(57)【要約】【課題】位相差検出機能付き撮像素子による位相差ＡＦが困難な場合でも適切な合焦制御を行える撮像装置の技術を提供する。【解決手段】撮像装置は、瞳分割機能を実現するＡＦ画素対の群と瞳分割機能を持たない通常画素の群とを有する撮像素子を備えており、ＡＦ画素対の群で生成された画素信号に基づき位相差ＡＦの信頼性が高いと判定された場合には、この画素信号に基づく位相差ＡＦで検出された合焦位置に向かってフォーカスレンズを駆動する合焦制御を行う(ＳＴ３、ＳＴ９)。一方、位相差ＡＦの信頼性が低いと判定された場合には、通常画素の群で生成された画素信号に基づくコントラストＡＦで検出された合焦位置の方向にフォーカスレンズを駆動する(ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ６)。その結果、位相差検出機能付き撮像素子による位相差ＡＦが困難な場合でも適切な合焦制御を行える。【選択図】図１９
2010139942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを第１位置から第２位置に駆動する制御を行う駆動制御手段と、
前記撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光することにより瞳分割機能を実現する第１画素群と、前記瞳分割機能を持たない第２画素群とを有する撮像素子と、
前記第１画素群の画素信号から位相差検出方式の焦点検出により検出された合焦位置に向かって、前記フォーカスレンズを駆動する合焦制御手段と、
を備えており、
前記合焦制御手段は、
前記フォーカスレンズが前記第１位置のときに前記第２画素群で生成された画素信号に基づきコントラスト検出方式の焦点検出に用いる焦点検出情報としての第１情報を取得する一方、前記フォーカスレンズが前記第２位置のときに前記第２画素群で生成された画素信号に基づき前記焦点検出情報としての第２情報を取得し、前記第１情報と前記第２情報とを比較することによって前記合焦位置の方向を検出する合焦方向検出手段と、
前記第１画素群の画素信号が所定の条件を満たすか否かによって、前記合焦位置の検出に係る信頼性を判定する判定手段と、
前記判定手段において前記第１画素群の画素信号が前記所定の条件を満たし前記信頼性が高いと判定された場合には、当該第１画素群の画素信号に基づき検出された合焦位置に向かって前記フォーカスレンズを駆動する第１制御手段と、
前記判定手段において前記第１画素群の画素信号が前記所定の条件を満たさず前記信頼性が低いと判定された場合には、前記合焦方向検出手段によって検出された合焦位置の方向に前記フォーカスレンズを駆動する第２制御手段と、
を有する撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子の撮像面には、前記第１画素群を有した複数の焦点検出領域が規定されており、
前記合焦制御手段は、
前記複数の焦点検出領域のうち合焦対象が前記撮像装置から最も近くなる焦点検出領域内の第１画素群の画素信号に基づき検出された合焦位置に向かって、前記フォーカスレンズを駆動する手段、
を有する請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記判定手段は、
前記第２制御手段によるフォーカスレンズの駆動中に前記信頼性の判定を行う信頼性判定手段、
を有する請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記合焦制御手段は、前記信頼性判定手段で前記信頼性が高いと判定された場合には、前記第２制御手段によるフォーカスレンズの駆動に代わって、前記第１制御手段によるフォーカスレンズの駆動を行う請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを第１位置から第２位置に駆動する制御を行う駆動制御工程と、
前記撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光することにより瞳分割機能を実現する撮像素子の第１画素群に係る画素信号から位相差検出方式の焦点検出によって検出された合焦位置に向かって、前記フォーカスレンズを駆動する合焦制御工程と、
を備えており、
前記合焦制御工程は、
前記フォーカスレンズが前記第１位置のときに前記瞳分割機能を持たない前記撮像素子の第２画素群で生成された画素信号に基づきコントラスト検出方式の焦点検出に用いる焦点検出情報としての第１情報を取得する一方、前記フォーカスレンズが前記第２位置のときに前記第２画素群で生成された画素信号に基づき前記焦点検出情報としての第２情報を取得し、前記第１情報と前記第２情報とを比較することによって前記合焦位置の方向を検出する合焦方向検出工程と、
前記第１画素群の画素信号が所定の条件を満たすか否かによって、前記合焦位置の検出に係る信頼性を判定する判定工程と、
前記判定工程において前記第１画素群の画素信号が前記所定の条件を満たし前記信頼性が高いと判定された場合には、当該第１画素群の画素信号に基づき検出された合焦位置に向かって前記フォーカスレンズを駆動する第１制御工程と、
前記判定工程において前記第１画素群の画素信号が前記所定の条件を満たさず前記信頼性が低いと判定された場合には、前記合焦方向検出手段によって検出された合焦位置の方向に前記フォーカスレンズを駆動する第２制御工程と、
を有する合焦制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞳分割機能を実現する第１画素群を備えた撮像素子を有する撮像装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子においては、位相差検出方式のオートフォーカス制御(以下では「位相差ＡＦ」ともいう)を行うための特定の画素(位相差ＡＦ用の画素)を有するものがある。
【０００３】
例えば特許文献１の技術によれば、マイクロレンズの中心に対して遮光板の開口部の中心が互いに逆向きに偏った一対の位相差ＡＦ用の画素を複数有する撮像素子（以下では「位相差検出機能付き撮像素子」ともいう）が設けられた撮像装置において、撮影レンズの射出瞳における一対の部分領域を通過した光束を上記一対の位相差ＡＦ用の画素で受光することにより、被写体に係る測距が可能となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４７８２１号公報
【発明の開示】
【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の撮像装置では、測距可能な範囲が比較的狭いと言われる位相差検出機能付き撮像素子を用いるため、ＡＦ開始時にデフォーカス量が大きい場合(大ボケ時)には、測距可能な範囲を逸脱してしまい位相差ＡＦが困難となる。このような場合、フォーカスレンズが測距可能範囲に入るまでレンズ駆動させることとなるが、ピント方向と逆方向にレンズ駆動してしまうと迅速なＡＦ動作(合焦制御)が難しくなる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、位相差検出機能付き撮像素子による位相差ＡＦが困難な場合でも適切な合焦制御を行える撮像装置の技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面は、撮像装置であって、撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを第１位置から第２位置に駆動する制御を行う駆動制御手段と、前記撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光することにより瞳分割機能を実現する第１画素群と、前記瞳分割機能を持たない第２画素群とを有する撮像素子と、前記第１画素群の画素信号から位相差検出方式の焦点検出により検出された合焦位置に向かって、前記フォーカスレンズを駆動する合焦制御手段とを備えており、前記合焦制御手段は、前記フォーカスレンズが前記第１位置のときに前記第２画素群で生成された画素信号に基づきコントラスト検出方式の焦点検出に用いる焦点検出情報としての第１情報を取得する一方、前記フォーカスレンズが前記第２位置のときに前記第２画素群で生成された画素信号に基づき前記焦点検出情報としての第２情報を取得し、前記第１情報と前記第２情報とを比較することによって前記合焦位置の方向を検出する合焦方向検出手段と、前記第１画素群の画素信号が所定の条件を満たすか否かによって、前記合焦位置の検出に係る信頼性を判定する判定手段と、前記判定手段において前記第１画素群の画素信号が前記所定の条件を満たし前記信頼性が高いと判定された場合には、当該第１画素群の画素信号に基づき検出された合焦位置に向かって前記フォーカスレンズを駆動する第１制御手段と、前記判定手段において前記第１画素群の画素信号が前記所定の条件を満たさず前記信頼性が低いと判定された場合には、前記合焦方向検出手段によって検出された合焦位置の方向に前記フォーカスレンズを駆動する第２制御手段とを有する。
