JP2012108281A - 焦点検出装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測距エリアについて２方向に焦点調節状態を検出し得る構成を適切に制御する焦点検出装置を得ること。
【解決手段】焦点検出装置は、光学系を通過した像を撮像してデータを出力する撮像手段と、撮像手段からの出力データを用いて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、撮像手段からの出力データであって、撮影画面内の所定領域において第１方向に相当する第１出力データが所定の濃度変化を有する場合は第１出力データを用いて焦点調節状態を検出し、第１出力データが濃度変化を有していない場合は所定領域において第１方向と異なる第２方向に相当する第２出力データを用いて焦点調節状態を検出するように焦点検出手段を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、焦点検出装置および撮像装置に関する。

焦点検出エリア（測距エリア）で検出された位相差に基づいて焦点調節を行う位相差方式ＡＦ（オートフォーカス）を行う焦点検出装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−２６４２９９号公報

従来技術では、測距エリアについて１方向のみ位相差を検出する構成を有することから、測距エリアについて２方向の位相差を検出する場合の制御について検討がなされていなかった。

本発明による焦点検出装置は、光学系を通過した像を撮像してデータを出力する撮像手段と、撮像手段からの出力データを用いて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、撮像手段からの出力データであって、撮影画面内の所定領域において第１方向に相当する第１出力データが所定の濃度変化を有する場合は当該第１出力データを用いて焦点調節状態を検出し、第１出力データが濃度変化を有していない場合は所定領域において第１方向と異なる第２方向に相当する第２出力データを用いて焦点調節状態を検出するように焦点検出手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
本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焦点検出装置を搭載することを特徴とする。

本発明によれば、測距エリアについて２方向に焦点調節状態を検出し得る構成を適切に制御できる。

第一の実施形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。 第一の実施形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。 電子カメラの構成例を説明するブロック図である。 撮影画面上に表した測距エリアを例示する図である。 １つの測距エリアを拡大した図である。 ＡＦ素子ＡＦ回路または撮像素子ＡＦ回路が実行する処理の流れを説明するフローチャートである。 部屋の隅を撮影する場合を例示する図である。 第二の実施形態による撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。 撮像用画素のみを拡大した断面図である。 焦点検出用画素のみを拡大した断面図である。 撮像素子ＡＦによる瞳分割型位相差検出方法を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１および図２は、本発明の第一の実施形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。図１および図２において、カメラ本体２０１に対して着脱可能に構成される撮影レンズ鏡筒２０２が装着されている。

被写体からの光は、撮影レンズ鏡筒２０２の撮影光学系２１０および絞り２１１を介してカメラ本体２０１へ入射される。カメラ本体２０１に入射した被写体光は、レリーズ前は図１に例示したミラーダウン状態にある半透過のクイックリターンミラー（以下メインミラーと呼ぶ）２０３で上方のファインダー部へ向けて折り曲げられ、拡散スクリーン２０６に結像する。また、メインミラー２０３を透過した被写体光の一部はサブミラー２０４で下方へ反射され、焦点検出用光束としてＡＦ（オートフォーカス）素子２０７へ入射される。ＡＦ素子２０７は、撮影光学系２１０による焦点調節状態を検出する焦点検出処理（公知の瞳分割方式のＡＦ処理）において用いられるイメージセンサを含む。

拡散スクリーン２０６に結像した被写体光はさらに、ペンタプリズム２０８へ入射される。ペンタプリズム２０８は、入射された被写体光を接眼光学系２０９へ導く。撮影者は、接眼光学系２０９を通してファインダーによる被写体像を観察する。

レリーズ後は、図２に例示したミラーアップ位置へメインミラー２０３が回動し、被写体光はメカニカルシャッター２０５を介して撮像素子２１２へ導かれ、その撮像面上に被写体像を結像する。撮像素子２１２は、画素に対応する複数の光電変換素子を備えたＣＭＯＳイメージセンサなどによって構成される。撮像素子２１２は、撮像面上に結像されている被写体像を撮像し、被写体像の明るさに応じた光電変換信号を出力する。なお、撮像素子２１２の撮像面側に光学ローパスフィルター２１３が設けられている。

レンズ駆動機構２１４は、撮影光学系２１０を構成するフォーカス調節レンズを光軸方向に進退移動させる。フォーカス調節レンズの移動方向および移動量は、カメラ本体２０１側から指示される。なお、図を簡単にするため、撮影光学系２１０を単レンズとして表している。

