JP2007304188A - 撮像装置およびａｆモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 高速且つ高精度のＡＦ動作を実現することが可能な撮像装置等を提供する。
【解決手段】 撮像装置は、それぞれ撮像面を有する第１ＡＦユニットおよび第２ＡＦユニットと、位相差ＡＦユニットと、制御手段とを備える。被写体像は、当該被写体像の光路が分割されることによって、位相差ＡＦユニットと第１ＡＦユニットと第２ＡＦユニットとにそれぞれ導かれる。第１ＡＦユニットの撮像面Ｐ１は位相差ＡＦユニットの基準面Ｐ０の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、第２ＡＦユニットの撮像面Ｐ２は基準面Ｐ０の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されている。制御手段は、基準面Ｐ０での合焦状態に応じた合焦動作を行うとともに、撮像面Ｐ１での撮像信号に基づいて取得されるＡＦ用の第１評価値Ｖｎと撮像面Ｐ２での撮像信号に基づいて取得されるＡＦ用の第２評価値Ｖｆとを用いた合焦動作を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置（デジタルカメラ等）のオートフォーカス技術に関する。

撮像装置のオートフォーカス（ＡＦとも略記する）技術としては、位相差方式のＡＦ（位相差ＡＦとも称する）とコントラスト方式のＡＦ（コントラストＡＦとも称する）とが存在する。

両方式のＡＦには一長一短がある。位相差ＡＦは、コントラストＡＦと比較すると、高速ではあるが精度が劣る。逆に言えば、コントラストＡＦは、位相差ＡＦと比較すると、高精度ではあるが低速である。

特開２００１−１３３６７９号公報 特開２００５−６２２３７号公報

そのため、位相差ＡＦを採用するときには、高速化を実現することができても高精度の合焦精度を得られないという問題が存在する。また、コントラストＡＦを採用するときには、高精度の合焦精度を得ることができても高速化を実現することができないという問題が存在する。

なお、特許文献１においては、位相差ＡＦとコントラストＡＦとを時間的に直列的に組み合わせた技術が記載されている。より詳細には、位相差ＡＦの基準面とコントラストＡＦの撮像面とが光学的に等価な位置に存在しており、まず位相差ＡＦを行い、位相差ＡＦで合焦しない場合に、さらにレンズ駆動を伴うコントラストＡＦを開始することが記載されている。しかしながら、このような技術においては、最初の位相差ＡＦによって合焦状態であると判定される場合には、その合焦精度は当該位相差ＡＦの判定基準に依拠しているため、必ずしも十分な精度が保証されるものではない。また、特許文献２の技術では、コントラストＡＦのみで合焦動作を行っており、十分な高速化を図ることができない。

そこで、この発明の課題は、高速且つ高精度のＡＦ動作を実現することが可能な撮像装置およびＡＦモジュールを提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、撮像装置であって、それぞれ撮像面を有する第１ＡＦユニットおよび第２ＡＦユニットと、基準面における合焦状態を位相差方式で検出する位相差ＡＦユニットと、フォーカスレンズの位置を制御して合焦制御を行う制御手段とを備え、前記フォーカスレンズを含む撮影レンズを通って導かれる被写体像は、当該被写体像の光路が分割されることによって、前記位相差ＡＦユニットと前記第１ＡＦユニットと前記第２ＡＦユニットとにそれぞれ導かれ、前記第１ＡＦユニットの撮像面は前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、前記第２ＡＦユニットの撮像面は前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されており、前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットの基準面での合焦状態に応じた合焦動作を行うとともに、前記第１ＡＦユニットの撮像面での撮像信号に基づいて取得されるＡＦ用の第１評価値と前記第２ＡＦユニットの撮像面での撮像信号に基づいて取得されるＡＦ用の第２評価値とを用いた合焦動作を行うことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とに基づいて合焦状態であるか否かを判定することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とが逆である場合には合焦状態であると判定し、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とが同一である場合には非合焦状態であると判定することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とが同一である場合には、前記フォーカスレンズの微小駆動を行うとともに当該微小駆動後の前記第１評価値および前記第２評価値を取得して、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とに基づく合焦判定動作を再び行うことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦動作として前記フォーカスレンズの移動動作が行われている間に、前記第１評価値と前記第２評価値とを取得することによって、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とを求めることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記フォーカスレンズの微小駆動を行い、前記フォーカスレンズの前記微小駆動前における前記第１評価値および前記第２評価値に加えて、前記フォーカスレンズの前記微小駆動後における前記第１評価値および前記第２評価値を取得することによって、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とを求めることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記第１評価値と前記第２評価値との差が閾値よりも小さいときには合焦状態であると判定し、前記第１評価値と前記第２評価値との差が閾値よりも大きいときには非合焦状態であると判定することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７の発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記第１評価値と前記第２評価値との差が閾値よりも大きいときには、前記フォーカスレンズの微小駆動を行うとともに当該微小駆動後の前記第１評価値および前記第２評価値を取得して、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とに基づく合焦判定動作を行うことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して、前記第１ＡＦユニットの撮像面と前記第２ＡＦユニットの撮像面とは略同一距離離れた位置に存在することを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る撮像装置において、前記第１ＡＦユニットの撮像面は、前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側に所定量Δｘシフトされて配置され、前記第２ＡＦユニットの撮像面は、前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側に前記所定量Δｘシフトされて配置され、前記所定量Δｘは、（２×Ｆ×δ）以下である（ただし、Ｆは最小Ｆナンバー、δは記録画像取得用の撮像素子における画素ピッチの２倍の値）ことを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかの発明に係る撮像装置において、記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して、前記第１ＡＦユニットの撮像面と前記第２ＡＦユニットの撮像面とは略同一距離離れた位置に存在することを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１１の発明に係る撮像装置において、前記第１ＡＦユニットの撮像面は、記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して近側に所定量Δｘシフトされて配置され、前記第２ＡＦユニットの撮像面は、前記記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して遠側に前記所定量Δｘシフトされて配置され、前記所定量Δｘは、（２×Ｆ×δ）以下である（ただし、Ｆは最小Ｆナンバー、δは記録画像取得用の撮像素子における画素ピッチの２倍の値）ことを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項１ないし請求項１２のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記位相差ＡＦユニットの基準面は、記録画像取得用の撮像素子の撮像面と光学的に等価な位置に配置されていることを特徴とする。

請求項１４の発明は、ＡＦモジュールであって、第１ＡＦユニットと、第２ＡＦユニットと、基準面における合焦状態を位相差方式で検出する位相差ＡＦユニットと、被写体像の光路を分割して、当該被写体像を前記位相差ＡＦユニットと前記第１ＡＦユニットと前記第２ＡＦユニットとにそれぞれ導く光路分割手段とを備え、前記第１ＡＦユニットは、ＡＦ用の第１評価値の算出対象となる撮像信号を取得する第１撮像面を有し、前記第２ＡＦユニットは、ＡＦ用の第２評価値の算出対象となる撮像信号を取得する第２撮像面を有し、前記第１撮像面は前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、前記第２撮像面は前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されていることを特徴とする。

