JP5300414B2 - カメラ及びカメラシステム - Google Patents

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどにおける撮影レンズの焦点調節を行う技術に関するものである。

カメラの焦点検出、調節方法で撮影レンズを通過した光束を用いる一般的な方式として、コントラスト検出方式と位相差検出方式とがある。コントラスト検出方式はビデオカメラやデジタルスチルカメラで多く用いられる方式であり、撮像素子が焦点検出用センサとして用いられるものである。撮像素子の出力信号、特に高周波成分の情報（コントラスト情報）に着目し、その評価値が最も大きくなる撮影レンズの位置を合焦位置とする方式である。しかしながら、山登り方式とも言われるように、撮影レンズのフォーカス位置を微少量動かしながら評価値を求め、その評価値が結果的に最大であったとわかるまで動かすことが必要であるため、高速な焦点検出動作には不向きとされている。

一方、位相差検出方式の焦点検出は、一眼レフカメラに多く用いられ、自動焦点検出（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ：ＡＦ）一眼レフカメラの実用化に最も貢献した技術である。この位相差検出方式のＡＦは、一般的に２次結像光学系からなる焦点検出手段により構成される。焦点検出手段は、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を異なる２つの領域に分割する瞳分割手段を備え、２分割された光束は２次結像光学系を介して、一組の焦点検出用センサによりそれぞれ受光される。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち、瞳分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで撮影レンズのピント方向のずれ量を直接求めるものである。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行なえばピントずれの量と方向が同時に得られ、高速な焦点調節動作が可能となっている。

そして、この焦点検出方法においては、撮影レンズを通過した光束のうち、撮像素子に導かれる撮影光束と焦点検出手段に導かれる焦点検出光束が異なる。したがって、撮影レンズの球面収差などの諸収差により最良像面位置が異なってしまう。そこで、この光束の違いによる最良像面位置の差をあらかじめ補正値として記憶しておき、焦点検出時には焦点検出結果を補正することが知られている。一眼レフカメラとこのカメラに複数の撮影レンズを交換可能なカメラシステムにおいては、この最良像面位置の差による補正値をそれぞれの撮影レンズがあらかじめ記憶することが一般的である。そして、焦点検出時には撮影レンズからカメラに対してこの補正値を送ることで高精度な焦点検出を実現している。したがって、どのような撮影レンズがカメラに装着されても最良像面位置の差を良好に補正することが可能となる。例えば特許文献１では、この技術について開示している。

一方、撮像素子に位相差検出方式のＡＦ機能を付与し、背面液晶などの表示手段でリアルタイムに画像を確認しながら高速のＡＦを実現するための技術も提案されている。例えば、特許文献２では、撮像素子の一部の受光素子（画素）において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与している。そしてこれらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、位相差式焦点検出を行なう。また、焦点検出用画素が配置された箇所は撮像画素の欠損部に相当するため、周辺の撮像画素情報から補間して画像情報を生成している。この例によると撮像面で位相差方式の焦点検出を行うことが可能ため、高速かつ高精度な焦点検出を行うことができる。

そして近年、上記のような２次結像光学系による位相差検出方式のＡＦを備えたカメラに、上記撮像素子による位相差検出方式のＡＦ機能を追加する構成が考えられている。そして、光学ファインダによる被写体観察状態では２次結像光学系による位相差方式ＡＦを行い、背面液晶などの表示手段での観察状態、すなわち電子ファインダでは撮像素子での位相差方式ＡＦを行うことが可能である。したがって、光学ファインダ、電子ファインダどちらの観察状態においても高速なＡＦを行うことができる。
特開昭６３−１７２１１０号公報 特開２０００−１５６８２３号公報

しかしながら、上記カメラには以下のような課題がある。

撮像素子による位相差方式ＡＦも、基本的には２次結像光学系による位相差方式ＡＦと同様に、撮影レンズの射出瞳を通過する光束のうち異なる２つの領域を通過する光束を用いて焦点検出を行う。そのため、撮影光束と焦点検出光束は異なることとなり、最良像面位置の差による補正値が必要となる。このカメラにおいて、２次結像光学系による位相差方式ＡＦは最良像面位置の差による補正値を撮影レンズがあらかじめ記憶しているため高精度なＡＦを行うことが可能となる。しかしながら、撮像素子による位相差方式ＡＦでは、最良像面位置の差による補正値を考慮していないため高精度なＡＦを行うことができなくなってしまう。

この対策として、撮像素子による位相差方式ＡＦに対応した最良像面位置の補正値をあらかじめ準備しておくことが考えられる。しかしながら、カメラと複数の撮影レンズを交換可能なカメラシステムにおいて、特に過去に発売した撮影レンズは、最良像面位置の差による補正値を有していない。したがって、カメラ側に撮影レンズごとの補正値を記憶させる必要があり、多大な記憶領域を確保する必要があるためコストがかかる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、カメラおよびカメラシステムにおいて、２次結像光学系による位相差方式ＡＦと撮像素子による位相差方式ＡＦの両者で高精度に焦点検出を行えるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わるカメラは、撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光束を導く第１の瞳分割手段を備え、前記第１の瞳分割手段により導かれた光束を用いることによって前記撮影レンズの焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、前記撮影レンズを通過して第２の瞳分割手段により導かれた光束を用いることによって記録撮像面上で前記撮影レンズの焦点検出を行う第２の焦点検出手段とのうちの、少なくとも前記第２の焦点検出手段を備え、前記第２の焦点検出手段による前記撮影レンズの焦点検出を、前記撮影レンズにあらかじめ記憶された前記第１の焦点検出手段に対応した焦点検出用補正値を用いて行うことを特徴とする。

本発明によれば、カメラおよびカメラシステムにおいて、２次結像光学系による位相差方式ＡＦと撮像素子による位相差方式ＡＦの両者で高精度に焦点検出を行うことが可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態において、複数の撮影レンズを交換可能なカメラとその撮影レンズからなるカメラシステムにおける構成を示すブロック図である。

図１において、本実施形態のカメラシステムはカメラ１００とカメラ１００に交換可能に装着される撮影レンズ３００とを備えて構成されている。まずはじめに、カメラ１００ついて説明する。

カメラ１００は、複数種類の撮影レンズ３００が存在するカメラシステムに対応しており、同一種類のレンズでも製造番号が異なるものが装着可能である。さらには焦点距離や開放Ｆナンバーが異なる、もしくはズーム機能を備えるなどのの撮影レンズ３００も装着可能で、同種、異種の撮影レンズに関わらず交換可能な構成となっている。

このカメラ１００において、撮影レンズ３００を通過した光束は、カメラマウント１０６を通過し、メインミラー１３０により上方へ反射され光学ファインダ１０４に入射する。光学ファインダ１０４は、撮影者が被写体を光学像として観察しながら撮影することが出来る。そして、光学ファインダ１０４内には、表示部５４の一部の機能、例えば、合焦表示、手振れ警告表示、フラッシュ充電表示、シャッタースピード表示、絞り値表示、露出補正表示等が設置されている。

メインミラー１３０は半透過性のハーフミラーで構成され、メインミラー１３０に入射する光束のうち一部の光束はこのハーフミラー部を通過して、サブミラー１３１により下方へ反射され焦点検出装置１０５へ入射する。焦点検出装置１０５は、第１の瞳分割部も備えている。なお、詳細な構成は後述する。そして、焦点検出装置１０５は、得られた光学像を電気信号に変換しＡＦ部４２へ送る。

