撮像装置
【課題】撮影の直前まで撮影者が確実に観察光学系に被写体を捕捉し続けることができるように、迅速な焦点調節が可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】メインミラー２０５（ビームスプリッタ、ハーフミラー）を撮影光路中へ挿入した状態で、サブミラー２１７（偏向ミラー、全反射ミラー）を撮影光路中へ挿入して焦点検出センサー２０７により焦点調節状態を検出するとともに、サブミラー２１７を撮影光路外へ退避して撮像素子２１２の焦点検出用画素列により焦点調節状態を検出する。焦点検出センサー２０７および撮像素子２１２の焦点検出用画素列による焦点調節状態の各検出結果に応じてフォーカシング用レンズ２１０または撮像素子２１２の駆動による焦点調節状態の粗調整・微調整を行うことにより、迅速かつ高精度に合焦を達成する。
【解決手段】メインミラー２０５（ビームスプリッタ、ハーフミラー）を撮影光路中へ挿入した状態で、サブミラー２１７（偏向ミラー、全反射ミラー）を撮影光路中へ挿入して焦点検出センサー２０７により焦点調節状態を検出するとともに、サブミラー２１７を撮影光路外へ退避して撮像素子２１２の焦点検出用画素列により焦点調節状態を検出する。焦点検出センサー２０７および撮像素子２１２の焦点検出用画素列による焦点調節状態の各検出結果に応じてフォーカシング用レンズ２１０または撮像素子２１２の駆動による焦点調節状態の粗調整・微調整を行うことにより、迅速かつ高精度に合焦を達成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点調節手段を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているような撮像装置が知られている。その撮像装置においては、撮影光学系から到来する光束がメインミラー（ハーフミラー）で分岐される。分岐された一方の光束は、観察光学系（ビューファインダー）に導かれることによって、目視による撮影光学系の焦点調節状態を観察可能にする。分岐された他方の光束であるメインミラーを透過した光束は、サブミラー（全反射ミラー）で偏向されて瞳分割位相差検出方式の焦点検出手段に導かれ、該焦点検出手段により撮影光学系の焦点調節状態が検出され、該検出結果に基づいて撮影光学系の焦点調節（粗調節）が行われる。その後、メインミラーとサブミラーを撮影光路から退避し、撮影光学系の予定焦点面に配置された撮像素子が撮影光学系により形成された像を撮像し、画像信号が得られる。該画像信号に基づいて画像の鮮鋭度検出（コントラスト検出）が行われ、該鮮鋭度に基づいて撮影光学系の焦点調節状態が検出される。該検出結果に基づいて撮影光学系の焦点調節（微調節）が行われ、最終的に撮像素子が撮影光学系により形成された像を撮像し、得られた画像信号が記憶される。
【特許文献１】特開２００６−１０６１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の撮像装置においては、焦点調節状態検出結果により焦点調節をした後に、メインミラーとサブミラーを共に撮影光路から退避して焦点調節を行っている。したがって、メインミラーおよびサブミラーが共に撮影光路から退避されてから実際に撮像が行われるまでの時間（ブラックアウト時間）が長く、撮影者が確実にビューファインダーに被写体を捕捉し続けることが困難であるとともに、迅速な焦点調節動作を行うことができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１の発明による撮像装置は、撮像光学系により形成される像に対応した画像データを生成するための信号を出力する撮像画素と、像の焦点状態を検出するための信号を出力する焦点検出画素とが配置された撮像素子と、撮像光学系と撮像素子との間の撮影光路内に配置されると共に、撮像光学系から到来する光束を撮影光路に沿って通過する第１光束と撮影光路外に分岐する第２光束とに分離するビームスプリッタと、第２光束により形成される像を観察する観察光学系と、撮影光路内への挿入および撮影光路外への退避が可能に配置されると共に、撮影光路内へ挿入されたときに第１光束を撮影光路外に偏向させる偏向ミラーと、偏向ミラーにより撮影光路外に偏向された第１光束を受光して、第１光束により形成される像の焦点状態を瞳分割型位相差検出方式によって検出する第１焦点検出手段と、撮影光路に沿って到来する第１光束により形成される像の焦点状態を、焦点検出画素から出力される信号に基づき検出する第２焦点検出手段と、第１焦点検出手段および第２焦点検出手段による焦点状態の検出を、偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項１３の発明による撮像装置は、撮像光学系により形成される像に対応した画像データを生成するための信号を出力する撮像画素と、像の焦点状態を検出するための信号を出力する焦点検出画素とが配置された撮像素子と、撮像光学系と撮像素子との間の撮影光路内に配置されると共に、撮像光学系から到来する光束を撮影光路に沿って通過する第１光束と撮影光路外に分岐する第２光束とに分離するビームスプリッタと、第２光束により形成される像を観察する観察光学系と、第１光束を撮影光路外に偏向させる偏向ミラーと、偏向ミラーにより偏向された第１光束を受光し、該第１光束により形成される像の焦点状態を瞳分割型位相差検出方式によって検出する第１焦点検出手段と、撮影光路に沿って到来する第１光束により形成される像の焦点状態を、焦点検出画素から出力される信号に基づき検出する第２焦点検出手段と、ビームスプリッタの撮影光路内への挿入および撮影光路外への退避を行うビームスプリッタ駆動手段と、偏向ミラーの撮影光路内への挿入および撮影光路外への退避を行う偏向ミラー駆動手段と、ビームスプリッタを撮影光路内へ挿入した状態で、偏向ミラーを撮影光路内へ挿入し、かつ、撮影光路外へ退避するように、ビームスプリッタ駆動手段および偏向ミラー駆動手段を制御すると共に、第１焦点検出手段および第２焦点検出手段による焦点状態の検出を、ビームスプリッタおよび偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、撮影の直前まで撮影者が確実に観察光学系に被写体を捕捉し続けることが可能で、かつ迅速な焦点調節が可能な撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明に係る撮像装置の一実施の形態として、レンズ交換式デジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図１は一実施の形態としてのデジタルスチルカメラ２０１の構成を示す断面図である。デジタルスチルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系（撮像光学系）を有する交換レンズ２０２が装着可能である。
【０００７】
交換レンズ２０２はレンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は不図示のマイクロコンピューター、メモリー、駆動制御回路などから構成され、ズーミング用レンズ２０８のズーミング、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節、絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信を行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
【０００８】
レンズ駆動制御装置２０６は絞り駆動手段２３１を介して絞り２１１の開口径調節を行い、ズーム駆動手段２３２を介してズーミング用レンズ２０８を駆動してズーミングを行い、フォーカスレンズ駆動手段２３３を介してフォーカシング用レンズ２１０を駆動して焦点調節を行う。
【０００９】
フォーカスレンズ駆動手段２３３はモータと減速機構（ギアおよびヘリコイドなどから構成される）からなり、高速でフォーカシング用レンズ２１０を駆動して焦点調節を行う。
【００１０】
レンズ駆動制御装置２０６は、焦点調節状態、ズーミング状態、開口径調節状態、絞り開放Ｆ値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０との位置、および絞り２１１の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御装置２０６は、マウント部２０４に設けられた電気接点２１３を介してレンズ情報をボディ駆動制御装置２１４に送信する。
【００１１】
レンズ駆動制御装置２０６はボディ駆動制御装置２１４から受信した焦点調節情報（デフォーカス量）に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカスレンズ駆動手段２３３を介してフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１２】
カメラボディ２０３は撮影光路中に挿入／退避可能なメインミラー２０５（ビームスプリッタ、ハーフミラー）およびサブミラー２１７（偏向ミラー、全反射ミラー）、光学ファインダー２１６（観察光学系、ビューファインダー）、撮像素子２１２、焦点検出センサー２０７、ボディ駆動制御装置２１４およびそれに付随する回路などを備えている。
【００１３】
交換レンズ２０２よりマウント部２０４の開口を通して到来する被写体からの光束は撮影光路中に挿入されたメインミラー２０５により、ペンタプリズムおよび接眼レンズなどからなる光学ファインダー２１６に分岐して導かれ、撮影者はこの光学フィンダー２１６を通して被写体を光学的に観察することができる。
【００１４】
一方メインミラー２０５を透過した被写体からの光束は、撮影光路中に挿入されたサブミラー２１７により偏向され、焦点検出センサー２０７に導かれる。焦点検出センサー２０７は再結像瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置の構成を有しており、焦点検出センサー２０７の出力信号がボディ駆動制御装置２１４により処理されて、位相差検出方式により被写体像の焦点調節状態が検出される。この焦点検出センサー２０７については詳細を後述する。
【００１５】
メインミラー２０５およびサブミラー２１７の撮影光路中への挿入／退避は、ボディ駆動制御装置２１４の指示に基づき、ミラー駆動手段２３４により独立して行われる。
【００１６】
撮像素子２１２には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれており、焦点検出画素の出力信号がボディ駆動制御装置２１４により処理されて、再結像瞳分割型位相差検出方式により被写体像の焦点調節状態が検出される。この撮像素子２１２については詳細を後述する。
【００１７】
撮像素子２１２は交換レンズの光軸方向に所定の可動範囲内で移動可能に支持されており、ボディ駆動制御装置２１４の指示に基づき、撮像素子駆動手段２３５により光軸方向に駆動され、これにより高精度な焦点調節を行うことができる。
【００１８】
撮像素子駆動手段２３５はモータと減速機構（ギアおよびヘリコイドなどから構成される）や圧電アクチュエータからなり、フォーカスレンズ駆動手段２３３に比較して高精度な焦点調節が可能となるように構成されているが、その可動範囲はフォーカスレンズ駆動手段２３３の可動範囲より狭くなっている。
【００１９】
この明細書では、焦点検出センサー２０７による焦点検出結果に基づく焦点調節を、「専用ＡＦ（Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ）」と呼ぶ。一方、撮像素子２１２の焦点検出用画素列による焦点検出結果に基づく焦点調節を、撮像素子による焦点調節として「撮像素子ＡＦ」と呼ぶ。
【００２０】
ボディ駆動制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリー、タイマー、駆動制御回路などから構成され、撮像素子２１２の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しおよび焦点検出センサー２０７の駆動制御および焦点検出信号の読み出しと焦点検出信号に基づく焦点検出演算、および焦点検出結果に基づくフォーカシング用レンズ２１０または撮像素子２１２の駆動による焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信を行う。
【００２１】
外部操作手段２２０は、撮影者が焦点検出エリアや後述するＡＦモードを選択する手段であって、選択された焦点検出エリアと選択されたＡＦモードに応じてボディ駆動制御装置２１４は焦点調節動作を切り換える。
【００２２】
外部操作手段２２１は第１段階操作状態と第２段階操作状態を有し、撮影者が焦点調節動作の起動を指示する第１段階操作（半押し）を経て、撮影動作を指示する第２段階操作（全押し）に至る。
【００２３】
ボディ駆動制御装置２１４は外部操作手段２２１の操作状態に応じて焦点調節動作／撮影動作を制御する。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２および焦点検出センサー２０７からの出力信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２からの画像信号を処理して画像データを生成し、メモリーカード２１９に格納するとともに、その画像データに基づく画像を液晶表示素子２１５に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００２４】
図２は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子２１２上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域である焦点検出エリアをＰ０（太線）で示し、焦点検出センサー２０７のサンプリングする領域をＰ１、Ｐ２、Ｐ３で示す。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央および左右の３箇所に焦点検出エリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３が配置され、撮影画面１００上に格子状に焦点検出エリアＰ０が配置される。また焦点検出エリアＰ０の一部は焦点検出エリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３に重畳して配置される。
【００２５】
撮像素子２１２上の焦点検出画素列の出力信号を用いて焦点検出を行う場合には、格子状に配置された焦点検出エリアＰ０の一部に対応した出力信号を用いて焦点検出が行われる。例えば焦点検出エリアＰ１に重畳した部分の焦点検出エリアＰ０の出力信号を用いて焦点検出を行う。
【００２６】
図３は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図２の領域１０１に対応した撮像素子２１２の部分の拡大図である。撮像素子２１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状（緑画素、赤画素、青画素からなるベイヤー配列）に稠密に配列されるとともに、焦点検出エリアに対応する位置には焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４が直線上に交互に配列される。焦点検出画素３１３、３１４はそれぞれ撮像画素３１０の青画素と緑画素が配置されるべき位置に配置される。
【００２７】
なお図３は垂直方向の焦点検出エリアに対応する焦点検出画素配置を示しているが、水平方向の焦点検出エリアに対応する焦点検出画素配置は、図３を９０度回転したものと等しい。
【００２８】
撮像画素３１０は、図４に示すようにマイクロレンズ１０、光電変換部１１、および色フィルター（不図示）から構成される。色フィルターは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度は図６に示す特性になっている。撮像素子２１２には、各色フィルターを備えた撮像画素３１０である赤画素、緑画素、青画素がベイヤー配列されている。
【００２９】
図５は、図３に示した焦点検出画素配列における焦点検出画素の構成を示す図であって、焦点検出画素３１３は、図５(ａ)に示すようにマイクロレンズ１０と光電変換部１３とから構成され、光電変換部１３の形状は矩形である。また、焦点検出画素３１４は、図５(ｂ)に示すようにマイクロレンズ１０と光電変換部１４とから構成され、光電変換部１４の形状は矩形である。仮に、焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０と焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０とを重ね合わせて図示すると、光電変換部１３と１４とが垂直方向に並ぶような位置関係になる。
【００３０】
なお図５（ａ）、（ｂ）は垂直方向の焦点検出エリアに対応する焦点検出画素配列における焦点検出画素の構成を示しているが、水平方向の焦点検出エリアに対応する焦点検出画素配列における焦点検出画素の構成は、図５（ａ）、（ｂ）を９０度回転したものとなる。
【００３１】
焦点検出画素３１３、３１４には光量をかせぐために色フィルターが設けられておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター（不図示）の分光特性とを総合した分光特性（図７参照）となる。つまり、図６に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。
【００３２】
焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４は、撮像画素３１０の青画素と緑画素が配置されるべき列に配置されている。焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４が、撮像画素３１０の青画素と緑画素が配置されるべき列に配置されているのは、焦点検出画素の位置における撮像用の画像信号を求めるための補間処理において補間誤差が生じた場合に、人間の視覚特性上、赤画素の補間誤差に比較して青画素の補間誤差が目立たないためである。
【００３３】
撮像画素３１０の光電変換部１１は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズの射出瞳径（例えばＦ１．０）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。また、焦点検出画素３１３、３１４の光電変換部１３、１４は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズの射出瞳径（例えばＦ１．０）を通過する光束の略半分ずつを受光するような形状に設計される。
【００３４】
図８は撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０では撮像用の光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１１の形状が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。なお、不図示の色フィルターはマイクロレンズ１０と光電変換部１１の中間に配置される。
【００３５】
図９(ａ)は図５（ａ）に示した焦点検出画素３１３の断面図である。図２における画面中央の焦点検出エリア１０１に対応して配置された焦点検出画素３１３において、光電変換部１３の前方（図９(ａ)においては左方）にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１３の形状が前方に投影される。光電変換部１３は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その前方にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。
【００３６】
図９(ｂ)は図５（ｂ）に示した焦点検出画素３１４の断面図である。図２における画面中央の焦点検出エリア１０１に対応して配置された焦点検出画素３１４において、光電変換部１４の前方（図９(ｂ)においては左方）にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１４の形状が前方に投影される。光電変換部１４は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その前方にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。
