JP2012234152A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の一部に焦点検出用画素を配して位相差方式の焦点検出を行う撮像装置において、フォーカス時のハンチング現象を防止しつつ、合焦時のレンズ駆動回数を低減する。
【解決手段】フォーカスレンズを含む撮影光学系を備えたレンズユニットを着脱可能な撮像装置であって、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を受光する撮像用画素と撮影光学系の射出瞳の一部が遮光された光束を受光する焦点検出用画素とが配列された撮像素子と、焦点検出用画素の出力信号の位相差に基づいてフォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を検出する焦点検出部と、撮影光学系の光線のケラレ情報を取得する取得部と、を備え、焦点検出部は、フォーカスレンズの位置検出分解能がフォーカスレンズの駆動分解能より低い場合、レンズユニットからの情報に基づいて特定される所定のフォーカスレンズの位置での光線のケラレ情報を用いて、フォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を検出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、撮像用画素の間に配置された焦点検出用画素を用いて位相差方式の焦点検出を行なう機能を有した撮像装置に関するものである。

近年、静止画や動画の撮影時に撮像用画素に結像した被写体像をリアルタイムに観察しながら撮影を行なう、いわゆるライブビュー撮影が望まれていると共に、そのような使用形態が一般化してきている。ライブビュー撮影を行なうに際して自動焦点検出を行なうためには、次のような２種類の方法がある。１つは、外部の投光用と受光用の光学系を用いて被写体に投光された光を受光してその光が作る像の位置関係から被写体距離を判断するアクティブ測距方式である。また、もう１つは、撮像用画素で光電変換を行った被写体像の撮影光学系のフォーカス変化に対するコントラスト変化を検知して合焦状態を判断するコントラスト検知方式である。

これらの焦点検出方式のうち、アクティブ測距方式では遠方の被写体を測距することが出来ない問題があり、コントラスト検知方式ではフォーカスを行いながら焦点位置を検知する方式のため素早いフォーカスレンズ駆動が行なえない問題がある。

またより素早く正確な焦点位置検知を行なう方法として、特許文献１では、ボケ検知方式の焦点検出機構に位相差検知方式の焦点検出機構を組み合わせたものを提案している。

特開昭６０−１２５８１４号公報 特開２００４−１９１６２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、焦点位置検出のために撮像素子に入射する被写体光線の一部を分離して焦点検出機構に取り込まなくてはならないため撮像する光線が減光してしまう問題がある。

そのため、特許文献２では、被写体光線を分離する必要が無い位相差検知方式の焦点検出構造を有した撮像素子を用いた撮影機器が提案されている。特許文献２には、上記の撮像素子面上での位相差検知方式の焦点検出構造において、測距精度を得るために撮影光学系の光線ケラレ情報を用いて焦点検出結果を補正する方法が記載されている。

光線ケラレ状態は撮影光学系のズーム位置やフォーカス位置により変化するものである。そして正確な光線ケラレ情報を得るためには撮影光学系の状態を知る必要がある。しかしながら交換式の撮影光学系によっては撮像素子面上での位相差検知方式を配慮しないで製品化がなされている物も存在する。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像素子の一部に焦点検出用画素を配して位相差方式の焦点検出を行う撮像装置において、フォーカス時のハンチング現象を防止しつつ、合焦時のレンズ駆動回数を低減することである。

本発明に係わる撮像装置は、フォーカスレンズを含む撮影光学系を備えたレンズユニットを着脱可能な撮像装置であって、前記撮影光学系の射出瞳を通過した光束を受光する撮像用画素と前記撮影光学系の射出瞳の一部が遮光された光束を受光する焦点検出用画素とが配列された撮像素子と、前記焦点検出用画素の出力信号の位相差に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を検出する焦点検出手段と、前記撮影光学系の光線のケラレ情報を取得する取得手段と、を備え、前記焦点検出手段は、前記フォーカスレンズの位置検出分解能が前記フォーカスレンズの駆動分解能より低い場合、前記レンズユニットからの情報に基づいて特定される所定のフォーカスレンズの位置での光線のケラレ情報を用いて、前記フォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を検出することを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の一部に焦点検出用画素を配して位相差方式の焦点検出を行う撮像装置において、フォーカス時のハンチング現象を防止しつつ、合焦時のレンズ駆動回数を低減することが可能となる。

