JP4802864B2 - 焦点検出装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、結像光学系（検出対象光学系）の光学特性を検出する光電検出装置、光学特性検出装置および撮像装置に関する。

撮影光学系の予定焦点面にマイクロレンズアレイを配置するとともに、各マイクロレンズに対して２つの受光部を設け、各マイクロレンズ下の左側の受光部出力を並べて第１信号列を作成し、各マイクロレンズ下の右側の受光部出力を並べて第２信号列を作成し、第１信号列のパターンと第２信号列パターンとのずれを検出して、結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、撮影光学系の予定焦点面にマイクロレンズアレイを配置するとともに、各マイクロレンズごとに４つの受光部（順に、左外、左中、右中、右外）を設け、撮影光学系の明るさに応じて、一対の信号列を作るのに選択する受光部の組を変えるように構成された焦点検出装置が知られている。（例えば、特許文献２参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開昭５４−１５９２５９号公報 特開昭５６−０３２１２６号公報

しかしながら、従来の焦点検出装置では、焦点検出のための画像のサンプリングピッチがマイクロレンズの配列ピッチとなっているため、焦点検出精度を上げるにはマイクロレンズの径を小さくする必要があり、そうすると光量が少なくなって像が暗くなり、十分な焦点検出精度の向上が図れないという問題がある。また、マイクロレンズとマイクロレンズの間には焦点検出不能な隙間領域があり、焦点検出精度の向上を阻害する要因になっている。

請求項１の発明による焦点検出装置は、結像光学系の予定焦点面から所定距離離間した位置に複数のマイクロレンズを所定の配列ピッチで配列したマイクロレンズアレイと、前記結像光学系と前記マイクロレンズアレイとを介した光束を検出するように、前記各マイクロレンズに対して配置された複数の受光部を有する受光部アレイと、前記マイクロレンズごとに、前記複数の受光部で得られる受光信号からそれぞれ少なくとも２つの受光信号を選択して第１信号列を作成するとともに、前記マイクロレンズごとに、前記受光信号のうち前記第１信号列とは異なる少なくとも２つの受光信号を選択して第２信号列を作成する信号列抽出手段と、前記第１信号列で示される波形の位相と前記第２信号列で示される波形の位相とのずれを求める位相差検出手段と、前記ずれに基づいて、前記予定焦点面における前記結像光学系の結像状態を検出する結像状態検出手段と、を備え、前記予定焦点面と前記複数のマイクロレンズアレイとの間の前記所定距離は、前記各マイクロレンズによって前記予定焦点面に投影された前記複数の受光部の投影像が前記マイクロレンズの配列ピッチの間隔内に複数位置するように、定められていることを特徴とする。

本発明によれば、結像光学系の一対の部分瞳を通る光束による一対の像のずれを精度良く検出することが出来る。またこの結果を用いた焦点検出方式の焦点検出精度を向上させることができる。

本願発明の実施形態による焦点検出装置を一眼レフレックス・デジタルスチルカメラに適用した一実施の形態を説明する。なお、本実施の形態は一眼レフカメラやデジタルカメラに限定されず、コンパクトカメラや銀塩フィルムカメラなどのすべての種類のカメラに適用することができる。

図１は、一実施の形態の焦点検出装置を備えた一眼レフレックス・デジタルスチルカメラの横断面図を示す。なお、本実施の形態による焦点検出装置に関わる機器および装置以外のカメラの一般的な機器および装置については図示と説明を省略する。一実施の形態のカメラではカメラボディ１にレンズ鏡筒２が装着される。レンズ鏡筒２は各種の撮影レンズに交換可能である。

カメラボディ１はメインミラー１１、サブミラー１２、シャッター１３、撮像素子１４、焦点検出装置１５、制御装置１６、ペンタプリズム１７、接眼レンズ１８、接点１９などを備えている。撮像素子１４はＣＣＤやＣＭＯＳなどから構成され、撮影レンズにより結像された被写体像を電気信号に変換して出力する。焦点検出装置１５は撮影レンズの焦点調節状態を検出する。この焦点検出装置１５については詳細を後述する。制御装置１６は不図示のマイクロコンピューター、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバーターなどから構成され、カメラの各種演算やシーケンス制御などを行う。

一方、レンズ鏡筒２は撮影レンズ２１（２１ａ〜２１ｅ）、絞り２２、レンズ駆動制御装置２３などを備えている。レンズ駆動制御装置２３は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、レンズ駆動用モーター、絞り駆動用モーターなどから構成され、撮影レンズ２１の焦点調節や絞り２２の開口調節などを行う。なお、カメラボディ１の制御装置１６とレンズ鏡筒２のレンズ駆動制御装置２３は交換レンズマウント部（不図示）に設けられた接点１９を介して各種情報の授受を行う。

非撮影時には図に示すようにメインミラー１１とサブミラー１２が撮影光路中に置かれ、撮影レンズ２１を透過した被写体光の一部はメインミラー１１、ペンタプリズム１７、接眼レンズ１８を介して撮影者の目に導かれ、撮影者に被写体像が視認される。また、被写体光の残りの一部はメインミラー１１、サブミラー１２を介して焦点検出装置１５へ導かれ、焦点検出装置１５により撮影レンズ２１の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量が検出される。

図２は焦点検出装置１５の詳細な構成を示す図であり、図３は結像光学系（撮影レンズなど）の撮像面と、焦点を検出する焦点検出装置１５の焦点検出面（結像光学系の予定焦点面）との共役関係を模式的に表したものである。すなわち、図３において、焦点検出装置１５の焦点検出面１５ａは、ミラー１２の反射面１２ａに対して撮像素子１４の撮像面１４ａと光学的に等価な位置関係にある。この焦点検出面１５ａを基準面として、結像光学系（撮影レンズ）２１の焦点調節状態を検出する。なお、２１ａは結像光学系（撮影レンズ）２１の射出瞳である。
なお、一般に対象とする結像光学系の径はcmのオーダーであるのに対して、マイクロレンズの径は１００ミクロン程度あるいはそれ以下のオーダーなので、そのままの比例関係で図示することは困難であり、マイクロレンズと受光部アレイの部分は、説明の為に大きく拡大された概念図である。

焦点検出装置１５は、図２に示すようにマイクロレンズアレイ１５ｂ、受光部ａ0〜ｆ0、・・、ａ7〜ｆ7が並んだ受光部アレイＰ0〜Ｐ7を備えたイメージセンサー１５ｃ、Ａ／Ｄコンバーター１５ｄ、ＣＰＵ１５ｅ、メモリ１５ｉを備えている。マイクロレンズアレイ１５ｂは、図２に示すように複数のマイクロレンズｍｉ（ｉ＝０、１、２、・・）が所定のピッチＰｍで一列に配列されており、図３に示すように焦点検出面１５ａから所定距離Ｌだけ離れた面に配置される。

このマイクロレンズアレイ１５ｂの後方には、各マイクロレンズｍｉに対して複数の受光部ａｉ〜ｆｉからなる受光部アレイｐｉが配列されたイメージセンサー１５ｃが配置され、撮影レンズ２１により結像された予定焦点面（焦点検出面）１５ａ上の被写体像が各マイクロレンズｍｉにより受光部アレイｐｉ上に結像される。各受光部アレイｐｉはそれぞれ６個の受光部ａｉ〜ｆｉ（ｉ＝０、１、２、・・）が直線上に等間隔に配列されている。なお、図２では一部の受光部の符号を省略している。ここで、受光部アレイｐｉの並び方向および画素ａｉ〜ｆｉの並び方向はともにマイクロレンズｍｉの並び方向と同一である。