【００３７】
図１０は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。なお、焦点検出画素の部分は拡大して示す。図１０において、射出瞳９０は、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面に配置されたマイクロレンズ１０から前方へ距離ｄの位置に設定される。この距離ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。符号９１は交換レンズの光軸、符号１０ａ〜１０ｄはマイクロレンズ、符号１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂは光電変換部、符号３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂは焦点検出画素、符号７３，７４、８３，８４は焦点検出光束である。
【００３８】
また、符号９３は、マイクロレンズ１０ａ、１０ｃにより投影された光電変換部１３ａ、１３ｂの領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。図１０では、説明を解りやすくするために楕円形の領域で示しているが、実際には光電変換部１３ａ、１３ｂの形状が拡大投影された形状になる。同様に、符号９４は、マイクロレンズ１０ｂ、１０ｄにより投影された光電変換部１４ａ、１４ｂの領域であり、測距瞳である。図１０では、説明を解りやすくするために楕円形の領域で示しているが、実際には光電変換部１４ａ、１４ｂの形状が拡大投影された形状になる。
【００３９】
図１０では、交換レンズの光軸９１に隣接する４つの焦点検出画素３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂを模式的に例示しているが、焦点検出エリア１０１のその他の焦点検出画素においても、また画面周辺部の焦点検出エリア１０２、１０３の焦点検出画素においても、光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳９３、９４を通って各マイクロレンズに到来する光束を受光するように構成されている。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳９３と９４との並び方向、すなわち一対の光電変換部１３ａと１４ａ（または１３ｂと１４ｂ）との並び方向と一致させる。
【００４０】
マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄは交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄによりその背後（図１０においては右方）に配置された光電変換部１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの形状がマイクロレンズ１０ａ〜１０ｃから測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３，９４を形成する。すなわち、マイクロレンズから測距瞳距離ｄにある射出瞳９０上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９３，９４）が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素の光電変換部の投影方向が決定されている。
【００４１】
光電変換部１３ａは、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ１０ａに到来する光束７３によりマイクロレンズ１０ａ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部１３ｂは、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ１０ｃに到来する光束８３によりマイクロレンズ１０ｃ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部１４ａは、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ１０ｂに到来する光束７４によりマイクロレンズ１０ｂ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部１４ｂは、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ１０ｄに到来する光束８４によりマイクロレンズ１０ｄ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４２】
上述した２種類の焦点検出画素を直線状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９３と測距瞳９４をそれぞれ通過する焦点検出用光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、瞳分割型位相差検出方式による一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面（マイクロレンズアレイの位置に対応）に対する現在の結像面（撮影画面上の焦点検出位置に対応する結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００４３】
図１１により、再結像瞳分割型位相差検出方式の焦点検出センサー２０７の構成および焦点検出動作について説明する。図１１は図２に示した焦点検出エリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３に対応した３つの再結像光学系ユニットからなる焦点検出センサー２０７の構成を図２の上方向から見た図である。図１１において、符号９１は交換レンズの光軸、符号１１０，１２０はコンデンサレンズ、符号１１１、１２１は絞りマスク、１１２，１１３、１２２，１２３は絞りマアスク開口、符号１１４、１１５、１２４，１２５は再結像レンズ、符号１１６、１２６は焦点検出用の撮像素子（ＣＣＤ）である。
【００４４】
また、符号１３２，１３３、１４２，１４３は焦点検出光束である。射出瞳９０は交換レンズの予定結像面から前方へ距離ｄの位置に設定される。ここで、距離ｄは、コンデンサレンズ１１０，１２０の焦点距離と、コンデンサレンズ１１０，１２０と絞り開口１１２，１１３、１２２，１２３との間の距離などに応じて決まる距離であって、以下では測距瞳距離と呼ぶ。この測距瞳距離ｄは図１０における距離ｄと略等しく設定される。符号１９２は、コンデンサレンズ１１０，１２０により投影された絞り開口１１２，１２２の領域であり、以下では測距瞳と呼ぶ。同様に、符号１９３は、コンデンサレンズ１１０，１２０により投影された絞り開口１１３，１２３の領域であり、以下では測距瞳と呼ぶ。コンデンサレンズ１１０、絞りマスク１１１、絞りマスク開口１１２，１１３、再結像レンズ１１４、１１５およびイメージセンサー１１６が、一つの位置で焦点検出を行う再結像瞳分割型位相差検出方式の焦点検出ユニットを構成する。
【００４５】
図１１においては、交換レンズの光軸９１上にある焦点検出ユニットと交換レンズの光軸９１上に無い焦点検出ユニットとを模式的に例示している。複数の焦点検出ユニットを組み合わせることによって、図２に示す３箇所の焦点検出エリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３において再結像瞳分割型位相差検出方式で焦点検出を行う焦点検出装置を実現することができる。
【００４６】
コンデンサレンズ１１０からなる焦点検出ユニットは、交換レンズの予定結像面近傍に配置されたコンデンサレンズ１１０、その背後（図１１においては右方）に配置された撮像素子１１６、コンデンサレンズ１１０と撮像素子１１６との間に配置され、予定結像面近傍に結像された１次像を撮像素子１１６上に再結像する一対の再結像レンズ１１４、１１５、一対の再結像レンズの近傍（図１１では左方）に配置された一対の絞りマスク開口１１２、１１３を有する絞りマスク１１１から構成される。
【００４７】
撮像素子１１６は、複数の光電変換部が直線に沿って密に配置されたラインセンサであり、光電変換部の配置方向は一対の測距瞳の並び方向（すなわち、絞り開口の並び方向）と一致させる。この撮像素子１１６からは、撮像素子１１６上に再結像された一対の像の強度分布に対応した情報が出力され、この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、再結像瞳分割型位相差検出方式による一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００４８】
撮像素子１１６は再結像レンズ１１４、１１５により予定結像面上に投影されており、デフォーカス量（像ズレ量）の検出精度は、像ズレ量の検出ピッチ（再結像瞳分割型位相差検出方式の場合は予定結像面上に投影された光電変換部の配列ピッチ）により決まる。
【００４９】
コンデンサレンズ１１０は、絞りマスク１１１の絞りマスク開口１１２、１１３を射出瞳９０上に領域１９２、１９３として投影している。領域１９２，１９３を測距瞳と呼ぶ。すなわち、撮像素子１１６上に再結像される一対の像は射出瞳９０上の一対の測距瞳１９２，１９３を通過する光束によって形成される。射出瞳９０上の一対の測距瞳１９２，１９３を通過する光束１３２、１３３を焦点検出用光束と呼ぶ。
【００５０】
図１２は射出瞳９０上における撮像素子ＡＦの測距瞳９３、９４と専用ＡＦの測距瞳１９２、１９３を比較した図である。なお、この場合の撮像素子ＡＦにおける焦点検出画素配列方向は図２における水平方向であり、一対の測距瞳の並び方向を専用ＡＦの一対の測距瞳の並び方向に揃えている。
【００５１】
図１２において撮像素子ＡＦの測距瞳９３、９４は開口Ｆ１．０を含むように設定されている。一方、専用ＡＦの測距瞳１９２、１９３は開口Ｆ５．６内に入るように設定されている。これは全ての交換レンズの開放Ｆ値がＦ５．６より明るい交換レンズシステムにおいて、どの交換レンズを使用した場合にも焦点検出光束のケラレがないようにするためである。
【００５２】
瞳分割型位相差検出方式においては、一対の測距瞳を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像のズレ量（光軸に対して垂直な方向でのズレ量）を検出し、該像ズレ量を光軸方向のデフォーカス量に変換することにより焦点検出を行っている。
【００５３】
専用ＡＦではお互いの重心間隔が狭い一対の測距瞳１９２、１９３を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像のズレ量に応じて焦点検出を行うため、小さな像ズレ量で大きなデフォーカス量の検出することができる。
【００５４】
一方、撮像素子ＡＦではお互いの重心間隔が広い一対の測距瞳９３、９４を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像のズレ量に応じて焦点検出を行うため、デフォーカス量の検出精度が向上する。
【００５５】
また、予定結像面上における像の検出ピッチに関しては、撮像素子ＡＦの検出ピッチは画素ピッチの２倍のピッチであり、専用ＡＦの検出ピッチは撮像素子のピッチを再結像レンズによって予定結像面に投影した場合のピッチとなる。撮像素子ＡＦの検出ピッチを専用ＡＦの検出ピッチより小さくしておくことにより、さらに撮像素子ＡＦのデフォーカス量の検出精度が向上する。
【００５６】
図１３は、本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップＳ１０において、撮影者により外部操作手段２２１が操作されて第１段階操作状態となることにより、ＡＦ開始が指示されると、ステップＳ２０において、外部操作手段２２０で設定されたＡＦモードに応じて、ステップＳ１００のワンショットＡＦモード、ステップＳ３００のコンティニュアスＡＦモード、ステップＳ５００の高精度ＡＦモード、ステップＳ７００の高速連写ＡＦモードに分岐する。
【００５７】
ワンショットＡＦモードとは一旦合焦を検出した後は焦点調節動作をロックするＡＦモードであり、コンティニュアスＡＦモードとは合焦に関わらず常時迅速な焦点調節動作を継続するＡＦモードであり、高精度ＡＦモードとは合焦に関わらず常時高精度な焦点調節動作を継続するＡＦモードであり、高速連写モードとは高速連写に適した焦点調節動作を行うＡＦモードである。
【００５８】
ワンショットＡＦモードに分岐した場合は、図１４のステップＳ１００から動作を開始する。ステップＳ１１０においてメインミラー２０５とサブミラー２１７が撮影光路外に退避されていた場合には、メインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路に挿入する。ステップＳ１２０において、撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。ステップＳ１３０において専用ＡＦの焦点検出エリア（ＡＦエリア）からデータを読み出す。なおＡＦエリアは撮影者により予め外部操作手段２２０により選択されている。
【００５９】
ステップＳ１４０において専用ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ１５０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップＳ１４０およびＳ１５０の詳細は後述する。
【００６０】
ステップＳ１６０では算出されたデフォーカス量に基づき、合焦近傍か否かを判定し、合焦近傍でない場合はステップＳ１７０に進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置（レンズＣＰＵ）２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、ステップＳ１３０へ戻って上述した動作を繰り返す。合焦近傍と判定された場合は、ステップＳ１８０でサブミラー２１７のみを撮影光路から退避し、図１５の状態となる。
【００６１】
ステップＳ１９０において撮像素子ＡＦのＡＦエリア（撮影者が選択したＡＦエリアであって、専用ＡＦのＡＦエリアと合致しているＡＦエリア）からデータを読み出す。ステップＳ２００において撮像素子ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ２１０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップＳ２００およびＳ２１０の詳細は後述する。
【００６２】
ステップＳ２２０では算出されたデフォーカス量に基づき、合焦か否かを判定し、合焦でない場合はステップＳ２３０に進み、デフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にない場合にはステップＳ２４０でサブミラー２１７を撮影光路に挿入し、ステップＳ１３０へ戻って上述した動作を繰り返す。可動範囲内にある場合にはステップＳ２５０で撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて光軸方向に移動させる。
【００６３】
図１６はフォーカシング用レンズ２１０の可動範囲と撮像素子２１２の可動範囲を模式的に示した図であって、フォーカシング用レンズ２１０の可動範囲は撮影距離の至近から無限遠（∞）まであり（図１６（ａ））、撮像素子２１２の可動範囲はフォーカシング用レンズ２１０の可動範囲より狭い（図１６（ｂ））。
【００６４】
専用ＡＦの焦点調節によりフォーカシング用レンズ２１０が駆動されて合焦近傍内に入った段階でのレンズ位置が撮像素子２１０の可動範囲の中央（リセット位置）になっており、撮像素子ＡＦで検出されたデフォーカス量に応じて撮像素子２１２が可動範囲内で移動されることになる。撮像素子２１２の現在位置Ｃｐに対して検出されたデフォーカス量に基づく撮像素子２１２の移動位置（合焦位置）が可動範囲内に入る場合（図１６（ｃ））には撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて移動させる。撮像素子２１２の現在位置Ｃｐに対して検出されたデフォーカス量に基づく撮像素子２１２の移動位置（合焦位置）が可動範囲内に入らない場合（図１６（ｄ））には撮像素子２１２を移動させずに、専用ＡＦによる焦点調節を行う。
【００６５】
図１４において、ステップＳ２２０で合焦と判定された場合は、ステップＳ２６０で撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッタレリーズが指示されるのを待機する。シャッターレリーズの指示に応じて、ステップＳ２７０で、メインミラー２０５を撮影光路から退避させるとともに、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、ステップＳ２８０で撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。
【００６６】
ステップＳ２９０において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００６７】
なお上記フローにおいては、ステップＳ２３０においてデフォーカス量が撮像素子の可動範囲外であった場合にはステップＳ２４０を経てステップＳ１３０に戻って、専用ＡＦによる焦点調節を行っているが、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させた後ステップ１９０に戻り、撮像素子ＡＦによる焦点調節を継続するようにしてもよい。このようにすれば、サブミラー２１７の挿入退避を省略することができるので、迅速な焦点調節動作を達成することができる。
【００６８】
ワンショットＡＦモードでは、メインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路に挿入した状態で、専用ＡＦにより焦点検出を行って第１段階の焦点調節（粗調節）を行った後、サブミラー２１７を撮影光路から退避して撮像素子ＡＦにより焦点検出を行って第２段階の焦点調節（微調節）を行う。撮影者により焦点検出動作の開始が指示された時点で大きくデフォーカスした状態にあっても、確実に焦点検出して迅速に合焦近傍状態にすることができ、最終的には高い精度で合焦を達成できるとともに、撮影者は、シャッターレリーズを行うまで光学ファインダーにより被写体像を捕捉し続けることができる。
【００６９】
コンティニュアスＡＦモードに分岐した場合は、図１７のステップＳ３００から動作を開始する。ステップＳ３１０において撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。ステップＳ３２０においてメインミラー２０５とサブミラー２１７が撮影光路外に退避されていた場合には、メインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路に挿入する。
【００７０】
ステップＳ３３０において専用ＡＦのＡＦエリアからデータを読み出す。なおＡＦエリアは撮影者により予め外部操作手段２２０により選択されている。ステップＳ３４０において専用ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ３５０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップＳ３４０およびＳ３５０の詳細は後述する。
【００７１】
ステップＳ３６０では、算出されたデフォーカス量をレンズ駆動制御装置（レンズＣＰＵ）２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０（撮影光学系）を合焦位置に駆動させる。
【００７２】
ステップＳ３７０では、撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッターレリーズが指示されているかを判定し、シャッターレリーズの指示がない場合にはステップＳ３３０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００７３】
シャッターレリーズの指示があった場合には、ステップＳ３８０でメインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路から退避させるとともに、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、ステップＳ３９０で撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。