図１のミラーダウン状態は、撮影者が接眼光学系２０９を介して被写体像を観察する撮影準備状態である。この状態で焦点検出を行う場合、電子カメラはＡＦ素子２０７を用いて焦点検出を行う（ＡＦ素子ＡＦと呼ぶ）。

図２のミラーアップ状態は、撮影時と同様に被写体光が全て撮像素子２１２へ導かれる。この状態で焦点検出を行う場合、電子カメラは撮像素子２１２からの出力信号に基づいて焦点検出を行う（撮像素子ＡＦと呼ぶ）。

図３は、上述した電子カメラの構成例を説明するブロック図である。電子カメラは、ＣＰＵ１０１によって制御される。操作部材１１４は、レリーズボタン、ズームスイッチ、およびモード切替スイッチなどを含み、各操作スイッチからの操作信号をＣＰＵ１０１へ出力する。姿勢センサ１１８は、たとえば重力方向を検出し、検出信号をＣＰＵ１０１へ送出する。ＣＰＵ１０１は、検出信号に基づいて電子カメラの姿勢を判定する。具体的には、電子カメラの横位置、縦位置や、上下逆さについても判定する。

レンズ鏡筒２０２（図１、図２）はレンズ鏡筒内ＣＰＵを含む。ＣＰＵ１０１は、該レンズ鏡筒内ＣＰＵとの間で通信を行う。レンズ鏡筒内ＣＰＵは、ＣＰＵ１０１からの指示に応じてレンズ駆動機構２１４（図１、図２）を駆動制御し、上記フォーカス調節レンズ（２１０）を進退移動させる。

撮像処理回路１１５は、撮像素子２１２から出力される画像データに対して所定の画像処理を行う。画像処理は、γ変換処理やホワイトバランス調整処理などを含む。

撮像素子ＡＦ回路１１６は、撮像素子２１２の所定画素からの出力信号（画素データ）を用いてコントラスト検出を行う公知のコントラスト検出方式の焦点検出処理を行う。具体的には、上記フォーカス調節レンズ（２１０）を進退移動させながら、画像のコントラストが最大になるレンズ位置を探し、該レンズ位置へフォーカス調節レンズを移動させることによってフォーカス調節を行う。

画素データの低周波数成分、とくに直流成分を除去するように画素データにフィルタ処理を施して積算すると、コントラストの大小を示す焦点評価値が得られる。撮像素子ＡＦ回路１１６は、焦点評価値の増減に基づいてコントラストが増加する方向へフォーカス調節レンズを移動させ、コントラスト値が増加から減少に転じると、コントラスト値の「山」のピークに対応するレンズ位置を算出し、該レンズ位置へフォーカス調節レンズを移動させて合焦状態を得る。なお、フォーカス調節レンズを至近側から無限遠側まで一通り移動させた上でコントラスト値の「山」のピークに対応するレンズ位置を算出し、該レンズ位置へフォーカス調節レンズを移動させる構成にしてもよい。

ＡＦ素子ＡＦ回路１１７は、ＡＦ素子２０７からの出力信号に基づいて公知の位相差検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことにより、撮影光学系２１０の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の像ズレ量を検出する。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることにより、予定焦点面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）を算出する。そして、該デフォーカス量に応じて上記フォーカス調節レンズの移動方向および移動量を演算する。ＡＦ素子ＡＦ回路１１７は、デフォーカス量を解消するレンズ位置へ向けて、フォーカス調節レンズを移動させる。

測光装置１０２は、撮影光学系２１０を通過した被写体光を受光して測光演算を行う。ドライバ回路１０３は、ＣＰＵ１０１からの指令に応じてメカニカルシャッター２０５を駆動する。ドライバ回路１０４は、ＣＰＵ１０１からの指令に応じて絞り機構２１４を駆動する。絞り機構２１４が不図示の絞り駆動レバーを動かすと、レンズ鏡筒２０２側の絞り２１１の口径が変化する。ドライバ回路１０５は、ＣＰＵ１０１からの指令に応じてミラー機構２１５を駆動する。ミラー機構２１５は、メインミラー２０３およびサブミラー２０４をアップ駆動またはダウン駆動する。

表示制御部１０６は、ＣＰＵ１０１からの指令によりカラー液晶モニター１０８に対する駆動信号を生成する。カラー液晶モニター１０８は、画像や操作メニューなどを表示する。表示制御部１０７は、ＣＰＵ１０１からの指令により白黒液晶モニター１０９に対する駆動信号を生成する。白黒液晶モニター１０９は、コマ数や撮影条件などの撮影情報を表示する。

