JP2008309882A - デジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】撮影画像の画質を維持しながら短時間で正確に焦点調節を行う。
【解決手段】複数の撮像用画素と、撮影レンズの射出瞳上の対の領域を通過した対の光束を受光する複数の焦点検出用画素とが平面上に配列され、撮影レンズにより結像される像を受光して画像信号を出力する撮像兼焦点検出素子を備え、複数の焦点検出用画素から出力される対の光束に対応する対の信号列の位相差に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出し、撮影レンズの焦点調節を行う位相差ＡＦと、撮像兼焦点検出素子から出力される画像信号のコントラストに基づいて撮影レンズの焦点評価値を算出し、撮影レンズの焦点調節を行うコントラストＡＦとを行うデジタルカメラにおいて、撮影レンズの焦点調節を行うときに、ステップ３でコントラストＡＦにより粗い焦点調節を行った後に、ステップ５で位相差ＡＦにより焦点調節を行う。
【選択図】図１６

Description

本発明はデジタルカメラに関する。

撮像兼焦点検出用センサーを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点調節機能とコントラスト検出方式の焦点調節機能とを備え、撮影レンズの焦点調節を行うときに位相差検出方式による焦点調節で粗調を行った後に、コントラスト検出方式による焦点調節で微調を行うようにしたデジタルカメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開２００３−１５６６７７号公報

しかしながら、上述した従来のデジタルカメラでは、撮影レンズのピントずれ量が大きいときに焦点検出を行うためには、焦点検出用画素列の長さを長くする必要があり、そうすると撮影画像の画質低下を招き、一方、コントラスト検出方式による焦点調節で精度を上げるためには、短い間隔でレンズ駆動を行って焦点評価値を取得する必要があり、そうすると焦点調節に時間がかかるという問題がある。

（１） 請求項１の発明は、複数の撮像用画素と、撮影光学系の射出瞳上の対の領域を通過した対の光束を受光する複数の焦点検出用画素とが平面上に配列され、撮影光学系により結像される像を受光して画像信号を出力する撮像兼焦点検出素子と、複数の焦点検出用画素から出力される対の光束に対応する対の信号列の位相差に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を検出し、撮影光学系の焦点調節を行う第１焦点調節手段と、撮像兼焦点検出素子から出力される画像信号のコントラストに基づいて撮影光学系の焦点評価値を算出し、撮影光学系の焦点調節を行う第２焦点調節手段と、撮影光学系の焦点調節を行うときに、第２焦点調節手段により粗い焦点調節を行った後に、第１焦点調節手段により焦点調節を行う制御手段とを備える。
（２） 請求項２のデジタルカメラは、制御手段によって、第２焦点調節手段による焦点調節の前に第１焦点調節手段により焦点調節を行い、第１焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、第２焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に第１焦点調節手段により焦点調節を行うようにしたものである。
（３） 請求項３のデジタルカメラは、制御手段によって、撮影光学系の焦点調節を行う前に所定のレンズ位置まで撮影光学系を駆動し、その後に第１焦点調節手段により焦点調節を行い、第１焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、第２焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に第１焦点調節手段により焦点調節を行うようにしたものである。
（４） 請求項４のデジタルカメラは、制御手段によって、第２焦点調節手段による焦点調節時に、所定値以上の焦点評価値が検出されたレンズ位置で第１焦点調節手段により撮影光学系の焦点調節状態を検出し、検出された焦点調節状態に基づいて第１焦点調節手段により焦点調節を行うようにしたものである。
（５） 請求項５のデジタルカメラは、制御手段によって、第１焦点調節手段の焦点検出可能範囲に相当するレンズ駆動間隔で撮影光学系を駆動し、第２焦点調節手段により焦点評価値を算出するとともに、第１焦点調節手段により焦点調節状態を検出し、焦点評価値が最大になったレンズ位置で検出された焦点調節状態にしたがって第１焦点調節により焦点調節を行うようにしたものである。

本発明によれば、撮影画像の画質を低下させずに短い時間で正確に撮影光学系の焦点調節を行うことができる。

図１は一実施の形態のデジタルカメラの構成を示す図である。撮影レンズ１はズーミングレンズ１ａ、絞り１ｂ、フォーカシングレンズ１ｃなどから構成され、被写体像を撮像兼焦点検出素子２の受光面に結像する。撮像兼焦点検出素子２は撮像用画素と焦点検出用画素とを有し、撮影レンズ１により結像された被写体像の画像信号を出力するとともに、撮影レンズ１の焦点調節状態を示す焦点検出信号を出力する。この撮像兼焦点検出素子２の詳細については後述する。

