(57)【要約】【課題】デフォーカス状態における位相差検出方式の焦点検出範囲を拡大することが可能な撮像装置を提供すること。【解決手段】測光手段と焦点検出手段とを備えた撮像装置であって、前記焦点検出手段は、焦点検出用撮像素子と撮影レンズを通過した被写界光を、前記撮影レンズの射出瞳の異なる１対の光学像に分割し、前記焦点検出用撮像素子に結像させるための焦点検出用光学素子から成っていて、前記測光手段が、測光用撮像素子と、撮影レンズを介して予定結像面に結像された被写界光を前記測光用撮像素子に結像させるための測光用光学素子からなる測光手段であって、焦点検出の対象の被写体像が、少なくとも前記１対の光学像の一方に存在する場合、前記１対の光学像の一方の焦点検出用撮像素子の出力信号と、前記測光用撮像素子の出力信号に基づいて、前記撮影レンズの焦点状態を検出することを特徴とする。【選択図】図１
2018189855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測光手段と焦点検出手段とを備えた撮像装置であって、
前記焦点検出手段は、焦点検出用撮像素子と撮影レンズを通過した被写界光を、前記撮影レンズの射出瞳の異なる１対の光学像に分割し、前記焦点検出用撮像素子に結像させるための焦点検出用光学素子から成っていて、
前記測光手段が、測光用撮像素子と、撮影レンズを介して予定結像面に結像された被写界光を前記測光用撮像素子に結像させるための測光用光学素子からなる測光手段であって、
焦点検出の対象の被写体像が、少なくとも前記１対の光学像の一方に存在する場合、前記１対の光学像の一方の焦点検出用撮像素子の出力信号と、前記測光用撮像素子の出力信号に基づいて、前記撮影レンズの焦点状態を検出することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一眼レフカメラ等の撮像装置、その制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフカメラ等の撮像装置には、撮影レンズのデフォーカス量を位相差検出方式により検出する焦点検出システムが搭載されているものがある。様々な撮影シーンで焦点検出をするために、焦点検出システムにより焦点状態を検出できる焦点検出範囲はより広いものが求められている。
【０００３】
ここで、位相差検出方式の原理上、その焦点検出範囲は、撮影レンズのデフォーカス量の増大に伴い狭くなる。
【０００４】
そのため、撮影レンズがインフォーカス状態の場合には焦点検出範囲内に位置する被写体であっても、撮影レンズがデフォーカス状態だと、その被写体が焦点検出範囲を外れる撮影シーンが存在する。上記のように焦点検出範囲に被写体がいない撮影シーンでは、所望の被写体に対して焦点検出ができなくなってしまう。
【０００５】
特許文献１に記載の撮像装置は、位相差検出方式の焦点検出が不可能な撮影シーンにおいて、コントラスト検出方式の焦点検出を行うことにより、位相差検出方式の焦点検出範囲外の被写体の焦点検出を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、前記撮影シーンにおいて位相差検出方式の焦点検出をできないため、位相差検出方式の焦点検出により実現していた高速な焦点検出を達成することが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、デフォーカス状態においても広視野な位相差検出方式の焦点検出範囲を有する撮像装置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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
測光手段と焦点検出手段とを備えた撮像装置であって、
前記焦点検出手段は、焦点検出用撮像素子と撮影レンズを通過した被写界光を、前記撮影レンズの射出瞳の異なる１対の光学像に分割し、前記焦点検出用撮像素子に結像させるための焦点検出用光学素子から成っていて、前記測光手段が、測光用撮像素子と、撮影レンズを介して予定結像面に結像された被写界光を前記測光用撮像素子に結像させるための測光用光学素子からなる測光手段であって、焦点検出の対象の被写体像が、少なくとも前記１対の光学像の一方に存在する場合、前記１対の光学像の一方の焦点検出用撮像素子の出力信号と、前記測光用撮像素子の出力信号に基づいて、前記撮影レンズの焦点状態を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る撮像装置によれば、デフォーカス状態における位相差検出方式の焦点検出範囲を拡大することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】拡張方式の焦点検出動作説明図
【図２】カメラの概略構成図
【図３】焦点検出手段の構成説明図