ＡＦ部４２では、この電気信号から焦点検出演算を行い、得られた演算結果に基づいてシステム制御回路５０が、後述する撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２に対して、焦点調節処理などの制御を行う。なお、焦点検出装置１０５の詳細な構成については後に説明する。

一方、撮影レンズ３００の焦点調節処理が終了し撮影動作を行う際には、不図示のクイックリターン機構によりメインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影光束外に退避する。そして、撮影レンズ３００を通過した光束は露光量を制御するためのシャッター１２を介して、光学像を電気信号に変換する撮像素子１４に入射する。そして、撮影動作終了後には、メインミラー１３０とサブミラー１３１は図示されるような位置に戻る。

撮像素子１４にて変換された電気信号はＡ／Ｄ変換器１６へ送られ、アナログ信号出力をデジタル信号（画像データ）に変換する。１８は撮像素子１４、Ａ／Ｄ変換器１６、Ｄ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給するタイミング発生回路であり、メモリ制御回路２２およびシステム制御回路５０により制御される。

画像処理回路２０は、Ａ／Ｄ変換器１６からの画像データあるいはメモリ制御回路２２からの画像データに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。また、画像処理回路２０は、画像データを用いて所定の演算処理を行う。

撮像素子１４は、第２の焦点検出部を有し、得られた画像データのうち第２の焦点検出部に対応する画像データは、画像処理部２０で焦点検出用画像データに変換される。その後、焦点検出用画像データは、システム制御回路５０を介してＡＦ部４２へ送られ、第１の焦点検出手段の場合と同様に撮影レンズ３００の焦点調節を行うことが可能となっている。第２の焦点検出部の詳細な構成については後に説明する。

なお、画像処理回路２０による撮像素子１４の画像データを演算した演算結果に基づき、システム制御回路５０が、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２に対して焦点調節処理を行う、いわゆるコントラスト方式の焦点検出も可能な構成となっている。

メモリ制御回路２２は、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理回路２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、圧縮・伸長回路３２を制御する。そして、Ａ／Ｄ変換器１６のデータが画像処理回路２０、メモリ制御回路２２を介して、あるいはＡ／Ｄ変換器１６のデータが直接メモリ制御回路２２を介して、画像表示メモリ２４あるいはメモリ３０に書き込まれる。

画像表示部２８は液晶モニタ等から構成され、画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データを、Ｄ／Ａ変換器２６を介して画像表示部２８により表示する。画像表示部２８を用いて撮像した画像データを逐次表示することで、電子ファインダ機能を実現することが可能となっている。また、画像表示部２８は、システム制御回路５０の指示により任意に表示をＯＮ／ＯＦＦすることが可能であり、表示をＯＦＦにした場合にはカメラ１００の電力消費を大幅に低減することが出来る。

そして、電子ファインダ時には、撮影動作時と同じように不図示のクイックリターン機構により主ミラー１３０とサブミラー１３１は撮影光束外へ退避してしまう。したがって、このときには焦点検出装置１０５による焦点検出、すなわち第１の焦点検出手段による焦点検出自体ができなくなる。そこで、撮像素子１４が有する第２の焦点検出部により焦点検出を行う構成としており、光学ファインダと電子ファインダの両者において撮影レンズ３００の焦点検出が可能となっている。なお、電子ファインダ時においては、コントラスト方式の焦点検出が可能であることは言うまでもない。

メモリ３０は撮影した静止画像や動画像を記憶するためのものであり、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を記憶するのに十分な記憶容量を備えている。これにより、複数枚の静止画像を連続して撮影する連射撮影やパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ３０に対して行うことが可能となる。また、メモリ３０はシステム制御回路５０の作業領域としても使用することが可能である。

圧縮・伸長回路３２は、適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する機能を有し、メモリ３０に記憶された画像を読み込んで圧縮処理あるいは伸長処理を行い、処理を終えた画像データをメモリ３０に書き込む。

シャッター制御部３６は、測光部４６からの測光情報に基づいて、撮影レンズ３００の絞り３１２を制御する絞り制御部３４４と連携しながら、シャッター１２を制御する。

インターフェース部３８とコネクタ１２２は、カメラ１００と撮影レンズ３００とを電気的に接続する。そしてこれらは、カメラ１００と撮影レンズ３００との間で制御信号、状態信号、データ信号等を伝え合うと共に、各種電圧の電流を供給する機能も備えている。また、電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としてもよい。

測光部４６は、ＡＥ処理を行う。撮影レンズ３００を通過した光束を、カメラマウント１０６、ミラー１３０、そして不図示の測光用レンズを介して、測光部４６に入射させることにより、画像の露出状態を測定することが出来る。また、測光部４６は、フラッシュ４８と連携することによりＥＦ処理機能も有するものである。なお、画像処理回路２０による撮像素子１４の画像データを演算した演算結果に基づき、システム制御回路５０が、シャッター制御部３６と撮影レンズ３００の絞り制御部３４４に対してＡＥ制御を行うことも可能である。

フラッシュ４８は、ＡＦ補助光の投光機能、フラッシュ調光機能も有する。

システム制御回路５０はカメラ１００の全体を制御し、メモリ５２はシステム制御回路５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶する。

表示部５４はシステム制御回路５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を表示する液晶表示装置である。カメラ１００の操作部近辺の視認し易い位置に単数あるいは複数個所設置され、例えばＬＣＤやＬＥＤ等の組み合わせにより構成されている。

表示部５４の表示内容のうち、ＬＣＤ等に表示するものとしては、記録枚数や残撮影可能枚数等の撮影枚数に関する情報や、シャッタースピード、絞り値、露出補正、フラッシュ等の撮影条件に関する情報等がある。その他、電池残量や日付・時刻等も表示される。また、表示部５４は、前述したようにその一部の機能が光学ファインダ１０４内に設置されている。

不揮発性メモリ５６は、電気的に消去・記録可能なメモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が用いられる。

６０、６２、６４、６６、６８および７０は、システム制御回路５０の各種の動作指示を入力するための操作部であり、スイッチやダイアル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等の単数あるいは複数の組み合わせで構成される。

モードダイアルスイッチ６０は、電源オフ、オート撮影モード、マニュアル撮影モード、パノラマ撮影モード、マクロ撮影モード、再生モード、マルチ画面再生・消去モード、ＰＣ接続モード等の各機能モードを切り替え設定することが出来る。

シャッタースイッチＳＷ１である６２は、不図示のシャッターボタンが半押しされるとＯＮとなり、ＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理、ＥＦ処理等の動作開始を指示する。

シャッタースイッチＳＷ２である６４は、不図示のシャッターボタンが全押しされるとＯＮとなり、撮影に関する一連の処理の動作開始を指示する。撮影に関する処理とは、露光処理、現像処理および記録処理等のことである。露光処理では、撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介してメモリ３０に書き込む。現像処理では、画像処理回路２０やメモリ制御回路２２での演算を用いた現像を行う。記録処理では、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮・伸長回路３２で圧縮を行い、記録媒体２００あるいは２１０に書き込む。