メモリカード３００は、カードコネクター１１０を介して電子カメラに着脱される記録媒体である。メモリカード３００には画像データや音声データが記録される。

画像記憶メモリ１１１は、上述した画像処理、後述する圧縮処理および伸長処理の際に一時的に画像データを格納する。圧縮／伸長回路１１２は、たとえば、ＪＰＥＧなど所定の方式で画像データを圧縮処理したり、圧縮された画像データを伸長処理したりする。メモリ１１３は、ＣＰＵ１０１の作業領域として利用される。

＜測距エリアの配置＞
撮影光学系２１０の焦点面に設定する測距エリア（フォーカスポイント）について、図４および図５を参照して説明する。図４は、電子カメラの撮影画面１００上に表した測距エリアを例示する図である。図４において、９個の測距エリア４１〜４９が例示されている。本実施形態では、測距エリア４１〜４９を、上記ＡＦ素子ＡＦによって焦点検出する際と、上記撮像素子ＡＦによって焦点検出する際とで共用する。

具体的には、ＡＦ素子２０７に含まれるセンサ列で位相差データをサンプリングする領域を測距エリア４１〜４９に対応させるとともに、撮像素子ＡＦ時に撮像素子２１２から画素データを読み出す領域を測距エリア４１〜４９に対応させる。

図５は、９個の測距エリア４１〜４９のうち１つの測距エリア４ｎ（ｎは１〜９の自然数）を拡大した図である。測距エリア４ｎは、水平方向に並ぶデータを取得するライン５１と、垂直方向に並ぶデータを取得するライン５２とを含むように構成される。これにより、撮影画面１００内で測距エリア４ｎのそれぞれに対応する領域において、縦横のクロス状に並ぶ焦点検出用のデータ列が得られる。

ここで、撮像素子ＡＦの場合は、撮像素子２１２上でライン５１（またはライン５２）に相当する画素位置の画素データを用いて上述した焦点評価値を演算する。ＡＦ素子ＡＦの場合は、瞳分割によってライン５１（またはライン５２）に相当する方向に生じている一対の像の像ズレ量を、ＡＦ素子２０７上でライン５１（またはライン５２）に相当する画素位置の画素データを用いて演算する。

ＡＦ素子ＡＦ回路１１７および撮像素子ＡＦ回路１１６は、測距エリア４１〜４９ごとに、縦横いずれか一方のデータ列を採用し、採用したデータ列に基づいて焦点検出処理を行う。これにより、各測距エリア４ｎにおいて独自に焦点調節状態が検出される。なお、９通りの焦点調節状態に基づいてフォ−カス調節レンズの移動先をどのように決定するかは、あらかじめ選択されたＡＦモードに従う。

たとえば、９個の測距エリア４１〜４９の中であらかじめ設定されている１個の測距エリアにおいて検出された焦点調節状態に基づいてフォ−カス調節レンズの移動先を決定する「シングルポイントＡＦ」モード、９個の測距エリア４１〜４９の中であらかじめ設定されている測距エリアとその周囲の測距エリアにおいて検出された複数の焦点調節状態に基づいてフォ−カス調節レンズの移動先を決定する「ダイナミックＡＦ」モード、測距エリア４１〜４９の全てで検出された焦点調節状態に基づいてフォ−カス調節レンズの移動先を決定する「オートエリアＡＦ」モード、のうち、いずれか１つのＡＦモードが選択される。

本実施形態では、「オートエリアＡＦ」モードまたは「ダイナミックＡＦ」モードが選択されている場合の動作に特徴を有するので、以下の説明はこれらのモードが選択されている場合を中心に行う。

図６は、「オートエリアＡＦ」モード、「ダイナミックＡＦ」モードにおいてＡＦ素子ＡＦ回路１１７または撮像素子ＡＦ回路１１６が実行する処理の流れを説明するフローチャートである。ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、ＣＰＵ１０１からの指示に応じて図６による処理を起動させる。ＣＰＵ１０１は、操作部材１１４を構成するズームスイッチからの操作信号、レリーズボタンの半押し操作を示す半押し操作信号、および操作部材１１４を構成するＡＦボタンの押下操作を示す操作信号のいずれかが入力された場合に、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７または撮像素子ＡＦ回路１１６へ起動指示を出す。

