JP2016106242A - オート・フォーカス装置およびその動作制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光路長差ＡＦと位相差ＡＦとの特徴を生かす。【解決手段】フォーカス・レンズが光路長差ＡＦ使用範囲内に入るまでは位相差ＡＦを用いてフォーカス・レンズを移動する。フォーカス・レンズが光路長差ＡＦ使用範囲内に入ると，光路長差ＡＦを利用してフォーカス・レンズが合焦位置Ｐ０に位置決めされる。撮像シーン変化などにより，フォーカス・レンズがフォーカス位置決め許容範囲内であるが，光路長差ＡＦ使用範囲外となってしまうと，位相差ＡＦを利用してフォーカス・レンズが再び移動させられる。【選択図】図５

Description

この発明は，オート・フォーカス装置およびその動作制御方法に関する。

カメラのオート・フォーカスは，大別して位相差ＡＦ，コントラストＡＦがある。位相差ＡＦは，レンズから入った光を二つに分けて位相差ＡＦ用のセンサに導き，結像した二つの間隔からピントの方向と量を判断するものである。コントラストＡＦは，さらに、撮像素子に写った画像をもとにフォーカス・レンズを動かしながらコントラストが大きいところを探してピントを合わせるもの（撮像画AF）と、光路長差が異なる位置に配置された二つの撮像素子で被写体を撮像し，それぞれの撮像素子から得られた画像信号にもとづいてピントを合わせるコントラストＡＦ（光路長差ＡＦ）があり、放送用テレビ・カメラに装着されるレンズのコントラストAFとしては、光路長差AFが利用される。位相差ＡＦとコントラストＡＦとの両方のＡＦが設けられており，被写体の変化や撮影状況に応じて最適なＡＦを選択し，誤った方向へのフォーカス制御や不要なボケの発生を未然に防止するというものもある（特許文献１）。

特許第4775930号

コントラストＡＦは，高精度にフォーカス・レンズを合焦位置に位置決めできるが，その位置決め範囲はフォーカス・レンズが合焦位置近傍にある位置決め許容範囲内にある場合に限られ，その位置決め許容範囲外にフォーカス・レンズがある場合には位置決めできない。これに対して，位相差ＡＦでは、合焦位置から大きく外れた位置にフォーカス・レンズがあっても、合焦位置への駆動を行える反面、フォーカス・レンズの合焦位置への位置決めはあまり正確ではない。引用文献１においては，このようなＡＦ方式の特徴を生かすことは考えられていない。

この発明は，コントラストＡＦ，位相差ＡＦの特徴を生かしてフォーカス・レンズを合焦位置に位置決めすることを目的とする。

この発明によるオート・フォーカス装置は，フォーカス・レンズを通って入射する光が瞳分割により二つに分けられて結像する二つの被写体像の瞳分割方向の位置ずれ量にもとづいてピントのずれ量を示す第１の合焦評価値信号を出力する第１の合焦評価値出力部，フォーカス・レンズを通って入射する光の光路において，光路長が互いに異なる位置に配置された第１の撮像素子および第２の撮像素子，第１の撮像素子の出力信号と第２の撮像素子の出力信号とにもとづいてピントのずれ量を示す第２の合焦評価値信号を出力する第２の合焦評価値出力部，フォーカス・レンズの位置が，被写体像が合焦する位置近傍のしきい値以上に被写体像が合焦する位置から離れている場合は第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを移動し，フォーカス・レンズがしきい値位置よりも被写体像が合焦する位置に近い場合は第２の合焦評価値出力部から出力する第２の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを，被写体像が合焦する位置に位置決めするフォーカス・レンズ移動部，フォーカス・レンズ移動部によってフォーカス・レンズが位置決めされた位置が，被写体像が合焦するフォーカス・レンズの位置かどうかを，第１の合焦評価値出力部から出力した第１の合焦評価値信号にもとづいて判定する第１の位置判定部，ならびに第１の位置判定部によって，フォーカス・レンズ移動部によってフォーカス・レンズが位置決めされた位置が，被写体像が合焦するフォーカス・レンズの位置ではないと判定されたことに応じて，第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを移動するようにフォーカス・レンズ移動部を制御する第１の移動制御部を備えていることを特徴とする。

