JP2010066712A - フォーカス調整装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デフォーカス範囲を広くすることによってスキャンＡＦに移行する可能性を低減し、シャッターチャンスを逃すおそれを低減すること。
【解決手段】ＡＦコントローラ１２２の第１のフォーカス検出手段により１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにそれぞれ相関検出ブロックＨａをずらしながら当該各相関検出ブロックＨａ間の相関値が最も高くなるところをフォーカス位置として検出し、この第１のフォーカス検出手段によりフォーカスのずれを検出できなかった場合、第２のフォーカス検出手段により１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにそれぞれ相関検出ブロックＨａよりも狭い各相関検出ブロックＨｂをずらしながら当該各相関検出ブロックＨｂ間の相関値が最も高くなるところをフォーカス位置として検出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、被写体像よりフォーカスのずれを検出するフォーカス調整装置及び当該フォーカス調整装置を備える撮像装置に関する。

従来、デジタル一眼レフレックスカメラのオートフォーカス方式の一つに位相差方式がある。この位相差方式のオートフォーカス（ＡＦ）は、フォーカスのずれを検知するセンサ（これ以降、ＡＦセンサを称する）を用いて一対の視差をもつセンサ出力のずれを検知することで、フォーカスのずれを求める。
このオートフォーカスによりフォーカスのずれを検出できなかった場合、スキャンＡＦに移行する。このスキャンＡＦは、フォーカス調整用のレンズを無限遠（∞）端から至近端まで移動させながらフォーカスのずれを検出できる位置を検索する。

しかしながら、スキャンＡＦは、フォーカス調整用のレンズを駆動しながらフォーカスのずれを検出するため、合焦するまでに時間がかかってしまい、この結果としてシャッターチャンスを逃してしまうおそれがある。

このような問題の解決する技術として例えば特許文献１がある。この特許文献１は、撮影レンズを介して被写体を撮像して焦点検出用画像データを出力する光電変換手段と、焦点調節指令を出力する指令出力手段と、指令出力手段から焦点調節指令が出力されたとき、光電変換手段から出力される焦点検出用画像データに基づいて、撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、焦点検出手段の検出結果に基づいて、焦点検出可能か不能かを判定する判定手段と、焦点調節指令が出力された際、判定手段で焦点検出不能と判定された場合、撮影レンズをスキャン動作させながら光電変換手段で被写体を撮像するスキャン動作制御手段と、指令出力手段から焦点調節指令が出力されなくなった後、所定時間はスキャン動作を禁止する禁止手段と、判定手段により焦点検出可能と判定された場合、焦点検出手段の検出結果に基づいて撮影レンズを合焦位置に向けて駆動するレンズ駆動手段とを備えることで、所定時間はスキャン動作を禁止するようにすることで、無用なスキャン動作を抑制してシャッターチャンスを逃すことを防止していた。
特開２００６−２２０９２８号公報

フォーカスのずれが検出できない要因として例えば２つある。１つの理由は、被写体のコントラストが低いために、ＡＦセンサが十分に機能しない場合であり、もう１つの理由は、ＡＦセンサのフォーカスのずれを検出できる範囲すなわちデフォーカス範囲を超えた位置に合焦位置が存在する場合である。
前者の要因では、スキャンＡＦを行っても合焦位置を検出できる可能性が低い。これに対して後者の要因では、スキャンＡＦで合焦位置を検出できる。

しかながら、例えば特許文献１では、スキャンＡＦの連続を防ぐことにはなるが、合焦までの時間を短縮するという本質的な問題の解決方法ではない。

本発明は、上記問題に着眼しなされたものであり、デフォーカス範囲を広くすることによってスキャンＡＦに移行する可能性を低減し、シャッターチャンスを逃すおそれを低減できるフォーカス調整装置及び撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の主要な局面に係るフォーカス調整装置は、被写体像を結像する光学系と、光学系により結像された被写体像のフォーカスのずれを検出する第１のフォーカス検出手段と、光学系により結像された被写体像のフォーカスのずれを第１のフォーカス検出手段とは異なる範囲で検出する第２のフォーカス検出手段と、第１のフォーカス検出手段又は第２のフォーカス検出手段によるフォーカス検出結果に基づいて光学系の位置を調整するフォーカス調整手段とを具備する。

