JP5867996B2 - 焦点検出装置及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は焦点検出装置及びそれを有する撮像装置に関する。

現在、一般的なスチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置は自動焦点検出（ＡＦ）機能を有している。また、自動焦点検出方式としてコントラスト検出方式及び位相差検出方式が広く用いられている。このうち位相差検出方式は、一対のラインセンサから得られる信号の位相差から、三角測量の原理を用いて被写体までの距離（あるいはデフォーカス量）を検出する。この検出結果に基づいて、撮像レンズが有するフォーカスレンズの位置を制御することにより、被写体に撮像レンズの焦点を合わせることができる。

位相差検出方式を実現するための具体的な構成として、撮像レンズに入射した光をラインセンサで受光するいわゆるＴＴＬ方式と、撮像レンズ以外の経路で入射した光をラインセンサで受光するいわゆる外測ＡＦ方式の２種類が知られている。前者はラインセンサの出力信号の位相差に基づいてデフォーカス量が検出でき、後者は被写体距離を検出可能である。

さらに、近年では位相差検出方式による自動焦点検出の精度向上のために、画素が千鳥配列されたラインセンサを用いる焦点検出装置が実用化されている。画素が千鳥配列されたラインセンサとは、複数の単位ラインセンサを画素方向と直交する方向に、かつ画素方向に０．５画素ずらして隣接させた構成を有する。特許文献１では、画素が千鳥配列されたラインセンサを用い、単位ラインセンサで得られる像信号を合成もしくは個別に用いて位相差検出を行うことで、焦点検出精度を向上させることが提案されている。

一方で、外測ＡＦ方式においては、焦点検出を行う光学系（焦点検出光学系）が、撮像する被写体像を結像する光学系（撮像光学系）と異なる位置に設けられるため、両者に視差（パララクス）が生じ、撮像エリアと焦点検出エリアとが一致しない。このパララクスによって、撮像光学系の視野内で焦点検出領域として使用できる領域が制限されるのが一般的である。このようなパララクスの影響を低減するために、撮像装置の製造過程において、所定の距離に被写体を想定し、撮像光学系の視野の中央と焦点検出光学系の視野の中央が合致するように視差調整を行っている。この視差調整により、撮像光学系の視野内の被写体に対して外測ＡＦ方式による焦点検出が実現されている。

特開２００６−１３３５１５号公報

しかし、画素が千鳥配列されたラインセンサを外測ＡＦ方式で用いる場合、撮像光学系と焦点検出光学系の視野の中央が合致するように視差調整を行うと、撮像光学系の画角（可変である場合）や、被写体距離によって焦点検出精度が低下する場合がある。
例えば、２列の単位ラインセンサが隣接配置されたラインセンサを考える。この場合、撮像光学系の視野の中央と焦点検出光学系の視野の中央を合致させると、焦点検出光学系の視野の中央は単位ラインセンサの境界上となる。一般的には、焦点を合わせたい主被写体が視野の中央に位置するように撮像されるため、撮像光学系の視野の中央が単位ラインセンサの境界上にある場合、主被写体の像は上下の単位ラインセンサに分割して受光される。撮像光学系の画角が狭くなると、撮像光学系の視野に対応する単位ラインセンサの画素数が少なくなるため、焦点検出精度が低下しやすくなるが、主被写体像が上下の単位ラインセンサに分割されて受光されることで、焦点検出精度の低下がより起こりやすくなる。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされたもので、各々が複数の単位ラインセンサから構成される一対のラインセンサを有する外測ＡＦセンサユニットを用いた焦点検出装置の焦点検出精度を改善することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の焦点検出装置は、撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置であって、焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが形成する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサと、一対のラインセンサにより光電変換された被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する検出手段と、を有し、一対のラインセンサの各々は、複数の画素を有する単位ラインセンサを、当該複数の画素の並び方向と直交する方向に、かつ隣接する単位ラインセンサ間において画素の並びがずれるように複数隣接配置した構成を有し、撮像光学系の光軸と焦点検出光学系の光軸とが、予め定められた被写体距離において交わるように調整され、一対のラインセンサの各々において、複数の単位ラインセンサのいずれか１つの中央が、予め定められた被写体距離における撮像光学系の視野の中央と合致するように、一対のラインセンサが配置される、ことを特徴とする。