本発明の一実施形態の交換レンズ式カメラの構成を示す図。 撮像素子の画素配列を示した図。 中心像高の焦点検出用画素の有効Ｆナンバー変化による瞳投影を説明する図。 相関をとる１対の焦点検出用画素群の周辺像高変化による電気信号波形状態を示した図。 周辺像高の焦点検出用画素の像高変化による瞳投影を説明する図。 相関をとる１対の焦点検出用画素群の周辺像高変化による電気信号波形状態を示した図。 撮影光学系の合焦までのフォーカスレンズ駆動を表した図。 撮影光学系のフォーカス位置に伴う光線ケラレ変化による周辺光量を表したグラフ。 焦点検出作動の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態である交換レンズ式カメラの構成図で、レンズユニット２が不図示のマウントを介してカメラ本体１に着脱可能に装着されており、動画及び静止画が記録可能である。 図１において、レンズユニット２内には、第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、第３レンズ群１０５からなる撮影光学系が備えられている。撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群１０１は、光軸方向に移動可能に保持される。絞り１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なうほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。１０３は第２レンズ群である。そして絞り１０２及び第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に駆動され、第１レンズ群１０１の移動動作との連動により、ズーム作用（ズーム機能）をなす。第３レンズ群（フォーカスレンズ）１０５は、光軸方向への移動により、焦点調節を行なう。

１１１はズームアクチュエータで、第１レンズ群１０１を光軸方向に駆動し、ズーム操作を行なう。１１２は絞りアクチュエータで、絞り１０２の開口径を制御する。１１４はフォーカスアクチュエータで、第３レンズ群１０５を光軸方向に駆動する。

１００はレンズＣＰＵで、カメラＣＰＵ１２１と情報を通信するとともに、受信した情報に基づいてレンズユニット内の種々の制御を行う。

１２６はフォーカスレンズ駆動回路で、フォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に駆動する。カメラＣＰＵ１２１は、レンズＣＰＵ１００を介して第３レンズ群１０５の駆動を制御することで焦点調節を行う。１２８は絞り駆動回路で、絞りアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り１０２の開口を制御する。カメラＣＰＵ１２１は、レンズＣＰＵ１００を介して絞り１０２の開口径を制御することで撮影光量を調節するとともに、静止画撮影時の露光時間制御を行う。１２９はズーム駆動回路で、ズームアクチュエータ１１１を駆動制御して第１レンズ群１０１を光軸方向に駆動する。レンズＣＰＵ１００は、カメラＣＰＵ１２１から受信した情報に基づいて、フォーカスレンズ駆動回路１２６、絞り駆動回路１２８、ズーム駆動回路１２９を制御する。

次に、カメラ本体１内の構成について説明する。１０６は光学的ローパスフィルタで、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。１０７はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。撮像素子１０７は、横方向にＭ画素、縦方向にＮ画素の受光ピクセルが正方配置され、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサが用いられる。

１１５は無線式通信部で、インターネット等のネットワークを通じてサーバーコンピュータと通信するためのアンテナや信号処理回路で構成される。１１６はカメラの姿勢検知部で、カメラの撮影姿勢、すなわち横位置撮影か縦位置撮影かを判別するための電子水準器が用いられる。

１２１はカメラＣＰＵで、カメラ本体の種々の制御を司るために、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。そしてＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、記録等の一連の動作を実行する。１２２は通信制御回路で、無線式通信部１１５を介して、カメラより撮影画像をサーバーコンピュータへ送信したり、サーバーコンピュータから画像や各種情報を受信したりする。

１２３は姿勢検知回路で、姿勢検知部１１６の出力信号から、カメラの姿勢を判別する。１２４は撮像素子駆動回路で、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してカメラＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路で、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、画像圧縮等の処理を行なう。

１３１はＬＣＤ等の表示器で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影時のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像、カメラの姿勢情報等を表示する。１３２は操作スイッチ群で、電源スイッチ、撮影開始スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリで、撮影済み画像を記録する。

