(57)【要約】【課題】周期性被写体の場合にも位相差焦点検出にて真のピント位置を検出することを可能とすること。【解決手段】異なる基線長の光学像の組み合わせから撮影レンズのデフォーカス量として、第一のデフォーカス量および第二のデフォーカス量を算出し、算出した第一のデフォーカス量が複数存在するとき、第二のデフォーカス量に基づいてデフォーカス量を選択する選択手段を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズの異なる瞳領域を通過した被写体光から形成される第一の光学像と第二の光学像に基づいて前記撮影レンズの第一のデフォーカス量を算出し、前記第一、第二の光学像とは異なる敏感度をもつ第三の光学像と前記第一の光学像に基づいて前記撮影レンズの第二のデフォーカス量を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された第一のデフォーカス量が複数存在するとき、前記第一のデフォーカス量を前記第二のデフォーカス量に基づいて選択する選択手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第三の光学像は、前記第一、第二の光学像と異なる基線長をもつように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第三の光学像は、前記一対の第一、第二の光学像とは異なる基線長をもつ一対になる光学像の一方の光学像であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第三の光学像は、前記第一、第二の光学像よりも撮影レンズの光軸近傍の光束を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第一のデフォーカス量と前記第二のデフォーカス量にて共通解が得られない場合には、前記算出手段の演算画素数を拡張して再度演算を実施することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第一のデフォーカス量と前記第二のデフォーカス量にて共通解が得られない場合には、前記第一のデフォーカス量と前記第二のデフォーカス量の差異が少なくなる方向を合焦方向と設定し、サーチ駆動を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第一、第二、第三の光学像の基線長を変更可能となるように、絞り開口の開口重心を変更可能に構成することで、前記第一、第二、第三の光学像の敏感度を変更可能に構成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
撮影レンズの異なる瞳領域を通過した被写体光から形成される第一の光学像と第二の光学像に基づいて前記撮影レンズの第一のデフォーカス量を算出し、前記第一、第二の光学像とは異なる敏感度をもつ第三の光学像と前記第一の光学像に基づいて前記撮影レンズの第二のデフォーカス量を算出する算出工程と、
前記算出された第一のデフォーカス量が複数存在するとき、前記第一のデフォーカス量を前記第二のデフォーカス量に基づいて選択する選択工程を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置の焦点検出装置に関し、特に周期的なパターンを測距可能に構成した焦点検出装置を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置に搭載された焦点検出装置にて被写体の焦点状態を検出する際に、被写体が周期的なパターンを持っている場合に、真の合焦位置の他に、周期パターン分ずれた複数の合焦位置の解が求められることがあり、ピントが合わない状態で合焦判定してしまうことがあった。
【０００３】
また、近年では以下の様な、周期性被写体を検出するものも提案されている。特許文献１には、周期性被写体を検出した際に、撮像光学系の複数のビント位置候補にピント位置を変化させ、各ピント位置で取得した評価値に基づき、複数存在する合焦位置から真の合焦位置を求めることを特徴とする焦点検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５５６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術では、周期性被写体の合焦位置を算出する際に、撮像光学系の複数のピント位置に変化させた状態での評価値を求めているため、合焦位置を求めるために撮像光学系を駆動する必要があり、合焦までに時間がかかったり、被写体像のビント状態を変化させて検出していることが認識できてしまうなどの課題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、周期性被写体においても、真の合焦位置を判定することを可能にした撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
