JPH1020182A

JPH1020182A - 焦点検出装置、および焦点検出機能を有する撮像装置

Info

Publication number: JPH1020182A
Application number: JP8174810A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Utagawa; 健歌川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、焦点検出装置および焦点検出機能
を有する撮像装置に関し、撮像面における焦点調節状態
を直接的に検出することを目的とする。【解決手段】撮影光学系Ｚの像空間側に配置され、一
部範囲を通過する光を反射もしくは屈折により偏向し、
像空間を複数に分割する光学素子１と、光学素子１によ
り複数に分割された像空間ごとに個別配置され、像空間
ごとに分割形成される光像を撮像する複数の撮像素子２
ａ，２ｂと、複数の撮像素子２ａ，２ｂの画像情報を取
り込み、これら画像情報の間の変位を検出する変位検出
手段３と、変位検出手段３により検出された変位に基づ
いて、撮影光学系Ｚの焦点調節状態を検出する焦点検出
手段４とを備え、変位検出手段３は、像空間の分割部分
に形成される光像の重複域に関して、対応する光像の間
の変位を検出することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮影光学系の焦点
調節状態を検出する焦点検出装置、およびその焦点検出
機能と併せて撮像機能を兼ね備えた撮像装置に関する。
特に、従来の位相差検出方式との相違点は、焦点検出用
の仮想面（一次結像面など）を撮像面と別個に設けるこ
となく、撮像面上において直接的に焦点検出が行われる
点である。

【０００２】

【従来の技術】従来、カメラその他の光学機器には、焦
点調節状態を検出するために、位相差検出方式の焦点検
出装置が搭載されている。図２０は、この種の焦点検出
装置を搭載した電子カメラを示す図である。図２０にお
いて、カメラボディ６１の前面には鏡筒６２が取り付け
られ、この鏡筒６２の内部には撮影光学系６３が配置さ
れる。

【０００３】撮影光学系６３の光軸上には、メインミラ
ー６４およびサブミラー６５が順に配置され、メインミ
ラー６４の反射方向に沿ってマット面およびペンタプリ
ズムなどが配置される。一方、サブミラー６５の反射方
向には焦点検出部６６が配置され、この焦点検出部６６
の出力は、Ａ／Ｄ変換部６７を介してマイクロプロセッ
サ６８に接続される。

【０００４】また、サブミラー６５の後方には、ＣＣＤ
撮像素子などからなる撮像部７０が配置され、撮像部７
０は、ミラーアップ状態において被写体像の撮像を行
う。図２１は、焦点検出部６６の内部構成を示す分解斜
視図である。図２１において、焦点検出部６６の上面に
は、レンズホルダ部７１が設けられ、レンズホルダ部７
１にコンデンサレンズ７２が嵌合される。

【０００５】このコンデンサレンズ７２の上面には、視
野を制限する視野マスク７３と、赤外光を遮る赤外カッ
トフィルタ７４とが配置される。また、コンデンサレン
ズ７２の直下にはミラー７５が斜めに配置され、ミラー
７５の反射軸に沿って、絞り板７７，レンズ板７８およ
びイメージセンサ７９が順に配置される。イメージセン
サ７９の出力は、Ａ／Ｄ変換部６７を介してマイクロプ
ロセッサ６８に接続される。

【０００６】さらに、上述の絞り板７７には、左右対称
な開口部からなる絞りマスク７７ａ，７７ｂが穿孔さ
れ、また、レンズ板７８には、左右対称な結像レンズか
らなるセパレータレンズ７８ａ，７８ｂが一体に成形さ
れる。以下、これらの図に基づいて、従来の焦点検出動
作を説明する。まず、ミラーダウン状態において、焦点
検出部６６は、サブミラー６５の反射光を受光する。

【０００７】この受光光束は、撮像面と光学的に等価な
仮想面（以下、この面を「一次結像面」という）の近傍
において一旦結像する。視野マスク７３は、この光像の
余分な部分を遮蔽して、焦点検出エリア内の光像のみを
抜き出す。この焦点検出エリア内の光像は、一次結像面
を通過して再び分散し、コンデンサレンズ７２を介して
絞りマスク７７ａ，７７ｂに到達する。

【０００８】絞りマスク７７ａ，７７ｂでは、これらの
光束を瞳分割して、左右対称な分割光束を形成する。こ
れらの分割光束は、セパレータレンズ７８ａ，７８ｂを
介して個別にアオリ結像され、イメージセンサ７９の受
光面に、一組の光像を形成する。

【０００９】ここで、イメージセンサ７９は、これら一
組の光像を光電変換する。マイクロプロセッサ６８は、
イメージセンサ７９の光電出力を取り込む。マイクロプ
ロセッサ６８は、この光電出力に対して公知の相関演算
を行い、一組の光像の像間隔を検出する。この像間隔に
基づいて、一次結像面と光像とのズレ量が算出される。

【００１０】マイクロプロセッサ６８は、このズレ量に
換算係数を乗ずることにより、撮像面と光像とのズレ量
（以下、「デフォーカス量」という）を間接的に算出す
る。一方、図示しないレリーズ釦が全押しされると、メ
インミラー６４およびサブミラー６５が跳ね上げられ、
撮影光学系６３の通過光束が、撮像部７０の撮像面に直
接到達して、被写体像を形成する。

【００１１】撮像部７０は、この被写体像の光電変換を
行って、図示しない画像記録部や表示部へ画像信号を出
力する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の焦点
検出装置では、焦点検出用の一次結像面を撮影光路と別
に設定する。従来の焦点検出装置は、この一次結像面に
関して焦点検出を行うことにより、撮像面上の焦点調節
状態（例えば、デフォーカス量など）を間接的に検出し
ていた。

