JP2013190622A

JP2013190622A - 焦点調節装置

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Publication number: JP2013190622A
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Inventors: Hideyuki Hamano; 英之浜野
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Abstract

【課題】焦点調節の高速化に有利な焦点調節装置を提供する。
【解決手段】フォーカスレンズを含む撮影光学系（１００）と、前記撮影光学系の瞳の異なる領域を通過した光束により形成される少なくとも一対の光学像を光電変換して少なくとも一対の像信号を出力する光電変換手段（１２２）と、前記光電変換手段が出力する前記一対の像信号の位相差を検出する位相差検出手段（１２９）と、前記フォーカスレンズが第１の位置および第２の位置にあるときの前記位相差検出手段の位相差検出結果に対応した第１のフォーカスレンズ位置情報および第２のフォーカスレンズ位置情報と、当該第１の位置と第２の位置との関係に応じて、前記位相差に基づいて算出されたフォーカスレンズの駆動量を変える駆動量算出手段（１２９）と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ等に設けられる焦点調節装置に関するものである。

撮影レンズの焦点状態を検出する方式の一つとして、センサの各画素にマイクロレンズが形成された２次元のセンサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置が特許文献１に開示されている。この装置では、センサを構成する各画素の光電変換部が複数に分割されており、分割された光電変換部がマイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の異なる領域を受光するように構成している。この撮影レンズの瞳の異なる領域を受光した光電変換部の１対の出力波形に対して、相関演算を行い、その位相差からデフォーカス量を算出することができる。

ところで、このようなマイクロレンズを介して、撮影レンズの瞳の異なる領域を受光する焦点検出方法では、マイクロレンズの光学性能により、撮影レンズによるケラレの影響を受けやすい。撮影レンズによるケラレが発生すると、相関演算を行う１対の出力波形の形状に差が発生し、算出されるデフォーカス量に含まれる誤差が大きくなってしまう。また、撮影レンズのケラレは、製造誤差、装置のガタ、経時変化などにより状況が変わるため、製造時にケラレに関する調整を行うだけでは、ケラレによる焦点検出への悪影響を排除することは難しい。

このようなケラレの悪影響に対して、撮影レンズの異なる絞り開口径で得られたデフォーカス量を用いて、最終的なデフォーカス量を算出する焦点調節装置が特許文献１に開示されている。特許文献１では、ある絞り開口径で得られた出力信号から、複数のデフォーカス量の候補が得られた場合に、異なる絞り開口径で、再度受光し、得られた出力信号からデフォーカス量を算出する。１回目に算出されたデフォーカス量候補と２回目に算出されたデフォーカス量候補を比較し、略一致するデフォーカス量を正しいデフォーカス量として採用する。このように、複数の絞り開口径で得られるデフォーカス量から、デフォーカス量の信頼性を判定している。

一方で、一般に、算出されるデフォーカス量が大きいほど検出誤差が大きくなることが知られている。そのため、検出されたデフォーカス量が大きい場合は、検出誤差の影響を考え、検出されたデフォーカス量に対応するレンズ駆動量より、少なめにレンズ駆動を行い、再度焦点検出を行う方法が知られている。これは、徐々に、合焦位置に近づいていくことで、検出誤差の影響を低減するものである。

特開２００８−５２００９号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、信頼性の高いデフォーカス量を得るために、複数回の受光からデフォーカス量算出までの工程が必要となり、焦点調節動作の完了までにかかる時間を多く必要とする。

また、上述のような検出されたデフォーカス量に対応するレンズ駆動量に対して、少なめにレンズ駆動を行うような制御を行った場合、デフォーカス検出の回数が増え、焦点調節時間が長くなってしまうという問題がある。この問題は、検出したデフォーカス量の信頼性を判断することができれば解決できるが、特許文献１に開示された従来技術で、合焦状態に至るまで焦点調節を行うと、さらに多くの時間が必要となる。

そこで、本発明の目的は、焦点調節の高速化に有利な焦点調節装置を提供することである。

本発明の一側面としての焦点調節装置は、フォーカスレンズを含む撮影光学系と、前記撮影光学系の瞳の異なる領域を通過した光束により形成される少なくとも一対の光学像を光電変換して少なくとも一対の像信号を出力する光電変換手段と、前記光電変換手段が出力する前記一対の像信号の位相差を検出する位相差検出手段と、前記フォーカスレンズが第１の位置および第２の位置にあるときの前記位相差検出手段の位相差検出結果に対応した第１のフォーカスレンズ位置情報および第２のフォーカスレンズ位置情報と、当該第１の位置と第２の位置との関係に応じて、前記位相差に基づいて算出されたフォーカスレンズの駆動量を変える駆動量算出手段と、を有する。

本発明によれば、焦点調節の高速化に有利な焦点調節装置を提供することができる。

第１の実施形態における焦点調節サブルーチンのフロー図である。本発明のデジタルカメラのブロック図である。受光画素をレンズユニット１００側からみた平面図である。撮像素子の撮像用画素の構造を説明する図である。撮像素子の焦点検出用画素の構造を説明する図である。ＡＦ部へ送られる対の焦点検出用信号及び撮影範囲内の焦点検出領域を示す図である。デジタルカメラの撮影工程のメインフローである。第１の実施形態におけるフォーカスレンズ位置とＡＦ結果の関係を示す図である。第２の実施形態における焦点調節サブルーチンのフロー図である。第２の実施形態におけるフォーカスレンズ位置とＡＦ結果の関係を示す図である。レンズ駆動量係数を場合分けした場合の設定値を示す表である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

まず、本発明の第１の実施例による焦点調節装置を、レンズ交換可能な一眼レフタイプのデジタルカメラに適用した例について説明する。

図２は、本実施例のデジタルカメラのブロック図である。本実施例のデジタルカメラは交換レンズ式一眼レフカメラ（カメラシステム）であり、レンズユニット（レンズ装置）１００とカメラ本体（撮像装置）１２０とを有する。レンズユニット１００は図中央の点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０と接続される。

レンズユニット１００は、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ群（以下、単に「フォーカスレンズ」という）１０４、及び、駆動／制御系を有する。このようにレンズユニット１００は、フォーカスレンズ１０４を含むと共に被写体の像を形成する撮影レンズとを有する。

第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の先端に配置され、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行う他、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとして機能する。絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体として光軸方向ＯＡに進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によりズーム機能を実現する。フォーカスレンズ１０４は、光軸方向ＯＡの進退により焦点調節を行う。

駆動／制御系は、ズームアクチュエータ１１１、絞りシャッタアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、レンズＭＰＵ１１７、レンズメモリ１１８を有する。

ズームアクチュエータ１１１は、第１レンズ群１０１や第３レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに進退駆動し、ズーム操作を行なう。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。

フォーカスアクチュエータ１１３は、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行なう。フォーカスアクチュエータ１１３は、フォーカスレンズ１０４の現在位置を検出する位置検出部としての機能が備わっている。

ズーム駆動回路１１４は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。絞りシャッタ駆動回路１１５は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。

フォーカス駆動回路１１６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１３を駆動制御し、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行なう。

