JP2005134617A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で被写体の任意の領域にピントを合わせること。
【解決手段】この焦点検出装置は、被写体の像を記録する為の撮像と焦点検出に兼用する撮影光学系及び撮像素子５と、上記撮影光学系及び第１撮像素子５と所定の基線長隔てて配置された上記撮影光学系とは倍率の異なるＡＦ光学系及び撮像素子１０４と、この撮像素子１０４から読み出した画像の中に設定された参照像を、基線長方向に所定の単位画素ずつずらしながら、上記第１撮像素子から読み出した画像の中に設定された基準像と一致する上記参照像の位置を演算し、上記基準像に対応する被写体までの距離を検出するＡＦ処理回路１０８、及びそれを統括するＣＰＵ１００とを備え、撮像素子５の単位画素のサイズと撮像素子１０４の単位画素とのサイズの比が、上記撮影光学系の倍率と上記ＡＦ光学系の倍率の比に等しくなるようにしたことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に用いられる焦点検出装置に関するものである。

従来、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子の出力信号の高周波成分が最大になる位置に撮影レンズを駆動して被写体にピントを合わせる、所謂山登り方式による焦点検出が広く採用されている。しかしながら、この方式は、撮影レンズを駆動しながら被写体にピントを合わせる方式である為、合焦状態に至るまでに比較的時間がかかるという問題がある。これに対して、三角測距方式や位相差方式による焦点検出は、被写体までの距離やピントのずれ量を求めることができる為、迅速な焦点検出が可能であり、特に速写性能が要求されるスチルカメラに向いた方式である。

ここで、特許文献１では、２つの瞳を具備する焦点検出用絞り板を撮影レンズの光路に配設し、遮蔽板で瞳を交互に隠蔽して左像信号Ｌと右像信号Ｒを撮像素子からそれぞれ読み出し、上記左像信号Ｌと右像信号Ｒの相対的な位置ズレに基づいて焦点状態を検出する撮像装置に関する技術が開示されている。

さらに、特許文献２では、撮影画面上の複数の焦点検出領域に到達する被写体光束を分割結像し、焦点検出領域毎に一組の光像を形成する焦点検出用光学系を設け、この一組の光像毎に光電変換を行う複数の光電変換手段の出力レベルに応じて電荷蓄積時間を個別に制御し、上記複数の光電変換手段の出力から焦点情報を算出する焦点検出装置に関する技術が開示されている。

また、特許文献３では、基線長離れた２つのレンズ系からそれぞれ入射する同一被写体からの反射光を受光する一対の固体撮像素子を設け、上記一対の固体撮像素子の撮像面に結像する一対の画像中の任意の位置を指定し、三角測量法を利用したアルゴリズムにより被写体の前記位置指定点までの距離を求めることができるデジタル電子スチルカメラに関する技術が開示されている。
特開平１１−１４２７２３号公報 特開平９−３１１２６９号公報 特開平５−１８７４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、１つの撮像素子のみで焦点検出が可能になるものの、撮影レンズに遮蔽板を設ける必要がある為、通常の撮影レンズを使うことができない。従って、特にレンズ交換式の撮影レンズを用いる一眼レフカメラでは、レンズの互換性を損ないユーザーに大きな負担を与えるという問題がある。

さらに、特許文献２に記載の技術では、焦点検出領域が限られた位置にしかピントを合わせることができないという問題がある。

また、特許文献３に記載の技術では、一対の撮影光学系及び撮像素子が同じ構成であるため、撮影光学系及び撮像素子が高性能高機能なものであるとカメラのコストが高くなるばかりかカメラが大きくなりすぎるという問題がある。

本発明は、簡単な構成で被写体の任意の領域にピントを合わせることが可能な焦点検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様では、被写体の像を記録する為の撮像と焦点検出に兼用する第１光学系及び第１撮像素子と、上記第１光学系及び上記第１撮像素子と所定の基線長隔てて配置された上記第１光学系とは倍率の異なる第２光学系及び第２撮像素子と、上記第２撮像素子から読み出した画像の中に設定された参照像を、基線長方向に所定の単位画素ずつずらしながら、上記第１撮像素子から読み出した画像の中に設定された基準像と一致する上記参照像の位置を演算する相関量演算手段と、上記相関量演算手段の出力に基づき上記基準像に対応する被写体までの距離を検出する距離演算手段とを備え、上記第１撮像素子の単位画素のサイズと上記第２撮像素子の単位画素のサイズの比が、上記第１光学系の倍率と上記第２光学系の倍率の比に等しくなるようにしたことを特徴とする焦点検出装置が提供される。この第１の態様によれば、撮像用の光学系及び撮像素子を兼用して簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を合わせることが可能になる。

本発明の第２の態様では、上記第１の態様において、上記第１撮像素子の単位画素のサイズ又は上記第２撮像素子の単位画素のサイズは、複数の画素をまとめて仮想的な１つの画素とみなしたものであることを特徴とする焦点検出装置が提供される。この第２の態様によれば、撮像用の光学系及び撮像素子を兼用して簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を合わせることが可能になる。

本発明の第３の態様では、上記第１の態様において、上記第１光学系の光路中に配置された第１絞りと、この第１絞りを所定の値に設定する絞り設定手段とを更に有し、上記相関量演算手段は、上記絞り設定手段により上記第１絞りを予め決められた所定の絞り値に絞り込んだ後に撮像された画像データに基づいて上記基準像と一致する上記参照像の位置を演算することを特徴とする焦点検出装置が提供される。この第３の態様によれば、撮影レンズが合焦位置から大きくはずれていても比較的鮮明な画像が結像されるので正確にズレ量を求めることができる。

本発明の第４の態様では、上記第３の態様において、上記第２光学系の光路中に配置された第２絞りを有し、上記絞り設定手段により設定される第１絞りの絞り値を上記第２絞りの絞り値と等しくすることを特徴とする焦点検出装置が提供される。この第４の態様によれば、第１光学系により結像される像と第２光学系により結像される像のぼけと照度分布が近似するので、ズレ量を正確に求めることができる。

本発明の第５の態様では、上記第１の態様において、上記第１光学系はズーム値を可変に構成され、上記第１光学系のズーム値に応じて測距が可能な領域が変化する測距可能領域を示す指標を上記第１撮像素子により撮像された画像と重ねて表示する表示手段を更に有することを特徴とする焦点検出装置が提供される。この第５の態様によれば、三角測距に基づく測距が可能な領域を確認することができるので便利である。

本発明の第６の態様では、上記第１の態様において、被写体の測距領域を指示する測距領域指示手段を有し、測距が不能な領域に上記測距領域を設定するように指示されたときは、山登り方式に基づき撮影レンズを合焦位置に駆動することを特徴とする焦点検出装置が提供される。この第６の態様によれば、山登り方式により焦点検出可能となる。

本発明の第７の態様では、上記第１の態様において、上記第１光学系は連続的に切り換えが可能であり、上記第２光学系は連続的に変化する上記第１光学系の焦点距離に応じて焦点距離を不連続に切り換えることを特徴とする焦点検出装置が提供される。この第７の態様によれば、撮像用の光学系及び撮像素子を兼用して簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を合わせることが可能になる。

本発明の第８の態様では、上記第１の態様において、上記第２撮像素子の撮像面サイズは、上記第１撮像素子の撮像面のサイズに比べて小さいことを特徴とする焦点検出装置が提供される。この第８の態様によれば、高価な撮像用の撮像素子に比べて安価な撮像素子を用いるのでコストが安くなる。

本発明の第９の態様では、上記第１の態様において、上記第２撮像素子の画素数は、上記第１撮像素子の画素数に比べて少ないことを特徴とする焦点検出装置が提供される。この第９の態様によれば、高価な撮像用の撮像素子に比べて安価な撮像素子を用いるのでコストが安くなる。

本発明によれば、簡単な構成で被写体の任意の領域にピントを合わせることが可能な焦点検出装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の構成例を示し説明する。図１に示されるように、撮像装置１は、撮影光学系としての、ズームレンズ２及びフォーカスレンズ３を有している。光線は、これらレンズ２，３、絞り４を通過して、ＣＣＤ等の撮像素子５の受光面に結像される。この撮像素子５で光電変換された信号は、撮像回路６に入力され、当該撮像回路６により映像信号が生成される。そして、この映像信号は、Ａ／Ｄ変換器７によってデジタルの映像信号（画像データ）に変換され、メモリ８に一時的に記憶される。メモリ８に格納された画像データは、所定の画面レート（例えば１／３０秒）で読み出され、Ｄ／Ａ変換器９でアナログの映像信号に変換される。液晶表示素子（以下、ＬＣＤと略記する）１０では、このアナログの映像信号に基づく被写体像の表示がなされる。

操作スイッチ（以下、操作ＳＷと略記する）２４に含まれるレリーズスイッチを操作して記録操作を行った場合には、メモリ８の画像データは圧縮／伸張回路１１の圧縮回路で圧縮された後、記録用メモリ１２に記憶される。また、再生操作が行われた場合には、記録用メモリ１２に圧縮されて記憶されたデータは、圧縮／伸張回路１１の伸張回路で伸張された後、メモリ８に一時的に記憶され、Ｄ／Ａ変換器９でアナログの映像信号に変換される。ＬＣＤ１０では、このアナログの映像信号に基づく再生画像の表示がなされる。

ここで、ＬＣＤ１０では、その表示画面上に、三角測距が可能な視野を示す指標２０１と測距領域を示す指標２０２を併せて表示する（図２参照）。即ち、ＬＣＤ１０では、撮影光学系のズームレンズ２のズーム値に応じて変化する三角測距可能な視野を示す指標２０１を、ＣＣＤ５で撮像された画像と重ねて表示することができるので、当該指標２０１により、三角測距可能な領域を容易に確認することができる。仮に、操作ＳＷ２４等の操作により、三角測距が可能な視野を示す指標２０１の外（測距が不能な領域）に、測距領域が指示された場合には、所謂山登り方式に基づきＡＦがなされる。

Ａ／Ｄ変換器７によってＡ／Ｄ変換された画像データは、オート露出処理回路（以下、ＡＥ処理回路と略記する）１３とオートフォーカス処理回路（以下、ＡＦ処理回路と略記する）１４に入力される。ＡＥ処理回路１３は、１フレーム（１画面）分の画像データの輝度値を算出する等して被写体の明るさに対応したＡＥ評価値を算出し、ＣＰＵ１５に出力する。また、ＡＦ処理回路１４は、１フレーム（１画面）分の画像データの輝度成分に高周波成分をハイパスフィルタ等で抽出して、累積加算値を算出する等して高域側の輪郭成分等に対応したＡＦ評価値を算出し、ＣＰＵ１５に出力する。