画像表示ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６は、画像表示部２８のＯＮ／ＯＦＦを設定することが出来る。この機能により、光学ファインダ１０４を用いて撮影を行う際に、液晶モニタ等から成る画像表示部への電流供給を遮断することにより、省電力を図ることが可能となる。

クイックレビューＯＮ／ＯＦＦスイッチ６８は、撮影直後に撮影した画像データを自動再生するクイックレビュー機能を設定する。

操作部７０は、各種ボタンやタッチパネル等からなる。各種ボタンには、メニューボタン、フラッシュ設定ボタン、単写／連写／セルフタイマー切り替えボタン、選択移動ボタン、撮影画質選択ボタン、露出補正ボタン、日付／時間設定ボタン等がある。

電源制御部８０は、電池検出回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成されている。電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行い、検出結果およびシステム制御回路５０の指示に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。

コネクタ８２および８４は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、Ｌｉイオン電池等の二次電池、ＡＣアダプタ等からなる電源部８６をカメラ１００と接続する。

インターフェース９０および９４は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体との接続機能を有し、コネクタ９２および９６は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体と物理的接続を行う。そして、記録媒体着脱検知部９８は、コネクタ９２または９６に記録媒体が装着されているかどうかを検知する。

なお、本実施形態では記録媒体を取り付けるインターフェースおよびコネクタを２系統持つものとして説明している。もちろん、記録媒体を取り付けるインターフェースおよびコネクタは、単数あるいは複数、いずれの系統数を備える構成としても構わない。また、異なる規格のインターフェースおよびコネクタを組み合わせて備える構成としても構わない。また、インターフェースおよびコネクタとしては、ＰＣＭＣＩＡカードやＣＦ（コンパクトフラッシュ（登録商標））カード等の規格に準拠したものを用いて構成して構わない。

さらに、インターフェースおよびコネクタにＬＡＮカードやモデムカード等の各種通信カードを接続することで、コンピュータやプリンタ等の他の周辺機器との間で画像データや画像データに付属した管理情報を転送し合うことが出来る。

通信部１１０は、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｐ１２８４、ＳＣＳＩ、モデム、ＬＡＮ、無線通信等の各種通信機能を有する。

コネクタ１１２は、通信部１１０によりカメラ１００を他の機器と接続し、無線通信の場合はアンテナである。

記録媒体２００および２１０は、メモリカードやハードディスク等である。記録媒体２００および２１０は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２０２，２１２、カメラ１００とのインターフェース２０４，２１４、カメラ１００と接続を行うコネクタ２０６，２１６を備えている。

次に撮影レンズ３００について説明する。

撮影レンズ３００は、カメラ１００に着脱可能に構成される。

レンズマウント３０６は、撮影レンズ３００をカメラ１００と機械的に結合し、カメラマウント１０６を介してカメラ１００に交換可能に取り付けられる。カメラマウント１０６およびレンズマウント３０６内には、撮影レンズ３００をカメラ１００と電気的に接続するコネクタ１２２およびコネクタ３２２の機能が含まれている。

レンズ３１１には被写体の焦点調節を行うフォーカスレンズが含まれ、絞り３１２は撮影光束の光量を制御する絞りである。

コネクタ３２２およびインターフェース３３８は、撮影レンズ３００をカメラ１００のコネクタ１２２と電気的に接続する。そして、コネクタ３２２は、カメラ１００と撮影レンズ３００との間で制御信号、状態信号、データ信号等を伝え合うと共に、各種電圧の電流を供給される機能も備えている。なお、コネクタ３２２は電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としてもよい。

ズーム制御部３４０はレンズ３１１のズーミングを制御し、フォーカス制御部３４２はレンズ３１１のフォーカスレンズ動作を制御する。なお、撮影レンズ３００がズーム機能のない単焦点レンズタイプであればズーム制御部３４０はなくてもよい。

絞り制御部３４４は、測光部４６からの測光情報に基づいて、シャッター１２を制御するシャッター制御部３６と連携しながら、絞り３１２を制御する。

レンズシステム制御部３４６は撮影レンズ３００全体を制御する。そして、レンズシステム制御部３４６は、撮影レンズの動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリの機能を備えている。

不揮発性メモリ３４８は、撮影レンズ固有の番号等の識別情報、管理情報、開放絞り値や最小絞り値、焦点距離等の機能情報、現在や過去の各設定値などを記憶する。そして本実施形態においては、焦点検出装置１０５、すなわち第１の焦点検出手段での焦点検出における撮影レンズ３００の最良像面位置を補正する焦点検出用補正値も記憶されている。

この焦点検出用補正値は、レンズ３１１のフォーカス位置やズーム位置に応じて複数用意されている。そして、カメラ１００において、第１の焦点検出手段を用いて焦点検出を行う際には、レンズ３１１のフォーカス位置とズーム位置に対応した最適な焦点検出用補正値が選択される構成となっている。

なお、背景技術にて説明したように撮影レンズ３００の撮影光束と第１の焦点検出手段による焦点検出光束は異なるため、撮影レンズ３００の諸収差により第１の焦点検出手段による最良像面位置と撮影光束の最良像面位置が互いにずれる。焦点検出用補正値は、これを補正するためのものである。したがって、焦点距離や開放Ｆナンバー、ズームなどが異なる、すなわち光学構成が異なる撮影レンズでは、互いに異なる焦点検出用補正値を有することとなる。また、同種の撮影レンズでも製造番号が異なる場合、製造誤差に関する焦点検出用補正値については異なることもある。

以上が、本実施形態におけるカメラ１００と撮影レンズ３００からなるカメラシステムの構成である。

次に、本実施形態における第１の焦点検出手段であるところの焦点検出装置１０５について詳細を説明する。

図２は、本実施形態の焦点検出装置１０５の構成を示す斜視図で、２次結像光学系による位相差方式焦点検出を用いている。なお、実際の焦点検出装置は反射ミラーなどにより光路を折りたたむことによりコンパクト化しているが、図の煩雑さをなくすためストレートに展開した図となっている。

図２において、光軸Ｌは撮影レンズ３００の光軸と一致している。２１０は視野マスクで、中央部とその左右に十字型の開口部２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを有している。この視野マスク２１０は、サブミラー１３１を介した撮影レンズ３００の予定結像面、すなわち撮像素子１４の撮像面と等価な位置近傍に配置される。２１１はフィールドレンズで、視野マスク２１０の後方に配置されている。このフィールドレンズ２１１は光学作用を異にする複数のレンズ部２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃから成っており、各レンズ部は互いに異なるレンズ光軸を有している。また、レンズ部２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃは視野マスク２１０の開口部２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃにそれぞれ対応している。

２１２は複数の開口部を有する絞りで、２１３は絞り２１２の複数の開口部に対応するレンズ部を備える２次結像レンズユニット（結像レンズユニット）である。この２次結像レンズユニット２１３はフィールドレンズ２１１によって結像された予定結像面上の物体像をその後方に配置された受光素子２１５の受光素子列上に再結像する。なお、絞り２１２の直前付近には焦点検出に不要な赤外波長成分を除去する赤外カットフィルタが配置されるが省略してある。