【００１３】そのため、焦点検出部６６もしくは撮像部
７０の取り付け誤差や、取り付け位置の経年変化などが
発生して、撮像面と一次結像面との位置関係が僅かでも
ずれると、焦点検出精度が大幅に低下してしまうという
問題点があった。また、従来の焦点検出装置は、ミラー
アップ時に撮影光束を受光することができない。そのた
め、撮影が行われる瞬間の焦点調節状態を直に検出でき
ないという問題点があった。

【００１４】その結果、レリーズタイムラグの期間に合
焦状態がずれてしまうという問題点があった。また、一
般的な電子カメラでは、撮像部７０として、１／２〜１
／３インチ程度の撮像素子が使用される。このような電
子カメラは、３５ｍｍの銀塩カメラなどに比べて撮影画
面が数倍小さく、画素ピッチも１０μ程度あるいはそれ
以下と細かいため、撮像面上における許容錯乱円の径を
小さくする必要がある。

【００１５】そのため、このような電子カメラの光学系
に３５ｍｍカメラ用の焦点検出部をそのまま使用する
と、焦点検出精度が不足し、合焦精度が不十分になると
いう問題点があった。そこで、請求項１に記載の発明で
は、上述の問題点を解決するために、撮像面上の焦点調
節状態を直に検出することができる焦点検出装置を提供
することを目的とする。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１の目的
と併せて、より正確に焦点調節状態を検出することがで
きる焦点検出装置を提供することを目的とする。請求項
３に記載の発明は、請求項１の目的と併せて、特定の被
写体の焦点調節状態を検出することができる焦点調節装
置を提供することを目的とする。請求項４に記載の発明
は、請求項３の目的と併せて、焦点調節状態の検出対象
を任意に選択することができる焦点調節装置を提供する
ことを目的とする。

【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項１の目的
と併せて、カラー用の撮像素子を使用する場合に好適な
焦点調節装置を提供することを目的とする。請求項６に
記載の発明は、請求項５の目的と併せて、カラー用の撮
像素子を使用した場合に、より高精度に焦点調節状態を
検出することができる焦点検出装置を提供することを目
的とする。

【００１８】請求項７に記載の発明は、請求項１の目的
と併せて、像空間を分割する際に色収差がほとんど生じ
ず、より高精度に焦点調節状態を検出することができる
焦点検出装置を提供することを目的とする。請求項８に
記載の発明は、請求項１の目的と併せて、像空間分割用
の光学素子にプリズムを使用した焦点検出装置を提供す
ることを目的とする。

【００１９】請求項９に記載の発明は、請求項１の目的
と併せて、像空間分割用の光学素子に偏心レンズを使用
した焦点検出装置を提供することを目的とする。請求項
１０に記載の発明は、請求項１の目的と併せて、撮影画
面の大型化を容易に実現することができる撮像装置を提
供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１に記載
の発明を説明する図である。以下、図１に対応付けて、
解決するための手段を説明する。

【００２１】請求項１に記載の発明は、撮影光学系Ｚの
像空間側に配置され、像空間の一部範囲を通過する光を
反射もしくは屈折により偏向し、像空間を複数に分割す
る光学素子１と、光学素子１により複数に分割された像
空間ごとに個別配置され、像空間ごとに分割形成される
光像を撮像する複数の撮像素子２ａ，２ｂと、複数の撮
像素子２ａ，２ｂの画像情報を取り込み、これら画像情
報の間の変位を検出する変位検出手段３と、変位検出手
段３により検出された変位に基づいて、撮影光学系Ｚの
焦点調節状態を検出する焦点検出手段４とを備え、変位
検出手段３は、像空間の分割部分に形成される光像の重
複域において、対応する光像の間の変位を検出すること
を特徴とする。

【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の焦点検出装置において、変位検出手段３は、重複域ご
との画像情報を光束の分割比率に応じて利得補正し、補
正された画像情報について変位を検出することを特徴と
する。請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の焦点
検出装置において、変位検出手段３は、重複域内に設け
られた焦点検出エリアに検出範囲を限定して、画像情報
の変位を検出することを特徴とする。

【００２３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の焦点検出装置において、外部入力により、焦点検出エ
リアを選択もしくは移動もしくは縮小拡大する操作手段
を備えたことを特徴とする。請求項５に記載の発明は、
請求項１に記載の焦点検出装置において、撮像素子は、
受光面の画素単位に、所定の表色系における色フィルタ
が混合配列されてなり、変位検出手段３は、画像情報の
予め定められた色成分を抽出し、その色成分について変
位を検出することを特徴とする。

【００２４】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の焦点検出装置において、撮像素子は、色フィルタの少
なくとも一色が、縦方向もしくは横方向もしくは斜め方
向に連続して配列されてなり、変位検出手段３は、一色
の連続方向に沿って、画像情報の変位を検出することを
特徴とする。請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
の焦点検出装置において、光学素子１は、撮影光学系Ｚ
の像空間に配置され、一部範囲の通過光を反射して、像
空間を部分的に鏡映する反射部材であることを特徴とす
る。

【００２５】請求項８に記載の発明は、請求項１に記載
の焦点検出装置において、光学素子１は、撮影光学系Ｚ
の像空間に配置され、一部範囲の通過光を屈折して、像
空間を複数に分割するプリズムであることを特徴とす
る。請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の焦点検
出装置において、光学素子１は、撮影光学系Ｚの光軸外
にレンズ主点を有し、一部範囲の通過光をアオリ結像し
て、像空間を複数に分割する偏心レンズであることを特
徴とする。

【００２６】請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至
９のいずれか１項に記載の焦点検出装置を具備してなる
撮像装置において、複数の撮像素子により光電変換され
た画像情報を、分割前の像空間の位置関係に従って合成
し、被写体像の画像情報を得る画像合成手段を備えたこ
とを特徴とする。

