JP2014167530A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結像光学系の絞り径が大きい場合であっても精度よく焦点検出を行うことが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】略矩形形状の透過部と前記透過部の周囲に設けられた遮光部とを有し、結像光学系から出射した被写体光が入射する遮光部材と、前記透過部を透過した前記被写体光が入射する複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを透過した前記被写体光が入射する複数の受光素子を有する受光素子アレイと、前記複数の受光素子が前記被写体光を受光して出力した受光信号から、前記略矩形形状の長辺方向における被写体の輝度分布を表す一対の信号列を作成し、当該一対の信号列の位相差を演算することにより前記結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、を備える撮像装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来、結像光学系の予定焦点面近傍に複数のマイクロレンズを配置すると共に、各マイクロレンズに対応付けて複数の受光素子を配置した焦点検出装置が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００９−１７５６８０号公報

特許文献１に記載の焦点検出装置には、結像光学系の絞り径が大きい場合、マイクロレンズ間でクロストークが発生し焦点検出に支障を来すという問題があった。

請求項１に記載の撮像装置は、直交する２軸に沿った幅どうしが異なる形状略矩形形状の透過部と前記透過部の周囲に設けられた遮光部とを有し、結像光学系から出射した被写体光が入射する遮光部材と、前記透過部を透過した前記被写体光が入射する複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを透過した前記被写体光が入射する複数の受光素子を有する受光素子アレイと、前記複数の受光素子が前記被写体光を受光して出力した受光信号から、前記透過部の略矩形形状の長辺方向における被写体の輝度分布を表す一対の信号列を作成し、当該一対の信号列の位相差を演算することにより前記結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、結像光学系の絞り径が大きい場合であっても精度よく焦点検出を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す図である。 焦点検出ユニット２５の斜視図である。 遮光部材２４ａおよび保持部材２４ｂの構成を示す斜視図である。 焦点検出処理のフローチャートである。 受光素子アレイ５３の撮像面に形成される絞り像を模式的に示す平面図である。 被写体光がマイクロレンズアレイ５２および受光素子アレイ５３に入射する様子を模式的に示した断面図である。 受光素子アレイ５３の撮像面に形成される絞り像を模式的に示す平面図である。 受光素子アレイ５３の撮像面に形成される絞り像を模式的に示す平面図である。 図８（ｂ）に示した受光素子アレイ５３の中央付近を更に拡大した図である。 受光素子アレイ５３の撮像面に形成される絞り像を模式的に示す平面図である。 図１０（ｂ）に示した受光素子アレイ５３を更に拡大した図である。 本発明の第２の実施の形態による撮像装置の構成を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す図である。撮像装置１は、カメラボディ２０と、レンズマウント９を介してカメラボディ２０に着脱可能なレンズ鏡筒１０とから成る、いわゆる一眼レフレックス方式のカメラである。レンズ鏡筒１０は、被写体像を所定の予定焦点面に結像させる結像光学系１１と、結像光学系１１への入射光量を調節する絞り１２を有している。なお、図１では結像光学系１１を１枚のレンズとして模式的に示しているが、結像光学系１１は実際には、結像光学系１１の焦点状態を調節するフォーカシングレンズを含む複数のレンズで構成されている。

カメラボディ２０内の、結像光学系１１の光軸Ｌ上には、撮影画面全体をカバーする大きさのクイックリターンミラー２１が設けられている。クイックリターンミラー２１は、非露光時には図１に示す位置にあり、結像光学系１１からの入射光をカメラボディ２０の上部に反射させる。カメラボディ２０の上部にはマットスクリーン２７およびペンタプリズム（ペンタゴナルダハプリズム）２８が設けられている。クイックリターンミラー２１により反射された被写体光は、マットスクリーン２７およびペンタプリズム２８を介して接眼レンズ２９に入射する。撮像装置１のユーザは、接眼レンズ２９を介して、結像光学系１１によりマットスクリーン２７に結像された被写体像を視認することができる。

クイックリターンミラー２１の裏面（結像光学系１１からの被写体光が入射する面と反対の面）には、クイックリターンミラー２１の裏面と垂直になるようにサブミラー２３が配置されている。サブミラー２３は少なくとも撮影画面の幅をすべてカバーする大きさを備えている。クイックリターンミラー２１は、その反射面のうち、サブミラー２３に対応する一部がハーフミラーになっている。そのため、クイックリターンミラー２１に入射した被写体光の一部は、クイックリターンミラー２１の反射面で反射せずにサブミラー２３に入射する。

サブミラー２３の反射面（クイックリターンミラー２１を透過した被写体光が入射する面）近傍には、所定の形状の透過部を備える遮光部材２４ａと、遮光部材２４ａを保持する回動可能な保持部材２４ｂとが設置されている。クイックリターンミラー２１に形成されたハーフミラーを透過した被写体光は、遮光部材２４ａの透過部を透過してサブミラー２３の反射面で反射し、カメラボディ２０の下部に設けられた焦点検出ユニット２５に入射する。焦点検出ユニット２５の構造については後に詳述する。遮光部材２４ａの透過部以外の箇所に入射した被写体光は、遮光部材２４ａにより遮られ、サブミラー２３の反射面に到達しない。