このような構成により、本発明によれば、各々が複数の単位ラインセンサから構成される一対のラインセンサを有する外測ＡＦセンサユニットを用いた焦点検出装置の焦点検出精度を改善することができる。

本発明の実施形態に係る焦点検出装置を適用可能な撮像装置の例としてのビデオカメラの構成例を示すブロック図。 図１の外測ＡＦセンサユニットの構成例を示す図。 本発明の実施形態における撮像光学系と焦点検出光学系の位置関係の例を示す図。 本発明の実施形態における、焦点検出光学系と撮像光学系の視野調整の方法を説明する図。 本発明の実施形態における、被写体距離が変化した場合の撮像光学系の視野の中央と、ラインセンサの配置について説明する図。 図５に示すラインセンサの配置を行った際に、撮像光学系の画角が変化した場合の撮像光学系の視野の中央と焦点検出光学系の視野との関係を説明する図。 本発明の実施形態における外測ＡＦセンサユニット１３０による焦点検出動作を説明するフローチャート。 本発明の実施形態におけるラインセンサの配置を撮像光学系と図３（ｄ）に示す位置関係を有する外測ＡＦセンサユニットに適用した場合の、被写体距離に応じた撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野の位置関係について説明する図。 外測ＡＦセンサユニット１３０のラインセンサ１３２が３つ以上の単位ラインセンサから構成される場合のラインセンサの配置について説明する図。

以下、図面を参照して本発明の例示的な実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る外測ＡＦ方式の焦点検出装置を適用した撮像装置の一例としてのデジタルビデオカメラ１０の構成例を示すブロック図である。

レンズユニット１００は撮像光学系を構成し、被写体側（光側）から順に、固定レンズ１０１、変倍レンズ１０２、絞り１０３、固定レンズ１０４及びフォーカスレンズ１０５が配置されている。なお、これらの個々のレンズは、図では１枚のレンズとして記載しているが、複数のレンズから構成されていてもよい。
位置エンコーダ１０８は、変倍レンズ１０２の倍率、絞り１０３の大きさ（絞り値）、及びフォーカスレンズ１０５の位置を検出する。

変倍レンズ１０２はズームモータ（ＺＭ）１０６により光軸方向に駆動され、フォーカスレンズ１０５はフォーカスモータ（ＦＭ）１０７により光軸方向に駆動される。これらズームモータ１０６及びフォーカスモータ１０７はそれぞれ、ズーム駆動回路１２０及びフォーカス駆動回路１２１からの駆動信号を受けて動作する。

撮像素子１０９は例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサである。撮像素子１０９は、レンズユニット１００に入射した光によって形成された、撮像範囲内の被写体像を複数の光電変換素子によって画素ごとの電気信号に変換する。信号処理回路１１９は、撮像素子１０９が出力する電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換処理、増幅処理、ホワイトバランス処理、色補間処理、ガンマ補正処理、等の各種信号処理を施し、所定フォーマットの画像データを生成する。画像データは表示装置１１４に出力されたり、半導体メモリ、光ディスク、ハードディスク等の記録メディア１１５に記録されたりする。

操作スイッチ群１１１には、電源スイッチや、録画動作や再生動作を開始及び停止させるスイッチ、動作モードを選択するためのスイッチ、レンズユニット１００のズーム倍率（画角）を変化させるズームスイッチ等が設けられている。電源スイッチが操作されると、不揮発性メモリ１１３に格納されているプログラムの一部がＲＡＭ１１２にロードされ、ＣＰＵ１１０がＲＡＭ１１２にロードされたプログラムを実行することにより、ビデオカメラの各部の動作を制御する。本実施形態のビデオカメラは外測ＡＦの他に、撮像素子１０９で撮像された画像の一部（焦点検出エリア）の画像データのコントラストがピークとなる位置を探索することによって自動焦点検出するコントラストＡＦが可能であるとする。コントラストＡＦでは、撮像と焦点検出エリアの画像データからのコントラスト検出とをフォーカスレンズを微少量ずつ移動させながら繰り返し実行しながらコントラストが最高となる合焦ピークを探索する、いわゆる山登り制御によって合焦位置の探索が行われる。

デジタルビデオカメラ１０には、レンズユニット１００（撮像光学系）と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する外測ＡＦセンサユニット１３０が設けられている。視野調整された予め定められた被写体距離で光軸が交差する以外、レンズユニット１００と外測ＡＦセンサユニット１３０の光軸は重複しない。外測ＡＦセンサユニット１３０は、光軸が平行な一対の結像レンズ１３１（焦点検出光学系）と、一対のラインセンサ１３２とを有している。ラインセンサ１３２は、複数の受光素子（画素）が一列に並べられて構成されており、その詳細については図２を参照して後述する。ラインセンサ１３２には、固定焦点距離ｆの結像レンズ１３１を通って（すなわち撮像光学系であるレンズユニット１００を通らずに）被写体光が入射する。被写体像はラインセンサ１３２において光電変換された後、て、図示しないＡ／Ｄ変換器によってデジタルデータに変換される。ラインセンサ１３２を構成する一対のラインセンサから得られる一対のデジタルデータと周知な手法とを用いて、ＣＰＵ１１０は被写体距離、相関量、信頼度などを算出する。ＣＰＵ１１０はこれらの算出結果に基づき、フォーカス駆動回路１２１に対してフォーカスレンズ１０５を移動すべき位置を与え、フォーカスレンズ１０５の位置を制御することで、外測ＡＦを実現している。

次に、図２を用いて外測ＡＦセンサユニット１３０の構成例について説明する。
図２（ａ）において、被写体２０１は、撮影範囲（被写界）に含まれる被写体のうち、焦点検出を行う被写体である。結像レンズ１３１は、光軸が平行な第１及び第２の結像レンズ２０２Ａおよび２０２Ｂが一体形成された構成を有する。また、ラインセンサ１３２は、第１及び第２のラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂとを有している。

第１の結像レンズ２０２Ａによる被写界像が一対のラインセンサの一方である第１のラインセンサ２０３Ａで、第２の結像レンズ２０２Ｂによる被写界像が一対のラインセンサの他方である第２のラインセンサ２０３Ｂでそれぞれ検出される。第１及び第２のラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂは個々の被写界像を光電変換し、被写界像の輝度に対応した電気信号を出力する。第１のラインセンサ２０３Ａが出力する電気信号をＡ像信号、第２のラインセンサ２０３Ｂが出力する電気信号をＢ像信号と呼ぶ。

第１及び第２の結像レンズ２０２Ａと２０２Ｂ、第１及び第２のラインセンサ２０３Ａと２０３Ｂは、それぞれ予め定められた基線長Ｂだけ互いに離れて設置されている。そのため、第１及び第２のラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂから得られるＡ像信号及びＢ像信号を用い、三角測量の原理に基づいて被写体距離Ｌを測定することができる。

図２（ｂ）は、第１のラインセンサ２０３Ａをさらに詳細に示したものである。第１のラインセンサ２０３Ａは、２つの単位ラインセンサ２０４Ａ及び２０５Ａが、画素の並び方向と直交する方向（紙面上下方向）に、画素の並び方向に画素が１／２ピッチずれるように隣接配置された構成を有する。また、単位ラインセンサ２０４Ａ及び２０５Ａはそれぞれ９９個の長方画素が画素ピッチｐで一方向に配置された構成を有する。第１のラインセンサ２０３Ａはさらに、電荷蓄積を制御するためのディジタル回路（不図示）を有し、一つの画素での蓄積電荷量が所定値に達すると他の画素の蓄積動作も停止するように構成されている。なお、第２のラインセンサ２０３Ｂも、第１のラインセンサ２０３Ａと同様に２つの単位ラインセンサ２０４Ｂ及び２０５Ｂから構成されている。