絞り２１２は中央部と左右それぞれに２組の対の開口を有する。したがって、計６対１２個の開口部を有することとなる。

２次結像レンズユニット２１３の入射面側には絞り開口部に対応する平面プリズム部が形成されている。したがって、絞り２１２と同様に、計６対１２個の平面プリズム部が形成されている。また、射出面側には、このプリズム部に対応して球面もしくは非球面からなるレンズ部が形成されている。同様に、計６対１２個のレンズ部が形成される。

受光素子２１５には、このレンズ部に対応した受光素子列が形成されている。同様に計６対１２個の受光素子列が形成されている。

以上のような焦点検出装置１０５の構成で、例えば視野マスク開口部２１０ａを通過した光束はフィールドレンズ２１１ａを通過し、中央部２対の絞り開口部を通過することで４つの光束に分離される。そして、４つの光束は、それぞれ２次結像レンズユニット２１３の中央部２対のプリズム部に入射して、２対のレンズ部から射出し、受光素子２１５の２対の受光素子列上に視野マスク開口部２１０ａに対応した２対の開口像を形成する。

そして、公知のように撮影レンズ３００のフォーカス変動に伴い、対の開口像内部にある光学像が互いに近づくかあるいは遠ざかる方向に移動する。そして、この光学像に関する光量分布を受光素子列の出力に基づいて電気信号としてＡＦ部４２へ送る。

図３は、受光素子２１４の対の受光素子列により形成される対の焦点検出用信号を示す。図において、横軸は受光素子列の画素位置を、縦軸は出力信号の強度で、実線と点線で示す３０１−１、３０１−２が対の焦点検出用信号となる。この焦点検出用信号３０１−１、３０１−２は、撮影レンズ３００がデフォーカスしている状態を示し、焦点検出用信号３０１−１が左側へ、焦点検出用信号３０１−２が右側へ横ずれしているのが分かる。このずれ量を公知の相関演算手段などで検出することにより撮影レンズ３００のフォーカスずれ量とずれ方向を知ることができる。

ＡＦ部４２はこのずれ量を検出する機能を備え、周知の相関演算手段を用いて演算することで、撮影レンズ３００の現在のフォーカス位置に対応した対の焦点検出用信号ずれ量を求める。一方、撮影レンズ３００の合焦時における対の焦点検出用信号ずれ量は、カメラ１００の製造工程時にあらかじめ不揮発性メモリ５６に記憶されている。したがって、合焦時に対する現在フォーカス位置での相対的な対の焦点検出用信号ずれ量を検知することが可能となり、撮影レンズ３００のフォーカスずれ量と方向を知ることができる。そして、このフォーカスずれ量と方向を撮影レンズ３００に指示することにより焦点調節を実現している。

なお、上記説明は添え字ａに関する部分のみを説明したが、添え字ｂ、ｃについても同様である。

図４は、受光素子２１５の各受光素子列を視野マスク２１０上に逆投影した図である。なお、視野マスクは撮像素子１４の受光面と光学的に等価な位置に配置されるので、図４は撮像素子１４の受光面と考えても問題ない。図において、視野マスク２１０よりひと回り大きな点線で示す長方形２１７は撮影素子１４の画素が形成された撮影範囲を示す。３つの視野マスク開口部内には、縦線検出用と横線検出用受光素子列の逆投影像２１８ａｈ、２１８ｂｈ、２１８ｃｈと２１８ａｖ、２１８ｂｖ、２１８ｃｖが形成されている。そして、この逆投影像そのものが、被写体の焦点検出を行う焦点検出領域で、いわゆるクロス型の焦点検出領域となっている。本実施形態ではクロス型の焦点検出領域を図４のように撮影範囲２１７の中央部と左右２箇所の計３箇所を備える構成とした。

図５は、図２の焦点検出装置１０５からなる焦点検出光学系を、サブミラー１３１をなくしてストレートに展開した光学断面図で、紙面内に図全体を収めるため一部光路をカットし短縮して表示している。

図５において、点線で示す光束４０１は撮影レンズ３００のレンズ３１１と絞り３１２を通過し撮像素子１４受光面の中央、すなわち撮影レンズの光軸Ｌと視野マスク２０１の交点に結像する撮影光束を示す。なお、撮像素子１４の受光面は視野マスク２０１と同じ位置に配置されており、撮像素子１４は省略している。

視野マスク２０１（撮像素子１４の受光面）の後方には、第１の焦点検出手段であるところの焦点検出装置１０５が配置される。そして、後方に配置されるフィールドレンズ２１１のレンズ部２１１ａは、複数種の撮影レンズ３００による代表的な射出瞳位置と絞り２１２を結像する光学パワーを有する。ここで、本実施形態では撮影レンズ３００の射出瞳位置を絞り３１２とすると、フィールドレンズ２１１により絞り２１２の対の開口部が絞り３１２面上に投影されることとなる。そして、対の開口部を有する絞り２１２、対の平面プリズム部およびレンズ部を有する２次結像レンズユニットで形成される対の焦点検出光束は、図の斜線部で示す２２０ａ−１、２２０ａ−２となり、絞り３１２上では２つに分割された光束となっている。すなわち、受光素子２１５は撮影レンズ３００の瞳分割した対の焦点検出光束２２０ａ−１、２２０ａ−２を受光していることとなる。

ここで、このフィールドレンズ２１１と絞り２１２が第１の瞳分割手段であり、本実施形態における焦点検出装置１０５は、第１の瞳分割手段と第１の焦点検出手段の両者を備える構成となっている。

このように、撮影レンズ３００の射出瞳上で分割した対の光束を焦点検出装置１０５へ導くことで、位相差方式焦点検出を実現している。

ところで、対の焦点検出光束２２０ａ−１、２２０ａ−２は、視野マスク２０１（撮像素子１４の受光面）上では結像せず、後方側の４０２面で結像している。一方、撮影光束４０１は視野マスク２０１上に結像している。これは、前述したように撮影光束と焦点検出光束が異なるため最良像面位置にずれが生じてしまう。図中、このずれをＢＰとして示し、これが撮影レンズ３００の不揮発性メモリ３４８に記憶される焦点検出用補正値となる。図５は、焦点検出装置１０５による焦点検出後にこの焦点検出用補正値ＢＰを正しく反映した後の状態を示し、撮影光束４０１が視野マスク２０１（撮像素子１４の受光面）上に結像しているのが分かる。

なお、最良像面位置のずれは光束の違いだけによらず、撮像素子１４と受光素子２１５により受光される分光特性の違いや、注目している空間周波数の違いによっても生じる。本実施形態では、これら全てを含んだ焦点検出用補正値ＢＰとなっている。

なお、図５は図４の受光素子列の逆投影図における焦点検出領域２１８ａｖに関しての説明であるが、直交する焦点検出領域２１８ａｈに関しても光学的にはまったく同様であるため同様の現象が生じる。また、軸外の焦点検出領域２１８ｂｈ、２１８ｃｈ、２１８ｂｖ、２１８ｃｖについては、詳細な構成の説明は省略するが、基本的な光学構成は変わらないために図５のようなずれは生じ、焦点検出用補正値ＢＰも必要となる。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、不揮発性メモリ３４８に格納されている実際の焦点検出用補正値を示す。図６Ａは図４の焦点検出領域２１８ａｈ、２１８ａｖに対応した焦点検出用補正値を、図６Ｂは図４の焦点検出領域２１８ｂｈ、２１８ｂｖに対応した焦点検出補正値を、図６Ｃは図４の焦点検出領域２１８ｃｈ、２１８ｃｖに対応した焦点検出補正値を示す。なお、各焦点検出領域は光学的に光軸Ｌを中心として軸対称の構成となっているため、撮影レンズ３００の収差は同じとなり、６つの焦点検出領域に対して３つの焦点検出用補正値で共用する構成となっている。

