(57)【要約】【課題】ミラーの位置検出に用いる受光素子による制約を受けずに、撮影画面内における焦点検出領域の配置と数を決定する。【解決手段】複数の第１マイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイと、複数の第１受光部を二次元状に配列して各マイクロレンズを透過した光を受光する受光部アレイと、結像光学系を透過し、ミラー１２で反射した光をマイクロレンズアレイを介して受光部アレイで受光した受光部の出力に基づいて結像光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段とを備えた焦点検出装置において、ミラー１２は指標１２１ａを備え、第１マイクロレンズとは異なる光学特性を有して指標１２１ａからの光を検出する一対の第２マイクロレンズ５２１Ａ、５２１Ｂと、一対の第２マイクロレンズ５２１Ａ、５２１Ｂをそれぞれ透過した光を受光する一対の第２受光部５３１Ａ、５３１Ｂとを備える。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１マイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイと、
複数の第１受光部を二次元状に配列して前記各マイクロレンズを透過した前記光を受光する受光部アレイと、
結像光学系を透過し、ミラーで反射した光を前記マイクロレンズアレイを介して前記受光部アレイで受光した前記受光部の出力に基づいて前記結像光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段とを備えた焦点検出装置において、
前記ミラーは指標を備え、
前記第１マイクロレンズとは異なる光学特性を有して前記指標からの光を検出する一対の第２マイクロレンズと、
前記一対の第２マイクロレンズをそれぞれ透過した光を受光する一対の第２受光部とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記一対の第２マイクロレンズを前記マイクロレンズアレイに配置した前記複数の第１マイクロレンズの間に配置するとともに、前記一対の第２受光部を前記受光部アレイに配置した前記複数の第１受光部の間に配置することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記指標を前記ミラーの前記マイクロレンズアレイ側の端面に設けたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記第２マイクロレンズと当該第２マイクロレンズに対応する前記第２受光部との偏位量は、前記第１マイクロレンズと当該第１マイクロレンズに対応する前記複数の第１受光部との偏位量よりも大きいことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記第２マイクロレンズの焦点距離は、前記第１マイクロレンズの焦点距離よりも長いことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記第２受光部と、前記ミラーの前記指標が設けられている端面とが、前記第２マイクロレンズに関して共役になっていることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
一対の前記第２受光部の出力に基づいて前記第１受光部の出力を補正することにより、前記焦点調節状態を補正する補正手段を備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備える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】