カメラボディ２０内には、結像光学系１１により結像された被写体像を撮像する撮像素子２２が設けられている。撮像素子２２は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子であり、その撮像面が結像光学系１１の予定焦点面に位置するよう配置されている。なお、図１では図示を省略しているが、撮像素子２２の撮像面には、赤外線カットフィルター等の種々の光学フィルターが設けられている。

露光時、クイックリターンミラー２１およびサブミラー２３は図１に示す位置から、所定の退避位置に駆動される。これにより、結像光学系１１からの被写体光は撮像素子２２に入射する。撮像素子２２は、結像光学系１１により撮像面に結像された被写体像を撮像し、制御装置２６に撮像信号を出力する。

制御装置２６はマイクロプロセッサやその周辺回路等から構成されており、図示しない記憶媒体（例えばフラッシュメモリなど）に予め記憶されている制御プログラムを読み込んで実行することにより、撮像装置１の各部を制御する。例えば制御装置２６は、撮像素子２２から出力された撮像信号に種々の画像処理を施すことにより、被写体像の画像データを作成する。そして、不図示の可搬記憶媒体（例えばメモリーカード等）に画像データを記録する。なお制御装置２６を、この制御プログラムと同等の機能を有する電子回路により構成することも可能である。

カメラボディ２０の背面には、液晶ディスプレイ等の表示デバイスにより構成される背面モニター３０が設けられている。制御装置２６は、撮像素子２２により撮像された画像や撮影パラメータを設定する設定メニュー等を背面モニター３０の表示画面に表示させることが可能である。

（焦点検出ユニット２５の説明）
図２は焦点検出ユニット２５の斜視図である。焦点検出ユニット２５は、サブミラー２３側から見て、マイクロレンズアレイ５２、受光素子アレイ５３の順に、これらの各部材が平行に配置されている。マイクロレンズアレイ５２は、正レンズであるマイクロレンズ５４を複数有している。これら複数のマイクロレンズ５４はそれぞれ正方形円形の輪郭形状を有しており、マイクロレンズアレイ５２のサブミラー２３に対向する面に、二次元状に配列されている。

受光素子アレイ５３の撮像面（マイクロレンズアレイ５２に対向する面）には、正方形の受光素子（光電変換素子）が正方配列されている。一つの受光素子は一つのマイクロレンズ５４より小さく形成され、一つのマイクロレンズ５４を垂直に投影した範囲には複数の受光素子が含まれている。換言すれば、一つのマイクロレンズ５４に対して複数の受光素子が対応付けられている。

なお図２では、便宜上、マイクロレンズアレイ５２および受光素子の数を実際よりも少なく図示している。すなわち、実際には図２に示した数よりも多くのマイクロレンズ５４および受光素子が存在する。また、図２では図示を省略しているが、マイクロレンズ５４同士でクロストークが発生しないように、個々のマイクロレンズ５４の間は遮光性のコーティングが為されている。更に、通常、マイクロレンズアレイ５２と受光素子アレイ５３との間隔は、おおよそマイクロレンズアレイ５２を構成する各マイクロレンズ５４の焦点位置近傍に受光素子アレイ５３の撮像面があるように定められるが、図２では説明のため実際よりも広く描いている。

本実施形態の焦点検出ユニット２５は、マイクロレンズアレイ５２の前側主面が予定焦点面（結像光学系１１の瞳面に関して撮像素子２２の撮像面と共役な面）からわずかに離れた位置になるように配置されている。これは、マイクロレンズアレイ５２の前側主面を予定焦点面に一致させると、マイクロレンズ５４同士の間に被写体像のコントラストがあるような場合にその部分が不感帯となってしまうためである。つまり、マイクロレンズアレイ５２の前側主面が予定焦点面に一致するように配置した場合であっても本発明を適用することは可能であるが、不感帯が発生し焦点検出の精度が低下する虞があり望ましくない。

（遮光部材２４ａの説明）
図３は、遮光部材２４ａおよび保持部材２４ｂの構成を示す斜視図である。遮光部材２４ａは、保持部材２４ｂによって、サブミラー２３の反射面近傍に、サブミラー２３の反射面と平行になるように保持されている。

遮光部材２４ａには、長方形の輪郭形状を有する透過部２４ｃが設けられている。クイックリターンミラー２１のハーフミラー部分を透過した被写体光のうち、透過部２４ｃに入射した光は、サブミラー２３の反射面で反射して焦点検出ユニット２５に入射する。他方、透過部２４ｃに入射しなかった光（透過部２４ｃの周囲に入射した光）は、遮光部材２４ａにより遮られ、サブミラー２３に達しない。すなわち、焦点検出ユニット２５に入射しない。

保持部材２４ｂは不図示のアクチュエータにより回動可能に構成されている。制御装置２６は、このアクチュエータを制御し、図３に示す遮光位置（サブミラー２３の反射面近傍）と、光路の外側に設けられた退避位置との間で遮光部材２４ａを行き来させることができる。つまり、制御装置２６は、遮光部材２４ａによりサブミラー２３に入射する被写体光が制限される遮光状態と、遮光部材２４ａが光路から取り除かれた非遮光状態とを切り替え可能である。

