(57)【要約】【課題】光学系の焦点状態を適切に調節できる焦点調節装置を提供する。【解決手段】焦点調節レンズ３２を有する光学系による像を撮像し、撮像した像に対応する画像信号を出力する撮像部２２と、光学系による像面のずれ量を検出することで、光学系の焦点状態を検出する位相差検出部２１と、画像信号に基づいて、光学系による像のコントラストに関する評価値を算出することで、光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部２１と、焦点調節レンズ３２の光軸方向における駆動を制御する駆動制御部２１と、を備え、駆動制御部２１は、コントラスト検出部２１による焦点検出結果に基づいて焦点調節レンズ３２を目標位置まで駆動させる駆動制御を開始した後に、位相差検出手段２１により得られた焦点検出結果に基づいて、焦点調節レンズ３２を合焦位置まで駆動させることを特徴とする焦点調節装置。【選択図】  図１
2015049473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点調節レンズを有する光学系による像を撮像し、撮像した像に対応する画像信号を出力する撮像部と、
前記光学系による像面のずれ量を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出部と、
前記画像信号に基づいて、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出することで、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部と、
前記焦点調節レンズの光軸方向における駆動を制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記コントラスト検出部による焦点検出結果に基づいて前記焦点調節レンズを目標位置まで駆動させる駆動制御を開始した後に、前記位相差検出手段により得られた焦点検出結果に基づいて、前記焦点調節レンズを合焦位置まで駆動させることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点調節装置であって、
前記駆動制御部は、前記焦点調節レンズを第１駆動範囲において第１駆動速度で駆動させながら、前記コントラスト検出部に焦点検出を行わせる第１探索駆動と、前記焦点調節レンズを前記第１駆動範囲とは異なる第２駆動範囲において、前記第１駆動速度とは異なる第２駆動速度で駆動させながら、前記コントラスト検出部に焦点検出を行わせる第２探索駆動とが実行可能であることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焦点調節装置であって、
前記第２探索駆動における前記第２駆動範囲は、前記第１探索駆動における前記第１駆動範囲よりも広い範囲であり、かつ、前記第２探索駆動における前記第２駆動速度は、前記第１探索駆動における前記第１駆動速度よりも速い速度であることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の焦点調節装置であって、
前記駆動制御部は、前記第２探索駆動を実行した場合には、前記第２探索駆動を開始した後に、前記位相差検出手段により得られた焦点検出結果に基づいて、前記焦点調節レンズを合焦位置まで駆動させることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項５】
請求項４に記載の焦点調節装置であって、
前記駆動制御部は、前記第１探索駆動を実行する場合には、前記焦点調節レンズのガタ詰め駆動を行うことを特徴とする焦点調節装置。
【請求項６】
請求項１に記載の焦点調節装置であって、
前記駆動制御部は、前記焦点調節レンズを駆動させながら、前記コントラスト検出部に、前記光学系の焦点状態を検出させる場合において、前記焦点調節レンズの駆動速度が合焦位置の検出に適した速度を超える場合には、前記駆動制御を開始した後に、前記位相差検出手段により得られた焦点検出結果に基づいて、前記焦点調節レンズを合焦位置まで駆動させることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項７】
請求項１に記載の焦点調節装置であって、
前記駆動制御部は、前記焦点調節レンズの駆動可能範囲の全域において前記焦点調節レンズを駆動させながら、前記コントラスト検出部に前記光学系の焦点状態を検出させる場合には、前記駆動制御を開始した後に、前記位相差検出手段により得られた焦点検出結果に基づいて、前記焦点調節レンズを合焦位置まで駆動させることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の焦点調節装置を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点調節装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、バックラッシュの影響を軽減するために、焦点調節レンズを駆動させながら、コントラスト検出方式による焦点評価値の算出と、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出とを行い、コントラスト検出方式により算出した焦点評価値と、位相差検出方式により算出したデフォーカス量とに基づいて、コントラスト検出方式により検出された焦点評価値のピーク位置に対応するデフォーカス量を目標デフォーカス量として算出し、算出した目標デフォーカス量に基づいて、焦点調節レンズの駆動制御を行う技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４７８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術は、光学系の焦点状態を検出する際に、コントラスト検出方式により合焦位置を検出できる速度で、焦点調節レンズを駆動させるために、光学系の焦点調節に時間がかかってしまう場合があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、光学系の焦点状態を適切に調節することができる焦点調節装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。
【０００７】
[１]本発明に係る焦点調節装置は、焦点調節レンズを有する光学系による像を撮像し、撮像した像に対応する画像信号を出力する撮像部と、前記光学系による像面のずれ量を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出部と、前記画像信号に基づいて、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出することで、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部と、前記焦点調節レンズの光軸方向における駆動を制御する駆動制御部と、を備え、前記駆動制御部は、前記コントラスト検出部による焦点検出結果に基づいて前記焦点調節レンズを目標位置まで駆動させる駆動制御を開始した後に、前記位相差検出手段により得られた焦点検出結果に基づいて、前記焦点調節レンズを合焦位置まで駆動させることを特徴とする。
【０００８】
[２]上記焦点調節装置に係る発明において、前記駆動制御部は、前記焦点調節レンズを第１駆動範囲において第１駆動速度で駆動させながら、前記コントラスト検出部に焦点検出を行わせる第１探索駆動と、前記焦点調節レンズを前記第１駆動範囲とは異なる第２駆動範囲において、前記第１駆動速度とは異なる第２駆動速度で駆動させながら、前記コントラスト検出部に焦点検出を行わせる第２探索駆動とが実行可能であるように構成することができる。
【０００９】
[３]上記焦点調節装置に係る発明において、前記第２探索駆動における前記第２駆動範囲は、前記第１探索駆動における前記第１駆動範囲よりも広い範囲であり、かつ、前記第２探索駆動における前記第２駆動速度は、前記第１探索駆動における前記第１駆動速度よりも速い速度であるように構成することができる。
【００１０】
[４]上記焦点調節装置に係る発明において、前記駆動制御部は、前記第２探索駆動を実行した場合には、前記第２探索駆動を開始した後に、前記位相差検出手段により得られた焦点検出結果に基づいて、前記焦点調節レンズを合焦位置まで駆動させるように構成することができる。
【００１１】
[５]上記焦点調節装置に係る発明において、前記第１探索駆動を行う場合には、前記焦点調節レンズのガタ詰め駆動を行うように構成することができる。
【００１２】
[６]上記焦点調節装置に係る発明において、前記駆動制御部は、前記焦点調節レンズを駆動させながら、前記コントラスト検出部に、前記光学系の焦点状態を検出させる場合において、前記焦点調節レンズの駆動速度が合焦位置の検出に適した速度を超える場合には、前記駆動制御を開始した後に、前記位相差検出手段により得られた焦点検出結果に基づいて、前記焦点調節レンズを合焦位置まで駆動させるように構成することができる。
【００１３】
[７]上記焦点調節装置に係る発明において、前記駆動制御部は、前記焦点調節レンズの駆動可能範囲の全域において前記焦点調節レンズを駆動させながら、前記コントラスト検出部に前記光学系の焦点状態を検出させる場合には、前記駆動制御を開始した後に、前記位相差検出手段により得られた焦点検出結果に基づいて、前記焦点調節レンズを合焦位置まで駆動させるように構成することができる。
【００１４】
[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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学系の焦点状態を適切に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態に係るカメラを示す要部構成図である。
【図２】図２は、フォーカスレンズ３２の駆動伝達機構のガタ量Ｇを説明するための図である。
【図３】図３は、図１に示す撮像素子の撮像面における焦点検出位置を示す正面図である。
【図４】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】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】図６は、図４のVI-VI線に沿う断面図である。