図３に、本実施形態のデジタルビデオカメラ１０における、レンズユニット１００および撮像素子１０９と、外測ＡＦセンサユニット１３０とが取りうる位置関係の例を示す。 図３（ａ）は、デジタルビデオカメラ１０の筐体と、レンズユニット１００及び外測ＡＦセンサユニット１３０との位置関係の例を示している。図３（ｂ）〜図３（ｄ）は、デジタルビデオカメラ１０を正面から（矢印ａで示す方向から）見た場合のレンズユニット１００と外測ＡＦセンサユニット１３０の配置関係の例を示している。具体的には、図３（ｂ）は、レンズユニット１００と外測ＡＦセンサユニット１３０の光軸が水平線上に並ぶように配置された例を示す。また、図３（ｃ）は、レンズユニット１００の真下に外測ＡＦセンサユニット１３０が配置された例を示す。図３（ｄ）は、レンズユニット１００の斜め下方に外測ＡＦセンサユニット１３０が配置された例を示す。実際には図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示す例のいずれかが採用されることが多い。

次に図４を参照して、焦点検出光学系（結像レンズ１３１）と撮像光学系（レンズユニット１００）の視野調整の方法を説明する。図４（ａ）は、未調整の状態を示し、両光学系の光軸が平行な状態を示している。一方図４（ｂ）は、距離Ｍの位置に存在する被写体４０１の像信号に基づいて視野調整を行った状態を示している。このように、外測ＡＦセンサユニット１３０の光軸が、被写体距離Ｍにおいてレンズユニット１００の光軸と交わるよう、外測ＡＦセンサユニット１３０の光軸を角度θだけ傾ける。視野調整はデジタルビデオカメラ１０の製造過程で行われ、外測ＡＦセンサユニット１３０の光軸の角度は固定される。

なお、図４では説明の簡略化のため、図３（ｂ）や図３（ｃ）の場合のように、２次元空間内での光軸角度を調整すれば足りる場合を示している。例えば図３（ｄ）のように１直線上に全ての光軸が並ばない場合には、外測ＡＦセンサユニット１３０の光軸の方向を３次元的に調整する場合もある。以下の説明では、図３（ｂ）に示すように、レンズユニット１００と外測ＡＦセンサユニット１３０とが水平線上に光軸が並ぶように配置された構成であるものとする。

次に、図５を用いて、本実施形態における、被写体距離が変化した場合の撮像光学系の視野の中央と、ラインセンサの配置について説明する。なお、ここでは、撮像光学系（レンズユニット１００）の画角は一定であるとする。
図５（ａ）に、図４を参照して説明したような、距離Ｍの被写体５０１＿Ｍを基準として視野調整された状態のデジタルビデオカメラ１０を示す。図５（ａ）にはまた、レンズユニット１００の光軸上の距離Ｎ，Ｍ，Ｆ（Ｎ＜Ｍ＜Ｆ）に位置する球状かつ同一の被写体５０１＿Ｆ、５０１＿Ｍ、５０１＿Ｎを示す。

まず、本実施形態では被写体距離Ｍにおいて視野調整を行うものとしているため、被写体距離Ｍに対応する図５（ｃ）を参照して本実施形態における撮像光学系の視野の中央とラインセンサの配置について説明する。
図５（ｃ）において、撮像光学系であるレンズユニット１００の視野５０２の中央に距離Ｍの被写体５０１＿Ｍが見えている。また、焦点検出光学系の視野のうち、単位ラインセンサ２０４Ａ及び２０５Ａの視野２０４Ａ’及び２０５Ａ’を点線で示す。

被写体距離（距離Ｍ）において、撮像光学系の視野の中央と、焦点検出光学系の視野の中央が合致するように視野調整を行う。この際、図５（ｃ）に示すように、撮像光学系の視野の中央と、ラインセンサ２０３Ａ（２０３Ｂ）の上方の単位ラインセンサ２０４Ａ（２０４Ｂ）の視野の中央とが合致するようにラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂを配置する。これにより、ラインセンサ２０３Ａ（２０３Ｂ）の下方の単位ラインセンサ２０５Ａ（２０５Ｂ）の視野２０５Ａ’及び２０５Ｂ’は、撮像光学系の視野の中央よりも下方に位置するようになる。

ラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂがこのように配置された状態で、被写体距離がＦおよびＮとなった場合の撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野との関係を、図５（ｂ）及び図５（ｄ）に示す。図５（ｂ）に示すように、視野調整を行った距離よりも被写体距離が遠い場合、撮像光学系の画角が一定のため被写体５０１＿Ｍよりも小さく見えるが、撮像光学系の視野５０２における被写体位置は変わらない（レンズユニット１００の光軸上に位置するため）。しかし、焦点検出光学系の視野における位置は水平左方向に移動する。