本発明の主要な局面に係る撮像装置は、上記フォーカス調整装置を備える。

本発明によれば、デフォーカス範囲を広くすることによってスキャンＡＦに移行する可能性を低減し、シャッターチャンスを逃すおそれを低減できるフォーカス調整装置及び撮像装置を提供できる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はオートフォーカス調整装置を備えた撮像装置としてのデジタル一眼レフレックスカメラ（以下、カメラと称する）の構成図を示す。図２は同カメラの外観斜視図を示す。なお、同図は通常のフォーカス調整時（位相差検出法によるＡＦ時）の状態を示す。このカメラは、交換レンズ１０１と、カメラボディ１１０とを備える。
交換レンズ１０１は、カメラボディ１１０の前面に設けられたカメラマウントを介して当該カメラボディ１１０に対して着脱自在に設けられている。この交換レンズ１０１は、フォーカスレンズ１０２を含む撮影光学系と、レンズ駆動部１０３と、レンズＣＰＵ１０４と、フォーカス調整機構１０６と、エンコーダ１０７となどを備える。

フォーカスレンズ１０２は、被写体像を結像する光学系であって、撮影光学系に含まれてフォーカス調整を行う。このフォーカスレンズ１０２は、レンズ駆動部１０３によって光軸Ｐの方向と同一方向（矢印Ａ方向）に移動され、フォーカス位置調整を行う。これにより、フォーカスレンズ１０２を含む撮影光学系を通過した被写体からの光束は、カメラボディ１１０内の撮像素子１２４上にピントの合った被写体像を結像する。
レンズ駆動部１０３は、ＤＣモータを備え、レンズＣＰＵ１０４からのパルス信号によりＤＣモータを駆動してフォーカスレンズ１０２を矢印Ａ方向に移動する。
レンズＣＰＵ１０４は、レンズ駆動部１０３の駆動制御等を行う。このレンズＣＰＵ１０４は、例えばフォーカスレンズ１０２の製造ばらつき情報や、フォーカスレンズ１０２の収差情報等の各種レンズデータを予め記憶する。このレンズＣＰＵ１０４は、通信コネクタ１０５を介してカメラボディ１１０内のシステムコントローラ１２３と通信可能である。これにより、レンズＣＰＵ１０４は、例えばシステムコントローラ１２３に対して予め記憶しているフォーカスレンズの製造ばらつき情報やフォーカスレンズの収差情報等の各種レンズデータを送信する。

フォーカス調整機構１０６は、マニュアルフォーカスモードにおいて、ユーザが直接にフォーカスレンズ１０２の駆動を制御するための操作機構である。このフォーカス調整機構１０６は、至近側（フォーカスレンズ１０２を含む撮影光学系の主点と結像面との距離が最小。図１においては右側）、又は無限遠側（フォーカスレンズ１０２を含む撮影光学系の主点と結像面との距離が最大。図１においては左側）への駆動方向と駆動量を与えることができる。

エンコーダ１０７は、フォーカス調整機構１０６の駆動方向及び駆動量を検出して当該駆動方向及び駆動量に応じたパルス信号をレンズＣＰＵ１０４に伝達する。レンズＣＰＵ１０４は、エンコーダ１０７からのパルス信号をカウントしてそのカウント値からフォーカス調整機構１０６の駆動量及び駆動方向を検知し、これら駆動量及び駆動方向に応じてフォーカスレンズ１０２を駆動されるようにレンズ駆動部１０３を制御する。

一方、カメラボディ１１０は、メインミラー１１１と、フォーカシングスクリーン１１２と、ペンタプリズム１１３と、接眼レンズ１１４と、サブミラー１１６と、コンデンサレンズ１１７と、全反射ミラー１１８と、セパレータ絞り１１９と、セパレータレンズ１２０と、ＡＦセンサ１２１と、ＡＦコントローラ１２２と、システムコントローラ１２３と、撮像素子１２４と、表示部１２５と、メモリカード１２６と、ロータリースイッチ１２７と、レリーズ釦１２８と、設定スイッチ１２９などを備える。
このうち、フォーカシングスクリーン１１２と、ペンタプリズム１１３と、接眼レンズ１１４とは、ファインダー光学系を構成する。同様に、コンデンサレンズ１１７と、全反射ミラー１１８と、セパレータ絞り１１９と、セパレータレンズ１２０とは、ＡＦ光学系を構成する。

メインミラー１１１は、その中央部にハーフミラーが形成されている。このメインミラー１１１は、回動可能に構成され、ダウン位置とアップ位置とに移動する。メインミラー１１１は、ダウン位置にあるとき光軸Ｐ上に配置され、交換レンズ１０１を介してカメラボディ１１０内に入射する被写体からの光束の一部を反射すると共に、その一部を透過する。メインミラー１１１は、アップ位置にあるとき光軸Ｐ上から退避する。