信号処理回路３は、撮像兼焦点検出素子２から出力される画像信号および焦点検出信号に増幅処理やゲイン調整を施す回路である。Ａ／Ｄコンバーター４は処理後の画像信号および焦点検出信号をデジタル信号に変換する。画像処理回路５は、画像信号に各種の補正処理や圧縮処理を施すとともに、撮像時に焦点検出用画素の出力を周辺の撮像用画素の出力により補完して画像信号を生成する回路である。記録装置６はメモリカードなどの着脱可能な記録媒体に撮影画像を記録し、表示装置７はカメラ背面に設けられるＬＣＤに撮影画像のスルー画像や各種撮影に関する情報を表示する。

駆動回路８は絞り１ｂとフォーカシングレンズ１ｃを駆動制御し、タイミングジェネレーター（Ｔ／Ｇ）９は撮像兼焦点検出素子２、信号処理回路３、Ａ／Ｄコンバーター４および画像処理回路５へ各処理を開始または終了させるためのタイミング信号を出力する。制御装置１０はＣＰＵ１０ａやメモリ１０ｂなどを備え、画像処理回路５、記録装置６、表示装置７、駆動回路８、およびタイミングジェネレーター９を制御してカメラのシーケンス制御、撮像制御、焦点検出制御、焦点調節制御、画像処理制御、画像記録制御、画像表示制御などを行う。制御装置１０にはカメラの各種操作を行うためのスイッチ、コマンドダイヤル、方向キーなどの操作部材１１が接続されている。

図２〜図６は撮像兼焦点検出素子２の構造を示す図である。図２は撮像兼焦点検出素子２を構成する画素２０の断面図であり、撮像兼焦点検出素子２はこのような画素２０が二次元状に配列されたものである。各画素２０は光電変換部２１の前にマイクロレンズ２２が配置され、光電変換部２１は全画素共通の半導体基板２３上に形成される。

図３は撮像兼焦点検出素子２の正面（受光面）図であり、焦点検出用画素列２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの配置を示す。図４〜図６に示すように、焦点検出用画素列２ａ〜２ｆは、図２に示す画素２０のマイクロレンズ２２の前面に遮光マスク２４を設けた焦点検出用画素２０Ａと２０Ｂを交互に一列に配列したものである。焦点検出用画素列２ａ〜２ｆは、撮影レンズ１の撮影画面に設定された複数の焦点検出エリアのそれぞれに対応する位置に配置されている。なお、この明細書では焦点検出用画素２０Ａ、２０Ｂ以外の画素２０を便宜上、撮像用画素と呼ぶ。

遮光マスク２４は、マイクロレンズ２２の頂点を通る円弧でマイクロレンズ２２の表面を二分したときの片方の表面を覆うように設けられ、隣接する焦点検出用画素２０Ａと２０Ｂで遮光マスク２４による遮光面が対称となるように配置される。換言すれば、焦点検出用画素列２ａ〜２ｆでは、焦点検出用画素２０Ａと２０Ｂの遮光マスク２４による遮光面が互い違いになるように、焦点検出用画素２０Ａと２０Ｂが交互に配列される。

撮影画面の横方向（左右方向）に対応して配列される焦点検出用画素列２ａ、２ｂ、２ｃでは、図５に示すように、遮光マスク２４による遮光面が横方向に互い違いになるように、焦点検出用画素２０Ａと２０Ｂが交互に配列される。また、撮影画面の縦方向（上下方向）に対応して配列される焦点検出用画素列２ｄ、２ｅ、２ｆでは、図６に示すように、遮光マスク２４による遮光面が縦方向に互い違いになるように、焦点検出用画素２０Ａと２０Ｂが交互に配列される。

この撮像兼焦点検出素子２は撮影レンズ１の予定焦点面に配置され、焦点検出用画素２０Ａ、２０Ｂ以外の各撮像用画素は撮影レンズ１の射出瞳を通過した被写体からの光束を受光する。一方、各焦点検出用画素２０Ａ、２０Ｂは、図４に示すように、撮影レンズ１の射出瞳を横（左右）方向または縦（上下）方向に二分したときの一方の領域を通過した光束（ここでは、焦点検出用光束という）２５または２６を受光する。換言すれば、焦点検出用画素列２ａ〜２ｆでは、焦点検出用画素２０Ａが撮影レンズ１による被写体像を右または上からにらみ、焦点検出用画素２０Ｂが撮影レンズ１による被写体像を左または下からにらんでいる。

