JP5891667B2 - 焦点調節装置およびそれを備えた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点調節装置およびそれを備えた撮像装置に関する。

従来より、位相差を用いて、光学系による像面のずれ量を検出することで、光学系の焦点状態を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００２−２７７７２４号公報

しかしながら、従来技術では、低輝度被写体を撮影する場合など、位相差を用いて光学系の焦点状態を検出することが難しい場合に、光学系の焦点状態を検出できない場合があった。

本発明が解決しようとする課題は、光学系の焦点状態を適切に検出することができる焦点調節装置を提供することである。

本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、以下においては、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。

［１］本発明に係る焦点調節装置は、位相差を用いてデフォーカスを検出する第１検出部と、焦点評価値を検出する第２検出部と、前記第１検出部により検出された前記デフォーカスを用いて第１合焦位置を演算し、前記第２検出部により検出された前記焦点評価値を用いて第２合焦位置を演算し、前記第１合焦位置と前記第２合焦位置とを用いて第３合焦位置を演算する演算部と、前記演算部により演算された前記第３合焦位置にフォーカスレンズを移動させる制御をする制御部とを有する。

本発明によれば、光学系の焦点状態を適切に検出することができる。

図１は、本実施形態に係るカメラを示すブロック図である。 図２は、図１に示す撮像素子の撮像面を示す正面図である。 図３は、図２のIII部を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。 図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図である。 図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図である。 図６は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す断面図である。 図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す断面図、図７（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す断面図である。 図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図である。 図９は、本実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１を示す要部構成図である。本実施形態のデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラ本体２とレンズ鏡筒３から構成され、これらカメラ本体２とレンズ鏡筒３はマウント部４により着脱可能に結合されている。

レンズ鏡筒３は、カメラ本体２に着脱可能な交換レンズである。図１に示すように、レンズ鏡筒３には、レンズ３１，３２，３３、および絞り３４を含む撮影光学系が内蔵されている。

レンズ３２は、フォーカスレンズであり、光軸Ｌ１方向に移動することで、撮影光学系の焦点距離を調節可能となっている。フォーカスレンズ３２は、レンズ鏡筒３の光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ３５によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ３６によってその位置が調節される。

このフォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒３に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝（螺旋溝）を形成するとともに、フォーカスレンズ３２を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ３６によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１に沿って直進移動することになる。

上述したようにレンズ鏡筒３に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ３６がレンズ鏡筒３に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ３６と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１の逆方向へ直進移動することになる。

フォーカスレンズ３２の位置はエンコーダ３５によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒３に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。

本実施形態のエンコーダ３５としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量（回転方向でも光軸方向の何れでもよい）に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。

フォーカスレンズ３２は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部（至近端ともいう）から被写体側の端部（無限端ともいう）までの間を光軸Ｌ１方向に移動することができる。ちなみに、エンコーダ３５で検出されたフォーカスレンズ３２の現在位置情報は、レンズ制御部３７を介して後述するカメラ制御部２１へ送出され、フォーカスレンズ駆動モータ３６は、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ３２の駆動位置が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７を介して送出されることにより駆動する。

絞り３４は、上記撮影光学系を通過して撮像素子２２に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り３４による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された適切な開口径が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７を介して送出されることにより行われる。また、カメラ本体２に設けられた操作部２８によるマニュアル操作により、設定された開口径がカメラ制御部２１からレンズ制御部３７に入力される。絞り３４の開口径は図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部３７で現在の開口径が認識される。

また、レンズ制御部３７は、後述するスキャン動作において、フォーカスレンズ３２をスキャン駆動させる範囲、すなわちスキャン範囲を設定するためのデータを、スキャン範囲データとして、レンズ制御部３７に備えるメモリに記憶している。具体的には、レンズ制御部３７は、所定のスキャン範囲を、フォーカスレンズ３２がスキャン駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして記憶している。たとえば、フォーカスレンズ３２が駆動可能な範囲の全域を、スキャン範囲とする場合には、レンズ制御部３７は、フォーカスレンズ３２が駆動可能な範囲の全域を、フォーカスレンズ３２がスキャン駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして記憶することができる。また、たとえば、フォーカスレンズ３２の現在のレンズ位置近傍の所定範囲を、スキャン範囲とする場合には、レンズ制御部３７は、フォーカスレンズ３２の現在のレンズ位置近傍の所定範囲を、フォーカスレンズ３２がスキャン駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして記憶することができる。