フォーカシングスクリーン１１２には、メインミラー１１１で反射した光束が結像される。
ペンタプリズム１１３は、フォーカシングスクリーン１１２に結像された被写体像を正立像として接眼レンズ１１４に入射させる。
接眼レンズ１１４は、ペンタプリズム１１３からの被写体像をユーザが観察可能なように拡大する。これにより、ユーザは、接眼レンズ１１４を覗くことにより被写体の状態を観察することができる。
サブミラー１１６は、メインミラー１１１におけるハーフミラー部の背面に設置されている。このサブミラー１１６は、メインミラー１１１のハーフミラー部を透過した光束をＡＦ光学系の方向に反射する。

ＡＦ光学系のコンデンサレンズ１１７は、サブミラー１１６で反射され、図示しない１次結像面に結像した光束を集光して全反射ミラー１１８の方向に入射させる。

全反射ミラー１１８は、コンデンサレンズ１１７からの光束をＡＦセンサ１２１の側に反射する。
セパレータ絞り１１９は、ＡＦセンサ１２１の前面に配置され、全反射ミラー１１８からの光束を瞳分割する。
セパレータレンズ１２０は、セパレータ絞り１１９により瞳分割された光束を集光してＡＦセンサ１２１に再結像する。
ＡＦセンサ１２１は、セパレータレンズ１２０を通して入射する瞳分割され再結像された視差をもつ対をなす被写体像を映像信号に変換する。このＡＦセンサ１２１は、撮影画面内の複数の焦点検出エリアにおける焦点状態を検出可能である。

ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１から対をなす映像信号を読み出し、この読み出した映像信号に基づいて被写体像の２像間隔値を例えば相関演算によって算出するデフォーカス量算出手段としての機能を有する。このＡＦコントローラ１２２により求められた２像間隔値に基づいてデフォーカス量を算出する。又、ＡＦコントローラ１２２は、フォーカス調整時に、複数の測距点に対応して算出されるデフォーカス量の中からフォーカス調整に使用すべきデフォーカス量を選択し、この選択したデフォーカス量をレンズＣＰＵ１０４に送信する。これにより、レンズＣＰＵ１０４は、ＡＦコントローラ１２２からのデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０２のフォーカス調整を行う。

システムコントローラ１２３は、カメラの全体の動作を統括的に制御する。このシステムコントローラ１２３は、ＡＦコントローラ１２２により求められた２像間隔値より算出されるデフォーカス量を記憶するメモリを有する。
撮像素子１２４は、メインミラー１１１がアップ位置にあって光軸Ｐ上から退避されたときに、撮影光学系を介して結像される被写体像を映像信号に変換する。これにより、システムコントローラ１２３は、撮像素子１２４により得られた映像信号に対して種々の画像処理を施した後、この画像処理により取得された画像を表示部１２５に表示したり、その画像データをメモリカード１２６に格納する。

設定スイッチ１２９は、設定釦等のスイッチから成り、当該カメラボディ１１０の外装に設けられる。この設定スイッチ１２９は、ユーザによる設定釦等への操作を受けてカメラの状態を切り換えるための各種設定指示をシステムコントローラ１２３に与える。各種設定指示は、フォーカスモードや、撮影画像の画角などがある。
ロータリースイッチ１２７は、当該カメラボディ１１０の外装に設けられ、撮影モードによって目的の機能を切り換えるスイッチであり、可動量をシステムコントローラ１２３に与える。

レリーズ釦１２８は、当該カメラボディ１１０の外装に設けられ、例えばユーザの操作を受けて状態を切り換える指示、例えばＡＦ開始の指示及び撮像開始の指示をシステムコントローラ１２３に与える。このレリーズ釦１２８は、１ｓｔレリーズスイッチと、２ｎｄレリーズスイッチとを備えている。レリーズ釦１２８は、ユーザによる半押しの操作を受けて１ｓｔレリーズスイッチをオンするものとなる。この１ｓｔレリーズスイッチのオンによりレリーズ釦１２８は、ＡＦ開始の指示をシステムコントローラ１２３に与える。又、レリーズ釦１２８は、ユーザによる全押しの操作を受けて２ｎｄレリーズスイッチをオンするものとなる。この２ｎｄレリーズスイッチのオンによりレリーズ釦１２８は、撮像開始の指示をシステムコントローラ１２３に与える。

