(57)【要約】【課題】精度の良い迅速な焦点検出を安定して行える撮像装置の技術を提供する。【解決手段】撮像装置は、位相差検出方式の焦点検出(位相差ＡＦ)とコントラスト検出方式の焦点検出(コントラストＡＦ)とを並行して実行できる。この撮像装置のＡＦ制御では、まず位相差ＡＦで検出される暫定合焦位置にオフセットを加えた停止位置までフォーカスレンズを駆動するとともに、この駆動時に撮像素子で順次に得られる画像信号に基づきコントラストＡＦの評価値(ＡＦ評価値)を取得・保存する(ステップＳＴ１〜３)。次に、ステップＳＴ２で取得したＡＦ評価値の履歴に基づきＡＦ評価値がピークとなるフォーカスレンズの位置(最終合焦位置)を検出するとともに、この最終合焦位置までフォーカスレンズを駆動する(ステップＳＴ４〜６)。以上の動作により、精度の良い迅速な焦点検出を安定して行える。【選択図】図７
2009069255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
(a)被写体に係る画像信号を取得する撮像手段と、
(b)フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、
(c)コントラスト検出方式の焦点検出により、前記フォーカスレンズに係る合焦位置を検出する第１検出手段と、
(d)前記駆動手段により前記フォーカスレンズを前記合焦位置の方向に駆動させつつ、位相差検出方式の焦点検出により前記合焦位置についての暫定位置を検出する暫定位置検出処理を実行する第２検出手段と、
(e)前記駆動手段により、前記暫定位置を通過させた後に前記フォーカスレンズを前記合焦位置に戻り駆動させる合焦制御手段と、
を備え、
前記第１検出手段は、
(c-1)前記駆動手段により駆動されるフォーカスレンズの各位置において前記撮像手段で取得される画像信号に基づき、前記コントラスト検出方式の焦点検出で利用する焦点検出情報を取得する焦点情報取得処理を実行する手段と、
(c-2)前記焦点情報取得処理によって取得される焦点検出情報に基づき前記合焦位置を検出する合焦位置検出処理を実行する手段と、
を有するとともに、
前記合焦制御手段は、
(e-1)前記暫定位置検出処理によって検出される暫定位置に所定の行き過ぎ量が付加されたフォーカスレンズの停止位置を決定する決定手段と、
(e-2)前記暫定位置を通過させ前記停止位置まで前記フォーカスレンズを駆動させる第１駆動制御手段と、
(e-3)前記第１駆動制御手段によるフォーカスレンズの駆動の際に、少なくとも前記暫定位置を跨ぐ近傍の区間における前記焦点検出情報を前記焦点情報取得処理によって取得し、所定の記憶手段に保存する焦点情報保存手段と、
(e-4)前記所定の記憶手段に保存された焦点検出情報に基づき前記合焦位置検出処理によって前記合焦位置を検出し、当該合焦位置に前記フォーカスレンズを駆動させる第２駆動制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記焦点情報取得処理と前記暫定位置検出処理との並行処理が不可能であり、
前記焦点情報保存手段では、前記暫定位置検出処理により前記暫定位置が検出されてから、前記焦点情報取得処理が開始されることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記焦点情報取得処理と前記暫定位置検出処理との並行処理が可能であり、
前記焦点情報保存手段では、前記暫定位置検出処理により前記暫定位置が検出される前に、前記焦点情報取得処理が開始されることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
被写体に係る画像信号を取得する撮像手段と、フォーカスレンズを駆動する駆動手段とを有する撮像装置において前記フォーカスレンズを合焦位置に駆動させる合焦制御方法であって、
(a)コントラスト検出方式の焦点検出により、前記合焦位置を検出する第１検出工程と、
(b)前記駆動手段により前記フォーカスレンズを前記合焦位置の方向に駆動させつつ、位相差検出方式の焦点検出により前記合焦位置についての暫定位置を検出する暫定位置検出処理を実行する第２検出手工程と、
(c)前記駆動手段により、前記暫定位置を通過させた後に前記フォーカスレンズを前記合焦位置に戻り駆動させる合焦制御工程と、
を備え、
前記第１検出工程は、
(a-1)前記駆動手段により駆動されるフォーカスレンズの各位置において前記撮像手段で取得される画像信号に基づき、前記コントラスト検出方式の焦点検出で利用する焦点検出情報を取得する焦点情報取得処理を実行する工程と、
(a-2)前記焦点情報取得処理によって取得される焦点検出情報に基づき前記合焦位置を検出する合焦位置検出処理を実行する工程と、
を有するとともに、
前記合焦制御工程は、
(c-1)前記暫定位置検出処理によって検出される暫定位置に所定の行き過ぎ量が付加されたフォーカスレンズの停止位置を決定する決定工程と、
(c-2)前記暫定位置を通過させ前記停止位置まで前記フォーカスレンズを駆動させる第１駆動制御工程と、
(c-3)前記第１駆動制御工程におけるフォーカスレンズの駆動の際に、少なくとも前記暫定位置を跨ぐ近傍の区間における前記焦点検出情報を前記焦点情報取得処理によって取得し、前記撮像装置における所定の記憶手段に保存する焦点情報保存工程と、
(c-4)前記所定の記憶手段に保存された焦点検出情報に基づき前記合焦位置検出処理によって前記合焦位置を検出し、当該合焦位置に前記フォーカスレンズを駆動させる第２駆動制御工程と、
を有することを特徴とする合焦制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コントラスト検出方式および位相差検出方式の焦点検出が可能な撮像装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル一眼レフカメラなどの撮像装置では、一般に位相差ＡＦセンサを用いた位相差検出方式の焦点検出(位相差ＡＦ)によりオートフォーカス制御(ＡＦ制御)が行われる。この位相差ＡＦについては、撮像素子で得られる画像信号のコントラストがピークとなるフォーカスレンズの位置を検出するコントラスト検出方式の焦点検出(コントラストＡＦ)に比べて焦点検出精度が悪いという短所がある一方、コントラストＡＦより迅速な焦点検出を行えるという長所がある。
【０００３】
そこで、位相差ＡＦおよびコントラストＡＦそれぞれの長所を生かせるＡＦ方式としてハイブリッドＡＦが提案されている。例えば特許文献１には、位相差を検出するための２つの画像を同時に取得可能な撮像素子が開示されており、このような撮像素子を利用すればハイブリッドＡＦも可能である。
【０００４】
