JP4384288B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カメラ等に使用される焦点検出装置に関し、より詳細には、撮像装置に使用される焦点検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、撮影レンズによって形成される像を焦点検出光学系に導き、２像に分割して光電変換素子群上に再結像させ、その２つの像の位置ずれを検出することによって焦点検出を行う焦点検出装置が、これまでに多数提案されている。
【０００３】
例えば、特開平１０−１０４５０２号公報には、焦点検出領域を拡大した焦点検出装置が開示されている。上記公報に記載の焦点検出装置は、専用の焦点検出用エリアセンサを使用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平１０−１０４５０２号公報に記載の技術では、専用の焦点検出用エリアセンサを使用しているので、エリアセンサのコストが高くなる。したがって、低価格なカメラにこのような焦点検出装置を搭載することはできないという課題を有している。
【０００５】
また、上記専用エリアセンサは、オンチップマイクロレンズを搭載していないので、開口率が低くて受光光量が不足し、Ｓ／Ｎが低下しているものであった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低コストで、且つ広視野な焦点検出を行うことを可能にすると共に、受光光量を十分に確保し、Ｓ／Ｎを向上させ、焦点検出精度を向上さ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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、撮影レンズの予定焦点面近傍に配置されたコンデンサレンズと、このコンデンサレンズの後方に配され、一対の開口部を有する明るさ絞りと、この明るさ絞りの後方に配置された再結像光学系と、この再結像光学系を通過した光束により形成される一対の像を所定領域で受光する撮像素子と、を有し、上記所定領域からの画素信号より焦点検出を行う焦点検出装置であって、上記撮像素子を構成する受光素子は素子毎にオンチップマイクロレンズを有し、更に撮像素子の近傍には、上記所定領域に対応してテレセントリック系の光学系となるように補正する一対の補正レンズが配置されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明の焦点検出装置にあっては、撮影レンズの予定焦点面近傍にコンデンサレンズが配置され、このコンデンサレンズの後方に、一対の開口部を有する明るさ絞りが配置される。更に、この明るさ絞りの後方には、再結像光学系が配置される。そして、この再結像光学系を通過した光束により形成される一対の像が撮像素子の所定領域で受光される。また、この焦点検出装置では、上記所定領域からの画素信号より焦点検出が行われるもので、上記撮像素子を構成する受光素子は素子毎にオンチップマイクロレンズを有し、更に撮像素子の近傍には、上記所定領域に対応してテレセントリック系の光学系となるように補正する一対の補正レンズが配置されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図２は、この発明の第１の実施の形態を示すもので、焦点検出装置が適用されたカメラの光路図を示したものである。
【００１１】
図２に於いて、撮影光学系１１を通過した被写体光束は、ハーフミラーであるメインミラー１２でその一部が反射される。メインミラー１２で反射された一部の被写体光束は、ピント板１３を通ってペンタプリズム１４により正立像となって、接眼レンズ１５を通して撮影者に被写体像として観察される。
【００１２】
一方、メインミラー１２を透過した一部の被写体光束は、メインミラー１２に取付けられた全反射ミラーであるサブミラー１９で反射されて、焦点検出光学系２０に導かれる。この焦点検出光学系２０は、焦点検出光束を撮像索子２１上に再結像させる。
【００１３】
また、被写体像を撮影する時には、メインミラー１２及びサブミラー１９は、図示矢印Ａ方向に回転されて入射光路より退避する。これにより、撮影光束はフィルム１６に導かれる。
【００１４】
次に、図３乃至図５を参照して、上記撮像素子２１の詳細について説明する。