例えば、露光時には制御装置２６は遮光部材２４ａを退避位置に移動させ、非遮光状態とする。このとき、遮光部材２４ａおよび保持部材２４ｂは光路から取り除かれ、撮像素子２２は遮光部材２４ａや保持部材２４ｂによる影響を受けることなく被写体像を撮像することができる。また、焦点検出時、制御装置２６は絞り１２の状態に応じて遮光状態と非遮光状態とを切り替える。制御装置２６が遮光状態と非遮光状態とを切り替える条件については後に詳述する。

（焦点検出処理の説明）
次に、制御装置２６が焦点検出ユニット２５を用いて実行する焦点検出処理について説明する。

図４は、焦点検出処理のフローチャートである。制御装置２６は、図示しない記憶媒体に予め記憶されている制御プログラムを読み出して実行することにより、図４に示した焦点検出処理を実行する。すなわち、上記の制御プログラムには、図４に示した焦点検出処理が含まれている。

まずステップＳ１００において制御装置２６は、受光素子アレイ５３上に形成される結像光学系１１の射出瞳の像の大きさが、受光素子アレイ５３のマイクロレンズ５４に被覆された領域の大きさを超えているか否かを判定する。この射出瞳像の大きさは絞り１２の開口径により決定されるため、制御装置２６は撮影Ｆ値を所定のしきい値（例えばＦ５．６）と比較することにより上記の判定を行う。すなわち、撮影Ｆ値が所定のしきい値より小さい場合には、射出瞳像が被覆領域より大きいと判定し、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０では制御装置２６が、遮光部材２４ａを遮光位置まで駆動する。なお、既に遮光部材２４ａが遮光位置にある場合には何もしない。ステップＳ２２０では制御装置２６が、Ｘ方向（図２）に関する焦点検出を行う。そして、ステップＳ２３０において、Ｘ方向について焦点検出を行うことに成功したか否かを判定する。

Ｘ方向について正しく焦点検出を行えた場合にはステップＳ２５０に進む。他方、Ｘ方向について焦点検出を行うことができなかった場合（焦点検出の結果の信頼性が低い場合を含む）にはステップＳ２４０に進み、Ｙ方向（図２）に関する焦点検出を行う。

すなわち制御装置２６は、まずＸ方向について焦点検出を試み、成功すればその結果を最終的な焦点検出結果として採用する。そして、Ｘ方向について焦点検出が正しく行えなかった場合にはＹ方向について焦点検出を試み、その結果を最終的な焦点検出結果として採用する。

最後にステップＳ２５０で、遮光部材２４ａを退避位置に駆動する。

他方、ステップＳ１００において、撮影Ｆ値が所定のしきい値以上であった場合には、処理はステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０において制御装置２６は、遮光部材２４ａを退避位置まで駆動する。なお、既に遮光部材２４ａが退避位置にある場合には何もしない。

次のステップＳ１２０〜Ｓ１４０は、遮光部材２４ａが退避位置にあることを除いて、ステップＳ２２０〜Ｓ２４０と同様である。すなわち制御装置２６は、まずステップＳ１２０において、Ｘ方向（図２）に関する焦点検出を行う。そして、ステップＳ１３０でその焦点検出が成功したか否かを判定し、失敗した場合にはステップＳ１４０でＹ方向（図２）に関する焦点検出を行う。

以上の焦点検出処理によりデフォーカス量を算出した制御装置２６は、デフォーカス量に応じた量だけ結像光学系１１のフォーカスレンズを駆動させ、ピント調節を行ったり、あるいはファインダーや背面モニター３０に前ピンや後ピンなど現在の焦点状態を表示し、ユーザによる手動焦点調節を支援したりする。

次に、制御装置２６が図４のステップＳ１２０で実行する焦点検出について説明する。

図５（ａ）は、ステップＳ１２０において、受光素子アレイ５３の撮像面に形成される絞り像を模式的に示す平面図である。結像光学系１１のＦ値が所定のしきい値（例えばＦ５．６）以上である場合、換言すれば、絞り径が所定サイズ以下である場合、図５（ａ）に示すように、あるマイクロレンズ５４によって受光素子アレイ５３の撮像面に結像される絞り像５８は、撮像面全体のうち、当該マイクロレンズ５４により被覆される領域５７の範囲内に収まる大きさとなる。なお、絞り像５８は、実際には図５（ａ）に示すような明瞭な像とはならず、多少のボケを伴う。

図５（ｂ）は、受光素子アレイ５３の中央付近の拡大図である。図５（ｂ）に示すように、ステップＳ１２０においては、隣り合う２つのマイクロレンズ５４同士で、２つの絞り像５８が重なり合うことはない。このとき制御装置２６は、絞り像５８が形成される領域（図５（ｂ）に網掛けで示した領域）に配置されている任意の受光素子の受光出力を焦点検出に用いることができる。

図６は、被写体光がマイクロレンズアレイ５２および受光素子アレイ５３に入射する様子を模式的に示した断面図である。マイクロレンズアレイ５２および受光素子アレイ５３は、各受光素子のマイクロレンズ５４による像が、各マイクロレンズ５４の頂点より被写体寄りの素子結像面５６に結ぶように配置されている。各受光素子の像の位置は結像光学系１１の射出瞳と一致するのが理想的であるが、この位置からずれていても、射出瞳面上におけるボケ像が分離十分に小さければよい。制御装置２６は、このように構成された受光素子アレイ５３から出力される受光信号に対して以下に説明する演算を行い、被写体像の像ずれ量を検出する。

