JP2015161785A - 焦点検出装置、焦点検出方法およびプログラム、並びに撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズの下に副画素を備える撮像装置において、副画素同士の位相差演算に基づいた合焦処理には誤差が存在している。高精度な焦点検出を行う為にコントラスト方式を併用した場合、フォーカスレンズを駆動させる必要がある為、高速に処理する事が困難という問題があった。
【解決手段】コントラスト方式の合焦動作を行う際に、副画素を使用したリフォーカス画像を生成し、リフォーカス画像に対してコントラスト方式の評価値を取得する。リフォーカス可能な範囲内に合焦位置が検出できない場合、次にフォーカスレンズが駆動する位置をリフォーカス可能な範囲に基づいて決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は焦点検出装置に関し、特にオートフォーカス動作を高速に行うことを可能にするフォーカスレンズの駆動構成を有する焦点検出装置に関する。

撮像装置において実行される焦点検出方法の１つに、撮像素子に形成された焦点検出画素の光電変換信号を用いて位相差方式の焦点検出を行う撮像面位相差方式がある。

特許文献１では、１つの画素に対して、１つのマイクロレンズ（以下、ＭＬと記す）と複数に分割された光電変換部（以下、ＰＤと記す）が形成されている２次元撮像素子を用いた撮像装置が開示されている。分割されたＰＤは、１つのＭＬを介して撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した光を受光するように構成され、瞳分割を実現している。これらの分割されたＰＤ（焦点検出画素）で生成された焦点検出信号から像ずれ量を求めて、位相差方式の焦点検出を行うことができる。また、特許文献２では、分割されたＰＤで生成された焦点検出信号を分割画素について加算することで通常の撮像信号を生成することが開示されている。

特許文献３では、複数の撮像画素の２次元配列を有する撮像素子において、１対の焦点検出画素が部分的に配置された撮像装置が開示されている。１対の焦点検出画素は、開口部を有する遮光層により、撮影レンズの射出瞳の異なる領域からの光を受光するように構成され、瞳分割を行っている。この特許文献３では、２次元撮像素子の大部分に配置された撮像画素で撮像信号を取得し、一部に配置された焦点検出画素の焦点検出信号から像ずれ量を求めて、位相差方式の焦点検出を行うことが開示されている。

撮像面位相差方式の焦点検出においては、撮像素子に形成された焦点検出画素によりデフォーカス方向とデフォーカス量を同時に検出することが可能であり、高速に焦点調節を行うことができる。

一方、特許文献４では、特許文献１に記載のＭＬと複数に分割されたＰＤが形成されている撮像素子から得られた画像に対して、光線情報に基づく画素ずらしを行う画素加算により、仮想的に焦点面を移動させた画像を生成するリフォーカス技術が紹介されている。また特許文献４ではリフォーカス画像に対して順次コントラスト評価値を得ることで高精度な合焦検出を行うことが記載されている。

米国特許第４４１０８０４号 特開２００１−０８３４０７号公報 特開２０００−１５６８２３号公報 特開２００９−２５８６１０号公報

しかしながら、撮像面位相差方式では、焦点検出を行う焦点検出画素が受光する光束と撮像画像を取得する撮像画素が受光する光束が異なるため、撮影レンズの各収差（球面収差、非点収差、コマ収差など）の影響が焦点検出信号と撮像信号とで異なる。そのため、焦点検出信号から算出される合焦位置と撮像信号の最良合焦位置との間に差が生じるという課題がある。

一方、特許文献４に記載の技術では、リフォーカスが可能な被写界深度が考慮されていない為、リフォーカス可能範囲外に合焦面が存在した場合には、正しくリフォーカス処理を行うことができない。このような場合においては、コントラスト評価値の極小値を探す、いわゆるスキャン動作が開始されてしまい、処理の高速化を行うことが困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、高精度な焦点検出を高速に行うことが可能な焦点検出装置の提供を目的とする。

上記本発明の目的を達成するため、本発明によれば、焦点検出装置は、リフォーカス画像の生成が可能な画素信号を取得する画素信号取得手段と、取得した画素信号からリフォーカス画像を生成し、生成されたリフォーカス画像から合焦位置を検出する第１の焦点検出手段と、第１の焦点検出手段の検出の結果に基づいて、フォーカスレンズの駆動量を決定する駆動量決定手段を備え、駆動量決定手段は、第１の焦点検出手段により生成されたリフォーカス画像から合焦位置が検出されなかった場合は、生成されたリフォーカス画像のリフォーカス可能範囲に従って前記駆動量を決定する。

