JP2007148242A - 合焦制御装置、および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速かつ高精度の合焦制御を実現すること、バックラッシュの問題の発生を防止すること、及び合焦フィーリングを向上させることが可能な技術を提供する。
【解決手段】まず、位相差方式の合焦検出を行うための第１合焦面の光学的な位置と、コントラスト方式の合焦検出を行うための第２合焦面の光学的な位置とを相対的に異なる位置に設定する。そして、位相差方式のＡＦ制御の開始後に、コントラスト方式のＡＦ制御を開始することで、位相差方式のＡＦ制御による合焦状態の実現前に、コントラスト方式のＡＦ制御によってフォーカスレンズのレンズ合焦位置を検出する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、撮像装置における合焦制御技術に関する。

従来、銀塩カメラ等の撮像装置で実施されるオートフォーカス（ＡＦ）制御としては、いわゆる位相差方式を採用したものが多かった。しかし、この位相差方式のＡＦ制御は、特に小さなＦナンバーでの撮影においては、精度が良くないことが知られている。

一方、近年では、デジタルカメラの登場とともに、いわゆるコントラスト方式（山登り方式）のＡＦ制御が採用された撮像装置が広く普及している。一般にコントラスト方式の方がＡＦ精度は高い。しかし、コントラスト方式のＡＦ制御では、フォーカスレンズを移動させつつ一旦合焦状態が実現されるレンズ位置（レンズ合焦位置）を通過させてレンズ合焦位置を検出する必要性があるため、合焦速度が高速でない。

そこで、位相差方式およびコントラスト方式の双方のＡＦ制御を行う電子カメラが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００１−１３３６７９号公報

しかしながら、上記特許文献１で提案された技術では、位相差方式とコントラスト方式とにおいて合焦面の光学的な位置が相互に同一であるため、位相差方式のＡＦ制御によってフォーカスレンズをレンズ合焦位置近傍まで移動させた後に、コントラスト方式のＡＦ制御によってフォーカスレンズを精度良くレンズ合焦位置に合わせる必要性がある。つまり、位相差方式のＡＦ制御が終了した後に、フォーカスレンズを移動させつつ一旦レンズ合焦位置を通過させるコントラスト方式のＡＦ制御特有の動作を行う必要性があるため、合焦速度がそれほど高速にはならないといった問題が残る。

また、カメラ本体側からのギア制御によってフォーカスレンズを移動させる一般的な構成では、ギアの遊び等に起因して、フォーカスレンズを逆向きに精度良く移動させることができないいわゆるバックラッシュの問題が発生する。

更に、コントラスト方式のＡＦ制御によって、フォーカスレンズを前後に行ったり来たりさせると、ファインダを介して目視している被写体が、ぼけた状態から合焦状態を通り過ぎて、またぼけた状態となったりするため、ＡＦ制御における感覚（いわゆる合焦フィーリング）が悪い。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の第１の目的は、高速かつ高精度の合焦制御を実現することができる技術を提供することである。

また、本発明の第２の目的は、バックラッシュの問題の発生を防止する技術を提供することである。

更に、本発明の第３の目的は、合焦フィーリングを向上させる技術を提供することである。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、撮像装置の合焦制御を行う合焦制御装置であって、位相差方式を用いた第１の合焦検出手段と、前記第１の合焦検出手段に係る第１の合焦面とは相対的に異なる光学的な位置に第２の合焦面を有するコントラスト方式を用いた第２の合焦検出手段と、被写体からの光を、前記第１及び第２の合焦検出手段に対してそれぞれ導く第１及び第２の光路に分割する光分割手段と、前記第１の合焦検出手段を用いた合焦制御の開始後に、前記第２の合焦検出手段を用いた合焦制御を開始するタイミング制御手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の合焦制御装置であって、前記第１及び第２の合焦面の光学的な位置を相互に異なる位置に設定する位置設定手段と、前記被写体からの光の光軸方向に沿ってフォーカスレンズの位置を前記被写体の合焦状態を実現するレンズ合焦位置に移動させるレンズ位置制御手段とを備え、前記位置設定手段が、前記第１の合焦検出手段による検出結果に応じて、前記フォーカスレンズの位置を移動させつつ前記被写体の合焦状態を実現する際に前記第１の合焦面よりも早期に前記第２の合焦面において前記被写体の合焦状態が実現されるように、前記第１及び第２の合焦面の光学的な位置を相互に異なる位置に設定することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載された合焦制御装置が搭載されたことを特徴とする撮像装置である。

また、請求項４の発明は、請求項２に記載された合焦制御装置が搭載された撮像装置であって、前記撮像装置が、一眼レフ方式の撮像装置であるとともに、前記被写体からの光をファインダー光学系に導くハーフミラーを含む第１のミラーと、前記被写体からの光のうちの前記第１のミラーを透過した第１の透過光を前記第１の合焦検出手段に導く第２のミラーと、前記被写体からの光のうちの前記第２のミラーを透過した第２の透過光を受け付けることで画像信号を得る撮像素子とを備え、前記撮像素子が、前記第２の合焦検出手段であり、前記位置設定手段が、前記撮像素子を前記第２の透過光の光軸に沿って所定の基準位置から移動させることで、前記第１及び第２の合焦面の光学的な位置を相互に異なる位置に設定することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４に記載の撮像装置であって、前記第１及び第２のミラーのうちの前記第２のミラーのみが、前記被写体からの光の光路上から退避することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項４または請求項５に記載の撮像装置であって、前記第１のミラーが、ペリクルミラーを含むことを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項４から請求項６のいずれかに記載の撮像装置であって、前記第２の透過光の光路上に、正のパワーを有する光学素子を更に備えることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項４から請求項７のいずれかに記載の撮像装置であって、前記位置設定手段が、前記第２の合焦検出手段による前記レンズ合焦位置の検出に応答して、前記撮像素子を前記所定の基準位置に戻すことを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項３に記載の撮像装置であって、前記撮像装置が、一眼レフ方式の撮像装置であるとともに、前記被写体からの光をファインダー光学系に導くハーフミラーを含む第１のミラーと、前記被写体からの光のうちの前記第１のミラーを透過した透過光を前記第１の合焦検出手段に導く第２のミラーとを備え、前記光分割手段が、前記被写体からの光のうちの前記第２のミラーにおける反射光を前記第１及び第２の合焦検出手段に対してそれぞれ導く前記第１及び第２の光路に分割し、前記位置設定手段が、前記第１及び第２の光路のうちの少なくとも一方の光学的な光路長を変更することで、前記第１及び第２の合焦面の光学的な位置を相互に異なる位置に設定することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、位相差方式及びコントラスト方式の合焦検出に係る合焦面の光学的な位置を相互に異ならせ、位相差方式の合焦制御の開始後に、コントラスト方式の合焦制御が開始される構成により、同時に２つの合焦制御が行われ、位相差方式の合焦制御による合焦状態の実現前に、コントラスト方式の合焦制御によってフォーカスレンズのレンズ合焦位置を検出することができるため、高速かつ高精度の合焦制御を実現することができる。また、例えば、フォーカスレンズを逆向きに移動させることなく合焦制御を行うことができるため、バックラッシュの問題の発生を防止することができる。更に、例えば、ファインダ等を介して視認される被写体が、ぼけた状態から合焦状態へとスムーズに変化するような合焦制御を行うことができるため、合焦フィーリングを向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、位相差方式の検出結果に応じて、フォーカスレンズの移動方向が決まり、フォーカスレンズの位置を移動させつつ被写体の合焦状態を実現する際に位相差方式に係る合焦面よりも早期にコントラスト方式に係る合焦面において被写体の合焦状態が実現されるように、位相差方式及びコントラスト方式の合焦検出に係る合焦面の光学的な位置を相互に異ならせる構成を採用することで、フォーカスレンズの初期位置に応じて合焦面を調整することができる。その結果、例えば、フォーカスレンズの初期位置が移動可能な範囲の中間的な位置に設定されている場合には、合焦制御時にフォーカスレンズを移動させる距離が比較的短くて済むため、合焦制御に要する時間を短くすることができる。

