JP6234058B2 - 焦点調節装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置の自動焦点調節装置に関し、特に撮像面位相差検出方式による焦点調節機能を有するカメラ等に好適な自動焦点調節の技術に関するものである。

２次元配列の各マイクロレンズアレイに設けた一対の光電変換部を用いて、瞳分割方式の位相差検出を行う自動焦点調節（ＡＦ）装置がある。この種のＡＦ装置は、撮像光学系の瞳の異なる部分を通過した２光束（物体像）間の位置的位相差を検出してデフォーカス量に換算する。一般的にピントが合うまでデフォーカス量を検出する度にフォーカスレンズ駆動が行われる。これは、検出したデフォーカス量をレンズ駆動量であるパルスに変換するときの変換係数がフォーカス位置ごとに異なるためである。つまり、ＡＦ装置は現在のフォーカス位置での変換係数を取得し、駆動パルス数を更新してピントを合わせている。合焦状態と比べ、ピントが合っていない状態では２つの物体像が暈ける。このため、デフォーカス量を検出できないか、または、デフォーカス量が誤差を含む場合、１回のデフォーカス量の検出でレンズ移動を行ってピントを合わせることができない。２つの物体像を周期的に取得してデフォーカス量の検出および焦点調節を行う必要がある。

位相差検出方式のＡＦ装置を備えたカメラでは、一般的に焦点調節に良好な輝度信号が得られるよう露出制御を行うが、これはフォーカスレンズが停止している状態で行われる。つまり、周期的なデフォーカス量検出の後、最終的な合焦位置まで繰り返しフォーカスレンズ駆動を行う位相差検出方式では、露出制御をレンズ駆動の開始前に行っている。この方法では、被写体像が大きく暈けた状態のときに問題がある。特に、高輝度被写体の場合、ピントがある程度合っている状態であれば被写体の輝度レベルは非常に高くなる。しかし、像が大きく暈けた状態で露出制御したままピントを合わせていくと、撮像素子から得られる輝度信号のレベルが高くなって飽和することがある。飽和により、ピントを合わせたい被写体のコントラストを適切に評価できないと、焦点状態の誤検出が起こり、ピントを合わせられないか、または、大きくずれる可能性がある。

この問題に対して、特許文献１では、複数のフォーカスエリアの中で高輝度被写体であると判定したフォーカスエリアとその周辺のフォーカスエリアを使用しない方法が開示されている。特許文献２では、フォーカスエリアの面積に対し、フォーカスエリア内で輝度レベルが飽和している範囲の面積の占める割合が所定以上の場合には焦点調節を行わない方法が開示されている。

特開平１−１５７１７３号公報 特開２００６−２１５３９１号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示の従来技術では、選択したフォーカスエリアに対応する高輝度被写体が写っている場合、このフォーカスエリア以外の領域が選択されることになる。また、前記特許文献２に開示の従来技術では、選択したフォーカスエリアが高輝度被写体に対応する場合、このフォーカスエリアでピントを合わせられないことになる。被写体の輝度が高い場合、撮影者の意図した構図でピントの合った画像の撮影とは異なる結果になる可能性がある。

また、接写可能な撮影レンズ（いわゆるマクロレンズ）には、レンズを繰り出していくと急激に実効開放Ｆ値が変わるものがある。例えば、マクロ領域外からマクロ領域に対応する被写体にピントを合わせる場合に、露出制御によりフォーカスエリア内の被写体の輝度がフォーカスレンズ駆動の開始前に適正に得られたとする。しかし、レンズを繰り出していくと撮像素子から得られる輝度信号のレベルが低くなって適正な露出からずれる場合がある。このような条件下では、ピントを合わせたい被写体のコントラストを適切に評価することができないと、焦点状態の誤検出や、ピント合わせの不能または大きなずれが起こり得る。