以下の説明では、図６に示したマイクロレンズ列５５（Ｘ方向に沿って配列された複数のマイクロレンズ５４から成る）を焦点検出の対象とし、このマイクロレンズ列５５に含まれる各々のマイクロレンズ５４に、左から順に１ずつ増加する自然数の番号（例えば１、２、…）が割り当てられているものとする。図６において、マイクロレンズ列５５の左端のマイクロレンズ５４にはｐＬ０という番号が、右端のマイクロレンズ５４にはｑＬ０という番号が割り当てられている。上述の前提から、ｐＬ０はｑＬ０よりも小さい。

このとき、制御装置２６は、ｐＬ０からｑＬ０までの（ｑＬ０−ｐＬ０＋１）個のマイクロレンズ５４について、各々のマイクロレンズ５４を通過した光束が入射する受光素子から相対的に同じ位置の受光素子を選択した第１受光素子列を規定する。例えば、各マイクロレンズ５４について、当該マイクロレンズ５４の透過光が入射する範囲のうち左端から３番目の受光素子ａを選択した第１受光素子列Ａを考える。同様に、これとは異なる位置の受光素子を、各マイクロレンズ５４の透過光が入射する受光素子から選択した第２受光素子列を規定する。例えば、各マイクロレンズ５４について、当該マイクロレンズ５４の透過光が入射する範囲のうち左端から６番目の受光素子ｂを選択した第２受光素子列Ｂを考える。第１受光素子列Ａから出力される信号列と、第２受光素子列Ｂから出力される信号列は、素子結像面５６に結像した被写体像に含まれる仮想的な画素５６ａ〜５６ｆに対応する信号列であって、互いに結像光学系１１の異なる瞳を通り上記の仮想的な画素５６ａ〜５６ｆを構成する光束に由来する信号列である。

なお、上述した一対の受光素子（受光素子ａと受光素子ｂ）の間の距離はできるだけ大きくすることが望ましい。つまり、図５に示した絞り像５８の端部に近い位置に一対の受光素子を設定することが望ましい。絞り像５８の大きさは絞り１２の開口径により変化するので、制御装置２６が、一対の受光素子の位置を、結像光学系１１の絞り値に応じて変化させるようにしてもよい。

制御装置２６は、第１受光素子列Ａの出力と第２受光素子列Ｂの出力とのずれ量を検出することにより、デフォーカス量（すなわち結像光学系１１の焦点状態）を算出する。以下、第１受光素子列Ａを構成する各受光素子の出力をＡ／Ｄ変換したデータである第１信号列をａ（ｉ）と、第２受光素子列Ｂを構成する各受光素子の出力をＡ／Ｄ変換したデータである第２信号列をｂ（ｉ）と表記する。例えばａ（ｐＬ０）は、ｐＬ０という番号が割り当てられたマイクロレンズ５４（つまり、図６におけるマイクロレンズ列５５の左端のマイクロレンズ５４）を通過した光束に由来するデータを表す。

制御装置２６は像ずれ量の検出に際し、まず上述した第１信号列｛ａ（ｉ）｝＝ａ（ｐＬ０），ａ（ｐＬ０＋１），…，ａ（ｑＬ０）を作成する。次に、上述した第２信号列｛ｂ（ｉ）｝＝ｂ（ｐＬ０），ｂ（ｐＬ０＋１），…，ｂ（ｑＬ０）を作成する。これらの各信号列は、図４に示すように、受光素子アレイ５３から出力された受光信号により得ることができる。次に、このようにして得られた第１信号列｛ａ（ｉ）｝と第２信号列｛ｂ（ｉ）｝に対して周知の方法（いわゆる瞳分割型の位相差検出方式）で像ずれ演算を行い、この演算結果に基づいてデフォーカス量を算出する。

２つの信号列からデフォーカス量を算出する方法はよく知られており、例えば特開昭６０−３７５１３号公報および特開昭６１−２４３４１６号公報に記載の方法を用いることができる。より具体的には、第１信号列｛ａ（ｉ）｝と第２信号列｛ｂ（ｉ）｝（ｉ＝ｐＬ０，ｐＬ０＋１，…，ｑＬ０）とから、これらの信号列の相関量Ｃ（Ｎ）を次式（１）により求める。

ここでＮは第１信号列｛ａ（ｉ）｝と第２信号列｛ｂ（ｉ）｝とのずれ量を表す数であり、シフト数と呼ぶ。また、ｐＬおよびｑＬは、Ｎ＝０の場合はそれぞれ前述のｐＬ０およびｑＬ０であり、それ以外の場合は次式（２）および（３）により定める。

ｐＬ＝ｐＬ０−Ｆｌｏｏｒ（Ｎ／２） …（２）
ｑＬ＝ｑＬ０−Ｆｌｏｏｒ（Ｎ／２） …（３）

なお、上式（２）および（３）において、関数Ｆｌｏｏｒはいわゆる床関数である。つまり、Ｆｌｏｏｒ（ｘ）はｘ以下の最大の整数を表す。制御回路２３は、上述の式（１）を用いてシフト数Ｎを一定範囲（例えば−１０〜＋１０）において（例えば１ずつ）変化させながら、各シフト数に対応する相関量Ｃ（Ｎ）を求め、この一定範囲における相関量Ｃ（Ｎ）の極小値をＣ０、また極小値を与えるシフト数をＮ０とする。次に、こうして得られた大ざっぱなシフト数Ｎ０から、より精緻なシフト数Ｎａを、次式（４）〜（８）により求める。