本発明によれば、高精度な焦点検出を高速に行うことを可能とする焦点検出装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例に係る焦点検出装置が適用された撮像装置の構成を示す図である。 ＭＬの下に副画素を有する撮像素子の単位画素セルを模式的に示す図である。 分割画素の画素値を使用した焦点検出を説明するための図である。 リフォーカス画像の生成を説明するための図である。 リフォーカス可能範囲を説明するための図である。 本発明の第１の実施例に係る焦点検出装置におけるフォーカスレンズの駆動構成を説明するための図である。 単位画素セルの２次元配列を示す図である。 第１の実施例に係る焦点検出装置における焦点検出動作のフローチャートを示す図である。 本発明の第２の実施例に係る焦点検出装置におけるフォーカスレンズの駆動構成を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施例に係る焦点検出装置が適用された撮像装置１００の構成を示すブロック図である。同図においては、撮像装置の構成として、本発明の焦点検出装置に関連する構成のみを示し、本発明に直接関連しない構成部分については省略してある。また、光学系ユニット１０１以外の構成要素の動作は、図示しない制御部のＣＰＵが、当該制御部が有するメモリに記憶された制御プログラムを実行することによって制御、実現される。

図１において、１０１はフォーカスを調整するためのフォーカシングレンズを含む光学レンズ群、シャッター、絞り、レンズ制御部等で構成される光学系ユニットであり、駆動制御部１０７によって駆動されることで被写体像を形成する。

１０２は、単位画素セルが２次元マトリクス状に配列された撮像素子であり、光学系ユニット１０１に含まれるシャッターによって単位画素セルの配列に対する露光量が制御される。光学系ユニット１０１によって形成された被写体像は、撮像素子１０２の各単位画素セルにおいて光電変換され、単位画素セルを構成する分割画素に蓄積された電荷として順次Ａ／Ｄ変換部１０３に読み出される。

ここで図２を使用して単位画素セルについて説明する。
図２において、２１０は撮像素子内の単位画素セルを示し、ＭＬ２００と、ＰＤを含んだ撮像素子構造を備えた分割画素２１０ａおよび２１０ｂを有している。

分割画素２１０ａおよび２１０ｂは、同一のＭＬ２００を介して入射した被写体光を光電変換するＰＤを含み、各分割画素のＰＤの出力はその配置位置によって、それぞれ瞳分割されたＡおよびＢ像用画素信号として扱うことができる。

本実施例では、上記単位画素セルは、図７に示すように、撮像素子１０２上に２次元に繰り返し配置され、各単位画素セルには、ベイヤー配列に従ってカラーフィルタが配設されている。

Ａ／Ｄ変換部１０３は、不図示のアナログ信号処理部でアナログ信号処理された後に撮像素子１０２から出力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号(画素信号)に変換し、生成された画素信号をキャプチャー部１０４に出力する。アナログ信号処理部は、伝送路上のノイズを除去するＣＤＳ回路や非線形増幅回路等である。

キャプチャー部１０４は、画素信号の有効期間および種別を判定し、ＡおよびＢ像用画素信号を第一の測距部１０５、第二の測距部１０６及びデジタル信号処理部１０８に出力する。第一の測距部１０５は、相関演算を行うブロックであり、位相差方式での測距を行う。

図３を使用して、ＡおよびＢ像の画素信号の相関演算（ＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）演算）を用いた測距情報取得動作の原理について説明する。

図３は、上述した光学系ユニット１０１と撮像素子１０２における被写体３０１の結像状態を模式的に示す図である。撮像素子１０２は、ひとつのＭＬ３１０の下に分離配置した分割画素ａおよびｂを備えた単位画素セルＰの配列（Ｐ１乃至Ｐ１３）を有し、図２で説明した撮像素子と同等である。ＭＬ３１０下に配置された分割画素ａおよびｂのＰＤは、ＭＬ３１０を射出瞳として瞳分割された画素であることは特許文献１によって既知である。

第一の測距部による測距時には、分割画素ａおよびｂで生成されるＡおよびＢ像用画素信号を、各々列方向（もしくは行方向）に組み合わせ、同色単位画素セル群の出力として、Ａ像及びＢ像を生成・データ化し、各々の対応点のずれをＳＡＤ演算によって求める。ＳＡＤ演算は下記式（１）によって与えられる。
C = Σ|YＡn YＢn|…式（1）
ここで、ｎは水平のＭＬ３１０の数である。また、YＢnに対して対応画素をずらした際の値をプロットし、最も値Ｃが小さくなるずれ量が合焦位置である。