一方、撮影光学系の光軸と基線長Ｌだけ隔てて配置されたオートフォーカス専用の光学系（以下、ＡＦ光学系と称する）であるフォーカスレンズ１０２を経た光線は、絞り１０３を通過して、ＣＣＤ等の撮像素子１０４に被写体像を結ぶ。この撮像素子１０４で光電変換された信号は撮像回路１０５に入力され、当該撮像回路１０５により、映像信号が生成される。そして、この映像信号は、Ａ／Ｄ変換器１０６によってデジタルの映像信号（画像データ）に変換され、メモリ１０７に一時的に格納される。

ＡＦ処理回路１０８では、上記撮影光学系に基づき得られ上記メモリ８に記憶されている画像データと、上記ＡＦ光学系に基づき得られ上記メモリ１０７に記憶されている画像データを用いて、所謂三角測距の原理に基づき測距領域選択回路１１３により選択された被写体までの距離を求める。この測距領域選択回路１１３は、カメラの操作者により手動で選択するものでも、公知の視線検出装置により選択するものでもよい。上記三角測距の原理に基づき得られた被写体距離情報を基に撮影光学系のフォーカスレンズ１０２を合焦位置に駆動した後、被写体に対する合焦精度を高める為に必要に応じて又は毎回のフォーカスレンズ１０２の合焦駆動の度に、最終的なピント位置の調整を所謂山登り方式により行う。この為に、ＡＦ処理回路１０８は、１フレーム（１画面）分の画像データの輝度成分における高周波成分をハイパスフィルタ等で抽出して、累積加算値を算出する等して高域側の輪郭成分量等に対応したＡＦ評価値を算出し、ＣＰＵ１００に出力する。

ＣＰＵ１００には、タイミングジェネレータ（以下、ＴＧ回路と略記する）１０９から画面レートに同期した所定のタイミング信号が入力される。ＣＰＵ１００は、このタイミング信号に同期して、各種の制御動作を行う。また、このＴＧ回路１０９のタイミング信号は、撮像回路１０５にも入力される。また、ＴＧ回路１０９は、所定のタイミングでＣＣＤ１０４を駆動するように、ＣＣＤドライバ１１０を制御する。

ＣＰＵ１５には、ＴＧ回路１６から画面レートに同期した所定のタイミング信号が入力される。ＣＰＵ１５は、このタイミング信号に同期して、各種の制御動作を行う。このＴＧ回路１６のタイミング信号は、撮像回路６にも入力される。撮像回路６は、このタイミング信号に同期して、色信号の分離等の各種処理を行う。また、このＴＧ回路１６は、所定のタイミングでＣＣＤ５を駆動するようにＣＣＤドライバ１７を制御する。

ＣＰＵ１５は、第１乃至第３のモータドライブ回路１８乃至２０のそれぞれを制御することで、第１乃至第３のモータ２１乃至２３を介して、絞り４、フォーカスレンズ３、ズームレンズ２の駆動を制御する。つまり、ＣＰＵ１５は、ＡＥ評価値を基に、第１のモータドライブ回路１８を制御して、第１のモータ２１を回転駆動して、絞り４の絞り量を適正な値に調整する、即ちオート露出制御を行う。

また、ＣＰＵ１５は、ＣＰＵ１００と接続され、当該ＣＰＵ１００から三角測距の原理に基づく距離データを受信して、この距離データに基づき、第２のモータドライブ回路１９を制御して第２のモータ２２を回転駆動して、フォーカスレンズ３を駆動して、合焦状態に設定する。しかしながら、一般的には、撮像素子５のコントラストが最大になる位置にフォーカスレンズ３を駆動する山登り方式に基づき制御した方が精度が向上する。そこで、上記三角測距の原理に基づきフォーカスレンズを駆動した後に、必要に応じて、ＡＦ評価値を基に、第２のモータドライブ回路１９を制御して第２のモータ２２を回転駆動して、ＡＦ処理回路１４からのＡＦ評価値を得る。そして、こうして得られたＡＦ評価値に基づき、ＣＰＵ１５は、そのＡＦ評価値が最大となるレンズ位置にフォーカスレンズ３を駆動して、合焦状態に設定する、即ちオートフォーカスを行う。

但し、上記山登り方式の制御には比較的時間がかかるので、上記山登り方式に基づくフォーカスレンズ３の駆動は省略してもよいことは勿論である。

また、ＣＰＵ１５には、例えば電気的に書換可能で不揮発性の読み出し専用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ２５が接続されており、このＥＥＰＲＯＭ２５にはＣＰＵ１５を介して各種の制御等を行うプログラムや、各種の動作を行うのに使用されるデータや、後述する撮像素子５と撮像素子１０４の結像位置の関係を知るための情報や、撮像素子５と撮像素子１０４の撮像面の明るさを補正する為の情報等が格納されている。これら情報は、撮像装置１の電源がＯＮされた場合等に読み出されて使用される。尚、ＣＰＵ１５は、電池２６の電圧を検出して、所定の電圧値以下になった事を検出した場合、電池２６の残量が少ない旨の表示や電池の充電或いは交換等を促す表示をＬＣＤ１０にて行う。

尚、撮像素子１０４の撮像面サイズは撮像素子５の撮像面サイズに比べて小さくてもよく、撮像素子１０４の画素数は撮像素子５の画素数に比べて少なくてもよい。これによれば、ＡＦ用に安価な撮像素子を用いることができるので、コストが安くなる。

また、撮影光学系を三角測距に兼用するのでパララックスが発生することがなく、任意の領域の被写体に正確に焦点を合わせることができる。

ここで、図３を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置に関連する測距原理を説明する。これは、後述する実施の形態にも共通する。

図３において、撮影光学系Ｍ１とＡＦ光学系Ｍ２は、基線用Ｌだけ隔てて配設されている。撮影光学系Ｍ１の撮像素子５に対する焦点距離はｆ１、ＡＦ光学系Ｍ２の撮像素子１０４に対する焦点距離はｆ２である。更に、被写体Ｏの像の撮影光学系Ｍ１の光軸からのずれはΔＬ１であり、ＡＦ光学系の光軸からのずれはΔＬ２であり、被写体Ｏまでの距離はＲである。このような場合、次式（１）が成立する。

Ｒ／Ｌ１＝ｆ１／ΔＬ１
Ｒ／Ｌ２＝ｆ２／ΔＬ２
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２
Ｌ／Ｒ＝（１／ｆ１）・（ΔＬ１＋（ｆ１／ｆ２）・ΔＬ２） ・・・（１）
即ち、この（１）式より、像Ｏの撮影光学系Ｍ１の光軸からのずれΔＬ１及びＡＦ光学系Ｍ２の光軸からのずれΔＬ２、上記両光学系Ｍ１，Ｍ２の焦点距離ｆ１，ｆ２、及び基線長Ｌが定まれば、被写体までの距離Ｒが求まることが分かる。

以下、図４のフローチャートを参照して、本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の動作を詳細に説明する。

操作ＳＷ２４に含まれるパワースイッチがオンされ、電源投入されると、ＣＰＵ１５やＣＰＵ１００がパワーオンリセットされ、本動作に入ることとなる。

先ず、ＡＥ処理回路１３は、１フレーム（１画面）分の画像データの輝度値を算出する等して被写体の明るさに対応したＡＥ評価値を算出し、当該ＡＥ評価値をＣＰＵ１５に出力する（ステップＳ１）。続いて、ＣＰＵ１５は、操作ＳＷ２４に含まれるレリーズスイッチの初段の第１のレリーズ（以下、１ｓｔレリーズと称する）が行われたかどうかを判断し、それが行われるのを待つ待機状態となる（ステップＳ２）。

このステップＳ２で１ｓｔレリーズが行われていれば、ＣＰＵ１００は、測距領域選択回路１１３により選択された測距領域の位置を読み込む（ステップＳ３）。

次いで、ＣＰＵ１００は、サブルーチン“三角測距ＡＦ”をコールし、三角測距の原理に基づき被写体までの距離を求める（ステップＳ４）。尚、このサブルーチン“三角測距ＡＦ”による三角測距の動作については、図５を参照して後述する。

このステップＳ４で被写体までの距離が求まると、ＣＰＵ１５は、この被写体までの距離に基づいてフォーカスレンズ３を合焦位置まで駆動する（ステップＳ５）。

続いて、ＣＰＵ１５は、１ｓｔレリーズが解除されたかどうかを判断し、それが行われるのを待つ待機状態となる（ステップＳ６）。１ｓｔレリーズ解除されたならば、ＣＰＵ１５は、操作ＳＷ２４に含まれるレリーズスイッチの次段の第２のレリーズ（以下、２ｎｄレリーズと称する）が行われたかどうかを判断し（ステップＳ７）、２ｎｄレリーズが行われてなければＪ１に分岐する。一方、上記ステップＳ７で、２ｎｄレリーズが行われていれば、次にＣＰＵ１５はＡＥ評価値を基にオート露出制御を行い（ステップＳ８）、こうして一連の撮影動作を終了する。

次に、図５のフローチャートを参照して、図４のステップＳ４で実行されるサブルーチン“三角測距ＡＦ”について詳細に説明する。

撮影光学系のフォーカスレンズ３の位置が合焦位置から大きくはずれていると、絞り開口が大きくなるほど像がボケるため正確にズレ量を求めるのが難しくなる。

この為に、ＣＰＵ１５は、ズレ量の演算に先立ち、撮影光学系の絞り４を予め決めた所定の値に絞り込む（ステップＳ１１）。撮影レンズが合焦位置から大きく外れていても、比較的鮮明な画像が結像されるので、正確にズレ量を求める上で効果的である。

また、撮影光学系の絞り値は、ＡＦ光学系の絞り１０３と等しいことが望ましい。

これは、撮影光学系により結像される像とＡＦ光学系により結像される像のぼけと照度分布を等しくして、ズレ量を正確に求める為である。すなわち、このように撮影光学系の絞り値を設定すれば、撮影光学系により結像される像とＡＦ光学系に結像される像のぼけと照度分布が近似するので、正確にズレ量を求める上で効果的である。