従来の焦点検出用の光学系は位相差を検出するために一対の光学系を成すような構成とし、それぞれの光学系が撮影光学系の瞳範囲の一部分を取り込む。その互いに光電変換素子に入射される形成像の光電変換信号の相関を行うことにより、２像（Ａ像及びＢ像と呼称する）の位相差（相対的な２像の位置関係）の状態を検出する。これにより、撮影光学系を介して結像される被写体像の焦点位置を検知する。その時に焦点位置ズレ量に対する位相のズレ変化量の関係は焦点検出用光学系の構成で決定されるものであり、一般に言う基線長が既知であれば求めることが出来る。

今、相関されるＡ像、Ｂ像の距離（像ズレ量）をＬ、デフォーカス量をＤＥＦとしたとき、基線長：Ｋは、Ｋ＝Ｌ／ＤＥＦと表すことができる。基線長を算出するにあたっては、撮影光学系及び焦点検出用画素の光学的特性及び電気的特性を知っておく必要がある。

具体的には撮影光学系の射出瞳形状を導きだすための光学ケラレ情報と、その位置に投影される焦点検出用画素の瞳像の関係と、焦点検出用画素が射出瞳から受光する際の受光角強度分布情報とが必要となる。

従来の位相差検知式の焦点検出装置は撮影光学系の絞りが一定以上の明るさ（有効Ｆナンバー）にて使用する前提となっている。そのために焦点検出用の光学系中に遮光部材を配置して、焦点検出用画素の受光角度範囲を撮影光学系が一定有効Ｆナンバーより明るければ全範囲の受光が行えるように設定されている。そのため焦点位置検出に必要となる基線長情報は変動することが無い。よって撮像装置に固有な基線長情報を記憶しておけばよい。

しかしながら、近年一眼レフレックスカメラにおいては外部の液晶表示板や電子ビューファインダにて撮像素子上の被写体像をリアルタイムで観察しながら撮影が行えるいわゆるライブビュー撮影機能を有するものが多く商品化されている。ライブビュー撮影においては撮影光学系の絞り値（有効Ｆナンバー値）を被写体像の明るさ変化に応じて変える必要があるため上記した常に開放状態での測距は行えないこととなっている。

そこで問題となるのは、撮影光学系の有効Ｆナンバーが大きくなってくると瞳範囲が小さくなってしまい焦点検出用の光学系で取り込む瞳範囲が光線ケラレを生じている状態になってしまうことである。そのような状態においては焦点検出光学系で取り込まれる像信号に変化が生じてしまい上述した焦点位置ズレ量に対する位相のズレ変化量の関係（基線長）に変化が生じてしまう。

次に本実施形態において用いられる焦点検出用画素の構成と受光特性について説明する。

図２は、本実施形態の撮像素子の画素配列構造を示した図である。図２において、２００で示した形状の画素は撮像画像を形成するための撮像用画素群であり、２０１〜２０４は画素内に例えば特開２００９−２４４８６２号公報に開示された技術等を利用して遮光構造が配された焦点検出用画素群である。撮像用画素群は、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を受光し、焦点検出用画素群は、撮影光学系の射出瞳の一部が遮光された光束を受光する。

ここで図中、Ｙ方向に一列に配置された２０２で示す形状の画素群は２０１で示す形状の画素群と同様に光電変換信号波形を位相差検知用の一対の相関演算用信号として用いて横縞パターン形状の被写体の焦点位置を位相差方式により検出するものである。同様に縦縞パターン形状の被写体については、図２中のＸ方向に一列に配置された２０３及び２０４で示す形状の画素群を用いて前述したような出力信号波形にて相関演算を行い被写体の焦点位置を検出する。

次に撮影光学系の有効Ｆナンバー変化に対して中心像高の測距を行う場合の基線長への影響を図３及び図４を用いて説明する。以下の説明において撮影光学系は円形の開口を有したものとして扱う。

図３は有効Ｆナンバー変化による撮影光学系の射出瞳に対する焦点検出用画素の瞳投影像の関係を示した図である。（Ａ）は有効Ｆナンバー値が小さい時、（Ｂ）は有効Ｆナンバー値が大きくなる方向に変化した時の状態を示している。図３中、３００，３０４はＡ像用及びＢ像用の焦点検出用画素を示し、３０１はマイクロレンズ、３０２は遮光部材、３０３は光電変換部を示している。