図３（ａ）は、被写体像が合焦状態にあるときの光束を模式的に示す。この場合、被写体像が結像する位置が単位画素セルＰ７のＭＬ３１０下のＰＤになるため、Ａ像用画素群とＢ像用画素群はほぼ一致する。従って、相関演算で求められるＡ像用画素群とＢ像用画素群の像ずれ量ｄ（ａ）は０と近似する。

図３（ｂ）は、被写体像が後ピン状態にある場合の光束を模式的に示している。この場合、被写体像が結像する位置として、Ａ像用画素が単位画素セルＰ５、Ｂ像用画素が単位画素セルＰ９のＭＬ３１０下の画素になる。従って、相関演算で求められるＡ像用画素群とＢ像用画素群の像ずれ量ｄ（ｂ）が発生している。

図３（ｃ）は、被写体像が前ピン状態にあるときの光束を模式的に示している。この場合、被写体像が結像する位置として、Ａ像用画素が単位画素セルＰ９、Ｂ像用画素がＰ５のＭＬ３１０下の画素になる。従って、相関演算で求められるＡ像用画素群とＢ像用画素群の像ずれ量（ｂ）は後ピンとは逆方向の像ずれ量ｄ（ｃ）として発生している。

これは、合焦時にはＡおよびＢ像用画素群は同一の被写体３０１を見ているが、後ピンおよび前ピン時には、ＡおよびＢ像用画素群は像ずれ量ｄだけずれた被写体を見ているということである。

第一の測距部１０５は、第一の測距結果として求められたＳＡＤ値の合算となる値Ｃを最小値とする像ずれ量ｄと基線長から周知の技術によってデフォーカス量を求め、駆動量算出部１１２に出力する。駆動量算出部１１２はデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの駆動量を決定し、駆動制御部１０７を介して光学系ユニット１０１を駆動する。

本発明の撮像素子１０２では、ＡおよびＢ像の画素信号を生成する分割画素が受光する光束と、撮像画素が受光する光束が異なり、結像光学系の各収差（球面収差、非点収差、コマ収差など）の焦点検出画素への影響と撮像信号への影響が異なる。結像光学系の絞り値が小さい（明るい）と差異がより大きくなる。そのため、結像光学系の絞り値が小さい（明るい）時に、位相差方式である第１の測距部により算出される第一の測距結果と撮像信号の最良合焦位置との間に差が生じる場合がある。特に、結像光学系の絞り値が所定絞り値以下の場合に、位相差方式の第１焦点検出の焦点検出精度が低下する場合がある。

このような課題に対して本実施例では、少なくとも絞り値を含む撮影条件を取得して絞り値を判定し、その結果に従って、第一の測距部１０５の測距動作に続いて第二の測距部１０６において算出するコントラスト方式の測距結果を用いた高精度な焦点検出を行う。

第二の測距部１０６は、リフォーカス部１１０とコントラスト評価値算出部１１１を有する。リフォーカス部１１０は、第一の測距結果に基づいて駆動された光学系ユニットを介して得られたＡおよびＢ像に対して、所定の画素分だけずらして加算することで、仮想的に焦点面を移動させた画像（リフォーカス画像）を生成する。そして、コントラスト評価値算出部１１１は、生成されたリフォーカス像を用いてコントラスト評価値を取得し、撮像信号の最適な合焦位置を推定する。

ここで、リフォーカス部１１０で生成されるリフォーカス画像を得る原理について図４を用いて説明する。

図４において、４００は光学系ユニット１０１で結像される撮像素子１０２の撮像面である。図４では、ｉを整数として、撮像面４００に配置された撮像素子の列方向ｉ番目の画素のＡ像用信号をＡｉ、Ｂ像用信号をＢｉで模式的に表している。Ａ像用画素であるＡｉは、主光線角度θａでｉ番目の画素に入射した光束が光電変換された画素信号である。Ｂ像用画素であるＢｉは主光線角度θｂでｉ番目の画素に入射した光束が光電変換された画素信号である。

ＡｉとＢｉは、光強度分布情報だけではなく、入射角度情報も有している。よって、Ａｉを角度θａに沿って仮想焦点面４１０まで平行移動させ、Ｂｉを角度θｂに沿って仮想焦点面４１０まで平行移動させて加算することで、仮想焦点面４１０でのリフォーカス画像を生成出来る。

Ａｉを角度θに沿って仮想焦点面４１０まで平行移動させることは、列方向に＋０．５画素シフトに対応し、Ｂｉを角度θｂに沿って仮想焦点面４１０まで平行移動させることは、列方向に−０．５画素シフトに対応する。したがって、ＡｉとＢｉを相対的に＋１画素シフトさせ、ＡｉとＢｉ＋１を対応させて加算することで、仮想焦点面４１０でのリフォーカス信号の生成が可能となる。さらに、ＡｉとＢｉを整数シフトさせて加算することで、整数シフト量に応じた各仮想結像面でのシフト加算画像（リフォーカス画像）の生成が可能となる。

