JP2010008785A - 焦点検出装置、焦点調節装置、撮像装置、およびカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の焦点検出領域のうちで焦点調節の対象として選択された焦点検出領域に対して得られる信号の出力が小さい場合でも、焦点検出精度の低下を防ぐ。
【解決手段】光学系を介した光束のうち、光学系による画面内に設定された第１焦点検出位置に対応する光束を受光する第１受光手段と、光学系を介した光束のうち、第１焦点検出位置とは異なる前記画面内の第２焦点位置に対応する光束を受光する第２受光手段と、第１受光手段と第２受光手段との少なくとも一方で得られた受光信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、第１受光手段が受光する光束の光量が第２受光手段が受光する光束の光量より小さい場合に、第２受光手段で得られる受光信号に基づいて焦点検出手段によって焦点調節状態を検出させる制御手段とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、光学系の画面内に設定された複数の焦点検出領域に関連した技術、いわゆる多点ＡＦ技術に関するものである。さらに詳述すると、本発明は、焦点検出装置、焦点調節装置、撮像装置、およびカメラシステムに関するものである。

従来、光学系の画面内に設定された複数の焦点検出領域に対して光学系の焦点調節状態を検出するカメラが知られていた。
特開２００５−１７３２８０号公報

しかしながら、焦点調節の対象として選択された焦点検出領域に対して得られる信号の出力が小さい場合には、焦点検出精度が低下する問題があった。
例えば被写体に対して補助光を投射して焦点検出するものであって、各焦点検出領域に対する補助光の明るさが異なる場合には、選択した焦点検出領域に対する補助光の明るさが暗い場合に、得られる信号の出力が小さく、偽合焦が生じる場合があった。

請求項１に係る焦点検出装置は、光学系を介した光束のうち、前記光学系による画面内に設定された第１焦点検出位置に対応する光束を受光する第１受光手段と、前記光学系を介した光束のうち、前記第１焦点検出位置とは異なる前記画面内の第２焦点位置に対応する光束を受光する第２受光手段と、前記第１受光手段と前記第２受光手段との少なくとも一方で得られた受光信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、前記第１受光手段が受光する前記光束の光量が前記第２受光手段が受光する前記光束の光量より小さい場合に、前記第２受光手段で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記焦点調節状態を検出させる制御手段とを備える。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、前記制御手段は、前記第２受光手段で得られる前記受光信号に基づいて検出した焦点調節状態が所定の状態となった後に、前記第１受光手段で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記焦点検出状態を検出させるものである。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の焦点検出装置において、前記焦点検出状態は、前記第１受光手段と前記第２受光手段との少なくとも一方で得られる受光信号に基づいて前記光学系の結像面のずれ量を前記焦点調節状態として検出し、前記ずれ量が第１のずれ量より小さくなった場合に前記光学系が合焦したものと判定する判定手段を備え、前記制御手段は、前記第２受光手段で得られる前記受光信号に基づいて検出した前記ずれ量が、前記第１のずれ量よりも大きい第２のずれ量よりも小さくなった場合に、前記第１受光手段で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記ずれ量を検出させる。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、前記第１受光手段は、複数の光電変換素子を配列した光電変換素子列の第１の配列であるとともに第１の輝度の照明光が投射された対象からの反射光を受光し、前記第２受光手段は、前記光電変換素子列の前記第１の配列とは異なる第２の配列であるとともに前記第１の輝度よりも高輝度の第２の輝度の照明光が投射された対象からの反射光を受光し、前記制御手段は、前記第１受光手段が受光する前記光束の光量が前記第２受光手段が受光する前記光束の光量より小さい場合に、前記第１の配列と前記第２の配列とを含む前記光電変換素子列の第３の配列で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記焦点調節状態を検出させるものである。
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の焦点検出装置において、前記焦点検出手段によって検出された前記焦点検出状態に信頼性があるか否かを判定する判定手段を備え、前記判定手段は、前記第３の配列で得られる前記受光信号に基づいて検出した焦点調節状態に対する前記信頼性の判定基準を、前記第１の配列で得られる前記受光信号に基づいて検出した焦点調節状態に対する前記信頼性の判定基準に比べて前記信頼性があると判定され易くする。
請求項６に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、前記第１受光手段は、複数の光電変換素子を配列した光電変換素子列の第１の配列であるとともに第１の輝度の照明光が投射された対象からの反射光を受光し、前記第２受光手段は、前記光電変換素子列の前記第１の配列とは異なる第２の配列であるとともに前記第１の輝度よりも高輝度の第２の輝度の照明光が投射された対象からの反射光を受光し、前記制御手段は、前記第１受光手段が受光する前記光束の光量が前記第２受光手段が受光する前記光束の光量より小さい場合に、前記第１の配列に最も近い前記第２の配列に対応する前記光電変換素子列で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記焦点調節状態を検出させる。
請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、前記焦点検出装置によって検出された前記焦点調節状態に基づいて、前記光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備え焦点調節装置である。
請求項８に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする撮像装置である。
請求項９に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、前記第１焦点検出位置に対応する被写体に第１の輝度の照明光を照射するとともに、前記第２焦点検出位置に対応する被写体に第１の輝度よりも高輝度の第２の輝度の照明光を投射する照明装置と、前記光学系による像を撮像する撮像手段とを備えたカメラシステムである。