各焦点検出用画素列２ａ〜２ｆにおいて、撮影レンズ１の射出瞳の一対の領域の内の、一方の領域を通過した焦点検出用光束２５を受光する焦点検出用画素２０Ａの出力信号列と、他方の領域を通過した焦点検出用光束２６を受光する焦点検出用画素２０Ｂの出力信号列との相対的なずれ量、つまり位相差を検出し、これら一対の信号列のずれ量すなわち位相差に基づいて撮影レンズ１の焦点調節状態すなわちデフォーカス量を検出することができる。

横方向の焦点検出用画素列２ａ、２ｂ、２ｃでは、撮影レンズ１の射出瞳の横（左右）方向の一対の領域を通過した一対の焦点検出用光束２５と２６のずれ量を検出し、撮影画面の横方向における撮影レンズ１のデフォーカス量を検出する。一方、縦方向の焦点検出用画素列２ｄ、２ｅ、２ｆでは、撮影レンズ１の射出瞳の縦（上下）方向の一対の領域を通過した一対の焦点検出用光束２５と２６のずれ量を検出し、撮影画面の縦方向における撮影レンズ１のデフォーカス量を検出する。

図７および図８は、焦点検出用画素列２ａ〜２ｆから出力される一対の出力信号列を示す。各焦点検出用画素列（２ａ〜２ｆ）の出力信号列において、撮影レンズ１の射出瞳の一方の領域を通過した焦点検出用光束２５（図４参照）を受光した焦点検出用画素２０Ａの信号列３１と、他方の領域を通過した焦点検出用光束２６を受光した焦点検出用画素２０Ｂの信号列３２とを比較する。このとき、一対の信号列３１と３２を互いにシフトさせて比較するが、各焦点検出用画素列（２ａ〜２ｆ）の全範囲にわたって比較演算を行うことはできないので、焦点検出用画素列の内の図中のハッチング領域で示す“画素出力比較領域”内において比較演算を行う。

今、ある焦点検出用画素列において図７に示すような一対の焦点検出用信号列３１、３２が検出されたときに、画素出力比較領域において一対の焦点検出用信号列３１と３２を互いにシフトさせながら一対の信号列３１と３２の相関量を演算し、図８に示すように画素出力比較領域内で一対の焦点検出用信号列３１と３２の相関量が最小になるまでシフトする。相関量が最小になったときのシフト量が撮影レンズ１のピントずれ量に相当し、焦点検出用画素列（２ａ〜２ｆ）の画素ピッチ、マイクロレンズ２２の仕様などにより決まる変換係数を用いてピントずれ量をデフォーカス量に変換する。

ここで、図９を参照し、ある焦点検出用画素列を例に上げて瞳分割型位相差検出方式の相関演算処理について説明する。ある焦点検出用画素列の一対の信号列３１と３２をそれぞれｅｉ，ｆｉ（ただしｉ＝１〜ｍ）とすると、まず（１）式に示す差分型相関アルゴリズムによって相関量Ｃ（Ｌ）を求める。
Ｃ(Ｌ)＝Σ｜ｅ(ｉ＋Ｌ)−ｆ(ｉ)｜ ・・・（１）
（１）式において、Ｌは整数であり、一対の信号列ｅｉ，ｆｉのピッチを単位とした相対的シフト量である。また、Ｌのとる範囲はＬｍｉｎ〜Ｌｍａｘ（図９に示す例では−５〜＋５）である。さらに、Σはパラメーターｉの範囲の総和演算を表し、パラメータｉのとる範囲はｐからｑまでであり、１≦ｐ＜ｑ≦ｍの条件を満足するように定められる。ｐとｑの値によって上述した画素出力比較領域の大きさが設定される。

（１）式による演算結果は、図９（ａ）に示すように、一対の信号列ｅｉ，ｆｉの相関が高いシフト量Ｌ＝ｋj（図９（ａ）ではｋj＝２）において相関量Ｃ（Ｌ）が最小になる。次に、（２）〜（５）式による３点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する最小値Ｃ（Ｌ）min＝Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ ・・・（２）、
Ｃ(ｘ)＝ Ｃ(ｋj)−｜Ｄ｜ ・・・（３）、
Ｄ＝｛Ｃ(ｋj-１)-Ｃ(ｋ j＋１)｝／２ ・・・（４）、
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(ｋj＋１)-Ｃ(ｋ j)，Ｃ(ｋj-１)−Ｃ(ｋ j)｝ ・・・（５）
また、算出したシフト量ｘに基づいて被写体像面の予定焦点面に対するデフォーカス量ＤＥＦを（６）式により求めることができる。
ＤＥＦ＝ＫＸ・ＰＹ・ｘ ・・・（６）
（６）式において、ＰＹは検出ピッチであり、ＫＸは上述した射出瞳上の一対の領域の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。