撮影レンズの異なる瞳領域を通過した被写体光から形成される第一の光学像と第二の光学像に基づいて前記撮影レンズの第一のデフォーカス量を算出し、前記第一、第二の光学像とは異なる敏感度をもつ第三の光学像と前記第一の光学像に基づいて前記撮影レンズの第二のデフォーカス量を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された第一のデフォーカス量が複数存在するとき、前記第一のデフォーカス量を前記第二のデフォーカス量に基づいて選択する選択手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周期性被写体の場合にも、真の合焦位置を求めることが可能となる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施例の撮像装置の概略図
【図２】本実施例の焦点検出装置の一部構成を示す図
【図３】撮像装置が検出している被写体像の一例を示す図
【図４】焦点検出センサ上に形成された被写体像の関係を示す図
【図５】焦点検出装置にて検出される像の関係を示す図
【図６】周期性被写体を検出して焦点検出を実施する動作のフローチャート
【図７】焦点検出演算処理を示すフローチャート
【図８】撮像装置を構成する焦点検出装置
【図９】焦点検出センサ上に形成された被写体像の関係を示す図
【図１０】焦点検出装置にて検出される像の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、図を参照して、本発明の第１の実施例による、撮像装置について説明する。
【００１２】
図１は本実施例の撮像装置の概略図である。図１に示すように、本実施例の撮像装置２００には、撮像光学系であるところの撮影レンズ１００が不図示のマウント部のレンズ装着機構を介して着脱可能に取り付けられる。マウント部には、電気接点ユニット１０４が設けられている。撮像装置２００は、撮影レンズ１００と前記電気接点ユニット１０４を介して通信を行い、撮影レンズ１００内のレンズ１０１を制御する。なお、図１に示す、撮影レンズ１００内のレンズ１０１としては、フォーカスレンズ、変倍レンズ、固定レンズ等により構成されている。
【００１３】
不図示の被写体からの光束は、撮影レンズ１００内のレンズ１０１を介して、撮像装置２００内のメインミラー２０１に導かれる。メインミラー２０１は、撮影光路内に光軸に対して斜めに配置されて、被写体からの光束を上方のファインダ光学系に導く第１の位置（図示した位置）と、撮影光路外に退避する第２の位置とに移動が可能である。
【００１４】
メインミラー２０１の中央部はハーフミラーになっており、メインミラー２０１が第１の位置にダウンしているときには、被写体からの光束の一部が該ハーフミラー部を透過する。そして、この透過した光束は、メインミラー２０１の背面側に設けられたサブミラー２０２で反射し、焦点検出手段としての焦点検出装置２０７に導かれる。
【００１５】
焦点検出手段２０７は、複数の光学像を形成する結像光学系を構成している。
【００１６】
一方、メインミラー２０１で反射された光束は、撮像素子２０９と光学的に共役な位置に配置されたピント板２０３上に結像する。ピント板２０３にて拡散されてこれを透過した光（被写体像）は、ペンタダハプリズム２０４によって正立像に変換される。正立像は、接眼レンズ２０５によって拡大され、ユーザーにより観察される。
【００１７】
また、メインミラー２０１が第２の位置にアップした際には、サブミラー２０２もメインミラー２０１に対して折り畳まれて撮影光路外に退避し、撮影レンズ１００からの光束は、機械シャッタであるフォーカルプレーンシャッタ２０８を通過し、撮像素子２０９に至る。フォーカルプレーンシャッタ２０８は、撮像素子２０９に入射する光量を制限する。撮像素子２０９は撮影レンズ１により形成された被写体像を光電変換して画像を生成し、電気信号を出力するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成される。２１０はカメラにおける各種演算や各種動作の制御を行うコントローラとしてのカメラＣＰＵである。
【００１８】
また、本実施例の撮像装置２００は、当該撮像装置全体の制御を司るＣＰＵ２１０を有する。ＣＰＵ２１０は、後述する各回路等の動作を制御する。ＣＰＵ２１０には、焦点検出装置２０７、撮像素子２０９等より得られたデータに基づき撮影レンズ１００のデフォーカス量を算出する算出手段、複数得られたデフォーカス量から真のデフォーカス量を限定する限定手段も含まれている。
【００１９】
ＣＰＵ２１０は、電気接点ユニット１０４を介して、撮影レンズ１００内のレンズ制御回路１０３と通信を行う。レンズ制御回路１０３は、ＣＰＵ２１０からの信号に応じて、レンズ１０１を光軸方向に駆動してピント合わせを行うレンズ駆動機構１０２を制御する。レンズ制御回路１０３は、ＣＰＵ２１０からの信号に基づきレンズを制御する制御手段である。レンズ駆動機構１０２は、ステッピングモータを駆動源として有する。
【００２０】
また、ＣＰＵ２１０には、撮像装置個体の識別を行うための固有の情報であるカメラＩＤ（識別）情報や、撮影に関するパラメータの調整値等が記憶されたＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）２１１も接続されている。
【００２１】
表示装置２１２は、撮像素子２０９で撮像された画像データを表示したり、ユーザーが設定する項目を表示したりするための装置であり、一般にはカラーの液晶表示素子により構成される。
【００２２】
さらに、ＣＰＵ２１０には、ユーザーが意思をカメラ２００に伝えるための操作検出部２１３と、カウンター２１４とが接続されている。
【００２３】