そこで、本発明の目的は、撮像装置において、焦点調節動作中に露出状態を再調整することで、焦点調節制御に良好な焦点検出用信号が得られるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、撮像光学系を構成する焦点調節用の光学素子の駆動により焦点調節を行う焦点調節装置であって、画素部がマイクロレンズおよび複数の光電変換部を有する撮像素子から、撮影画面の対象領域に対応する画素部の出力する焦点検出用信号を取得して位相差検出を行う焦点検出手段と、前記撮像素子の露出制御を行うとともに、前記焦点検出手段から検出情報を取得して前記対象領域に対応する被写体に対して前記撮像光学系の焦点調節制御を行う制御手段を備える。前記焦点検出手段は、前記対象領域に対応する画素部の出力する前記焦点検出用信号の輝度が飽和しているか否かを判定する飽和判定を行い、前記飽和判定により前記焦点検出用信号が飽和していると判定された場合、前記制御手段は、露出の補正値を取得し、前記補正値に基づき、前記焦点検出用信号の輝度が前記露出制御によって調整できる範囲内であるか否かを判定し、前記露出制御によって調整できる範囲内であると判定された場合は露出制御を行い、前記露出制御によって調整できる範囲外であると判定された場合は、前記対象領域に対応する被写体に対して合焦判定を行う。

本発明によれば、焦点調節動作中に露出状態を再調整することで、焦点調節制御に良好な焦点検出用信号が得られる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。 図１の撮像素子の画素部の構成を説明する模式図である。 本発明の第１実施形態における焦点調節を説明するフローチャートである。 フォーカスエリアに係る画素構成を示す模式図である。 本発明の実施形態における飽和判定処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態における飽和度合算出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態における焦点調節を説明するフローチャートである。

以下に、本発明の各実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。各実施形態では撮影レンズをカメラ本体部に装着して使用するレンズ交換式カメラを例示して説明する。

［第１実施形態］
以下、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成を説明する。
撮像装置は撮影レンズ１０およびカメラ本体部１１から構成される。レンズ制御部１０６は撮影レンズ全体の動作を統括制御し、カメラ制御部１２４はカメラ全体の動作を統括制御する。

まず、撮影レンズ１０の構成について説明する。固定レンズ１０１、絞り１０２、フォーカスレンズ１０３は撮像光学系を構成する。固定レンズ１０１は第１群レンズであり、フォーカスレンズ１０３は焦点調節用の可動光学素子である。フォーカスレンズ１０３はフォーカス駆動部１０５によって駆動される。絞り１０２は、絞り制御部１０４によって駆動され、後述する撮像素子１１２への入射光量を制御する。レンズ制御部１０６は、絞り制御部１０４、フォーカス駆動部１０５を制御し、絞り１０２の開口量や、フォーカスレンズ１０３の位置をそれぞれ決定する。
レンズ制御部１０６は、レンズ操作部１０７によるユーザ操作指示を受け付けた場合、ユーザ操作指示に応じた制御を行う。またレンズ制御部１０６は、カメラ制御部１２４からの制御命令に従って絞り制御部１０４やフォーカス駆動部１０５を制御する。

次に、カメラ本体部１１の構成について説明する。カメラ本体部１１は撮影レンズ１０の撮像光学系を通過した光束から撮像信号を取得する。シャッタ１１１は撮像素子１１２への入射光量を制御する。撮像素子１１２はＣＣＤ（電荷結合素子）センサやＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサである。撮像光学系を通過した光束は撮像素子１１２の受光面上に結像し、光電変換部を構成するフォトダイオード（以下、ＰＤと略記する）によって入射光量に応じた信号電荷に変換される。各ＰＤに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部１２４の指令に従ってタイミングジェネレータ１２５から与えられる駆動パルスに基づき、信号電荷に応じた電圧信号として撮像素子１１２から順次読み出される。

図２は撮像素子１１２における画素部の構成例を示す模式図である。図２（Ａ）はＲ（赤）、Ｂ（青）と、ＧｒおよびＧｂ（緑）の各色に対応する画素のフィルタ配列を示す。図２（Ｂ）は撮像光学系ＴＬと、マイクロレンズＭＬおよびＰＤの光学的関係を示す。
撮像素子１１２は、撮像面位相差検出方式での焦点検出を行うために、１つの画素部に複数（図２では２個）のＰＤを有する。撮像光学系ＴＬの射出瞳ＥＰの全域を通過した光束をマイクロレンズＭＬで分離し、２つのＰＤに結像させることで、撮像用信号と焦点検出用信号を取り出せる。２つのＰＤの信号を加算した信号「Ａ＋Ｂ」が撮像信号である。また、個々のＰＤの出力信号Ａ、Ｂが焦点検出用の２つの像信号である。このような画素部を撮像素子１１２の全域に亘って分散配置することで、撮像画面内の全域で焦点検出が可能である。焦点検出については、焦点検出用信号に基づいて後述する焦点検出信号処理部１１５が行い、対をなす像信号に対して相関演算を行い、像ずれ量や各種信頼性情報を算出する。