【００２７】（作用）請求項１にかかわる焦点検出装置
では、光学素子１が、撮影光学系Ｚの像空間側に配置さ
れる。この光学素子１は、像空間の一部を通過する光を
反射作用もしくは屈折作用を用いて偏向する。このよう
な光学素子１の光学作用により、撮影光学系Ｚの像空間
が部分的に向きを変え、像空間が複数に分割される。

【００２８】撮像素子２ａ，２ｂは、複数に分割された
像空間ごとに個別配置され、像空間ごとに分割形成され
る光像を撮像する。ここで、光像の各点に収束する光束
群を考える。このような光束群の一部は、光学素子１を
介して完全な光束形状のまま振り分けられる。これらの
光束群は、分割された像空間ごとに収束して、光像の部
分像を形成する。

【００２９】一方、残りの光束群は、光束断面が像空間
の分割部分にまたがる光束群である。これらの光束群で
は、光束断面の一部分が光学素子１より偏向される。そ
の結果、本来は一つの光点に収束すべき光束群が、複数
の像空間に分配される。したがって、分割後の像空間に
は、光像の境界部分が相互にはみ出すようにして、光像
の重複域が形成される。

【００３０】図２〜４は、各焦点調節状態における重複
域の点像を示す図である。合焦状態では、図２（ａ）〜
（ｃ）に示すように、一点に収束すべき光束が、光学素
子１を介して重複域β，β′に分配される。これらの重
複域β，β′では、分配後の光束がそれぞれに収束する
ため、点像が形成される。また、後ピン状態では、図３
（ａ）〜（ｃ）に示すように、真円状のボケ像を形成す
べき光束が、光学素子１を介して、重複域β，β′に分
配される。これらの重複域β，β′では、分配後の光束
断面がボケ像として表れるため、半円状のボケ像が形成
される。

【００３１】さらに、前ピン状態では、図４（ａ）〜
（ｃ）に示すように、真円状のボケ像を形成すべき光束
が、光学素子１を介して、重複域β，β′に分配され
る。これらの重複域β，β′では、分配後の光束断面が
ボケ像として表れるため、半円状のボケ像が形成され
る。なお、前ピン状態では、撮像素子２ａ，２ｂに到達
する前に光束が一旦収束して、ボケ像の左右（もしくは
上下）が反転するため、後ピン状態とは反対向きに半円
状のボケ像が形成される。

【００３２】図５は、これらのボケ形状を各焦点調節状
態ごとに説明した図である。合焦状態では、図５（ａ）
に示すように、重複域β，β′の光像が形成されるた
め、光像の相対的な変位がゼロとなる。また、後ピン状
態では、図５（ｂ）に示すように、重複域β，β′ごと
に半円状のボケ像が偏って形成されるため、光像の重心
変位（図５中のφ）が生じる。

【００３３】さらに、前ピン状態では、図５（ｃ）に示
すように、重複域β，β′ごとに半円状のボケ像が偏っ
て形成されるため、光像の重心変位（図５中の−φ）が
生じる。ここで、後ピン状態と前ピン状態では、ボケ形
状の向きが反対向きになるため、光像の重心変位は正負
が逆の値となる。

【００３４】変位検出手段３は、このような光像の変位
を検出する。焦点検出手段４では、この変位の符号に基
づいて、後ピン状態か前ピン状態かを判定できる。ま
た、変位の大きさから、合焦状態からのズレ量（例え
ば、デフォーカス量）を検出できる。以上説明した作用
により、本発明は、撮像面（撮像素子２ａ，２ｂの受光
面）の焦点調節状態を直接的に検出する。

【００３５】したがって、焦点検出部および撮像部の取
り付け誤差などの誤差要因が介在しないので、高い焦点
検出精度を得ることができる。なお、撮像面の手前にミ
ラーボックスを配置する場合は、従来通りにメインミラ
ーの一部に光透過部を設ければ、ミラーダウン状態のま
ま、焦点検出が可能となる。

【００３６】さらに、ミラーアップ状態においても、焦
点検出面である撮像面で撮影光束を受光できるので、撮
影が行われる瞬間の焦点調節状態を直接的に検出するこ
とができる。また、撮像素子２ａ，２ｂの解像度で、焦
点検出用の画像情報が取り込まれるので、適正な精度で
焦点調節状態を検出することができる。

【００３７】請求項２にかかわる焦点検出装置では、変
位検出手段３が、重複域ごとの画像情報を光束の分割比
率に応じて利得補正する。図２（ａ）〜（ｃ）に示した
ように、重複域β，β′では、光束の分割比率が点像の
位置に応じて変化する。このような分割比率の変化によ
り、合焦状態では、重複域の輝度レベルが変化する。

【００３８】ここで、重複域β，β′の中央部に検出範
囲を限定した場合、図２（ｂ）に示したように光束の分
割比率が等分になるため、重心変位を検出する上で特に
支障は生じない。しかし、検出範囲を広くした場合、図
２（ａ），（ｃ）に示したように光束の分割比率が偏る
ために、重心変位の検出が偏ってしまう。

【００３９】そこで、変位検出手段３が、光束の分割比
率に応じて重複域の輝度レベルを補正することにより、
上記のような重心変位の偏りを防止する。請求項３にか
かわる焦点検出装置では、変位検出手段３が、重複域内
に設けられた焦点検出エリアに検出範囲を限定して、画
像情報の変位を検出する。このような作用により、重複
域全体を焦点検出の対象とすることなく、特定の被写体
を焦点検出の対象として絞ることができる。したがっ
て、狭い範囲を狙って厳密に焦点検出を行うことができ
る。