本発明は焦点検出装置と撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影レンズを透過した光束を反射して焦点検出装置へ導くミラーを備えた自動焦点調節（ＡＦ）一眼レフレックスカメラにおいて、ミラーにマークを付し、このマークの位置を焦点検出装置の受光素子の出力信号に基づいて検出することにより、経年変化による合焦位置のずれを補正するようにしたカメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開２００２−０９８８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のカメラでは、ミラーの位置検出に用いる受光素子により撮影画面内における焦点検出領域の配置と数が制約を受けるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）  請求項１の発明は、複数の第１マイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイと、複数の第１受光部を二次元状に配列して各マイクロレンズを透過した光を受光する受光部アレイと、結像光学系を透過し、ミラーで反射した光をマイクロレンズアレイを介して受光部アレイで受光した受光部の出力に基づいて結像光学系の焦点調節状態を演算する焦点検出演算手段とを備えた焦点検出装置において、ミラーは指標を備え、第１マイクロレンズとは異なる光学特性を有して指標からの光を検出する一対の第２マイクロレンズと、一対の第２マイクロレンズをそれぞれ透過した光を受光する一対の第２受光部とを備える。
（２）  請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、一対の第２マイクロレンズをマイクロレンズアレイに配置した複数の第１マイクロレンズの間に配置するとともに、一対の第２受光部を受光部アレイに配置した複数の第１受光部の間に配置する。
（３）  請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、指標をミラーのマイクロレンズアレイ側の端面に設けたものである。
（４）  請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、第２マイクロレンズと当該第２マイクロレンズに対応する第２受光部との偏位量は、第１マイクロレンズと当該第１マイクロレンズに対応する複数の第１受光部との偏位量よりも大きい。
（５）  請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、第２マイクロレンズの焦点距離は、第１マイクロレンズの焦点距離よりも長い。
（６）  請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、第２受光部と、ミラーの前記指標が設けられている端面とが、第２マイクロレンズに関して共役になっている。
（７）  請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、一対の第２受光部の出力に基づいて第１受光部の出力を補正することにより、焦点調節状態を補正する補正手段を備える。
（８）  請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備える撮像装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ミラーの位置検出に用いる受光素子による制約を受けずに、撮影画面内における焦点検出領域の配置と数を決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の焦点検出装置および撮像装置を、撮影レンズを透過した光束をファインダー光学系へ導く半透過部を有するメインミラーと、メインミラーの半透過部を透過した光束を焦点検出装置へ導くサブミラーとを備え、非撮影時はメインミラーとサブミラーを撮影光路内に設定して焦点検出とファインダー観察を可能にし、撮影時にはメインミラーとサブミラーを撮影光路から退避させて撮像素子への露光を可能にした自動焦点調節（ＡＦ）一眼レフレックス・デジタルスチルカメラに適用した一実施の形態を説明する。