図２に示すように交換レンズ１０１には、フォーカス調整機構１０６の一部としてのフォーカスリング２０５が回転可能に設けられている。このフォーカスリング２０５は、例えばユーザの回転操作を受けて回転する。このフォーカスリング２０５の駆動方向及び駆動量は、上記の通りエンコーダ１０７により検出される。
カメラの背面には、ファインダー２０３が設けられている。このファインダー２０３は、その内部に図１に示す接眼レンズ１１４が配置されている。ユーザは、ファインダー２０３を覗くことで被写体を観察することができる。
図３はＡＦ光学系の２次結像系の模式図を示す。サブミラー１１６で反射された光束は、１次結像面上に結像される。１次結像面上に結像された被写体の光束は、コンデンサレンズ１１７により集光され、全反射ミラー１１８で反射された後、セパレータ絞り１１９により例えば４つに瞳分割される。このセパレータ絞り１１９により瞳分割された被写体の光束は、セパレータレンズ１２０によって集光されてＡＦ光学系の後方に配置されたＡＦセンサ１２１の各受光面１２１ａ〜１２１ｄの所定領域に入射する。

ＡＦセンサ１２１は、測距点に対応した１対のラインセンサを複数組有する。例えば、受光面１２１ａを有するラインセンサと受光面１２１ｂを有するラインセンサとにより１対のラインセンサを構成し、受光面１２１ｃを有するラインセンサと受光面１２１ｄを有するラインセンサとにより１対のラインセンサを構成する。このＡＦセンサ１２１の各ラインセンサは、それぞれ複数の画素をライン状に配列して１列のセンサアレイを構成し、このセンサアレイを複数平行に配列して成る。なお、１列のセンサアレイは、例えば４２画素から成る。

図４（ａ）（ｂ）はＡＦセンサ１２１及びフォーカスレンズ１０２からセパレータレンズ１２０までの光学系における測距の原理を示す。フォーカスレンズ１０２により一次結像面Ｑで結像された被写体からの光束は、コンデンサレンズ１１７により集光され、セパレータ絞り１１９により瞳分割され、セパレータレンズ１２０によりＡＦセンサ１２１上に配置された各受光面１２１ａ〜１２１ｄに再結像される。この結像された被写体像は、ＡＦセンサ１２１上の各受光面１２１ａ〜１２１ｄを有する１対のセンサアレイＳＡ、ＳＢにより映像信号に変換される。なお、１対のセンサアレイＳＡ、ＳＢは、各受光面１２１ａ、１２１ｂを有する各ラインセンサにおける１列のセンサアレイである。しかるに、ＡＦセンサ１２１は、それぞれ複数画素から成る１対のセンサアレイＳＡ、ＳＢ等を有し、瞳分割された視差を持つ被写体像を対を成す映像信号に変換出力する。

図４（ａ）（ｂ）は、１対のセンサアレイＳＡ、ＳＢにより変換された映像信号の２像間隔Ｚが合焦時の２像間隔Ｚ０と一致している状態を示す。このように２像間隔Ｚが合焦時の２像間隔Ｚ０と一致していれば、合焦状態（ピントが合っている）を示すものとなる。
図５（ａ）（ｂ）は、１対のセンサアレイＳＡ、ＳＢにより変換された映像信号の２像間隔Ｚが合焦時の２像間隔Ｚ０よりも狭く、被写体よりも手前側にピントが合っているいわゆる前ピンの状態を示す。
図６（ａ）（ｂ）は、１対のセンサアレイＳＡ、ＳＢにより変換された映像信号の２像間隔Ｚが合焦時の２像間隔Ｚ０よりも広く、被写体よりも後ろ側にピントが合っているいわゆる後ピンの状態を示す。

しかるに、ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１上の１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢにおける映像信号の２像間隔Ｚを求める。２像間隔Ｚのずれ量の変化は、ピントのずれ量に比例する。ＡＦコントローラ１２２は、当該ずれ量に基づいてフォーカスレンズ１０２の繰り出し量を求める。

次に、デフォーカス量の算出方法について説明する。
ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１から出力される対を成す映像信号に基づいて被写体像の２像間隔値に応じたデフォーカス量を算出する。すなわち、ＡＦコントローラ１２２は、フォーカスレンズ１０２により結像された被写体像のフォーカスのずれ、すなわちＡＦセンサ１２１上の１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢにおける映像信号の２像間隔Ｚのずれ量を検出する第１のフォーカス検出手段と、フォーカスレンズ１０２により結像された被写体像のフォーカスのずれ、すなわちＡＦセンサ１２１上の１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにおける映像信号の２像間隔Ｚのずれ量を第１のフォーカス検出手段とは異なる範囲で検出する第２のフォーカス検出手段との各機能を有する。

このうちＡＦコントローラ１２２の第２のフォーカス検出手段は、第１のフォーカス検出手段によるフォーカスのずれの検出範囲を含む広い範囲でフォーカスのずれを検出する。すなわち、ＡＦコントローラ１２２の第１のフォーカス検出手段は、図７に示すように１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにそれぞれブロック幅、例えば２４画素に形成された各相関検出ブロックＨａを設定し、これら相関検出ブロックＨａをずらしながら当該各相関検出ブロックＨａ間の相関値が最も高くなるところをフォーカス位置として検出する。