操作検出部２１３は、不図示のレリーズボタンや、選択ボタン、後述するブラケット撮影により得られた複数の画像の中から１つを選択させるボタンなどの操作を検出する。
【００２４】
カウンター２１４は、ブラケット撮影を行う際の撮影回数をカウントするためのカウンターである。カウンター２１４の計数値リセットはＣＰＵ２１０により行われる。
【００２５】
一方、撮影レンズ１００において、レンズ制御回路１０３には、該撮影レンズ１００の焦点距離や開放絞り値等の性能情報、該撮影レンズ１００を識別するための固有の情報であるレンズＩＤ（識別）情報、およびＣＰＵ２１０から通信により受け取った情報を記憶するメモリ（図示せず）が設けられている。なお、性能情報およびレンズＩＤ情報は、撮像装置２００への装着時における初期通信により、ＣＰＵ２１０に送信され、ＣＰＵ２１０はこれらをＥＥＰＲＯＭ２１１に記憶させる。
【００２６】
図２は、本実施例の撮像装置に設けられている焦点検出装置２０７の一部構成を示す図である。図２において、１０１は撮影レンズ１００のレンズであり、５００は被写界の検出手段領域を制限する視野マスクであり、本実施例では一つの開口が設けられた系を示している。５１０はフイールドレンズであり、撮像光学系の射出瞳と後述する多孔絞りを結像させる役割を持っている。
【００２７】
５２０は、多孔絞りであり、複数の絞り開口の開口５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄが形成されている。本実施例では、焦点検出センサ上に形成される画像の数と同じ、４個の開口が形成されている。
【００２８】
５３０は、再結像レンズであり、複数の再結像レンズ５３０Ａ、５３０Ｂ、５３０Ｃ、５３０Ｄが形成されており、各再結像レンズにて予定結像面に形成された像を再度、焦点検出センサ上に投影している。
【００２９】
５４０は、再結像レンズ５３０により形成される像を検出する焦点検出素子であるところの焦点検出センサである。本発明の焦点検出センサは、二次元センサで構成されており、センサ全面に検出用の画素が配置されている。
【００３０】
本実施例では焦点検出センサを二次元センサにすることで、今まで駆動回路などを配置するために受光部が配置できなかった領域に画素を配置している。本実施例では、センサ全面が二次元センサとなっている例を示ししているが、検出手段領域のみを二次元センサとしても良い。
【００３１】
本実施例では、光学像として、第一の像５４０Ａ、第二の像５４０Ｂ、第三の像５４０Ｃから第四の像５４０Ｄまで４つの像が焦点検出センサ５４０上に形成されている。第一の像５４０Ａは、予定結像面に形成された像が、視野マスク５１０の開口を通過したのち、開口５２０Ａを通過し、再結像レンズ５３０Ａによって、焦点検出センサ５４０に形成されている。同様に、第二の像５４０Ｂ、第三の像５４０Ｃ、第四の像５４０Ｄについても、開口５２０Ｂ、開口５４０Ｃ、開口５４０Ｄを通過し、再結像レンズ５３０Ｂ、再結像レンズ５３０Ｃ、再結像レンズ５３０Ｄによって、焦点検出センサ５４０に形成される。
【００３２】
本実施例において、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、レンズ１０１の異なる射出瞳領域１０１Ａ、１０１Ｂを通過する光束を使用して焦点検出に用いる一対の像を形成している。このため、撮像光学系の焦点状態によって、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの像間隔が変化することとなり、焦点検出をおこなうことができる。第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、図２において、略水平方向に像が移動することとなり、被写体の略垂直方向成分のパターンを検出する。
【００３３】
第三の像５４０Ｃと第四の像５４０Ｄに関しても、レンズ１０１の異なる射出瞳領域１０１Ｃ、１０１Ｄを通過する光束を使用しており、焦点検出に用いる一対の像を形成しており、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂに対して、略同一直線方向の成分を検出するように構成されている。第三の像５４０Ｃと第四の像５４０Ｄは、被写界上では第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂと同一の被写体検出するように構成されている。
【００３４】
これらの像の例としては、実際の製品では、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの一対の像は、撮像レンズの絞り径ｆ５．６に対応した検出視野で、第三の像５４０Ｃと第四の像５４０Ｄは、絞り径ｆ２．８に対応した検出視野の関係に代表されるものであり、実際に使用する光束は、絞り径ｆ５．６に対応した検出視野はｆ９程度で、絞り径ｆ２．８に対応した検出視野はｆ４程度となり、各視野の敏感度の差が整数倍とならない様な関係となっている。
【００３５】
本実施例では、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃを比較することで、焦点検出を行うように構成されており、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃの様に像の移動方向が逆の像の組み合わせについて示しているが、第二の像５４０Ｂと第三の像５４０Ｃの組み合わせの様に像の移動方向が同一の組み合わせにて検出を行っても良い。
