(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系による像のコントラストに基づく焦点評価値を該結像光学系の焦点調節位置に対応付けて検出するコントラスト方式の第１焦点検出手段と、
前記結像光学系の射出瞳の異なる位置を通過する光束による一対の像のずれ量に基づくデフォーカス量を前記焦点調節位置に対応付けて検出する位相差検出方式の第２焦点検出手段と、
前記コントラストの焦点評価値に対応するデフォーカス量を求める演算手段と、
前記焦点評価値がピーク値を示す時の前記焦点調節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設定する目標デフォーカス量設定手段と、
前記第２焦点検出手段によって前記目標デフォーカス量が検出されるように前記結像光学系を焦点調節制御する焦点調節制御手段と、を備え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、
前記結像光学系を介した光束を前記第１焦点検出手段と前記第２焦点検出手段にそれぞれ導くように分割するハーフミラーをさらに備え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、
前記目標デフォーカス量は、前記第２焦点検出手段により検出された複数の前記デフォーカス量のうち最も小さいデフォーカス量よりも大きいことを特徴とする焦点調節装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載の焦点調節装置において、
前記目標デフォーカス量設定手段は、前記焦点評価値のピーク値が検出された後、前記結像光学系を焦点調節制御する前に、前記目標デフォーカス量を設定することを特徴とする焦点調節装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか一項に記載の焦点調節装置を備えたカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点調節装置と、焦点調節装置を備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮影レンズの焦点調節状態を変化させながら撮像素子によって撮像された被写体像のコントラストを検出し、合焦位置（コントラストピーク）を通過した場合にピーク位置に撮影レンズを移動させるコントラスト検出方式のオートフォーカスが広く利用されている。（特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４１０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなコントラスト検出方式のオートフォーカスでは、レンズをピーク位置に移動する際に、バックラッシュの影響により高精度に焦点調節が行えないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による焦点調節装置は、結像光学系による像のコントラストに基づく焦点評価値を該結像光学系の焦点調節位置に対応付けて検出するコントラスト方式の第１焦点検出手段と、前記結像光学系の射出瞳の異なる位置を通過する光束による一対の像のずれ量に基づくデフォーカス量を前記焦点調節位置に対応付けて検出する位相差検出方式の第２焦点検出手段と、前記コントラストの焦点評価値に対応するデフォーカス量を求める演算手段と、前記焦点評価値がピーク値を示す時の前記焦点調節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設定する目標デフォーカス量設定手段と、前記第２焦点検出手段によって前記目標デフォーカス量が検出されるように前記結像光学系を焦点調節制御する焦点調節制御手段と、を備えることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点調節装置において、前記結像光学系を介した光束を前記第１焦点検出手段と前記第２焦点検出手段にそれぞれ導くように分割するハーフミラーをさらに備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の焦点調節装置において、前記目標デフォーカス量は、前記第２焦点検出手段により検出された複数の前記デフォーカス量のうち最も小さいデフォーカス量よりも大きいことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の焦点調節装置において、前記目標デフォーカス量設定手段は、前記焦点評価値のピーク値が検出された後、前記結像光学系を焦点調節制御する前に、前記目標デフォーカス量を設定することを特徴とする。