【図４】撮影範囲、測光範囲、ＡＦ結像範囲の関係説明図
【図５】インフォーカス状態、ＡＦ対象被写体が像高＝０の場合の撮影範囲、測光範囲、ＡＦ結像範囲と、ＡＦセンサ上の被写界像の説明図
【図６】デフォーカス状態、ＡＦ対象被写体が像高＝０の場合の撮影範囲、測光範囲、ＡＦ結像範囲と、ＡＦセンサ上の被写界像の説明図
【図７】カメラの電気ブロック図
【図８】カメラのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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】
【００１３】
以下、図１〜８を参照して、本発明の実施例による撮像装置及び制御方法について説明を行う。なお、図１〜８において同一の要素部品には同じ番号がふってある。
【００１４】
図２は本発明に実施にかかる撮像装置（以下、カメラと記す）１００の概略構成を示す図である。
【００１５】
同図において、１０１はＣＰＵ（中央演算処理装置）であり、本カメラの動作はＣＰＵ１０１により制御される。カメラ１００には、撮影レンズ２００が着脱可能に取り付けられる。撮影レンズ２００は、実際には複数のレンズから成り立っているが、本実施例では、便宜的に１枚のレンズ２０１で表現している。レンズ２０１を動かすことで撮影レンズ２００の焦点位置を調整することが可能となっている。またカメラ１００に対して、撮影レンズ２００は着脱可能となっており、焦点距離やＦナンバーの異なる種々のレンズを撮影者が用途に応じて、自由に交換装着可能となっている。
【００１６】
また、撮影レンズ２００は撮影レンズ制御部２０２を有している。カメラ１００に撮影レンズ２００を装着した際には、前記ＣＰＵ１０１とレンズ制御部２０２が通信を行い、ＣＰＵ１０１からの指示に基づき、撮影レンズ制御部２０２が不図示の撮影レンズ２００内の絞りやピント位置の調整等を行うこととなる。
【００１７】
撮影レンズ２００を介した被写界光は主ミラー１０３に導かれる。主ミラー１０３は、撮影光路内に光軸に対して斜めに配置された反射部材であり、被写界光を焦点検出板１０４（以下、ピント板１０４と記す）に導いている。また、主ミラー１０３は、図中に示した被写界光をピント板１０４に導く第一の位置と、撮影光路外に退避する第二の位置（不図示）への移動が可能となっている。
【００１８】
更には、主ミラー１０３は、その中央部にハーフミラー部を有しており、主ミラー１０３が第一の位置にいる場合は、被写界光の一部が該ハーフミラー部を通過する。ハーフミラー部を通過した被写界光は、主ミラー１０３の背面側に設けられたサブミラー１０９で反射し、後述する焦点検出手段４００に導かれる。
【００１９】
また、サブミラー１０９も主ミラー１０３と同様に移動可能であり、主ミラー１０３が撮影光路外の第二の位置に退避する際には、連動してサブミラー１０９も撮影光路外に退避する機構を有している。前記主ミラー１０３及びサブミラー１０９が撮影光路外へ退避した位置では、撮影レンズ２００を介した被写界光がフォーカルプレーンシャッタ１１０及び撮像素子（以下、撮像センサと記す）１０２へ導かれることとなる。
【００２０】
フォーカルプレーンシャッタ１１０は撮影レンズ２００と撮像センサ１０２との間に配置された遮光部材で、光軸に対して垂直に開閉可能となっており、開放状態では、撮影レンズ２００を介した被写界光が撮像素子１０２に到達することとなる。
【００２１】
また、該フォーカルプレーンシャッタ１１０の開閉速度（シャッタ速度）は制御可能であり、シャッタ速度を制御することによって撮像素子１０２に入射する被写界光量が調節可能となっている。
【００２２】
続いて、前述したピント板１０４は、撮像センサ１０２と光学的に等価の位置に配置された拡散板であり、撮像センサ１０２に結像する予定の被写界像が主ミラー１０３を介して、ピント板１０４に１次結像している。
【００２３】
撮影者はこのピント板１０４上の１次結像をペンタプリズム１０７、接眼レンズ１０８を通じて見ることができる、いわゆるＴＴＬ方式の光学ファインダ構成となっている。
【００２４】
また、ピント板１０４近傍に配置された１０５は視野枠であり、被写界像の周辺部を遮光することによって撮像センサ１０２にて撮像される領域を撮影者に視認させるためのものである。１０６は高分子分散液晶パネルからなる表示手段（以下、ファインダ内表示部と記す）であり、焦点検出領域や焦点検出状態表示、及び絞り値やシャッタ速度等、カメラの撮影情報をピント板１０４に結像された被写界像に重畳させるためのものである。
【００２５】
ここで、接眼レンズ１０８近傍に配置された３００は本発明に係る測光手段であり、測光用光学素子３０１、３０２（以下、測光用プリズム３０１、測光レンズ３０２と示す）及び測光用撮像素子３０３（以下、測光センサ３０３）から成っている。
【００２６】