【０００８】
図１は一実施の形態の撮像装置の構成を示す断面図である。なお、図１では本願発明の焦点検出装置および撮像装置に係わる機器および装置以外の機器および装置については図示と説明を省略する。一実施の形態のカメラは、カメラボディ１にレンズ鏡筒２が着脱可能に装着され、レンズ鏡筒２は各種の交換レンズを内蔵したレンズ鏡筒に交換可能である。
【０００９】
カメラボディ１は、メインミラー１１、サブミラー１２、フィルター１３、シャッター１４、撮像素子１５、焦点検出装置１６、ペンタダハプリズム１７、接眼レンズ１８、電気接点１９、ボディ駆動制御装置２０などを備えている。フィルター１３は、光学的ローパスフィルターと赤外線カットフィルターを合わせたものである。撮像素子１５はＣＣＤやＣＭＯＳなどから構成され、撮影レンズ２１により結像された被写体像を電気信号に変換して出力する。焦点検出装置１６は、撮影レンズ２１の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を検出する。ボディ駆動制御装置２０は不図示のマイクロコンピューター、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバーターなどから構成され、カメラの各種演算、シーケンス制御、撮像素子の駆動制御などを行う。
【００１０】
一方、レンズ鏡筒２は、撮影レンズ２１（レンズ２１ａ〜２１ｅ）、絞り２２、レンズ駆動制御装置２３などを備えている。レンズ駆動制御装置２３は不図示のマイクロコンピューター、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レンズ駆動用アクチュエーター、絞り駆動用アクチュエーターなどから構成され、撮影レンズ２１の焦点調節や絞り２２の開口調節などを行う。なお、カメラボディ１のボディ駆動制御装置２０とレンズ鏡筒２のレンズ駆動制御装置２３は、交換レンズ２のマウント部に設けられた電気接点１９を介して電気的に接続されており、各種情報の授受を行う。
【００１１】
非撮影時には、図１に実線で示すように、メインミラー１１とサブミラー１２が撮影光路中に置かれ、撮影レンズ２１を透過した被写体光の一部はメインミラー１１、ペンタダハプリズム１７、接眼レンズ１８を介して撮影者の目へ導かれ、撮影者に被写体像が視認される。また、被写体光の残りの一部はメインミラー１１、サブミラー１２を介して焦点検出装置１６へ導かれ、焦点検出装置１６により撮影レンズ２１の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量が検出される。
【００１２】
撮影時には、図１に破線で示すように、メインミラー１１とサブミラー１２が撮影光路中から待避し、撮像素子１４による被写体像の撮影が行われる。撮像素子１４から出力された被写体像信号は不図示の画像処理装置により処理され、被写体像が不図示のメモリカードなどの記録装置に記録される。
【００１３】
図２は、一実施の形態の撮像装置に組み込まれている焦点検出光学系の構成を示す。撮影レンズ２１は、撮像素子１５（図１参照）の受光面１５ａに被写体像を結像する。撮影レンズ２１を透過した被写体からの光束（焦点検出用光束）はサブミラー１２（図１参照）の反射面１２ａで反射され、撮像素子受光面１５ａと共役な予定焦点面１６ａへ導かれ、予定焦点面１６ａにおいて被写体像が結像される。なお、この予定焦点面１６ａにおいて被写体像のピントが合うように、撮影レンズ２１の焦点調節が行われる。
【００１４】
焦点検出装置１６は、マイクロレンズアレイ５２と受光部アレイ５３がカバーガラス５４で蓋をしたパッケージ５５の中に封入されている。
【００１５】
なお、サブミラー１２の下端（図１のＡ部）には予定焦点面１６ａと平行な面（以下、サブミラー端面という）１２ｂが形成されており、このサブミラー端面１２ｂにはサブミラー１２の撮影光路中における静止位置の経年変化を検出するための指標が描かれている。この指標については詳細を後述する。
【００１６】