【図７】図７は、本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８】図８は、第１探索駆動における、フォーカスレンズ位置と焦点評価値との関係、およびフォーカスレンズ位置と時間との関係を示す図である。
【図９】図９は、第２探索駆動における、フォーカスレンズ位置と焦点評価値との関係、およびフォーカスレンズ位置と時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
フォーカスレンズ駆動モータ３６は、通常、機械的な駆動伝達機構から構成され、このような駆動伝達機構は、たとえば、図２に示すように、第１の駆動機構５００および第２の駆動機構６００からなり、第１の駆動機構５００が駆動することにより、これに伴い、フォーカスレンズ３２側の第２の駆動機構６００を駆動させ、これにより、フォーカスレンズ３２を、至近側あるいは無限遠側に移動させるような構成を備えている。そして、このような駆動機構においては、通常、歯車の噛み合わせ部の円滑な動作の観点より、ガタ量Ｇが設けられている。
【００２１】
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。  
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
操作部２８は、シャッターレリーズボタンなど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。
【００２７】
次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図６は、図４のVI-VI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６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５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。
【００３９】
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。
【００４０】
なお、図６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。
【００４１】
また、図６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。
【００４２】
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。
【００４３】
図６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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
なお、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算、および、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。
【００４８】
また、本実施形態では、算出したデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させる合焦駆動が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、算出したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ３２を駆動させながら、デフォーカス量の算出を繰り返し、新たにデフォーカス量が算出された場合には、新たに算出されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ３２を駆動させる。そして、新たに算出されたデフォーカス量（すなわち、光学系の像面位置と被写体の像面位置とのずれ量）が所定の合焦範囲内となり、光学系の焦点状態が合焦状態にあると判断された場合に、フォーカスレンズ３２が合焦位置まで駆動したものと判断し、フォーカスレンズ３２の駆動を終了する。
【００４９】
また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２の撮像画素２２１の出力に基づいて、光学系の焦点状態を検出する、コントラスト検出方式による焦点検出を行う。具体的には、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。
【００５０】
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ことで、光学系の焦点状態を検出することができる。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。
【００５１】
なお、本実施形態においては、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とを適切に組み合わせることで、焦点検出結果に基づいて、光学系の焦点状態を適切に調節することができる。本実施形態に係る光学系の焦点状態の調節方法の詳細については、後述する。
【００５２】