レンズＭＰＵ１１７は、撮影レンズに係る全ての演算、制御を行い、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、レンズメモリ１１８を制御する。また、レンズＭＰＵ１１７は、現在のレンズ位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。レンズメモリ１１８には自動焦点調節に必要な光学情報を記憶する。

カメラ本体１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、撮像素子（光電変換手段）１２２、駆動／制御系を有する。

光学的ローパスフィルタ１２１と撮像素子１２２はレンズユニット１００からの光束によって被写体像を形成する撮像系として機能する。本実施例では、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ１０４、光学的ローパスフィルタ１２１は、請求項中の撮影光学系と対応している。また、撮像素子１２２は、請求項中の光電変換手段と対応している。また、焦点調節のために撮影光学系の一部を駆動する必要があるが、本実施例では、フォーカスレンズ１０４を駆動しており、フォーカスアクチュエータ１１３が、請求項中の駆動手段と対応している。しかし、撮像素子１２２を駆動して、焦点調節を行っても問題ない。

光学的ローパスフィルタ１２１は、撮影画像の偽色やモアレを軽減する。撮像素子１２２はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成され、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に１つの光電変換素子が配置される。撮像素子１２２は、全画素独立出力が可能なように構成されている。また撮影用画素とは別に、一部の画素が焦点検出用画素となっており、撮像面で位相差検出方式の焦点検出（撮像面位相差ＡＦ）が可能となっている。

より具体的には、撮像素子１２２は、被写体の像を形成する撮影光学系の射出瞳の全域を通る光を各々が受光して被写体の像を生成する複数の撮影用画素を有する。また、撮像素子１２２は、各々が撮影光学系の射出瞳の一部の領域（言い換えれば、射出瞳の異なる領域）を通る光を受光する複数の焦点検出用画素を更に有する。複数の焦点検出用画素は全体として撮影レンズの射出瞳の全域を通る光を受光することができる。例えば、撮像素子１２２は、２行×２列の画素のうち、対角に配置される一対のＧ画素は撮影用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素に置き換える。このように、本実施例の撮像素子１２２は、撮影光学系の瞳の異なる領域を通過した光束により形成される少なくとも一対の光学像を光電変換して少なくとも一対の像信号を出力することができる。

駆動／制御系は、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、操作スイッチ群（操作ＳＷ）１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０を有する。

撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２の動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してカメラＭＰＵ１２５に送信する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮などを行う。

カメラＭＰＵ（プロセッサ）１２５は、カメラ本体１２０に係る全ての演算、制御を行い、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、表示器１２６、操作ＳＷ１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０を制御する。カメラＭＰＵ１２５はマウントＭの信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と接続され、レンズＭＰＵ１１７に対してレンズ位置の取得や所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行したり、レンズユニット１００に固有の光学情報を取得したりする。カメラＭＰＵ１２５には、カメラ動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ１２５ａ、変数を記憶するＲＡＭ１２５ｂ、諸パラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃが内蔵されている。

更に、カメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに格納したプログラムにより焦点検出処理を実行する。焦点検出処理の詳細は後述する。また、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦにおいて、焦点検出位置の像高が大きい時にケラレの影響が大きく信頼度が低下するため、その補正も行う。

表示器１２６はＬＣＤなどから構成され、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。操作スイッチ群１２７は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。本実施例のメモリ１２８は、着脱可能なフラッシュメモリで、撮影済み画像を記録する。

撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮像素子１２２に埋め込まれた焦点検出用画素の像信号により位相差検出方式での焦点検出処理を行う。より具体的には、撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮像光学系の一対の瞳領域を通過する光束により焦点検出用画素に形成される一対の像のずれ量に基づいて撮像面位相差ＡＦを行う。撮像面位相差ＡＦの方法については、後に詳細に説明する。撮像面位相差焦点検出部１２９は、請求項中の位相差検出手段と対応する。

ＴＶＡＦ焦点検出部１３０は、画像処理回路１２４にて得られた画像情報のコントラスト成分によりコントラスト方式の焦点検出処理を行う。コントラスト方式の焦点検出処理は、フォーカスレンズ１０４を移動してコントラスト評価値がピークとなるフォーカスレンズ位置を検出する。

このように、本実施例は撮像面位相差ＡＦとＴＶＡＦを組み合わせており、状況に応じて、選択的に使用したり、組み合わせて使用したりすることができる。

次に、撮像素子１２２からなる焦点検出手段について詳細を説明する。図３は、図２のデジタルカメラのブロック図における撮像素子１２２のうち被写体像が形成される受光画素をレンズユニット１００側からみた平面図である。４００は、撮像素子１２２上に横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素で形成される画素全体からなる撮影範囲で、４０１は、そのうちの１つの画素部を示す。各画素部にはオンチップでベイヤー配列の原色カラーフィルタが形成され、２行×２列の４画素周期で並んでいる。図３においては煩雑さをなくすため、画素部としては左上側の１０画素×１０画素のみを表示し、その他の画素部は省略している。

図４と図５は、図３における画素部のうち撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図で、それらの図の（ｂ）は図１におけるレンズユニット１００と撮像素子１２２を図２中で上側からみた光学断面図である。ここでは、レンズユニット１００は、仮想的な１枚のレンズとして図示している。なお、説明に不要な部材については省略してある。本実施例では、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置したベイヤー配列が採用されている。このベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が配置される。

図４に撮像用画素の配置と構造を示す。図４（ａ）は２行×２列の撮像用画素の平面図である。ベイヤー配列では、対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。そして、２行×２列の構造が繰り返し配置される。図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である図４（ｂ）において、ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦ_ＲはＲ（赤色）のカラーフィルタ、ＣＦ_ＧはＧ（緑色）のカラーフィルタである。ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）は、ＣＭＯＳイメージセンサの光電変換素子を模式的に示したものである。ＣＬ（ＣｏｎｔａｃｔＬａｙｅｒ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。図４は、撮像素子１２２のうち中心付近の画素、すなわちレンズユニット１００の光軸ＯＡ上付近の画素構造を示す図である。

ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換素子ＰＤは、レンズユニット１００を通過した光束を可能な限り有効に取り込む様に構成されている。換言すると、レンズユニット１００の射出瞳（ＥｘｉｔＰｕｐｉｌ）４１１と光電変換素子ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換素子の有効面積は大面積に設計される。図４（ｂ）における光束４１０はその様子を示し、射出瞳４１１の全領域が光電変換素子ＰＤに取り込まれている。図４（ｂ）ではＲ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（青色）画素も同一の構造となっている。また、マイクロレンズＭＬまわりの部材は、説明を理解し易くするために拡大して表示してあるが、実際はミクロンオーダーの形状である。

図５は、レンズユニット１００の水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで水平方向とは、図３で示す撮像素子１２２の長手方向を示す。図５（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録又は観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方で、Ｒ画素又はＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで本実施例においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素に置き換える。この焦点検出用画素を図５（ａ）においてＳ_ＨＡ及びＳ_ＨＢと示す。