また、図５（ｄ）に示すように、視野調整を行った距離よりも被写体距離が近い場合、撮像光学系の画角が一定のため被写体５０１＿Ｍよりも大きく見えるが、撮像光学系の視野５０２における被写体位置は変わらない。しかし、焦点検出光学系の視野における位置は水平右方向に移動する。

このように、レンズユニット１００と外測ＡＦセンサユニット１３０の光軸が水平線上に並ぶように配置されている場合、被写体距離の変化により、焦点検出光学系の視野における被写体位置は水平方向に移動する。

次に、図６を用いて、図５（ｃ）を用いて説明したような視野調整が行われている際に、撮像光学系の画角（焦点距離）が変化した場合の撮像光学系の視野の中央と焦点検出光学系の視野との関係を説明する。なお、ここでは、被写体距離は一定（Ｍ）であるとする。また、図５と同じ要素には同じ参照数字を付してある。

撮像光学系（レンズユニット１００）の焦点距離を短い方（ワイド側）から（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に焦点距離が長い方（テレ側）に変化させた場合の撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野との関係をそれぞれを示している。
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、被写体５０１＿Ｍの撮像光学系の視野５０２における位置は変わらない。また、被写体５０１＿Ｍの焦点検出光学系の視野における位置も変わらない。

しかし、撮像光学系の視野５０２の大きさと、焦点検出光学系の視野の大きさとの関係は大きく変化する。特に撮像光学系の焦点距離が長く（視野が狭く）なるほど、図６（ｃ）に示すように、撮像光学系の視野が焦点検出光学系の視野に占める割合が小さくなる。なお、ここでは図６（ａ）〜図６（ｃ）に対応する具体的な焦点距離について記載していないが、図６に示す現象は基本的にどのような焦点距離においても生じる。

従来の視野調整方法（あるいはラインセンサ配置方法）では、図６（ｃ）の点線６０１で示す位置が単位ラインセンサ（及びその視野）の境界となるため、被写体５０１＿Ｍの像は上下の単位ラインセンサで一部ずつが検出され、明確な像信号が得られにくい。

上述の通り、本実施形態では、焦点検出光学系の視野の中央と撮像光学系の視野の中央を合致させた際に、単位ラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂの中央と撮像光学系の視野の中央が合致するようにラインセンサを配置する。そのため、撮像光学系の画角が変化しない場合は勿論、画角が変化する場合であっても、撮像光学系の視野の中央に存在する被写体の像を１つの単位ラインセンサでより多く受光できやすくなり、焦点検出に用いる像信号の質を向上させることができる。

特に、撮像光学系の画角が狭くなると、ラインセンサが有する画素のうち撮像光学系の視野に対応する画素の数が少なくなるため、質のよい像信号を得ることは精度のよい焦点検出結果を得るために重要である。その点、本実施形態の構成は有利である。

次に、本実施形態における外測ＡＦセンサユニット１３０による焦点検出動作を、図７のフローチャートを用いて説明する。
例えばデジタルビデオカメラ１０の電源が投入され、録画スタンバイ状態となった場合など、予め定められた状態になると、焦点検出動作が開始する。

Ｓ７０２でＣＰＵ１１０は外測ＡＦセンサユニット１３０に対して蓄積開始を指示し、ラインセンサ１３２での電荷蓄積が開始される。いずれかの画素における蓄積電荷量（電圧）が所定値に達すると、外測ＡＦセンサユニット１３０が有する制御回路により全画素の電荷蓄積動作が自動的に終了される（Ｓ７０３）。ここで、所定値は、飽和電荷量に近い任意の値に設定される。

Ｓ７０４でＣＰＵ１１０は、ラインセンサ１３２で蓄積された各画素の電荷量をＡ／Ｄ変換し、被写体輝度に応じたＡ像信号およびＢ像信号を得る。本実施形態では、ラインセンサ２０３Ａ及び２０３Ｂがそれぞれ、９９画素の単位ラインセンサ２つから構成されているため、Ｓ７０４では３９６画素分の画素データが読み出される。