次いで、ＣＰＵ１５，１００は、ＡＥ処理回路１３で求めたＡＥ評価値を基に撮像素子５と撮像素子１０４の露光を行い、画像データを取得する（ステップＳ１２）。

そして、ＣＰＵ１００は、サブルーチン“ΔＬ１，ΔＬ２演算”により、撮影光学系により結像された測距領域の画像の撮影光学系の光軸中心からのズレであるΔＬ１と、ＡＦ光学系に結像された上記測距領域の画像に対応する画像のＡＦ光学系の光軸中心からのズレであるΔＬ２を演算するようにＡＦ処理回路１０８を制御する（ステップＳ１３）。このサブルーチン“ΔＬ１，ΔＬ２演算”については、図１４を参照して後に詳述する。こうして、ＣＰＵ１００は、上記（１）式（図３参照）に基づいて被写体までの距離Ｒを演算し（ステップＳ１４）、このサブルーチン“三角測距ＡＦ”からリターンする。

ここで、図６，７を参照して、像のズレ量を求める相関演算の原理について説明する。

先ず、図６（ａ）は、測距領域選択回路１１３によって選択された第１測距領域の撮像素子５の画素の配列を示す。１つの画素のサイズはＨ１×Ｗ１とする。この第１測距領域内の所定範囲Ｐ１の像を基準像とする。この基準像の重心位置から撮影光学系の光軸までの距離をΔＬ１とする。そして、上記基準像の撮影光学系の光軸から基線長方向にｉ番目の画素の出力をＳ（ｉ）とする。

一方、図６（ｂ）は、上記第１測距領域に対応するＡＦ光学系によって結像される像の第２測距領域の画素の配列を示す。１つの画素のサイズはＨ２×Ｗ２とする。この第２測距領域の中に上記基準像と同じ画素数からなる参照像Ｐ２を設定し、この参照像のＡＦ光学系の中心から基線長方向にｊ番目の出力をＣ（ｊ）とする。

そして、対応する画素の出力の差の絶対値の和をとり、これをＡ（ｍ）とし、相関量とする。この場合、次式（２）が成立する。

ここで、ｉとは基準部の最初の画素の番号であり、ｊは参照部の最初の画素の番号である。また、ｋは基準部及び参照部の最初の画素から数えてｋ番目の画素を意味する。

参照部はｊ＋ｎに、更に左右に±ｍ程度の余裕を見込む。

ここで、参照部のデータに付いているｍはＣＰＵ１５の内部で、基準部のデータ番号は固定し、参照部のデータ番号を１個ずつ送っていく操作の為に付けられている。

そして、ｍを順次１からｐまで変えながら上記相関量Ａ（ｍ）を求め、当該相関量Ａ（ｍ）が最小値をとるとき基準部と参照部の像が一致するものとして、基準部と参照部の像の相対的な距離を求める。尚、上記相関量Ａ（ｍ）は最小１画素毎の値である為、基準部と参照部の像の相対的な距離の精度も１画素が限界となる。

そこで、図７に示すように、相関量Ａ（ｍ）が最小値をとる前後の相関量の幾何学的な関係から補間により１画素ピッチ以下の高い精度の相対的な距離を求める。この補間によると、経験的に１／１０画素以下の高い精度で基準部と参照部の像の相対的な距離を求めることが可能である。尚、この補間演算自体は公知のものであるが、以下、簡単に説明すると、図７において、相関量Ａ（ｍ）の３番目に小さな値Ａ（１）と最小値Ａ（２）を直線で結び、この直線と水平線のなす角度θが、相関量Ａ（ｍ）の２番目に小さな値Ａ（３）を通る直線と上記水平線となす角度θと等しくなるようにしたとき、上記２つの直線の交差する点のズレ量ｍを求めるものである。

ところで、本願発明の第１の実施の形態において、基準像と参照像とで相関演算を行い精度の高いズレ量を求めるためには、以下の「第１乃至第３の条件」を満たす必要がある。

これは、他の実施の形態についても共通する考え方である。

より詳細には、「第１の条件」とは、基準像の基線長方向の中心線を被写体上に投影したラインと参照像の基線長方向の中心線を被写体上に投影したラインとが一致することである。そして、「第２の条件」とは、単位画素の光電変換部に投影される被写体面上の面積及び形状が同じであることである。更に、「第３の条件」とは、同一被写体に対応する画像データのレベルが同じであることである。以下、これら第１乃至第３の条件を満たす為の具体的解決手段について更に詳細に述べる。

（第１の条件）
第１の条件を満たすための具体的解決手段について説明する。

撮影光学系の光軸上の無限大の位置にスポット光（光源）を配置する。撮影光学系の焦点距離と絞り値をそれぞれｆ１、Ｆ１の値に設定し、このときの撮像素子５の画素データを読み出して上記スポット光が撮像素子５の撮像面に結像する座標位置Ｐ１（Ｐｘ１，Ｐｙ１）を検出する。同様に、撮像素子１０４の画素データを読み出して上記スポット光が撮像素子１０４の撮像面に結像する座標位置Ｐ２（Ｐｘ２，Ｐｙ２）を検出し、上記Ｐ１とＰ２の座標位置を１組のデータとしてＥＥＰＲＯＭ２５に記録する。

以上では、撮影光学系の光軸上の無限大の位置のスポット光に対応する１組のデータを記録したが、撮影光学系の光軸周辺の無限大の位置の複数点にスポット光を配置し、この複数点のスポット光が結像する撮像素子５と撮像素子１０４のそれぞれの撮像面上の座標位置をＥＥＰＲＯＭ２５に記録してもよい。この場合、撮影光学系、ＡＦ光学系の撮影倍率が変化しても結像位置が変化しないので、撮像素子５の結像面上に結像する被写体が上記撮像素子１０４の結像面上のどの位置に結像しているかを容易に求めることができることになり、基準像と参照像の相関演算を容易に行うことができる。

また、上記スポット光（光源）を撮影光学系の光軸外の有限の距離に設置し、このスポット光が結像する撮像素子５と撮像素子１０４のそれぞれの撮像面上の座標位置をＥＥＰＲＯＭ２５に記録するようにしてもよいことは勿論である。

このようにしてＥＥＰＲＯＭ２５に記録された上記座標位置Ｐ１（Ｐｘ１，Ｐｙ２），Ｐ２（Ｐｘ２，Ｐｙ２）から光軸上の無限大に位置する被写体が結像する撮像素子５の撮像面の位置、及び撮像素子１０４の撮像面の位置が分かる。

したがって、撮影光学系の光軸外の被写体が結像する撮像素子５と撮像素子１０４の各撮像面上の座標位置は、計算により簡単に求めることができる。

例えば、撮影光学系の焦点距離をｆ１、ＡＦ光学系の焦点距離をｆ２とし、撮像素子５の撮像面上の上記ＥＥＰＲＯＭ２５に記録された座標位置Ｐ１（Ｐｘ１，Ｐｙ１）を原点とした座標（ｘ１，ｙ１）の位置に像が結像しているものとする。

この場合、上記（ｘ１，ｙ１）の位置の像に対応する像が結像する撮像素子１０４上の位置（ｘ２，ｙ２）は、上記ＥＥＰＲＯＭ２５に記録された座標位置Ｐ２（Ｐｘ２，Ｐｙ２）を原点として（ｘ２，ｙ１・ｆ２／ｆ１）となる。ｘ１に対応する値ｘ２は相関演算で求めるものであり、ｘ２＝ｘ１・ｆ２／ｆ１であれば被写体距離は無限大であり、被写体が近づく程、ｘ２とｘ１・ｆ２／ｆ１との差は大きくなる。

この両者の差を求めるのが上記相関演算である。

ここで、図８には、撮像装置１の製造時に上記ＥＥＰＲＯＭ２５に上記データを書き込むシステムの構成例を示し説明する。この図８において、書き込み装置８０１から撮像装置１のＣＰＵ１５に所定の信号が送られると、ＣＰＵ１５は上記ＥＥＰＲＯＭ２５に撮像面上の座標位置に係るデータを書き込むための命令を実行することになる。

以下、図９のフローチャートを参照して、このシステムによる撮像装置１のＥＥＰＲＯＭ２５への座標位置に係るデータの書き込み動作について更に詳細に説明する。

先ず、書き込み装置８０１により撮像装置１をＥＥＰＲＯＭ２５の書き込みモードに設定し（ステップＳ２１）、撮影光学系の焦点距離を予め定めた焦点距離に設定し（ステップＳ２２）、撮影光学系の絞りを予め決めた絞り値に絞り込む（ステップＳ２３）。

そして、撮像素子５と撮像素子１０４の画像データを読み出し（ステップＳ２４）、この読み出した画像データに基づいて、上記撮像面上の座標位置Ｐ１，Ｐ２をＥＥＰＲＯＭ２５に書き込み（ステップＳ２５）、この動作を終了する。

（第２の条件）
第２の条件を満たすための具体的解決手段について説明する。

撮影光学系とＡＦ光学系の撮影倍率や、撮像素子５と撮像素子１０４の１画素のサイズは異なるので、上記第２の条件を満たす為には、これらを考慮する必要がある。

そこで、撮影光学系とＡＦ光学系の像倍率の比α１／α２を演算する。

尚、α１／α２＝ｆ１／ｆ２である。但し、このｆ１，ｆ２は、図３で先に説明したように、それぞれ撮影光学系の焦点距離とＡＦ光学系の焦点距離である。

次に、図６（ａ）、図１０（ａ）に示すように、撮影光学系による像を受ける撮像素子５の基線長方向の上記第１測距領域に対応する複数画素を、基線長方向に長さＷ１毎に等分する。基線長と直角方向の長さをＨ１として、上記Ｗ１×Ｈ１を新たな１つの画素とする。そして、上記Ｗ１×Ｈ１に含まれる元の複数の画素を加算した信号又はその平均値を求め、上記撮像素子５の新たな画素（以下「仮想画素」という）の出力とする。尚、上記仮想画素は、上記Ｗ１×Ｈ１に含まれる特定のラインを間引いて加算してもよい。

これと同様に、図６（ｂ）、図１０（ｂ）に示すように、ＡＦ光学系による像を受ける撮像素子１０４の基線長方向の上記第２測距領域に対応する複数画素を、基線長方向に長さＷ２毎に等分する。基線長と直角方向の長さをＨ２として、上記Ｗ２×Ｈ２を新たな１つの画素とする。そして、上記上記Ｗ２×Ｈ２に含まれる元の複数の画素の信号を加算した信号又はその平均値を、上記撮像素子１０４の仮想画素の出力とする。