請求項５の発明によるカメラは、請求項１〜４いずれか一項に記載の焦点調節装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、バックラッシュの影響を無くし、精度よく焦点調節を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の一実施の形態によるカメラの構成図である。図１に示すカメラは、カメラ本体１と、撮影光学系である撮影レンズ２とによって構成される。カメラ本体１は、ハーフミラー１１、焦点検出装置１２、撮像素子１３、信号処理部１４、制御部１５および焦点調節部１６を備える。撮影レンズ２は、焦点調節レンズを含む様々なレンズによって構成される。
【０００８】
ハーフミラー１１は、撮影レンズ２を介した光束を焦点検出装置１２と撮像素子１３にそれぞれ導くように分割する。ハーフミラー１１を透過した撮影レンズ２からの光束は、撮像素子１３へと導かれ、撮像素子１３上に被写体像を結像する。撮像素子１３は、こうして結像された被写体像を撮像して、撮像信号を信号処理部１４へ出力する。なお、撮像素子１３には、たとえばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）方式のものや、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などが用いられる。
【０００９】
信号処理部１４は、撮像素子１３から出力された撮像信号に対してアナログ−デジタル変換処理を行うことにより、その撮像信号を画像データに変換する。このとき、必要に応じて所定の画像処理を行ってもよい。こうして取得された画像データに基づいて、さらに信号処理部１４は、撮影レンズ２の焦点調節位置、すなわち撮影レンズ２における焦点調節レンズの位置に対応付けて、被写体像のコントラスト値を算出する。このコントラスト値は、撮影レンズ２の焦点調節状態に関する焦点評価値を表している。すなわち、撮像素子１３および信号処理部１４は、撮影レンズ２による像のコントラストに基づく焦点評価値を、撮影レンズ２の第１の焦点調節状態として検出する。信号処理部１４において取得された画像データおよびコントラスト値は、制御部１５へ出力される。
【００１０】
撮影レンズ２を介した光束のうち、ハーフミラー１１において反射された光束は、焦点検出装置１２へ入力される。焦点検出装置１２は、周知の瞳分割による位相差検出方式により、撮影レンズ２の焦点調節位置、すなわち撮影レンズ２における焦点調節レンズの位置に対応付けて、撮影レンズ２の焦点調節状態に関するデフォーカス量を検出する。すなわち、焦点検出装置１２は、撮影レンズ２の射出瞳の異なる領域を通過する光束による一対の像のずれ量に基づくデフォーカス量を、撮影レンズ２の第２の焦点調節状態として、前述の撮像素子１３および信号処理部１４とは異なる方式で検出する。焦点検出装置１２において算出されたデフォーカス量は、制御部１５へ出力される。
【００１１】
以上説明したように、撮像素子１３および信号処理部１４と、焦点検出装置１２とは、いずれも撮影レンズ２による像に基づいて、焦点評価値とデフォーカス量をそれぞれ検出する。したがって、撮影レンズ２の焦点調節位置を正確に反映した焦点評価値とデフォーカス量をそれぞれ検出することができる。
【００１２】
制御部１５は、信号処理部１４から出力された画像データを不図示の記録媒体に記録する。このように、撮像素子１３において得られた被写体からの光に基づく画像データを記録媒体に記録することで、被写体の撮影が行われる。さらに制御部１５は、焦点検出装置１２から出力されたデフォーカス量と、信号処理部１４から出力されたコントラスト値とに基づいて、オートフォーカス処理を実行する。このオートフォーカス処理を実行することにより、制御部１５は、撮影レンズ２における焦点調節レンズの駆動量を決定し、その駆動量に応じた駆動信号を焦点調節部１６へ出力する。なお、制御部１５が実行するオートフォーカス処理の具体的な内容については、後で詳しく説明する。
【００１３】
焦点調節部１６は、制御部１５から出力される駆動信号に基づいて、不図示の駆動機構を用いて撮影レンズ２の焦点調節レンズを駆動させる。これにより、撮影レンズ２の焦点調節位置が変化して焦点調節が行われ、被写体にピントが合わせられる。
【００１４】
カメラ本体１において不図示のレリーズボタンが撮影者によって半押し操作されると、制御部１０においてオートフォーカス処理が実行され、撮影レンズ２の焦点調節が行われる。このとき、撮影レンズ２の焦点調節位置を変化させながら、焦点検出装置１２においてデフォーカス量が検出されると共に、撮像素子１３から出力される撮像信号に基づいて、信号処理部１４においてコントラスト値が検出される。その後、レリーズボタンが全押し操作されると、ハーフミラー１１が撮影レンズ２の光路上から退避され、撮像素子１３において被写体像が撮像される。こうして撮像された被写体像が記録媒体に記録される。