ハイブリッドＡＦにおいては、例えば位相差ＡＦによって検出される合焦位置にフォーカスレンズを素速く駆動させてからコントラストＡＦに切り替えて精度の良い焦点検出を行うことで、両者の利点を生かしたＡＦ制御が実現される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−７９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のハイブリッドＡＦでは、位相差ＡＦにより検出される合焦位置にフォーカスレンズを駆動してもフォーカスレンズがコントラストのピーク位置を通過していない場合には、このピーク位置を検出するまでコントラストＡＦによるフォーカスレンズの駆動を行わなければならない。このような場合には、焦点検出が遅くなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、精度の良い迅速な焦点検出を安定して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】
【０００８】
本発明の第１の側面は、撮像装置であって、(a)被写体に係る画像信号を取得する撮像手段と、(b)フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、(c)コントラスト検出方式の焦点検出により、前記フォーカスレンズに係る合焦位置を検出する第１検出手段と、(d)前記駆動手段により前記フォーカスレンズを前記合焦位置の方向に駆動させつつ、位相差検出方式の焦点検出により前記合焦位置についての暫定位置を検出する暫定位置検出処理を実行する第２検出手段と、(e)前記駆動手段により、前記暫定位置を通過させた後に前記フォーカスレンズを前記合焦位置に戻り駆動させる合焦制御手段とを備え、前記第１検出手段は、(c-1)前記駆動手段により駆動されるフォーカスレンズの各位置において前記撮像手段で取得される画像信号に基づき、前記コントラスト検出方式の焦点検出で利用する焦点検出情報を取得する焦点情報取得処理を実行する手段と、(c-2)前記焦点情報取得処理によって取得される焦点検出情報に基づき前記合焦位置を検出する合焦位置検出処理を実行する手段とを有するとともに、前記合焦制御手段は、(e-1)前記暫定位置検出処理によって検出される暫定位置に所定の行き過ぎ量が付加されたフォーカスレンズの停止位置を決定する決定手段と、(e-2)前記暫定位置を通過させ前記停止位置まで前記フォーカスレンズを駆動させる第１駆動制御手段と、(e-3)前記第１駆動制御手段によるフォーカスレンズの駆動の際に、少なくとも前記暫定位置を跨ぐ近傍の区間における前記焦点検出情報を前記焦点情報取得処理によって取得し、所定の記憶手段に保存する焦点情報保存手段と、(e-4)前記所定の記憶手段に保存された焦点検出情報に基づき前記合焦位置検出処理によって前記合焦位置を検出し、当該合焦位置に前記フォーカスレンズを駆動させる第２駆動制御手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の側面は、被写体に係る画像信号を取得する撮像手段と、フォーカスレンズを駆動する駆動手段とを有する撮像装置において前記フォーカスレンズを合焦位置に駆動させる合焦制御方法であって、(a)コントラスト検出方式の焦点検出により、前記合焦位置を検出する第１検出工程と、(b)前記駆動手段により前記フォーカスレンズを前記合焦位置の方向に駆動させつつ、位相差検出方式の焦点検出により前記合焦位置についての暫定位置を検出する暫定位置検出処理を実行する第２検出手工程と、(c)前記駆動手段により、前記暫定位置を通過させた後に前記フォーカスレンズを前記合焦位置に戻り駆動させる合焦制御工程とを備え、前記第１検出工程は、(a-1)前記駆動手段により駆動されるフォーカスレンズの各位置において前記撮像手段で取得される画像信号に基づき、前記コントラスト検出方式の焦点検出で利用する焦点検出情報を取得する焦点情報取得処理を実行する工程と、(a-2)前記焦点情報取得処理によって取得される焦点検出情報に基づき前記合焦位置を検出する合焦位置検出処理を実行する工程とを有するとともに、前記合焦制御工程は、(c-1)前記暫定位置検出処理によって検出される暫定位置に所定の行き過ぎ量が付加されたフォーカスレンズの停止位置を決定する決定工程と、(c-2)前記暫定位置を通過させ前記停止位置まで前記フォーカスレンズを駆動させる第１駆動制御工程と、(c-3)前記第１駆動制御工程におけるフォーカスレンズの駆動の際に、少なくとも前記暫定位置を跨ぐ近傍の区間における前記焦点検出情報を前記焦点情報取得処理によって取得し、前記撮像装置における所定の記憶手段に保存する焦点情報保存工程と、(c-4)前記所定の記憶手段に保存された焦点検出情報に基づき前記合焦位置検出処理によって前記合焦位置を検出し、当該合焦位置に前記フォーカスレンズを駆動させる第２駆動制御工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、位相差検出方式の焦点検出により検出される暫定位置に所定の行き過ぎ量が付加されたフォーカスレンズの停止位置を決定し、この停止位置まで暫定位置を通過させてフォーカスレンズを駆動させる際に、少なくとも暫定位置を跨ぐ近傍の区間におけるフォーカスレンズの各位置において撮像手段で取得される画像信号に基づきコントラスト検出方式の焦点検出で利用する焦点検出情報を取得して所定の記憶手段に保存する。そして、所定の記憶手段に保存された焦点検出情報に基づき合焦位置を検出し、当該合焦位置に前記フォーカスレンズを駆動させる。その結果、精度の良い迅速な焦点検出を安定して行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
＜撮像装置の外観構成＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａ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。
【００１２】
撮像装置１Ａ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に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。
【００１３】
図１において、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ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と把持可能とするためのグリップ部３０３と、正面左上部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。
【００１４】
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。
【００１５】
マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図４参照)や、機械的接続を行うためのカプラ７５(図４参照)が設けられている。
【００１６】
レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。
【００１７】
グリップ部３０３は、ユーザが撮影時に撮像装置１Ａ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。
【００１８】