ここで、上記Ｗ１，Ｗ２，Ｈ１，Ｈ２は、
α１／α２＝Ｗ１／Ｗ２＝Ｈ１／Ｈ２
の関係を満たすように設定する。
このように、撮像素子５の単位画素のサイズと撮像素子１０４の単位画素のサイズの比が、撮影光学系の倍率とＡＦ光学系の倍率の比に等しくなるようにすれば、撮像用の光学系（撮影光学系）及び撮像素子５を兼用して簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を併せることが可能となる。尚、上記単位画素のサイズとは、複数の画素をまとめて、仮想的な１つの画素（即ち、上記仮想画素）とみなしたものである。

次に、上述した基本的な考え方を基に仮想画素のサイズを具体的に設計してみる。

上記（１）式より、ＡＦ光学系の検出誤差ｄΔＬ２と測距誤差ｄＲの関係は、
ｄＲ＝−ｄΔＬ２・Ｒ^２／（Ｌ・ｆ２） ・・・（３）
となる。

一方、撮影レンズの被写界深度は、
被写界深度＝−Ｆ・δ・Ｒ^２／ｆ１^２ ・・・（４）
Ｆ：撮影光学系の絞り値、δ：許容錯乱円
となる。

ここで、測距誤差が撮影レンズの被写界深度内に収まっていれば、ピントが合ったといえる。この為には、
｜測距誤差｜ ＜ ｜被写界深度｜
ということになり、上記（３）式、（４）式から
ｄΔＬ２・Ｒ^２／（Ｌ・ｆ２）＜Ｆ・δ・Ｒ^２／ｆ１^２
が成立する。

従って、
ｄΔＬ２＜Ｆ・δ・Ｌ・ｆ２／ｆ１^２ ・・・（５）
が成立する。

いま、設計値として、Ｆ＝１、δ＝１／３０ｍｍ、Ｌ＝４０ｍｍ（撮影光学系の光軸中心の測距誤差を求めるものとし、Ｌ２＝Ｌとした）、ｆ２＝１０ｍｍ、ｆ１＝３０ｍｍとすると、
ｄΔＬ２＜１５ （μｍ）
となる。

この例では、ＡＦ光学系が設計通りに製作されていたと仮定すると、撮像素子１０４の基線長方向の画素ピッチが１５μｍ以下のピッチであれば、既述の補間によらない相関演算により必要な精度が得られることになる。

しかしながら、既述の補間法により最終的なズレ量を演算するものとし、これにより１画素ピッチの１／１０の精度を確保できるとすると、画素ピッチは１５０μｍ以下であれば必要な精度が得られることになる。撮像素子１０４の基線長方向の画素ピッチを１０μｍとすると、十分な精度が得られることになる。

そこで、上記補間演算をすることを条件に、上記（５）式を修正して、
ｄΔＬ２＜１０・Ｆ・δ・Ｌ・ｆ２／ｆ１^２ ・・・（６）
とする。

撮影光学系がズームレンズであり、そのズーム倍率が大きくなると、上記（６）式から明らかなように、ＡＦ精度及び測距可能な範囲に制約が出てくる。

図１１は、このような関係を示したものである。即ち、図１１（ｂ）では、撮影光学系の視野１１０１ｂとＡＦ光学系の視野１１０２ｂが一致しており、ＡＦ精度も上記具体的な数値で示した精度が確保されているものとする。しかし、撮影光学系の焦点距離が短くなり像の倍率が大きくなると（広角側）、撮影光学系の視野１１０１ａに比べてＡＦ光学系の視野１１０２ａは狭くなる（図１１（ａ）参照）。この場合、上記（５）式から明らかなように、ＡＦ光学系のズレ量の誤差の許容値は、図１１（ｂ）に比べて大きくなり、十分な精度が得られる。一方、撮影光学系の焦点距離が長くなり像の倍率が小さくなると（望遠側）、撮影光学系の視野１１０１ｃに比べてＡＦ光学系の視野１１０２ｃは広くなる（図１１（ｃ）参照）。この場合、ＡＦ光学系のズレ量の誤差の許容値は、図１１（ｂ）に比べて小さくなり、十分な精度が得られなくなる場合がある。

ここで、撮像素子５（撮像兼ＡＦ用）の撮像面の有効サイズを１８．５ｍｍ（Ｈ）×１３．５ｍｍ（ｖ）、水平方向の画素ピッチを１０μｍ、撮像素子１０４（ＡＦ専用）の撮像面の有効サイズを７．４ｍｍ（Ｈ）×５．９４ｍｍ（Ｖ）、水平方向の画素ピッチを１０μｍ、ＡＦ光学系の焦点距離をｆ２＝１０ｍｍ、撮影光学系の焦点距離ｆ１を１０ｍｍから１００ｍｍまで１０ｍｍステップで変えた場合の、撮影光学系の水平方向視野Ｈｖ１に対するＡＦ光学系の水平方向視野Ｈｖ２の視野比（ｆ１・Ｈｖ２／（ｆ２・Ｈｖ１））を求めた結果は表１に示される通りである。尚、撮像素子１０４のサイズが撮像素子５のサイズに比べて小さくしたのは、一般に撮像素子１０４は画素数が多く大きなサイズの高価なものであるのに対し、撮像素子１０４はそれに比べて安価な比較的画素数の少ないものを使う為である。また、上記（６）式を用いて、ＡＦ光学系の許容測距誤差を撮像素子１０４の画素数を単位として求めた結果は表１に示される通りである。

そして、上記許容測距誤差以下となるように、撮像素子１０４の仮想画素の横、即ち基線長方向のサイズＷ２を撮像素子１０４の画素数を単位として適宜表１のように選択すると、撮像素子５の仮想画素の横方向のサイズＷ１は、既に述べたようにｆ１／ｆ２＝Ｗ１／Ｗ２の関係から自動的に決まり、画素数を単位として表１のようになる。

表１において、撮影光学系の焦点距離が１０ｍｍにおいては許容測距誤差１３５画素に比べて、Ｗ２が１０画素となっており、他の撮影光学系と比べてやや過剰な精度になっているが、これはＷ２をなるべく統一してアルゴリズムを簡単にするためであり、理論上はＷ２は１３５画素以下であればよい。

この表１からも明らかなように、撮影光学系の焦点距離に応じて測距可能な範囲が変化する。そこで、本願発明においては、図１１に示すように撮影光学系の焦点距離に応じて三角測距に基づく測距が可能な視野を表示する。また、測距領域も表示する。

一方、撮影光学系の焦点距離が長くなるほど許容測距誤差は小さくなり望遠側では精度を確保できなくなる可能性がある。そこで、後述する第２の実施の形態においては、撮影光学系のズーム値に応じてＡＦ光学系のズーム値を変えるようにしている（これについての詳細は後述する）。

仮想画素の基線長と直角方向のサイズＨ１，Ｈ２についてもｆ１／ｆ２＝Ｈ１／Ｈ２の関係を満たすように適宜決めればよい。

（第３の条件）
第３の条件を満たすための具体的解決手段について説明する。

撮影光学系とＡＦ光学系の構成や、撮像素子５と撮像素子１０４の感度が異なることから、撮像素子５の画像データの値と撮像素子１０４の画像データの値は異なる。

従って、以下のように、カメラの製造時に補正のためのデータをＥＥＰＲＯＭ２５に記録しておき、相関演算を行う前に撮像素子５の画像データと撮像素子１０４の画像データを正規化し、同一被写体に対応する画像データの出力レベルを実質的に同じにする。

即ち、撮影光学系により結像される第１像と、ＡＦ光学系により結像される第２像のそれぞれ同一の像の領域の信号レベル又はその比をＥＥＰＲＯＭ２５に記憶しておき、この情報を基に、出力レベルを補正する。これによれば、基準像に対応する参照像の画像信号のレベルを合わせることができる。以下、詳述する。

いま、撮影光学系の絞りを所定の値に絞り込んだ状態で撮像素子５の撮像面に被写体の領域Ａ１の像Ｉｍ１が結像しているものとする。同時に、撮像素子１０４の撮像面に被写体の領域Ａ１の像Ｉｍ２が結像しているものとする。

このときの上記Ｉｍ１に対応する撮像素子５の画素データの平均値Ｖｍ１と撮像素子１０４の画素データの平均値Ｖｍ２の比である、
Ｋ＝Ｖｍ１／Ｖｍ２
をＥＥＰＲＯＭ２５に記録する。

尚、被写体を広い拡散板にして、このときの撮像素子５の複数画素の出力の平均値と撮像素子１０４の複数画素の出力の平均値の比をＫとしてもよい。また、上記Ｖｍ１とＶｍ２をＥＥＰＲＯＭ２５に記録しておき、両者の比は後で計算してもよい。また、上記撮影光学系の絞りを撮影光学系の焦点距離に応じた所定の絞り値に設定して、この焦点距離毎に上記係数Ｋを求めてＥＥＰＲＯＭ２５に記憶してもよい。

相関演算の前に撮像素子１０４の画像データをＫ倍することにより、基準像と参照像の明るさを実質的に同じにすることができる。

ここで、図１２には、撮像装置１の製造時に上記ＥＥＰＲＯＭ２５に上記データを書き込むシステムの構成例を示し説明する。ここでは、図８と同一構成については同一符号を付している。書き込み装置１２０１から撮像装置１のＣＰＵ１５に所定の信号が送られると、ＣＰＵ１５はＥＥＰＲＯＭ２５にデータを書き込むための命令を実行する。

以下、図１３のフローチャートを参照して、上記ＥＥＰＲＯＭ２５へのデータの書き込み動作の流れを更に詳細に説明する。書き込み装置１２０１により撮像装置１をＥＥＰＲＯＭ２５の書き込みモードに設定する（ステップＳ３１）。次いで、撮影光学系の焦点距離を予め定めた焦点距離に設定し（ステップＳ３２）、撮影光学系の絞りを予め決めた絞り値に絞り込む（ステップＳ３３）。そして、撮像素子５と撮像素子１０４のデータを読み出し（ステップＳ３４）、この読み出した画像データに基づいて上記係数ＫをＥＥＰＲＯＭ２５に書き込み（ステップＳ３５）、本動作を終了することになる。