この発明は，オート・フォーカス装置に適した動作制御方法も提供している。すなわち，この方法は，第１の合焦評価値出力部が，フォーカス・レンズを通って入射する光が瞳分割により二つに分けられて結像する二つの被写体像の瞳分割方向の位置ずれ量にもとづいてピントのずれ量を示す第１の合焦評価値信号を出力し，第２の合焦評価値出力部が，フォーカス・レンズを通って入射する光の光路において，光路長が互いに異なる位置に配置された第１の撮像素子および第２の撮像素子のそれぞれの出力信号とにもとづいてピントのずれ量を示す第２の合焦評価値信号を出力し，フォーカス・レンズ移動部が，フォーカス・レンズの位置が，被写体像が合焦する位置近傍のしきい値以上に被写体像が合焦する位置から離れている場合は第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを移動し，フォーカス・レンズがしきい値位置よりも被写体像が合焦する位置に近い場合は第２の合焦評価値出力部から出力する第２の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを，被写体像が合焦する位置に位置決めし，位置判定部が，フォーカス・レンズ移動部によってフォーカス・レンズが位置決めされた位置が，被写体像が合焦するフォーカス・レンズの位置かどうかを，第１の合焦評価値出力部から出力した第１の合焦評価値信号にもとづいて判定し，移動制御部が，第１の位置判定部によって，フォーカス・レンズ移動部によってフォーカス・レンズが位置決めされた位置が，被写体像が合焦するフォーカス・レンズの位置ではないと判定されたことに応じて，第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを移動するようにフォーカス・レンズ移動部を制御するものである。

この発明によると，フォーカス・レンズが，被写体像が合焦する位置近傍のしきい値位置となるまでは，精度は高く無いが比較的速くフォーカス・レンズを移動させることができる第１のＡＦセンサから出力される第１の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズが移動させられる。フォーカス・レンズが，被写体像が合焦する位置近傍のしきい値位置となると，フォーカス・レンズの移動を速くできないが高精度に合焦位置に位置決めできる第２のＡＦセンサから出力される第２の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズが移動させられ，合焦位置に位置決めされる。

第２のＡＦセンサから出力される第２の合焦評価値信号は，許容範囲外にフォーカス・レンズがある場合には，合焦位置に位置決めされていると判断されてしまうことがある。このために，撮像シーンが変化してフォーカス・レンズが第２のＡＦセンサから出力される第２の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズの位置決めを続けているとフォーカス・レンズが許容範囲外となり，合焦位置に位置決めされていないにもかかわらず，合焦位置に位置決めされていると判断され，合焦できないことがある。このために，第２のＡＦセンサから出力される第２の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズが移動させられ，合焦位置に位置決めされると，第１のＡＦセンサから出力する第１の合焦評価値信号にもとづいて，第２のＡＦセンサから出力される第２の合焦評価値信号にもとづいて位置決めされたフォーカス・レンズの位置が，被写体像が合焦する位置かどうかが判定され，そのような位置ではないと判定されると第１のＡＦセンサから出力する第１の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズが移動させられる。これにより、シーン変化などにより，第２のＡＦセンサから出力される第２の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズが位置決めされると，合焦位置に位置決めできなくなるような場合でも，合焦位置に位置決めできるようになる。

第１の移動制御部によるフォーカス・レンズ移動部の制御によりフォーカス・レンズが移動されたことに応じて，第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを移動するようにフォーカス・レンズ移動部を制御する第２の移動制御部をさらに備えるようにしてもよい。また，フォーカス・レンズが，被写体像が合焦する位置に向けて移動してしきい値位置となったことに応じて第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいて定められる被写体像が合焦するフォーカス・レンズの位置と第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号にもとづいて定められる被写体像が合焦するフォーカス・レンズの位置とが一致するかどうかを判定する第２の位置判定部をさらに備えてもよい。その場合，フォーカス・レンズ移動部は，記第２の位置判定部によって一致すると判定されたことに応じて，第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを，被写体像が合焦する位置に位置決めするものとなろう。

