JP2003241075A

JP2003241075A - カメラシステム、カメラおよび撮影レンズ装置

Info

Publication number: JP2003241075A
Application number: JP2002045554A
Authority: JP
Inventors: Masatake Kato; 正猛加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像素子の出力を用いた位相差検出方式ＡＦ
では、大デフォーカス量を正確に検出するのが難しい。【解決手段】カメラ２に、画素ごとに設けられた１つ
のマイクロレンズに対して少なくとも一対の光電変換部
を備え、撮影光学系により形成される光学像の光電変換
による撮像を行う撮像手段４と、撮影光学系の瞳面上の
異なる領域を通過した光束により形成される２像を光電
変換した光電変換部のそれぞれの出力値に基づいて撮影
光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段１５とを
設ける。撮影レンズ装置には、撮影光学系の焦点調節状
態の検出において上記２像の光量分布差を補正させるた
めの補正情報を記憶する記憶手段１２を設ける。焦点検
出手段に、光電変換部の出力値と、撮影レンズ装置から
通信された記憶手段内の補正情報とに基づいて撮影光学
系の焦点調節状態を検出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交換可能な撮影レ
ンズ装置の瞳の異なる位置を通る光束を受光する撮像手
段を用いていわゆる瞳分割方式による焦点検出を行うカ
メラシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータで画像を扱う用途が
飛躍的に増大している。そして、コンピュータに画像を
取り込むためのデジタルカメラの製品化が活発になって
いる。

【０００３】このようなデジタルカメラの発展動向とし
て、静止画像を扱うデジタルスチルカメラは多画素化へ
の方向性をより鮮明にしており、通常動画像用（ビデオ
ムービー）カメラの撮像素子の画素数が２５万から４０
万画素であるのに対し、８０万画素（ＸＧＡクラス）の
撮像素子を搭載するカメラが普及している。また、最近
では、２００万画素から３００万画素程度のものが多く
世に出されている。

【０００４】さらに、交換レンズタイプの高級機では、
２００万画素、４００万画素、６００万画素といった高
画素撮像素子を用いたカメラも製品化されるに至ってい
る。

【０００５】カメラのＡＦ（自動焦点調節）、ＡＥ（自
動露出）といった撮影系の制御は、ビデオムービーカメ
ラでは、ビデオレートで連続的に出力される撮像素子の
出力信号を用いて行っている。このため、ＡＦでは、Ｔ
Ｖ−ＡＦ（いわゆる山登り方式やコントラスト方式と称
されるＡＦ方式）を採用している。

【０００６】一方、デジタルスチルカメラでは、画素
数、カメラの動作方法により様々な方法が採られる。一
般に、ビデオムービーで用いられる３５万画素から４０
万画素クラスでは、多くのものはカメラに搭載されるカ
ラー液晶表示器（最近は２インチ程度のＴＦＴ液晶が多
く用いられている）にセンサからの繰返し読み出し信号
（画像）を表示すること（以下、ファインダーモードあ
るいはＥＶＦモードという）から、基本的にビデオムー
ビーカメラと動作が同じであり、このためにビデオと同
様な方式が採られることが多い。

【０００７】しかしながら、１００万画素クラス以上の
撮像素子を持つデジタルスチルカメラ（以下、高画素デ
ジタルスチルカメラという）においては、ファインダー
モード時の撮像素子の動作は、ファインダーレートを早
くする（ビデオレートに近づける）ために、液晶表示器
に表示するために必要な信号ラインあるいは画素以外は
なるべく間引かれるような駆動方法が採られる。

【０００８】また、３００万画素を越えるような本格的
なデジタルスチルカメラでは、銀塩カメラと同様に静止
画像を即座に撮影するニーズが強いことから、レリーズ
スイッチを押してから撮影までの時間が短いことが要求
される。

【０００９】このような理由で、高画素デジタルスチル
カメラでは、様々なＡＦ方式が採られている。以下、そ
の例を述べる。

【００１０】（ａ）撮像素子とは別にＡＦのためのセン
サを持つ方式。これには、銀塩カメラで用いられるよう
な位相差方式、コントラスト方式、距離計方式、アクテ
ィブ方式等がある。

【００１１】（ｂ）撮像素子そのものの出力を利用する
方式。この場合、撮像素子の全画素を読み出すのでは時
間がかかりすぎること、また、測距のためには、全画素
の情報を必要としないことから、撮像素子の特定領域の
み（但し、その領域内の信号は間引かない）の信号を用
いた山登り方式、位相差方式がある。

【００１２】しかしながら、上記の従来例の高画素デジ
タルスチルカメラにおいては以下の問題がある。

【００１３】まず、撮像素子以外にＡＦのためのセンサ
を持つ場合、そのセンサに像を結ぶためのレンズ系やそ
れぞれのＡＦ方式を実現するための機構（例えば、アク
ティブ方式では赤外光の発生部と投影のためのレンズと
受光センサと受光レンズ、赤外投光の移動機構であり、
位相差方式では測距センサへの結像レンズ、位相差を設
けるためのメガネレンズ等）が必要となる。このたろ、
カメラが大型化し易く、コスト高ともなる。