Ｃｒ＝Ｃ（Ｎ０−１） …（４）
Ｃｆ＝Ｃ（Ｎ０＋１） …（５）
ＤＬ＝（Ｃｒ−Ｃｆ）／２ …（６）
Ｅ＝ＭＡＸ｛Ｃｆ−Ｃ０，Ｃｒ−Ｃ０｝ …（７）
Ｎａ＝Ｎ０＋ＤＬ／Ｅ …（８）

制御装置２６は、このようにして算出されたＮａに焦点検出面の位置に応じた補正量（定数ｃｏｎｓｔ）を加えることにより、焦点検出面上での像ずれ量Δｎ＝Ｎａ＋ｃｏｎｓｔを算出する。最終的なデフォーカス量Ｄｆは、この像ずれ量Δｎと検出開角に依存した定数Ｋｆとを用いた次式（９）により算出することができる。

Ｄｆ＝Ｋｆ×Δｎ …（９）

以上のような演算を行うことにより、制御装置２６は、マイクロレンズ列５５（範囲ｉ＝ｐＬ０からｉ＝ｑＬ０のマイクロレンズ５４）の被写体像に対するデフォーカス量を算出する（結像光学系１１の焦点調節状態を検出する）ことができる。

なお、以上では、ステップＳ１２０（図４）において実行される、Ｘ方向に関する焦点検出について説明したが、ステップＳ１４０（図４）で実行される、Ｙ方向に関する焦点検出についてもその演算内容は同様であるため、説明を省略する。つまり、制御装置２６がＸ方向に沿って配列されている複数のマイクロレンズ５４をマイクロレンズ列５５として選択して上述の演算を行えば、それはＸ方向に関する焦点検出であり、Ｙ方向に沿って配列されている複数のマイクロレンズ５４をマイクロレンズ列５５として選択して上述の演算を行えば、それはＹ方向に関する焦点検出である。Ｘ方向に関する焦点検出の際、制御装置２６は上述の演算における一対の受光素子（図６に示す受光素子ａと受光素子ｂ）をＸ方向に沿って設定し、Ｙ方向に関する焦点検出の際にはＹ方向に沿って設定する。

次に、制御装置２６が図４のステップＳ２２０で実行する焦点検出について説明する。

図７（ａ）は、ステップＳ２２０において、仮に遮光部材２４ａが退避位置にあるとした場合に、受光素子アレイ５３の撮像面に形成される絞り像を模式的に示す平面図である。結像光学系１１のＦ値が所定のしきい値未満である場合、換言すれば、絞り径が所定サイズより大きい場合、図７（ａ）に示すように、あるマイクロレンズ５４によって受光素子アレイ５３の撮像面に結像される絞り像５８は、撮像面全体のうち、当該マイクロレンズ５４により被覆される領域５７の範囲内に収まらない。つまり、当該マイクロレンズ５４を透過した被写体項が、他のマイクロレンズ５４により被覆される領域に入射する。

図７（ｂ）は、受光素子アレイ５３の中央付近の拡大図である。図７（ｂ）に示すように、ステップＳ２２０（図４）においては、隣り合う２つのマイクロレンズ５４同士で、２つの絞り像５８が重なり合う。このとき制御装置２６は、図７（ｂ）に網掛けで示した、１つのマイクロレンズ５４からの光のみが入射する（複数のマイクロレンズ５４からの光が重なり合わない）領域に配置されている受光素子の受光出力のみを、焦点検出に用いることができる。換言すれば、複数のマイクロレンズ５４からの光が同時に入射する受光素子の受光出力は、焦点検出に用いることができない。

従って、ステップＳ２２０（図４）では、もし遮光部材２４ａが退避位置にあったとすると、図７（ｂ）に網掛けで示した領域５９（絞り像５８の中央付近のわずかな領域）に配置された受光素子からの受光信号しか焦点検出に利用することができない。このような状況では、上述した一対の信号列を作成することが困難である。また、一対の信号列を作成できたとしても、その信号列に対応する一対の瞳は非常に近接した位置となるため、位相差検出の精度が低くなってしまう。

そこで本実施形態の制御装置２６は、結像光学系１１に設定された絞り値が所定値未満である場合（すなわち図４のステップＳ１００において否定判定が為された場合）に、保持部材２４ｂを回動させ、遮光部材２４ａを図３に示す遮光位置まで駆動する。遮光部材２４ａが遮光位置に駆動されると、図７に示した絞り像５８の形状は、図８のように変化する。

図８（ａ）は、ステップＳ２２０において、受光素子アレイ５３の撮像面に形成される絞り像を模式的に示す平面図である。ここで絞り像５８は、遮光部材２４ａにより上下の領域５９が蹴られ、横に細長い形状になる。