Ａ／Ｄコンバーター１５ｄは、イメージセンサー１５ｃから出力される各受光部アレイｐｉの受光部ａｉ〜ｆｉごとの信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ１５ｅへ出力する。メモリ１５ｉは受光部ａｉ〜ｆｉの出力信号を一時的に記憶するバッファーメモリである。

ＣＰＵ１５ｅはマイクロコンピューターのソフトウエア形態により構成される複数像列作成部１５ｆ、像ズレ量演算部１５ｇ、デフォーカス量演算部１５ｈを備え、焦点検出センサー１５ｃの出力信号に基づいて撮影レンズ２１の焦点調節状態を検出し、デフォーカス量を制御装置１６へ出力する。

ここで、一実施の形態の撮影光学系と焦点検出光学系の関係を上述した従来の焦点検出装置と対比して説明する。上述したように、従来の焦点検出装置（上記特許文献１）では撮影光学系の予定焦点面にマイクロレンズアレイを配置し、マイクロレンズアレイの背後に、各マイクロレンズに対して一対（２個）の受光部を備えた焦点検出センサーを配置していた。また、従来の焦点検出装置（上記特許文献２）では撮影光学系の予定焦点面にマイクロレンズアレイを配置し、マイクロレンズアレイの背後に、各マイクロレンズに対して２対（４個）の受光部を備えた焦点検出センサーを配置していた。

さらに、上述した従来の焦点検出装置（上記特許文献１、２）では、受光部面と撮影光学系の射出瞳面とがマイクロレンズに関して略共役関係となるように設定され、受光部開口がマイクロレンズにより撮影光学系の射出瞳面に逆投影された瞳部分を通過した光を該受光部で受光する構成を持つ。そして、各マイクロレンズ下の受光部出力に関して、１マイクロレンズ毎にある瞳部分に対応して１受光部出力を選んで第１信号列となし、１マイクロレンズ毎に別の瞳部分に対応して別の１受光部出力を選んで第２信号列となし、第１信号列と第２信号列とが表す像パターンのずれを検出していた。

このため、被写体像からマイクロレンズの配列ピッチでサンプリングされた２像を用いて像のずれを検出していたことになる。焦点検出精度を上げる一つの方法としては、検出のサンプリングピッチを細かくする必要があり、そのためにはマイクロレンズの径を小さくする必要だが、そうすると光量が少なくなって像が暗くなってしまい、暗い場合の焦点検出ができなくなるという問題があった。

これに対し 本実施の形態においては、マイクロレンズの径を小さくすることなく、焦点検出面での受光部投影像の並びのピッチがマイクロレンズの並びのピッチより細かくなる（例えば１／２）ように、マイクロレンズ面から所定量離した面を焦点検出面とすることにより、検出のサンプリングピッチを細かくするものである。処理としては、第１信号列を作るのに１マイクロレンズ毎に１受光部出力を選んでつくるのではなく、少なくともいくつかのマイクロレンズに関しては１マイクロレンズ毎に複数受光部出力を選んで第１信号列を作るようにしている。第２信号列も同様であり、これによってマイクロレンズの並びのピッチより細かい画像のサンプリングが可能となる。

一実施の形態の撮影光学系と焦点検出光学系は、撮像素子１４の撮像面１４ａと光学的に等価な撮影レンズ２１の予定焦点面１５ａを焦点検出面とし、この焦点検出面１５ａから所定距離Ｌだけ離間した位置に、複数のマイクロレンズｍｉ（ｉ＝０、１、２、・・）を所定のピッチＰｍで一列に配列したマイクロレンズアレイ１５ｂを配置する。さらに、マイクロレンズアレイ１５ｂの背後（焦点検出面１５ａと反対側）に各マイクロレンズｍｉに対応して複数の画素受光部（この一実施の形態では６個）ａｉ〜ｆｉを有する受光部アレイｐｉを配置する。

各マイクロレンズｍｉに関して受光部アレイｐｉと焦点検出面１５ａとが結像関係（共役関係）となるように各マイクロレンズｍｉの曲率を決めるのが考え方の基本であるが、実際的には検出面上での受光部像が適度にぼけている方が、像ずれ検出に対する感度が良くなるため、受光部アレイ面と焦点検出面の厳密な共役性を求めるものではない。

図４はマイクロレンズの並びのピッチより細かい画像のサンプリングが可能とする構成を説明する図である。図２および図３に示す隣接する２個のマイクロレンズｍ３、ｍ４による受光部アレイｐ３、ｐ４と焦点検出面１５ａとの対応関係を拡大して示した図である。この一実施の形態では、各マイクロレンズｍｉによって焦点検出面１５ａ上に逆投影される受光部アレイｐｉの受光部ａｉ〜ｆｉの像を符号ａｉ”〜ｆｉ”で表す。なお、図２〜図４において各受光部アレイｐｉの画素ａｉ〜ｆｉと焦点検出面１５ａ上の画素像ａｉ”〜ｆｉ”とは並び順が反転する。

この一実施の形態では、図４に拡大して示すように、マイクロレンズｍｉの受光部アレイｐｉの焦点検出面１５ａにおける受光部像ａｉ”〜ｆｉ”が、マイクロレンズｍｉの配列ピッチＰｍ（図２参照）の中に２受光部像ずつ入るように、換言すれば、隣接するマイクロレンズｍｉとｍi+１に関する受光部像ａｉ”〜ｆｉ”とａi+１”〜ｆi+１”が、２受光部像ずつずれる距離だけマイクロレンズから離れた位置に焦点検出面を設定する。

図４に示す例で具体的に説明すると、マイクロレンズｍ３の受光部アレイｐ３の焦点検出面１５ａにおける受光部像ａ３”〜ｆ３”が、マイクロレンズの配列ピッチＰｍの中に２受光部像（例えばａ３”、ｂ３”）ずつ入るような位置を焦点検出面とする。

ここにおいて、第１マイクロレンズｍ３に関してａ３”、ｂ３”を選び、第２マイクロレンズｍ４に関してａ４”、ｂ４”を選び、...の様に１マイクロレンズ毎に２受光部出力を選んで第１信号列を作り、第１マイクロレンズｍ３に関してｅ３”、ｆ３”を選び、第２マイクロレンズｍ４に関してｅ４”、ｆ４”を選び、...という風にして第２信号列を作れば、マイクロレンズ並びのピッチの１／２倍のピッチで細かくサンプリングされている事になる。したがって、得られた第１信号列で示される波形の位相と第２信号列で示される波形の位相とのずれを求めることにより、焦点検出精度を向上させることができる。この例では、各マイクロレンズに関して２受光部ずつ選んだが、焦点検出面の位置によっては、各マイクロレンズに関して３受光部ずつ選ぶのが適当な場合や、マイクロレンズの並び順に１受光部、２受光部と交互に選ぶようにする。