【００１４】また、撮像素子に光を導く光学系とＡＦセ
ンサに光を導く光学系の経路の差や、それぞれの光学系
を構成するモールド部材等の製造誤差および温度による
膨張などの要因による誤差など、撮像素子そのものを使
うＡＦに対して誤差要因が増えることとなる。このよう
な誤差成分は、交換レンズ式のデジタルスチルカメラで
は、レンズ固定のデジタルスチルカメラよりも大きくな
る。

【００１５】このために、撮像素子の出力そのものを使
うＡＦ方式が模索されることとなる。このうち、山登り
方式はコントラスト検出方式の焦点検出装置である。コ
ントラスト検出方式とは、撮像光学系によって形成され
た物体像の先鋭度を、固体撮像素子の出力を所定の関数
で評価することによって求め、関数値が極値をとるよう
に撮影光学系の光軸上の位置を調節するものである。

【００１６】評価関数としては、隣接する輝度信号の差
の絶対値を焦点検出領域内で加算するものや、隣接する
輝度信号の差の２乗を焦点検出領域内で加算するもの、
あるいはＲ，Ｇ，Ｂの各画像信号について隣接する信号
の差を同様に処理するもの等がある。

【００１７】一般に、このようなコントラスト検出方式
の焦点検出装置においては、撮影光学系の光軸上の位置
を僅かに移動させながら評価関数値を求めていくため、
評価関数処理時間が必要になり、合焦するまでの焦点調
節に時間がかかるという問題がある。

【００１８】また、米国特許 4,410,804号に開示されて
いるように、一対あるいは二対の受光部を２次元的に配
列したマイクロレンズアレイ毎に設け、このマイクロレ
ンズによって、受光部を撮像光学系の瞳に投影すること
で瞳を分割する、いわゆる位相差検出方式の焦点検出装
置を組み込んだ撮像装置もある。

【００１９】位相差検出方式とは、撮影光学系の瞳の異
なる部分を通過した２光束を用いて、物体像をそれぞれ
形成し、２つの物体像間の位置的位相差を撮像素子の出
力に基づいて検出し、これを撮影光学系のデフォーカス
量に換算するものである。

【００２０】この位相差検出方式の焦点検出装置では、
デフォーカス量を求めることができるので、コントラス
ト検出方式に比べて、合焦するまでの時間を大幅に短縮
することができるという利点がある。

【００２１】この米国特許 4,410,804号にて開示の撮像
装置における固体撮像素子にあっては、撮影光学系の瞳
の一部分を通った光束で形成される一対あるいは二対の
画像を形成するために、マイクロレンズアレイを用いて
いる。各マイクロレンズのパワーは、撮像素子の各受光
部を撮影光学系の射出瞳に投影するように設定され、撮
像素子の各受光部と射出瞳とは共役関係にある。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、撮影光学系
がデフォーカスした状態では、分割された瞳の形状がボ
ケ像に重畳する。このため、位相差検出方式では、大き
なデフォーカスを検知し難いという問題がある。

【００２３】また、この方式におけるデフォーカス量の
検出誤差を大きくする他の要因として、マイクロレンズ
の製造誤差が挙げられる。前述のように、マイクロレン
ズは受光部を撮影光学系の射出瞳に投影している。仮
に、この投影位置が画素によってばらつきがあると、デ
フォーカス時の位相シフト量が画素毎に異なることにな
ってしまう。この影響はデフォーカス量が大きいほど深
刻である。

【００２４】但し、マイクロレンズは非常に微細である
ために、実際にはある程度の製造ばらつきを許容せざる
を得ない。これを改良するものとしては、特開２００１
−１２４９８４号公報にて提案されているように、実際
の瞳位置であるレンズ内絞りに時系列的に２つの分割領
域を作り出す遮光部と開口部とを設けたものがある。

【００２５】ここで、図９に、従来のカメラにおける撮
影光学系の構成を示す。この撮影光学系は、固体撮像素
子１００を用いるデジタルカメラのズーム光学系であ
る。同図の左側が物体（被写体）側、右側が像面側とな
っている。

【００２６】同図において、撮影光学系と撮像素子１０
０との間には、赤外線（ＩＲ）カットフィルターや光学
ローパスフィルターといった光学部材Ｆ１が配置されて
いる。Ｌ１は撮影光学系の光軸である。

【００２７】撮影光学系は、図示しないレンズ駆動機構
を持ち、モータとギア列等を用いて第２群ｇｒｐ２を光
軸方向に移動させることができる。これにより、物体像
が撮像素子１００上でピントを結ぶように焦点調節する
ことができる。