請求項１ないし請求項１３に記載の発明によれば、位相差ＡＦユニットによる合焦動作を行うとともに第１ＡＦユニットおよび第２ＡＦユニットによる合焦動作を行うので、高速且つ高精度の合焦動作を行うことができる。特に、第１ＡＦユニットの撮像面は位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、第２ＡＦユニットの撮像面は位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されている。そのため、第１および第２ＡＦユニットの各撮像面によって取得される第１および第２評価値を利用して、本来の合焦位置に対して非常に近い範囲内にフォーカスレンズを移動し、高精度に合焦させることが可能になる。

また、請求項１４に記載の発明によれば、位相差ＡＦユニットによる合焦動作を行うとともに第１ＡＦユニットおよび第２ＡＦユニットによる合焦動作を行うことによって、高速且つ高精度の合焦動作を行うことが可能である。特に、第１ＡＦユニットの撮像面は位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、第２ＡＦユニットの撮像面は位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されている。そのため、第１および第２ＡＦユニットの各撮像面での撮像信号に基づいて取得される第１および第２評価値を利用して、本来の合焦位置に対して非常に近い範囲内にフォーカスレンズを移動し、高精度に合焦させることが可能になる。

特に、請求項５に記載の発明によれば、位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦動作としてフォーカスレンズの移動動作が行われている間に、第１評価値と第２評価値とが取得されるので、位相差方式の合焦動作としてのフォーカスレンズ移動動作の完了後にＡＦ用評価値の取得を開始する場合に比べて、高速化を図ることができる。

また特に、請求項７に記載の発明によれば、第１評価値と第２評価値との差が閾値よりも小さいときには、レンズを駆動することなく最終的な合焦状態であることを確認できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜１．構成＞
＜１−１．概要＞
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の概略構成を示す図である。この撮像装置１は、レンズ交換式一眼レフタイプのデジタルカメラとして構成されている。

図１に示すように、撮像装置１は、カメラ本体部（カメラボディ）２を備えており、このカメラ本体部２に対して、交換式の撮影レンズユニット３が着脱可能である。

撮影レンズユニット３は、主として、鏡胴３６、ならびに、鏡胴３６の内部に設けられるレンズ群３７及び絞り３８から構成される。レンズ群３７には、光軸方向に移動することによって焦点位置を変更するフォーカスレンズ等が含まれている。

カメラ本体部２には、メカニカルシャッタ（以下単にシャッタとも称する）４と撮像素子（ＣＣＤセンサあるいはＣＭＯＳセンサ等）５とが設けられている。また、カメラ本体部２には主ミラー６とサブミラー７とペンタプリズム８とレンズユニット９とファインダ１０とＡＦモジュール２０とがさらに設けられている。ファインダ１０は、いわゆる光学式ファインダとして機能する。

被写体に係る記録用静止画像等を取得する際には、被写体からの光を遮らないように主ミラー６とサブミラー７とが上方に待避し、撮影レンズユニット３からの光がシャッタ４の開放タイミングに合わせて撮像素子５に到達する。このように、被写体からの光が撮影レンズユニット３を介して撮像素子５に導かれることによって、被写体に係る撮影画像（撮影画像データ）が得られる。また、撮像素子５は、記録画像取得用の撮像素子であるとも表現される。

一方、光学ファインダを用いて構図決めを行う際、およびＡＦモジュール２０を用いてＡＦ動作を行う際には、主ミラー６およびサブミラー７が、必要に応じて下降し、撮影レンズユニット３からの被写体像の光路上に配置される（図１参照）。

このとき、撮影レンズユニット３からの光は、主ミラー６で反射されて上方に進路を変更し、ペンタプリズム８でその進路をさらに変更した後にレンズユニット９を通ってファインダ１０へと進行する。撮影者はファインダ１０を覗くことによって被写体像を確認することができる。

また、主ミラー６は一部の光を透過させることが可能であり、主ミラー６を透過した光はサブミラー７で反射されて下方に進路を変更しＡＦモジュール２０へと進入する。ＡＦモジュール２０は、オートフォーカス（ＡＦ）制御を行うためのモジュール（「オートフォーカス装置」とも称する）である。ＡＦモジュール２０は、主ミラー６およびサブミラー７を介して進入してきた光を用いて、ＡＦ動作を実現する。なお、ＡＦモジュール２０については後述する。

つぎに、図２を参照しながら、撮像装置１の機能の概要について説明する。図２は、撮像装置１の機能構成を示すブロック図である。

図２に示すように、撮像装置１は、操作部８０、制御部１０１、フォーカス制御部１２１、ミラー制御部１２２、シャッタ制御部１２３、タイミング制御回路１２４、およびデジタル信号処理回路５０等をさらに備える。

操作部８０は、シャッタースタートボタン（シャッターボタン）１１（図１参照）や各種ボタンやスイッチ等を備えて構成される。操作部８０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。撮像装置１では、Ｓ１状態になると、ＡＦ制御を含む本撮影動作のための準備動作が行われ、さらにＳ２状態になると、本撮影動作（記録用静止画像の撮影動作）が行われる。

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、当該プログラムをＣＰＵで実行することによって、各種機能を実現する。例えば、制御部１０１は、フォーカス制御部１２１と協動して、フォーカスレンズの位置を制御する合焦制御動作を行う。

フォーカス制御部１２１は、制御部１０１から入力される信号に基づいて制御信号を生成しモータＭ１を駆動することによって、撮影レンズユニット３のレンズ群３７に含まれるフォーカスレンズを移動する。また、フォーカスレンズの位置は、レンズ位置検出部３９によって検出され、フォーカスレンズの位置を示すデータが制御部１０１に送られる。このように、フォーカス制御部１２１および制御部１０１等は、フォーカスレンズの光軸方向の動きを制御する。

ミラー制御部１２２は、主ミラー６が光路から退避した状態（ミラーアップ状態）と主ミラー６が光路を遮断した状態（ミラーダウン状態）との状態切替を制御する。ミラー制御部１２２は、制御部１０１から入力される信号に基づいて制御信号を生成しモータＭ２を駆動することによって、ミラーアップ状態とミラーダウン状態とを切り替える。

シャッタ制御部１２３は、制御部１０１から入力される信号に基づいて制御信号を生成しモータＭ３を駆動することによって、シャッタ４の開閉を制御する。

タイミング制御回路１２４は、撮像素子５等に対するタイミング制御を行う。

撮像素子（ここではＣＣＤセンサ（単にＣＣＤとも称する））５は、光電変換作用により被写体の光像を電気的信号に変換して、撮像画像に係る画像信号を生成する。撮像素子５は、タイミング制御回路１２４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。また、撮像素子５は、タイミング制御回路１２４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。また、タイミング制御回路１２４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にも入力される。

また、撮像素子５は、駆動機構５ａによって駆動され、被写体からの光の光軸に垂直な平面内において移動する。撮像装置１のブレをジャイロセンサ４４によって検出し、当該ブレを補正するように撮像素子５を駆動することによって、光学的な手ブレ補正を行うことが可能である。

撮像素子５で取得された画像信号は、信号処理部５１において所定のアナログ信号処理が施され、当該アナログ信号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、デジタル信号処理回路５０に入力される。

デジタル信号処理回路５０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。デジタル信号処理回路５０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。

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。

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／Ｆ１３２を介してメモリカード９０に記憶される。

また、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ＶＲＡＭ１３１に転送され、カメラ本体部２の背面に配置される液晶表示部（ＬＣＤ）１２に画像データに基づく画像が表示される。これによって、撮影画像を確認するための確認表示（アフタービュー）、および撮影済みの画像を再生する再生表示等が実現される。