ＥＰ０は有効Ｆナンバーが小さい（明るい）状態での撮影光学系の射出瞳を示し、ＥＰ１は有効Ｆナンバーが大きく（暗く）なる方向に変化した際の撮影光学系の射出瞳を示したものである。またＡＸは撮影光学系の光軸を示している。ＥＰａ０、ＥＰｂ０はＡ像用及びＢ像用の焦点検出用画素の瞳投影像を示し、ＥＰａ１、ＥＰｂ１は有効Ｆナンバーが大きく（暗く）なる方向に変化した際に有効範囲が狭まったＡ像用及びＢ像用の焦点検出用画素の瞳投影像を示している。

このような焦点検出用画素が図２で説明したように一列方向に配置され、各焦点検出用画素の光電変換信号を補間して下記で説明するような一対の相関演算を行う電気信号波形を生成する。図４の（Ａ）、（Ｂ）は、図３の（Ａ）、（Ｂ）の状態におけるＡ，Ｂ像の焦点検出用画素群の出力波形を示した図である。

ここで、図４（Ａ）は図３（Ａ）に対応した、有効Ｆナンバーが小さい状態での出力波形を示す。ＡＩ０、ＢＩ０はＡ像用及びＢ像用焦点検出用画素群の出力信号を補間合成したものであり、Ｌ０は各波形の信号強度重心位置の隔たりを示している。同様に図４（Ｂ）は図３（Ｂ）の焦点検出用画素の光電変換信号に対応した電気信号波形を示したものであり、ＡＩ１及びＢＩ１はＡ像用及びＢ像用焦点検出用画素群の出力信号を補間合成したものである。

ここで、Ａ像用とＢ像用の焦点検出用画素の瞳が図３（Ｂ）で示したように光線ケラレが生じた状態になっている。そのため出力波形ＡＩ１とＢＩ１は非対称な形状となり信号強度重心位置が図４（Ａ）に対して撮影光学系の光軸ＡＸ方向に変化し、信号強度重心位置の隔たり量Ｌ１はＬ０に対して短いものとなっている。よって前述したように図３（Ｂ）の状態においては図３（Ａ）の状態に対し有効Ｆナンバーが大きくなることにより基線長は短くなる変化が生じてくる。

次に、周辺像高の測距を行う場合の基線長への影響を図５及び図６を用いて説明する。図５の（Ａ）は測距を行う像高が低い位置での焦点検出用画素の瞳投影像と撮影光学系の射出瞳との関係を示しており、（Ｂ）は測距を行う像高が高くなってきた時の焦点検出用画素の瞳投影像と撮影光学系の射出瞳の関係を示した図である。図５（Ｂ）中でＥＰ２は撮影光学系から高い像高に光線束が射出される射出瞳形状を示している。ＥＰｂ２は、測距を行う像高が高くなったときのＢ像用の焦点検出用画素の瞳投影像を示している。

ここでＥＰ２は結像する撮影像高が高くなるにつれ撮影光学系のレンズ鏡筒での光線ケラレの発生により射出瞳形状が円形形状から像高変化方向から欠けた形状に変形してくる。その結果、Ａ像用またはＢ像用の一方の焦点検出用画素（図５（Ｂ）においてはＢ像用画素）の瞳に対して光線ケラレ状態を生ずることとなる。

図６の（Ａ）、（Ｂ）は、図５の（Ａ）、（Ｂ）の状態におけるＡ、Ｂ像の焦点検出用画素群の出力波形を示した図である。ここで図６（Ａ）は図５（Ａ）に対応した、焦点検出用画素が配置される像高位置が低い状態となっており、ＡＩ０、ＢＩ０はＡ像用及びＢ像用焦点検出用画素群の出力信号を補間合成したものである。また、Ｌ０は各波形の信号強度重心位置の隔たりを示している。同様に図６（Ｂ）は図５（Ｂ）の焦点検出用画素の光電変換信号に対応した電気信号波形を示したもので、ＡＩ１、ＢＩ１はＡ像用及びＢ像用焦点検出用画素群の出力信号を補間合成したものである。