【００１５】
撮像素子２１は、焦点検出光学系２０により形成される被写体像を撮像して電気信号に変換するものである。この場合、撮像素子２１は、縦型オーバーフロードレイン型ＣＣＤで構成されるもので、図３及び図４に示されるように構成される。
【００１６】
また、電荷転送タイプとしては、インターライン転送型のＣＣＤである。この撮像素子２１は、デジタルカメラ等で使用される汎用撮像素子と同一のものである。
【００１７】
図３に於いて、撮像素子２１の撮像領域は、水平方向と垂直方向に二次元状に配置されたフォトダイオード２４と、該フォトダイオード２４に蓄積された電荷を垂直シフトレジスタ２６に転送するトランスファーゲート２５と、転送された電荷を順次垂直方向（図示矢印方向）に転送する垂直シフトレジスタ２６と、この垂直シフトレジスタ２６により垂直方向に転送された電荷を水平方向（図示矢印方向）に順次転送する水平シフトレジスタ２７と、この水平シフトレジスタ２７により水平方向に転送された電荷を電圧信号に変換して出力する出力部２８とから構成されている。
【００１８】
受光素子であるフォトダイオード２４の前面には、それぞれマイクロレンズが構成されている。撮像素子２１の光感度を向上させる技術として、各フォトダイオードに対応した位置にマイクロレンズを設けることにより、入射光を効率よく受光部に集光する、いわゆるオンチップマイクロレンズと称される技術が確立され、一般に実施されている。
【００１９】
図４は、本実施の形態に於けるオンチップマイクロレンズを形成した固体撮像素子（ＣＣＤ）２１の水平方向、すなわち垂直シフトレジスタ２６の転送方向と直交する方向に於ける断面図である。
【００２０】
図４に於いて、シリコンから成る半導体基板３１内に、拡散層等により、垂直シフトレジスタ２６を構成する電荷転送部３２と、受光部３３を構成するフォトダイオードが形成される。上記電荷転送部３２上には、図示されない絶縁膜を介して垂直転送電極３４が形成されている。更に、この垂直転送電極３４を覆うようにして、遮光膜３５が形成されている。尚、上記受光部３３は、遮光膜３５の開口に対応して形成されている。
【００２１】
受光部３３上及び遮光膜３５上には、両者を覆うようにして透明平坦化層３６が形成される。そして、この透明平坦化層３６上には、カラーフィルタ３７及び透明平坦化層３８が、順次形成される。
【００２２】
更に、透明平坦化層３８上には、所定の曲率ｒを有し、焦点距離ｆの球面であるマイクロレンズ３９が形成されている。このマイクロレンズ３９は、撮像素子２１に対して垂直に入射する平行入射光に対して効率よく受光部３３（フォトダイオード）に集光させるように設定されている。したがって、テレセントリック光学系に対して効率よく受光でき、いわゆる開口率を高めている。
【００２３】
図５は、フォトダイオード２４の前面に配置されるカラーフィルタ３７の配列を示したもので、いわゆるベイヤー配列になっている。
【００２４】
図５に於いて、Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色を選択的に透過する色フィルタである。
【００２５】
次に、焦点検出光学系の詳細について説明する。
【００２６】
図１は、上記撮影レンズ１１と焦点検出光学系２０の構成を示したもので、（ａ）は側断面図、（ｂ）は斜視図である。
【００２７】
尚、図１に於いては、上述したメインミラー１２、サブミラー１９等は、説明の簡略化のために省略している。
【００２８】
図１に於いては、左側より光束が入射される。撮影レンズ（テーキングレンズ：Ｔ．Ｌ．）１１の後方に、視野マスク４０、コンデンサレンズ（Ｃ．Ｌ．）４１、撮影レンズ１１の光軸に対して略対称に配置された開口部４２ａ、４２ｂを有する明るさ絞り４２、この明るさ絞り４２に対応してその後方配置された再結像レンズ４３（４３ａ、４３ｂ）、補正レンズ４４ａ、４４ｂが、順次配置されている。
【００２９】
撮影レンズ１１の射出瞳Ｈの領域Ｈａ、Ｈｂを通過して入射された被写体光束は、視野マスク４０、コンデンサレンズ４１、明るさ絞り４２の開口部４２ａ、４２ｂ及び再結像レンズ４３ａ、４３ｂを通過し、更に補正レンズ４４ａ、４４ｂによって、撮像素子２１の撮像領域面２１ａ上の、後述する焦点検出受光領域５０ａ、５０ｂに再結像される。
【００３０】
ここで、図６を参照して、一般的な再結像方式の焦点検出光学系の構成について説明する。
【００３１】