さらに、撮像装置１は、通信用Ｉ／Ｆ１３３を有しており、当該インターフェイス１３３の接続先の機器（例えば、パーソナルコンピュータ等）とデータ通信をすることが可能である。

また、撮像装置１は、フラッシュ４１、フラッシュ制御回路４２、およびＡＦ補助光発光部４３を備えている。フラッシュ４１は、被写体の輝度不足時等に利用される光源である。フラッシュの点灯の有無および点灯時間等は、フラッシュ制御回路４２および制御部１０１等によって制御される。ＡＦ補助光発光部４３は、ＡＦ用の補助光源である。ＡＦ補助光発光部４３の点灯の有無および点灯時間等は、制御部１０１等によって制御される。

＜１−２．ＡＦモジュール２０＞
図３は、ＡＦモジュール２０の構成を示す図である。

図３に示すように、ＡＦモジュール２０は、コンデンサレンズ２１とハーフミラー２２とを備えている。なお、このハーフミラー２２と後述のビームスプリッタ２９とは、被写体像が導かれる光路を３つの光路に分割する機能を有している。

主ミラー６（図１参照）を透過しサブミラー７で反射されてＡＦモジュール２０の上方からＡＦモジュール２０へと進入してきた光は、コンデンサレンズ２１を通ってハーフミラー２２に到達する。

ハーフミラー２２は、被写体像が導かれる光路を、まず２つの光路、具体的には、ハーフミラー２２の透過光の光路とハーフミラー２２の反射光の光路とに分割する機能を有している。

ハーフミラー２２の透過光の光路上には、ＡＦモジュール２０の一部の要素群、具体的には、ＩＲ（赤外線）カットフィルタ２３と絞りマスク２４とセパレータレンズ２５と位相差ＡＦ用センサ２６とが配置されている。

ハーフミラー２２を透過した光は、ＩＲ（赤外線）カットフィルタ２３と絞りマスク２４とセパレータレンズ２５とを通って位相差ＡＦ用センサ２６に到達する。位相差ＡＦ用センサ２６からの信号は制御部１０１に伝達され、位相差ＡＦに利用される。

このように、ＩＲ（赤外線）カットフィルタ２３と絞りマスク２４とセパレータレンズ２５と位相差ＡＦ用のセンサ２６とは位相差ＡＦユニットとして機能する。この位相差ＡＦユニットは、位相差ＡＦ用センサ２６の基準面Ｐ０（図３参照）における合焦状態を位相差方式で検出する。

なお、ここでは、位相差ＡＦ用センサ２６（詳細には、位相差ＡＦ用センサ２６の基準面）は、撮影レンズユニット３の光軸方向における撮像素子５の撮像面の位置と光学的に等価な位置に配置されているものとする。これによれば、位相差ＡＦ用センサ２６の基準面Ｐ０（図３参照）上での合焦状態と、撮像素子５の撮像面Ｐ１０（図１参照）上での合焦状態とが一致することになる。

また、ハーフミラー２２の反射光の光路上には、ＡＦモジュール２０の別の要素群、具体的には、リレー光学系２７とＩＲカットフィルタ２８とビームスプリッタ２９とセンサ３１，３２とが配置されている。

ハーフミラー２２で反射された光は、その進路を図の左側へと変更すると、リレー光学系２７とＩＲカットフィルタ２８とを通ってビームスプリッタ２９に導かれる。

ビームスプリッタ２９は、ハーフミラー２２での反射光の光路を、さらに２つの光路、具体的には、ビームスプリッタ２９の透過光の光路とビームスプリッタ２９の反射光の光路とに分割する機能を有している。ビームスプリッタ２９の反射光の光路上にはセンサ３１が配置されており、ビームスプリッタ２９の透過光の光路上にはセンサ３２が配置されている。したがって、反射光（ビームスプリッタ２９によって分割され下方に進行する光）はコントラスト検出用のセンサ３１に到達し、透過光（ビームスプリッタ２９によって分割され図の左側にそのまま直進する光）はコントラスト検出用のセンサ３２に到達する。

センサ３１，３２は、それぞれ、コントラスト検出用のセンサとして機能する。具体的には、センサ３１，３２は、それぞれ、撮像素子などで構成された撮像センサであり、被写体像に係る画像を微小時間（例えば１／２００秒）間隔で順次に取得することができる。センサ３１，３２からの信号（撮像信号）は制御部１０１に伝達され、コントラストＡＦ用のＡＦ評価値等の算出に利用される。各センサ３１，３２で取得された撮像信号（画像）に基づいて当該画像のコントラスト値（ＡＦ評価値）を算出することによって、そのコントラスト値が極大となる位置等が検出される。

このように、リレー光学系２７とＩＲカットフィルタ２８とビームスプリッタ２９と２つのセンサ３１，３２とは、コントラストＡＦユニットとして機能する。また、センサ３１を含む要素群は、第１コントラストＡＦユニットであるとも表現され、センサ３２を含む要素群は、第２コントラストＡＦユニットであるとも表現される。

ここで、センサ３１，３２は、それぞれ、撮影レンズユニット３の光軸方向における撮像素子５の位置に対して光学的に等価な位置（光学的等価位置とも称する）に配置されるのではなく、当該光学的等価位置から微小量シフトした位置に配置されている。図４は、このような配置状態を概念的に示す図である。なお、図４においては、撮像素子５とセンサ３１とセンサ３２との光学的な位置関係が示されるとともに、センサ３１，３２のそれぞれで取得されるコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆの変化曲線Ｌ１，Ｌ２が示されている。

詳細には、センサ３１の撮像面Ｐ１は、位相差ＡＦ用のセンサ２６の基準面Ｐ０と光学的に等価な位置（光学的等価位置）から微小距離ずれて配置されている。具体的には、センサ３１の撮像面Ｐ１は、位相差ＡＦ用のセンサ２６の基準面Ｐ０の光学的等価位置に対して近側に所定量Δｘ（ここでは約３０μｍ）シフトされて配置されている。

また、センサ３２の撮像面Ｐ２は、位相差ＡＦ用のセンサ２６の基準面Ｐ０と光学的に等価な位置（光学的等価位置）から微小距離ずれて配置されている。具体的には、センサ３２の撮像面Ｐ２は、位相差ＡＦ用のセンサ２６の基準面Ｐ０の光学的等価位置に対して遠側に所定量Δｘ（ここでは約３０μｍ）シフトされて配置されている。

図４に示すように、センサ３１（近側のセンサとも称する）はセンサ２６に対して近側に微小量Δｘずれて配置されているため、センサ３１に関するコントラスト値Ｖｎの変化曲線Ｌ１は、フォーカスレンズが本来の合焦位置よりも近側に微小量Δｘずれた位置に存在するときにピークを有する。

また、センサ３２（遠側のセンサとも称する）はセンサ２６に対して遠側に微小量Δｘずれて配置されているため、センサ３２に関するコントラスト値Ｖｆの変化曲線Ｌ２は、フォーカスレンズが本来の合焦位置よりも遠側に微小量Δｘずれた位置に存在するときにピークを有する。