該測光レンズ３０２は測光用前記ピント板１０４に１次結像した被写界像を測光プリズム３０１及びペンタプリズム１０７を介して、測光センサ３０３に２次結像させている。
【００２７】
測光センサ３０３の出力信号を基に、被写体に対して適正な光量が撮像センサ１０２に到達するよう、撮影レンズ２００の絞り値とフォーカルプレーンシャッタ１１０のシャッタ速度の制御値を決定する、いわゆる露出制御値演算動作が行われる。
【００２８】
一方、前述した通り、主ミラー１０３は中央部にハーフミラー部を有しており、透過した一部の光束はサブミラー１０９を介して、焦点検出手段４００に導かれる。
【００２９】
該焦点検出手段４００により、位相差検出方式の焦点検出動作が行われ、被写体に対して、自動的に撮影レンズ２０１を焦点位置に駆動する、いわゆるＡＦ（オートフォーカシング）動作が行われる。焦点検出手段４００の構成と焦点検出動作の詳細については、後述する。
【００３０】
また、カメラ１００は不図示のレリーズＳＷを有しており、同一部材の押込量によって第一段階（ＳＷ１）と第二段階（ＳＷ２）の検知が可能となっている。
【００３１】
撮影者がレリーズＳＷをＳＷ１まで押し込むと、前述した露出制御値演算動作と焦点検出動作が行われ、撮影レンズ２００の焦点位置の調整とカメラの露出制御値の設定が行われる。
【００３２】
続けて、ＳＷ２まで押し込むと、主ミラー１０３及びサブミラー１０９が撮影光路外に退避され、前記露出制御動作で設定された値に従い、撮影レンズ２００の絞り値とフォーカルプレーンシャッタ１１０のシャッタ速度が制御される。
【００３３】
入射した被写界光束は撮像センサ１０２により、光電変換処理される。その後、撮影済み画像として記録メディアに記録されるとともに、ＴＦＴ外部表示部１１１に撮影画像の表示がなされる。
【００３４】
以上が、本発明にかかるカメラ１００の概略構成の説明である。
【００３５】
続いて、本発明に係る測光手段３００と焦点検出手段４００について、詳細な説明を行う。まず、測光手段の詳細な説明を行う。前述したとおり、測光手段３００は測光用プリズム３０１と測光レンズ３０２及び測光センサ３０３から成っている。測光センサ３０３は例えば画素ピッチが約６ｕｍの横６４０×縦４８０画素（約３０万画素）の高画素のＣＣＤであって、ベイヤーもしくはストライプ配列にＲ、Ｇ、Ｂの３色のカラーフィルターが画素上に配置されている。
【００３６】
取得された測光センサ３０３の出力に対して、ＹＵＶ変換処理を行うことで、被写界の輝度信号及び色差信号が取得可能となっており、後述する露出制御値演算動作や拡張方式の焦点検出動作に用いられることとなる。
【００３７】
一方、測光レンズ３０２は例えば結像倍率０．１５倍のレンズであり、該測光レンズ３０２によって、前記測光センサ３０３は撮影範囲１０２０より少し内側を観察可能となっている（後述の図４で説明する測光領域３０４）。
【００３８】
また、図４中に記載の１点鎖線は撮影レンズ２００の光軸中心であり、該光軸中心と測光領域３０４の中心が一致するよう、測光センサ３０３の位置が不図示の固定部材によって、調整及び固定されているものとする。
【００３９】
なお、該測光領域３０４は、露出制御値演算動作時には横２０×縦２０の粗い分割（１領域は３２×２４画素となる）で区切り、４００画素の低画素のセンサとして用いる。
該４００領域内の測光センサ３０３のＲＧＢセンサ出力値から輝度値を算出した後、各々の領域の和や平均値から被写界輝度の検出を可能としている。
【００４０】
測光センサ３０３から得られた横２０×縦２０分割分の被写界輝度値に対して、主要被写体に適正な露光を行うため、例えばＡＦ対象被写体５００（後述する図５で示す）を中心とした所定の重みづけ演算が行われ、露出制御値が算出される。
【００４１】
次に本発明に係る被写体検出動作について説明する。
【００４２】
まず、本発明において、前記測光手段が焦点検出手段を兼ねており、測光センサ１２２の出力を用いて行われるため、測光領域３０４が拡張方式の焦点検出領域となる。なお、該焦点検出動作時は被写体を細かく認識させるため、測光領域３０４を前記測光時の横２０×縦２０の粗い分割で扱うのではなく、測光センサ１２２を横６４０×縦４８０画素（約３０万画素）の高画素の画像センサとして用いる。
【００４３】
続いて、焦点検出手段４００について詳細な説明を行う。図３の（ａ）は、本実施形態に係るカメラの焦点検出手段４００の詳細な構成を示す図である。図２で説明を行ったサブミラー１０９で反射された被写界光は、焦点検出手段４００内のＡＦ視野マスク４０１の開口部、ＡＦフィールドレンズ４０２、ＡＦ絞り４０３の開口部、焦点検出用光学素子（以下、ＡＦ二次結像レンズ）４０４を順に通過し、焦点検出用撮像素子（以下、ＡＦセンサ）４０５に到達する。
【００４４】
ＡＦ視野マスク４０１は、矩形状の開口部を有しており、撮影レンズ２００を通過した被写界光を制限する。ＡＦフィールドレンズ４０２は、撮影レンズ２００の不図示の瞳内の一対の領域と、ＡＦ絞り４０３の開口部とを、光学的に共役な関係に位置付ける。