これに対してＡＦコントローラ１２２の第２のフォーカス検出手段は、図８に示すように１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにそれぞれ相関検出ブロックＨａよりも狭いブロック幅、例えば１５画素に形成された各相関検出ブロックＨｂを設定し、これら相関検出ブロックＨｂをずらしながら当該各相関検出ブロックＨｂ間の相関値が最も高くなるところをフォーカス位置として検出する。

このとき、ＡＦコントローラ１２２は、１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとに対してそれぞれ各相関検出ブロックＨａ、Ｈｂを形成し、一方のセンサアレイＳＢに対して相関検出ブロックＨａをずらしながら各相関検出ブロックＨａ、Ｈｂ間の相関値が最も高くなるところをフォーカス位置として検出し、かつ第１のフォーカス検出手段により被写体像のフォーカスのずれを検出するときの相関検出ブロックＨａの大きさよりも第２のフォーカス検出手段により被写体像のフォーカスのずれを検出するときの相関検出ブロックＨｂの大きさを小さく形成する。

しかるに、ＡＦコントローラ１２２は、第１のフォーカス検出手段により相関検出ブロックＨａを形成する画素数（例えば２４画素）よりも第２のフォーカス検出手段により相関検出ブロックＨｂを形成する画素数（例えば１５画素）を少なく設定し、相関検出ブロックＨｂの１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとに対してシフトする範囲を広くする。すなわち、第１のフォーカス検出手段では、相関検出ブロックＨａのシフトする範囲が図７に示すように例えば１６画素であるのに対し、第２のフォーカス検出手段では、相関検出ブロックＨｂのシフトする範囲が図８に示すように例えば２５画素になり、第１のフォーカス検出手段の１６画素よりもシフト範囲が広くなる。

システムコントローラ１２３は、ＡＦコントローラ１２２の第１のフォーカス検出手段又は第２のフォーカス検出手段によるフォーカス検出結果に基づいてフォーカスレンズ１０２の位置を調整するフォーカス調整手段としての機能を有するもので、ＡＦコントローラ１２２の第１のフォーカス検出手段によりフォーカスのずれを検出できなかった場合、第２のフォーカス検出手段の検出結果に基づいてレンズ駆動部１０３に対してフォーカスレンズ１０２を矢印Ａ方向に移動してフォーカスレンズ１０２の位置を調整するための指令を発する。

具体的にデフォーカス量の算出方法について説明する。
上記図７に示すような第１のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法は、デフォーカス範囲が狭いものの高い精度の方式であり、これに対して上記図８に示すような第２のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法は、デフォーカス範囲が広いものの第１のフォーカス検出手段と比較して、誤検出をしやすい方式である。

上記の通りＡＦセンサ１２１は、各測距点に対して例えば４２画素の１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとを持つ。ＡＦコントローラ１２２は、１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとより読み出したデータの相関の最も高い位置を検出することによって２像間のずれを検出する。
上記図７に示すように、１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとに対する相関検出ブロックＨａの幅が２４画素であり、ＡＦコントローラ１２２は、センサアレイＳＡの相関検出ブロックＨａのデータとセンサアレイＳＢの相関検出ブロックＨａのデータとの相関値を算出するときに、センサアレイＳＢ側の相関検出ブロックＨａを１画素ずつずらしながら相関値を算出する。この相関値の算出は、１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとの各対応する画素の差を積和した値を算出し、最少になる組み合わせが最も高い相関となる。そして、相関値の最も高いところが１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにおいて同一画素位置であれば、合焦になる。

上記図７に示すような第１のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法は、無限端側へのフォーカスのずれを検出している。この方法により至近端側へのフォーカスのずれを検出するには、センサアレイＳＢを固定し、センサアレイＳＡ側の相関検出ブロックＨａをシフトさせることで可能である。しかしながら、かかる方法では、センサアレイＳＢ側の相関検出ブロックＨａの位置が画素データの波形の現れている位置からずれており、センサアレイＳＢ側の相関検出ブロックＨａから画素データの波形を検出することができず、相関を検出することができない。

これに対して上記図８に示すような第２のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法は、相関検出ブロックＨｂの幅を１５画素としているので、相関検出ブロックＨｂのシフト可能な範囲が上記第１のフォーカス検出手段のシフト範囲（１６画素）よりも例えば９画素増加して２５画素になっている。これにより、第２のフォーカス検出手段によるデフォーカス検出範囲は、第１のフォーカス検出手段によるデフォーカス検出範囲よりも約１．５倍に増加している。これにより、第２のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法は、第１のフォーカス検出手段により検出不可能であった例えば１７画素から２５画素までの範囲でデフォーカスを検出できるようになる。従って、第２のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法では、第１のフォーカス検出手段により検出できなかった画素データの波形を相関検出ブロックＨｂを合焦検出位置Ｇにシフトさせることで検出できる。

