JP4788481B2 - 結像状態検出装置、カメラ、及び受光ユニット - Google Patents

Description

本発明は、カメラやフィールドスコープなどが備える結像光学系の結像状態検出装置、カメラ、及び受光ユニットに関する。

従来、一眼レフカメラの焦点検出装置の方式としては、瞳分割再結像方式が最も一般的である（特許文献１など）。この方式は、カメラの撮影レンズの射出瞳上の異なる領域を透過した結像光束を、１対の再結像レンズによって個別に再結像し、再結像された１対の二次像のパターンをラインセンサで検出し、その１対の二次像の間のパターンずれに応じてデフオーカス信号を生成するものである。

この方式における焦点検出面（予定焦点面）の検出ピッチ、すなわち再結像レンズでラインセンサを焦点検出面へ逆投影してできる仮想画素の画素ピッチは、投影倍率とラインセンサの画素ピッチとに依存している。よって、ラインセンサの画素配列を高密度化すれば、高精度な焦点検出が可能となる。
尚、焦点検出面とは、フイルム共役面のように、その面でピントを合わせようとする面のことである。
特開２００２−１７４７６６号公報

しかし、一般的に、この方式の場合、焦点検出面上の焦点検出領域の長さは３〜７ｍｍであるので、この長さを１つの再結像レンズでセンサ上に結像しようとすると、焦点検出面から再結像レンズまでの距離を一定量（３〜７ｍｍの数倍）確保しなければならないため、小型化が困難である。又、再結像レンズとセンサとの距離も離れているため、２つのラインセンサ像を重ね合わせる組み立て調整の精度を上げることが難しく、例えば、焦点検出領域の延在方向と直交する縦線では精度が良くても斜線では精度が低下する等の問題があった。

本発明は、小型で高精度な結像状態検出装置、それを焦点検出装置として使用するカメラを提供する。
また本発明は、小型で高精度な結像状態検出装置を実現するための焦点検出ユニットを提供する。

本発明による結像状態検出装置は、結像光学系の予定焦点面からずれた面に所定ピッチで配列された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイを構成する複数のマイクロレンズの後側へ個別に設けられた複数の受光部アレイと、或るマイクロレンズに設けられた受光部アレイの光電変換出力から第１信号列｛ａ（ｉ）；ｉ＝１，２，３，４，・・・｝を作成すると共に、別のマイクロレンズに設けられた受光部アレイの光電変換出力から第２信号列｛ｂ（ｉ）；ｉ＝１，２，３，４，・・・｝を作成する第１作成手段と、ｉ番目のマイクロレンズに設けられた受光部アレイのうち所定位置に配置された２つの受光部の光電変換出力から信号ａ（ｉ），ｂ（ｉ）を抽出する処理を、複数のマイクロレンズについてそれぞれ行い、第１信号列｛ａ（ｉ）；ｉ＝１，２，３，４，・・・｝及び第２信号列｛ｂ（ｉ）；ｉ＝１，２，３，４，・・・｝を作成する第２作成手段と、前記第１作成手段が作成する１対の信号列と前記第２作成手段が作成する１対の信号列とのうち一方を所定の判断基準で選択し、選択された１対の信号列が表す１対のパターンの間のズレ量により、前記結像光学系の前記予定焦点面における結像状態を検出する結像状態演算手段とを備える。

なお、前記受光部アレイを前記予定焦点面上に逆投影した場合に形成される受光部像の配列ピッチＰｄは、前記マイクロレンズの配列ピッチＰよりも小さくてもよい。

また、前記マイクロレンズの配列ピッチをＰ、前記結像光学系の部分瞳から１つの受光部へ入射する光束のＦ値をＦ_P 、前記結像光学系の瞳の分割数をＱとしたとき、前記マイクロレンズアレイの配置面から前記予定焦点面までの距離Ｌは、次式を満たしてもよい。
Ｐ×Ｆ _Ｐ ＞ Ｌ ≧ Ｐ×Ｆ _Ｐ ／（Ｑ−４）

また、前記複数の受光部アレイの中には、受光部の配列方向が第１方向である複数の第１受光部アレイと、受光部の配列方向が前記第１方向とは異なる第２方向である複数の第２受光部アレイとが存在することが望ましい。
また、前記複数の第１受光部アレイを個別に設けた複数のマイクロレンズと、前記複数の第２受光部アレイを個別に設けた複数のマイクロレンズとは、市松模様に配置されてもよい。

また、前記複数の第１受光部アレイと前記複数の第２受光部アレイとは、市松模様に配置されることが望ましい。
また、前記第１受光部アレイを設けたマイクロレンズの配列ピッチと、前記第２受光部アレイを設けたマイクロレンズの配列ピッチとは、互いに異なってもよい。
また、前記第１受光部アレイのアレイ方向の長さと、前記第２受光部アレイのアレイ方向の長さとは、互いに異なってもよい。
また、前記複数の受光部アレイの中には、互いに異なる分光感度特性を有した複数種類の受光部が存在してもよい。
また、前記複数の第１受光部アレイの中には、互いに異なる分光感度特性を有した複数種類の第１受光部アレイが存在してもよい。
また、前記複数種類の受光部のうち、特定の分光感度特性を有した特定種類の受光部は、他の分光感度特性を有した他種類の受光部よりも高密度に配列されてもよい。
また、前記複数の第１受光部アレイ及び前記複数の第２受光部アレイの各々の中には、特定の波長に感度を有した受光部が存在してもよい。

また、互いに異なる分光感度特性を有した複数種類の受光部の間では、互いの大きさが異なってもよい。
また、本発明のカメラは、上述した何れかの結像状態検出装置を焦点検出装置として内蔵する。
さらには、本発明の受光ユニットは、上述した結像状態検出装置における前記マイクロレンズアレイと受光部アレイとを有する。

本発明によれば、小型で高精度な結像状態検出装置を実現できる。また、このような小型化した結像状態検出装置を焦点検出装置として内蔵するカメラを提供できる。さらには、小型化した結像状態検出装置を実現するための受光ユニットを提供できる。

本発明の一実施の形態による結像状態検出装置をカメラに適用した場合の実施の形態を説明する。初めに図１９〜２２を参照して、概念的な説明を行い、その後に具体例を説明する。
結像状態検出装置をカメラの焦点検出装置として使用する場合、上記予定焦点面は、結像光学系を介して被写体を撮像する撮像装置の撮像面と光学的に等価な面である。図１９の焦点検出装置は、結像光学系の予定焦点面１８１から所定距離だけ離れた位置に設けられ、所定ピッチで配列された複数のマイクロレンズ１８２，１８３と、複数の光電変換素子を有するとともに、この複数の光電変換素子をマイクロレンズ１８２，１８３のそれぞれに対応して配置した一対の光電変換素子アレイ１８４，１８５を有する。

焦点検出装置はまた、一対の光電変換素子アレイ１８４，１８５で得られる受光出力に基づいて、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束による像に対応する信号列対ａ（ｉ），ｂ（ｉ）を抽出する信号列抽出部１９１と、信号列抽出部１９１により抽出された信号列対ａ（ｉ），ｂ（ｉ）の位相のずれを検出する（像の相関を演算する）ことにより、結像光学系の結像状態であるデフォーカス量を求める演算部１９２とを備える。