ここで、ズームスイッチは撮影光学系２１０による変倍比を変更するための操作部材である。ＡＦボタンは、電子カメラにＡＦ動作の開始を指示するための操作部材である。

図６のステップＳ１０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、カウンタｎに初期値１をセットしてステップＳ２０へ進む。カウンタｎは、９個の測距エリアについてループ処理（ステップＳ２０〜ステップＳ８０）を行うためのループカウンタである。本実施形態では、各測距エリアにおいて縦横いずれの方向のデータ列を採用するかをループ処理によって決定する。

ステップＳ２０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、ライン５１（図５）に対応する方向（＝水平方向）について焦点検出用のデータ列を取得させてステップＳ３０へ進む。

ステップＳ３０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、取得されたデータ列が示すコントラストが所定の判定閾値未満か否かを判定する。ＡＦ素子ＡＦ回路１１７の場合は、一対の像についての像ズレ量の検出に必要な濃度変化が得られているか否かを第１判定閾値と比較して判定する。第１判定閾値は、ＡＦ素子ＡＦにおいてローコントラスト状態を判定するための判定値としてあらかじめ定められている。一方、撮像素子ＡＦ回路１１６の場合は、濃度変化に起因するコントラストの大小によって鮮鋭度を表す上記焦点評価値を第２判定閾値と比較して判定する。第２判定閾値は、撮像素子ＡＦにおいてローコントラスト状態を判定するための判定値としてあらかじめ定められている。

ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、第１判定閾値（撮像素子ＡＦ回路１１６の場合は第２判定閾値）未満の場合にステップＳ３０を肯定判定してステップＳ４０へ進み、第１判定閾値（撮像素子ＡＦ回路１１６の場合は第２判定閾値）を超える場合にはステップＳ３０を否定判定してステップＳ６０へ進む。

ステップＳ４０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、ライン５２（図５）に対応する方向（＝垂直方向）について焦点検出用のデータ列を取得させてステップＳ５０へ進む。

ステップＳ５０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、取得されたデータ列が示すコントラストが大きい方向を判定する。ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、ステップＳ２０で取得したデータ列によるコントラストと、ステップＳ４０で取得したデータ列によるコントラストとを比較し、コントラストが大きい方向のデータ列を採用する決定をしてステップＳ７０へ進む。コントラストの大小判定が困難な場合は、たとえば、ライン５１に対応する水平方向のデータ列を採用する。

上述したステップＳ３０を否定判定して進むステップＳ６０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、水平（ライン５１）方向のデータ列を採用する決定をしてステップＳ７０へ進む。

ステップＳ７０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、採用するデータ列の方向を全測距エリア４ｎについて決定したか否かを判定する。ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、全測距エリア４ｎについて終了した場合にステップＳ７０を肯定判定して図６による処理を終了する。ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、全測距エリア４ｎについて終了していない場合には、ステップＳ７０を否定判定してステップＳ８０へ進む。

ステップＳ８０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、カウンタｎに１を加えてステップＳ２０へ戻る。ステップＳ２０へ戻る場合は、次の測距エリアについて上述した処理を繰り返す。

図６による処理を終了したＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、測距エリア４１〜４９それぞれで決定した方向のデータ列に基づいて、各測距エリアにおける焦点調節状態を検出する。なお、上述したとおり、９通りの焦点調節状態に基づくフォ−カス調節レンズの移動先は、あらかじめ選択されたＡＦモードに従って決定する。

また、縦横いずれの方向でもローコントラスト状態（第１の判定閾値未満、または第２の判定閾値未満）が判定される測距エリアについては、焦点調節状態の検出対象から除外し、残りの測距エリアで取得される焦点調節状態に基づいてフォ−カス調節レンズの移動先を決めるようにしてもよい。

図７は、部屋の隅を撮影する場合の撮影画面１００上に表した測距エリア４ｎを例示する図である。ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、図６に例示した処理を行うことにより、測距エリア４１および４７について垂直方向のデータ列を採用する決定をする。他の測距エリアについては、水平方向のデータ列を採用する決定をする。なお、測距エリア４３、４４、４６、および４９については、測距エリア内にローコントラスト状態の否定につながる濃度変化が存在しないので、縦横両方向で取得されるデータ列はいずれもローコントラスト状態になる。そこで、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６）は、測距エリア４３、４４、４６、および４９を焦点調節状態の検出対象から除外する。