本発明によれば、複数の焦点検出位置が設定されている場合にも、偽合焦をなくして確実な合焦を実現することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明を適用した一眼レフカメラを示す構成図である。本図において、２は撮像レンズ、４はメインミラー、６はサブミラー、８は焦点板、１０はペンタプリズム、１２はファインダ、１４は撮像素子である。１６はＡＦセンサとして用いるＣＣＤラインセンサ、１８はＡＦ演算・制御およびＡＦ補助光の投射制御を行うマイクロコンピュータ、２０はレンズ駆動モータ、２２は不揮発性メモリとして用いるＥＥＰＲＯＭである。２５はＡＦ補助光投射部であり、図２に示すＡＦ補助光パターンを被写体に投射する。本実施の形態において、ＡＦ補助光投射部２５は外付けストロボに取り付けられており、ストロボ撮影が可能な至近距離から規定の距離内に位置する被写体に対して、後述するＡＦ補助パターンを投射する。なお、ＡＦ補助光投射部２５は、一眼レフカメラ本体に組み込むことが可能なことは勿論である。

図２は、ＡＦ補助光投射部２５から被写体に投射されるＡＦ補助光パターン（輝度パターン）を示す図である。本図に示すように、ＡＦ補助光パターンの全体は、複数組のパターンユニットから形成されている。１組のパターンユニット（図３の（Ｂ）参照）は、４本のライン状明部と、それらライン状明部の間に挟まれている３本のライン状暗部とにより構成されている。そして、限られた光源（ＬＥＤ）の光量を最大限に活用するため、図２に示すように投射する補助光パターンに輝度差を持たせてある。つまり、使用頻度の高いＡＦエリアに対しては補助光の到達距離を長くするため、画面２００の中央部には高輝度のパターンユニット群が十字型となるように、ＡＦ補助光投射部３０からＡＦ補助光パターンの投射がなされる。また、その他の部分には、低輝度のパターンユニットがタイル状の配列となるよう、ＡＦ補助光投射部３０からＡＦ補助光パターンの投射がなされる。

上述したように、ＡＦ補助光投射部２５から投射されるＡＦ補助光パターンのうち、十字型の高輝度パターンユニット群は、画面２００内のほぼ中央部に位置される。すなわち、ストロボ撮影が可能な範囲内にある被写体（対象）に対してＡＦ補助光パターンを投射したとき、被写体（対象）から反射される高輝度パターンユニット群が撮像画面のほぼ中央に位置するよう、ＡＦ補助光パターンの投射方向を予め設定しておく。

図３（Ａ）は、ＡＦ補助光投射部２５の原理を示す説明図である。本図において、３０はＬＥＤ光源、３２はスリットパターン板、３４は投射レンズ、３６は分割板、３８は被写体（対象）面を示す。分割板３６は、スリットパターン板３２を通過した光を複数の方向に屈折させるプリズムであり、その詳細な構成については、後に図４を参照して説明する。

図３（Ｂ）は、スリットパターン板３２をＬＥＤ光源３０側から見たスリット部（切り抜き領域）および遮光部を示している。なお、ＬＥＤ光源３０およびスリットパターン板３２の替わりに、上記パターンユニットと同様の発光パターンを有するＬＥＤを用いることができる。

図３（Ａ）において、スリットパターン板３２により形成されるスリットパターンは、分割板３６の作用により上下方向（Ｙ軸方向）に並ぶよう配列される。その結果として、Ｙ軸方向に向かって高輝度のパターンユニットおよび低輝度のパターンユニットがタイル状に投射される。すなわち、図２の範囲ＡＸに示すように、撮影画面２００の中央部には高輝度のパターンユニットが、その他の部分には低輝度のパターンユニットが配列される。

図４（Ａ）は、分割板３６をＬＥＤ光源３０側から見た図である。図４（Ｂ）は、分割板３６のＡ−Ａ’断面，Ｂ−Ｂ’断面，Ｃ−Ｃ’断面，Ｄ−Ｄ’断面，Ｅ−Ｅ’断面を示す。本図に示すように、分割板３６の中央にあるＣ−Ｃ’断面を含む面の幅Ｗ_Ｃは最大であり、他の幅Ｗ_Ａ，Ｗ_Ｂ，Ｗ_Ｄ，Ｗ_Ｅに比べて十分に広く設定されている。その結果として、撮影画面２００（図２参照）のＡＸには、高輝度のパターンユニットが投射されることになる。他のＡ−Ａ’断面，Ｂ−Ｂ’断面，Ｄ−Ｄ’断面，Ｅ−Ｅ’断面にはそれぞれ図（Ｂ）に示す傾斜角θａ，θｂ，θｃ，θｄがつけられているので、それぞれの傾斜角を持つ面により低輝度のパターンユニットが上下に配列される。

以上の説明は、図２の範囲ＡＸについて述べたものであるが、他の領域についても同様であるので説明は省略する。但し、撮影画面の縦方向（Ｙ軸方向）に配列した高輝度パターンユニット（縦縞パターン）については、既述の横縞パターンを投射した後に、時分割的に投射させる。