図８（ｂ）は、受光素子アレイ５３の中央付近の拡大図である。図８（ｂ）に示すように、遮光部材２４ａが遮光位置に存在することにより、網掛けで示した領域５９は、図７（ｂ）の場合に比べて大きくなる。すなわち、焦点検出に利用可能な受光信号を出力する受光素子が、図７（ｂ）の場合に比べて増える。

領域５９は横方向（Ｘ方向）に長い形状を有するので、焦点検出に用いる一対の瞳の間隔を長く取ることができる。従って、横方向（領域５９の長辺方向）に一対の受光素子を設定し、それら一対の受光素子から一対の信号列を作成して焦点検出を行うことで、精度よく焦点検出を行うことができる。

図９は、図８（ｂ）に示した受光素子アレイ５３の中央付近を更に拡大した図である。仮に受光素子が破線で図示した格子６１のように配列されていたとすれば、Ｘ方向に沿って配列されている受光素子６１ａ、６１ｂから一対の信号列を作成する、すなわち受光素子６１ａ、６１ｂを図６に示した受光素子ａ、ｂとして扱うことで、最も効果的に焦点検出を行うことができる。

また、Ｘ方向に沿って配列されている受光素子６１ａ、６１ｂの代わりに、Ｙ方向に沿って配列されている受光素子６１ｃ、６１ｄから一対の信号列を作成することで、Ｙ方向に関する焦点検出を行うこともできる。ただし、受光素子６１ｃ、６１ｄの間隔は受光素子６１ａ、６１ｂの間隔に比べて短いため、焦点検出の精度はＸ方向に比べて劣る。そこで制御装置２６は、Ｙ方向よりも優先してＸ方向の焦点検出を行う。

具体的には、図４のステップＳ１２０〜Ｓ１４０やステップＳ２２０〜Ｓ２４０で説明したように、まず優先する方向、すなわちＸ方向について焦点検出を試みる。そして、検出不能であったり、あるいは演算結果の信頼性が低い場合にのみ、優先する方向とは異なる方向、すなわちＹ方向の焦点検出を行う。

図１０は、図８と同様に、ステップＳ２２０において、受光素子アレイ５３の撮像面に形成される絞り像を模式的に示す平面図である。ただし、図８では受光素子アレイ５３の中央付近（結像光学系１１の光軸Ｌ近傍）を拡大して図示していたのに対し、図１０では中央付近からＹ方向にずれた位置を拡大して図示している。

図１０に示すように、絞り１２の像と遮光部材２４ａの像は、マイクロレンズ５４が中央付近から離れるほど、マイクロレンズ５４の中央から移動する。ただし、絞り１２と遮光部材２４ａはそれぞれマイクロレンズ５４からの光学的距離が異なるため、その移動量は互いに異なる。従って、絞り１２の像の中心と遮光部材２４ａの像の中心がずれることとなる。

その結果、受光素子アレイ５３の受光面状に形成される像は、図１０に示すように、図８とは異なる形状になる。この場合であっても、単一のマイクロレンズ５４からの光束のみが入射する領域５９（クロストークが発生しない領域）は、図１０（ｂ）に網掛けで示すように存在する。従って、領域５９に配置された受光素子の受光出力から、図８の場合と同様に焦点検出を行うことが可能である。

図１１は、図１０（ｂ）に示した受光素子アレイ５３を更に拡大した図である。仮に受光素子が破線で図示した格子６２のように配列されていたとすれば、Ｘ方向について焦点検出を行う場合にはＸ方向に沿って配列されている受光素子６２ａ、６２ｂから一対の信号列を作成する。また、Ｙ方向について焦点検出を行う場合には、Ｙ方向に沿って配列されている受光素子６１ｃ、６１ｄから一対の信号列を作成する。

受光素子アレイ５３の受光面状に形成される像の中心のずれ量は、マイクロレンズ５４ごとに予め決定することができる。そこで本実施形態の撮像装置１では、マイクロレンズアレイ５２におけるマイクロレンズ５４の相対位置と像の中心のずれ量との関係を表すデータを、不図示のメモリに予め記憶している。制御装置２６は、焦点検出の対象として選択したマイクロレンズ列５５に属する各マイクロレンズ５４について、当該マイクロレンズ５４の相対位置と上記のデータとに基づき、焦点検出に用いる受光素子の相対位置を変化させる。例えば、中央付近のマイクロレンズ５４では図９に示した受光素子６１ａ、６１ｂから一対の信号列を作成するのに対し、Ｙ方向にずれた位置のマイクロレンズ５４では図１１に示した位置の受光素子６２ａ、６２ｂから一対の信号列を作成する。

上述した第１の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）遮光部材２４ａは、略矩形形状の透過部２４ｃと透過部２４ｃの周囲に設けられた遮光部とを有し、結像光学系１１から出射した被写体光が入射する。複数のマイクロレンズ５４には、透過部２４ｃを透過した被写体光が入射する。受光素子アレイ５３は、複数のマイクロレンズ５４の各々について、当該マイクロレンズ５４を透過した被写体光が入射する複数の受光素子を有する。制御装置２６は、複数の受光素子が被写体光を受光して出力した受光信号から、略矩形形状の長辺方向における被写体の輝度分布を表す一対の信号列を作成し、当該一対の信号列の位相差を演算することにより結像光学系１１の焦点調節状態を検出する。このようにしたので、結像光学系の絞り径が大きい場合であっても精度よく焦点検出を行うことができる。

