JP6098097B2 - 焦点調節装置、焦点検出装置、および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点調節装置、焦点検出装置、および撮像装置に関する。

従来より、複数の画素からなる一対の受光センサから一対の画素列データを読み出し、読み出した一対の画素列データの相関演算を行うことで、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）。

特開平６−３０８３７８号公報

しかしながら、従来技術では、たとえば、一対の受光センサを構成する画素の数が多く、一対の画素列データのデータ量が大きい場合には、相関演算に要する演算時間が長くなり、その結果、焦点検出に要する時間が長くなってしまうという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、好適な焦点調節が可能な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、複数の第１焦点検出画素から出力された信号による第１データと、複数の第２焦点検出画素から出力された信号による第２データとを相対的にシフトさせて前記第１データと前記第２データとの相関値を算出して、焦点調節光学系を有する光学系の焦点状態を検出する焦点検出部（２１）と、前記焦点検出部の焦点検出結果により、第１範囲で焦点調節光学系を駆動制御する制御部（２１）と、を備え、前記焦点検出部は、前記光学系から前記第１範囲の情報を取得し、前記第１範囲より広い第２範囲から、前記第１データと前記第２データを相対的にシフトするシフト範囲を求め、前記シフト範囲で取得した前記第１範囲から前記第１データと前記第２データを相対的にシフトする範囲であり前記第１範囲より広い第２範囲を求め、前記第２範囲で前記相関値を算出し、前記制御部は、算出された前記相関値によって基づいて前記第１範囲で前記焦点検出光学系を駆動制御する。

[２]上記焦点調節装置に係る発明において、前記制御部（２１）は、前記相関値に基づいて前記焦点調節光学系（３２）を駆動させた場合に、前記焦点調節光学系が前記第１範囲よりも無限遠側に駆動することとなる場合、または、前記焦点調節光学系が前記第１範囲よりも至近側に駆動することとなる場合には、前記焦点調節光学系の駆動を禁止するように構成することができる。

[３]上記焦点調節装置に係る発明において、前記制御部（２１）は、前記相関値に基づいて前記焦点調節光学系（３２）を駆動させた場合に、前記焦点調節光学系が前記第１範囲よりも無限遠側に駆動することとなる場合には、前記焦点調節光学系の駆動を禁止し、前記焦点調節光学系が前記第１範囲よりも至近側に駆動することとなる場合には、前記焦点調節光学系の駆動を許可するように構成することができる。

[４]上記焦点調節装置に係る発明において、前記焦点検出部（２１）は、前記相関値の極値が得られるシフト量に基づいて前記光学系の像面のずれ量を算出し、前記相関値の極値が得られるシフト量が、前記第２範囲内のレンズ位置に対応するシフト量となる前記シフト範囲において、前記第１データ及び前記第２データの相関演算を行うように構成することができる。

[５]上記焦点調節装置に係る発明において、前記焦点検出部（２１）は、前記第２範囲の端部に対応するシフト量において前記相関量の極値が得られるように、前記第２範囲を超えた範囲に対応する前記シフト範囲において、前記第１データ及び前記第２データの相関演算を行うように構成することができる。

[６]上記焦点調節装置に係る発明において、前記光学系による像を撮像する撮像部（２２）をさらに備え、前記第１焦点検出画素及び前記第２焦点検出画素を有する受光センサ（２２２ａ，２２２ｂ）を、前記撮像部の受光面に備えるように構成することができる。

[７]本発明に係る焦点調節装置において、前記第１焦点検出画素は第１方向に配置され、前記第２焦点検出画素は前記１方向に配置されている。

[８]本発明に係る撮像装置は、上記焦点調節装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、好適な焦点調節を実現することができる。

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、フォーカスレンズの駆動範囲を説明するための図である。 図３は、図１に示す撮像素子の撮像面を示す正面図である。 図４は、図３のＩＶ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５（Ａ）は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図５（Ｃ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図５（Ｄ）は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す断面図、図５（Ｅ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す断面図、図５（Ｆ）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６は、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの大きさを説明するための図である。 図７は、従来の位相差検出モジュールに備えられているラインセンサを構成する各画素の大きさを説明するための図である。 図８は、図４のVIII-VIII線に沿う断面図である。 図９は、第１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。 図１０は、第１実施形態で設定されるシフト範囲を説明するための図である。 図１１は、第２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。 図１２は、第２実施形態で設定されるシフト範囲を説明するための図である。 図１３は、他の実施形態で設定されるシフト範囲を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