次に、図７を参照して、第１実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図７は、第１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、以下の動作は、たとえば、シャッターレリーズボタンの半押し操作が行われることにより開始される。
【００５３】
まず、ステップＳ１０１では、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処理が開始される。本実施形態では、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理は、次のように行われる。すなわち、まず、撮像素子２２により、撮影光学系からの光束の受光が行われ、カメラ制御部２１により、撮像素子２２の３つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂから一対の像に対応した一対の像データの読み出しが行われる。この場合、撮影者の手動操作により、特定の焦点検出位置が選択されているときは、その焦点検出位置に対応する焦点検出画素からのデータのみを読み出すような構成としてもよい。そして、カメラ制御部２１は、読み出された一対の像データに基づいて像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を実行し、３つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃに対応する焦点検出位置における像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。また、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う。なお、デフォーカス量の信頼性の評価は、たとえば、一対の像データの一致度やコントラストなどに基づいて行われる。
【００５４】
そして、ステップＳ１０２では、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ができたか否かの判定が行われる。デフォーカス量が算出できた場合には、測距可能と判断して、ステップＳ１０３に進む。一方、デフォーカス量が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Ｓ１０８に進む。なお、本実施形態においては、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は、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Ｓ１０８に進むこととする。本実施形態においては、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される。
【００５５】
ステップＳ１０３では、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出できたと判定されているため、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０１で算出されたデフォーカス量に基づいて、合焦駆動が行われる。すなわち、カメラ制御部２１は、位相差検出方式により算出され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のに必要となるレンズ駆動量を算出し、算出したレンズ駆動量を、レンズ制御部３７を介して、フォーカスレンズ駆動モータ３６に送出する。これにより、フォーカスレンズ駆動モータ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。なお、本実施形態では、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させている間も、デフォーカス量の算出が繰り返し行われ、新たなデフォーカス量が算出された場合には、カメラ制御部２１は、新たなデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を駆動させる。
【００５６】
そして、ステップＳ１０４では、カメラ制御部２１により、フォーカスレンズ３２が合焦位置まで駆動されたか否かの判定が行われる。たとえば、カメラ制御部２１は、合焦駆動時においてもデフォーカス量を繰り返し算出しており、新たに算出されたデフォーカス量が所定値以下となった場合に、フォーカスレンズ３２が合焦位置まで駆動したと判断することができる。合焦位置までのフォーカスレンズ３２の駆動が完了した場合（ステップＳ１０４＝Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０５に進み、フォーカスレンズ３２の合焦駆動を終了して、合焦表示が行われる。一方、合焦していないと判定された場合には、ステップＳ１０３に戻り、フォーカスレンズ３２が合焦位置に駆動されるまで、合焦駆動が行われる。
【００５７】
ステップＳ１０６では、シャッターレリーズボタンが全押し（第２スイッチＳＷ２のオン）されたか否かの判断が行われる。シャッターレリーズボタンが全押しされていない場合には、ステップＳ１０２に戻り、シャッターレリーズボタンが全押しされるまで、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６を繰り返す。そして、シャッターレリーズボタンが全押しされた場合は、ステップＳ１０７に進む。