図５は、いわゆる多点ＡＦエリアの配置に対してＣＣＤラインセンサの配置を重畳して示す図である。本図中央部にある５行３列の領域は、縦ＣＣＤラインセンサと横ＣＣＤラインセンサの像が交差するクロスセンサとなっている。その他の領域は、すべて縦ＣＣＤラインセンサである。したがって、図２に示したＡＦ補助光パターンを本図と重ねることから明らかなように、中央部にある５行３列の領域については縦縞パターンを横ＣＣＤラインセンサで検出し、その他の領域については横縞パターンを縦ＣＣＤラインセンサで検出している。次に、図６および図７を参照して、この横縞パターンを検出する原理について説明する。

図６は、ＡＦ補助光投射部２５により投射された横縞パターンと、上記横縞パターンを検出する縦ＣＣＤラインセンサとの位置関係を示す説明図である。本図から明らかなように、中央にあるＡＦエリアには高輝度の横縞パターンが対応し、その上下計４つのＡＦエリアには低輝度の横縞パターンが対応している。この対応状態において、縦ＣＣＤラインセンサからの出力信号を模式的に示したのが図７である。

図７の右側には、縦ＣＣＤラインセンサの出力信号波形を描いてある。この波形のうち、振幅が最大となっている出力信号が高輝度の横縞パターンを受光するセンサからの出力である。その他のラインセンサ出力信号は、図６と比較すると明らかなように、低輝度の横縞パターンに対応している。換言すると、高輝度の横縞パターンを受光するセンサからはコントラストが高い信号が得られ、低輝度の横縞パターンを受光するセンサからはコントラストが低い信号が得られる。

しかしながら、コントラストが低い信号に基づいて焦点検出のための相関演算を行うと、信号波形が周期性を持つかのようになり、いわゆる周期ずれ波形による偽合焦を招来することがある。そこで、本実施の形態１では、図７の左側に示すように、まず全ての範囲（＝仮の演算範囲）を用いてデフォーカス量算出のための相関演算を行う。ここでいう相関演算とは、設定された焦点検出演算範囲に対応する一対の出力信号列を、予め設定されたシフト範囲内で所定量ずつ相対的にシフトさせながらそれぞれのシフト位置における相関量を算出し、極小となる相関量を与えるシフト位置に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出することをいう。

この相関演算の原理、および内挿処理を伴った相関演算の信頼性判定について次に概説する。

図８は、位相差検出方式による焦点検出原理の概要を示す説明図である。撮影レンズ１００の領域１０１から入射した光束は視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０１および再結像レンズ５０１を通り、入射強度に応じた出力を発生する複数の光電変換素子を一次元状に並べたイメージセンサーアレイＡ上に結像する。同様に、撮影レンズ１００の領域１０２から入射した光束は視野マスク２００、フィールドレンズ３００、絞り開口部４０２および再結像レンズ５０２を通り、イメージセンサーアレイＢ上に結像する。

これらイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列上に結像した一対の被写体像は、撮影レンズ１００が予定焦点面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに遠ざかり、逆に予定焦点面よりも後ろに被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互いに近づき、ちょうど予定焦点面に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる合焦時にはイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列上の被写体像は相対的に一致する。したがって、この一対の被写体像をイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列により光電変換して電気信号に変え、これらの信号を演算処理して一対の被写体像の相対的な位置ずれ量を求めることにより、撮影レンズ１００の焦点調節状態、ここでは合焦状態から離れている量とその方向（以後、デフォーカス量と呼ぶ）が分かる。そして、イメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列の再結像レンズ５０１、５０２による投影像は予定焦点面近傍で重なることになり、この領域が焦点検出領域となる。

デフォーカス量を求める演算処理手順は、次の通りである。いま、イメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列はそれぞれ複数の光電変換素子からなっており、複数の出力信号列ａ［１］，．．．，ａ［ｎ］、ｂ［１］，．．．ｂ［ｎ］を出力するものとする（図９（ａ）、（ｂ）参照）。そして、この一対の出力信号列の内の所定範囲のデータを相対的に所定のデータ分Ｌずつシフトしながら相関演算を行う。最大シフト数をｌｍａｘとするとＬの範囲は−ｌｍａｘからｌｍａｘとなる。具体的には相関量Ｃ［Ｌ］を数式１で算出する。

ここで、Σはｉ＝ｋ〜ｒの総和演算を表わす。数式１においてＬは上述のごとくデータ列のシフト量に当たる整数である。初項ｋと最終項ｒは例えば数式２に示すように、シフト量Ｌに依存して変化させる。

ここで、ｋ０、ｒ０はシフト量Ｌが０の時の初項と最終項である。そして、シフト量Ｌの変化にともなってＡ列、Ｂ列の相関演算に使用する範囲が互いに逆方向にずれていく。なお、初項ｋと最終項ｒをシフト量Ｌにかかわらず一定とする方法もあり、この場合は、一方の列の相関演算に使用する範囲は常に一定となり、他方の列のみがずれる。

相対的な位置ずれ量は一対のデータが一致したときのシフト量Ｌとなるので、こうして得られた相関量Ｃ［Ｌ］の中で極小値となる相関量を与えるシフト量を検出し、これに図８に示した光学系及び、イメージセンサーアレイの光電変換素子のピッチ幅によって定まる定数を掛けたものがデフォーカス量となる。よって、最大シフト数ｌｍａｘが大きいほど大きなデフォーカス量でも検出できることになる。