≪第１実施形態≫
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、フォーカスレンズ３２の現在位置と、フォーカスレンズ３２の駆動範囲の端部の位置とを検出し、検出した位置情報をレンズ情報としてカメラ制御部２１に送信する。ここで、図２は、フォーカスレンズ３２の駆動範囲を説明するための図である。本実施形態においては、フォーカスレンズ３２の駆動範囲として、図２に示すように、駆動制御範囲、ソフトリミット範囲、および、ハードリミット範囲の異なる３種類の範囲が設けられている。駆動制御範囲は、レンズ鏡筒３の種別ごとに予め設定される範囲であり、ユーザにレンズ鏡筒３の撮影距離を保証する範囲である。すなわち、駆動制御範囲は、無限遠に存在する被写体に合焦可能なフォーカスレンズ３２のレンズ位置である無限遠端位置から、レンズ鏡筒３が保証する最短撮影距離に存在する被写体に合焦可能なフォーカスレンズ３２のレンズ位置である至近端位置までの範囲である。また、ハードリミット範囲は、レンズ鏡筒３においてフォーカスレンズ３２の駆動が機械的・物理的に制限される範囲であり、レンズ鏡筒３の構造上、フォーカスレンズ３２は無限遠側可動限界位置から無限遠側、および、至近側可動限界位置から至近側に駆動することはできない。また、ソフトリミット範囲は、フォーカスレンズ３２を至近側可動限界位置または無限遠側可動限界位置まで駆動させた場合に、レンズ鏡筒３が機械的・物理的に故障してしまうことを防止するために、フォーカスレンズ３２の駆動を制限する範囲であり、具体的には、オーバー至近端位置からオーバー無限遠端位置までの範囲である。レンズ制御部２１は、これらの範囲の位置情報と、フォーカスレンズ３２の現在位置とを含むレンズ情報を、カメラ制御部２１に送信する。

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３は、撮像素子２２の撮像面を示す正面図、図４は、図３のＩＶ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４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５（Ａ）は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図５（Ｄ）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５（Ｄ）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４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３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（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図５（Ｅ）は、焦点検出画素２２２ａの断面図である。また、図５（Ｃ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図５（Ｆ）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（Ｂ）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５（Ｅ）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（Ｃ）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５（Ｆ）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４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３に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する。

ここで、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂは、図６に示すように、その構造上、撮像画素２２１と略同一のサイズとする必要があるため、撮像画素２２１と略同一のサイズ、すなわち、縦幅Ｌ１および横幅Ｌ２がともに、通常、１０μｍ以下程度の大きさに設定される。一方、従来の位相差検出モジュールに備えられるラインセンサ（位相差検出専用のセンサ）においては、図７に示すように、そのサイズに特に制約がないため、ラインセンサ５０の各画素５０ａの大きさは、通常、縦幅Ｌ３が数百μｍ程度、横幅Ｌ４が数十μｍ〜数百μｍ程度の大きさに設定されている。すなわち、従来のラインセンサ５０の各画素５０ａの大きさは、数百μｍ×数十μｍ〜数百μｍであるのに対し、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂは、１０μｍ四方以下のサイズに設定されている。なお、図６は、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの画素の大きさを説明するための図であり、図７は、従来の位相差検出モジュールに備えられているラインセンサを構成する各画素の大きさを説明するための図である。

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（Ｂ）、図５（Ｃ）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４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４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（画素列データともいう）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。

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、本実施形態において、カメラ制御部２１は、位相差検出方式による像ズレ量の演算する際に、レンズ制御部３７からレンズ情報を取得し、フォーカスレンズ３２の現在の位置情報と、フォーカスレンズ３２の駆動範囲の位置情報とに基づいて、像ズレ量を演算する。なお、位相差検出方式による像ズレ量の演算方法の詳細は後述する。

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、以下の処理は、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、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）がされたかどうかの判断が行なわれる。シャッターレリーズボタンが半押しされた場合は、ステップＳ１０２に進み、一方、シャッターレリーズボタンが半押しされていない場合は、ステップＳ１０１で待機する。