【００４５】
ＡＦ二次結像レンズ４０４は、縦方向の一対のレンズ４０４ＶＡ及び４０４ＶＢと、横方向の一対のレンズ４０４ＨＡ及び４０４ＨＢ（不図示）とを有している。縦方向の一対のレンズ４０４ＶＡ及び４０４ＶＢ、横方向の一対のレンズ４０４ＨＡ、４０４ＨＢは、撮影レンズ２００の不図示の瞳内をそれぞれ縦方向、横方向に分割した二対の領域を通過する被写界光をＡＦセンサ４０５上に結像させる。
【００４６】
ＡＦセンサ４０５は、測光センサ３０３と同じく、光電変換画素を２次元に配置したエリアセンサであり、例えば画素ピッチが約６ｕｍの横６４０×縦４８０画素（約３０万画素）の高画素のＣＣＤであって、ベイヤーもしくはストライプ配列にＲ、Ｇ、Ｂの３色のカラーフィルターが画素上に配置されている。ＡＦ二次結像レンズ４０４は、測光レンズ３０２と同じく結像倍率０．１５倍のレンズである。
【００４７】
図３の（ｂ）は、前記ＡＦセンサ４０５上に前記二次結像レンズの縦方向と横方向の一対のレンズ４０４ＶＡ、ＶＢ、ＨＡ、ＨＢを介した被写界光とＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、ＶＢ、ＨＡ、ＨＢの関係を示した図である。
【００４８】
例えば、レンズ４０４ＶＡを介した被写界光は前記ＡＦセンサ４０５内の４０５ＶＡの範囲に結像されることとなり、レンズ４０４ＶＢ、ＨＡ、ＨＢとＡＦ結像範囲４０５ＶＢ、ＨＡ、ＨＢが対応している。また、ＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、ＶＢ、ＨＡ、ＨＢの範囲は、前述した矩形状の開口部を有したＡＦ視野マスク４０１で決定されている。
【００４９】
ここで、図４を用いて、一次結像面上での撮影範囲１０２０、測光範囲３０４とＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、４０５ＶＢ、４０５ＨＡ、４０５ＨＢの各々関係を説明する。撮影範囲１０２０に対する測光範囲３０４は、前述のとおり測光レンズ３０２の縮小倍率と測光センサ３０３の面積から決定され、本実施例において図４のように撮影範囲１０２０の内側を観察している。また、ＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、４０５ＶＢ、４０５ＨＡ、４０５ＨＢは、測光範囲３０４とは異なり、ＡＦ視野マスク４０１で決定された範囲で撮影レンズ２００の瞳を分割した領域を観察する為、撮影範囲１０２０よりも内側で且つ測光範囲３０４よりも更に内側を観察している。
【００５０】
次に、焦点検出動作について説明する。焦点調節動作は、主にＡＦ対象被写体の決定動作、焦点検出動作、レンズ駆動動作により構成される。
【００５１】
ＡＦ対象被写体の決定動作は、撮影者が事前に設定した任意選択モードまたは自動選択モードにより、ＡＦ対象被写体５００（後述する図５で示す）を決定することをいう。
【００５２】
任意選択モードでは、撮影者が撮影範囲内の焦点検出範囲内の任意の領域を選択し、その領域に位置する被写体をＡＦ対象被写体５００に決定する。
【００５３】
一方、自動選択モードでは、ＡＦセンサ４０５に結像された被写界光の出力に基づいて、所定のアルゴリズムに則りＡＦ対象被写体５００を決定する。
【００５４】
例えば、ＡＦ結像範囲内に所定の色を有する被写体、人物の顔等の所定の形体を有する被写体またはコントラストの高い被写体が存在する場合には、前記被写体をＡＦ対象被写体５００に決定する。
【００５５】
次に、焦点検出動作について説明する。焦点検出動作は、ＡＦセンサ４０５に結像した被写界像の出力から、デフォーカス量ｄを算出することをいう。デフォーカス量ｄは、メインミラー１０３が撮影光路外に退避する第二の位置において、撮影レンズ２００によってＡＦ対象被写体５００が結像する位置と、撮像センサ１０２の位置との撮影レンズ２００の光軸方向のずれ量をいう。撮影レンズ２００の焦点状態は、デフォーカス量ｄの値によって、ｄ≒０（所定の許容誤差範囲内）の場合にインフォーカス状態、その他の場合にデフォーカス状態と分類される。
【００５６】
また、焦点検出動作は、通常方式と拡張方式とに大別される。図５及び図６を参照して、通常方式の焦点検出動作について説明する。図５は、インフォーカス状態、かつ、ＡＦ対象被写体５００が像高＝０の場合における一次結像面上の撮影範囲と測光範囲とＡＦ結像範囲及び、ＡＦセンサ４０５上の被写界光の２次結像の様子を示す図である。
【００５７】
まず、図５の（ａ）は、ＡＦ対象被写体５００と一次結像面上での撮影範囲１０２０、測光範囲３０４及びＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、４０５ＶＢ、４０５ＨＡ、４０５ＨＢの関係を示した図である。撮影範囲１０２０は、メインミラー１０３が撮影光路外に退避する第２の位置において撮像センサ１０２上に形成される被写界像であって、撮像センサ１０２の出力に基づいて撮影画像として生成される範囲である。図５の（ａ）のようにインフォーカス状態においては、測光範囲１０２０、測光範囲３０４及びＡＦ結像範囲の中心位置は、撮影レンズ２００の光軸中心（図中の１点鎖線）と一致している。