以上が第１乃至第３の条件を満たす為の具体的解決手段の説明である。

次に、図１４のフローチャートを参照して、図５のステップＳ１３で実行されるサブルーチン“ΔＬ１，ΔＬ２演算”について詳細に説明する。このサブルーチンでは、測距領域の画像の光軸中心からのズレ量ΔＬ１、ΔＬ２を演算する。

先ず、ＣＰＵ１００は、測距領域選択回路１１３により選択された測距領域を読み込む（ステップＳ４１）。次いで、ＣＰＵ１００は、基準像の重心位置（ΔＬ１）を演算する為に、上記測距領域の中から適宜基準像を選択する。この基準像の位置は、上記測距領域と等しくてもよく、上記測距領域の中から相関演算に適した所定のコントラストを有する小領域を選択したものでもよいことは勿論である。そして、ＣＰＵ１００は、この基準像の重心位置を求めて撮影光学系の光軸からのズレ量をΔＬ１とし（ステップＳ４２）、上記基準像の重心位置に対応する参照像の重心位置を求める（ステップＳ４３）。

次いで、ＣＰＵ１００は、表１から得られる撮影光学系の焦点距離ｆ１と撮像素子５と撮像素子１０４のそれぞれの仮想画素サイズ（Ｗ１，Ｗ２，Ｈ１，Ｈ２）をテーブル表としてＥＥＰＲＯＭ２５に記憶しておき、このテーブル表を参照して、基準像と参照像の各仮想画素の出力を演算する。尚、仮想画素の出力値は、元の複数画素の出力の平均値とする（ステップＳ４４）。次いで、ＥＥＰＲＯＭ２５に記憶した既述の係数Ｋを基に基準像と参照像のそれぞれに対応する仮想画素出力のレベルを正規化する（ステップＳ４５）。

そして、ＣＰＵ１００の制御の下、ＡＦ処理回路１０８は、既述の相関演算式、即ち上記（２）式を基にして、基準像と参照像の相関演算を行う。この相関演算は、ＡＦ光学系の光軸からの参照像のズレ量ΔＬ２を求めるものであるので、基準像の重心位置がＡＦ光学系の光軸上にあるものとして相関演算を行い、上記ズレ量ΔＬ１，ΔＬ２を基に被写体までの距離を演算し（ステップＳ４６）、図５の処理にリターンする。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、撮像用の光学系（撮影光学系）及び撮像素子５を兼用して、簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を合わせることが可能となる。また、撮影光学系とＡＦ光学系の倍率が異なっても任意の領域の被写体に対して精度良く測距を行うことが可能となる。

［第２の実施の形態］
図１５には、本発明の第２の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の構成を示し説明する。ここでは、説明の簡略化の為、前述した図１と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明を省略し、両者の相違点を中心に説明する。

撮影光学系のズームレンズ２のズーム値と、ＡＦ光学系のズームレンズ１０１のズーム値が大きくかけ離れていると、撮影光学系による像の視野とＡＦ光学系による像の視野が大きく異なり、その結果、被写体距離の演算誤差が大きくなり、被写体の広い視野に対して被写体距離を求めることができなくなるおそれがある。

このような点に鑑みて、この第２の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置では、上記撮影光学系のズームレンズ２のズーム値を読み込み、上記ズーム値に応じてＡＦ光学系のズームレンズ１０１のズーム値を所定の値に設定するように、ＣＰＵ２００が第５モータドライブ１１１を制御して、モータ１１２を駆動する。尚、ズームレンズ１０１のズーム値は段階的に所定の値に設定するようにしてもよいことは勿論である。

このように、ズームレンズ１０１のズーム値を段階的に所定の値に設定するのは、ＡＦ光学系のズームレンズ１０１のズーム値を撮影光学系のズームレンズ２と同様に連続的に変えるようにすると、装置が大掛かりになりコストが高くなるからである。

上記のように、ズームレンズ１０１のズーム値を段階的に所定の値に設定することにより、途中のズーム値については精度を確保する必要がないので簡単な構成でよく、また段階的なズーム値の精度を高めることが可能となる。

ここで、第２の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の前提とする基本原理や主動作は、第１の実施の形態で説明した内容と略同じであるが、図４のステップＳ４で実行されるサブルーチン“三角測距ＡＦ”が大きく異なる。

そこで、以下、図１６のフローチャートを参照して、第２の実施の形態によるサブルーチン“三角測距ＡＦ”の処理の流れを詳細に説明する。

先ず、ＣＰＵ２００は、ＣＰＵ１５を介して、撮影光学系のズームレンズ２のズーム値を読み込む（ステップＳ５１）。そして、このズーム値に応じて、ＡＦ光学系のズームレンズ１０１のズーム値を所定の値に設定するように、第５モータドライブ１１１に基づいてモータ１１２を駆動する（ステップＳ５２）。このようにズームレンズ２のズーム値に応じて、ＡＦ光学系のズームレンズ１０１のズーム値を所定の値に設定するのは、以下の理由による。即ち、前述したように、撮影光学系のズームレンズ２のズーム値と、ＡＦ光学系のズームレンズ１０１のズーム値が大きくかけ離れていると、撮影光学系による像の視野とＡＦ光学系による像の視野が大きく異なり、被写体距離の演算誤差が大きくなり、被写体の広い視野に対して被写体距離を求めることができなくなるからである。

ここで、ズームレンズ１０１のズーム値は、段階的に所定の値に設定するようにしてもよいことは勿論である。このようにズームレンズ１０１のズーム値を段階的に所定の値に設定するのは、以下の理由による、即ち、ＡＦ光学系のズームレンズ１０１のズーム値を撮影光学系のズームレンズ２と同様に連続的に変えるようにすると、装置が大掛かりになりコストが高くなるからである。このようにズームレンズ１０１のズーム値を段階的に所定の値に設定すれば、途中のズーム値については精度を確保する必要がないので簡単な構成でよく、また段階的なズーム値の精度を高めることが可能となる。

続いて、ＣＰＵ１５は、撮影光学系の絞り４を予め決めた所定の値に絞り込んだ後（ステップＳ５３）、ＡＥ処理回路１３で画像データを取得する（ステップＳ５４）。尚、このステップＳ５３，Ｓ５４の詳細については、図５のステップＳ１１，Ｓ１２と同じであるので、これ以上の説明は省略する。次いで、ＣＰＵ２００はＡＦ処理回路１０８を制御して、撮影光学系により結像された第１測距領域の画像の光軸中心からのズレであるΔＬ１と、ＡＦ光学系に結像された上記第２測距領域の画像に対応する画像の光軸中心からのズレであるΔＬ２を演算する（ステップＳ５５）。尚、このサブルーチン“ΔＬ１，ΔＬ２演算”については図１４で、前述した通りであるので、ここでは重複説明を省略する。

こうして、ＣＰＵ２００は、ＡＦ処理回路１０８により上記（１）式（図３参照）に基づいて被写体までの距離Ｒを演算し（ステップＳ５６）、リターンする。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、撮像用の光学系（撮影光学系）及び撮像素子５を兼用して簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を合わせることが可能となる。

［第３の実施の形態］
これは、第１又は第２の実施の形態の改良例として位置付けられるものである。

本発明の第３の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の構成は図１又は１５と同じであるので、ここでは当該図面を参照しつつ、相違点を中心に説明する。

上述した三角測距は、ＡＦ光学系の機械的な誤差や相関演算に伴う誤差が発生する可能性がある。一方、撮影レンズを駆動しながら撮像素子に結像する画像信号の高周波成分が最大になる位置にレンズを駆動する所謂山登り方式は、撮像信号そのものを用いて合焦させるので理想的である。しかしながら、合焦位置から撮影レンズが大きく離れていると十分なコントラストが得られず、合焦までに時間がかかるという問題がある。

かかる点に鑑みて、第３の実施の形態では、先ず最初に三角測距の原理に基づき撮影レンズを駆動した後、最後は山登り方式に基づき撮影レンズを合焦位置に駆動する。

以下、図１７のフローチャートを参照して、本発明の第３の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置による主動作を詳細に説明する。

ここでは、図１の構成を適宜参照しつつ説明を進める。

ステップＳ６１，Ｓ６２は、図４のステップＳ１，Ｓ２と同じであるので、説明を省略する。次いで、ＣＰＵ１００は、測距領域選択回路１１３により選択された測距領を読み込み（ステップＳ６３）、この選択された上記視野領域が三角測距による測距が可能な領域かどうか（図３参照）を判断し（ステップＳ６４）、三角測距が可能な領域であれば、三角測距を行う（ステップＳ６５）。尚、このサブルーチン“三角測距ＡＦ”については、図５又は図１６で説明したのと同じであるので説明を省略する。

次いで、ＣＰＵ１５は、三角測距により求めた被写体距離と現在の撮影光学系のフォーカスレンズ３のピント位置を比較する（ステップＳ６６）。

尚、現在の撮影光学系のフォーカスレンズのピント位置は、フォーカスレンズ３の駆動部材にエンコーダを設けて、フォーカスレンズ３の駆動位置を検出するという公知の方法により知ることができる。これについては、説明を省略する。

そして、ＣＰＵ１５は、フォーカスレンズ３が合焦点近傍であると判断したときは（ステップＳ６７）、直ちに所謂山登り方式によりフォーカスレンズ３を駆動する（ステップＳ６９）。一方、合焦点近傍でないと判断すると、ＣＰＵ１５は、上記三角測距で求めた距離情報に基づきフォーカスレンズ３を駆動した後（ステップＳ６８）、所謂山登り方式によりフォーカスレンズ３を駆動する（ステップＳ６９）。ステップＳ７０〜Ｓ７２は、図４のステップＳ６〜Ｓ８と同様であるので、重複した説明は省略する。

ここで、図１８は横軸にフォーカスレンズ３の駆動位置を縦軸に時間を示したものである。同図に示されるように、第３の実施の形態では、時間ｔ１までは三角測距に基づいて撮影レンズを駆動し、ｔ１〜ｔ２の間は所謂山登り方式により駆動する。

以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、撮像用の光学系（撮影光学系）及び撮像素子５を兼用して簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を合わせることが可能となる。さらに、例えば、撮影光学系の撮影レンズが合焦位置から大きく離れている場合でも、短時間で焦点を合わせることが可能となる。

［第４の実施の形態］
これは、第１の実施の形態の改良例として位置付けられるものである。

本発明の第４の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の構成は図１と同じであるので、ここでは当該図面を参照しつつ、相違点を中心に説明する。

