様にしてデフォーカス量を算出することができる。なお、像ズレＣがより明瞭に検出できるように、図２（ｄ）に示すような瞳の透過領域を制限する瞳マスク２４を挿入するようにしても良い。一対の透過部を有する瞳マスク２４の挿入によって光軸近傍の光が遮光され、Ｆ値の大きい光束のみが使用されるため視差が大きくなり、光束が細く絞られるためデフォーカスによる像２３ａ，２３ｂのボケが小さくなる。その結果、像ズレＣがより明瞭に検出できるようになる。
【００１６】
図２の（ａ）〜（ｃ）は、物体面２０の一点に関して、撮影距離の違いに応じて像２３ａ，２３ｂの像ズレ状態が異なることを示したものである。一方、撮像素子３，４により撮像された画像の全画面領域を比較した場合、被写体領域が異なると撮影距離も異なっているので、被写体領域毎に像ズレ状態が異なっている。そのため、それぞれの像ズレを検出してデフォーカス量を算出すれば、１回の撮像により全画面領域に関する測距データを取得することができる。
【００１７】
例えば、画面内に撮影距離の異なる被写体が２つだけあった場合について考える。図３（ａ）は撮像素子３で撮像された画像Ａの撮像信号を模式的に示したものであり、横軸は撮像面２１上における受光素子の位置を表しており、縦軸は受光素子から出力される撮像信号のレベルを示す。画像Ａには、それぞれの被写体に対応して信号３０Ａと信号３１Ａが現れている。
【００１８】
図３（ｂ）は、撮像素子３の画像Ａに撮像素子４の画像を重ね合わせたものであり、実線が画像Ａの撮像信号分布を示し、破線が画像Ｂの撮像信号分布を示している。なお、図３（ａ）はノイズ成分等が現れていない理想的な信号を示しており、実際にはシャッタ速度の低下や感度アップなどによるノイズ増大等の影響が図３（ｂ）に示すように含まれている。信号３０Ｂと信号３０Ａは同一被写体に対応する信号であり、信号３１Ａと信号３１Ｂは他の同一被写体に対応する信号である。図２の像２３ａ，２３ｂとの対応では、信号３０Ａ，３１Ａは像２３ａに対応し、信号３０Ｂ，３１Ｂは像２３ｂに対応する。
【００１９】
図３（ｂ）の信号３０Ｂは信号３０Ａに対してｘ１だけ像ズレしているが、この像ズレ量は、位相差ＡＦにおける像ズレ量算の場合と同様の方法で求めることができる。例えば、信号３０Ａ，３０Ｂを含む部分領域の画像に関して、画像Ｂの信号を受光素子一つ分ずつずらしたものと画像Ａの信号との差分の絶対値をとって、その差分が極小をとるときのずらし量を像ズレ量ｘ１とする。
【００２０】
図３（ｃ）のように画像Ｂのずらし量がｘ１となったときに信号３０Ａと信号３０Ｂとが打ち消し合い、差分の絶対値が極小となる。図３（ｄ）は信号３１Ａ，３１Ｂに対応する像に関して同様の処理を行った場合を示しており、画像Ｂのずらし量がｘ２となったときに信号３１Ａと信号３１Ｂとが打ち消し合い、差分の絶対値が極小となる。このような処理を全画面領域に関して行うことにより、全画面領域の各被写体に対する距離情報が得られることになる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、光束を偏光素子２で分離するため、一つの撮像素子に入射する光が半分となり、上述したシャッタ速度の低下や感度アップなどによるノイズ増大等の影響がでてくる。そこで、撮像素子３，４の画像データから撮影用の画像を生成する場合には、次のように２つの撮像素子３，４の出力を加算することで、感度アップとノイズの低減を図ることができる。この場合、図４（ａ）のように差分の絶対値が極小となった領域の撮像信号を加算（平均）し、図４（ｂ）のようにこれを新たに像（信号３０，３１）として出力する。像ズレ量は領域によって異なるが、全ての領域についてこの処理を行う。この加算処理により感度アップとノイズの低減が可能となり、偏光分離を行わない従来の光学系での撮影とほぼ同一条件となる。
【００２２】
図５は偏光素子１１の分割形態を示す図である。図５（ａ）は図１に示したものであって、光軸を中心に左右対称に分割したものである。この場合、像ズレは左右方向にしか生じないため、横縞パターンしかない被写体に関しては像ズレが検出できない。もちろん、上下対称に分割すると、今度は縦縞パターンしかない被写体の検出が不可能となる。そこで、図５（ｂ）に示すように分割線を斜め４５にすると、像ズレ方向も斜め４５度方向（右上及び左下方向）となるため、縦縞、横縞パターンの両方とも像ズレ量を検出することができ、焦点検出が苦手な被写体の低減を図ることができる