フォーカス・レンズ移動部によりフォーカス・レンズが，被写体像が合焦する位置に位置決めされた後に，第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号または第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号が変化したことに応じて，第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズの位置が，しきい値位置よりも合焦位置から遠い位置となり，かつ第１の合焦評価値信号によって表されるフォーカス・レンズの移動方向および第２の合焦評価値信号によって表されるフォーカス・レンズの移動方向に一致しているかどうかを判定する第１の判定部，および第１の判定部によってフォーカス・レンズの位置が，しきい値位置よりも合焦位置から遠い位置となり，かつ第１の合焦評価値信号によって表されるフォーカス・レンズの移動方向および第２の合焦評価値信号によって表されるフォーカス・レンズの移動方向に一致していると判定されたことに応じて，第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを移動するようにフォーカス・レ ンズ移動部を制御する第３の移動制御部をさらに備えてもよい。

フォーカス・レンズ移動部によりフォーカス・レンズが，被写体像が合焦する位置に位置決めされた後に，第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号または第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号が変化したことに応じて，第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズの位置が，しきい値位置よりも合焦位置に近い位置となり，かつ第１の合焦評価値信号によって表されるフォーカス・レンズの移動方向および第２の合焦評価値信号によって表されるフォーカス・レンズの移動方向に一致していないどうかを判定する第２の判定部，および第２の判定部によってフォーカス・レンズの位置が，しきい値位置よりも合焦位置から近い位置となり，かつ第１の合焦評価値信号によって表されるフォーカス・レンズの移動方向および第２の合焦評価値信号によって表されるフォーカス・レンズの移動方向に一致していないと判定されたことに応じて，第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズを移動するようにフォーカス・レンズ 移動部を制御する第４の移動制御部をさらに備えてもよい。

撮像レンズ・ユニットの構成を示している。 光路長差ＡＦ用撮像素子と被写体像の結像位置との関係を示している。 ＡＦ評価値とフォーカス・レンズ位置との関係を示している。 位相差ＡＦ評価値とフォーカス・レンズ位置との関係を示している。 差分ＡＦ評価値とフォーカス・レンズ位置との関係を示している。 合焦処理手順を示すフローチャートである。 合焦処理手順を示すフローチャートである。

図１は，この発明の実施例を示すもので，放送用などに利用される撮影レンズ・ユニット１とカメラ本体20の一部の光学的構成を示している。

撮影レンズ・ユニット１は着脱自在にカメラ本体20に装着されている。

撮影レンズ・ユニット１には，撮影レンズ・ユニット１の光軸Ｏ１と共通の光軸をもつようにフォーカス・レンズ（フォーカス・レンズ群）２，ズーム・レンズ（ズーム・レンズ群）３，前側リレー・レンズ（前側リレー・レンズ群）５および後側リレー・レンズ（後側リレー・レンズ群）７が含まれている。ズーム・レンズ３と前側リレー・レンズ５との間には，撮影レンズ・ユニット１の光軸Ｏ１が中心を通るように絞り４が配置されている。また，前側リレー・レンズ５と後側リレー・レンズ７との間にはハーフ・ミラー６が配置されている。

カメラ本体20には，撮影レンズ・ユニット１が装着されたときに撮影レンズ・ユニット１の光軸Ｏ１と共通の光軸をもつ色分解プリズム21が設けられている。この色分解プリズム21には，第１のプリズム22，第２のプリズム23および第３のプリズム24が含まれており，入射した光が赤色成分，緑色成分および青色成分に分解される。第１のプリズム22の出射面に対向する位置，第２のプリズム23の出射面に対向する位置および第３のプリズム24の出射面に対向する位置に，第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27がそれぞれ配置されている。

さらに，撮影レンズ・ユニット１には，ハーフ・ミラー６の中心で反射した一部の光を光軸［ＡＦ（オート・フォーカス）用光軸］Ｏ２とするＡＦ用リレー・レンズ（ＡＦ用リレー・レンズ群）８が設けられている。ＡＦ用リレー・レンズ８の後段にはハーフ・ミラー40（反射プリズムでもよい）が設けられている。また，ハーフ・ミラー40の後段には全反射ミラー９が設けられている。

全反射ミラー９の全反射方向には光路長差ＡＦセンサ55が設けられている。光路長差ＡＦセンサ55には第１のプリズム11と第２のプリズム12とから構成される分割プリズム10が含まれている。第１のプリズム11の出射面および第２のプリズム12の出射面には第１のＡＦ用ＣＣＤ13および第２のＡＦ用ＣＣＤ14がそれぞれ設けられている。