図６Ａにおいて、本実施形態では撮影レンズ３００のズーム位置とフォーカス位置を８つに分割し、その位置ごとに焦点検出用補正値ＢＰ１１１〜ＢＰ１８８を備える構成としている。したがって、撮影レンズ３００のズーム位置やフォーカス位置に応じてより高精度な補正ができる構成となっている。なお、図６Ｂ、図６Ｃについても同様である。

以上のような構成で、第１の焦点検出手段であるところの焦点検出装置１０５による撮影レンズ３００の焦点検出を高精度に行うことが可能となっている。

次に、本実施形態の第２の焦点検出部としての機能を有する撮像素子１４の詳細な構成について説明する。

図７は、図１のカメラシステムのブロック図における撮像素子１４のうち被写体像が形成される受光画素を撮影レンズ３００側からみた平面図である。４００は撮像素子１４上に横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素で形成される画素全体からなる撮影範囲で、４０１はそのうちの一部の画素部を示す。そして各画素部にはオンチップでベイヤー配列の原色カラーフィルタが形成され、２行×２列の４画素周期で並んでいる。なお、図７においては煩雑さをなくすため画素部としては左上側の１０画素×１０画素のみを表示し、その他の画素部は省略している。

図８、図９は、図７における画素部のうち撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図で、図１におけるレンズ３１１と撮像素子１４を光学ファインダ１０４側からみた光学断面図である。なお、説明に不要な部材については省略してある。本実施形態では、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、このベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が配置される。

図８に撮像用画素の配置と構造を示す。図８（ａ）は２行×２列の撮像用画素の平面図である。周知のように、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。そして２行×２列の構造が繰り返し配置される。

図８（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を図８（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（赤色）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（緑色）のカラーフィルタである。ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）はＣＭＯＳイメージセンサの光電変換素子を模式的に示したものである。ＣＬ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌａｙｅｒ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。そして、図８は撮像素子１４のうち中心付近の画素、すなわち撮影レンズ３００の軸上付近の画素構造を示す図である。

ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換素子ＰＤは、撮影レンズ３００を通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影レンズ３００の射出瞳（Ｅｘｉｔ Ｐｕｐｉｌ）と光電変換素子ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換素子の有効面積は大面積に設計される。図８における光束４１０はその様子を示し、射出瞳４１１の全領域が光電変換素子ＰＤに取り込まれている。なお、前述したように本実施形態では撮影レンズ３００の射出瞳位置を絞り３１２としているので、射出瞳４１１は絞り３１２の開口部に相当する。図８（ｂ）ではＲ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（青色）画素も同一の構造となっている。また、マイクロレンズＭＬまわりの部材は説明を理解しやすくするために拡大して表示してあるが、実際はミクロンオーダーの形状である。

図９は、撮影レンズ３００の水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで水平方向とは、図７で示す撮像素子１４の長手方向を示す。図９（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録又は観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。そして人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でＲ画素又はＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで本実施形態においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素に置き換える。この焦点検出用画素を図９（ａ）においてＳＨＡ及びＳＨＢと示す。

図９（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を図９（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換素子ＰＤは図８（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。そして、撮像素子１４のうち中心付近の画素、すなわち撮影レンズ３００の軸上付近の画素構造を示す図である。

本実施形態においては、焦点検出用画素の信号は画像生成には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（白色）が配置される。また、撮像素子で射出瞳４１１を分割するため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏心している。具体的には、画素ＳＨＡの開口部ＯＰＨＡはマイクロレンズＭＬの中心線に対して右側に４２１ＨＡだけ偏心しているため、レンズ３１１の光軸Ｌを挟んで左側の射出瞳領域４２２ＨＡを通過した光束４２０ＨＡを受光する。同様に、画素ＳＨＢの開口部ＯＰＨＢはマイクロレンズＭＬの中心線に対して左側に４２１ＨＢだけ偏心しているため、レンズ３１１の光軸Ｌを挟んで右側の射出瞳領域４２２ＨＢを通過した光束４２０ＨＢを受光する。そして、図から明らかなように、偏心量４２１ＨＡは偏心量４２１ＨＢに等しい。このように、マイクロレンズＭＬと開口部ＯＰの偏心により撮影レンズ３００の異なる瞳領域を通過する光束４２０を取り出すことが可能となっている。マイクロレンズＭＬと開口部ＯＰを第２の瞳分割手段と称する。

以上のような構成で、画素ＳＨＡを水平方向に複数配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素ＳＨＢも水平方向に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とすると、Ａ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる。したがって、撮像素子１４は第２の焦点検出手段としての機能を備えることとなり、同時に第２の瞳分割手段をも備えている。

なお、図９は撮像素子１４の中央付近の焦点検出用画素についての説明であるが、中央以外では、マイクロレンズＭＬと配線層ＣＬの開口部ＯＰＨＡ、ＯＰＨＢを図９（ｂ）とは異なる状態で偏心させることにより射出瞳４１１を分割することができる。具体的には、開口部ＯＰＨＡの方を例にとって説明すると、開口部ＯＰＨＡの中心と射出瞳領域４１１中心を結ぶ線上に略球状でできたマイクロレンズＭＬの球芯を合わせるよう偏心させることにより撮像素子１４の周辺部においても図９で示した中央付近の焦点検出用画素とほぼ同等の瞳分割を行うことができる。なお、詳細な説明は省略する。

ところで、上記画素ＳＨＡ及びＳＨＢでは、撮影画面の横方向に輝度分布を有した被写体、例えば縦線に対しては焦点検出可能だが、縦方向に輝度分布を有する横線は焦点検出不能である。横線を検出するためには、撮影レンズの垂直方向（縦方向）にも瞳分割を行なう画素も備えるよう構成すればよい。本実施形態では、図８、図９、図１０で説明したような横方向にのみ焦点検出用の画素構造を備える構成とした。

また、上記焦点検出用画素は本来の色情報を有さないため、撮影画像形成にあたっては周辺部の画素信号から補間演算することによって信号を作成する。したがって、撮像素子１４に焦点検出用画素を連続的に並べるのではなく離散的に並べることで撮影画像の画質を低減させることもない。なお、第２の焦点検出手段によれば、図４で説明した第１の焦点検出手段による焦点検出範囲に比べて、撮影範囲４００の広い領域で焦点検出を行うことができる。しかしながら、本実施形態においては、第２の焦点検出手段による焦点検出領域は、図４で示す第１の焦点検出手段とほぼ同じ３か所のみとする。すなわち、第２の焦点検出手段による焦点検出領域は撮像素子１４の横方向のみに広がりをもつので、焦点検出領域２１８ａｈ、２１８ｂｈ、２１８ｃｈが第２の焦点検出手段による焦点検出領域となっている。