【００２８】図１０には、瞳分割方式の焦点検出を行う
方法の原理を示している。受光センサ９０は、撮影レン
ズ９１の予定結像面に配置されている。また、受光セン
サ９０の１画素は２つの光電変換部９３ａ，９３ｂによ
り構成されており、各光電変換部の撮影レンズ側に形成
されたマイクロレンズ９２によって、光電変換部９３
ａ，９３ｂは撮影レンズ９１の瞳の異なる位置を透過し
た光束を受光するように構成されている。

【００２９】ここで、光電変換部９３ａは主に撮影レン
ズ９１の瞳の図中下方を透過する光束を受光し、光電変
換部９３ｂは主に撮影レンズ９１の瞳の図中上方を透過
する光束を受光する。

【００３０】焦点検出時は、各光電変換部からの出力を
それぞれ読み出し、さらに複数の画素からの出力より撮
影レンズの異なる瞳位置を透過した光束による像が生成
される。撮影レンズの異なる瞳位置を透過した光束より
生成される像を用いて焦点検出を行う方法は、特開平５
−１２７０７４号公報等にて提案されている。

【００３１】図１１には、絞り面に配置された遮光部材
を示す。絞りＳＴは、軸Ｌ２を中心にして回転可能であ
り、不図示のモータの駆動力によって９０度毎に設定さ
れた４つのポジションに選択的に回転する。また、絞り
ＳＴには、符号２０４から２０８で示した５つの開口部
が形成されている。開口部２０４，２０５，２０６は撮
像のための開口であり、開口２０７，２０８はデフォー
カス検出用の開口である。

【００３２】しかしながら、このように、ＡＦ方式の欠
点である低コントラストと大デフォーカス時の性能改善
のために瞳面上に遮光部材を配置した構成では、装置の
大型化を避けることができない。また、時系列で遮光を
行うので、高速応答性の妨げとなる。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、撮影光学系の焦点調節動作が可能な
撮影レンズ装置と、この撮影レンズ装置の着脱が可能な
カメラとから構成されるカメラシステムにおいて、カメ
ラに、画素ごとに設けられた１つのマイクロレンズに対
して少なくとも一対の光電変換部を備え、撮影光学系に
より形成される光学像の光電変換による撮像を行う撮像
手段と、撮影光学系の瞳面上の異なる領域を通過した光
束により形成される２像を光電変換した光電変換部のそ
れぞれの出力値に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を
検出する焦点検出手段とを設ける。また、撮影レンズ装
置には、撮影光学系の焦点調節状態の検出において上記
２像の光量分布差を補正させるための補正情報を記憶す
る記憶手段を設ける。そして、焦点検出手段に、光電変
換部の出力値と、撮影レンズ装置から通信された記憶手
段内の補正情報とに基づいて撮影光学系の焦点調節状態
を検出させるようにしている。

【００３４】これにより、撮影レンズ装置の口径蝕によ
って生じる２像の光量分布差（光量分布の非対称性）に
よる影響を排除して、正確な撮影光学系の焦点調節状態
の検出を行うことが可能となる。そして、これにより、
被写体像の撮像を行う撮像手段の出力を用いて、大デフ
ーカス時でも高精度かつ短時間で撮影光学系の自動焦点
調節を行うことができるようになる。また、カメラの構
成を簡単にし、しかも撮影レンズ装置およびカメラの小
型化も実現される。

【００３５】ここで、２像の光量分布は、撮影レンズ装
置の焦点距離、合焦用レンズの位置および絞り状態等に
よっても異なるので、これらレンズ状態のいずれかと光
電変換部の出力値と上記補正情報とに基づいて焦点調節
状態の検出を行うと、より正確な焦点調節状態の検出を
行うことができる。

【００３６】なお、特に光量分布補正が必要となる画面
の周辺領域において、光量分布補正のための情報量をす
こしでも少なくするために、周辺光の瞳面上での光束分
割の光量比を均等に近づけることが必要となる。

【００３７】この条件を満足するには、絞り光束の中心
主光線に対し、軸外周辺光の上線、下線の割合を均等に
するよう、前玉有効径、後玉有効径の大きさをコントロ
ールしなければならない。

【００３８】また、本発明においては、撮像手段による
撮像可能な最大像高の７割以内の画面領域で、メリディ
オナル断面の絞り光束の中心主光線から、各画素の少な
くとも一対の光電変換部に入射するマージナル光線の上
・下線への光線比率Ｌが以下の式（１）を満足すること
によって、より確実かつ十分な補正を実現することが可
能である。

【００３９】０．４＜Ｌ＜２．５ …（１）

【００４０】

【発明の実施の形態】図１〜図７には、本発明の実施形
態であるカメラシステムの構成を示している。図１は上
記カメラシステムを構成するカメラと交換レンズ（撮影
レンズ装置）の構成図、図２は撮像素子の部分断面図、
図３は撮像ユニットの回路構成を示す図、図４は瞳面上
での光量分布の形状を示す図、図５は撮像面上での光量
分布を示す図、図６は上記カメラシステムの撮影光学系
における光束の状態を示す図、図７はカメラにおける撮
影動作のフローチャートである。

