(57)【要約】【課題】光学系の焦点調節を適切に行なうことができる焦点調節装置を提供する。【解決手段】光学系による像に対応する画像信号を出力する撮像部２２と、光学系の焦点状態を繰り返し検出する焦点検出処理を行う焦点検出部２１と、撮像部２２に入射する光束を制限する絞り３４と、絞り３４を駆動させる絞り駆動部３８と、焦点検出部２１による焦点検出処理を起動させる起動部２８と、焦点検出処理の起動が行われている際に、焦点検出結果に基づいて、光学系の焦点状態が合焦状態であるか否かを繰り返し判定する合焦判定処理を行う合焦判定部２１と、動画撮影モードを設定可能なモード設定部２８と、絞り３４が駆動されている場合には、合焦判定部２１による合焦判定処理を制御する制御部２１と、を備え、制御部２１は、動画撮影モードが設定されている場合には、絞り３４が駆動されている場合でも、合焦判定処理を許可することを特徴とする焦点調節装置。【選択図】  図１
2013025144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記撮像部から出力された前記画像信号に基づいて、前記光学系の焦点状態を繰り返し検出する焦点検出処理を行う焦点検出部と、
前記光学系を通過し、前記撮像部に入射する光束を制限する絞りと、
前記絞りを駆動させる絞り駆動部と、
前記焦点検出部による前記焦点検出処理を起動させる起動部と、
前記起動部により前記焦点検出処理の起動が行われている際に、前記焦点検出部による焦点検出結果に基づいて、前記光学系の焦点状態が合焦状態であるか否かを繰り返し判定する合焦判定処理を行う合焦判定部と、
動画撮影モードを設定可能なモード設定部と、
前記絞り駆動部により前記絞りが駆動されている場合に、前記合焦判定部による前記合焦判定処理を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記動画撮影モードが設定されている場合には、前記絞り駆動部により前記絞りが駆動されている場合でも、前記合焦判定処理を許可す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において、
前記モード設定部は、前記動画撮影モードに加えて、静止画撮影モードも設定可能となっており、
前記制御部は、前記静止画撮影モードが設定されている場合には、前記絞り駆動部により前記絞りが駆動されている場合に、前記合焦判定処理を禁止することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記焦点検出部は、位相差により前記光学系による像面のずれ量を繰り返し検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出方式による焦点検出が可能であることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の焦点調節装置であって、
前記焦点検出部は、前記撮像部の受光面に備えられた焦点検出画素の出力に基づいて、位相差により前記光学系による像面のずれ量を繰り返し検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出方式による焦点検出が可能であることを特徴とする焦点調節装置。
【請求項５】
請求項１〜４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、撮像素子に複数の焦点検出用画素を備え、この焦点検出用画素の出力に基づいて、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２００７−１８９３１２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、従来技術では、絞りが駆動している間は、絞りの開口径の変化に伴って光学系の焦点状態も変化してしまうため、合焦判定を適切に行うためには、絞りが駆動している間は合焦判定を禁止し、絞りの駆動が終了した後に合焦判定を行う必要があり、そのため、合焦判定が行われるまでに時間が掛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、光学系の焦点調節を適切に行う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。なお、以下においては、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。
【０００７】
［１］本発明に係る焦点調節装置は、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、前記撮像部から出力された前記画像信号に基づいて、前記光学系の焦点状態を繰り返し検出する焦点検出処理を行う焦点検出部（２１）と、前記光学系を通過し、前記撮像部に入射する光束を制限する絞り（３４）と、前記絞りを駆動させる絞り駆動部（３８）と、前記焦点検出部による前記焦点検出処理を起動させる起動部（２８）と、前記起動部により前記焦点検出処理の起動が行われている際に、前記焦点検出部による焦点検出結果に基づいて、前記光学系の焦点状態が合焦状態であるか否かを繰り返し判定する合焦判定処理を行う合焦判定部（２１）と、動画撮影モードを設定可能なモード設定部（２８）と、前記絞り駆動部により前記絞りが駆動されている場合に、前記合焦判定部による前記合焦判定処理を制御する制御部（２１）と、を備え、前記制御部は、前記動画撮影モードが設定されている場合には、前記絞り駆動部により前記絞りが駆動されている場合でも、前記合焦判定処理を許可す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、前記モード設定部（２８）は、前記動画撮影モードに加えて、静止画撮影モードも設定可能となっており、前記制御部（２１）は、前記静止画撮影モードが設定されている場合には、前記絞り駆動部（３８）により前記絞り（３４）が駆動されている場合に、前記合焦判定処理を禁止す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、前記焦点検出部（２１）は、位相差により前記光学系による像面のずれ量を繰り返し検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出方式による焦点検出が可能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、前記焦点検出部（２１）は、前記撮像部（２２）の受光面に備えられた焦点検出画素（２２２ａ，２２２ｂ）の出力に基づいて、位相差により前記光学系による像面のずれ量を繰り返し検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出方式による焦点検出が可能であるように構成することができる。
【００１１】
［５］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】
【００１２】