図６（ａ）に示されるように、撮像素子の撮像領域面２１ａに入射される主光線は、撮像素子２１に対して垂直ではなく傾きを有している。このような焦点検出光学系に対して、上記撮像素子２１を組合わせて使用すると、以下のような問題が発生する。
【００３２】
撮像素子２１上のオンチップマイクロレンズ３９は、撮像素子２１に対して垂直に入射する平行入射光に対して効率よく受光部（フォトダイオード）３３に集光させるように設定されている。そのため、図６（ａ）に示されるような光線状況では、図６（ｂ）に示されるように、光線Ｌがけられてしまう。したがって、受光光量が減少したり、光線の傾きが大きくなる焦点検出領域の周辺部では全く受光できないことになり、焦点検出ができなくなってしまう。
【００３３】
このような問題点を解決するために、補正レンズ４４ａ、４４ｂが配置されている。
【００３４】
図１（ａ）に示されるように、補正レンズ４４ａ、４４ｂの前側焦点位置４４′は、明るさ絞り４２ａ、４２ｂの近傍にあり、且つ撮像素子２１の近傍に配置されている。また、補正レンズ４４ａ、４４ｂは、撮像索子２１に入射される主光線を撮像素子２１に対して垂直にする作用を有している。したがって、補正レンズ４４ａ、４４ｂを通過した光束は、撮像索子２１上のマイクロレンズ３９を介してけられることなく、効率よくフォトダイオード３３（２４）に入射される。
【００３５】
図７は、撮影画面５１内の焦点検出領域５２を示した図である。
【００３６】
また、図８は撮像索子２１の受光部を構成する撮像領域５４の構成を示した図である。
【００３７】
撮像索子２１の受光部を構成する撮像領域５４に於いて、上調焦点検出領域５２に対応する焦点検出用受光領域５５ａ、５５ｂが示されている。焦点検出用受光領域５５ａ、５５ｂは、焦点検出光学系２０の視野マスク４０で規定される視野マスク像５６ａ、５６ｂの内部である。この焦点検出用受光領域５５ａ、５５ｂ内の撮像素子２１の画素信号に基いて焦点検出演算が行われる。
【００３８】
この焦点検出用受光領域５５ａ、５５ｂの撮像素子２１の受光領域内の位置は、カメラ組立時に、後述する不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭに記憶させる。そして、焦点検出時にこの位置データに基いて焦点検出用受光領域５５ａ、５５ｂ内の画索データが使用されて焦点検出が行われる。
【００３９】
次に、図９を参照して、このカメラの電気的な構成について説明する。
【００４０】
マイクロコンピュータ６０は、このカメラの制御装置であり、内部にＣＰＵ（中央処理装置）６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）６４及びＥＥＰＲＯＭ６５等を有するコントローラである。このカメラは、マイクロコンピュータ６０の内部のＲＯＭ６２に格納されたシーケンスプログラムに従って一連の動作が行われる。
【００４１】
上記ＥＥＰＲＯＭ６５は、焦点調節、測光・露出演算等に関する補正データをカメラ毎に記憶している。
【００４２】
上記マイクロコンピュータ６０には、撮像素子（ＣＣＤ）２１に対して駆動信号を出力してその動作を制御するための撮像素子制御部６８と、撮像素子２１からの画素信号である電気信号を処理して映像信号を作成する映像信号処理部６９とが接続されている。
【００４３】
上記マイクロコンピュータ６０には、また、該マイクロコンピュータ６０からの司令に基いて、撮影レンズ１１を駆動するレンズ駆動部７０と、マイクロコンピュータ６０からの司令に基いて、図示されない絞りの開閉動作を駆動する絞り駆動部７１と、メインミラー１２のアップダウン動作を行うミラー駆動部７２と、測光素子７３の光電流出力を処理して測光出力を発生する測光部７４とが接続されている。マイクロコンピュータ６０は、Ａ／Ｄコンバータ６４により、この測光出力をＡ／Ｄ変換してＲＡＭ６３に格納する。
【００４４】
更に、マイクロコンピュータ６０には、図示されないフォーカルプレーンシャッタの駆動を行うシャッタ駆動部７５と、マイクロコンピュータ６０の指示によりカメラ内部の情報や撮影モードをＬＣＤ等の表示素子により表示する表示部７６と、フィルム１６のオートロード、１騎巻上げ、巻戻し動作を行うフィルム給送部７７とが接続されている。
【００４５】