【００１５】
次に、オートフォーカス処理の内容について説明する。オートフォーカス処理において、制御部１５は初めに、信号処理部１４から出力されたコントラスト値に基づいて、撮影レンズ２の焦点調節レンズの目標位置（目標レンズ位置）を設定する。次に、焦点検出装置１２から出力されたデフォーカス量に基づいて、設定された目標レンズ位置に対応するデフォーカス量（目標デフォーカス量）を求める。その後、撮影レンズ２の現在の焦点調節位置で得られるデフォーカス量と、求められた目標デフォーカス量とに基づいてレンズ駆動量を算出し、算出したレンズ駆動量に応じた駆動信号を焦点調節部１６へ出力する。こうして出力される駆動信号により、焦点調節部１６はレンズ駆動量の分だけ焦点調節レンズを駆動して、撮影レンズ２の焦点調節位置を変化させる。
【００１６】
上記のようにして焦点調節レンズが駆動されると、制御部１５は、焦点検出装置１２によって検出されるデフォーカス量をモニタし、目標デフォーカス量と比較する。検出されたデフォーカス量が目標デフォーカス量と一致しない場合は、その差分に応じたレンズ駆動量を求めて、駆動信号を焦点調節部１６へ出力する。この制御を目標デフォーカス量が得られるまで繰り返すことにより、撮影レンズ２の焦点調節が行われる。
【００１７】
通常のコントラスト検出方式によるオートフォーカスでは、駆動方向の変化時に生じるバックラッシュの影響により、焦点調節精度が低下する。しかし、以上説明したようなオートフォーカス処理を行うことで、目標デフォーカス量が得られるように焦点調節レンズが駆動されるため、バックラッシュの影響を受けることなく、高精度に撮影レンズ２の焦点調節を行うことができる。また、コントラスト値に基づいて設定された目標レンズ位置に基づいて目標デフォーカス量を求め、その目標デフォーカス量が得られるように焦点調節レンズが駆動されるため、通常の位相差検出方式によるオートフォーカスと比べて、高精度に撮影レンズ２の焦点調節を行うことができる。
【００１８】
ここで、コントラスト値に基づいて目標レンズ位置を設定すると共に、デフォーカス量に基づいて目標レンズ位置に対応する目標デフォーカス量を求める方法について、図２の具体例により説明する。図２に示すように、たとえば、焦点調節レンズの位置がレンズ位置Ｐ（ｎ）のときに、コントラスト値Ｃｏｎ（ｎ）およびデフォーカス量Ｄｅｆ（ｎ）が検出されたとする。また、レンズ位置Ｐ（ｎ＋１）でコントラスト値Ｃｏｎ（ｎ＋１）およびデフォーカス量Ｄｅｆ（ｎ＋１）が検出され、さらに、レンズ位置Ｐ（ｎ＋２）においてコントラスト値Ｃｏｎ（ｎ＋２）およびデフォーカス量Ｄｅｆ（ｎ＋２）が検出されたとする。
【００１９】
制御部１５は、信号処理部１４によりレンズ位置の変化に対して離散的に検出されたコントラスト値Ｃｏｎ（ｎ）、Ｃｏｎ（ｎ＋１）およびＣｏｎ（ｎ＋２）に基づいて、撮影レンズ２が合焦状態であることを示す最大コントラスト値Ｃｏｎ（ｍａｘ）を求める。このとき図２に示すように、検出されたコントラスト値の中で最もその値が高いコントラスト値Ｃｏｎ（ｎ＋１）を中心に、３点内挿によりコントラスト値が検出されなかった部分を補間してコントラスト値のピークを求める。このピークにおけるコントラスト値を最大コントラスト値Ｃｏｎ（ｍａｘ）とする。なお、ここでは、合わせて三つのコントラスト値Ｃｏｎ（ｎ）、Ｃｏｎ（ｎ＋１）およびＣｏｎ（ｎ＋２）に基づいて、合焦状態を示す最大コントラスト値Ｃｏｎ（ｍａｘ）を求めることとしたが、三つ以上のコントラスト値に基づいて最大コントラスト値を求めてもよい。
【００２０】
上記のようにして最大コントラスト値Ｃｏｎ（ｍａｘ）を求めたら、次に制御部１５は、それに対応するレンズ位置Ｐ（ｔ）を求める。このレンズ位置Ｐ（ｔ）を、焦点調節レンズの目標レンズ位置に設定する。制御部１５は、このようにして、検出されたコントラスト値Ｃｏｎ（ｎ）、Ｃｏｎ（ｎ＋１）およびＣｏｎ（ｎ＋２）に基づいて、目標レンズ位置Ｐ（ｔ）を設定する。
【００２１】
以上説明したように目標レンズ位置Ｐ（ｔ）を設定したら、次に制御部１５は、焦点検出装置１２によって離散的に検出されたデフォーカス量Ｄｅｆ（ｎ）、Ｄｅｆ（ｎ＋１）およびＤｅｆ（ｎ＋２）に基づいて、目標レンズ位置Ｐ（ｔ）に対応する目標デフォーカス量Ｄｅｆ（ｔ）を求める。このとき図２に示すように、デフォーカス量が検出されなかった部分を補間して目標デフォーカス量Ｄｅｆ（ｔ）を求める。このようにして、コントラスト値すなわち第１の焦点調節状態が合焦状態を示す時の焦点調節位置に対応するデフォーカス量すなわち第２の焦点調節状態を、目標の焦点調節状態として設定する。