図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を図５（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換素子ＰＤは図４（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。そして、撮像素子１２２のうち中心付近の画素、すなわちレンズユニット１００の光軸ＯＡ上付近の画素構造を示す図である。本実施例では、焦点検出用画素の信号は画像生成には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦ_Ｗ（白色）が配置される。また、撮像素子で射出瞳４１１を分割するため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏心している。具体的には、画素Ｓ_ＨＡ及の開口部ＯＰ_ＨＡはマイクロレンズＭＬの中心線に対して右側に４２１_ＨＡだけ偏心しているため、レンズ３１１の光軸ＯＡを挟んで左側の射出瞳領域４２２_ＨＡを通過した光束４２０_ＨＡを受光する。同様に、画素Ｓ_ＨＢの開口部ＯＰ_ＨＢはマイクロレンズＭＬの中心線に対して左側に４２１_ＨＢだけ偏心しているため、レンズユニット１００の光軸ＯＡを挟んで右側の射出瞳領域４２２_ＨＢを通過した光束４２０_ＨＢを受光する。そして、図から明らかな様に、偏心量４２１_ＨＡは偏心量４２１_ＨＢに等しい。この様に、マイクロレンズＭＬと開口部ＯＰの偏心により撮影レンズであるレンズユニット１００の異なる瞳領域を通過する光束４２０を取り出すことが可能となっている。

以上の様な構成で、画素Ｓ_ＨＡを水平方向に複数配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素Ｓ_ＨＢも水平方向に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とすると、Ａ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる。従って、撮像素子１２２は焦点検出手段としての機能を備えることとなる。

なお、図５は撮像素子１２２の中央付近の焦点検出用画素についての説明であるが、中央以外では、マイクロレンズＭＬと配線層ＣＬの開口部ＯＰ_ＨＡ、ＯＰ_ＨＢを図５（ｂ）とは異なる状態で偏心させることにより射出瞳４１１を分割することができる。具体的には、開口部ＯＰ_ＨＡの方を例にとって説明すると、開口部ＯＰ_ＨＡの中心と射出瞳領域中心を結ぶ線上に略球状のマイクロレンズＭＬの球芯を合わせるよう偏心させる。これにより、撮像素子１２２の周辺部においても、図５で示した中央付近の焦点検出用画素とほぼ同等の瞳分割を行うことができる。

ところで、上記画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢでは、撮影画面の横方向に輝度分布を有した被写体、例えば縦線に対しては焦点検出可能であるが、縦方向に輝度分布を有する横線は焦点検出不能である。撮影画面の縦方向に輝度分布を有した被写体の焦点検出を行うためには、撮影光学系の垂直方向（縦方向）にも瞳分割を行なう画素も備えるよう構成すればよい。本実施例では、縦横両方向に焦点検出用の画素構造を備える構成としている。また、上記焦点検出用画素は本来の色情報を有さないため、撮影画像形成にあたっては周辺部の画素信号から補間演算することによって信号を作成する。従って、撮像素子１２２に焦点検出用画素を連続的に並べるのではなく離散的に並べる。これにより、撮影画像の画質を低減させることもない。

以上図３、図４、図５で説明した様に、撮像素子１２２は撮像のみの機能だけではなく焦点検出手段としての機能も有している。また、焦点検出方法としては、射出瞳４１１を分割した光束を受光する焦点検出用画素を備えているため、位相差検出方式ＡＦを行うことが可能である。

図６（ａ）は、撮像素子１２２で光電変換され、画像処理回路１２４で各種補正を行った後、撮像面位相差焦点検出部１２９へ送られる対の焦点検出用信号を示す。図６（ａ）において、横軸は連結された信号の画素並び方向を示し、縦軸は信号の強度である。焦点検出用信号４３０ａと焦点検出用信号４３０ｂは、焦点検出用画素Ｓ_ＨＡと焦点検出用画素Ｓ_ＨＢで夫々形成される信号である。そして、レンズユニット１００が撮像素子１２２に対してデフォーカスした状態であるため、焦点検出用信号４３０ａは左側に、焦点検出用信号４３０ｂは右側にずれた状態となっている。この焦点検出用信号４３０ａ、４３０ｂのずれ量を撮像面位相差焦点検出部１２９では周知の相関演算などによって算出することにより、レンズユニット１００がどれだけデフォーカスしているかを知ることができる。カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７から送信されたフォーカスレンズ位置情報と撮像面位相差焦点検出部１２９から得られるデフォーカス量から、フォーカスレンズ駆動量を算出する。その後、カメラＭＰＵ１２５は、フォーカスレンズ位置情報を鑑みて、レンズＭＰＵ１１７に、フォーカスレンズ１０４を駆動するべき位置情報を送信する。それにより、焦点調節手段（フォーカスアクチュエータ１１３等）による焦点合わせを行うことが可能となる。

図６（ｂ）は、撮影範囲内における焦点検出領域を示す図で、この焦点検出領域内で撮像素子１２２による位相差検出方式ＡＦが行われる。図６（ｂ）の焦点検出領域は、図５（ｂ）に示す撮影レンズの水平方向（横方向）に瞳分割を行なう画素を含む焦点検出部に加え、撮影レンズの垂直方向（縦方向）に瞳分割を行なう画素を含む焦点検出部も備えている。図６（ｂ）において、点線で示す長方形２１７は撮像素子１２２の画素が形成された撮影範囲を示す。撮影範囲内には夫々３つの縦横方向の焦点検出領域２１８ａｈ、２１８ｂｈ、２１８ｃｈ、２１８ａｖ、２１８ｂｖ、２１８ｃｖが形成されている。そして、縦横の焦点検出領域は互いに交わる様に配置され、所謂クロス型の焦点検出領域となっている。本実施例では、クロス型の焦点検出領域を図の様に撮影範囲２１７の中央部と左右２箇所の計３箇所を備える構成とした。

次に、図１、図７、図８を用いて、本実施例に関わるカメラの焦点調節及び撮影工程を説明する。

図７は、本発明のデジタルカメラの撮影工程のメインフローである。ステップＳ１０１で撮影者がカメラの電源スイッチをオン操作すると、ステップＳ１０２において、カメラＭＰＵ１２５は、カメラ内の各アクチュエータや撮像素子の動作確認を行い、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行うと共に、撮影準備動作を実行する。

ステップＳ１０３では、撮像素子１２２の撮像動作を開始し、プレビュー用の低画素動画像を出力する。ステップＳ１０４では読み出した動画像を、カメラ本体１２０に設けられた表示器１２６に表示し、撮影者は、表示されたプレビュー画像を目視して撮影時の構図決定を行う。

ステップＳ１０５では、撮像面位相差ＡＦを行うか否かを判定する。撮像面位相差ＡＦを行わない場合は、撮像面位相差ＡＦ開始を待機する。撮像面位相差ＡＦを行う場合は、ステップＳ１０６に進み、プレビュー用動画像を用いて被写体認識を行う。ここで被写体とは、人物、動物の顔などカメラで被写体の種別を認識できるもので、事前にカメラに登録されたものも含む。ステップＳ１０７では、被写体が認識されたか否かの判定を行う。被写体が認識された場合は、ステップＳ１０８に進み、焦点調節モードを被写体ＡＦモードに設定する。ここで、被写体ＡＦモードとは、撮影領域内の認識した被写体を焦点検出領域として、焦点を合わせるＡＦモードを指す。一方、被写体が認識されていない場合は、ステップＳ１０９に進み、焦点調節モードを多点ＡＦモードに設定する。ここで、多点ＡＦモードとは、図６（ｂ）に示したように、構図上、被写体が存在する確率が高い領域を焦点検出領域として設定し、焦点検出領域内の被写体に焦点を合わせるＡＦモードを指す。