【００５８】
図５の（ｂ）は、インフォーカス状態において像高＝０のＡＦ対象被写体５００がＡＦセンサ４０５上の結像範囲４０５ＶＡ、ＶＢ、ＨＡ、ＨＢに結像している様子を示した図である。図に示したｐＶ０はＡＦ結像範囲４０５ＶＡと４０５ＶＢに結像したＡＦ対象被写体５００のインフォーカス状態のＡＦセンサ４０５上の縦方向の像ずれ量（縦方向の位相差）である。
【００５９】
このｐＶ０がＡＦ対象被写体５００が撮像素子１０２に対してピントが合っているか否かを判定する為の基準値となる。図中に記載のｐＨ０も同様に、ＡＦ結像範囲４０５ＨＡ、４０５ＨＢに結像したＡＦ対象被写体５００のインフォーカス状態のＡＦセンサ４０５上の横方向の像ずれ量（横方向の位相差）であり、ピントを判定する為の基準値である。
【００６０】
なお、ｐＶ０及びｐＨ０はＡＦ二次結像レンズ４０４の倍率など設計値で決定される固定値であり、予めカメラ１００のＣＰＵ１０１に保存されているものとする。
【００６１】
続いて、図６は、デフォーカス状態、かつ、ＡＦ対象被写体５００が像高＝０の場合における一次結像面上の撮影範囲と測光範囲とＡＦ結像範囲及び、ＡＦセンサ４０５上の被写界光の２次結像の様子を示す図である。
【００６２】
図６の（ａ）のように、デフォーカス状態においては、測光範囲１０２０、測光範囲３０４の中心はインフォーカス状態同様、撮影レンズ２００の光軸中心（図中の１点鎖線）と一致している。一方、ＡＦ結像範囲の中心位置は、撮影レンズ２００の光軸中心と一致しておらず、縦方向のＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、４０５ＶＢは縦方向に、横方向のＡＦ結像範囲４０５ＨＡ、４０５ＨＢは横方向に光軸に対して対象にシフトした状態となっている。
【００６３】
図６の（ｂ）は、デフォーカス状態において像高＝０のＡＦ対象被写体５００がＡＦセンサ４０５上の結像範囲４０５ＶＡ、ＶＢ、ＨＡ、ＨＢに結像している様子を示した図である。図に示したｐＶはＡＦ結像範囲４０５ＶＡと４０５ＶＢに結像したＡＦ対象被写体５００のＡＦセンサ４０５上の縦方向の像ずれ量である。また、ｐＨもｐＶ同様ＡＦ結像範囲４０５ＨＡと４０５ＨＢに結像したＡＦ対象被写体５００のＡＦセンサ４０５上の縦方向の像ずれ量である。
【００６４】
ここで、デフォーカス量ｄの算出方法について説明する。デフォーカス量ｄは、インフォーカス状態の基準値ｐＶ０及びｐＨ０に対して、デフォーカス状態の像ずれ量ｐＶ、ｐＨを算出し、カメラ１００に装着されている撮影レンズ２００の瞳距離等で決まる特性に応じた縦方向の係数ｋＶ及び横方向の係数ｋＨかけることで、算出が可能となっている。以下に、縦方向のデフォーカス量ｄＶ及び横方向のデフォーカス量ｄＨの算出式を示す。
【００６５】
ｄＶ＝ｋＶ（ｐＶ−ｐＶ０）
ｄＨ＝ｋＨ（ｐＨ−ｐＨ０）
また、算出されたデフォーカス量ｄＶ、ｄＨは正の場合と負の場合があり、デフォーカス量だけでなく、デフォーカスの方向（いわゆる前ピンまたは後ピン）も検出することができる。
【００６６】
ＣＰＵ１０１は、算出されたデフォーカス量ｄに基づいて撮影レンズ２００の駆動量を決定し、撮影レンズ制御部２０２に指示を出し、インフォーカス状態になるよう、撮影レンズ制御部２０２がレンズ駆動を行うこととなる。
【００６７】
以上、ＡＦ対象被写体５００の像高＝０の場合における通常方式の焦点検出動作について説明した。また、ＡＦ対象被写体５００が像高≠０の場合であっても、ＡＦ対象被写体５００が縦方向のＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、４０５ＶＢもしくは横方向のＡＦ結像範囲４０５ＨＡ、４０５ＨＢの一対のＡＦ結像範囲の双方に存在していれば、通常方式のデフォーカス量ｄの算出が可能である。
【００６８】
次に、図１を用いて、本実施例にかかる拡張方式の焦点検出動作について説明する。
【００６９】
図１は、デフォーカス状態、且つ、ＡＦ対象被写体５００がＡＦ結像範囲の端近傍にいる場合における一次結像面上の撮影範囲と測光範囲とＡＦ結像範囲及び、ＡＦセンサ４０５上の被写界光の２次結像の様子を示す図である。
【００７０】
図１の（ａ）は、図６の（ａ）同様、測光範囲１０２０、測光範囲３０４の中心は撮影レンズ２００の光軸中心（図中の１点鎖線）と一致しているが、一方ＡＦ結像範囲の中心位置は、撮影レンズ２００の光軸中心と一致しておらず、光軸に対して対象にシフトした状態となっている。
【００７１】