図３において、イメージセンサ１５ｃの受光部ａｉ〜ｆｉは、撮影レンズ２１の射出瞳２１ａ内の瞳部分Ａ〜Ｆを通過した被写体からの光を、マイクロレンズを介して受光し、受光量に応じた信号を出力する。したがって、前記第１信号列は瞳部分Ａ，Ｂを透過した光線による像であり、前記第２信号列は瞳部分Ｅ，Ｆを透過した光線による像である。
図３に示す構成において、上述のような第１信号列および第２信号列を作成することにより、マイクロレンズの配列ピッチより細かいピッチでサンプリングした信号を作ることが出来る。

前記第１信号列で示される波形（第１信号列パターン）と第２信号列で示される波形（第２信号列パターン）とを用いたずれ量の計算方法を説明する。ずれ量の計算方法自体はいろんな方法が知られており、どの方法を用いても良い。例えば本出願人による特開昭６１−２４３４１６に記載の方法を用いることが出来る。

簡単にその方法を説明すると、前記第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝（ｉ＝１，２，・・・）とから、一対の像（信号列）の相関量Ｃｋを次式より求める。
Ｃｋ＝Σ｜ｘ[ｉ]−ｙ[ｉ+k]｜
上式において、ｋはシフト量（整数値）であり、Σはｉに関する所定範囲の総和である。

このようにして得られた離散的に展開される相関量Ｃｋから、特開昭６１−２４３４１６号公報に記載の方法で次のようにしてシフト量を求める。Ｃｋの中でシフトＬの時に極小値Ｃ０を取るものとし、その両側のシフト量Ｌ−１とＬ＋１での相関量をＣー１、Ｃ１とする。この３つの値の並び、Ｃー１、Ｃ０、Ｃ１から精密なシフト量Ｌａを、
ＤＬ＝０．５×（Ｃー１−Ｃ１），
Ｅ＝ＭＡＸ｛Ｃ１−Ｃ０，Ｃー１−Ｃ０｝，
Ｌａ＝Ｌ＋ＤＬ／Ｅ
のように求める。これに必要に応じて焦点検出面の位置に依存した補正量（定数const）を加えて２像｛ｘ[ｉ]｝と｛ｙ[ｉ]｝のサンプルピッチ単位のずれ量Δｎを算出する。
Δｎ＝Ｌａ＋const

こうして求められたΔｎの利用法はいろいろ考えられる。例えば、焦点検出のデフォーカス量Ｄｆを求めるためには、定数Ｋｆを用いて、
Ｄｆ＝Ｋｆ×Δｎ
で算出できる。単に像のずれの量を求めるためには、シフト量Ｌの１単位に相当する長さをPｆとして、
Ｚｕｒｅ＝Pｆ×Δｎ
で算出できる。

この明細書では、焦点検出センサー１５ｃの各受光部ａｉ〜ｆｉの出力をａｉ’〜ｆｉ’と呼ぶ。なお、上述したように各マイクロレンズｍｉにより焦点検出面１５ａ上に逆投影される各受光部ａｉ〜ｆｉの像をａｉ”〜ｆｉ”とする。

本実施の形態によって、第１信号列と第２信号列が出来た後の処理（ずれ量算出やデフォーカス量算出など）は公知の方法を使えるほか、色々な応用が出来る。

以下に、第１信号列と第２信号列の作り方の具体例を説明する。
図５は、一実施の具体的形態である一対の出力信号列、即ち第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を説明する図である。この例では、各マイクロレンズｍｉに対応する受光部アレイｐｉの受光部ａｉ〜ｆｉの出力ａｉ’〜ｆｉ’の中から、ｂｉ’とｃｉ’の２個の出力を抽出して一方の信号 ｘ[ｉ] を２個生成するとともに、上記で抽出した出力と異なるｄｉ’とｅｉ’の２個の出力を抽出して他方の信号 ｙ[ｉ] を２個生成し、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝とする。

図５(ｂ)に示す様に、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝の信号は、１つのマイクロレンズｍｉの受光部の２つを使って、
ｘ[０]はマイクロレンズｍ１からｂ１'の信号を抽出し、ｘ[０]＝ｂ１'，
ｘ[１]はマイクロレンズｍ１からｃ１'の信号を抽出し、ｘ[１]＝ｃ１'，
ｘ[２]はマイクロレンズｍ２からｂ２'の信号を抽出し、ｘ[２]＝ｂ２'，
ｘ[３]はマイクロレンズｍ２からｃ２'の信号を抽出し、ｘ[３]＝ｃ２'，
ｘ[４]はマイクロレンズｍ３からｂ３'の信号を抽出し、ｘ[２]＝ｂ３'，
ｘ[５]はマイクロレンズｍ３からｃ３'の信号を抽出し、ｘ[３]＝ｃ３'
以下、同様にする。

一方、第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の信号は、１つのマイクロレンズｍｉの受光部の２つを使って、
ｙ[０]はマイクロレンズｍ０からｄ０'の信号を抽出し、ｙ[０]＝ｄ０'，
ｙ[１]はマイクロレンズｍ０からｅ０'の信号を抽出し、ｙ[１]＝ｅ０'，
ｙ[２]はマイクロレンズｍ１からｄ１'の信号を抽出し、ｙ[２]＝ｄ１'，
ｙ[３]はマイクロレンズｍ１からｅ１'の信号を抽出し、ｙ[３]＝ｅ１'，
ｙ[４]はマイクロレンズｍ２からｄ２'の信号を抽出し、ｙ[２]＝ｄ２'，
ｙ[５]はマイクロレンズｍ２からｅ２'の信号を抽出し、ｙ[３]＝ｅ２'
以下、同様にする。

この場合、ｂｉ’は瞳部分Ｂからの光量に対応し、ｃｉ’は瞳部分Ｃからの光量に対応し、また、ｄｉ’は瞳部分Ｄからの光量に対応し、ｅｉ’は瞳部分Ｅからの光量に対応しているので、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝に寄与している瞳部分のからの結像光束の開き角は、瞳部分Ｂと瞳部分Ｄがθ１で、瞳部分Ｃと瞳部分Ｅがθ２で、平均するとθ１２＝（θ１＋θ２）／２となる。

上記式Ｄｆ＝Ｋｆ×ΔｎのＫｆは、θ１２（ラジアン単位）を用いて、
Ｋｆ＝Ｐｆ／θ１２，
Ｄｆ＝Ｋｆ×Δｎ＝Δｎ×Ｐｆ／θ１２
で与えられる。この式から明らかな様に検出開角θ１２が大きいほど一定のずれ量Δｎに対するデフォーカス量Ｄｆが小さく、検出精度が良いことになる。

Ｆ値の大きい暗い撮影レンズでは検出開角θ１２を大きく取ることが出来ないが、Ｆ値の小さい明るい撮影レンズでは検出開角θ１２を大きく取ることで、デフォーカス量Ｄｆの検出精度を上げることが出来る。そのような場合の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の作り方を図６(ａ)、(ｂ)で説明する。この場合も第１信号列を作るのに１つのマイクロレンズｍｉの受光部の２つを使って、信号列を作成するが、抽出する受光部の組み合わせが前の例とは同じでない。