撮像素子１１２から読み出された撮像信号および焦点検出用信号は、図１のＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ１１３に入力される。ＣＤＳ回路は、リセットノイズを除去するために相関二重サンプリングを行い、ＡＧＣ回路は自動利得制御を行う。ＡＤコンバータは、アナログ入力信号をデジタル信号に変換する。ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ１１３は、撮像信号を画像入力コントローラ１１４に出力し、位相差焦点検出用の信号を焦点検出信号処理部１１５に出力する。

画像入力コントローラ１１４は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ１１３からの撮像信号をＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）１２１に記憶させる。ＳＤＲＡＭ１２１に格納した画像信号は、バス１１６を介して、表示制御部１１７に送られて表示部１１８に画像表示される。また、撮像信号の記録を行うモード時には、記録媒体制御部１１９が画像データを記録媒体１２０に記録する。また、バス１１６を介して接続されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）１２２は、カメラ制御部１２４が実行する制御プログラムおよび制御に必要な各種データ等を記憶している。フラッシュＲＯＭ１２３は、ユーザ設定情報等のカメラ本体部１１の動作に関する各種設定情報等を記憶する。

焦点検出信号処理部１１５は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ１１３から焦点検出用の２つの像信号を取得して相関演算を行い、像ずれ量を算出する。算出した像ずれ量を含む検出情報はカメラ制御部１２４へ出力される。また、焦点検出信号処理部１１５は、焦点検出用の２つの像信号について飽和判定を行い、飽和判定結果の情報をカメラ制御部１２４へ出力する。なお、本実施形態では、撮像信号および２つの焦点検出用信号、つまり３信号を撮像素子１１２から取り出すが、このような方法に限定されない。撮像素子１１２の負荷を考慮し、例えば撮像信号と焦点検出用信号をそれぞれ１つずつ取り出し、撮像信号と焦点検出用信号の差分を求めることで、もう１つの焦点検出用信号を生成する処理でもよい。

カメラ制御部１２４は、各部と情報を送受し合って各種制御を行う。カメラ制御部１２４は、カメラ本体部１１内の処理や、カメラ操作部１２７からの操作入力信号に従って、電源のＯＮ／ＯＦＦ制御、設定の変更、記録の開始、焦点検出動作の開始、記録映像の確認等の各種処理を実行する。また、カメラ制御部１２４は撮影レンズ１０内のレンズ制御部１０６と通信し、可動光学素子等の制御命令または制御情報を送り、また撮影レンズ１０の光学情報等を取得する。
シャッタ制御部１２６は、カメラ制御部１２４からの制御命令に従ってシャッタ１１１の動作を制御する。

次に、図３のフローチャートを参照して、本実施形態における焦点調節の流れを説明する。以下の処理はカメラ制御部１２４のＣＰＵ（中央演算処理装置）がプログラムを実行することにより実現される。
Ｓ３０１でカメラ制御部１２４は、選択されたフォーカスエリア（撮影画面内で焦点調節を行う対象領域）内の被写体の輝度が適正露出状態となるように露出制御を行う。Ｓ３０２で焦点検出信号処理部１１５は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ１１３から出力された焦点検出用の２つの像信号を取得し、像信号の飽和判定および相関演算を行う。焦点検出信号処理の詳細については後述する。Ｓ３０３でカメラ制御部１２４はフォーカスエリアの輝度レベルの飽和判定を行う。対象領域に対応する被写体の輝度レベルが飽和していると判定された場合、Ｓ３０４へ進み、飽和していないと判定された場合にはＳ３０７へ進む。

Ｓ３０４でカメラ制御部１２４は、現在の露出状態に対する補正値を算出する。フォーカスエリアの輝度レベルが飽和している場合、適正露出状態よりもオーバーになるので露出の補正値はアンダー側の値とする。本実施形態においては、補正値として１段アンダー側にする固定値として説明するが、このような補正方法に限定されない。例えば、輝度レベルが飽和している像信号に基づいて補正値を算出してもよい。なお、このような露出補正は後述の実施形態でも同様である。
Ｓ３０５でカメラ制御部１２４は、Ｓ３０４で算出した露出の補正値が露出制御範囲内であるか否かを判定する。補正値が露出制御範囲内であればＳ３０６へ処理を進め、露出制御範囲外であればＳ３０７へ処理を進める。