また、ＡＦ対象被写体５００はＡＦ結像範囲の右上端に対応する位置に存在している。この場合、図１の（ｂ）のように、１対のＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、４０５ＶＢ及び結像範囲４０５ＨＡ、ＨＢの双方にＡＦ対象被写体５００が存在しない状態となり、前述した像ずれ量ｐＶ、ｐＨが算出できず、通常方式の焦点検出動作が出来ない状態となっている。
【００７２】
ここで、拡張方式の焦点検出動作のためのデフォーカス量ｄ’の算出方法について説明する。拡張方式のデフォーカス量ｄ’の算出は、測光手段３００と焦点検出手段４００の情報に基づいて実施される。
【００７３】
まず、図１の（ａ）において、測光領域３０４の中心は常に撮影レンズ２００の光軸中心（図中の１点鎖線）と一致している為、撮影レンズ２００のフォーカス状態に寄らず、ＡＦ対象被写体５００と測光領域３０４の相対位置は変化しない。
【００７４】
前述の通り、測光センサ３０３は本発明において拡張方式の焦点検出手段を兼ねている為、測光領域３０４が拡張方式の焦点検出領域となっている。測光センサ３０３は、焦点検出動作時は被写体を細かく認識させるため、測光領域３０４を前記測光時の横２０×縦２０の粗い分割で扱うのではなく、測光センサ１２２を横６４０×縦４８０画素（約３０万画素）の高画素の画像センサとして用いる。
【００７５】
また、前述したとおり、測光範囲３０４はＡＦ結像範囲４０５よりも広い範囲を観察しており、ＡＦ結像範囲内のＡＦ対象被写体５００は必ず測光範囲３０４内にも存在している。
【００７６】
図１の（ｂ）において、通常方式の焦点検出動作と同様に、所定の色を有する被写体、人物の顔等の所定の形体を有する被写体またはコントラストの高い被写体がＡＦ対象被写体５００に設定され、ＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、４０５ＨＢに該ＡＦ対象被写体５００が存在している。
【００７７】
測光センサ３０３は、ＡＦセンサ４０５と同様に所定の色を有する被写体、人物の顔等の所定の形体を有する被写体またはコントラストの高い被写体の検出が可能となっている。拡張方式の焦点検出動作は、ＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、４０５ＨＢで検出したＡＦ対象被写体５００と同一の被写体を測光センサ３０３が検出し、その結果を基に実施されることとなる。
【００７８】
図１の（ａ）に記載した、ＬＨ及びＬＶは拡張方式の焦点検出動作に用いる為の、インフォーカス状態か否かを判定する為の基準値であり、ここでは測光センサ３０４の中心から前記ＡＦ対象被写体５００までのセンサ面上の縦方向と横方向の距離である。
【００７９】
図１の（ｂ）に記載のｐＶ’及びｐＨ’はＡＦ結像範囲の中心とＡＦ対象被写体５００の縦方向と横方向のＡＦセンサ４０５上の距離である。
【００８０】
通常方式の焦点検出動作では、ＡＦセンサ４０５上に結像した一対のＡＦ結像範囲内のＡＦ対象被写体５００間の距離の基準値ｐＶ０及びｐＨ０に対して、像ずれ量ｐＶ、ｐＨを算出し、デフォーカス量の算出を行った。
【００８１】
拡張方式の焦点検出動作では、測光センサ３０４上に結像したＡＦ対象被写体５００とセンサ中心位置は、変化しない為、ＡＦ対象被写体５００と測光センサ３０３中心間の距離を基準としてデフォーカス量の算出を行う。算出式は、以下の通りである。
【００８２】
ｄＶ’＝ｋＶ’（ｐＶ’−ＬＨ）
ｄＨ’＝ｋＨ’（ｐＨ’−ＬＶ）
通常方式の焦点検出動作と同様、カメラ１００に装着されている撮影レンズ２００の瞳距離等で決まる特性に応じた縦方向の係数ｋＶ’及び横方向の係数ｋＨ’かけることで、算出が可能となっている。ここで、ｋＶ’及びｋＨ’は次式で表される。
【００８３】
ｋＶ’＝２×ｋＶ
ｋＨ’＝２×ｋＨ
通常方式の焦点検出動作における像ずれ量ｐＶ、ｐＨはＡＦ対象被写体５００同士のＡＦセンサ４０５上の距離で算出されているが、一方、拡張方式の焦点検出動作における像ずれ量ｐＶ’、ｐＨ’は、ＡＦセンサ中心に対して算出され、次式の関係となっている。
【００８４】
ｐＶ’＝ｐＶ／２
ｐＨ’＝ｐＨ／２
また、本実施例において、前述した通り測光センサ３０４とＡＦセンサ４０５の一次結像面上の１画素当たりの距離は一致している為、前述した拡張方式のデフォーカス量ｄＶ’、ｄＨ’での算出が可能となっている。
【００８５】
また、本発明は測光センサ３０４とＡＦセンサ４０５の一次結像面上の１画素当たりの距離が一致している事に限定されず、一次結像面上の１画素当たりの距離が異なる場合は、その違いに応じたｋＶ’、ｋＨ’の設定を行う事で、拡張方式の焦点検出動作が可能であることとする。
【００８６】
また、算出されたデフォーカス量ｄＶ’、ｄＨ’は正の場合と負の場合があり、デフォーカス量だけでなく、デフォーカスの方向（いわゆる前ピンまたは後ピン）も検出することができる。
【００８７】