以上図７乃至図９で説明したように、撮像素子１４は撮像のみの機能だけではなく第２の瞳分割手段と第２の焦点検出手段としての機能も有している。

図１０は、第２の焦点検出手段であるところの撮像素子１４と画像処理部２０における焦点検出構成を概略的に示す図である。なお図１のカメラシステムのブロック図の説明では、撮像素子１４で得られた画像データはＡ／Ｄ変換器１６を介して画像処理部２０へ送られたが、分かりやすく説明するためにＡ／Ｄ変換器１６を省略してある。

撮像素子１４は、瞳分割された焦点検出用画素９０１ａと９０１ｂとで構成される焦点検出部９０１を複数有する。なお、焦点検出部９０１は図９（ａ）に相当し、焦点検出用画素９０１ａが画素ＳＨＡに、焦点検出用画素９０１ｂが画素ＳＨＢにそれぞれ対応する。また、撮像素子１４は撮影レンズで結像された被写体像を光電変換するための撮像用画素を複数含む。

画像処理部２０は、合成部９０２と、連結部９０３とを含む。また、画像処理部２０は複数の焦点検出部９０１を含むように、撮像素子１４の撮像面にセクション（領域）ＣＳＴを複数割り当てる。そして、画像処理部２０はセクションＣＳＴの大きさ、配置、数等を適宜変更することができる。合成部９０２は、撮像素子１４に割り当てられた複数のセクションＣＳＴの各々において、焦点検出用画素９０１ａからの出力信号を合成して１画素の第１の合成信号を得る処理を行う。合成部９０２はまた、各セクションＣＳＴにおいて、焦点検出用画素９０１ｂからの出力信号を合成して１画素の第２の合成信号を得る処理を行う。連結部９０３は、複数のセクションＣＳＴにおいて、第１の合成信号である各画素を連結して第１の連結信号を得る処理と、第２の合成信号を連結して第２の連結信号を得る処理とを行う。このように、焦点検出用画素９０１ａ及び９０１ｂのそれぞれに対して、セクション数の画素が連結された連結信号が得られる。このように、セクション内に配置された同一の瞳分割方向における焦点検出用画素の出力信号を合成するため、焦点検出部の１つ１つの輝度は小さい場合であっても、被写体の輝度分布を十分に検出することが可能となる。

図１１は、図１０の焦点検出部９０１、合成部９０２、連結部９０３により形成され、ＡＦ部４２へ送られる対の焦点検出用信号を示す。図において、横軸は連結された信号の画素並び方向を示し、縦軸は信号の強度である。焦点検出用信号４３０ａは焦点検出用画素９０１ａで、焦点検出用信号４３０ｂは焦点検出用画素９０１ｂでそれぞれ形成される信号である。そして、撮影レンズ３００が撮像素子１４に対してデフォーカスした状態であるため、焦点検出用信号４３０ａは左側に、焦点検出用信号４３０ｂは右側にずれた状態となっている。

この焦点検出用信号４３０ａ、４３０ｂのずれ量をＡＦ部４２では公知の相関演算などによって算出することにより、撮影レンズ１００がどれだけデフォーカスしているを知ることができるため、焦点合わせを行うことが可能となる。なお、ＡＦ部４２での焦点検出演算については第１の焦点検出手段と同様である。

図１２は、図１のカメラシステムのブロック図におけるレンズ３１１と撮像素子１４を光学ファインダ１０４側からみた光学断面図で、撮像素子１４の中央に結像する撮影光束と焦点検出光束を示す図である。なお、レンズ３１１と撮像素子１４以外の説明に不要な部材については省略してある。

図１２において、点線で示す光束４０１は、撮影レンズ３００のレンズ３１１と絞り３１２を通過し撮像素子１４受光面の中央付近に結像する撮影光束である。一方、図中斜線部で示す対の光束４４０ａ、４４０ｂは、図１０の焦点検出用画素９０１ａと９０１ｂでそれぞれ受光される焦点検出光束のうち、撮像素子１４の受光面の中央付近に結像する焦点検出光束である。

ここで、第２の焦点検出手段についても第１の焦点検出手段の場合と同様に、焦点検出光束４４０ａ、４４０ｂと撮影光束４０１の最良像面位置は、光束が異なるためにずれが生じる。今、図１２は第２の焦点検出手段により撮影レンズ３００の焦点調節を行った場合を示し、この場合撮影光束４０１はレンズの収差に起因して撮像素子１４に対して前ピン側に結像している。図のＢＰ’は、このずれ量を示し、第２の焦点検出手段で撮影レンズ３００の焦点調節を行っても、このままではＢＰ’のピントずれが発生してしまう。そこで、本実施形態では第１の焦点検出手段用にあらかじめ用意されている焦点検出用補正値を流用することで、この問題を解決する。

図１３は、焦点検出補正値の流用を説明するための図で、レンズ３１１の収差を示す模式図である。なお、レンズの収差は軸対称であるため、光軸Ｌの上側のみを通過する光線のみが示してあり、絞り３１２が開放Ｆナンバーの状態を示す。図において、光線５００−１、５００−２、５００−３、５００−４、５００−５は、光軸Ｌ上の１物点（不図示）から発する光束で、レンズ３１１の球面収差により結像位置がずれている様子を示す。すなわち、光線５００−１がＢＰ１の位置に結像し、光線５００−２がＢＰ２、光線５００−３がＢＰ３、光線５００−４がＢＰ４、光線５００−５がＢＰ５の位置にそれぞれ結像している。

ここで、撮影光束の最良像面位置を考えて見ると、結像位置ＢＰ１〜ＢＰ５の平均位置と考えて、ＢＰ３と結像位置が同じ矢印５０３が最良像面位置となる。次に、第１の焦点検出手段による最良像面位置を考えると、図中５０１で示すような瞳を通過する光束が第１の焦点検出手段に用いられる。そうすると、光線５００−１と５００−２がこの瞳５０１に含まれるため最良像面位置はＢＰ１とＢＰ２の間の矢印５０４となる。最後に、第２の焦点検出手段による最良像面位置を考えると、図中５０２で示すような瞳を通過する光束が第１の焦点検出手段に用いられる。そうすると、光線５００−１〜５００−４がこの瞳５０２に含まれるため最良像面位置はＢＰ２とＢＰ３の間の矢印５０５となる。すなわち、第１の焦点検出手段の焦点検出用補正値がＢＰＡＦ１となり、第２の焦点検出手段に対応した焦点検出用補正値がＢＰＡＦ２となる。

このように、単純なレンズ３１１の球面収差のみの単純モデルで考えると、第２の焦点検出手段の最良像面位置は、撮影光束の最良像面位置に対して、第１の焦点検出手段の最良像面位置と同方向にずれ、ずれ量は第１の焦点検出微より小さくなっている。これは、撮影レンズ３１１の射出瞳上の焦点検出光束が、第１の焦点検出手段より第２の焦点検出手段の方が太く、より撮影光束に近いためである。そうすると、焦点検出用補正値ＢＰＡＦ１に対する倍率係数Ｋをあらかじめカメラ１００側に記憶しておけば、以下の式（１）により焦点検出用補正値ＢＰＡＦ２を算出することが可能となる。