【００３６】
また、開口５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃ、５２０Ｄについて開口の重心位置を可変に構成することが考えられる。開口の重心位置を変更することにより、焦点検出センサ５４０上に結像する位置を変更可能であり、これにより、像移動の敏感度を変更することが可能となる。
【００３７】
開口の重心位置の変更については、多孔絞り５２０を機械的に変更可能としても良いし、液晶など電気的に透過、遮光を変更可能な部材にて、多孔絞り５２０を構成することにより可能である。
【００３８】
この場合、焦点検出センサ５４０上に形成される像の位置も開口の重心位置の変更により移動することとなるが、焦点検出センサ５４０を最低限、像が移動する範囲を二次元センサにて構成し、像を検出する範囲を変更することで、敏感度を変更した状態での焦点検出が可能となる。
【００３９】
図２においては、同一方向に配置された第一の像５４０Ａから第４の像５４０Ｄの４つの像を配置した場合を示したが、斜め４５度方向等、今回の方向以外に像を配置するように構成しても良いことは言うまでもない。
【００４０】
図３は、本実施例において撮像装置が検出している被写体像の一例を示す図である。
図３に示す図のように、本実施例の被写体は周期性のパターンで構成される周期性被写体である。図３には、合焦時の検出範囲、第一、第二、第三の像の検出範囲が示されている。便宜上、各範囲が上下方向にずれた状態で示されているが、実際にはズレは発生しない様に構成している。
【００４１】
合焦時の検出範囲に対して、撮影レンズ１００がデフォーカスしている場合には、各像の敏感度に合わせ焦点検出センサ上にて像が移動するため、図３で示すように、第一の像の検出範囲と第二の像の検出範囲が逆方向に移動しており、第三の像の検出範囲は第二の像の検出範囲に対して大きく移動しており、本実施例の検出範囲を模式的に示している。
【００４２】
図４は、焦点検出センサ上に形成された被写体像の関係を示す図である。図４に示すように、焦点検出センサ５４０上に形成される第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂに対して、第三の像５４０Ｃが外側に配置されるように構成されている。
【００４３】
第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、同一の敏感度を持つ様に構成されており、第一の像と第二の像を用いてデフォーカス演算を行うことにより、第一のデフォーカス量が算出される。
【００４４】
第三の像５４０Ｃは、第一の像５４０Ａ、第二の像５４０Ｂとは異なる敏感度を持つ様に構成されており、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃを用いることにより、第二のデフォーカス量が算出される。
【００４５】
本実施例では、焦点検出センサ上に形成される第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの移動速度を１として場合に、第三の像５４０Ｃの移動速度が２．１となるような関係に構成された場合を示している。
【００４６】
上記に示す各像の移動速度より、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの間の移動速度の関係が２となるときに、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃの間の移動速度の関係が３．１となる
第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの像ズレ量を第一の像ズレ量とした場合に、第一の像ズレ量を第一のデフォーカス量に換算する敏感度を１と定義する。この場合に、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃの像ズレ量を第二の像ズレ量とした場合、第二の像ズレ量を第二のデフォーカス量に換算する敏感度は０．６５となる。
【００４７】
像ズレ量をＰＲＤ、デフォーカス量をＤＥＦ、敏感度をＫと場合、以下の式にてデフォーカス量ＤＥＦが求められる。
【００４８】
ＤＥＦ＝Ｋ×ＰＲＤ
図５は、本実施例の焦点検出装置にて検出される像の関係を示す図である。図５に示す図は、図５（ａ）は、第一の像の検出状態を示しており、図５（ｂ）は、第二の像の検出状態を示しており、図５（ｃ）は、第三の像の検出状態を示している。図５（ｄ）は、合焦状態での像の検出状態を示している。
【００４９】
図５においては、撮像光学系が合焦していないデフォーカス状態である状態を示しており、図５（ａ）から図５（ｃ）の各像は、合焦状態の像の位置（図５（ｄ））に対して、それぞれ以下の様な関係となっている。本実施例においては、合焦状態は比較する二像が一致する状態である場合を示している。
【００５０】
図５（ａ）は、合焦状態に対して周期性被写体の１周期分左側に像ずれした状態を示す第一の像を示している。
【００５１】
図５（ｂ）は、合焦状態に対して周期性被写体の１周期分右側に像ずれした状態を示す第二の像を示している。
【００５２】
図５（ｃ）は、合焦状態に対して周期性被写体の２．１周期分右側に像ずれした状態を示す第三の像を示している。