具体的には、図６(ｂ)に示すように、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝の信号は、１つのマイクロレンズｍｉの受光部の２つを使って、
ｘ[０]はマイクロレンズｍ２からａ２'の信号を抽出し、ｘ[０]＝ａ２'，
ｘ[１]はマイクロレンズｍ２からｂ２'の信号を抽出し、ｘ[１]＝ｂ２'，
ｘ[２]はマイクロレンズｍ３からａ３'の信号を抽出し、ｘ[２]＝ａ３'，
ｘ[３]はマイクロレンズｍ３からｂ３'の信号を抽出し、ｘ[３]＝ｂ３'，
ｘ[４]はマイクロレンズｍ４からａ４'の信号を抽出し、ｘ[２]＝ａ４'，
ｘ[５]はマイクロレンズｍ４からｂ４'の信号を抽出し、ｘ[３]＝ｂ４'
以下、同様にする。

一方、第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の信号は、１つのマイクロレンズｍｉの受光部の２つを使って、
ｙ[０]はマイクロレンズｍ０からｅ０'の信号を抽出し、ｙ[０]＝ｅ０'，
ｙ[１]はマイクロレンズｍ０からｆ０'の信号を抽出し、ｙ[１]＝ｆ０'，
ｙ[２]はマイクロレンズｍ１からｅ１'の信号を抽出し、ｙ[２]＝ｅ１'，
ｙ[３]はマイクロレンズｍ１からｆ１'の信号を抽出し、ｙ[３]＝ｆ１'，
ｙ[４]はマイクロレンズｍ２からｅ２'の信号を抽出し、ｙ[２]＝ｅ２'，
ｙ[５]はマイクロレンズｍ２からｆ２'の信号を抽出し、ｙ[３]＝ｆ２'
以下、同様にする。

この場合、ａｉ’は瞳部分Ａからの光量に対応し、ｂｉ’は瞳部分Ｂからの光量に対応し、また、ｅｉ’は瞳部分Ｅからの光量に対応し、ｆｉ’は瞳部分Ｆからの光量に対応しているので、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝に寄与している瞳部分のからの結像光束の開き角は、瞳部分Ａと瞳部分Ｅがθ３で、瞳部分Ｂと瞳部分Ｆがθ４で、平均するとθ３４＝（θ３＋θ４）／２となる。

上記式Ｄｆ＝Ｋｆ×ΔｎのＫｆは、θ３４（ラジアン単位）を用いて、
Ｋｆ＝Ｐｆ／θ３４，
Ｄｆ＝Ｋｆ×Δｎ＝Δｎ×Ｐｆ／θ３４
で与えられる。検出開角θ１２＜θ３４なので一定のずれ量Δｎに対するデフォーカス量Ｄｆが小さく、検出開角θ３４の場合の方が検出精度が良いことになる。

ところで、図６に示す信号列の抽出方法では、撮影レンズ２１の射出瞳２１ａ上の最も周辺部の瞳部分ＡとＦに対応する受光部ａｉとｆｉの出力信号を用いている。撮影レンズ２１の開放Ｆ値が大きい暗いレンズを用いた場合には、射出瞳２１ａ上の最も周辺部の瞳部分ＡとＦがけられてしまうことがあり、そのような暗い撮影レンズを用いる場合は図５に示すような焦点検出の開角が小さくなる抽出方法によって信号列｛ｘ[ｉ] ｝と｛ｙ[ｉ] ｝を生成する必要がある。したがって、検出対象光学系のF値に依存させて、第１信号列と第２信号列の作り方（受光信号を選択する受光部の選び方）を変更するようにすることが好ましい。

《一実施の形態の第１の変形例》
図５および図６に示す一実施の形態の画素出力の抽出方法では、第１信号列を構成する受光部に対応する瞳部分Ａ〜Ｆが受光部に依存して移動するという不安定要素がある。例えば、図５に示す例では一方の信号ｘ［ｉ］に画素ｂｉとｃｉの出力を用いるので射出瞳２１ａ上の瞳部分はＢとＣの間を移動し、また他方の信号ｙ［ｉ］に画素ｄｉとｅｉの出力を用いるので射出瞳２１ａ上の瞳部分はＤとＥの間を移動する。

この第１の変形例では、撮影レンズ２１の射出瞳２１上の瞳部分の移動による不安定さを解消するために、図２〜図４に示す構成を用い、各マイクロレンズｍｉに対応する受光部ａｉ〜ｆｉの出力ａｉ’〜ｆｉ’の中から、“３個”ずつ出力を抽出して一方の信号を“２個” ｘ［ｉ］とｘ［ｉ＋１］として生成するとともに、これとすべて同一ではないように出力を“３個”ずつ抽出して他方の信号 ｙ(ｉ)を“２個” ｙ［ｉ］とｙ［ｉ＋１］として生成し、第１信号列｛ｘ［ｉ］｝と第２信号列｛ｙ［ｉ］｝を作成する。

図７(ａ)、(ｂ)は、第１の変形例の一対の出力信号列｛ｘ［ｉ］｝と｛ｙ［ｉ］｝の抽出方法を説明する図である。図７(ｂ)に示す様に、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝の信号は、１つのマイクロレンズｍｉの受光部の３つを使って、
ｘ[０]はマイクロレンズｍ１からｃ１'の信号を抽出し、ｘ[０]＝ｃ１'，
ｘ[１]はマイクロレンズｍ１からｄ１'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ２からｂ２'の信号を抽出して、ｘ[１]＝（ｄ１'＋ｂ２'）／２，
ｘ[２]はマイクロレンズｍ２からｂ２'の信号を抽出し、ｘ[２]＝ｃ２'，
ｘ[３]はマイクロレンズｍ２からｄ２'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ３からｂ３'の信号を抽出して、ｘ[３]＝（ｄ２'＋ｂ３'）／２，
ｘ[４]はマイクロレンズｍ３からｃ３'の信号を抽出し、ｘ[４]＝ｃ３'，
ｘ[５]はマイクロレンズｍ３からｄ３'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ４からｂ４'の信号を抽出して、ｘ[５]＝（ｄ３'＋ｂ４'）／２
以下、同様にする。一般式としては、
ｘ[２ｎ]＝ｃn+１'，
ｘ[２ｎ＋１]＝(ｄn+１’＋ｂn+２’)／２
となる。

一方、第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の信号は、１つのマイクロレンズｍｉの受光部の２つを使って、
ｙ[０]はマイクロレンズｍ０からｅ０'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ１からｃ１'の信号を抽出して、ｙ[０]＝（ｅ０'＋ｃ１'）／２，
ｙ[１]はマイクロレンズｍ１からｄ１'の信号を抽出し、ｙ[１]＝ｄ１'，
ｙ[２]はマイクロレンズｍ１からｅ１'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ２からｃ２'の信号を抽出して、ｙ[２]＝（ｅ１'＋ｃ２'）／２，
ｙ[３]はマイクロレンズｍ２からｄ２'の信号を抽出し、ｙ[３]＝ｄ２'，
ｙ[４]はマイクロレンズｍ２からｅ２'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ３からｃ３'の信号を抽出して、ｙ[４]＝（ｅ２'＋ｃ３'）／２，
ｙ[５]はマイクロレンズｍ３からｄ３'の信号を抽出し、ｙ[５]＝ｄ３'
以下、同様にする。一般式としては
ｙ[２ｎ]＝(ｅn’＋ｃn+１’)／２，
ｙ[２ｎ＋１]＝ｄn+１'
となる。