ステップＳ１０８もしくはＳ１０９でＡＦモードを設定し終えると、ステップＳ１１０に進み焦点検出領域を決定する。ステップＳ１１１では、撮影準備スイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければステップＳ１０６に戻り、処理を繰り返し実行する。ステップＳ１１１で撮影準備動作スイッチがオン操作されると、ステップＳ１１２に進み、ＡＦ結果信頼性評価値をリセットし、ステップＳ１１３の焦点調節サブルーチンに進む。ＡＦ結果信頼性評価値や焦点調節サブルーチンについては、後程、説明する。

焦点調節サブルーチンの処理を終えると合焦状態になっているため、ステップＳ１１４で合焦表示を行い、ステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５では、撮影開始スイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければ、ステップＳ１１１に戻り、処理を続行する。ステップＳ１１５で撮影開始スイッチがオン操作されると、ステップＳ１１６に進み、撮影サブルーチンを実行する。撮影サブルーチンの詳細については、後程説明する。ステップＳ１１６で撮影サブルーチンを終えると、ステップＳ１１７にて、一連の撮影動作を終了する。

次に、図７のステップＳ１１３の焦点調節サブルーチンについて説明する。図１は、焦点調節サブルーチンのフロー図である。メインルーチンから当サブルーチンのステップＳ１１３に進むと、次のステップＳ３０１では、ステップＳ１１０で決定した焦点検出領域に含まれる焦点検出用画素の出力を読み出す。次に、ステップＳ３０２では、焦点検出用画素であって欠陥画素である画素の処理を行う。例えば、周囲の画素の値から補完するなどを行う。ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２で補正された信号から、相関演算を行うべき１対の像信号を抽出する。ステップＳ３０４では得られた２つの像信号の相関演算を行い、２像の相対的な位置ずれ量を計算する。

次に、ステップＳ３０５では、相関演算結果の信頼性を判定する。ここで相関演算結果の信頼性とは、２像の一致度を指し、２像の一致度が良い場合は、一般的に焦点検出結果の信頼性が高い。そこで、複数の焦点検出領域が選択されている場合には、信頼性の高い情報を優先的に使用する。ステップＳ３０６では、ステップＳ３０５で判定された信頼性の高い検出結果と像ずれ量をデフォーカス量に換算する換算係数からデフォーカス量を演算する。ステップＳ３０７では、ステップＳ３０６で検出されたデフォーカス量が、合焦と判定できるか否かを判定する。デフォーカス量が十分に小さく、合焦と判定できる場合には、ステップＳ３１５に進み、焦点調節サブルーチンを終える。

ステップＳ３０７で合焦していないと判定された場合、ステップＳ３０８に進み、検出したデフォーカス量（ＡＦ結果）の信頼性を評価できるか否かを判定する。ＡＦ結果の信頼性は、後述するが、複数回検出したデフォーカス量と焦点検出を行ったフォーカスレンズ位置で評価値を算出する。ステップＳ３０８では、まず、直前のＡＦ結果およびフォーカスレンズ位置を取得、記憶する。そして、ＡＦ結果、およびフォーカスレンズ位置が複数回分、記憶されているか否かを判断し、記憶されている場合は、ＡＦ結果信頼性評価が可能と判断し、記憶されていない場合は、ＡＦ結果信頼性評価が不可能と判断する。ステップＳ３０８でＡＦ結果信頼性評価が可能と判断された場合に、ステップＳ３１０に進み、撮像面位相差焦点検出部１２９は、ＡＦ結果信頼性評価値を算出する。撮像面位相差焦点検出部１２９は、請求項中の信頼性判定手段と対応する。

図８を用いて、ＡＦ結果信頼性評価値について説明する。図８（ａ）、図８（ｂ）は、フォーカスレンズ位置とＡＦ結果の関係を示している。横軸は、フォーカスレンズ１０４の位置を合焦位置を原点として示している。縦軸は、各々のフォーカスレンズ位置で、撮像面位相差焦点検出部１２９が検出したデフォーカス量（ＡＦ結果）から算出されるフォーカスレンズ位置を示している。

図中の実線５０１は、上述の撮像面位相差ＡＦを行った場合の例、言い換えると焦点検出誤差がある場合のフォーカスレンズ位置とＡＦ結果の関係の例を示している。また、図中の破線５０２は、焦点検出誤差が全く無い場合のフォーカスレンズ位置とＡＦ結果の関係を示している。図中で、フォーカスレンズ位置が原点である合焦位置から離れるに従い、実線５０１と破線５０２の乖離がみられる。これは、デフォーカス量が大きくなるにつれて、ＡＦ結果に含まれる誤差が大きくなっていることを示している。図８（ａ）は、フォーカスレンズ位置が原点から離れるに従い、ＡＦ結果から算出されるフォーカスレンズ駆動量の絶対値が大きくなる方向に検出誤差が発生した場合を示している。図８（ｂ）は、フォーカスレンズ位置が原点から離れるに従い、ＡＦ結果から算出されるフォーカスレンズ駆動量の絶対値が小さくなる方向に検出誤差が発生した場合を示している。

一般に、デフォーカス量が大きくなるにつれて、ＡＦ結果が含む検出誤差は大きくなる。検出誤差が大きくなる第１の要因は、デフォーカス量が大きいほど、得られる被写体像そのものがボケてしまい像信号のコントラストが失われてしまうことである。第２の要因は、デフォーカス量が大きいほど、像ずれ量も大きくなるので得られる被写体像の一部は焦点検出領域からはみ出すことがあり、２つの像信号の一致度を下げてしまうことである。これらの要因は、信号出力の補正や焦点検出領域の変更などで、ある程度は改善することができるが、完全に影響を排除することは困難である。

そこで本実施例では、複数回の焦点検出を行いながら、検出したデフォーカス量の信頼性の判定を行っている。該判定を行うことで、より合焦位置から離れた位置で、すなわち、より早期に、信頼性の高い焦点検出結果を認識し、検出したデフォーカス量に基づき合焦位置にフォーカスレンズ１０４を移動させることで、焦点調節時間の高速化を実現する。

図８（ａ）でＰ１からＰ５は、焦点検出を行った際のフォーカスレンズ位置を示しており、ＡＦ１からＡＦ５は、焦点検出を行った際のＡＦ結果から算出されるフォーカスレンズ位置（第１〜５のフォーカスレンズ位置情報）を示している。図８（ｂ）も同様に、Ｐ１からＰ８とＡＦ１からＡＦ８が対応している。図８（ｂ）のＡＦ１からＡＦ３については、図の煩雑化を避けるため不図示としている。

