JP2013122495A - 焦点検出装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度が高い第１焦点検出装置と検出時間が短い第２焦点検出装置とを適切に使い分けること。
【解決手段】焦点検出装置は、焦点検出用の画素列を含む撮像兼焦点検出用撮像素子２１２を有し、該撮像素子２１２が撮影光学系を通して撮像した出力信号であって焦点検出用の画素列からの信号を用いて一対の像の位相差情報を演算し、該位相差情報に基づいて撮影光学系による焦点調節状態を検出する第１の焦点検出手段１０８と、第１の焦点検出手段１０８とは別に設けられており、撮影光学系を介した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差情報に基づいて、撮影光学系による焦点調節状態を検出する第２の焦点検出手段１０９と、撮影モードに応じて、第１の焦点検出手段１０８および第２の焦点検出手段１０９の少なくとも１つに焦点調節状態を検出させる制御手段１０１とを備えることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、焦点検出装置およびカメラに関する。

焦点検出用の複数の画素（画素列）を有する撮像兼焦点検出用撮像素子が撮影光学系を通して撮像した出力信号のうち、焦点検出用画素列からの信号を用いて演算した一対の像の位相差（いわゆる像ズレ）に基づいて、上記撮影光学系による焦点調節状態を検出する第１の焦点検出装置と、第１の焦点検出装置と別に、上記撮影光学系の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差に基づいて、上記撮影光学系による焦点調節状態を検出する第２の焦点検出装置と、を備えるカメラが知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−２３３０３２号公報

一般に、第１の焦点検出装置は第２の焦点検出装置に比べて検出精度が高いものの、第１の焦点検出装置は焦点検出用素子からの出力と、撮像用の撮像素子からの出力との両方を処理することになるので、第２の焦点検出装置に比べて検出処理の負担が大きい。従来は、検出精度が高い第１焦点検出装置と、センサ自体の素子数が第１の焦点検出装置の撮像兼焦点検出用撮像素子の素子数よりも少ないため、第１の焦点検出装置に比して検出時間が短い第２焦点検出装置とが、適切に使い分けられていないという問題があった。

本発明による焦点検出装置は、焦点検出用の画素列を含む撮像兼焦点検出用撮像素子を有し、該撮像素子が撮影光学系を通して撮像した出力信号であって焦点検出用の画素列からの信号を用いて一対の像の位相差情報を演算し、該位相差情報に基づいて撮影光学系による焦点調節状態を検出する第１の焦点検出手段と、第１の焦点検出手段とは別に設けられており、撮影光学系を介した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差情報に基づいて、撮影光学系による焦点調節状態を検出する第２の焦点検出手段と、撮影モードに応じて、第１の焦点検出手段および第２の焦点検出手段の少なくとも１つに焦点調節状態を検出させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によるカメラは、請求項１〜９のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、入射された光束を折り曲げる光学部材と、撮影光学系を通過した光束の光路上の第１位置と光路外の第２位置との間で光学部材を移動させる光学部材移動機構と、第１の焦点検出手段が焦点調節状態を検出する場合および撮影時は光学部材を第２位置外へ移動させて光束を第１の焦点検出手段へ導き、第２の焦点検出手段が焦点調節状態を検出する場合は光学部材を第１位置へ移動させて光束を第２の焦点検出手段へ導くように光学部材移動機構を制御する駆動制御手段と、第１の焦点検出手段または第２の焦点検出手段によって検出された焦点調節状態に基づいて、撮影光学系を合焦させるための光学系駆動信号を発する合焦制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、検出精度が高い第１焦点検出装置と検出時間が短い第２焦点検出装置とを適切に使い分けることができる。

本発明の一実施の形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。 本発明の一実施の形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。 電子カメラの外観を例示する図である。 電子カメラの構成を説明するブロック図である。 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。 撮像用画素のみを拡大した断面図である。 焦点検出用画素のみを拡大した断面図である。 撮像素子ＡＦによる瞳分割型位相差検出方法を説明する図である。 専用ＡＦ素子を用いて焦点検出する際の測距エリアを示す図である。 撮像素子を用いて焦点検出する際の測距エリアを示す図である。 マイクロコンピュータが実行する処理の流れについて説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１および図２は、本発明の一実施の形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフ電子カメラの要部構成を説明する図である。図１および図２において、カメラ本体２０１に対して着脱可能に構成される撮影レンズ鏡筒２０２が装着されている。