本発明によれば、光学系の焦点調節を適切に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態に係るカメラを示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す撮像素子の撮像面を示す正面図である。
【図３】図３は、図２のIII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４】図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図である。
【図５】図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図である。
【図６】図６は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す断面図、図７（Ｂ）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８】図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図である。
【図９】図９は、本実施形態に係るカメラの動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
このフォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒３に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝（螺旋溝）を形成するとともに、フォーカスレンズ３２を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ３６によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１に沿って直進移動することになる。
【００１９】
上述したようにレンズ鏡筒３に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ３６がレンズ鏡筒３に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ３６と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１の逆方向へ直進移動することになる。
【００２０】
フォーカスレンズ３２の位置はエンコーダ３５によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒３に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。
【００２１】
本実施形態のエンコーダ３５としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量（回転方向でも光軸方向の何れでもよい）に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。
【００２２】
フォーカスレンズ３２は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部（至近端ともいう）から被写体側の端部（無限遠端ともいう）までの間を光軸Ｌ１方向に移動することができる。ちなみに、エンコーダ３５で検出されたフォーカスレンズ３２の現在位置情報は、レンズ制御部３７を介して後述するカメラ制御部２１へ送出され、フォーカスレンズ駆動モータ３６は、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ３２の駆動位置が、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駆動する。
【００２３】
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を介して絞り駆動部３８に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を介して絞り駆動部３８に入力されることによっても行われる。一方、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。なお、本実施形態では、動画撮影において絞り３４による駆動音が録音されてしまうことを防止するため、レンズ制御部３７は、動画撮影を行う際に、絞り駆動部３８による絞り３４の駆動を、静止画撮影時よりも低速となるように制御する。
【００２４】
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、記録媒体であるメモリ２４に記録される。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。なお、撮像素子２２の撮像面の前方には、赤外光をカットするための赤外線カットフィルタ、および画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタが配置されている。撮像素子２２の構造の詳細は後述する。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
操作部２８は、シャッターレリーズボタン、動画撮影ボタン、さらにはユーザがカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチなどであり、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。また、操作部２８は、静止画撮影モード／動画撮影モードの切換が行えるようになっており、動画撮影モードが選択されている際に、撮影者により動画撮影ボタンが押下されることで、動画像の撮影が可能となる。そして、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。
【００２９】
次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。
【００３０】
図２は、撮像素子２２の撮像面を示す正面図、図３は、図２のIII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。
【００３１】
本実施形態の撮像素子２２は、図３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。
【００３２】
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。
【００３３】
図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図６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６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。
【００３４】
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３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。