一対の像の相関演算を行うためには、最低でも４つの画素から信号を抽出する必要がある。換言すると、一対の光電変換素子アレイの焦点検出面上での逆投影像において、最低でも４つの素子の逆投影像が重複する必要がある。したがって、図１９に示すように、光電変換素子アレイ１８４、１８５の各々は、５つの光電変換素子１８４−１〜１８４−５および１８５−１〜１８５−５を有する。この場合、図１９に示すように、結像光学系の射出瞳における５つの分割瞳(部分瞳とも呼ぶ)１８６−１〜１８６−５と、各光電変換素子１８４−１〜１８４−５が対応し、同様に各光電変換素子１８５−１〜１８５−５が対応する。５つの光電変換素子１８４−１〜１８４−５および１８５−１〜１８５−５を用いて、４つの画素が重複するためには、図２０に示すように、ほぼ同じ瞳部分を通過してマイクロレンズ１８２，１８３に入射する光束が、焦点検出面上で１素子ずれる。

マイクロレンズ面を結像光学系の予定焦点面に配置する従来の所謂ＴＣＬ方式と呼ばれる焦点検出装置では、マイクロレンズ面が焦点検出面となるため、焦点検出像のサンプリングピッチはマイクロレンズの配列ピッチに制限される。ＴＣＬ方式では、検出精度を向上するにはマイクロレンズの配列ピッチを細かくする必要があるが、そうするとマイクロレンズも小さくなるため、光量が低下して検出能力が低下してしまう。そこで、本発明の一実施の形態による焦点検出装置では、焦点検出面でのサンプリングピッチがマイクロレンズの配列ピッチより細かくなるように、予定焦点面（焦点検出面）１８１と、マイクロレンズアレイ１８２，１８３と、光電変換素子アレイ１８４，１８５との光軸方向の位置関係を設計している。

予定焦点面上の素子逆投影像のピッチ、すなわち、サンプルピッチをＰｄ、マイクロレンズの配列ピッチをＰで表し、Ｐ／Ｐｄ＞１とすれば、この条件を満たすことになる。例えば、Ｐ／Ｐｄ≧１．１とすることができ、好ましくは、Ｐ／Ｐｄ≧１．５，或いはそれ以上にする。例えば、図２１は、Ｐ／Ｐｄ＝２の場合である。光電変換素子数は１０、重複する画素は８、ずれ量は２である。

一般に、間隔の離れた部分瞳の光束を利用して焦点検出すると精度が良いことが知られている。したがって、図１９のように隣接する２つのマイクロレンズ１８２，１８３と、それに対応する２つの光電変換素子アレイ１８４，１８５だけで構成すると検出精度が制約される。そこで、図２２に示すように複数のマイクロレンズ１８７−１〜１８７−５に入射した光束を同数の光電変換素子アレイ１８８−１〜１８８−５で受光する。

図２２に示すように、焦点検出面１８１上の一点を通った光は、５つのマイクロレンズ１８７−１〜１８７−５に入射する。入射光の広がりは、点線で示した範囲になっているので、焦点検出面１８１上の一点を通った光は、図２２に示した全てのマイクロレンズに入射することができる。これらマイクロレンズ１８７−１〜１８７−５に対応する複数の光電変換素子アレイ１８８−１〜１８８−５の信号出力を利用して像ずれ量を演算することができる。また、焦点検出を行うのであれば、これによりデフォーカス量を算出することができる。

図１９,図２０の例では、部分瞳を５つとして説明したが、この５は最低限の例であり、好ましくは６以上であり、実用的には８以上とする。後述する図８は撮影レンズのＦ値が４の場合で、部分瞳は１２個である。これをＦ値が８のものに変更すると、図９のように部分瞳は６個である。
尚、図を簡潔にするため、部分瞳の数を上述の値としているが、これに限るものではない。

部分瞳の広がり（大きさ）が、Ｆ値相当でＦ_Pの光束が、マイクロレンズ下の受光部の配列ピッチに相当する広がりの範囲に入射（幾何光学的に）するとし、マイクロレンズの配列ピッチをＰ、マイクロレンズアレイと予定焦点面との距離をＬとすると、焦点検出面におけるサンプリングピッチＰｄは、Ｐｄ＝Ｌ／Ｆ_Pである。したがって、サンプリングピッチＰｄがマイクロレンズの配列ピッチＰよりも小さく（Ｐ＞Ｐｄ）なる条件は、Ｐ＞Ｌ／Ｆ_Pである。すなわち、マイクロレンズアレイと予定焦点面との距離Ｌは、Ｌ＜Ｐ×Ｆ_Pである。

また、瞳の分割数をＱ（≧５）とした時に、焦点検出面における受光部の像（逆投影像）が相関を取るのに十分な４つ以上重なるためには、（Ｑ−４）×Ｌ／Ｆ_P≧Ｐとなるため、上記距離Ｌは、Ｌ≧Ｐ×Ｆ_P／（Ｑ−４）となる。
［第１実施形態］
次に、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図２３、図２４、図２５、図２６、図２７を参照して本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、本発明の一実施の形態による結像状態検出装置（例えば焦点検出装置）を搭載した電子カメラシステムの実施形態である。先ず、電子カメラシステムの構成を説明する。

図１は、本実施形態の電子カメラシステムの構成図である。図１に示すように、電子カメラシステムは、カメラ本体２００と、カメラ本体２００に対し着脱可能な撮影レンズ１００とを備えている。両者の接続箇所には、信号接続や駆動力伝達のためのカップリング部１０が設けられている。
撮影レンズ１００内には、被写体からの光束（被写体光束）を結像するレンズ群１、開口絞り２、駆動機構３などが備えられる。カメラ本体２００内には、撮影レンズ１００の光軸上に、クイックリターンミラー１３が配置される。

カメラ本体２００内において、クイックリターンミラー１３の透過側には、シャッター１１、撮像素子１２が順に配置され、クイックリターンミラー１３の反射側には、光学ファインダを構成するペンタプリズム６、接眼レンズ１５が順に配置されている。
クイックリターンミラー１３とシャッター１１との間には、サブミラー１４が配置され、そのサブミラー１４の反射側に、焦点検出ユニット５が配置されている。なお、電子カメラシステムを銀塩フイルムを使用するカメラシステムにする場合は、撮像素子１２の代わりにフイルムを配置すればよい。

カメラ本体２００には、各種の操作釦１６が設けられている。換作者は、その操作釦１６を介して電子カメラシステムに対し焦点調節の指示、撮影の指示、撮影レンズ１００のＦ値の指定などをすることができる。
焦点調節の指示が入力されると、カメラ本体２００内のマイクロプロセッサ９は、焦点検出ユニット５を駆動して焦点検出を行う。このとき、焦点検出ユニット５は、撮影レンズ１００からの被写体光束の少なくとも１部に基づき、撮影レンズ１００のデフオーカス量の情報を含む信号を取得し、マイクロプロセッサ９に送出する。焦点検出ユニット５の詳細は後述する。マイクロプロセッサ９は、その信号に基づきデフオーカス信号を生成し、そのデフオーカス信号を撮影レンズ１００内の駆動機構３に与える。駆動機構３は、そのデフオーカス信号に基づいて、撮影レンズ１００内の所定のレンズ群を変位させて焦点調節を行う。