この場合、ｘ[０]＝ｃ１'については部分瞳Ｃを使っており、ｘ[１]＝（ｄ１'＋ｂ２'）／２についてはｄ１'が部分瞳Ｄを使いｂ２'が部分瞳Ｂを使うので、重心を考えると近似的には部分瞳Ｃを使うことに相当する。したがって、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝は重心として考えると部分瞳Ｃに関連する信号と考えられる。

同様に、ｙ[０]＝（ｅ０'＋ｃ１'）／２についてはｃ１'が部分瞳Ｃを使いｅ０'が部分瞳Ｅを使うので、重心を考えると近似的には部分瞳Ｄを使うことに相当し、ｙ[１]＝ｄ１'については部分瞳Ｄを使っているので、第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝は重心として考えると部分瞳Ｄに関連する信号と考えられる。したがって、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝に寄与している瞳部分のからの結像光束の開き角は、瞳部分Ｃと瞳部分Ｄがなす角θ５（ラジアン）である。上記式Ｄｆ＝Ｋｆ×ΔｎのＫｆは、θ５を用いて、
Ｋｆ＝Ｐｆ／θ５，
Ｄｆ＝Ｋｆ×Δｎ＝Δｎ×Ｐｆ／θ５
で与えられる。

図８(ａ)、(ｂ)は、図７の場合に対して検出の開き角を大きくしてθ６とした場合の例である。この場合の｛ｘ［ｉ］｝と｛ｙ［ｉ］｝の抽出方法は、図８(ｂ)に示す様なものである。すなわち、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝の信号は、１つのマイクロレンズｍｉの受光部の３つを使って、
ｘ[０]はマイクロレンズｍ１からｃ１'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ２からａ２'の信号を抽出して、ｘ[０]＝（ｃ１'＋ａ２'）／２，
ｘ[１]はマイクロレンズｍ２からｂ２'の信号を抽出し、ｘ[１]＝ｂ２'，
ｘ[２]はマイクロレンズｍ２からｃ２'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ３からａ３'の信号を抽出して、ｘ[２]＝（ｃ２'＋ａ３'）／２，
ｘ[３]はマイクロレンズｍ３からｂ３'の信号を抽出し、ｘ[３]＝ｂ３'，
ｘ[４]はマイクロレンズｍ３からｃ３'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ４からａ４'の信号を抽出して、ｘ[４]＝（ｃ３'＋ａ４'）／２，
ｘ[５]はマイクロレンズｍ４からｂ４'の信号を抽出し、ｘ[５]＝ｂ４'
以下、同様にする。一般式としては、
ｘ[２ｎ]＝ (ｃn+１’＋ａn+２’)／２，
ｘ[２ｎ＋１]＝ｂn+２’
となる。

一方、第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の信号は、１つのマイクロレンズｍｉの受光部の２つを使って、
ｙ[０]はマイクロレンズｍ１からｄ１'の信号を抽出し、ｙ[０]＝ｅ０'，
ｙ[１]はマイクロレンズｍ０からｅ０'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ１からｃ１'の信号を抽出して、ｙ[１]＝（ｆ０'＋ｄ１'）／２，
ｙ[２]はマイクロレンズｍ２からｄ２'の信号を抽出し、ｙ[２]＝ｅ１'，
ｙ[３]はマイクロレンズｍ１からｅ１'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ２からｃ２'の信号を抽出して、ｙ[３]＝（ｆ１'＋ｄ２'）／２，
ｙ[４]はマイクロレンズｍ３からｄ３'の信号を抽出し、ｙ[４]＝ｅ２'，
ｙ[５]はマイクロレンズｍ２からｅ２'の信号を抽出し、マイクロレンズｍ３からｃ３'の信号を抽出して、ｙ[５]＝（ｆ２'＋ｄ３'）／２
以下、同様にする。一般式としては、
ｙ[２ｎ]＝ｅn’，
ｙ[２ｎ＋１]＝(ｆn'＋ｄn+１')／２
となる。

この場合、重心を考えると近似的には第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝は部分瞳Ｂを使い、第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝は部分瞳Ｅを使うことになり、結像光束の開き角は瞳部分Ｂと瞳部分Ｅがなす角θ６（ラジアン）である。上記式Ｄｆ＝Ｋｆ×ΔｎのＫｆは、θ６を用いて、
Ｋｆ＝Ｐｆ／θ６，
Ｄｆ＝Ｋｆ×Δｎ＝Δｎ×Ｐｆ／θ６
で与えられる。

図５、図６に示す一実施の形態の信号列抽出方法と、図７、図８に示す第１の変形例の信号列抽出方法とを比較すると、一実施の形態の抽出方法では撮影レンズ射出瞳２１ａ上の焦点検出用領域が移動するのに対し、第１の変形例の抽出方法では焦点検出用領域の移動はない。したがって、第１の変形例の抽出方法によれば焦点検出の安定性を向上させることができる。この場合も前述の例と同様に、検出対象光学系のＦ値に依存させて、第１信号列と第２信号列の作り方を変更するようにすることが好ましい。

《一実施の形態の第２の変形例》
第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の作り方として、別のアプローチを説明する。マイクロレンズの並びのピッチより細かいピッチでサンプリングする方法として、マイクロレンズの整数倍のサンプリングピッチを作り出すためにマイクロレンズの間に仮想的なマイクロレンズを想定するとともに、想定されたマイクロレンズ下の受光部アレイを想定する。そして、想定された受光部アレイの仮想出力は、隣接する実マイクロレンズ下の受光部アレイの出力から作り出す。こうして想定されたマイクロレンズ下の受光部アレイの仮想出力と実マイクロレンズ下の受光部アレイの出力を用いて、マイクロレンズ下から１受光部ずつの出力を選んで第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝を作り、これとは別の選び方をして第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を作る。

図２および図３に示す構成を用い、隣接するマイクロレンズｍｉとｍi+１の間に仮想のマイクロレンズｍi+0.5を設定するとともに、その仮想マイクロレンズｍi+0.5の背後、すなわち隣接する受光部ｐｉとｐi+１の間に仮想の受光部 ｐi+o.5を設定し、仮想受光部 ｐi+o.5に含まれる仮想画素ａi+o.5、ｂi+0.5、ｃi+0.5、ｄi+0.5、ｅi+0.5、ｆi+0.5を含むすべての受光部ｐｉの画素出力から第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出する第２の変形例を説明する。

図９は、第２の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を説明する図である。図９において、隣接するマイクロレンズｍｉ、ｍi+0.5、ｍi+１、隣接する受光部画素ａｉ〜ｆｉ、ａi+0.5〜ｆi+0.5、ａi+１〜ｆi+１、隣接する焦点検出面１５ａ上の画素像ａｉ”〜ｆｉ”、ａi+0.5”〜ｆi+0.5”、ａi+１”〜ｆi+１”は、それぞれ実際には重なっているが、説明を理解しやすくするために撮影レンズ２１の光軸２１ｂの方向にずらして記載している。