また、ファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）７９、セカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）８０は、レリーズ釦に連動したスイッチである。該レリーズ釦の第１段階の押し下げによりファーストレリーズスイッチ７９がオンし、引続いて第２段階の押し下げによってセカンドレリーズスイッチ８０がオンする。マイクロコンピュータ６０は、ファーストレリーズスイッチ７９のオンで測光、ＡＦ動作を行い、セカンドレリーズスイッチ８０のオンで露出動作とフィルム巻上げ動作を行う。
【００４６】
図１０は、映像信号処理部６９及びその周辺部の構成を示したブロック図である。
【００４７】
図１０に於いて、相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ）８２は、撮像素子（ＣＣＤ）２１の画像信号からリセットノイズ等を除去するための回路である。この相関２重サンプリング回路８２からの出力は、ゲインコントロールアンプ（ＡＭＰ）８３に供給されて所定のゲインで増幅される。
【００４８】
上記ゲインコントロールアンプ８３の出力は、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）８４にてＡ／Ｄ変換されてデジタル信号に変換される。そして、プロセス処理回路８５にて、上記デジタル信号に変換された映像信号に対して、各種の処理が行われる。
【００４９】
撮像素子制御部６８は、撮像素子２１に対して駆動信号を出力してその動作を制御するもので、タイミングジェネレータ（ＴＧ）８７及びシグナルジェネレータ（ＳＧ）８８より構成されている。
【００５０】
上記タイミングジェネレータ８７は、撮像素子２１を駆動するための転送パルス等の駆動信号を発生すると共に、上記相関２重サンプリング回路８２のサンプルホールドパルス、上記Ａ／Ｄコンバータ８４のＡ／Ｄ変換タイミングパルスを発生する。シグナルジェネレータ８８は、上記タイミングジェネレータ８７とマイクロコンピュータ６０との同期をとるための信号を発生するものである。
【００５１】
次に、図１１のフローチャート及び図１２（ａ）〜（ｆ）のタイミングチャートを参照して、この発明の第１の実施の形態に於けるカメラのメインルーチンの動作について説明する。
【００５２】
図示されない電源スイッチがオンされるか電池がカメラ本体に挿入されると、マイクロコンピュータ６０の動作が開始され、内部のＲＯＭ６２に格納されたシーケンスプログラムが実行される。
【００５３】
そして、先ず、ステップＳ１にて、カメラ内の各ブロックの初期化が行われる。また、ＥＥＰＲＯＭ６５内の記憶データが読出されて、ＲＡＭ６３に展開される。
【００５４】
次いで、ステップＳ２に於いて、ファーストレリーズスイッチ７９の状態が検出される。ここで、ファーストレリーズスイッチ７９がオフの場合は、ステップＳ３に移行して、測光部７４による測光動作が行われ、測光値が記憶される。そして、ステップＳ４にて、測光値等の情報に基いて、露出時の絞り制御値、シャッタスピード等を計算する測光・露出演算が行われる。その後、上記ステップＳ２に移行する。
【００５５】
上記ステップＳ２にて、ファーストレリーズスイッチ７９がオンされると、ステップＳ５に移行して、撮像素子２１の焦点検出用受光領域５５ａ、５５ｂの蓄積動作が行われる。
【００５６】
図１２（ａ）に示される垂直同期信号ＶＤは、撮像素子制御部６８のシグナルジェネレータ８８により発生される撮像動作の動作基準となる信号である。撮像素子制御部６８では、図１２（ｂ）に示される電荷掃出し信号ＳＵＢがオフされて、撮像素子２１の蓄積動作が開始される（期間Ｔ１）。
【００５７】
そして、所定の蓄積時間経過後、図１２（ｃ）に示される電荷転送パルスＴＧＰが発生されて、フォトダイオード２４の蓄積電荷が垂直シフトレジスタ２６に転送される。
【００５８】
次いで、ステップＳ６にて、焦点検出用受光領域５５ａ、５５ｂの画像信号が読出される。撮像素子制御部６８により、図１２（ｄ）に示される信号ＤＣＬＫが撮像素子２１に出力される。それと共に、映像信号処理部６９では信号ＤＣＬＫに同期して出力される、図１２（ｅ）に示される撮像領域５４の画素信号（ＣＣＤ信号）が、Ａ／Ｄ変換して読出される（期間Ｔ２）。
【００５９】
ステップＳ７では、読出された全画素信号のうちで、予めＥＥＰＲＯＭ６５に記憶されていた焦点検出受光領域５５ａ、５５ｂに対応する画素信号に基いて焦点検出演算が行われる（期間Ｔ３）。