撮影の指示が入力されると、マイクロプロセッサ９は、クイックリターンミラー１３、シャッター１１および開口絞り２を駆動し、撮影条件に見合った絞り値およびシャッタ速度により、撮影レンズ１００からの被写体光束で撮像素子１２を露光し、画像データを取得する。開口絞り２は駆動機構３を介して駆動される。
次に、焦点検出ユニット５の構成を詳しく説明する。

図２は、焦点検出ユニット５及びその周辺の概略的な光路図である。図２において、符号１４ａはサブミラー１４の反射面、符号１２ａは撮像素子１２の撮像面であり、符号５ａは反射面１４ａに関し撮像面１２ａと光学的に等価な予定焦点面である。この予定焦点面５ａの近傍に、撮影レンズ１００からの被写体光束が結像する。焦点検出ユニット５の焦点検出面は、この予定焦点面５ａである。

図２に示すように、焦点検出ユニット５には、予定焦点面５ａから所定距離だけ離れた面にマイクロレンズアレイ５２が配置され、さらにその後側にラインセンサアレイ５３が配置され、マイクロレンズを通過した光が受光される。
像高の高い部分の光線を用いて焦点検出する場合に、光路中（予定焦点面５ａの近傍からマイクロレンズの間）にフィールドレンズ５１を挿入し、像高の高い部分の光線を光軸方向へ曲げるようにしてもよい。以下では、フィールドレンズ５１を無視して説明する。

図３は、焦点検出ユニット５の拡大図である。図３（Ａ）は、焦点検出ユニット５を光軸を含む面で切断した概略断面図である。図３（Ｂ）は、マイクロレンズアレイ５２とラインセンサアレイ５３とを重ねて描いた場合の概略正面図である。
図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ５２には、複数の正のパワーを持つマイクロレンズ５２１−１〜５２１−１２が、所定方向（図では左右方向）に所定ピッチで配置される。ラインセンサアレイ５３は、マイクロレンズ５２１−１〜５２１−１２のそれぞれに対応してラインセンサ５３１−１〜５３１−１２を備えており、各ラインセンサ５３１−１〜５３１−１２はそれぞれ同数の光電変換素子を有する。

マイクロレンズアレイ５２によるラインセンサ５３１−１〜５３１−１２の逆投影像を図２に示す予定焦点面５ａ上に形成した場合、図４および図５で後述するように、少なくとも隣り合う一対のラインセンサの逆投影像は、少なくとも一部が互いに重複するように設計されている。個々のラインセンサ５３１内の光電変換素子５３１Ａ，５３１Ｂ，・・・の並び方向は、マイクロレンズ５２１−１〜５２１−１２及びラインセンサ５３１−１〜５３１−１２の並び方向と同じ（図では左右方向）である。図３（Ａ）、（Ｂ）においては、１２個のラインセンサ５３１−１〜５３１−１２を用いたが、連続した１本のラインセンサを用い、１２個のマイクロレンズ５２１−１〜５２１−１２に対応する１２の範囲に存在する光電変換素子を使用してもよい。

図３（Ａ）では、マイクロレンズアレイ５２のマイクロレンズ５２１を平凸レンズのごとく表現したが、両凸レンズであってもよい。
この焦点検出ユニット５においては、互いに隣接するマイクロレンズ５２１の間のクロストーク（漏れ光の入射）を防ぐために、図３（Ａ）に符号５４で示したような遮光壁が設けられてもよい。

遮光壁５４の代わりに絞りが設けられてもよい。この絞りの開口パターンは、複数の円をマイクロレンズ５２１と同じ配列パターンで並べたものである。この変形例のように、マイクロレンズアレイ５２とラインセンサアレイ５３との間に絞りを配置する代わりに、撮影レンズ１００内や、クイックリターンミラー１３の反射面、サブミラー１４の反射面などに絞りを配置してもよい。以下では、遮光壁５４や絞りを無視して説明する。

図４は、焦点検出ユニット５内の個々のラインセンサ５３１と撮影レンズ１００との関係を説明する図である。図４では、撮影レンズ１００の概念を１枚のレンズで表し、撮影レンズ１００から焦点検出ユニット５までの光路を、サブミラー１４等を省略して直線的に表した。
図４に示すように、個々のラインセンサ５３１内の光電変換素子５３１Ａ，５３１Ｂ，５３１Ｄ，・・・は、撮影レンズ１００の瞳上の互いに異なる部分瞳Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，・・・を個別に通過した光束を個別に受ける。これは、全てのラインセンサ５３１内の光電変換素子について当てはまる。

そして、各ラインセンサ５３１は、対応する各マイクロレンズ５２１を介して、予定焦点面５ａ上の検出領域Ｅの輝度分布パターン、すなわち、図４の左右方向の輝度分布パターンを検出する。各ラインセンサ５３１による各検出領域Ｅは、概略マイクロレンズ５２１の配置ピッチに相当する距離ずつずれている。換言すると、少なくとも、隣り合う一対のラインセンサによる一対の検出領域は重複する。図５を参照してさらに検出領域Ｅを詳細に説明する。

図５は、焦点検出ユニット５内の主要構成のサイズ及び位置関係を説明する図である。図５には、互いに隣接する２つの検出領域Ｅ−ｎおよびＥ−（ｎ＋１）を示した。これらの検出領域Ｅは、互いに隣接する２つのマイクロレンズ５２１−ｎおよび５２１−（ｎ＋１）のそれぞれに対応するラインセンサ５３１−ｎおよび５３１−（ｎ＋１）を、対応するマイクロレンズ５２１−ｎおよび５２１−（ｎ＋１）で予定焦点面５ａ上に個別に逆投影してできる逆投影像に対応する領域である。

なお、図５では、説明の都合上、２つの検出領域Ｅを光軸方向にずらして描いた。検出領域Ｅ−ｎ内の符号５３１Ａ’，５３１Ｂ’，５３１Ｃ’，・・・は、ラインセンサ５３１−ｎ内の光電変換素子５３１Ａ，５３１Ｂ，５３１Ｃ，・・・を、対応するマイクロレンズ５２１−ｎで予定焦点面５ａ上に逆投影してできる逆投影像である。これらの逆投影像５３１Ａ’ ，５３１Ｂ’，５３１Ｃ’，・・・のピッチＰｄは、ラインセンサ５３１による予定焦点面５ａ上のサンプルピッチに相当する。このように、予定焦点面５ａから離れた位置にマイクロレンズアレイを配置し、マイクロレンズによって予定焦点面上に光電変換素子５３１Ａ，５３１Ｂ，５３１Ｃ，・・・の逆投影像を形成するようにしたことにより、マイクロレンズ５２１−１〜５２１−１２のピッチＰよりも細かいピッチＰｄで焦点検出情報を抽出することができる。

次に、マイクロレンズ５２１の光学的パワー、つまり予定焦点面５ａとラインセンサ５３１との結像関係（共役関係）の詳細を説明する。
図６は、マイクロレンズ５２１による予定焦点面５ａとラインセンサ５３１との結像関係（共役関係）を説明する図である。本焦点検出ユニット５では、図６（Ａ）に示すように、予定焦点面５ａ上の１点がラインセンサ５３１上の１点にボケ無く結像される必要は無い。むしろ、図６（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、若干のボケのある方が好ましい。以下、本焦点検出ユニット５に適したボケの程度について説明する。