一方、カメラ本体２には、上記撮影光学系からの光束Ｌ１を受光する撮像素子２２が、撮影光学系の予定焦点面に設けられ、その前面にシャッター２３が設けられている。撮像素子２２はＣＣＤやＣＭＯＳなどのデバイスから構成され、受光した光信号を電気信号に変換してカメラ制御部２１に送出する。カメラ制御部２１に送出された撮影画像情報は、逐次、液晶駆動回路２５に送出されて観察光学系の電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６に表示されるとともに、操作部２８に備えられたレリーズボタン（不図示）が全押しされた場合には、その撮影画像情報が、記録媒体であるカメラメモリ２４に記録される。なお、カメラメモリ２４は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。撮像素子２２の構造の詳細は後述する。

カメラ本体２には、撮像素子２２で撮像される像を観察するための観察光学系が設けられている。本実施形態の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６と、これを駆動する液晶駆動回路２５と、接眼レンズ２７とを備えている。液晶駆動回路２５は、撮像素子２２で撮像され、カメラ制御部２１へ送出された撮影画像情報を読み込み、これに基づいて電子ビューファインダ２６を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ２７を通して現在の撮影画像を観察することができる。なお、光軸Ｌ２による上記観察光学系に代えて、または、これに加えて、液晶ディスプレイをカメラ本体２の背面等に設け、この液晶ディスプレイに撮影画像を表示させることもできる。

カメラ本体２にはカメラ制御部２１が設けられている。カメラ制御部２１は、マウント部４に設けられた電気信号接点部４１によりレンズ制御部３７と電気的に接続され、このレンズ制御部３７からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部３７へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。また、カメラ制御部２１は、上述したように撮像素子２２から画素出力を読み出すとともに、読み出した画素出力について、必要に応じて所定の情報処理を施すことにより画像情報を生成し、生成した画像情報を、電子ビューファインダ２６の液晶駆動回路２５やメモリ２４に出力する。また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２からの画像情報の補正やレンズ鏡筒３の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。

また、カメラ制御部２１は、上記に加えて、撮像素子２２から読み出した画素データに基づき、位相検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出、およびコントラスト検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出を行う。なお、具体的な焦点状態の検出方法については、後述する。

操作部２８は、シャッターレリーズボタンなどの撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換が行えるようになっている。この操作部２８により設定された各種モードはカメラ制御部２１へ送出され、当該カメラ制御部２１によりカメラ１全体の動作が制御される。また、シャッターレリーズボタンは、ボタンの半押しでＯＮとなる第１スイッチＳＷ１と、ボタンの全押しでＯＮとなる第２スイッチＳＷ２とを含む。

次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。

図２は、撮像素子２２の撮像面を示す正面図、図３は、図２のIII部分を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。

本実施形態の撮像素子２２は、図３に示すように、複数の撮像画素２２１が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Ｇと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Ｒと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Ｂがいわゆるベイヤー配列（Bayer Arrangement）されたものである。すなわち、隣接する４つの画素群２２３（稠密正方格子配列）において一方の対角線上に２つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が１つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群２２３を単位として、当該画素群２２３を撮像素子２２の撮像面に二次元状に繰り返し配列することで撮像素子２２が構成されている。

なお、単位画素群２２３の配列は、図示する稠密正方格子以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用することもできる。

図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図６は断面図である。一つの撮像画素２２１は、マイクロレンズ２２１１と、光電変換部２２１２と、図示しないカラーフィルタから構成され、図６の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２１２が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２１１が形成されている。光電変換部２２１２は、マイクロレンズ２２１１により撮影光学系の射出瞳（たとえばＦ１．０）を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束を受光する。

また、撮像素子２２の撮像面の中心、ならびに中心から左右対称位置の３箇所には、上述した撮像画素２２１に代えて焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂが配列された焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられている。そして、図３に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂが、互いに隣接して交互に、横一列（２２ａ，２２ｃ，２２ｃ）に配列されて構成されている。本実施形態においては、焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、ベイヤー配列された撮像画素２２１の緑画素Ｇと青画素Ｂとの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。