【００３５】
なお、図２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。
【００３６】
図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの断面図である。また、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図７（Ｂ）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（Ａ）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７（Ａ）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（Ｂ）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７（Ｂ）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３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２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する。
【００３７】
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。
【００３８】
また、図５（Ａ）、図５（Ｂ）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。
【００３９】
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。
【００４０】
図８は、図３のVIII-VIII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３４の測距瞳３４１，３４２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８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８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３４１，３４２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。
【００４１】
ここで、射出瞳３４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３４１，３４２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。
【００４２】
なお、図８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３４１，３４２の並び方向と一致している。
【００４３】
また、図８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３４上に投影され、その投影形状は測距瞳３４１，３４２を形成する。
【００４４】
すなわち、測距距離Ｄにある射出瞳３４上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳３４１，３４２）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。
【００４５】
図８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３４１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３４１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。
【００４６】
また、焦点検出画素２２２ｂ−１の光電変換部２２２２ｂ−１は測距瞳３４２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３４２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。
【００４７】
そして、上述した２種類の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを、図３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３４１と測距瞳３４２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３４１と測距瞳３４２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ことができる。
【００４８】
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。
【００４９】
なお、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づく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。
【００５０】
次いで、図９を参照して、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図９は、本実施形態に係るカメラ１の動作例を示すフローチャートである。
【００５１】
まず、ステップＳ１０１では、カメラ制御部２１により、露出制御が開始される。具体的には、カメラ制御部２１は、たとえば、マルチパターン測光により撮影画面全体の輝度値Ｂｖを算出し、算出した輝度値Ｂｖに基づいて、適切な露出を得るための絞りＡｖ、撮像感度Ｓｖ、および露光時間Ｔｖを決定し、決定した絞りＡｖ、撮像感度Ｓｖ、および露光時間Ｔｖに基づいて、絞り３４や撮像素子２２を制御することで、撮像素子２２に対する露出を制御することができる。たとえば、カメラ制御部２１は、測光結果に基づいて決定した絞りＡｖに基づいて、絞り駆動部３８により絞り３４を駆動させ、絞り３４の開口径を調節することで、撮像素子２２に対する露出を制御することができる。なお、このような露出制御は、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００５２】
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、次のように行なわれる。すなわち、まず、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なわれる。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)を実行する。
【００５３】