【００７４】
ステップＳ４００において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップＳ３２０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００７５】
コンティニュアスＡＦモードではメインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路に挿入した状態で常時専用ＡＦにより焦点検出を行って焦点調節を行う。したがって、被写体の移動が高速でデフォーカス量が大きく急変する場合や、撮影者による構図変更が頻繁に行われデフォーカス量が大きく急変する場合においても確実にデフォーカス量の急変に迅速に追従して焦点調節を行うことができるとともに、撮影者は、シャッターレリーズを行うまで光学ファインダーにより被写体像を捕捉し続けることができる。
【００７６】
高精度ＡＦモードに分岐した場合は、図１８のステップＳ５００から動作を開始する。ステップＳ５１０においてサブミラー２１７が撮影光路に挿入されていた場合には、サブミラー２１７を撮影光路外に退避する。ステップＳ５２０においてメインミラー２０５が撮影光路外に退避されていた場合には、メインミラー２０５を撮影光路に挿入する。ステップＳ５３０において撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。
【００７７】
ステップＳ５４０において撮像素子ＡＦのＡＦエリア（撮影者が選択したＡＦエリア）からデータを読み出す。ステップＳ５５０において撮像素子ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ５６０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。
【００７８】
ステップＳ５７０においてデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させる。ステップＳ５８０において撮像素子ＡＦのＡＦエリア（撮影者が選択したＡＦエリア）からデータを読み出す。ステップＳ５９０において撮像素子ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ５４０、Ｓ５５０、Ｓ５９０、Ｓ６００の詳細は後述する。
【００７９】
ステップＳ６１０では算出されたデフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にない場合にはステップＳ５７０へ戻って上述した動作を繰り返す。可動範囲内にある場合にはステップＳ６２０で撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて光軸方向に移動させる。
【００８０】
ステップＳ６３０では、撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッターレリーズが指示されているかを判定し、シャッターレリーズの指示がない場合にはステップＳ５４０またはステップＳ５８０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００８１】
シャッターレリーズの指示があった場合には、ステップＳ６４０でメインミラー２０５を撮影光路から退避させるとともに、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、ステップＳ６５０で撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。
【００８２】
ステップＳ６６０において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップ５２０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００８３】
高精度ＡＦモードではメインミラー２０５を撮影光路に挿入し、サブミラー２１７を撮影光路から退避した状態で撮像素子ＡＦにより焦点検出を行い、検出されたデフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲外である場合には、フォーカシング用レンズ２１０を移動させて第１段階の焦点調節（粗調節）を行った後、検出されたデフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲内である場合には、撮像素子２１２の移動による第２段階の焦点調節（微調節）を行う。したがって、被写体が光軸方向にわずかに動く場合や、手持ち撮影などで被写体とカメラの相対的位置がわずかに変化する場合においても、迅速かつ高精度な合焦状態を常に達成することができるとともに、撮影者は、シャッターレリーズを行うまで光学ファインダーにより被写体像を捕捉し続けることができる。
【００８４】
高速連写ＡＦモードに分岐した場合は、図１９のステップＳ７００から動作を開始する。ステップＳ７１０においてメインミラー２０５とサブミラー２１７が撮影光路に挿入されていた場合には、メインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路外に退避し、図２０の状態となる。ステップＳ７２０において撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。
【００８５】
ステップＳ７３０では、交換レンズ２０２の絞り値を固定したまま撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。ステップＳ７４０ではその画像データに基づく画像を液晶表示素子２１５に表示させる。
【００８６】
ステップＳ７５０では、撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッターレリーズが指示されているかを判定し、シャッターレリーズの指示がない場合にはステップ７７０に進む。
【００８７】
シャッターレリーズの指示があった場合には、ステップＳ７６０において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップＳ７７０に進む。
【００８８】
ステップＳ７７０において、撮像時に画像データといっしょに読み出された焦点検出画素のデータのうち、選択されたＡＦエリアに対応する焦点検出画素のデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ７８０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップＳ７７０およびＳ７８０の詳細は後述する。
【００８９】
ステップＳ７９０では算出されたデフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にある場合にはステップＳ８００で撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて光軸方向に移動させ、ステップＳ７３０に戻って上述した動作を繰り返す。可動範囲内にない場合にはステップＳ８００でデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させ、ステップＳ７３０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００９０】
高速連写ＡＦモードではメインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路から退避した状態で撮像動作と同時に読み出される焦点検出画素データに基づいて焦点検出を行い、検出されたデフォーカス量に応じて常時迅速かつ高精度な焦点調節を行う。したがって、焦点検出専用のデータ読み出しを行う時間を短縮でき、メインミラー２０５とサブミラー２１７の撮影光路への挿入退避を行う時間も短縮できるので高速連写が可能になるとともに、撮影者は、被写体像を液晶表示素子２１５において常時捕捉し続けることができる。
【００９１】
なお、簡便のため、図１４、図１７、図１８、図１９のフローには不図示であるが、デフォーカス量の算出が不能（すなわち、焦点検出不能）であった場合には、レンズ駆動制御装置２０６へ指令を送信し、フォーカシング用レンズ２１０を至近と無限遠（∞）の間で走査駆動させながら焦点検出を行う。
【００９２】
図１４のステップＳ１４０、Ｓ１５０、Ｓ２００、Ｓ２１０、図１７のステップＳ３４０、Ｓ３５０、図１８のステップＳ５４０、Ｓ５５０、Ｓ５９０、Ｓ６００、図１９のステップＳ７７０、Ｓ７８０における像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）の詳細について以下説明する。以下の説明においては、専用ＡＦの出力信号（データ列）と撮像素子ＡＦの出力信号（データ列）を区別せずに取り扱う。
【００９３】
データ列は、一対の像の一方に対応する基準データ列と、もう一方に対応する副データ列からなる。例えば、専用ＡＦの場合は、図１１において再結像レンズ１１４により撮像素子１１６上に形成された像に相当するデータが基準データ列を構成し、再結像レンズ１２５により撮像素子１２６上に形成された像に相当するデータが副データ列を構成する。また、撮像素子ＡＦの場合は、焦点検出画素３１３の配列の出力が基準データ列となり、焦点検出画素３１４の配列の出力が副データ列となる。
【００９４】
基準データ列（Ａ１ｎ ，但しｎ＝０〜Ｎ）が固定され、該基準データ列に対し副データ列（Ａ２ｎ ，但しｎ＝（−ｍ）〜（Ｎ+ｍ））が相対的にデータ列のデータ間隔（データピッチ）だけ順次シフトされ、各シフトにおける相関量が数式１により計算される。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１ｎ−Ａ２（ｎ+ｋ）｜ （１）
ただし、Σ演算はｎについて０〜Ｎまでの積算を行う。また、シフト量ｋは整数であり、式（１）の演算はｋ＝（−ｍ）〜（＋ｍ）の範囲で行われる。式（１）の演算結果は、図２１（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図２１（ａ）ではｋ＝ｋj＝２）において相関量Ｃ（ｋ）が極小（小さいほど相関度が高い）になる。
【００９５】
以下の式（２）〜式（５）による３点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する極小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ （２）
Ｃ（ｘ）＝ Ｃ（ｋj）-｜Ｄ｜ （３）
Ｄ＝｛Ｃ（ｋj-１）-Ｃ（ｋj＋１）｝／２ （４）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ（ｋj＋１）-Ｃ（ｋj），Ｃ（ｋj-１）-Ｃ（ｋj）｝ （５）
【００９６】
式（２）で算出されたずらし量ｘの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図１３（ｂ）に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値Ｃ（ｘ）の値が大きくなる。したがって、Ｃ（ｘ）が所定の閾値以上の場合は算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。
あるいは、Ｃ（ｘ）をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ（ｘ）を除した値が所定値以上の場合は、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。あるいはまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。
【００９７】
図１３（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲ｋｍｉｎ〜ｋｍａｘの間で相関量Ｃ（ｋ）の落ち込みがない場合は、極小値Ｃ（ｘ）を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。
【００９８】
算出されたずらし量ｘの信頼性があると判定された場合は、式（６）により像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・（ｘ−Ｘ０） （６）
式（６）において、ＰＹは検出ピッチ（専用ＡＦの場合は撮像素子１１６を再結像レンズ１１４，１１５により予定焦点面に投影した場合の投影倍率が掛けられた撮像素子１１６のピッチ、撮像素子ＡＦの場合は焦点検出画素３１３または３１４同士の実際のピッチであってすなわち画素ピッチの２倍）であり、Ｘ０はオフセット量である。Ｘ０は専用ＡＦの場合には予定焦点面に合焦面が合致した場合に、像ズレ量が０となるように定められたオフセット量である。撮像素子ＡＦの場合はＸ０＝−０．５となり、この量は焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４が半分の検出ピッチ分ずれて配置されていることを補正するためのオフセット量である。
【００９９】
式（６）で算出された像ズレ量に所定の変換係数ｑを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。
ｄｅｆ＝ｑ・ｓｈｆｔ （７）
変換係数ｑは専用ＡＦの場合と撮像素子ＡＦでは異なる値となる。専用ＡＦの場合は図１２において一対の測距瞳１９２，１９３の重心間隔を開口Ｆ値相当の値に変換した値となる。撮像素子ＡＦの場合は使用されている交換レンズの開放Ｆ値に応じて変換係数ｑの値が変化し、交換レンズの開放Ｆ値の開口を２等分した２つの半円の重心間の距離を開口Ｆ値相当の値に変換した値となる。
【０１００】
撮像素子ＡＦの場合は一対の測距瞳９３，９４が交換レンズの絞り開口によりけられて一対の像の光量バランスが崩れる場合があるので、光量バランス崩れに対して像ズレ検出精度を維持できる次式（８）のような相関演算式を式（１）の代わりに用いてもよい。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１ｎ・Ａ２（ｎ＋１＋ｋ）−Ａ２（ｎ＋ｋ）・Ａ１（ｎ＋１）｜
ただしΣ演算はｎ＝０〜（Ｎ−１）の範囲で総和を取る。
《発明の他の実施の形態》
【０１０１】
専用ＡＦおよび撮像素子ＡＦにおける焦点検出エリアの配置は図２に限定されることはなく、その他の位置・方向に焦点検出エリアを配置することも可能である。
【０１０２】
上述した実施例においては、レンズ駆動制御装置２０６はフォーカスレンズ駆動手段２３３を介してフォーカシング用レンズ２１０を駆動して焦点調節を行っているが、図２２に示すようにフォーカシング用レンズ２１０の駆動手段を高速用（第１駆動手段２３３Ａ）と通常用（第２駆動手段２３３Ｂ）の２系統設け、デフォーカス量に応じて使い分けても良い。
【０１０３】
図２３はレンズ駆動制御装置２０６の動作フローチャートであって、ステップＳ２０００でボディ駆動制御装置２１４からのデフォーカス量の受信を待機する。デフォーカス量を受信するとステップＳ２０１０でデフォーカス量の絶対値が所定閾値以内であるか判定し、所定閾値以上である場合は第１駆動手段２３３Ａにより高速にフォーカシング用レンズ２１０（撮影光学系）を駆動して移動し、所定閾値以内である場合は第２駆動手段２３３Ｂにより通常速度でフォーカシング用レンズ２１０（撮影光学系）を駆動して移動し、ステップＳ２０００に戻る。
【０１０４】
第１駆動手段２３３Ａおよび第２駆動手段２３３Ｂは、それぞれ、モータと減速機構（ギアおよびヘリコイドなどから構成される）によりフォーカシング用レンズ２１０に接続されている。第１駆動手段２３３Ａに用いられているモータは第２駆動手段２３３Ｂに用いられているモータより高速で動作し、第１駆動手段２３３Ａに用いられている減速機構の減速比は第２駆動手段２３３Ｂに用いられている減速機構の減速比より小さいので、より高速にモータでフォーカシング用レンズ２１０を駆動できるが、フォーカシング用レンズ２１０の停止精度は低下している。
【０１０５】
なおフォーカシング用レンズ２１０を２つのフォーカシング用レンズに分割し、それぞれのレンズを別々に第１駆動手段２３３Ａと第２駆動手段２３３Ｂとで駆動するようにしても良い。
【０１０６】
上述した実施例においては、ボディ駆動制御装置２１４は撮像素子駆動手段２３５を介して撮像素子２１２を光軸方向に移動して焦点調節を行っているが、図２４に示すように撮像素子２１２の駆動手段を高精度用（第１駆動手段２３５Ａ）と超高精度用（第２駆動手段２３５Ｂ）の２系統設け、デフォーカス量に応じて使い分けても良い。
【０１０７】
図２５はボディ駆動制御装置２１４の動作フローチャートであって、図１８に示した高精度ＡＦモードの動作におけるスッテプＳ６１０からステップＳ６２０の部分を置換するものである。
【０１０８】
ステップＳ６１１では算出されたデフォーカス量が第１撮像素子駆動手段の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にない場合にはステップＳ５７０へ戻る。
【０１０９】
第１撮像素子駆動手段の可動範囲内にある場合には、ステップＳ６１２において算出されたデフォーカス量が第２撮像素子駆動手段の可動範囲内（ただし、第２撮像素子駆動手段の可動範囲＜第１撮像素子駆動手段の可動範囲）であるか判定し、可動範囲内にない場合には撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて第１撮像素子駆動手段により光軸方向に高精度で移動させ、ステップＳ６３０に進む。
【０１１０】
算出されたデフォーカス量が第２撮像素子駆動手段の可動範囲内である場合は、撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて第２撮像素子駆動手段により光軸方向に超高精度で移動させ、ステップＳ６３０に進む。
【０１１１】
上述した実施例においては、専用ＡＦによる焦点検出と撮像素子ＡＦによる焦点検出を切換える際にサブミラー２１７を撮影光路に挿入／退避する必要があった。
【０１１２】
図２６に示す実施形態の撮像装置の構成においては、サブミラー２１７Ａをハーフミラーとすることで、専用ＡＦによる焦点検出と撮像素子ＡＦによる焦点検出を同時に行うことができる。
【０１１３】
図２７は、図２６の実施形態におけるボディ駆動制御装置２１４のひとつのＡＦモードである「パラレルＡＦモード」（専用ＡＦによる焦点検出と撮像素子ＡＦによる焦点検出を同時に行って焦点調節を行うＡＦモード）における動作フローチャートである。
【０１１４】
パラレルＡＦモードの場合は、図２７のステップＳ９００から動作を開始する。ステップＳ９１０において、メインミラー２０５およびサブミラー２１７Ａが撮影光路外に退避されていた場合には、メインミラー２０５およびサブミラー２１７Ａを撮影光路に挿入する。ステップＳ９２０において、撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。
【０１１５】
ステップＳ９３０において、専用ＡＦおよび撮像素子ＡＦのＡＦエリア（撮影者が選択したＡＦエリア）からデータを読み出す。ステップＳ９４０において、専用ＡＦおよび撮像素子ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいてそれぞれの像ズレ量を算出する。ステップＳ９５０において、専用ＡＦおよび撮像素子ＡＦの像ズレ量をデフォーカス量に変換する。
【０１１６】
ステップＳ９６０では、算出された撮像素子ＡＦのデフォーカス量が撮像素子の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にない場合にはステップＳ９７０において専用ＡＦのデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させ、ステップＳ９３０に戻り上述の処理を繰り返す。算出されたデフォーカス量が撮像素子の可動範囲内である場合には、ステップＳ９８０で撮像素子２１２を撮像素子ＡＦのデフォーカス量に応じて光軸方向に移動させる。
【０１１７】
ステップＳ９９０では、撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッターレリーズが指示されているかを判定し、シャッターレリーズの指示がない場合にはステップＳ９３０へ戻って上述した動作を繰り返す。シャッターレリーズの指示があった場合には、ステップＳ１０００でメインミラー２０５とサブミラー２１７Ａを撮影光路から退避させるとともに、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、ステップＳ１０１０で撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。