この第４の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置では、三角測距の原理に基づくＡＦ方式と所謂山登り方式に基づくＡＦ方式を併用し、状況に応じていずれかの方式を優先的に採用することを特徴とする。

より具体的には、ＡＦ光学系を通過する被写体光の明るさが所定値より明るいと判断した場合には三角測距ＡＦを優先的に行い、ＡＦ光学系を通過する被写体光の明るさが所定値より暗いと判断した場合は、所謂山登り方式によるＡＦを優先的に行うものである。

但し、上記判断すべき状況は、明るさには限定されない。

以下、図１９のフローチャートを参照して、本発明の第４の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置による主動作を詳細に説明する。

ステップＳ８１，Ｓ８２は、図４のステップＳ１，Ｓ２と同じであるので、説明を省略する。次いで、ＣＰＵ１００は、測距領域選択回路１１３により選択された測距領域を読み込む（ステップＳ８３）。そして、ＣＰＵ１００は、ＡＦ光学系を通過した像の明るさＢ１を検出する（ステップＳ８４）。より具体的には、撮像素子１０４の出力信号を読み出し被写体の比較的広い領域の平均的な明るさを求める。次に、上記被写体の平均的な明るさＢ１の値が所定値αより小さいか否かを判断する（ステップＳ８５）。

このステップＳ８０５にて、上記被写体の平均的な明るさＢ１の値が所定値αより小さいときは、三角測距不能としてステップＳ８７の所謂山登りＡＦの処理に進む。このようなケースとしては、例えば撮影時に撮影者がＡＦ光学系を手で遮っていることが考えられる。一方、上記ステップＳ８５において、上記被写体の平均的な明るさＢ１の値が所定値αより大きいときは、ＣＰＵ１００は、次にサブルーチン“三角測距ＡＦ”により三角測距によるＡＦを行う（ステップＳ８６）。尚、このサブルーチン“三角測距ＡＦ”については、図６で説明したのと同じであるので説明を省略する。

続いて、ＣＰＵ１５は、第２モータドライブ１９を制御して、所謂山登り方式によりフォーカスレンズ３を駆動する（ステップＳ８７）。これ以降のステップＳ８８〜Ｓ９０までの動作は、図４のステップＳ６からステップＳ８までの動作と同じであるので、ここでは重複した説明を省略する。以上で、一連の処理を終了する。

以上説明したように、本発明の第４の実施の形態によれば、撮影レンズが合焦位置近傍にあるかどうかを三角測距ＡＦによらず簡便な方法で検出することにより、合焦位置近傍にあるときは三角測距ＡＦを省略して高速且つ精度よく合焦させることができる。

［第５の実施の形態］
これは、第１又は第２の実施の形態の改良例として位置付けられるものである。

本発明の第５の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の構成は図１又は図１５と同じであるので、ここでは図１等を参照しつつ、相違点を中心に説明する。

図２０には、本発明の第５の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置としてのカメラの外観構成を示し詳細に説明する。

この図２０に示すように、撮影光学系（撮影レンズ２０４）とＡＦ専用光学系２０３の光軸を結ぶライン（基線長方向）は、カメラ本体の水平方向に対して傾いている。

被写体までの距離は、図３で前述したように、２つの撮像素子の撮像面に結像する対応する２像の基線長方向の相対的なズレ量に基づいて求められることになるので、従来の手法を用いて被写体までの距離を求めるには、撮像素子５と撮像素子１０４のそれぞれの画素の読み出し方向（長辺方向又は短辺方向）を基線長方向に一致させた方が、前述したようなズレ量計算の処理が簡単になることは容易に推察される。

しかしながら、このような配置は、撮影に用いる撮像素子５がカメラ本体に対して傾くので採用することができない。このような問題を解決するために、上記基線長方向をカメラ本体の水平方向にすると、撮影者がカメラを把持するときＡＦ光学系が手によって遮られる可能性が高いので設計上好ましくない。このような観点から、第５の実施の形態に係るカメラでも、図２０の外観図に示すように、上記基線長方向がカメラ本体の水平方向と所定の角度をもって配置されるように構成している。

この場合、撮影光学系の結像位置に配置される撮像素子５とＡＦ専用光学系２０３の結像位置に配置される撮像素子１０４を図２２に示されるように構成すると、撮像素子５が受ける像面上に設定した基準像２２０１に対応する、撮像素子１０４が受ける像面上の上記基準像に対応する参照像２２０２の位置を演算するときに、上記参照像２２０２が上記基準像に対して基線長方向にずれるので、参照像２２０２を上記基線長方向に所定ピッチずつずらしながら既述の上記（２）式に基づく相関量を演算して、上記基準像と一致する参照像の位置を求める。そうすると、撮像素子１０４の画素の読み出し方向が、通常の撮像素子の読み出し方向と異なり、通常の読み出し方向に対して斜めになるので、参照像の設定のために、比較的複雑な演算が必要になると共に演算に時間がかかる。

この場合であっても基準像はずらす必要ないので図２２の構成でもよい。

しかしながら、第５の実施の形態では、更に図２１に示すように撮像素子１０４の配置のみを基線長方向に傾けることで、撮像素子１０４の画素信号の読み出し方向を基線長方向に一致させた。第５の実施の形態では、このような配置にすることで、上記相関量の演算を簡単なものとし、高速の相関演算を可能としている。

次に、図２１に示すように撮像素子の配置したときの、撮像素子５と撮像素子１０４の仮想画素の生成方法について詳細に説明する。先ず、撮像素子５の仮想画素の配列方向と基線長方向が一致するように撮像素子５の画素のアドレス変換を行う。

以下、図２３を参照してこのアドレス変換について説明する。

図２３は、細線で示される原画を、θ（カメラの水平方向と基線長方向のなす角度）だけ回転して斜め走査による太線画像を得る際のアドレス位置関係を示している。図中、白丸はメモリ８に記憶された実画素を示し、黒丸はメモリ８から読み出す仮想画素を示している。各アドレス位置Ｐ（００），Ｐ（１０），Ｐ（２０），Ｐ（０１），Ｐ（１１），Ｐ（２１），Ｐ（０２），Ｐ（１２），Ｐ（２２）に対応する画素データがメモリ８に書き込まれており、これらアドレス位置の画素データを用いて、位置Ｐ（０、０）を中心にしてθだけ回転した後の太線で示す対応アドレス位置Ｑ（１０），Ｑ（２０），Ｑ（０１），Ｑ（１１），Ｑ（２１），…を求め、アドレス信号Ａｄｄとしてメモリ８に送出する。

例えば、図２３におけるアドレス位置Ｑ（１０），Ｑ（２０），Ｑ（０１），Ｑ（１１）の仮想画素アドレスは、図示の関係から次のようにして求まる。

Ｑ（１０） ｘ…Ｐ（００）＋ｃｏｓθ
ｙ…Ｐ（００）＋ｓｉｎθ
Ｑ（２０） ｘ…Ｐ（００）＋２ｃｏｓθ
＝Ｐ（１０）＋２ｃｏｓθ−１
ｙ…Ｐ（００）＋２ｓｉｎθ
＝Ｐ（１０）＋２ｓｉｎθ
Ｑ（０１） ｘ…Ｐ（００）−ｓｉｎθ
ｙ…Ｐ（００）＋ｃｏｓθ
Ｑ（１１） ｘ…Ｐ（００）−ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ
＝Ｐ（０１）−ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ
ｙ…Ｐ（００）＋ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ
＝Ｐ（０１）＋ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ−１
図２４には、図２３に示すアドレス変換原理図をθ＝３０度回転した場合のアドレス変換図が示されている。（ＸＳＴ，ＹＳＴ）を原点のアドレスとする。

図２４では、
ＸＳＴ＝０ ＸＷ＝０．８６６ Ｘ０＝−２．４×０．５
ＹＳＴ＝０ ＹＷ＝０．５／２．４ Ｙ０＝０．８６６
であり、図２４からも明らかなように、画素数ｍ、ライン数ｎにおけるＸアドレスＸｍｎとＹアドレスＹｍｎを表す一般式は、次のようになる。

Ｘｍｎ＝ＸＳＴ＋ｍ・ＸＷ＋ｎ・Ｘ０
Ｙｍｎ＝ＹＳＴ＋ｍ・ＹＷ＋ｎ・Ｙ０
例えば、０ライン目（ｎ＝０）のアドレス（座標）は、（ＸＹ）＝（０，０），（０．８６６，０．２０８），（１．７３２，０．４１７），…、１ライン目（ｎ＝１）では、（ＸＹ）＝（−１．２，０．８６６），（−０．３３４，１．０７４），（０．５３２，１．２８），…となる。ここで、各アドレスの整数部がアドレスＡｄｄを、少数部が補間係数Ｋを示していることは図から明らかである。

上記補間処理は、例えば図２５に示すような４点加重方式を用いるのが好ましい。

メモリ８から読み出すべきアドレス位置Ｑは、図２５に示すように、Ｘ１とＸ２を定めると、周囲の４点Ｐ（１１），Ｐ（２１），Ｐ（１２），Ｐ（２２）のデータを、同一の符号を用いて、それぞれＰ（１１）、Ｐ（２１）、Ｐ（１２）、Ｐ（２２）と定義すると、これらの加重平均を用いて、下式により求める。

Ｑ＝（１−Ｋｙ）Ｘ１＋Ｋｙ・Ｘ２
Ｘ１＝（１−Ｋｘ）Ｐ（１１）＋ＫｘＰ（２１）
Ｘ２＝（１−Ｋｘ）Ｐ（１２）＋ＫｘＰ（２２）
したがって、
Ｑ＝（１−Ｋｘ）（１−Ｋｙ）Ｐ（１１）＋Ｋｘ（１−Ｋｙ）Ｐ（２１）
＋Ｋｙ（１−Ｋｘ）Ｐ（１２）＋Ｋｘ・Ｋｙ・Ｐ（２２） ・・・（７）
この（７）式の演算は、１サイクル内に４画素アドレスのデータであるＰ（１１），Ｐ（２１），Ｐ（１２），Ｐ（２２）を読み出すことにより実現することができる。

以上説明したように第５の実施の形態では、上記のようにしてアドレス変換後の各アドレスの画素データの値を演算し、これらの新しいアドレスの画素データを複数合成して既述のとおりの仮想画素データを生成する。上述のとおり、座標を回転したときの新しいアドレス上の画素データを求めるには比較的複雑な演算を必要とする。しかし、第５の実施の形態においては、撮像素子１０４は基線長方向に対して傾きが零であり、撮像素子５のみ基線長方向に対して傾けて配置するので、座標変換の演算量が少なくて済む。