コントラスト評価値算出部１１１は、生成されたリフォーカス画像に対してコントラスト評価値の算出を行う。この時、ＡｉとＢｉの画素シフト量を＋１，＋２，＋３と順次変化させ、加算して得られたリフォーカス画像に対して式（２）に従って順次コントラスト評価値を算出する。

ここで、ｓはシフト量、ＳＷはシフト可能範囲、ＡはＡ像用画素群、ＢはＢ像用画素群、ｎは焦点検出領域内の画素位置、ＮＷは焦点検出領域である。

シフト量を変化させて得たコントラスト評価値は、各シフト量別にプロットを行い、周知の技術であるパラボラフィッティングにより最適な合焦位置を推定する。この時、シフト量ＳＷについてはリフォーカス可能な範囲が存在する為、第二の測距部で焦点検出ができるデフォーカス量の範囲は限定される。

リフォーカス可能範囲について図５を使用して説明する。

許容錯乱円をδとし、結像光学系の絞り値をＦとすると、絞り値Ｆでの被写界深度は±Ｆδである。これに対して、２分割されて狭くなった瞳部分領域５０１（５０２）の水平方向の実効絞り値Ｆ_０１（Ｆ_０２）は、Ｆ_０１＝２Ｆ(２は分割数)と暗くなる。ＡおよびＢ像用画素群の実効的な被写界深度は±２Ｆδと２倍深くなり、合焦範囲が２倍に広がる。実効的な被写界深度±２Ｆδの範囲内では、Ａ（ｎ）およびＢ（ｎ）像用画素群に合焦した被写体像が取得される。この範囲では、図４に示した主光線角度θａ（θｂ）に沿ってＡおよびＢ像用画素群を平行移動するリフォーカス処理により、撮影後に、合焦位置を再調整（リフォーカス）することができる。よって、撮影後に合焦位置を再調整（リフォーカス）できる撮像面からのデフォーカス量ｄは限定されており、デフォーカス量ｄのリフォーカス可能範囲は、概ね、式（３）の範囲である。

なお、許容錯乱円δは、δ＝２ΔＸ（画素周期ΔＸのナイキスト周波数１／（２ΔＸ）の逆数）などで規定されるので、リフォーカス可能範囲は、上述の取得した撮影条件を用いて求めることができる。

上述のように、リフォーカス可能範囲が存在するため第一の測距部１０５の出力である第一の合焦位置で得られたＡおよびＢ像用画素群に対して、リフォーカス可能範囲内で第二の測距部１０６が合焦位置を与える有効な評価値を得ることができない場合ある。

このような場合、第二の測距部１０６は駆動量算出部１１２に対して測距値の信頼性が低く、有効でないことを通知する。通知を受けた駆動量算出部１１２は、リフォーカス可能範囲に基づいて、駆動制御部１０７を駆動させる。この駆動後に得られたリフォーカス画像に対する第二の測距部１０６の出力が有効である時には、第二の測距部１０６で求めたデフォーカス量を駆動量算出部１１２に出力する。

有効でない場合には、リフォーカス可能範囲に基づいて駆動制御部１０７を駆動した後、引き続き第二の測距部１０６が測距動作を継続する。このように、測距動作の継続中は、式３で求められるリフォーカス可能範囲ｄに基づいて光学系ユニット１０１に含まれるフォーカスレンズの位置を決定し動作させるように駆動制御部１０７を制御する。

図６を用いて、第二の測距部１０６による測距動作の継続中に、リフォーカス可能範囲ｄに基づいてフォーカスレンズを駆動させる理由について説明する。

図６において、縦軸はコントラスト評価値、横軸は仮想焦点面を含む焦点面位置であり、実線および破線の折れ線は、算出された評価値を示す。

第一の駆動点は、第一の測距部１０５で推定された合焦位置であり、第二の測距部１０６では、第一の駆動点で得られ画素信号を用いてリフォーカス範囲内の各仮想合焦位置でリフォーカス画像の生成と評価値の算出が行われる。第一の駆動点で撮像された画素信号に対して第二の測距部１０６で画素をシフトして得られたリフォーカス画像のコントラスト評価値を実線で示す。