【００５８】
ステップＳ１０７では、撮像素子２２により、画像の撮像が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、撮像素子２２からの画像信号の読み出しモードを、画像撮影用の読み出しモードに変更し、画像撮影用の読み出しモードにおいて撮像素子２２から読み出した画像信号に基づいて、撮像画像を撮像する。たとえば、カメラ制御部２１は、焦点検出時に、撮像素子２２からの画像信号を間引いて読み出していた場合には、画像撮影用の読み出しモードに変更することで、撮像素子２２の全ての撮像画素２２１から画像信号を読み出し、撮像素子２２の全ての撮像画素２２１から読み出した画像信号に基づいて、撮像画像の撮像を行う。
【００５９】
また、ステップＳ１０２において、デフォーカス量を算出することができなかった場合には、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、カメラ制御部２１により、第１探索駆動が実行される。ここで、図８は、第１探索駆動における、フォーカスレンズ位置と焦点評価値との関係、およびフォーカスレンズ位置と時間との関係を示す図である。
【００６０】
第１探索駆動とは、フォーカスレンズ３２を、所定の第１駆動範囲（たとえば、現在のフォーカスレンズ位置の近傍）において、合焦位置を適切に検出することができる第１駆動速度で駆動させながら、それぞれのフォーカスレンズ位置で得られた画像信号に基づいて、コントラスト検出方式により焦点評価値を算出することで、複数のフォーカスレンズ位置で得られた焦点評価値に基づいて、焦点評価値のピーク位置を探索する動作である。なお、第１探索駆動における第１駆動速度とは、合焦位置を適切に検出することができる速度であれば、特に限定されず、たとえば、サンプルリング間隔が焦点深度の２倍となる、フォーカスレンズ３２の駆動速度とすることができる。
【００６１】
すなわち、焦点評価値のサンプリング間隔は、フォーカスレンズ３２の駆動速度が速くなるほど大きくなり、フォーカスレンズ３２の駆動速度が所定速度を越えた場合には、焦点評価値のサンプリング間隔が大きくなり過ぎてしまい、合焦位置を適切に検出することができなくなってしまう。これは、焦点評価値のサンプリング間隔が大きくなるほど、合焦位置のばらつきが大きくなり合焦精度が低下する場合があるためである。そのため、第１探索駆動では、コントラスト検出方式による焦点検出において、フォーカスレンズ３２を駆動させた際の像面の移動速度が、合焦位置を適切に検出することができる第１駆動速度となるように、フォーカスレンズ３２を駆動させる。これにより、第１探索駆動で検出された焦点評価値のピーク位置を、合焦位置として検出することができる。
【００６２】
たとえば、図８に示す第１探索駆動の動作例では、時刻ｔ０において、レンズ位置Ｐ０から、至近側から無限遠側に、フォーカスレンズ３２を、合焦位置を適切に検出することができる第１駆動速度で駆動させており、これにより、各フォーカスレンズ位置で焦点評価値Ｃ１〜Ｃ７をそれぞれ算出する。そして、第１探索駆動では、算出した焦点評価値Ｃ１〜Ｃ７に基づいて、たとえば３点内挿法などにより、焦点評価値Ｃ１〜Ｃ７のピーク位置Ｐ２を求めることで、焦点評価値のピーク位置Ｐ２を合焦位置として検出することができる。
【００６３】
なお、第１探索駆動においては、図８に示すように、焦点評価値のピーク位置（合焦位置）Ｐ２を検出するために、フォーカスレンズ３２を合焦位置Ｐ２を超えた位置Ｐ１まで駆動させており、その後、フォーカスレンズ３２を合焦位置Ｐ２に移動させるために、レンズ位置Ｐ１において、フォーカスレンズ３２の駆動方向を反転させている。しかしながら、図２に示すガタ量Ｇの影響により、フォーカスレンズ３２の駆動方向を反転させることで、フォーカスレンズ３２のレンズ位置がガタ量Ｇに応じた移動量だけ合焦位置からずれてしまう場合がある。そこで、第１探索駆動では、このようなガタ量Ｇの影響を除外するために、フォーカスレンズ３２を、レンズ位置Ｐ１から、焦点評価値のピーク位置Ｐ２を超えるレンズ位置Ｐ３まで駆動させるガタ詰め駆動が行われる。
【００６４】
そして、ステップＳ１０９では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０８の第１探索駆動により、第１探索範囲において、焦点評価値のピーク位置が検出できたか否かの判断が行われる。第１探索駆動により焦点評価値のピーク位置が検出できた場合には、ステップＳ１０３に進み、検出された焦点評価値のピーク位置である合焦位置に、フォーカスレンズ３２を駆動させる合焦駆動が行われる。
【００６５】
たとえば、図８に示す例では、フォーカスレンズ３２がレンズ位置Ｐ１まで移動した時刻ｔ１において、焦点評価値のピークが検出できたと判断され（ステップＳ１０９＝Ｙｅｓ）、時刻ｔ１〜ｔ２においてガタ詰め駆動が行われた後に、合焦位置Ｐ２までフォーカスレンズ３２を駆動する合焦駆動が行われる（ステップＳ１０３）。
【００６６】