【０００８】
また、本発明の第２の側面は、合焦制御方法であって、撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを第１位置から第２位置に駆動する制御を行う駆動制御工程と、前記撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光することにより瞳分割機能を実現する撮像素子の第１画素群に係る画素信号から位相差検出方式の焦点検出によって検出された合焦位置に向かって、前記フォーカスレンズを駆動する合焦制御工程とを備えており、前記合焦制御工程は、前記フォーカスレンズが前記第１位置のときに前記瞳分割機能を持たない前記撮像素子の第２画素群で生成された画素信号に基づきコントラスト検出方式の焦点検出に用いる焦点検出情報としての第１情報を取得する一方、前記フォーカスレンズが前記第２位置のときに前記第２画素群で生成された画素信号に基づき前記焦点検出情報としての第２情報を取得し、前記第１情報と前記第２情報とを比較することによって前記合焦位置の方向を検出する合焦方向検出工程と、前記第１画素群の画素信号が所定の条件を満たすか否かによって、前記合焦位置の検出に係る信頼性を判定する判定工程と、前記判定工程において前記第１画素群の画素信号が前記所定の条件を満たし前記信頼性が高いと判定された場合には、当該第１画素群の画素信号に基づき検出された合焦位置に向かって前記フォーカスレンズを駆動する第１制御工程と、前記判定工程において前記第１画素群の画素信号が前記所定の条件を満たさず前記信頼性が低いと判定された場合には、前記合焦方向検出手段によって検出された合焦位置の方向に前記フォーカスレンズを駆動する第２制御工程とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光することにより瞳分割機能を実現する第１画素群と、瞳分割機能を持たない第２画素群とを有する撮像素子を備え、第１画素群の画素信号が所定の条件を満たし合焦位置の検出に係る信頼性が高いと判定された場合には、当該第１画素群の画素信号に基づき位相差検出方式の焦点検出によって検出された合焦位置に向かって撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを駆動する。一方、第１画素群の画素信号が所定の条件を満たさず合焦位置の検出に係る信頼性が低いと判定された場合には、フォーカスレンズが第１位置および第２位置それぞれのときに第２画素群で生成された画素信号に基づきコントラスト検出方式の焦点検出に用いる焦点検出情報として取得される第１情報および第２情報を比較することによって検出された合焦位置の方向にフォーカスレンズを駆動する。その結果、位相差検出機能付き撮像素子による位相差ＡＦが困難な場合でも適切な合焦制御を行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜実施形態＞
［撮像装置の外観構成］
図１および図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。ここで、図１および図２は、それぞれ正面図および背面図を示している。また、図３は、撮像装置１の縦断面図である。
【００１１】
撮像装置１は、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０と、カメラボディ１０に着脱自在な交換レンズとしての撮影レンズ２とを備えている。
【００１２】
図１において、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に撮影レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と、正面左端部（Ｘ方向左側）において突設され、ユーザが片手（又は両手）により確実に把持可能とするためのグリップ部３０３とが設けられている。また、カメラボディ１０には、正面左上部（Ｙ方向左上側）に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン３０７とが設けられている。
【００１３】
また、図２において、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３１１と、ＬＣＤ３１１の左方に配置された設定ボタン群３１２と、ＬＣＤ３１１の右方に配置された十字キー３１４と、十字キー３１４の中央に配置されたプッシュボタン３１５とが備えられている。また、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ３１１の上方に配設されたＥＶＦ(Electronic View Finder)３１６と、ＥＶＦ３１６の周囲を囲むアイカップ３２１と、ＥＶＦ３１６の左方に配設されたメインスイッチ３１７と、ＥＶＦ３１６の右方に配設された露出補正ボタン３２３およびＡＥロックボタン３２４と、ＥＶＦ３１６の上方に配設されたフラッシュ部３１８および接続端子部３１９とが備えられている。
【００１４】
マウント部３０１には、装着された撮影レンズ２との電気的接続を行うための複数個の電気的接点や、機械的接続を行うためのカプラ等が設けられている。
【００１５】
レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された撮影レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。
【００１６】
グリップ部３０３は、ユーザが撮影時に撮像装置１を把持する部分であり、フィッティング性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸が設けられている。なお、グリップ部３０３の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室にはカメラの電源として電池６９Ｂ(図４参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するための記録媒体としてのメモリカード６７(図４参照)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。
【００１７】
モード設定ダイアル３０５及び制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル３０５は、自動露出（ＡＥ）制御モードや自動焦点（ＡＦ；オートフォーカス）制御モード、或いは１枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置１に搭載されたモードや機能を択一的に選択するためのものである。一方、制御値設定ダイアル３０６は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。
【００１８】
シャッターボタン３０７は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン３０７が半押し（Ｓ１）されると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（露出制御値の設定や焦点調整等の準備動作）が実行される。そして、シャッターボタン３０７が全押し（Ｓ２）されると、撮影動作（撮像センサを露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作）が実行される。
【００１９】
ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１(図３)により撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１に搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。なお、ＬＣＤ３１１に代えて、有機ＥＬやプラズマ表示装置を用いるようにしても良い。