また、像高の高い部分の焦点検出用光束を用いて焦点検出を行う場合には、光路中、具体的には予定焦点面１６ａの近傍から後述するマイクロレンズアレイ５２の間にフィールドレンズ５１を挿入し、像高の高い部分の光線を光軸方向から曲げるようにしてもよい。以下では、フィールドレンズ５１を無視して説明する。
【００１７】
図３はマイクロレンズアレイ５２と受光部アレイ５３の正面図であり、図２のＺ方向から見た図である。図３では、マイクロレンズアレイ５２とその背後に配置される受光部アレイ５３を重ねて描画するとともに、マイクロレンズ表面に設けられる遮光マスクの図示を省略している。受光部アレイ５３はマイクロレンズアレイ５２の背後のごく近傍に配置され、複数の受光部が配列されている。なお、この明細書ではマイクロレンズごとに複数の受光部を対応づけて配列する例を示すが、各マイクロレンズと無関係に複数の受光部を二次元状に配列してもよい。
【００１８】
図３に示すように、この一実施の形態では、撮影レンズ２１の焦点調節状態を検出するためのマイクロレンズと各マイクロレンズに対応する複数の受光部が、撮影画面の左右方向中央に５領域、中央上下に２領域、四隅のにそれぞれ２領域ずつ、合計１５領域に対応して配置されている。上下左右の中央領域では、マイクロレンズごとの受光部列が撮影画面の上下方向と左右方向に配列されている。一方、四隅の領域では、マイクロレンズごとの受光部列が撮影画面のメリディオナル方向とサジタル方向に配列されている。
【００１９】
一方、撮影画面の上部左右に上述したサブミラー１２の静止位置検出用の一対のマイクロレンズ５２１Ａ、５２１Ｂと、それぞれのマイクロレンズ５２１Ａ、５２１Ｂに対応する受光部列５３１Ａ、５３１Ｂが配置されている。これらの一対のマイクロレンズ５２１Ａ、５２１Ｂと一対の受光部列５３１Ａ、５３１Ｂは、サブミラー端面１２ｂ（図２参照）に描かれた指標、すなわちサブミラー１２の撮影光路中における静止位置の経年変化を検出するための指標からの光を受光し、サブミラー位置に応じた信号を出力する。
【００２０】
サブミラー位置検出用のマイクロレンズ５２１Ａ、５２１Ｂは他のマイクロレンズと同時に基板上に加工される。また、サブミラー検出用の受光部列５３１Ａ、５３１Ｂも他の受光部と同じ基板上に同時に加工される。これらのサブミラー検出用マイクロレンズ５２１Ａ、５２１Ｂと受光部列５３１Ａ、５３１Ｂを、マイクロレンズアレイ５２と受光部アレイ５３に付加するための製造工数の増加はほとんどない。
【００２１】
なお、これらのサブミラー位置検出用のマイクロレンズ５２１Ａ、５２１Ｂおよび受光部列５３１Ａ、５３１Ｂは、撮影レンズ２１の焦点検出に支障がないように、上述した１５領域に展開される通常の焦点検出用のマイクロレンズと受光部列の隙間に配置されている。
【００２２】
図４(ａ)は、図３に示す撮影画面右上隅の２つの領域のマイクロレンズおよび受光部列を示す。図３では図示を省略したが、図４(ａ)に示すように、マイクロレンズアレイ５２の表面にはマイクロレンズ以外の部分を覆うように遮光マスク５６が設けられている。図４(ｂ)は、(ａ)図のＡ〜Ａ断面を示す。マイクロレンズアレイ５２の側面には遮光膜５２ａが塗装されている。また、マイクロレンズへの入射光のクロストークを防ぐために、各マイクロレンズの間の境界に沿って遮光隔壁５７が設けられている。これらは、ガラス製のマイクロレンズアレイ５２にエッチングあるいは機械加工で深溝を掘り、そこに遮光性樹脂を充填し硬化させて形成する。
【００２３】
図５は、一実施の形態の焦点検出装置１６による焦点検出方法を説明するための図である。なお、図５では遮光隔壁５７（図４(ｂ)参照）の図示を省略する。この一実施の形態では、１個のマイクロレンズとそのマイクロレンズに対応する受光部列の組を１個の画素と呼ぶ。図５では、各マイクロレンズごとに５個の受光部を有する画素が並んでいる。
【００２４】
マイクロレンズアレイ５２の各マイクロレンズによる受光部アレイ５３の各受光部の像は、マイクロレンズの頂点よりわずかに被写体側の受光部像結像面１６ｂに結び、この受光部像結像面１６ｂは図２に示すカメラの予定焦点面１６ａの近傍になるように構成されている。
