WO2006129677A1

WO2006129677A1 - 結像状態検出装置

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Publication number: WO2006129677A1
Application number: PCT/JP2006/310811
Authority: WO
Inventors: Ken Utagawa
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2006-12-07
Also published as: EP1887399A1; US7745772B2; EP1887399A4; US20080277566A1

Abstract

　結像光学系の予定焦点面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を有するマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズに対応して複数の受光部を有するとともに、各マイクロレンズを介して予定焦点面上の像を受光する受光部アレイと、複数の受光部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を抽出する信号列抽出手段と、信号列抽出手段により抽出された信号列対の位相のずれを検出することにより、結像光学系の結像状態を求める結像状態演算手段とを備える結像状態検出装置。

Description

明細書

結像状態検出装置

技術分野

[0001] 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に関する。

背景技術

[0002] 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ォーカス信号を生成するものである。

[0003] 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。

なお、焦点検出面とは、フィ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。

特許文献 1 :特開 2002— 174766号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 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 3〜7 mm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ょうとすると、焦点検出面力ゝ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ぐ例えば、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。 [0005] 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ュニットを提供する。

課題を解決するための手段

[0006] 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を有するマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズに対応して複数の受光部を有するとともに、各マイクロレンズを介して予定焦点面上の像を受光する受光部ァレイと、複数の受光部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を抽出する信号列抽出手段と、信号列抽出手段により抽出された信号列対の位相のずれを検出することにより、結像光学系の結像状態を求める結像状態演算手段とを備える。

[0007] このような結像状態検出装置において、信号列抽出手段は、各マイクロレンズに対応する複数の受光部ごとに瞳領域に対応する受光出力を選択することにより信号列対を抽出する。

[0008] 予定焦点面上に逆投影した場合の複数の受光部の各受光部の像のピッチ Pdは、マイクロレンズのピッチ pよりも小さい。所定距離 Lは、マイクロレンズの配列ピッチと瞳領域の大きさとに基づく。

[0009] マイクロレンズの配列ピッチを P、受光部の一つに入射する瞳領域からの光束の F 値を F、瞳領域力もの光束の F値が 2である場合の、瞳領域の数を Qとしたとき、所定

P

距離 Lは、次式で表される。

P X FP>L≥P X FP/ (Q-4)

[0010] 本発明の結像状態検出装置において、各マイクロレンズに対応する複数の受光部を受光部群とし、信号抽出手段は、各マイクロレンズについて、受光部群のそれぞれに対応する一部の受光出力を選択して第 1信号列とするとともに、該第 1信号列として選択した受光出力とは異なる受光出力を選択して第 2信号列とする第 1抽出方式と、受光部群の受光出力を選択して第 1信号列とするとともに、該第 1信号列として選択した受光部群とは異なる受光部群の受光出力を選択して第 2信号列とする第 2抽出方式とを含む。

[0011] 本発明による結像状態検出装置の他の態様では、受光部アレイは、複数の受光部が第 1方向に配列された第 1アレイ群と、第 1方向とは異なる第 2方向に配列された第 2アレイ群とを備え、第 1方向に配列された受光部と該受光部に対応するマイクロレンズとの対と、第 2方向に配列された受光部と該受光部に対応するマイクロレンズとの対とが、市松模様に配置される。

[0012] 複数の受光部が第 1方向に配列された第 1アレイ群と、第 1方向とは異なる第 2方向に配列された第 2アレイ群とを備える結像状態検出装置は、第 1アレイ群と第 2アレイ群とが巿松模様に配置されてもょヽ。

[0013] 複数の受光部が第 1方向に配列された第 1アレイ群と、第 1方向とは異なる第 2方向に配列された第 2アレイ群と備える結像状態検出装置は、第 1アレイ群に対応するマイク口レンズアレイのピッチと、第 2アレイ群に対応するマイクロレンズアレイのピッチを異ならせることができる。