【００２０】
設定ボタン群３１２は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群３１２には、例えばＬＣＤ３１１に表示されるメニュー画面で選択された内容を確定するための選択確定スイッチ、選択取り消しスイッチ、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー表示スイッチ、表示オン／オフスイッチ、表示拡大スイッチなどが含まれる。
【００２１】
十字キー３１４は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部（図中の三角印の部分）を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点（スイッチ）により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン３１５は、十字キー３１４の中央に配置されている。十字キー３１４及びプッシュボタン３１５は、撮影倍率の変更（ズームレンズのワイド方向やテレ方向への移動）、ＬＣＤ３１１等に再生する記録画像のコマ送り、及び撮影条件（絞り値、シャッタスピード、フラッシュ発光の有無等）の設定等の指示を行うためのものである。
【００２２】
ＥＶＦ３１６は、例えば画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１(図３)により撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行う。ここで、ＥＶＦ３１６やＬＣＤ３１１において本撮影(画像記録用の撮影)前に撮像素子１０１で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体を表示するライブビュー(プレビュー)表示が行われることにより、ユーザは、実際に撮像素子１０１にて撮影される被写体を視認することが可能となる。
【００２３】
メインスイッチ３１７は、左右にスライドする２接点のスライドスイッチからなり、図２において右にセットすると撮像装置１の電源がオンされ、左にセットすると電源がオフされる。
【００２４】
フラッシュ部３１８は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ１０に取り付ける場合には、接続端子部３１９を使用して接続する。
【００２５】
アイカップ３２１は、遮光性を有してＥＶＦ３１６への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。
【００２６】
露出補正ボタン３２３は、露出値（絞り値やシャッタースピード）を手動で調整するためのボタンであり、ＡＥロックボタン３２４は、露出を固定するためのボタンである。
【００２７】
撮影レンズ２は、被写体からの光（光像）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０の内部に配置されている撮像素子１０１に導くための撮影光学系として機能するものである。この撮影レンズ２は、上述のレンズ交換ボタン３０２を押下操作することで、カメラボディ１０から取り外すことが可能となっている。
【００２８】
撮影レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図３)。このレンズ群２１には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ２１１(図４参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図４参照)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、撮影レンズ２には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。
【００２９】
撮像素子１０１は、カメラボディ１０に撮影レンズ２が装着された場合の当該撮影レンズ２が備えているレンズ群２１の光軸ＬＴ上において、光軸ＬＴに対して垂直となる方向に配置されている。撮像素子１０１としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に２次元配置され、それぞれ分光特性の異なる例えばＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)のカラーフィルタが配設された色画素を有するＣＭＯＳカラーエリアセンサ(ＣＭＯＳ型の撮像素子)が用いられる。撮像素子(撮像センサ)１０１は、撮影レンズ(撮影光学系)２によって結像された被写体光像をＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)各色成分のアナログの電気信号(画像信号)に変換し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号を生成して出力する。この撮像素子１０１の構成については、後で詳述する。
【００３０】
撮像素子１０１は、撮像素子駆動機構２００にて光軸Ｌと直交する平面において二次元的に移動可能に保持されている。また、撮像素子１０１の光軸方向前方には、シャッタユニット４０が配置されている。このシャッタユニット４０は、上下方向に移動する幕体を備え、光軸Ｌに沿って撮像素子１０１に導かれる被写体光の光路開口動作及び光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタである。なお、シャッタユニット４０は、撮像素子１０１が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。
【００３１】
［撮像装置１の電気的構成］
図４は、撮像装置１全体の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図３と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、撮影レンズ２の電気的構成について先ず説明する。
【００３２】
撮影レンズ２は、上述した撮影光学系を構成するレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。
【００３３】
レンズ群２１では、フォーカスレンズ２１１及びズームレンズ２１２と、カメラボディ１０に備えられた撮像素子１０１へ入射される光量を調節するための絞り２３とが、鏡胴内において光軸ＬＴ(図３)方向に保持されており、被写体の光像を取り込んで撮像素子１０１に結像させる。焦点調節動作は、レンズ群２１がカメラボディ１０内のＡＦアクチュエータ７１Ｍにより光軸ＬＴ方向に駆動されることで行われる。
【００３４】
レンズ駆動機構２４は、例えばヘリコイド及び該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、カプラ７４を介してＡＦアクチュエータ７１Ｍからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ２１１等を光軸ＬＴと平行な方向に移動させるものである。なお、フォーカスレンズ２１１の移動方向及び移動量は、それぞれＡＦアクチュエータ７１Ｍの回転方向及び回転数に従う。
【００３５】
レンズ位置検出部２５は、レンズ群２１の移動範囲内において光軸ＬＴ方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながら鏡胴２２と一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群２１の焦点調節時の移動量を検出する。なお、レンズ位置検出部２４で検出されたレンズ位置は、例えばパルス数として出力される。
【００３６】