【００６０】
そして、ステップＳ８に於いて、焦点検出演算の結果が合焦か非合焦かが判定される。ここで、合焦ならば、後述するステップＳ１０に移行する。一方、非合焦の場合はステップＳ９に移行し、焦点検出演算結果に基いて、合焦になるような焦点調節光学系の移動量が算出されてレンズ駆動部７０により駆動される（期間Ｔ４）。
【００６１】
その後、上記ステップＳ２に移行して、図１２（ｆ）に示されるように、合焦となるまでＡＦ動作が繰返される（期間Ｔ５、Ｔ６、…）。
【００６２】
尚、図１２のタイミングチャートに於ける高速空送り動作とは、撮像素子２１の転送路（垂直、水平シフトレジスタ）内の不要電荷を高速で掃出す動作であり、信号電荷を転送する前の予備動作である。
【００６３】
上記ステップＳ８にて、合焦と判定された場合は、ステップＳ１０に於いてセカンドレリーズスイッチ８０の状態が検出される。ここで、セカンドレリーズスイッチ８０がオンされている場合は値後述するステップＳ１１に移行する。一方、セカンドレリーズスイッチ８０がオフの場合は、上記ステップＳ２に移行して、セカンドレリーズスイッチ８０のオンを待ちながらＡＦ動作が継続される。
【００６４】
ステップＳ１１では、マイクロコンピュータ６０により、絞り駆動部７１が制御されて、図示されない絞りが露出絞り値に絞られる。また、同時にミラー駆動部７２によりミラーアップ動作が行われる。続いて、ステップＳ１２では、露出演算に基くシャッタスピードで、シャッタ駆動部７５によりシャッタが駆動されて露出が行われる。
【００６５】
次いで、ステップＳ１３では、マイクロコンピュータ６０により絞り駆動部７１が制御されて、図示されない絞りが開放状態にされる。また、同時にミラー駆動部７２によってミラーダウンされる。そして、ステップＳ１４では、フィルム給送部７７によってフィルム１６が１駒分巻上げられる。
【００６６】
以上で一連の撮影動作が終了して、上記ステップＳ２に戻り、同様に動作が繰返される。
【００６７】
次に、第１の実施の形態の変形例を説明する。
【００６８】
この変形例は、上述した第１の実施の形態に於ける図１１のフローチャートのステップＳ５及びＳ６の焦点検出領域の蓄積・読み出し動作を変形したものである。
【００６９】
以下、図１３のフローチャートと図１４及び図１５を参照して、第１の実施の形態の変形例について説明する。
【００７０】
先ず、ステップＳ３２にて、撮像領域５４内に於ける焦点検出領域５５ａ、５５ｂの有効画素範囲に関するデータが、マイクロコンピュータ６０内のＲＡＭ６３から読出される。ところで、上記有効画素範囲は、カメラ毎に異なるので、製造時に工場にてチェックされ、カメラ毎にＥＥＰＲＯＭ６５に書込まれているが、すでにＲＡＭ６３には展開されている。
【００７１】
次いで、ステップＳ２２では、前回の蓄積動作による焦点検出領域５２内の画素信号データを参照して、適正な画素信号が得られる蓄積時間が求められる。
【００７２】
更に、ステップＳ２３では、上記求められた蓄積時間に基いて撮像素子２１の蓄積動作が制御される。そして、ステップＳ２４にて、画素信号の読出し動作が行われる。但し、焦点検出領域５２以外の撮像領域５４の画素信号は焦点検出に使用されないので、読出し時間を縮小するために高速掃出し動作が行われる。また、上記ＥＥＰＲＯＭ６５に記憶された有効画素範囲である焦点検出領域５２の部分だけ、画素信号が読出される。
【００７３】
このようにして、読出し時間を減少させてＡＦ動作の応答性を向上させることができる。
【００７４】
図１６は、図１１のフローチャートに於けるステップＳ７の焦点検出演算の動作を説明するフローチャートである。
【００７５】
焦点検出演算は、公知の位相差検出方式であるので詳細な説明は省略し、ここでは本実施の形態の特徴部分について以下説明する。
【００７６】
ステップＳ３１では、焦点検出領域５０ａ、５０ｂに於いて同色の画素信号について瞳分割方向と垂直な方向、すなわち列方向の画素信号が加算される。これは、Ｒ、Ｇ、Ｂについてそれぞれ行われ、読出された画素信号（デジタル信号）が加算処理される（図１７参照）。
【００７７】
ステップＳ３２では、上記同色加算信号が用いられて公知の位相差検出演算が行われる。これについても、Ｒ、Ｇ、Ｂについてそれぞれ行われる。例えば、図１７に示される加算後データＧ1L、Ｇ2L、Ｇ3L、…とＧ1R、Ｇ2R、Ｇ3R、…との間で位相差検出演算が行われる。