しかも、撮像素子５で受ける画像上に上記基準像を設定するので、基準像のみのアドレス変換を行えばよいので、相関量を求めるために基線長方向に像をシフトする必要のある参照像については複雑なアドレス変換を行う必要がないので演算量が極めて少なくて済むというメリットもある。尚、第５の実施の形態では、上記アドレス変換として回転のみについて述べたが、基準像と参照像の基線長方向と垂直方向のアドレス変換についても同様の４点加重方式により簡単に実現できる。これにより、基準像と参照像の基線長方向と垂直方向の画素のずれを補正して精度の高い相関演算を行うこともできる。

［まとめ］
以上、本発明の第１乃至第５実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは勿論である。例えば、図１及び図１５では、三角測距ＡＦを統括するＣＰＵと所謂山登り方式ＡＦを統括するＣＰＵを分けた例を示したが、これに限定されず、一のＣＰＵが両者を統括するようにしても、更なるＣＰＵを用いてもよい。

また、上記第１乃至第５の実施の形態は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラのみならず、カメラ機能付きの携帯電話機、ＰＤＡ、ノート型パーソナルコンピュータ等といった所謂モバイル機器等にも幅広く適用可能であることは勿論である。

また、上記第１乃至第５の実施の形態の技術的事項の一部又は全部の相互の組み合わせは適宜可能であることは勿論である。

（付記）
（１）被写体の像を記録する為の撮像と焦点検出に兼用する第１光学系及び第１撮像素子と、上記第１光学系及び上記第１撮像素子と所定の基線長隔てて配置された上記第１光学系とは倍率の異なる第２光学系及び第２撮像素子と、上記第２撮像素子から読み出した画像の中に設定された参照像を、基線長方向に所定の単位画素ずつずらしながら、上記第１撮像素子から読み出した画像の中に設定された基準像と一致する上記参照像の位置を演算する相関量演算手段と、上記相関量演算手段の出力に基づき上記基準像に対応する被写体までの距離を検出する距離演算手段とを備え、上記第１撮像素子の単位画素のサイズと上記第２撮像素子の単位画素のサイズの比が、上記第１光学系の倍率と上記第２光学系の倍率の比に等しくなるようにしたことを特徴とする焦点検出装置。この態様によれば撮像用の光学系及び撮像素子を兼用して簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を合わせることが可能になる。

（２）上記第１撮像素子の単位画素のサイズ又は上記第２撮像素子の単位画素のサイズは、複数の画素をまとめて仮想的な１つの画素とみなしたものであることを特徴とする上記（１）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、撮像用の光学系及び撮像素子を兼用して簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を合わせることが可能になる。

（３）上記第１光学系の光路中に配置された第１絞りと、この第１絞りを所定の値に設定する絞り設定手段とを更に有し、上記相関量演算手段は、上記絞り設定手段により上記第１絞りを予め決められた所定の絞り値に絞り込んだ後に撮像された画像データに基づいて上記基準像と一致する上記参照像の位置を演算することを特徴とする上記（１）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、撮影レンズが合焦位置から大きくはずれていても比較的鮮明な画像が結像されるので正確にズレ量を求めることができる。

（４）上記第２光学系の光路中に配置された第２絞りを有し、上記絞り設定手段により設定される第１絞りの絞り値を上記第２絞りの絞り値と等しくすることを特徴とする上記（３）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、第１光学系により結像される像と第２光学系により結像される像のぼけと照度分布が近似するので、ズレ量を正確に求めることができる。

（５）上記第１光学系はズーム値を可変に構成され、上記第１光学系のズーム値に応じて測距が可能な領域が変化する測距可能領域を示す指標を上記第１撮像素子により撮像された画像と重ねて表示する表示手段を更に有することを特徴とする上記（１）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、三角測距に基づく測距が可能な領域を確認することができるので便利である。

（６）被写体の測距領域を指示する測距領域指示手段を有し、測距が不能な領域に上記測距領域を設定するように指示されたときは、山登り方式に基づき撮影レンズを合焦位置に駆動することを特徴とする上記（１）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、山登り方式により焦点検出可能となる。

（７）上記第１光学系は連続的に切り換えが可能であり、上記第２光学系は連続的に変化する上記第１光学系の焦点距離に応じて焦点距離を不連続に切り換えることを特徴とする上記（１）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、撮像用の光学系及び撮像素子を兼用して簡単な構成で被写体の広い領域に迅速に焦点を合わせることが可能になる。

（８）上記第２撮像素子の撮像面サイズは、上記第１撮像素子の撮像面のサイズに比べて小さいことを特徴とする上記（７）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、高価な撮像用の撮像素子に比べて安価な撮像素子を用いるのでコストが安くなる。

（９）上記第２撮像素子の画素数は、上記第１撮像素子の画素数に比べて少ないことを特徴とする上記（１）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、高価な撮像用の撮像素子に比べて安価な撮像素子を用いるのでコストが安くなる。

（１０）第１光学系により結像される第１像を受ける第１撮像素子と、上記第１光学系と所定の基線長隔てて配置された第２光学系により結像される第２像を受ける第２撮像素子と、所定の距離に配置された被写体が結像する上記第１撮像素子と記第２撮像素子のそれぞれの撮像面上の座標位置が予め記憶された不揮発性メモリと、上記第１像の中に所定範囲の基準像の領域を設定する基準像領域設定手段と、上記不揮発性メモリに記録された座標位置を基に、上記基準像と一致する像の存在する参照像検索領域を上記第２像の中に設定する参照像検索領域設定手段と、上記参照像検索領域の中から上記基準像と一致する参照像が存在する領域の上記第２光学系の光軸からの基線長方向の距離を演算する演算手段と、上記基準像の上記第１光学系の光軸からの基線長方向の距離、及び上記演算手段により求めた参照像が存在する領域の上記第２光学系の光軸からの基線長方向の距離に基づき被写体までの距離を検出する距離演算手段とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。この態様によれば、基準像に対応する参照像の位置を容易に検出することができるので、たとえ第１光学系と第２光学系の倍率が異なっても任意の領域の被写体に対して精度良く測距を行うことが可能となる。

（１１）上記第１光学系の光軸上無限大の位置の被写体が結像する上記第１撮像素子の撮像面上の位置を、上記不揮発性メモリに予め記録することを特徴とする上記（１０）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、第１光学系又は第２光学系の撮影倍率が変化しても結像位置が変化しないので、上記第１撮像素子の撮像面上に結像する被写体が上記第２撮像素子の撮像面上のどの位置に結像しているかを容易に求めることができ、上記基準像と参照像の相関演算を容易に行うことが可能となる。

（１２）上記第１光学系は撮影の対象となる像を結像する撮像用の光学系であり、上記第２光学系は上記第１光学系と対を構成して三角測距の原理に基づき被写体までの距離を検出するためのオートフォーカス用の光学系であることを特徴とする上記（１０）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、撮影光学系を三角測距に兼用するのでパララックスが発生することがなく、任意の領域の被写体に正確に焦点を合わせることが可能となる。

（１３）上記第１光学系は撮影倍率が可変自在であることを特徴とする上記（１０）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、撮影光学系の倍率が変化しても基準像に対応する参照像の位置を容易に検出することができるので、任意の領域の被写体に対して精度良く測距を行うことが可能となる。

（１４）上記参照像検索領域の中から基準像と一致する参照像を検出できないときは山登り方式に基づき上記撮影光学系のフォーカスレンズを合焦位置に駆動することを特徴とする上記（１３）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、撮影光学系とＡＦ光学系のそれぞれの倍率が違いすぎるなどして三角測距が不能となっても山登り方式で焦点検出を行うのでピントがずれた撮影を行うおそれがない。

（１５）第１光学系により結像される第１像を受ける第１撮像素子と、上記第１光学系と所定の基線長隔てて配置された第２光学系により結像される第２像を受ける第２撮像素子と、上記所定の距離に配置された被写体が結像する上記第１撮像素子と記第２撮像素子のそれぞれの撮像面上の座標位置、及び上記第１像と上記第２像のそれぞれ同一の像の領域の信号レベル又はその比を予め記憶する不揮発性メモリと、上記第１像の中に所定範囲の基準像の領域を設定する基準像領域設定手段と、上記不揮発性メモリに記録された座標位置を基に上記基準像と一致する像の存在する参照像検索領域を上記第２像の中に設定する参照像検索領域設定手段と、上記基準像と上記参照像検索領域の像のそれぞれの画像信号レベルを、上記不揮発性メモリに記憶された情報を基に補正する補正手段と、上記補正後の画像信号に基づいて、上記参照像検索領域の中から上記基準像と一致する参照像が存在する領域の上記第２光学系の光軸からの基線長方向の距離を演算する相関演算手段と、上記基準像の上記第１光学系の光軸からの基線長方向の距離、及び上記相関演算手段により求めた参照像が存在する領域の上記第２光学系の光軸からの基線長方向の距離に基づき被写体までの距離を検出する距離演算手段とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。この態様によれば、基準像に対応する参照像の画像信号のレベルを合わせることができるので参照像検索領域の中から上記基準像と一致する参照像が存在する領域の上記第２光学系の光軸からの基線長方向の距離を相関演算により精度良く求めることができる。

（１６）上記第１光学系は撮影の対象となる像を結像する撮影光学系であり、上記第２光学系は上記第１光学系と対を構成して三角測距の原理に基づき被写体までの距離を検出するためのＡＦ光学系であることを特徴とする上記（１５）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、撮影光学系を三角測距に兼用するのでパララックスが発生することがなく、任意の領域の被写体に正確に焦点を合わせることが可能となる。

（１７）上記第１光学系の光路中に絞り値を可変に設定可能な絞り設定手段を有し、焦点検出の前に上記絞りを予め決められた所定の絞り値に設定することを特徴とする上記（１５）に記載の焦点検出装置。この態様によれば、絞り値毎の基準像と参照像の明るさの比を不揮発性メモリに記憶する必要がない。また、絞り値を所定の値に絞り込むことにより鮮明な基準像を得ることができ相関演算の精度を高めることができる。