請求項３から請求項９のいずれに記載の発明によっても、請求項１または請求項２に記載の発明と同様な効果を得ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、画像信号を得るための撮像素子を光軸に沿って所定の基準位置から移動させることで、位相差方式及びコントラスト方式の合焦検出における合焦面の光学的な位置を相互に異ならせるような構成により、コントラストを検出する部材と撮像素子とを共用することができるため、製造コストを低減することができる。

請求項５に記載の発明によれば、被写体からの光をファインダー光学系に導くハーフミラーを含む第１のミラー、及び第１のミラーを透過した透過光を位相差方式の合焦検出手段に導く第２のミラーのうち、第２のミラーのみが光路上から退避可能に構成されていることで、ファインダー像が確認可能でありながら、コントラスト方式の合焦制御によって撮影範囲のより広い領域に存在する被写体に対して合焦させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、被写体からの光をファインダー光学系に導くハーフミラーを含む第１のミラーがペリクルミラーを備えて構成されることで、第１のミラーによって生じる焦点位置のズレ量を抑制することができる。その結果、当該ズレ量を補正するための撮像素子の移動量が少なくても済むため、構成の簡素化に資する。

請求項７に記載の発明によれば、第２のミラーを透過した透過光の光路上に正のパワーを有する光学素子を設けることで、ミラーによって生じる焦点位置のズレ量を見込んで撮像素子を余計に移動させる必要性がなくなるため、撮像素子を移動させる構成を簡略化することができる。

請求項９に記載の発明によれば、第２のミラーの反射光を２つの光路に分割して、位相差方式及びコントラスト方式の合焦面にそれぞれ導くように設定し、上記２つの光路のうちの少なくとも一方の光学的な光路長を変更することで、位相差方式及びコントラスト方式の合焦検出における合焦面の光学的な位置を相互に異ならせるような構成により、簡単な構成によって２つの合焦面の光学的な位置を異ならせることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
＜撮像装置の概要＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１の概略構成を示す断面模式図である。

図１に示すように、撮像装置１は、いわゆる一眼レフ方式のデジタルカメラとして構成され、被写体からの光を撮影レンズユニット２を介して撮像装置本体３００に導くことで、被写体に係る撮影画像を得ることができる。撮像装置本体３００には、撮像装置１においてオートフォーカス（ＡＦ）制御を行うためのユニット（ＡＦ制御ユニット）１００が搭載されている。また、撮影レンズユニット２には、撮影レンズユニット２の光軸Ｌ上において、ＡＦ制御を実現するためのレンズ（フォーカスレンズ）を含む複数の撮影レンズからなるレンズ群が配設される。

図２は、撮像装置１の構成うちのＡＦ制御ユニット１００に係る構成に着目した模式図である。

ＡＦ制御ユニット１００は、主に、主ミラー１０、サブミラー２０、シャッター機構４、撮像素子であるＣ−ＭＯＳセンサ（以下「Ｃ−ＭＯＳ」と略する）５、及び位相差ＡＦモジュール３を備えて構成される。

主ミラー１０は、ハーフミラーにより構成され、被写体からの光の一部を撮像装置本体３００の上部に向けて反射することで反射光（以下「第１反射光」とも称する）をファインダー光学系に導く。具体的には、主ミラー１０は、被写体からの光を反射することで、ファインダー焦点板６に被写体像を投影する。この被写体像はペンタプリズム７によって正立像化され、接眼レンズ８を介してユーザーが被写体像の状況を確認することができる。また、主ミラー１０は、サブミラー２０に向けて被写体からの光の一部を透過させる。

サブミラー２０は、ハーフミラーにより構成され、被写体からの光のうち、主ミラー１０を透過した光（以下「第１透過光」とも称する）を撮像装置本体３００の下部に向けて反射することで、位相差ＡＦモジュール３に導く。その一方で、サブミラー２０は、Ｃ−ＭＯＳ５に向けて第１透過光の一部を透過させる。つまり、サブミラー２０は、被写体からの光を位相差ＡＦモジュール３とＣ−ＭＯＳ５とにそれぞれ導く２つの光路に分割する（分岐させる）。

位相差ＡＦモジュール３は、位相差方式を用いた合焦検出を行うユニットである。位相差ＡＦモジュール３は、コンデンサーレンズ３ａ、ミラー３ｂ、セパレータレンズ３ｃ、及び位相差検出用素子３ｄを備える。

コンデンサーレンズ３ａは、サブミラー２０によって反射された光（以下「第２反射光」とも称する）を位相差ＡＦモジュール３内部に導く。ミラー３ｂは、第２反射光をセパレータレンズ３ｃ側に向けて屈曲させる。セパレータレンズ３ｃは、位相差の検出を行う為の瞳分割用のレンズであり、第２反射光を瞳分割して、位相差検出用素子３ｄに投影させる。

図３から図５は、位相差方式の合焦制御の原理を説明するための図である。位相差方式の合焦制御では、図３から図５に示すように、合焦させたい被写体の表面（被写体面）ＰＰから発せられた光ＦＦを、撮影レンズユニット２、コンデンサーレンズ３ａ、及びセパレータレンズ３ｃを介して、位相差検出用素子３ｄに導く。このとき位相差検出用素子３ｄで検出される２つの被写体像の位相差、すなわち像間隔の変位量を測定してデフォーカス量を求める。ここでは、後述する撮像ホーム位置に設定されたＣ−ＭＯＳ５の撮像面と等価な面（以下「撮像等価面」とも称する）ＦＰで合焦するようにデフォーカス量が求められる。つまり、撮像等価面ＦＰは、位相差方式のＡＦ制御（位相差ＡＦ制御）によって合焦状態の被写体像が結像される面（以下「第１合焦面」とも称する）として構成される。

なお、例えば、図３に示すように被写体に対して合焦している場合には、像間隔が位相差ＡＦモジュール３の設計時に決まる所定値であるが、図４に示すように前ピンなら像間隔が狭くなり、図５に示すように後ピンであれば像間隔が広くなる。

シャッター機構４は、サブミラー２０を透過した光（以下「第２透過光」とも称する）の光路を開放／遮断することが可能であり、光路を開放することで、第２透過光をＣ−ＭＯＳ５上に照射させ、被写体像をＣ−ＭＯＳ５上に投影させる。

Ｃ−ＭＯＳ５は、被写体からの光のうちの第２透過光を受け付けることで画像信号を得る。Ｃ−ＭＯＳ５によって得られる画像信号は、記録用の撮影画像データを生成するために使用される一方、記録用の撮影画像データを取得する動作（本撮影動作）前に、いわゆるコントラスト方式のＡＦ制御（コントラストＡＦ制御）を行うためにも使用される。Ｃ−ＭＯＳ５の受光面（撮像面）は、コントラストＡＦ制御によって合焦状態の被写体像が結像される面（以下「第２合焦面」とも称する）として構成される。

また、Ｃ−ＭＯＳ５は、撮像装置本体３００に対して移動可能に保持されているため、第２透過光の光軸Ｌに沿って前後に移動可能である。このＣ−ＭＯＳ５の前後移動により、第１合焦面の光学的な位置に対して第２合焦面の光学的な位置が相互に異なる位置へと設定される。