算出されたデフォーカス量ＤＥＦに信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定する。図９（ｂ）に示すように、一対の信号列ｅｉ，ｆｉの相関度が低い場合は、内挿された相関量の最小値Ｃ(Ｘ)の値が大きくなる。したがって、Ｃ(Ｘ)が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいは、相関量の最小値Ｃ(Ｘ)を信号列ｅｉ，ｆｉのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰで相関量最小値Ｃ(Ｘ)を徐した値が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいはまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたデフォーカス量ＤＥＦの信頼性が低いと判定する。なお、図９（ｃ）に示すように、一対の信号列ｅｉ，ｆｉの相関度が低く、シフト範囲Ｌmin〜Ｌmaxの間で相関量Ｃ（Ｌ）の落ち込みがない場合は、最小値Ｃ(Ｘ)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。

図１０は、撮影レンズ１のピントが大きくずれている場合の焦点検出用画素列の一対の焦点検出用信号列を示す。撮影レンズ１のピントが大きくずれている場合には、一対の焦点検出用信号列３１と３２を互いにシフトさせながら、画素出力比較領域内において一対の信号列３１と３２の相関量を求めても、共通部分がないか、あるいは少ないために、図１１に示すように一対の焦点検出用画素列３１と３２が十分に重ならず、相関量の最小値が求められない。

ところで、撮像機能と焦点検出機能とを備えた撮像兼焦点検出素子２では、二次元状に配列された撮像用画素の一部に焦点検出用画素列を配置しているので、撮像時には焦点検出用画素列の部分の画像信号が欠落することになる。このため、焦点検出用画素の出力信号に対して周辺の撮像用画素の出力信号を用いて補完処理を施し、欠落のない画像信号を求める。しかし、補完処理により求める画像信号は、撮像用画素から直接取得する画像信号に比べると画質の低下が免れない。そこで、撮像兼焦点検出素子２の中の焦点検出用画素が占める割合を最小限にして画質の低下を抑制しなければならない。そのためには、焦点検出用画素列の長さを短くする必要がある。

図１２は、撮影レンズ１のピントが大きくずれている場合の、フォーシングレンズ１ｃの位置に対するコントラスト評価値と位相差検出可能範囲を示す図である。撮像時の画質低下を抑制するために焦点検出用画素列の長さを短くした場合に、撮影レンズ１のピントが大きくずれると、焦点検出用画素列による位相差検出可能範囲が理想焦点レンズ位置から外れる確率が高くなる。この場合には、瞳分割型位相差検出方式による焦点検出と焦点調節（以下、位相差ＡＦと呼ぶ）が不能になる。

一方、コントラスト検出方式の焦点調節（以下、コントラストＡＦと呼ぶ）は、フォーカシングレンズ１ｃを所定の間隔で少しずつ移動させながら焦点評価値を算出し、焦点評価値が最大になる位置を合焦位置として焦点調節を行う。焦点評価値を算出する方法は、撮影画像に高周波強調フィルター処理を施し、その結果を積算する方法が一般的であるが、コントラストＡＦの演算制御方法は上記の方法に限定されず、撮影画像のコントラストに基づいて撮影光学系の焦点調節状態を検出し、撮影光学系の焦点調節を行う演算制御方法であればどのような方法でもよい。また、撮影画面の全範囲でコントラストＡＦを実行するのではなく、撮影画面内にコントラストＡＦのための焦点検出エリアを設定し、その焦点検出エリアにおいてコントラストＡＦを実行してもよい。

このコントラストＡＦにおいて焦点調節時間を短縮するためには、長い間隔でレンズ駆動を行って焦点評価値を取得する必要がある。しかし、そうすると焦点調節時間は短くなるが、図１３に示すように、コントラストＡＦで焦点評価値を取得する位置が理想焦点レンズ位置からずれることがあり、その分が撮影レンズ１のピントずれになって焦点調節精度が低下してしまう。焦点検出精度を上げるためには短い間隔でレンズ駆動を行って焦点評価値を取得する必要があるが、そうすると図１４に示すように焦点検出精度は高くなるが焦点調節時間が長くなる。

そこで、この一実施の形態では、図１５に示すように、最初に、長いレンズ駆動間隔でコントラストＡＦを行い、各レンズ駆動位置で焦点評価値を算出し、焦点評価値が最も高くなる位置を合焦位置としてその位置へフォーカシングレンズ１ｃを駆動する。次に、コントラストＡＦによる合焦位置において位相差検出ＡＦを行う。仮にコントラストＡＦによる合焦位置が理想焦点レンズ位置（真の合焦位置）からずれていたとしても、理想焦点レンズ位置は位相差ＡＦによる位相差検出可能範囲内にあり、位相差ＡＦにより理想焦点レンズ位置を確実に検出できる。そして、理想焦点レンズ位置へフォーカシングレンズ１ｃを駆動し、撮影レンズ１を正確に合焦させることができる。つまり、この一実施の形態では、コントラストＡＦにより撮影レンズ１の粗い焦点調節を行った後、位相差ＡＦにより撮影レンズ１を正確に合焦させる。