ここでＡ像用とＢ像用の焦点検出用画素の瞳が、図５（Ｂ）で示したようにＢ像用の焦点検出用画素群に光線ケラレが生じる状態にあるため、出力波形ＢＩ１は非対称な形状となっている。そのため、信号強度重心位置が図６（Ａ）のＢＩ０に対してＡＩ０の重心位置に近寄るように変化を生じて、信号強度重心位置の隔たり量Ｌ１はＬ０に対して短いものとなっている。よって前述したように図６（Ｂ）の状態においては、図６（Ａ）の状態に対し撮影光学系の鏡筒による光線ケラレが大きくなることにより基線長は短くなる変化が生じてくる。

上述したように、光線ケラレ状態により、設定される基線長値に変化が生じてしまう。そしてデフォーカス状態から合焦状態にするための理想的なフォーカス移動量との誤差量が決定されてしまう。また、その誤差量は理想的なフォーカス移動量に対しての大小関係により問題の性質が異なってくるものである。

次にその問題の性質に関して説明する。図７は、撮影光学系の合焦までのフォーカスレンズ駆動状態を説明する図である。図７において、ＯＬは撮影光学系の対物レンズ群、ＦＬはフォーカスレンズ群、ＩＰは撮像素子が配置される像面を表す。また、ＦＲはフォーカスレンズ群ＦＬが無限遠から至近距離物体まで合焦を行うために移動を行うフォーカスレンズの移動範囲である。ｆ０〜ｆ３は合焦まで複数回フォーカスレンズ駆動を行った場合のフォーカス停止位置の変遷を表したものである。

図７の（Ａ）は、１回のフォーカスレンズ駆動で合焦を行うための駆動量に誤差を生じた場合問題となるケースの概略を示した図である。フォーカスレンズ駆動誤差で問題となるのは図７（Ａ）中のｆ０からｆ１、ｆ１からｆ２にフォーカスレンズが移動してしまう場合のように、駆動量が大きすぎたことにより最良な焦点位置を飛び越すような駆動を起こしてしまうことである。そして、飛び越し後に移動方向を反転させて再びフォーカス移動を繰り返すような作動を行うような好ましくない状態を表している。

好ましくないとする理由としては、
（１）フォーカス移動による被写体像の結像倍率変化やボケ量変化がフォーカス移動方向の反転を境に異なってしまい、官能的品位が低下してしまう。
（２）フォーカスレンズ駆動機構にギヤが用いられた場合、反転時のバックラッシュの影響でフォーカスレンズ群の停止位置精度（駆動分解能）が低下してしまう。
（３）合焦したとみなす閾範囲を飛び越すことの繰り返しでフォーカスレンズ駆動のハンチング現象を生じてしまう。
（４）上記（３）において駆動の打ち切りを行っても精度のよい合焦が行えない。
ことである。

他方、図７（Ｂ）には、演算されたフォーカスレンズ駆動量が必要フォーカスレンズ移動量よりも小さい場合を示す。その場合、合焦までのフォーカスレンズ駆動方向は図７（Ｂ）のｆ０からｆ１、ｆ１からｆ２、ｆ２からｆ３で示すように同一方向へ擦り寄る様な駆動状態になる。

そのため、合焦判定位置に確実に到達出来ると同時にフォーカスレンズ駆動中に被写体像の状態変化が同一であるため、官能的にも品位が良く感じられる。但し、フォーカスレンズ駆動量を小さすぎる値に決定してしまうと合焦まで多数回のフォーカスレンズ駆動が必要になるため合焦までの時間がかかってしまい好ましくない。

次に上記のフォーカスレンズ駆動量を決定するために必要となる基線長に関して説明する。基線長は、次のようにして求められる。Ａ画素群及びＢ画素群の焦点検出用画素に取り込まれる瞳範囲からの光線入射による電気信号を一定量の一次元方向（測距長方向）に走査を行う。そして、その電気信号分布からＡ画素群及びＢ画素群のそれぞれのＡ信号及びＢ信号強度波形分布の重心を求め、焦点位置変化によるその重心位置の隔たり量の変化を求める。

従来基線長情報は、撮像装置に記憶されており、焦点検出時に一対となるＡ及びＢ焦点検出用画素群の電気的出力波形の相関関係から現在の焦点位置を演算してデフォーカス量（フォーカスレンズの合焦位置からのずれ量）を求め、合焦を行うためのフォーカスレンズの駆動量を求める。その際に焦点検出用画素位置の変化に伴ってＡ画素またはＢ画素の瞳に光線ケラレが発生するとＡとＢの信号強度の非対称性を生じてしまい、焦点位置変化による波形分布の重心位置の隔たり量の変化状態が変わってしまう。