【００５３】
まず、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂから第一のデフォーカス量を求める。第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、合焦状態に対して周期性被写体が２周期分ずれている状態となっている。今回、像ズレ量であるＰＲＤを周期性被写体の一周期分のズレの場合に、
ＰＲＤ＝１
とすると、
第一の像５４０Ａのｅの山と第二の像５４０Ｂのｃが一致している状態：ＰＲＤ１＝０
第一の像５４０Ａのｅの山と第二の像５４０Ｂのｄが一致している状態：ＰＲＤ１＝１
第一の像５４０Ａのｅの山と第二の像５４０Ｂのｅが一致している状態：ＰＲＤ１＝２
のように、第一の像ズレ量ＰＲＤ１は複数求められ、
ＰＲＤ１＝…、−１、０、１、２、３、４、…
となる。上記第一の像ズレ量ＰＲＤ１より第一のデフォーカス量ＤＥＦ１を求めると、敏感度Ｋ＝１であるので
ＤＥＦ１＝…、−１、０、１、２、３、４、…
となる。
【００５４】
次に、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃから第二のデフォーカス量を求める。第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃは、合焦状態に対して周期性被写体が３．１周期分ずれている状態となっている。この場合においても、
第一の像５４０Ａのｅの山と第三の像５４０Ｃのｂが一致している状態：ＰＲＤ１＝０．１
第一の像５４０Ａのｅの山と第三の像５４０Ｃのｃが一致している状態：ＰＲＤ１＝１．１
第一の像５４０Ａのｅの山と第三の像５４０Ｃのｄが一致している状態：ＰＲＤ１＝２．１
第一の像５４０Ａのｅの山と第三の像５４０Ｃのｅが一致している状態：ＰＲＤ１＝３．１
のように、第二の像ズレ量ＰＲＤ２は複数求められ、
ＰＲＤ２＝…、−０．９、０．１、１．１、２．１、３．１、４．１、…
となる。上記第二の像ズレ量ＰＲＤ２より第二のデフォーカス量ＤＥＦ２を求めると、敏感度Ｋ＝０．６５であるので
ＤＥＦ２＝…、−０．５９、０．０６、０．７１、１．３５、２、２．６５、…
となる。
【００５５】
第一のデフォーカス量ＤＥＦ１と第二のデフォーカス量ＤＥＦ２を比較すると、共通解としてデフォーカス量ＤＥＦは、
ＤＥＦ＝２
が求められる。
【００５６】
上記デフォーカス量に基づいて、レンズ１０１を駆動することにより、真の焦点位置に駆動することが可能となる。
【００５７】
本実施例の説明としては、敏感度の比が１：２．１の場合について示したが、これは一例であり、この比率に限るものではない。
【００５８】
図６は、周期性被写体を検出して焦点検出を実施する動作のフローチャートである。図６において、焦点検出が開始されると、ステップ１００（以下、Ｓ１００と示す）において、第一の焦点検出演算を実施する。第一の焦点検出演算により第一のデフォーカス量が取得される。Ｓ１１０においては、取得されたデフォーカス量が、複数存在しているか否かの判定を行っている。Ｓ１１０において、複数のデフォーカス量が存在していた場合には、検出した被写体が周期性被写体であると判断しＳ１２０に移行する。複数のデフォーカス量が存在していない場合には、検出した被写体が周期性被写体では無いと判断し、Ｓ２００に移行する。
【００５９】
Ｓ１２０においては、第二の焦点検出演算を実施し次のＳ１３０に移行する。第二の焦点検出演算により第二のデフォーカス量が取得される。
【００６０】
Ｓ１３０においては、第一の焦点検出演算と第二の焦点検出演算により取得された第一のデフォーカス量と第二のデフォーカス量の比較を実施する。第一のデフォーカス量と第二のデフォーカス量の間で一致する結果が得られた場合には、Ｓ１４０に移行する。第一のデフォーカス量と第二のデフォーカス量の間で一致する結果が得られない場合には、Ｓ２３０に移行する。
【００６１】
Ｓ１４０においては、第一のデフォーカス量と第二のデフォーカス量の間で一致した焦点検出演算結果を合焦位置に設定する。
【００６２】
Ｓ１５０においては、撮像光学系を合焦位置に設定するための駆動を実施する。
【００６３】
Ｓ１６０においては、撮像光学系を駆動した後の焦点状態を確認するために、第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算を実施してＳ１７０に進む。
【００６４】
Ｓ１７０においては、取得された複数の合焦位置の内、第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算の結果が一致する合焦位置が現在の撮像光学系の焦点位置であるか否かの判定を行っている。第一、第二の焦点検出演算結果が一致する合焦位置に、現在の撮像光学系の焦点位置が存在する場合には、Ｓ１８０に移行する。第一、第二の焦点検出演算結果が一致する合焦位置と現在の撮像光学系の焦点位置が異なる場合には、Ｓ１５０に戻り、合焦位置に対して撮像光学系の駆動を再度実施する。
【００６５】
Ｓ１８０においては、第一の焦点検出演算結果が合焦位置であるか否かの判定を行っている。第一の焦点検出演算結果が合焦位置であると判定された場合には、Ｓ１９０に移行する。第一の焦点検出演算結果が合焦位置ではないと判定された場合には、Ｓ１５０に戻り、合焦位置に対して撮像光学系の駆動を再度実施する。
【００６６】