【００７８】
ステップＳ３３では、上記Ｒ、Ｇ、Ｂ加算データの位相差検出演算の信頼性がそれぞれ評価されて、検出可能か否かが判定される。その後、ステップＳ３４にて、検出可能な演算結果が選択されて平均処理が行われる。そして、ステップＳ３５にて、上記演算結果よりデフォーカス量が算出されてリターンする。
【００７９】
図１８は、上述した焦点検出演算の変形例を示したもので、焦点検出領域５０ａ内の画素信号を間引き読出しする様子を示している。尚、焦点検出領域５０ｂについても同様に処理される。
【００８０】
間引き読出しは、特開平１０−１３６２４４号公報に開示されているように、撮像素子がＣＣＤの場合、読出しクロックの操作によりって垂直シフトレジスタ２６の動作を制御して容易に実現可能である。
【００８１】
図１８に示されるように、列方向（垂直レジスタ２６方向）に所定個（図１８では２個おき）の画素信号のみを読出すことにより、読出し時間の高速化、及び画素信号を削減して演算速度の高速化を図ることができる。
【００８２】
図１９は、焦点検出演算の更なる変形例を示したもので、焦点検出領域５２内の画素信号を間引き加算読出しする様子を示している。
【００８３】
図１９に示されるように、列方向に１個おきの同色画素電荷を垂直シフトレジスタ２６内で加算して読出すことにより、読出し時間の高速化、及び画素信号数を削減して演算速度の高速化を図ることができる。
【００８４】
また、上述した第１の実施の形態では、カラーフィルタ内蔵のカラー撮像索子を採用しているが、白黒対応のカラーフィルタを内蔵していない撮像素子を使用してもよい。この場合は、色の区別が必要ないので、色毎の加算処理や焦点検出演算等を簡略化することができ、焦点検出タイムラグを減少させることができる。更に、白黒対応の撮像素子自体が低コストであるので、よりコストダウンすることができる。
【００８５】
以上述べたように、第１の実施の形態によれば、焦点検出光学系をテレセントリック系としたので、汎用撮像素子を焦点検出用のエリアセンサとして使用でき、コストアップすることなく広視野な焦点検出を行なうことができる。
【００８６】
また、オンチップマイクロレンズを搭載した撮像索子を適用できるので、受光光量やＳ／Ｎを向上させることができ、焦点検出精度の向上が可能となる。
【００８７】
尚、補正レンズは、シリンドリカルレンズとしてもよい。シリンドリカルレンズの場合、ライン状の焦点検出エリアの場合に適している。
【００８８】
また、補正レンズは、フレネルレンズやＤＯＥ（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）等で形成してもよい。
【００８９】
次に、この発明の第２の実施の形態について説明する。
【００９０】
この第２の実施の形態は、この発明による焦点検出装置を外光パッシブ方式のカメラに適用したものである。
【００９１】
図２０は、外光パッシブ方式の焦点検出光学系の構成を示したもので、（ａ）は一般的な外光パッシブ光学系の例を示した図、（ｂ）は第２の実施の形態による外光パッシブ光学系の例を示した図である。
【００９２】
図２０（ａ）に於いて、入射光束は、開口９０ａ、９０ｂを有する視野絞り９０を通り、結像レンズ９１を介して撮像素子の撮像領域５４に至る。一般的な外光パッシブ光学系では、撮偉素子に入射する光束の主光線は、撮像領域５４の面に対して垂直ではない。そのため、撮像素子上のマイクロレンズ（図示せず）の作用により、光束のけられが発生して正しく測距できないという問題がある。
【００９３】
図２０（ｂ）は、第２の実施の形態による外光パッシブ光学系の例を示したものである。
【００９４】
図２０（ｂ）に於いて、入射光束は、開口９０ａ、９０ｂを有する視野絞り９０を通り、結像レンズ９１（９１ａ、９１ｂ）、更には補正レンズ９２ａ、９２ｂを介して撮像素子の撮像領域５４に至る。そして、被写体からの光束は、それぞれ視野絞り９０の開口９０ａ、９０ｂ、結像レンズ９１ａ、９１ｂ、補正レンズ９２ａ、９２ｂを介して、撮像素子の撮像領域５４上２像に分割されて結像される。
【００９５】
上記撮像素子は、上述した第１の実施の形態と同様のものである。そして、撮像素子の画素信号を使用して、上記２像の相対的な位置関係に基いて被写体距離を求めるが、この測距方式自体は公知であるので説明は省略する。
【００９６】