レンズ制御部２６は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等からなるメモリ部(不図示)が内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。また、レンズ制御部２６は、カメラボディ１０のメイン制御部６２との間で通信を行う機能を有しており、これにより、例えばレンズ群２１の焦点距離、射出瞳位置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の状態情報データをメイン制御部６２に送信できる一方、メイン制御部６２から例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータを受信できる。また撮影の際には、撮影レンズ２に関する焦点距離情報、フォーカスレンズ２１１の位置、絞り値等のデータがメイン制御部６２へ送信されることとなる。
【００３７】
絞り駆動機構２７は、カプラ７５を介して絞り駆動アクチュエータ７３Ｍからの駆動力を受けて、絞り２３の絞り径を変更するものである。
【００３８】
続いて、カメラボディ１０の電気的構成について説明する。カメラボディ１０には、先に説明した撮像素子１０１、シャッタユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５、画像処理部６１、画像メモリ６１４、メイン制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５(６５ａ、６５ｂ)、カードＩ／Ｆ６６、メモリカード６７、通信用Ｉ／Ｆ６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、フォーカス駆動制御部７１Ａ及びＡＦアクチュエータ７１Ｍ、シャッタ駆動制御部７２Ａ及びシャッタ駆動アクチュエータ７２Ｍ、絞り駆動制御部７３Ａ及び絞り駆動アクチュエータ７３Ｍを備えて構成されている。
【００３９】
撮像素子１０１は、先に説明した通りＣＭＯＳセンサからなり、後述のタイミング制御回路５１により、当該撮像素子１０１の露光動作の開始（及び終了）や、撮像素子１０１が備える各画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。
【００４０】
ＡＦＥ５は、撮像素子１０１に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えると共に、撮像素子１０１から出力される画像信号（ＣＭＯＳエリアセンサの各画素で受光されたアナログ信号群）に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力するものである。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。
【００４１】
タイミング制御回路５１は、メイン制御部６２から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直走査パルスφＶｎ、水平走査パルスφＶｍ、リセット信号φＶｒ等を発生させるパルス）を生成して撮像素子１０１に出力し、撮像素子１０１の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部５２やＡ／Ｄ変換部５３にそれぞれ出力することにより、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３の動作を制御する。
【００４２】
信号処理部５２は、撮像素子１０１から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理部５２には、ＣＤＳ(相関二重サンプリング)回路、撮像素子１０１から出力される電荷信号を増幅するＡＧＣ(オートゲインコントロール)回路及びクランプ回路等が備えられている。
【００４３】
信号処理部５２のＡＧＣ回路では、後述の通常画素ラインＬｎにおける各画素(Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂ)からの電荷信号(画素信号)がゲイン(増幅率)αで増幅されるとともに、後述のＡＦラインＬｆにおける各画素からの電荷信号がゲインβ(β＞α)で増幅されることとなる。これは、撮影レンズ２の射出瞳の一部を通過した光束を受光する位相差ＡＦ用の画素においては、撮影用の通常画素に比べて感度が低下するため、通常画素より高ゲインで増幅して適正な出力レベルを確保する必要があるためである。
【００４４】
Ａ／Ｄ変換部５３は、信号処理部５２から出力されたアナログのＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を、上記タイミング制御回路５１から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット(例えば１２ビット)からなるデジタルの画像信号に変換するものである。
【００４５】
画像処理部６１は、ＡＦＥ５から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路６１１、ホワイトバランス制御回路６１２及びガンマ補正回路６１３等を備えて構成されている。なお、画像処理部６１へ取り込まれた画像データは、撮像素子１０１の読み出しに同期して画像メモリ６１４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ６１４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部６１の各ブロックにおいて処理が行われる。
【００４６】
黒レベル補正回路６１１は、Ａ／Ｄ変換部５３によりＡ／Ｄ変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。
【００４７】
ホワイトバランス補正回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行うものである。すなわちホワイトバランス制御回路６１２は、メイン制御部６２から与えられるＷＢ調整データに基づき、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれを色成分の平均と、Ｇ／Ｒ比及びＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲインとしてレベル補正する。
【００４８】
ガンマ補正回路６１３は、ＷＢ調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的にはガンマ補正回路６１３は、画像データのレベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて非線形変換するとともにオフセット調整を行う。
【００４９】
画像メモリ６１４は、撮影モード時には、画像処理部６１から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対しメイン制御部６２により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード６７から読み出した画像データを一時的に記憶する。
【００５０】
メイン制御部６２は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなり、撮像装置１各部の動作を制御するものである。
【００５１】
また、メイン制御部６２は、手振れ補正モードが実行される場合において、振れ検出センサ(不図示)からの振れ検出信号に基づいて振れ方向及び振れ量を求める。そして、得られた方向及び振れ量に基づき振れ補正制御信号を生成して振れ撮像素子駆動機構２００に出力し、撮像素子１０１を手振れが打ち消される方向にシフト駆動させる制御を行う。
【００５２】
フラッシュ回路６３は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部３１８または接続端子部３１９に接続される外部フラッシュの発光量を、メイン制御部６２により設定された発光量に制御するものである。
【００５３】
操作部６４は、上述のモード設定ダイアル３０５、制御値設定ダイアル３０６、シャッターボタン３０７、設定ボタン群３１２、十字キー３１４、プッシュボタン３１５、メインスイッチ３１７等を含み、操作情報をメイン制御部６２に入力するためのものである。
【００５４】
ＶＲＡＭ６５ａ、６５ｂは、ＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部６２とＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７とメイン制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、メイン制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。