図１６〜図１９は一実施の形態の焦点調節動作を示すフローチャートである。これらのフローチャートにより一実施の形態の焦点調節動作を説明する。シャッターボタン（不図示）が半押しされて操作部材１１のレリーズ半押しスイッチがオンすると、制御装置１０のＣＰＵ１０ａは図１６に示すレリーズ半押しプログラムを実行する。ステップ１において図１７に示す初回位相差ＡＦサブルーチンを実行し、初回の位相差ＡＦを行う。

図１７のステップ１１において、撮像兼焦点検出素子２により撮像を行い、各焦点検出用画素列２ａ〜２ｆ（図３参照）からそれぞれ一対の焦点検出用信号列３１、３２を入力する。続くステップ１２で各対の焦点検出用信号列３１、３２に対して上述した相関演算（焦点検出演算）を行い、撮影画面に設定した各焦点検出エリアごとにデフォーカス量を算出する。ステップ１３では焦点検出可能であったか否かを判別する。上述したように、焦点検出演算によりデフォーカス量が算出され、演算結果のデフォーカス量に信頼性があると判定された場合はステップ１４へ進み、演算結果のデフォーカス量に信頼性がないと判定された場合、あるいは焦点検出不能と判定された場合にはステップ１５へ進む。

初回の位相差ＡＦで信頼性のあるデフォーカス量が検出された場合には、ステップ１４で演算結果のデフォーカス量に基づいて合焦レンズ位置までのレンズ駆動量を演算する。一方、初回の位相差ＡＦで信頼性のあるデフォーカス量が検出されなかった場合、あるいは焦点検出不能であった場合には、ステップ１５でコントラストＡＦを開始するためのレンズ位置を決定し、開始位置までのレンズ駆動量を演算する。ステップ１６において駆動回路８を制御して位相差ＡＦの合焦レンズ位置またはコントラストＡＦの初期レンズ位置までフォーカシングレンズ１ｃを駆動する。レンズ駆動後、図１６のステップ２へリターンする。

図１６のステップ２において、初回の位相差ＡＦにおいて焦点検出可能であったか否かを判別する。初回の位相差ＡＦにおいて信頼性のあるデフォーカス量が検出された場合には、それ以上コントラストＡＦおよび位相差ＡＦを行う必要はないのでステップ６へ進む。初回の位相差ＡＦで信頼性のあるデフォーカス量が検出されなかった場合、あるいは焦点検出不能であった場合にはステップ３へ進み、図１８に示すコントラストＡＦサブルーチンを実行してコントラストＡＦを行う。

図１８のステップ２１において、初期レンズ位置（図１７のステップ１５参照）で撮像兼焦点検出素子２から入力した画像信号に対して上述したコントラストＡＦによる焦点検出演算を行い、焦点評価値を算出してレンズ位置とともにメモリ１０ｂに記憶する。続くステップ２２で駆動回路８を制御してフォーカシングレンズ１ｃのサーチ駆動を開始する。このとき、ズームレンズ１の焦点距離などのレンズ情報を入力し、コントラストＡＦにおけるレンズの駆動間隔、駆動方向およびサーチ範囲を決定し、それらのサーチパラメーターにしたがってサーチ駆動を行う。

ステップ２３で前回の焦点評価値取得から所定の駆動間隔だけフォーカシングレンズ１ｃを駆動したか否かを確認し、所定の駆動間隔だけレンズ駆動を完了したらステップ２４へ進む。ステップ２４ではレンズ駆動を一時停止して撮像兼焦点検出素子２から画像信号を入力し、画像信号に対して上述したコントラストＡＦによる焦点検出演算を行い、焦点評価値を算出してレンズ位置とともにメモリ１０ｂに記憶する。ステップ２５でサーチ端までフォーカシングレンズ１ｃを駆動して焦点検出演算を完了したか否かを判別し、完了していなければステップ２３へ戻ってサーチ駆動を続ける。

サーチ端までのレンズ駆動と焦点検出演算が完了した場合はステップ２６へ進み、メモリ１０ｂに記憶されているレンズ位置と焦点評価値から合焦レンズ位置を演算する。ステップ２７で焦点検出演算が可能であったか否か、つまり焦点評価値が最大となる合焦レンズ位置が検出されたか否かを判別する。例えば、サーチ駆動により検出したレンズ位置と焦点評価値において、焦点評価値が予め設定した信頼性判定しきい値未満である場合には、計算上、焦点評価値が最大となる合焦レンズ位置が検出されたとしても、検出結果の合焦レンズ位置には信頼性がないと判定する。