この第２の変形例では、隣接する画素ａｉ〜ｆｉとａi+１〜ｆi+１の間に設定した仮想画素ａi+0.5〜ｆi+0.5の出力を、隣接画素ａｉ〜ｆｉとａi+１〜ｆi+１の出力を用いて推定する。仮想画素出力ａi+0.5’〜ｆi+0.5’を隣接画素出力ａｉ’〜ｆｉ’とａi+１’〜ｆi+１’の平均値とし、仮想画素ａi+0.5〜ｆi+0.5を含む一連の画素出力から図１０および図１１に示すように第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出すれば、結果的に上述した第１の変形例の出力信号列と同等になる。図１０は第１の変形例の図７に示す焦点検出の開角が狭い場合の抽出方法と同等な結果が得られ、図１１は第１の変形例の図８に示す焦点検出の開角が広い場合の抽出方法と同等な結果が得られる。

なお、仮想画素出力を隣接画素出力の平均値とせず、重みを変えた加重平均値としてもよい。また、仮想画素出力を、仮想画素を中心とする３個以上の隣接画素の出力の平均値、あるいは重みを変えた加重平均値としてもよい。

《一実施の形態の第３の変形例》
次にマイクロレンズピッチの３倍のピッチでサンプリングする場合について第３の変形例を説明する。
隣接するマイクロレンズｍｉの受光部ｐｉの焦点検出面１５ａにおける画素像ａｉ”〜ｆｉ”が、マイクロレンズｍｉの配列ピッチＰｍ（図２参照）の中に３画素像ずつ入るように、換言すれば、隣接するマイクロレンズｍｉとｍi+１の受光部ｐｉとｐi+１の焦点検出面１５ａにおける画素像ａｉ”〜ｆｉ”とａi+１”〜ｆi+１”が、３画素像ずつずれるように、各マイクロレンズｍｉの曲率および／または各マイクロレンズｍｉから対応する受光部ｐｉまでの距離を設定する。

図１２は、隣接する２個のマイクロレンズｍｉ、ｍi+１により受光部アレイｐｉ、ｐi+１が焦点検出面１５ａ上に投影された様子を示した図である。図１２において、隣接するマイクロレンズｍｉの受光部アレイｐｉの焦点検出面１５ａにおける受光部像ａｉ”〜ｆｉ”が、マイクロレンズの配列ピッチの長さＰｍの中に３受光部像（例えばａｉ”、ｂｉ”、ｃｉ”）ずつ入るように、換言すれば、隣接するマイクロレンズｍｉとｍi+１の焦点検出面１５ａにおける受光部像ａｉ”〜ｆｉ”とａi+１”〜ｆi+１”が、３受光部像（例えばａｉ”、ｂｉ”、ｃｉ”）ずつずれて並ぶ様になる位置に焦点検出面１５ａを設定する。

この例では図１２に示すように、各マイクロレンズｍｉに対応する受光部アレイｐｉの受光部数を１０個ａｉ〜ｊｉとし、直線上に等間隔に配列する。そして、各マイクロレンズｍｉにより焦点検出面１５ａ上に投影された受光部ａｉ〜ｊｉの像をａｉ”〜ｊｉ”とする。また、受光部ａｉ〜ｊｉをマイクロレンズｍｉにより撮影レンズ２１の射出瞳２１ａ上に投影したものが瞳部分Ａ〜Ｊ（不図示）に略対応する。そして、受光部ａｉ〜ｊｉの出力をａｉ ’〜ｊｉ’とする。

図１３は、第３の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の他の抽出方法を説明する図である。この例では、(ｂ)に示すように、各マイクロレンズｍｉに対応する受光部ａｉ〜eｉの５個の出力ａｉ ’〜 eｉ ’を用いてサンプルピッチの長さがマイクロレンズピッチの１／３に相当する第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝を図１３(ｂ)式のごとくして作成する。同様に、５個の出力ｆｉ’〜ｊｉ’を用いてサンプルピッチの長さがマイクロレンズピッチの１／３に相当する第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を図１３(ｂ)式のごとくして作成する。なお、合成式は図１３(ｂ)式に限るものではなく、図１４(ａ)、(ｂ)のようにしてもよい。

なお、上述した第２の変形例と同様に、隣接するマイクロレンズｍｉとｍi+１との間に仮想のマイクロレンズｍ(i+１/3)とｍ(i+２/3)を設定し、仮想受光部アレイｐ(i+１/3)とｐ(i+２/3)の受光部出力から第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出する方法でもよい。

なお、上述した一実施の形態とその変形例では各マイクロレンズｍｉに対応する各受光部アレイｐiに６個または１０個の受光部を備えた例を示したが、受光部の個数はこの一実施の形態とその変形例の個数に限定されるものではない。また、すべての受光部に対応して１本のイメージセンサーを用い、各受光部ごとに対応する範囲を決めてもよい。

《一実施の形態の第４の変形例》
上述した一実施の形態とその変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法では、単一画素の出力あるいは複数の画素出力の平均値または加重平均値を用いて第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を生成する例を示したが、この第４の変形例では２個の画素の出力加算値を用いて第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を生成する例を示す。

図１５は第４の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を説明する図であり、一実施の形態の図５および変形例の図７、図１０に示す狭い焦点検出開角に対応する。また、図１６は第４の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の他の抽出方法を説明する図であり、一実施の形態の図６および変形例の図８、図１１に示す広い焦点検出開角に対応する。

図１５において、各マイクロレンズｍｉに対応する受光部ｐｉごとに、画素出力ｂｉ’とｃｉ’を加算して第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝を生成するとともに、画素出力ｄｉ’とｅｉ’を加算して第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を生成する。この場合、撮影レンズ射出瞳２１ａ上の焦点検出用領域ＢとＣを含む領域および焦点検出用領域ＤとＥを含む領域に焦点検出用領域が固定されるので、焦点検出領域の移動による焦点検出の不安定性はない。

図１６において、各マイクロレンズｍｉに対応する受光部ｐｉごとに、画素出力ａｉ’とｂｉ’を加算して第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝を生成するとともに、画素出力ｅｉ’とｆｉ’を加算して第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を生成する。この場合、撮影レンズ射出瞳２１ａ上の焦点検出用領域ＡとＢを含む領域および焦点検出用領域ＥとＦを含む領域に焦点検出用領域が固定されるので、焦点検出用領域の移動による焦点検出の不安定性はない。

この第４の変形例の抽出方法によれば、２個の画素の出力加算値を用いて第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を生成するので、微細パターンの検出能力は劣るが像信号のＳ／Ｎ比が向上し、被写体が暗い場合やデフォーカス量が大きい場合には有利である。したがって、被写体が暗い場合やデフォーカス量が大きい場合には、この第４の変形例の抽出方法によって第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を生成し、合焦近傍に達したら一実施の形態と第１および第２の変形例の画素抽出方法によって第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を生成するのが望ましく、このように抽出方法を切り換えることによって焦点検出における応答性、安定性および精度を向上させることができる。

なお、上述した第４の変形例では、受光部ｐｉごとに、２個の画素出力を加算して一方の信号とするとともに、抽出した画素出力と異なる２個の画素出力を加算して他方の信号とし、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出する信号列抽出方法を説明したが、受光部ｐｉごとに、３個またはそれ以上の画素出力を加算して一方の信号とするとともに、抽出した画素出力と異なる３個またはそれ以上の画素出力を加算して他方の信号とし、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出してもよい。