【００４１】図１において、２はカメラ、１は交換レン
ズである。これらカメラ２および交換レンズ１は、マウ
ント３に設けられた通信接点を介して相互に通信が可能
である。なお、マウント３は、カメラ若しくは交換レン
ズの違いによらず、共通して装脱可能に使用できる。

【００４２】１１は交換レンズ１内に設けられたフォー
カス用のステッピングモータであり、カメラ２から駆動
命令（焦点調節動作を行わせるための信号）を受信した
レンズ１内のレンズＣＰＵ１３によって制御され、図示
しない駆動機構を介してフォーカスレンズ１０を光軸方
向に駆動する。

【００４３】なお、フォーカス制御はすべてカメラ２か
ら細かく指示するようにしてもよいが、交換レンズの場
合、レンズの仕様や特性によってそのフォーカス制御方
式や制御パターンが千差万別なので、レンズ内に制御用
のＣＰＵ１３を設けた方が汎用性が高く、また、カメラ
側のＣＰＵの負担を軽減することができる。

【００４４】１２は交換レンズ１内に設けられたレンズ
ＲＯＭであり、カメラ２内のカメラＣＰＵ１４との通信
によって受信する、カメラ２側で検出されたピント合わ
せ残り量に応じたフォーカスレンズ１０の駆動量に関す
る最適な情報を記憶している。

【００４５】４はカメラ２内に設けられた撮像素子であ
り、ＣＣＤ等を有して構成されている。この撮像素子４
における撮像画面の大きさは、２８×１８．７ｍｍであ
り、画素数は３００万画素である。１ピクセルのピッチ
は、９．３ミクロン程度である。

【００４６】１５はカメラ２内に設けられ、後述するＡ
Ｆ評価値を算出するためのＡＦ検出回路（焦点検出手
段）、１６はカメラ内において各種情報を格納するカメ
ラＲＯＭである。本実施形態では、撮像素子４から出力
される映像信号を用いて、ピントのデフォーカス検出を
行い、交換レンズ１内のステッピングモータ１１を駆動
させるための駆動命令信号を出力する。

【００４７】図２（ａ），（ｂ）にも示すが、撮像素子
４の表面上には、カラーフィルタおよびマイクロレンズ
アレイが配置されている。マイクロレンズは画素ごとに
１つずつ設けられている。また、各画素は２つの光電変
換部に分割されている。

【００４８】ＡＦ検出回路１５は、各光電変換部の出力
をそれぞれ独立に読み出し、交換レンズ１内の撮影光学
系２４の瞳面上の異なる領域を通過した２像の光電変換
出力値から相関演算を行って撮影光学系２４の焦点調節
状態の検出（以下、焦点検出という）を行う。

【００４９】但し、高精細な画像の撮像が可能な高画素
タイプの撮像素子４からそのまま合焦検出信号を得るこ
とや、不図示のＥＶＦ（Electric View Finder）にス
ルーでの画像を出力することには処理時間が長くかか
り、高速な合焦動作や高速連写を得るには適していな
い。

【００５０】このため、本実施形態では、撮像素子４上
において位相差方式ＡＦに用いる出力信号を得る領域や
ＥＶＦへの出力を行う領域を限定し、処理時間を短縮し
ている。

【００５１】図１において、５はカメラ２内に設けら
れ、交換レンズ１を通って入射した被写体光を、撮像素
子４と光学的に等価な位置にある結像面８に向けて上方
に反射するミラーである。このミラー５で反射した被写
体光は、結像面８およびファインダー光学系９を介して
撮影者の眼（図示せず）に至る。これにより、撮影者
は、被写体像を光学的に観察することができる。

【００５２】ここで、ファインダー観察時に撮像素子４
からの出力を用いて位相差方式ＡＦを行うために、ミラ
ー５には半透過部分７が形成されている。なお、ミラー
５は、撮像時には撮影光路から上方に退避する。

【００５３】また、撮像素子４からの出力を用いて位相
差方式ＡＦを行うことにより、本実施形態のカメラに
は、従来のＡＦ用再結像レンズや、ＡＦ用光束分離サブ
ミラーは不要である。このため、バックフォーカスを短
縮してカメラを小型化することができる。

【００５４】図２（ａ）には、撮像素子４における列方
向の２画素分の構成を示している。また、図２（ｂ）に
は、行方向の２画素分の構成を示している。

【００５５】同図において、１１７はＰ型ウェル、１１
８はＭＯＳのゲート絶縁膜であるＳｉＯ₂ 膜、１２０
はフォトゲート下に蓄積された光電荷を行間に形成され
たフローティングディフュージョン部１２１（以下、Ｆ
Ｄ部という）へ転送するための転送ゲートである。各行
の転送ゲート１２０は制御パルスΦＴＸαｅ０，ΦＴＸ
αｏ０で独立して制御可能なように構成されている。