ステップＳ１０２では、カメラ制御部２１により、レンズ制御部３７から、レンズ情報の取得が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、図２に示すように、フォーカスレンズ３２の現在位置や、フォーカスレンズ３２の駆動範囲を含むレンズ情報を取得する。

そして、ステップＳ１０３では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０２で取得したレンズ情報に基づいて、一対の画素列データのシフト範囲の設定が行われる。ここで、後述するステップＳ１０５の相関演算では、一対の画素列データをシフトさせながら、一対の画素列データの相関量を算出する相関演算が行われる。このステップＳ１０３で設定されるシフト範囲は、ステップＳ１０５の相関演算を行う際に、一対の画素列データをシフトさせることができる範囲となる。

具体的には、カメラ制御部２１は、まず、下記式（１）に示すように、ソフトリミット範囲のオーバー無限遠端位置ＰＩ_１と、フォーカスレンズ３２の現在位置Ｐとの差に、像面変化係数ｒ（フォーカスレンズ３２の駆動による像面変化量／フォーカスレンズ３２の実際の駆動量）を乗じることで、フォーカスレンズ３２を現在位置からオーバー無限遠端位置ＰＩ_１まで駆動させた場合の像面変化量（デフォーカス量）を、無限遠側像面変化量Ｄ_１として算出する。
（ＰＩ_１−Ｐ）×ｒ＝Ｄ_１ ・・・（１）
なお、本実施形態において、カメラ制御部２１は、オーバー無限遠端位置ＰＩ_１とフォーカスレンズ３２の現在位置Ｐとの差（ＰＩ_１−Ｐ）を、フォーカスレンズ３２を現在位置Ｐからオーバー無限遠端位置ＰＩ_１まで駆動させるために必要なパルス数で算出することができる。またこの場合、像面変換係数ｒを、１パルス当たりの像面変化量として予め記憶することができる。

さらに、カメラ制御部２１は、下記式（２）に示すように、算出した無限遠側像面変化量Ｄ_１と、一対の画素列データのシフト量を像面変化量（デフォーカス量）に変換するための変換係数ｋとに基づいて、フォーカスレンズ３２を現在位置からオーバー無限遠端位置まで駆動させた場合の像面変化量に対応する画素列データのシフト量Ｓｆｔ_１を算出する。
Ｄ_１／ｋ＝Ｓｆｔ_１ ・・・（２）
なお、画素列データのシフト量に対する像面変化量の大きさは絞り３４の開口径に応じて変化するため、変換係数ｋを、絞り３４の開口径に応じて設定することが好適である。たとえば、絞り値がＦ５．６である場合には、変換係数ｋを、絞り値がＦ２．８の場合の変化係数の１／２の大きさに設定することができる。また、変換係数ｋとして、特定の絞り値（たとえばＦ２．８）に対応する値を予め設定しておき、変換係数ｋを用いて算出したシフト量を、絞り値に応じて補正する構成としてもよい。

さらに、カメラ制御部２１は、下記式（３）に示すように、算出したシフト量Ｓｆｔ_１に、所定の検出マージンΔＳを加えたシフト量を、画素列データのシフト範囲の無限遠側シフト量Ｓｒ_１として算出する。
Ｓｆｔ_１＋ΔＳ＝Ｓｒ_１ ・・・（３）
ここで、後述するように、光学系の焦点状態を検出する場合、一対の画素列データの相関量が極小となるシフト量を求め、該シフト量に基づいて像面のずれ量を検出することとなるが、相関量が極小となっているか否かを判断するためには、相関量が極小となるシフト量の前後のシフト量において、相関量が極小となるシフト量よりも、相関量が大きいことを検出する必要がある。そのため、オーバー無限遠端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_１において相関量が極小となる場合に、オーバー無限遠端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_１において相関量が極小となっていると判断するためには、オーバー無限遠位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_１よりも大きいシフト量まで、一対の画素間データをシフトさせる必要があり、そのため、カメラ制御部２１は、オーバー無限遠位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_１よりも検出マージンΔＳだけ大きい無限遠側シフト量Ｓｒ_１を算出する。