図２０（ｂ）に示されるように、第２の実施の形態では、一般的な外光パッシブ光学系に補正レンズ９２ａ、９２ｂを付加してテレセントリックな光学系とし、撮像素子に入射する光束の主光線を撮像領域５４の面に対して垂直となるように補正している。
【００９７】
すなわち、補正レンズ９２ａ、９２ｂは、補正レンズ前側焦点位置９２′が、それぞれ視野絞り９０ａ、９０ｂ付近に位置するように配置される。また、補正レンズ９２ａ、９２ｂは、撮像素子の撮像領域面５４近傍に配置される。
【００９８】
このように構成するとにより、撮像素子上のマイクロレンズにより光束がけられることなく効率よく撮像され、正確な測距を行うことができる。
【００９９】
尚、補正レンズ９２ａ、９２ｂは別体としているが、一体化してもよい。また、結像レンズ９１と補正レンズ９２は別体としているが、一体化してもよい。
【０１００】
上述した実施の形態では、撮像素子をＣＣＤとして説明したが、これに限られることなく、ＭＯＳ型センサやその他のタイプの固体撮像素子であってもよい。
【０１０１】
尚、この発明の上記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【０１０２】
（１） 被写体光束を少なくとも一対の明るさ絞りと結像レンズとに導いて、該結像レンズ後方に配された光電変換素子の受光面上に結像させる検出光学系を含む焦点検出装置であって、
上記光電変換素子の受光面への入射光の射出瞳位置を実質的に無限遠とするための補正レンズを上記結像レンズと光電変換素子の受光面との間に設けて検出可能な視野を拡張したことを特徴とする焦点検出装置。
【０１０３】
（２） 上記結像レンズと上記補正レンズとによりテレセントリック光学系を成し、上記補正レンズは、前側焦点位置が上記明るさ絞り位置近傍にあることを特徴とする上記（１）に記載の焦点検出装置。
【０１０４】
（３） 上記補正レンズは、前側焦点位置が上記明るさ絞り位置近傍にあるフレネルレンズ若しくはシリンドリカルレンズであることを特徴とする上記（１）に記載の焦点検出装置。
【０１０５】
（４） 上記光電変換素子は、受光面上にマイクロレンズアレイを備えていることを特徴とする上記（１）に記載の焦点検出装置。
【０１０６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、焦点検出光学系をテレセントリックにしたので、汎用撮像素子をＡＦエリアセンサとして使用することができ、低コストな焦点検出装置を実現することができる。
【０１０７】
また、オンチップマイクロレンズを搭載した汎用撮像素子やエリアセンサをＡＦセンサとして使用できるので、受光光量を増加させ、Ｓ／Ｎを向上させて焦点検出精度を向上させることが可能となる。
【０１０８】
更に、撮影レンズを通過した被写体光束を分岐して撮像素子上に再結像させて、位相差検出することにより、専用のＡＦセンサを必要としないので、低コスト化することが可能な撮像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態による撮影レンズと焦点検出光学系の構成を示したもので、（ａ）は側断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態を示すもので、焦点検出装置が適用されたカメラの光路図である。
【図３】図２の撮像素子２１の構成について説明する図である。
【図４】第１の実施の形態に於けるオンチップマイクロレンズを形成した固体撮像素子（ＣＣＤ）２１の水平方向に於ける断面図である。
【図５】フォトダイオード２４の前面に配置されるカラーフィルタ３７の配列を示した図である。
【図６】一般的な再結像方式の焦点検出光学系の構成について説明する図である。
【図７】撮影画面５１内の焦点検出領域５２を示した図である。
【図８】撮像索子２１の受光部を構成する撮像領域５４の構成を示した図である。
【図９】第１の実施の形態によるカメラの電気的な構成を示すブロック図である。
【図１０】映像信号処理部６９及びその周辺部の構成を示したブロック図である。
【図１１】この発明の第１の実施の形態に於けるカメラのメインルーチンの動作について説明するフローチャートである。
【図１２】この発明の第１の実施の形態に於けるカメラのメインルーチンの動作について説明するタイミングチャートである。
【図１３】第１の実施の形態の変形例について説明するためのフローチャートである。