その際、光線ケラレは瞳の径が小さくなるように生ずるため、重心位置の隔たり量は光線ケラレが大きくなってくると小さくなるように変化を生ずることとなる。それにより光線ケラレが大きい状態においては基線長が短くなってくるため、一定のデフォーカス量分を合焦させるためのフォーカス移動量は光線ケラレが小さい状態での基線長情報に対して大きい移動量が必要であると判断してしまう。その結果、前述したようなフォーカスレンズ駆動の飛び越し問題を生じてしまうこととなる。

それを防止するためには、現在測距を行っている撮影光学系の射出瞳の光線ケラレ情報を正確に知る必要がある。撮影光学系の光線ケラレ状態を変化させるものとしては光彩絞り径の変化やフォーカス位置の変化がある。また撮影光学系がズーム方式であった場合にはズーム時の焦点距離変化に伴う有効Ｆナンバー変化及び移動レンズ群の鏡筒による光線ケラレ状態が変化する現象がある。

現在、交換レンズ方式の撮影装置においては、撮影光学系からカメラ側に例えば焦点距離等の撮影光学系の情報の表示を行わせたり、合焦時の厳密なピント補正情報等を与えたりするための情報通信手段が用いられている。そして、撮影光学系にはフォーカスレンズ群の位置検出や焦点距離検出手段として、ズームやフォーカスの際に移動するレンズ群の位置検出を行うためのパターン検知方式のエンコーダー等を用いて可動領域範囲を分割して検知する手段が多く用いられている。

しかし、本実施形態のような撮像素子面に焦点検出用画素を配した位相差検知方式においては合焦精度を向上させるためには細かな状態変化に対応する光線ケラレ情報を記憶させておくことが必要であり、そのためにデータ量が膨大になってしまう。

また、次のような問題もある。例えば本実施形態の撮像素子で焦点検出を行う方式を考慮していない過去に発売された既存の交換レンズを使用する際にはフォーカス分割やズーム分割範囲は既に固定されているものであって、本実施形態の焦点検出方式のために最適化されているものではない。

次にフォーカスレンズ位置と光線ケラレ状態の関係について説明する。図８は、物体距離変化に伴うフォーカスレンズ移動に際しての周辺光量変化（光線ケラレ変化）を表した図である。ここでは、フォーカス移動範囲を図中Ｆ１〜Ｆ５の５ブロックに分割（位置検出分解能）しており、ＰＦ０〜ＰＦ５は各分割の境界位置を示している。図８中のＶは撮影光学系のフォーカス位置変化により特定される有効Ｆナンバー変化や、または周辺像高においてのフォーカスレンズ鏡筒による光線ケラレが原因となる光量変化を示した曲線である。

ここで個々のブロック中において、どのブロック内にフォーカスレンズが位置しているかが検知可能なものとする。このとき光線ケラレはフォーカスレンズが停止している可能性のある範囲内で一番ケラレ量の少ないものを採用することが望ましい。図３の様な特性の撮影光学系においては、例えばフォーカスレンズ位置がＦ１内であった場合にはＰＦ０位置の光線ケラレ情報を、同様にＦ２内の時はＰＦ１、Ｆ３内の時にはＰＦ２、Ｆ４内の時にはＰＦ３、Ｆ５内の時にはＰＦ４位置の光線ケラレ情報を用いる。

よって、フォーカスレンズ位置変化を検知できないフォーカスレンズ位置範囲内においては、フォーカスレンズ位置範囲内において最も光線ケラレが少なくなるようなフォーカスレンズ位置での光線ケラレ情報と、焦点検出用素子の受光角強度分布情報とを用いて基線長情報を算出してその基線長情報から焦点位置検出を行う。

そのことにより、フォーカスレンズが位置する可能性のある範囲内にて一番光線ケラレが少ない情報で基線長が決定されるため、フォーカスレンズ駆動のオーバーランが防止されて一定移動方向に移動しながら合焦が行える。また、光線ケラレ情報から算出される基線長が短くなりすぎることが防止されて、フォーカスレンズの小駆動による多回数合焦を防止し、且つフォーカスレンズの反転駆動合焦やハンチング現象を防止した撮像装置が達成できる。