Ｓ３０６では、選択されたフォーカスエリアに対応する被写体の輝度が適正露出状態になるように再度露出制御が行われ、再調整の後でＳ３０２へ処理を戻す。またＳ３０７でカメラ制御部１２４は、合焦判定を行う。Ｓ３０２で相関演算により算出された像ずれ量から求まるデフォーカス量が合焦範囲内であるか否かについて判定される。デフォーカス量が合焦範囲内であれば焦点調節を終了し、合焦範囲外であればＳ３０８へ処理を進める。Ｓ３０８でカメラ制御部１２４は、Ｓ３０２において相関演算により算出された像ずれ量から求まるデフォーカス量に基づいて、レンズ制御部１０６に対してフォーカス駆動命令を送出する。レンズ制御部１０６はフォーカス駆動命令に従い、フォーカス駆動部１０５を介してフォーカスレンズ１０３を移動させて焦点調節を行う。そしてＳ３０２に処理を戻す。

本実施形態の焦点調節では、Ｓ３０１の露出制御後、Ｓ３０２で焦点検出用の２つの像信号が取得され、像ずれ量から算出されるデフォーカス量が所定範囲（合焦範囲）内に入るまでＳ３０３、Ｓ３０７、Ｓ３０８の処理が実行される。この間に焦点検出用の像信号が飽和していなければ、合焦状態または非合焦状態の判定が行われて焦点調節を終了する。一方、高輝度被写体の撮影等の場合、焦点検出用の像信号が飽和することがある。この場合、Ｓ３０２ないしＳ３０６の処理は、焦点調節に良好な像信号が得られるか、または、像信号が露出制御によって調整できる範囲内になるまで繰り返される。よって、フォーカスレンズ１０３を移動させて焦点調節を行っているときに、像信号が飽和しても適正な露出状態に調整し直すことができる。その結果、焦点調節に良好な焦点検出用信号が得られ、ピントを合わせたい位置までのデフォーカス量を検出しやすくなる。その後、デフォーカス量が合焦範囲内に入るまで、Ｓ３０２、Ｓ３０３、Ｓ３０７、Ｓ３０８の処理が繰り返される。

次に、図４を参照して、本実施形態における飽和判定処理の概略を説明する。図４に示す「ｉ」は画素位置を特定するためのインデックスであり、「ｊ」は行を特定するためのインデックスである。フォーカスエリア４０１は複数の行からなる。フォーカスエリア４０１のすべての行の画素部から画素データを読み出すことで焦点検出用像信号が生成され、飽和判定処理が実行される。図４には、行４０２を画素単位まで拡大した部分４０３のフィルタ配置を示す。飽和判定処理は、第１ないし第３判定処理を含む。
・第１判定処理：１画素ずつ信号を読み出しながら画素単位で行う画素単位判定処理。
・第２判定処理：１行すべての画素から信号を読み出して行単位で行う行単位判定処理。
・第３判定処理：フォーカスエリア４０１に対して行うエリア判定処理。
焦点検出信号処理部１１５は第１および第２判定処理を行い、カメラ制御部１２４は第３判定処理を行う。カメラ制御部１２４が第１ないし第３判定処理を担当する形態に比べて、処理負担が軽減される。

飽和判定処理について、図５のフローチャートを参照して詳細に説明する。なお、図４と同じ表記を図５でも使用する。
Ｓ５０１からＳ５０６において反復処理が実行される。Ｓ５０１でｊの初期値はゼロであり、最大値Ｌmaxまで１ずつｊ値が増加していく。フォーカスエリア４０１内の各行からデータを読み出しながら、Ｓ５０２にて飽和度合Ｓ（ｉ）が算出される。つまり、行単位の飽和度合ΣＳ（ｉ）が算出される（Σは、インデックスｉについての総和を表す）。Ｓ５０３において、飽和度合ΣＳ（ｉ）が第１閾値Ｓｔｈと比較される。ΣＳ（ｉ）が第１閾値Ｓｔｈより大きい場合、Ｓ５０４に処理を進め、ΣＳ（ｉ）が第１閾値以下である場合、Ｓ５０５に処理を進める。
Ｓ５０４にて、対象となる行が飽和行であると判定され、行単位の飽和判定値Ｌ（ｊ）＝１に設定される。一方、Ｓ５０３においては、対象となる行が飽和行でないと判定され、飽和判定値Ｌ（ｊ）＝０に設定される。なお、Ｓ５０２の飽和度合算出処理については後述する。