以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電子カメラの焦点検出装置は、撮影光学系２１０を通過した像を撮像する撮像素子２１２（またはＡＦ素子２０７）と、撮像素子２１２（またはＡＦ素子２０７）からの出力データを用いて撮影光学系２１０の焦点調節状態を検出する撮像素子ＡＦ回路１１６（またはＡＦ素子ＡＦ回路１１７）と、撮像素子２１２（またはＡＦ素子２０７）からの出力データであって、撮影画面１００内の所定の測距領域４ｎにおいて水平方向に相当する第１出力データが所定の濃度変化を有する場合は当該第１出力データを用いて焦点調節状態を検出し、第１出力データが濃度変化を有していない場合は所定領域４ｎにおいて水平方向と異なる垂直方向に相当する第２出力データを用いて焦点調節状態を検出するように撮像素子ＡＦ回路１１６（またはＡＦ素子ＡＦ回路１１７）を制御するＣＰＵ１０１とを備えるようにした。これにより、一方向に対応するデータ列について先に濃度変化をチェックし、必要に応じて多の方向についてのデータ列を用いて焦点調節状態を検出するから、常に２方向についてそれぞれ焦点調節状態を検出する場合に比べて、処理の負担軽減および処理時間の短縮の効果が得られる。

一般に、被写体像は異なる２方向のうち少なくとも一方において濃度変化を有する場合が多い。このため、２方向について焦点検出し得る構成にすることで、１方向しか焦点検出できない場合に比べて適切に焦点検出を行える可能性が高まる。

（２）ＡＦ素子２０７は、撮影光学系２１０の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束による像を撮影画面１００内の所定の測距領域４ｎにおける異なる２方向について撮像し、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７は、ＡＦ素子２０７からの出力データによる一対の像の位相差に基づいて撮影光学系２１０の焦点調節状態を検出し、ＣＰＵ１０１は、第１出力データが濃度変化を有する場合は当該第１出力データによる位相差に基づいて焦点調節状態を検出し、第１出力データが濃度変化を有していない場合は第２出力データによる位相差に基づいて焦点調節状態を検出するようにＡＦ素子ＡＦ回路１１７を制御する。これにより、瞳分割による位相差検出方式の焦点検出処理に関し、処理の負担軽減および処理時間の短縮の効果が得られる。

（３）撮像素子ＡＦ回路１１６は、撮像素子２１２からの出力データであって、撮影画面１００内の所定の測距領域４ｎに対応するデータによるコントラスト情報と、撮影光学系２１０に含まれる焦点調節光学系の位置情報とに基づいて撮影光学系２１０の焦点調節状態を検出し、ＣＰＵ１０１は、第１出力データが濃度変化を有する場合は当該第１出力データを用いて焦点調節状態を検出し、第１出力データが濃度変化を有していない場合は第２出力データを用いて焦点調節状態を検出するように撮像素子ＡＦ回路１１６を制御する。これにより、コントラストの大小を検出する方式の焦点検出処理に関し、処理の負担軽減および処理時間の短縮の効果が得られる。

（４）撮影画面１００内に複数の所定領域４１〜４９を有し、ＣＰＵ１０１は、複数の所定領域４１〜４９においてそれぞれ焦点調節状態を検出するように撮像素子ＡＦ回路１１６（またはＡＦ素子ＡＦ回路１１７）を制御するので、所定領域４１〜４９のそれぞれで、適切に焦点検出処理を行うことができる。

（５）第１方向は略水平方向とし、第２方向は略垂直方向とした。一般に、被写体像は撮影画面１００（図４）において水平方向に濃度変化を有する場合（縦のエッジ情報が支配的）が多い。このため、水平方向に対応するデータ列について先に濃度変化をチェックすることで、垂直方向に対応するデータ列の濃度変化を先にチェックする場合に比べて処理の負担を軽減することができる。

（第二の実施形態）
第一の実施形態では、撮像素子ＡＦ回路１１６が撮像素子２１２の所定画素からの出力信号（画素データ）を用いてコントラスト検出方式の焦点検出処理を行うようにした。第二の実施形態では、撮像素子２１２に代えて撮像素子２１２Ｂを、撮像素子ＡＦ回路１１６に代えて撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂを、それぞれ備える。そして、撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂが、撮像素子２１２Ｂの所定画素からの出力信号に基づいて像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことにより、いわゆる瞳分割型位相差検出方式（マイクロレンズ方式）で一対の像の像ズレ量を検出する。

撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂが行うＡＦ（自動焦点調節）処理について詳細に説明する。本実施形態の撮像素子２１２Ｂは、フォーカス検出用の画素（焦点検出用画素と呼ぶ）を有する。この撮像素子２１２Ｂは、特開２００７−２７９３１２号公報に記載されている撮像素子と同様のものである。撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂは、焦点検出用画素からの画素出力データを用いて位相差検出演算を行うことにより、焦点検出処理を行う。