【００５５】
電源回路６９は、例えば定電圧回路等からなり、メイン制御部６２等の制御部、撮像素子１０１、その他の各種駆動部等、撮像装置１全体を駆動させるための電圧（例えば５Ｖ）を生成する。なお、撮像素子１０１への通電制御は、メイン制御部６２から電源回路６９に与えられる制御信号により行われる。電池６９Ｂは、ニッケル水素充電池等の二次電池やアルカリ乾電池等の一次電池からなり、撮像装置１全体に電力を供給する電源である。
【００５６】
フォーカス駆動制御部７１Ａは、メイン制御部６２から与えられるＡＦ制御信号に基づき、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させるために必要な、ＡＦアクチュエータ７１Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、ステッピングモータ等からなり、カプラ７４を介して撮影レンズ２のレンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。なお、ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、カメラボディ１０内でなく交換レンズ２内に設けるようにしても良い。
【００５７】
シャッタ駆動制御部７２Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッタ駆動アクチュエータ７２Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッタ駆動アクチュエータ７２Ｍは、シャッタユニット４０の開閉駆動を行うアクチュエータである。
【００５８】
絞り駆動制御部７３Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ７３Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ７３Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。
【００５９】
また、カメラボディ１０は、黒レベル補正回路６１１から出力される黒レベル補正済みの画像データに基づき、オートフォーカス(ＡＦ)制御時に必要な演算を行う位相差ＡＦ演算回路７６およびコントラストＡＦ演算回路７７を備えている。
【００６０】
これらの位相差ＡＦ演算回路７６およびコントラストＡＦ演算回路７７を利用した撮像装置１のＡＦ動作と撮像素子１０１の構成とについて、以下で詳しく説明する。
【００６１】
［撮像素子１０１の構成および撮像装置１のＡＦ動作について］
撮像装置１では、撮像素子１０１において射出瞳の異なった部分を透過(通過)した透過光を受光することにより位相差ＡＦが可能な構成となっている。この撮像素子１０１の構成と、この撮像素子１０１を利用した位相差ＡＦの原理とを、以下で説明する。
【００６２】
図５および図６は、撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【００６３】
撮像素子１０１では、その撮像面１０１ｆの中央に規定されたＡＦエリア（焦点検出領域）Ｅｆ(Ｅｆａ)で位相差検出方式の焦点検出による測距が可能な構成となっている(図５)。
【００６４】
具体的には、ＡＦエリアＥｆａ内外の画素を表した図７のように、撮像素子１０１には、位相差ＡＦを行うために瞳分割機能を持ったＡＦラインＬｆ(平行斜線部)が水平方向に沿って形成されている(後で詳述)。そして、このＡＦラインＬｆの一部区間を含んだ領域として規定されるＡＦエリアＥｆａで被写体に係る測距が可能となっている。
【００６５】
図６に戻って、詳しく説明する。
【００６６】
ＡＦエリアＥｆには、フォトダイオード上にＲ(赤)、Ｇ(緑)およびＢ(青)の各カラーフィルタが配設されたＲ画素１１１、Ｇ画素１１２およびＢ画素１１３からなって瞳分割機能を持たない通常の画素(以下では「通常画素」ともいう)１１０の群（第２画素群）が設けられている。また、ＡＦエリアＥｆには、後述の遮光板１２ａ、１２ｂ(平行斜線部)を有して位相差ＡＦを行うための画素対(以下では「ＡＦ画素対」ともいう)１１ｆの群が設けられている。
【００６７】
そして、ＡＦエリアＥｆには、通常画素１１０の水平ライン(通常画素ライン)ＬｎとしてＧ画素１１２とＲ画素１１１とが水平方向に交互に配置されたＧｒラインＬ１と、Ｂ画素１１３とＧ画素１１２とが水平方向に交互に配置されたＧｂラインＬ２とが形成されている。このＧｒラインＬ１とＧｂラインＬ２とが垂直方向に交互に配置されることによりベイヤー配列が構成される。
【００６８】
また、ＡＦエリアＥｆには、ＡＦ画素対１１ｆを水平方向に配列したＡＦライン(焦点検出画素列)Ｌｆが形成されている。そして、上下方向に隣接するＡＦラインＬｆは、例えば図７のように１０本の通常画素ラインＬｎを挟んで垂直方向に周期的に設けられている。
【００６９】
本実施形態の撮像装置１では、上述したＡＦエリアＥｆａとともに、この周囲でＡＦ画素対１１ｆの群および通常画素１１０の群を有した８つのＡＦエリアＥｆｂを更に設定できる構成となっている(図８)。このように９つのＡＦエリア(焦点検出領域)Ｅｆが撮像面１０１ｆに規定される場合には、例えばメイン制御部６２によって自動的に選択される１つのＡＦエリアＥｆで位相差ＡＦによる合焦制御が行われることとなる。なお、図５のように１つのＡＦエリア(以下では「シングルエリア」ともいう)Ｅｆが設定されるＡＦモードと、図８のように９つのＡＦエリア(以下では「マルチエリア」ともいう)Ｅｆが設定されるＡＦモードとは、例えばＬＣＤ３１１に表示される設定画面に対してのユーザ入力で指定できる。
【００７０】
次に、ＡＦラインＬｆを利用した位相差ＡＦの原理を詳しく説明する。
【００７１】
図９は、ＡＦラインＬｆを利用した位相差ＡＦの原理を説明するための図である。
【００７２】
ＡＦラインＬｆには、交換レンズ２に関する射出瞳の右側部分Ｑａからの光束Ｔａと左側部分Ｑｂからの光束Ｔｂとを分離させるための開口部ＯＰの位置が鏡面対象となっている遮光板１２ａ、１２ｂを有した一対の画素１１ａ、１１ｂが水平方向に沿って２以上配列されている。より詳細には、スリット状の開口部ＯＰが直下の光電変換部(フォトダイオード)ＰＤに対して右側に偏った遮光板１２ａを有する画素(以下では「第１ＡＦ画素」ともいう)１１ａと、スリット状の開口部ＯＰが直下の光電変換部ＰＤに対して左側に偏った遮光板１２ｂを有する画素(以下では「第２ＡＦ画素」ともいう)１１ｂとがＡＦラインＬｆで交互に配置されている(図６)。これにより、射出瞳の右側部分Ｑａからの光束ＴａがマイクロレンズＭＬおよび遮光板１２ａの開口ＯＰを通過して第１ＡＦ画素１１ａの光電変換部ＰＤで受光され、射出瞳の左側部分Ｑｂからの光束ＴｂがマイクロレンズＭＬおよび遮光板１２ｂの開口ＯＰを通過して第２ＡＦ画素１１ｂの光電変換部ＰＤで受光されることとなる。換言すれば、第１ＡＦ画素１１ａと第２ＡＦ画素１１ｂとで構成されるＡＦ画素１１ｆでは、交換レンズ２の射出瞳において水平方向に沿って互いに逆向きに偏った右側部分および左側部分(一対の部分領域)Ｑａ、Ｑｂを通過した被写体の光束Ｔａ、Ｔｂそれぞれが受光される。そして、このようなＡＦ画素対１１ｆの群(第１画素群)からなるＡＦラインＬｆによって瞳分割機能が実現される。
【００７３】
以下では、第１ＡＦ画素１１ａの画素出力を「ａ系列の画素出力」と呼び、第２ＡＦ画素１１ｂの画素出力を「ｂ系列の画素出力」と呼ぶこととし、例えば、ある１本のＡＦラインＬｆに配置されたＡＦ画素対１１ｆの画素配列から得られるａ系列の画素出力とｂ系列の画素出力との関係を、図１０〜図１６を参照して説明する。
【００７４】
図１０は、焦点面が撮像面１０１ｆから１０ｍｍ以上近側にデフォーカスしている場合の概念図であり、図１１は、焦点面が撮像面１０１ｆから２００μｍ近側にデフォーカスしている場合の概念図であるとともに、図１２は、焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ近側にデフォーカスしている場合の概念図である。また、図１３は、焦点面が撮像面１０１ｆに一致している合焦状態の概念図である。さらに、図１４は、焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合の概念図であり、図１５は、焦点面が撮像面１０１ｆから２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合の概念図であるとともに、図１６は、焦点面が撮像面１０１ｆから１０ｍｍ以上遠側にデフォーカスしている場合の概念図である。