【００２２】
上記のようにして求められた目標デフォーカス量Ｄｅｆ（ｔ）に基づいて、制御部１５はレンズ駆動量を算出し、そのレンズ駆動量に応じた駆動信号を焦点調節部１６へ出力する。なお、ここでは、合わせて三つのデフォーカス量Ｄｅｆ（ｎ）、Ｄｅｆ（ｎ＋１）およびＤｅｆ（ｎ＋２）に基づいて、目標デフォーカス量Ｄｅｆ（ｔ）を求めることとしたが、三つ以上のデフォーカス量に基づいて目標デフォーカス量を求めてもよい。
【００２３】
図３は、制御部１５において実行されるオートフォーカス処理のフローチャートを示している。ステップＳ１０において、制御部１５は、現在の焦点調節位置において信号処理部１４から出力されるコントラスト値を取得する。ステップＳ２０において、制御部１５は、現在の焦点調節位置において焦点検出装置１２から出力されるデフォーカス量を取得する。なお、このとき焦点調節レンズを移動させながらコントラスト値とデフォーカス量を取得してもよい。
【００２４】
ステップＳ３０において、制御部１５は、ステップＳ１０で取得したコントラスト値に基づいて、コントラスト値のピークを通過したか否かを判定する。コントラスト値のピークを通過した場合、すなわち、それまで増加していたコントラスト値が減少に転じた場合は、ステップＳ５０へ進む。一方、コントラスト値のピークをまだ通過していない場合は、ステップＳ４０へ進む。
【００２５】
ステップＳ４０において、制御部１５は、焦点調節部１６へ駆動信号を出力することにより、焦点調節レンズを移動させ、撮影レンズ２の焦点調節位置を所定量だけ変化させる。ステップＳ４０を実行したら、ステップＳ１０へ戻る。これにより、コントラスト値のピークを通過するまで、撮影レンズ２の焦点調節位置を変化させながら、コントラスト値およびデフォーカス量を取得する。
【００２６】
ステップＳ５０において、制御部１５は、それまでに実行されたステップＳ１０において取得されたコントラスト値に基づいて、前述したような方法により最大コントラスト値を算出する。これにより、図２の最大コントラスト値Ｃｏｎ（ｍａｘ）が求められる。
【００２７】
ステップＳ６０において、制御部１５は、ステップＳ５０で算出された最大コントラスト値に対応する目標レンズ位置を設定する。これにより、図２の目標レンズ位置Ｐ（ｔ）が設定される。
【００２８】
ステップＳ７０において、制御部１５は、それまでに実行されたステップＳ２０において取得されたデフォーカス量に基づいて、前述したような方法により、ステップＳ６０で設定された目標レンズ位置に対応する目標デフォーカス量を算出する。これにより、図２の目標デフォーカス量大Ｄｅｆ（ｔ）が求められる。
【００２９】
ステップＳ８０において、制御部１５は、ステップＳ７０で算出された目標デフォーカス量に応じて、焦点調節レンズを移動させる。このとき制御部１５は前述のように、撮影レンズ２の現在の焦点調節位置で得られるデフォーカス量と目標デフォーカス量とに基づいてレンズ駆動量を算出し、焦点調節部１６へ駆動信号を出力することにより、焦点調節レンズを移動させ、焦点調節位置を変化させる。
【００３０】
ステップＳ９０において、制御部１５は、焦点検出装置１２から出力されるデフォーカス量を取得する。ステップＳ１００において、制御部１５は、ステップＳ９０で取得されたデフォーカス量と、ステップＳ７０で算出された目標デフォーカス量とを比較し、目標デフォーカス量が取得されたか否かを判定する。目標デフォーカス量が取得されなかった場合はステップＳ８０へ戻ることにより、目標デフォーカス量が取得されるまで焦点調節レンズを移動させる。目標デフォーカス量が取得されたら、図３のフローチャートを終了する。このようにして、オートフォーカス処理が実行される。
【００３１】
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）カメラ本体１は、撮像素子１３および信号処理部１４により、撮影レンズ２の第１の焦点調節状態、すなわち被写体像のコントラスト値に基づく焦点評価値を、撮影レンズ２の焦点調節位置に対応付けて検出する。また、焦点検出装置１２により、撮像素子１３および信号処理部１４とは異なる方式で、撮影レンズ２の第２の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を、撮影レンズ２の焦点調節位置に対応付けて検出する。そして、制御部１５により、第１の焦点調節状態が合焦状態を示す時の撮影レンズ２の焦点調節位置に対応する第２の焦点調節状態を目標の焦点調節状態として設定し（ステップＳ５０〜Ｓ７０）、焦点検出装置１２によって設定した目標の焦点調節状態が検出されるように、制御部１５および焦点調節部１６により焦点調節レンズを駆動させて、撮影レンズ２を焦点調節する（ステップＳ８０）こととした。このようにしたので、バックラッシュの影響を無くし、精度よく撮影レンズ２の焦点調節を行うことができる。