図７は、本焦点検出ユニット５に適したボケの程度を説明する図である。図７（Ａ），（Ｂ）は、予定焦点面５ａ上に被写体の点像が形成されているときのラインセンサ５３１上の出力信号を示す図である。図７（Ａ）にはボケが不足している場合を、図７（Ｂ）はボケの程度が適当である場合を示した。
図７（Ａ）に示すように、ボケていないと、１つの光電変換素子でしか点像を検出しないので、点像の位置が僅か（１画素の幅寸法以下）にずれただけでは、光電変換素子の出力信号には変化が生じ無い。

一方、図７（Ｂ）に示すように、ボケの程度が複数画素に広がる程度だと、複数の光電変換素子で点像を検出するので、点像の位置が僅か（１画素の幅寸法以下）にずれただけでも、複数の光電変換素子の出力信号に変化が生じる。よって、ボケていない場合に比べ高精度な検出が可能である。
以上説明した理由により、本焦点検出ユニット５においては、個々のマイクロレンズ５２１、予定焦点面５ａ、及びラインセンサ５３１の関係は、このような適当なボケが生じるように、適当な量だけ共役関係からのずれが与えられる。

但し、実際のボケは、マイクロレンズ５２１における回折、マイクロレンズ５２１の収差（球面収差）によっても生じるので、それらを総合したボケが適当なボケとなるように各部は設計される。
次に、上述した焦点検出ユニット５の具体例を説明する。
図８は、撮影レンズ１００の検出につかえるＦ値（通常は開放Ｆ値）が「４」であるときの焦点検出ユニット５の具体例を示す図である。なお、図８では、複数のラインセンサ５３１及び複数の検出領域Ｅの互いに対応するもの同士に、互いに同じ識別番号ｉ，（ｉ＋１），（ｉ＋２），（ｉ＋３），・・・を付した。

この焦点検出ユニット５の各部の設計値は、以下のとおりである。
・マイクロレンズ５２１の径（有効径）Ａ：５０μｍ
・マイクロレンズ５２１の配置ピッチＰ：７５μｍ
・予定焦点面５ａからマイクロレンズアレイ５２までの距離Ｌ：１２００μｍ
・ラインセンサ５３１内の光電変換素子数Ｔｎ：１２
・光電変換素子像の画素ピッチＰ ｄ：２５μｍ
図８では、互いに隣接する検出領域Ｅ−ｉ，Ｅ−（ｉ＋１）のずれ量をＰで表している。このずれ量は、マイクロレンズ５２１の配置ピッチに相当する長さである。焦点検出ユニット５では、長さＰ内に、逆投影像における光電変換素子の像が３個存在している。言い換えると、マイクロレンズ１ピッチあたりに１／３のピッチで（すなわち、３倍の分解能で）焦点検出信号が得られる。

また、互いに隣接する検出領域Ｅ−ｉ，Ｅ−（ｉ＋１）の重複幅Ｄ内に、光電変換素子像が９個存在している。したがって、互いに隣接するラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１）を用いて、後述の第１のサンプリング方法による計算方法を用いる場合は、予定焦点面５ａ上で互いに重複する画素を最大９個まで用いてずれの計算を行うことができる。

さらに、予定焦点面５ａ上では、最大で４つの検出領域Ｅ−ｉ，Ｅ−（ｉ＋１），Ｅ−（ｉ＋２），Ｅ−（ｉ＋３）が重複する。つまり、予定焦点面５ａ上の１点に入射したＦ値＝４の被写体光束は、４つのマイクロレンズ５２１に入射する。したがって、後述の第１のサンプリング方法を用いる場合は、図１０で説明するように、Ｆ値＝４の撮影レンズ１００では、４つのマイクロレンズ５２１に対応する４つのラインセンサ５３１からの信号を用いて焦点検出演算を行うことができる。

またさらに、後述の第２のサンプリング方法を用いる時は、４つ以上のマイクロレンズに対応するラインセンサの信号を用いて焦点検出演算を行うことができる。
次に、この焦点検出ユニット５を用いたカメラにおいて、撮影レンズ１００のＦ値が「４」から「８」に変更された場合を説明する。
図９は、撮影レンズ１００のＦ値が「８」であるときの焦点検出ユニット５の具体例を示す図である。

図９に示すように、撮影レンズ１００のＦ値が「８」に設定されると、検出領域Ｅ内の光電変換素子像の数は６になる。すなわち、１つのラインセンサ５３１の１２個の光電変換素子のうち中央部の６個の光電変換素子の出力信号を用いる。
このとき、互いに隣接する検出領域Ｅ−ｉ，Ｅ−（ｉ＋１）の重複幅Ｄ内には、光電変換素子の逆投影像が３つ存在する。したがって、互いに隣接するラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１）は、予定焦点面５ａ上で互いに３画素分の重複する領域を持つことができる。この場合、後述の第１のサンプリング方法を用いる計算では、相関を取れる画素が４画素に足りず、精度が十分でない場合もある。しかしながら、この場合でも、後述の第２のサンプリング方法を用いた計算を行えば、有効な焦点検出演算ができる。

次に、図８および図９で説明した焦点検出ユニット５から出力されるラインセンサの出力信号に基づいて、図１のマイクロプロセッサ９による像ずれの演算方法について説明する。撮影レンズ１００のＦ値が「４」であるときと、Ｆ値が「８」であるときとでは、像ずれの演算手順（使用可能範囲）が異なるので、順に説明する。
図１０は、撮影レンズ１００のＦ値が「４」であるときのラインセンサ上の像のずれる様子を説明する図である。

撮影レンズ１００により予定焦点面５ａ上に被写体の像Ｉが形成されると、互いに隣接する４つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２），５３１−（ｉ＋３）が、互いに同じ像Ｉの二次像Ｉ’を検出する。図１０の下部に示すように、４つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２），５３１−（ｉ＋３）上の二次像は、４つのラインセンサの間で所定距離ずつ横方向にずれている。これら４つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２），５３１−（ｉ＋３）のうち、或る２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−ｊの間の二次像の横方向のずれ量は、それら２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−ｊの間隔が離れているほど、大きい。

一方、撮影レンズ１００により図１０の上部に矢印で示す方向の、予定焦点面５ａからずれた面に被写体の像Ｉが形成されたときにも、互いに隣接する４つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２），５３１−（ｉ＋３）は、像Ｉの二次像を検出する。この場合は、像Ｉの二次像は、図１０の下部に矢印で示すように、予定焦点面上に像Ｉが形成されているときと比較してそれぞれ横方向に、すなわち、素子の並び方向へずれる。その横ずれ量は、像Ｉのデフオーカス量に応じた量である。

このような状況において、デフオーカス量の演算手順は次のようになる。Ｆ値が「４」のときには、マイクロプロセッサ９は、互いに隣接する４つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２），５３１−（ｉ＋３）の出力信号の、いずれか一対のラインセンサに対応する出力信号に基づいて、後で図２４で説明する演算手順を用いて像ずれ量を求め、続いてデフオーカス量を算出する。

たとえば、４つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２），５３１−（ｉ＋３）のうち、外側の２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋３）の間では、二次像の横ずれ量が大きいので、それら２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋３）の出力信号を利用すれば、マイクロプロセッサ９は、高精度にデフオーカス量を演算することができる。

一方、デフオーカス量が大きいときには、二次像の横ずれ量が大き過ぎて外側の２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋３）の出力信号から二次像の横ずれ量を検出できない場合がある。その場合には、互いに隣接する２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１）、もしくは５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２）、あるいは５３１−（ｉ＋３），５３１−（ｉ＋３）の出力信号を利用すれば、マイクロプロセッサ９は確実にデフオーカス量を演算することができる。