すべての行の読み出しを終えると（ｊ＝Ｌmax）、Ｓ５０６においてフォーカスエリア４０１の飽和度合ΣＬ（ｊ）が算出される（Σは、インデックスｊについての総和を表す）。Ｓ５０７でΣＬ（ｊ）は第２閾値Ｌｔｈと比較される。ΣＬ（ｊ）が第２閾値Ｌｔｈより大きい場合、Ｓ５０８へ移行し、フォーカスエリア４０１の輝度レベルが飽和していると判定され、飽和判定処理を終了する。一方、Ｓ５０７でΣＬ（ｊ）が第２閾値以下である場合、フォーカスエリア４０１の輝度レベルが飽和していないと判定され、飽和判定処理を終了する。

続いて、図６のフローチャートを参照して、図５のＳ５０２の飽和度合算出処理について詳述する。なお、図６においても、図４および図５の場合と同じ表記を使用する。
まず、図６で使用する表記について説明する。撮像信号（例えば、加算信号「Ａ＋Ｂ」）をＩとし、焦点検出用の２つの像信号をＡ像信号、Ｂ像信号とする。撮像信号Ｉの１画素については、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、ＢからなるカラーインデックスＣにより識別し、４つの画素信号ＩＲ、ＩＧｒ、ＩＧｂ、ＩＢで構成されるものとする。以下、４つの画素信号をＩＣ（ｉ）と表記する。そして、撮像信号Ｉに係る輝度信号ＩＹ（ｉ）は、画素信号ＩＣ（ｉ）の平均処理によって算出されるものとする。なお、Ａ像信号とＢ像信号にも同様に表記法を用い、Ａ像の画素信号ＡＣ（ｉ）および輝度信号ＡＹ（ｉ）、Ｂ像の画素信号ＢＣ（ｉ）および輝度信号ＢＹ（ｉ）と記す。

以下、飽和度合算出処理の流れを説明する。
Ｓ６０１からＳ６０６内の反復処理では、Ａ像信号の飽和判定が行われる。Ｓ６０１でカラーインデックスＣは、例えばＲ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂの順に変更される。Ｓ６０２でＡ像の画素信号ＡＣ（ｉ）が読み出され、Ｓ６０３で画素信号ＡＣ（ｉ）はＡ像信号の飽和判定閾値Ａｔｈと比較される。画素信号ＡＣ（ｉ）がＡ像信号の飽和判定閾値Ａｔｈよりも大きい場合、Ｓ６０４に移行し、画素信号ＡＣ（ｉ）がＡ像信号の飽和判定閾値Ａｔｈ以下の場合、Ｓ６０６に移行する。
Ｓ６０４において、画素信号ＡＣ（ｉ）は、上限値であるＡ像信号クリップ値Ａｍａｘに設定される。そして、Ｓ６０５において、画素単位の飽和判定値Ｓ（ｉ）が１に設定される。Ｓ６０１からＳ６０６において、すべてのカラーインデックスＣについて画素信号ＡＣ（ｉ）の読み出しを終えると、Ｓ６０７に移行し、Ａ像の輝度信号ＡＹ（ｉ）がΣＡＣ（ｉ）／４により算出される。

次に、Ｓ６０８からＳ６１２内の反復処理では、撮像信号の飽和判定が行われる。Ｓ６０８でカラーインデックスＣは、例えばＲ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂの順に変更される。Ｓ６０９で画素信号ＩＣ（ｉ）が読み出され、Ｓ６１０にて画素信号ＩＣ（ｉ）は撮像信号の飽和判定閾値Ｉｔｈと比較される。画素信号ＩＣ（ｉ）が撮像信号の飽和判定閾値Ｉｔｈより大きい場合、Ｓ６１１に移行し、画素信号ＩＣ（ｉ）が撮像信号の飽和判定閾値以下の場合、Ｓ６１２に移行する。
Ｓ６１１において、画素単位の飽和判定値Ｓ（ｉ）は１に設定される。Ｓ６０８からＳ６１２において、すべてのカラーインデックスＣについて画素信号ＩＣ（ｉ）の読み出しを終えると、Ｓ６１３において輝度信号ＩＹ（ｉ）がΣＩＣ（ｉ）／４により算出される。