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１Ａ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１Ａ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。
【００１９】
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検出等の準備動作）が実行され、シャッターボタン３０７が全押し（Ｓ２）されると、撮影動作（撮像素子１０１(図３)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。
【００２０】
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１Ａ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。
【００２１】
設定ボタン群３１２は、撮像装置１Ａ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。
【００２２】
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２１２(図４参照)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）の設定等の指示を入力するためのものである。
【００２３】
ＥＶＦ３１６は、液晶パネル３１０(図３参照)を備えており、撮像素子１０１(図３参照)によって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。この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。
【００２４】
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、左にセットすると撮像装置１Ａの電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
交換レンズ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。この交換レンズ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。
【００２９】
交換レンズ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４参照)。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(図３参照)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、交換レンズ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。
【００３０】
＜撮像装置１Ａの内部構成＞
次に、撮像装置１Ａの内部構成について説明する。図３は、撮像装置１Ａの縦断面図である。図３に示すように、カメラボディ１０の内部には、撮像素子１０１、ミラー部１０３、位相差ＡＦモジュール１０７などが備えられている。
【００３１】
ミラー部１０３は、カメラボディ１０に交換レンズ２が装着された場合の当該交換レンズ２が備えているレンズ群の光軸ＬＴ上において被写体光をカメラボディ１０上部に設けられた撮像素子１０１へ向けて反射する反射部材として構成されており、カメラボディ１０に固設されている。
【００３２】
ミラー部１０３は、主ミラー１０３１及びサブミラー１０３２から構成されており、主ミラー１０３１の背面側においてサブミラー１０３２が配置されている。交換レンズ２を通過した被写体光は、主ミラー１０３１によって上方へ反射されるとともに、交換レンズ２を通過した被写体光の一部は主ミラー１０３１を透過する。主ミラー１０３１を透過した被写体光の一部はサブミラー１０３２によって反射され、この反射された被写体光は位相差ＡＦモジュール１０７に入射される。
【００３３】
撮像素子１０１は、Ｙ軸に対して垂直となる平面(ＸＺ平面)上に配置されており、主ミラー１０３１で反射された被写体光を受光する。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、各画素の受光面に、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１：２：１の比率で配設されてなるベイヤー配列の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、交換レンズ２を通って結像された被写体光像に関するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色成分のアナログの電気信号（画像信号）を生成し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号として出力する。
【００３４】
撮像素子１０１の前方には、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、撮像素子１０１に向かう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として構成されている。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。
【００３５】
位相差ＡＦモジュール１０７は、被写体のピント情報を検出する測距素子等からなる所謂ＡＦセンサとして構成されている。この位相差ＡＦモジュール１０７は、ミラー部１０３の底部に配設されており、位相差検出方式の焦点検出(以下では「位相差ＡＦ」ともいう)により合焦位置を検出する。
【００３６】
ＥＶＦ３１６は、液晶パネル３１０と、接眼レンズ１０６とを備えている。液晶パネル３１０は、例えば画像表示が可能なカラー液晶パネルとして構成されており、撮像素子１０１により撮像された画像の表示が可能である。接眼レンズ１０６は、液晶パネル３１０に表示された被写体像をＥＶＦ３１６の外側に導く。このようなＥＶＦ３１６の構成により、ユーザは、撮像素子１０１で撮影される被写体を視認できることとなる。
【００３７】
＜撮像装置１Ａの電気的構成＞
図４は、撮像装置１Ａ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、交換レンズ２の電気的構成について先ず説明する。
【００３８】
交換レンズ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。
【００３９】
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。ＡＦ制御では、フォーカスレンズ２１１が交換レンズ２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焦点調節が行われる。
【００４０】