同様に、カメラ制御部２１は、ソフトリミット範囲のオーバー至近端位置ＰＩ_２と、フォーカスレンズ３２の現在位置Ｐとに基づいて、至近側像面変化量Ｄ_２を算出し、算出した至近側像面変化量Ｄ_２に基づいて、オーバー至近端位置ＰＩ_２に対応する画素列データのシフト量Ｓｆｔ_２を算出し、算出したシフト量Ｓｆｔ_２に検出マージンΔＳを加えた至近側シフト量Ｓｒ_２を算出する。そして、カメラ制御部２１は、無限遠側シフト量Ｓｒ_１および至近側シフト量Ｓｒ_２が得られるシフト量の範囲を、シフト範囲として設定する。

ここで、図１０は、第１実施形態に係るシフト範囲を説明するための図である。カメラ制御部２１は、上記式（１）〜（３）に基づいて、フォーカスレンズ３２の現在位置とオーバー無限遠端位置との距離（レンズ駆動量）を像面変化量に変換し、像面変化量をシフト量に変換することで、図１０に示すように、オーバー無限遠端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_１を算出する。同様に、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２の現在位置とオーバー至近端位置との距離（レンズ駆動量）を像面変化量に変換し、像面変化量をシフト量に変換することで、図１０に示すように、オーバー至近端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_２を算出する。さらに、カメラ制御部２１は、図１０に示すように、オーバー無限遠端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_１に検出マージンΔＳを加えたシフト量を無限遠側シフト量Ｓｒ_１として算出するとともに、オーバー至近端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_２に検出マージンΔＳを加えたシフト量を至近側シフト量Ｓｒ_２として算出する。そして、カメラ制御部２１は、図１０に示すように、無限遠側シフト量Ｓｒ_１と至近側シフト量Ｓｒ_２とが得られる範囲を、シフト範囲として設定する。

次いで、ステップＳ１０４では、カメラ制御部２１により、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにより出力された一対の画素列データの取得が行われる。ここで、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂは、図８に示すように、一対の測距瞳３５１，３５２の並び方向に配列されているため、各焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃにおいて、測距瞳３５１に対応する複数の焦点検出画素２２２ａ（２２２ａ−１，２２２ａ−２，・・・）の出力からなる画素列データＡと、測距瞳３５２に対応する複数の焦点検出画素２２２ｂ（２２２ｂ−１，２２２ｂ−２，・・・）の出力からなる画素列データＢとを出力する。カメラ制御部２１は、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂから、このように出力された画素列データＡおよび画素列データＢを取得する。

そして、ステップＳ１０５では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０３で設定したシフト範囲内において、一対の画素列データの相関演算が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、下記式（４）に示すように、ステップＳ１０４で取得した一対の画素列データＡおよび画素列データＢを互いにシフトさせながら、画素列データＡと画素列データＢとの相関量Ｃ（ｋ）を算出する。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜ａ（ｎ＋ｉ）−ｂ（ｎ）｜ …（４）
なお、上記式（４）において、Σ演算はｎについての累積演算（相和演算）を示し、ｉは整数であり、焦点検出画素２２２ａからなる画素列の画素間隔、または焦点検出画素２２２ｂからなる画素列の画素間隔を単位としたシフト量である。なお、上記式（４）の演算結果において、一対の画素列データの相関が高いシフト量において、相関量Ｃ（ｋ）は極小（相関度が極大）になる。

また、本実施形態では、上記式（４）に基づいて相関演算を行う際に、ステップＳ１０３で設定されたシフト範囲内で一対の画素列データをシフトさせながら、一対の画素列データの相関演算を行う。ここで、シフト範囲内で得られたシフト量に基づいてデフォーカス量を算出した場合、算出したデフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置は、オーバー無限遠端位置からオーバー至近端位置までの範囲内となるが、シフト範囲を超えて得られたシフト量に基づいてデフォーカス量を算出した場合、算出したデフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置は、オーバー無限遠端位置よりも無限遠側、または、オーバー至近端位置よりも至近側の位置となる。一方、フォーカスレンズ３２をオーバー無限遠端位置よりも無限遠側に駆動させることはできず、同様に、フォーカスレンズ３２をオーバー至近端位置よりも至近側に駆動させることができないため、たとえ一対の画素列データをシフト範囲を超えてシフトさせて一対の画素列データの相関量を演算しても、演算結果に基づいてフォーカスレンズ３２を駆動させることはできない。そのため、一対の画素列データをシフト範囲を超えてシフトさせる必要はなく、むしろ、シフト範囲を越えて一対の画素列データをシフトさせて相関演算を行うことにより、相関演算の演算時間が長くなったり、ノイズによる誤検出が生じる可能性が高くなってしまう。本実施形態では、ステップＳ１０３で設定されたシフト範囲内で一対の画素列データの相関演算を行うことで、相関演算の演算時間の短縮や、ノイズによる誤検出の抑制を図ることができる。