図１のステップＳ３１０で算出するＡＦ結果信頼性評価値Ｅは、下記の式に基づき算出される。
Ｅ＝（ＡＦ（ｎ＋１）−ＡＦ（ｎ））−（Ｐ（ｎ＋１）−Ｐ（ｎ））（式１）
式１において、ＡＦ（ｎ）は、焦点検出を行った際のＡＦ結果であるＡＦ１、ＡＦ２・・・を示しており、Ｐ（ｎ）は、焦点検出を行った際のフォーカスレンズ位置であるＰ１、Ｐ２・・・を示している。ここで算出されるＡＦ結果信頼性評価値Ｅは、２回の焦点検出を行った際のＡＦ結果の差分とフォーカスレンズ位置の差分の差である。式１によりＡＦ結果信頼性が評価できる理由については、後程説明する。式１で、Ｐ（ｎ）は、第１の焦点調節状態（フォーカスレンズが第１の位置にある状態）と対応し、Ｐ（ｎ＋１）は、第２の焦点調節状態（フォーカスレンズが第２の位置にある状態）と対応している。また、ＡＦ（ｎ）は、第１の位相差検出結果（第１のフォーカスレンズ位置情報）と対応し、ＡＦ（ｎ＋１）は、第２の位相差検出結果（第２のフォーカスレンズ位置情報）と対応している。

図１のフローチャートに戻り、ステップＳ３１０でＡＦ結果信頼性評価値の算出を終えると、ステップＳ３１１に進み、ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値が、所定の閾値（第１の値）（Ａ）以下であるかどうかを判定する。ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値がＡ以下の場合（ＡＦ結果の信頼性が高い判定結果の場合）、ステップＳ３１２に進み、レンズ駆動量係数として、Ｋ１を設定する。ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値がＡを超える場合（ＡＦ結果の信頼性が低い判定結果の場合）には、ステップＳ３０９に進み、レンズ駆動量係数としてＫ２を設定する。また、ステップＳ３０８で、ＡＦ結果信頼性評価が不可能と判断された場合も、ステップＳ３０９に進み、レンズ駆動量係数としてＫ２を設定する。ここで、設定するレンズ駆動量係数とは、ＡＦ結果から得られるレンズ駆動量に対して、係数を乗じて、最終的なレンズ駆動量を算出するためのパラメータである。ステップＳ３１２では、ＡＦ結果の信頼性が高いと判断されているので、Ｋ１として１を設定し、ＡＦ結果から得られるレンズ駆動量を、そのまま最終的なレンズ駆動量として設定する。ここで、レンズ駆動量係数Ｋ１は、１に完全に一致する場合と、許容誤差の範囲内で完全一致からずれている略一致（すなわち、略１）の場合とを含む意味である。一方で、ステップＳ３０９では、ＡＦ結果の信頼性が低い、もしくは、ＡＦ結果信頼性評価が不可能と判断されているので、Ｋ２として、０．２５を設定し、ＡＦ結果から得られるレンズ駆動量を、０．２５倍にしてレンズ駆動を行う。これにより、ＡＦ結果の信頼性が高いと判断されていない時には、レンズ駆動量を減じるため、合焦位置を通り過ぎる状況、いわゆるハンチングの発生を防ぐことができる。

ステップＳ３１３では、事前に設定されたレンズ駆動量係数と、ＡＦ結果から算出されるレンズ駆動量を用いて、実際に行うレンズ駆動量を算出し、フォーカスレンズ１０４の駆動を行う。撮像面位相差焦点検出部１２９は、フォーカスレンズ１０４の駆動量の計算も行い、請求項中の駆動量算出手段と対応している。その後、ステップＳ３０１に戻り、焦点調節サブルーチンを継続する。

図８を用いて、図１のフローにのっとり、焦点調節を行った場合の焦点検出とレンズ駆動の例を説明する。図８（ａ）では、まず、１回目の焦点検出をフォーカスレンズ位置Ｐ１で行い、ＡＦ結果としてＡＦ１を得る（Ｓ３０１からＳ３０６）。ここでは、ＡＦ１は値が大きく、合焦とは判断できない（Ｓ３０７でＮｏ）。また、この際には、まだＡＦ結果が複数回分、記憶されていないため、ＡＦ結果信頼性評価が不可能と判断され（Ｓ３０８でＮｏ）、レンズ駆動量係数としてＫ２＝０．２５が設定される（Ｓ３０９）。その後、ＡＦ１に対して、Ｋ２倍した量をレンズ駆動量として設定し、フォーカスレンズ駆動を行う（Ｓ３１３）。

続いて、２回目の焦点検出をフォーカスレンズ位置Ｐ２で行い、ＡＦ結果としてＡＦ２を得る。ここで焦点検出を行うフォーカスレンズ位置Ｐ２と前回焦点検出を行ったフォーカスレンズ位置Ｐ１の差分は、ＡＦ結果であるＡＦ１のＫ２（０．２５）倍と対応している。

ＡＦ２も値が大きく合焦とは判断できないが（Ｓ３０７でＮｏ）、ＡＦ結果ＡＦ１、ＡＦ２やフォーカスレンズ位置Ｐ１、Ｐ２が記憶されているため、ＡＦ結果信頼性評価を行うことができる。（Ｓ３０８でＹｅｓ）続いて、ＡＦ結果信頼性評価値Ｅを、上述の式１に基づき算出する。図８（ａ）で示す通り、ＡＦ２−ＡＦ１に対して、Ｐ２−Ｐ１は小さいため、ＡＦ結果信頼性評価値は、正の値となる。次に、算出されたＡＦ結果信頼性評価値の絶対値は、閾値Ａより大きいと判断され（Ｓ３１１でＮｏ）、レンズ駆動量係数としてＫ２＝０．２５が設定される（Ｓ３０９）。その後、ＡＦ２に対して、Ｋ２倍した量をレンズ駆動量として設定し、フォーカスレンズ駆動を行う（Ｓ３１３）。

同様にして、３回目の焦点検出も終え、４回目の焦点検出をフォーカスレンズ位置Ｐ４で行い、ＡＦ結果としてＡＦ４を得る（Ｓ３０１からＳ３０６）。ここでは、ＡＦ４は値が大きく、合焦とは判断できない（Ｓ３０７でＮｏ）。次に、２回目、３回目の焦点検出と同様に、ＡＦ結果信頼性評価値を算出する（Ｓ３１０）。ＡＦ４−ＡＦ３に対して、Ｐ４−Ｐ３は、ほぼ等しく、Ｅは０に近い値となる。言い換えると、図８（ａ）に示す通り、３回目と４回目の焦点検出を示す白丸は、いずれも破線５０２上に存在する。これは、焦点検出誤差を含まない焦点検出結果が得られたことを示しており、式１によりＡＦ結果信頼性が評価できることが理解できる。２回続けて、焦点検出誤差を含まない焦点検出結果が得られた場合（ここでは、ＡＦ３、ＡＦ４）、フォーカスレンズの駆動量（ここでは、Ｐ４−Ｐ３）は、焦点検出結果の差と等しくなる。このことを利用して、式１では、ＡＦ結果信頼性を評価している。