【００７５】
図１０〜図１６においてａ系列のグラフＧａ１〜Ｇａ７で示される各ａ系列の像列とｂ系列のグラフＧｂ１〜Ｇｂ７で示される各ｂ系列の像列とを比較すると、デフォーカス量が大きいほど、ａ系列の像列とｂ系列の像列との間に生じる撮像素子１０１の水平方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。
【００７６】
すなわち、上記のシフト量と、撮像素子１０１の撮像面に対して焦点面がデフォーカスしている量(デフォーカス量)との関係は、例えば図１７に示す１次関数のグラフＧｃで表される。このグラフＧｃの傾きについては、工場試験等によって予め取得できるものである。
【００７７】
よって、撮像素子１０１のＡＦラインＬｆの出力に基づき位相差ＡＦ演算回路７６で上記のシフト量を求めた後に、図１７のグラフＧｃに基づきデフォーカス量を算出し、算出されたデフォーカス量に相当する駆動量をフォーカスレンズ２１１に与えてやれば、ＡＦ動作を行えることとなる。すなわち、メイン制御部６２により、ＡＦ画素対１１ｆの群からなるＡＦラインＬｆの画素信号に基づき位相差検出方式の焦点検出によって検出された合焦位置に向かってフォーカスレンズ２１１を駆動させることで、位相差ＡＦによる迅速な合焦制御が可能となる。
【００７８】
さて、一般にデジタルカメラの被写界深度を考慮すると、位相差ＡＦより合焦精度が高いコントラスト検出方式の焦点検出(コントラストＡＦ)で最終的な合焦を行うのが好ましい。そこで、本実施形態の撮像装置１においても、精度の高い合焦を図るためにコントラストＡＦを採用するが、このコントラスＡＦの原理について、以下で説明する。
【００７９】
撮像装置１におけるコントラストＡＦでは、上述したＡＦエリアＥｆ内においてＧ画素１１２の画素群を読み出し、ＡＦエリアＥｆのコントラスト評価値(ＡＦ評価値)が算出される。このコントラスト評価値(以下では単に「コントラスト」ともいう)については、例えばＡＦエリア内におけるＧ画素１１２の隣接差分の絶対値の総和として算出される。
【００８０】
ここで、このコントラストを、フォーカスレンズ２１１を一定方向に移動させつつ順次に算出すれば、図１８のようにコントラストが単調に増加してからピークＱｋを境に単調に減少するようなファーカスレンズ２１１の各位置とコントラストとの関係が得られることとなる。なお、フォーカスレンズ２１１は、ピントの山、つまりコントラストのピークＱｋを超えるまで移動するようにする。
【００８１】
そして、図１８に示すようにピークＱｋ近傍のコントラストＤn-1、Ｄn、Ｄn+1と、そのフォーカスレンズ２１１の位置Ｐn-1、Ｐn、Ｐn+1とが取得されると、次の式(１)に示す２次補間近似式を用いて、フォーカスレンズ２１１の合焦位置Ｐfが算出できることとなる。
【００８２】
【数１】
2010139942.tif 000003
【００８３】
以上で説明したコントラストＡＦでは、ＡＦエリアＥｆにおけるコントラストをコントラストＡＦ演算回路７７で求めて、フォーカス駆動制御部７１Ａによりフォーカスレンズ２１１を上記の式(１)で求めた合焦位置に移動させることで、合焦精度が高いオートフォーカス制御(ＡＦ制御)が可能となる。
【００８４】
このように合焦精度が高いコントラストＡＦと、上述のように合焦位置を高速に検出できる位相差ＡＦとを併用したハイブリッドＡＦを、本実施形態の撮像装置１で実施することにより、迅速で高精度なＡＦ制御を実現することとする。具体的には、位相差ＡＦによって検出された合焦位置付近にフォーカスレンズ２１１を高速に駆動するとともに、この合焦位置付近においてコントラストＡＦによる最終的な合焦制御が行われる。
【００８５】
また、コントラストＡＦによれば、上述の山登りＡＦで合焦位置にレンズ駆動させるだけでなく、異なるレンズ位置で取得したコントラストを比較することにより、合焦位置(ピント位置)の方向、つまり被写体に係る近距離側(以下では単に「近側」ともいう)または遠距離側(以下では単に「遠側」ともいう)のいずれの方向でピントが合うかを判断することが可能である。
【００８６】
一方、撮像素子１０１のＡＦラインＬｆの出力に基づく位相差ＡＦでは、従来のＡＦセンサによる位相差ＡＦに比べて測距可能な範囲が狭いと言われており、例えば図１０や図１６のようにデフォーカス量が大きい状態では合焦位置の検出が困難となる。
【００８７】
そこで、ＡＦエリアＥｆにおいてＡＦラインＬｆによる測距が困難な場合には、上述のようにコントラストＡＦで合焦位置の方向(合焦方向)を検出し、この合焦方向にフォーカスレンズ２１１を移動させることとする。そして、ＡＦラインＬｆによる測距が可能な範囲にフォーカスレンズ２１１が入れば、位相差ＡＦを伴ったハイブリッドＡＦによる合焦制御を行うようにする。
【００８８】
ここで、ＡＦラインＬｆによる測距が可能か否か、つまり位相差ＡＦの信頼性が高いか低いかを判断する評価関数として、次の式(２)を利用する。具体的には、下式(２)で得られる演算値(出力値)Ｊが、工場試験等によって予め定められた閾値Ｊｔｈより大きい場合には、信頼性が高いと判断する一方、閾値Ｊｔｈ以下の場合には、信頼性が低いと判断する。
【００８９】
【数２】
2010139942.tif 000004
【００９０】
ただし、上式(２)において、ｎは、ＡＦエリアＥｆ内のＡＦラインＬｆにおけるＡＦ画素対１１ｆの総数を表し、Ｘｉは、そのＡＦラインＬｆにおける左端からｉ番目のＡＦ画素対１１ｆの位置を表すとともに、Ｙｉは、この位置ＸｉにおけるＡＦ画素対１１ｆの画素出力を表している。
【００９１】
このようにＡＦ画素対１１ｆの群(第１画素群)からなるＡＦラインＬｆで生成される画素信号が所定の条件、具体的には上式(２)にＡＦラインＬｆの画素信号を入力して出力される出力値Ｊが閾値Ｊｔｈより大きいという条件を満たすか否かにより、位相差ＡＦによる合焦位置の検出に係る信頼性を判定することで、位相差ＡＦの簡易な信頼性評価が可能となる。
【００９２】
このような位相差ＡＦの信頼性評価を伴った撮像装置１の合焦制御を、以下で具体的に説明する。
【００９３】
［撮像装置１の動作］
図１９および図２０は、撮像装置１の基本的な動作を示すフローチャートである。本動作は、メイン制御部６２によって実行される。
【００９４】
まず、メインスイッチ３１７で撮像装置１の電源をオンにして撮像装置１０１を起動した後に、シャッターボタン３０７が半押しされＡＦ動作が開始されると、シングルエリア(図５参照)が設定されるＡＦモードか否かを判定する(ステップＳＴ１)。ここで、シングルエリアが設定されるＡＦモードの場合には、ステップＳＴ２に進み、マルチエリア(図８参照)が設定されるＡＦモードの場合には、ステップＳＴ１１に進む。
【００９５】
ステップＳＴ２では、シングルエリアで位相差ＡＦの信頼性評価を行う。具体的には、図５に示す撮像面１０１ｆ中央のＡＦエリアＥｆａにおいてＡＦラインＬｆによる測距が可能か否かを、上記の式(２)を用いて判断する。
【００９６】
ステップＳＴ３では、ステップＳＴ２の信頼性評価に基づき位相差ＡＦの信頼性が低いか否かを判定する。ここで、位相差ＡＦの信頼性が低い場合、つまり上記の式(２)で得られた演算値Ｊが閾値Ｊｔｈ以下という数値範囲内にある場合には、ステップＳＴ４に進む。一方、位相差ＡＦの信頼性が高い場合、つまり上記の式(２)で得られた演算値Ｊが閾値Ｊｔｈ以下という数値範囲を外れる場合には、ステップＳＴ９に進む。
【００９７】
すなわち、ステップＳＴ３において、ＡＦ画素対１１ｆの群からなるＡＦラインＬｆで生成された画素信号に基づく位相差ＡＦの信頼性が高いと判定された場合には、後述のステップＳＴ９において、この画素信号に基づき検出された合焦位置に向かってフォーカスレンズ２１１が駆動される。一方、ステップＳＴ３において、ＡＦラインＬｆで生成された画素信号に基づく位相差ＡＦの信頼性が低いと判定された場合には、後述のステップＳＴ４、ＳＴ６において、コントラストＡＦによって検出された合焦位置の方向にフォーカスレンズ２１１が駆動されることとなる。
【００９８】