なお、ここで言う「光学的な位置が相互に異なる」とは、第１合焦面において被写体像が合焦状態となるときに、第２合焦面において被写体像が合焦状態にはならないことを示しており、更に、第２合焦面において被写体像が合焦状態となるときに、第１合焦面において被写体像が合焦状態にはならないことを示している。

＜撮像装置の機能構成＞
図６は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１の機能構成を例示するブロック図である。

図６に示すように、撮像装置１は、撮影レンズユニット２、位相差ＡＦモジュール３、Ｃ−ＭＯＳ５、ミラー機構１０ａ、サブミラー機構２０ａ、制御部１０１、レンズ位置検出部２０１、操作部ＯＰ、Ｃ−ＭＯＳ移動制御部１５０、フォーカス制御部１３０、及び信号処理回路５００等を備える。

撮影レンズユニット２は、Ｃ−ＭＯＳ５で取得される画像信号において被写体が合焦状態となるような合焦状態を実現するためのフォーカスレンズ２ａ等を備える。フォーカスレンズ２ａは、レンズの光軸に沿って前後に移動可能であり、フォーカス制御部１３０からの制御信号に応答してモータＭ１が駆動することで、フォーカスレンズ２ａのレンズ位置が移動される。フォーカス制御部１３０は、制御部１０１から入力される制御信号に基づいて制御信号を生成する。また、フォーカスレンズ２ａの位置は、レンズ位置検出部２０１によって検出され、フォーカスレンズ２ａの位置を示すデータが制御部１０１に送られる。

ミラー機構１０ａは、被写体からの光の経路（光路）から退避可能な主ミラー１０を含む機構であり、ミラー制御部１１０からの制御信号に応答してモータＭ２が駆動することで、主ミラー１０が光路から退避した状態（ミラーアップ状態）または光路を遮断した状態（ミラーダウン状態）に設定される。ミラー制御部１１０は、制御部１０１から入力される制御信号に基づいて制御信号を生成する。

サブミラー機構２０ａは、被写体からの光の経路から退避可能なサブミラー２０を含む機構であり、サブミラー制御部１２０からの制御信号に応答してモータＭ５が駆動することで、サブミラー２０が光路から退避した状態（ミラーアップ状態）または光路を遮断した状態（ミラーダウン状態）に設定される。サブミラー制御部１２０は、制御部１０１から入力される制御信号に基づいて制御信号を生成する。

シャッター機構４は、被写体からの光の経路を遮断／開放可能な機構であり、シャッタ制御部１４０からの制御信号に応答してモータＭ３が駆動することで、シャッター機構４が開閉する。シャッタ制御部１４０は、制御部１０１から入力される制御信号に基づいて制御信号を生成する。

Ｃ−ＭＯＳ５は、撮像（光電変換）を行い、撮像画像に係る画像信号を生成する。Ｃ−ＭＯＳ５は、タイミング制御回路１７０から入力される駆動制御信号（蓄積開始信号・蓄積終了信号）に応答して、受光面に結像された被写体像の露光（光電変換による電荷蓄積）を行い、当該被写体像に係る画像信号を生成する。

更に、Ｃ−ＭＯＳ５は、タイミング制御回路１７０から入力される読出制御信号に応答して、当該画像信号を信号処理部５１へ出力する。タイミング制御回路１７０は、制御部１０１から入力される制御信号に基づいて各種制御信号を生成する。また、タイミング制御回路１７０からのタイミング信号（同期信号）は、信号処理部５１及びＡ／Ｄ変換回路５２に入力される。

また、Ｃ−ＭＯＳ５は、Ｃ−ＭＯＳ駆動機構５ａによって被写体からの光の光軸に沿って前後に移動する。Ｃ−ＭＯＳ駆動機構５ａは、Ｃ−ＭＯＳ移動制御部１５０からの制御信号に応答してモータＭ４が駆動することで、Ｃ−ＭＯＳ５を、被写体からの光の光軸に沿って前後に移動する。Ｃ−ＭＯＳ移動制御部１５０は、制御部１０１から入力される制御信号に基づいて制御信号を生成する。

信号処理部５１は、Ｃ−ＭＯＳ５から与えられる画像信号に所定のアナログ信号処理を行い、処理後の画像信号はＡ／Ｄ変換回路５２によってデジタル画像データ（画像データ）に変換される。この画像データは、信号処理回路５００に入力されるとともに、コントラストＡＦ制御のために制御部１０１に対しても適時与えられる。

信号処理回路５００は、Ａ／Ｄ変換回路５２から入力される画像データに対してデジタル信号処理を行い、撮像画像に係る画像データを生成する。信号処理回路５００における信号処理は、画像信号を構成する画素信号ごとに行われる。信号処理回路５００は、黒レベル補正回路５３、ホワイトバランス（ＷＢ）回路５４、γ補正回路５５及び画像メモリ５６を備える。これらの構成のうち、黒レベル補正回路５３、ホワイトバランス（ＷＢ）回路５４およびγ補正回路５５は、デジタル信号処理を行う。

黒レベル補正回路５３は、Ａ／Ｄ変換回路５２が出力した画像データを構成する各画素データの黒レベルを基準の黒レベルに補正する。ＷＢ回路５４は、画像のホワイトバランス調整を行う。γ補正回路５５は、撮像画像の階調変換を行う。画像メモリ５６は、生成された画像データを一時的に記憶するための、高速アクセス可能な画像メモリであり、複数フレーム分の画像データを記憶可能な容量を有する。

制御部１０１は、主にＣＰＵ、メモリ、及びＲＯＭ等を備えて構成され、ＲＯＭ内に格納されるプログラムを読み出してＣＰＵで実行することで、各種機能や制御が実現される。具体的には、制御部１０１は、コントラストＡＦ制御を実行するための機能として、コントラストＡＦ制御部１０５を有し、位相差ＡＦ制御を実行するための機能として、位相差ＡＦ制御部１０６を有し、ＡＦ制御全体を統括制御する機能として、ＡＦ全体制御部１０７を有している。

コントラストＡＦ制御部１０５は、コントラストＡＦ制御を行う際に、Ａ／Ｄ変換回路５２から、画像データの一部の領域（ＡＦエリア）に係る画像データを取得する。そして、コントラストＡＦ制御部１０５は、隣接画素間のコントラストの総和であるＡＦ評価値を算出し、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ２ａのレンズ位置を被写体の合焦状態が実現される位置（レンズ合焦位置）として求める。また、コントラストＡＦ制御部１０５は、求められたレンズ合焦位置に応じた制御信号をフォーカス制御部１３０に対して出力し、フォーカスレンズ２ａをレンズ合焦位置へ移動させる。

位相差ＡＦ制御部１０６は、位相差ＡＦ制御を行う際に、位相差ＡＦモジュール３における検出結果に基づいて、フォーカスレンズ２ａのレンズ合焦位置を検出する。そして、位相差ＡＦ制御部１０６は、位相差ＡＦ制御を行う際には、求められたレンズ合焦位置に応じた制御信号をフォーカス制御部１３０に対して出力し、フォーカスレンズ２ａをレンズ合焦位置へ移動させる。

ＡＦ全体制御部１０７は、コントラストＡＦ制御及び位相差ＡＦ制御を適宜実行させる。

操作部ＯＰは、シャッタースタートボタン（シャッターボタン）や各種ボタンやスイッチ等を備えて構成され、操作部ＯＰに対するユーザーの入力操作に応答して、制御部１０１が各種動作を実現する。なお、シャッターボタンは、半押し状態（Ｓ１状態）と全押し状態（Ｓ２状態）の２つの状態を検出可能な２段階検出ボタンである。なお、撮像装置１では、Ｓ１状態となると、ＡＦ制御を含む本撮影動作のための準備動作が行われ、更にＳ２状態となると、本撮影動作が行われる。