Ｓ１９０においては、合焦状態であることを表示し、メインルーチンに復帰する。
【００６７】
Ｓ２００においては、第一の焦点検出演算結果に基づき、撮像光学系を合焦位置に駆動して、Ｓ２１０に移行する。
【００６８】
Ｓ２１０においては、撮像光学系を駆動した後の焦点状態を確認するために、第一の焦点検出演算を実施し、Ｓ２２０に移行する。第一の焦点検出演算により第一のデフォーカス量が取得される。
【００６９】
Ｓ２２０においては、第一の焦点検出演算結果が合焦位置であるか否かの判定を行っている。第一の焦点検出演算結果が合焦位置であると判定された場合には、Ｓ１９０に移行する。第一の焦点検出演算結果が合焦位置ではないと判定された場合には、Ｓ２００に戻り、合焦位置に対して撮像光学系の駆動を再度実施する。
【００７０】
Ｓ２３０においては、被写体が周期性被写体であると判定されているが、第一の焦点検出演算と第二の焦点検出演算により取得された第一のデフォーカス量と第二のデフォーカス量の間で一致した結果が得られていないため、第一、第二の焦点検出演算の範囲を拡大し、Ｓ２４０に移行する。
【００７１】
Ｓ２４０においては、第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算を実施しＳ２５０に進む。
【００７２】
Ｓ２５０においては、第一の焦点検出演算結果と第二の焦点検出演算結果の比較を実施し、一致する結果が得られた場合には、Ｓ１４０に移行する。一致する結果が得られない場合には、Ｓ２６０に移行する。
【００７３】
Ｓ２６０においては、第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算の結果より、現在の撮像光学系の焦点位置に対して合焦位置が存在している方向の算出を実施し、Ｓ２７０に移行する。合焦位置の方向は複数の合焦位置の結果が得られた、第一の焦点検出演算結果、第二の焦点検出手段演算結果を比較し、差が少なくなる方向を合焦位置が存在する方向と判別する。
【００７４】
Ｓ２７０においては、撮像光学系の合焦位置が現在の焦点位置に対してどちら側に存在するか判別できたか否かの判定を行っている。撮像光学系の合焦位置の方向が判別出来た場合には、Ｓ２８０に移行する。撮像光学系の合焦位置の方向が判別出来なかった場合には、Ｓ３２０に移行する。
【００７５】
Ｓ２８０においては、撮像光学系の合焦位置が存在する方向がわかっているので、合焦位置が存在していると判別されている方向にサーチ駆動を実施し、Ｓ２９０に移行する。
【００７６】
Ｓ２９０においては、撮像光学系を駆動した後の焦点状態を確認するために、第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算を実施してＳ３００に進む。
【００７７】
Ｓ３００においては、取得された複数の合焦位置の内、第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算の結果が一致する合焦位置が存在するか否かの判定を行っている。第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算の結果が一致する合焦位置が存在しない場合には、Ｓ２８０に戻り、サーチ動作を継続する。第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算の結果が一致する合焦位置が存在した場合には、一致した合焦位置を撮像光学系の駆動位置に設定して、Ｓ３１０に移行する。
【００７８】
Ｓ３１０においては、設定された撮像光学系の駆動位置に駆動を行い、Ｓ１６０に移行する。
【００７９】
Ｓ３２０においては、撮像光学系の合焦位置が判別できないため、通常のサーチ動作を実施し、Ｓ３３０に移行する。
【００８０】
Ｓ３３０においては、撮像光学系を駆動した後の焦点状態を確認するために、第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算を実施してＳ３４０に進む。
【００８１】
Ｓ３４０においては、取得された複数の合焦位置の内、第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算の結果が一致する合焦位置が存在するか否かの判定を行っている。第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算の結果が一致する合焦位置が存在しない場合には、Ｓ３２０に戻り、サーチ動作を継続する。第一の焦点検出演算、及び、第二の焦点検出演算の結果が一致する合焦位置が存在した場合には、一致した合焦位置を撮像光学系の駆動位置に設定して、Ｓ３１０に移行する。
【００８２】
図７は、焦点検出演算処理を示すフローチャートである。図７において、焦点検出演算を開始すると、Ｓ４１０において、被写体像の取得を実施し、Ｓ４２０に移行する。Ｓ４２０においては、取得した被写体像に基づき相関演算処理を実施し、撮像光学系の焦点状態がどの様になっているか算出し、Ｓ４３０に移行する。Ｓ４３０においては、算出された焦点状態についての結果を保持し、メインルーチンに復帰する。
【実施例２】
【００８３】
基本構成については、実施例１と同一であるため異なる部分のみを以下に説明する。図８は、本実施例の焦点検出装置の一部構成を示す図を示している。図８において、１０１は撮影レンズ１００のレンズであり、５００は被写界の検出手段領域を制限する視野マスクであり、本実施例では一つの開口が設けられた系を示している。５１０はフイールドレンズであり、撮像光学系の射出瞳と後述する多孔絞りを結像させる役割を持っている。