フォーカス駆動制御部７１Ａは、レンズ制御部２６を介してメイン制御部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、レンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。
【００４１】
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、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と平行な方向に駆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。
【００４２】
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レンズ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。
【００４３】
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のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。
【００４４】
また、レンズ制御部２６は、コネクタＥｃを介してカメラボディ１０のメイン制御部６２との間で通信を行う通信機能を有している。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や、レンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の位置情報をメイン制御部６２に送信できるとともに、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。
【００４５】
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７６Ｍ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。
【００４６】
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、シャッタ駆動制御部７３Ａ及びシャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍ、絞り駆動制御部７６Ａ及び絞り駆動アクチュエータ７６Ｍを備えて構成されている。
【００４７】
撮像素子１０１は、先に説明した通りＣＭＯＳカラーエリアセンサからなり、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、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。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、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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ＲＡＭ等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、撮像装置１Ａ各部の動作を制御するものである。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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１Ａ全体を駆動させるための電圧を生成する。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、アルカリ乾電池等の一次電池や、ニッケル水素充電池等の二次電池からなり、撮像装置１Ａ全体に電力を供給する電源である。
【００６１】
シャッタ駆動制御部７３Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッタ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。シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍ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。
【００６２】
絞り駆動制御部７６Ａ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７６Ｍ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７６Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。
【００６３】
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、コントラスト検出方式の焦点検出(コントラストＡＦ)に必要なコントラストＡＦ評価値(以下では「ＡＦ評価値」とも略称する)の演算を行うコントラストＡＦ演算回路７７を備えている。すなわち、コントラストＡＦ演算回路７７では、ＡＦアクチュエータ７１Ｍにより駆動されるフォーカスレンズ２１１の各位置において撮像素子１０１で取得される画像信号に基づきＡＦ評価値(焦点検出情報)を算出して取得する処理（焦点情報取得処理）が実行される。このＡＦ評価値は、例えば撮影範囲の一部(例えば中央部分)に設定されるＡＦエリア内における画素群(例えばＧ画素の画素群)の画素信号を読み出し、このＡＦエリア内の画素群における隣接画素同士の差分の絶対値の総和として算出される。
【００６４】
このコントラストＡＦ演算回路７７で算出されたＡＦ評価値とレンズ位置検出部２５で検出されたフォーカスレンズ２１１の位置情報とに基づき、ＡＦ制御の際には、メイン制御部６２においてコントラストＡＦによるフォーカスレンズ２１１の合焦位置の検出処理が実行される。
【００６５】
以上の構成を有する撮像装置１ＡのＡＦ制御について、以下で詳しく説明する。
【００６６】
＜撮像装置１ＡのＡＦ制御について＞
撮像装置１Ａは、位相差ＡＦモジュール１０７を用いた位相差ＡＦとコントラストＡＦ演算回路７７を用いたコントラストＡＦとを並行して同時に実行できる構成、いわゆるハイブリッドＡＦが可能な構成を有している。すなわち、撮像装置１Ａは、位相差ＡＦにより合焦位置(後述の暫定合焦位置)を検出する処理（暫定位置検出処理）と、ＡＦアクチュエータ７１Ｍによって駆動されるフォーカスレンズ２１１の各位置において撮像素子１０１で生成される画像信号に基づきＡＦ評価値(焦点検出情報)を取得する処理（焦点情報取得処理）との並行処理が可能である。
【００６７】
位相差ＡＦは、比較的高速に焦点検出を行えるものの、焦点検出について２焦点深度以上のズレ(誤差)が生じる可能性があり検出精度が良くない。したがって、撮像装置１ＡのハイブリッドＡＦにおいては、フォーカスレンズ２１１に関する合焦位置について、ＡＦアクチュエータ７１Ｍによりフォーカスレンズ２１１を合焦位置の方向に駆動させつつ合焦位置についての暫定位置(以下では「暫定合焦位置」とも略称する)を検出する位相差ＡＦの処理(暫定位置検出処理)を実行してから、この暫定位置付近におけるＡＦ評価値の履歴に基づきＡＦ評価値がピークとなる位置を最終的な合焦位置(最終合焦位置)として特定するようにしている。