ステップＳＴ４では、シングルエリアでコントラストＡＦによる合焦方向を検出する。具体的には、図５に示す撮像面１０１ｆ中央のＡＦエリアＥｆａにおいて、上述のように異なるフォーカスレンズ２１１位置で取得したコントラストを比較することにより、フォーカスレンズ２１１に係る合焦方向を検知する(後で詳述)。
【００９９】
ステップＳＴ５では、ステップＳＴ４において合焦方向が検出されたかを判定する。ここで、合焦方向が検出された場合には、ステップＳＴ６に進み、検出されなかった場合には、ステップＳＴ１０に進む。
【０１００】
ステップＳＴ６では、ステップＳＴ４で検出された合焦方向に、ＡＦアクチュエータ７１Ｍによってフォーカスレンズ２１１を駆動する。
【０１０１】
ステップＳＴ７では、ステップＳＴ２と同様に、シングルエリア、つまり図５のＡＦエリアＥｆａで位相差ＡＦの信頼性評価を行う。ここでは、コントラストＡＦにより検出された合焦方向へのフォーカスレンズ２１１の駆動中に位相差ＡＦの信頼性判定が行われることとなる。このようにコントラストＡＦによるレンズ駆動中においても位相差ＡＦの信頼性を監視することにより、信頼性が高くなった時点で素速くハイブリッドＡＦに切替えることができる。
【０１０２】
ステップＳＴ８では、ステップＳＴ７の信頼性評価に基づき位相差ＡＦの信頼性が高いか否かを判定する。ここで、位相差ＡＦの信頼性が高い場合には、ステップＳＴ９に進み、信頼性が低い場合には、ステップＳＴ６に戻る。
【０１０３】
ステップＳＴ９では、上述したハイブリッドＡＦによる合焦制御を行う。すなわち、ステップＳＴ８や後述のステップＳＴ１９、２４で位相差ＡＦの信頼性が高いと判定された場合には、コントラストＡＦによるフォーカスレンズ２１１の駆動に代わって、ハイブリッドＡＦでの位相差ＡＦによるフォーカスレンズ２１１の駆動が行われる。これにより、ＡＦ開始時に撮像素子１０１による位相差ＡＦが困難な場合でも、速やかにハイブリッドＡＦに移行して適切な合焦制御を行えることとなる。
【０１０４】
ステップＳＴ１０では、コントラストの乏しい被写体がＡＦエリアＥｆで撮像されるローコントラスト状態であると判断し、ＡＦ動作を断念してフォーカスレンズ２１１を無限位置(∞位置)に駆動する。
【０１０５】
ステップＳＴ１１では、マルチエリア全てで位相差ＡＦの信頼性評価を行う。具体的には、図８に示す撮像面１０１ｆの９つのＡＦエリアＥｆ全てにおいてＡＦラインＬｆによる測距が可能か否かを、上記の式(２)を用いて判断する。
【０１０６】
ステップＳＴ１２では、ステップＳＴ１１の信頼性評価に基づき全てのＡＦエリアＥｆで位相差ＡＦの信頼性が低いか否かを判定する。ここで、全ＡＦエリアＥｆで位相差ＡＦの信頼性が低い場合、つまり上記の式(２)で得られた演算値Ｊが閾値Ｊｔｈ以下である場合には、ステップＳＴ１３に進む。一方、全ＡＦエリアＥｆで位相差ＡＦの信頼性が高い場合、つまり上記の式(２)で得られた演算値Ｊが閾値Ｊｔｈより大きいＡＦエリアＥｆが存在する場合には、ステップＳＴ２０に進む。
【０１０７】
すなわち、ステップＳＴ１２において、ＡＦ画素対１１ｆの群からなるＡＦラインＬｆで生成された画素信号に基づく位相差ＡＦの信頼性が高いと判定された場合には、上述のステップＳＴ９において、この画素信号に基づき検出された合焦位置に向かってフォーカスレンズ２１１が駆動される。一方、ステップＳＴ１２において、ＡＦラインＬｆで生成された画素信号に基づく位相差ＡＦの信頼性が低いと判定された場合には、後述のステップＳＴ１３、ＳＴ１７、ＳＴ２２において、コントラストＡＦによって検出された合焦位置の方向にフォーカスレンズ２１１が駆動されることとなる。
【０１０８】
ステップＳＴ１３では、マルチエリア全てでコントラストＡＦによる合焦方向を検出する。具体的には、図８に示す撮像面１０１ｆの９つのＡＦエリアＥｆ全てにおいて、上述のように異なるフォーカスレンズ２１１位置で取得したコントラストを比較することにより、フォーカスレンズ２１１に係る合焦方向を検知する(後で詳述)。
【０１０９】
ステップＳＴ１４では、ステップＳＴ１３において合焦方向が検出されたＡＦエリアＥｆがあるかを判定する。ここで、合焦方向が検出されたＡＦエリアＥｆが存在する場合には、ステップＳＴ１５に進み、合焦方向が検出されたＡＦエリアＥｆがない場合には、ステップＳＴ１０に進む。
【０１１０】
ステップＳＴ１５では、ステップＳＴ１３において合焦方向が検出されたＡＦエリアＥｆのうち、合焦方向が近側に検出されたＡＦエリアＥｆがあるかを判定する。ここで、合焦方向が近側のＡＦエリアＥｆが存在する場合には、ステップＳＴ１６に進み、近側のＡＦエリアＥｆがない場合には、ステップＳＴ２１に進む。
【０１１１】
ステップＳＴ１６では、合焦方向が近側に検出されたＡＦエリアＥｆ全てを、位相差ＡＦの信頼性評価対象として選択する。
【０１１２】
ステップＳＴ１７では、ＡＦアクチュエータ７１Ｍによりフォーカスレンズ２１１を近側に駆動する。
【０１１３】
ステップＳＴ１８では、ステップＳＴ１６で選択したＡＦエリアＥｆ全てで位相差ＡＦの信頼性評価を行う。この場合、コントラストＡＦにより検出された合焦方向へのフォーカスレンズ２１１の駆動中に、選択したＡＦエリアＥｆ全てで位相差ＡＦの信頼性判定が行われることとなる。
【０１１４】
ステップＳＴ１９では、ステップＳＴ１８の信頼性評価に基づき位相差ＡＦの信頼性が高いＡＦエリアＥｆがあるかを判定する。ここで、信頼性の高いＡＦエリアＥｆが存在する場合には、ステップＳＴ２０に進み、信頼性の高いＡＦエリアＥｆがない場合には、ステップＳＴ１７に戻る。
【０１１５】
ステップＳＴ２０では、位相差ＡＦの信頼性が高いＡＦエリアＥｆのうち最も近側のＡＦエリアＥｆを、上述したステップＳＴ９のハイブリッドＡＦで用いるＡＦエリアＥｆとして選択する。これにより、９つのＡＦエリア(焦点検出領域)Ｅｆのうち合焦対象物の被写体が撮像装置１から最も近くなる１つのＡＦエリアＥｆ内におけるＡＦラインＬｆの画素信号に基づき検出された合焦位置に向かって、ステップＳＴ９のハイブリッドＡＦによるフォーカスレンズ２１１の駆動が行われることとなる。その結果、近側優先による適切な合焦制御が可能となる。
【０１１６】
ステップＳＴ２１では、合焦方向が遠側に検出されたＡＦエリア全てを、位相差ＡＦの信頼性評価対象として選択する。
【０１１７】
ステップＳＴ２２では、ＡＦアクチュエータ７１Ｍによりフォーカスレンズ２１１を遠側に駆動する。
【０１１８】
ステップＳＴ２３では、ステップＳＴ２１で選択したＡＦエリアＥｆ全てで位相差ＡＦの信頼性評価を行う。
【０１１９】
ステップＳＴ２４では、ステップＳＴ２３の信頼性評価に基づき位相差ＡＦの信頼性が高いＡＦエリアＥｆがあるかを判定する。ここで、信頼性の高いＡＦエリアＥｆが存在する場合には、ステップＳＴ２０に進み、信頼性の高いＡＦエリアＥｆがない場合には、ステップＳＴ２２に戻る。
【０１２０】
以下では、ステップＳＴ４やステップＳＴ１３で実行される動作、つまりコントラストＡＦによる合焦方向の検出動作を、図２１を参照して説明する。
【０１２１】
図２１は、コントラストＡＦによる合焦方向の検出動作を示すフローチャートである。
【０１２２】
ステップＳＴ３１では、ＡＦエリアＥｆ全てにおいてコントラストを演算して取得する。ここでは、シングルエリアが設定されるＡＦモードの場合には図５に示す１つのＡＦエリアＥｆにおいて、マルチエリアが設定されるＡＦモードの場合には図８に示す９つのＡＦエリアＥｆ全てにおいて、コントラスト評価値が算出される。そして、算出されたコントラストは、メイン制御部６２のメモリ部に記憶される。
【０１２３】
ステップＳＴ３２では、レンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の現在位置Ｌｐをメイン制御部６２のメモリ部に記憶し、フォーカスレンズ２１１の駆動を開始する。このフォーカスレンズ２１１の駆動については、近側優先の駆動制御を採用し、近側へのレンズ駆動を行うこととする。
【０１２４】
ステップＳＴ３３では、フォーカスレンズ２１１を近側に駆動可能かを判定する。すなわち、フォーカスレンズ２１１がレンズ駆動機構２４で近側の駆動限界位置(メカ端)にある場合には、これ以上の近側への駆動が不可能であることから、この位置にフォーカスレンズ２１１が存在するか否かを判断する。ここで、近側にレンズ駆動が可能な場合には、ステップＳＴ３４に進み、近側にレンズ駆動ができない場合には、ステップＳＴ３９に進む。
【０１２５】