【００８４】
５２０は、多孔絞りであり、複数の開口５２０Ａから５２０Ｃが形成されている。本実施例では、焦点検出センサ上に形成される画像の数と同じ、３個の開口が形成されている。
【００８５】
５３０は、再結像レンズであり、複数の再結像レンズ５３０Ａから５３０Ｃが形成されており、各再結像レンズにて予定結像面に形成された像を再度、焦点検出センサ上に投影している。
【００８６】
５４０は、再結像レンズ５３０により形成される像を検出する焦点検出素子であるところの焦点検出センサである。本発明の焦点検出センサは、二次元センサで構成されており、センサ全面に検出用の画素が配置されている。
【００８７】
本実施例では焦点検出センサを二次元センサにすることで、今まで駆動回路などを配置するために受光部が配置できなかった領域に画素を配置している。
【００８８】
本実施例では、センサ全面が二次元センサとなっている例を示ししているが、検出手段領域のみを二次元センサとしても良い。
【００８９】
本実施例では、第一の像５４０Ａから第三の像５４０Ｃまで３つの像が焦点検出センサ５４０上に形成されている。
【００９０】
第一の像５４０Ａは、予定結像面に形成された像が、視野マスク５１０の開口を通過したのち、開口５２０Ａを通過し、再結像レンズ５３０Ａによって、焦点検出センサ５４０に形成されている。同様に、第二の像５４０Ｂ、第三の像５４０Ｃについても、開口５２０Ｂ、開口５４０Ｃを通過し、再結像レンズ５３０Ｂ、再結像レンズ５３０Ｃによって、焦点検出センサ５４０に形成される。
【００９１】
本実施例において、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、レンズ１０１の異なる射出瞳領域１０１Ａ、１０１Ｂを通過する光束を使用して焦点検出に用いる一対の像を形成している。このため、撮像光学系の焦点状態によって、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの像間隔が変化することとなり、焦点検出をおこなうことができる。第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、図２において、略水平方向に像が移動することとなり、被写体の略垂直方向成分のパターンを検出する。
【００９２】
第三の像５４０Ｃについては、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの間に存在するように構成されており、なおかつ、レンズ１０１の射出瞳領域１０１Ｃは撮像光軸に対して、重心が第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂを結ぶ略直線上で、重心が光軸と異なるように構成された光束を用いて形成されており、撮影レンズ１００．の焦点状態の変化に対して焦点検出センサ上に形成される像の位置が変化するように構成されている。
【００９３】
このため、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃを用いることで、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂに対して整数倍と異なる敏感度にて検出を行うことができる。
【００９４】
また、本実施例では、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃの様に像の移動方向が逆の像の組み合わせについて示しているが、第二の像５４０Ｂと第三の像５４０Ｃの組み合わせの様に像の移動方向が同一の組み合わせにて検出を行っても良い。
【００９５】
図８においては、同一方向に配置された第一の像５４０Ａから第三の像５４０Ｃの３つの像を配置した場合を示したが、垂直方向、斜め４５度方向等、今回の方向以外に像を配置しても良いことは言うまでもない。
【００９６】
図９は、焦点検出センサ上に形成された被写体像の関係を示す図である。図９に示すように、焦点検出センサ５４０上に形成される第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂに対して、第三の像５４０Ｃが内側に配置されるように構成されている。
【００９７】
第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、同一の敏感度を持つ様に構成されており、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂを用いてデフォーカス演算を行うことにより、第一のデフォーカス量が算出される。
【００９８】
第三の像５４０Ｃは、第一の像５４０Ａ、第二の像５４０Ｂとは異なる敏感度を持つ様に構成されており、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃを用いることにより、第二のデフォーカス量が算出される。
【００９９】
本実施例では、焦点検出センサ上に形成される第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの移動速度を１として場合に、第三の像５４０Ｃの移動速度が０．０６となるような関係に構成された場合を示している。