【００６８】
具体的には、シャッターボタン３０７が半押しされてＡＦ制御が開始されると、まず位相差ＡＦでの検出結果に基づきフォーカスレンズ２１１を合焦位置に向けて高速に駆動し、位相差ＡＦで検出された暫定合焦位置に予め定められたオフセットα（例えば数十μｍから数百μｍ）を加算してフォーカスレンズ２１１が確実に暫定合焦位置を通り過ぎるようにする。一方、ＡＦ制御の開始からＡＦ評価値の算出に用いる画像信号を撮像素子１０１で順次に取得し、取得された各画像信号に基づくＡＦ評価値をコントラストＡＦ演算回路７７で算出する。なお、レンズ位置検出部２５によって検出されるフォーカスレンズ２１１の各位置と、この各位置で取得された画像信号に基づくＡＦ評価値とは関連付けられて例えばメイン制御部６２のＲＡＭに記憶される。
【００６９】
上述のように位相差ＡＦで検出された暫定合焦位置からオフセットαだけフォーカスレンズ２１１を通過させて駆動停止することにより、図５のようにＡＦ評価値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ＡＦ評価値との関係が確実に得られるため、コントラストＡＦによって最終合焦位置を適切に検出できることとなる。
【００７０】
具体的には、図５に示すピークＱｋ近傍のＡＦ評価値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とに基づき、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の最終合焦位置Ｐｆが算出できる。
【００７１】
【数１】
2009069255.tif 000003
【００７２】
このように算出された最終合焦位置Ｐｆにフォーカスレンズ２１１を駆動させれば、合焦精度の高いＡＦ制御が可能となる。一方、以上のようなハイブリッドＡＦにより、ＡＦ制御の高速化が図れるが、これに関して以下で説明する。
【００７３】
図６は、撮像装置１ＡにおけるハイブリッドＡＦの動作を説明するための図である。ここで、図６(ａ)および図６(ｂ)の横軸は、ＡＦ制御が開始してからの時間を表すとともに、図６(ａ)の縦軸はフォーカスレンズ２１１の駆動速度(の絶対値)を示し、図６(ｂ)の縦軸はＡＦ評価値を示している。また、図６(ｂ)における黒丸のプロットは、コントラストＡＦ演算回路７７で順次に算出されるＡＦ評価値を表している。
【００７４】
撮像装置１ＡのハイブリッドＡＦでは、上述のように位相差ＡＦで検出された暫定合焦位置にオフセットαを加えることによりフォーカスレンズ２１１を確実に合焦位置を通過させた後に、ＡＦ評価値の履歴に基づきコントラストＡＦによって特定される最終合焦位置にフォーカスレンズ２１１を戻り駆動させる。
【００７５】
具体的には、ＡＦ制御開始時のレンズ位置から暫定合焦位置にオフセットαが付加された停止位置までフォーカスレンズ２１１が移動する際には、図６(ａ)に示す実線Ｆａのように合焦位置までの距離が遠ければフォーカスレンズ２１１の駆動速度を高く設定できるため、フォーカスレンズ２１１の駆動開始から停止するまでの時間を短縮できる。そして、フォーカスレンズ２１１の駆動停止位置は、暫定合焦位置にオフセットαが加算された位置であるため、図６(ｂ)に示す実線ＦｃのようにＡＦ評価値のピークＦｐを越えていることとなる。
【００７６】
すなわち、このようにオフセットαが加算された停止位置までフォーカスレンズ２１１を駆動する際には、暫定合焦位置を跨ぐ近傍の区間を含んだフォーカスレンズ２１１の移動区間においてＡＦ評価値が取得される。そして、取得したＡＦ評価値を順次にメイン制御部６２のＲＡＭに保存するとともに、フォーカスレンズ２１１が停止位置に到達した後にはメイン制御部６２のＲＡＭに保存されたＡＦ評価値の履歴に基づきコントラストＡＦによる最終合焦位置の検出を行う。この最終合焦位置にフォーカスレンズ２１１を戻り駆動(図６(ａ)の実線Ｆｂ)させることによりハイブリッドＡＦによるＡＦ制御が完了することとなる。
【００７７】
一方、コントラストＡＦのみのＡＦ制御を行う場合には、合焦位置、つまりＡＦ評価値のピークが検出されるまで図６(ａ)に示す破線Ｇａのようにフォーカスレンズ２１１の比較的低速な駆動が行われるため、上記のハイブリッドＡＦに比べてフォーカスレンズ２１１の駆動開始から停止するまでの時間が長くなる。なお、フォーカスレンズ２１１の停止位置においては、図６(ｂ)に示す破線ＧｃのようにＡＦ評価値のピークＧｐを越えているため、ＡＦ評価値の履歴に基づき特定される最終合焦位置にフォーカスレンズ２１１を戻り駆動(図６(ａ)の実線Ｇｂ)させることによりＡＦ制御が完了する。
【００７８】
以上のように撮像装置１ＡのハイブリッドＡＦでは、位相差ＡＦによって検出される暫定合焦位置にオフセットαを加算した停止位置までフォーカスレンズ２１１の比較的高速な駆動を行うとともに、この駆動時に取得されたＡＦ評価値の履歴に基づきコントラストＡＦを行うため、コントラストＡＦのみのＡＦ制御に比べて迅速なＡＦ制御が可能となる。
【００７９】
このようなハイブリッドＡＦを行える撮像装置１Ａの具体的な動作について、以下で説明する。
【００８０】
＜撮像装置１Ａの動作＞
図７は、撮像装置１Ａの基本的な動作を示すフローチャートである。この撮像装置１Ａの動作は、特にシャッターボタン３０７が半押しされてからのＡＦ制御の動作を示しており、メイン制御部６２によって実行される。
【００８１】
ステップＳＴ１では、位相差ＡＦモジュール１０７の出力信号に基づき位相差ＡＦによるフォーカスレンズ２１１の駆動を開始する。
【００８２】
ステップＳＴ２では、駆動されるフォーカスレンズ２１１の各位置においてコントラストＡＦで用いるＡＦ評価値を取得し、メイン制御部６２のＲＡＭに保存する。このＡＦ評価値(焦点検出情報)の取得・保存処理については、撮像装置１ＡがハイブリッドＡＦを行える構成、つまり位相差ＡＦモジュール１０７と撮像素子１０１とで被写体光を同時に受光可能な構成であるため、位相差ＡＦによって暫定合焦位置が検出される前に開始できる。
【００８３】
ステップＳＴ２におけるＡＦ評価値の取得では、撮像素子１０１の画素読出し周期を２４０ｆｐｓに設定して得られる画像信号に基づきＡＦ評価値を算出するのが好ましい。交換レンズ２内のレンズ群２１の駆動速度を考慮すると、画素読出し周期を２４０ｆｐｓに設定することによりフォーカスレンズ２１１の駆動ピッチが被写界深度(焦点深度)の２〜４倍程度となって、ほぼ適正な駆動ピッチとなるためである。
【００８４】
ステップＳＴ３では、位相差ＡＦで検出される暫定合焦位置にオフセットαを加えた位置(停止位置)までのフォーカスレンズ２１１の駆動が完了したかを判定する。すなわち、フォーカスレンズ２１１がオフセットαの加算された停止位置に到達したか否かを判断する。ここで、フォーカスレンズ２１１の駆動が完了した場合には、ステップＳＴ４に進み、駆動が完了していない場合には、ステップＳＴ２に戻る。
【００８５】