【００５６】また、１２９はカラーフィルタ、１３０は
マイクロレンズである。マイクロレンズ１３０は、撮影
光学系２４の瞳と撮像素子４の光電変換部１０１とが略
共役になるような形状および位置に形成されている。カ
ラーフィルタ１２９およびマイクロレンズ１３０が形成
された各画素には、２つ（一対）の光電変換部１０１
α，１０１βが設けられている。

【００５７】図３には、撮像素子４の回路構成を示して
いる。なお、図３には２行×２列の２次元エリアセンサ
の回路構成を示しているが、実際は３００万個の画素分
の回路構成を有している。

【００５８】図３において、１０１はＭＯＳトランジス
タゲートとゲート下の空乏層とからなる光電変換部、１
０３は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、１０４はリセ
ット用ＭＯＳトランジスタ、１０５はソースフォロワア
ンプＭＯＳトランジスタ、１０６は水平選択スイッチＭ
ＯＳトランジスタ、１０７はソースフォロワの負荷ＭＯ
Ｓトランジスタ、１０８は暗出力転送ＭＯＳトランジス
タ、１０９は明出力ＭＯＳトランジスタ、１１０は暗出
力蓄積容量ＣＴＮ、１１１は明出力蓄積容量ＣＴＳ、１
１２は水平転送ＭＯＳトランジスタ、１１３は水平出力
線リセットＭＯＳトランジスタ、１１４は差動出力アン
プである。１１５は水平走査回路、１１６は垂直走査回
路である。

【００５９】ここで、光電変換部１０１により光電変換
された２像のＡＦ検出回路１５による相関演算方法につ
いて説明する。例えば、第１，第２光電変換部の光電変
換素子数をそれぞれＮとし、光電変換素子の出力をそれ
ぞれａ（ｉ），ｂ（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）としたとき、相
互の相関量Ｖ(m) は、Ｖ(m) ＝Σ{|a(i)-b(i+1-m)|-|(a(i+1)-b(i-m)|} …（２）となり、２像のずれ量が最も小さいとき、即ち一致した
ときに最小値をとる。

【００６０】また、相関量Ｖ(m) として、Ｖ(m) ＝Σ{|a(i)-b(i+1-m)|P-|(a(i+1)-b(i-m)|P} …（３）として求めてもよい。ただし、Ｐは正数とする定数であ
る。

【００６１】また、相関量Ｖ(m) は、min(x,y),max(x,
y) を２実数ｘ，ｙのうちの小なるもの若しくは大なる
ものとすれば、Ｖ(m) ＝Σ[min{(a(i),b(i+1-m)}-min{a(i+1),b(i-m)}] …（４）Ｖ(m) ＝Σ[max{(a(i),b(i+1-m)}-max{a(i+1),b(i-m)}] …（５）を用いてもよい。

【００６２】この相関演算によって、位相シフト量を検
出し、撮影光学系２４の焦点調節状態を検出することが
可能となる。

【００６３】そして、この焦点検出結果からデフォーカ
ス量を求め、得られたデフォーカス量を交換レンズ１の
フォーカスレンズ１０を駆動すべき量に換算すれば、自
動焦点調節が可能である。

【００６４】このように、位相差方式のＡＦでは、合焦
を得るためのフォーカスレンズ１０の駆動量を求めるこ
とができるので、通常は、合焦位置までのレンズ駆動は
ほぼ１回で済み、極めて高速な焦点調節動作が実現でき
る。

【００６５】ここで、図４には、瞳面上での光量分布を
示している。図４（ａ）に示すように、画面中心付近で
は、瞳面を領域分割された光束によって形成される２像
は、円を２分割した半円形状の光束になる。

【００６６】一方、画面周辺では、撮影光学系２４の口
径蝕によって、瞳面を領域分割された光束によって形成
される２像は非対称となる。

【００６７】一般に、物体像は点像と物体の輝度パター
ンのコンボルーションで与えられるが、物体像のデフォ
ーカス量が大きくなると、点像には射出瞳の形が現れて
くる。この結果、撮像素子４上に形成される２像には、
円を２分割した形のボケが重畳することになる。

【００６８】一対の焦点検出用像（２像）の形成が、平
行移動で重なる形状の一対の射出瞳を介して成されてい
れば、個々の瞳形状がどういうものであっても、第１光
電変換部の出力信号と第２光電変換部の出力信号の関係
は位相のみがシフトしたものになる。

【００６９】ところが、図４（ａ），（ｂ）に示すよう
に、射出瞳上の第１の領域５１と第２の領域５２の形状
は互いに裏返しの関係であって、平行移動で重なるわけ
ではない。したがって、２像に重畳するボケ形状も同様
に裏返しの関係になり、第１光電変換部の信号と、第２
光電変換部の信号は、形状を異ならせながら位相がシフ
トしたものになってしまう。