コントラストＡＦによるサーチ駆動で信頼性のある合焦レンズ位置が検出できた場合はステップ２８へ進み、合焦レンズ位置までのレンズ駆動量を演算する。一方、検出結果の合焦レンズ位置に信頼性がない場合、あるいは合焦レンズ位置が検出できない場合にはステップ２９へ進み、一般的に撮影頻度の高い所定のレンズ位置までのレンズ駆動量を演算する。なお、所定のレンズ位置は、ズームレンズ１ａの焦点距離などのレンズ情報や、撮影シーンなどの撮影条件などに応じて決定する。ステップ３０で駆動回路８を制御してコントラストＡＦの合焦レンズ位置または所定のレンズ位置までフォーカシングレンズ１ｃを駆動する。レンズ駆動後、図１６のステップ４へリターンする。

図１６のステップ４においてコントラストＡＦによる焦点検出が可能であったか否かを確認し、信頼性のある演算結果が得られなかった場合は焦点調節を終了しステップ６へ進む。一方、コントラストＡＦにより信頼性のある合焦レンズ位置が検出された場合にはステップ５へ進み、図１９に示す最終位相差ＡＦサブルーチンを実行する。

図１９に示す最終位相差ＡＦは、図１７に示す初回位相差ＡＦと一部のステップにおける処理が異なるのみであるから、図１７と同一の処理を行うステップに対しては同一のステップ番号を付して相違点のみを説明する。ステップ１３で信頼性のあるデフォーカス量が検出された場合はステップ１４へ進み、合焦レンズ位置までのレンズ駆動量を演算し、続くステップ１６でフォーカシングレンズ１ｃを駆動して合焦させる。その後、図１６のステップ６へリターンする。一方、ステップ１３で演算結果のデフォーカス量に信頼性がないと判定された場合、あるいは焦点検出不能と判定された場合にはステップ１５Ａへ進む。ステップ１５ＡではコントラストＡＦによる合焦レンズ位置からのレンズ駆動を禁止して図１６のステップ６へリターンする。

図１６のステップ６において操作部材１１のレリーズスイッチがオンしているか、つまりシャッターがレリーズされたか否かを確認し、レリーズされていないときはステップ９へ進んでレリーズ半押しスイッチの状態を確認する。レリーズ半押しスイッチがオンしたままであればステップ１へ戻って上述した処理を繰り返し、レリーズ半押しスイッチがオフしていれば処理を終了する。一方、レリーズ操作が行われた場合はステップ７へ進み、撮像兼焦点検出素子２により撮像を行って信号処理回路３、Ａ／Ｄコンバーター４および画像処理回路５により各種処理を行う。このとき、焦点検出用画素２０Ａ、２０Ｂ（図４〜図６参照）の出力をその周辺の撮像用画素の出力に基づいて補完して被写体像信号を生成する。続くステップ８で記録装置７に撮影画像を記録する。

このように、一実施の形態によれば、複数の撮像用画素と、撮影レンズ１の射出瞳上の対の領域を通過した対の光束を受光する複数の焦点検出用画素２０Ａ、２０Ｂとが平面上に配列され、撮影レンズ１により結像される像を受光して画像信号を出力する撮像兼焦点検出素子２を備え、複数の焦点検出用画素２０Ａ、２０Ｂから出力される対の光束に対応する対の信号列の位相差に基づいて撮影レンズ１の焦点調節状態を検出し、撮影レンズ１の焦点調節を行う位相差ＡＦと、撮像兼焦点検出素子２から出力される画像信号のコントラストに基づいて撮影レンズ１の焦点評価値を算出し、撮影レンズ１の焦点調節を行うコントラストＡＦとを行うデジタルカメラにおいて、制御装置１０により、撮影レンズ１の焦点調節を行うときに、コントラストＡＦにより粗い焦点調節を行った後に、位相差ＡＦにより焦点調節を行うようにした。これにより、撮影レンズ１のピントずれ量が大きくても、まずコントラストＡＦにより粗い焦点調節を行うから撮像兼焦点検出素子２の焦点検出用画素列の長さを長くする必要がなく、撮影画像の画質を低下させることはない。また、最初にコントラストＡＦにより粗い焦点調節を行うため、短時間で焦点調節を終了させることができ、引き続いて行われる位相差ＡＦにより撮影レンズ１の正確な合焦を達成することができる。つまり、この一実施の形態によれば、撮影画像の画質を低下させずに短い時間で正確に撮影光学系の焦点調節を行うことができる。