【００２５】
この一実施の形態の焦点検出装置１６は、瞳分割型位相差検出方式による焦点検出装置である。すなわち、撮影レンズ２１の瞳面上の一対の領域を通過した一対の焦点検出用光束により形成される一対の被写体像の位置ズレ量に基づいて、撮影レンズ２１のデフォーカス量を検出する。具体的な焦点検出方法を以下に説明する。
【００２６】
第１の焦点検出方法は、隣接する画素、または一つおきなどの画素の受光部アレイで検出した一対の被写体像の位置ズレ量に基づいてデフォーカス量を検出する方法である。図５に示すＡ列とＢ列の受光部アレイ上に結像された一対の被写体像は、受光部像結像面１６ｂ上のＡ’、Ｂ’で示す「マイクロレンズによる受光部アレイの逆投影像」の位置に、撮像レンズ２１により結像される一対の被写体像に対応する。したがって、Ａ列とＢ列の受光部アレイの出力に基づいて、受光部像結像面１６ｂ上の撮影レンズ２１により結像された一対の被写体像の位置ズレ量を検出する。
【００２７】
第２の焦点検出方法は、連続して配置される画素の各受光部アレイの端からｎ番目どうしの受光部出力を繋げた波形が表す合成像と、（ｎ＋ｍ）番目どうしの受光部出力を繋げた波形が表す合成像との位置ズレ量に基づいてデフォーカス量を検出する方法である。図５に示すように、連続して配置される画素の各受光部アレイの端から２番目の受光部ｃの出力を繋げた信号列に対応する像と、端から４番目の受光部ｄの出力を繋げた信号列に対応する像は、受光部像結像面１６ｂ上のＣ’とＤ’で示す「マイクロレンズによる受光部アレイの逆投影像」の位置に撮影レンズ２１により結像される一対の被写体像に対応する。すなわち、受光部ｃを連ねた離散的受光部列Ｃと、受光部ｄを連ねた離散的受光部列Ｄの出力波形が表す合成像がそれぞれＣ’とＤ’の位置の被写体像に対応する。したがって、受光部列Ｃと受光部列Ｄの出力に基づいて、受光部像結像面１６ｂ上の撮影レンズ２１により結像された一対の被写体像の位置ズレ量を検出する。
【００２８】
なお、第２の焦点検出方法の変形例として、図６に示すように、連続して配置される画素の各受光部アレイの端から１番目と２番目の受光部出力を加算した信号列、すなわち、合成受光部ｃが連なる受光部列Ｃの出力波形と、端から４番目と５番目の受光部出力を加算した信号列、すなわち、合成受光部ｄが連なる受光部列Ｄの出力波形に基づいて、画素結像面１６ｂ上の撮影レンズ２１により結像された一対の被写体像の位置ズレ量を検出するようにしてもよい。つまり、隣接した複数の受光部の出力を合成して１個の受光部出力としてもよい。
【００２９】
図７は焦点検出装置１６の詳細な構成を示すブロック図である。受光部アレイ５３（図３参照）の出力はＡ／Ｄコンバーター５４によりデジタル信号に変換され、いったんメモリ５５に記憶される。マイクロコンピューター５６はソフトウエア形態により合成信号列作成部５６ａ、像ズレ演算部５６ｂおよびフォーカス量算出部５６ｃを備え、メモリ５５から受光部アレイ５３の出力データを読み出し、合成信号列作成部５６ａにより第１信号列{ａ(i)}＝ａ(1)，ａ(2)，ａ(3)，・・・と、第２信号列{ｂ(i)}＝ｂ(1)，ｂ(2)，ｂ(3)，・・・を作成する。
【００３０】
ここで、上述した第１の焦点検出方法の場合は、信号列{ａ(i)}、{ｂ(i)}は図５に示す隣接する画素Ａ、Ｂの各受光部アレイの受光部出力の並びである。また、上述した第２の焦点検出方法の場合は、信号列{ａ(i)}、{ｂ(i)}は図５に示す受光部列ＣとＤの出力の並びである。
【００３１】
こうして得られた第１信号列{ａ(i)}と第２信号列{ｂ(i)}に基づいて、公知の方法により像ズレ演算を行い、デフォーカス量を算出する。２つの信号列{ａ(i)}、{ｂ(i)}からデフォーカス量を算出する方法はよく知られており、まず第１信号列{ａ(i)}と第２信号列{ｂ(i)}（ｉ＝１，２，３，・・・）から対応する一対の像の相関量Ｃ(N)を求める。