【００２３】
図６は、図２に示した瞳マスク２４を説明する図である。瞳マスク２４は遮光部２４０と透過部２４１とを備えており、対物光学系１のＦ値によって最適に選択される必要がある。ここでは、図６（ａ）に示すように、Ｆ値に応じて３種類の瞳マスク２４ａ〜２４ｃを選択して用いている。Ｆ値が小さい（明るい）場合は、瞳マスク２４ａのように光軸から最も離れた瞳領域を使用することで、測距精度の維持を図る。
【００２４】
Ｆ値が大きく（暗く）なるに従って周辺部から光束が制限されるので、瞳マスクを２４ａ→２４ｂ→２４ｃのように切り換えて、透過部２４１を順に光軸に近づけるようにする。これらは開放Ｆ値に合わせて選択し、焦点距離によってＦ値が変わる場合、焦点距離によって切り替えることにより、常時最適の検出が可能となる。図６（ｂ）は瞳マスク２４ａ〜２４ｃの配置例を示す図であり、光軸を中心に回転可能な円板２４２に瞳マスク２４ａ〜２４ｃが固定されている。太線で示した円２４３は対物光学系１の光路部を示しており、円板２４２を回転して、瞳マスク２４ａ〜２４ｃから所望のものを光路部２４３に位置決めする。すなわち円板２４２を回転することで、瞳マスクの切り替えを容易に行うことができる。
【００２５】
図７は、瞳マスクとシャッタとを一体化した例を示す。光軸を中心に回転可能に設けられた円板２４２には、瞳マスク２４、遮光部２４２ａおよび透過部２４２ｂが設けられている。透過部２４２ｂの大きさは、対物光学系１の光路部２４３の大きさと略同一に設定されている。円板２４２を回転することによって、測距状態、遮光状態および露光状態を切り替える。
【００２６】
図１に示した構成では、被写体の光を偏光素子１１で分離するため、各撮像素子３，４に入射する光量は、対物光学系１に入射する光の半分になり、上述したようにシャッタ速度の低下や感度アップなどによるノイズ増大等の影響がでてくる。また、偏光成分の光を撮像しているため、被写体によっては好ましくない偏光効果が出てしまう場合もある。
【００２７】
そこで、図７に示す構成の場合には、図１のように光路部２４３中に偏光素子１１を配置したままにせず、偏光素子１１が瞳マスク２４と一体に回転するように構成されている。例えば、瞳マスク２４の透過部２４１に偏光素子１１を設けるようにするとともに、露光時には偏光分離素子２を光路外へと待避させる。その結果、露光時には無偏光状態の光束が撮像素子３にのみ入射することになる。
【００２８】
先ず、測距時には、図７（ａ）に示すように円板２４２を回転して、光路部２４３に瞳マスク２４を位置決めする。次に、図７（ｂ）のように遮光部２４２ａを光路部２４３に位置決めしてシャッタ閉状態とし、撮像素子３，４をリセットする。露光時には、図７（ｃ）のように透過部２４２ｂを光路部２４３に位置決めする。次いで、図７（ｄ）のように遮光部２４２ａを光路部２４３上に位置決めしてシャッタ閉状態とし、撮像素子の読み出しを行う。
【００２９】
なお、図７に示す例では、円板２４２を回転することで、瞳マスク２４、遮光部２４２ａおよび透過部２４２ｂの切り替えを行ったが、図８に示すようにスライド動作させて切り替えるようにしても良い。図８において、対物光学系１の瞳位置近傍にはスライド機構８０が配設されている。スライド機構８０の透過部８０ａが設けられており、透過部８０ａは、この透過部８０ａが光路部に位置決めされるように配置されている。
【００３０】
スライド機構８０には、遮光シャッタ８００と図１に示した偏光素子１１とが、光軸と直交する方向にスライドできるように設けられている。また、偏光分離素子２としては、図１に示す立方体形状の偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）２に代えて、板状のものが設けられている。この偏光分離素子２は、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、撮像素子３に入射する光束の光路外に退避できるように構成されている。
【００３１】