図８は、撮像素子２１２Ｂの詳細な構成を示す正面図である。撮像素子２１２Ｂには、撮像用画素３１０が二次元状に配列されている。そして、上記測距エリア４ｎに対応する部分に焦点検出用画素３１１が配列されている。図８の例では、焦点検出用画素列が水平（横）方向に並ぶ部分のみ例示するが、焦点検出用画素列が垂直（縦）方向に並ぶ部分についても同様である。

図９は、撮像用画素のみを拡大した断面図であり、図１０は、焦点検出用画素のみを拡大した断面図である。図９において、撮像用画素３１０は、マイクロレンズ１０と撮像用の光電変換部１１を備える。マイクロレンズ１０は光電変換部１１の前方（図９において左側）に配置され、光電変換部１１は撮像素子２１２Ｂ内の半導体回路基板（不図示）上に形成される。

図１０において、焦点検出用画素３１１は、マイクロレンズ１０と焦点検出用の一対の光電変換部１２および光電変換部１３を備える。両光電変換部１２、１３は、それぞれがマイクロレンズ１０の中央に対して対称に配置される。マイクロレンズ１０は光電変換部１２、１３ の前方（図１０において左側）に配置され、光電変換部１２、１３は撮像用画素３１０の光電変換部１１と同一の半導体回路基板上に形成される。なお、上記マイクロレンズ１０は、撮影光学系２１０（図１、図２）の焦点面近傍に配置される。

図１１は、撮像素子ＡＦによる瞳分割型位相差検出方法を説明する図であり、焦点検出用画素３１１の一部（マイクロレンズ１５０、１６０ と二対の光電変換部１５２・１５３、１６２・１６３）を図示したものである。射出瞳９０は、撮影光学系２１０の焦点面位置に配置されたマイクロレンズ１５０、１６０から前方（図１１において左側）の距離ｄ４に投影される射出瞳である。距離ｄ４は、マイクロレンズ１０（１５０、１６０）の曲率、屈折率、およびマイクロレンズ１０（１５０、１６０）と光電変換部１２、１３との間の距離などに応じて決まる距離であり、測距瞳距離と呼ぶ。

光軸９１は、撮影光学系２１０の光軸である。測距瞳９２は、マイクロレンズ１５０、１６０および光電変換部１５２、１６２ に対応する測距瞳であり、測距瞳９３は、マイクロレンズ１５０、１６０および光電変換部１５３、１６３に対応する測距瞳である。一対の測距瞳領域９２、９３を通過した二対の焦点検出用被写体光束７２・７３、８２・８３は、それぞれマイクロレンズ１５０、１６０を介して二対の光電変換部５２・５３、６２・６３に到達する。図１１では、光軸９１上にある焦点検出用画素３１１(マイクロレンズ１５０と一対の光電変換部１５２・１５３）と、光軸９１外にある焦点検出用画素３１１（マイクロレンズ１６０と一対の光電変換部１６２・１６３）を模式的に例示しているが、その他の焦点検出用画素３１１においても一対の測距瞳から各マイクロレンズに到来する焦点検出用光束を一対の光電変換部でそれぞれ受光する。なお、焦点検出用画素３１１の配列方向（図５において水平方向）は、一対の測距瞳の分割方向（図１１において上下方向）と一致させる。

上述した構成を有することにより、焦点検出用画素は、特開２００７−２７９３１２号公報に記載されるように、それぞれ瞳分割された光束が入射されることになる。具体的には、光電変換部１２、１３には、それぞれマイクロレンズ１０の片半面を通過した光束のみが受光される。たとえば、光電変換部１５２、１６２には、測距瞳９２からの光束（Ａ成分と呼ぶ）のみが入射される。一方、光電変換部１５３、１６３には、測距瞳９３からの光束（Ｂ成分と呼ぶ）のみが入射される。

この結果、Ａ成分の光束が入射される光電変換部１５２、１６２、…から得られる画素出力（Ａ成分のデータ列）は、撮影光学系２１０の測距瞳９２から入射された光束による像を表し、Ｂ成分の光束が入射される光電変換部１５３、１６３、…から得られる画素出力（Ｂ成分のデータ列）は、測距瞳９３から入射された光束による像を表す。