Ｃ(N)＝Σ｜ａ(i)−ｂ(ｊ)｜  ・・・（１）
（１）式において、ｊ−ｉ＝Ｎであり、Ｎはシフト数である。また、Σはｉ＝ｐＬ〜ｑＬの総和演算を表す。 
【００３２】
（１）式により離散的に求められた相関量Ｃ(N)から次のようにしてシフト量を求める。ここで、相関量Ｃ(N)の中でシフト量Ｎ＝Ｎ０のときに極小値を与える相関量をＣ０とし、シフト量（Ｎ０−１）における相関量をＣｒ、シフト量（Ｎ０＋１）における相関量をＣｆとする。相関量Ｃｒ、Ｃ０、Ｃｆの並びから精密なシフト量Ｎａを求める。
ＤＬ＝０．５・（Ｃｒ−Ｃｆ）  ・・・（２），
Ｅ＝ＭＡＸ{Ｃｆ−Ｃ０、Ｃｒ−Ｃ０）  ・・・（３），
Ｎａ＝Ｎ０＋ＤＬ／Ｅ  ・・・（４）
次に、シフト量Ｎａに、焦点検出面の位置に応じた補正量（定数CONST）を加え、焦点検出面上での像ズレ量Δｎ＝Ｎａ＋CONSTを算出する。さらに、像ズレ量Δｎに検出開角に依存した定数Ｋｆを乗じ、デフォーカス量Ｄｆを算出する。
Ｄｆ＝Ｋｆ・Δｎ  ・・・（５）
【００３３】
図８は、マイクロレンズアレイ５２と受光部アレイ５３を図２のＺ方向から見た図である。図８では、マイクロレンズアレイ５２とその背後に配置される受光部アレイ５３を重ねて描画するとともに、マイクロレンズ表面に設けられる遮光マスク５６（図４参照）の図示を省略している。上述したように、この一実施の形態では撮影画面内の１５領域の各領域ごとにマイクロレンズと受光部列を配置し、撮影レンズ２１の焦点検出を行う。図９は、図８に示すマイクロレンズアレイ５２と受光部アレイ５３の右上隅の領域ＢとＣの部分を拡大して示す。
【００３４】
撮影画面の四隅の領域では、撮影画面のメリディオナル方向とサジタル方向において撮影レンズ２１の焦点検出を行う。例えば図８に示す領域Ｃでは、図９に示す線分Ｃｍ１、Ｃｍ２、・・上の画素列（マイクロレンズとそのマイクロレンズに対応する受光部列）の出力信号を用いて撮影画面のメリディオナル方向のコントラスト分布に応じた焦点検出を行うとともに、線分Ｃｓ１、Ｃｓ２、・・上の画素列の出力信号を用いて撮影画面のサジタル方向のコントラスト分布に応じた焦点検出を行う。
【００３５】
また、領域Ｂにおいても、線分Ｂｍ１、Ｂｍ２、・・上の画素列の出力信号を用いて撮影画面のメリディオナル方向のコントラスト分布に応じた焦点検出を行うとともに、線分Ｂｓ１、Ｂｓ２、・・上の画素列の出力信号を用いて撮影画面のサジタル方向のコントラスト分布に応じた焦点検出を行う。なお、撮影画面の左上隅、右下隅、左下隅の各２領域においても同様に、撮影画面のメリディオナル方向とサジタル方向の焦点検出を行う。
【００３６】
一方、図８に示すＡ、Ｄ領域など、撮影画面の左右方向の中央の５領域と中央上下の２領域においては、画面の左右上下方向の画素列を用いて撮影画面のメリディオナル方向とサジタル方向の焦点検出を行う。
【００３７】
このように、撮影画面のメリディオナル方向とサジタル方向の焦点検出を行うのは、前者は撮影レンズ２１の収差の補正が比較的容易に行え、後者は撮影レンズ２１の収差による誤差が少なく、撮影レンズ２１の瞳を通る一対の焦点検出用光束のケラレの影響が少ないことにある。
【００３８】
図１０は、図２のＺ矢印と反対の方向にサブミラー端面１２ｂ（図１のＡ部および図２参照）を見た図であり、サブミラー端面１２ｂに描かれた指標１２１を示す。上述したように、この指標１２１はサブミラー１２の撮影光路中における静止位置の経年変化を検出するための指標であり、黒地１２１ｂに白線１２１ａが塗装により描かれている。なお、この指標をサブミラー１２に直接設けずに、サブミラー１２と一体的に動くミラーホルダーなどに設けてもよい。
【００３９】
図１１は、図２のＹ矢印方向からサブミラー１２、マイクロレンズアレイ５２および受光部アレイ５３を見た図である。図１０に示す指標１２１の白線１２１ａに対して、マイクロレンズ５２１Ａと受光部列５３１Ａからなるサブミラー位置検出用画素と、マイクロレンズ５２１Ｂと受光部列５３１Ｂからなるサブミラー位置検出用画素とによって、上述した第１の焦点検出方法にしたがって図２のＺ矢印方向の焦点検出を行う。ただし、上述した第１の焦点検出方法で説明したＡ列とＢ列の受光部列の間隔に比べ、サブミラー位置検出用受光部列５３１Ａと５３１Ｂの間隔ははるかに広い。