撮影レンズ・ユニット１に入射した光線束は，フォーカス・レンズ２，ズーム・レンズ３，絞り４，前側リレー・レンズ５，ハーフ・ミラー６および後側リレー・レンズ７を透過してカメラ本体20に導かれる。カメラ本体20に含まれる光分解プリズム21において，光線束は，赤色光成分，緑色光成分および青色光成分にそれぞれ分解され，第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27のそれぞれにおいて被写体像が結像する。第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27のそれぞれから赤色光成分，緑色光成分および青色光成分の被写体像を表わす映像信号が出力されることとなる。

撮影レンズ・ユニット１に入射した光線束は，ハーフ・ミラー６において一部が反射する。ハーフ・ミラー６において反射した光線束は，ＡＦ用リレー・レンズ８を透過し，ハーフ・ミラー40に導かれる。

ハーフ・ミラー40に入射した光の一部は反射して位相差ＡＦセンサ45に含まれる位相差センサ41に入射する。

位相差センサ41には集光レンズ，セパレータ・レンズおよび撮像素子（いずれも図示略）が含まれている。位相差センサ41に入射した光が集光レンズによって集光され，かつセパレータ・レンズによって二つに分けられる。二つに分けられた光が撮像素子上で二つの画像として結像する。二つの画像の間隔からフォーカス・レンズ２が合焦するようにフォーカス・レンズ２を制御できる。位相差センサ41からは，二つの画像を表わす映像信号が出力され，評価値算出回路42において，撮像によって得られた被写体像の合焦の程度を表わす位相差ＡＦ評価値が生成される。位相差ＡＦ評価値を表わす信号（第１の合焦評価値信号）は増幅回路43を介してセレクタ33に入力する。

ハーフ・ミラー40を透過した光は，全反射ミラー９において全反射する。全反射ミラー９において全反射した光線束は光路長差ＡＦセンサ55に含まれる分割プリズム10に入射し，一部が第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13に入射し，残りが第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14に入射する。第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14のそれぞれからＡＦ用の信号が出力することとなる。

第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14からそれぞれ出力した信号は評価値算出回路51および52にそれぞれに入力し，フォーカス・レンズ２の合焦の程度を表わすそれぞれの評価値が算出される。評価値算出回路51および52のそれぞれにおいて算出された評価値を表わす信号は，減算回路53に与えられる。評価値算出回路51において算出された評価値を表わす信号から，評価値算出回路52において算出された評価値を表わす信号が，減算回路53において減算され，差分ＡＦ評価値が得られる。差分ＡＦ評価値を表わす信号（第２の合焦評価値信号）が増幅回路54において増幅されてセレクタ33に与えられる。

増幅回路43から出力した位相差ＡＦ評価値信号および増幅回路54から出力した差分ＡＦ評価値信号は，切替制御回路31にも入力する。入力した位相差ＡＦ評価値信号および差分ＡＦ評価値信号にもとづいてセレクタ33が制御され，増幅回路43から出力される位相差ＡＦ評価値信号または増幅回路54から出力される差分ＡＦ評価値信号のいずれかがゲイン制御増幅回路34に与えられる。ゲイン制御増幅回路34において，入力した信号が増幅されて，回転方向および回転速度を表わす制御信号としてフォーカス・モータ35に与えられる。フォーカス・モータ35によってフォーカス・レンズ２が移動させられる。

図２は，第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27ならびに第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14の光学的距離の関係を示している。

第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27ならびに第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14に光を入射させるための光学系がレンズ30によって表わされている。

第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27に入射するまでの光学的距離は，いずれも等しい。これに対して，第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13に入射するまでの光学的距離は，第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27から所定の距離だけ前に配置された場合に等しく，第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14に入射するまでの光学的距離は，第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27から所定の距離だけ後に配置された場合に等しくなるように，第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27ならびに第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14の位置関係（光学的に前後等間隔の位置）が規定されている。仮に同一光軸上に第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27ならびに第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14が配置されると，第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27の前後等間隔の位置に第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14が配置されていることと等価となる。