Ａ成分による被写体像、およびＢ成分による被写体像からなる一対の被写体像は、撮影光学系２１０が予定焦点面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに近づき、逆に予定焦点面より後ろに被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互いに遠ざかる。予定焦点面において被写体の鮮鋭像を結ぶ合焦状態には、上記一対の像が相対的に一致する。したがって、一対の像の相対位置ズレ量を求めることにより、撮影光学系２１０のフォーカス調節状態、すなわちデフォーカス量が得られる。

撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂは、Ａ成分のデータ列およびＢ成分のデータ列の相対的な位置関係をずらしながら、２つのデータ列間の像ズレ量（シフト量と呼ぶ）と、Ａ成分のデータ列とＢ成分のデータ列との相関度を演算する。相関値が最小となる（相関値が小さいほど２つのデータ列の相関度が高い）シフト量を求める演算は、公知の位相差検出演算による。

撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂは、相関値を最小にするシフト量に所定係数を掛けることにより、デフォーカス量を求める。なお、デフォーカス量は測距エリアごとに異なる。撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂは、デフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）の移動方向および移動量を演算する。

第二の実施形態では、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂ）が、測距エリア４１〜４９ごとに縦横いずれの方向のデータ列を採用するかを図６に例示した処理を行って決定し、決定した方向のデータ列に基づいてそれぞれ焦点調節状態を検出する。なお、あらかじめ選択されたＡＦモードに従ってフォ−カス調節レンズの移動先を決定する点は、第一の実施形態と同様である。また、縦横いずれの方向でもローコントラスト状態（第１の判定閾値未満、または第２の判定閾値未満）が判定される測距エリアについて焦点調節状態の検出対象から除外してよい点も、第一の実施形態と同様である。

以上説明した第二の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。すなわち、撮像素子２１２Ｂは、撮影光学系２１０の異なる領域（９２、９３）を通過した一対の焦点検出用光束による像を撮影画面１００内の所定の測距領域４ｎにおける異なる２方向について撮像し、撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂは、撮像素子２１２Ｂ（画素３１１）からの出力データによる一対の像の位相差に基づいて撮影光学系２１０の焦点調節状態を検出し、ＣＰＵ１０１は、第１出力データが濃度変化を有する場合は当該第１出力データによる位相差に基づいて焦点調節状態を検出し、第１出力データが濃度変化を有していない場合は第２出力データによる位相差に基づいて焦点調節状態を検出するように撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂを制御する。これにより、撮像素子２１２Ｂを用いた瞳分割による位相差検出方式の焦点検出処理に関し、処理の負担軽減および処理時間の短縮の効果が得られる。

（変形例１）
以上の説明では、電子カメラが正位置（横位置）に構えられている場合を例に説明した。実際の撮影では、電子カメラが縦位置（撮影画面１００（図４）を右または左へ９０度回転させる状態）に構えられる場合がある。ＣＰＵ１０１は、姿勢センサ１１８による検出信号に基づいて縦位置を判定した場合には、図６のステップＳ２０、ステップＳ４０、およびステップＳ６０においてそれぞれ「水平」と「垂直」の関係を入れ替えるように、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６、１１６Ｂ）へ指示を行う。

これにより、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６、１１６Ｂ）は、ステップＳ２０において、ライン５２（図５）に対応する方向について焦点検出用のデータ列を取得させてステップＳ３０へ進む。

また、ステップＳ４０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６、１１６Ｂ）は、ライン５１（図５）に対応する方向について焦点検出用のデータ列を取得させてステップＳ５０へ進む。

さらにまた、ステップＳ６０において、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６、１１６Ｂ）は、ライン５２に対応する方向のデータ列を採用する決定をしてステップＳ７０へ進む。

上述したように、被写体像は撮影画面１００（図４）において水平方向に濃度変化を有する場合が多いため、第１方向を水平方向とするのが好適である。しかしながら、電子カメラの姿勢によって水平と垂直の関係が変化する。すなわち、「水平」方向は、電子カメラが正位置（横位置）に構えられている場合はライン５１（図５）の方向に対応し、電子カメラが縦位置に構えられている場合はライン５２（図５）の方向に対応する。そこで、ＡＦ素子ＡＦ回路１１７（または撮像素子ＡＦ回路１１６、１１６Ｂ）は、電子カメラが正位置（横位置）か縦位置かに応じて「水平」と「垂直」の関係を入れ替える。なお、正位置の逆さの場合は、正位置と同様の処理でよい。

変形例１によれば、電子カメラが正位置（横位置）か縦位置かにかかわらず、先に水平方向についてデータ列を取得するようにした。これにより、多くの場合は所定値を超えるコントラストが得られて垂直方向についてデータ列を取得しなくてよくなることから、水平および垂直両方向についてデータ列を取得する場合に比べて処理時間を短縮することができる。