[0014] 複数の受光部が第 1方向に配列された第 1アレイ群と、第 1方向とは異なる第 2方向に配列された第 2アレイ群と備える結像状態検出装置は、第 1アレイ群の各受光部の配列方向の長さを第 2アレイ群の各受光部の配列方向の長さより長くすることができる。

[0015] 受光部アレイは、異なる分光感度特性を有する受光部を含むことができる。また、特定の分光感度特性を有する受光部は、他の分光特性を有する受光部よりも高密度に配列される。

[0016] 複数の受光部が第 1方向に配列された第 1アレイ群と、第 1方向とは異なる第 2方向に配列された第 2アレイ群と備える結像状態検出装置において、第 1アレイ群は異なる分光感度特性を有する複数の受光アレイ群を含み、複数の受光アレイ群のそれぞれは、特定の分光感度特性を有する受光部を含む。さらに、分光特性の異なる受光部は、互いに大きさが異なっている。

[0017] 本発明は、上述した種々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も提供する。さら〖こは、上述した結像状態検出装置におけるマイクロレンズアレイと受光部アレイとを有する受光ユニットも提供する。

発明の効果

[0018] 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焦点検出ユニットを提供できる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]第 1実施形態の電子カメラシステムの構成図である。

[図 2]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 3]焦点検出ユニット 5の拡大図である。

[図 4]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 5]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。

[図 6]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。

[図 7]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 8]焦点検出ユニット 5の具体例 (撮影レンズ 100の F値力「4」であるときの様子）を示す図である。

[図 9]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。

[図 10]撮影レンズ 100の F値が「4」であるときのデフォーカス信号の生成方法を説明する図である。

[図 11]撮影レンズ 100の F値が「8」であるときのデフォーカス信号の生成方法を説明する図である。

[図 12]焦点検出ユニット 5の変形例を示す図である。

[図 13]焦点検出ユニット 5の別の変形例を示す図である。

[図 14]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。

[図 15]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。 [図 16]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。

[図 17]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。

[図 18]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。

[図 19]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。

[図 20]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。

[図 21]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。

[図 22]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。

[図 23]第 1のサンプル方法を説明する図である。

[図 24]信号列のずれを説明する図である。

[図 25]第 2のサンプル方法を説明する図である。

[図 26]第 2のサンプル方法における信号列の選択方法を説明する図である。

[図 27]像ずれ検出動作を説明するフローチャートである。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 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。

[0021] 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 18 2, 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。

[0022] 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!/、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。 [0023] 一対の像の相関演算を行うためには、最低でも 4つ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 20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。

[0024] 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並びピッチを細力べする必要がある力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力べなるように、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、る。

[0025] 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、 PZPd> lとすれば、この条件を満たすことになる。例えば、 P/Pd≥l. 1とすることができ、好ましくは、 PZPd≥l. 5,或いはそれ以上にする。例えば、図 21は、 PZPd=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。

[0026] 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。

[0027] 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 1 87— 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。

[0028] 図 19、 20の例では、部分瞳を 5つとして説明した力この 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値力の場合で、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。

なお、図を簡潔にするため、部分瞳の数を上述の値としている力これに限るものではない。

[0029] 部分瞳の広がり（大きさ） 1S F値相当で Fの光束が、マイクロレンズ下の受光部の

P

配列ピッチに相当する広がりの範囲に入射（幾何学的に）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である。したがって、サンプリングピッ

P

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>LZFで

P

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く P X Fである。

P

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) X LZF≥Pとなるた

P

め、上記距離 Lは、 L≥P X F Z(Q— 4)となる。

P

[0030] [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 (たとえば焦点検出装置)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。

[0031] 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 10 0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。

[0032] 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。

[0033] 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。

[0034] 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ィ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の代わりにフィルムを配置すればよ、。

[0035] 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 1 6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。