（２）遮光部材２４ａは、遮光部が被写体光を遮光する遮光状態と、遮光部が被写体光を遮光しない非遮光状態とを切り替え可能に構成されており、結像光学系１１の絞り値が所定の絞り値（例えばＦ５．６）未満である場合に遮光状態にされ、結像光学系１１の絞り値が所定の絞り値以上である場合に非遮光状態にされる。このようにしたので、撮影時の絞り径が小さくマイクロレンズ間でクロストークが発生しない場合には、可能な限り基線長が長くなるように受光素子を選択して焦点調節状態を検出することができる。

（３）制御装置２６は、略矩形形状の長辺方向における被写体の輝度分布を表す一対の信号列を作成し、当該一対の信号列の位相差を演算することにより結像光学系１１の焦点調節状態を検出することと、長辺方向とは異なる方向における被写体の輝度分布を表す一対の信号列を作成し、当該一対の信号列の位相差を演算することにより結像光学系１１の焦点調節状態を検出することが可能に構成されている。そして、長辺方向における焦点調節状態の検出を、長辺方向とは異なる方向における焦点調節状態の検出よりも優先する。具体的には、長辺方向において焦点調節状態を検出できなかった場合にのみ、長辺方向とは異なる方向における焦点調節状態を検出する。このようにしたので、長辺方向に沿ったパターンを有する被写体であっても精度よく焦点調節状態を検出することができる。

（第２の実施の形態）
図１２は、本発明の第２の実施の形態による撮像装置の構成を示す図である。第１の実施の形態に係る撮像装置１が、クイックリターンミラー２１を有する、いわゆる一眼レフレックスカメラと同様の構成であったのに対し、本実施形態に係る撮像装置２は、クイックリターンミラー２１の代わりに、ハーフミラー１２１を備えている。以下、この撮像装置２について詳述する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同様の各部については、第１の実施の形態と同一の符号を付し説明を省略する。また、図１２では本発明の説明に必要な箇所のみを図示し、その他の部分については図示を省略している。

カメラボディ１２０内の、結像光学系１１の光軸Ｌ上には、少なくとも撮影画面全体をカバーする大きさのハーフミラー１２１が設けられている。ハーフミラー１２１は、例えばペリクルミラー等により構成され、結像光学系１１から出射した被写体光を二つに分割し、一方をカメラボディ１２０の上方に向かわせ（反射させ）、他方をカメラボディ１２０の後方に向かわせる（透過させる）。カメラボディ１２０の上方には第１の実施の形態と同様の撮像素子２２が設けられており、ハーフミラー１２１により反射した被写体光を受光して被写体像を撮像する。また、カメラボディ１２０の後方には第１の実施の形態と同様の焦点検出ユニット２５が設けられており、ハーフミラー１２１を透過した被写体光を受光して受光信号を出力する。

ハーフミラー１２１の裏面（被写体光が入射する面の裏面）には、少なくとも撮影画面全体をカバーする大きさの遮光部材１２４ａが、保持部材２４ｂによって、ハーフミラー１２１の裏面と平行になるように保持されている。遮光部材１２４ａには、長方形の輪郭形状を有する透過部１２４ｃが設けられており、ハーフミラー１２１を透過した被写体光のうち透過部１２４ｃに入射した光は、焦点検出ユニット２５に入射する。他方、透過部１２４ｃに入射しなかった光は、遮光部材１２４ａにより遮られ、焦点検出ユニット２５に入射しない。

保持部材２４ｂは、第１の実施の形態と同様に、不図示のアクチュエータにより回動可能に構成されている。制御装置２６は、このアクチュエータを制御し、図１２に示す遮光位置（ハーフミラー１２１の裏面近傍）と、光路の外側に設けられた退避位置との間で遮光部材１２４ａを行き来させることができる。

撮像装置２は、焦点検出ユニット２５による焦点検出を行いつつ、同時に撮像素子２２により被写体像を撮像することが可能である。例えば、撮像素子２２による動画像の撮影中に、焦点検出ユニット２５により焦点検出を行い、結像光学系１１の焦点状態を調節することができる。

仮に遮光部材１２４ａが存在しなかったとすると、絞り１２の絞り径が大きい場合には図７に示したようにクロストークが発生し、焦点検出を良好に行うことができない。従って、大きな絞り径で撮影を行う場合には、いったん絞り１２を絞って焦点検出ユニット２５による焦点検出を行い、その後に絞り１２の開口径を大きくし、改めて撮像素子２２による撮像を行う必要が生じる。

つまり、遮光部材１２４ａが存在しないと、絞り径が大きい場合に、焦点検出ユニット２５による焦点検出を行いつつ、同時に撮像素子２２により被写体像を撮像することが可能である、という本構成の利点を生かすことができない。本実施形態では、第１の実施の形態と同様に、絞り径が大きい場合には制御装置２６が遮光部材１２４ａを遮光位置に駆動する。従って、第１の実施の形態と同様に、絞り径が大きくても焦点検出を良好に行うことができる。