また、一実施の形態によれば、制御装置１０によって、コントラストＡＦによる焦点調節の前に位相差ＡＦにより初回の焦点調節を行い、位相差ＡＦにより焦点調節状態が検出できなかった場合に、コントラストＡＦによる粗い焦点調節を行い、次に位相差ＡＦにより最終の焦点調節を行うようにしたので、もし初回の位相差ＡＦで撮影レンズ１を合焦させることができれば、それ以後のコントラストＡＦおよび最終位相差ＡＦを省略することができる。

《発明の一実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態では、所定のレンズ駆動間隔でコントラストＡＦを行って撮影レンズ１の焦点調節を行った後に、コントラストＡＦによる合焦位置で位相差ＡＦを行う例を示したが、図２０に示すように、コントラストＡＦ時の所定間隔ごとのレンズ位置における焦点評価値が予め設定したしきい値以上の場合に、そのレンズ位置において位相差ＡＦを行うようにしてもよい。この場合、コントラストＡＦの焦点評価値が極大になる複数のレンズ位置で位相差ＡＦを実行するから、複数のレンズ位置においてそれぞれ位相差ＡＦによるデフォーカス量が検出される。これらの複数のレンズ位置における複数のデフォーカス量の中から例えば最至近を示すデフォーカス量を採用し、採用したデフォーカス量にしたがって撮影レンズの焦点調節を行う。これにより、理想焦点レンズ位置を確実に検出し、撮影レンズを合焦させることができる。

また、図２１に示すように、位相差検出可能範囲の間隔でレンズ駆動を行って位相差ＡＦとコントラストＡＦを行い、コントラストＡＦの焦点評価値が最大となる位相差検出可能範囲で検出された位相差ＡＦの合焦レンズ位置を理想焦点レンズ位置としてもよい。これにより、理想焦点レンズ位置を確実に検出することができる。

さらに、初回の位相差ＡＦを行う前にフォーカシングレンズ１ｃを所定のレンズ位置まで駆動し、そのレンズ位置で初回の位相差ＡＦを行うようにしてもよい。所定のレンズ位置は、ズーミングレンズ１ａの焦点距離などのレンズ情報や撮影条件などにより決定する。例えば、風景（遠景）を撮影する撮影シーンまたは長い焦点距離では無限側に所定のレンズ位置を設定し、マクロ撮影シーンまたは短い焦点距離では至近端に所定のレンズ位置を設定する。また、例えば顔認識機能を備えたカメラでは、人物を捕捉する頻度の高い所定のレンズ位置を設定する。これにより、初回の位相差ＡＦにより合焦レンズ位置を検出する確率が高くなり、その場合は以後のコントラストＡＦおよび最終位相差ＡＦを省略することができる。

上述した一実施の形態では、最初に初回の位相差ＡＦを行い、焦点検出不可とされた場合に、コントラストＡＦを行って粗調を行い、次に位相差ＡＦを行って正しく合焦させるようにしたが、上述したように初回の位相差ＡＦの前に所定のレンズ位置まで駆動してから初回の位相差ＡＦを行ったとしても、初回の位相差ＡＦで合焦が得られる確率はそれほど高くないと考えられるから、初回の位相差ＡＦを省略し、最初にコントラストＡＦによる粗調を行い、次に位相差ＡＦにより合焦を達成するようにしてもよい。

なお、本願発明のデジタルカメラは、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、一眼レフデジタルカメラ、コンパクトデジタルカメラなどあらゆる種類のデジタルカメラに適用でき、上述したような効果を得ることができる。

また、上述した一実施の形態では、焦点検出用画素２０Ａのマイクロレンズ２２に遮光マスク２４を設け、撮影レンズ１の射出瞳上の対の領域を通過した対の焦点検出用光束２５、２６を選択的に受光する例を示したが、焦点検出用画素は上述した一実施の形態の構造に限定されず、撮影レンズ１の射出瞳上の対の領域を通過した対の焦点検出用光束２５、２６を選択的に受光し、瞳分割型の位相差検出が可能な焦点検出用画素であればどのような構成でもよい。

例えば、図２２(ａ)に示すように、遮光マスクで瞳分割を行う代わりにマイクロレンズ４１ごとに一対の光電変換部４２ａ、４２ｂを設け、撮影レンズの射出瞳の一対の領域を通過した一対の焦点検出用光束を一対の光電変換部４２ａと４２ｂで選択的に受光するようにしてもよい。一対の光電変換部の形状は図２２(ａ)に示すような矩形に限定されず、例えば図２２(ｂ)に示すように半円形の一対の光電変換部４３ａ、４３ｂとしてもよい。さらに、図２２(ｃ)に示すように、マイクロレンズごとに一対の光電変換部４４ａ、４４ｂの片方を交互に設置し、隣接する一対の焦点検出用画素で撮影レンズの射出瞳の一対の領域を通過した一対の焦点検出用光束を選択的に受光するようにしてもよい。