図３は，ＡＦ評価値とフォーカス・レンズ２の位置との関係を示している。

第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13から出力される信号にもとづいて評価値算出回路51において算出された評価値信号からグラフＧ51が得られ，第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14から出力される信号にもとづいて評価値算出回路52において算出された評価値信号からグラフＧ52が得られる。

上述したように，仮に同一光軸上に第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27ならびに第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14が配置されると，第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27の前後等間隔の位置に第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14が配置されていることと等価であるから，第１の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ13および第２の光路長差ＡＦ用ＣＣＤ14のそれぞれの信号から得られたグラフＧ51およびＧ52との交点であるフォーカス・レンズ位置Ｐ０が，第１の撮像用ＣＣＤ25，第２の撮像用ＣＣＤ26および第３の撮像用ＣＣＤ27に被写体像が合焦するフォーカス・レンズ２の位置となる。

図４は，位相差ＡＦ評価値とフォーカス・レンズ２の位置との関係を示している。横軸がフォーカス・レンズ２の位置を示し，縦軸が位相差ＡＦ評価値を示している。

評価値算出回路42において位相差ＡＦ評価値が算出されると，算出された位相差ＡＦ評価値とグラフＧ０との関係からフォーカス・レンズ２の位置が分る。たとえば，評価値算出回路42において算出された位相差ＡＦ評価値がＤ21またはＤ22であれば，フォーカス・レンズ２の位置は，Ｐ11またはＰ12である。また，位相差ＡＦ評価値が０であれば，フォーカス・レンズ２の位置Ｐ０は被写体像が合焦する合焦位置とほぼ等しい。位相差ＡＦ評価値が０となるようにフォーカス・レンズ２が移動させられることにより被写体像が合焦することとなる。

ＡＦ評価値とフォーカス・レンズ２との関係はステップ状のグラフ０となり，位相差ＡＦ評価値が０のときに合焦位置Ｐ０は完全には対応しないことがある。

また，この実施例では，合焦位置Ｐ０近傍のしきい値位置Ｐ１およびＰ２が規定されており，フォーカス・レンズ２が，これらのしきい値位置Ｐ１およびＰ２よりも外側（合焦位置Ｐ０から遠くなる位置）にフォーカス・レンズ２がある場合には図４に示すように位相差評価値が利用される（位相差ＡＦ使用範囲）。これに対して，フォーカス・レンズ２がしきい値位置Ｐ１からＰ２の間にあるときには図５に示す差分ＡＦ評価値を利用してフォーカス・レンズ２が位置決めされる（光路長差ＡＦ使用範囲）。

図５は，減算回路53から出力される差分ＡＦ評価値信号とフォーカス・レンズ２の位置と関係を示すグラフＧ53である。横軸がフォーカス・レンズ位置であり，縦軸が差分ＡＦ評価値である。

差分ＡＦ評価値の正のピーク値Ｄ11と負のピーク値Ｄ12との間では，差分ＡＦ評価値とフォーカス・レンズ２の位置関係は一対一に対応する。差分ＡＦ評価値が分れば，正のピーク値Ｄ11に対応するフォーカス・レンズ２の位置Ｐ11と負のピーク値Ｄ12に対応するフォーカス・レンズ２の位置Ｐ12との間におけるフォーカス・レンズ２の位置も分る。差分ＡＦ評価値が０となるフォーカス・レンズ２の位置が合焦位置である。

差分ＡＦ評価値は，図３に示すようにグラフＧ51とＧ52との差分を示しており，正のピーク値Ｄ11で示されるフォーカス・レンズ２の位置Ｐ11と負のピーク値Ｄ12で示されるフォーカス・レンズ２の位置Ｐ12との間にフォーカス・レンズ２が無ければ，フォーカス・レンズ２を合焦位置Ｐ０に位置決めできない。その位置Ｐ11と位置Ｐ12との間を光路長差ＡＦセンサ55にもとづく光路長差ＡＦ可能範囲と呼ぶこととする。また，この実施例では，上述のように光路長差ＡＦ可能範囲内であって，合焦位置Ｐ０近傍の第１のしきい値位置Ｐ１と第２のしきい値位置Ｐ２との間の範囲（位相差ＡＦ使用範囲）に入るまでは位相差センサ45から得られる位相差ＡＦ評価値を利用してフォーカス・レンズ２が位置決めされるが，位相差ＡＦ使用範囲にフォーカス・レンズ２が入ると光路長差ＡＦセンサ55から得られる差分ＡＦ評価値を利用してフォーカス・レンズ２が位置決めされる。位相差ＡＦ範囲外にフォーカス・レンズ２があるときには，位相差センサ45から得られる位相差ＡＦ評価値を利用してフォーカス・レンズ２を移動するとフォーカス・レンズ２を速く移動させることができるのに対して，光路長差ＡＦセンサ55から得られる差分ＡＦ評価値を利用してフォーカス・レンズ２を移動した方がフォーカス・レンズ２を合焦位置Ｐ０に正確に位置決めできるからである。