【００４０】
通常の焦点検出で使用する隣接する対の受光部列をサブミラー位置検出用受光部列として用いると、受光部アレイ５３から指標１２１までの距離がながいため、デフォーカス量に対する受光部アレイ５３上の像ずれの比率が小さくなり、焦点検出精度が低くなる。そこで、この一実施の形態ではサブミラー位置検出用の一対の受光部列の間隔を広くすることによって、十分な焦点検出精度を確保する。
【００４１】
サブミラー位置検出用の一対の画素、つまりマイクロレンズ５２１Ａと受光部列５３１Ａからなる画素およびマイクロレンズ５２１Ｂと受光部列５３１Ｂからなる画素と、通常の焦点検出用画素との違いは、第１に、マイクロレンズの中心と該マイクロレンズに対応する受光部列の中心とのシフト量（偏位量）が、焦点検出用画素に比べてサブミラー位置検出用画素の方が大きいことである。焦点検出用画素では、通常、撮影画面の中心、すなわち撮影レンズの光軸と交わる点から遠ざかるにしたがって上記シフト量が増加するが、この焦点検出用画素のシフトに比べてサブミラー位置検出用画素のシフト量は大きい。
【００４２】
第２に、撮像素子の像の共役状態が異なる。焦点検出用画素では、マイクロレンズに関して受光部列と焦点検出面１６ａ近傍の面１６ｂ（図５参照）が共役である。これに対しサブミラー位置検出用画素では、受光部列と指標１２１の面がマイクロレンズに関してほぼ共役関係にある。
【００４３】
第３に、サブミラー位置検出用画素と焦点検出用画素とは一体的に形成されるので、図２のＺ方向位置がほぼ同じになり、上記第２の違いから必然的に倍率が異なる。（受光部列の逆投影像／受光部列）の倍率を比較すると、焦点検出用画素に比べてサブミラー位置検出用画素の倍率は絶対値が大きい。例えば、焦点検出用画素の倍率１８倍に対しサブミラー位置検出用画素の倍率は１００倍になる。換言すれば、サブミラー位置検出用画素のマイクロレンズの焦点距離は、焦点検出用画素のマイクロレンズの焦点距離よりも長い。
【００４４】
この一実施の形態では、サブミラー位置検出用の指標１２１をサブミラー１２の下端面１２ｂに設けたので、指標１２１とサブミラー位置検出用画素の受光部列５３１Ａ、５３１Ｂとの間の距離が短くなり、サブミラー位置検出用画素のマイクロレンズ５２１Ａ、５２１Ｂの焦点距離を最小限とすることができる。なお、サブミラー位置検出用指標１２１の設置場所はサブミラー１２の下端面１２ｂに限定されず、例えばサブミラー１２の反射面１２ａに設置してもよいし、上述したようにサブミラー１２とともに動くホルダーなどに設置してもよい。
【００４５】
次に、サブミラー位置検出用画素の受光部出力に基づく指標位置の検出結果は、サブミラー１２の静止位置の経年変化を示す。ボディ駆動制御装置２０（図１参照）は、工場出荷時の指標位置と、使用中に検出された指標位置とを比較し、その差に応じた焦点補正値を予め記憶したテーブル参照、あるいは計算により求める。この補正値を用いて焦点検出用画素の受光部出力に基づく焦点検出結果を補正し、サブミラー１２の撮影光路内における静止位置の経年変化に起因した焦点検出誤差のない撮影レンズ２１の焦点検出結果を得る。
【００４６】
なお、工場出荷時の指標位置と使用中に検出された指標位置との差が予め設定した警報しきい値を超えたら、撮影者に警報するようにしてもよい。撮影者はこの警報を見て専門機関に点検修理を依頼することができる。
【００４７】
この一実施の形態では、カメラボディ１内において、サブミラー端面１２ｂに指標１２１を設けるとともに、マイクロレンズアレイ５２と受光部アレイ５３にサブミラー位置検出用画素（５２１Ａ、５３１Ａ）、（５２１Ｂ、５３１Ｂ）を設け、サブミラー１２の静止位置の経年変化を検出する構成としたが、カメラの内部構造によっては被写体光の明るさだけでは指標１２１の識別が困難な場合がある。そのような構造のカメラでは指標１２１を照明するためにＬＥＤなどの照明灯を設け、サブミラー位置検出時に点灯してもよい。