被写体からの光は、撮影レンズ鏡筒２０２の撮影光学系２１０および絞り２１１を介してカメラ本体２０１へ入射される。カメラ本体２０１に入射した被写体光は、レリーズ前は図１に例示したミラーダウン状態にある半透過のクイックリターンミラー（以下メインミラーと呼ぶ）２０３で上方のファインダー部へ向けて折り曲げられ、拡散スクリーン２０６に結像する。また、メインミラー２０３を透過した被写体光の一部はサブミラー２０４で下方へ反射され、焦点検出用光束として専用ＡＦ（オートフォーカス）素子２０７へ入射される。専用ＡＦ素子２０７は、撮影光学系２１０による焦点調節状態を検出する焦点検出処理（公知の瞳分割方式のＡＦ処理）において用いられるものである。

拡散スクリーン２０６に結像した被写体光はさらに、ペンタプリズム２０８へ入射される。ペンタプリズム２０８は、入射された被写体光を接眼光学系２０９へ導く。撮影者は、ファインダー接眼窓４１（図３）から接眼光学系２０９を通してファインダーによる被写体像を観察する。

レリーズ後は、図２に例示したミラーアップ位置へメインミラー２０３が回動し、被写体光はメカニカルシャッター２０５を介して撮像素子２１２へ導かれ、その撮像面上に被写体像を結像する。撮像素子２１２は、画素に対応する複数の光電変換素子を備えたＣＭＯＳイメージセンサなどによって構成される。撮像素子２１２は、撮像面上に結像されている被写体像を撮像し、被写体像の明るさに応じた光電変換信号を出力する。なお、撮像素子２１２の撮像面側に光学ローパスフィルター２１３が設けられている。

レンズ駆動機構２１４は、撮影光学系２１０を構成するフォーカス調節レンズを光軸方向に進退駆動する。フォーカス調節レンズの駆動方向および駆動量は、カメラ本体２０１側から指示される。なお、図を簡単にするため、撮影光学系２１０を単レンズとして表している。

図１のミラーダウン状態は、撮影者が接眼光学系２０９を介して被写体像を観察できるようにする撮影準備状態である。この状態で焦点検出を行う場合、電子カメラは専用ＡＦ素子２０７を用いて焦点検出を行う（専用素子ＡＦと呼ぶ）。

図２のミラーアップ状態は、撮影時と同様に被写体光が全て撮像素子２１２へ導かれる。この状態で焦点検出を行う場合、電子カメラは撮像素子２１２からの出力信号に基づいて焦点検出を行う（撮像素子ＡＦと呼ぶ）。

図３は、電子カメラの外観を例示する図である。図３において、電子カメラの上面に、メインスイッチＳＷ１と、レリーズボタンＳＷ２と、白黒液晶モニター３１とを有する。電子カメラの背面に、左選択スイッチＳＷ５と、右選択スイッチＳＷ６と、上選択スイッチＳＷ７と、下選択スイッチＳＷ８と、確定スイッチＳＷ９と、コマンドダイアル４５と、撮影モード切替スイッチＳＷ１０と、カラー液晶モニター６１と、ファインダー接眼窓４１とを有する。

図４は、上述した電子カメラの構成を説明するブロック図である。電子カメラは、マイクロコンピュータ１０１によって制御される。メインスイッチＳＷ１は、電子カメラの電源オン／オフをそれぞれ指示する操作信号を出力する。レリーズスイッチは、レリーズボタンＳＷ２の押下操作に連動して撮影開始を指示する信号を出力する。

取消しスイッチＳＷ３は、操作取消しを示す操作信号を出力する。モードスイッチＳＷ４は、電子カメラの動作モード、すなわち、撮影動作を行うモードおよび再生動作を行うモード等を切替えるための操作信号をそれぞれ出力する。

左選択スイッチＳＷ５、右選択スイッチＳＷ６、上選択スイッチＳＷ７、および下選択スイッチＳＷ８は、それぞれ選択方向を示す操作信号を出力する。確定スイッチＳＷ９は、操作確定を示す操作信号を出力する。撮影モード切替スイッチＳＷ１０は、操作位置に応じて撮影モードを示す操作信号を出力する。撮影モードは、たとえば、「風景」モード、「クローズアップ」モード、「ポートレート」モード、「スポーツ」モードが切替可能に構成されている。

「風景」モードは、風景撮影に適した撮影条件を設定する撮影モードである。「クローズアップ」モードは、花などの近接撮影に適した撮影条件を設定する撮影モードである。「ポートレート」モードは、人物撮影に適した撮影条件を設定する撮影モードである。「スポーツ」モードは、動いている被写体に適した撮影条件を設定する撮影モードである。スイッチＳＷ１１およびスイッチＳＷ１２は、コマンドダイアル４５の回転操作に応じて操作信号を出力する。