【００７０】したがって、大デフォーカス時には、２像
の位相差検出がうまく行かず、デフォーカス量の検出誤
差が大きくなる。

【００７１】また、前述したように、大デフォーカス時
にデフォーカス量の検出誤差を大きくする他の要因とし
て、マイクロレンズの製造誤差が挙げられる。

【００７２】図１１に示した従来例では、メカニカルな
遮光絞りを挿入しているために、瞳を分割する形状は、
この遮光絞りによって決定され、２像の非対称性もほと
んどなく、相関演算に問題はない。

【００７３】一方、本実施形態では、ＡＦのために分割
された瞳形状は、撮影光学系２４内の開口絞りとマイク
ロレンズの瞳合わせによってのみ決定されており、画面
中心では、光軸上のマイクロレンズに対して中心の画素
の２つの光電変換部は光軸に対して点対称であり、取り
込まれる光束は全く等しく、相関演算は問題ない。勿
論、ある長さを持ったピクセルの集合から像の相関を得
ようとするならば、対称性は崩れる。

【００７４】図４（ａ）は、光軸上の２つの物体像の瞳
面上の分布を示したものであるが、２つの物体像はほぼ
対称であり、このときの撮像面上の映像信号レベルを表
したのが図５（ａ）である。同一のマイクロレンズ下に
ある２つの光電変換部の受光感度のバラツキやマイクロ
レンズの偏芯があると、瞳面上の上光線側の光束と、下
光線側の光束の光量比の大小に差が生じる。

【００７５】画面周辺の画素では、レンズの口径蝕が大
きくなるために、２つの像の非対称性は大きくなる。一
般的には傾きが逆になる。

【００７６】物体像の強度分布に、この光量分布の偏り
が重畳されるので、いわゆるシェーディング補正という
光量分布補正が必要である。

【００７７】本実施形態では、撮影光学系２４の光量分
布の情報、すなわち焦点検出において２像の光量分布差
を補正するための補正情報を、予め交換レンズ１内のＲ
ＯＭ（記憶手段）１２に記憶保持しておき、２像の相関
演算前に、この補正情報を用いてシェーディング補正を
行う。

【００７８】ここにいう「光量分布の情報（補正情
報）」について簡単に説明する。例えば、撮像画面をメ
ッシュ分割し、第１象限に着目して２つの光電変換部で
の光量の比の値をプロットすると、図８に示すような光
量比の等高線が描ける。これは撮像素子面の座標ｘ，ｙ
に関する２次元の数値となる。

【００７９】この光量比の逆数を補正情報に用いるなら
ば、下記のように、ｘ, ｙに関する多項式展開の各係数
に分解することができる。

【００８０】光量比（ｘ，ｙ）＝ａ１・ｘ²＋ａ２・ｙ
²＋ａ３・ｘ・ｙ＋・・・・そして、交換レンズの特定のズーム位置、特定のフォー
カス位置、特定の絞り状態で上記近似式の係数の組みを
情報としてレンズＲＯＭ内に格納しておけばよい。

【００８１】ここで、撮影光学系２４の口径蝕は、交換
レンズ１がズームレンズである場合、撮影光学系２４の
焦点距離（Ｚ）、フォーカスレンズ１０の位置（Ｆ），
絞り状態（Ｓ）によって変わってくるので、補正量は、
撮像面上での位置（Ｙ）とこれらのレンズ状態の関数と
なる。即ち、補正量＝ｇ（Ｚ，Ｆ，Ｓ，Ｙ） …（６）となる。

【００８２】本実施形態では、交換レンズ１において、
上記補正量を求める時の焦点距離（Ｚ）情報、フォーカ
スレンズ１０の位置（Ｆ）情報および絞り状態（Ｓ）情
報をリアルタイムに検知し、これらの情報をカメラ２側
に通信する。カメラ２側のＡＦ検出回路１５は、この交
換レンズ固有の多項式係数を用いて演算して、上記補正
量を算出することができる。

【００８３】撮像素子４における画素中の光電変換部
が、水平方向にあるか垂直方向にあるかは、撮影光学系
２４の口径蝕が軸対称である場合には、ほとんど問題と
はならない。

【００８４】但し、撮影光学系２４の口径蝕が著しい場
合には、必要な精度と光量補正分から求まる情報量の多
さが問題となる。即ち、ビット数が多く必要となり、レ
ンズ内のＲＯＭ１２の容量を多く必要とする。この情報
量を少なくするためには、口径蝕ができるだけ少ない撮
影光学系が望ましい。

【００８５】具体的には、図６に示すように、メリディ
オナル断面での絞り中心主光線Ｌ１に対して、マージナ
ル上光線と下光線の光線比率Ｌが上記（１）式に示した
範囲内であればよい。