なお、被写体の像によっては、特定の位置に配置された４つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２），５３１−（ｉ＋３）の出力信号から二次像の横ずれ量を検出できない場合もある。その場合には、配置箇所の異なる４つのラインセンサ５３１−ｊ，５３１−（ｊ＋１），５３１−（ｊ＋２），５３１−（ｊ＋３）の出力信号を利用すれば、マイクロプロセッサ９は確実にデフオーカス量を演算することができる。

図１１は、撮影レンズ１００のＦ値が「８」であるときのデフオーカス量の計算手順を説明する図である。撮影レンズ１００により予定焦点面５ａ上に被写体の像Ｉが形成されると、互いに隣接する２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１）が、互いに同じ像Ｉの二次像Ｉ’を検出することができる。
一方、撮影レンズ１００により予定焦点面５ａからずれた面に被写体の像Ｉが形成されたときにも、互いに隣接する２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１）は、像Ｉの二次像を検出することができる。その二次像は、図１１の下部に矢印で示すように、予定焦点面上に像Ｉが形成されているときと比較してそれぞれ横方向に、すなわち、素子の並び方向へずれる。その横ずれ量は、デフォーカス量に応じた量である。

この場合、マイクロプロセッサ９は、デフォーカス量の大小によらず、常に互いに隣接する２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１）の出力信号に基づいて、後で説明する図２４による演算手順を用いて像ずれ量を求め、続いてデフオーカス量を計算する。
なお、被写体の像によっては、特定の位置に配置された２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１）の出力信号から二次像の横ずれを検出できない場合もある。その場合には、配置箇所の異なる２つのラインセンサ５３１−ｊ，５３１−（ｊ＋１）の出力信号を利用すれば、マイクロプロセッサ９は確実にデフオーカス量を計算することができる。たとえば、図１１の場合、２つのラインセンサ５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２）を用いてもよい。

上記の構成を有する焦点検出ユニット５における２種類の検出信号サンプリング方法について図２３〜図２６を参照して説明する。
―第１のサンプリング方法―
第１のサンプリング方法では、マイクロレンズ５２１のピッチＰよりも細かいピッチにて第１信号列｛ａ（ｉ）｝と第２信号列｛ｂ（ｉ）｝を抽出することが可能である。すなわち、図２３に示すように、マイクロレンズ５２１−１に対応するラインセンサ５３１−１の複数の光電変換素子から第１信号列｛ａ（ｉ）｝＝｛ａ（１）、ａ（２）、・・・、ａ（８）、・・・｝を形成し、マイクロレンズ５２１−２に対応するラインセンサ５３１−２の複数の光電変換素子から第２信号列｛ｂ（ｉ）｝＝｛ｂ（１）、ｂ（２）、・・・、ｂ（８）、・・・｝を形成する。

図２３の焦点検出面５ａにおけるラインセンサ５３１−１を構成する光電変換素子ａ１〜ａ８の逆投影像は、ａ１’〜ａ８ ’で示され、同様にラインセンサ５３１−２を構成する光電変換素子ｂ１〜ｂ８の逆投影像はｂ１’〜ｂ８ ’で示される。そして、予定焦点面上では、ａ１’とｂ３’、ａ２’とｂ４’、ａ３’とｂ５’、ａ４’とｂ６’、・・・とがそれぞれ対応する。したがって、第１信号列｛ａ（ｉ）｝および第２信号列｛ｂ（ｉ）｝において、ａ（１）とｂ（３）、ａ（２）とｂ（４）、ａ（３）とｂ（５）、ａ（４）とｂ（６）、・・・がそれぞれ対応する。すなわち、焦点検出面５ａ上の一点鎖線で示す微小領域５ａ１２近傍の像が検出される。隣接する破線で示す微小領域５ａ２３の像は、同様にしてラインセンサ５３１−２および５３１−３の出力信号を用いて検出される。像を検出するラインセンサ５３１のペアの選択方法は、隣接するラインセンサ５３１をペアとするものに限らず、予定焦点面５ａ上でラインセンサの逆投影像が重複するペアであれば良く、たとえば、ラインセンサ５３１−１と５３１−３を選択してもよい。いずれのラインセンサ５３１を選択するかにより、像ずれ量をデフオーカス量に換算する係数は異なる。
―第２のサンプリング方法―
第２のサンプリング方法では、第１信号列｛ａ（ｉ）｝と第２信号列｛ｂ（ｉ）｝とを抽出するために、図２５に示すように、マイクロレンズ５２１−１に対応するラインセンサ５３１−１の複数の光電変換素子の出力信号の中から信号ａ（１）を抽出し、以下マイクロレンズ５２１−２〜５２１−６のそれぞれに対して、信号ａ（１）に対応する信号ａ（２）〜ａ（６）を抽出して、第１信号列｛ａ（ｉ）｝＝｛ａ（１）、ａ（２）、・・・、ａ（６）｝を形成する。同様にして、ラインセンサ５３１−１〜５３１−６の光電変換素子の出力信号の中で第１信号列｛ａ（ｉ）｝として抽出されなかった出力信号から第２信号列｛ｂ（ｉ）｝＝｛ｂ（１）、ｂ（２）、・・・、ｂ（６）｝を形成する。図２５の焦点検出面５ａにおける同一の像による信号出力を表す第１信号列｛ａ（ｉ）｝および第２信号列｛ｂ（ｉ）｝の対応関係は、ａ（１）＝ｂ（３）、ａ（２）＝ｂ（４）、ａ（３）＝ｂ（５）、ａ（４）＝ｂ（６）、・・・である。

第１信号列｛ａ（ｉ）｝と第２信号列｛ｂ（ｉ）｝は、たとえば、図２６（ａ）〜（ｄ）に示すようないずれかの組み合わせを選ぶことが可能である。明るいレンズの合焦近傍では、検出開角が大きくてデフオーカス検出精度を高くできる図２６（ａ）のような信号列の選択が効率的である。また、デフオーカスの大きい場合は、大きなずれ量を捕捉できる図２６（ｄ）のように信号列を選択するのが効率的である。いずれの方式で信号列を選択するかにより検出開角は異なるので、像ずれ量をデフオーカス量に換算する係数は信号列の選び方、すなわち図２６（ａ）〜（ｄ）のいずれかを選択するかにより異なる。

第１および第２のサンプリング方法により形成された第１信号列｛ａ（ｉ）｝および第２信号列｛ｂ（ｉ）｝のずれ量を、以下で説明する公知の方法により算出する。
図２５に示す第１信号列｛ａ（ｉ）｝と第２信号列｛ｂ（ｉ）｝（ｉ＝１，２，・・・）の組み合わせから、一対の像（信号列）の相関量Ｃ（Ｎ）を以下の式（１）より求める。