図６および図７は，合焦処理手順を示すフローチャートである。

位相差ＡＦセンサ45および光路長差ＡＦセンサ55の両方のセンサが駆動され，位相差ＡＦにもとづいてフォーカス・レンズ２の合焦位置からの位置ずれ量を示す位相差ＡＦ評価値および光路長差ＡＦにもとづく差分ＡＦ評価値が算出される（ステップ61）。

まず，位相差ＡＦセンサ45から得られる位相差ＡＦ評価値信号を利用して，フォーカス・レンズ２が合焦位置Ｐ０に近づくようにセレクタ34が切り替えられる（ステップ62）。位相差ＡＦ評価値信号を利用する場合には，フォーカス・レンズ２を速く移動させることができるので合焦までの時間を短縮できる。フォーカス・レンズ２が図５に示すようにしきい値位置Ｐ１またはＰ２を越えて光路長差ＡＦ使用範囲内に入るまで，位相差ＡＦセンサ45から得られる位相差ＡＦ評価値信号を利用してフォーカス・レンズ２が移動させられる（ステップ63でＮＯ）。

フォーカス・レンズ２が光路長差ＡＦ使用範囲内に入ると（ステップ63でＹＥＳ），位相差ＡＦセンサ45から得られた位相差ＡＦ評価値信号にもとづいて決定されるフォーカス・レンズ２の位置と光路長差ＡＦセンサ55から得られた差分ＡＦ評価値信号にもとづいて決定されるフォーカス・レンズ２の位置とがほぼ同じかどうかが確認される（ステップ64）。ほぼ同じでなければ（ステップ64でＮＯ），何らかのエラーが生じたと考えられるので所定のエラー処理が行われる。もっとも，位相差ＡＦセンサ45から得られる位相差ＡＦ評価値信号を利用してフォーカス・レンズ２を合焦位置Ｐ０に移動するようにしてもよい。

ほぼ同じと考えられると（ステップ64でＹＥＳ），フォーカス・レンズ２を正確に合焦位置Ｐ０に位置決めするために光路長差ＡＦセンサ55から得られた差分ＡＦ評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズ２が移動させられる（ステップ65）。差分ＡＦ評価値信号にもとづいてフォーカス・レンズ２が合焦位置Ｐ０に位置決めされると（ステップ66でＹＥＳ），その合焦位置が正しい位置かどうかが位相差センサ45から得られる位相差ＡＦ評価値信号にもとづいて判定される（ステップ67）。合焦位置が正しくないと判定されると（ステップ68でＮＯ），撮像シーン変化などにより光路長差ＡＦセンサ55からえられる差分ＡＦ評価値信号を用いてフォーカス・レンズ２の位置決めが可能なフォーカス位置決め許容範囲外にフォーカス・レンズ２が動いてしまったものと考えられる。このために，再び位相差ＡＦセンサ45から得られる位相差ＡＦ評価値信号を用いてフォーカス・レンズ２が移動させられる（ステップ62）。