具体的には、カメラ制御部２１は、各焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃから読み出した第１像データ列ａ１，ａ２，．．．，ａｎと、第２像データ列ｂ１，ｂ２，．．．ｂｎとを、一次元状に相対的にシフトさせながら、下記式（１）に示す相関演算を行う。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜ａ（ｎ＋ｋ）−ｂ（ｎ）｜    …（１）
なお、上記式（１）において、Σ演算はｎについての累積演算（相和演算）を示し、像ずらし量ｋに応じてａ（ｎ＋ｋ）、ｂ（ｎ）のデータが存在する範囲に限定される。また、像ずらし量ｋは整数であり、焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃの画素間隔を単位としたシフト量である。なお、上記式（１）の演算結果においては、一対の像データの相関が高いシフト量において、相関量Ｃ（ｋ）は極小（小さいほど相関度が高い）になる。
【００５４】
次いで、カメラ制御部２１は、算出した相関量Ｃ（ｋ）に基づいて、相関量の極小値を算出する。本実施形態では、たとえば、以下の下記式（２）〜（５）に示す３点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する極小値Ｃ（ｘ）と、極小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを算出することができる。なお、下記式に示すＣ（ｋｊ）は、上記式（１）で得られた相関量Ｃ（ｋ）のうち、Ｃ（ｋ−１）≧Ｃ（ｋ）およびＣ（ｋ＋１）＞Ｃ（ｋ）の条件を満たす値である。
Ｄ＝｛Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ＋１）｝／２    …（２）
Ｃ（ｘ）＝ Ｃ（ｋｊ）−｜Ｄ｜    …（３）
ｘ＝ｋｊ＋Ｄ／ＳＬＯＰ    …（４）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ（ｋｊ＋１）−Ｃ（ｋｊ），Ｃ（ｋｊ−１）−Ｃ（ｋｊ）｝    …（５）
【００５５】
そして、カメラ制御部２１は、相関量の極小値Ｃ（ｘ）が得られるシフト量ｘに基づいて、下記式（６）に従い、デフォーカス量ｄｆを算出する。
ｄｆ＝ｘ・ｋ    …（６）
なお、上記式（６）において、ｋは、相関量の極小値Ｃ（ｘ）が得られるシフト量ｘをデフォーカス量に変換するための変換係数（ｋファクター）である。変換係数ｋは、絞り値に応じて決められており、絞り値が大きいほど大きな値となっている。これは、絞りの開口径が変化すると、光学系の焦点状態も変化してしまい、デフォーカス量（予定焦点面に対する現在の焦点面のずれ量）が同じ場合では、絞り値が大きいほど（絞り３４の開口径が小さいほど）、相関量の極小値Ｃ（ｘ）が得られるシフト量ｘが小さくなるためである。
【００５６】
また、カメラ制御部２１は、このようにデフォーカス量を算出するとともに、算出したデフォーカス量の信頼性の評価を行う。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うことができる。
【００５７】
なお、このような位相差検出方式によるデフォーカス量の算出とデフォーカス量の信頼性の評価は、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００５８】
そして、ステップＳ１０３では、カメラ制御部２１により、デフォーカス量が算出できたか否かの判定が行なわれる。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Ｓ１０４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、デフォーカス量が算出できるまで、ステップＳ１０３で待機する。すなわち、本実施形態では、デフォーカス量が算出できるまで、露出制御とデフォーカス量の算出とが繰り返し行われることとなる。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、デフォーカス量が算出できなかったものとして扱い、ステップＳ１０３で待機することとする。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。
【００５９】
ステップＳ１０４では、デフォーカス量が算出できたと判断されているため、カメラ制御部２１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のに必要となるレンズ駆動量の算出が行われる。そして、算出されたレンズ駆動量は、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に送出される。これにより、フォーカスレンズ駆動モータ３６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の駆動が開始される。なお、本実施形態では、フォーカスレンズ３２の駆動が開始された後も、所定の間隔で、デフォーカス量の算出が繰り返し行われ、その結果、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が駆動される。
【００６０】
次いで、ステップＳ１０５では、カメラ制御部２１により、絞り３４の駆動が行われている否かの判断が行われる。本実施形態では、所定の間隔で露出制御が繰り返し行われており、このような露出制御において絞りＡｖが変更された場合には、変更された絞りＡｖが、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７を介して絞り駆動部３８に送出され、絞りＡｖに基づいて、絞り駆動部３８による絞り３４の駆動が行われることとなる。ステップＳ１０５では、このように、絞り３４の駆動が行われているか否かを判断し、絞り３４が駆動していると判断された場合には、ステップＳ１０６に進み、一方、絞り３４が駆動していないと判断された場合には、ステップＳ１０９に進む。なお、撮像感度Ｓｖを固定して撮影を行う露出制御モードが選択されている場合などでは、絞りＡｖを調節して露出制御が行われることが多くなり、そのため、絞り３４の駆動が行われていると判断され易くなる。
【００６１】
そして、ステップＳ１０５で絞り３４の駆動が行われていると判断された場合は、ステップＳ１０６に進み、カメラ制御部２１により、動画撮影が行われているか否かの判断が行われる。たとえば、カメラ制御部２１は、動画撮影モードが選択されている場合において、撮影者により動画撮影ボタンが押下された場合には、動画撮影が開始されたものと判断し、ステップＳ１０９に進む。一方、カメラ制御部２１は、たとえば、静止画撮影モードが選択されている場合には、静止画撮影が行われており、動画撮影は行われていないと判断し、ステップＳ１０７に進む。
【００６２】
ステップＳ１０５で絞り３４の駆動が行われていると判断され、かつ、ステップＳ１０６で静止画撮影が行われていると判断された場合には、ステップＳ１０７に進み、カメラ制御部２１により、合焦判定を禁止する合焦判定禁止処理が行われる。なお、合焦判定については後述する。
【００６３】