レンズ鏡筒２０２はレンズ鏡筒内ＣＰＵを含み、マイクロコンピュータ１０１との間で通信を行う。レンズ鏡筒内ＣＰＵは、マイクロコンピュータ１０１からの指示に応じてレンズ駆動機構２１４（図１、図２）を駆動制御し、上記フォーカス調節レンズ（２１０）を進退移動させる。

撮像処理回路１０７は、撮像素子２１２から出力される画像データに対して所定の画像処理を行う。画像処理は、γ変換処理やホワイトバランス調整処理などを含む。

撮像素子ＡＦ回路１０８は、撮像素子２１２の所定画素からの出力信号に基づいて像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことにより、いわゆる瞳分割型位相差検出方式（マイクロレンズ方式）で一対の像の像ズレ量を検出する。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることにより、予定焦点面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）を算出する。そして、該デフォーカス量に応じて上記フォーカス調節レンズの移動方向および移動量を演算する。像ズレ検出演算処理の詳細については後述する。

専用素子ＡＦ回路１０９は、専用ＡＦ素子２０７からの出力信号に基づいて像ズレ検出演算処理（相関処理、位相差検出処理）を施すことにより、撮影光学系２１０の異なる領域を通過した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の像ズレ量を検出する。さらに、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることにより、予定焦点面に対する現在の結像面の偏差（デフォーカス量）を算出する。そして、該デフォーカス量に応じて上記フォーカス調節レンズの移動方向および移動量を演算する。像ズレ検出演算処理の詳細については後述する。

測光装置１０２は、撮影光学系２１０を通過した被写体光を受光して測光演算を行う。ドライバ回路１０３は、マイクロコンピュータ１０１からの指令に応じてメカニカルシャッター２０５を駆動する。ドライバ回路１０４は、マイクロコンピュータ１０１からの指令に応じて絞り機構２１４を駆動する。絞り機構２１４が不図示の絞り駆動レバーを動かすと、レンズ鏡筒２０２側の絞り２１１の口径が変化する。ドライバ回路１０５は、マイクロコンピュータ１０１からの指令に応じてミラー機構２１５を駆動する。ミラー機構２１５は、メインミラー２０３およびサブミラー２０４をアップ駆動またはダウン駆動する。

外部インタフェース１１３は、電子カメラ内のデータをパソコンや別の電子カメラなどの外部機器へ出力（送信）したり、外部機器からのデータを入力（受信）したりするインターフェース回路である。外部インタフェース１１３の例として、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、IEEE1394などがある。

表示制御部１１０は、マイクロコンピュータ１０１からの指令によりカラー液晶モニター６１に対する駆動信号を生成する。カラー液晶モニター６１は、画像や操作メニューなどを表示する。表示制御部１１１は、マイクロコンピュータ１０１からの指令により白黒液晶モニター３１に対する駆動信号を生成する。白黒液晶モニター３１は、コマ数や撮影条件などの撮影情報を表示する。

メモリカード１１９は、カードコネクター１１７を介して電子カメラに着脱される記録媒体である。メモリカード１１９には画像データや音声データが記録される。ドライバ回路１０６は、マイクロコンピュータ１０１からの指令に応じて測距エリア照射装置１１５を駆動制御する。測距エリア照射装置１１５は、専用素子ＡＦ時および撮像素子ＡＦ時における必要な場合に、測距補助光を発して被写体を照明する。

画像記憶メモリ１２１は、上述した画像処理、後述する圧縮処理および伸長処理の際に一時的に画像データを格納する。圧縮／伸長回路１２３は、たとえば、ＪＰＥＧなど所定の方式で画像データを圧縮処理したり、圧縮された画像データを伸長処理したりする。メモリ１２５は、マイクロコンピュータ１０１の作業領域として利用される。タイマー１２７は、マイクロコンピュータ１０１によって指定された時間を計時し、タイムアップ信号を出力する。電池１２９は、電子カメラ内の各部に電力を供給する。

＜撮像素子ＡＦ処理＞
撮像素子ＡＦ回路１０８で行うＡＦ（自動焦点調節）処理について詳細に説明する。本実施形態の撮像素子２１２は、フォーカス検出用の画素（焦点検出用画素と呼ぶ）を有する。この撮像素子２１２は、特開２００７−２７９３１２号公報に記載されている撮像素子と同様のものである。撮像素子ＡＦ回路１０８は、焦点検出用画素からの画素出力データを用いて位相差検出演算を行うことにより、焦点検出処理を行う。