【０１１８】
ステップＳ１０２０において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップＳ９３０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【０１１９】
パラレルＡＦモードでは、メインミラー２０５を撮影光路に挿入した状態で、サブミラー２１７Ａの撮影光路への挿入／退避を行うことなしに常時専用ＡＦと撮像素子ＡＦとで同時に焦点検出できる。したがって、被写体の高速移動や構図変更などによりデフォーカス状態が大きく急変した場合にも迅速に追従して焦点調節動作を継続することが可能であると同時に、被写体の微小移動や手ブレなどによりデフォーカス状態がわずかに変化した場合にも高精度に追従して焦点調節動作を継続することが可能であるとともに、撮影者は、シャッターレリーズを行うまで光学ファインダーにより被写体像を捕捉し続けることができる。
【０１２０】
また、上述した実施例においては、撮像画素はＲＧＢのベイヤー配列として説明を行ったが、例えば補色フィルター配列のようなベイヤー配列以外の画素配列であっても構わない。
【０１２１】
また、上述した一実施の形態の図５に示す焦点検出画素３１３、３１４では、光電変換部の形状を矩形にした例を示したが、焦点検出画素の光電変換部の形状はこれらに限定されず、他の形状であってもよい。例えば焦点検出画素の光電変換部の形状を半円形や楕円や多角形にすることも可能である。
【０１２２】
また、上述した一実施の形態の図５、図９に示す焦点検出画素３１３、３１４では、光電変換部１３，１４の形状をマイクロレンズ１０により前方に投影することにより測距瞳が形成されているが、図２８（ａ）、（ｂ）のように焦点検出画素３１３、３１４を構成することも可能である。図２８（ａ）、（ｂ）において光電変換部３０の直前に遮光マスク３３、３４を設け、遮光マスク３３，３４に設けられた開口部４３、４４の形状をマイクロレンズ１０により前方に投影することにより射出瞳上に一対の測距瞳を形成する。この場合光電変換部３３は開口部４３，４４を通過した光束を受光することになる。
【０１２３】
図３に示す撮像素子２１２では、焦点検出画素３１３、３１４がひとつの画素内にひとつの光電変換部を備えた例を示したが、ひとつの画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図２９は、図３の撮像素子２１２に対応した撮像素子２１２Ａの一部分の拡大図であり、焦点検出画素３１１はひとつの画素内に一対の光電変換部を備える。図に示す焦点検出画素３１１は、図３に示す焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４のペアに相当した機能を果たす。
【０１２４】
焦点検出画素３１１は、図３０に示すようにマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１３，１４から構成される。焦点検出画素３１１には光量をかせぐために色フィルターは配置されておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター（不図示）の分光特性とを総合した分光特性（図７参照）となる。つまり、図６に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。
【０１２５】
図３１は、図３０に示す撮像素子２１２Ａの焦点検出画素による瞳分割型位相差検出方式の焦点検出動作を説明するための図である。図３１において、射出瞳９０は、交換レンズの予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方へ距離ｄの位置に設定される。ここで、距離ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる測距瞳距離である。符号９１は交換レンズの光軸、符号５０、６０はマイクロレンズ、符号５３，５４，６３，６４は焦点検出画素の光電変換部、符号７３，７４、８３，８４は焦点検出用光束である。光電変換部は、各焦点検出画素において、（５３，５４）、（６３，６４）という対をなしている。
【０１２６】
さらに、符号９３はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５３，６３の領域であり、測距瞳である。同様に、符号９４はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５４，６４の領域であり、測距瞳である。図３１では、光軸９１上にある焦点検出画素（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５３、５４からなる）と、隣接する焦点検出画素（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６３、６４からなる）を模式的に例示している。撮像面上の周辺に配置された焦点検出画素においても、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳９３、９４を通って各マイクロレンズに到来する光束を受光する。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向と一致させる。
【０１２７】
マイクロレンズ５０、６０は撮影光学系の予定結像面近傍に配置されており、光軸９１上に配置されたマイクロレンズ５０によって、その背後（図３１においては右方）に配置された一対の光電変換部５３、５４の形状がマイクロレンズ５０、６０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３，９４を形成する。また、マイクロレンズ５０に隣接して配置されたマイクロレンズ６０によって、その背後（図３１においては右方）に配置された一対の光電変換部６３、６４の形状が測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３，９４を形成する。すなわち、マイクロレンズから測距瞳距離ｄにある射出瞳９０上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９３，９４）が一致するように、各画素のマイクロレンズと光電変換部の位置関係が決定されている。
【０１２８】
光電変換部５３は、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ５０へ到来する焦点検出光束７３によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部５４は、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ５０へ到来する焦点検出光束７４によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部６３は、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ６０へ到来する焦点検出光束８３によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部６４は、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ６０へ到来する焦点検出光束８４によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【０１２９】
このような焦点検出用画素を直線状に多数配置し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９３と測距瞳９４を各々通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して上述の像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に所定の変換処理を施すことによって、予定結像面（マイクロレンズアレイの位置に対応）に対する現在の結像面（撮影画面上の焦点検出位置に対応する結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【０１３０】
さらに、図３に示す撮像素子２１２では、撮像画素と焦点検出画素を稠密正方格子配列に配置した例を示したが、稠密六方格子配列としてもよい。
【０１３１】
上述した一実施の形態では、撮像素子ＡＦとしてマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出動作を説明したが、本発明は、これに限定されず、特開２００８−１５１５７号公報に開示された偏光素子による瞳分割型位相差検出方式の撮像装置に適用することも可能である。
【０１３２】
上述した図１では、２つの焦点調節機構（フォーカシング用レンズを移動させる／撮像素子を移動させる）を使用しているが、どちらか一方のみであっても構わない。
【０１３３】
上述した一実施の形態では、撮像素子による焦点調節として瞳分割型位相差検出方式を用いているが、コントラスト方式（山登り方式）を用いても良い。ただし、瞳分割型位相差検出方式を用いる方がコントラスト方式に比して、焦点検出時間および焦点調節時間が短いため好ましい。
【０１３４】
上述した一実施の形態では、観察光学系として光学ファインダーを使用しているが、電子ビューファインダーであっても良い。
【０１３５】
なお、撮像装置としては、上述したようなカメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラに限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラあるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明に係る撮像装置の一実施の形態としてのデジタルスチルカメラの構成を示す断面図。
【図２】交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図。
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図。
【図４】撮像画素の構成を示す図。
【図５】焦点検出画素の構成を示す図。
【図６】緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図。
【図７】焦点検出画素の分光特性を示す図。
【図８】撮像画素の断面図。
【図９】焦点検出画素の断面図。
【図１０】マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図。
【図１１】再結像瞳分割型位相差検出方式の焦点検出センサーの構成を示す図。
【図１２】射出瞳上における撮像素子ＡＦの測距瞳と専用ＡＦの測距瞳を比較した図。
【図１３】本発明に係る撮像装置の一実施の形態としてのデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図１４】ワンショットＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図１５】サブミラーのみを撮影光路から退避したデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図１６】フォーカシング用レンズの可動範囲と撮像素子の可動範囲を模式的に示した図。
【図１７】コンティニュアスＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図１８】高精度ＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図１９】高速連写ＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図２０】メインミラーとサブミラーを撮影光路外に退避したデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図２１】一対のデータのシフト量ｋに対する相関量Ｃ（ｋ）の関係を示す図。
【図２２】フォーカシング用レンズの駆動手段を高速用と通常用の２系統設けたデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図２３】レンズ駆動制御装置の動作フローチャート。
【図２４】撮像素子の駆動手段を高精度用と超高精度用の２系統設けたデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図２５】ボディ駆動制御装置の動作フローチャート。
【図２６】サブミラーをハーフミラーに置き換えたデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図２７】パラレルＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図２８】遮光マスクを設けた焦点検出画素の断面図。
【図２９】撮像素子の一部分の拡大図。
【図３０】マイクロレンズと一対の光電変換部から構成される焦点検出画素の構成を示す図。
【図３１】撮像素子の焦点検出画素による瞳分割型位相差検出方式の焦点検出動作を説明するための図。
【符号の説明】
【０１３７】
２０１ デジタルスチルカメラ、２０２ 交換レンズ、２０３ カメラボディ、２０４ マウント部、２０５ メインミラー、２０６ レンズ駆動制御装置、２０７ 焦点検出センサー、２０８ ズーミング用レンズ、２０９ レンズ、２１０ フォーカシング用レンズ、２１１ 絞り、２１２ 撮像素子、２１３ 電気接点、２１４ ボディ駆動制御装置、２１５ 液晶表示素子、２１６ 光学ファインダー、２１７ サブミラー、２１９ メモリーカード、２２０および２２１ 外部操作手段、２３１ 絞り駆動手段、２３２ ズーム駆動手段、２３３ フォーカスレンズ駆動手段、２３４ ミラー駆動手段、２３５ 撮像素子駆動手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点調節手段を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているような撮像装置が知られている。その撮像装置においては、撮影光学系から到来する光束がメインミラー（ハーフミラー）で分岐される。分岐された一方の光束は、観察光学系（ビューファインダー）に導かれることによって、目視による撮影光学系の焦点調節状態を観察可能にする。分岐された他方の光束であるメインミラーを透過した光束は、サブミラー（全反射ミラー）で偏向されて瞳分割位相差検出方式の焦点検出手段に導かれ、該焦点検出手段により撮影光学系の焦点調節状態が検出され、該検出結果に基づいて撮影光学系の焦点調節（粗調節）が行われる。その後、メインミラーとサブミラーを撮影光路から退避し、撮影光学系の予定焦点面に配置された撮像素子が撮影光学系により形成された像を撮像し、画像信号が得られる。該画像信号に基づいて画像の鮮鋭度検出（コントラスト検出）が行われ、該鮮鋭度に基づいて撮影光学系の焦点調節状態が検出される。該検出結果に基づいて撮影光学系の焦点調節（微調節）が行われ、最終的に撮像素子が撮影光学系により形成された像を撮像し、得られた画像信号が記憶される。
【特許文献１】特開２００６−１０６１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の撮像装置においては、焦点調節状態検出結果により焦点調節をした後に、メインミラーとサブミラーを共に撮影光路から退避して焦点調節を行っている。したがって、メインミラーおよびサブミラーが共に撮影光路から退避されてから実際に撮像が行われるまでの時間（ブラックアウト時間）が長く、撮影者が確実にビューファインダーに被写体を捕捉し続けることが困難であるとともに、迅速な焦点調節動作を行うことができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１の発明による撮像装置は、撮像光学系により形成される像に対応した画像データを生成するための信号を出力する撮像画素と、像の焦点状態を検出するための信号を出力する焦点検出画素とが配置された撮像素子と、撮像光学系と撮像素子との間の撮影光路内に配置されると共に、撮像光学系から到来する光束を撮影光路に沿って通過する第１光束と撮影光路外に分岐する第２光束とに分離するビームスプリッタと、第２光束により形成される像を観察する観察光学系と、撮影光路内への挿入および撮影光路外への退避が可能に配置されると共に、撮影光路内へ挿入されたときに第１光束を撮影光路外に偏向させる偏向ミラーと、偏向ミラーにより撮影光路外に偏向された第１光束を受光して、第１光束により形成される像の焦点状態を瞳分割型位相差検出方式によって検出する第１焦点検出手段と、撮影光路に沿って到来する第１光束により形成される像の焦点状態を、焦点検出画素から出力される信号に基づき検出する第２焦点検出手段と、第１焦点検出手段および第２焦点検出手段による焦点状態の検出を、偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項１３の発明による撮像装置は、撮像光学系により形成される像に対応した画像データを生成するための信号を出力する撮像画素と、像の焦点状態を検出するための信号を出力する焦点検出画素とが配置された撮像素子と、撮像光学系と撮像素子との間の撮影光路内に配置されると共に、撮像光学系から到来する光束を撮影光路に沿って通過する第１光束と撮影光路外に分岐する第２光束とに分離するビームスプリッタと、第２光束により形成される像を観察する観察光学系と、第１光束を撮影光路外に偏向させる偏向ミラーと、偏向ミラーにより偏向された第１光束を受光し、該第１光束により形成される像の焦点状態を瞳分割型位相差検出方式によって検出する第１焦点検出手段と、撮影光路に沿って到来する第１光束により形成される像の焦点状態を、焦点検出画素から出力される信号に基づき検出する第２焦点検出手段と、ビームスプリッタの撮影光路内への挿入および撮影光路外への退避を行うビームスプリッタ駆動手段と、偏向ミラーの撮影光路内への挿入および撮影光路外への退避を行う偏向ミラー駆動手段と、ビームスプリッタを撮影光路内へ挿入した状態で、偏向ミラーを撮影光路内へ挿入し、かつ、撮影光路外へ退避するように、ビームスプリッタ駆動手段および偏向ミラー駆動手段を制御すると共に、第１焦点検出手段および第２焦点検出手段による焦点状態の検出を、ビームスプリッタおよび偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、撮影の直前まで撮影者が確実に観察光学系に被写体を捕捉し続けることが可能で、かつ迅速な焦点調節が可能な撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明に係る撮像装置の一実施の形態として、レンズ交換式デジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図１は一実施の形態としてのデジタルスチルカメラ２０１の構成を示す断面図である。デジタルスチルカメラ２０１は交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系（撮像光学系）を有する交換レンズ２０２が装着可能である。
【０００７】
交換レンズ２０２はレンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は不図示のマイクロコンピューター、メモリー、駆動制御回路などから構成され、ズーミング用レンズ２０８のズーミング、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節、絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信を行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
【０００８】
レンズ駆動制御装置２０６は絞り駆動手段２３１を介して絞り２１１の開口径調節を行い、ズーム駆動手段２３２を介してズーミング用レンズ２０８を駆動してズーミングを行い、フォーカスレンズ駆動手段２３３を介してフォーカシング用レンズ２１０を駆動して焦点調節を行う。
【０００９】
フォーカスレンズ駆動手段２３３はモータと減速機構（ギアおよびヘリコイドなどから構成される）からなり、高速でフォーカシング用レンズ２１０を駆動して焦点調節を行う。
【００１０】