なお、図２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃの位置は図示する位置にのみ限定されず、何れか一箇所、二箇所にすることもでき、また、四箇所以上の位置に配置することもできる。また、実際の焦点検出に際しては、複数配置された焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃの中から、撮影者が操作部２８を手動操作することにより所望の焦点検出画素列を、焦点検出エリアとして選択することもできる。

図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの断面図である。また、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図７（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの断面図である。焦点検出画素２２２ａは、図５（Ａ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ａと、半円形状の光電変換部２２２２ａとから構成され、図７（Ａ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ａが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ａが形成されている。また、焦点検出画素２２２ｂは、図５（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ｂと、光電変換部２２２２ｂとから構成され、図７（Ｂ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ｂが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ｂが形成されている。そして、これら焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、図３に示すように、互いに隣接して交互に、横一列に配列されることにより、図２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する。

なお、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは、マイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより撮影光学系の射出瞳の所定の領域（たとえばＦ２．８）を通過する光束を受光するような形状とされる。また、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。ただし、撮像画素２２１と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。

また、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示す焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは半円形状としたが、光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、楕円形状、矩形状、多角形状とすることもできる。

ここで、上述した焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの画素出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる位相差検出方式について説明する。

図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図であり、撮影光軸Ｌ１近傍に配置され、互いに隣接する焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２が、射出瞳３５０の測距瞳３５１，３５２から照射される光束ＡＢ１−１，ＡＢ２−１，ＡＢ１−２，ＡＢ２−２をそれぞれ受光していることを示している。なお、図８においては、複数の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのうち、撮影光軸Ｌ１近傍に位置するもののみを例示して示したが、図８に示す焦点検出画素以外のその他の焦点検出画素についても、同様に、一対の測距瞳３５１，３５２から照射される光束をそれぞれ受光するように構成されている。

ここで、射出瞳３５０とは、撮影光学系の予定焦点面に配置された焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂの前方の距離Ｄの位置に設定された像である。距離Ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Ｄを測距瞳距離と称する。また、測距瞳３５１，３５２とは、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより、それぞれ投影された光電変換部２２２２ａ,２２２２ｂの像をいう。

なお、図８において焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２の配列方向は一対の測距瞳３５１，３５２の並び方向と一致している。

また、図８に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２のマイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配置されている。そして、マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２の背後に配置された各光電変換部２２２２ａ−１，２２２２ｂ−１，２２２２ａ−２，２２２２ｂ−２の形状が、各マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２から測距距離Ｄだけ離れた射出瞳３５０上に投影され、その投影形状は測距瞳３５１，３５２を形成する。

すなわち、測距距離Ｄにある射出瞳３５０上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳３５１，３５２）が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。

図８に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１の光電変換部２２２２ａ−１は、測距瞳３５１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−１に向う光束ＡＢ１−１によりマイクロレンズ２２２１ａ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ａ−２の光電変換部２２２２ａ−２は測距瞳３５１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−２に向う光束ＡＢ１−２によりマイクロレンズ２２２１ａ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

また、焦点検出画素２２２ｂ−１の光電変換部２２２２ｂ−１は測距瞳３５２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−１に向う光束ＡＢ２−１によりマイクロレンズ２２２１ｂ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ｂ−２の光電変換部２２２２ｂ−２は測距瞳３５２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−２に向う光束ＡＢ２−２によりマイクロレンズ２２２１ｂ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

そして、上述した２種類の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを、図３に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの出力を、測距瞳３５１と測距瞳３５２とのそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳３５１と測距瞳３５２とのそれぞれを通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータが得られる。そして、この強度分布データに対し、相関演算処理または位相差検出処理などの像ズレ検出演算処理を施すことにより、いわゆる位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。

そして、得られた像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を施すことにより、予定焦点面に対する現在の焦点面（予定焦点面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出エリアにおける焦点面をいう。）の偏差、すなわちデフォーカス量を求めることができる。

なお、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づくデフォーカス量の演算は、カメラ制御部２１により実行される。

また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２の撮像画素２２１の出力を読み出し、読み出した画素出力に基づき、焦点評価値の演算を行う。この焦点評価値は、たとえば撮像素子２２の撮像画素２２１からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる２つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出することでも求めることができる。