図６において、ＡおよびＢ像用画素の相対位置を−４ｓｆｔ〜＋４ｓｆｔにすると、コントラスト評価値は＋４ｓｆｔの時に最大値となっている。このように、ピーク位置がシフト量の端部である＋４ｓｆｔの位置に存在しているので、正方向に更なるピークが存在すると推定され、評価値は有効ではないこととなる。そこで、第２の測距部１０６は、正方向への駆動制御信号を駆動量算出部１１２に出力する。なお本実施例では、ピーク値が存在するかどうかを推定する手段として、各シフト量の評価値間の微分を取り、変化の勾配の情報からリフォーカス可能範囲の端部以降にピーク値が存在するかどうかを推定する。この結果により、第二の測距部の評価値の有効か無効かの判断をするとともに、レンズの駆動方向を決定する。しかし、推定手段はこれに限定されるものではなく、他の推定構成をとってもよい。

第二の測距部の評価値が有効でないと判断され、駆動量算出部１１２に正方向への駆動制御信号が入力された場合、駆動量算出部１１２は第二の駆動点をリフォーカス可能範囲ｄに基づいて決定する。具体的には、第一の駆動点からリフォーカス可能範囲ｄの２倍の位置に対応するデフォーカス位置を第二の駆動点として決定する。この決定に従い、駆動制御部１０７が光学系ユニット１０１を制御することで、第二の駆動点で撮像された画素信号を取得し、第二の駆動点を中心としたリフォーカス可能範囲内でリフォーカス画像のコントラスト評価値を算出する。

第二の駆動点にフォーカスレンズを駆動させた場合のコントラスト評価値は、図６において点線で示され、第二の測距部１０６は１ｓｆｔの位置に最適な合焦位置Ｄが存在すると決定し、駆動量算出部１１２にデフォーカス量を出力する。このデフォーカス量に基づいて駆動量算出部１１２が光学系ユニット１０１の駆動量を算出して駆動制御部１０７に出力することで、被写体像の合焦状態が得られる。

ところで、第一の駆動点におけるコントラスト評価値が有効でないと判断された場合に従来の技術を適用すると、＋４ｓｆｔで最も高くなる評価値の変化に従って、第二の駆動点を＋４ｓｆｔの位置にフォーカスレンズを駆動することになる。その際、さらにリフォーカス技術を応用したコントラストＡＦ評価値を使用しても、図６の第一の駆動点から第二の駆動点の範囲の評価値を取ることしかできないため、さらにもう一度フォーカスレンズを駆動させる必要が生じる。

これに対し、本実施例によれば、リフォーカス可能範囲に基づいた駆動量でフォーカスレンズを駆動しているため、第一の駆動点への駆動後は、一回の駆動で合焦位置を検出でき、少ない駆動で高速に焦点検出を行うことが可能となる。この検出結果に基づいてフォーカスレンズを移動させれば、高精度な焦点調節を高速に行うことが可能となる。

なお、デジタル信号処理部１０８は、第二の測距部１０６で最適な合焦位置にフォーカスレンズを駆動させて得られたＡおよびＢ像群において、同一ＭＬの下に配置されたＡおよびＢ像用画素信号を加算して撮像用画素信号を生成する。生成した撮像用画素信号に対しては、欠陥画素補正、ホワイトバランス補正、同時化処理、符号化圧縮に代表されるデジタル信号処理を行い、画像信号を画像記録部１０９に出力する。ところで、撮像用画素信号を加算により生成する代わりに、第二の測距部１０６で最適な合焦位置でのリフォーカス画像を得るためのシフト量を求め、このシフト量に従って生成したリフォーカス画像を撮像用信号として用いても良い。

画像記録部１０９は、ＳＤカードに代表される外部記録装置に前記画像信号を記録する。

以上説明した本実施例の構成により、焦点検出信号から算出される合焦位置と撮像信号の最良合焦位置との間の差を抑制し、高精度な焦点検出を高速に行うことが可能となる。

次に、本発明の第２の実施例として、第１の実施例のフォーカスレンズの駆動構成をコンピュータプログラムとして実現する場合のフローチャートを説明する。本フローチャートに基づくコンピュータプログラムは、撮像装置１００の図示しない制御部のＣＰＵ又は当該撮像装置に適用されている第１の実施例に係る焦点検出装置がＣＰＵを含む場合はそのＣＰＵによって実行される。本プログラムを実行するＣＰＵは、第１の実施例に係る第一の測距部１０５、第二の測距部１０６および駆動量算出部１１２の機能を実現する他、必要な他の処理を撮像装置１００の動作に応じて実行する。例えば、画素信号およびその他、焦点検出動作に必要なデータの取得及び設定や、焦点検出動作で生成された駆動制御データのフォーカスレンズの駆動制御部１０７への送出などの処理動作を制御、実行する。