合焦位置が正しいと判定されると（ステップ68でＹＥＳ），位相差ＡＦ評価値信号の値または差分ＡＦ評価値信号の値が，ある程度変化したかどうか（フォーカス・レンズ２の位置が光路長差ＡＦ使用範囲外となったかどうか）が確認される（ステップ69）。位相差ＡＦ評価値信号または差分ＡＦ評価値信号の値がある程度変化すると（ステップ69でＹＥＳ），フォーカス・レンズ２が光路長差ＡＦ可能範囲内にある場合に位相差ＡＦ評価値信号から分かるフォーカス・レンズ２の移動方向と光路長差ＡＦ評価値信号から分かるフォーカス・レンズ２の移動方向が同じかどうかが確認される（ステップ70）。同じであれば（ステップ70でＹＥＳ），差分ＡＦ評価値信号を用いてフォーカス・レンズ２を移動させるよりも位相差ＡＦ評価値信号を用いてフォーカス・レンズ２を移動させた方が速く合焦制御できるので，位相差ＡＦ評価値信号を用いて再度フォーカス・レンズが移動させられる（ステップ62）。

位相差ＡＦ評価値信号から分かるフォーカス・レンズ２の移動方向と光路長差ＡＦ評価値信号から分かるフォーカス・レンズ２の移動方向が同じでなければ（ステップ70でＮＯ），フォーカス・レンズ２が光路長差ＡＦ可能範囲外かどうかが確認される（ステップ71）。フォーカス・レンズ２が光路長差ＡＦ可能範囲外であると（ステップ71でＹＥＳ），差分ＡＦ評価値信号を用いてフォーカス・レンズ２を位置決めすることができないので位相差ＡＦ評価値信号を用いてフォーカス・レンズ２が移動させられる（ステップ62）。フォーカス・レンズ２が光路長差ＡＦのフォーカス位置決め範囲内であると（ステップ71でＮＯ），光路長差ＡＦセンサ55にもとづく合焦制御を位相差ＡＦセンサ45にもとづく合焦制御よりも信頼性が高いと見なして，そのまま光路長差ＡＦセンサ55にもとづく合焦制御が続けられる。

13，14 光路長差ＡＦ用撮像素子
30 制御装置
31 切替制御回路
33 セレクタ
34 ゲイン制御増幅回路
41 位相差センサ
42，51，52 評価値算出回路
45 位相差ＡＦセンサ
55 光路長差ＡＦセンサ

Claims (6)