ＡＦ結果信頼性評価値は、２回の焦点検出を行った際のＡＦ結果の差分とフォーカスレンズ位置の差分の値の等しさが、ＡＦ結果信頼性を示すため、式１のように両者の差分で求めることもできるが、両者の比でも求めることができる。つまり、２回の焦点検出を行った際のＡＦ結果の差分をフォーカスレンズ位置の差分で割った値と１との差分と、閾値Ａとを比較することでＡＦ結果信頼性を評価することができる。

その後、ＡＦ結果信頼性評価値が、閾値Ａより小さいと判断され（Ｓ３１１でＹｅｓ）、レンズ駆動量係数としてＫ１＝１が設定される（Ｓ３１２）。その後、ＡＦ４に対して、Ｋ１倍した量をレンズ駆動量として設定し、フォーカスレンズ駆動を行う（Ｓ３１３）。

次に、５回目の焦点検出をフォーカスレンズ位置Ｐ５で行い、ＡＦ結果としてＡＦ５を得る（Ｓ３０１からＳ３０６）。ここでは、ＡＦ５は値が十分に小さく、合焦と判断する（Ｓ３０７でＹｅｓ）。これにより、焦点調節サブルーチンを終える。

図８（ｂ）の場合も図８（ａ）の場合と同様に、Ｐ１からＰ６までは、合焦ではなく（Ｓ３０７でＮｏ）、ＡＦ結果信頼性評価が不可能（Ｓ３０８でＮｏ）、もしくは、ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値がＡを上回る（Ｓ３１１でＮｏ）と判断される。したがって、レンズ駆動量係数としてＫ２＝０．２５が設定され、レンズ駆動が行われる。７回目の焦点検出を、Ｐ７で行い、ＡＦ結果として、ＡＦ７を得ると、記憶しているフォーカスレンズ位置Ｐ６と６回目のＡＦ結果であるＡＦ６から算出されるＡＦ結果信頼性評価値が、閾値Ａより小さいと判断される（Ｓ３１１でＹｅｓ）。したがって、レンズ駆動量係数としてＫ１＝１が設定される。その後、８回目の焦点検出で検出されるＡＦ結果（ＡＦ８）が、合焦と判定され、焦点調節サブルーチンを終える。

このように、焦点検出結果の信頼性を常に評価しながら、焦点検出を行うため、高速に焦点調節を行うことができる。例えば、図８（ａ）では、フォーカスレンズ位置Ｐ４、図８（ｂ）では、フォーカスレンズ位置Ｐ７で、それぞれ、焦点検出結果の信頼性が高いと判断し、一気に合焦位置にフォーカスレンズを駆動することができる。焦点検出結果の信頼性が判断できないと、この間にも、何回かの焦点検出を行う必要が発生し、焦点調節を終えるまで、より多くの時間が必要となる。

また、本実施形態では、焦点検出結果の信頼性がない場合のレンズ駆動量係数を一律に設定したが、その必要はない。検出されたデフォーカス量の閾値を設け、閾値より大きい場合は、レンズ駆動量係数を小さめにし、閾値より小さい場合は、レンズ駆動量係数を大きくすることが考えられる。これにより、デフォーカス量が小さい場合のレンズ駆動量を大きくすることができ、焦点検出の回数を減らすことができる。このことは、デフォーカス量が小さくなるにつれ、上述の通り、焦点検出誤差が小さくなると考えられることを利用している。

また、本実施形態は、撮像面上に設けられた焦点検出用画素を用いて焦点検出を行う構成としたが、焦点検出の構成はこれに限らない。撮影レンズを透過した光束を２次結像し、焦点検出を行うような焦点検出装置を用いた場合でも適用できる。

以下、図９から図１１を参照して、本発明の第２の実施例による、焦点調節装置について説明する。第２の実施形態と第１の実施形態の違いは、ＡＦ結果の信頼性評価を行う際の評価値の大小に応じて、レンズ駆動量係数を変更することである。これにより、特に焦点検出誤差により、焦点検出結果が小さめに算出された場合に、焦点検出回数を減らすことができ、より高速な焦点調節を行うことができる。

なお、第１の実施例における焦点調節装置を有するデジタルカメラのブロック図（図２）、焦点検出手段を説明する図（図３〜図６）、デジタルカメラの撮影工程のメインフロー（図７）に関しては、第２の実施形態においても同様の構成のものを使用している。そのため説明に関しては省略する。

図９は、図７のステップＳ１１３の焦点調節サブルーチンのフロー図を示している。メインルーチンから当サブルーチンのステップＳ１１３に進むと、Ｓ３０１からＳ３０６までの処理を行う。この処理は、第１の実施例と同様のため、説明は省略する。ステップＳ３０７では、ステップＳ３０６で検出されたデフォーカス量が、合焦と判定できるか否かを判定する。デフォーカス量が十分に小さく、合焦と判定できる場合には、Ｓ３１５に進み、焦点調節サブルーチンを終える。

ステップＳ３０７で合焦していないと判定された場合、ステップＳ４０１に進み、検出したデフォーカス量（ＡＦ結果）の信頼性を評価できるか否かを判定する。ＡＦ結果の信頼性は、上述の通り、複数回検出したデフォーカス量と焦点検出を行ったフォーカスレンズ位置で評価値を算出する。ステップＳ４０１では、まず、直前のＡＦ結果およびフォーカスレンズ位置を取得、記憶する。そして、ＡＦ結果、およびフォーカスレンズ位置が複数回分、記憶されているか否かを判断し、記憶されている場合は、ＡＦ結果信頼性評価が可能と判断し、記憶されていない場合は、ＡＦ結果信頼性評価が不可能と判断する。ステップＳ４０１でＡＦ結果信頼性評価が可能と判断された場合に、ステップＳ４０２に進み、ＡＦ結果信頼性評価値を算出する。

ＡＦ結果信頼性評価値の算出を終えると、ステップＳ４０３に進み、ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値が、所定の閾値（Ａ）以下であるかどうかを判定する。ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値がＡ以下の場合、ステップＳ４０５に進み、レンズ駆動量係数として、Ｋ１を設定する。ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値がＡを超える場合には、ステップＳ４０４に進み、ＡＦ結果信頼性の正負を判定する。負である場合、ステップＳ４０６に進み、レンズ駆動量係数としてＫ２を設定する。また、ステップＳ４０４で、ＡＦ結果信頼性評価が正である場合、また、ステップＳ４０１で、ＡＦ結果信頼性評価が不可能と判断された場合も、ステップＳ４０７に進み、レンズ駆動量係数としてＫ３を設定する。ここで、設定するレンズ駆動量係数とは、ＡＦ結果から得られるレンズ駆動量に対して、係数を乗じて、最終的なレンズ駆動量を算出するためのパラメータである。ステップＳ４０５では、ＡＦ結果の信頼性が高いと判断されているので、Ｋ１として１を設定し、ＡＦ結果から得られるレンズ駆動量を、そのまま最終的なレンズ駆動量として設定する。一方で、ステップＳ４０３で、ＡＦ結果の信頼性が低いと判断され、かつ、ＡＦ結果信頼性評価値が負の場合は、Ｋ２＝０．７５を設定し、その他の場合は、Ｋ３として、０．２５を設定する。これにより、ＡＦ結果の信頼性が高いと判断されていない時には、レンズ駆動量を減じるため、合焦位置を通り過ぎる状況、いわゆるハンチングの発生を防ぐことができる。さらに、ＡＦ結果信頼性評価値が負の場合のレンズ駆動量係数Ｋ２の方が、ＡＦ結果信頼性評価値が正の場合のレンズ駆動量係数Ｋ３より大きくなるように設定している。その理由は、後述する。