【００４０】請求項４にかかわる焦点検出装置では、焦
点検出エリアを選択もしくは移動もしくは縮小拡大する
操作手段を備える。このような作用により、撮影対象が
画面中央から外れているケースにおいても、焦点検出エ
リアを適宜に選択もしくは移動することにより、狙った
被写体を焦点検出の対象とすることができる。

【００４１】また、重複域の広さは、撮影光学系Ｚの開
放Ｆ値によって変化する。したがって、開放Ｆ値という
外部入力に対応して、焦点検出エリアを縮小拡大するこ
とにより、適正な焦点検出エリアを常に確保することが
できる。請求項５にかかわる焦点検出装置では、撮像素
子の受光面に、所定の表色系（例えば、ＲＧＢ表色系，
ＹＩＱ表色系，補色表色系など）の色フィルタが画素単
位に混合配列される。

【００４２】このような場合、異なる色成分を比較し
て、光像の変位を検出することはできない。そこで、変
位検出手段３は、特定の色成分を抽出して、焦点検出用
の画像情報を生成する。この画像情報は、単色からなる
輝度パターンとなるので、光像の変位を確実に検出する
ことができる。

【００４３】請求項６にかかわる焦点検出装置では、色
フィルタの少なくとも一色を、縦方向もしくは横方向も
しくは斜め方向に連続して配列する。このように色フィ
ルタを配列することにより、一色の連続方向について
は、等価的にラインセンサが構成される。変位検出手段
３は、この連続方向に沿って、画像情報の変位を検出す
る。

【００４４】このような作用により、連続方向の画素密
度の精度で、画像情報の変位を正確に検出することが可
能となる。請求項７にかかわる焦点検出装置では、光学
素子１として反射部材を使用する。この反射部材は、撮
影光学系Ｚの像空間側に配置され、一部範囲の通過光を
反射することにより、像空間を分割する。

【００４５】通常、光学素子１に色収差が生じると、撮
像性能が悪化する上に、画像情報の変位を高精度に検出
できなくなる。しかし、請求項７の焦点検出装置では、
光学素子１が反射作用を使用するので、色収差がほとん
ど生じない。したがって、撮像性能が向上すると共に、
画像情報の変位を高精度に検出することができる。

【００４６】請求項８にかかわる焦点検出装置では、光
学素子１としてプリズムを使用する。このプリズムは、
撮影光学系Ｚの像空間側に配置され、一部範囲の通過光
を屈折することにより、像空間を分割する。請求項９に
かかわる焦点検出装置では、光学素子１として偏心レン
ズを使用する。この偏心レンズは、撮影光学系Ｚの像空
間側に配置され、一部範囲の通過光をアオリ結像するこ
とにより、像空間を分割する。

【００４７】請求項１０にかかわる撮像装置は、請求項
１乃至９のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、画像
合成手段とを具備して構成する。この画像合成手段は、
焦点検出装置内の複数の撮像素子から光電出力をそれぞ
れ取り込む。画像合成手段は、これらの画像情報を、分
割前の像空間の位置関係に従って合成し、被写体像の画
像情報を合成する。

【００４８】このような構成により、焦点検出機能を有
する撮像装置が容易に実現できる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明に
おける実施の形態を説明する。図６は、請求項１〜７，
１０に対応する実施形態を示す図である。

【００５０】図７は、本実施形態における反射部材１４
の構成を示す説明図である。これらの図において、撮像
装置１１に撮影光学系１２が取り付けられ、撮影光学系
１２の光軸上に、絞り１３および反射部材１４が順に配
置される。この反射部材１４は、光学ガラスや透明樹脂
などからなる直方体状の透明ブロック１４ｓと、この透
明ブロック１４ｓ内部の左半分を斜め向きに横切る鏡映
面１４ａとから構成される。

【００５１】なお、このような反射部材１４は、例え
ば、次のように製造される。まず、透明部材１４ｓを
「斜めに分断された形状」に分けて成形する。その後、
一方の断面の半分に鏡映面１４ａを形成して、両方の断
面を貼り合わせる。このように形成された反射部材１４
の反射方向に撮像素子１５ａが配置され、透過方向に撮
像素子１５ｂが配置される。これらの撮像素子１５ａ，
１５ｂにはレリーズ釦１１ａが接続される。

【００５２】これらの撮像素子１５ａ，１５ｂは次の位
置関係を満足するように配置される。（１）撮像素子１５ｂの受光面は、撮影光軸上に予め設
定された仮想的な撮影画面上に配置され、受光面の右端
は、撮影画面の右枠に一致する。一方、受光面の左端
は、「開放絞り状態における撮影光学系１２の射出瞳が
鏡映面１４ａに全て隠れる位置」に達する。

【００５３】（２）鏡映面１４ａによる「撮像素子１５
ａの受光面」の鏡像は、上述の撮影画面上に位置し、そ
の鏡像の左端は、撮影画面の左枠に一致する。一方、そ
の鏡像の右端は、「上述の射出瞳が鏡映面１４ａに隠れ
ない位置」に達する。このように配置された撮像素子１
５ａの出力は、第１記憶部１６ａを介して画像合成部１
７に接続され、一方の撮像素子１５ｂの出力は、第２記
憶部１６ｂを介して画像合成部１７に接続される。

【００５４】画像合成部１７の出力は、合成画像記憶部
１７ａを介して出力制御部１８に接続され、出力制御部
１８の出力は、表示部１９および画像出力端子２０に接
続される。また、第１記憶部１６ａおよび第２記憶部１
６ｂの出力は、像シフト演算部２１を介して、焦点検出
演算部２２に接続される。焦点検出演算部２２の出力
は、表示部１９および画像合成部１７に接続されると共
に、焦点制御を行う合焦駆動部に接続される。