相関量Ｃ［Ｌ］は図９（ｃ）に示すように離散的な値であり、検出可能なデフォーカス量の最小単位はイメージセンサーアレイＡ列、Ｂ列の光電変換素子のピッチ幅によって制限されてしまう。そこで、離散的な相関量Ｃ［Ｌ］に基づいて補間演算を行うことにより、新たに真の極小値Ｃｅｘを算出し、綿密な焦点検出を行うことができる。これは、図１０に示すように、極小値である相関量Ｃ［ｌ］と、その両側のシフト量における相関量Ｃ［ｌ＋１］、Ｃ［ｌ−１］を用いて、真の極小値Ｃｅｘとこれを与えるずれ量Ｌｓを数式３、数式４により算出するものである。

数式３においてＭＡＸ｛Ｃａ，Ｃｂ｝はＣａとＣｂの内の大なる方を選択することを意味する。そしてデフォーカス量ＤＦは前記ずれ量Ｌｓから数式５によって算出される。

数式５において、Ｋｆは図８に示した光学系及びイメージセンサーアレイの光電変換素子のピッチ幅によって定まる定数である。

こうして得られたデフォーカス量が真にデフォーカス量を示しているのか、ノイズなどによる相関量の揺らぎによるものなのかを判定する必要があり、数式６に示す条件を満たしたとき、デフォーカス量は信頼ありとする。

数式６におけるＥ１、Ｇ１は所定のしきい値である。数値Ｅは相関量の変化の様子を示し被写体のコントラストに依存する値であり、値が大きいほどコントラストが高く信頼性が高いことになる。Ｃｅｘは一対のデータが最も一致したときの差分であり本来は０となる。しかしながら、ノイズの影響や、さらに領域１０１と領域１０２とで視差が生じているために、一対の被写体像に微妙な差が生じることにより、０とはならない。ノイズや被写体像の差の影響は被写体のコントラストが高いほど小さいので、一対のデータの一致度を表す数値としてはＣｅｘ／Ｅを用いている。当然ながらＣｅｘ／Ｅが０に近いほど一対のデータの一致度が高く信頼性が高いことになる。

なお、数値Ｅの代わりに一対のデータの一方に関するコントラストを算出し、それを用いて信頼性判定を行う場合もある。そして、信頼性ありと判定されるとデフォーカス量ＤＦに基づく撮影レンズ１００の駆動、あるいは表示を行う。

これまで説明した数式１〜数式６までの相関演算、補間演算、条件判定をまとめて「焦点検出演算」と呼ぶ。また、撮影レンズ１００が合焦状態では、シフト量Ｌがほぼ０の時に一対のデータが一致するように焦点検出装置を構成するのが一般的であるので、被写体の像がイメージセンサーアレイのＡ列、Ｂ列の初項ｋ０から最終項ｒ０までの範囲に形成されていなければ、その被写体に撮影レンズ１００を合焦させることはできない。したがって、焦点検出を行う領域は初項ｋ０と最終項ｒ０によって決定されることになる。そこで、初項ｋ０から最終項ｒ０までのデータ範囲が「演算範囲」となる。撮影画面上で演算範囲に相当する領域が焦点検出領域であり、撮影者はこの焦点検出領域内に被写体を捕捉することによって所望の被写体に撮影レンズを合焦することができる。

図１１は、実施の形態１による焦点検出手順を示すフローチャートである。以下に述べる各ステップは、図１のマイクロコンピュータ１８により実行する。

ステップＳ０１において、ＣＣＤラインセンサの蓄積を開始する。
ステップＳ０２では、ＣＣＤラインセンサの出力レベルに基づいて、ＡＦ補助光（図１,図２参照）の照射が必要であるか否かを判定する。ＡＦ補助光の照射が必要であると判定された場合には、ステップＳ０３に進む。他方、否定判定がなされた場合には、後に述べるステップＳ２１に制御を進める。

ステップＳ０３では、ＡＦエリアが図５のＣ行に属するか否かを判定する。なお、図５の６列についても同様であるので、以下の説明では省略する。その判定の結果、Ｃ行に属しないと判定された場合（ＮＯ）には次のステップＳ０４に進む。他方、Ｃ行に属すると判定された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１３以降の処理を行う。
ステップＳ０４においては、図７に示した仮の演算範囲を設定する。すなわち、通常の演算範囲Ａ〜Ｅを全て含む範囲を、仮の演算範囲として設定する。なお、この仮の演算範囲としては、高輝度の補助光の反射光を受光する演算範囲Ｃを含んだ複数の演算範囲を含む範囲としてもよい。
ステップＳ０５では、仮の演算範囲に基づく相関演算に関連して、仮の信頼性判定閾値を設定する。この信頼性判定閾値とは、先に説明した通り、相関演算結果の信頼性を判定するための値Ｅ１およびＧ１（数式６参照）である。一般に、演算範囲が広くなるにしたがって相関演算の信頼性が落ちていくので、仮の信頼性判定閾値として、通常の相関演算における信頼性判定閾値より大きな値を設定しておく。