そして、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７に制御信号を送出してフォーカスレンズ３２を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ３２の位置を合焦位置として求める、コントラスト検出方式による焦点検出を実行する。なお、この合焦位置は、たとえば、フォーカスレンズ３２を駆動させながら焦点評価値を算出した場合に、焦点評価値が、２回上昇した後、さらに、２回下降して推移した場合に、これらの焦点評価値を用いて、内挿法などの演算を行うことで求めることができる。

次いで、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図９は、本実施形態に係るカメラ１の動作を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、カメラ１の電源がＯＮされることにより開始される。

まず、ステップＳ１０１では、カメラ制御部２１により、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理が開始される。本実施形態では、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理は、次のように行なわれる。すなわち、まず、カメラ制御部２１により、撮像素子２２の３つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂから一対の像に対応した一対の像データの読み出しが行なわれる。そして、カメラ制御部２１は、読み出された一対の像データに基づいて像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を実行し、３つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃに対応する焦点検出位置における像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。また、カメラ制御部２１は、算出したデフォーカス量の信頼性の評価を行う。なお、デフォーカス量の信頼性の評価は、たとえば、一対の像データの一致度やコントラストなどに基づいて行なわれる。そして、このような位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理は、所定の間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１０２では、カメラ制御部２１により、焦点評価値の算出処理が開始される。本実施形態では、焦点評価値の算出処理は、撮像素子２２の撮像画素２２１の画素出力を読み出し、読み出した画素出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算することにより行われる。なお、焦点評価値の算出処理は、所定の間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１０３では、カメラ制御部２１により、操作部２８に備えられたシャッターレリーズボタンの半押し（第１スイッチＳＷ１のオン）がされたか否かの判断が行なわれる。第１スイッチＳＷ１がオンした場合はステップＳ１０４に進む。一方、第１スイッチＳＷ１がオンしていない場合は、第１スイッチＳＷ１がオンされるまで、ステップＳ１０３を繰り返す。すなわち、第１スイッチＳＷ１がオンされるまで、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理と、コントラスト検出方式による焦点評価値の算出処理とが繰り返し実行される。

ステップＳ１０４では、カメラ制御部２１により、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出できたか否かの判定が行なわれる。デフォーカス量が算出できた場合には、測距可能と判断して、ステップＳ１１３に進む。一方、デフォーカス量が算出できなかった場合には、測距不能と判断して、ステップＳ１０５に進む。なお、本実施形態においては、デフォーカス量の算出ができた場合でも、算出されたデフォーカス量の信頼性が低い場合にも、デフォーカス量の算出ができなかったものとして扱い、ステップＳ１０５に進むこととする。本実施形態においては、たとえば、被写体のコントラストが低い場合、被写体が超低輝度被写体である場合、あるいは被写体が超高輝度被写体である場合などにおいて、デフォーカス量の信頼性が低いと判断される。

なお、ステップＳ１０４においては、直近の一回のデフォーカス量算出処理の結果を用いて、上記判定を行なうが、直近の所定回数のデフォーカス量算出処理において、連続して、デフォーカス量が算出できなかった場合、あるいは、連続して、デフォーカス量の信頼性が低かった場合に、測距不能と判断して、ステップＳ１０５に進み、逆に、直近の所定回数のデフォーカス量算出処理において、一度でもデフォーカス量が算出された場合には、測距可能と判断して、ステップＳ１１３に進むような構成としてもよい。

ステップＳ１０４において、デフォーカス量が算出できたと判定され、測距可能と判断された場合には、ステップＳ１１３に進み、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づく合焦駆動が行なわれる。具体的には、カメラ制御部２１により、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量から、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させるのに必要となるレンズ駆動量の算出が行なわれ、算出されたレンズ駆動量が、レンズ制御部３７を介して、レンズ駆動モータ３６に送出される。そして、レンズ駆動モータ３６は、カメラ制御部２１により算出されたレンズ駆動量に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させる。

なお、本実施形態においては、レンズ駆動モータ３６を駆動させ、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させている間においても、カメラ制御部２１は、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出を繰り返し行い、その結果、新たなデフォーカス量が算出された場合には、カメラ制御部２１は、新たなデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を駆動させる。