以上、拡張方式の焦点検出動作について説明した。拡張方式の焦点検出動作を行うことにより、通常方式の焦点検出動作では不可能であった所定の撮影シーンでのデフォーカス量ｄの算出が可能となる。すなわち、デフォーカス状態における位相差検出方式の焦点検出範囲を拡大することができる。
【００８８】
以上が本実施例に係るカメラの概略説明である。次に、図７は、本発明の第１の実施例によるデジタルカメラの概略構成を示す電気ブロック図である。同図において、１０１は前述のＣＰＵ（中央演算処理装置）であり、その内部には不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１０１ａが構成されている。またＣＰＵ１０１には、制御プログラムを記憶しているＲＯＭ（リードオンリーメモリ）１１５、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１６、データ格納部１１７、フォーカルプレーンシャッタ１１０、表示制御部１１２、電源を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ１１４、測光センサ３０３焦点検出手段４００が各々接続され、さらに撮像センサ１０２が接続されている。撮像センサ１０２は有効画素数約１０００万画素（３８８８×２５９２）を有している。
【００８９】
そして、表示制御部１１４には外部表示部１１１が接続されており、外部表示部１１１は撮像センサ１０２にて撮像された画像を縦横各々間引き処理された画像を表示することのできるＴＦＴカラー液晶である。
【００９０】
さらに表示制御部１１２は、焦点検出領域や焦点検出状態表示、及び絞り値やシャッタ速度等、カメラの撮影情報をピント板１０４に結像された被写界像に重畳させるためのＰＮ液晶パネル１０６の駆動を行っている。
【００９１】
ＣＰＵ１０１はＲＯＭ１１５内の制御プログラムに基づいて各種制御を行う。これらの制御の中には、画像処理部１１３から出力された撮影画像信号を読み込み、ＲＡＭ１１６へ転送を行う処理、同様にＲＡＭ１１６より表示制御部１１２へデータを転送する処理、また、画像データをＪＰＥＧ圧縮しファイル形式でデータ格納部１１７へ格納する処理を含んでいる。
【００９２】
さらにＣＰＵ１０１は、撮像センサ１０２、表示制御部１１２などに対してデータ取り込み画素数やデジタル画像処理の変更指示を行う。
【００９３】
本発明に係る露出制御値演算動作及び焦点検出動作の測光センサ３０３の制御及び焦点検出手段４００の制御はＣＰＵ１０１が行っている。
【００９４】
測光センサ３０３及び焦点検出手段４００内のＡＦセンサ４０５のアナログ電気信号はＣＰＵ１０１によってＡ／Ｄ変換が行われ、各々８ビットのデジタル信号となる。ＣＰＵ１０１は測光センサ３０３及びＡＦセンサ４０５から取得した、縦６４０×４８０画素（約３０万画素）ベイヤーもしくはストライプ配列されたＲ，Ｇ，Ｂ各色のアナログ信号に対して、Ａ／Ｄ変換を行って、デジタル信号として、一旦ＲＡＭ１１６に保存する。
【００９５】
露出制御値演算動作としては、一旦ＲＡＭ１１６に保存された測光センサ３０３の出力をもとにＣＰＵ１０１は、２０×２０画素（４００画素）輝度信号の生成を行い前述の露出制御値演算動作を行う。
【００９６】
通常方式の焦点検出動作としては、一旦ＲＡＭ１１６に保存されたＡＦセンサ４０５の出力から、所定の色を有する被写体、人物の顔等の所定の形体を有する被写体またはコントラストの高い被写体がＡＦ対象被写体５００に設定し、前述した像ずれ量を算出し、更にデフォーカス量の算出を行う。
【００９７】
ＣＰＵ１０１は算出したデフォーカス量を撮影レンズ制御部２０２に送信し、撮影レンズ制御部２０２がＡＦ対象被写体５００のピントが撮像センサ１０２に合うよう、撮影レンズ２００の駆動を行う。
【００９８】
拡張方式の焦点検出動作としては、一旦ＲＡＭ１１６に保存されたＡＦセンサ４０５の出力からＡＦ対象被写体５００を検出し、該ＡＦ対象被写体５００と同一の被写体を同じくＲＡＭ１１６に保存された測光センサ３０３の出力から検出する。
【００９９】
ＣＰＵ１０１は、ＡＦセンサ４０５と測光センサ３０３の出力から検出したＡＦ対象被写体５００の情報をもとにデフォーカス量を算出し、通常方式の焦点検出動作同様、撮影レンズ２００の駆動が行われることとなる。
【０１００】
前記ＲＡＭ１１６は画像展開エリア１１６ａ、ワークエリア１１６ｂ、ＶＲＡＭ１１６ｃ、一時退避エリア１１６ｄを備えている。
【０１０１】
画像展開エリア１１６ａは、ＣＰＵ１０１より送られてきた撮像センサ１０２、測光センサ３０３、ＡＦセンサ４０５の出力データやデータ格納部１１９から読み出されたＪＰＥＧ圧縮画像データを一時的に格納するためのものである。
【０１０２】
ワークエリア１１６ｂは、画像展開エリアに保存された出力データを処理する為のワークエリアであり、前述した測光センサ３０３及びＡＦセンサ４０５の出力からＡＦ対象被写体５００を検出する為の画像処理が行われる。