Ｓ７０５でＣＰＵ１１０は、Ａ像信号及びＢ像信号の各々を、連続する３３画素分の信号区間を１エリアとする６エリアに分割し、対応するエリア毎にＡ像信号とＢ像信号の相関演算を行う。ＣＰＵ１１０は、対応するエリア毎にそのエリアのＡ像信号及びＢ像信号が最も一致するシフト量（位相差）を算出し、三角測距の原理に基づいて被写体距離を算出する。この演算は周知の方法を用いて行うことができるため、詳細は省略する。

ここでは、上下に隣接配置された２つの単位ラインセンサのうち、中央が撮像光学系の視野の中央と合致するように配置された一方の単位ラインセンサ２０４Ａ及び２０４Ｂを主単位ラインセンサ、他方の単位ラインセンサを副単位ラインセンサと呼ぶ。
また、主単位ラインセンサが有する９９画素を連続する３３画素毎に３分割した各エリアを左からＭＬエリア、ＭＣエリア、ＭＲエリア、副単位ラインセンサの対応するエリアをそれぞれＳＬエリア、ＳＣエリア、ＳＲエリアと呼ぶ（図６（ｂ）参照）。

Ｓ７０５でＣＰＵ１１０は、Ａ像信号及びＢ像信号におけるこの６エリアの各々について位相差を個別に算出することにより、エリア毎の被写体距離を算出する。Ｓ７０６においてＣＰＵ１１０は、エリア毎に算出した位相差（被写体距離）の確からしさ、つまり信頼度を、Ａ像信号とＢ像信号の一致度に基づいて算出する。一致度はどのように算出してもよいが、例えば、検出した位相差を適用した後の像信号間の差分が小さいほど一致度が高いと見なすことができる。

Ｓ７０７でＣＰＵ１１０は、主単位ラインセンサと副単位ラインセンサの対応エリア毎に、Ｓ７０６で計算された信頼度を評価する。そして、ＣＰＵ１１０は、対応するエリア（例えばＭＬエリアとＳＬエリア）において算出された位相差の信頼度がいずれも高い場合（Ｓ７０８，Ｙ）には、さらに、位相差（またはに対応する被写体距離）の差が所定値未満かどうか判別する（Ｓ７０９）。両方の条件を満たしていると判別されれば、ＣＰＵ１１０は処理をＳ７１０へと移行させ、対応するエリア（ＭＬエリアとＳＬエリア）で得られた算出結果を平均した値をエリアＬにおける焦点検出結果とする。

一方、対応するエリアで算出された位相差の信頼度がいずれも高い（Ｓ７０８，Ｙ）が、それぞれの位相差（またはに対応する被写体距離）の差が所定値以上である場合（Ｓ７０９，Ｎ）、ＣＰＵ１１０はＳ７１１に処理を移行させる。そして、Ｓ７１１でＣＰＵ１１０は、主単位ラインセンサ（ＭＬエリア）で得られた算出結果をエリアＬにおける焦点検出結果とする。

また、対応するエリア（例えばＭＬエリアとＳＬエリア）において算出された位相差の信頼度の一方のみが高い場合（Ｓ７０８，Ｎ及びＳ７１２，Ｙ）、ＣＰＵ１１０は信頼度の高いエリアで得られた算出結果をエリアＬにおける焦点検出結果とする（Ｓ７１３）。

また、対応するエリア（例えばＭＬエリアとＳＬエリア）において算出された位相差の信頼度がいずれも低い場合（Ｓ７１２，Ｎ）、ＣＰＵ１１０はエリアＬにおける焦点検出結果が得られなかったと判別する（Ｓ７１４）。

同様にＭＣエリアとＳＣエリアの比較とＭＲエリアとＳＲエリアの比較も行いそれぞれ測距結果を得る。

Ｓ７１５で焦点検出終了指示が検出されればＣＰＵ１１０は焦点検出処理を終了し、検出されなければＣＰＵ１１０は処理をＳ７０２に戻して上述の処理を繰り返し行う。

なお、本実施形態では各単位ラインセンサをＬ，Ｃ，Ｒの３エリアに分割し、各単位ラインセンサの対応するエリアで算出された焦点検出結果から、最終的な各エリアの焦点検出結果を得ている。しかし、ＭＬエリア、ＭＣエリア、ＭＲエリアとＳＣエリアの４エリア、またはＭＣエリア、ＳＣエリアの２エリアでのみ焦点検出処理を行って、処理時間や消費電力の低減を図ってもよい。