上述した第２の実施の形態による撮像装置によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
遮光部材２４ａを、上述した各実施形態に示したものとは異なる構成としてもよい。例えば、退避位置が第１の実施の形態とは異なる位置であってもよいし、遮光部材２４ａの駆動機構が第１の実施の形態と異なっていてもよい。また、遮光部材２４ａを保持部材２４ｂなどにより物理的に移動可能な構成としなくてもよい。例えば、透過部２４ｃを液晶シャッターにより構成し、遮光状態と非遮光状態を液晶シャッターへの通電により切り替えるようにしてもよい。

（変形例２）
第１の実施の形態では、制御装置２６がＸ方向に関する焦点検出をＹ方向に関する焦点検出よりも優先して行っていた。具体的には、まずＸ方向について焦点検出を試行し、これが失敗した（信頼性が低い結果しか得られなかった、もしくは焦点検出が不可能だった）場合にのみＹ方向について焦点検出を行っていた。本発明は、このような実施形態に限定されない。例えば、制御装置２６がＸ方向についてのみ焦点調節状態を検出するように構成してもよい。あるいは、Ｘ方向の焦点検出とＹ方向の焦点検出とを順に行うように制御装置２６を構成し、途中でレリーズ操作等の割り込み信号が入力された場合には、Ｙ方向の焦点検出を打ち切るように構成してもよい。

（変形例３）
遮光部材２４ａの遮光状態と非遮光状態との切り替えは、第１の実施の形態に示したタイミングとは異なるタイミングで行ってもよい。例えば、図４のように焦点検出時にのみ遮光状態とするのではなく、ユーザ操作等により絞り値がＦ５．６未満に変更されたことに応じて自動的に遮光状態とするようにしてもよい。また、遮光部材２４ａを、遮光状態と非遮光状態とを切り替え不可能に構成してもよい。

（変形例４）
透過部２４ｃの向きおよび形状は、直交する２軸に沿った幅どうしが異なる形状であれば、図３に示した横方向に長い長方形のものと異なっていてもよい。例えば縦方向に長い長方形や楕円形であってもよい。また、遮光部材２４ａを液晶シャッター等により構成し、透過部２４ｃの向きおよび形状を、レンズ鏡筒１０の種類等に応じて切り替え可能にしてもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１、２…撮像装置、１０…レンズ鏡筒、１１…結像光学系、１２…絞り、２０、１２０…カメラボディ、２２…撮像素子、２４ａ…遮光部材、２４ｂ…保持部材、２４ｃ…透過部、２５…焦点検出ユニット、２６…制御装置、５２…マイクロレンズアレイ、５３…受光素子アレイ、５４…マイクロレンズ、１２４ａ…遮光部材、１２４ｃ…透過部

Claims (8)

1. 直交する２軸に沿った幅どうしが異なる形状略矩形形状の透過部と前記透過部の周囲に設けられた遮光部とを有し、結像光学系から出射した被写体光が入射する遮光部材と、
   前記透過部を透過した前記被写体光が入射する複数のマイクロレンズと、
   前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを透過した前記被写体光が入射する複数の受光素子を有する受光素子アレイと、
   前記複数の受光素子が前記被写体光を受光して出力した受光信号から、前記直交する２軸に沿った幅どうしが異なる形状略矩形形状の長辺方向における被写体の輝度分布を表す一対の信号列を作成し、当該一対の信号列の位相差を演算することにより前記結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記遮光部材は、前記遮光部が前記被写体光を遮光する遮光状態と、前記遮光部が前記被写体光を遮光しない非遮光状態とを切り替え可能に構成されることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記遮光部材は、前記結像光学系の絞り値が所定の絞り値未満である場合に前記遮光状態にされ、前記結像光学系の絞り値が前記所定の絞り値以上である場合に前記非遮光状態にされることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記焦点検出手段は、前記直交する２軸に沿った幅どうしが異なる形状略矩形形状の長辺方向における被写体の輝度分布を表す一対の信号列を作成し、当該一対の信号列の位相差を演算することにより前記結像光学系の焦点調節状態を検出する第１焦点検出手段と、 前記長辺方向とは異なる方向における被写体の輝度分布を表す一対の信号列を作成し、当該一対の信号列の位相差を演算することにより前記結像光学系の焦点調節状態を検出する第２焦点検出手段とを備え、前記第１焦点検出手段による焦点調節状態の検出を、前記第２焦点検出手段による焦点調節状態の検出よりも優先することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項４に記載の撮像装置において、
   前記焦点検出手段は、前記第１焦点検出手段が焦点調節状態を検出できなかった場合にのみ、前記第２焦点検出手段に焦点調節状態を検出させることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項４に記載の撮像装置において、
   前記焦点検出手段は、前記第１焦点検出手段による焦点調節状態の検出と前記第２焦点検出手段による焦点調節状態の検出とを順に行い、前記第２焦点検出手段による焦点調節状態の検出が完了する前に所定の割り込み信号が入力された場合には、前記第２焦点検出手段による焦点調節状態の検出を打ち切ることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記結像光学系から出射した前記被写体光を二つに分割し、一方を前記遮光部材の方向に、他方を前記遮光部材とは異なる方向に向かわせる光分割手段を備えることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記結像光学系を有するレンズ鏡筒が着脱可能に取り付けられる取付手段を備えることを特徴とする撮像装置。

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