そして、カメラ制御部２１は、算出した相関量Ｃ（ｋ）に基づいて、相関量の極小値を算出する。本実施形態では、たとえば、以下の下記式（５）〜（８）に示す３点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する極小値Ｃ（ｘ）と、極小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを算出することができる。なお、下記式に示すＣ（ｋｊ）は、上記式（４）で得られた相関量Ｃ（ｋ）のうち、Ｃ（ｋ−１）≧Ｃ（ｋ）およびＣ（ｋ＋１）＞Ｃ（ｋ）の条件を満たす値である。
Ｄ＝｛Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ＋１）｝／２ …（５）
Ｃ（ｘ）＝ Ｃ（ｋｊ）−｜Ｄ｜ …（６）
ｘ＝ｋｊ＋Ｄ／ＳＬＯＰ …（７）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ（ｋｊ＋１）−Ｃ（ｋｊ），Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ）｝ …（８）

ステップＳ１０６では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０５で算出されたシフト量ｘ（相関量の極小値を与えるシフト量ｘ）と、シフト量ｘを像面変化量（デフォーカス量）に変換するための変換係数ｋとに基づいて、デフォーカス量の算出が行われる。たとえば、カメラ制御部２１は、下記式（９）に基づいて、デフォーカス量ｄｆを算出することができる。
ｄｆ＝ｋ・ｘ …（９）
なお、上記式（９）に示す変換係数ｋは、上記式（２）に示す変換係数ｋと同じ係数となる。

そして、続くステップＳ１０７では、カメラ制御部２１により、デフォーカス量が算出できたか否かの判断が行われる。デフォーカス量を算出できた場合には、測距可能と判断して、ステップＳ１０８に進む。一方、デフォーカス量を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Ｓ１１０に進む。なお、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い、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Ｓ１１０に進むこととする。カメラ制御部２１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することができる。

ステップＳ１０８では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０５で算出したデフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が、無限遠端位置よりも無限遠側、または、至近端位置よりも至近側の位置となるか否かの判断が行われる。ここで、図２に示す無限遠端位置は、フォーカスレンズ３２のレンズ位置がこの無限遠端位置である場合に、無限遠に存在する被写体に合焦可能なレンズ位置である。一方、被写体は無限遠よりも無限遠側に存在することはないため、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が無限遠端よりも無限遠側の位置である場合には、画素列データに生じたノイズなどによる合焦位置の誤検出の可能性があり、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置までフォーカスレンズ３２を駆動させた場合に、ピントがぼけてしまう場合がある。また、図２に示す至近端位置は、フォーカスレンズ３２のレンズ位置がこの至近端位置である場合に、レンズ鏡筒３の最短撮影距離に存在する被写体に合焦可能なレンズ位置であるため、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が至近端よりも至近側の位置である場合には、同様に、画素列データに生じたノイズなどによる合焦位置の誤検出の可能性があり、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置までフォーカスレンズ３２２を駆動させた場合に、ピントがぼけてしまう場合がある。そこで、本実施形態では、フォーカスレンズ３２が無限遠端位置よりも無限遠側の位置、または、至近端位置よりも至近側の位置まで駆動することを防止するために、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が、無限遠端位置よりも無限遠側、または、至近端位置よりも至近側の位置となるか否かの判断を行う。そして、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が、無限遠端位置よりも無限遠側である場合、または、至近端位置よりも至近側の位置である場合には、合焦位置の誤検出によりピントがぼけてしまうことを防止するために、フォーカスレンズ３２を駆動させることなく、カメラ１の動作を終了する。一方、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が、無限遠端位置よりも無限遠側の位置ではなく、かつ、至近端位置よりも至近側の位置でない場合には、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、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、ステップＳ１０５で算出し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ため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。