【００４８】
なお、照明に近赤外光を用いると、照明時に光学ファインダーから観察される被写体像に迷光が重畳して見づらくなるのを防止できる。この場合、サブミラー位置検出用画素のみ、近赤外光をよく感知し、通常の焦点検出用画素では余り感知しない構成とすると、焦点検出時に撮影レンズ２１の赤外収差による影響を抑制することができる上に、照明時に光学ファインダーから観察される被写体像に迷光が重畳して見づらくなるのを防止できるという利点がある。具体的には、焦点検出用画素とサブミラー位置検出用画素とで、分光透過率が異なる色吸収フィルターをマイクロレンズの下面、もしくは受光部上に形成すればよい。
【００４９】
上述した一実施の形態では、撮影レンズの焦点検出を優先するため、焦点検出用画素領域を配置した残りの部分にサブミラー位置検出用画素を配置する例を示したが、この配置に特に制約はない。
【００５０】
上述した一実施の形態では、各マイクロレンズ下の複数の受光部をメリディオナル方向またはサジタル方向に配列する例を示したが、例えば図１２に示すように複数の受光部を両方向に二次元状に展開してもよい。なお、図１２では撮影画面の右上隅の領域におけるマイクロレンズと受光部の配列を示す。このような配置では、マイクロレンズの並び方向と垂直な方向に連なる複数の受光部の出力を合成し、上述した一実施の形態における一つの受光部出力として焦点検出演算に用いればよい。このような二次元状の受光部配列では、マイクロレンズの並び方向を図１２のＥｓ方向およびＥｍ方向のいずれの方向とすることができ、同一画素を複数の方向の焦点検出に用いることができる。
【００５１】
さらに、受光部アレイ上の複数の受光部を、メリディオナル方向あるいはサジタル方向と無関係に、単に二次元状に配列してもよい。このような配列では、複数の受光部を一つのグループとして扱い、焦点検出を行う方向に沿って複数のグループを設定し、各グループ内の受光部出力を合成して上述した焦点検出演算を行えばよい。この構成の受光部アレイを用いる利点としては、一般に撮像用に用いられる撮像素子を流用できるか、あるいはそのような撮像素子と製造工程を共有した素子を用いることができる。また、マイクロレンズアレイと受光部アレイとを貼り合わせるときの位置合わせを簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】一実施の形態の撮像装置の構成を示す断面図
【図２】一実施の形態の撮像装置に組み込まれている焦点検出光学系の構成を示す図
【図３】マイクロレンズアレイと受光部アレイの正面図
【図４】図３に示す撮影画面右上隅の２つの領域のマイクロレンズおよび受光部列を示す図
【図５】一実施の形態の焦点検出装置による第１の焦点検出方法を説明するための図
【図６】一実施の形態の焦点検出装置による第２の焦点検出方法を説明するための図
【図７】焦点検出装置の詳細な構成を示すブロック図
【図８】マイクロレンズアレイと受光部アレイを図２のＺ方向から見た図
【図９】図８に示すマイクロレンズアレイと受光部アレイの右上隅の領域を拡大した図
【図１０】図２のＺ矢印と反対の方向にサブミラー端面を見た図
【図１１】図２のＹ矢印方向からサブミラー、マイクロレンズアレイおよび受光部アレイを見た図
【図１２】受光部アレイの受光部配列の変形例を示す図
【符号の説明】
【００５３】
１２；サブミラー、１２ａ；反射面、１２ｂ；サブミラー端面、１６；焦点検出装置、２０；ボディ駆動制御装置、２１；撮影レンズ、２３；レンズ駆動制御装置、５２；マイクロレンズアレイ、５３；受光部アレイ、５２１Ａ、５２１Ｂ；サブミラー位置検出用マイクロレンズ、５３１Ａ、５３１Ｂ；サブミラー位置検出用受光部列、１２１；指標、１２１ａ；白線；１２１ｂ；黒地
【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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