【００３２】
（２）撮像素子１３および信号処理部１４と、焦点検出装置１２とは、いずれも撮影レンズ２による像に基づいて第１の焦点調節状態と第２の焦点調節状態をそれぞれ検出することとした。このようにしたので、撮影レンズ２の焦点調節位置に対して第１の焦点調節状態と第２の焦点調節状態とを正確に対応付けて検出することができる。
【００３３】
（３）撮像素子１３および信号処理部１４は、第１の焦点調節状態として、撮影レンズ２による像のコントラストに基づく焦点評価値を検出する。また、焦点検出装置１２は、第２の焦点調節状態として、撮影レンズ２の射出瞳の異なる位置を通過する光束による一対の像のずれ量に基づくデフォーカス量を検出する。このような検出方法の組み合わせに適用することにより、各検出方法を効果的に制御することができる。
【００３４】
（４）制御部１５および焦点調節部１６は、ステップＳ８０において、撮影レンズ２の現在の焦点調節位置で得られる第２の焦点調節状態と目標の焦点調節状態とに基づくレンズ駆動量に応じて、撮影レンズ２の焦点調節位置を変化させることとした。このようにしたので、設定された目標の焦点調節状態が得られる位置へ正確に焦点調節レンズを焦点調節することができる。
【００３５】
（５）ハーフミラー１１により、撮影レンズ２を介した光束を撮像素子１３と焦点検出装置１２にそれぞれ導くように分割することとした。このようにしたので、同一の撮影レンズ２を通過した光束を用いて、撮像素子１３および信号処理部１４による第１の焦点調節状態の検出と、焦点検出装置１２による第２の焦点調節状態の検出とを同時に行うことができる。したがって、目標の焦点調節状態が容易に求められる。
【００３６】
なお、以上説明した実施の形態では、オートフォーカス処理を行うと共に被写体像を撮影するカメラ本体１として説明したが、オートフォーカス処理のみを行う焦点調節装置において本発明を適用してもよい。あるいは、このような焦点調節装置を備えるカメラとしてもよい。
【００３７】
また、以上説明した実施の形態では、焦点調節レンズが同じ焦点調節位置にあるときに、信号処理部１４によってコントラスト値を検出すると共に、焦点検出装置１２によってデフォーカス量を検出することとした。しかし、別々のレンズ位置においてコントラスト値とデフォーカス量をそれぞれ検出するようにしてもよい。すなわち、レンズ位置に対応付けてコントラスト値とデフォーカス量がそれぞれ検出されていれば、コントラスト値とデフォーカス量との対応付けができるため、同様に目標デフォーカス量を求めることができる。
【００３８】
さらに、以上説明した実施の形態では、最大コントラスト値に対応する目標レンズ位置を設定し、その目標レンズ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設定することとしたが、必ずしもこのようにしなくてよい。たとえば、被写体の動きを予測し、その予測結果に基づいて、最大コントラスト値に対応するレンズ位置から被写体の動きに応じた分だけ離れたレンズ位置を目標レンズ位置とする。この目標レンズ位置に対応するデフォーカス量を目標デフォーカス量に設定してもよい。すなわち、第１の焦点調節状態が合焦状態を示す時以外の焦点調節位置に対応する第２の焦点調節状態を目標の焦点調節状態として設定することもできる。
【００３９】
また、位相差検出方式の焦点検出装置として、撮像素子と独立した焦点検出装置の例を示したが、撮像素子の撮像画素配列中に、結像光学系の瞳を分割して受光する光電変換部を有する焦点検出画素を混在させた構成の焦点検出装置に適用してもよい。
【００４０】
以上説明した実施の形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様についても、本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態によるカメラの構成図である。
【図２】コントラスト値に基づいて目標レンズ位置を設定し、デフォーカス量に基づいて目標レンズ位置に対応する目標デフォーカス量を求める方法について説明するための具体例を示す図である。
【図３】オートフォーカス処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１：カメラ本体、２：撮影レンズ、１１：ハーフミラー、１２：焦点検出装置、
１３：撮像素子、１４：信号処理部、１５：制御部、１６：焦点調節部
【図１】
0004900134.tif 000002
【図２】
0004900134.tif 000003
【図３】
0004900134.tif 000004