画像メモリ５６に一時記憶される画像データは、制御部１０１によって適宜ＶＲＡＭ１０２に転送されることで、撮像装置本体３００の背面に配置される液晶表示部（ＬＣＤ）１０３に画像データに基づく画像が表示される。

また、本撮影時には、画像メモリ５６に一時記憶される画像データは、制御部１０１において適宜画像処理が施され、カードＩ／Ｆ１０４を介してメモリカードＭＣに記憶される。

＜撮像装置の動作＞
図７から図９は、撮像装置１における撮影動作フローを例示するフローチャートである。本動作フローは、制御部１０１の制御によって実現される。また、図１０及び図１１は、撮像装置１におけるＡＦ制御のタイミングチャートを例示する図である。

図１０及び図１１では、横軸が状態Ｓ１となってからの時間経過を示している。そして、図１０では、上から順に、モータＭ１のモータ回転数、モータＭ１に入力されるパルス数（ＰＩ数）、フォーカスレンズ２ａの移動速度に対応する像面移動速度、ＡＦマイコンの起動、位相差ＡＦの測距、及びＣ−ＭＯＳ５の駆動のタイミングが示されている。更に、図１０の下方には、コントラストＡＦ制御においてＡＦ評価値を求めるためのＣ−ＭＯＳ５における露光タイミング、及びフォーカスレンズ２ａの位置とＡＦ評価値との関係が示されている。

また、図１１では、フォーカスレンズ２ａの位置（すなわち移動）を示す折れ線ＬＬ、及びＣ−ＭＯＳ５の撮像面（すなわち第２合焦面）の位置（すなわち移動）を示す折れ線ＬＳが示されている。なお、図１１の縦軸方向については、折れ線ＬＬの位置に対応した数値は省略されているが、折れ線ＬＳの位置に対応した数値（５００μｍ等）が付されている。更に、図１１では、折れ線ＬＬに対して、ＡＦ評価値を求めるための露光タイミングに対応するレンズ位置を示すマーク（短い縦長の線分）が付されているとともに、図９の処理ステップに対応する部分にステップ番号（例えば、ステップＳ１４等）が付されている。

以下、図１０及び図１１を適宜参照しつつ、撮影動作フローについて説明する。なお、この撮影動作フローが開始される際には、Ｃ−ＭＯＳ５が実際に本撮影動作を行う所定の基準位置（「撮像ホーム位置」とも称する）に設定され、第１及び第２合焦面の光学的な距離が同一に設定されている。

まず、シャッターボタンが半押しされてＳ１状態となると、撮影動作フローが開始されて、図７のステップＳ１に進む。

ステップＳ１では、Ｃ−ＭＯＳ５を起動させる（図１０の０〜１０ｍｓ）。ここでは、Ｃ−ＭＯＳ５に通電し、制御部１０１からの信号に応じてタイミング制御回路１７０が制御信号を出力することで、Ｃ−ＭＯＳ５が２００ｆｐｓの電荷信号の読み出しを開始する。なお、撮像装置１では、光学ファインダーによって被写体を確認することができるため、省電力化のために、Ｓ１状態となるとＣ−ＭＯＳ５が起動される。

ステップＳ２では、コントラストＡＦ制御を行うために、シャッター機構４が開放される。なお、Ｓ１状態となる前、すなわち待機状態では、シャッター機構４が閉じられた状態にある。

このステップＳ１〜Ｓ２の処理中に、ＡＦマイコンすなわち制御部１０１の機能としてのコントラストＡＦ制御部１０５、位相差ＡＦ制御部１０６、及びＡＦ全体制御部１０７が起動する（図１０の０〜５０ｍｓ）。

ステップＳ３では、位相差ＡＦモジュール３及び位相差ＡＦ制御部１０６によって位相差ＡＦ制御による測距を行う（図１０の５０〜１００ｍｓ）。

ステップＳ４では、ＡＦ全体制御部１０７により、ステップＳ３における測距の結果に基づいて、現在のフォーカスレンズ２ａの位置とレンズ合焦位置とのズレ量を判定する。ここで、ズレ量の絶対値が第１の所定値（例えば、３０μｍ）未満である場合には、既に被写体の合焦状態が実現されていると判断して、図８のステップＳ２１に進む。つまり、ＡＦ制御を実施することなく、本撮影動作に移行する。また、ズレ量の絶対値が第２の所定値（例えば、１０００μｍ）以上の場合には、ズレ量が十分であるとして、そのまま図８のステップＳ１１に進む。更に、ズレ量の絶対値が第１の所定値以上、第２の所定値未満である場合には、ズレ量が不十分であるとして、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、ＡＦ全体制御部１０７の制御下で、フォーカス制御部１３０からの制御信号に基づいてモータＭ１が駆動することで、フォーカスレンズ２ａが退避駆動を行う。ここでは、ズレ量が不十分であると、後述する第２合焦面の移動によって、コントラストＡＦ制御におけるＡＦ評価値のピークを過ぎてしまうといった不具合を防ぐために、十分なズレ量を確保するようにフォーカスレンズ２ａのレンズ位置を移動させる退避駆動を行う。なお、この退避駆動では、例えば、フォーカスレンズ２ａの移動可能な範囲の一端までフォーカスレンズ２ａを移動させる。

ステップＳ１１では、ステップＳ３における測距の結果に基づいて、Ｃ−ＭＯＳ５を遠側（繰り出し側）又は近側（繰り入れ側）に移動させる動作を開始する（図１０の９０ｍｓ）。ここでは、位相差ＡＦモジュール３による検出結果である測距値に応じて、撮像装置１を基準として、現在のフォーカス位置（ピントが合っている場所）よりも被写体が遠側にあれば、Ｃ−ＭＯＳ５を被写体から遠ざかる方向に移動させる。一方、現在のフォーカス位置（ピントが合っている場所）よりも被写体が近側にあれば、Ｃ−ＭＯＳ５を被写体に近づける方向に移動させる。なお、Ｃ−ＭＯＳ５の移動は、例えば、２０〜３０ｍｍ／ｓｅｃ程度の速度で行われる。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１において開始されたＣ−ＭＯＳ５の移動が終了したか否か判定する。ここでは、所定距離（例えば、５００μｍ）だけＣ−ＭＯＳ５が移動するまでステップＳ１２の判定を繰り返し、所定距離だけＣ−ＭＯＳ５が移動するとＣ−ＭＯＳ５の移動を終了させる（図１０及び図１１の９０〜１００ｍｓ）。なお、所定距離は、撮像装置１の光学的な設計によって適宜設定される。また、撮影レンズユニット２のレンズ焦点距離（レンズ焦点距離が長い方が所定距離は長い）や、フォーカスレンズ２ａの移動比（フォーカスモーターＭ１の回転数に対してフォーカスレンズ２ａの移動量が長い場合は、所定距離は長い）によって適宜設定される。

このように、ステップＳ１１〜Ｓ１２においては、第１合焦面に対して第２合焦面の光学的な位置が相対的に異なる位置に移動される。具体的には、位相差ＡＦモジュール３による検出結果に応じて、第１及び第２合焦面の光学的な位置が同一に設定されている状態から、フォーカスレンズ２ａの位置を移動させつつＡＦ制御を行う際に第１合焦面よりも早期に第２合焦面において被写体の合焦状態が実現される状態に変更される。つまり、位相差ＡＦ制御による合焦点到達よりも先にコントラストＡＦ制御によって被写体の合焦状態が検出されるように設定される。