【図１４】第１の実施の形態の変形例について説明するもので、撮像領域５４を示した図である。
【図１５】第１の実施の形態の変形例について説明するためのタイミングチャートである。
【図１６】図１１のフローチャートに於けるステップＳ７の焦点検出演算の動作を説明するフローチャートである。
【図１７】焦点検出演算を説明するための図である。
【図１８】焦点検出演算の別の例を説明するための図である。
【図１９】焦点検出演算の更に別の例を説明するための図である。
【図２０】この発明の第２の実施の形態について説明するもので、（ａ）は一般的な外光パッシブ光学系の例を示した図、（ｂ）は第２の実施の形態による外光パッシブ光学系の例を示した図である。
【符号の説明】
１１ 撮影光学系（撮影レンズ）、
１２ メインミラー、
１５ 接眼レンズ、
１６ フィルム、
１９ サブミラー、
２０ 焦点検出光学系、
２１ 撮像素子、
２４ フォトダイオード、
２５ トランスファーゲート、
２６ 垂直シフトレジスタ、
２７ 水平シフトレジスタ、
２８ 出力部、
３１ 半導体基板、
３２ 電荷転送部、
３３ 受光部、
３４ 垂直転送電極、
３５ 遮光膜、
３６、３８ 透明平坦化層、
３７ カラーフィルタ、
３９ マイクロレンズ、
４０ 視野マスク、
４１ コンデンサレンズ、
４２ 明るさ絞り、
４２ａ、４２ｂ 開口部、
４３、４３ａ、４３ｂ 再結像レンズ、
４４ａ、４４ｂ 補正レンズ、
５０ａ、５０ｂ 焦点検出受光領域、
５１ 撮影画面、
５２ 焦点検出領域、
５４ 撮像領域、
５５ａ、５５ｂ 焦点検出用受光領域、
５６ａ、５６ｂ 視野マスク像、
６０ マイクロコンピュータ、
６１ ＣＰＵ（中央処理装置）、
６２ ＲＯＭ、
６３ ＲＡＭ、
６４ Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）、
６５ ＥＥＰＲＯＭ、
６８ 撮像素子制御部、
６９ 映像信号処理部、
７０ レンズ駆動部、
７１ 絞り駆動部、
７２ ミラー駆動部、
７３ 測光素子、
７４ 測光部、
７５ シャッタ駆動部、
７６ 表示部、
７７ フィルム給送部、
７９ ファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）、
８０ セカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）、
８２ 相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ）、
８３ ゲインコントロールアンプ（ＡＭＰ）、
８４ Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）、
８５ プロセス処理回路、
８７ タイミングジェネレータ（ＴＧ）、
８８ シグナルジェネレータ（ＳＧ）。

Claims (4)

1. 撮影レンズの予定焦点面近傍に配置されたコンデンサレンズと、
   このコンデンサレンズの後方に配され、一対の開口部を有する明るさ絞りと、
   この明るさ絞りの後方に配置された再結像光学系と、
   この再結像光学系を通過した光束により形成される一対の像を所定領域で受光する撮像素子と、
   を有し、上記所定領域からの画素信号より焦点検出を行う焦点検出装置であって、
   上記撮像素子を構成する受光素子は素子毎にオンチップマイクロレンズを有し、更に撮像素子の近傍には、上記所定領域に対応してテレセントリック系の光学系となるように補正する一対の補正レンズが配置されている
   ことを特徴とする焦点検出装置。
2. 上記一対の補正レンズの前側焦点位置は、上記一対の明るさ絞りの対応するそれぞれの明るさ絞りの近傍に位置することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 上記撮像素子から画像信号を読み出す際に、上記所定領域以外の画素信号を読み出す際には高速読み出し動作が行われることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
4. 上記所定領域の範囲を記憶したＥＥＰＲＯＭ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。

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