なお、Ｎがシフト数、Σの上底がｑＬ、Σの下底がｐＬである。図２５に示す場合のΣの加算数は４であるが、この加算数は４以上であることが好ましい。
式（１）により離散的に算出された相関量Ｃ（Ｎ）を用いてシフト量Ｎａを求める。シフト数Ｎのときに極小値を与える相関量をＣ０、シフト数（Ｎ−１）における相関量をＣｒ、シフト数（Ｎ＋１）における相関量をＣｆとして、シフト量Ｎａは、以下の式（２）〜（４）により算出される。
ＤＬ＝０．５×（Ｃｒ−Ｃｆ） ・・・（２）
Ｅ＝ＭＡＸ｛Ｃｆ−Ｃ０、Ｃｒ−Ｃ０｝ ・・・（３）
Ｎａ＝Ｎ＋ＤＬ／Ｅ ・・・（４）
式（４）に焦点検出面の位置に応じた補正量Ｃｏｎｓｔを加えることにより、焦点検出面上での像ずれ量Δｎを式（５）により算出する。
Δｎ＝Ｎａ＋Ｃｏｎｓｔ ・・・（５）
この像ずれ量Δｎを利用して、デフオーカス量Ｄｆを式（６）を用いて算出できる。
Ｄｆ＝Ｋｆ×Δｎ ・・・（６）
なお、Ｋｆは検出開角に依存した定数である。

さらに、ＫｆはΔｎに依存して変化する場合もあるので、実際には、実験的にＫｆ（Δｎ）を決めるのが望ましい。
図２７に示すフローチャートを用いて、焦点検出ユニット５による像ずれ検出動作を説明する。なお、このフローチャートに示す各処理は、マイクロプロセッサ９によりプログラムを実行して行われる。また、このフローチャートは操作釦１６を操作することにより開始される。

ステップＳ１において、ラインセンサ５３の電荷蓄積を開始して、所定の蓄積時間経過後にラインセンサ５３の各素子から出力信号（画像データ）を取り込んでステップＳ２へ進む。
ステップＳ２においては、判定基準に応じて第１のサンプリング方法または第２のサンプリング方法を選択する。第１のサンプリング方法が選択された場合はステップＳ３へ進み、第２のサンプリング方法が選択された場合はステップＳ４へ進む。なお、判定基準は、たとえばデフオーカス量に基づく基準であり、デフオーカス量が所定値を越える場合は第２のサンプリング方法を選択し、デフオーカス量が所定値以内の場合は第１のサンプリング方法を選択するようにする。

ステップＳ３においては、前述したように第１のサンプリング方法により第１信号列｛ａ（ｉ）｝および第２信号列｛ｂ（ｉ）｝を抽出してステップＳ５へ進む。ステップＳ４においては、前述したように第２のサンプリング方法により第１信号列｛ａ（ｉ）｝および第２信号列｛ｂ（ｉ）｝を抽出してステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、前述したように第１信号列｛ａ（ｉ）｝と第２信号列｛ｂ（ｉ）｝のずれ量を算出してステップＳ６へ進む。

ステップＳ６において、式（６）を用いてデフオーカス量を算出してステップＳ７へ進む。ステップＳ７においては、ステップＳ６で算出されたデフオーカス量を駆動機構３に出力し、撮影レンズ１００内の所定のレンズ群を駆動させて、ステップＳ１へ戻る。
なお、以上の処理手順は、撮影レンズ１００のＦ値に応じて選択された複数のラインセンサ５３１から出力される信号に対して実行される。

以上、本実施形態の焦点検出ユニット５によれば次の作用効果を奏する。
（１）マイクロプロセッサ９は、撮影レンズ１００が明るい（Ｆ値が小さい）ときほど高精度に焦点検出をすることができる。
（２）本実施形態の焦点検出ユニット５は、予定焦点面５ａ上の互いにずれた検出領域Ｅを、多数のマイクロレンズ５２１及びラインセンサ５３１が分担して検出するので、仮に、従来の瞳分割再結像方式（特許文献１など）の逆投影像における素子のピッチＰｄを同じに設定したとしても、予定焦点面５ａからマイクロレンズ５２１までの距離Ｌを、従来の瞳分割再結像方式（特許文献１など）のそれよりも短縮することができる。つまり、本実施形態の焦点検出ユニット５は、高精度でありながら小型化が容易である。
（３）本実施形態の焦点検出ユニット５においては、マイクロレンズアレイ５２の形成された光学部材とラインセンサアレイ５３とが近接するので、両者の位置合わせが容易かつ高精度であり、その結果、誤差によるバラツキが減って、焦点検出精度が高精度であるという利点もある。
（４）本実施形態の焦点検出ユニット５には、複数のラインセンサ５３１をライン方向に配列してなるラインセンサアレイ５３が用いられたが、ラインセンサアレイ５３の代わりに、それら複数のラインセンサ５３１を連結してできる１本のラインセンサが用いられてもよい。

［第１実施形態の変形例］
なお、本実施形態の焦点検出ユニット５を次のように変形することができる。
（１）上述した焦点検出ユニット５を利用して、撮影レンズ１００の絞り込み像面移動量を、電子カメラシステムが自己検出することも可能になる。すなわち、マイクロプロセッサ９は、焦点検出ユニット５の互いに隣接する４つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２），５３１−（ｉ＋３）のうち、外側の２つのラインセンサ５３１−ｉ，５３１−（ｉ＋３）を利用して認識したデフオーカス量と、中央部で隣接する２つのラインセンサ５３１−（ｉ＋１），５３１−（ｉ＋２）を利用して認識したデフオーカス量との差異を求める。この差異によって、マイクロプロセッサ９は、撮影レンズ１００の絞り込み像面移動量を認識することができる。絞り込み像面移動量とは、Ｆ値を「４」から「８」へと変化させたときの撮影レンズ１００の焦点面のずれ量である。その情報を利用すれば、マイクロプロセッサ９は、より高精度な焦点調節を行うことができる。
（２）本実施形態のマイクロプロセッサ９は、撮影レンズ１００に設定中のＦ値に応じて出力信号の参照元となるラインセンサ５３１を変更したが、撮影レンズ１００に設定予定のＦ値（露光時の制御Ｆ値）に応じて出力信号の参照元となるラインセンサ５３１を変更してもよい。
（３）本実施形態のマイクロプロセッサ９は、撮影レンズ１００に設定中のＦ値、及び／又は撮影レンズ１００に設定予定のＦ値に応じて、デフオーカス信号を生成するための演算の内容を変更してもよい。
（４）第１実施形態の焦点検出ユニット５においては、焦点検出の精度を向上させるために、マイクロレンズアレイ５２及びラインセンサアレイ５３からなる光学系を、２方向に亘って配列することが望ましい。つまり、第１方向に配列されたラインセンサアレイを持つマイクロレンズアレイと、第２方向に配列されたラインセンサアレイを持つマイクロレンズアレイとを備えてもよい。

図１２は、焦点検出ユニット５の変形例の正面図である。この焦点検出ユニット５においては、横方向にマイクロレンズアレイ５２及びラインセンサアレイ５３を並べた第１の光学系６０Ｘと、縦方向にマイクロレンズアレイ５２及びラインセンサアレイ５３を並べた第２の光学系６０Ｙとを、複数個ずつ密に並べてなる。
すなわち、図１２の焦点検出ユニット５は、第１方向に配列された複数の光電変換素子（受光部）で構成される受光部群６０１、および、ひとつの受光部群６０１に光束を導くマイクロレンズ６０２で構成される第１検出光学系６０Ｘを複数備える。また、第２方向に配列された複数の光電変換素子で構成される受光部群６１１、および、ひとつの受光部群６１１に光束を導くマイクロレンズ６１２で構成される第２検出光学系６０Ｙを複数備える。そして、これら複数の第１および第２検出光学系６０Ｘ，６０Ｙを互い違いの市松状に配置して構成される。