一方、ステップＳ１０４において、位相差検出方式により、デフォーカス量の算出ができなかったと判定された場合には、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０５〜Ｓ１０９において、スキャン動作が実行される。ここで、スキャン動作とは、フォーカスレンズ駆動モータ３６により、所定のスキャン範囲においてフォーカスレンズ３２をスキャン駆動させながら、カメラ制御部２１により、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出、および焦点評価値の算出を、所定の間隔で同時に行い、これにより、位相差検出方式による合焦位置の検出と、コントラスト検出方式による合焦位置の検出とを、所定の間隔で、同時に実行する動作である。

具体的には、まず、ステップＳ１０５において、カメラ制御部２１により、スキャン範囲データの取得が行われる。スキャン範囲データとは、スキャン動作において、フォーカスレンズ３２をスキャン駆動させる範囲、すなわち、スキャン範囲を設定するためのデータである。本実施形態では、スキャン範囲データとして、フォーカスレンズ３２が所定のスキャン範囲をスキャン駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数が、レンズ制御部３７に備えるメモリに記憶されており、ステップＳ１０５において、カメラ制御部２１は、このようなスキャン範囲データを、レンズ制御部３７から取得する。

そして、ステップＳ１０６では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０５で取得したスキャン範囲データに基づいて、スキャン範囲の設定が行われる。たとえば、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２が駆動可能な範囲の全域を、フォーカスレンズ３２が駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして取得することができ、この場合、このスキャン範囲データに基づいて、フォーカスレンズ３２が駆動可能な範囲の全域を、スキャン範囲として設定することができる。また、カメラ制御部２１は、たとえば、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させた後に、再度、スキャン動作を行うような場合に、フォーカスレンズ３２の現在のレンズ位置近傍に存在する合焦位置を検出できるような範囲（たとえば、焦点評価値を５箇所のレンズ位置で取得できるような範囲）を、フォーカスレンズ３２が駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして取得することができ、この場合、このスキャン範囲データに基づいて、フォーカスレンズ３２の現在のレンズ位置近傍に存在する合焦位置を検出できるような範囲を、スキャン範囲として設定することができる。

そして、続くステップＳ１０７では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０６で設定したスキャン範囲の全域についてスキャン動作を実行するように、スキャン動作が開始される。

具体的には、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７にスキャン駆動開始指令を送出し、レンズ制御部３７は、カメラ制御部２１からの指令に基づき、フォーカスレンズ駆動モータ３６を駆動させ、設定したスキャン範囲において、フォーカスレンズ３２を光軸Ｌ１に沿ってスキャン駆動させる。なお、フォーカスレンズ３２のスキャン駆動は、無限遠端位置から至近端位置に向かって、あるいは、至近端位置から無限遠端位置に向かって行なう。

そして、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、所定間隔で、撮像素子２２の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂから一対の像に対応した一対の像データの読み出しを行い、これに基づき、位相差検出方式により、デフォーカス量の算出および算出されたデフォーカス量の信頼性の評価を行うとともに、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、所定間隔で、撮像素子２２の撮像画素２２１から画素出力の読み出しを行い、これに基づき、焦点評価値を算出し、これにより、異なるフォーカスレンズ位置における焦点評価値を取得することで、コントラスト検出方式により合焦位置の検出を行う。

なお、スキャン動作を開始する前に、フォーカスレンズ３２を光軸方向に微小に往復駆動させるウォブリング駆動を行ってもよい。また、この場合、ウォブリング駆動を行いながら、位相差検出方式による焦点検出とコントラスト検出方式による焦点検出とを同時に行い、いずれかの焦点検出方式により焦点状態を検出できた場合には、検出した焦点検出結果に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦駆動させる構成としてもよい。さらに、この場合、ウォブリング駆動中に位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性を判断し、該デフォーカス量の信頼性が、焦点検出結果に基づいて合焦位置を検出することができる程度に高くない場合でも、合焦位置が存在する方向を判断することができる程度の信頼性がある場合には、算出したデフォーカス量に基づいて合焦位置が存在する方向を決定し、決定した方向に向かって、スキャン駆動を開始する構成としてもよい。