ステップＳＴ４では、ステップＳＴ２で取得・保存されたＡＦ評価値の履歴に基づき、コントラストＡＦによってフォーカスレンズ２１１の最終合焦位置を検出する。この場合には、例えば上記の式(１)を用いて最終合焦位置Ｐｆが算出される。
【００８６】
ステップＳＴ５では、ステップＳＴ４で検出された最終合焦位置までフォーカスレンズ２１１を駆動する。
【００８７】
ステップＳＴ６では、最終合焦位置までのフォーカスレンズ２１１の駆動が完了したかを判定する。すなわち、フォーカスレンズ２１１が最終合焦位置に到達したか否かを判断する。ここで、フォーカスレンズ２１１の駆動が完了した場合には、本フローチャートを抜けてＡＦ制御を終了する。一方、駆動が完了していない場合には、ステップＳＴ５に戻る。
【００８８】
以上で説明した撮像装置１Ａにおいては、位相差ＡＦで検出される暫定合焦位置にオフセット(行き過ぎ量)αが付加されたフォーカスレンズ２１１の停止位置を決定し、暫定合焦位置を通過させ上記の停止位置までフォーカスレンズ２１１を駆動させる。そして、このフォーカスレンズ２１１の駆動時に取得されたＡＦ評価値の履歴に基づきコントラストＡＦによってフォーカスレンズ２１１の最終合焦位置を検出する。これにより、精度の良い迅速な焦点検出を安定して行えることとなる。
【００８９】
また、撮像装置１Ａでは、位相差ＡＦによる焦点検出の誤差が吸収されるようにオフセットαの設定(例えば焦点検出誤差(μｍ)以上のオフセットαの設定)を行えば、焦点検出精度が良くない位相差ＡＦモジュール１０７の使用も可能となって位相差ＡＦモジュールのコスト低減が図れる。
【００９０】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂは、図１〜２に示す第１実施形態の撮像装置１Ａと同様の外観構成を有しているが、その内部構成が異なっている。
【００９１】
図８は、撮像装置１Ｂの内部構成を示す縦断面図である。
【００９２】
撮像装置１Ｂは、位相差ＡＦの機能を持つ撮像素子１０１Ｐ(後で詳述)を備えており、このため第１実施形態の撮像装置１Ａ(図３)における位相差ＡＦモジュール１０７が削除されている。
【００９３】
また、撮像装置１Ｂは、撮像装置１Ａ(図３)におけるミラー部１０３が削除されているが、このミラー部１０３の削除に伴い交換レンズ２の光軸ＬＴに対して垂直となる平面上に撮像素子１０１Ｐおよびシャッタユニット４０が配置されている。
【００９４】
以上のような内部構成を有する撮像装置１Ｂに関して、その電気的構成を以下で説明する。
【００９５】
図９は、撮像装置１Ｂの電気的な構成を示すブロック図である。
【００９６】
撮像装置１Ｂは、第１実施形態の撮像装置１Ａ(図４)と類似の電気的構成を有しているが、位相差ＡＦモジュール１０７が削除され、その代わりに位相差ＡＦ演算回路７８が設けられている点が異なっている。
【００９７】
位相差ＡＦ演算回路７８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、位相差ＡＦに必要な演算を行う部位である。
【００９８】
この位相差ＡＦ演算回路７８を用いた撮像素子１０１ＲによるＡＦ制御について、詳しく説明する。
【００９９】
＜撮像装置１ＢのＡＦ制御について＞
撮像装置１Ｂにおいては、射出瞳の異なった部分を透過(通過)した透過光を撮像素子１０１Ｐで受光することにより焦点検出を行う位相差ＡＦが可能な構成となっている。この撮像素子１０１Ｐの構成と、この撮像素子１０１Ｐを利用した位相差ＡＦの原理とを、以下で説明する。
【０１００】
図１０は、撮像素子１０１Ｐの構成を説明するための図である。
【０１０１】
撮像素子１０１Ｐ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設けられたＲ画素１１ｒ、Ｇ画素１１ｇおよびＢ画素１１ｂを有するとともに、各画素１１(１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ)には、１つのマイクロレンズＭＬが配設されている。なお、図１０では、図示の便宜上、隣接するマイクロレンズＭＬが重なる部分を有しているように図示しているが、実際の撮像素子では、マイクロレンズＭＬが重ならずに配置される。
【０１０２】
Ｇ画素１１ｇは、ＧｒラインＬ１の方向(水平方向)に沿って配置された複数のＧ画素１１ｇｒと、ＧｂラインＬ２に沿って配置された複数のＧ画素１１ｇｂとからなっているが、このうちＧｒラインＬ１のＧ画素１１ｇｒでは、ＧｒラインＬ１の方向に画素内が８つに分割されている。すなわち、Ｇ画素１１ｇｒにおいては、図１１に示すようにＧｒラインＬ１の方向に沿って８つの光電変換部１１１〜１１８が配列されており、各光電変換部１１１〜１１８では、独立したフォトダイオードを有して光電変換により蓄積された電荷の読出しが可能となっている。なお、撮像素子１０１Ｐの電荷読出しでは、画素内が分割されたＧ画素１１ｇｒと、その他の分割されていない画素（Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂ）とで読み出し方法を異ならせて同時に電荷読出しを行えるようになっている。また、以下では、画素内が分割されたＧ画素１１ｇｒを「分割Ｇ画素」(単に「分割画素」ともいう)と呼び、画素内が分割されていないＧ画素１１ｇｂを「非分割Ｇ画素」(単に「非分割画素」ともいう)と呼ぶこととする。
【０１０３】
次に、上記の分割Ｇ画素１１ｇｒを有する撮像素子１０１Ｐを利用した位相差ＡＦの原理を説明する。
【０１０４】
図１２は、撮像素子１０１Ｐを利用した位相差ＡＦの原理を説明するための図である。
【０１０５】
交換レンズ２に関する実絞りが例えばＦ５.６に相当する場合において、分割Ｇ画素１１ｇｒでは、射出瞳Ｅｐの右側部分を通過した光束Ｔａが緑色のカラーフィルタ１２を透過して分割Ｇ画素１１ｇｒの左から３番目の光電変換部１１３に結像するとともに、射出瞳Ｅｐの左側部分を通過した光束Ｔｂが緑色のカラーフィルタ１２を透過して分割Ｇ画素１１ｇｒの左から５番目(右から３番目)の光電変換部１１６に結像するものとする。すなわち、非分割Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂからなる複数の非分割画素においては、交換レンズ２の射出瞳Ｅｐにおける全体領域を通過した被写体光束を受光するのに対して、複数の分割Ｇ画素１１ｇｒにおいては、交換レンズ２の射出瞳Ｅｐにおける一対の部分領域を通過した被写体光束Ｔａ、Ｔｂを受光することとなる。以下では、光電変換部１１３から得られる受光データを「Ａ系列のデータ」と呼び、光電変換部１１６から得られる受光データを「Ｂ系列のデータ」と呼ぶこととし、例えば、ある１つのＧｒラインＬ１(図１０)に配置された複数の分割Ｇ画素１１ｇｒから得られるＡ系列のデータとＢ系列のデータとを表した図１３〜図１７を参照して位相差ＡＦの原理を説明する。
【０１０６】