ステップＳ０６では、ＡＦ補助光を点灯する。
そして、ステップＳ０７において、ＣＣＤラインセンサの新たな蓄積を実行する。
ステップＳ０８では、設定された仮の演算範囲に基づいて、既述の「焦点検出演算」を実行する。すなわち、相関演算、いわゆる三点内挿演算、信頼性判定を行うことによりデフォーカス量を算出する。なお、相関演算の信頼性判定の結果、信頼性あるデフォーカス量が算出できないときには、ＡＦ処理を終了させる（図示せず）。
ステップＳ０９では、デフォーカス量の判定閾値Ｔｈ１として３５０μｍを設定し、ステップＳ０８で算出されたデフォーカス量の絶対値｜ｄｅｆ｜との比較を行う。その結果、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ１が満たされないときには、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０では、｜ｄｅｆ｜がより小さくなるようにレンズ駆動モータ２０の回転量を算出し、その算出結果に基づいてレンズ駆動モータ２０によるレンズ駆動を行う。他方、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ１が満たされたときには、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、演算範囲を通常の演算範囲（すなわち、従来から行われている本来の演算範囲）に戻す。
ステップＳ１２においては、ステップＳ０５で設定された仮の信頼性判定閾値を、通常の信頼性判定閾値に戻す。
ステップＳ１３においては、ＣＣＤラインセンサの蓄積を実行する。
ステップＳ１４において、「焦点検出演算」を実行する。この「焦点検出演算」は、ステップＳ０８で述べた通りであるので、説明は省略する。同様に、相関演算の信頼性判定の結果、信頼性あるデフォーカス量が算出できないときには、ＡＦ処理を終了させる（図示せず）。
ステップＳ１５では、合焦判定を行う。すなわち、合焦判定閾値Ｔｈ２として、Ｔｈ１＞Ｔｈ２を満たす値（５０μｍ〜１００μｍ）を設定し、ステップＳ１４で算出されたデフォーカス量の絶対値｜ｄｅｆ｜との比較を行う。その結果、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ２が満たされないときには、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、｜ｄｅｆ｜がより小さくなるようにレンズ駆動モータ２０の回転量を算出し、その算出結果に基づいてレンズ駆動モータ２０によるレンズ駆動を行う。他方、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ２が満たされたときには、ステップＳ１７でＡＦ補助光を消灯し、その後にＡＦ処理を終了する。

既述のステップＳ０２において否定判定がなされた場合には、ＡＦ補助光を点灯させないでＡＦ処理を行う。すなわち、ステップＳ２１においてＣＣＤの蓄積実行を行い、ステップＳ２２において「焦点検出演算」を実行する。そして、ステップＳ２３では、合焦判定を行う。この合焦判定閾値Ｔｈ２として、Ｔｈ１＞Ｔｈ２を満たす値（５０μｍ〜１００μｍ）を設定し、ステップＳ２２で算出されたデフォーカス量の絶対値｜ｄｅｆ｜との比較を行う。その結果、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ２が満たされないときには、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、｜ｄｅｆ｜がより小さくなるようにレンズ駆動モータ２０の回転量を算出し、その算出結果に基づいてレンズ駆動モータ２０によるレンズ駆動を行う。他方、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ２が満たされたときには、ＡＦ処理を終了する。

−実施の形態１による作用・効果−
（１）被写体に対し補助光を投射して焦点検出する際に、各焦点検出領域に対する補助光の明るさが異なる場合には、選択した焦点検出領域に対する補助光の明るさが暗いことに起因して得られる信号の出力が小さくなり、その結果として偽合焦が生じる場合があったが、実施の形態１によれば、斯かる偽合焦を回避することができる。
（２）実施の形態１において、選択されたＡＦエリアが高輝度のＡＦ補助光に対応していないときには、高輝度の補助光に対応したＡＦエリアを含む範囲を演算範囲として選択することにより焦点検出演算を行い、粗調節を実行する。その結果として、偽合焦に陥ってしまうという不都合を回避することができる。

＜実施の形態２＞
上述した実施の形態１では、ＡＦエリアがＣ行または６列（図５参照）に属していないとき、仮の演算範囲（図７参照）として広範囲の演算範囲を設定したが、以下の述べる実施の形態２では、演算範囲の大きさを変更することなく粗調節のための焦点検出演算を行う。
実施の形態２を実施するためのシステム構成（図１）およびＡＦ補助光パターン（図２）は、実施の形態１と同じある。さらに、図３〜図６についても同様に適用できるので、説明を省略する。

図１２は、実施の形態２による焦点検出手順を示すフローチャートである。以下に述べる各ステップは、図１のマイクロコンピュータ１８により実行する。

ステップＳ３１において、ＣＣＤラインセンサの蓄積を開始する。
ステップＳ３２では、ＣＣＤラインセンサの出力レベルに基づいて、ＡＦ補助光（図１,図２参照）の照射が必要であるか否かを判定する。ＡＦ補助光の照射が必要であると判定された場合には、ステップＳ３３に進む。他方、否定判定がなされた場合には、後に述べるステップＳ５１に制御を進める。

ステップＳ３３では、ＡＦエリアが図５のＣ行に属するか否かを判定する。なお、図５の６列についても同様であるので、以下の説明では省略する。その判定の結果、Ｃ行に属しないと判定された場合（ＮＯ）には次のステップＳ３４に進む。他方、Ｃ行に属すると判定された場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ４２以降の処理を行う。
ステップＳ３４においては、仮の演算範囲としてＣ行を設定する。すなわち、本実施の形態２では、図７に示したような広い仮の演算範囲（全範囲）を設定することはない。したがって、図１１のステップＳ０５で示したように、相関演算結果の信頼性を判定するための信頼性判定閾値を設定するステップは必要ない。