図９はデフォーカス範囲とフォーカス調整範囲との関係を示す。同図中においてｆは焦点距離を示し、ｆｗはフォーカス調整範囲を示す。このフォーカス調整範囲ｆｗは、通常、ｆ〜ｆ×２の間で調整される。ｄｆ１及びｄｆ２はデフォーカス範囲を示す。このうちデフォーカス範囲ｄｆ１は、上記図７に示す相関検出ブロックＨａの設定でフォーカスのずれが検出可能な範囲を示す。デフォーカス範囲ｄｆ２は、上記図８に示す相関検出ブロックＨｂの設定でフォーカスのずれが検出可能な範囲を示す。

次に、上記の如く構成されたカメラのＡＦ動作について図１０に示すＡＦシーケンスのフローチャートを参照して説明する。
先ず、ＡＦ動作が開始されると、ＡＦコントローラ１２２からの指示によりＡＦセンサ１２１は、ステップＳ１０１において、電荷の蓄積を開始する。

次に、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ１０２において、ＡＦセンサ１２１からセンサデータを読み出し、次のステップＳ１０３において、センサデータからコントラストが所定の閾値を超えているか否かを判別する。
この判別の結果、コントラストが所定の閾値を超えていれば、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ１０４に移って第１の相関演算を行う。この第１の相関演算は、ＡＦコントローラ１２２によって上記図７に示すように、センサアレイＳＢ側の相関検出ブロックＨａを１画素ずつずらしながらセンサアレイＳＡの相関検出ブロックＨａのデータとセンサアレイＳＢの相関検出ブロックＨａのデータとの相関値を算出する。この相関値の算出は、１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとの各対応する画素の差を積和した値を算出し、最少になる組み合わせが最も高い相関となる。そして、相関値の最も高いところが１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにおいて同一画素位置であれば、合焦になる。
なお、コントラストが所定の閾値を超えていなければ、ＡＦコントローラ１２２は、図１１に示すセンサ動作条件変更フローチャートに移行してＡＦセンサ１２１の動作条件を変更する。

次に、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ１０５において、１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとの間に相関があるか否か、すなわち１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとの間に最少になる組み合わせでる最も高い相関があるか否かを判別する。
この判別の結果、相関があれば、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ１０６に移り、デフォーカス量の算出を行う。すなわち、ＡＦコントローラ１２２は、ＡＦセンサ１２１上の１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢにおける映像信号の２像間隔Ｚを求め、この２像間隔Ｚのずれ量であるデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０２の繰り出し量を求める。

次に、システムコントローラ１２３は、ステップＳ１０７において、ＡＦコントローラ１２２により求められたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０２を合焦位置に移動するためのデフォーカス駆動コマンドをレンズＣＰＵ１０４に対して発する。これにより、レンズＣＰＵ１０４は、レンズ駆動部１０３に対してパルス信号を出力して当該レンズ駆動部１０３を駆動制御する。このレンズ駆動部１０３は、レンズＣＰＵ１０４からのパルス信号によりＤＣモータを駆動してフォーカスレンズ１０２を矢印Ａ方向に移動する。

次に、システムコントローラ１２３は、ステップＳ１０８において、算出したデフォーカス量が見切り合焦範囲内であるか否かを判定する。この見切り合焦範囲内は、デフォーカス量が小さく、確実に合焦位置にフォーカスレンズ１０２を停止できる範囲である。一般にデフォーカス量の算出には、フォーカスレンズ１０２等の光学系の特性等により補正される。この補正値は、近似値が用いられる。よって、デフォーカス量が大きい場合には、補正値の近似による誤差も大きくなる傾向がある。デフォーカス算出の際の前記要因による誤差が、焦点深度内であれば無視できるものとして、見切り合焦と判断することができる。

デフォーカス量が見切り合焦範囲内であるか否かの判定の結果、デフォーカス量が見切り合焦範囲内であれば、システムコントローラ１２３は、ＡＦ動作を終了する。デフォーカス量が見切り合焦範囲内でなければ、システムコントローラ１２３は、ステップＳ１０１に戻る。