ステップＳ１０８では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０６で設定したスキャン範囲の全域について、スキャン動作が行われたか否かの判定が行なわれる。本実施形態では、スキャン動作の実行中に、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出できた場合、あるいは、コントラスト検出方式により合焦位置を検出できた場合でも、スキャン動作を終了せずに、ステップＳ１０６で設定したスキャン範囲の全域について、スキャン動作が行われる。そのため、ステップＳ１０８において、スキャン範囲の全域についてスキャン動作が行なわれていないと判定された場合には、ステップＳ１０８で待機し、スキャン範囲の全域についてスキャン動作の実行が完了するまで、フォーカスレンズ３２をスキャン駆動させながら、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出、およびコントラスト検出方式による合焦位置の検出を、所定の間隔で同時に実行するスキャン動作が継続して行なわれる。そして、スキャン範囲の全域についてスキャン動作が行われると、ステップＳ１０９に進み、ステップＳ１０９でスキャン動作を終了した後、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、カメラ制御部２１により、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性と、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性との比較が行われる。なお、コントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性は、たとえば、合焦位置を検出するために算出された焦点評価値の大きさや、焦点評価値のピーク位置（合焦位置）近傍における焦点評価値の山の傾きなどに基づいて評価することができる。

そして、ステップＳ１１０における比較の結果、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性が、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性よりも高いと判断された場合には、ステップＳ１１１に進み、一方、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性が、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性よりも高いと判断された場合には、ステップＳ１１２に進む。なお、スキャン動作において位相差検出方式によりデフォーカス量を算出できなかった場合には、ステップＳ１１２に進むこととする。

ステップＳ１１１では、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性が、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性よりも高いと判断されているため、カメラ制御部２１により、ステップＳ１１３と同様に、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させる合焦駆動が行われる。

一方、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性が、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性よりも高い場合には、ステップＳ１１２に進み、カメラ制御部２１により、コントラスト検出方式により検出された合焦位置に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させる合焦駆動が行われる。なお、位相差検出方式により合焦位置を検出できず、またコントラスト検出方式によっても合焦位置を検出できない場合には、フォーカスレンズ３２を所定のレンズ位置まで駆動した後、合焦不能表示を行う構成としてもよい。

以上のように、本実施形態に係るカメラ１は動作する。

このように、本実施形態に係るカメラ１は、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とを同時に行うスキャン動作を、所定のスキャン範囲の全域について実行する。そして、所定のスキャン範囲の全域についてスキャン動作を実行した際における、位相差検出方式よる焦点検出結果とコントラスト検出方式による焦点検出結果とに基づいて、合焦位置を検出し、フォーカスレンズ３２を、検出した合焦位置に駆動させることで、光学系の焦点調節を行う。このように、本実施形態によれば、位相差検出方式により焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とを同時に行うため、位相差検出方式により撮影光学系の焦点状態の検出がし難い場合（たとえば、反射率が同じで、異なる色の被写体を撮影する場合や、低輝度被写体を撮影する場合）や、コントラスト検出方式により撮影光学系の焦点状態の検出がし難い場合（たとえば、輝度が低い被写体を撮影する場合）のいずれの場合でも、撮影光学系の焦点検出を適切に行なうことができる。

また、本実施形態によれば、所定のスキャン範囲の全域についてスキャン動作を実行した結果、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出でき、かつ、コントラスト検出方式により合焦位置が検出できた場合に、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性と、コントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性とを比較し、信頼性の高い方の焦点検出結果に基づいて、焦点調節を行う。このように、本実施形態によれば、位相差検出方式およびコントラスト検出方式による焦点検出結果を比較し、より信頼性の高い方の焦点検出結果に基づいて焦点調節を行うことができるため、位相差検出方式およびコントラスト検出方式のうちのいずれか一方の方式で得られた焦点検出結果のみに基づいて焦点調節を行う場合と比べて、偽合焦を有効に防止することができ、光学系の焦点調節をより高い精度で行うことができる。