ステップＳ３５では、ＡＦ補助光を点灯する。
そして、ステップＳ３６において、ＣＣＤラインセンサの新たな蓄積を実行する。
ステップＳ３７では、設定された仮の演算範囲（＝Ｃ行）に基づいて、既述の「焦点検出演算」を実行する。すなわち、相関演算、いわゆる三点内挿演算、信頼性判定を行うことによりデフォーカス量を算出する。なお、相関演算の信頼性判定の結果、信頼性あるデフォーカス量が算出できないときには、ＡＦ処理を終了させる（図示せず）。
ステップＳ３８では、デフォーカス量の判定閾値Ｔｈ１として３５０μｍを設定し、ステップＳ３７で算出されたデフォーカス量の絶対値｜ｄｅｆ｜との比較を行う。その結果、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ１が満たされないときには、ステップＳ３９に進む。
ステップＳ３９では、｜ｄｅｆ｜がより小さくなるようにレンズ駆動モータ２０の回転量を算出し、その算出結果に基づいてレンズ駆動モータ２０によるレンズ駆動を行う。他方、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ１が満たされたときには、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０において、演算範囲を通常の演算範囲（すなわち、従来から行われている本来の演算範囲）に戻す。
ステップＳ４２において、ＣＣＤラインセンサの蓄積を実行する。
ステップＳ４３において、「焦点検出演算」を実行する。この「焦点検出演算」は、実施の形態１で述べた通りであるので、説明は省略する。同様に、相関演算の信頼性判定の結果、信頼性あるデフォーカス量が算出できないときには、ＡＦ処理を終了させる（図示せず）。
ステップＳ４４では、合焦判定を行う。すなわち、合焦判定閾値Ｔｈ２として、Ｔｈ１＞Ｔｈ２を満たす値（５０μｍ〜１００μｍ）を設定し、ステップＳ４３で算出されたデフォーカス量の絶対値｜ｄｅｆ｜との比較を行う。その結果、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ２が満たされないときには、ステップＳ４５に進む。
ステップＳ４５では、｜ｄｅｆ｜がより小さくなるようにレンズ駆動モータ２０の回転量を算出し、その算出結果に基づいてレンズ駆動モータ２０によるレンズ駆動を行う。他方、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ２が満たされたときには、ステップＳ４６でＡＦ補助光を消灯し、その後にＡＦ処理を終了する。

既述のステップＳ３２において否定判定がなされた場合には、ＡＦ補助光を点灯させないでＡＦ処理を行う。すなわち、ステップＳ５１においてＣＣＤの蓄積実行を行い、ステップＳ５２において「焦点検出演算」を実行する。そして、ステップＳ５３では、合焦判定を行う。この合焦判定閾値Ｔｈ２として、Ｔｈ１＞Ｔｈ２を満たす値（５０μｍ〜１００μｍ）を設定し、ステップＳ５２で算出されたデフォーカス量の絶対値｜ｄｅｆ｜との比較を行う。その結果、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ２が満たされないときには、ステップＳ５４に進む。
ステップＳ５４では、｜ｄｅｆ｜がより小さくなるようにレンズ駆動モータ２０の回転量を算出し、その算出結果に基づいてレンズ駆動モータ２０によるレンズ駆動を行う。他方、｜ｄｅｆ｜＜Ｔｈ２が満たされたときには、ＡＦ処理を終了する。

−実施の形態２による作用・効果−
（１）本実施の形態２では、選択されたＡＦエリアが高輝度のＡＦ補助光に対応していないときには、高輝度のＡＦ補助光に対応しているＡＦエリアを選択し、仮の焦点検出演算を行うことにより粗調節を実行する。その結果として、偽合焦に陥ってしまうという不都合を回避することができる。
（２）実施の形態２では、ＡＦエリアとしてＣ行または６列（高輝度のＡＦ補助光に対応しているエリア）が選択されていないとき、高輝度のＡＦ補助光に対応しているＡＦエリアを選択して仮の演算を実行するが、演算範囲の大きさは従来の通りである。その結果、演算処理の簡素化および演算時間の短縮を図ることができる。