（１８）被写体の像を記録するための撮像と焦点検出に兼用する第１光学系及び第１撮像素子と、上記第１光学系及び上記第１撮像素子と対を構成して、上記第１光学系の光軸と所定の基線長だけ隔てて配置された第２光学系及び第２撮像素子と、上記第１撮像素子の出力信号と上記第２の撮像素子の出力信号を基に三角測距の原理に基づき被写体までの距離を検出して、この検出結果に基づいて上記第１光学系を合焦位置に駆動する第１の焦点検出手段と、上記第１の撮像素子の出力信号の高周波成分が最大になるように上記第１光学系を合焦位置に駆動する第２の焦点検出手段と、上記第２光学系を通過する被写体の明るさを所定値と比較する比較手段と、上記比較手段により上記第２光学系を通過する被写体の明るさが所定値より明るいと判断したときは上記第１の焦点検出手段により優先的に焦点検出を行い、上記比較手段により上記第２光学系を通過する被写体の明るさが所定値より暗いと判断したときは、上記第２の焦点検出手段により優先的に焦点検出を行う制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。この態様によれば、被写体の像を記録するための撮像用の撮像素子の出力信号と上記撮像素子と基線長だけ隔てて配置されたＡＦ用の撮像素子の出力信号に基づいて、通常は三角測距の原理に基づいて迅速に被写体にピントを合わせることが可能であると共に上記ＡＦ用の撮像素子に導かれる被写体光が何らかの原因で遮られるなどした場合は、三角測距ができないことを検出して誤った焦点検出を未然に防止することができる。

（１９）上記比較手段は、上記第２光学系を通過する被写体の明るさと上記第１光学系を通過する被写体の明るさとを比較するものであることを特徴する上記（１８）に記載の撮像装置。この態様によれば、撮影レンズである第１光学系により結像する被写体像が記録の対象とするものであるので、この被写体像と異なる被写体像に基づく焦点検出を防止することができる。

（２０）撮影に用いる第１の二次元撮像素子で撮像される第１画像と基線長方向がカメラの水平面と所定の角度をもって配置された第２の二次元撮像素子で撮像される第２画像に基づいて三角測距の原理に基づいて焦点を検出するカメラの焦点検出装置であって、上記第１画像の中に設定された参照像を基線長方向に所定ピッチずつずらしながら上記第２画像の中に設定された基準像と一致する上記参照像の位置を演算する相関量演算手段と、上記相関量演算手段の出力に基づき被写体までの距離を検出する距離演算手段とを備え、上記第１の二次元撮像素子の長辺方向を上記カメラの水平面と平行にし、上記第２の二次元撮像素子の長辺方向を上記基線長方向と一致させたことを特徴とするカメラの焦点検出装置。この態様によれば、被写体の任意の位置に簡単に高速に焦点を合わせることが可能である。

（２１）上記第２の二次元撮像素子は、カメラの把持部よりも上面に配置されていることを特徴とする上記（２０）に記載のカメラの焦点検出装置。この態様によれば、第２の二次元撮像素子に到達する被写体光束が遮られないので、確実に被写体の任意の位置に焦点を合わせることが可能である。

（２２）上記基準像に対応する画像データのアドレスを上記基線長方向に回転変換する変換手段を更に有することを特徴とする上記（２０）に記載のカメラの焦点検出装置。この態様によれば、被写体の任意の位置に簡単に高速に焦点を合わせることができる。

尚、第１の光学系とは撮影光学系等に相当し、第１の撮像素子とは撮像素子５等に相当し、第２の光学系とはＡＦ光学系等に相当し、第２の撮像素子とは撮像素子１０４等に相当する。表示手段とはＬＣＤ１０等に相当する。相関量演算手段、距離演算手段、相関演算手段とは、ＡＦ処理回路１０８及びそれを統括するＣＰＵ１００等が機能的に備えるものである。絞り設定手段とは、ＣＰＵ１００，２００，１５等が機能的に備えるものである。そして、測距領域指示手段とは、測距領域選択回路１１３等に相当し、基準領域設定手段、参照領域設定手段、補正手段とは、ＣＰＵ１００又は２００等が機能的に備えるものである。第１の焦点検出手段とはＡＦ処理回路１０８及びそれを統括するＣＰＵ１００等に相当し、第２の焦点検出手段とはＡＦ処理回路１４及びそれを統括するＣＰＵ１５等に相当する。比較手段、制御手段とはＣＰＵ１５及び／又はＣＰＵ１００，２００等に相当する。但し、これらの関係は一例であり、これらに限定されないことは勿論である。

本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の構成例を示すブロック図。 図１のＬＣＤ１０の表示画面上に、三角測距が可能な視野を示す指標２０１と測距領域を示す指標２０２を併せて表示した例を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置に関連する測距原理を説明するための概念図。 本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の動作を詳細に説明するフローチャート。 、図４のステップＳ４で実行されるサブルーチン“三角測距ＡＦ”について詳細に説明するフローチャート。 （ａ）は第１測距領域の撮像素子５の画素の配列を示す図、（ｂ）は第２測距領域の撮像素子１０４の画素の配列を示す図。 参照部のデータ番号ｍと相関量Ａ（ｍ）との関係を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置１の製造時にＥＥＰＲＯＭ２５にデータを書き込むシステムの構成図。 図８のシステムによる撮像装置１のＥＥＰＲＯＭ２５への座標位置に係るデータの書き込み動作について説明するフローチャート。 （ａ）は撮像素子５の画素サイズを示す図、（ｂ）は撮像素子１０４の画素サイズを示す図。 （ａ）乃至（ｃ）は撮影光学系の視野とＡＦ光学系の視野の関係を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置１の製造時にＥＥＰＲＯＭ２５にデータを書き込むシステムの構成図。 図１２のシステムによる撮像装置１のＥＥＰＲＯＭ２５へのデータの書き込み動作の流れを説明するフローチャート。 図５のステップＳ１３で実行されるサブルーチン“ΔＬ１，ΔＬ２演算”について詳細に説明するフローチャート。 本発明の第２の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置の構成例を示すブロック図。 本発明の第２の実施の形態によるサブルーチン“三角測距ＡＦ”の処理の流れを詳細に説明するフローチャート。 本発明の第３の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置による主動作を詳細に説明するフローチャート。 横軸にフォーカスレンズ３の駆動位置を縦軸に時間を示した図。 本発明の第４の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置による主動作を詳細に説明するフローチャート。 本発明の第５の実施の形態に係る焦点検出装置を採用した撮像装置としてのカメラの外観構成図。 撮像素子１０４の配置のみを基線長方向に傾け、撮像素子１０４の画素信号の読み出し方向を基線長方向に一致させた様子を示す図。 撮影光学系の結像位置に配置される撮像素子５とＡＦ専用光学系２０３の結像位置に配置される撮像素子１０４の位置関係を示す図。 アドレス変換原理図。 図２２をθ＝３０度回転した場合のアドレス変換原理図。 ４点加重方式について説明するための概念図。

符号の説明

１・・・撮像装置、２・・・ズームレンズ、３・・・フォーカスレンズ、４・・・絞り、５・・・撮像素子、６・・・撮像回路、７・・・Ａ／Ｄ変換器、８・・・メモリ、９・・・Ｄ／Ａ変換器、１０・・・ＬＣＤ、１１・・・圧縮／伸長回路、１２・・・記録用メモリ、１３・・・ＡＥ処理回路、１４・・・ＡＦ処理回路、１５・・・ＣＰＵ、１６・・・ＴＧ回路、１７・・・ＣＣＤドライバ、１８〜２０・・・第１乃至第３のモータドライバ、２１〜２３・・・モータ、２４・・・操作スイッチ、２５・・・ＥＥＰＲＯＭ、２６・・・電池、１００・・・ＣＰＵ、１０１・・・ズームレンズ、１０２・・・フォーカスレンズ、１０３・・・絞り、１０４・・・撮像素子、１０５・・・撮像回路、１０６・・・Ａ／Ｄ変換器、１０７・・・メモリ、１０８・・・ＡＦ処理回路、１０９・・・ＴＧ回路、１１０・・・ＣＣＤドライバ、１１１・・・モータドライバ、１１２・・・モータ、１１３・・・測距領域選択回路、２００・・・ＣＰＵ。

Claims (9)

1. 被写体の像を記録する為の撮像と焦点検出に兼用する第１光学系及び第１撮像素子と、
   上記第１光学系及び上記第１撮像素子と所定の基線長隔てて配置された上記第１光学系とは倍率の異なる第２光学系及び第２撮像素子と、
   上記第２撮像素子から読み出した画像の中に設定された参照像を、基線長方向に所定の単位画素ずつずらしながら、上記第１撮像素子から読み出した画像の中に設定された基準像と一致する上記参照像の位置を演算する相関量演算手段と、
   上記相関量演算手段の出力に基づき上記基準像に対応する被写体までの距離を検出する距離演算手段と、
   を備え、上記第１撮像素子の単位画素のサイズと上記第２撮像素子の単位画素のサイズの比が、上記第１光学系の倍率と上記第２光学系の倍率の比に等しくなるようにしたことを特徴とする焦点検出装置。
2. 上記第１撮像素子の単位画素のサイズ又は上記第２撮像素子の単位画素のサイズは、複数の画素をまとめて仮想的な１つの画素とみなしたものであることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 上記第１光学系の光路中に配置された第１絞りと、この第１絞りを所定の値に設定する絞り設定手段とを更に有し、
   上記相関量演算手段は、上記絞り設定手段により上記第１絞りを予め決められた所定の絞り値に絞り込んだ後に撮像された画像データに基づいて上記基準像と一致する上記参照像の位置を演算することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
4. 上記第２光学系の光路中に配置された第２絞りを有し、上記絞り設定手段により設定される第１絞りの絞り値を上記第２絞りの絞り値と等しくすることを特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
5. 上記第１光学系はズーム値を可変に構成され、上記第１光学系のズーム値に応じて測距が可能な領域が変化する測距可能領域を示す指標を上記第１撮像素子により撮像された画像と重ねて表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
6. 被写体の測距領域を指示する測距領域指示手段を有し、測距が不能な領域に上記測距領域を設定するように指示されたときは、山登り方式に基づき撮影レンズを合焦位置に駆動することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
7. 上記第１光学系は連続的に切り換えが可能であり、上記第２光学系は連続的に変化する上記第１光学系の焦点距離に応じて焦点距離を不連続に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
8. 上記第２撮像素子の撮像面サイズは、上記第１撮像素子の撮像面のサイズに比べて小さいことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
9. 上記第２撮像素子の画素数は、上記第１撮像素子の画素数に比べて少ないことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。

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