ステップＳ１３では、モータＭ１を立ち上げ、フォーカスレンズ２ａの移動を開始する（図１０の１００〜１３０ｍｓ）。このフォーカスレンズ２ａの移動は、位相差ＡＦ制御に従ったものである。

ステップＳ１４では、ＡＦ全体制御部１０７の制御下で、コントラストＡＦ制御を開始し、２００ｆｐｓのタイミングでＡＦ評価値を取得する動作を開始する（図１０及び図１１の１４５ｍｓ）。ここでは、像面移動速度が１１０μｍ／１０ｍｓとある程度遅くなった時点で、ＡＦ評価値の取得する動作を行う。なお、このコントラストＡＦ制御は、例えば、絞りを開放状態として実行される。

ステップＳ１５では、コントラストＡＦ制御部１０５においてＡＦ評価値のピークが見つかったか否か判定する。ここで、ＡＦ評価値のピークが見つかればステップＳ１６に進み、ＡＦ評価値のピークが見つかっていなければステップＳ１９に進む（図１０及び図１１の１４５〜２００ｍｓ）。なお、図１０及び図１１では、一例としてＡＦ評価値のピークが見つかる場合について示している。

ステップＳ１６では、フォーカスレンズ２ａのレンズ合焦位置を求める（図１１の２００ｍｓ）。

ここでは、まず、図１０に示すように、ＡＦ評価値が増加後、減少し始めたら、ＡＦ評価値の最大値Ｙｎとその前後のＡＦ評価値Ｙｎ−１、Ｙｎ＋１の３点のデータを用いて、下式（１）に示す２次補間近似計算によりＡＦ評価値がピークとなるフォーカスレンズ２ａのレンズ合焦位置Ｐを算出する。

なお、このような計算によってレンズ合焦位置Ｐが算出されるタイミングとしては、Ｃ−ＭＯＳ５からの電荷信号の読み出し、ＡＦ評価値の算出、及び上式（１）に沿った計算にある程度時間を要するため、図１０に示すように、ＡＦ評価値の最大値Ｙｎに係る露光タイミングを過ぎて、ＡＦ評価値が連続して４回減少する電荷信号が得られる露光タイミングとなる。

上記のようにして求められたレンズ合焦位置Ｐは、Ｃ−ＭＯＳ５を所定距離だけずらした、すなわち所定距離だけずれた撮像面に対するレンズ合焦位置である。このため、レンズ合焦位置Ｐに所定距離（例えば５００μｍ）の像面差を考慮した値を、実際に本撮影動作を行う撮像ホーム位置に対するレンズ合焦位置Ｑとして求める。

このようにして、位相差ＡＦ制御によるフォーカスレンズ２ａの移動が終了する前に、レンズ合焦位置Ｑを求めることができる。

ステップＳ１７では、Ｃ−ＭＯＳ５が撮像ホーム位置へ戻るように移動する（図１０及び図１１の２１０〜２２０ｍｓ）。

ステップＳ１８では、レンズ合焦位置Ｑでフォーカスレンズ２ａの移動を停止する（図１０及び図１１の２３５ｍｓ）。

ステップＳ１９では、位相差ＡＦ制御が終了したか否かを判定する。ここで、位相差ＡＦ制御が終了していなければ、ステップＳ１５に戻り、位相差ＡＦ制御が終了していれば、ステップＳ２０に進む。なお、ステップＳ１９からステップＳ２０に進む場合には、位相差ＡＦ制御の終了とともに、フォーカスレンズ２ａの移動も停止する。

ステップＳ２０では、シャッター機構４を閉じる。

ステップＳ２１では、Ｃ−ＭＯＳ５に蓄積された電荷を排出することでリセットする。

ステップＳ２２では、Ｓ１状態が解除されたか否か判定する。ここでは、例えば、ユーザーが操作部ＯＰを操作することでＳ１状態が解除されると、本動作フローを終了し、Ｓ１状態が解除されなければ、図９のステップＳ３１に進む。

ステップＳ３１では、Ｓ２状態になったか否かを判定する。ここでは、Ｓ２状態となるまで、ステップＳ２３及びステップＳ３１の判定を繰り返しつつ、待機する。そして、Ｓ２状態となると、本撮影動作の指示がなされたものとして、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２では、主ミラー１０及びサブミラー２０がミラーアップ状態となるとともに、シャッター機構４が開かれた状態となる。

ステップＳ３３では、Ｃ−ＭＯＳ５において、撮像すなわち本撮影動作の露光が行われる。

ステップＳ３４では、シャッター機構４が閉じられた状態となる。

ステップＳ３５では、主ミラー１０及びサブミラー２０がミラーダウン状態となるとともに、Ｃ−ＭＯＳ５から電荷信号が読み出されて、画像データがメモリカードＭＣに記憶されるチャージ駆動を行い、本動作フローを終了する。

以上のように、第１実施形態に係る撮像装置１では、まず、位相差方式及びコントラスト方式の合焦検出に係る第１及び第２合焦面の光学的な位置を相互に異ならせる。そして、位相差ＡＦ制御の開始後に、コントラストＡＦ制御が開始される。このような構成により、位相差ＡＦ制御による合焦状態の実現前に、コントラストＡＦ制御によってフォーカスレンズ２ａのレンズ合焦位置Ｑを検出することができる。したがって、予め求められたレンズ合焦位置Ｑにフォーカスレンズ２ａを停止するだけで良いため、従来のように、位相差ＡＦ制御の終了後に、コントラストＡＦ制御を行うなどといった非効率的なＡＦ制御の切り替えが不要となる。しかも、フォーカスレンズ２ａを移動させつつ一旦レンズ合焦位置を通過させる従来のコントラストＡＦ制御特有の動作を省略することができるため、高速かつ高精度のＡＦ制御を実現することができる。

また、図１１で示したように、ＡＦ制御において、フォーカスレンズ２ａを一方向に移動させるのみで、逆向きに移動させる動作（レンズ戻り動作）を省略することができるため、バックラッシュの問題の発生を防止することができる。更に、ファインダ等を介して視認される被写体がぼけた状態から合焦状態へと１回変更されるとＡＦ制御が終了する。このため、ファインダ越しの被写体が合焦へとスムーズに変化するため、合焦フィーリングを向上させることができる。

また、位相差ＡＦ制御による検出結果に応じて、フォーカスレンズ２ａの位置を移動させつつ被写体の合焦状態を実現する際に第１合焦面よりも早期に第２合焦面において被写体の合焦状態が実現されるように、第１及び第２合焦面の光学的な位置を相互に異ならせる。このような構成を採用することで、フォーカスレンズ２ａの初期位置に応じて第１及び第２合焦面の光学的な位置関係を調整することができる。その結果、例えば、フォーカスレンズ２ａの初期位置が移動可能な範囲の中間的な位置に設定されている場合には、移動可能な範囲の一端からフォーカスレンズ２ａを移動させていく場合と比較して、ＡＦ制御時にフォーカスレンズ２ａを移動させる距離が比較的短くて済む。このため、ＡＦ制御に要する時間を短くすることができる。

また、画像信号を得るためのＣ−ＭＯＳ５を光軸に沿って所定の基準位置から移動させることで、第１及び第２合焦面の光学的な位置を相互に異ならせる構成を採用する。このように、コントラストを検出する部材と撮像素子とを共用することで、撮像装置１の製造コストを低減することができる。