ＢＰＡＦ２＝ＢＰＡＦ１×Ｋ …（１）
なお、実際の撮影レンズ３００の収差は、球面収差のみではなく、様々な収差が関係してより複雑となるが、式（１）のような倍率係数Ｋを求めることで高精度な焦点検出を行うことができる。また、図１３は光軸Ｌ上に結像する光線を用いて説明したが、軸外に結像する光束についても収差の量や方向に違いはあっても、式（１）のような倍率係数Ｋを求めることは可能である。

そして、実際にはこの倍率係数Ｋを、図６Ａ、図６Ｂで説明した焦点検出用補正値テーブルのそれぞれの値ごとに用意しておく。そうすることで、撮影レンズ１００のズーム位置、フォーカス位置によらず、第２の焦点検出手段での高精度な焦点検出を実現することができる。

なお、倍率係数Ｋは、あらかじめ光学シミュレーションなどで焦点検出用補正値ＢＰＡＦ１との相関が得られれば、図６の焦点検出用補正値テーブルのそれぞれの値ごとに用意しておくのではなく、一律の値としてもよい。そうすることでカメラ１００の不揮発性メモリ５６などのメモリ領域を大幅に縮小することができる。

また、第２の焦点検出手段による焦点検出領域は、図４における第１の焦点検出手段の焦点検出領域２１８ａｈ、２１８ｂｈ、２１８ｃｈとほぼ同じなので、用意する倍率係数Ｋも第１の焦点検出手段の焦点検出領域２１８ａｈ、２１８ｂｈ、２１８ｃｈに対応した焦点検出用補正値、すなわち、図６Ａ、図Ｂに対応するようにしている。

また、上記例はレンズ３１１の球面収差のみを模式的に表して説明したが、実際には球面収差の量や方向などはより複雑であり、焦点検出用補正値ＢＰＡＦ１、ＢＰＡＦ２の量や方向は図１３とは異なる場合もある。そして、最終的には光学シミュレーションや工程での実測などにより焦点検出用補正値ＢＰＡＦ１、ＢＰＡＦ２の量や値を算出する。

図１４は、システム制御部５０に格納された第２の焦点検出手段による実際の焦点検出動作を示すフローチャートである。なお、本実施形態において第２の焦点検出手段は、メインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影光束外へ退避し、シャッター１２の開口部を開放して撮像素子１４で得られた画像データを逐次表示する電子ファインダ時に焦点検出を行うこととする。

まず、ステップＳ６０１では、電子ファインダ時にＳＷ１などの焦点検出開始指示ボタンがＯＮされたかを検知し、ＯＮされた場合にはステップＳ６０２へ進む。

次に、ステップＳ６０２では、逐次読み出されている画像データから画像処理部２０の合成部９０２と連結部９０３により対の焦点検出用信号を生成する。そして、その焦点検出用信号をＡＦ部４２へ送り、ステップＳ６０３へ進む。なお、本実施形態では電子ファインダ中に第２の焦点検出手段による焦点検出を行うため、焦点検出用画素９０１ａ、９０１ｂは、電子ファインダ中の間引き読み出しに対応した離散配置としている。

次に、ステップＳ６０３では、ＡＦ部４２にて公知の相関演算などを用いて対の焦点検出用信号のずれ量を算出し、デフォーカス量に換算する。

次に、ステップＳ６０４では、図６および図１３で説明したＢＰＡＦ１を撮影レンズ３００の不揮発性メモリ３４８からインターフェース部３８、３３８、コネクタ１２２、３２２を介して取得する。そして、式（１）に基づき第２の焦点検出手段用の焦点検出用補正値ＢＰＡＦ２を算出する。

次に、ステップＳ６０５では、ステップＳ６０３で算出したデフォーカス量とステップＳ６０４で算出した焦点検出用補正値ＢＰＡＦ２に基づき、撮影レンズ３００のレンズ駆動量を算出する。

ステップＳ６０６では、インターフェース部３８、３３８、コネクタ１２２、３２２を介して、レンズ駆動量を撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２に送り、レンズ３１１の焦点調節を行う。

以上のような動作で、第２の焦点検出手段による撮影レンズ３００の焦点検出を行っている。なお、ステップＳ６０６以降には、合焦判定などを行い再度焦点検出や合焦不能通知などの処理を行うが、説明を省略する。

以上のように本実施形態によれば第１の焦点検出手段と第２の焦点検出手段の両者で高精度な焦点検出を行うことができる。特に具体例としては、カメラ１００が第１の焦点検出手段のみを備え、撮影レンズ３００が第１の焦点検出手段に対応した焦点検出補正値を備えたカメラシステムが存在する。その後、カメラ１００に第２の焦点検出手段の機能を加えたカメラが発売されたとする。そうした場合、特に過去に発売した交換可能な撮影レンズ３００については、本実施形態を適用することで第２の焦点検出手段でも高精度な焦点検出を行うことができる。また、これから新しく発売される撮影レンズ３００についても、特に新しいシステム拡張なしで対応することが可能となる。

なお、本実施形態では、第１の焦点検出手段と第２の焦点検出手段の焦点検出領域がほぼ一致しているため、図６で説明した焦点検出用補正値を式（１）にあてはめるだけで、第２の焦点検出手段による焦点検出を高精度に行うことができた。しかしながら、第２の焦点検出手段による焦点検出領域が広範囲に設けられている場合、第２の焦点検出手段による焦点検出領域の代表像高Ｘを求める。そして、図６で説明した第１の焦点検出手段における焦点検出用補正値を撮影画面内中心の像高０と周辺の像高Ｈにおける焦点検出用補正値とし、像高Ｘにおける焦点検出用補正値は像高０と像高Ｈの焦点検出用補正値から補間演算で算出する。この値を式（１）に用いることで、第１の焦点検出手段と第２の焦点検出手段の焦点検出領域が一致していなくても、高精度な焦点検出を実現することができる。

また、本実施形態では、カメラ１００が第１の焦点検出手段と第２の焦点検出手段の両者を備える構成で説明したが、カメラ１００は第２の焦点検出手段のみを備え、撮影レンズが第１の焦点検出手段に対応しているカメラシステムにおいても、本発明は適用可能である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は第１の実施形態の変形例で、撮影レンズ３００のＦナンバーが変化した場合の対応ついて説明する。

第１の焦点検出手段は撮影レンズ３００の絞り３１２が開放Ｆナンバーのときのみ行えばよいが、第２の焦点検出手段は、電子ファインダ時に行うため被写体の明るさによっては開放Ｆナンバーで焦点検出を行うことができない。そこで、第２の実施形態では、撮影レンズ３００のＦナンバーが変化した場合に第２の焦点検出手段による高精度な焦点検出を行う例を示す。

図１５は、第１の実施形態の図１３に対応する図で、レンズ３１１の収差を示す模式図である。図１５において、絞り３１２は図１３の場合より絞りこまれるため、最外光束５００−５はケラレ、図中点線で示される。したがって、撮影光束の最良像面位置は５０３から７０３へ移動する。一方、第１の焦点検出手段の射出瞳５０１と第２の焦点検出手段の射出瞳５０２にはケラレが発生しないので、これらの結像位置５０４、５０５は変化しない。したがって、公知の撮影光束のＦナンバーによる最良像面位置の差ＢＰＦＮ１をあらかじめ撮影レンズ３００の不揮発性メモリ３４８に格納しておけば、図から明らかなようにＦナンバーが変化した場合、第１の焦点検出手段による焦点検出はこのＢＰＦＮ１を用いることで、高精度に行うことが可能となる。なお、第１の焦点検出手段でのＦナンバー変化による最良像面位置の補正については公知であり、図でも明らかなため詳細な説明は省略する。