一実施の形態のデジタルカメラの構成を示す図 撮像兼焦点検出素子を構成する画素の断面図 撮像兼焦点検出素子の正面図 焦点検出用画素列の断面図 撮影画面の横方向に配置された焦点検出用画素列の詳細図 撮影画面の縦方向に配置された焦点検出用画素列の詳細図 焦点検出用画素列から出力される一対の出力信号列を示す図 焦点検出用画素列から出力される一対の出力信号列を互いにシフトさせて相関量を算出する方法を説明する図 一対の焦点検出用信号列の相関量の演算方法と演算結果の信頼性を説明する図 撮影レンズのピントが大きくずれている場合の一対の焦点検出用信号列を示す図 撮影レンズのピントが大きくずれている場合の一対の焦点検出用信号列の相関量を説明する図 撮影レンズのピントが大きくずれている場合の、フォーカシングレンズの位置に対するコントラスト評価値と位相差検出可能範囲を示す図 長いレンズ駆動間隔でコントラストＡＦを行う場合を説明する図 短いレンズ駆動間隔でコントラストＡＦを行う場合を説明する図 一実施の形態の焦点調節動作を説明する図 一実施の形態の焦点調節動作を示すフローチャート 初回位相差ＡＦサブルーチンを示すフローチャート コントラストＡＦサブルーチンを示すフローチャート 最終位相差ＡＦサブルーチンを示すフローチャート 変形例の焦点調節動作を説明する図 他の変形例の焦点調節動作を説明する図 撮像兼焦点検出素子の他の変形例を説明する図

符号の説明

１ 撮影レンズ
２ 撮像兼焦点検出素子
８ 駆動回路
１０ 制御装置
２０ 画素
２０Ａ、２０Ｂ 焦点検出用画素

Claims (5)

1. 複数の撮像用画素と、撮影光学系の射出瞳上の対の領域を通過した対の光束を受光する複数の焦点検出用画素とが平面上に配列され、前記撮影光学系により結像される像を受光して画像信号を出力する撮像兼焦点検出素子と、
   前記複数の焦点検出用画素から出力される前記対の光束に対応する対の信号列の位相差に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出し、前記撮影光学系の焦点調節を行う第１焦点調節手段と、
   前記撮像兼焦点検出素子から出力される画像信号のコントラストに基づいて前記撮影光学系の焦点評価値を算出し、前記撮影光学系の焦点調節を行う第２焦点調節手段と、
   前記撮影光学系の焦点調節を行うときに、前記第２焦点調節手段により粗い焦点調節を行った後に、前記第１焦点調節手段により焦点調節を行う制御手段とを備えることを特徴とするデジタルカメラ。
2. 請求項１に記載のデジタルカメラにおいて、
   前記制御手段は、前記第２焦点調節手段による焦点調節の前に前記第１焦点調節手段により焦点調節を行い、前記第１焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、前記第２焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に前記第１焦点調節手段により焦点調節を行うことを特徴とするデジタルカメラ。
3. 請求項２に記載のデジタルカメラにおいて、
   前記制御手段は、前記撮影光学系の焦点調節を行う前に所定のレンズ位置まで前記撮影光学系を駆動し、その後に前記第１焦点調節手段により焦点調節を行い、前記第１焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、前記第２焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に前記第１焦点調節手段により焦点調節を行うことを特徴とするデジタルカメラ。
4. 請求項１または請求項２に記載のデジタルカメラにおいて、
   前記制御手段は、前記第２焦点調節手段による焦点調節時に、所定値以上の焦点評価値が検出されたレンズ位置で前記第１焦点調節手段により前記撮影光学系の焦点調節状態を検出し、検出された焦点調節状態に基づいて前記第１焦点調節手段により焦点調節を行うことを特徴とするデジタルカメラ。
5. 請求項１または請求項２に記載のデジタルカメラにおいて、
   前記制御手段は、前記第１焦点調節手段の焦点検出可能範囲に相当するレンズ駆動間隔で前記撮影光学系を駆動し、前記第２焦点調節手段により焦点評価値を算出するとともに、前記第１焦点調節手段により焦点調節状態を検出し、焦点評価値が最大になったレンズ位置で検出された焦点調節状態にしたがって前記第１焦点調節により焦点調節を行うことを特徴とするデジタルカメラ。

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