【００５５】撮像装置１１の筐体には、焦点検出エリア
を手動選択するための操作部材であるエリア選択釦２１
ａが配置され、このエリア選択釦２１ａの出力は、表示
部１９および像シフト演算部２１に接続される。なお、
請求項１〜７に記載の発明と本実施形態との対応関係に
ついては、像空間の一部範囲は鏡映面１４ａに対応し、
光学素子１は反射部材１４に対応し、複数の撮像素子は
撮像素子１５ａ，１５ｂに対応し、変位検出手段３は像
シフト演算部２１に対応し、焦点検出手段４は焦点検出
演算部２２に対応する。

【００５６】請求項１０に記載の発明と本実施形態との
対応関係については、上記の対応関係に加えて、画像合
成手段が画像合成部１７に対応する。図８は、本実施形
態の動作を示す流れ図である。以下、これらの図に基づ
いて、第１の実施形態の動作を説明する。まず、レリー
ズ釦１１ａが押されると（ステップＳ１）、撮像素子１
５ａ，１５ｂにおいて、光電荷の蓄積が開始される（ス
テップＳ２）。

【００５７】この状態で、所定の露光時間が経過すると
（ステップＳ３）、撮像素子１５ａ，１５ｂから光電荷
が順次に転送され、第１記憶部１６ａおよび第２記憶部
１６ｂにそれぞれ記憶される（ステップＳ４）。ここ
で、第１記憶部１６ａは、撮像素子１５ａの光像が鏡映
像なので、画像情報の左右を反転して記憶する（ステッ
プＳ５）。

【００５８】次に、像シフト演算部２１は、エリア選択
釦２１ａの出力を取り込み、手動選択された焦点検出エ
リアを検知する。図９は、焦点検出エリアの配置例を示
す図である。この配置例では、３つの焦点検出エリアＰ
１〜Ｐ３が、分割光像の重複域β，β′内において縦方
向に配列される。

【００５９】像シフト演算部２１は、選択された焦点検
出エリア内の画像情報を、第１記憶部１６ａおよび第２
記憶部１６ｂから個別に取り込む（ステップＳ６）。こ
こで、重複域β，β′の光像には、光束の分割比率に従
って、図１０に示すような輝度変動が生じる。そこで、
像シフト演算部２１は、取り込まれた一組の画像情報に
ついて、光束の分割比率に応じた利得補正を施す（ステ
ップＳ７）。

【００６０】次に、像シフト演算部２１は、一組の画像
情報から特定の色成分を抽出する（ステップＳ８）。こ
の抽出方式は、撮像素子１５ａ，１５ｂの色フィルタ配
列に応じて、次のように決定する。例えば、図１１
（ａ），（ｂ）では、特定の色成分が連続的に配列され
ている。像シフト演算部２１は、この連続方向の画素値
をそのまま抽出する。このような抽出動作により、撮像
素子１５ａ，１５ｂの画素密度の精度で色成分を抽出す
ることができる。

【００６１】ただし、この場合、上記特定の色成分の配
列方向とデフォーカスによる像ずれの方向とを一致させ
るためには、例えば、図１４の分割瞳の境界線の方向と
直交する方向に特定の色成分を配列する必要がある。ま
た、図１１（ｃ）では、デフォーカスによる像ずれ方向
に対して特定の色成分が一定間隔ごとに配置されている
場合を示す。像シフト演算部２１は、この特定の色成分
を一定間隔ごとに間引いて抽出する。

【００６２】さらに、図１１（ｄ）では、色フィルタ配
列を２×２の小ブロックに分け、その小ブロック内の色
成分（同一の色成分、または異なる色成分）を混合する
ことにより、特定の色成分を抽出する。また、図１２
（ｅ）では、色フィルタ配列を４×２の小ブロックに分
け、その小ブロック内の色成分（同一の色成分、または
異なる色成分）を混合することにより、特定の色成分を
抽出する。

【００６３】さらに、図１２（ｆ）では、色フィルタ配
列を２×２の小ブロックに分ける。このとき、小ブロッ
クは左右の小ブロックと半分ずつ重複するように分け
る。この小ブロック内の色成分（同一の色成分、または
異なる色成分）を混合することにより、特定の色成分を
抽出する。このような動作により、高密度で画素列を抽
出し、焦点検出精度を高めることができる。

【００６４】また、図１２（ｇ）では、色フィルタ配列
を４×２の小ブロックに分ける。このとき、小ブロック
は左右の小ブロックと半分ずつ重複するように分ける。
この小ブロック内の色成分（同一の色成分、または異な
る色成分）を混合することにより、特定の色成分を抽出
する。このような動作により、高密度で画素列を抽出
し、焦点検出精度を高めることができる。

【００６５】図１３は、上記のように前処理された一組
の画像情報を示す図である。ここで、像シフト演算部２
１は、これら一組の画像情報について、例えば、次に示
すような相関演算を行う。まず、一方の画像情報を左右
に所定間隔だけずらしながら、他方の画像情報との差分
を求め、その差分の絶対値の総和を求める。

【００６６】この総和が最小となる所定間隔の値を算出
することにより、一組の画像情報の重心変位φを算出す
る（ステップＳ９）。焦点検出演算部２２は、この重心
変位φの符号に基づいて、次のようにピント位置を判定
することができる。すなわち、重心変位φが正符号とな
る場合は、図１３（ａ）に示すように、後ピン状態と判
定できる。

【００６７】また、重心変位φがゼロとなる場合は、図
１３（ｂ）に示すように、合焦状態と判定できる。さら
に、重心変位φが負符号となる場合は、図１３（ｃ）に
示すように、前ピン状態と判定できる。次に、焦点検出
演算部２２は、この重心変位φに応じて、ＤＦ＝φ／Ｋ・・・（１）を算出し、デフォーカス量ＤＦを求める（ステップＳ１
０）。