【００８６】以上説明した焦点検出動作を、図７に示す
撮影フローに沿って説明する。まず、ユーザーがカメラ
に設けられた撮影ボタンを半押しして不図示のスイッチ
ＳＷ１がオンすると（ステップ〈図ではＳと略す〉２０
１）、カメラＣＰＵ１４はＡＦ検出回路１５にＡＦを開
始させる。このとき、レンズＣＰＵ１３は、撮影光学系
２４の焦点距離、フォーカスレンズ１０の位置および絞
り状態を検出し、これらの情報をカメラ２に通信する
（Ｓ２０２）。ＡＦ検出回路１５は、それらの情報を用
いて前述したようにシェーディング補正を行い（Ｓ２０
３）、２像の相関演算を行って、２像の分離量からデフ
ォーカス量を得る（Ｓ２０４）。

【００８７】デフォーカス量を演算したＡＦ検出回路１
５は、その演算量を示す情報を交換レンズ１に駆動指令
とともに送信する。レンズＣＰＵ１３は、受信したデフ
ォーカス量と予めＲＯＭ１２に記憶されたフォーカスレ
ンズ１０の敏感度情報とに基づいて、合焦を得るために
必要なフォーカスレンズ１０の駆動量を求め、フォーカ
スレンズ１０の駆動を行う（Ｓ２０５）。

【００８８】なお、本実施形態では、交換レンズ１か
ら、焦点検出時の焦点距離、フォーカスレンズ位置およ
び絞り状態の情報をカメラ２に送信し、ＡＦ検出回路１
５に補正量演算を行わせる場合について説明したが、交
換レンズ１内において検出した焦点距離、フォーカスレ
ンズ位置および絞り状態を用いてＲＯＭ１２内の補正情
報を補正し、この補正後の補正情報をカメラ２に通信す
るようにしてもよい。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
撮影レンズ装置の口径蝕によって生じる２像の光量分布
差（光量分布の非対称性）による影響を排除して、正確
な撮影光学系の焦点調節状態の検出を行うことができ
る。これにより、被写体像の撮像を行う撮像手段の出力
を用いて、大デフーカス時でも高精度かつ短時間で撮影
光学系の自動焦点調節を行うことができる。また、カメ
ラの構成を簡単にし、しかも撮影レンズ装置およびカメ
ラの小型化も実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態であるカメラと交換レンズか
らなるカメラシステムの構成図である。