さらに、本実施形態では、所定のスキャン範囲の全域についてスキャン駆動を実行することで、たとえば、コントラスト検出方式により焦点評価値がピークとなるレンズ位置（ピーク位置）が複数検出された場合でも、合焦位置に対応する焦点評価値のピーク位置を適切に選択することができるため、偽合焦をより有効に防止することができ、光学系の焦点調節をより適切に行うことができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、上述した実施形態では、スキャン範囲の全域についてスキャン動作を行った結果、位相差検出方式およびコントラスト検出方式による焦点検出結果が得られた場合には、位相差検出方式による焦点検出結果と、コントラスト検出方式による焦点検出結果のうち、信頼性の高い方の焦点検出結果に基づいて、フォーカスレンズ３２の合焦駆動を行う構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、ステップＳ１０６で設定したスキャン範囲の全域についてスキャン動作を行った結果、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出でき、かつ、コントラスト検出方式により合焦位置が検出できた場合に、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づいて得られる合焦位置と、コントラスト検出方式により検出された合焦位置との平均位置に、フォーカスレンズ３２を合焦駆動させる構成としてもよい。あるいは、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づいて得られる合焦位置と、コントラスト検出方式により検出された合焦位置とに対して、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性およびコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性による重み付けを行い、重み付けしたデフォーカス量に基づく合焦位置と、コントラスト検出方式により検出された合焦位置との平均位置に、フォーカスレンズ３２を駆動させる構成としてもよい。

なお、上述した実施形態のカメラ１は特に限定されず、例えば、デジタルビデオカメラ、レンズ一体型のデジタルカメラ、携帯電話用のカメラなどのその他の光学機器に本発明を適用してもよい。

１…デジタルカメラ
２…カメラ本体
２１…カメラ制御部
２２…撮像素子
２２１…撮像画素
２２２ａ，２２２ｂ…焦点検出画素
３…レンズ鏡筒
３２…フォーカスレンズ
３６…フォーカスレンズ駆動モータ
３７…レンズ制御部

Claims (8)

1. 位相差を用いてデフォーカスを検出する第１検出部と、
   焦点評価値を検出する第２検出部と、
   前記第１検出部により検出された前記デフォーカスを用いて第１合焦位置を演算し、前記第２検出部により検出された前記焦点評価値を用いて第２合焦位置を演算し、前記第１合焦位置と前記第２合焦位置とを用いて第３合焦位置を演算する演算部と、
   前記演算部により演算された前記第３合焦位置にフォーカスレンズを移動させる制御をする制御部とを有する焦点調節装置。
2. 請求項１に記載された焦点調節装置であって、
   前記演算部は、前記フォーカスレンズが移動しているときに前記第１検出部により検出された前記デフォーカスを用いて前記第１合焦位置を演算し、前記フォーカスレンズが移動しているときに前記第２検出部により検出された前記焦点評価値を用いて前記第２合焦位置を演算する焦点調節装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載された焦点調節装置であって、
   前記第１検出部により検出された前記デフォーカスを用いて前記演算部により合焦位置が演算されないとき、前記制御部は、前記フォーカスレンズを移動させるスキャン制御を行い、
   前記演算部は、前記制御部により前記スキャン制御がされているときに前記第１検出部により検出された前記デフォーカスを用いて前記第１合焦位置を演算し、前記制御部により前記スキャン制御がされているときに前記第２検出部により検出された前記焦点評価値を用いて前記第２合焦位置を演算する焦点調節装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載された焦点調節装置であって、
   前記制御部は、スキャン制御をする範囲の全域について前記フォーカスレンズを移動した後、前記制御部により前記スキャン制御がされているときに前記第１検出部により検出された前記デフォーカスを用いて前記第１合焦位置を演算し、前記制御部により前記スキャン制御がされているときに前記第２検出部により検出された前記焦点評価値を用いて前記第２合焦位置を演算する焦点調節装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載された焦点調節装置であって、
   前記演算部は、前記第１合焦位置と前記第２合焦位置との平均位置を前記第３合焦位置として演算する焦点調節装置。
6. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載された焦点調節装置であって、
   前記演算部は、前記第１検出部による検出の信頼性と前記第２検出部による検出の信頼性とを用いて決定された重み付けを前記第１合焦位置及び前記第２合焦位置に行い、重み付けされた前記第１合焦位置及び前記第２合焦位置に基づく位置を前記第３合焦位置として演算する焦点調節装置。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載された焦点調節装置であって、
   複数の撮像用画素と複数の焦点検出用画素とを有する撮像部を備え、
   前記第１検出部は、前記焦点検出用画素から出力された信号に基づいて、前記デフォーカスを検出し、
   前記第２検出部は、前記撮像用画素から出力された信号に基づいて、前記焦点評価値を検出する焦点調節装置。
8. 請求項１から請求項７の何れか１項に記載された焦点調節装置を有する撮像装置。
   

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