＜１−３．ＡＦモジュール２０を用いたＡＦ原理＞
次に、図４〜図１０を参照しながら、ＡＦモジュール２０を用いたＡＦ制御の原理について説明する。図５は、位相差ＡＦにおける測距動作およびレンズ駆動動作を示すタイミングチャートである。また、図６は、フォーカスレンズが遠方向に駆動される場合を示す概念図であり、図７は、フォーカスレンズが近方向に駆動される場合を示す概念図である。さらに、図８〜図１０は、それぞれ、位相差ＡＦにおいて各レンズ位置ＰＡ，ＰＢ，ＰＣに停止したときの合焦動作を示す概念図である。

制御部１０１は、基本的にはまず位相差ＡＦによって自動合焦動作を行う。具体的には、図５に示すように、位相差ＡＦ用のセンサ２６からの出力信号を用いて位相差ＡＦによる測距動作を行うとともに、必要に応じてレンズ駆動動作が行われる。図５においては、測距動作に応じて合焦位置付近へ向けてのレンズ駆動が開始され、その後、レンズ駆動速度を徐々に低減しつつ、位相差ＡＦによる合焦位置へ向けてフォーカスレンズが移動され、フォーカスレンズの駆動が時刻ｔ１０において停止される。この結果、フォーカスレンズが本来の合焦位置付近に位置することになる。

ただし、位相差ＡＦのみを用いたＡＦ動作では、フォーカスレンズが本来の合焦位置付近からずれた位置に存在し、十分な精度で合焦していないこともある。

そこで、この実施形態においては、コントラストＡＦを併用し、ＡＦの精度をさらに向上させる。

具体的には、上述のセンサ３１，３２のそれぞれによって取得されたコントラスト値（ＡＦ評価値）Ｖｎ，Ｖｆを考慮してさらに高精度の合焦動作を実現する。より詳細には、センサ３１，３２におけるコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆの増減変化方向を用いる。ここでは、図５に示すように、位相差ＡＦによる自動合焦のためのフォーカスレンズの移動中等においてセンサ３１，３２によるコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆを取得しておき、その増減変化方向に応じて、さらに詳細な合焦判定を行う場合を例示する。

上述のように、ＡＦモジュール２０のセンサ３１，３２は、それぞれ、撮影レンズユニット３の光軸方向における撮像素子５の位置と光学的に等価な位置から微小量Δｘシフトした位置に配置されている（図４参照）。そのため、各センサ３１，３２で取得されるコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆのピーク位置は本来の合焦位置からΔｘずれている。ここでは、２つのコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆのピーク位置のずれを利用して合焦判定等を行う。

図４に示すように、ここでは、本来の合焦位置に対して±Δｘ以内のずれ範囲を最終的な合焦範囲ＲＢとする。また、当該合焦範囲ＲＢよりも近側の範囲ＲＢおよび当該合焦範囲ＲＢよりも遠側の範囲ＲＣをいずれも非合焦範囲とする。

換言すれば、フォーカスレンズの停止位置が範囲ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ内のいずれに存在するかに応じて合焦状態を判定する。フォーカスレンズが範囲ＲＢ内（例えば位置ＰＢ（図７））に存在するときには合焦状態であると判定し、フォーカスレンズが範囲ＲＡ内もしくは範囲ＲＣ内に位置するときには、非合焦状態であると判定する。

例えば、図６に示すように、位相差ＡＦにおいて近側から遠側に向けてフォーカスレンズを移動する場合（遠方向へ移動する場合）を想定する。この場合、コントラスト値Ｖｎ，Ｖｆの増減変化方向に応じて、フォーカスレンズの位置について、次の３つ（（１）〜（３））に区別することができる。

（１）レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Ｖｎ，Ｖｆがいずれも増加し続けているときには、未だコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆのいずれもピークを越えておらず、フォーカスレンズが未だ非合焦範囲ＲＡ内に位置し合焦範囲ＲＢに到達していないものと判定される。

（２）レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Ｖｎがピークを越えて増加から減少に転じ、コントラスト値Ｖｆが未だ増加し続けているときには、フォーカスレンズが合焦範囲ＲＢ内の位置に存在するものと判定し、最終的な合焦状態であると判定する。換言すれば、コントラスト値Ｖｎの増減変化方向（ここでは減少方向）とコントラスト値Ｖｆの増減変化方向（ここでは増加方向）とが逆であるときには、最終的な合焦状態であると判定する。

（３）レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Ｖｎ，Ｖｆがいずれもピークを越えて増加から減少に転じているときには、フォーカスレンズが合焦範囲ＲＢを越えて非合焦範囲ＲＣ内に位置するものと判定される。

また、逆に、図７に示すように、位相差ＡＦにおいて遠側から近側に向けてフォーカスレンズを移動する場合（近方向へ移動する場合）を想定する。この場合、コントラスト値Ｖｎ，Ｖｆの増減変化方向に応じて、フォーカスレンズの位置について、次の３つ（（４）〜（６））に区別することができる。

（４）レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Ｖｎ，Ｖｆがいずれも増加し続けているときには、未だコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆのいずれもピークを越えておらず、フォーカスレンズが未だ非合焦範囲ＲＣ内に位置し合焦範囲ＲＢに到達していないものと判定される。

（５）レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Ｖｆがピークを越えて増加から減少に転じ、コントラスト値Ｖｎが未だ増加し続けているときには、フォーカスレンズが合焦範囲ＲＢ内の位置に存在するものと判定し、最終的な合焦状態であると判定する。換言すれば、コントラスト値Ｖｆの増減変化方向（ここでは減少方向）とコントラスト値Ｖｎの増減変化方向（ここでは増加方向）とが逆であるときには、最終的な合焦状態であると判定する。

（６）レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Ｖｎ，Ｖｆがいずれもピークを越えて増加から減少に転じているときには、フォーカスレンズが合焦範囲ＲＢを越えて非合焦範囲ＲＡ内に位置するものと判定される。

以上のように、コントラスト値Ｖｎの増減変化方向とコントラスト値Ｖｆの増減変化方向とが逆であるときには最終的な合焦状態であると判定し、コントラスト値Ｖｎの増減変化方向とコントラスト値Ｖｆの増減変化方向とが同一であるときには、非合焦状態であると判定する。

上記のうち、最終的な合焦状態であると判定されるとき（（２），（５））には、フォーカスレンズをさらに駆動することなくＡＦ動作が終了する。例えば、図９に示すように、位相差ＡＦによるレンズ移動後のフォーカスレンズの位置ＰＢが範囲ＲＢ内であると判定されるときには追加駆動を行うことなくＡＦ動作が終了する。これにより、ＡＦ動作後のフォーカスレンズが、範囲ＲＢ内の位置（すなわち本来の合焦位置から±Δｘ以内の位置）に存在するような高精度のＡＦ動作が実現される。

一方、未だ最終的な合焦状態ではないと判定されるとき（（１），（３），（４），（６））には、フォーカスレンズを追加的に微小駆動する。

例えば、図８に示すように、位相差ＡＦでフォーカスレンズが遠方向へ移動する場合において、フォーカスレンズの位置が未だ非合焦範囲ＲＡ内（たとえば位置ＰＡ）であると判定されるとき（上記（１））には、フォーカスレンズを同一方向（遠方向）に微小量Δｘ追加駆動する。