図８（ａ）は測距時の状態を示したものであり、スライド機構８０の透過部８０ａには偏光素子１１が位置決めされている。そのため、偏光素子１１の領域１１ａを透過した偏光成分は、偏光分離素子２を透過して撮像素子３に入射する。一方、偏光素子１１の領域１１ｂを透過した他の偏光成分は、偏光分離素子２で反射されて他方の撮像素子４に入射する。そして、撮像素子３，４の画像データに基づいて、全画面領域の距離情報（測距データ）を算出する。
【００３２】
図８（ｂ）では、撮影を指令するレリーズ信号に応じて、偏光素子１１を透過部８０ａから退避させるとともに遮光シャッタ８００を透過部８０ａにスライド移動する。その結果、被写体光束は遮光シャッタ８００により遮光され、シャッタ閉状態となる。同時に偏光分離素子２も退避位置へ移動させ、このシャッタ閉状態で撮像素子３の蓄積電荷をリセットして露光の準備をする。
【００３３】
図８（ｃ）は露光時の状態を示したものである。撮像素子リセット完了後、遮光シャッタ８００を開放し透過部８０ａから光路外（図示下方）へスライド移動させ、露光する。透過部８０ａは開放状態になっているので、偏光成分ではなく全光束が撮像素子３に入射し、撮像素子３のみにおいて撮像が行われる。その結果、偏光効果等のない通常の画像が得られる。なお、偏光分離素子２は図８（ｂ）と同様の位置に退避状態となっている。
【００３４】
露光完了後は、上述した図８（ａ）〜（ｃ）の手順を逆にたどる。すなわち、遮光シャッタ８００を透過部８０ａに移動し、偏光分離素子２を撮像素子３の光路上に挿入するのと並行して、撮像素子３，４の電荷を読み出し、リセットする。その後、遮光シャッタ８００を透過部８０ａから退避させるとともに偏光素子１１を透過部８０ａに移動して測距可能状態とする。
【００３５】
なお、上述した例では、撮像素子３のみを撮像させて画像を得るようにしているので偏光分離素子２を図８（ｂ）、（ｃ）のように退避させたが、撮像素子３，４の両方の画像データを用いて撮影画像を生成する場合には、退避させなくても良い。すなわち、図８（ｃ）のように透過部８０ａが全光束を透過する状態であれば像ズレは生じていないので、撮像素子３，４で撮像された偏光成分による各画像を単純に加算させることで、偏光効果と光量低下の影響を相殺することができる。
【００３６】
ところで、撮像素子３，４の周辺部においては、像ズレが生じた場合に、像が撮像素子３，４の撮像領域からはみ出してしまう場合がある。そのような場合、像ズレ検出による測距が困難になる。図９（ａ），（ｂ）は撮像素子からの像のはみ出しを説明する図であり、図９（ｃ）はそれを解消するための対策例を示す図である。
【００３７】
図９（ａ）において、像２３ａは撮像素子３上に結像され、像２３ｂは撮像素子４上に結像される。しかしながら、像２３ａの中心位置は撮像素子３の撮像範囲外にはみ出し量Ｅだけはみ出している。なお、像ズレの方向は、図２（ｂ）、（ｃ）に示したように前側デフォーカスか後側デフォーカスかによって逆になり、図９（ａ）、（ｂ）では後側デフォーカスの場合を示している。また、偏光素子１１の構成は図１に示すものを用いているので、像２３ａは右側に像ズレし、像２３ｂは左側に像ズレする。
【００３８】
一般的に、左右端付近の被写体は中央の被写体よりも遠景となる場合が多いので、ここでは、図９（ａ）、（ｂ）に示すように像２３ａ，２３ｂが像ズレする。図９（ｂ）は撮像素子３，４の左端に投影される像２３ａ，２３ｂを示したものであり、撮像素子３，４の位置は同一位置となっている。像２３ｂの一部が撮像素子４から左側にはみ出しているので、この左端の領域では測距が困難となる。
【００３９】
そこで、図９（ｃ）に示すように、撮像素子３に対して撮像素子４のサイズを大きく設定して、像２３ｂも撮像できるようにする。このような構成とすると、小さい方の撮像素子３の撮像範囲については全領域で距離情報を取得できる。そして、撮影画像の撮像は小さい方の撮像素子３で行うようにする。また、撮像素子３，４の両方の撮像データに基づいて撮影画像を生成する場合は、小さい方の撮像素子３の撮像範囲が撮影画像の範囲となる。このような構成とすることにより、小さい方の撮像素子３で撮像する範囲については全画面の距離情報を取得でき、大きな撮像素子を２つ使って余裕しろの大きな撮像を行う場合に比べて無駄がない。
【００４０】