一方、ステップＳ１０９で、第１探索駆動により焦点評価値のピーク位置（合焦位置）が検出できないと判断された場合には、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、カメラ制御部２１により、第２探索駆動が実行される。ここで、図９は、第２探索駆動における、フォーカスレンズ位置と焦点評価値との関係、およびフォーカスレンズ位置と時間との関係を示す図である。
【００６７】
第２探索駆動とは、フォーカスレンズ３２を、第１探索駆動における第１駆動範囲よりも広い第２駆動範囲（たとえば、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲の全域）において、第１探索駆動における第１駆動速度よりも速い第２駆動速度で駆動させながら、各フォーカスレンズ位置で得られた画像信号に基づいて、コントラスト検出方式により、焦点評価値を算出することで、複数のフォーカスレンズ位置で得られた焦点評価値に基づいて、焦点評価値のピーク位置を探索する動作である。
【００６８】
また、第２探索駆動における第２駆動速度は、大まかな焦点評価値のピーク位置を検出することができる速度、たとえば、第１駆動速度の３倍の速度とすることができる。このように、第２探索駆動における第２駆動速度は、第１探索駆動における第１駆動速度よりも速い速度であるため、第２探索駆動では、図８に示す第１探索駆動と比べて、焦点検出に要する時間を短縮することができる。
【００６９】
たとえば、図９に示す例において、カメラ制御部２１は、時刻ｔ０において、レンズ位置Ｐ０から、至近側から無限遠側に、フォーカスレンズ３２を、第１駆動速度よりも速い第２駆動速度で駆動させており、これにより、それぞれのフォーカスレンズ位置で、焦点評価値Ｃ１’〜Ｃ３’を算出する。そして、カメラ制御部２１は、算出した焦点評価値Ｃ１’〜Ｃ３’に基づいて、たとえば３点内挿法などにより、焦点評価値Ｃ１’〜Ｃ３’がピークとなる位置Ｐ２’を、焦点評価値のピーク位置として検出する。図９に示すように、第２探索駆動では、図８に示す第１探索駆動と比べると、フォーカスレンズ３２の駆動速度が速いために、焦点評価値のピーク位置を検出する時間は短くなる。
【００７０】
なお、上述したように、焦点評価値のサンプリング間隔は、フォーカスレンズ３２の駆動速度が速くなるほど大きくなり、フォーカスレンズ３２の駆動速度が所定速度を越えた場合には、焦点評価値のサンプリング間隔が大きくなり過ぎてしまうため、第２探索駆動では、大まかな焦点評価値のピーク位置（合焦位置）しか検出できない場合がある。しかしながら、本実施形態では、後述するように、第２探索駆動を行った後に、位相差検出方式による焦点検出を行うことで、合焦位置を適切に検出することが可能となる。
【００７１】
すなわち、たとえば図９に示す例において、焦点評価値が実際にピークとなる合焦位置はＰ３であり、検出された焦点評価値のピーク位置Ｐ２’とは異なる位置となっている。このように、第２探索駆動では、フォーカスレンズ３２の第２駆動速度が速く、焦点評価値のサンプリング間隔が大き過ぎるために、焦点評価値のピーク位置Ｐ２’が、実際のピーク位置（合焦位置）Ｐ３よりも少し外れた位置に検出される場合がある。しかしながら、本実施形態では、焦点評価値のピーク位置Ｐ２’までフォーカスレンズ３２を駆動した後に、焦点評価値のピーク位置Ｐ２’において、位相差検出方式による焦点検出を行い（後述するステップＳ１１３）、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置Ｐ３まで駆動する。以下に、第２探索駆動後の処理について説明する。
【００７２】
まず、ステップＳ１１１では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１１０の第２探索駆動により、焦点評価値のピーク位置が検出できたか否かの判断が行われる。第２探索駆動において、フォーカスレンズ３２を第２駆動範囲の全域で駆動させた場合でも、焦点評価値のピーク位置が検出できない場合には、第２探索駆動により焦点評価値のピーク位置が検出できないと判断し、ステップＳ１１５に進み、カメラ制御部２１により、合焦不能の旨の表示が行われる。一方、第２探索駆動により焦点評価値のピーク位置を検出できた場合には、ステップＳ１１２に進み、カメラ制御部２１により、フォーカスレンズ３２が、第２探索駆動により検出された焦点評価値のピーク位置まで駆動される。
【００７３】
そして、フォーカスレンズ３２を、第２探索駆動により検出された焦点評価値のピーク位置まで駆動する処理が完了すると、ステップＳ１１３に進み、カメラ制御部２１により、第２探索駆動により算出した焦点評価値のピーク位置において、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出が行わる。なお、本実施形態では、位相差検出方式による焦点検出を行うための画像信号を所定時間分だけ蓄積し、蓄積した画像信号に基づいて、デフォーカス量の算出を行う。これにより、被写体のコントラストが低い場合などでも、デフォーカス量の算出を行うことができる。
【００７４】