【００６８】ここで、係数Ｋの値は、焦点検出エリアの
中央部から分割瞳の重心（図１４の重心Ｏ，Ｏ′）を見
込む角度をθとしたときに、Ｋ≒１／θ ・・・（２）（２）式で表される値である。ただし、実際のＫの値
は、実測に基づいて決定される。さらに厳密なＫの値
は、重心変位φの関数となるため、テーブル処理などに
より決定される。

【００６９】この状態で、デフォーカス量ＤＦが所定の
閾値を上回ると（ステップＳ１１）、合焦駆動部は、こ
のデフォーカス量ＤＦに基づいて撮影光学系１２を前後
に繰り出し、焦点制御を実行する（ステップＳ１２）。
一方、デフォーカス量ＤＦが所定の閾値以下の場合（ス
テップＳ１１）、画像合成部１７は、合焦状態と判断し
て、画像情報の合成処理を開始する。

【００７０】図１５は、分割撮像された画像情報を示す
図である。図１６は、画像合成を説明する図である。以
下、これらの図を用いて、画像合成部１７の動作を説明
する。図１５に示すように、撮像素子１５ａおよび撮像
素子１５ｂにより撮像される画像情報は、分割光像が重
複しない区域α，γと、分割光像が重複する区域β，
β′とに区分できる。

【００７１】まず、画像合成部１７は、記憶部１６ａ，
１６ｂから、区域α，γの画素を読み出して、Ｃ（i,j）＝Ａ（i,j）（ただし、１≦ｉ≦６，１≦ｊ≦４）・・・（６）Ｃ（i,j+4）＝Ｂ（i,j）（ただし、１≦ｉ≦６，３≦ｊ≦６）・・・（７）に従って画素を再配列して、合成画像記憶部１７ａに記
憶する（ステップＳ１３）。

【００７２】次に、重複域β，β′の画素を読み出しＣ（i,j）＝Ａ（i,j）＋Ｂ（i,j-4）（ただし、１≦ｉ≦６，５≦ｊ≦６）・・・（８）に従って加算し、合成画像記憶部１７ａに記憶する（ス
テップＳ１４）。出力制御部１８は、合成画像記憶部１
７ａから合成後の画像情報を読み出し、外部に逐次出力
する（ステップＳ１５）。

【００７３】以上説明した動作により、本実施形態で
は、撮像素子１５ａ，１５ｂの撮像面におけるデフォー
カス量を直接的に検出することができる。したがって、
焦点検出部および撮像部の取り付け誤差や取り付け位置
の経年変化といった従来の誤差要因が一切介在せず、高
い焦点検出精度を得ることができる。

【００７４】また、撮影が行われる瞬間の焦点調節状態
を直接的に検出することができるので、レリーズタイム
ラグの期間に合焦状態が外れるという不具合を確実に解
消することができる。さらに、撮像素子１５ａ，１５ｂ
の解像度に従って、焦点検出用の画像情報が取り込まれ
るので、撮影画質に応じた適正な精度で焦点調節状態を
検出することができる。

【００７５】また、輝度変動を取り除いた画像情報につ
いて重心変位を検出するので、重心変位を偏ることなく
正確に検出することができる。さらに、外部操作によ
り、焦点検出エリアを選択するので、撮影対象が画面中
央から外れているケースにおいても、狙った被写体にピ
ントを合わせることができる。

【００７６】また、特定の色成分を抽出して、焦点検出
用の画像情報を生成するので、カラー画像の変位を確実
に検出することができる。また、撮影画面を左右に区切
って撮像を行うので、個々の撮像素子１５ａ，１５ｂの
チップサイズを小さくすることができる。したがって、
大型の撮像素子を単体で使用する必要がなく、撮像素子
にかかる部品コストを格段に下げることができる。

【００７７】さらに、複数の撮像素子１５ａ，１５ｂを
組み合わせて、１つの撮影画面を撮像するので、撮影画
面の解像度を容易に高めることができる。したがって、
高精細な画像情報を出力する撮像装置１１を容易に実現
することができる。なお、上述した実施形態では、合成
中の画像情報を一時的に記憶するために、合成画像記憶
部１７ａを設けているが、本発明は、その構成に限定さ
れるものではない。例えば、合成画像記憶部１７ａを無
くして、合成中の画像情報をメモリーカードその他の外
部記憶媒体に直接記憶するようにしてもよい。

【００７８】さらに、上述した実施形態では、静止画像
の撮像について述べたが、本発明はそれに限定されるも
のではない。特に、本発明における画像情報の合成処理
は、画像情報の転送処理および加算処理からなる単純な
処理なので、合成処理を実時間で行うことができる。し
たがって、画像合成を実時間で行うことにより、動画像
の撮像が可能となる。

【００７９】また、上述した実施形態では、像空間を２
分割する場合について述べたが、本発明はそれに限定さ
れるものではない。像空間を３つ以上に複数分割し、少
なくとも１つの重複域について焦点検出を行なってもよ
い。なお、上述した実施形態では、像空間分割用の光学
素子１として、反射部材１４を使用しているが、本発明
はこの構成に限定されるものではない。一般的には、像
空間の一部を反射もしくは屈折により分割する光学素子
であればよい。

【００８０】以下、像空間分割用の光学素子１につい
て、別の構成例を列挙する。図１７は、反射部材３４の
構成例を示す図である。この反射部材３４は、光学ガラ
スや透明樹脂などからなる透明ブロック３４ｓと、この
透明ブロック３４ｓの下面側に配された鏡映面３４ａ，
３４ｂとから構成される。２つの鏡映面３４ａ，３４ｂ
の反射方向には、撮像素子３５ａ，３５ｂが互いに対向
して配置される。