また、受光部ｐｉごとに、当該受光部ｐｉと隣接受光部ｐi+１の複数の画素出力の中から、複数の画素出力を加算して一方の信号とするとともに、抽出した画素出力と異なる複数の画素出力を加算して他方の信号とし、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出する信号列抽出方法としてもよい。

《一実施の形態の第５の変形例》
マイクロレンズアレイ１５ｂ上の周辺部のマイクロレンズでは、図３に示すように撮影レンズ２１の中心を通過した光束がマイクロレンズに対して斜入射となり、焦点検出に悪影響を与える場合がある。このような不具合を避けるために、図１７に示すように、マイクロレンズアレイ１５ｂの前（撮影レンズ２１側）にフィールドレンズ３１を設置してもよい。

なお、フィールドレンズ３１を用いずに、マイクロレンズアレイ１５ｂ上のマイクロレンズ位置に応じて画素配置をずらして配置してもよい。あるいは図１８に示すように、マイクロレンズｍｉの像高ｈに応じて射出瞳２１ａに対応する画素をΔ(ｈ)だけ変更するようにしてもよい。

以上説明したように、一実施の形態と変形例によれば、撮影レンズ２１の予定焦点面１５ａから所定距離Ｌだけ離れた位置に、複数のマイクロレンズｍｉを所定ピッチＰｍで配列したマイクロレンズアレイ１５ｂと、マイクロレンズアレイ１５ｂの各マイクロレンズｍｉ(ｉ＝０，１，２，・・)ごとに複数の光電変換素子（画素）ａｉ〜ｊｉを有する受光部ｐｉを配列し、各マイクロレンズｍｉを介して予定焦点面１５ａ上の像を受光する焦点検出センサー１５ｃと、焦点検出センサー１５ｃの複数の受光部ｐｉの複数の画素の出力信号から、撮影レンズ２１の射出瞳面２１ａの互いに異なる一対の焦点検出用領域を通過した一対の光束によって結像される一対の像に対応する第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝(ｉ＝０，１，２，・・)を抽出する複数像列作成部１５ｆと、複数像列作成部１５ｆにより抽出された第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝に基づいて、位相差検出方式により撮影レンズ２１の焦点調節状態を演算する像ズレ量演算部１５ｇおよびデフォーカス量演算部１５ｈとを備えたので、マイクロレンズ方式の焦点検出において焦点検出精度を向上させることができる。

また、一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、受光部ｐｉごとに、複数の画素出力を抽出して一方の信号を生成するとともに、抽出した画素出力と異なる複数の画素出力を抽出して他方の信号を生成し、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出するようにしたので、マイクロレンズ方式の焦点検出において焦点検出精度を向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、受光部ｐｉごとに、当該受光部ｐｉと隣接受光部ｐi+１の複数の画素出力の中から、複数の画素出力を抽出して一方の信号を生成するとともに、抽出した画素出力と異なる複数の画素出力を抽出して他方の信号を生成し、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出するようにしたので、マイクロレンズ方式の焦点検出において焦点検出精度を向上させるとともに、焦点検出の安定性を向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、受光部ｐｉごとに、複数の画素出力を抽出して一方の信号を複数生成するとともに、抽出した画素出力と異なる複数の画素出力を抽出して他方の信号を複数生成し、複数の受光部ｐｉから一対の信号列｛ｘｉ，ｙｉ｝を抽出するようにしたので、マイクロレンズ方式の焦点検出において焦点検出精度をさらに向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、受光部ｐｉごとに、当該受光部ｐｉと隣接受光部ｐi+１の複数の画素出力の中から、複数の画素出力を抽出して一方の信号を複数生成するとともに、抽出した画素出力と異なる複数の画素出力を抽出して他方の信号を複数生成し、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出するようにしたので、マイクロレンズ方式の焦点検出における焦点検出精度と焦点検出の安定性をさらに向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、受光部ｐｉごとに、複数の画素出力を加算して一方の信号とするとともに、抽出した画素出力と異なる複数の画素出力を加算して他方の信号とし、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出するようにしたので、画素出力のＳ／Ｎ比が向上し、被写体が暗い場合やデフォーカス量が大きい場合でも焦点検出が可能となり、焦点検出における信頼性を向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、受光部ｐｉごとに、当該受光部ｐｉと隣接受光部ｐi+１の複数の画素出力の中から、複数の画素出力を加算して一方の信号とするとともに、抽出した画素出力と異なる複数の画素出力を加算して他方の信号とし、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出するようにしたので、画素出力のＳ／Ｎ比が向上し、被写体が暗い場合やデフォーカス量が大きい場合でも焦点検出が可能となり、焦点検出における信頼性をさらに向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、予定焦点面１５ａには各マイクロレンズｍｉによって各マイクロレンズｍｉに対応する受光部ｐｉの複数の画素の像が逆投影され、予定焦点面１５ａにおいてマイクロレンズｍｉの配列ピッチＰｍの中に画素の像が２個以上入るように、マイクロレンズｍｉの曲率および／またはマイクロレンズｍｉと受光部ｐｉとの距離を設定するようにしたので、マイクロレンズ方式の焦点検出において焦点検出精度をさらに向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、マイクロレンズｍｉとマイクロレンズｍi+１との間に仮想のマイクロレンズｍi+0.5を想定するとともに、受光部ｐｉと受光部ｐi+１との間に複数の画素を有する仮想の受光部ｐi+0.5を想定し、仮想の受光部ｐi+0.5の複数の画素の出力を隣接する受光部ｐｉ、ｐi+１の画素の出力に基づいて推定し、仮想の受光部ｐi+0.5を含むすべての受光部ｐｉごとに、複数の画素出力を抽出して一方の信号を生成するとともに、抽出した画素出力と異なる複数の画素出力を抽出して他方の信号を生成し、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出するようにしたので、マイクロレンズ方式の焦点検出において焦点検出精度を向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、マイクロレンズｍｉとマイクロレンズｍi+１との間に仮想のマイクロレンズｍi+0.5を想定するとともに、受光部ｐｉと受光部ｐi+１との間に複数の画素を有する仮想の受光部ｐi+0.5を想定し、仮想の受光部ｐi+0.5の複数の画素の出力を隣接する受光部ｐｉ、ｐi+１の画素の出力に基づいて推定し、仮想の受光部ｐi+0.5を含むすべての受光部ｐｉごとに、当該受光部ｐｉと隣接受光部ｐi+0.5、ｐi+１、・・の複数の画素出力の中から、複数の画素出力を抽出して一方の信号を生成するとともに、抽出した画素出力と異なる複数の画素出力を抽出して他方の信号を生成し、複数の受光部ｐｉから第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝を抽出するようにしたので、マイクロレンズ方式の焦点検出において焦点検出精度をさらに向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、撮影レンズ２１の射出瞳面２１ａの互いに異なる一対の焦点検出用領域を通過した一対の光束によって結像される一対の像のズレ量が大きいほど、受光部ｐｉ側から一対の焦点検出用領域を睨む開角が小さくなるように、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を変更するようにしたので、一対の像ズレ量が大きいときは大きい開角の信号列抽出方法によって検出不能になることなく確実に焦点検出を実行し、一対の像ズレ量が小さくなったら小さい開角の信号列抽出方法によって正確な焦点検出結果が得られ、マイクロレンズ方式の焦点検出における信頼性と検出精度を向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、複数像列作成部１５ｆによって、撮影レンズ２１の開放Ｆ値が大きいほど、受光部ｐｉ側から一対の焦点検出用領域を睨む開角が小さくなるように、第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を変更するようにしたので、開放Ｆ値が大きな暗いレンズを用いる場合でも確実に精度よく焦点検出を行うことができる。