さらに、Ｓ６１４へと進み、Ｂ像の輝度信号ＢＹ（ｉ）が、ＩＹ（ｉ）−ＡＹ（ｉ）により算出される。つまり、撮像信号に係る輝度信号ＩＹ（ｉ）からＡ像の輝度信号ＡＹ（ｉ）が減算される。次のＳ６１５において、Ｂ像の輝度信号ＢＹ（ｉ）はＢ像信号の飽和判定閾値Ｂｔｈと比較される。ＢＹ（ｉ）がＢ像信号の飽和判定閾値Ｂｔｈより大きい場合、Ｓ６１６に移行し、ＢＹ（ｉ）がＢ像信号の飽和判定閾値以下の場合、飽和度合算出処理を終了する。Ｓ６１６において、輝度信号ＢＹ（ｉ）は、上限値であるＢ像信号クリップ値Ｂｍａｘに設定される。Ｓ６１７では画素単位の飽和判定値Ｓ（ｉ）に１が設定される。インデックスｉについて処理が行われた後に、飽和度合算出処理を終了する。

本実施形態では、フォーカスエリア内において、フォーカスレンズの駆動による焦点調節中に行う飽和判定処理の結果に基づいて、適正な露出状態に調整し直すことができる。高輝度被写体の場合には、ピントが合うにつれて撮像素子から得られる輝度信号のレベルが飽和することがあるが、適正な露出状態に調整できる。よって、フォーカスエリア内において焦点調節制御に良好な被写体像の輝度信号が得られるので、焦点調節動作を安定させ、また焦点状態の誤検出の発生を抑えることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第２実施形態にて第１実施形態の場合と同様の構成部については既に使用した符号を用いることより、それらの詳細な説明を省略し、主に相違点を説明する。

図７のフローチャートを参照して、本実施形態の焦点調節について説明する。
Ｓ７０１でカメラ制御部１２４は、選択されたフォーカスエリア内の被写体の輝度が適正露出状態になるように露出制御を行う。Ｓ７０２でカメラ制御部１２４は、レンズ制御部１０６から撮影レンズ１０の実効開放Ｆ値を取得してメモリに記憶させる。Ｓ７０３で焦点検出信号処理部１１５は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ１１３から出力された焦点検出用の２つの像信号に基づき、飽和判定および相関演算を行って検出情報等を出力する。焦点検出信号処理の詳細については前述した通りである。Ｓ７０４はフォーカスエリア４０１に関する飽和判定処理である。カメラ制御部１２４は、フォーカスエリア４０１の輝度レベルが飽和していると判断した場合、Ｓ７０５へ処理を進め、飽和していないと判断した場合、Ｓ７０９へ処理を進める。

Ｓ７０５でカメラ制御部１２４は、現在の露出状態に対する補正値を算出する。フォーカスエリア４０１の輝度レベルが飽和している場合、適正な露出状態よりオーバーになるので、露出の補正値はアンダー側の値とする。Ｓ７０６でカメラ制御部１２４は、Ｓ７０５で算出した露出の補正値が露出制御範囲内であるか否かを判定する。露出の補正値が露出制御範囲内であればＳ７０７へ進み、露出制御範囲外であればＳ７１０へ進む。Ｓ７０７でカメラ制御部１２４は、選択されたフォーカスエリア内の被写体の輝度が適正露出状態となるように露出制御を行って再調整する。Ｓ７０８でカメラ制御部１２４は、レンズ制御部１０６から撮影レンズ１０の実効開放Ｆ値を取得してメモリに記憶した後、Ｓ７０３へ処理を戻す。