【００８１】なお、鏡映面３４ａ，３４ｂは、透明ブロ
ック３４ｓの断面部が全反射条件を満たすならば、鏡面
処理の必要はない。このような構成の反射部材３４で
は、分割後の光路が対称に配置されるので、個々の撮像
素子３５ａ，３５ｂに到達するまでの光学作用を等しく
することができる。したがって、分割撮像された個々の
画像情報において、明るさや像倍率などの光学特性を高
精度に揃えることができる。

【００８２】図１８は、請求項８に対応するプリズム４
３の構成例を示す図である。このプリズム４３は、光学
ガラスや透明樹脂を切妻屋根状に形成し、その凹面が撮
影光学系４２に向かって配置される。このプリズム４３
の後方には、撮像素子４４ａ，４４ｂが並設される。こ
のような構成のプリズム４３においても、分割後の光路
が対称に配置されるので、個々の撮像素子４４ａ，４４
ｂに到達するまでの光学作用を等しくすることができ
る。したがって、分割撮像された個々の画像情報におい
て、明るさや像倍率などの光学特性を高精度に揃えるこ
とができる。

【００８３】図１９は、請求項９に対応する偏心レンズ
５６ａ，５６ｂを示す図である。この偏心レンズ５６
ａ，５６ｂは、撮影光学系５５の光軸を挟んだ対称位置
に、主点が配置されてなる複合レンズである。この偏心
レンズ５６ａ，５６ｂの後方には、撮像素子５７ａ，５
７ｂが並設される。

【００８４】このような構成の偏心レンズ５６ａ，５６
ｂにおいても、分割後の光路が対称に配置されるので、
個々の撮像素子５７ａ，５７ｂに到達するまでの光学作
用を等しくすることができる。したがって、分割撮像さ
れた個々の画像情報において、明るさや像倍率などの光
学特性を高精度に揃えることができる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明では、撮像面（複数の撮像素子の受光面）の焦点調
節状態を検出する。

【００８６】そのため、実際の撮影画面の焦点調節状態
を、一次結像面などの仮想面を介さずに、直接知ること
が可能となる。このように撮像面上で焦点検出が行われ
るので、焦点検出部および撮像部の取り付け誤差により
焦点検出精度が低下するという従来の不具合を完全に解
消することができる。

【００８７】また、焦点検出部および撮像部の取り付け
位置の経年変化により、焦点検出精度が徐々に低下する
という不具合も回避することができる。したがって、本
発明では、高い焦点検出精度を長期間にわたって安定的
に得ることが可能となる。特に、撮影が行われる瞬間の
焦点調節状態を直接知ることが可能となる。そのため、
撮影が行われる瞬間の焦点検出値に基づいて、焦点制御
を行うことにより、レリーズタイムラグの期間に合焦状
態が外れるという不具合を完全に解消することができ
る。

【００８８】さらに、撮像素子の解像度に従って、焦点
検出用の画像情報が取り込まれるので、撮影画質に応じ
た適正な精度で、焦点調節状態を検出することができ
る。したがって、撮像素子のチップサイズなどに応じ
て、焦点検出部の設計変更を行う必要が一切なくなる。

【００８９】請求項２に記載の発明では、重複域ごとの
画像情報を利得補正して、重複域の輝度変動を取り除
く。このように輝度変動を取り除いた画像情報について
変位を検出するので、変位の検出値は偏らない。したが
って、焦点調節状態をより正確に検出することが可能と
なる。

【００９０】請求項３に記載の発明では、重複域内に焦
点検出エリアを設けるので、特定の被写体について焦点
検出を行うことができる。したがって、被写体の一部分
などのような狭い範囲を狙って、厳密に焦点検出を行う
ことができる。請求項４に記載の発明では、焦点検出エ
リアを適宜に選択もしくは移動もしくは縮小拡大できる
ので、狙った被写体を焦点検出の対象として確実に捉え
ることができる。

【００９１】また、重複域の広さは、撮影光学系Ｚの開
放Ｆ値などによって変化する。したがって、開放Ｆ値と
いう外部入力に対応して、焦点検出エリアを縮小拡大す
ることにより、適正な焦点検出エリアの大きさを常に確
保することが可能となる。請求項５に記載の発明では、
特定の色成分を抽出して、焦点検出用の画像情報を生成
する。したがって、カラー用の撮像素子を使用する場合
に、光像の変位を確実に検出することができる。

【００９２】請求項６に記載の発明では、色フィルタの
少なくとも一色を連続配列することにより、単色のライ
ンセンサを等価的に構成する。この連続方向に沿って画
像情報の変位を検出するので、連続方向の画素密度の精
度で、画像情報の変位を検出することが可能となる。請
求項７に記載の発明では、光学素子として反射部材を使
用するので、色収差がほとんど生じない。したがって、
被写体像の結像性能を向上させつつ、焦点検出精度を高
めることができる。

【００９３】請求項８に記載の発明では、光学素子とし
てプリズムを使用するので、画像情報は鏡映されず、画
像情報の左右を反転するなどの処理を一切省くことがで
きる。請求項９に記載の発明では、光学素子として偏心
レンズを使用するので、画像情報は鏡映されず、画像情
報の左右を反転するなどの処理を一切省くことができ
る。

【００９４】請求項１０に記載の発明では、複数の撮像
素子により撮像された画像情報を合成する。したがっ
て、個々の撮像素子について、チップサイズを小さくす
ることができる。通常、チップサイズが１／２になる
と、製造上の歩留まりは高くなる。そのため、撮像素子
を必要量だけ確保することが容易になり、撮像素子にか
かる部品コストを格段に下げることができる。

【００９５】さらに、複数の撮像素子を組み合わせて、
１つの撮影画面を構成するので、撮影画面の大型化を容
易に実現することができる。また、単体の撮像素子を使
用する場合に比べ、複数の撮像素子を組み合わせるの
で、撮影画面の解像度を容易に高めることができる。し
たがって、大画面かつ高精細な画像情報を出力する撮像
装置を容易に実現することができる。