ステップＳ４０８では、事前に設定されたレンズ駆動量係数と、ＡＦ結果から算出されるレンズ駆動量を用いて、実際に行うレンズ駆動量を算出し、フォーカスレンズ１０４の駆動を行う。その後、ステップＳ３０１に戻り、焦点調節サブルーチンを継続する。

図１０を用いて、図９のフローにのっとり、焦点調節を行った場合の焦点検出とレンズ駆動の例を説明する。図１０の軸の設定や、レンズ位置Ｐ１、Ｐ２・・・、ＡＦ結果ＡＦ１、ＡＦ２・・・については、第１の実施例と同様のため、説明は省略する。

図１０（ａ）では、まず、１回目の焦点検出をフォーカスレンズ位置Ｐ１で行い、ＡＦ結果としてＡＦ１を得る（Ｓ３０１からＳ３０６）。ここでは、ＡＦ１は値が大きく、合焦とは判断できない（Ｓ３０７でＮｏ）。また、この際には、まだＡＦ結果が複数回分、記憶されていないため、ＡＦ結果信頼性評価が不可能と判断され（Ｓ４０１でＮｏ）、レンズ駆動量係数としてＫ３＝０．２５が設定される（Ｓ４０７）。その後、ＡＦ１に対して、Ｋ３倍した量をレンズ駆動量として設定し、フォーカスレンズ駆動を行う（Ｓ４０８）。

続いて、２回目の焦点検出をフォーカスレンズ位置Ｐ２で行い、ＡＦ結果としてＡＦ２を得る。ここで焦点検出を行うフォーカスレンズ位置Ｐ２と前回焦点検出を行ったフォーカスレンズ位置Ｐ１の差分は、ＡＦ結果であるＡＦ１のＫ３（０．２５）倍と対応している。

ＡＦ２も値が大きく合焦とは判断できないが（Ｓ３０７でＮｏ）、ＡＦ結果ＡＦ１、ＡＦ２やフォーカスレンズ位置Ｐ１、Ｐ２が記憶されているため、ＡＦ結果信頼性評価を行うことができる（Ｓ４０１でＹｅｓ）。続いて、ＡＦ結果信頼性評価値Ｅを、上述の式１に基づき算出する。図１０（ａ）で示す通り、ＡＦ２−ＡＦ１に対して、Ｐ２−Ｐ１は小さいため、ＡＦ結果信頼性評価値は、正の値となる。次に、算出されたＡＦ結果信頼性評価値の絶対値は、閾値Ａより大きいと判断され（Ｓ４０３でＮｏ）、ＡＦ結果信頼性評価値は正の値であるため（Ｓ４０４でＮｏ）、レンズ駆動量係数としてＫ３＝０．２５が設定される（Ｓ４０７）。その後、ＡＦ２に対して、Ｋ３倍した量をレンズ駆動量として設定し、フォーカスレンズ駆動を行う（Ｓ４０８）。

同様にして、３回目の焦点検出も終え、４回目の焦点検出をフォーカスレンズ位置Ｐ４で行い、ＡＦ結果としてＡＦ４を得る（Ｓ３０１からＳ３０６）。ここでは、ＡＦ４は値が大きく、合焦とは判断できない（Ｓ３０７でＮｏ）。次に、２回目、３回目の焦点検出と同様に、ＡＦ結果信頼性評価値を算出する（Ｓ４０２）。ＡＦ４−ＡＦ３に対して、Ｐ４−Ｐ３は、ほぼ等しく、Ｅは０に近い値となる。言い換えると、図１０（ａ）に示す通り、３回目と４回目の焦点検出を示す白丸は、いずれも破線５０２上に存在する。これは、焦点検出誤差を含まない焦点検出結果が得られたことを示している。

その後、ＡＦ結果信頼性評価値が、閾値Ａより小さいと判断され（Ｓ４０３でＹｅｓ）、レンズ駆動量係数としてＫ１＝１が設定される（Ｓ４０５）。その後、ＡＦ４に対して、Ｋ１倍した量をレンズ駆動量として設定し、フォーカスレンズ駆動を行う（Ｓ４０８）。

図１０（ｂ）の場合も図１０（ａ）の場合と同様に、まず、１回目の焦点検出をフォーカスレンズ位置Ｐ１で行い、ＡＦ結果としてＡＦ１を得る（Ｓ３０１からＳ３０６）。ここでは、ＡＦ１は値が大きく、合焦とは判断できない（Ｓ３０７でＮｏ）。また、この際には、まだＡＦ結果が複数回分、記憶されていないため、ＡＦ結果信頼性評価が不可能と判断され（Ｓ４０１でＮｏ）、レンズ駆動量係数としてＫ３＝０．２５が設定される（Ｓ４０７）。その後、ＡＦ１に対して、Ｋ３倍した量をレンズ駆動量として設定し、フォーカスレンズ駆動を行う（Ｓ４０８）。

ＡＦ２も値が大きく合焦とは判断できないが（Ｓ３０７でＮｏ）、ＡＦ結果ＡＦ１、ＡＦ２やフォーカスレンズ位置Ｐ１、Ｐ２が記憶されているため、ＡＦ結果信頼性評価を行うことができる（Ｓ４０１でＹｅｓ）。続いて、ＡＦ結果信頼性評価値Ｅを、上述の式１に基づき算出する。図１０（ｂ）で示す通り、ＡＦ２−ＡＦ１が負の値であるのに対して、Ｐ２−Ｐ１は正の値であるため、ＡＦ結果信頼性評価値は、負の値となる。次に、算出されたＡＦ結果信頼性評価値の絶対値は、閾値Ａより大きいと判断され（Ｓ４０３でＮｏ）、ＡＦ結果信頼性評価値は負の値であるため（Ｓ４０４でＹｅｓ）、レンズ駆動量係数としてＫ２＝０．７５が設定される（Ｓ４０６）。その後、ＡＦ２に対して、Ｋ２倍した量をレンズ駆動量として設定し、フォーカスレンズ駆動を行う（Ｓ４０８）。

同様にして、３回目の焦点検出も終え、４回目の焦点検出をフォーカスレンズ位置Ｐ４で行い、ＡＦ結果としてＡＦ４を得る（Ｓ３０１からＳ３０６）。ここでは、ＡＦ４は値が大きく、合焦とは判断できない（Ｓ３０７でＮｏ）。次に、２回目、３回目の焦点検出と同様に、ＡＦ結果信頼性評価値を算出する（Ｓ４０２）。ＡＦ４−ＡＦ３に対して、Ｐ４−Ｐ３は、ほぼ等しく、Ｅは０に近い値となる。言い換えると、図１０（ｂ）に示す通り、３回目と４回目の焦点検出を示す白丸は、いずれも破線５０２上に存在する。これは、焦点検出誤差を含まない焦点検出結果が得られたことを示している。