本実施例に係る焦点検出動作は、撮像装置１００の図示しない撮影スイッチ（リリーボタン）により撮影準備動作が指示されたことに応じて開始される。以下、図８のフローチャートに従って、本実施例の焦点検出動作を第１の実施例に係る第一の測距部１０５、第二の測距部１０６および駆動量算出部１１２の動作として説明する。なお、動作の詳細については、第1の実施例で説明したので、ここでは省略する。

ステップＳ８０１で、第一の測距部は、撮像素子１０２が出力した撮像信号から生成されたＡおよびＢ像用画素信号を取得（画素信号取得）する。次いで、ステップＳ８０２において、取得したＡおよびＢ像用画素信号に対してＳＡＤ演算を行ない、デフォーカス量を求める（焦点検出）。

ステップＳ８０３で、駆動量算出部１１２は、第一の測距部１０５で求められたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズの駆動量を決定する（駆動量決定）。決定された駆動量は、駆動量算出部１１２によって駆動制御部１０７に与えられ、光学系ユニット１０１が駆動される。これにより、フォーカスレンズは、上述した図６に示す第１の駆動点に駆動される。

次いで、ステップＳ８０４で、第二の測距部１０６は、光学系ユニット１０１の絞り値が所定値より大きいかどうかを判定する(撮影条件取得)。絞り値が所定値以下である場合は、第二の測距部１０６がコントラスト方式の測距結果を用いた高精度な焦点検出を行うため、ステップＳ８０５に処理を進める。絞り値が所定値以下でない場合は、焦点検出動作を終了する。

ステップＳ８０５では、リフォーカス部１１０が、現在のフォーカスレンズの駆動位置を中心とするリフォーカス可能範囲内で、リフォーカス画像を生成する。次いで、コントラスト評価値算出部１１１が、生成されたリフォーカス像を用いてコントラスト評価値を求め、撮像信号の最適な合焦位置を推定する。ステップＳ８０６では、第二の測距部１０６が、推定の結果に基づいて、合焦位置を与える有効なコントラスト評価値が得られたかどうかを判定する。得られたと判定された場合は、ステップＳ８０７に進み、得られたと判定されない場合は、ステップＳ８０９に進む。

ステップＳ８０７では、駆動量算出部１１２が、有効なコントラスト評価値に基づいたデフォーカス量からフォーカスレンズの駆動量を決定し、ステップＳ８０８において、決定された駆動量を駆動制御部１０７に与える。これにより、フォーカスフレンズが駆動されて、被写体像の合焦状態が実現される。その後、焦点検出動作を終了する。

ステップＳ８０９では、第二の測距部１０６が、駆動量算出部１１２に対し、測距値の信頼性が低く、有効でないことを通知する。この通知を受けた駆動量算出部１１２は、リフォーカス可能範囲に基づいてフォーカスレンズの駆動量を決定し、駆動制御部１０７に供給する。これにより、フォーカスレンズは、上述した図６に示す第２の駆動点に駆動される。その後ステップＳ８１０で画素信号を取得してステップＳ８０５に戻り、有効なコントラスト評価値が得られるまでステップＳ８０５、Ｓ８０６、Ｓ８０９、Ｓ８１０を繰り返す。

以上説明した動作により、第１の実施例に係わる焦点検出装置の動作が、コンピュータがプログラムを実行して達成する機能として、例えば撮像装置１００において実現される。

第１および第２の実施例では、位相差方式で合焦範囲を絞り（第一の駆動点）、次いでリフォーカス可能範囲単位で光学系を駆動して、リフォーカス技術を利用したコントラスト方式による合焦位置を高速に決定する構成について説明した。

また従来、コントラスト評価値に基づいた合焦検出動作では、有効なコントラスト評価値が得られた場合にフォーカスレンズの駆動を止める動作がある。一方、ワーストケースとしては至近から無限遠までフォーカスレンズを駆動して最もコントラスト評価値が高いレンズ位置を合焦位置とする場合がある。

第３の実施例では、位相差方式による合焦範囲の絞りを経なくても、コントラスト方式のみで合焦動作を高速化することを可能にする構成について説明する。本実施例の焦点検出装置が適用された撮像装置は、図１において第１の測距部１０６を除いた構成を有する。また、その動作は、第１の実施例と同様に、図示しない制御部のＣＰＵによる制御プログラムの実行による制御に従って実現される。

図９を使用して、本実施例の構成を説明する。
図において、横軸は焦点面の位置を表し、縦方向の点線及び実線はコントラスト評価値を取得する焦点面の位置である。従来のコントラスト評価値を取得する際には、実際に各焦点面の位置にフォーカスレンズを駆動し、撮像素子から撮像信号を読み出していたため、駆動数及び消費電力が大きく、合焦状態を得るまで時間がかかってしまう。