Ｓ７０９でカメラ制御部１２４は、現在の実効開放Ｆ値と、Ｓ７０２またはＳ７０８で取得した実効開放Ｆ値との差を求める。この差が所定の閾値以上であれば、Ｓ７０５へ処理を進め、閾値未満の場合、Ｓ７１０へ処理を進める。Ｓ７０５、Ｓ７０６からＳ７０７へと進む場合、選択されたフォーカスエリア内の被写体の輝度レベルが適正露出状態となるように再度露出制御が行われる。なお、本実施形態においては、露出の補正値を１段単位で固定値として説明するが、このような方法に限定されない。例えば、実効開放Ｆ値が変化したときの段数に対応する補正値を用いてもよい。
Ｓ７１０でカメラ制御部１２４は合焦判定を行う。Ｓ７０３にて相関演算により算出した像ずれ量から求まるデフォーカス量が合焦範囲内であれば、焦点調節を終了し、合焦範囲外であればＳ７１１へ進む。Ｓ７１１でカメラ制御部１２４は、Ｓ７０３で相関演算により算出された像ずれ量から求まるデフォーカス量に基づいて、レンズ制御部１０６に対してフォーカス駆動命令を送出する。レンズ制御部１０６は、フォーカス駆動部１０５を介してフォーカスレンズ１０３を光軸方向に移動させて焦点調節動作を行う。そしてＳ７０３に処理を戻す。

本実施形態では、Ｓ７０１で焦点調節に良好な焦点検出用像信号が得られる場合には、Ｓ７０３、Ｓ７０４、Ｓ７０９、Ｓ７１０、Ｓ７１１のステップが繰り返される。焦点検出用の像信号が飽和していない場合、または、実効開放Ｆ値が閾値以上変化しない場合、合焦状態または非合焦状態で焦点調節を終了する。一方、焦点調節制御中に焦点検出用の像信号が飽和した場合、Ｓ７０３の後にＳ７０４ないしＳ７０８のステップが実行される。また、撮影レンズの実効開放Ｆ値や、焦点検出用の像信号のレベルが大きく変わる場合、Ｓ７０３ないしＳ７０８のステップが実行される。Ｓ７０４にてフォーカスエリアの輝度レベルが飽和していない状態であって、かつＳ７０９で実効開放Ｆ値の変化が閾値未満の場合、Ｓ７０３ないしＳ７０８のループ処理から抜け出てＳ７１０へ移行する。

本実施形態では、フォーカスレンズ１０３の駆動により焦点調節動作を行っているときにフォーカスエリアの輝度レベルが飽和した場合、または、実効開放Ｆ値が閾値以上に変化した場合には、適正露出状態に調整し直すことができる。よって、焦点調節制御に良好な焦点検出用信号が得られ、合焦位置までのデフォーカス量を検出し易くなる。その後、Ｓ７０３、Ｓ７０４、Ｓ７０９、Ｓ７１０、Ｓ７１１のステップが繰り返し実行される。

本実施形態によれば、フォーカスエリア内において、フォーカスレンズ駆動によりピントを合わせているときに行う飽和判定処理の結果と、撮影レンズの実効開放Ｆ値の変化に基づいて適正な露出状態に再調整される。これにより、焦点調節制御に良好な像信号が得られるので、焦点調節を安定させることができる。
例えば、高輝度被写体の場合、ピントが合うにつれて撮像素子から得られる輝度信号のレベルが飽和することがある。この場合、適正な露出状態に調整し直すことができる。また、マクロ領域外からマクロ領域に対応する被写体にピントを合わせようとした場合、急激に実効開放Ｆ値が変化し、撮像素子から得られる輝度信号のレベルが低下することが起こり得る。この場合に適正な露出状態に調整し直すことができる。よって、フォーカスエリア内において焦点調節制御に良好な像信号が得られ、焦点状態の誤検出の発生を抑えることができる。
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。

１０ 撮影レンズ
１１ カメラ本体部
１０２ 絞り
１０３ フォーカスレンズ
１０６ レンズ制御部
１１１ シャッタ
１１２ 撮像素子
１１５ 焦点検出信号処理部
１２４ カメラ制御部

Claims (9)