そして、コントラスト値Ｖｎ，Ｖｆのそれぞれについて追加駆動前後の値を比較する。コントラスト値Ｖｎがピークを越えて増加から減少に転じ（Ｖｎ１＞Ｖｎ２）、コントラスト値Ｖｆが未だ増加し続けている（Ｖｆ１＜Ｖｆ２）と判定されるときには、フォーカスレンズが合焦範囲ＲＢ内の位置に存在するものと判定し、最終的な合焦状態であると判定する。換言すれば、コントラスト値Ｖｎの増減変化方向（ここでは減少方向）とコントラスト値Ｖｆの増減変化方向（ここでは増加方向）とが逆であるときには、最終的な合焦状態であると判定する。ここで、値Ｖｎ１，Ｖｎ２はそれぞれ当該追加駆動前および当該追加駆動後のコントラスト値Ｖｎを表し、値Ｖｆ１，Ｖｆ２はそれぞれ当該追加駆動前および当該追加駆動後のコントラスト値Ｖｆを表す。

最終的な合焦状態であると判定されるとＡＦ動作が終了する。一方、未だ最終的な合焦状態でないと判定されると同様の追加駆動がさらに繰り返される。例えば、位相差ＡＦ後の停止位置が位置ＰＡよりもさらに近側の位置ＰＡ０（図８）である場合には、数回の遠方向への追加駆動が行われた後に、最終的な合焦状態が実現されることになる。

また、図１０に示すように、位相差ＡＦでフォーカスレンズが遠方向へ移動する場合において、フォーカスレンズの位置が非合焦範囲ＲＣ内（例えば位置ＰＣ）であると判定されるとき（上記（３））には、フォーカスレンズを逆方向（近方向）に微小量Δｘ追加駆動する。

そして、コントラスト値Ｖｎ，Ｖｆのそれぞれについて追加駆動前後の値を比較する。コントラスト値Ｖｎが増加し（Ｖｎ３＜Ｖｎ４）、コントラスト値Ｖｆが減少する（Ｖｆ３＞Ｖｆ４）と判定されるときには、フォーカスレンズが合焦範囲ＲＢ内の位置に存在するものと判定し、最終的な合焦状態であると判定する。換言すれば、コントラスト値Ｖｎの増減変化方向（ここでは増加方向）とコントラスト値Ｖｆの増減変化方向（ここでは減少方向）とが逆であるときには、最終的な合焦状態であると判定する。ここで、値Ｖｎ３，Ｖｎ４はそれぞれ当該追加駆動前および当該追加駆動後のコントラスト値Ｖｎを表し、値Ｖｆ３，Ｖｆ４はそれぞれ当該追加駆動前および当該追加駆動後のコントラスト値Ｖｆを表す。

最終的な合焦状態であると判定されるとＡＦ動作が終了する。一方、未だ最終的な合焦状態でないと判定されると同様の追加駆動がさらに繰り返される。例えば、位相差ＡＦ後の停止位置が位置ＰＣよりもさらに遠側の位置ＰＣ０（図１０）である場合には、数回の近方向への追加駆動が行われた後に、最終的な合焦状態が実現されることになる。

また、位相差ＡＦでフォーカスレンズが近方向へ移動する場合（図７参照）において、未だ最終的な合焦状態ではないと判定されるとき（上記（４），（６））も同様である。

具体的には、フォーカスレンズの位置が未だ非合焦範囲ＲＣ内であると判定されるとき（上記（４））には、フォーカスレンズを同一方向（近方向）に微小量Δｘ追加駆動する。そして、直近におけるコントラスト値Ｖｎの増減変化方向とコントラスト値Ｖｆの増減変化方向とが逆であるときに最終的な合焦状態であると判定する。このような追加駆動を必要に応じて繰り返すことによって最終的な合焦状態が実現される。

同様に、フォーカスレンズの位置が非合焦範囲ＲＡ内であると判定されるとき（上記（６））には、フォーカスレンズを逆方向（遠方向）に微小量Δｘ追加駆動する。そして、直近におけるコントラスト値Ｖｎの増減変化方向とコントラスト値Ｖｆの増減変化方向とが逆であるときに最終的な合焦状態であると判定する。このような追加駆動を必要に応じて繰り返すことによって最終的な合焦状態が実現される。

以上のようにして、ＡＦ動作後のフォーカスレンズの位置が合焦範囲ＲＢ内にあるようなＡＦ動作が実現される。換言すれば、ＡＦ動作後のフォーカスレンズの位置が、本来の合焦位置から±Δｘ以内に存在するような高精度のＡＦ動作を実現することができる。

＜１−４．シフト量Δｘについて＞
ところで、上記のシフト量Δｘは、式（１）のような条件を満たすように定められることが好ましい。

ここで、Ｆは、撮像装置１において設定可能な絞り値（Ｆナンバー）のうちの最小値（すなわち最小Ｆナンバー）、δは撮像素子５における画素ピッチの２倍の値である。

たとえば、Ｆ＝１．４、δ＝６（μｍ）×２＝１２（μｍ）とすると、式（１）より、Δｘ＜３３．６（μｍ）、となる。

式（１）の右辺の値（２×Ｆ×δ）は、パーソナルコンピュータ等のディスプレイにおいて画像を確認する際に撮影画像がいわゆるピンボケ状態とならずに明瞭な合焦状態の画像として認識されるために求められる（片側）焦点深度である。式（１）を満たすようにシフト量Δｘが定められれば、パーソナルコンピュータ等のディスプレイにおいて画像を確認する際にも、十分にピントが合った状態で画像を視認できる。また、パーソナルコンピュータ等のディスプレイにおいて画像を確認する際に求められる合焦度合いは、印画紙等に画像をプリントして視認する際に求められる合焦度合いよりも高く、通常の利用態様において求められる合焦度合いの中で最も高い。したがって、式（１）を満たすような微小量Δｘ内のずれ量で合焦させて得られる撮影画像は、非常に多様な場面で十分な合焦度合いを有する画像として認識されることになる。

＜２．動作＞
つぎに、図１１〜図１５を参照しながら撮像装置１のＡＦ動作について説明する。図１１〜図１５は撮像装置１のＡＦ動作に関するサブルーチン処理を示すフローチャートである。ＡＦ動作時においては、撮像装置１はミラーダウン状態を有しており、被写体像がＡＦモジュール２０に到達する。

シャッターボタン１１がＳ１状態（半押し状態）にされると、図１１に示すようなＡＦ動作が開始される。

まず、位相差ＡＦ用のセンサ２６が起動される（ステップＳＰ１）とともに、コントラストＡＦ用のセンサ３１，３２が起動される（ステップＳＰ２）。その後、位相差ＡＦによる測距動作が行われる（ステップＳＰ３）。この測距動作は、セパレータレンズ２５およびセンサ２６等を含む位相差ＡＦユニットによって実現される。なお、この時点においては未だフォーカスレンズは駆動されていない。

次のステップＳＰ４においては、位相差ＡＦにおける測距動作の結果が判定される。合焦していると判定されるときにはステップＳＰ２１（図１２）へと進み、合焦していないと判定されるときにはステップＳＰ４１（図１３）へと進む。