そこで本実施例では、まず適宜設定した第一の駆動点において第１の実施例と同様にリフォーカス技術を用いたコントラスト評価値をリフォーカス可能範囲内で取得することで、縦の点線部にフォーカスレンズを駆動した場合の評価値と同等の評価値を得る。

次に、第一の駆動点において評価値の取得が完了すると、第一の駆動点におけるリフォーカス可能範囲とリフォーカス可能範囲が重ならない（重複しない）ような第二の駆動点を選択し、フォーカスレンズを駆動する。リフォーカス可能範囲が重ならないようにするために、第二の駆動点は第１の実施例で説明したリフォーカス可能範囲の２倍程度にすることが望ましい。

なお、リフォーカス可能範囲が完全に重ならないようにするとリフォーカス可能範囲の端部において再構成画像にシェーディングが発生し、コントラスト評価値が正常に取得出来ない場合が存在する。そのような場合は、第一の駆動点と第二の駆動点のフォーカスレンズ位置をリフォーカス可能範囲内に所定の範囲で重なるように設定しても良い。

第二の駆動点においても、第一の駆動点と同様にリフォーカス可能範囲のコントラスト評価値を得る。

第三の駆動点は第二の駆動点と同様の方法で求め、リフォーカス可能範囲のコントラスト評価値の取得を繰り返す。

このような動作を繰り返して無限遠に存在する最後の駆動点までフォーカスレンズを駆動してコントラスト評価値を取得することで、従来技術に対してフォーカスレンズの実駆動回数を減らすことが可能となる。

以上のような動作を行うことで、位相差方式を用いなくてもリフォーカス可能範囲単位でレンズを駆動させ、駆動点においてリフォーカス可能範囲内のコントラスト評価値を取得することで高速に評価値を取得することが可能となる。

また、フォーカスレンズの駆動回数を減らすことで、センサーからの読み出し回数を削減することが可能となるため電力の消費を抑えることが可能となる。

また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても達成される。すなわち、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても本件発明の目的が達成されることは言うまでもない。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ(基本システム或いはオペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行うことによっても前述した実施形態の機能が実現される。この場合も本件発明に含まれることは言うまでもない。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づく処理も本件発明に含まれる。すなわち、機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等がプログラムコードの指示に基づき実際の処理の一部又は全部を行って前述した実施形態の機能を実現する場合も本件発明に含まれることは言うまでもない。

上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

Claims (13)