望遠レンズでは、デフォーカス量が大きくなるとともに被写体を画面一杯に捉える可能性が高くなることから、像ズレによるはみ出しが生じやすくなる。また、画角を狭め、より望遠効果を高めるためには、撮像サイズは小さい方が良い。そのため、焦点距離が長くなった場合、測距は２つの撮像素子３，４で行い、小さい方の撮像素子３を主に撮影を行う。
【００４１】
一方、広角レンズでは像ズレ量が少なく、画面隅まで被写体で占められる可能性も低く、はみ出しの可能性は低い。また、画角を広くとったり撮影画素数を増やしたりするには、撮像サイズを大きくとる方が良い。そのため、焦点距離が短くなった場合、測距は２つの撮像素子３，４で行い、大きい方の撮像索子４を主に撮影を行う。
【００４２】
−第２の実施の形態−
図１０は本発明の第２の実施の形態を示す図である。本実施の形態では、再結像位相差ＡＦに第１の実施の形態で示した測距装置を適用した。従来の再結像式位相差測距装置では、固定の瞳マスクによって光束を分離し、像ズレを得るようにしている。しかし、瞳マスクが固定のため、マスク透過光のＦ値以上のレンズでは測距ができなくなる。
【００４３】
図１０（ａ）は第２の実施の形態における測距装置の基本構成を示す図であり、再結像光学系内の、対物レンズ１００の瞳位置と光学的に等価（共役）な面に偏光素子１１と瞳マスク２４とを配置した。図１０（ａ）では、再結像レンズ１００ａ，１００ｂの間に、偏光素子１１と、図６（ｂ）に示した３つの瞳マスク２４ａ〜２３ｃを備えた円板２４２とが配置されている。この場合、対物レンズ１００の瞳位置に偏光素子１１を挿入したのと同等の瞳分割効果を得る。
【００４４】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す測距装置を一眼レフデジタルカメラに内蔵した場合を示す。対物レンズ１００からの被写体光束はメインミラー１２０の背後に設けられたサブミラー１２１によりカメラボディの下方に反射され、瞳マスク２４、偏光素子１１の順に通過する。偏光素子１１を出射した光束はミラー１２３により９０度折り曲げられ、再結像レンズ１００ｂを通った後に偏光分離素子２に入射する。偏光分離素子２で分離された偏光成分は、それぞれ撮像素子３，４に入射する。撮像は専用の撮像素子１２２により行われる。
【００４５】
円板２４２を回転することで、瞳マスク２４ａ〜２４ｃを簡単に切り替えることができ、対物レンズ１００のＦ値に合わせた測距が可能となる。また、再結像する領域全体を測距範囲とすることができるため、ラインセンサを用いた位相差ＡＦのように測距エリアの配置制約が生じない。
【００４６】
−第３の実施の形態−
図１１は第３の実施の形態を示す図であり、撮像素子３，４で撮像された画像をそれぞれ表示素子３００ａ、３００ｂに表示するような構成とした。観察者は、一方の接眼レンズ３０１ａを介して表示素子３００ａの画像を右眼で観察し、他方の接眼レンズ３０１ｂを介して表示素子３００ｂの画像を左眼で観察することにより、単眼の光学系で立体像を観察することができる。第１の実施の形態と同様に、撮像素子３，４の撮像データに基づく測距動作によってオートフォーカスとすることも可能である。
【００４７】
さらに、全画面について距離情報が得られているので、ある被写体にピントを合わせたい場合、他の領域をぼかすような処理を施して再生表示することにより、距離感を強調したり変えたりすることもできる。また、瞳マスクや偏光フィルタを切り替え可能な構成とすることにより、立体感の調整や、立体感（左右視差）のない単純な両眼観察も可能となる。例えば、瞳マスクのＦ値を変えることで立体感の調節を行い、偏光素子１１を光路外に退避させることで立体感を消失させる。
【００４８】
図１２は、図１１に示す基本構成を双眼観察装置として応用した場合の構成を示す図である。図１２において（ａ）は装置の平面図を示し、（ｂ）は接眼レンズ方向から見た図である。ここでは、一つの表示素子３００の表示領域を２分割して、それぞれの領域に撮像素子３，４の画像を表示するようにしている。表示素子３００から出射された右眼用画像の光束は分割ミラー３３０により図示右方向に反射された後に、屈曲ミラー３３２ａにより接眼レンズ３０１ａ方向に反射される。一方、表示素子３００から出射された左眼用画像の光束は分割ミラー３３０により図示左方向に反射された後に、屈曲ミラー３３２ｂにより接眼レンズ３０１ｂ方向に反射される。通常のデジタルカメラ同様に、保存ボタン３２０の操作により画像メモリ３１０にデータを保存可能としておくことで、立体画像の保存と再生も可能である。