一方、ステップＳ１０７で、デフォーカス量を算出できなかった場合には、ステップＳ１１０に進み、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、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、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、スキャン駆動を行う方向は特に限定されず、フォーカスレンズ３２のスキャン駆動を、無限端から至近端に向かって行なってもよいし、あるいは、至近端から無限端に向かって行なってもよい。

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画素列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。

ステップＳ１１１では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１１０のスキャン動作を行なった結果、合焦位置が検出できたか否かの判断が行われる。合焦位置が検出できた場合は、ステップＳ１１２に進み、合焦位置までフォーカスレンズ３２の合焦駆動が行われる。一方、フォーカスレンズ３２の駆動範囲の全域について、スキャン駆動しても合焦位置を検出できなかった場合には、合焦不能と判断して、このカメラ１の動作を終了する。

以上のように、第１実施形態においては、位相差により光学系の焦点状態を検出する際に、図２に示すように、フォーカスレンズ３２の現在位置と、ソフトリミット範囲のオーバー無限遠端位置およびオーバー至近端位置との位置関係に基づいて、一対の画素列データをシフトさせるシフト範囲を設定する。そして、設定シフト範囲内において一対の画素列データをシフトさせて一対の画素列データの相関演算を行うことで、一対の画素列データをシフト可能な全範囲でシフトさせて一対の画素列データの相関演算を行う場合と比べて、一対の画素列データの相関演算を行う演算量を少なくすることができ、その結果、相関演算における演算時間を短縮することができるとともに、一対の画素列データに生じたノイズなどによる合焦位置の誤検出を抑制することができる。

特に、本実施形態では、図６および図７に示すように、撮像素子２２の受光面に焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを備えており、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂは、従来のラインセンサ５０と比べて、画素の数が多いため、一対の画素列データのデータ容量は大きくなる。このような場合でも、本実施形態では、一対の画素列データをシフトさせるシフト範囲を設定し、該シフト範囲で一対の画素列データの相関演算を行うことで、一対の画素列データの相関演算を行う演算量を少なくすることができ、光学系の焦点状態に要する時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が、無限遠端位置よりも無限遠側、または、至近端位置よりも至近側の位置となる場合には、フォーカスレンズ３２を駆動させないように制御を行う。ここで、図２に示す無限遠端位置は、フォーカスレンズ３２のレンズ位置がこの無限遠端位置である場合に、無限遠に存在する被写体に合焦可能なレンズ位置である一方、被写体は無限遠よりも無限遠側に存在することはないため、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が無限遠端よりも無限遠側の位置である場合には、画素列データに生じたノイズなどによる合焦位置の誤検出の可能性があり、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置までフォーカスレンズ３２を駆動させた場合に、ピントがぼけてしまう場合がある。また、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が至近端よりも至近側の位置である場合も同様である。これに対して、本実施形態では、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の位置が、無限遠端位置よりも無限遠側、または、至近端位置よりも至近側である場合には、フォーカスレンズ３２の駆動を禁止することで、合焦位置の誤検出によりフォーカスレンズ３２が合焦位置ではないレンズ位置に駆動してしまい、その結果、ピントがぼけてしまうことを有効に防止することができる。

≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。第２実施形態では、図１に示すカメラ１において、図１１に示すように、カメラ１が動作すること以外は、第１実施形態と同様である。以下において、図１１を参照して、第２実施形態に係るカメラ１の動作について説明する。なお、図１１は、第２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。

まず、ステップＳ２０１では、第１実施形態のステップＳ１０１と同様に、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）がされたかどうかの判断が行なわれ、シャッターレリーズボタンが半押しされた場合には、ステップＳ２０２に進み、レンズ情報の取得が行われる。一方、シャッターレリーズボタンが半押しされていない場合は、ステップＳ２０１で待機する。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で取得したレンズ情報に基づいて、後述するステップＳ２０５において一対の画素列データの相関演算を行う際に用いられるシフト範囲の設定が行われる。ここで、ステップＳ２０２で取得したレンズ情報には、フォーカスレンズ３２の現在位置、無限端位置、および至近端位置の位置情報が含まれており、カメラ制御部２１は、無限遠端位置から至近端位置までのフォーカスレンズ３２の駆動範囲に対応するシフト範囲を設定する。ここで、図１２は、第２実施形態におけるシフト範囲を説明するための図である。カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２の現在位置と無限遠端位置との距離（レンズ駆動量）を像面変化量に変換し、像面変化量をシフト量に変換することで、図１２に示すように、無限遠端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_１’を算出する。同様に、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２の現在位置と至近端位置との距離（レンズ駆動量）を像面変化量に変換し、該像面変化量をシフト量に変換することで、図１２に示すように、至近端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_２’を算出する。さらに、カメラ制御部２１は、図１２に示すように、無限遠端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_１’に検出マージンΔＳを加えたシフト量を無限遠側シフト量Ｓｒ_１’として算出するとともに、至近端位置に対応するシフト量Ｓｆｔ_２’に検出マージンΔＳを加えたシフト量を至近側シフト量Ｓｒ_２’として算出する。そして、カメラ制御部２１は、無限遠側シフト量Ｓｒ_１’と至近側シフト量Ｓｒ_２’とが得られる範囲を、シフト範囲として設定する。