1. リフォーカス画像の生成が可能な画素信号を取得する画素信号取得手段と、
   前記取得した画素信号からリフォーカス画像を生成し、前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置を検出する第１の焦点検出手段と、
   前記第１の焦点検出手段の検出の結果に基づいて、フォーカスレンズの駆動量を決定する駆動量決定手段を備え、
   前記駆動量決定手段は、前記第１の焦点検出手段により前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置が検出されなかった場合は、前記生成されたリフォーカス画像のリフォーカス可能範囲に従って前記駆動量を決定することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記第１の焦点検出手段が生成するリフォーカス画像は、前記画素信号取得手段が画素信号を取得したときの前記フォーカスレンズの駆動位置から前記リフォーカス可能範囲に対応する駆動位置までの間の駆動位置におけるリフォーカス画像であり、前記第１の焦点検出手段は、前記生成されたリフォーカス画像からコントラスト評価値を算出し、前記算出された評価値に基づいて前記合焦位置を検出し、前記第１の焦点検出手段により前記評価値から合焦位置が検出されなかった場合に前記駆動量決定手段が決定する駆動量は、前記画素信号を取得した時の駆動位置から、少なくとも前記リフォーカス可能範囲に対応する駆動位置を超えた駆動位置までの駆動量であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記リフォーカス可能範囲に対応する駆動位置を超えた駆動位置は、前記画素信号取得手段が画素信号を取得したときの駆動位置を中心とするリフォーカス可能範囲と前記リフォーカス可能範囲に対応する駆動位置を超えた駆動位置を中心とするリフォーカス可能範囲が互いに重複しない駆動位置であることを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 前記リフォーカス可能範囲に対応する駆動位置を超えた駆動位置は、前記画素信号取得手段が画素信号を取得したとき駆動位置を中心とするリフォーカス可能範囲と前記リフォーカス可能範囲に対応する駆動位置を超えた駆動位置を中心とするリフォーカス可能範囲が所定の範囲だけ重なる駆動位置であり、前記所定の範囲は、前記フォーカス可能範囲の２分の１であることを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
5. 前記第１の焦点検出手段は、前記画素信号取得手段が画素信号を取得したときの駆動位置から前記リフォーカス可能範囲に対応する駆動位置までの間の異なる駆動位置におけるリフォーカス画像から算出された前記コントラスト評価値の変化に基づいて、前記画素信号取得手段が画素信号を取得したときの駆動位置に対する、前記リフォーカス可能範囲に対応する駆動位置を超えた駆動位置の方向を決定することを特徴とする請求項３又は４に記載の焦点検出装置。
6. 前記第１の焦点検出手段とは異なる方法で、前記取得された画素信号から合焦位置を検出する第２の焦点検出手段を備え、前記駆動量決定手段は、前記第１の焦点検出手段および第２の焦点検出手段それぞれ焦点検出の結果に基づいて、前記フォーカスレンズの駆動量を決定し、前記第１の焦点検出手段は、前記第２の焦点検出手段による合焦位置の検出の後に、合焦位置の検出を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 前記取得される画素信号の撮影条件を取得する撮影条件取得手段を備え、前記撮影条件が、所定値より大きい絞り値を含む場合は、前記駆動量決定手段は、前記第２の焦点検出手段の焦点検出の結果のみに基づいて前記駆動量を決定し、前記撮影条件が、前記所定値以下の絞り値を含む場合は、前記第１の焦点検出手段は、前記第２の焦点検出手段による合焦位置の検出の結果に従って合焦位置を検出することを特徴とする請求項６に記載の焦点検出装置。
8. リフォーカス画像の生成が可能な画素信号を取得する画素信号取得手段と、
   前記画素信号を取得する際のフォーカスレンズの位置を決定する決定手段と、
   前記取得した画素信号からリフォーカス画像を生成し、前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置を検出する焦点検出手段と、
   前記焦点検出手段による検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ焦点調節を行う制御手段とを備え、
   前記決定手段は、リフォーカス可能範囲に従って前記フォーカスレンズの位置を決定することを特徴とする焦点検出装置。
9. リフォーカス画像の生成が可能な画素信号を取得する画素信号取得ステップと、
   前記取得した画素信号からリフォーカス画像を生成し、前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置を検出する第１の焦点検出ステップと、
   前記第１の焦点検出手段の検出の結果に基づいて、フォーカスレンズの駆動量を決定する駆動量決定ステップを備え、
   前記駆動量決定ステップは、前記第１の焦点検出ステップで前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置が検出されなかった場合は、前記生成されたリフォーカス画像のリフォーカス可能範囲に従って前記駆動量を決定するステップを含むことを特徴とする焦点検出方法。
10. リフォーカス画像の生成が可能な画素信号を取得する際のフォーカスレンズの位置を決定する決定ステップと、
    前記画素信号を取得する画素信号取得ステップと、
    前記取得した画素信号からリフォーカス画像を生成し、前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置を検出する焦点検出ステップと、
    前記焦点検出ステップによる検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ焦点調節を行う制御ステップとを備え、
    前記決定ステップでは、リフォーカス可能範囲に従って前記フォーカスレンズの位置を決定することを特徴とする焦点検出方法。
11. 焦点検出装置を制御するプログラムであり、
    コンピュータを、
    リフォーカス画像の生成が可能な画素信号を取得する画素信号取得手段、
    前記取得した画素信号からリフォーカス画像を生成し、前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置を検出する第１の焦点検出手段、
    前記第１の焦点検出手段の検出の結果に基づいて、フォーカスレンズの駆動量を決定する駆動量決定手段であり、前記第１の焦点検出ステップで前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置が検出されなかった場合は、前記生成されたリフォーカス画像のリフォーカス可能範囲に従って前記駆動量を決定する駆動量決定手段として機能させるプログラム。
12. 請求項１１に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
13. フォーカスレンズを含み、被写体像を形成する光学系と、
    前記光学系で生成された被写体像を撮像してリフォーカス画像の生成が可能な画素信号を生成する撮像手段と、
    前記生成された画素信号からリフォーカス画像を生成し、前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置を検出する第１の焦点検出手段と、
    前記第１の焦点検出手段の検出の結果に基づいて、フォーカスレンズの駆動量を決定する駆動量決定手段と、
    前記駆動量決定手段で決定された駆動量に従って前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、
    を備え、
    前記駆動量決定手段は、前記第１の焦点検出手段により前記生成されたリフォーカス画像から合焦位置が検出されなかった場合は、前記生成されたリフォーカス画像のリフォーカス可能範囲に従って前記駆動量を決定することを特徴とする撮像装置。

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