＜第２実施形態＞
図１２は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ａに含まれるＡＦ制御ユニット１００Ａに係る構成を模式的に例示する図である。

第１実施形態に係る撮像装置１では、主ミラー１０がハーフミラーを備えて構成されたが、図１２に示すように、第２実施形態に係る撮像装置１Ａでは、当該ハーフミラーとしてペリクルミラーを採用した主ミラー１０Ａを用いている。

ペリクルミラーは、厚みが一般的なハーフミラーと比べて非常に薄い（例えば１００μｍ程度）ことが特徴である。このペリクルミラーは、極薄であるため、ミラーアップ駆動に適さない。よって、撮像装置１Ａでは、本撮影時に、主ミラー１０Ａはミラーアップせず、サブミラー２０Ａが被写体からの光の光路上から下方に退避するように構成されている。

なお、その他の構成は、第１実施形態に係る撮像装置１と同様であり、機能及び動作等については、主ミラー１０及びサブミラー２０の双方が光路に対して退避状態／遮断状態となる代わりに、サブミラー２０Ａのみが光路に対して退避状態／遮断状態となる点が異なるだけで、その他の機能及び動作等についてはほぼ同様であるため、説明を省略する。

以下、主ミラー１０Ａのハーフミラーにペリクルミラーを採用する利点について説明する。

第１実施形態に係る撮像装置１では、一般的なハーフミラーの屈折率Ｎｄが約１．５であり、主ミラー１０とサブミラー２０の厚みをそれぞれａ、ｂとすると、ミラーアップ状態とミラーダウン状態とで約０．５（ａ＋ｂ）だけ焦点位置がユーザー側（図２では右側）にずれてしまう。

そして、位相差ＡＦ制御とコントラストＡＦ制御とを併用する場合には、フォーカスレンズ２ａの位置を移動させつつ被写体の合焦状態を実現する際に第１合焦面よりも早期に第２合焦面において被写体の合焦状態が実現されるように、第１及び第２合焦面の光学的な位置を相互に異ならせる必要がある。よって、このとき、ハーフミラーによる焦点位置のずれ（約０．５（ａ＋ｂ））を見込んで、Ｃ−ＭＯＳ５を撮像ホーム位置から光軸Ｌに沿って余計に移動させなければならない。

このような問題点に対して、極薄のペリクルミラーを用いることで、ハーフミラーによる焦点位置のずれを約０．５ｂまで抑制することができる。つまり、主ミラー１０によって生じる焦点位置のズレ量を抑制することができる。その結果、当該ズレ量を補正するためのＣ−ＭＯＳ５の移動量が少なくて済むため、Ｃ−ＭＯＳ５を移動させるための構成を簡素化することができる。

＜第３実施形態＞
図１３は、本発明の第３実施形態に係る撮像装置１Ｂに含まれるＡＦ制御ユニット１００Ｂに係る構成を模式的に例示する図である。

第１実施形態に係る撮像装置１では、上述したように、主ミラー１０とサブミラー２０の厚みａ，ｂにより、ミラーアップ状態とミラーダウン状態とで約０．５（ａ＋ｂ）だけ焦点位置がユーザー側（図２では右側）にずれてしまう。そのため、ハーフミラーによる焦点位置のずれ（約０．５（ａ＋ｂ））を考慮して、Ｃ−ＭＯＳ５を撮像ホーム位置から光軸Ｌに沿って移動させなければならない。

そこで、第３実施形態に係る撮像装置１Ｂでは、図１３に示すように、サブミラー２０のＣ−ＭＯＳ５側に正のパワーを有するフレネルレンズ２１を設けている。なお、その他の構成は、第１実施形態に係る撮像装置１と同様であり、機能及び動作等についてもほぼ同様であるので、説明を省略する。

フレネルレンズ２１は、サブミラー２０のＣ−ＭＯＳ５側に配置されるため、被写体からの光のうちサブミラー２０を透過する光（第２透過光）の光路上に設けられており、当該第２透過光の収束度合いを調整する正のパワーを有する光学素子である。また、フレネルレンズ２１に対して第２透過光が斜めに入射する為、フレネルレンズ２１は、非軸比非球面レンズとして形成されている。なお、フレネルレンズ２１は、ミラーアップ及びミラーダウン時には、サブミラー２０に付随して移動する。

以下、このフレネルレンズ２１を設けたことによる利点について説明する。

図１４及び図１５は、主ミラー１０とサブミラー２０による焦点位置ＦＰのずれを説明するための図である。

図１４に示すように、例えば、主ミラー１０及びサブミラー２０を透過した光の焦点位置ＦＰがＣ−ＭＯＳ５の撮像面上にある状態で、主ミラー１０及びサブミラー２０をミラーアップ状態にすると、図１５に示すように、焦点位置ＦＰが、Ｃ−ＭＯＳ５の撮像面よりも被写体側にずれてしまう。よって、この焦点位置ＦＰのズレ量を見込んで、コントラストＡＦ制御を行わなければならない。

図１６から図１８は、フレネルレンズ２１による焦点位置のずれの補正を説明するための図である。

図１６に示すように、主ミラー１０及びサブミラー２０がミラーアップ状態である場合に、焦点位置ＦＰがＣ−ＭＯＳ５の撮像面上に来るように設定した場合には、単に、ミラーダウン状態にすると、図１７に示すように、主ミラー１０及びサブミラー２０を透過した光の焦点位置ＦＰがユーザー側（図１７では右側）にずれてしまう。

そこで、図１８に示すように、ミラーダウン状態の場合にも、ミラーアップ状態と同様に、焦点位置ＦＰがＣ−ＭＯＳ５の撮像面上に来るように、正のパワーを有するフレネルレンズ２１をサブミラー２０の背面に設ける。このように、フレネルレンズ２１によって、焦点位置に至るまでの光路長を所望の値に調整することができる。

以上のように、第３実施形態に係る撮像装置１Ｂでは、フレネルレンズ２１をサブミラー２０の背面に設けることで、ハーフミラーによって生じる焦点位置のズレ量を見込んでＣ−ＭＯＳ５を余計に移動させる必要性がなくなる。その結果、Ｃ−ＭＯＳ５を移動させるための構成を簡略化することができる。

＜第４実施形態＞
図１９は、本発明の第４実施形態に係る撮像装置１Ｃに含まれるＡＦ制御ユニット１００Ｃに係る構成を模式的に例示する図である。

第１実施形態に係る撮像装置１では、位相差ＡＦモジュール３における検出結果を用いて位相差ＡＦ制御を行うとともに、Ｃ−ＭＯＳ５で得られた画像信号に基づきコントラストＡＦ制御を行った。これに対して、第４実施形態に係る撮像装置１Ｃでは、コントラストＡＦ制御用の画像信号をＣ−ＭＯＳ５において得ることなく、コントラストＡＦ制御用の画像信号を取得する撮像素子を位相差ＡＦモジュール３に加えている。

以下、第４実施形態に係る撮像装置１Ｃについて説明するが、撮像装置１Ｃでは、第１実施形態に係る撮像装置１と同様な部分が多いため、異なる部分について説明し、同様な部分については同じ符号を付す等して説明を省略する。

図１９に示すように、撮像装置１Ｃでは、第１実施形態に係る位相差ＡＦモジュール３の機能に対して、更にコントラストＡＦ制御用の画像信号を取得するための機能を付加したＡＦモジュール３Ｃが設けられている。また、Ｃ−ＭＯＳ５は、コントラストＡＦ制御には用いないため、光軸Ｌに沿って前後に移動可能には構成されていない。