ステップＳ１０８では、カメラ制御部２１により、絞り３４の駆動が終了したか否かの判断が行われ、絞り３４の駆動が終了したと判断された場合には、ステップＳ１０９に進み、一方、絞り３４の駆動が終了していないと判断された場合には、ステップＳ１０８で待機する。すなわち、本実施形態では、静止画撮影中において、絞り３４が駆動している場合には、合焦判定が禁止され、絞り３４の駆動が終了するまで、ステップＳ１０８が繰り返さる。そして、絞り３４の駆動が終了すると、ステップＳ１０９に進むこととなる。
【００６４】
そして、ステップＳ１０８で絞り３４の駆動が終了したものと判断された場合には、ステップＳ１０９に進み、カメラ制御部２１により、合焦判定を許可する合焦判定許可処理が行われる。また、ステップＳ１０５で絞り３４の駆動が行われていないと判断された場合、あるいは、ステップＳ１０６で動画撮影が行われていると判断された場合も、ステップＳ１０９に進み、カメラ制御部２１により、合焦判定を許可する合焦判定許可処理が行われる。
【００６５】
ステップＳ１１０では、合焦判定が許可されているため、カメラ制御部２１により、合焦判定が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以下であるか否かを判断し、算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以下である場合には、光学系の焦点状態が合焦状態であると判断して、ステップＳ１１１に進み、合焦表示を行う。一方、カメラ制御部２１は、算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値よりも大きい場合には、光学系の焦点状態が合焦状態ではないと判断して、ステップＳ１１０の合焦判定を繰り返し行う。すなわち、本実施形態では、フォーカスレンズ３２の駆動が行われている間も、デフォーカス量の算出が繰り返し行われており、新たに算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以下となるまで、合焦判定が繰り返し行われ、新たに算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以下となった場合に、合焦表示が行われることとなる。なお、ステップＳ１１１の合焦表示は、たとえば、電子ビューファインダ２６により行われる。
【００６６】
本実施形態のカメラ１は、以上のように動作する。
【００６７】
このように、本実施形態では、絞り３４の駆動が行われており、静止画撮影が行われている場合には、合焦判定を禁止し、一方、絞り３４の駆動が行われている場合でも、動画撮影が行われている場合には、合焦判定を許可し、合焦判定を行う。これにより、本実施形態では、以下のような効果を奏することができる。すなわち、絞り３４が駆動している場合には、絞り３４の開口径が変化することで光学系の焦点状態も変化してしまい、絞り値に応じて決められている変換係数ｋ（ｋファクター）を用いて、デフォーカス量を適切に算出できない場合があり、デフォーカス量に基づく合焦判定を適切に行えない場合がある。そのため、絞り３４の駆動が終了するまで合焦判定を禁止し、絞り３４の駆動が終了してから合焦判定を行うことで、デフォーカス量を適切に算出し、デフォーカス量に基づいて合焦判定を適切に行うことができる。しかし、動画撮影が行われている場合に、絞り３４の駆動が終了するまで合焦判定を禁止してしまうと、たとえば、絞り３４による駆動音が録音されないように、動画撮影時に、静止画撮影時と比べて、絞り３４を低速で駆動させる場合などでは、絞り３４の駆動が停止されるまでの長い間、焦点状態が非合焦状態と判断されてしまい、これにより、たとえば、フォーカスレンズ３２が合焦状態となるまで駆動し続けてしまうなどにより、動画像を適切に撮影できないといった問題があった。これに対して、本実施形態では、動画撮影時であれば、絞り３４の駆動が行われている場合でも、合焦判定が許可されるため、上述のような問題を有効に解決することできるという効果を奏することができる。
【００６８】
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。
【００６９】
たとえば、上述した実施形態では、露出制御を行う際に、マルチパターン測光により撮影画面全体の輝度値Ｂｖを算出し、算出した輝度値Ｂｖに基づいて露出制御を行う構成を説明したが、たとえば、焦点検出エリアを含む所定領域内においてスポット測光を行うことで、焦点検出エリアを含む所定領域内の輝度値ＳｐｏｔＢｖを算出し、算出した輝度値ＳｐｏｔＢｖに基づいて露出制御を行う構成としてもよい。
【００７０】
また、上述した実施形態では、位相差を用いてデフォーカス量を算出し、算出したデフォーカス量に基づいて、光学系の焦点状態を検出する位相差検出方式による焦点検出を行う構成を説明したが、この構成に限定されるものではなく、たとえば、コントラスト検出方式による焦点検出を行う構成としてもよい。たとえば、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させながら、それぞれのレンズ位置において、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の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算することで焦点評価値を求め、焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ３２のレンズ位置を合焦位置として求める構成としてもよい。あるいは、位相差検出方式による焦点検出およびコントラスト検出方式による焦点検出を同時に行う構成としてもよい。
【００７１】
さらに、上述した実施形態では、撮像素子２２が撮像画素２２１と焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂとを有し、撮像素子２２が有する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにおいて、位相差検出方式による焦点検出を行う構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、位相差検出方式による焦点検出を行うための焦点検出モジュールを、撮像素子２２と独立して設ける構成としてもよい。
【００７２】
なお、上述した実施形態のカメラ１は特に限定されず、例えば、デジタルビデオカメラ、一眼レフデジタルカメラ、レンズ一体型のデジタルカメラ、携帯電話用のカメラなどのその他の光学機器に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
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
２２１…撮像画素
２２２ａ，２２２ｂ…焦点検出画素
２８…操作部
３…レンズ鏡筒
３２…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
３８…絞り駆動部
【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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