−変形例−
（１）実施の形態１および実施の形態２では、専用のＡＦセンサ１６を用いているが、撮像兼焦点検出手段を用いることも可能である。以下、図１３〜図１６を参照して、この変形例を説明する。
ここで述べる変形例では、撮像機能と瞳分割位相差検出方式の焦点検出機能を有する撮像兼焦点検出手段と、瞳分割位相差検出方式の焦点検出機能を有する焦点検出手段とを用いることにより、応答性の高い高精度な焦点調節を実現している。
図１３は、変形例としてのデジタルスチルカメラを示す。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、交換レズ２０２はマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。交換レンズ２０２は対物レンズ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、レンズ駆動制御回路２０６を備えている。レンズ駆動制御回路２０６は不図示のＣＰＵと駆動回路を備え、フォーカシング用レンズ２１０と絞り２１１の駆動制御、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、後述のボディＣＰＵ２１４との通信によりレンズ情報および焦点調節情報の送受信などを行う。一方、カメラボディ２０３は、焦点検出センサを有する撮像素子２０７、ボディＣＰＵ２１４、ＬＣＤドライバ２１５、ＬＣＤ（ＥＶＦ）２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９、駆動制御回路２２０、外部操作部材２２１などを備えている。撮像素子２０７には、複数の焦点検出位置で焦点検出を行うために複数組の再結像方式の焦点検出ユニット（不図示）が組み込まれており、交換レンズ２０２の焦点検出機能と撮像機能を有する。撮像素子２０７には二次元状に撮像用画素が配置されており、その中の複数の焦点検出位置に対応した部分に焦点検出用画素列が組込まれている。
ボディＣＰＵ２１４は、撮像素子２０７からの出力の読み出し制御、レンズ駆動制御回路２０６との通信（レンズ情報／焦点調節情報の送受信）、交換レンズ２０２の焦点検出および焦点調節制御、撮像時の撮像制御、デジタルスチルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディＣＰＵ２１４とレンズ駆動制御回路２０６はマウント部２０４に設けられた電気接点部２１３を介してレンズ情報、フォーカシングレンズ駆動のためのデフォーカス量などの各種情報の授受を行う。ＬＣＤ２１６は液晶ビューファインダ（ＥＶＦ：電子ビューファインダ）として機能し、ＬＣＤドライバ２１５はＬＣＤ２１６を駆動して撮像画像や撮像条件などの各種情報を表示する。撮影者はそれらの情報を接眼レンズ２１７を介して視認することができる。メモリカード２１９は画像信号を格納記憶するための画像ストレージである。また、駆動制御回路２２０にはタイマなどのカメラの制御回路が含まれ、外部操作部材２２１にはシャッタボタンなどのデジタルカメラの種々の操作および設定のために用いる操作部材が含まれる。交換レンズ２０２を通過して撮像素子２０７上に形成された被写体像は撮像素子２０７により光電変換され、その出力はボディＣＰＵ２１４に送られる。一方、交換レンズ２０２を通過して撮像素子２０７上に形成された被写体像は、
撮像素子２０７に内蔵された撮像用画素により光電変換され、その出力はボディＣＰＵ２１４へ送られる。ボディＣＰＵ２１４は、撮像素子２０７の焦点検出用画素列の出力に基づいて焦点検出演算を行い、交換レンズ２０２の焦点調節状態すなわち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回路２０６へ送る。また、ボディＣＰＵ２１４は撮像用画素の出力に基づき生成した画像信号をメモリカード２１９へ格納するとともに、撮像用画素および焦点検出用画素の出力に基づいて被写界の測光を行い、輝度を演算する。さらに、ボディＣＰＵ２１４は画像信号をＬＣＤドライバ２１５に送り、画像をＬＣＤ２１６に表示させる。さらにまた、ボディＣＰＵ２１４は駆動制御回路２２０からの信号を受けて各種制御の切り換えや起動を行うとともに、外部操作部材２２１の切り換えや操作状態に応じて各種制御の切り換えや起動を行う。レンズ駆動制御回路２０６のＣＰＵ（不図示）は、レンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態などに応じて変更する。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の位置および絞り２１１の位置をモニタし、モニタ情報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モニタ情報に応じたレンズ情報を選択する。また、レンズ駆動制御回路２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づきフォーカシング用レンズ２１０を合焦点へ駆動する。

図１４は、撮像素子２０７の詳細な構成を示す正面図である。図１４（ａ）に示すように撮像素子２０７は撮像用画素３１０が二次元状に配列されており、５箇所の焦点検出位置に対応する部分には焦点検出用画素３１１が図のように配列されている。撮像用画素３１０は図１４（ｂ）に示すようにマイクロレンズ１０と撮像用の光電変換部１１を備え、焦点検出用画素３１１は図１４（ｃ）に示すようにマイクロレンズ１０と焦点検出用の一対の光電変換部１２、１３を備えている。

図１５は、撮像用画素３１０の断面図である。撮像用画素３１０において、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。図１６は、焦点検出用画素３１１の断面図である。焦点検出用画素３１１において、焦点検出用の光電変換部１２、１３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１２、１３が前方に投影される。光電変換部１２、１３は同一の半導体回路基板２９上に形成される。撮像用画素３１０および焦点検出用画素３１１の前方に配置されるマイクロレンズ１０は、交換レンズ２０２の予定焦点面に配置される。

（２）実施の形態２では、Ｃ行および６列（図５参照）に高輝度のＡＦ補助光パターンを対応させているが、このような構成には限定されない。すなわち、第１受光手段は、複数の光電変換素子を配列した光電変換素子列の第１の配列であるとともに第１の輝度の照明光が投射された対象からの反射光を受光し、第２受光手段は、光電変換素子列の第１の配列とは異なる第２の配列であるとともに第１の輝度よりも高輝度の第２の照明光が投射された対象からの反射光を受光するとき、第１の受光手段が受光する光束の光量が第２の受光手段が受光する光束の光量より小さい場合には、第１の配列に最も近い第２の配列に対応する前記光電変換素子列で得られる前記受光信号に基づいて焦点調節状態を検出することが可能である。