1. フォーカス・レンズを通って入射する光が瞳分割により二つに分けられて結像する二つの被写体像の瞳分割方向の位置ずれ量にもとづいてピントのずれ量を示す第１の合焦評価値信号を出力する第１の合焦評価値出力部，
   前記フォーカス・レンズを通って入射する光の光路において，光路長が互いに異なる位置に配置された第１の撮像素子および第２の撮像素子，
   前記第１の撮像素子の出力信号と前記第２の撮像素子の出力信号とにもとづいてピントのずれ量を示す第２の合焦評価値信号を出力する第２の合焦評価値出力部，
   前記フォーカス・レンズの位置が，被写体像が合焦する位置近傍のしきい値以上に被写体像が合焦する位置から離れている場合は前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを移動し，前記フォーカス・レンズが前記しきい値位置よりも被写体像が合焦する位置に近い場合は前記第２の合焦評価値出力部から出力する第２の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを，被写体像が合焦する位置に位置決めするフォーカス・レンズ移動部，
   前記フォーカス・レンズ移動部によって前記フォーカス・レンズが位置決めされた位置が，被写体像が合焦する前記フォーカス・レンズの位置かどうかを，前記第１の合焦評価値出力部から出力した第１の合焦評価値信号にもとづいて判定する第１の位置判定部，ならびに
   前記第１の位置判定部によって，前記フォーカス・レンズ移動部によって前記フォーカス・レンズが位置決めされた位置が，被写体像が合焦する前記フォーカス・レンズの位置ではないと判定されたことに応じて，前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを移動するように前記フォーカス・レンズ移動部を制御する第１の移動制御部，
   を備えたオート・フォーカス装置。
2. 前記第１の移動制御部による前記フォーカス・レンズ移動部の制御により前記フォーカス・レンズが移動されたことに応じて，前記第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを移動するように前記フォーカス・レンズ移動部を制御する第２の移動制御部，
   をさらに備えた請求項１に記載のオート・フォーカス装置。
3. 前記フォーカス・レンズが，被写体像が合焦する位置に向けて移動して前記しきい値位置となったことに応じて前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいて定められる被写体像が合焦する前記フォーカス・レンズの位置と前記第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号にもとづいて定められる被写体像が合焦する前記フォーカス・レンズの位置とが一致するかどうかを判定する第２の位置判定部をさらに備え，
   前記フォーカス・レンズ移動部は，
   前記第２の位置判定部によって一致すると判定されたことに応じて，前記第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを，被写体像が合焦する位置に位置決めするものである，
   請求項１または２に記載のオート・フォーカス装置。
4. 前記フォーカス・レンズ移動部により前記フォーカス・レンズが，被写体像が合焦する位置に位置決めされた後に，前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号または前記第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号が変化したことに応じて，前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズの位置が，前記しきい値位置よりも合焦位置から遠い位置となり，かつ前記第１の合焦評価値信号によって表される前記フォーカス・レンズの移動方向および前記第２の合焦評価値信号によって表される前記フォーカス・レンズの移動方向に一致しているかどうかを判定する第１の判定部，および
   前記第１の判定部によって前記フォーカス・レンズの位置が，前記しきい値位置よりも合焦位置から遠い位置となり，かつ前記第１の合焦評価値信号によって表される前記フォーカス・レンズの移動方向および前記第２の合焦評価値信号によって表される前記フォーカス・レンズの移動方向に一致していると判定されたことに応じて，前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを移動するように前記フォーカス・レンズ移動部を制御する第３の移動制御部，
   をさらに備えた請求項１から３のうち，いずれか一項に記載のオート・フォーカス装置。
5. 前記フォーカス・レンズ移動部により前記フォーカス・レンズが，被写体像が合焦する位置に位置決めされた後に，前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号または前記第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号が変化したことに応じて，前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズの位置が，前記しきい値位置よりも合焦位置に近い位置となり，かつ前記第１の合焦評価値信号によって表される前記フォーカス・レンズの移動方向および前記第２の合焦評価値信号によって表される前記フォーカス・レンズの移動方向に一致していないどうかを判定する第２の判定部，および
   前記第２の判定部によって前記フォーカス・レンズの位置が，前記しきい値位置よりも合焦位置から近い位置となり，かつ前記第１の合焦評価値信号によって表される前記フォーカス・レンズの移動方向および前記第２の合焦評価値信号によって表される前記フォーカス・レンズの移動方向に一致していないと判定されたことに応じて，前記第２の合焦評価値出力部から出力される第２の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを移動するように前記フォーカス・レンズ移動部を制御する第４の移動制御部，
   をさらに備えた請求項１から４のうち，いずれか一項に記載のオート・フォーカス装置。
6. 第１の合焦評価値出力部が，フォーカス・レンズを通って入射する光が瞳分割により二つに分けられて結像する二つの被写体像の瞳分割方向の位置ずれ量にもとづいてピントのずれ量を示す第１の合焦評価値信号を出力し，
   第２の合焦評価値出力部が，前記フォーカス・レンズを通って入射する光の光路において，光路長が互いに異なる位置に配置された第１の撮像素子および第２の撮像素子のそれぞれの出力信号とにもとづいてピントのずれ量を示す第２の合焦評価値信号を出力し，
   フォーカス・レンズ移動部が，前記フォーカス・レンズの位置が，被写体像が合焦する位置近傍のしきい値以上に被写体像が合焦する位置から離れている場合は前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを移動し，前記フォーカス・レンズが前記しきい値位置よりも被写体像が合焦する位置に近い場合は前記第２の合焦評価値出力部から出力する第２の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを，被写体像が合焦する位置に位置決めし，
   位置判定部が，前記フォーカス・レンズ移動部によって前記フォーカス・レンズが位置決めされた位置が，被写体像が合焦する前記フォーカス・レンズの位置かどうかを，前記第１の合焦評価値出力部から出力した第１の合焦評価値信号にもとづいて判定し，
   移動制御部が，前記第１の位置判定部によって，前記フォーカス・レンズ移動部によって前記フォーカス・レンズが位置決めされた位置が，被写体像が合焦する前記フォーカス・レンズの位置ではないと判定されたことに応じて，前記第１の合焦評価値出力部から出力される第１の合焦評価値信号にもとづいて前記フォーカス・レンズを移動するように前記フォーカス・レンズ移動部を制御する，
   オート・フォーカス装置の動作制御方法。

Images