1. 撮像光学系を構成する焦点調節用の光学素子の駆動により焦点調節を行う焦点調節装置であって、
   画素部がマイクロレンズおよび複数の光電変換部を有する撮像素子から、撮影画面の対象領域に対応する画素部の出力する焦点検出用信号を取得して位相差検出を行う焦点検出手段と、
   前記撮像素子の露出制御を行うとともに、前記焦点検出手段から検出情報を取得して前記対象領域に対応する被写体に対して前記撮像光学系の焦点調節制御を行う制御手段を備え、
   前記焦点検出手段は、前記対象領域に対応する画素部の出力する前記焦点検出用信号の輝度が飽和しているか否かを判定する飽和判定を行い、
   前記飽和判定により前記焦点検出用信号が飽和していると判定された場合、前記制御手段は、露出の補正値を取得し、前記補正値に基づき、前記焦点検出用信号の輝度が前記露出制御によって調整できる範囲内であるか否かを判定し、前記露出制御によって調整できる範囲内であると判定された場合は露出制御を行い、前記露出制御によって調整できる範囲外であると判定された場合は、前記対象領域に対応する被写体に対して合焦判定を行うことを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記焦点検出手段は、前記位相差検出と、前記検出情報に基づく前記焦点調節用の光学素子の駆動との間に前記飽和判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 撮像光学系を構成する焦点調節用の光学素子の駆動により焦点調節を行う焦点調節装置であって、
   画素部がマイクロレンズおよび複数の光電変換部を有する撮像素子から、撮影画面の対象領域に対応する画素部の出力する焦点検出用信号を取得して位相差検出を行う焦点検出手段と、
   前記撮像素子の露出制御を行うとともに、前記焦点検出手段から検出情報を取得して前記対象領域に対応する被写体に対して前記撮像光学系の焦点調節制御を行う制御手段を備え、
   前記焦点検出手段は、前記位相差検出と、前記検出情報に基づく前記焦点調節用の光学素子の駆動の完了との間に、前記対象領域に対応する画素部の出力する前記焦点検出用信号が飽和しているか否かを判定する飽和判定を行うことが可能であることを特徴とする焦点調節装置。
4. 前記焦点検出手段は、前記露出制御が行われてから、前記位相差検出と前記飽和判定を行い、
   前記飽和判定により前記焦点検出用信号が飽和していないと判定された場合、前記制御手段は前記合焦判定を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
5. 前記制御手段は、前記焦点調節制御を行っているときに前記撮像光学系の実効開放Ｆ値の変化が閾値以上である場合、前記露出の補正値を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
6. 前記制御手段は、前記焦点検出手段により前記焦点検出用信号が飽和していないと判定され、かつ、前記撮像光学系の実効開放Ｆ値の変化が閾値未満である場合、前記対象領域に対応する被写体に対して合焦判定を行うことを特徴とする請求項５に記載の焦点調節装置。
7. 前記焦点検出手段は、前記飽和判定として、前記焦点検出用信号の飽和度合を画素単位で判定する第１判定処理と、さらに前記対象領域の行単位で飽和度合を判定する第２判定処理を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
8. 前記焦点検出手段は、前記第２判定処理にて前記飽和度合を第１閾値と比較することにより飽和判定値を算出し、前記制御手段は、前記飽和判定値の和が第２閾値より大きい場合に前記対象領域に対応する被写体の輝度レベルが飽和していると判定することを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
9. 撮像光学系を構成する焦点調節用の光学素子の駆動により焦点調節を行う焦点調節装置にて実行される制御方法であって、
   画素部がマイクロレンズおよび複数の光電変換部を有する撮像素子から、撮影画面の対象領域に対応する画素部の出力する焦点検出用信号を取得して焦点検出手段が位相差検出を行う焦点検出ステップと、
   前記撮像素子の露出制御を行うとともに、前記焦点検出手段から検出情報を取得して前記対象領域に対応する被写体に対して前記光学素子を駆動することにより、制御手段が前記撮像光学系の焦点調節制御を行う制御ステップを有し、
   前記焦点検出ステップで前記焦点検出手段は、前記対象領域に対応する画素部の出力する前記焦点検出用信号の輝度が飽和しているか否かを判定する飽和判定を行い、
   前記飽和判定により前記焦点検出用信号が飽和していると判定された場合、前記制御ステップで前記制御手段は、露出の補正値を取得し、前記補正値に基づき、前記焦点検出用信号の輝度が前記露出制御によって調整できる範囲内であるか否かを判定し、前記露出制御によって調整できる範囲内であると判定された場合は露出制御を行い、前記露出制御によって調整できる範囲外であると判定された場合は、前記対象領域に対応する被写体に対して合焦判定を行うことを特徴とする焦点調節装置の制御方法。
   

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