ＡＦモジュール３Ｃでは、第１実施形態に係る位相差ＡＦモジュール３のミラー３ｂが、ハーフミラー３ｂＣとなっており、ＡＦモジュール３Ｃに入射される光を反射光と透過光の２つの光路に分割する。そして、ハーフミラー３ｂＣで反射した反射光が位相差検出用素子３ｄに導かれる一方で、ハーフミラー３ｂＣを透過した透過光（第３透過光）が、結像レンズ３ｅを介して、コントラスト検出用の撮像素子３ｆに導かれる。

また、結像レンズ３ｅが所定の基準レンズ位置に設定されている場合には、撮像素子３ｆによって取得される画像データに係る被写体の合焦状態と、Ｃ−ＭＯＳ５によって取得される画像データに係る被写体の合焦状態とが同様になるように設計されている。つまり、結像レンズ３ｅが所定の基準レンズ位置に設定されている場合には、Ｃ−ＭＯＳ５の撮像面の光学的な位置と撮像素子３ｆの撮像面の光学的な位置とが同じになっている。よって、ここでは、撮像素子３ｆの前面に位置する撮像面が、コントラストＡＦ制御によって合焦状態の被写体像が結像される第２合焦面として構成される。

そして、結像レンズ３ｅは、第３透過光の光軸に沿って上下に移動可能に構成されており、結像レンズ３ｅの位置が移動することで、第３透過光の収束度合いが調整され、第３透過光に係る焦点位置が変更される。つまり、結像レンズ３ｅの移動により、第１合焦面の光学的な位置に対して第２合焦面の光学的な位置が異なる位置へと設定される。

したがって、撮像装置１Ｃでは、ＡＦ制御時に、位相差検出用素子３ｄによる検出結果に応じて第２合焦面が設定され、フォーカスレンズ２ａの位置を移動させつつＡＦ制御を行う際に第１合焦面よりも早期に第２合焦面において被写体の合焦状態が実現される状態に変更される。

以上のように、第４実施形態に係る撮像装置１Ｃでは、サブミラー２０の反射光を２つの光路に分割して、第１及び第２合焦面にそれぞれ導くように設定する。そして、上記２つの光路のうちの一方の焦点位置までの光路長を変更することで、位相差方式及びコントラスト方式の合焦検出における合焦面の光学的な位置を相互に異ならせる。このとき、第２合焦面を設定可能な位置は２点で良い。このような構成により、簡単な構成によって２つの合焦面の光学的な位置を異ならせることができる。

＜変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

◎例えば、上記実施形態では、一眼レフ方式の撮像装置を対象として説明したが、これに限られず、本発明は、一眼レフ方式でない撮像装置、例えば、一般的なデジタルカメラ等にも適用することができる。

図２０は、本発明の技術的思想が適用された一般的なデジタルカメラとして構成される撮像装置１Ｄのうち、ＡＦ制御ユニット１００Ｄの構成に着目した模式図である。なお、撮像装置１Ｄの構成の大部分は、第１実施形態に係る撮像装置１と同様であるため、異なる部分について以下説明し、同様な部分については同じ符号を付す等して説明を省略する。

図２０に示すように、撮像装置１Ｄでは、撮影レンズユニット２を通過する入射光をファインダ光学系に導く必要性がないため、入射光を位相差ＡＦモジュール３側に導く光路と、Ｃ−ＭＯＳ５側に導く光路とに分割する光学素子としてハーフプリズムＰＺを配置している。

ハーフプリズムＰＺは、撮影レンズユニット２からの入射光の一部を撮像装置１Ｄの下部に設けられた位相差ＡＦモジュール３側に反射させる一方、入射光の他の一部をＣ−ＭＯＳ５に向けて透過させる。

なお、撮像装置１Ｄの動作は、ミラーアップやミラーダウンの動作がないだけで、上述した第１実施形態に係る撮像装置１と同様なものとなる。

◎また、上記第１〜４実施形態では、第１合焦面を基準として、第２合焦面の光学的な位置を移動させた。しかしながら、これに限られず、第１及び第２合焦面のうちの少なくとも一方の合焦面の光学的な位置を移動させることで、２つの合焦面の光学的な位置を相対的に異ならせるようにしても、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。

◎また、上記第４実施形態では、位相差ＡＦ制御による検出結果に応答して、第１合焦面に対して第２合焦面の光学的な位置を相対的に異ならせたが、これに限られず、例えば、予め第２合焦面の光学的な位置を第１合焦面の光学的な位置に対して異ならせておき、第１合焦面よりも早期に第２合焦面において被写体の合焦状態が実現されるような方向からフォーカスレンズ２ａの位置を移動させつつＡＦ制御を行うようにしても良い。

例えば、第１合焦面の光学的な位置に対して第２合焦面の光学的な位置をシャッター４側にずらした位置に固定設定しておき、ＡＦ制御開始時に、フォーカスレンズ２ａを無限遠に合焦するようなレンズ位置から移動させつつ、ＡＦ制御を行うようにする。

このような構成とすると、フォーカスレンズ２ａを移動させる方向が限られるが、上記第４実施形態と同様に、位相差ＡＦ制御の終了後に、コントラストＡＦ制御を行うなどといった非効率的なＡＦ制御の切り替えが不要となる。しかも、フォーカスレンズ２ａを移動させつつ一旦レンズ合焦位置を通過させる従来のコントラストＡＦ制御特有の動作を省略することができるため、高速かつ高精度のＡＦ制御を実現することができる。また、ＡＦ制御において、フォーカスレンズ２ａを一方向に移動させるのみで、逆向きに移動させる動作（レンズ戻り動作）を省略することができるため、バックラッシュの問題の発生を防止することができる。更に、ファインダ等を介して視認される被写体がぼけた状態から合焦状態へと１回変更されるとＡＦ制御が終了する。このとき、ファインダ越しの被写体が合焦へとスムーズに変化するため、合焦フィーリングを向上させることができる。

◎また、上記実施形態では、ＡＦ制御時に絞りを開放するものとして説明したが、これに限られず、ＡＦ制御時の絞り値を段階的に異なる値に設定可能としても良い。なお、絞り値を変更すると焦点位置がずれる場合には、焦点位置のずれ量を考慮して、第２合焦面の移動距離を調整することで補正するようにすれば良い。

◎また、上記実施形態では、位相差ＡＦ制御による合焦検出を複数回行ったが、これに限られず、例えば、ＡＦ制御の初期において、第１合焦面の光学的な位置に対して第２合焦面の光学的な位置を異ならせる方向を決定するために、位相差ＡＦ制御による合焦検出を１回だけ行うようにしても、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。

◎また、上記第２実施形態では、ＡＦ制御終了後に、サブミラー２０Ａを光路上から退避させることで、本撮影を行った。しかしながら、このような構成では、ＡＦ制御時に、Ｃ−ＭＯＳ５に照射される被写体からの光のうち、サブミラー２０Ａを透過する光と透過しない光とで、光量に差が出てしまうため、サブミラー２０Ａの透過光に基づいてＣ−ＭＯＳ５で取得される画像信号しかコントラストＡＦ制御に用いることができないといった制約があった。

これに対して、例えば、ＡＦ制御時に、位相差ＡＦ制御による合焦検出を１回だけ行った後、サブミラー２０Ａのみを光路上から退避させて、その後は、コントラストＡＦ制御を行うようにすれば、Ｃ−ＭＯＳ５で得られる画像信号において、サブミラー２０Ａの存在による光量の減少が生じなくなる。

その結果、低輝度時のＡＦ制御の性能を向上させることができる。また、ファインダー像が確認可能でありながら、コントラストＡＦ制御において、撮影範囲のより広い領域に存在する任意の被写体を対象として、ＡＦ制御を行うことが可能となり、多様な構図にも容易に対応することができる。