レンズ駆動制御装置２０６は、焦点調節状態、ズーミング状態、開口径調節状態、絞り開放Ｆ値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０との位置、および絞り２１１の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値に応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御装置２０６は、マウント部２０４に設けられた電気接点２１３を介してレンズ情報をボディ駆動制御装置２１４に送信する。
【００１１】
レンズ駆動制御装置２０６はボディ駆動制御装置２１４から受信した焦点調節情報（デフォーカス量）に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカスレンズ駆動手段２３３を介してフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１２】
カメラボディ２０３は撮影光路中に挿入／退避可能なメインミラー２０５（ビームスプリッタ、ハーフミラー）およびサブミラー２１７（偏向ミラー、全反射ミラー）、光学ファインダー２１６（観察光学系、ビューファインダー）、撮像素子２１２、焦点検出センサー２０７、ボディ駆動制御装置２１４およびそれに付随する回路などを備えている。
【００１３】
交換レンズ２０２よりマウント部２０４の開口を通して到来する被写体からの光束は撮影光路中に挿入されたメインミラー２０５により、ペンタプリズムおよび接眼レンズなどからなる光学ファインダー２１６に分岐して導かれ、撮影者はこの光学フィンダー２１６を通して被写体を光学的に観察することができる。
【００１４】
一方メインミラー２０５を透過した被写体からの光束は、撮影光路中に挿入されたサブミラー２１７により偏向され、焦点検出センサー２０７に導かれる。焦点検出センサー２０７は再結像瞳分割型位相差検出方式の焦点検出装置の構成を有しており、焦点検出センサー２０７の出力信号がボディ駆動制御装置２１４により処理されて、位相差検出方式により被写体像の焦点調節状態が検出される。この焦点検出センサー２０７については詳細を後述する。
【００１５】
メインミラー２０５およびサブミラー２１７の撮影光路中への挿入／退避は、ボディ駆動制御装置２１４の指示に基づき、ミラー駆動手段２３４により独立して行われる。
【００１６】
撮像素子２１２には、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれており、焦点検出画素の出力信号がボディ駆動制御装置２１４により処理されて、再結像瞳分割型位相差検出方式により被写体像の焦点調節状態が検出される。この撮像素子２１２については詳細を後述する。
【００１７】
撮像素子２１２は交換レンズの光軸方向に所定の可動範囲内で移動可能に支持されており、ボディ駆動制御装置２１４の指示に基づき、撮像素子駆動手段２３５により光軸方向に駆動され、これにより高精度な焦点調節を行うことができる。
【００１８】
撮像素子駆動手段２３５はモータと減速機構（ギアおよびヘリコイドなどから構成される）や圧電アクチュエータからなり、フォーカスレンズ駆動手段２３３に比較して高精度な焦点調節が可能となるように構成されているが、その可動範囲はフォーカスレンズ駆動手段２３３の可動範囲より狭くなっている。
【００１９】
この明細書では、焦点検出センサー２０７による焦点検出結果に基づく焦点調節を、「専用ＡＦ（Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ）」と呼ぶ。一方、撮像素子２１２の焦点検出用画素列による焦点検出結果に基づく焦点調節を、撮像素子による焦点調節として「撮像素子ＡＦ」と呼ぶ。
【００２０】
ボディ駆動制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリー、タイマー、駆動制御回路などから構成され、撮像素子２１２の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しおよび焦点検出センサー２０７の駆動制御および焦点検出信号の読み出しと焦点検出信号に基づく焦点検出演算、および焦点検出結果に基づくフォーカシング用レンズ２１０または撮像素子２１２の駆動による焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信を行う。
【００２１】
外部操作手段２２０は、撮影者が焦点検出エリアや後述するＡＦモードを選択する手段であって、選択された焦点検出エリアと選択されたＡＦモードに応じてボディ駆動制御装置２１４は焦点調節動作を切り換える。
【００２２】
外部操作手段２２１は第１段階操作状態と第２段階操作状態を有し、撮影者が焦点調節動作の起動を指示する第１段階操作（半押し）を経て、撮影動作を指示する第２段階操作（全押し）に至る。
【００２３】
ボディ駆動制御装置２１４は外部操作手段２２１の操作状態に応じて焦点調節動作／撮影動作を制御する。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２および焦点検出センサー２０７からの出力信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２からの画像信号を処理して画像データを生成し、メモリーカード２１９に格納するとともに、その画像データに基づく画像を液晶表示素子２１５に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００２４】
図２は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子２１２上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域である焦点検出エリアをＰ０（太線）で示し、焦点検出センサー２０７のサンプリングする領域をＰ１、Ｐ２、Ｐ３で示す。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央および左右の３箇所に焦点検出エリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３が配置され、撮影画面１００上に格子状に焦点検出エリアＰ０が配置される。また焦点検出エリアＰ０の一部は焦点検出エリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３に重畳して配置される。
【００２５】
撮像素子２１２上の焦点検出画素列の出力信号を用いて焦点検出を行う場合には、格子状に配置された焦点検出エリアＰ０の一部に対応した出力信号を用いて焦点検出が行われる。例えば焦点検出エリアＰ１に重畳した部分の焦点検出エリアＰ０の出力信号を用いて焦点検出を行う。
【００２６】
図３は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図２の領域１０１に対応した撮像素子２１２の部分の拡大図である。撮像素子２１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状（緑画素、赤画素、青画素からなるベイヤー配列）に稠密に配列されるとともに、焦点検出エリアに対応する位置には焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４が直線上に交互に配列される。焦点検出画素３１３、３１４はそれぞれ撮像画素３１０の青画素と緑画素が配置されるべき位置に配置される。
【００２７】
なお図３は垂直方向の焦点検出エリアに対応する焦点検出画素配置を示しているが、水平方向の焦点検出エリアに対応する焦点検出画素配置は、図３を９０度回転したものと等しい。
【００２８】
撮像画素３１０は、図４に示すようにマイクロレンズ１０、光電変換部１１、および色フィルター（不図示）から構成される。色フィルターは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなり、それぞれの分光感度は図６に示す特性になっている。撮像素子２１２には、各色フィルターを備えた撮像画素３１０である赤画素、緑画素、青画素がベイヤー配列されている。
【００２９】
図５は、図３に示した焦点検出画素配列における焦点検出画素の構成を示す図であって、焦点検出画素３１３は、図５(ａ)に示すようにマイクロレンズ１０と光電変換部１３とから構成され、光電変換部１３の形状は矩形である。また、焦点検出画素３１４は、図５(ｂ)に示すようにマイクロレンズ１０と光電変換部１４とから構成され、光電変換部１４の形状は矩形である。仮に、焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０と焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０とを重ね合わせて図示すると、光電変換部１３と１４とが垂直方向に並ぶような位置関係になる。
【００３０】
なお図５（ａ）、（ｂ）は垂直方向の焦点検出エリアに対応する焦点検出画素配列における焦点検出画素の構成を示しているが、水平方向の焦点検出エリアに対応する焦点検出画素配列における焦点検出画素の構成は、図５（ａ）、（ｂ）を９０度回転したものとなる。
【００３１】
焦点検出画素３１３、３１４には光量をかせぐために色フィルターが設けられておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター（不図示）の分光特性とを総合した分光特性（図７参照）となる。つまり、図６に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。
【００３２】
焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４は、撮像画素３１０の青画素と緑画素が配置されるべき列に配置されている。焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４が、撮像画素３１０の青画素と緑画素が配置されるべき列に配置されているのは、焦点検出画素の位置における撮像用の画像信号を求めるための補間処理において補間誤差が生じた場合に、人間の視覚特性上、赤画素の補間誤差に比較して青画素の補間誤差が目立たないためである。
【００３３】
撮像画素３１０の光電変換部１１は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズの射出瞳径（例えばＦ１．０）を通過する光束をすべて受光するような形状に設計される。また、焦点検出画素３１３、３１４の光電変換部１３、１４は、マイクロレンズ１０によって最も明るい交換レンズの射出瞳径（例えばＦ１．０）を通過する光束の略半分ずつを受光するような形状に設計される。
【００３４】
図８は撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０では撮像用の光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１１の形状が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。なお、不図示の色フィルターはマイクロレンズ１０と光電変換部１１の中間に配置される。
【００３５】
図９(ａ)は図５（ａ）に示した焦点検出画素３１３の断面図である。図２における画面中央の焦点検出エリア１０１に対応して配置された焦点検出画素３１３において、光電変換部１３の前方（図９(ａ)においては左方）にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１３の形状が前方に投影される。光電変換部１３は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その前方にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。
【００３６】
図９(ｂ)は図５（ｂ）に示した焦点検出画素３１４の断面図である。図２における画面中央の焦点検出エリア１０１に対応して配置された焦点検出画素３１４において、光電変換部１４の前方（図９(ｂ)においては左方）にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１４の形状が前方に投影される。光電変換部１４は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その前方にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。
【００３７】
図１０は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。なお、焦点検出画素の部分は拡大して示す。図１０において、射出瞳９０は、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面に配置されたマイクロレンズ１０から前方へ距離ｄの位置に設定される。この距離ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。符号９１は交換レンズの光軸、符号１０ａ〜１０ｄはマイクロレンズ、符号１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂは光電変換部、符号３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂは焦点検出画素、符号７３，７４、８３，８４は焦点検出光束である。
【００３８】
また、符号９３は、マイクロレンズ１０ａ、１０ｃにより投影された光電変換部１３ａ、１３ｂの領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。図１０では、説明を解りやすくするために楕円形の領域で示しているが、実際には光電変換部１３ａ、１３ｂの形状が拡大投影された形状になる。同様に、符号９４は、マイクロレンズ１０ｂ、１０ｄにより投影された光電変換部１４ａ、１４ｂの領域であり、測距瞳である。図１０では、説明を解りやすくするために楕円形の領域で示しているが、実際には光電変換部１４ａ、１４ｂの形状が拡大投影された形状になる。
【００３９】
図１０では、交換レンズの光軸９１に隣接する４つの焦点検出画素３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂを模式的に例示しているが、焦点検出エリア１０１のその他の焦点検出画素においても、また画面周辺部の焦点検出エリア１０２、１０３の焦点検出画素においても、光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳９３、９４を通って各マイクロレンズに到来する光束を受光するように構成されている。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳９３と９４との並び方向、すなわち一対の光電変換部１３ａと１４ａ（または１３ｂと１４ｂ）との並び方向と一致させる。
【００４０】
マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄは交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄによりその背後（図１０においては右方）に配置された光電変換部１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの形状がマイクロレンズ１０ａ〜１０ｃから測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３，９４を形成する。すなわち、マイクロレンズから測距瞳距離ｄにある射出瞳９０上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９３，９４）が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素の光電変換部の投影方向が決定されている。
【００４１】
光電変換部１３ａは、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ１０ａに到来する光束７３によりマイクロレンズ１０ａ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部１３ｂは、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ１０ｃに到来する光束８３によりマイクロレンズ１０ｃ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部１４ａは、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ１０ｂに到来する光束７４によりマイクロレンズ１０ｂ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部１４ｂは、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ１０ｄに到来する光束８４によりマイクロレンズ１０ｄ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４２】
上述した２種類の焦点検出画素を直線状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９３と測距瞳９４をそれぞれ通過する焦点検出用光束が画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、瞳分割型位相差検出方式による一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面（マイクロレンズアレイの位置に対応）に対する現在の結像面（撮影画面上の焦点検出位置に対応する結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００４３】
図１１により、再結像瞳分割型位相差検出方式の焦点検出センサー２０７の構成および焦点検出動作について説明する。図１１は図２に示した焦点検出エリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３に対応した３つの再結像光学系ユニットからなる焦点検出センサー２０７の構成を図２の上方向から見た図である。図１１において、符号９１は交換レンズの光軸、符号１１０，１２０はコンデンサレンズ、符号１１１、１２１は絞りマスク、１１２，１１３、１２２，１２３は絞りマアスク開口、符号１１４、１１５、１２４，１２５は再結像レンズ、符号１１６、１２６は焦点検出用の撮像素子（ＣＣＤ）である。
【００４４】
また、符号１３２，１３３、１４２，１４３は焦点検出光束である。射出瞳９０は交換レンズの予定結像面から前方へ距離ｄの位置に設定される。ここで、距離ｄは、コンデンサレンズ１１０，１２０の焦点距離と、コンデンサレンズ１１０，１２０と絞り開口１１２，１１３、１２２，１２３との間の距離などに応じて決まる距離であって、以下では測距瞳距離と呼ぶ。この測距瞳距離ｄは図１０における距離ｄと略等しく設定される。符号１９２は、コンデンサレンズ１１０，１２０により投影された絞り開口１１２，１２２の領域であり、以下では測距瞳と呼ぶ。同様に、符号１９３は、コンデンサレンズ１１０，１２０により投影された絞り開口１１３，１２３の領域であり、以下では測距瞳と呼ぶ。コンデンサレンズ１１０、絞りマスク１１１、絞りマスク開口１１２，１１３、再結像レンズ１１４、１１５およびイメージセンサー１１６が、一つの位置で焦点検出を行う再結像瞳分割型位相差検出方式の焦点検出ユニットを構成する。
【００４５】
図１１においては、交換レンズの光軸９１上にある焦点検出ユニットと交換レンズの光軸９１上に無い焦点検出ユニットとを模式的に例示している。複数の焦点検出ユニットを組み合わせることによって、図２に示す３箇所の焦点検出エリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３において再結像瞳分割型位相差検出方式で焦点検出を行う焦点検出装置を実現することができる。
【００４６】
コンデンサレンズ１１０からなる焦点検出ユニットは、交換レンズの予定結像面近傍に配置されたコンデンサレンズ１１０、その背後（図１１においては右方）に配置された撮像素子１１６、コンデンサレンズ１１０と撮像素子１１６との間に配置され、予定結像面近傍に結像された１次像を撮像素子１１６上に再結像する一対の再結像レンズ１１４、１１５、一対の再結像レンズの近傍（図１１では左方）に配置された一対の絞りマスク開口１１２、１１３を有する絞りマスク１１１から構成される。
【００４７】