なお、本撮像装置に装着される撮影光学系は、例えば単焦点形式で前玉繰り出し方式や全体繰り出し式のフォーカス方式であった場合、フォーカス移動と焦点位置変化量の関係が単純であるためにフォーカス分割が施されていない物もある。しかしながらそのような光学系に関しては、フォーカスレンズの全駆動範囲を一つのブロックとして見ればよく、その領域範囲内（領域内）で光線ケラレが一番少なくなるフォーカス位置での光線ケラレ情報を用いればよい。

なお、光線ケラレ情報とは、撮影光学系の測距時の焦点距離と、フォーカス位置と、虹彩絞りの絞り込み状態と、測距位置の結像高位置条件により固有となる撮影光学系の射出瞳形状の情報である。その形状の表現方法として、直接的に射出瞳形状の輪郭形状を座標情報で記憶させる方法や撮影光学系の光線有効径情報や光線を規制する複数の瞳情報を記憶させて、その情報から演算にて合成して撮影光学系の射出瞳形状を生成するようにしてもよい。また、それらの情報は、例えば高次式で近似した係数として記憶させる方法の他、多次元配列の数値マップとして記憶させてもよい。

また現在、焦点検出を行うに際して、フォーカスレンズが先の合焦駆動量情報により駆動している最中に焦点検出用の信号を取り込み合焦駆動量情報の更新を行う方式（オーバラップ制御）が多く採用されている。

今、動体追尾撮影に関して、被写体が現在の必要合焦駆動量からより駆動量が小さくなる方向にフォーカスレンズが移動することを前提とする。その際にオーバーラップ制御が可能であるかの判断可否判定手段を有している場合にはフォーカスレンズのオーバーランを防止する必要がある。そのために現在収得している光線ケラレ状態が所定値を上回り、且つオーバーラップ制御の可否判断を行い、出来ないと判断された場合には、フォーカスレンズ駆動量が現在設定されている駆動量よりも小さくなるように設定するのが有効な手段である。
次に本実施形態の方法を用いた測距処理の流れについて説明する。図９は、図１で示した撮像装置であるカメラの測距に関する大まかなフローチャートである。ここでは、レンズ交換可能な撮像装置において、交換可能なレンズユニットが外されている状態を初期状態と想定している。

撮影者がカメラの電源スイッチをオン操作すると、カメラＣＰＵ１２１はカメラ内の各アクチュエータや撮像素子の動作確認を行ない、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行なうと共に、撮影準備動作を実行する。ステップＳ１０１は、撮影者が交換レンズをカメラに装着した場合に実行され、カメラにレンズユニットが装着されたと判断を行う。

ステップＳ１０２では、装着されたレンズユニットがフォーカスレンズ位置分割機構を有したレンズユニットであるかの判断を行い、分割機構の有無により処理分岐先を選択する。ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２にてフォーカスレンズ位置分割機構を有していると判断された場合、フォーカスレンズが位置しているフォーカス領域の検出を行う。ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３にて得られたフォーカスレンズ位置情報からフォーカス領域中で最も光線ケラレの少ない光線ケラレ情報を選択する。

光線ケラレ情報に関しては、カメラが設定している有効Ｆナンバーと、測距を行う像高情報と、レンズユニットから得られた鏡筒枠情報からフォーカス領域中での光線ケラレ量を求め、その中から最も光線ケラレの少ない光線ケラレ情報を選択する。また、あらかじめレンズユニットごとに有効Ｆナンバー、像高、フォーカス領域として分割された各エリアに対して、最も光線ケラレの少ない光線ケラレ情報を多次元配列のデータとしてカメラ内やレンズユニット内に格納しておいてもよい。これにより、演算負荷の低減を図ることができる。

また、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０２でフォーカスレンズ位置分割機構を有していないレンズユニットと判断された場合、フォーカスレンズの可動範囲において最も光線ケラレが少なくなるような光線ケラレ情報を収得する。ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４もしくはステップＳ１０５により得られた光線ケラレ情報及び撮影光学系のＡ像用、Ｂ像用の焦点検出用画素の受光角強度分布情報から基線長を算出する。そして、Ａ像とＢ像の光電変換信号波形の相関演算によりデフォーカス演算処理を行う。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６にて演算されたデフォーカス量の情報とフォーカスレンズの移動量に対するピント変化量の関係からフォーカスレンズ駆動量を算出する。ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７により求められたフォーカスレンズ駆動量分だけフォーカスレンズを駆動する処理を行う。