【００９６】以上述べたように、本発明を適用した電子
カメラシステムでは、撮像面上の焦点調節状態を直接的
に検出することが可能となる。したがって、撮影される
実際の被写体像に即応して、緊密に合焦制御を行うカメ
ラシステムを容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明を説明する図である。

【図２】合焦状態における重複域の点像を示す図であ
る。

【図３】後ピン状態における重複域の点像を示す図であ
る。

【図４】前ピン状態における重複域の点像を示す図であ
る。

【図５】重複域におけるボケ形状を説明する図である。

【図６】請求項１〜７，１０に対応する実施形態を示す
図である。

【図７】本実施形態における反射部材１４の構成を示す
説明図である。

【図８】本実施形態の動作を示す流れ図である。

【図９】焦点検出エリアの配置例を示す図である。

【図１０】焦点検出エリア内の輝度変動とその利得補正
を示す説明図である。

【図１１】色成分の選択を説明する図である。

【図１２】色成分の選択を説明する図である。

【図１３】焦点検出用に抽出された一組の画像情報を示
す図である。

【図１４】分割瞳の重心開度θを示す図である。

【図１５】分割撮像された画像情報を示す図である。

【図１６】画像合成を説明する図である。

【図１７】反射部材の構成例を示す説明図である。

【図１８】プリズムの構成例（請求項８に対応する）を
示す説明図である。

【図１９】偏心レンズの構成例（請求項９に対応する）
を示す説明図である。

【図２０】従来例を示す図である。

【図２１】従来の焦点検出部６６を示す分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１光学素子２ａ，２ｂ撮像素子３変位検出手段４焦点検出手段１１撮像装置１１ａレリーズ釦１２撮影光学系１３絞り１４反射部材１４ａ鏡映面１４ｓ透明ブロック１５ａ撮像素子１５ｂ撮像素子１６ａ第１記憶部１６ｂ第２記憶部１７画像合成部１７ａ合成画像記憶部１８出力制御部１９表示部２０画像出力端子２１像シフト演算部２１ａエリア選択釦２２焦点検出演算部３４反射部材３４ａ，３４ｂ鏡映面３４ｓ透明ブロック４２撮影光学系４３プリズム４４ａ，４４ｂ撮像素子５５撮影光学系５６ａ，５６ｂ偏心レンズ５７ａ，５７ｂ撮像素子６１カメラボディ６２鏡筒６３撮影光学系６４メインミラー６５サブミラー６６焦点検出部６７Ａ／Ｄ変換部６８マイクロプロセッサ７０撮像部７１レンズホルダ部７２コンデンサレンズ７３視野マスク７４赤外カットフィルタ７５ミラー７７絞り板７７ａ，７７ｂ絞りマスク７８レンズ板７８ａ，７８ｂセパレータレンズ７９イメージセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影光学系の像空間側に配置され、前記
像空間の一部範囲を通過する光を反射もしくは屈折によ
り偏向し、前記像空間を複数に分割する光学素子と、前記光学素子により複数に分割された像空間ごとに個別
配置され、像空間ごとに分割形成される光像を撮像する
複数の撮像素子と、前記複数の撮像素子の画像情報を取り込み、これら画像
情報の間の変位を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段により検出された変位に基づいて、前
記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と
を備え、前記変位検出手段は、像空間の分割部分に形成される光像の重複域において、
対応する光像の間の変位を検出することを特徴とする焦
点検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の焦点検出装置におい
て、前記変位検出手段は、前記重複域ごとの画像情報を光束の分割比率に応じて利
得補正し、補正された画像情報について変位を検出する
ことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】請求項１に記載の焦点検出装置におい
て、前記変位検出手段は、前記重複域内に設けられた焦点検出エリアに検出範囲を
限定して、前記画像情報の変位を検出することを特徴と
する焦点検出装置。
【請求項４】請求項３に記載の焦点検出装置におい
て、外部入力により、前記焦点検出エリアを選択もしくは移
動もしくは縮小拡大する操作手段を備えたことを特徴と
する焦点検出装置。
【請求項５】請求項１に記載の焦点検出装置におい
て、前記撮像素子は、受光面上の画素単位に、所定の表色系における色フィル
タが混合して配列されてなり、前記変位検出手段は、前記画像情報の予め定められた色成分を抽出し、その色
成分について変位を検出することを特徴とする焦点検出
装置。
【請求項６】請求項５に記載の焦点検出装置におい
て、前記撮像素子は、前記色フィルタの少なくとも一色が、縦方向もしくは横
方向もしくは斜め方向に連続して配列されてなり、前記変位検出手段は、前記一色の連続方向に沿って、前記画像情報の変位を検
出することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】請求項１に記載の焦点検出装置におい
て、前記光学素子は、前記撮影光学系の像空間に配置され、前記一部範囲の通
過光を反射して、像空間を部分的に鏡映する反射部材で
あることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項８】請求項１に記載の焦点検出装置におい
て、前記光学素子は、前記撮影光学系の像空間に配置され、前記一部範囲の通
過光を屈折して、像空間を複数に分割するプリズムであ
ることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項９】請求項１に記載の焦点検出装置におい
て、前記光学素子は、前記撮影光学系の光軸外にレンズ主点を有し、前記一部
範囲の通過光をアオリ結像して、像空間を複数に分割す
る偏心レンズであることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか１項に記載
の焦点検出装置を具備してなる撮像装置において、前記複数の撮像素子により光電変換された画像情報を、
分割前の像空間の位置関係に従って合成し、被写体像の
画像情報を得る画像合成手段を備えたことを特徴とする
撮像装置。