図１３は、焦点面が撮像素子１０１Ｐの撮像面から２００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図１４は、焦点面が撮像面から１００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。また、図１５は、焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。さらに、図１６は、焦点面が撮像面から１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図１７は、焦点面が撮像面から２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図１３〜図１７においては、横軸がＧｒラインＬ１方向に関する分割Ｇ画素１１ｇｒの位置を示し、縦軸が光電変換部１１３、１１６からの出力を示している。また、図１３〜図１７では、グラフＧａ１〜Ｇａ５(実線で図示)がＡ系列のデータを表し、グラフＧｂ１〜Ｇｂ５(破線で図示)がＢ系列のデータを表している。
【０１０７】
図１３〜図１７においてＡ系列のグラフＧａ１〜Ｇａ５で示される各Ａ系列の像列とＢ系列のグラフＧｂ１〜Ｇｂ５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ＧｒラインＬ１方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。
【０１０８】
このような一対の像列(Ａ系列およびＢ系列の像列)におけるシフト量と、デフォーカス量との関係をグラフ化すると、図１８に示すグラフＧｄのように表される。この図１８においては、横軸がデフォーカス量(ｍｍ)を示し、縦軸がＡ系列の像列の重心位置に対するＢ系列の像列の重心位置の差(画素数)を示している。なお、各像列の重心位置Ｘｇは、例えば次のような演算式(２)により求められる。
【０１０９】
【数２】
2009069255.tif 000004
【０１１０】
ただし、上式(２)において、Ｘ１〜Ｘｎは、例えばＧｒラインＬ１における左端からの画素位置を表し、Ｙ１〜Ｙｎは、各位置Ｘ１〜Ｘｎの画素からの出力値を表している。
【０１１１】
図１８に示すグラフＧｄのようにデフォーカス量と一対の像列における重心位置の差との関係は、比例関係となっている。この関係について、デフォーカス量をＤＦ(μｍ)とし重心位置の差をＣ(μｍ)として数式で表現すると、次の式(３)のようになる。
【０１１２】
【数３】
2009069255.tif 000005
【０１１３】
ここで、上式(３)の係数ｋは、図１８のグラフＧｄに関する傾きＧｋ(破線で図示)を表しており、工場試験等によって事前に取得できるものである。
【０１１４】
以上より、分割Ｇ画素１１ｇｒから得られるＡ系列のデータとＢ系列のデータとに関する重心位置の差(位相差)を位相差ＡＦ演算回路７８で求めた後に、上式(３)を利用して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に与えることで、検出された焦点位置(暫定合焦位置)にフォーカスレンズ２１１を迅速に移動させるＡＦ制御が可能となる。なお、上記のデフォーカス量とフォーカスレンズ２１１の駆動量との関係は、カメラボディ１０に装着されている交換レンズ２の設計値より一意に定まるものである。
【０１１５】
すなわち、撮像装置１Ｂにおいては、図１２に示す射出瞳Ｅｐにおける一対の部分領域を通過した被写体光束Ｔａ、Ｔｂを受光する分割画素１１ｇｒの光電変換部１１３、１１６からの各電荷信号に基づき一対の像列を生成し、この一対の像列に関するＧｒラインＬ１の方向に沿ったずれ量(シフト量)を検出することにより、位相差ＡＦが行われることとなる。
【０１１６】
以上のような撮像装置１Ｂでは、撮像素子１０１Ｐの分割Ｇ画素１１ｇｒを用いた位相差ＡＦを行えるとともに、撮像素子１０１Ｐの非分割Ｇ画素１１ｇｂを用いたコントラストＡＦも可能である。
【０１１７】
すなわち、撮像装置１Ｂは、撮像装置１Ａと同様にハイブリッドＡＦが可能である。そして、このハイブリッドＡＦによるＡＦ制御において図７のフローチャートに示す第１実施形態と同様の動作が実行されることにより、第１実施形態の撮像装置１Ａと同様の効果を発揮できることとなる。
【０１１８】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る撮像装置１Ｃは、図１〜２に示す第１実施形態の撮像装置１Ａと同様の外観構成を有しているが、その内部構成が異なっている。
【０１１９】
図１９は、撮像装置１Ｃの内部構成を示す縦断面図である。
【０１２０】
撮像装置１Ｃは、光学ファインダを持つ一般的なデジタル一眼レフカメラとして構成されている。すなわち、撮像装置１Ｃのカメラボディ１０の内部には、第１実施形態と同様の構成を有する撮像素子１０１、シャッタユニット４０および位相差ＡＦモジュール１０７が設けられるとともに、撮像装置１Ａのミラー部１０３と類似の構成を有するミラー部１０３Ｐと、ファインダ部１０２（ファインダ光学系）とが設けられている。なお、撮像素子１０１およびシャッターユニット４０は、第１実施形態と異なり、交換レンズ２の光軸ＬＴに対して垂直となる平面上に配置されている。
【０１２１】
ミラー部１０３Ｐは、第１実施形態のミラー部１０３と同様の構成を有する主ミラー１０３１及びサブミラー１０３２を有しており、第１実施形態に対して回転軸１０３３が付加されている。
【０１２２】
すなわち、ミラー部１０３Ｐは、所謂クイックリターンミラーとして構成されており、露光時等には図２０に示すように回転軸１０３３を回動支点として上方に向けて跳ね上がる(ミラーアップの状態)。この際、サブミラー１０３２は、主ミラー１０３１と略平行となるように折り畳まれた状態となる。これにより、交換レンズ２からの被写体光がミラー部１０３によって遮られることなく撮像素子１０１上に届き、この撮影素子１０１が露光される。撮像素子１０１での撮像動作が終了すると、ミラー部１０３は元の位置（図１９に示す位置）に復帰する(ミラーダウンの状態)。
【０１２３】
ファインダ部１０２は、第１実施形態と同様の構成を有する接眼レンズ１０６を有するとともに、ペンタプリズム１０５およびＯＶＦ(Optical View Finder)３１６Ｐを備えている。ペンタプリズム１０５は、断面５角形を呈し、その下面から入射された被写体光像を内部での反射によって当該光像の天地左右を入れ替えて正立像にするためのプリズムである。そして、接眼レンズ１０６により、ペンタプリズム１０５で正立像にされた被写体像をＯＶＦ３１６Ｐの外側に導く。このような構成により、ファインダ部１０２は、撮影待機時において被写界を確認するための光学ファインダとして機能する。
【０１２４】
以上のような内部構成を有する撮像装置１Ｃに関して、その電気的構成を以下で説明する。
【０１２５】
図２１は、撮像装置１Ｃの電気的な構成を示すブロック図である。
【０１２６】
撮像装置１Ｃは、第１実施形態の撮像装置１Ａ(図４)と類似の電気的構成を有しているが、上述のようにＯＶＦ３１６Ｐが設けられているため、撮像装置１Ａ(図４)におけるＥＶＦ３１６およびＶＲＡＭ６５ｂが削除されている。
【０１２７】
また、撮像装置１Ｃは、ミラー部１０３Ｐを駆動するためのミラー駆動アクチュエータ７２Ｍおよびミラー駆動制御部７２Ａを備えている。