撮像素子１１６は、複数の光電変換部が直線に沿って密に配置されたラインセンサであり、光電変換部の配置方向は一対の測距瞳の並び方向（すなわち、絞り開口の並び方向）と一致させる。この撮像素子１１６からは、撮像素子１１６上に再結像された一対の像の強度分布に対応した情報が出力され、この情報に対して後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、再結像瞳分割型位相差検出方式による一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００４８】
撮像素子１１６は再結像レンズ１１４、１１５により予定結像面上に投影されており、デフォーカス量（像ズレ量）の検出精度は、像ズレ量の検出ピッチ（再結像瞳分割型位相差検出方式の場合は予定結像面上に投影された光電変換部の配列ピッチ）により決まる。
【００４９】
コンデンサレンズ１１０は、絞りマスク１１１の絞りマスク開口１１２、１１３を射出瞳９０上に領域１９２、１９３として投影している。領域１９２，１９３を測距瞳と呼ぶ。すなわち、撮像素子１１６上に再結像される一対の像は射出瞳９０上の一対の測距瞳１９２，１９３を通過する光束によって形成される。射出瞳９０上の一対の測距瞳１９２，１９３を通過する光束１３２、１３３を焦点検出用光束と呼ぶ。
【００５０】
図１２は射出瞳９０上における撮像素子ＡＦの測距瞳９３、９４と専用ＡＦの測距瞳１９２、１９３を比較した図である。なお、この場合の撮像素子ＡＦにおける焦点検出画素配列方向は図２における水平方向であり、一対の測距瞳の並び方向を専用ＡＦの一対の測距瞳の並び方向に揃えている。
【００５１】
図１２において撮像素子ＡＦの測距瞳９３、９４は開口Ｆ１．０を含むように設定されている。一方、専用ＡＦの測距瞳１９２、１９３は開口Ｆ５．６内に入るように設定されている。これは全ての交換レンズの開放Ｆ値がＦ５．６より明るい交換レンズシステムにおいて、どの交換レンズを使用した場合にも焦点検出光束のケラレがないようにするためである。
【００５２】
瞳分割型位相差検出方式においては、一対の測距瞳を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像のズレ量（光軸に対して垂直な方向でのズレ量）を検出し、該像ズレ量を光軸方向のデフォーカス量に変換することにより焦点検出を行っている。
【００５３】
専用ＡＦではお互いの重心間隔が狭い一対の測距瞳１９２、１９３を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像のズレ量に応じて焦点検出を行うため、小さな像ズレ量で大きなデフォーカス量の検出することができる。
【００５４】
一方、撮像素子ＡＦではお互いの重心間隔が広い一対の測距瞳９３、９４を通る一対の焦点検出光束が形成する一対の像のズレ量に応じて焦点検出を行うため、デフォーカス量の検出精度が向上する。
【００５５】
また、予定結像面上における像の検出ピッチに関しては、撮像素子ＡＦの検出ピッチは画素ピッチの２倍のピッチであり、専用ＡＦの検出ピッチは撮像素子のピッチを再結像レンズによって予定結像面に投影した場合のピッチとなる。撮像素子ＡＦの検出ピッチを専用ＡＦの検出ピッチより小さくしておくことにより、さらに撮像素子ＡＦのデフォーカス量の検出精度が向上する。
【００５６】
図１３は、本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップＳ１０において、撮影者により外部操作手段２２１が操作されて第１段階操作状態となることにより、ＡＦ開始が指示されると、ステップＳ２０において、外部操作手段２２０で設定されたＡＦモードに応じて、ステップＳ１００のワンショットＡＦモード、ステップＳ３００のコンティニュアスＡＦモード、ステップＳ５００の高精度ＡＦモード、ステップＳ７００の高速連写ＡＦモードに分岐する。
【００５７】
ワンショットＡＦモードとは一旦合焦を検出した後は焦点調節動作をロックするＡＦモードであり、コンティニュアスＡＦモードとは合焦に関わらず常時迅速な焦点調節動作を継続するＡＦモードであり、高精度ＡＦモードとは合焦に関わらず常時高精度な焦点調節動作を継続するＡＦモードであり、高速連写モードとは高速連写に適した焦点調節動作を行うＡＦモードである。
【００５８】
ワンショットＡＦモードに分岐した場合は、図１４のステップＳ１００から動作を開始する。ステップＳ１１０においてメインミラー２０５とサブミラー２１７が撮影光路外に退避されていた場合には、メインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路に挿入する。ステップＳ１２０において、撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。ステップＳ１３０において専用ＡＦの焦点検出エリア（ＡＦエリア）からデータを読み出す。なおＡＦエリアは撮影者により予め外部操作手段２２０により選択されている。
【００５９】
ステップＳ１４０において専用ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ１５０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップＳ１４０およびＳ１５０の詳細は後述する。
【００６０】
ステップＳ１６０では算出されたデフォーカス量に基づき、合焦近傍か否かを判定し、合焦近傍でない場合はステップＳ１７０に進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置（レンズＣＰＵ）２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、ステップＳ１３０へ戻って上述した動作を繰り返す。合焦近傍と判定された場合は、ステップＳ１８０でサブミラー２１７のみを撮影光路から退避し、図１５の状態となる。
【００６１】
ステップＳ１９０において撮像素子ＡＦのＡＦエリア（撮影者が選択したＡＦエリアであって、専用ＡＦのＡＦエリアと合致しているＡＦエリア）からデータを読み出す。ステップＳ２００において撮像素子ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ２１０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップＳ２００およびＳ２１０の詳細は後述する。
【００６２】
ステップＳ２２０では算出されたデフォーカス量に基づき、合焦か否かを判定し、合焦でない場合はステップＳ２３０に進み、デフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にない場合にはステップＳ２４０でサブミラー２１７を撮影光路に挿入し、ステップＳ１３０へ戻って上述した動作を繰り返す。可動範囲内にある場合にはステップＳ２５０で撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて光軸方向に移動させる。
【００６３】
図１６はフォーカシング用レンズ２１０の可動範囲と撮像素子２１２の可動範囲を模式的に示した図であって、フォーカシング用レンズ２１０の可動範囲は撮影距離の至近から無限遠（∞）まであり（図１６（ａ））、撮像素子２１２の可動範囲はフォーカシング用レンズ２１０の可動範囲より狭い（図１６（ｂ））。
【００６４】
専用ＡＦの焦点調節によりフォーカシング用レンズ２１０が駆動されて合焦近傍内に入った段階でのレンズ位置が撮像素子２１０の可動範囲の中央（リセット位置）になっており、撮像素子ＡＦで検出されたデフォーカス量に応じて撮像素子２１２が可動範囲内で移動されることになる。撮像素子２１２の現在位置Ｃｐに対して検出されたデフォーカス量に基づく撮像素子２１２の移動位置（合焦位置）が可動範囲内に入る場合（図１６（ｃ））には撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて移動させる。撮像素子２１２の現在位置Ｃｐに対して検出されたデフォーカス量に基づく撮像素子２１２の移動位置（合焦位置）が可動範囲内に入らない場合（図１６（ｄ））には撮像素子２１２を移動させずに、専用ＡＦによる焦点調節を行う。
【００６５】
図１４において、ステップＳ２２０で合焦と判定された場合は、ステップＳ２６０で撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッタレリーズが指示されるのを待機する。シャッターレリーズの指示に応じて、ステップＳ２７０で、メインミラー２０５を撮影光路から退避させるとともに、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、ステップＳ２８０で撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。
【００６６】
ステップＳ２９０において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００６７】
なお上記フローにおいては、ステップＳ２３０においてデフォーカス量が撮像素子の可動範囲外であった場合にはステップＳ２４０を経てステップＳ１３０に戻って、専用ＡＦによる焦点調節を行っているが、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させた後ステップ１９０に戻り、撮像素子ＡＦによる焦点調節を継続するようにしてもよい。このようにすれば、サブミラー２１７の挿入退避を省略することができるので、迅速な焦点調節動作を達成することができる。
【００６８】
ワンショットＡＦモードでは、メインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路に挿入した状態で、専用ＡＦにより焦点検出を行って第１段階の焦点調節（粗調節）を行った後、サブミラー２１７を撮影光路から退避して撮像素子ＡＦにより焦点検出を行って第２段階の焦点調節（微調節）を行う。撮影者により焦点検出動作の開始が指示された時点で大きくデフォーカスした状態にあっても、確実に焦点検出して迅速に合焦近傍状態にすることができ、最終的には高い精度で合焦を達成できるとともに、撮影者は、シャッターレリーズを行うまで光学ファインダーにより被写体像を捕捉し続けることができる。
【００６９】
コンティニュアスＡＦモードに分岐した場合は、図１７のステップＳ３００から動作を開始する。ステップＳ３１０において撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。ステップＳ３２０においてメインミラー２０５とサブミラー２１７が撮影光路外に退避されていた場合には、メインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路に挿入する。
【００７０】
ステップＳ３３０において専用ＡＦのＡＦエリアからデータを読み出す。なおＡＦエリアは撮影者により予め外部操作手段２２０により選択されている。ステップＳ３４０において専用ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ３５０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップＳ３４０およびＳ３５０の詳細は後述する。
【００７１】
ステップＳ３６０では、算出されたデフォーカス量をレンズ駆動制御装置（レンズＣＰＵ）２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０（撮影光学系）を合焦位置に駆動させる。
【００７２】
ステップＳ３７０では、撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッターレリーズが指示されているかを判定し、シャッターレリーズの指示がない場合にはステップＳ３３０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００７３】
シャッターレリーズの指示があった場合には、ステップＳ３８０でメインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路から退避させるとともに、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、ステップＳ３９０で撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。
【００７４】
ステップＳ４００において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップＳ３２０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００７５】
コンティニュアスＡＦモードではメインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路に挿入した状態で常時専用ＡＦにより焦点検出を行って焦点調節を行う。したがって、被写体の移動が高速でデフォーカス量が大きく急変する場合や、撮影者による構図変更が頻繁に行われデフォーカス量が大きく急変する場合においても確実にデフォーカス量の急変に迅速に追従して焦点調節を行うことができるとともに、撮影者は、シャッターレリーズを行うまで光学ファインダーにより被写体像を捕捉し続けることができる。
【００７６】
高精度ＡＦモードに分岐した場合は、図１８のステップＳ５００から動作を開始する。ステップＳ５１０においてサブミラー２１７が撮影光路に挿入されていた場合には、サブミラー２１７を撮影光路外に退避する。ステップＳ５２０においてメインミラー２０５が撮影光路外に退避されていた場合には、メインミラー２０５を撮影光路に挿入する。ステップＳ５３０において撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。
【００７７】
ステップＳ５４０において撮像素子ＡＦのＡＦエリア（撮影者が選択したＡＦエリア）からデータを読み出す。ステップＳ５５０において撮像素子ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ５６０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。
【００７８】
ステップＳ５７０においてデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させる。ステップＳ５８０において撮像素子ＡＦのＡＦエリア（撮影者が選択したＡＦエリア）からデータを読み出す。ステップＳ５９０において撮像素子ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ５４０、Ｓ５５０、Ｓ５９０、Ｓ６００の詳細は後述する。
【００７９】
ステップＳ６１０では算出されたデフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にない場合にはステップＳ５７０へ戻って上述した動作を繰り返す。可動範囲内にある場合にはステップＳ６２０で撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて光軸方向に移動させる。
【００８０】
ステップＳ６３０では、撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッターレリーズが指示されているかを判定し、シャッターレリーズの指示がない場合にはステップＳ５４０またはステップＳ５８０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００８１】
シャッターレリーズの指示があった場合には、ステップＳ６４０でメインミラー２０５を撮影光路から退避させるとともに、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、ステップＳ６５０で撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。
【００８２】
ステップＳ６６０において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップ５２０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００８３】
高精度ＡＦモードではメインミラー２０５を撮影光路に挿入し、サブミラー２１７を撮影光路から退避した状態で撮像素子ＡＦにより焦点検出を行い、検出されたデフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲外である場合には、フォーカシング用レンズ２１０を移動させて第１段階の焦点調節（粗調節）を行った後、検出されたデフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲内である場合には、撮像素子２１２の移動による第２段階の焦点調節（微調節）を行う。したがって、被写体が光軸方向にわずかに動く場合や、手持ち撮影などで被写体とカメラの相対的位置がわずかに変化する場合においても、迅速かつ高精度な合焦状態を常に達成することができるとともに、撮影者は、シャッターレリーズを行うまで光学ファインダーにより被写体像を捕捉し続けることができる。
【００８４】
高速連写ＡＦモードに分岐した場合は、図１９のステップＳ７００から動作を開始する。ステップＳ７１０においてメインミラー２０５とサブミラー２１７が撮影光路に挿入されていた場合には、メインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路外に退避し、図２０の状態となる。ステップＳ７２０において撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。
【００８５】
ステップＳ７３０では、交換レンズ２０２の絞り値を固定したまま撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。ステップＳ７４０ではその画像データに基づく画像を液晶表示素子２１５に表示させる。
【００８６】
ステップＳ７５０では、撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッターレリーズが指示されているかを判定し、シャッターレリーズの指示がない場合にはステップ７７０に進む。
【００８７】
シャッターレリーズの指示があった場合には、ステップＳ７６０において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップＳ７７０に進む。
【００８８】
ステップＳ７７０において、撮像時に画像データといっしょに読み出された焦点検出画素のデータのうち、選択されたＡＦエリアに対応する焦点検出画素のデータに基づいて像ズレ量を算出する。ステップＳ７８０において像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップＳ７７０およびＳ７８０の詳細は後述する。
【００８９】
ステップＳ７９０では算出されたデフォーカス量が撮像素子２１２の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にある場合にはステップＳ８００で撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて光軸方向に移動させ、ステップＳ７３０に戻って上述した動作を繰り返す。可動範囲内にない場合にはステップＳ８００でデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させ、ステップＳ７３０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００９０】
高速連写ＡＦモードではメインミラー２０５とサブミラー２１７を撮影光路から退避した状態で撮像動作と同時に読み出される焦点検出画素データに基づいて焦点検出を行い、検出されたデフォーカス量に応じて常時迅速かつ高精度な焦点調節を行う。したがって、焦点検出専用のデータ読み出しを行う時間を短縮でき、メインミラー２０５とサブミラー２１７の撮影光路への挿入退避を行う時間も短縮できるので高速連写が可能になるとともに、撮影者は、被写体像を液晶表示素子２１５において常時捕捉し続けることができる。
【００９１】
なお、簡便のため、図１４、図１７、図１８、図１９のフローには不図示であるが、デフォーカス量の算出が不能（すなわち、焦点検出不能）であった場合には、レンズ駆動制御装置２０６へ指令を送信し、フォーカシング用レンズ２１０を至近と無限遠（∞）の間で走査駆動させながら焦点検出を行う。