[0036] 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のデフォ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ォーカス信号を生成し、そのデフォ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、そのデフォ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。

[0037] 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ツタ速度により、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。

[0038] 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 5 a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。

[0039] 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。

[0040] 像高の高い部分の光線を用いて焦点検出する場合には、光路中（予定焦点面 5a 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。

[0041] 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、た場合の概略正面図である。

[0042] 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力所定方向（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。

[0043] 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を用いた力連続した 1本のラインセンサを用い、 1 2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。

[0044] 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。

[0045] 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。

[0046] 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し 7こ。

[0047] 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, 531

D, …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。 [0048] 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、対応するマイク口レンズ 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。

[0049] 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' , 53 1B，， 531C' , · · ·のピッチ Pdは、ラインセンサ 531による予定焦点面 5a上のサンプルビッチに相当する。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ァレィを配置し、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, 5 31C, · · ·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よりも細力、ピッチ Pdで焦点検出情報を抽出することができる。

[0050] 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。

[0051] 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。

[0052] 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。

[0053] 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力のずれが与えられる。

[0054] 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。

[0055] 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 5 31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: 50 /z m

'マイクロレンズ 521の配置ピッチ P : 75 μ m

'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 : 1200 μ m

'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： 25 m

[0056] 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。焦点検出ュニット 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 1Z3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。

[0057] 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を用いる計算法を用いる場合は、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なうことができる。

[0058] 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場合は、 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を行うことができる。

[0059] 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を交換することにより、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。

[0060] 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、相関の取れる画素が 4画素に足りず、精度が十分でない場合もある。し力しながら、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なえば、有効な焦点検出演算ができる。

[0061] 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。

[0062] 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)力互いに同じ像 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。

[0063] 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のデフォーカス量に応じた量である。

[0064] このような状況にぉ、て、デフォ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で説明する演算アルゴリズムを用いて像ずれ量を求め、続いてデフォーカス量を算出する。

[0065] 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、高精度にデフォーカス量を演算することができる。 [0066] 一方、デフォ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, 53 1— (i+ 1)、もしく ίま 531— (i+ 1) , 531— (i+ 2)、ある!/、 ίま 531— (i+ 2) , 531— (i + 3)の出力信号を利用すれば、マイクロプロセッサ 9は確実にデフォーカス量を演算することができる。

[0067] 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 - 0 + 1) , 531 - 0 + 2) , 531— (j + 3)の出力信号を利用すれば、マイク口プロセッサ 9は確実にデフォーカス量を計算することができる。

[0068] 図 11は、撮影レンズ 100の F値が「8」であるときのデフォ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)力互いに同じ像 Iの二次像 I，を検出することができる。

[0069] 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。

[0070] 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 V、て像ずれ量を求め、続、てデフォーカス量を計算する。

[0071] 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は確実にデフォ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。

[0072] 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 26参照して説明する。

一第 1のサンプリング方法一

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 (iM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力も第 2信号列 {b (i) } = {b (l)、b (2)、…ゝ b (8)、 · · · }を形成する。

[0073] 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 al 〜a8の逆投影像は、 al '〜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 bl〜b8の逆投影像は bl '〜b8 'で示される。そして、予定焦点面上では、 al，と b3，、 a2，と b4，、 a3，と b5，、 a4，と b6，、 · · ·とがそれぞれ対応する。したがつて、第 1信号列 {a (i) }および第 2信号列 {b (i) }にお、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 5al2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よぐたとえば、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、像ずれ量をデフォーカス量に換算する係数は異なる。

[0074] 一第 2のサンプリング方法一

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 (l)を抽出し、以下マイクロレンズ 5 21- 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{^)} = {&(1)、&(2)、 · ··、&½)}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カ信号の中で第1信号列{&(1)}として抽出されな力つた出力信号力も第 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(l)=b(3)、a(2)=b(4)、a( 3)=b(5)、 a(4)=b(6)、 ···である。