【０１０３】
ＶＲＡＭ１１６ｃは撮像センサ１０２の出力を外部表示部１１１へ表示する表示データを格納するＶＲＡＭとして使用される。また、一時退避エリア１１６ｄは各種データを一時退避させるためのエリアである。
【０１０４】
電池１１３はリチャージャブルの２次電池あるいは乾電池である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４は、電池１１３からの電源供給を受け、昇圧、レギュレーションを行うことにより複数の電源を作り出し、ＣＰＵ１０１を初めとする各素子に必要な電圧の電源を供給している。
【０１０５】
このＤＣ／ＤＣコンバータ１１４はＣＰＵ１０１からの制御信号により、各々の電圧供給の開始、停止を制御できるようになっている。
【０１０６】
以上が本実施例におけるカメラの電気ブロック図の説明となる。
【０１０７】
続いて、図８のフローチャートを用いて、本発明に係るカメラ動作の説明を行う。
【０１０８】
図８は本実施例のカメラのフローチャートである。
【０１０９】
ステップＳ００でカメラの電源がＯＮになると、ステップＳ０１に移る。カメラの電源がＯＮになるまで、ステップＳ００が繰り返される。
【０１１０】
ステップＳ０１で、ＣＰＵ１０１は、撮影者によってレリーズボタンが半押しされたか（ＳＷ１がＯＮか）否かを確認する。レリーズボタンが半押しされたことを確認すると、ステップＳ０２に移る。レリーズボタンが半押しされたことが確認されるまで、ステップＳ０１が繰り返される。
【０１１１】
ステップＳ０２で、ＣＰＵ１０１の制御のもと、ＡＦセンサ４０５の出力をもとにＡＦ対象被写体５００の決定動作を行う。
【０１１２】
ステップＳ０３で、ステップＳ０２で決定したＡＦ対象被写体５００が前述した縦方向のＡＦ結像範囲４０５ＶＡ、４０５ＶＢもしくは横方向のＡＦ結像範囲４０５ＨＡ、４０５ＨＢの一対のＡＦ結像範囲の双方に存在していれば、通常方式の焦点検出動作が可能と判断する。ステップＳ０３で通常方式の焦点検出動作が可能と判断した場合は、ステップＳ０４に進み、前述した通常方式の焦点検出動作を行い、ＡＦ対象被写体５００にピントが合うよう、撮影レンズ２００の駆動動作を行う。
【０１１３】
ステップＳ０３で通常方式の焦点検出動作が可能でなかった場合は、ステップＳ０５に進み、拡張方式の焦点検出動作が可能か否かの判定を行う。ステップＳ０５で拡張方式の焦点検出動作が可能な場合は、ステップＳ０６に進み、ＡＦセンサ４０５と測光センサ３０３の出力をもとに、前述の拡張方式の焦点検出動作を行い、ＡＦ対象被写体５００にピントが合うよう、撮影レンズ２００の駆動動作を行う。
【０１１４】
ステップＳ０５で拡張方式の焦点検出動作が可能でないと判断した場合、ステップＳ０１に戻り、撮影者によってレリーズボタンが半押しされるまで待機状態となる。拡張方式の焦点検出動作が可能でない場合とは、撮影レンズ２００がデフォーカス状態で、ピント板１０４の被写界像がボケており、測光センサ３０３上でＡＦ対象被写体５００を検出が困難な場合などである。
【０１１５】
ステップＳ０７では、ステップＳ０２で決定されたＡＦ対象被写体５００に対して、ステップＳ０４もしくはステップＳ０６で撮影レンズ２００のピントが合った状態で、測光センサ３０３から得られた横２０×縦２０分割分の被写界輝度値に対して、ＡＦ対象被写体５００を中心とした所定の重みづけ演算が行われ、露出制御値が算出される。
【０１１６】
続くステップＳ０８で、レリーズボタンがＳＷ２まで押し込まれたか否かを判定する。レリーズボタンがＳＷ２まで押し込まれていない場合は、ステップＳ０１に戻り、ＳＷ１まで押し込まれているかの判定を行う。ＳＷ２まで押し込まれている場合は、ステップＳ０９に進み、ＣＰＵ１０１は主ミラー１０３を撮影光路外の第二の位置に退避させ、ステップＳ０７で決定した露出制御値になるよう、撮影レンズ２００の絞り及びフォーカルプレーンシャッタのシャッタ速度を制御して、公知の撮影動作を行う。
【０１１７】
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【０１１８】
以上、実施例にて述べてきた本発明によれば、本発明によれば、デフォーカス状態における位相差検出方式の焦点検出範囲を拡大することが可能な撮像装置を提供する事ができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０１  ＣＰＵ、１０２  撮像センサ、１０２０  撮像領域、３０４  測光範囲、
４００  焦点検出手段、４０５  ＡＦセンサ
【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】
2018189855.tif 000009
【図８】
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