まず、ステップＳＰ４１以降について説明する。位相差ＡＦにおいて非合焦状態であると判定されると、フォーカスレンズは、制御部１０１およびフォーカスレンズ制御部１２１等によって駆動され、位相差ＡＦによって合焦であると判定される位置にまで移動する（ステップＳＰ４１，ＳＰ４３）。また、このフォーカスレンズの移動中において、微小時間（例えば１／２００秒）間隔でコントラスト値（ＡＦ評価値）Ｖｎ，Ｖｆが順次取得される（ステップＳＰ４２）。取得された各コントラスト値Ｖｎ，Ｖｆの時系列データは制御部１０１内のメモリ等に格納される。このように、位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦動作としてフォーカスレンズの移動動作が行われている間に、コントラスト値（ＡＦ評価値）Ｖｎ，Ｖｆが取得される。以上のようにして位相差ＡＦ動作が終了する。

ステップＳＰ４４〜ＳＰ５３においては、上述のようなコントラストＡＦ動作における判定動作が行われる。

具体的には、コントラスト値（ＡＦ評価値）Ｖｎの増減変化方向とコントラスト値（ＡＦ評価値）Ｖｆの増減変化方向とが逆であるときには合焦状態であると判定する。

詳細には、コントラスト値Ｖｆがピークを越えておらず未だ増加傾向にある一方で、コントラスト値Ｖｎがピークを越えており減少傾向にある（ステップＳＰ４４，ＳＰ４５）場合（図７参照）には、原則として、合焦状態であると判定される（ステップＳＰ５１）。ただし、ここでは誤判定を防止するため、さらに位相差ＡＦによる駆動方向が遠方向であるか否かが判定される（ステップＳＰ４６）。位相差ＡＦによる駆動方向が遠方向でないときには、例外的に非合焦状態であると判定される（ステップＳＰ４９）。

また、コントラスト値Ｖｆがピークを越えており減少傾向にある一方で、コントラスト値Ｖｎがピークを越えておらず未だ増加傾向にある（ステップＳＰ４４，ＳＰ４７）場合（図６参照）にも、原則として、合焦状態であると判定される（ステップＳＰ５２）。ただし、ここでは誤判定を防止するため、さらに位相差ＡＦによる駆動方向が近方向であるか否かが判定される（ステップＳＰ４８）。位相差ＡＦによる駆動方向が近方向でないときには、例外的に非合焦状態であると判定される（ステップＳＰ５３）。

以上のように、合焦状態であることがステップＳＰ５１あるいはステップＳＰ５２において判定されると、このＡＦ動作は終了する。

一方、コントラスト値（ＡＦ評価値）Ｖｎの増減変化方向とコントラスト値（ＡＦ評価値）Ｖｆの増減変化方向とが同一であるときには非合焦状態であると判定する。

詳細には、コントラスト値Ｖｆがピークを越えておらず未だ増加傾向にあり、且つ、コントラスト値Ｖｎもピークを越えておらず未だ増加傾向にある（ステップＳＰ４４，ＳＰ４５）場合（図６、図７参照）には、非合焦状態であると判定される（ステップＳＰ４９）。また、コントラスト値Ｖｆがピークを越えて減少傾向にあり、且つ、コントラスト値Ｖｎもピークを越えて減少傾向にある（ステップＳＰ４４，ＳＰ４７）場合（図６、図７参照）にも、非合焦状態であると判定される（ステップＳＰ５３）。

非合焦状態であると判定されると、フォーカスレンズの微小駆動を伴うコントラストＡＦ動作がさらに行われる。

具体的には、非合焦状態であることがステップＳＰ４９で判定されると、ステップＳＰ６１（図１４）に進む。

ステップＳＰ６１では、位相差ＡＦによる駆動方向と同一方向にフォーカスレンズが微小量（ここではΔｘ）駆動される。

位相差ＡＦによる駆動方向が遠方向である場合には条件Ｃ１（次述）が成立すると判定（ステップＳＰ６３）されるまで、ステップＳＰ６１〜ＳＰ６３の微小駆動動作等が繰り返される。ここで、条件Ｃ１は、コントラスト値Ｖｎが減少し、且つ、コントラスト値Ｖｆが増加することである。条件Ｃ１が成立するときには合焦状態であると判定（ステップＳＰ６４）され、このＡＦ動作を終了する。

位相差ＡＦによる駆動方向が近方向である場合には条件Ｃ３（次述）が成立すると判定（ステップＳＰ６３）されるまで、ステップＳＰ６１〜ＳＰ６３の微小駆動動作等が繰り返される。ここで、条件Ｃ３は、コントラスト値Ｖｎが増加し、且つ、コントラスト値Ｖｆが減少することである。条件Ｃ３が成立するときには合焦状態であると判定（ステップＳＰ６４）され、このＡＦ動作を終了する。

微小駆動動作の繰り返し中に微小駆動量の総和（ここではΣΔｘ）が閾値ＴＨ１以上であると判定（ステップＳＰ６２）されるときには、自動合焦不可能であるとして非合焦判定（ステップＳＰ６５）を行うとともにＡＦ動作を終了する。

また、非合焦状態であることがステップＳＰ５３で判定されると、ステップＳＰ７１（図１５）に進む。

ステップＳＰ７１では、位相差ＡＦによる駆動方向とは逆方向にフォーカスレンズが微小量Δｘ駆動される。

当該逆方向の駆動方向（換言すれば新たな駆動方向）が近方向である場合には条件Ｃ３（上述）が成立すると判定（ステップＳＰ７３）されるまで、ステップＳＰ７１〜ＳＰ７３の微小駆動動作等が繰り返される。条件Ｃ３が成立するときには合焦状態であると判定（ステップＳＰ７４）され、このＡＦ動作を終了する。

当該逆方向の駆動方向（換言すれば新たな駆動方向）が遠方向である場合には条件Ｃ１（上述）が成立すると判定（ステップＳＰ７３）されるまで、ステップＳＰ７１〜ＳＰ７３の微小駆動動作等が繰り返される。条件Ｃ１が成立するときには合焦状態であると判定（ステップＳＰ７４）され、このＡＦ動作を終了する。

微小駆動動作の繰り返し中に微小駆動量の総和が閾値ＴＨ１以上であると判定（ステップＳＰ７２）されるときには、自動合焦不可能であるとして非合焦判定（ステップＳＰ７５）を行うとともにＡＦ動作を終了する。

つぎに、ステップＳＰ４（図１１参照）において合焦状態であると判定された場合について説明する。すなわち、位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され、当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合の動作について説明する。この場合には、ステップＳＰ２１（図１２）に進む。

位相差ＡＦにおいて合焦状態であると判定されているので本来の合焦位置付近に存在しているが、さらに高精度に合焦させるため、コントラストＡＦを併用する。以下でも、基本的には、上述の思想を適用してＡＦ動作を行う。ただし、この時点では位相差ＡＦによる測距動作は既に行われているが位相差ＡＦによる駆動動作が未だ行われていないため、センサ３１，３２によるコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆの増加傾向を把握することができない。そこで、ここでは、まずフォーカスレンズを微小量駆動してコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆの増加傾向を把握する動作を行う。