[0075] 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ォ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、デフォ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)のような信号列の選択が効率的である。 V、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、像ずれ量をデフォ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の（a)〜（d)の、ずれかを選択するかにより異なる。

[0076] 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 24に示す第 1信号列 {a(i)}と第 2信号列 {b(i)}(i=l, 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。

C (N) = a(i)- b( j )\ ； j— i=N · · · (1) なお、 Nがシフト数、∑の上底が qL、 ∑の下底が pLである。図 25に示す場合の∑ の加算数は 4である力この加算数は 4以上であることが好まし、。

[0077] 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 CO、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 = 0.5X (Cr-Cf) · · · (2)

E = MAX{Cf—CO、 Cr—CO} …（3) Na = N + DL/E …（4)

[0078] 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 Δ nを式 (5)により算出する。

A n=Na+ Const …（5)

[0079] この像ずれ量 Δ ηを利用して、デフォーカス量 Dfを式（6)を用いて算出できる。

Df=Kf X Δ η · · · (6)

なお、 Kfは検出開角に依存した定数である。

さら〖こ、 Kfは、 Δ ηに依存して変化する場合もあるので、実際には実験的に Κί ( Δ η )を決めるのが望ましい。

[0080] 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。

[0081] 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。

[0082] 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、たとえばデフォーカス量に基づく基準であり、デフォ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、デフォ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。

[0083] 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。

[0084] ステップ S6において、式（6)を用いてデフォ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で算出されたデフォ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。

[0085] 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。

[0086] (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、誤差によるバラつきが減って、焦点検出精度が高精度であるという利点もある。

[0087] (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が用いられた力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ォーカス量と、中央部で隣接する 2つのラインセンサ 531 - (i+ l) , 531— (i+ 2)を利用して認識したデフォ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の絞りによる像面の変化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。

[0088] (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を変更してちよい。

(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 Z 又は撮影レンズ 100に設定予定の F値に応じて、デフォ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、。

[0089] (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方向に亘つ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ヽ。

[0090] 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、複数個ずっ密に並べてなる。

[0091] 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を互い違いの巿松状に配置して構成される。 [0092] 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、て検出（所謂「十字検出」 ) することが可能になる。

[0093] また、第 1の光学系 60X及び第 2の光学系 60Yが複数個ずっ密に配置されれば、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。

[0094] 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（巿松状に）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。

[0095] (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、る。二方向に配列されたラインセンサ 53にお、て、双方のラインセンサ 53が干渉しな、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。

[0096] (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が小さぐ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。

[0097] 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、焦点検出ュ- 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。

[0098] (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, 6 OXBと 60YR, 60YG, 60YBが配列されている力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。

[0099] 何れの場合も、互いに異なる複数種類の分光感度でデフォ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。

[0100] (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, 60Y G, 60YBは、それぞれ 1種類の色（波長）し力検出しないが、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。

[0101] 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、で、る。

[0102] 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〖こおいては、 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と力同一のマイク口レンズの後側に並列配置されて、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 色、 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ィ匕を防いでいる。

なお、 G色としては、通常のイメージセンサの G感度分布より広くとる。たとえば、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。

[0103] (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力必ずしも交互でなくてよい。

[0104] (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。

[0105] (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力 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 Vヽし、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ヽ。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。

[0106] (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)を搭載した電子力メラシステムを説明したが、本発明の実施の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。

[0107] 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。

[0108] 次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。

日本国特許出願 2005年第 157314号（2005年 5月 30日出願）

Claims

請求の範囲

[1] 結像光学系の予定焦点面から所定距離だけ離れた位置に設けられ、所定ピッチで前記マイクロレンズアレイの各マイクロレンズに対応して複数の受光部を有するとともに、前記各マイクロレンズを介して前記予定焦点面上の像を受光する受光部アレイと、