【００４９】
図１３は上述した第３の実施の形態の変形例を示す図であり、図１２の双眼観察装置において、対物光学系１の外部（前側）で瞳偏光分割を行う構成としたものである。筐体４００には、所定の間隔で左右の瞳となる開口がそれぞれ設けられ、各開口には偏光素子４１１ａ，４１１ｂが設けられている。偏光素子４１１ａは、図１に示した偏光素子１１の領域１１ａを構成するものと同一の偏光素子が用いられ、偏光素子４１１ｂには偏光素子１１の領域１１ｂを構成するものと同一の偏光素子が用いられている。すなわち、偏光素子４１１ａ，４１１ｂは、偏光軸が互いに直交している。
【００５０】
左右開口から入射した光は、複数のミラーＭ１〜Ｍ３により光路が屈曲され、ハーフミラーＭ４により同一光軸に合成される。これを撮像面近傍の偏光分離素子２で分離し、２つの撮像素子３，４にそれぞれ入射させる。なお、ここでは、左右開口に偏光素子４１１ａ，４１１ｂを設けたが、ハーフミラーＭ４を偏光分離素子に置き換えることで、偏光素子を使用せず、かつ、ハーフミラーによる光量減衰を回避することができる。
【００５１】
このような形態は、画角の広い対物光学系では左右光路が干渉してしまい実現は難しいが、画角が十分に狭く、入射光束が平行に近いような対物光学系であれば、干渉を回避して構成することが可能である。瞳を制約する開口を対物光学系の外部に設けることで、対物光学系の仕様とは関係なく左右瞳の距離（基線長）をとることができる、小型の光学系でも視差の大きい、すなわち立体感の強い撮像をすることが可能となる。
【００５２】
以上説明したように、上述した実施の形態によれば、シングルレンズおよびワンショットで撮影と同時に全画面領域における距離情報を取得することができる。
すなわち、撮像面で受光した像によって位相差ＡＦを行うため、画面内に測距不可能な領域がなく全画面位相差ＡＦが可能で、また、ＡＦエリア数も撮像素子の画素数単位で任意に設定することができる。
また、従来の測距センサと撮像センサとを同一の撮像素子で構成しているので、原理的に検出限界と撮像の要求精度とが一致し、高精度な測距を行うことができる。さらに、撮像用の対物光学系が測距光学系を兼ねているので、従来のように対物光学系と測距光学系とのマッチング不十分による測距不能や精度不足といった問題が生じない。
また、複数のレンズを用いることなく立体撮像が可能となり、従来の立体撮像装置と比べて大きさ及び重量の低減を図ることができるとともに、コスト低減も図れる。
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による測距装置の第１の実施の形態を示す図であり、測距装置の基本構成を示す。
【図２】焦点検出方式の原理を説明する図である。
【図３】測距データの取得を説明する図である。
【図４】画像合成を説明する図である。
【図５】瞳の領域分割を説明する図である。
【図６】瞳マスク２４を説明する図である
【図７】瞳マスクとシャッタとを一体化した例を示す。
【図８】スライド機構８０を説明する図である。
【図９】撮像素子からの像のはみ出しを説明する図である。
【図１０】第２の実施の形態を説明する図である。
【図１１】第３の実施の形態を示す図である。
【図１２】図１１に示す基本構成を双眼観察装置として応用した場合の構成を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１：対物光学系、２：偏光分離素子、３，４：撮像素子、５：画像処理回路、６：ＡＦ制御回路、７：ＡＦ駆動機構、８：画像メモリ、１１：偏光素子、１１ａ，１１ｂ：領域、２４，２４ａ〜２４ｃ：瞳マスク、８０：スライド機構、２４２：円板、２４２ａ：遮光部、２４２ｂ：透過部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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