一方、上記ステップＳ１０５における１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとの間に相関があるか否かの判別の結果、相関がなければ、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ１０９に移り、第２の相関演算を行う。この第２の相関演算は、ＡＦコントローラ１２２によって上記図８に示すように、相関検出ブロックＨｂの幅を例えば１５画素に設定し、例えばセンサアレイＳＢ側の相関検出ブロックＨｂを１画素ずつずらしながらセンサアレイＳＡの相関検出ブロックＨｂのデータとセンサアレイＳＢの相関検出ブロックＨｂのデータとの相関値を算出する。上記同様に、相関値の算出は、１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとの各対応する画素の差を積和した値を算出し、最少になる組み合わせが最も高い相関となる。そして、相関値の最も高いところが１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにおいて同一画素位置であれば、合焦になる。

次に、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ１１０において、１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとの間に相関があるか否か、すなわち１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとの間に最少になる組み合わせでる最も高い相関があるか否かを判別する。
この判別の結果、相関があれば、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ１１１に移り、ＡＦセンサ１２１上の１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢにおける映像信号の２像間隔Ｚを求め、この２像間隔Ｚのずれ量であるデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０２のデフォーカス量の算出を行う。

次に、システムコントローラ１２３は、ステップＳ１１２において、ＡＦコントローラ１２２により求められたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０２を合焦位置に移動するためのデフォーカス駆動コマンドをレンズＣＰＵ１０４に対して発する。これにより、レンズＣＰＵ１０４は、レンズ駆動部１０３に対してパルス信号を出力して当該レンズ駆動部１０３を駆動制御する。このレンズ駆動部１０３は、レンズＣＰＵ１０４からのパルス信号によりＤＣモータを駆動してフォーカスレンズ１０２を矢印Ａ方向に移動する。そして、システムコントローラ１２３は、ステップＳ１０１に戻る。
なお、上記ステップＳ１１０の判別の結果、１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとの間に相関がなければ、システムコントローラ１２３は、スキャンＡＦに移る。

一方、上記ステップＳ１０３の判別の結果、コントラストが所定の閾値を超えていなければ、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ１０４に移って図１１に示すセンサ動作条件変更フローチャートに移行してＡＦセンサ１２１の動作条件を変更する。このセンサ動作条件変更フローチャートは、被写体の明るさに応じてＡＦセンサ１２１の感度や読み出し時のゲインを設定する。

すなわち、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ２０１において、ＡＦセンサ１２１の感度が最大であるか否かを判定する。この判定の結果、感度が最大でなければ、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ２０２に移り、ＡＦセンサ１２１の感度をアップして、図１０に示すＡＦスタートに戻る。
感度が最大であれば、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ２０３に移り、ＡＦセンサ１２１に対する読み出しゲインが最大であるか否かを判定する。この判定の結果、読み出しゲインが最大であれば、ＡＦコントローラ１２２は、スキャンＡＦに移る。読み出しゲインが最大でなければ、ＡＦコントローラ１２２は、ステップＳ２０４に移り、ＡＦセンサ１２１の読み出しゲインをアップして、図１０に示すＡＦスタートに戻る。

このように上記一実施の形態によれば、ＡＦコントローラ１２２の第１のフォーカス検出手段により図７に示すように１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにそれぞれ相関検出ブロックＨａをずらしながら当該各相関検出ブロックＨａ間の相関値が最も高くなるところをフォーカス位置として検出し、この第１のフォーカス検出手段によりフォーカスのずれを検出できなかった場合、第２のフォーカス検出手段により図８に示すように１対のセンサアレイＳＡとセンサアレイＳＢとにそれぞれ相関検出ブロックＨａよりも狭い各相関検出ブロックＨｂをずらしながら当該各相関検出ブロックＨｂ間の相関値が最も高くなるところをフォーカス位置として検出する。

これにより、第２のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法では、相関検出ブロックＨｂのシフト可能な範囲が第１のフォーカス検出手段のシフト範囲よりも広くでき、第１のフォーカス検出手段により検出不可能であった範囲でデフォーカスを検出できるようになる。従って、図８に示すように第２のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法では、第１のフォーカス検出手段により検出できなかった画素データの波形を相関検出ブロックＨｂを合焦検出位置Ｇにシフトさせることで検出できる。この結果、デフォーカス範囲を広くすることによってスキャンＡＦに移行する可能性を低減し、合焦までの時間を短縮することができ、シャッターチャンスを逃すおそれを低減できる。

第１のフォーカス検出手段によりフォーカスのずれを検出できなかった場合、第２のフォーカス検出手段によりフォーカスのずれを検出するようにしたので、より信頼性の高い第１のフォーカス検出手段の検出結果を優先することが出来る。