さらに、上述した一実施の形態とその変形例の焦点検出装置をカメラに装備することによって、撮影レンズの焦点調節における精度、安定性、信頼性を向上させることができる。

一実施の形態の焦点検出装置を備えたカメラの横断面図 一実施の形態の焦点検出装置の詳細な構成を示す図 結像光学系（撮影レンズなど）の撮像面と、焦点を検出する焦点検出装置の焦点検出面（結像光学系の予定焦点面）との共役関係を模式的に表した図 マイクロレンズの並びのピッチより細かい画像のサンプリングが可能とする構成を説明する図 一実施の具体的形態である一対の出力信号列、すなわち第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を説明する図 一実施の形態の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の他の抽出方法を説明する図 第１の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を説明する図 第１の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の他の抽出方法を説明する図 第２の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を説明する図 第２の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を説明する図 第２の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の他の抽出方法を説明する図 第３の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を説明する図 第３の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の他の抽出方法を説明する図 第３の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の他の抽出方法を説明する図 第４の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の抽出方法を説明する図 第４の変形例の第１信号列｛ｘ[ｉ] ｝と第２信号列｛ｙ[ｉ] ｝の他の抽出方法を説明する図 第５の変形例の焦点検出光学系を示す図 第５の変形例の他の焦点検出光学系を示す図

符号の説明

１５ 焦点検出装置
１５ａ 焦点検出面（撮影レンズ２１の予定焦点面）
１５ｂ マイクロレンズアレイ
１５ｃ 焦点検出センサー
１５ｅ ＣＰＵ
１５ｆ 複数像列作成部
１５ｇ 像ズレ量演算部
１５ｈ デフォーカス量演算部
２１ 撮影レンズ
ｍｉ（ｉ＝０，１，２，・・） マイクロレンズ
ｐｉ（ｉ＝０，１，２，・・） 受光部
ａｉ〜ｊｉ（ｉ＝０，１，２，・・） 光電変換素子（画素）

Claims (9)

1. 結像光学系の予定焦点面から所定距離離間した位置に複数のマイクロレンズを所定の配列ピッチで配列したマイクロレンズアレイと、
   前記結像光学系と前記マイクロレンズアレイとを介した光束を検出するように、前記各マイクロレンズに対して配置された複数の受光部を有する受光部アレイと、
   前記マイクロレンズごとに、前記複数の受光部で得られる受光信号からそれぞれ少なくとも２つの受光信号を選択して第１信号列を作成するとともに、前記マイクロレンズごとに、前記受光信号のうち前記第１信号列とは異なる少なくとも２つの受光信号を選択して第２信号列を作成する信号列抽出手段と、
   前記第１信号列で示される波形の位相と前記第２信号列で示される波形の位相とのずれを求める位相差検出手段と、
   前記ずれに基づいて、前記予定焦点面における前記結像光学系の結像状態を検出する結像状態検出手段と、を備え、
   前記予定焦点面と前記複数のマイクロレンズアレイとの間の前記所定距離は、前記各マイクロレンズによって前記予定焦点面に投影された前記複数の受光部の投影像が前記マイクロレンズの配列ピッチの間隔内に複数位置するように、定められてい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であって、
   前記各マイクロレンズの前記複数の受光部は、前記結像光学系の互いに異なった瞳部分をそれぞれ通過した光束を受光し、
   前記第１信号列の作成のために選択された前記２つの受光信号を出力する受光部は、互いに隣接した第１及び第２の瞳部分を通過した光束をそれぞれ受光し、
   前記第２信号列の作成のために選択された前記２つの受光信号を出力する受光部は、互いに隣接した第３及び第４の瞳部分を通過した光束をそれぞれ受光することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項２に記載の焦点検出装置であって、
   前記第１及び第２の瞳部分と前記第３及び第４の瞳部分とは、前記結像光学系の光軸に関して、ほぼ対称な位置に位置していることを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項２に記載の焦点検出装置であって、
   前記各マイクロレンズの前記複数の受光部は、前記結像光学系の互いに異なった瞳部分をそれぞれ通過した光束を受光し、
   前記信号列抽出手段は、前記第１信号列及び前記第２信号列をそれぞれ作成するために
   少なくとも３つの受光信号をそれぞれ選択し、
   前記第１信号列の作成のために選択された前記３つの受光信号を出力する受光部は、互いに隣接した第１、第２、及び第３の瞳部分を通過した光束をそれぞれ受光し、
   前記第２信号列の作成のために選択された前記３つの受光信号を出力する受光部は、互いに隣接した第４、第５、及び第６の瞳部分を通過した光束をそれぞれ受光することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項４に記載の焦点検出装置であって、
   前記第１及び第２の瞳部分は、前記結像光学系の光軸を挟んで一方側に位置し、前記第３の瞳部分は、前記結像光学系の光軸を挟んで他方側に位置し、
   前記第４及び第５の瞳部分は、前記結像光学系の光軸を挟んで前記他方側に位置し、前記第６の瞳部分は、前記結像光学系の光軸を挟んで前記一方側に位置し、
   前記第１及び第２の瞳部分と前記第４及び第５の瞳部分とは、前記結像光学系の光軸に関して、ほぼ対称な位置に位置し、
   前記第３の瞳部分と前記第６の瞳部分とは、前記結像光学系の光軸に関して、ほぼ対称な位置に位置することを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項４に記載の焦点検出装置であって、
   前記第１、第２及び第３の瞳部分は、前記結像光学系の光軸を挟んで一方側に位置し、
   前記第４、第５及び第６の瞳部分は、前記結像光学系の光軸を挟んで他方側に位置し、
   前記第１、第２及び第３の瞳部分と前記第４、第５及び第６の瞳部分とは、前記結像光学系の光軸に関して、ほぼ対称な位置に位置することを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項４に記載の焦点検出装置であって、
   前記各マイクロレンズの前記複数の受光部は、前記結像光学系の互いに異なった瞳部分をそれぞれ通過した光束を受光し、
   前記信号列抽出手段は、前記第１信号列及び前記第２信号列をそれぞれ作成するために少なくとも３つの受光信号をそれぞれ選択し、選択された複数の受光信号の一部について平均値を算出して、前記平均値を前記第１及び第２信号列の一部とすることを特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項１に記載の焦点検出装置であって、
   前記各マイクロレンズの前記複数の受光部は、前記結像光学系の互いに異なった瞳部分をそれぞれ通過した光束を受光し、
   前記信号列抽出手段は、前記結像光学系のＦ値が所定値以下である場合に、前記結像光学系の光軸から相対的に離れた瞳部分を通過した光束を受光する受光部の受光信号を選択し、前記結像光学系のＦ値が所定値より大きい場合に、前記結像光学系の光軸に相対的に近い瞳部分を通過した光束を受光する受光部の受光信号を選択することを特徴とする焦点検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   結像光学系と、
   撮像素子と、を備えたことを特徴とする撮像装置。

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