そのため、まず、ステップＳＰ２１において、未駆動時点における現在位置でのコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆを取得する。そして、その大小関係に基づいてレンズの移動方向を決定する（ステップＳＰ２２）。具体的には、コントラスト値Ｖｎがコントラスト値Ｖｆよりも大きい（Ｖｎ＞Ｖｆ）場合には、フォーカスレンズが比較的近側に存在するものとみなして、遠方向へと微小駆動する（ステップＳＰ２３）。一方、コントラスト値Ｖｎがコントラスト値Ｖｆよりも小さい（Ｖｎ＜Ｖｆ）場合には、フォーカスレンズが比較的遠側に存在するものとみなして、近方向へと微小駆動する（ステップＳＰ２８）。

そして、駆動方向が遠方向である場合には条件Ｃ１（上述）が成立すると判定（ステップＳＰ２５）されるまで、微小駆動動作等（ステップＳＰ２３〜ＳＰ２５）が繰り返される。条件Ｃ１が成立するときには合焦状態であると判定（ステップＳＰ２６）され、このＡＦ動作を終了する。

駆動方向が近方向である場合には条件Ｃ３（上述）が成立すると判定（ステップＳＰ３１）されるまで、微小駆動動作等（ステップＳＰ２８，ＳＰ２９，ＳＰ３１）が繰り返される。条件Ｃ３が成立するときには合焦状態であると判定（ステップＳＰ３３）され、このＡＦ動作を終了する。

微小駆動動作の繰り返し中に微小駆動量の総和が閾値ＴＨ１以上であると判定（ステップＳＰ２４、ＳＰ２９）されるときには、自動合焦不可能であるとして非合焦判定（ステップＳＰ２７、ＳＰ３２）を行うとともにＡＦ動作を終了する。

なお、このＡＦ動作の後において、操作者の操作によって、シャッターボタン１１がＳ２状態（全押し状態）にされると、記録用静止画像取得のための露光動作を含む本撮影動作が開始される。この本撮影動作時においては、撮像装置１は、ミラーアップ状態を有しており、撮像素子５に到達した被写体像が記録用の画像データとして取得される。

以上のようなＡＦ動作によれば、位相差ＡＦユニットによる合焦動作を行うとともに第１コントラストＡＦユニットおよび第２コントラストＡＦユニットによる合焦動作を行うので、高速且つ高精度の合焦動作を行うことができる。また、第１コントラストＡＦユニットの撮像面Ｐ１は位相差ＡＦユニットの基準面Ｐ０の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、第２コントラストＡＦユニットの撮像面Ｐ２は位相差ＡＦユニットの基準面Ｐ０の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されている。そのため、各撮像面Ｐ１，Ｐ２によって取得される２つの評価値（コントラスト値）Ｖｎ，Ｖｆのピーク位置を利用して、本来の合焦位置に対して非常に近い範囲（ここでは±Δｘ）内にフォーカスレンズを移動し、高精度に合焦させることが可能になる。

また、位相差ＡＦユニットによる合焦動作のためにフォーカスレンズが移動されている間に、ＡＦ用の各評価値Ｖｎ，Ｖｆが取得されるので、位相差ＡＦユニットによる合焦動作のためのフォーカスレンズ移動完了後にＡＦ用の評価値の取得を開始する場合に比べて、高速化を図ることができる。

また、各撮像面Ｐ１，Ｐ２における撮像信号に基づいて取得された評価値Ｖｎ，Ｖｆによって合焦していると判定される場合には、必ずしもさらにレンズ駆動を行う必要がない。すなわち、常に位相差ＡＦ後にコントラストＡＦ用のレンズ駆動動作をさらに行うことを要しない。このように、第１および第２コントラストＡＦユニットの撮像面Ｐ１，Ｐ２での撮像信号に基づいて取得される第１および第２評価値Ｖｎ，Ｖｆを用いることによって、無駄なレンズ駆動動作を低減して的確に合焦させることができる。

＜３．変形例＞
上記実施形態においては、２つの評価値Ｖｎ，Ｖｆの増減変化方向を利用して、最終的な合焦状態であるか否かを判定したが、これに限定されない。例えば、２つの評価値Ｖｎ，Ｖｆの差と閾値との大小関係に基づいて、最終的な合焦状態であるか否かを判定するようにしてもよい。より詳細には、位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、評価値Ｖｎ，Ｖｆの差が閾値ＴＨ２よりも小さいときには合焦状態であると判定し、評価値Ｖｎ，Ｖｆの差が閾値ＴＨ２よりも大きいときには非合焦状態であると判定するようにしてもよい。

図１６はこのような変形例に係る動作を示すフローチャートであり、図１７は合焦判定の原理について説明する概念図である。

図１７に示すように、本来の合焦位置付近において、２つの評価値（コントラスト値）Ｖｎ，Ｖｆの差（絶対値）は比較的小さな値になる。このような性質を利用して、ここでは、２つの評価値（コントラスト値）Ｖｎ，Ｖｆの差、すなわち｜Ｖｎ−Ｖｆ｜が所定の閾値ＴＨ２よりも小さいとき（｜Ｖｎ−Ｖｆ｜＜ＴＨ２）は、最終的な合焦状態であるものと判定する。また逆に、当該差｜Ｖｎ−Ｖｆ｜が所定の閾値ＴＨ２よりも大きいとき（｜Ｖｎ−Ｖｆ｜＜ＴＨ＞）には、未だ最終的な合焦状態ではないものと判定する。このように、２つの評価値Ｖｎ，Ｖｆの差を利用することによって、より高精度の合焦判定動作を実現することも可能である。なお、閾値ＴＨ２としては、適宜の値が設定されればよい。閾値ＴＨ２を比較的小さな値に設定すれば、図１８のように合焦範囲ＲＤが比較的狭い範囲となる。

図１６においては、上記実施形態における図１２の各処理に代わって行われる処理が示されている。具体的には、ステップＳＰ４（図１１参照）において合焦状態であると判定された場合には、図１６のステップＳＰ２１に進む。ステップＳＰ２１においては、現時点（未駆動時点）におけるコントラスト値Ｖｎ，Ｖｆを取得する。

次にステップＳＰ３６に進み、２つの評価値（コントラスト値）Ｖｎ，Ｖｆの差が所定の閾値ＴＨ２よりも小さい（｜Ｖｎ−Ｖｆ｜＜ＴＨ２）か否かを判定する。

そして、不等式、｜Ｖｎ−Ｖｆ｜＜ＴＨ２、が成立するときには、最終的な合焦状態であるものと判定する（ステップＳＰ３７）。

一方、不等式、｜Ｖｎ−Ｖｆ｜＜ＴＨ２、が成立しないときには、最終的な合焦状態でないものと判定し、ステップＳＰ２２に進む。なお、等号成立時（｜Ｖｎ−Ｖｆ｜＝ＴＨ２）は、最終的な合焦状態であると判定するようにしても良い。

ステップＳＰ２２以降においては、上記と同様の動作（図１２参照）が行われる。すなわち、コントラストＡＦによる微小駆動等が行われる。

以上のような動作によっても、高速かつ高精度の合焦動作を行うことができる。特に、｜Ｖｎ−Ｖｆ｜が所定の閾値ＴＨ２よりも小さいとき（｜Ｖｎ−Ｖｆ｜＜ＴＨ２）は、レンズを駆動することなく最終的な合焦状態であることが確認される。