また、各ラインセンサが３つ以上の単位ラインセンサから構成される場合などには、上下の隣接単位ラインセンサの組み合わせは多様になるが、上述の処理を隣接する２単位ラインセンサに順次実行すれば、任意数の単位ラインセンサからなる構成に対応できる。なお、この場合、副単位ラインセンサ同士の処理では、主単位ラインセンサに近い方を主単位ラインセンサと見なせばよい。

本実施形態におけるラインセンサ配置をレンズユニット１００と外測ＡＦセンサユニット１３０とが図３（ｄ）に示した配置関係を有するデジタルビデオカメラ１０に適用した場合の被写体距離に応じた撮像光学系と焦点検出光学系の視野の位置関係を図８に示す。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、それぞれ、図５（ｂ）〜（ｄ）と同様、撮像光学系（レンズユニット１００）の画角を一定にし、被写体距離をＦ，Ｍ，Ｎとした際の撮像光学系の視野と、単位ラインセンサの視野２０４Ａ’及び２０５Ａ’の関係を示している。

この例では、図３（ｄ）に示すように、レンズユニット１００の光軸と外測ＡＦセンサユニット１３０の光軸が斜め方向にずれている。そのため、被写体距離の変化に応じた撮像光学系の視野の中央は、焦点検出光学系の視野に対して図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示した水平方向の移動に加え、上下方向にも移動する。

つまり、焦点調整時の被写体距離Ｍよりも遠い距離Ｆの場合、撮像光学系の視野の中央は斜め左下方に移動する（図８（ａ））。また、焦点調整時の被写体距離Ｍよりも近い距離Ｎの場合、撮像光学系の視野の中央は斜め右上方に移動する（図８（ｃ））。一般的には人物が撮影される場合には被写体距離は短めのことが多い。また、被写体が人であることが多く、その場合には撮像光学系の視野の中央近辺に顔が、その下部には身体があることが多い。そのため被写体距離が短い場合に焦点検出光学系の視野の重心が撮像光学系の視野の中央またはやや下方に重心をあることが好ましい。本実施形態の視野調整方法では、この条件を満たしている。また、画角が変化する場合については図６と同様であり、画角が狭くなった場合の焦点検出精度の低下を抑制できる。

図９は本実施形態の応用例として、外測ＡＦセンサユニット１３０のラインセンサ１３２が３つ以上の単位ラインセンサから構成される場合のラインセンサの配置について説明する図である。
図９（ａ）は３つの単位ラインセンサ、図９（ｂ）は４つの単位ラインセンサ、図９（ｃ）はＸ（Ｘ＞４の整数）の単位ラインセンサから構成されるラインセンサの例と、視野調整後の撮像光学系の視野の中央の位置関係を示している。

９０２から９０４はそれぞれラインセンサの視野を示している。また、撮像光学系（レンズユニット１００）の視野の中央を通る水平線に対応し、撮像光学系の視野の上半分に少なくとも一部が対応する単位ラインセンサの数をＭ、撮像光学系の視野の下半分に少なくとも一部が対応する単位ラインセンサの数をＮとする。

単位ラインセンサの数が３以上の時、Ｍ−１≦Ｎとなるようにし、視野調整後の撮像光学系の視野の中央がいずれかの単位ラインセンサの中央とが合うようにラインセンサを配置することで、上述した効果を得ることができる。図９の例は、Ｍの単位ラインセンサのうち、最下ラインの単位ラインセンサの中央が視野調整後の撮像光学系の視野の中央と合致するように配置した例を示している。

以上説明したように、本実施形態によれば、視野調整された予め定められた被写体距離における撮像光学系の視野の中央が、撮像光学系に含まれるラインセンサを構成する複数の単位ラインセンサのいずれか１つの中央と合致するようにラインセンサを配置する。これにより、複数の画素を有する単位ラインセンサを、画素の並び方向と直交する方向に、かつ隣接する単位ラインセンサ間において画素の並びがずれるように複数隣接配置したラインセンサを用いた外測ＡＦの焦点検出精度や合焦速度を改善することができる。