（３）実施の形態１および実施の形態２では、ＡＦ補助光パターンの照射を前提として説明してきたが、ＡＦ補助光パターンを照射しない場合にも本発明は適用可能である。すなわち、図６に示した実施の形態では２種類の輝度パターンとＡＦエリアとの対応関係を前提としてきたが、受光手段が受光する光束の光量に着目した処理を行うことも可能である。
より具体的に述べると、一方の受光手段が受光する光束の光量が他方の受光手段が受光する光束の光量より小さい場合に、他方の受光手段で得られる受光信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出することも可能である。
ここで、光学系の焦点調節状態を検出する際には、実施の形態１および実施の形態２と同様、一方の受光手段および他方の受光手段の少なくとも一方で得られた受光信号に基づいて焦点調節状態を検出することが可能である。また、一方の受光手段とは、光学系を介した光束のうち、光学系による画面内に設定された第１の焦点検出位置に対応する光束を受光する受光手段である。他方の受光手段とは、光学系を介した光束のうち、第１の焦点検出位置とは異なる画面内の第２の焦点位置に対応する光束を受光する受光手段である。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。
実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。
変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。
さらに、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

本発明を適用した一眼レフカメラを示す構成図である。 ＡＦ補助光パターンを示す図である。 ＡＦ補助光投射部の原理を示す説明図である。 分割板の構成を示す図である。 多点ＡＦエリア配置とＣＣＤラインセンサ配置との関係を示す図である。 ＡＦ補助光投射部により投射された横縞パターンと、横縞パターンを検出する縦ＣＣＤラインセンサとの位置関係を示す説明図である。 実施の形態１による演算範囲とＣＣＤラインセンサの出力信号を示す図である。 位相差検出方式による焦点検出原理の概要を示す説明図である。 相関演算を説明するための図である。 相関演算を説明するための図である。 実施の形態１による焦点検出手順を示すフローチャートである。 実施の形態２による焦点検出手順を示すフローチャートである。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。 本発明の変形例を示す図である。

符号の説明

２ 撮像レンズ
４ メインミラー
６ サブミラー
８ 焦点板
１０ ペンタプリズム
１２ ファインダ
１４ 撮像素子
１６ ＡＦセンサ
１８ マイクロコンピュータ
２０ レンズ駆動モータ
２２ ＥＥＰＲＯＭ
２５ ＡＦ補助光投射部

Claims (9)

1. 光学系を介した光束のうち、前記光学系による画面内に設定された第１焦点検出位置に対応する光束を受光する第１受光手段と、
   前記光学系を介した光束のうち、前記第１焦点検出位置とは異なる前記画面内の第２焦点位置に対応する光束を受光する第２受光手段と、
   前記第１受光手段と前記第２受光手段との少なくとも一方で得られた受光信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
   前記第１受光手段が受光する前記光束の光量が前記第２受光手段が受光する前記光束の光量より小さい場合に、前記第２受光手段で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記焦点調節状態を検出させる制御手段とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、前記第２受光手段で得られる前記受光信号に基づいて検出した焦点調節状態が所定の状態となった後に、前記第１受光手段で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記焦点検出状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記焦点検出状態は、前記第１受光手段と前記第２受光手段との少なくとも一方で得られる受光信号に基づいて前記光学系の結像面のずれ量を前記焦点調節状態として検出し、
   前記ずれ量が第１のずれ量より小さくなった場合に前記光学系が合焦したものと判定する判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記第２受光手段で得られる前記受光信号に基づいて検出した前記ずれ量が、前記第１のずれ量よりも大きい第２のずれ量よりも小さくなった場合に、前記第１受光手段で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記ずれ量を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記第１受光手段は、複数の光電変換素子を配列した光電変換素子列の第１の配列であるとともに第１の輝度の照明光が投射された対象からの反射光を受光し、
   前記第２受光手段は、前記光電変換素子列の前記第１の配列とは異なる第２の配列であるとともに、前記第１の輝度よりも高輝度の第２の輝度の照明光が投射された対象からの反射光を受光し、
   前記制御手段は、前記第１受光手段が受光する前記光束の光量が前記第２受光手段が受光する前記光束の光量より小さい場合に、前記第１の配列と前記第２の配列とを含む前記光電変換素子列の第３の配列で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記焦点調節状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項４に記載の焦点検出装置において、
   前記焦点検出手段によって検出された前記焦点検出状態に信頼性があるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記判定手段は、前記第３の配列で得られる前記受光信号に基づいて検出した焦点調節状態に対する前記信頼性の判定基準を、前記第１の配列で得られる前記受光信号に基づいて検出した焦点調節状態に対する前記信頼性の判定基準に比べて前記信頼性があると判定され易くすることを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記第１受光手段は、複数の光電変換素子を配列した光電変換素子列の第１の配列であるとともに第１の輝度の照明光が投射された対象からの反射光を受光し、
   前記第２受光手段は、前記光電変換素子列の前記第１の配列とは異なる第２の配列であるとともに、前記第１の輝度よりも高輝度の第２の輝度の照明光が投射された対象からの反射光を受光し、
   前記制御手段は、前記第１受光手段が受光する前記光束の光量が前記第２受光手段が受光する前記光束の光量より小さい場合に、前記第１の配列に最も近い前記第２の配列に対応する前記光電変換素子列で得られる前記受光信号に基づいて前記焦点検出手段によって前記焦点調節状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   前記焦点検出装置によって検出された前記焦点調節状態に基づいて、前記光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備えたことを特徴とする焦点調節装置。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする撮像装置。
9. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   前記第１焦点検出位置に対応する被写体に第１の輝度の照明光を照射するとともに、前記第２焦点検出位置に対応する被写体に第１の輝度よりも高輝度の第２の輝度の照明光を投射する照明装置と、
   前記光学系による像を撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とするカメラシステム。

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