【図２】上記カメラに設けられた撮像素子の断面図であ
る。

【図３】上記撮像素子の回路構成図である。

【図４】上記カメラシステムにおける瞳面上での２像の
光量分布を示す図である。

【図５】上記撮像素子の撮像面上での光量分布を示す図
である。

【図６】上記交換レンズ内の撮影光学系の構成図であ
る。

【図７】上記カメラシステムにおける撮影動作のフロー
チャートである。

【図８】上記撮像素子における光電変換部での光量の比
の値を示す等高線図である。

【図９】従来のカメラにおける撮影光学系の構成図であ
る。

【図１０】従来のＡＦ原理の説明図である。

【図１１】従来の撮影光学系に設けられた遮光部材の説
明図である。

【符号の説明】

１交換レンズ２カメラ３マウント４撮像素子５ミラー８結像面９ファインダー光学系１０フォーカスレンズ１１ステッピングモータ１２レンズＲＯＭ１３レンズＣＰＵ１４カメラＣＰＵ１５ＡＦ検出回路１６カメラＲＯＭ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｂ 7/34 Ｈ０４Ｎ 5/232 ＨＧ０３Ｂ 13/36 101:00 17/14 Ｇ０２Ｂ 7/11 ＮＨ０４Ｎ 5/232 Ｃ // Ｈ０４Ｎ 101:00 Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影光学系の焦点調節動作が可能な撮影
レンズ装置と、この撮影レンズ装置の着脱が可能なカメ
ラとから構成されるカメラシステムであって、前記カメラは、画素ごとに設けられた１つのマイクロレンズに対して少
なくとも一対の光電変換部を備え、前記撮影光学系によ
り形成される光学像の光電変換による撮像を行う撮像手
段と、前記撮影光学系の瞳面上の異なる領域を通過した光束に
より形成される２像を光電変換した前記光電変換部のそ
れぞれの出力値に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状
態を検出する焦点検出手段とを有し、前記撮影レンズ装置は、前記撮影光学系の焦点調節状態の検出において前記２像
の光量分布差を補正させるための補正情報を記憶する記
憶手段を有しており、前記焦点検出手段は、前記光電変換部の出力値と前記撮
影レンズ装置から通信された補正情報とに基づいて前記
撮影光学系の焦点調節状態を検出することを特徴とする
カメラシステム。
【請求項２】前記焦点検出手段は、前記撮影光学系の
焦点調節状態の検出結果に応じて前記撮影光学系の焦点
調節動作を行わせるための信号を前記撮影レンズ装置に
通信し、前記撮影レンズ装置は、前記カメラから通信された前記
信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節動作を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のカメラシステム。
【請求項３】前記撮影レンズ装置は、前記撮影光学系
の焦点距離、合焦レンズの位置および絞り状態のうち少
なくとも１つのレンズ状態情報を前記カメラに通信し、前記焦点検出手段は、前記光電変換部の出力値と前記撮
影レンズから通信されたレンズ状態情報および前記補正
情報とに基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出
することを特徴とする請求項１に記載のカメラシステ
ム。
【請求項４】前記撮影レンズ装置は、前記撮影光学系
の焦点距離、合焦レンズの位置および絞り状態のうち少
なくとも１つのレンズ状態に応じて前記補正情報を補正
するとともに、この補正後の補正情報を前記カメラに通
信することを特徴とする請求項１に記載のカメラシステ
ム。
【請求項５】前記撮像手段により撮像可能な最大像高
の７割以内の画面領域で、メリディオナル断面の絞り光
束の中心主光線から各画素を構成する前記少なくとも一
対の光電変換部に入射するマージナル光線の上線および
下線への光線比率Ｌが、０．４＜Ｌ＜２．５なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の
カメラシステム。
【請求項６】撮影光学系の焦点調節動作が可能な撮影
レンズ装置の着脱が可能なカメラであって、画素ごとに設けられた１つのマイクロレンズに対して少
なくとも一対の光電変換部を備え、前記撮影光学系によ
り形成される光学像の光電変換による撮像を行う撮像手
段と、前記撮影光学系の瞳面上の異なる領域を通過した光束に
より形成される２像を光電変換した前記光電変換部のそ
れぞれの出力値に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状
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、前記光電変換部の出力値と、前記
撮影レンズ装置から通信された、前記撮影光学系の焦点
調節状態の検出において前記２像の光量分布差を補正さ
せるための補正情報とに基づいて前記撮影光学系の焦点
調節状態を検出することを特徴とするカメラ。
【請求項７】前記焦点検出手段は、前記撮影光学系の
焦点調節状態の検出結果に応じて前記撮影光学系の焦点
調節動作を行わせるための信号を前記撮影レンズ装置に
通信することを特徴とする請求項５に記載のカメラ。
【請求項８】前記焦点検出手段は、前記光電変換部の
出力値と、前記撮影レンズ装置から通信された前記撮影
光学系の焦点距離、合焦レンズの位置、絞りり状態のう
ち少なくとも１つのレンズ状態情報および前記補正情報
とに基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する
ことを特徴とする請求項５に記載のカメラ。
【請求項９】前記焦点検出手段は、前記光電変換部の
出力値と、前記撮影レンズ装置において前記撮影光学系
の焦点距離、合焦レンズの位置および絞り状態のうち少
なくとも１つのレンズ状態に応じて補正され、前記カメ
ラに通信された前記補正情報とに基づいて前記撮影光学
系の焦点調節状態を検出することを特徴とする請求項５
に記載のカメラ。
【請求項１０】撮影光学系の焦点調節動作が可能であ
り、画素ごとに設けられた１つのマイクロレンズに対して少
なくとも一対の光電変換部を備えるとともに前記撮影光
学系により形成される光学像の光電変換による撮像を行
う撮像手段と、前記撮影光学系の瞳面上の異なる領域を
通過した光束により形成される２像を光電変換した前記
光電変換部のそれぞれの出力値に基づいて前記撮影光学
系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを有するカ
メラに対して着脱が可能な撮影レンズ装置であって、前記撮影光学系の焦点調節状態の検出において前記２像
の光量分布差を補正させるための補正情報を記憶する記
憶手段を有するとともに、前記カメラに前記記憶手段内
の補正情報を通信することを特徴とする撮影レンズ装
置。
【請求項１１】前記カメラから通信された、前記撮影
光学系の焦点調節動作を行わせるための信号に基づい
て、前記撮影光学系の焦点調節動作を行うことを特徴と
する請求項９に記載の撮影レンズ装置。
【請求項１２】前記撮影光学系の焦点距離、合焦レン
ズの位置および絞り状態のうち少なくとも１つのレンズ
状態情報を前記カメラに通信することを特徴とする請求
項９に記載の撮影レンズ装置。
【請求項１３】前記撮影光学系の焦点距離、合焦レン
ズの位置および絞り状態のうち少なくとも１つのレンズ
状態に応じて前記記憶手段内の補正情報を補正するとと
もに、この補正後の補正情報を前記カメラに通信するこ
とを特徴とする請求項９に記載の撮影レンズ装置。
【請求項１４】前記撮影光学系において、前記撮像手
段により撮像可能な最大像高の７割以内の画面領域で、
メリディオナル断面の絞り光束の中心主光線から各画素
を構成する前記少なくとも一対の光電変換部に入射する
マージナル光線の上線および下線への光線比率Ｌが、０．４＜Ｌ＜２．５なる条件を満足することを特徴とする請求項９に記載の
撮影レンズ装置。