前記複数の受光部で得られる受光出力に基づいて、前記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を抽出する信号列抽出手段と、前記信号列抽出手段により抽出された信号列対の位相のずれを検出することにより、前記結像光学系の結像状態を求める結像状態演算手段とを備える結像状態検出装置。

[2] 請求項 1の結像状態検出装置において、

前記信号列抽出手段は、前記各マイクロレンズに対応する複数の受光部ごとに前記瞳領域に対応する受光出力を選択することにより前記信号列対を抽出する。

[3] 請求項 1の結像状態検出装置において、

前記予定焦点面上に逆投影した場合の前記複数の受光部の各受光部の像のピッチ Pdは、前記マイクロレンズのピッチ Pよりも小さい。

[4] 請求項 1乃至請求項 3のいずれか一項に記載の結像状態検出装置において、前記所定距離 Lは、前記マイクロレンズの配列ピッチと前記瞳領域の大きさとに基づく。

[5] 請求項 4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、前記受光部の一つに入射する前記瞳領域からの光束の F値を F、前記瞳領域からの光束の F値が 2である場合の、前記瞳領域

P

の数を Qとしたとき、前記所定距離 Lは、次式で表される。

P X FP>L≥P X FP/ (Q-4)

[6] 請求項 1乃至請求項 5のいずれか一項に記載の結像状態検出装置において、前記各マイクロレンズに対応する複数の受光部を受光部群とし、

前記信号抽出手段は、前記各マイクロレンズにっ、て、前記受光部群のそれぞれに対応する一部の受光出力を選択して第 1信号列とするとともに、該第 1信号列として選択した受光出力とは異なる受光出力を選択して第 2信号列とする第 1抽出方式と、

前記受光部群の受光出力を選択して第 1信号列とするとともに、該第 1信号列として選択した受光部群とは異なる受光部群の受光出力を選択して第 2信号列とする第 2抽出方式とを含む。

[7] 請求項 1乃至請求項 6のいずれか一項に記載の結像状態検出装置において、前記受光部アレイは、前記複数の受光部が第 1方向に配列された第 1アレイ群と、前記第 1方向とは異なる第 2方向に配列された第 2アレイ群とを備える。

[8] 請求項 7に記載の結像状態検出装置において、

前記第 1方向に配列された受光部と該受光部に対応するマイクロレンズとの対と、前記第 2方向に配列された受光部と該受光部に対応するマイクロレンズとの対とが、市松模様に配置される。

[9] 請求項 7に記載の結像状態検出装置において、

前記第 1アレイ群と前記第 2アレイ群とが市松模様に配置される。

[10] 請求項 7に記載の結像状態検出装置において、

前記第 1アレイ群に対応するマイクロレンズアレイのピッチと、前記第 2アレイ群に対応するマイクロレンズアレイのピッチとを異ならせる。

[11] 請求項 7に記載の結像状態検出装置において、

前記第 1アレイ群の各受光部の配列方向の長さは、前記第 2アレイ群の各受光部の配列方向の長さよりも長い。

[12] 請求項 1乃至請求項 11のいずれか一項に記載の結像状態検出装置において、前記受光部アレイは、異なる分光感度特性を有する受光部を含む。

[13] 請求項 7に記載の結像状態検出装置において、

前記第 1アレイ群は、異なる分光感度特性を有する複数の受光アレイ群を含む。

[14] 請求項 12に記載の結像状態検出装置において、

特定の前記分光感度特性を有する前記受光部は、他の分光特性を有する受光部よりも高密度に配列する。

[15] 請求項 13に記載の結像状態検出装置において、

前記複数の受光アレイ群のそれぞれは、特定の分光感度特性を有する受光部を含む。

[16] 請求項 14または請求項 15に記載の結像状態検出装置において、

分光特性の異なる受光部は、互いに大きさが異なる。

[17] 請求項 1乃至請求項 16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。

[18] 請求項 1乃至請求項 16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のアレイと前記受光部アレイとを有する受光ユニット。