このように、第１の光学系６０Ｘと第２の光学系６０Ｙとの双方が配置されれば、予定焦点面５ａ上の各位置のパターンを、縦横の２方向について検出（所謂「十字検出」）することが可能になる。
また、第１の光学系６０Ｘ及び第２の光学系６０Ｙが複数個ずつ密に配置されれば、予定焦点面５ａ上の検出領域の配置密度は高まり、被写体のいろいろな部分で焦点検出が可能となる。

特に、複数の第１の光学系６０Ｘと複数の第２の光学系６０Ｙとが互い違いに（市松状に）配置されれば、前述した十字検出を、予定焦点面５ａ上の各位置について行うことが可能になる。高い面密度で検出が可能なことで、被写体が少し動いても、焦点検出のとび対策が可能なので、安定した焦点検出が可能となる。
（５）図１２に示す配列を、図１３に示すように変形することもできる。図１３に示す焦点検出ユニット５においては、第１方向のラインセンサアレイ５３よりも第２方向のラインセンサアレイ５３の長さが長くなるように設けられている。二方向に配列されたラインセンサ５３において、双方のラインセンサ５３が干渉しないように一方向の長さを長くすることにより、Ｆ値の小さい明るいレンズに対する検出能力を増大させることができる。
（６）さらに、図１２に示す配列を、図１４に示すように変形することもできる。図１４に示す焦点検出ユニット５においては、第１方向の配列ピッチＰ１と第２方向の配列ピッチＰ２とが異なるように設けられている。この場合、マイクロレンズの配列ピッチＰ１が小さく、密に並んだ方向の検出精度の向上が期待できる。
（７）上述した実施形態では、焦点検出ユニット５の分光感度については特に言及しなかったが、焦点検出ユニット５に分光感度特性を付与してもよい。図１５は、分光感度特性を持つ焦点検出ユニット５の正面図である。図１５においては、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色の各々に感度を持つ３種類の光学系６０ＸＲ，６０ＸＧ，６０ＸＢが複数個ずつＸ方向に並べられるとともに、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３色の各々に感度を持つ３種類の光学系６０ＹＲ，６０ＹＧ，６０ＹＢが複数個ずつＸ方向に並べられている。

すなわち、図１５の焦点検出ユニット５においては、複数の第１検出光学系６０ＸＧ、６０ＸＢ、６０ＸＲは、異なる分光感度特性を有する受光部群６０１Ｇ、６０１Ｂ、６０１Ｒを含み、複数の第２検出光学系６０ＹＧ、６０ＹＢ、６０ＹＲも、異なる分光感度特性を有する受光部群６１１Ｇ、６１１Ｂ、６１１Ｒを含む。
なお、図では、光学系６０ＸＢ、６０ＹＢ内のラインセンサが黒く塗りつぶされているが、実際には、このラインセンサにも複数の光電変換素子が配列されている。

これらの３種類の光学系６０ＸＲ，６０ＸＧ，６０ＸＢと６０ＹＲ，６０ＹＧ，６０ＹＢを配列する場合、Ｇ色に感度を持つ光学系６０ＸＧと６０ＹＧの配置密度を、他の２種類の光学系６０ＸＲおよび６０ＹＲと、６０ＸＢおよび６０ＸＢのそれよりも高くすると、焦点検出ユニット５の全体の分光感度特性を、Ｇ色に敏感な人間の眼の分光感度特性に近づけることができるので、好ましい。

また、通常主に検出に用いるＧ色の配列の密度が高いので、効果的である。
（８）図１５においては、可視光の３色に感度を持つ３種類の光学系６０ＸＲ，６０ＸＧ，６０ＸＢと６０ＹＲ，６０ＹＧ，６０ＹＢが配列されているが、可視光に感度を持つ光学系と、可視光及び赤外光に感度を持つ光学系との２種類を用意し、それらを配列してもよい。

何れの場合も、互いに異なる複数種類の分光感度でデフオーカス量を検出することができるので、撮影レンズ１００の色収差の大きさの検出、ひいては色収差の補正が可能となり、焦点検出精度のさらなる向上を図ることができる。
（９）図１５に示した焦点検出ユニット５の光学系６０ＸＲ，６０ＸＧ，６０ＸＢと６０ＹＲ，６０ＹＧ，６０ＹＢは、それぞれ１種類の色（波長）しか検出しないが、図１６又は図１７に示すように、１種類の光学系が２種類以上の色（波長）を検出できるように構成されてもよい。

図１６には、１つの検出列に対して２種類の色を検出可能な光学系を利用した焦点検出ユニット５を示した。図１６において符号６０ＸＧＲと６０ＹＧＲで示すのは、Ｇ色及びＲ色を検出する光学系である。また、符号６０ＸＧＢと６０ＹＧＢで示すのは、Ｇ色及びＢ色を検出する光学系である。光学系６０ＸＧＲと６０ＹＧＲにおいては、Ｇ色に感度を有するラインセンサとＲ色に感度を有するラインセンサとが同一のマイクロレンズの後側に並列配置されており、光学系６０ＸＧＢと６０ＹＧＢにおいては、Ｇ色に感度を有するラインセンサとＢ色に感度を有するラインセンサとが同一のマイクロレンズの後側に並列配置されている。いずれの場合も、Ｇ色感度のラインセンサを持つようにして、多色化による検出密度の低下を防いでいる。

図１７には、１つの検出列に対して３種類の色を検出可能な光学系を利用した焦点検出ユニット５を示した。図１７において符号６０ＸＲＧＢと６０ＹＲＧＢで示すのは、Ｒ色及びＧ色及びＢ色を検出する光学系である。光学系６０ＸＲＧＢ、６０ＹＲＧＢにおいては、Ｇ色に感度を有するラインセンサ６２１Ｇ、６３１Ｇと、Ｒ色に感度を有するラインセンサ６２１Ｒ、６３１Ｒと、Ｂ色に感度を有するラインセンサ６２１Ｂ、６３１Ｂとが、同一のマイクロレンズの後側に並列配置されている。

また、主要な検出アレイであるＧ色アレイの幅を広くするとともに、補助的に用いるＲ，Ｂ色アレイの幅を狭くして、通常の検出能力を保ちながら、多色化による性能劣化を防いでいる。
尚、Ｇ色としては、通常のイメージセンサのＧ感度分布より広く取る。例えば、視感度分布程度あるいはそれよりもさらに広い程度に取ると、光量の点で有利となり、好ましい。
（１０）以上の焦点検出ユニット５においては、横方向にマイクロレンズアレイ５２及びラインセンサアレイ５３を並べた第１の光学系と、縦方向にマイクロレンズアレイ５２及びラインセンサアレイ５３を並べた第２の光学系とが交互に配置されたが、必ずしも交互でなくてよい。
（１１）図１８には、第１の光学系を密に配列したブロック７０Ｘと、第２の光学系を密に配列したブロック７０Ｙとを、ブロック交互に配置してなる焦点検出ユニット５を示した。
（１２）上記説明ではマイクロレンズ毎に光電変換素子アレイを設けたが、１列に並ぶこれらの複数の光電変換素子アレイをまとめて、１本の光電変換素子アレイとしてもよいし、複数の光電変換素子アレイを２次元撮像素子で実現するように構成してもよい。又、図１２〜図１８の二次元配置は、これを面内に任意角度、例えば４５°回転した配置にしてもよい。
（１３）上述した実施形態では、結像状態検出装置（焦点検出装置）を搭載した電子カメラシステムを説明したが、本発明の実施形態による結像状態検出装置は、結像光学系を有した他の光学機器、例えばフィールドスコープなどの各種結像光学装置にも同様に搭載可能である。
（１４）本発明の実施の形態による結像状態検出装置は、光学系の収差測定に適用することもできる。本発明の実施の形態による結像状態検出装置で被検光学系の瞳部分に依存したデフォーカス量や各像高におけるデフォーカス量をそれぞれ測定すれば、結果的にその被検光学系の収差が求まるからである。本発明の実施の形態による結像状態検出装置を適用した収差測定装置には、例えば、被検光学系を支持する機構と、被検光学系に対し物体側から測定光を投光する照明光学系と、被検光学系の像側に配置された本発明の実施の形態による結像状態検出装置と、結像状態検出装置の出力から被検光学系の収差を算出する演算装置とが備えられる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