【００９２】
図１４のステップＳ１４０、Ｓ１５０、Ｓ２００、Ｓ２１０、図１７のステップＳ３４０、Ｓ３５０、図１８のステップＳ５４０、Ｓ５５０、Ｓ５９０、Ｓ６００、図１９のステップＳ７７０、Ｓ７８０における像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）の詳細について以下説明する。以下の説明においては、専用ＡＦの出力信号（データ列）と撮像素子ＡＦの出力信号（データ列）を区別せずに取り扱う。
【００９３】
データ列は、一対の像の一方に対応する基準データ列と、もう一方に対応する副データ列からなる。例えば、専用ＡＦの場合は、図１１において再結像レンズ１１４により撮像素子１１６上に形成された像に相当するデータが基準データ列を構成し、再結像レンズ１２５により撮像素子１２６上に形成された像に相当するデータが副データ列を構成する。また、撮像素子ＡＦの場合は、焦点検出画素３１３の配列の出力が基準データ列となり、焦点検出画素３１４の配列の出力が副データ列となる。
【００９４】
基準データ列（Ａ１ｎ ，但しｎ＝０〜Ｎ）が固定され、該基準データ列に対し副データ列（Ａ２ｎ ，但しｎ＝（−ｍ）〜（Ｎ+ｍ））が相対的にデータ列のデータ間隔（データピッチ）だけ順次シフトされ、各シフトにおける相関量が数式１により計算される。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１ｎ−Ａ２（ｎ+ｋ）｜ （１）
ただし、Σ演算はｎについて０〜Ｎまでの積算を行う。また、シフト量ｋは整数であり、式（１）の演算はｋ＝（−ｍ）〜（＋ｍ）の範囲で行われる。式（１）の演算結果は、図２１（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図２１（ａ）ではｋ＝ｋj＝２）において相関量Ｃ（ｋ）が極小（小さいほど相関度が高い）になる。
【００９５】
以下の式（２）〜式（５）による３点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する極小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ （２）
Ｃ（ｘ）＝ Ｃ（ｋj）-｜Ｄ｜ （３）
Ｄ＝｛Ｃ（ｋj-１）-Ｃ（ｋj＋１）｝／２ （４）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ（ｋj＋１）-Ｃ（ｋj），Ｃ（ｋj-１）-Ｃ（ｋj）｝ （５）
【００９６】
式（２）で算出されたずらし量ｘの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図１３（ｂ）に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値Ｃ（ｘ）の値が大きくなる。したがって、Ｃ（ｘ）が所定の閾値以上の場合は算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。
あるいは、Ｃ（ｘ）をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ（ｘ）を除した値が所定値以上の場合は、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。あるいはまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。
【００９７】
図１３（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲ｋｍｉｎ〜ｋｍａｘの間で相関量Ｃ（ｋ）の落ち込みがない場合は、極小値Ｃ（ｘ）を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。
【００９８】
算出されたずらし量ｘの信頼性があると判定された場合は、式（６）により像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・（ｘ−Ｘ０） （６）
式（６）において、ＰＹは検出ピッチ（専用ＡＦの場合は撮像素子１１６を再結像レンズ１１４，１１５により予定焦点面に投影した場合の投影倍率が掛けられた撮像素子１１６のピッチ、撮像素子ＡＦの場合は焦点検出画素３１３または３１４同士の実際のピッチであってすなわち画素ピッチの２倍）であり、Ｘ０はオフセット量である。Ｘ０は専用ＡＦの場合には予定焦点面に合焦面が合致した場合に、像ズレ量が０となるように定められたオフセット量である。撮像素子ＡＦの場合はＸ０＝−０．５となり、この量は焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４が半分の検出ピッチ分ずれて配置されていることを補正するためのオフセット量である。
【００９９】
式（６）で算出された像ズレ量に所定の変換係数ｑを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。
ｄｅｆ＝ｑ・ｓｈｆｔ （７）
変換係数ｑは専用ＡＦの場合と撮像素子ＡＦでは異なる値となる。専用ＡＦの場合は図１２において一対の測距瞳１９２，１９３の重心間隔を開口Ｆ値相当の値に変換した値となる。撮像素子ＡＦの場合は使用されている交換レンズの開放Ｆ値に応じて変換係数ｑの値が変化し、交換レンズの開放Ｆ値の開口を２等分した２つの半円の重心間の距離を開口Ｆ値相当の値に変換した値となる。
【０１００】
撮像素子ＡＦの場合は一対の測距瞳９３，９４が交換レンズの絞り開口によりけられて一対の像の光量バランスが崩れる場合があるので、光量バランス崩れに対して像ズレ検出精度を維持できる次式（８）のような相関演算式を式（１）の代わりに用いてもよい。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１ｎ・Ａ２（ｎ＋１＋ｋ）−Ａ２（ｎ＋ｋ）・Ａ１（ｎ＋１）｜
ただしΣ演算はｎ＝０〜（Ｎ−１）の範囲で総和を取る。
《発明の他の実施の形態》
【０１０１】
専用ＡＦおよび撮像素子ＡＦにおける焦点検出エリアの配置は図２に限定されることはなく、その他の位置・方向に焦点検出エリアを配置することも可能である。
【０１０２】
上述した実施例においては、レンズ駆動制御装置２０６はフォーカスレンズ駆動手段２３３を介してフォーカシング用レンズ２１０を駆動して焦点調節を行っているが、図２２に示すようにフォーカシング用レンズ２１０の駆動手段を高速用（第１駆動手段２３３Ａ）と通常用（第２駆動手段２３３Ｂ）の２系統設け、デフォーカス量に応じて使い分けても良い。
【０１０３】
図２３はレンズ駆動制御装置２０６の動作フローチャートであって、ステップＳ２０００でボディ駆動制御装置２１４からのデフォーカス量の受信を待機する。デフォーカス量を受信するとステップＳ２０１０でデフォーカス量の絶対値が所定閾値以内であるか判定し、所定閾値以上である場合は第１駆動手段２３３Ａにより高速にフォーカシング用レンズ２１０（撮影光学系）を駆動して移動し、所定閾値以内である場合は第２駆動手段２３３Ｂにより通常速度でフォーカシング用レンズ２１０（撮影光学系）を駆動して移動し、ステップＳ２０００に戻る。
【０１０４】
第１駆動手段２３３Ａおよび第２駆動手段２３３Ｂは、それぞれ、モータと減速機構（ギアおよびヘリコイドなどから構成される）によりフォーカシング用レンズ２１０に接続されている。第１駆動手段２３３Ａに用いられているモータは第２駆動手段２３３Ｂに用いられているモータより高速で動作し、第１駆動手段２３３Ａに用いられている減速機構の減速比は第２駆動手段２３３Ｂに用いられている減速機構の減速比より小さいので、より高速にモータでフォーカシング用レンズ２１０を駆動できるが、フォーカシング用レンズ２１０の停止精度は低下している。
【０１０５】
なおフォーカシング用レンズ２１０を２つのフォーカシング用レンズに分割し、それぞれのレンズを別々に第１駆動手段２３３Ａと第２駆動手段２３３Ｂとで駆動するようにしても良い。
【０１０６】
上述した実施例においては、ボディ駆動制御装置２１４は撮像素子駆動手段２３５を介して撮像素子２１２を光軸方向に移動して焦点調節を行っているが、図２４に示すように撮像素子２１２の駆動手段を高精度用（第１駆動手段２３５Ａ）と超高精度用（第２駆動手段２３５Ｂ）の２系統設け、デフォーカス量に応じて使い分けても良い。
【０１０７】
図２５はボディ駆動制御装置２１４の動作フローチャートであって、図１８に示した高精度ＡＦモードの動作におけるスッテプＳ６１０からステップＳ６２０の部分を置換するものである。
【０１０８】
ステップＳ６１１では算出されたデフォーカス量が第１撮像素子駆動手段の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にない場合にはステップＳ５７０へ戻る。
【０１０９】
第１撮像素子駆動手段の可動範囲内にある場合には、ステップＳ６１２において算出されたデフォーカス量が第２撮像素子駆動手段の可動範囲内（ただし、第２撮像素子駆動手段の可動範囲＜第１撮像素子駆動手段の可動範囲）であるか判定し、可動範囲内にない場合には撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて第１撮像素子駆動手段により光軸方向に高精度で移動させ、ステップＳ６３０に進む。
【０１１０】
算出されたデフォーカス量が第２撮像素子駆動手段の可動範囲内である場合は、撮像素子２１２をデフォーカス量に応じて第２撮像素子駆動手段により光軸方向に超高精度で移動させ、ステップＳ６３０に進む。
【０１１１】
上述した実施例においては、専用ＡＦによる焦点検出と撮像素子ＡＦによる焦点検出を切換える際にサブミラー２１７を撮影光路に挿入／退避する必要があった。
【０１１２】
図２６に示す実施形態の撮像装置の構成においては、サブミラー２１７Ａをハーフミラーとすることで、専用ＡＦによる焦点検出と撮像素子ＡＦによる焦点検出を同時に行うことができる。
【０１１３】
図２７は、図２６の実施形態におけるボディ駆動制御装置２１４のひとつのＡＦモードである「パラレルＡＦモード」（専用ＡＦによる焦点検出と撮像素子ＡＦによる焦点検出を同時に行って焦点調節を行うＡＦモード）における動作フローチャートである。
【０１１４】
パラレルＡＦモードの場合は、図２７のステップＳ９００から動作を開始する。ステップＳ９１０において、メインミラー２０５およびサブミラー２１７Ａが撮影光路外に退避されていた場合には、メインミラー２０５およびサブミラー２１７Ａを撮影光路に挿入する。ステップＳ９２０において、撮像素子２１２の位置をリセットし、撮像素子２１２を撮像素子駆動手段２３５による可動範囲の中央に位置させる。
【０１１５】
ステップＳ９３０において、専用ＡＦおよび撮像素子ＡＦのＡＦエリア（撮影者が選択したＡＦエリア）からデータを読み出す。ステップＳ９４０において、専用ＡＦおよび撮像素子ＡＦのＡＦエリアから読み出されたデータに基づいてそれぞれの像ズレ量を算出する。ステップＳ９５０において、専用ＡＦおよび撮像素子ＡＦの像ズレ量をデフォーカス量に変換する。
【０１１６】
ステップＳ９６０では、算出された撮像素子ＡＦのデフォーカス量が撮像素子の可動範囲内であるか判定し、可動範囲内にない場合にはステップＳ９７０において専用ＡＦのデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させ、ステップＳ９３０に戻り上述の処理を繰り返す。算出されたデフォーカス量が撮像素子の可動範囲内である場合には、ステップＳ９８０で撮像素子２１２を撮像素子ＡＦのデフォーカス量に応じて光軸方向に移動させる。
【０１１７】
ステップＳ９９０では、撮影者により外部操作手段２２１が第２段階操作状態となり、シャッターレリーズが指示されているかを判定し、シャッターレリーズの指示がない場合にはステップＳ９３０へ戻って上述した動作を繰り返す。シャッターレリーズの指示があった場合には、ステップＳ１０００でメインミラー２０５とサブミラー２１７Ａを撮影光路から退避させるとともに、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者または自動により設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、ステップＳ１０１０で撮像素子２１２に撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の撮像画素３１０および全ての焦点検出画素３１３，３１４から画像データを読み出す。
【０１１８】
ステップＳ１０２０において、画像データに対し所定の処理（例えば焦点検出画素列の各画素位置の画素データを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて補間）を行い、次にその画像データをメモリーカード２１９に記憶し、ステップＳ９３０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【０１１９】
パラレルＡＦモードでは、メインミラー２０５を撮影光路に挿入した状態で、サブミラー２１７Ａの撮影光路への挿入／退避を行うことなしに常時専用ＡＦと撮像素子ＡＦとで同時に焦点検出できる。したがって、被写体の高速移動や構図変更などによりデフォーカス状態が大きく急変した場合にも迅速に追従して焦点調節動作を継続することが可能であると同時に、被写体の微小移動や手ブレなどによりデフォーカス状態がわずかに変化した場合にも高精度に追従して焦点調節動作を継続することが可能であるとともに、撮影者は、シャッターレリーズを行うまで光学ファインダーにより被写体像を捕捉し続けることができる。
【０１２０】
また、上述した実施例においては、撮像画素はＲＧＢのベイヤー配列として説明を行ったが、例えば補色フィルター配列のようなベイヤー配列以外の画素配列であっても構わない。
【０１２１】
また、上述した一実施の形態の図５に示す焦点検出画素３１３、３１４では、光電変換部の形状を矩形にした例を示したが、焦点検出画素の光電変換部の形状はこれらに限定されず、他の形状であってもよい。例えば焦点検出画素の光電変換部の形状を半円形や楕円や多角形にすることも可能である。
【０１２２】
また、上述した一実施の形態の図５、図９に示す焦点検出画素３１３、３１４では、光電変換部１３，１４の形状をマイクロレンズ１０により前方に投影することにより測距瞳が形成されているが、図２８（ａ）、（ｂ）のように焦点検出画素３１３、３１４を構成することも可能である。図２８（ａ）、（ｂ）において光電変換部３０の直前に遮光マスク３３、３４を設け、遮光マスク３３，３４に設けられた開口部４３、４４の形状をマイクロレンズ１０により前方に投影することにより射出瞳上に一対の測距瞳を形成する。この場合光電変換部３３は開口部４３，４４を通過した光束を受光することになる。
【０１２３】
図３に示す撮像素子２１２では、焦点検出画素３１３、３１４がひとつの画素内にひとつの光電変換部を備えた例を示したが、ひとつの画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図２９は、図３の撮像素子２１２に対応した撮像素子２１２Ａの一部分の拡大図であり、焦点検出画素３１１はひとつの画素内に一対の光電変換部を備える。図に示す焦点検出画素３１１は、図３に示す焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４のペアに相当した機能を果たす。
【０１２４】
焦点検出画素３１１は、図３０に示すようにマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１３，１４から構成される。焦点検出画素３１１には光量をかせぐために色フィルターは配置されておらず、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルター（不図示）の分光特性とを総合した分光特性（図７参照）となる。つまり、図６に示す緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性となり、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括している。
【０１２５】
図３１は、図３０に示す撮像素子２１２Ａの焦点検出画素による瞳分割型位相差検出方式の焦点検出動作を説明するための図である。図３１において、射出瞳９０は、交換レンズの予定結像面に配置されたマイクロレンズの前方へ距離ｄの位置に設定される。ここで、距離ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる測距瞳距離である。符号９１は交換レンズの光軸、符号５０、６０はマイクロレンズ、符号５３，５４，６３，６４は焦点検出画素の光電変換部、符号７３，７４、８３，８４は焦点検出用光束である。光電変換部は、各焦点検出画素において、（５３，５４）、（６３，６４）という対をなしている。
【０１２６】
さらに、符号９３はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５３，６３の領域であり、測距瞳である。同様に、符号９４はマイクロレンズ５０、６０により投影された光電変換部５４，６４の領域であり、測距瞳である。図３１では、光軸９１上にある焦点検出画素（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５３、５４からなる）と、隣接する焦点検出画素（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６３、６４からなる）を模式的に例示している。撮像面上の周辺に配置された焦点検出画素においても、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳９３、９４を通って各マイクロレンズに到来する光束を受光する。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向と一致させる。
【０１２７】
マイクロレンズ５０、６０は撮影光学系の予定結像面近傍に配置されており、光軸９１上に配置されたマイクロレンズ５０によって、その背後（図３１においては右方）に配置された一対の光電変換部５３、５４の形状がマイクロレンズ５０、６０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３，９４を形成する。また、マイクロレンズ５０に隣接して配置されたマイクロレンズ６０によって、その背後（図３１においては右方）に配置された一対の光電変換部６３、６４の形状が測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３，９４を形成する。すなわち、マイクロレンズから測距瞳距離ｄにある射出瞳９０上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９３，９４）が一致するように、各画素のマイクロレンズと光電変換部の位置関係が決定されている。
【０１２８】
光電変換部５３は、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ５０へ到来する焦点検出光束７３によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部５４は、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ５０へ到来する焦点検出光束７４によってマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部６３は、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ６０へ到来する焦点検出光束８３によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部６４は、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ６０へ到来する焦点検出光束８４によってマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【０１２９】
このような焦点検出用画素を直線状に多数配置し、各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９３と測距瞳９４を各々通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して上述の像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に所定の変換処理を施すことによって、予定結像面（マイクロレンズアレイの位置に対応）に対する現在の結像面（撮影画面上の焦点検出位置に対応する結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【０１３０】