そして、ステップＳ２０４では、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにより出力された一対の画素列データの取得が行われ、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で取得した一対の画素列データの相関演算が行われる。なお、第２実施形態では、ステップＳ２０３で設定されたシフト範囲内において一対の画素列データをシフトさせながら、一対の画素列データの相関量を算出し、算出した相関量が極小となるシフト量を算出する。

ステップＳ２０６，Ｓ２０７では、第１実施形態のステップＳ１０６，Ｓ１０７と同様に、ステップＳ２０５で算出されたシフト量に基づいて、デフォーカス量の算出が行われ（ステップＳ２０６）、デフォーカス量が算出できたか否かの判断が行われる（ステップＳ２０７）。そして、デフォーカス量が算出できた場合には、測距可能と判断され、ステップＳ２０８に進み、デフォーカス量に基づく合焦駆動が行なわれる。一方、デフォーカス量を算出できなかった場合には、スキャン動作を行うために、ステップＳ２０９に進み、スキャン動作が行われる。

そして、スキャン動作を行なった結果、合焦位置が検出できた場合には（ステップＳ２１０＝Ｙｅｓ）、合焦位置までフォーカスレンズ３２の合焦駆動が行われ（ステップＳ２１１）、一方、合焦位置を検出できなかった場合には（ステップＳ２１０＝Ｎｏ）、合焦不能と判断して、カメラ１の動作を終了する。

以上のように、第２実施形態では、位相差により光学系の焦点状態を検出する際に、図２に示すように、フォーカスレンズ３２の現在位置と、駆動制御範囲の無限遠端位置および至近端位置との位置関係に基づいて、一対の画素列データをシフトさせるシフト範囲を設定する。そして、設定したシフト範囲内で一対の画素列データをシフトさせながら、一対の画素列データの相関量を演算し、シフト範囲内で一対の画素列データの相関量が極小となるシフト量に基づいて、フォーカスレンズ３２を無限遠端から至近端までの駆動制御範囲内で駆動させる。これにより、第２実施形態では、一対の画素列データの相関演算にかかる時間をより短縮することができるとともに、不要な演算を行わないことで、画素列データに含まれるノイズなどによる合焦位置の誤検出を有効に防止することができ、合焦位置の誤検出によりフォーカスレンズ３２が合焦位置ではないレンズ位置に駆動してしまい、その結果、ピントがぼけてしまうことを有効に防止することができる。

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、上述した第１実施形態では、一対の画素列データの相関量が極小となるシフト量に基づいてデフォーカス量を算出した場合に、算出したデフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が、無限遠端よりも無限遠側の位置、または至近端よりも至近端側の位置である場合には、フォーカスレンズ３２の駆動を禁止する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が無限遠端よりも無限遠側の位置である場合には、フォーカスレンズ３２の駆動を禁止し、一方、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が至近端よりも至近端側の位置である場合には、フォーカスレンズ３２を至近端を超えて駆動させる構成としてもよい。たとえば同じ種別のレンズ鏡筒３でもレンズ鏡筒３の個体差によっては、予め設定された至近端よりも至近側の位置で被写体に合焦することができる場合があり、このような場合に、至近端位置よりも至近側まで駆動させることで、被写体にピントを合わせることができる。なお、この場合も、無限遠よりも無限側に被写体は存在しないため、デフォーカス量が示すフォーカスレンズ３２の駆動位置が無限遠端よりも無限遠側の位置にある場合には、フォーカスレンズ３２を無限遠端位置を越えて駆動することは禁止する。