ところで、撮影レンズユニット２を脱着して、他の撮影レンズユニット２に交換する場合も想定される。そして、従来の撮影レンズユニットでは、近距離に位置する被写体から無限遠に位置する被写体まで合焦させるレンズ位置の範囲内でしかフォーカスレンズ２ａを移動させることができない所謂オーバー無限が効かないものが一般的である。しかしながら、このようなオーバー無限の効かない撮影レンズユニットを用いた場合には、無限遠に位置する被写体に合焦させたい際にコントラスト方式のＡＦ制御を用いると、無限遠に位置する被写体に合焦させるべくフォーカスレンズ２ａを移動させても、コントラストの上昇は検出できるものの、コントラスト（評価値）のピークを検出することができず、ＡＦ制御を適正に行うことができない。このような問題に対して、本発明の実施形態に係る撮像装置１，１Ａ〜１Ｄを用いると、オーバー無限の効かない撮影レンズユニットを用いた場合であっても、第２合焦面の移動によって、コントラストのピークを検出することが可能となる。したがって、ＡＦ制御の性能を確保しつつ、使用可能な撮影レンズユニットの幅も広げることができる。

第１実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す断面模式図である。 ＡＦ制御ユニットに係る構成を模式的に例示する図である。 位相差方式の合焦制御の原理を説明するための図である。 位相差方式の合焦制御の原理を説明するための図である。 位相差方式の合焦制御の原理を説明するための図である。 撮像装置の機能構成を例示するブロック図である。 撮像装置における撮影動作フローを例示するフローチャートである。 撮像装置における撮影動作フローを例示するフローチャートである。 撮像装置における撮影動作フローを例示するフローチャートである。 撮像装置におけるＡＦ制御のタイミングチャートを例示する図である。 撮像装置におけるＡＦ制御のタイミングチャートを例示する図である。 第２実施形態に係るＡＦ制御ユニットの構成を模式的に例示する図である。 第３実施形態に係るＡＦ制御ユニットの構成を模式的に例示する図である。 主ミラーとサブミラーによる焦点位置のずれを説明するための図である。 主ミラーとサブミラーによる焦点位置のずれを説明するための図である。 フレネルレンズによる焦点位置のずれの補正を説明するための図である。 フレネルレンズによる焦点位置のずれの補正を説明するための図である。 フレネルレンズによる焦点位置のずれの補正を説明するための図である。 第４実施形態に係るＡＦ制御ユニットの構成を例示する模式図である。 変形例に係るＡＦ制御ユニットの構成を例示する模式図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｄ 撮像装置
２ 撮影レンズユニット
２ａ フォーカスレンズ
３ 位相差ＡＦモジュール
３ｂＣ ハーフミラー
３Ｃ ＡＦモジュール
３ｅ 結像レンズ
３ｆ 撮像素子
５ Ｃ−ＭＯＳセンサ（Ｃ−ＭＯＳ）
５ａ Ｃ−ＭＯＳ駆動機構
１０，１０Ａ 主ミラー
１０ａ ミラー機構
２０，２０Ａ サブミラー
２０ａ サブミラー機構
２１ フレネルレンズ
１００，１００Ａ〜１００Ｄ ＡＦ制御ユニット
１０１ 制御部
１０５ コントラストＡＦ制御部
１０６ 位相差ＡＦ制御部
１０７ ＡＦ全体制御部
１１０ ミラー制御部
１２０ サブミラー制御部
１３０ フォーカス制御部
１４０ シャッター制御部
１５０ Ｃ−ＭＯＳ移動制御部
２０１ レンズ位置検出部
Ｌ 光軸
Ｍ１〜Ｍ５ モータ
ＰＺ ハーフプリズム

Claims (9)

1. 撮像装置の合焦制御を行う合焦制御装置であって、
   位相差方式を用いた第１の合焦検出手段と、
   前記第１の合焦検出手段に係る第１の合焦面とは相対的に異なる光学的な位置に第２の合焦面を有するコントラスト方式を用いた第２の合焦検出手段と、
   被写体からの光を、前記第１及び第２の合焦検出手段に対してそれぞれ導く第１及び第２の光路に分割する光分割手段と、
   前記第１の合焦検出手段を用いた合焦制御の開始後に、前記第２の合焦検出手段を用いた合焦制御を開始するタイミング制御手段と、
   を備えることを特徴とする合焦制御装置。
2. 請求項１に記載の合焦制御装置であって、
   前記第１及び第２の合焦面の光学的な位置を相互に異なる位置に設定する位置設定手段と、
   前記被写体からの光の光軸方向に沿ってフォーカスレンズの位置を前記被写体の合焦状態を実現するレンズ合焦位置に移動させるレンズ位置制御手段と、
   を備え、
   前記位置設定手段が、
   前記第１の合焦検出手段による検出結果に応じて、前記フォーカスレンズの位置を移動させつつ前記被写体の合焦状態を実現する際に前記第１の合焦面よりも早期に前記第２の合焦面において前記被写体の合焦状態が実現されるように、前記第１及び第２の合焦面の光学的な位置を相互に異なる位置に設定することを特徴とする合焦制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載された合焦制御装置が搭載されたことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２に記載された合焦制御装置が搭載された撮像装置であって、
   前記撮像装置が、
   一眼レフ方式の撮像装置であるとともに、
   前記被写体からの光をファインダー光学系に導くハーフミラーを含む第１のミラーと、
   前記被写体からの光のうちの前記第１のミラーを透過した第１の透過光を前記第１の合焦検出手段に導く第２のミラーと、
   前記被写体からの光のうちの前記第２のミラーを透過した第２の透過光を受け付けることで画像信号を得る撮像素子と、
   を備え、
   前記撮像素子が、
   前記第２の合焦検出手段であり、
   前記位置設定手段が、
   前記撮像素子を前記第２の透過光の光軸に沿って所定の基準位置から移動させることで、前記第１及び第２の合焦面の光学的な位置を相互に異なる位置に設定することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項４に記載の撮像装置であって、
   前記第１及び第２のミラーのうちの前記第２のミラーのみが、
   前記被写体からの光の光路上から退避することを特徴とする撮像装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の撮像装置であって、
   前記第１のミラーが、
   ペリクルミラーを含むことを特徴とする撮像装置。
7. 請求項４から請求項６のいずれかに記載の撮像装置であって、
   前記第２の透過光の光路上に、正のパワーを有する光学素子、
   を更に備えることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項４から請求項７のいずれかに記載の撮像装置であって、
   前記位置設定手段が、
   前記第２の合焦検出手段による前記レンズ合焦位置の検出に応答して、前記撮像素子を前記所定の基準位置に戻すことを特徴とする撮像装置。
9. 請求項３に記載の撮像装置であって、
   前記撮像装置が、
   一眼レフ方式の撮像装置であるとともに、
   前記被写体からの光をファインダー光学系に導くハーフミラーを含む第１のミラーと、
   前記被写体からの光のうちの前記第１のミラーを透過した透過光を前記第１の合焦検出手段に導く第２のミラーと、
   を備え、
   前記光分割手段が、
   前記被写体からの光のうちの前記第２のミラーにおける反射光を前記第１及び第２の合焦検出手段に対してそれぞれ導く前記第１及び第２の光路に分割し、
   前記位置設定手段が、
   前記第１及び第２の光路のうちの少なくとも一方の光学的な光路長を変更することで、前記第１及び第２の合焦面の光学的な位置を相互に異なる位置に設定することを特徴とする撮像装置。

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