第１実施形態の電子カメラシステムの構成図である。 焦点検出ユニット５及びその周辺の概略的な光路図である。 焦点検出ユニット５の拡大図である。 焦点検出ユニット５内の個々のラインセンサ５３１と撮影レンズ１００との関係を説明する図である。 焦点検出ユニット５内のサイズ及び位置関係を説明する図である。 マイクロレンズ５２１による予定焦点面５ａとラインセンサ５３１との結像関係（共役関係）を説明する図である。 本焦点検出ユニット５に適したボケの程度を説明する図である。 焦点検出ユニット５の具体例（撮影レンズ１００のＦ値が「４」であるときの様子）を示す図である。 焦点検出ユニット５の具体例（撮影レンズ１００のＦ値が「８」であるときの様子）を示す図である。 撮影レンズ１００のＦ値が「４」であるときのデフオーカス信号の生成方法を説明する図である。 撮影レンズ１００のＦ値が「８」であるときのデフオーカス信号の生成方法を説明する図である。 焦点検出ユニット５の変形例を示す図である。 焦点検出ユニット５の別の変形例を示す図である。 焦点検出ユニット５のさらに別の変形例を示す図である。 焦点検出ユニット５のさらに別の変形例を示す図である。 焦点検出ユニット５のさらに別の変形例を示す図である。 焦点検出ユニット５のさらに別の変形例を示す図である。 焦点検出ユニット５のさらに別の変形例を示す図である。 本発明の結像状態検出装置の原理を説明する図（光学系の図）である。 本発明の結像状態検出装置の原理を説明する図（逆投影像の図）である。 結像状態検出装置の一例を説明する図（逆投影像の図）である。 結像状態検出装置の一例を説明する図（光学系の図）である。 第１のサンプリング方法を説明する図である。 信号列のずれを説明する図である。 第２のサンプリング方法を説明する図である。 第２のサンプリング方法における信号列の選択方法を説明する図である。 像ずれ検出動作を説明するフローチャートである。

Claims (15)

1. 結像光学系の予定焦点面からずれた面に所定ピッチで配列された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
   前記マイクロレンズアレイを構成する複数のマイクロレンズの後側へ個別に設けられた複数の受光部アレイと、
   或るマイクロレンズに設けられた受光部アレイの光電変換出力から第１信号列｛ａ（ｉ）；ｉ＝１，２，３，４，・・・｝を作成すると共に、別のマイクロレンズに設けられた受光部アレイの光電変換出力から第２信号列｛ｂ（ｉ）；ｉ＝１，２，３，４，・・・｝を作成する第１作成手段と、
   ｉ番目のマイクロレンズに設けられた受光部アレイのうち所定位置に配置された２つの受光部の光電変換出力から信号ａ（ｉ），ｂ（ｉ）を抽出する処理を、複数のマイクロレンズについてそれぞれ行い、第１信号列｛ａ（ｉ）；ｉ＝１，２，３，４，・・・｝及び第２信号列｛ｂ（ｉ）；ｉ＝１，２，３，４，・・・｝を作成する第２作成手段と、
   前記第１作成手段が作成する１対の信号列と、前記第２作成手段が作成する１対の信号列とのうち一方を所定の判断基準で選択し、選択された１対の信号列が表す１対のパターンの間のズレ量により、前記結像光学系の前記予定焦点面における結像状態を検出する結像状態演算手段と
   を備えることを特徴とする結像状態検出装置。
2. 請求項1に記載の結像状態検出装置において、
   前記受光部アレイを前記予定焦点面上に逆投影した場合に形成される受光部像の配列ピッチＰｄは、前記マイクロレンズの配列ピッチＰよりも小さい。
3. 請求項１または請求項２に記載の結像状態検出装置において、
   前記マイクロレンズの配列ピッチをＰ、前記結像光学系の部分瞳から１つの受光部へ入射する光束のＦ値をＦ_P 、前記結像光学系の瞳の分割数をＱとしたとき、前記マイクロレンズアレイの配置面から前記予定焦点面までの距離Ｌは、次式を満たす。
   Ｐ×Ｆ_Ｐ ＞ Ｌ ≧ Ｐ×Ｆ_Ｐ／（Ｑ−４）
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の結像状態検出装置において、
   前記複数の受光部アレイの中には、受光部の配列方向が第１方向である複数の第１受光部アレイと、受光部の配列方向が前記第１方向とは異なる第２方向である複数の第２受光部アレイとが存在する。
5. 請求項４に記載の結像状態検出装置において、
   前記複数の第１受光部アレイを個別に設けた複数のマイクロレンズと、前記複数の第２受光部アレイを個別に設けた複数のマイクロレンズとは、市松模様に配置される。
6. 請求項４に記載の結像状態検出装置において、
   前記複数の第１受光部アレイと前記複数の第２受光部アレイとは、市松模様に配置される。
7. 請求項４に記載の結像状態検出装置において、
   前記第１受光部アレイを設けたマイクロレンズの配列ピッチと、前記第２受光部アレイを設けたマイクロレンズの配列ピッチとは、互いに異なる。
8. 請求項４に記載の結像状態検出装置において、
   前記第１受光部アレイのアレイ方向の長さと、前記第２受光部アレイのアレイ方向の長さとは、互いに異なる。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の結像状態検出装置において、
   前記複数の受光部アレイの中には、互いに異なる分光感度特性を有した複数種類の受光部が存在する。
10. 請求項４に記載の結像状態検出装置において、
    前記複数の第１受光部アレイの中には、互いに異なる分光感度特性を有した複数種類の第１受光部アレイが存在する。
11. 請求項９に記載の結像状態検出装置において、
    前記複数種類の受光部のうち、特定の分光感度特性を有した特定種類の受光部は、他の分光感度特性を有した他種類の受光部よりも高密度に配列される。
12. 請求項１０に記載の結像状態検出装置において、
    前記複数の第１受光部アレイ及び前記複数の第２受光部アレイの各々の中には、特定の波長に感度を有した受光部が存在する。
13. 請求項１１または請求項１２に記載の結像状態検出装置において、
    互いに異なる分光感度特性を有した複数種類の受光部の間では、互いの大きさが異なる。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の結像状態検出装置を焦点検出装置として内蔵するカメラ。
15. 請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の結像状態検出装置における前記マイクロレンズアレイと前記受光部アレイとを有する受光ユニット。

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