【０１００】
上記に示す各像の移動速度より、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの間の移動速度の関係が２となるときに、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃの間の移動速度の関係が１．０６となる
第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂの像ズレ量を第一の像ズレ量とした場合に、第一の像ズレ量を第一のデフォーカス量に換算する敏感度を１と定義する。この場合、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃの像ズレ量を第二の像ズレ量とした場合、第二の像ズレ量を第二のデフォーカス量に換算する敏感度は１．８９となる。
【０１０１】
像ズレ量をＰＲＤ、デフォーカス量をＤＥＦ、敏感度をＫと場合、以下の式にてデフォーカス量ＤＥＦが求められる。
【０１０２】
ＤＥＦ＝Ｋ×ＰＲＤ
本実施例の説明としては、敏感度の比が１：０．０６の場合について示したが、これは一例であり、この比率に限るものではない。
【０１０３】
図１０は、本実施例の焦点検出装置にて検出される像の関係を示す図である。図１０に示す図は、図１０（ａ）は、第一の像の検出状態を示しており、図１０（ｂ）は、第二の像の検出状態を示しており、図１０（ｃ）は、第三の像の検出状態を示している。図１０（ｄ）は、合焦状態での像の検出状態を示している。
【０１０４】
図１０においては、撮像光学系が合焦していないデフォーカス状態である状態を示しており、図１０（ａ）から図１０（ｃ）の各像は、合焦状態の像の位置に対して、それぞれ以下の様な関係となっている。本実施例においては、合焦状態は二像が一致する状態である場合を示している。
【０１０５】
図１０（ａ）は、合焦状態に対して周期性被写体の１周期分左側に像ずれした状態を示す第一の像を示している。
【０１０６】
図１０（ｂ）は、合焦状態に対して周期性被写体の１周期分右側に像ずれした状態を示す第二の像を示している。
【０１０７】
図１０（ｃ）は、合焦状態に対して周期性被写体の０．０６周期分右側に像ずれした状態を示す第三の像を示している。
【０１０８】
まず、第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂから第一のデフォーカス量を求める。
第一の像５４０Ａと第二の像５４０Ｂは、合焦状態に対して周期性被写体が２周期分ずれている状態となっている。今回、像ズレ量であるＰＲＤを周期性被写体の一周期分のズレの場合に、
ＰＲＤ＝１
とすると、
第一の像５４０Ａのｅの山と第二の像５４０Ｂのｃが一致している状態：ＰＲＤ１＝０
第一の像５４０Ａのｅの山と第二の像５４０Ｂのｄが一致している状態：ＰＲＤ１＝１
第一の像５４０Ａのｅの山と第二の像５４０Ｂのｅが一致している状態：ＰＲＤ１＝２
のように、第一の像ズレ量ＰＲＤ１は複数求められ、
ＰＲＤ１＝…、−１、０、１、２、３、４、…
となる。上記第一の像ズレ量ＰＲＤ１より第一のデフォーカス量ＤＥＦ１を求めると、敏感度Ｋ＝１であるので
ＤＥＦ１＝…、−１、０、１、２、３、４、…
となる。
【０１０９】
次に、第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃから第二のデフォーカス量を求める。第一の像５４０Ａと第三の像５４０Ｃは、合焦状態に対して周期性被写体が１．０６周期分ずれている状態となっている。この場合においても、
第一の像５４０Ａのｅの山と第三の像５４０Ｃのｄが一致している状態：ＰＲＤ１＝０．０６
第一の像５４０Ａのｅの山と第三の像５４０Ｃのｅが一致している状態：ＰＲＤ１＝１．０６
第一の像５４０Ａのｅの山と第三の像５４０Ｃのｆが一致している状態：ＰＲＤ１＝２．０６
のように、第二の像ズレ量ＰＲＤ２は複数求められ、
ＰＲＤ２＝…、−０．９４、０．０６、１．０６、２．０６、３．０６、４．０６、…
となる。上記第二の像ズレ量ＰＲＤ２より第二のデフォーカス量ＤＥＦ２を求めると、敏感度Ｋ＝１．８９であるので、
ＤＥＦ２＝…、−１．７８、０．１１、２、３．８８、５．７７、７．６６、…
となる。
【０１１０】
第一のデフォーカス量ＤＥＦ１と第二のデフォーカス量ＤＥＦ２を比較すると、共通解としてデフォーカス量ＤＥＦは、
ＤＥＦ＝２
が求められる。
【０１１１】
上記デフォーカス量に基づいて、レンズ１０１を駆動することにより、真の焦点位置に駆動することが可能となる。
【０１１２】
本実施例の説明としては、敏感度の比が１：０．０６の場合について示したが、これは一例であり、この比率に限るものではない。
【０１１３】
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。
【符号の説明】
【０１１４】
１００  撮影レンズ、２００  撮像装置、２０７  焦点検出装置、
２０９  撮像素子、２１０  ＣＰＵ、５４０  焦点検出センサ、
５４０Ａ  第一の像、５４０Ｂ  第二の像、５４０Ｃ  第三の像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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