【０１２８】
ミラー駆動制御部７２Ａは、撮影動作のタイミングに合わせて、ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍを駆動させる駆動信号を生成するものである。ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍは、ミラー部１０３Ｐを、水平姿勢（ミラーアップ姿勢）若しくは傾斜姿勢（ミラーダウン姿勢）に回動させるアクチュエータである。
【０１２９】
以上の構成を有する撮像装置１Ｃでは、上述の撮像装置１Ａ、１Ｂのように位相差ＡＦとコントラストＡＦとを同時に行えない。すなわち、撮像装置１Ｃは、位相差ＡＦにより暫定合焦位置を検出する処理（暫定位置検出処理）と、ＡＦアクチュエータ７１Ｍによって駆動されるフォーカスレンズ２１１の各位置において撮像素子１０１で生成される画像信号に基づきＡＦ評価値(焦点検出情報)を取得する処理（焦点情報取得処理）との並行処理が不可能である。しかしながら、次で説明する撮像装置１Ｃの動作により、撮像装置１Ａ、１Ｂと同様に高速で精度の良いＡＦ制御が可能となっている。
【０１３０】
＜撮像装置１Ｃの動作＞
図２２は、撮像装置１Ｃの基本的な動作を示すフローチャートである。この撮像装置１Ｃの動作は、特にシャッターボタン３０７が半押しされてからのＡＦ制御の動作を示しており、撮像装置１Ｃのメイン制御部６２によって実行される。また、図２３は、図６(ｂ)に対応しており、撮像装置１Ｃの動作を説明するための図である。
【０１３１】
ステップＳＴ１１では、図７のステップＳＴ１と同様に、位相差ＡＦモジュール１０７の出力信号に基づき位相差ＡＦによるフォーカスレンズ２１１の駆動を開始する。この場合、ミラー部１０３は図１９に示すミラーダウンの状態となっているため、撮像素子１０１で被写体光を受光できず、コントラストＡＦで利用するＡＦ評価値の取得は行えない。
【０１３２】
ステップＳＴ１２では、位相差ＡＦによってフォーカスレンズ２１１の暫定合焦位置を検出する。
【０１３３】
ステップＳＴ１３では、ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍによりミラー部１０３Ｐを駆動して、図２０に示すミラーアップの状態にする。このミラーアップの状態では、位相差ＡＦモジュール１０７で被写体光を受光できないため、位相差ＡＦは不可能となるが、撮像素子１０１で被写体光を受光できるようになるため、コントラストＡＦは可能となる。
【０１３４】
ステップＳＴ１４では、図７のステップＳＴ２と同様に、駆動されるフォーカスレンズ２１１の各位置においてコントラストＡＦで用いるＡＦ評価値を取得し、メイン制御部６２のＲＡＭに保存する。このＡＦ評価値の取得処理は、図２３に示すように位相差ＡＦにより暫定合焦位置が検出されてから、つまり合焦位置の目途がついた時点で開始されるが、このＡＦ評価値の取得期間におけるフォーカスレンズ２１１の駆動については、コントラストＡＦによる駆動制御を行わず、単に停止位置(暫定合焦位置＋オフセットα)までフォーカスレンズ２１１を駆動するだけの制御(オープンループの制御)が行われる。
【０１３５】
このステップＳＴ１４の動作により、少なくとも暫定合焦位置を跨ぐ近傍の区間におけるフォーカスレンズ２１１の各位置についてのＡＦ評価値が取得されることとなる。
【０１３６】
ステップＳＴ１５〜ＳＴ１８においては、図７のステップＳＴ３〜ＳＴ６と同様の動作が行われる。
【０１３７】
以上の撮像装置１Ｃの動作により、第１実施形態の撮像装置１Ａや第２実施形態の撮像装置１Ｂと同様の効果を発揮する。
【０１３８】
＜変形例＞
上記の各実施形態におけるオフセット(行き過ぎ量)については、暫定合焦位置からのフォーカスレンズの移動距離として設定されるのは必須でなく、暫定合焦位置からのフォーカスレンズの移動時間として設定されても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。
【図２】撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。
【図３】撮像装置１Ａの縦断面図である。
【図４】撮像装置１Ａの電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】コントラストＡＦによる合焦位置の検出を説明するための図である。
【図６】撮像装置１ＡにおけるハイブリッドＡＦの動作を説明するための図である。
【図７】撮像装置１Ａの基本的な動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂの内部構成を示す縦断面図である。
【図９】撮像装置１Ｂの電気的な構成を示すブロック図である。
【図１０】撮像素子１０１Ｐの構成を説明するための図である。
【図１１】画素内で分割されたＧ画素１１ｇｒの構成を説明するための図である。
【図１２】撮像素子１０１Ｐ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１３】焦点面が撮像素子１０１Ｐの撮像面から２００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】焦点面が撮像面から１００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】焦点面が撮像面から１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】焦点面が撮像面から２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】一対の像列における重心位置の差とデフォーカス量との関係を示すグラフＧｄを説明するための図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る撮像装置１Ｃの内部構成を示す縦断面図である。
【図２０】撮像装置１Ｃにおけるミラーアップの状態を説明するための図である。
【図２１】撮像装置１Ｃの電気的な構成を示すブロック図である。
【図２２】撮像装置１Ｃの基本的な動作を示すフローチャートである。
【図２３】撮像装置１Ｃの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１Ａ〜１Ｃ  撮像装置
２  交換レンズ
１０  カメラボディ
１１ｂ  Ｂ画素(非分割画素)
１１ｇ  Ｇ画素
１１ｇｂ  非分割Ｇ画素
１１ｇｒ  分割Ｇ画素
１１ｒ  Ｒ画素(非分割画素)
２５  レンズ位置検出部
６２  メイン制御部
７７  コントラストＡＦ演算回路
７８  位相差ＡＦ演算回路
１０１、１０１Ｐ  撮像素子
１０３、１０３Ｐ  ミラー部
１０７  位相差ＡＦモジュール
１１０〜１１８  光電変換部
２１１  フォーカスレンズ
３１１  ＬＣＤ
３１６  ＥＶＦ
３１６Ｐ  ＯＶＦ
【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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