そして、ステップＳ１１４では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１１３において、デフォーカス量が算出できたか否かの判断が行われる。デフォーカス量が算出できたと判断された場合には、ステップＳ１０３に進み、ステップＳ１１３で算出されたデフォーカス量に基づいて、合焦駆動が行われる。このように、本実施形態では、第２探索駆動が行われた後に、位相差検出方式により算出したデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２の合焦駆動が行われるため、第１探索駆動のようにガタ詰め駆動を行わなくとも、バックラッシュの影響を防止することができる。一方、ステップＳ１１４において、デフォーカス量が算出することができないと判断された場合には、ステップＳ１１５に進み、合焦不能表示が行われる。
【００７５】
たとえば、図９に示す例では、フォーカスレンズ３２がレンズ位置Ｐ１まで移動した時刻ｔ１’において、第２探索駆動により焦点評価値のピーク位置Ｐ２’が検出できたと判断され（ステップＳ１１１＝Ｙｅｓ）、時刻ｔ１’〜ｔ２’において、フォーカスレンズ３２が焦点評価値のピーク位置Ｐ２’まで駆動される（ステップＳ１１２）。そして、カメラ制御部２１は、時刻ｔ２’〜ｔ３’において、第２探索駆動による焦点評価値のピーク位置Ｐ２’で、位相差検出方式の焦点検出に用いる画像信号を蓄積し、蓄積した画像信号に基づいてデフォーカス量を算出する（ステップＳ１１３）。そして、デフォーカス量が算出できた場合には（ステップＳ１１４＝Ｙｅｓ）、カメラ制御部２１は、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置Ｐ３’に駆動させる（ステップＳ１０３）。
【００７６】
なお、本実施形態では、ステップＳ１０２において、デフォーカス量が算出できないと判断された後も、周期的にデフォーカス量の算出が行われ、デフォーカス量が算出できた場合には、デフォーカス量に基づいて合焦駆動を行うことができる。
【００７７】
以上のように、本実施形態では、合焦状態を適切に検出することができる第１駆動速度よりも速い第２駆動速度で、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、第２探索駆動を行うことで、図８および図９に示すように、光学系の焦点調節に要する時間を短縮することができる。特に、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲の大きなレンズ鏡筒３においては、より大きな効果を奏することができる。
【００７８】
また、第２探索駆動の後に、位相差検出手段によりデフォーカス量の算出を行い、位相差検出手段により算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させることで、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで適切に駆動させることができるとともに、フォーカスレンズ３２の駆動方向の反転による、バックラッシュの影響を防止することができる。その結果、図９に示すように、第２探索駆動では、ガタ詰め駆動が不要となり、その分だけ、焦点調節に要する時間を短縮することができる。特に、マウンドアダプタを介してレンズ鏡筒３を装着した場合には、ガタ量Ｇが大きくなる傾向があり、このような場合に、位相差検出方式による焦点検出結果に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させて、バックラッシュの影響を防止することで、より大きな効果を奏することができる。
【００７９】
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。
【００８０】
たとえば、上述した実施形態では、探索駆動により焦点評価値のピーク位置が検出された場合には、焦点評価値のピーク位置までフォーカスレンズ３２を駆動し、焦点評価値のピーク位置で得られたデフォーカス量に基づいて、合焦位置まで、フォーカスレンズ３２を駆動する構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、たとえば、フォーカスレンズ３２を焦点評価値のピーク位置まで駆動させている間（たとえば、図９に示す例では、フォーカスレンズ３２をレンズ位置Ｐ１からＰ２’まで移動させている間）に、位相差検出方式による焦点検出を行い、この位相差検出方式におけるデフォーカス量に基づいて、合焦位置までフォーカスレンズ３２を駆動させる構成とすることができる。
【符号の説明】
【００８１】
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
３…レンズ鏡筒
３３…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
【図１】
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【図２】
2015049473.tif 000004
【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】
2015049473.tif 000009
【図８】
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【図９】
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