（変形例２）
上記の説明では、測距エリア４ｎ内で異なる２方向にデータ列を取得するように構成し、該２方向を水平方向および垂直方向とした。これらは厳密に水平方向および垂直方向でなくてもよい。

（変形例３）
以上の説明では、先に水平方向のデータ列を取得し（ステップＳ２０）、必要に応じて垂直方向のデータ列を取得する（ステップＳ４０）例を説明した。この代わりに、水平および垂直両方向についてデータ列の取得を行った上で、まず水平方向のデータ列に基づいて焦点調節状態を検出し（ステップＳ２０相当）、必要に応じて垂直方向のデータ列に基づいて焦点調節状態を検出する（ステップＳ４０相当）ようにしてもよい。多くの場合は所定値を超えるコントラストが得られて垂直方向について焦点調節状態を検出しなくてよくなることから、水平および垂直両方向について焦点調節状態を検出する場合に比べて処理時間を短縮することができる。

（変形例４）
ＡＦ素子ＡＦと撮像素子ＡＦとの双方を行う電子カメラを例に説明したが、ＡＦ素子ＡＦ、および撮像素子ＡＦのうちいずれか一方のみによってＡＦ処理を行う場合にも本発明を適用してよい。撮像素子ＡＦのみを行う電子カメラの場合、撮像素子ＡＦ回路１１６によるコントラスト検出方式の焦点検出処理を行うものでもよいし、撮像素子ＡＦ回路１１６Ｂによる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出処理を行うものでもよい。

（変形例５）
撮影画面における測距エリアの数は上述した９点に限らず、１点や５点でもよいし、２１点や５１点などの多点でもよい。また、撮影画面における測距エリアの位置は、図４に例示した位置に限ることなく、撮影画面内に広く分布するように構成しても構わない。なお、一眼レフでないタイプの電子カメラに本発明を適用してよいのはいうまでもない。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

４１〜４９…測距エリア
５１…横ライン
５２…縦ライン
１００…撮影画面
１０１…ＣＰＵ
１１４…操作部材
１１６…撮像素子ＡＦ回路
１１７…ＡＦ素子ＡＦ回路
１１８…姿勢センサ
２０１…カメラ本体
２０２…レンズ鏡筒
２０７…ＡＦ素子
２１０…撮影光学系
２１２、２１２Ｂ…撮像素子

Claims (6)

1. 光学系を通過した像を撮像してデータを出力する撮像手段と、
   前記撮像手段からの出力データを用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、
   前記撮像手段からの出力データであって、撮影画面内の所定領域において第１方向に相当する第１出力データが所定の濃度変化を有する場合は当該第１出力データを用いて前記焦点調節状態を検出し、前記第１出力データが前記濃度変化を有していない場合は前記所定領域において前記第１方向と異なる第２方向に相当する第２出力データを用いて前記焦点調節状態を検出するように前記焦点検出手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記撮像手段は、前記光学系の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束による像を前記撮影画面内の前記所定領域における異なる２方向について撮像し、
   前記焦点検出手段は、前記撮像手段からの出力データによる前記一対の像の位相差に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出し、
   前記制御手段は、前記第１出力データが前記濃度変化を有する場合は当該第１出力データによる位相差に基づいて前記焦点調節状態を検出し、前記第１出力データが前記濃度変化を有していない場合は前記第２出力データによる位相差に基づいて前記焦点調節状態を検出するように前記焦点検出手段を制御すること、
   を特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記焦点検出手段は、前記撮像手段からの出力データであって、前記撮影画面内の前記所定領域に対応するデータによるコントラスト情報と、前記光学系に含まれる焦点調節光学系の位置情報とに基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出し、
   前記制御手段は、前記第１出力データが前記濃度変化を有する場合は当該第１出力データを用いて前記焦点調節状態を検出し、前記第１出力データが前記濃度変化を有していない場合は前記第２出力データを用いて前記焦点調節状態を検出するように前記焦点検出手段を制御すること、
   を特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記撮影画面内に複数の所定領域を有し、
   前記制御手段は、前記複数の所定領域においてそれぞれ前記焦点調節状態を検出するように前記焦点検出手段を制御すること、
   を特徴とする焦点検出装置。
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１方向は略水平方向であり、
   前記第２方向は略垂直方向であること、
   を特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置を搭載することを特徴とする撮像装置。

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