ステップＳ１０９では、合焦判断を行う。合焦状態であると判断した際には処理を終了し、他方まだ合焦状態ではないと判断された場合においてはステップＳ１０２に戻り処理を繰り返す。一般にステップＳ１０９での合焦の判断基準は、ピントズレ量が許容されるデフォーカス量範囲内に入っているかどうかで決定される。よって、本実施形態のように擦り寄り形式でフォーカスレンズ駆動を行えば折り返し処理にて確実に合焦状態に遷移できる。

また、図９のフローチャートではレンズユニットのフォーカス分割状態に対しての処理を示している。しかし、更にズーム分割とフォーカス分割の双方の状態を配慮する場合においては、光線ケラレ情報はズーム位置とフォーカス位置により２次元的に配置されたデータを備えるものとして、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の間に現在のズーム位置を検出する処理ステップを加える。そして、現在のズーム位置に対して最も光線ケラレの少ないフォーカス情報の選択を行えばよい。

以上説明したように本実施形態においては、位相差式の焦点検出手段を有した撮像素子を用いた撮像装置において、フォーカス時のハンチング現象を防止し、合焦までのフォーカスレンズの駆動回数を低減することができる。

Claims (9)

1. フォーカスレンズを含む撮影光学系を備えたレンズユニットを着脱可能な撮像装置であって、
   前記撮影光学系の射出瞳を通過した光束を受光する撮像用画素と前記撮影光学系の射出瞳の一部が遮光された光束を受光する焦点検出用画素とが配列された撮像素子と、
   前記焦点検出用画素の出力信号の位相差に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を検出する焦点検出手段と、
   前記撮影光学系の光線のケラレ情報を取得する取得手段と、を備え、
   前記焦点検出手段は、前記フォーカスレンズの位置検出分解能が前記フォーカスレンズの駆動分解能より低い場合、前記レンズユニットからの情報に基づいて特定される所定のフォーカスレンズの位置での光線のケラレ情報を用いて、前記フォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を検出することを特徴とする撮像装置。
2. 前記焦点検出手段は、前記レンズユニットからの情報を用いて光線のケラレ量を算出し、当該ケラレ量に基づいて、前記所定の前記フォーカスレンズの位置を特定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記焦点検出手段は、前記レンズユニットからの情報を用いて光線のケラレ量を算出し、前記フォーカスレンズの位置検出ができない位置範囲において、算出したケラレ量が最も小さい前記フォーカスレンズの位置を前記所定のフォーカスレンズの位置に特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記光線のケラレ情報は、前記撮影光学系の射出瞳形状の情報であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記光線のケラレ情報は、前記撮影光学系の焦点距離、前記フォーカスレンズの位置、絞りの状態、測距位置の結像高位置条件により決まることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記所定のフォーカスレンズの位置は、前記フォーカスレンズの位置検出ができない位置範囲において最も光線のケラレ量が少ない前記フォーカスレンズの位置であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記フォーカスレンズの位置検出ができない位置範囲とは、前記フォーカスレンズの可動範囲を複数に分割した各領域内の範囲であることを特徴とする請求項３又は６に記載の撮像装置。
8. 前記レンズユニットごとの光線のケラレ情報を記憶する記憶手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. フォーカスレンズを含む撮影光学系を備えたレンズユニットを着脱可能で、前記撮影光学系の射出瞳を通過した光束を受光する撮像用画素と前記撮影光学系の射出瞳の一部が遮光された光束を受光する焦点検出用画素とが配列された撮像素子を備える撮像装置の制御方法であって、
   前記焦点検出用画素の出力信号の位相差に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を検出する焦点検出ステップと、
   前記撮影光学系の光線のケラレ情報を取得する取得ステップと、を備え、
   前記焦点検出ステップにおいて、前記フォーカスレンズの位置検出分解能が前記フォーカスレンズの駆動分解能より低い場合、前記レンズユニットからの情報に基づいて特定される所定のフォーカスレンズの位置での光線のケラレ情報を用いて、前記フォーカスレンズの合焦位置からのずれ量を検出することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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