また、上記実施形態においては、位相差ＡＦユニットの基準面Ｐ０の光学的等価位置に対する両撮像面Ｐ１，Ｐ２のシフト量、具体的には、センサ３１の撮像面Ｐ１のシフト量とセンサ３２の撮像面Ｐ２のシフト量とはいずれもΔｘであり略同一である場合を例示した。換言すれば、センサ３１の撮像面Ｐ１とセンサ３２の撮像面Ｐ２とは、位相差ＡＦユニットの基準面Ｐ０の光学的等価位置に対して略同一距離離れた位置に存在する場合を例示した。しかしながら、これに限定されず、位相差ＡＦユニットの基準面Ｐ０の光学的等価位置に対する両撮像面Ｐ１，Ｐ２のシフト量は、互いに異なる値であってもよい。

実施形態に係る撮像装置を示す概略図である。 撮像装置の機能構成を示すブロック図である。 ＡＦモジュールの構成を示す図である。 撮像素子と２つのコントラスト検出用のセンサとの光学的な位置関係を示す図である。 位相差ＡＦにおける測距動作およびレンズ駆動動作を示すタイミングチャートである。 フォーカスレンズが遠方向に駆動される場合を示す概念図である。 フォーカスレンズが近方向に駆動される場合を示す概念図である。 位相差ＡＦによって近側の非合焦範囲内のレンズ位置に停止したときの合焦動作を示す概念図である。 位相差ＡＦによって合焦範囲内のレンズ位置に停止したときの合焦動作を示す概念図である。 位相差ＡＦによって遠側の非合焦範囲内のレンズ位置に停止したときの合焦動作を示す概念図である。 撮像装置のＡＦ動作を示すフローチャートである。 撮像装置のＡＦ動作を示すフローチャートである。 撮像装置のＡＦ動作を示すフローチャートである。 撮像装置のＡＦ動作を示すフローチャートである。 撮像装置のＡＦ動作を示すフローチャートである。 変形例に係る動作を示すフローチャートである。 変形例に係る合焦判定の原理について説明する概念図である。 変形例に係る合焦判定の原理について説明する概念図である。

符号の説明

１ 撮像装置
２ カメラ本体部
３ 撮影レンズユニット
５ 撮像素子
２０ ＡＦモジュール
２２ ハーフミラー
２３，２８ ＩＲカットフィルタ
２５ セパレータレンズ
２６ 位相差ＡＦ用センサ
２７ リレー光学系
２９ ビームスプリッタ
３１，３２ （コントラストＡＦ用）撮像センサ
Δｘ シフト量
Ｐ０ （位相差ＡＦ用センサ２６の）基準面
Ｐ１ （撮像センサ３１の）撮像面
Ｐ２ （撮像センサ３２の）撮像面
Ｖｎ，Ｖｆ 評価値

Claims (14)

1. 撮像装置であって、
   それぞれ撮像面を有する第１ＡＦユニットおよび第２ＡＦユニットと、
   基準面における合焦状態を位相差方式で検出する位相差ＡＦユニットと、
   フォーカスレンズの位置を制御して合焦制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記フォーカスレンズを含む撮影レンズを通って導かれる被写体像は、当該被写体像の光路が分割されることによって、前記位相差ＡＦユニットと前記第１ＡＦユニットと前記第２ＡＦユニットとにそれぞれ導かれ、
   前記第１ＡＦユニットの撮像面は前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、
   前記第２ＡＦユニットの撮像面は前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されており、
   前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットの基準面での合焦状態に応じた合焦動作を行うとともに、前記第１ＡＦユニットの撮像面での撮像信号に基づいて取得されるＡＦ用の第１評価値と前記第２ＡＦユニットの撮像面での撮像信号に基づいて取得されるＡＦ用の第２評価値とを用いた合焦動作を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とに基づいて合焦状態であるか否かを判定することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、
   前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とが逆である場合には合焦状態であると判定し、
   前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とが同一である場合には非合焦状態であると判定することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とが同一である場合には、前記フォーカスレンズの微小駆動を行うとともに当該微小駆動後の前記第１評価値および前記第２評価値を取得して、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とに基づく合焦判定動作を再び行うことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦動作として前記フォーカスレンズの移動動作が行われている間に、前記第１評価値と前記第２評価値とを取得することによって、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とを求めることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記フォーカスレンズの微小駆動を行い、前記フォーカスレンズの前記微小駆動前における前記第１評価値および前記第２評価値に加えて、前記フォーカスレンズの前記微小駆動後における前記第１評価値および前記第２評価値を取得することによって、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とを求めることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、
   前記第１評価値と前記第２評価値との差が閾値よりも小さいときには合焦状態であると判定し、
   前記第１評価値と前記第２評価値との差が閾値よりも大きいときには非合焦状態であると判定することを特徴とする撮像装置。
8. 請求項７に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記位相差ＡＦユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記第１評価値と前記第２評価値との差が閾値よりも大きいときには、前記フォーカスレンズの微小駆動を行うとともに当該微小駆動後の前記第１評価値および前記第２評価値を取得して、前記第１評価値の増減変化方向と前記第２評価値の増減変化方向とに基づく合焦判定動作を行うことを特徴とする撮像装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の撮像装置において、
   前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して、前記第１ＡＦユニットの撮像面と前記第２ＡＦユニットの撮像面とは略同一距離離れた位置に存在することを特徴とする撮像装置。
10. 請求項９に記載の撮像装置において、
    前記第１ＡＦユニットの撮像面は、前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側に所定量Δｘシフトされて配置され、
    前記第２ＡＦユニットの撮像面は、前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側に前記所定量Δｘシフトされて配置され、
    前記所定量Δｘは、（２×Ｆ×δ）以下である（ただし、Ｆは最小Ｆナンバー、δは記録画像取得用の撮像素子における画素ピッチの２倍の値）ことを特徴とする撮像装置。
11. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の撮像装置において、
    記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して、前記第１ＡＦユニットの撮像面と前記第２ＡＦユニットの撮像面とは略同一距離離れた位置に存在することを特徴とする撮像装置。
12. 請求項１１に記載の撮像装置において、
    前記第１ＡＦユニットの撮像面は、記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して近側に所定量Δｘシフトされて配置され、
    前記第２ＡＦユニットの撮像面は、前記記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して遠側に前記所定量Δｘシフトされて配置され、
    前記所定量Δｘは、（２×Ｆ×δ）以下である（ただし、Ｆは最小Ｆナンバー、δは記録画像取得用の撮像素子における画素ピッチの２倍の値）ことを特徴とする撮像装置。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の撮像装置において、
    前記位相差ＡＦユニットの基準面は、記録画像取得用の撮像素子の撮像面と光学的に等価な位置に配置されていることを特徴とする撮像装置。
14. ＡＦモジュールであって、
    第１ＡＦユニットと、
    第２ＡＦユニットと、
    基準面における合焦状態を位相差方式で検出する位相差ＡＦユニットと、
    被写体像の光路を分割して、当該被写体像を前記位相差ＡＦユニットと前記第１ＡＦユニットと前記第２ＡＦユニットとにそれぞれ導く光路分割手段と、
    を備え、
    前記第１ＡＦユニットは、ＡＦ用の第１評価値の算出対象となる撮像信号を取得する第１撮像面を有し、
    前記第２ＡＦユニットは、ＡＦ用の第２評価値の算出対象となる撮像信号を取得する第２撮像面を有し、
    前記第１撮像面は前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、
    前記第２撮像面は前記位相差ＡＦユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されていることを特徴とするＡＦモジュール。
    

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