同様の考え方を用いると、第２の焦点検出手段における焦点検出用補正値ＢＰ’ＡＦ２は、図より明らかなように以下の式（２）で表すことができる。

ＢＰ’ＡＦ２＝ＢＰＡＦ２−ＢＰＦＮ１ …（２）
つまり、式（１）に示すようにＢＰＡＦ２は第１の焦点検出手段による焦点検出用補正値ＢＰＡＦ１をもとに計算されるので、第２の実施形態においても焦点検出用補正値ＢＰＡＦ１を流用することで第２の焦点検出手段での高精度な焦点検出を実現できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第２の実施形態における絞り３１２をさらに絞り込んだ例を示す。

図１６Ａは、第２の実施形態の図１５に対応する図で、レンズ３１１の収差を示す模式図である。第３の実施形態では、最外の光線５００−５のみならず射出瞳５０２を通過する光線５００−４も絞り３１２によってケラレ、図中点線で示す。したがって、撮影光束のみならず、第２の焦点検出手段に関わる光束までもがケラレてしまい、最良像面位置が変化する。

図１６Ｂは、図１６Ａの点線円で示すＤ部を拡大した図で、上記最良結像面位置を説明するにあたって、図１６Ａでは図が煩雑になるため、図１６Ｂの拡大図を使用して説明する。

図１６Ｂにおいて、撮影光束の最良像面位置は第１の実施形態の矢印５０３の位置から矢印８０３の位置まで変化する。そうすると、公知の撮影光束のＦナンバーによる最良像面位置の差ＢＰＦＮ２により撮影光束の最良像面位置の補正は良好に行われる。

一方、第１の焦点検出手段の射出瞳５０１にはケラレが発生しないので、その最良像面位置も５０４のままである。次に、第２の焦点検出手段の射出瞳５０２ではケラレが発生してしまうので、その最良像面位置は８０５となってしまう。そうすると、撮影光束の最良像面位置８０３に対して、第１の焦点検出手段と第２の焦点検出手段の最良像面位置５０４、８０５は、第１及び第２の実施形態の場合と比べて、方向が互いに異なり、倍率係数も異なることが分かる。したがって、第２の焦点検出手段による焦点検出用補正値ＢＰ”ＡＦ２は、第１の実施形態とは異なる倍率係数Ｋ”を用いて以下の式（３）で表される。

ＢＰ”ＡＦ２＝（ＢＰＡＦ１−ＢＰＦＮ２）×Ｋ” …（３）
したがって、この倍率係数Ｋ”を、図６Ａ、図６Ｂで説明した焦点検出用補正値テーブルのそれぞれの値ごとに用意しておく。そうすることで、撮影レンズ１００のズーム位置、フォーカス位置によらず、第２の焦点検出手段での高精度な焦点検出を実現することができる。なお、第１の実施形態の場合と同様に、倍率係数Ｋ”は一律としてもよい。

なお、上記の例はレンズ３１１の球面収差のみを模式的に表して説明したが、実際には球面収差の量や方向などはより複雑であり、焦点検出用補正値ＢＰ”ＡＦ２の量や方向は図１６とは異なる場合もある。そして、最終的には光学シミュレーションソフトや工程での実測などにより焦点検出用補正値ＢＰ”ＡＦ２の量や値を算出する。

本発明の第１の実施形態に関わるカメラと撮影レンズからなるカメラシステムの構成を示すブロック図である。 焦点検出装置の構成を示す斜視図である。 受光素子の対の受光素子列により形成される対の焦点検出用信号を示す図である。 受光素子の各受光素子列を視野マスク上に逆投影した図である。 焦点検出装置からなる焦点検出光学系を、サブミラーをなくしてストレートに展開した光学断面図である。 不揮発性メモリに格納されている実際の焦点検出用補正値を示す図である。 不揮発性メモリに格納されている実際の焦点検出用補正値を示す図である。 不揮発性メモリに格納されている実際の焦点検出用補正値を示す図である。 撮像素子のうち被写体像が形成される受光画素を撮影レンズ側からみた平面図である。 撮像用画素の構造を説明する図である。 焦点検出用画素の構造を説明する図である。 撮像素子と画像処理部における焦点検出構成を概略的に示す図である。 合成部、連結部により形成され、ＡＦ部へ送られる対の焦点検出用信号を示す図である。 図１におけるレンズと撮像素子を光学ファインダ側からみた光学断面図である。 レンズの収差を示す模式図である。 システム制御部に格納された第２の焦点検出手段による実際の焦点検出動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態におけるレンズの収差を示す模式図である。 第３の実施形態におけるレンズの収差を示す模式図である。 第３の実施形態におけるレンズの収差を示す模式図である。

符号の説明

１４ 撮像素子
４２ ＡＦ部
１００ カメラ
１０５ 焦点検出装置
２１１ フィールドレンズ
２１２ 絞り
３００ 撮影レンズ
３１１ レンズ
ＭＬ マイクロレンズ
ＯＰＨＡ、ＯＰＨＢ 開口部

Claims (10)

1. 撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光束を導く第１の瞳分割手段を備え、前記第１の瞳分割手段により導かれた光束を用いることによって前記撮影レンズの焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、前記撮影レンズを通過して第２の瞳分割手段により導かれた光束を用いることによって記録撮像面上で前記撮影レンズの焦点検出を行う第２の焦点検出手段とのうちの、少なくとも前記第２の焦点検出手段を備え、
   前記第２の焦点検出手段による前記撮影レンズの焦点検出を、前記撮影レンズにあらかじめ記憶された前記第１の焦点検出手段に対応した焦点検出用補正値を用いて行うことを特徴とするカメラ。
2. 前記第２の瞳分割手段は、画素の開口部をマイクロレンズの中心線に対して偏心させることで瞳分割を行うこと特徴とする請求項１に記載のカメラ。
3. 前記第２の焦点検出手段は、画素の開口部をマイクロレンズの中心線に対して異なる方向に偏心させた画素群からの像の相関を演算して焦点状態を検出すること特徴とする請求項２に記載のカメラ。
4. 前記焦点検出用補正値は、収差による結像位置のずれを補正する補正値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカメラ。
5. 像高Ｘにおける焦点検出用補正値は、撮影画面内中心の焦点検出用補正値と像高Ｈにおる焦点検出用補正値との補間演算で算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカメラ。
6. 前記焦点検出用補正値は、Ｆナンバーに応じて算出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカメラ。
7. 前記焦点検出用補正値は、倍率係数に応じて算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカメラ。
8. 前記第１の焦点検出手段の焦点検出演算と、前記第２の焦点検出手段の焦点検出演算とは同じであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のカメラ。
9. 前記第１の瞳分割手段は、対の開口部を有する絞りであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のカメラ。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のカメラと、
    前記第１の焦点検出手段に対応した焦点検出用補正値を記憶した撮影レンズと、
    を備えることを特徴とするカメラシステム。

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