ステップＳＴ３４では、ＡＦアクチュエータ７１Ｍを用いてフォーカスレンズ２１１を、工場試験等により予め定められているレンズ駆動量だけ近側に僅かに駆動(以下では「微少駆動」ともいう)する。換言すれば、フォーカス駆動制御部７１Ａにより、フォーカスレンズ２１１を第１位置から第２位置に微少駆動する制御が行われる。
【０１２６】
ステップＳＴ３５では、ステップＳＴ３１と同様に、ＡＦエリアＥｆ全てにおいてコントラストを演算して取得する。これによって取得されたコントラストは、メイン制御部６２のメモリ部に記憶される。
【０１２７】
ステップＳＴ３６では、ステップＳＴ３５で取得された全ＡＦエリアＥｆのコントラストについてノイズ判定を行う。具体的には、下式(３)で得られる演算値Ｃが、工場試験等によって予め定められた閾値Ｃｔｈより小さい場合には、ノイズが少ないと判断する一方、閾値Ｃｔｈ以上の場合には、ノイズが多いと判断する。
【０１２８】
Ｃ＝｜Ｃ１−Ｃ２｜・・・・・・・(３)：
ただし、上式(３)において、Ｃ１は上述したフォーカスレンズ２１１の微少駆動前に取得されたコントラストを表し、Ｃ２は微少駆動後に取得されたコントラストを表している。
【０１２９】
ステップＳＴ３７では、ステップＳＴ３６のノイズ判定においてノイズの少ないＡＦエリアＥｆがあるかを判定する。ここで、ノイズの少ないＡＦエリアＥｆが存在する場合には、ステップＳＴ３８に進み、ノイズの少ないＡＦエリアＥｆがない場合には、ステップＳＴ３３に戻る。
【０１３０】
ステップＳＴ３８では、ノイズの少ないＡＦエリアＥｆで、コントラストＡＦによる合焦方向の検出を行う。この合焦方向の検出においては、フォーカスレンズ２１１を近側に駆動する際、図２２のようにフォーカスレンズ２１１の微少駆動前の位置Ｐａで得られたコントラストＣ１が、微少駆動後のレンズ位置Ｐｂで得られたコントラストＣ２より小さい場合には、近側に合焦位置があると判断する。一方、図２３のようにフォーカスレンズ２１１の微少駆動前の位置Ｐａで得られたコントラストＣ１が、微少駆動後のレンズ位置Ｐｂで得られたコントラストＣ２より大きい場合には、遠側に合焦位置があると判断する。
【０１３１】
換言すれば、ステップＳＴ３５(やＳＴ３１)の動作により、フォーカスレンズ２１１が微少駆動前後の各位置(第１・第２位置)Ｐａ、Ｐｂのときに通常画素１１０の群(第２画素群)で生成された画素信号に基づき各コントラスト(第１・第２情報)Ｃ１、Ｃ２が取得される。そして、ステップＳＴ３８において、各コントラストＣ１、Ｃ２を比較することによりフォーカスレンズ２１１に係る合焦位置の方向が検出されることとなる。
【０１３２】
ステップＳＴ３９では、ステップＳＴ３２でメイン制御部６２のメモリ部に記憶されたレンズ位置Ｌｐにフォーカスレンズ２１１を駆動する。
【０１３３】
ステップＳＴ４０では、フォーカスレンズ２１１を遠側に駆動可能かを判定する。すなわち、フォーカスレンズ２１１がレンズ駆動機構２４で遠側の駆動限界位置(メカ端)にある場合には、これ以上の遠側への駆動が不可能であることから、この位置にフォーカスレンズ２１１が存在するか否かを判断する。ここで、遠側にレンズ駆動が可能な場合には、ステップＳＴ４１に進み、遠側にレンズ駆動ができない場合には、ステップＳＴ４６に進む。
【０１３４】
ステップＳＴ４１では、ＡＦアクチュエータ７１Ｍを用いてフォーカスレンズ２１１を、工場試験等により予め定められているレンズ駆動量だけ遠側に駆動する。
【０１３５】
ステップＳＴ４２〜ＳＴ４５では、上記のステップＳＴ３５〜ＳＴ３８と同様の動作を行う。
【０１３６】
ステップＳＴ４６では、コントラストの乏しい被写体がＡＦエリアＥｆで撮像されるローコントラスト(ローコン)状態であると判断する。
【０１３７】
以上のような撮像装置１の動作により、ＡＦラインＬｆの画素出力に基づき上記の式(２)を用いて位相差ＡＦの信頼性を評価し、その信頼性が高い場合には位相差ＡＦを伴ったバイブリッドＡＦを行う一方、信頼性が低い場合にはコントラストＡＦによって検出された合焦方向にフォーカスレンズ２１１を駆動する。これにより、撮像素子(位相差検出機能付き撮像素子)１０１による位相差ＡＦが困難な場合でも適切な合焦制御を行える。
【０１３８】
＜変形例＞
・上記の実施形態における位相差ＡＦの信頼性評価については、評価関数として上記の式(２)を採用するのは必須でなく、ＡＦラインＬｆによる測距が可能か否かを判定できる関数であれば、式(２)以外のものを採用しても良い。
【０１３９】
・上記の実施形態おける撮像素子については、図７に示すように上下方向に隣接するＡＦラインＬｆの間に１０本の通常画素ラインＬｎが挟まれるのは必須でなく、９本以下の通常画素ラインＬｎや１１本以上の通常画素ラインＬｎが挟まれても良い。
【０１４０】
・上記の実施形態における第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂについては、カラーフィルタを設けるようにしても良い。このカラーフィルタにより、感度が低下するものの、撮影用のカラーの画素データが取得できることとなる。
【０１４１】
・上記の実施形態における撮像装置については、撮影レンズ２がカメラボディ１０に着脱自在であるのは必須でなく、撮影レンズ２がカメラボディ１０に固定されているものでも良い。
【０１４２】
・上記の実施形態におけるコントラスト評価値については、ＡＦエリアＥｆ内のＧ画素１１ｇにおいて隣接差分の絶対値総和を算出するのは必須でなく、隣接差分の２乗の絶対値総和を算出するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。
【図２】撮像装置１の外観構成を示す図である。
【図３】撮像装置１の縦断面図である。
【図４】撮像装置１全体の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図６】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図７】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図８】マルチエリアを説明するための図である。
【図９】ＡＦラインＬｆを利用した位相差ＡＦの原理を説明するための図である。
【図１０】焦点面が撮像面１０１ｆから１０ｍｍ以上近側にデフォーカスしている場合の概念図である。
【図１１】焦点面が撮像面１０１ｆから２００μｍ近側にデフォーカスしている場合の概念図である。
【図１２】焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ近側にデフォーカスしている場合の概念図である。
【図１３】焦点面が撮像面１０１ｆに一致している合焦状態の概念図である。
【図１４】焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合の概念図である。
【図１５】焦点面が撮像面１０１ｆから２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合の概念図である。
【図１６】焦点面が撮像面１０１ｆから１０ｍｍ以上遠側にデフォーカスしている場合の概念図である。
【図１７】シフト量とデフォーカス量との関係を示す図である。
【図１８】コントラストＡＦの原理を説明するための図である。
【図１９】撮像装置１の基本的な動作を示すフローチャートである。
【図２０】撮像装置１の基本的な動作を示すフローチャートである。
【図２１】コントラストＡＦによる合焦方向の検出動作を示すフローチャートである。
【図２２】コントラストＡＦによる合焦方向の検出について説明するための図である。
【図２３】コントラストＡＦによる合焦方向の検出について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１  撮像装置
２  交換レンズ
１０  カメラボディ
１１ａ  第１ＡＦ画素
１１ｂ  第２ＡＦ画素
１１ｆ  ＡＦ画素対
１２ａ、１２ｂ  遮光板
６２  メイン制御部
７６  位相差ＡＦ演算回路
７７  コントラストＡＦ演算回路
１０１  撮像素子
１０１ｆ  撮像面
１１０  通常画素
２１１  フォーカスレンズ
Ｅｆ、Ｅｆａ、Ｅｆｂ  ＡＦエリア
Ｌｆ  ＡＦライン
Ｌｎ  通常画素ライン
ＯＰ  遮光板の開口部
ＰＤ  光電変換部
Ｑａ  射出瞳の右側部分
Ｑｂ  射出瞳の左側部分
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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