以上、上記一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。

さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明に係るオートフォーカス調整装置を備えた撮像装置としてのデジタル一眼レフレックスカメラの一実施の形態を示す構成図。 同カメラの外観斜視図。 同カメラにおけるＡＦ光学系の２次結像系を示す模式図。 同カメラにおけるＡＦセンサ及びフォーカスレンズからセパレータレンズまでの光学系における測距の原理及び１対のセンサアレイにより変換された映像信号の２像間隔が合焦時の状態を示す図。 同カメラにおける１対のセンサアレイにより変換された映像信号の２像間隔が合焦時の２像間隔よりも狭くて被写体よりも手前側にピントが合っているいわゆる前ピンの状態を示す図。 同カメラにおける１対のセンサアレイにより変換された映像信号の２像間隔が合焦時の２像間隔よりも広くて被写体よりも後ろ側にピントが合っているいわゆる後ピンの状態を示す図。 同カメラにおけるＡＦコントローラの第１のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法を示す図。 同カメラにおけるＡＦコントローラの第２のフォーカス検出手段によるデフォーカス量の算出方法を示す図。 同カメラにおけるデフォーカス範囲とフォーカス調整範囲との関係を示す図。 同カメラにおけるＡＦシーケンスのフローチャート。 同カメラにおけるセンサ動作条件変更フローチャート。

符号の説明

１０１：交換レンズ、１１０：カメラボディ、１０２：フォーカスレンズ、１０３：レンズ駆動部、１０４：レンズＣＰＵ、１０５：通信コネクタ、１０６：フォーカス調整機構、１０７：エンコーダ、１１１：メインミラー、１１２：フォーカシングスクリーン、１１３：ペンタプリズム、１１４：接眼レンズ、１１６：サブミラー、１１７：コンデンサレンズ、１１８：全反射ミラー、１１９：セパレータ絞り、１２０：セパレータレンズ、１２１：ＡＦセンサ、１２２：ＡＦコントローラ、１２３：システムコントローラ、１２４：撮像素子、１２５：表示部、１２６：メモリカード、１２７：ロータリースイッチ、１２８：レリーズ釦、１２９：設定スイッチ、２０５：フォーカスリング、２０３：ファインダー、１２１ａ〜１２１ｄ：ＡＦセンサの受光面、ＳＡ，ＳＢ：１対のセンサアレイ。

Claims (5)

1. 被写体像を結像する光学系と、
   前記光学系により結像された前記被写体像のフォーカスのずれを検出する第１のフォーカス検出手段と、
   前記光学系により結像された前記被写体像のフォーカスのずれを前記第１のフォーカス検出手段とは異なる範囲で検出する第２のフォーカス検出手段と、
   前記第１のフォーカス検出手段又は前記第２のフォーカス検出手段によるフォーカス検出結果に基づいて前記光学系の位置を調整するフォーカス調整手段と、
   を具備することを特徴とするフォーカス調整装置。
2. 前記第２のフォーカス検出手段は、前記第１のフォーカス検出手段による前記フォーカスのずれの検出範囲を含む広い範囲で前記フォーカスのずれを検出し、
   前記フォーカス調整手段は、前記第１のフォーカス検出手段により前記フォーカスのずれを検出できなかった場合、前記第２のフォーカス検出手段の検出結果に基づいて前記光学系の位置を調整する、
   ことを特徴とする請求項１記載のフォーカス調整装置。
3. 前記第１及び前記第２のフォーカス検出手段は、それぞれ複数画素から成る１対のラインセンサを有し、瞳分割された視差を持つ前記被写体像を対を成す映像信号に変換出力するオートフォーカスセンサと、
   前記オートフォーカスセンサから出力される前記対を成す映像信号に基づいて前記被写体像の２像間隔値に応じたデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段と、
   を有し、
   前記デフォーカス量算出手段は、前記１対のラインセンサに対してそれぞれ各相関検出ブロックを形成し、一方の前記ラインセンサに対して前記相関検出ブロックをずらしながら前記各相関検出ブロック間の相関値が最も高くなるところをフォーカス位置として検出し、かつ前記第１のフォーカス検出手段により前記被写体像の前記フォーカスのずれを検出するときの前記相関検出ブロックの大きさよりも前記第２のフォーカス検出手段により前記被写体像の前記フォーカスのずれを検出するときの前記相関検出ブロックの大きさを小さく形成する、
   ことを特徴とする請求項１記載のフォーカス調整装置。
4. 前記デフォーカス量算出手段は、前記第１のフォーカス検出手段により前記相関検出ブロックを形成する前記画素数よりも前記第２のフォーカス検出手段により前記相関検出ブロックを形成する前記画素数を少なく設定し、前記相関検出ブロックの前記ラインセンサに対してシフトする範囲を広くすることを特徴とする請求項３記載のフォーカス調整装置。
5. 前記請求項１乃至４記載のうちいずれか１項記載のフォーカス調整装置を備えたことを特徴とする撮像装置。

Images