このように、ＡＦ結果信頼性評価値が正の場合は、検出誤差により焦点検出結果が大きめに算出されている場合となり、ＡＦ結果信頼性評価値が負の場合は、検出誤差により焦点検出結果が小さめに算出されている場合となる。焦点検出結果が大きめの場合には、レンズ駆動量係数をより小さい値として設定することにより、ハンチングを防ぐことができる。また、焦点検出結果が小さめの場合には、レンズ駆動量係数をより大きい値として設定することにより、焦点検出回数を減らすことができ、より高速に焦点調節を行うことができる。

また、図９のステップＳ４０６、Ｓ４０７でレンズ駆動量係数を設定する際に、ＡＦ結果信頼性評価値の大小により、設定する値を変更してもよい。図１１を用いて、ＡＦ結果信頼性評価値の大小により、設定する値を変更する方法を説明する。

図１１は、ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値｜Ｅ｜の値の大小によって、レンズ駆動量係数Ｋ２、Ｋ３を場合分けした場合の設定値を示している。レンズ駆動量係数Ｋ２、Ｋ３として、１以外の値が設定されている。例えば、ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値が、所定の閾値ＢとＣの間にあり、レンズ駆動量係数Ｋ２を設定する場合は、０．９となる。

レンズ駆動量係数Ｋ２は、ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値が、小さくなるにつれ、徐々に値が小さくなるように設定している。これは、ＡＦ結果信頼性の評価値の絶対値が大きい場合、つまり、ＣからＤの間に含まれる場合は、焦点検出結果に含まれる誤差が大きく、また、誤差により焦点検出結果が、より小さく検出されていると判断されるためである。したがって、検出した焦点検出結果から算出されるレンズ駆動量を水増しして、駆動しても合焦位置を通り過ぎることはないと判断できる。図１１において、ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値が、所定の閾値（第２の値）ＣとＤの間にあり、レンズ駆動量係数Ｋ２を設定する場合は、１．２となり、レンズ駆動量係数Ｋ２は１よりも大きな値となる。同様に、ＡＦ結果信頼性の評価値の絶対値が小さくなるにつれ、焦点検出結果に含まれる誤差が小さくなるため、レンズ駆動量係数を小さくなるように設定し、レンズ駆動時に、合焦位置を通り過ぎないように設定している。

一方で、レンズ駆動量係数Ｋ３は、ＡＦ結果信頼性評価値の絶対値が、小さくなるにつれ、徐々に値が大きくなるように設定している。これは、ＡＦ結果信頼性の評価値の絶対値が大きい場合、つまり、ＣからＤの間に含まれる場合は、焦点検出結果に含まれる誤差が大きく、また、誤差により焦点検出結果が、より大きく検出されていると判断されるためである。したがって、検出した焦点検出結果から算出されるレンズ駆動量をより小さくし、駆動しても合焦位置を通り過ぎることはないようにする。同様に、ＡＦ結果信頼性の評価値の絶対値が小さくなるにつれ、焦点検出結果に含まれる誤差が小さくなるため、レンズ駆動量係数を大きくなるように設定し、レンズ駆動時に、合焦位置を通り過ぎない範囲で、より多くのレンズ駆動量を稼げるように設定している。

これにより、さらに、焦点検出を行う回数を減らすことができ、焦点調節の高速化を実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の焦点検出装置は、ビデオカメラ、コンパクトカメラあるいは一眼レフカメラなどの撮像装置に好適に利用できる。

１００レンズユニット
１０４フォーカスレンズ
１１３フォーカスアクチュエータ
１２０カメラ本体
１２２撮像素子
１２９撮像面位相差焦点検出部

Claims

フォーカスレンズを含む撮影光学系と、
前記撮影光学系の瞳の異なる領域を通過した光束により形成される少なくとも一対の光学像を光電変換して少なくとも一対の像信号を出力する光電変換手段と、
前記光電変換手段が出力する前記一対の像信号の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記フォーカスレンズが第１の位置および第２の位置にあるときの前記位相差検出手段の位相差検出結果に対応した第１のフォーカスレンズ位置情報および第２のフォーカスレンズ位置情報と、当該第１の位置と第２の位置との関係に応じて、前記位相差に基づいて算出されたフォーカスレンズの駆動量を変える駆動量算出手段と、を有することを特徴とする焦点調節装置。
前記位相差検出手段の位相差検出結果の信頼性を判定する信頼性判定手段を更に有し、
前記信頼性判定手段は、前記第１のフォーカスレンズ位置情報と前記第２のフォーカスレンズ位置情報との差分と、前記フォーカスレンズの前記第１の位置と前記第２の位置との差分との差の絶対値が、第１の値より小さい場合に、前記位相差検出結果の信頼性が高いと判定し、
前記駆動量算出手段は、前記信頼性判定手段の判定結果に応じて、前記フォーカスレンズの駆動量を変えることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
前記位相差検出手段の位相差検出結果の信頼性を判定する信頼性判定手段を更に有し、
前記信頼性判定手段は、前記第１のフォーカスレンズ位置情報と前記第２のフォーカスレンズ位置情報との差分と、前記フォーカスレンズの前記第１の位置と前記第２の位置との差分の比と１との差分が、第１の値より小さい場合に、前記位相差検出結果の信頼性が高いと判定し、
前記駆動量算出手段は、前記信頼性判定手段の判定結果に応じて、前記フォーカスレンズの駆動量を変えることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
前記駆動量算出手段は、前記位相差に基づいて算出されたデフォーカス量にレンズ駆動量係数をかけて前記フォーカスレンズの駆動量を算出し、前記信頼性判定手段により前記信頼性が高いと判定された場合は、前記信頼性が低いと判定された場合よりも、前記レンズ駆動量係数を大きくすることを特徴とする請求項２又は３に記載の焦点調節装置。
前記駆動量算出手段は、前記位相差に基づいて算出されたデフォーカス量にレンズ駆動量係数をかけて前記フォーカスレンズの駆動量を算出し、前記第１のフォーカスレンズ位置情報と前記第２のフォーカスレンズ位置情報との差分から、前記フォーカスレンズの前記第１の位置と前記第２の位置との差分を差し引いた値が、負の値である場合に、正の値である場合よりも、前記レンズ駆動量係数を大きくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
前記駆動量算出手段は、前記位相差に基づいて算出されたデフォーカス量にレンズ駆動量係数をかけて前記フォーカスレンズの駆動量を算出し、前記第１のフォーカスレンズ位置情報と前記第２のフォーカスレンズ位置情報との差分から、前記フォーカスレンズの前記第１の位置と前記第２の位置との差分を差し引いた値が、負の値である場合に、該差し引いた値の絶対値が第２の値より大きい場合は、前記レンズ駆動量係数を１よりも大きくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点調節装置を有することを特徴とする撮像装置。