同様に、上述した第２実施形態では、図１２に示すように、無限遠端位置に対応するシフト量Ｄｆｔ_１’に検出マージンΔＳを加えた無限遠側シフト量Ｓｒ_１’および至近端位置に対応するシフト量Ｄｆｔ_２’に検出マージンΔＳを加えた至近側シフト量Ｓｒ_２’が得られるシフト量の範囲を、シフト範囲として設定しているが、この構成に限定されず、たとえば、図１３に示すように、至近側においては、オーバー至近端位置に対応するシフト量Ｄｆｔ_２に検出マージンΔＳを加えた至近側シフト量Ｓｒ_２を算出し、無限遠側シフト量Ｓｒ_１’と至近側シフト量Ｓｒ_２とが得られるシフト量の範囲を、シフト範囲に設定する構成としてもよい。この場合も、予め設定された至近端よりも至近側の位置で被写体に合焦できるレンズ鏡筒３を装着した場合に、フォーカスレンズ３２を至近端位置よりも至近側まで駆動させることができ、予め設定された至近端よりも至近側の位置で被写体に合焦することができる。

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. 複数の第１焦点検出画素から出力された信号による第１データと、複数の第２焦点検出画素から出力された信号による第２データとを相対的にシフトさせて前記第１データと前記第２データとの相関値を算出して、焦点調節光学系を有する光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、
   前記焦点検出部の焦点検出結果により、第１範囲で焦点調節光学系を駆動制御する制御部と、を備え、
   前記焦点検出部は、前記光学系から前記第１範囲の情報を取得し、前記第１範囲より広い第２範囲から、前記第１データと前記第２データを相対的にシフトするシフト範囲を求め、前記シフト範囲で取得した前記第１範囲から前記第１データと前記第２データを相対的にシフトする範囲であり前記第１範囲より広い第２範囲を求め、前記第２範囲で前記相関値を算出し、
   前記制御部は、算出された前記相関値によって基づいて前記第１範囲で前記焦点調節光学系を駆動制御する焦点調節装置。
2. 請求項１に記載の焦点調節装置であって、
   前記制御部は、前記相関値に基づいて前記焦点調節光学系を駆動させた場合に、前記焦点調節光学系が前記第１範囲よりも無限遠側に駆動することとなる場合、または、前記焦点調節光学系が前記第１範囲よりも至近側に駆動することとなる場合には、前記焦点調節光学系の駆動を禁止することを特徴とする焦点調節装置。
3. 請求項１に記載の焦点調節装置であって、
   前記制御部は、前記相関値に基づいて前記焦点調節光学系を駆動させた場合に、前記焦点調節光学系が前記第１範囲よりも無限遠側に駆動することとなる場合には、前記焦点調節光学系の駆動を禁止し、前記焦点調節光学系が前記第１範囲よりも至近側に駆動することとなる場合には、前記焦点調節光学系の駆動を許可することを特徴とする焦点調節装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の焦点調節装置において、
   前記焦点検出部は、
   前記相関値の極値が得られるシフト量に基づいて前記光学系の像面のずれ量を算出し、
   前記相関値の極値が得られるシフト量が、前記第２範囲内のいずれかのレンズ位置に対応するシフト量となる前記シフト範囲において、前記第１データ及び前記第２データの相関演算を行うことを特徴とする焦点調節装置。
5. 請求項４に記載の焦点調節装置において、
   前記焦点検出部は、前記第２範囲の端部に対応するシフト量において前記相関値の極値が得られるように、前記第２範囲を超えた範囲に対応する前記シフト範囲において、前記第１データ及び前記第２データの相関演算を行うことを特徴とする焦点調節装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の焦点調節装置において、
   前記光学系による像を撮像する撮像部をさらに備え、
   前記第１焦点検出画素及び前記第２焦点検出画素を有する受光センサは、前記撮像部の受光面に備えられていることを特徴とする焦点調節装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の焦点調節装置において、
   前記第１焦点検出画素は第１方向に配置され、
   前記第２焦点検出画素は前記１方向に配置されたことを特徴とする焦点調節装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の焦点調節装置を備えた撮像装置。

Images