さらに、図３に示す撮像素子２１２では、撮像画素と焦点検出画素を稠密正方格子配列に配置した例を示したが、稠密六方格子配列としてもよい。
【０１３１】
上述した一実施の形態では、撮像素子ＡＦとしてマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出動作を説明したが、本発明は、これに限定されず、特開２００８−１５１５７号公報に開示された偏光素子による瞳分割型位相差検出方式の撮像装置に適用することも可能である。
【０１３２】
上述した図１では、２つの焦点調節機構（フォーカシング用レンズを移動させる／撮像素子を移動させる）を使用しているが、どちらか一方のみであっても構わない。
【０１３３】
上述した一実施の形態では、撮像素子による焦点調節として瞳分割型位相差検出方式を用いているが、コントラスト方式（山登り方式）を用いても良い。ただし、瞳分割型位相差検出方式を用いる方がコントラスト方式に比して、焦点検出時間および焦点調節時間が短いため好ましい。
【０１３４】
上述した一実施の形態では、観察光学系として光学ファインダーを使用しているが、電子ビューファインダーであっても良い。
【０１３５】
なお、撮像装置としては、上述したようなカメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラに限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラあるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明に係る撮像装置の一実施の形態としてのデジタルスチルカメラの構成を示す断面図。
【図２】交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置を示す図。
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図。
【図４】撮像画素の構成を示す図。
【図５】焦点検出画素の構成を示す図。
【図６】緑画素、赤画素および青画素の分光特性を示す図。
【図７】焦点検出画素の分光特性を示す図。
【図８】撮像画素の断面図。
【図９】焦点検出画素の断面図。
【図１０】マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図。
【図１１】再結像瞳分割型位相差検出方式の焦点検出センサーの構成を示す図。
【図１２】射出瞳上における撮像素子ＡＦの測距瞳と専用ＡＦの測距瞳を比較した図。
【図１３】本発明に係る撮像装置の一実施の形態としてのデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図１４】ワンショットＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図１５】サブミラーのみを撮影光路から退避したデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図１６】フォーカシング用レンズの可動範囲と撮像素子の可動範囲を模式的に示した図。
【図１７】コンティニュアスＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図１８】高精度ＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図１９】高速連写ＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図２０】メインミラーとサブミラーを撮影光路外に退避したデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図２１】一対のデータのシフト量ｋに対する相関量Ｃ（ｋ）の関係を示す図。
【図２２】フォーカシング用レンズの駆動手段を高速用と通常用の２系統設けたデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図２３】レンズ駆動制御装置の動作フローチャート。
【図２４】撮像素子の駆動手段を高精度用と超高精度用の２系統設けたデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図２５】ボディ駆動制御装置の動作フローチャート。
【図２６】サブミラーをハーフミラーに置き換えたデジタルスチルカメラの構成を示す図。
【図２７】パラレルＡＦモードにおけるデジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャート。
【図２８】遮光マスクを設けた焦点検出画素の断面図。
【図２９】撮像素子の一部分の拡大図。
【図３０】マイクロレンズと一対の光電変換部から構成される焦点検出画素の構成を示す図。
【図３１】撮像素子の焦点検出画素による瞳分割型位相差検出方式の焦点検出動作を説明するための図。
【符号の説明】
【０１３７】
２０１ デジタルスチルカメラ、２０２ 交換レンズ、２０３ カメラボディ、２０４ マウント部、２０５ メインミラー、２０６ レンズ駆動制御装置、２０７ 焦点検出センサー、２０８ ズーミング用レンズ、２０９ レンズ、２１０ フォーカシング用レンズ、２１１ 絞り、２１２ 撮像素子、２１３ 電気接点、２１４ ボディ駆動制御装置、２１５ 液晶表示素子、２１６ 光学ファインダー、２１７ サブミラー、２１９ メモリーカード、２２０および２２１ 外部操作手段、２３１ 絞り駆動手段、２３２ ズーム駆動手段、２３３ フォーカスレンズ駆動手段、２３４ ミラー駆動手段、２３５ 撮像素子駆動手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系により形成される像に対応した画像データを生成するための信号を出力する撮像画素と、前記像の焦点状態を検出するための信号を出力する焦点検出画素とが配置された撮像素子と、
前記撮像光学系と前記撮像素子との間の撮影光路内に配置されると共に、前記撮像光学系から到来する光束を前記撮影光路に沿って通過する第１光束と前記撮影光路外に分岐する第２光束とに分離するビームスプリッタと、
前記第２光束により形成される像を観察する観察光学系と、
前記撮影光路内への挿入および前記撮影光路外への退避が可能に配置されると共に、前記撮影光路内へ挿入されたときに前記第１光束を前記撮影光路外に偏向させる偏向ミラーと、
前記偏向ミラーにより前記撮影光路外に偏向された前記第１光束を受光して、前記第１光束により形成される像の焦点状態を瞳分割型位相差検出方式によって検出する第１焦点検出手段と、
前記撮影光路に沿って到来する前記第１光束により形成される像の焦点状態を、前記焦点検出画素から出力される信号に基づき検出する第２焦点検出手段と、
前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段による焦点状態の検出を、前記偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記偏向ミラーが前記撮影光路に挿入された状態において、前記第１焦点検出手段による前記焦点状態の検出を実行し、ついで、前記偏向ミラーが前記撮影光路外へ退避された状態において、前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出が実行されるように、前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段を制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記偏向ミラーが常時前記撮影光路中に挿入された状態において、前記第１焦点検出手段による前記焦点状態の検出のみが実行されるように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記偏向ミラーが常時前記撮影光路外へ退避された状態において、前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出のみが実行されるように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記ビームスプリッタは、前記撮影光路内への挿入および前記撮影光路外への退避が可能に配置され、
前記制御手段は、前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出を、前記ビームスプリッタおよび前記偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御し、前記ビームスプリッタと前記偏向ミラーとが常時撮影光路外へ退避された状態においては、前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出のみが実行されるように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素は光電変換部と、前記光電変換部に対応して設けられたマイクロレンズとを備えており、
前記光電変換部は、前記撮像光学系の一対の瞳領域を通過する一対の光束を受光するように構成され、
前記第２焦点検出手段は、前記焦点検出画素からの出力信号に基づいて前記一対の光束により形成される一対の像の像ズレ量を算出することにより前記焦点状態を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出結果に基づいて、前記撮像素子上に形成される像が合焦状態になるように焦点調節を行う焦点調節手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置において、
前記焦点調節手段は、第１焦点調節手段と、第２焦点調節手段とを備え、
前記第２焦点調節手段は、前記第１焦点調節手段に比して、前記焦点調節の微調整を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記第１焦点調節手段は前記撮像光学系を移動させることにより前記焦点調節を行うとともに、前記第２焦点調節手段は前記撮像素子を移動させることにより前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記第１焦点調節手段および前記第２焦点調節手段は、前記撮像光学系を移動させることにより前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記第１焦点調節手段および前記第２焦点調節手段は、前記撮像素子を移動させることにより前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１に記載の撮像装置において、
前記第１焦点調節手段は、前記第１焦点検出手段による前記焦点状態の検出結果に応じて前記焦点調節を行い、
前記第２焦点調節手段は、前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出結果に応じて前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
撮像光学系により形成される像に対応した画像データを生成するための信号を出力する撮像画素と、前記像の焦点状態を検出するための信号を出力する焦点検出画素とが配置された撮像素子と、
前記撮像光学系と前記撮像素子との間の撮影光路内に配置されると共に、前記撮像光学系から到来する光束を前記撮影光路に沿って通過する第１光束と前記撮影光路外に分岐する第２光束とに分離するビームスプリッタと、
前記第２光束により形成される像を観察する観察光学系と、
前記第１光束を前記撮影光路外に偏向させる偏向ミラーと、
前記偏向ミラーにより偏向された前記第１光束を受光し、該第１光束により形成される像の焦点状態を瞳分割型位相差検出方式によって検出する第１焦点検出手段と、
前記撮影光路に沿って到来する前記第１光束により形成される像の焦点状態を、前記焦点検出画素から出力される信号に基づき検出する第２焦点検出手段と、
前記ビームスプリッタの前記撮影光路内への挿入および前記撮影光路外への退避を行うビームスプリッタ駆動手段と、
前記偏向ミラーの前記撮影光路内への挿入および前記撮影光路外への退避を行う偏向ミラー駆動手段と、
前記ビームスプリッタを前記撮影光路内へ挿入した状態で、前記偏向ミラーを前記撮影光路内へ挿入し、かつ、前記撮影光路外へ退避するように、前記ビームスプリッタ駆動手段および前記偏向ミラー駆動手段を制御すると共に、前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段による焦点状態の検出を、前記ビームスプリッタおよび前記偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
前記観察光学系は、光学ファインダーおよび電子ビューファインダーの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１】
撮像光学系により形成される像に対応した画像データを生成するための信号を出力する撮像画素と、前記像の焦点状態を検出するための信号を出力する焦点検出画素とが配置された撮像素子と、
前記撮像光学系と前記撮像素子との間の撮影光路内に配置されると共に、前記撮像光学系から到来する光束を前記撮影光路に沿って通過する第１光束と前記撮影光路外に分岐する第２光束とに分離するビームスプリッタと、
前記第２光束により形成される像を観察する観察光学系と、
前記撮影光路内への挿入および前記撮影光路外への退避が可能に配置されると共に、前記撮影光路内へ挿入されたときに前記第１光束を前記撮影光路外に偏向させる偏向ミラーと、
前記偏向ミラーにより前記撮影光路外に偏向された前記第１光束を受光して、前記第１光束により形成される像の焦点状態を瞳分割型位相差検出方式によって検出する第１焦点検出手段と、
前記撮影光路に沿って到来する前記第１光束により形成される像の焦点状態を、前記焦点検出画素から出力される信号に基づき検出する第２焦点検出手段と、
前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段による焦点状態の検出を、前記偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記偏向ミラーが前記撮影光路に挿入された状態において、前記第１焦点検出手段による前記焦点状態の検出を実行し、ついで、前記偏向ミラーが前記撮影光路外へ退避された状態において、前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出が実行されるように、前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段を制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記偏向ミラーが常時前記撮影光路中に挿入された状態において、前記第１焦点検出手段による前記焦点状態の検出のみが実行されるように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記偏向ミラーが常時前記撮影光路外へ退避された状態において、前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出のみが実行されるように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記ビームスプリッタは、前記撮影光路内への挿入および前記撮影光路外への退避が可能に配置され、
前記制御手段は、前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出を、前記ビームスプリッタおよび前記偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御し、前記ビームスプリッタと前記偏向ミラーとが常時撮影光路外へ退避された状態においては、前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出のみが実行されるように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素は光電変換部と、前記光電変換部に対応して設けられたマイクロレンズとを備えており、
前記光電変換部は、前記撮像光学系の一対の瞳領域を通過する一対の光束を受光するように構成され、
前記第２焦点検出手段は、前記焦点検出画素からの出力信号に基づいて前記一対の光束により形成される一対の像の像ズレ量を算出することにより前記焦点状態を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出結果に基づいて、前記撮像素子上に形成される像が合焦状態になるように焦点調節を行う焦点調節手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置において、
前記焦点調節手段は、第１焦点調節手段と、第２焦点調節手段とを備え、
前記第２焦点調節手段は、前記第１焦点調節手段に比して、前記焦点調節の微調整を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記第１焦点調節手段は前記撮像光学系を移動させることにより前記焦点調節を行うとともに、前記第２焦点調節手段は前記撮像素子を移動させることにより前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記第１焦点調節手段および前記第２焦点調節手段は、前記撮像光学系を移動させることにより前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記第１焦点調節手段および前記第２焦点調節手段は、前記撮像素子を移動させることにより前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１に記載の撮像装置において、
前記第１焦点調節手段は、前記第１焦点検出手段による前記焦点状態の検出結果に応じて前記焦点調節を行い、
前記第２焦点調節手段は、前記第２焦点検出手段による前記焦点状態の検出結果に応じて前記焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
撮像光学系により形成される像に対応した画像データを生成するための信号を出力する撮像画素と、前記像の焦点状態を検出するための信号を出力する焦点検出画素とが配置された撮像素子と、
前記撮像光学系と前記撮像素子との間の撮影光路内に配置されると共に、前記撮像光学系から到来する光束を前記撮影光路に沿って通過する第１光束と前記撮影光路外に分岐する第２光束とに分離するビームスプリッタと、
前記第２光束により形成される像を観察する観察光学系と、
前記第１光束を前記撮影光路外に偏向させる偏向ミラーと、
前記偏向ミラーにより偏向された前記第１光束を受光し、該第１光束により形成される像の焦点状態を瞳分割型位相差検出方式によって検出する第１焦点検出手段と、
前記撮影光路に沿って到来する前記第１光束により形成される像の焦点状態を、前記焦点検出画素から出力される信号に基づき検出する第２焦点検出手段と、
前記ビームスプリッタの前記撮影光路内への挿入および前記撮影光路外への退避を行うビームスプリッタ駆動手段と、
前記偏向ミラーの前記撮影光路内への挿入および前記撮影光路外への退避を行う偏向ミラー駆動手段と、
前記ビームスプリッタを前記撮影光路内へ挿入した状態で、前記偏向ミラーを前記撮影光路内へ挿入し、かつ、前記撮影光路外へ退避するように、前記ビームスプリッタ駆動手段および前記偏向ミラー駆動手段を制御すると共に、前記第１焦点検出手段および前記第２焦点検出手段による焦点状態の検出を、前記ビームスプリッタおよび前記偏向ミラーの配置状態に応じて個別に制御する制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
前記観察光学系は、光学ファインダーおよび電子ビューファインダーの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１０−１２８２０５（Ｐ２０１０−１２８２０５Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０２９７１（Ｐ２００８−３０２９７１）
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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