また、撮像光学系の視野の上半分に少なくとも一部が含まれる単位ラインセンサの中央と撮像光学系の視野の中央とが合致するようにラインセンサを配置すれば、視野調整した被写体距離より近い被写体に対しても安定して焦点検出できる。これは、人物の撮像など、主被写体が撮像光学系の視野の中央から下部に存在する場合において特に有利である。

また、短い被写体距離で視野調整を行った場合、視野調整した被写体距離より遠い被写体に対しては、焦点検出光学系の視野全体が撮像光学系の視野の中央方向に移動するので、撮像光学系の視野の中央に対して適切な焦点検出を行うことができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態においては、所定の被写体距離において撮像光学系と焦点検出光学系の視野調整を行う際に、撮像光学系の視野の中央が焦点検出光学系の単位ラインセンサの１つの中央が合致ようにラインセンサを配置するものとして説明した。しかし、本発明において必ずしも厳密に両者が合致する必要はなく、中央が大凡合致していれば発明の効果を得ることができる。従って、本明細書及び特許請求の範囲において、中央の「合致」とは完全合致に限定解釈されるべきでないことを強調しておく。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (5)

1. 撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置であって、
   前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが形成する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサと、
   前記一対のラインセンサにより光電変換された被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する検出手段と、を有し、
   前記一対のラインセンサの各々は、複数の画素を有する単位ラインセンサを、当該複数の画素の並び方向と直交する方向に、かつ隣接する単位ラインセンサ間において画素の並びがずれるように複数隣接配置した構成を有し、
   前記撮像光学系の光軸と前記焦点検出光学系の光軸とが、予め定められた被写体距離において交わるように調整され、
   前記一対のラインセンサの各々において、前記複数の単位ラインセンサのいずれか１つの中央が、前記予め定められた被写体距離における前記撮像光学系の視野の中央と合致するように、前記一対のラインセンサが配置される、
   ことを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記一対のラインセンサの各々が３以上の単位ラインセンサから構成され、前記撮像光学系の視野の上半分に少なくとも一部が対応する単位ラインセンサの数をＭ、前記撮像光学系の視野の下半分に少なくとも一部が対応する単位ラインセンサの数をＮとすると、Ｍ−１≦Ｎであり、かつ前記撮像光学系の視野の上半分に少なくとも一部が対応する単位ラインセンサのうち最下ラインの単位ラインセンサの中央が、前記予め定められた被写体距離における前記撮像光学系の視野の中央と合致するように、前記一対のラインセンサが配置される、
   ことを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
3. 前記検出手段は、前記一対のラインセンサが有する前記複数の単位ラインセンサのうち、対応する一対の単位ラインセンサの各々により光電変換された被写界像の信号の位相差から得られる被写体距離の差が予め定められた値以上の場合、前記複数の単位ラインセンサのうち、中央が、前記予め定められた被写体距離における前記撮像光学系の視野の中央と合致するように配置された単位ラインセンサにより光電変換された被写界像の信号の位相差から得られる被写体距離を検出結果とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置であって、
   前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが形成する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサと、
   前記一対のラインセンサにより光電変換された被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する検出手段と、を有し、
   前記一対のラインセンサの各々は、複数の画素を有する単位ラインセンサを、当該複数の画素の並び方向と直交する方向に、かつ隣接する単位ラインセンサ間において画素の並びがずれるように複数隣接配置した構成を有し、
   前記撮像光学系の光軸と前記焦点検出光学系の光軸とが、予め定められた被写体距離において交わるように調整され、
   前記予め定められた被写体距離における前記撮像光学系の視野の中央が、前記一対のラインセンサの各々における前記複数の単位ラインセンサの境界に位置しないように、前記一対のラインセンサが配置される、ことを特徴とする焦点検出装置。
5. 前記撮像光学系と、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
   前記検出手段の検出結果によって前記撮像光学系が有するフォーカスレンズを駆動する駆動手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。

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