図５は、撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図である。撮像素子２１２には、撮像用画素３１０が二次元状に配列されている。そして、後述する測距エリアに対応する部分に焦点検出用画素３１１が配列されている。図５の例では、撮像面の略中央に焦点検出用画素列が水平方向に並ぶ。図６は、撮像用画素のみを拡大した断面図であり、図７は、焦点検出用画素のみを拡大した断面図である。

図６において、撮像用画素３１０は、マイクロレンズ１０と撮像用の光電変換部１１を備える。マイクロレンズ１０は光電変換部１１の前方（図６において左側）に配置され、光電変換部１１は撮像素子２１２内の半導体回路基板（不図示）上に形成される。

図７において、焦点検出用画素３１１は、マイクロレンズ１０と焦点検出用の一対の光電変換部１２および光電変換部１３を備える。両光電変換部１２、１３は、それぞれがマイクロレンズ１０の中央に対して対称に配置される。マイクロレンズ１０は光電変換部１２、１３ の前方（図７において左側）に配置され、光電変換部１２、１３は撮像用画素３１０の光電変換部１１と同一の半導体回路基板上に形成される。なお、上記マイクロレンズ１０は、撮影光学系２１０の焦点面近傍に配置される。

図８は、撮像素子ＡＦによる瞳分割型位相差検出方法を説明する図であり、焦点検出用画素３１１の一部（マイクロレンズ５０、６０ と二対の光電変換部５２・５３、６２・６３）を図示したものである。射出瞳９０は、撮影光学系２１０の焦点面位置に配置されたマイクロレンズ５０、６０から前方（図８において左側）の距離ｄ４に投影される射出瞳である。距離ｄ４は、マイクロレンズ１０（５０、６０）の曲率、屈折率、およびマイクロレンズ１０（５０、６０）と光電変換部１２、１３との間の距離などに応じて決まる距離であり、測距瞳距離と呼ぶ。

光軸９１は、撮影光学系２１０の光軸である。測距瞳９２は、マイクロレンズ５０、６０および光電変換部５２、６２ に対応する測距瞳であり、測距瞳９３は、マイクロレンズ５０、６０および光電変換部５３、６３に対応する測距瞳である。一対の測距瞳領域９２、９３を通過した二対の焦点検出用被写体光束７２・７３、８２・８３は、それぞれマイクロレンズ５０、６０を介して二対の光電変換部５２・５３、６２・６３に到達する。図８では、光軸９１上にある焦点検出用画素３１１(マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２・５３）と、光軸９１外にある焦点検出用画素３１１（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２・６３）を模式的に例示しているが、その他の焦点検出用画素３１１においても一対の測距瞳から各マイクロレンズに到来する焦点検出用光束を一対の光電変換部でそれぞれ受光する。なお、焦点検出用画素３１１の配列方向（図５において水平方向）は、一対の測距瞳の分割方向（図８において上下方向）と一致させる。

上述した構成を有することにより、焦点検出用画素は、特開２００７−２７９３１２号公報に記載されるように、それぞれ瞳分割された光束が入射されることになる。具体的には、光電変換部１２、１３には、それぞれマイクロレンズ１０の片半面を通過した光束のみが受光される。たとえば、光電変換部５２、６２には、測距瞳９２からの光束（Ａ成分と呼ぶ）のみが入射される。一方、光電変換部５３、６３には、測距瞳９３からの光束（Ｂ成分と呼ぶ）のみが入射される。

この結果、Ａ成分の光束が入射される光電変換部５２、６２、…から得られる画素出力（Ａ成分のデータ列）は、撮影光学系２１０の測距瞳９２から入射された光束による像を表し、Ｂ成分の光束が入射される光電変換部５３、６３、…から得られる画素出力（Ｂ成分のデータ列）は、測距瞳９３から入射された光束による像を表す。

Ａ成分による被写体像、およびＢ成分による被写体像からなる一対の被写体像は、撮影光学系２１０が予定焦点面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに近づき、逆に予定焦点面より後ろに被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互いに遠ざかる。予定焦点面において被写体の鮮鋭像を結ぶ合焦状態には、上記一対の像が相対的に一致する。したがって、一対の像の相対位置ズレ量を求めることにより、撮影光学系２１０のフォーカス調節状態、すなわちデフォーカス量が得られる。

撮像素子ＡＦ回路１０８は、Ａ成分のデータ列およびＢ成分のデータ列の相対的な位置関係をずらしながら、２つのデータ列間の像ズレ量（シフト量と呼ぶ）と、Ａ成分のデータ列とＢ成分のデータ列との相関度を演算する。相関値が最小となる（相関値が小さいほど２つのデータ列の相関度が高い）シフト量を求める演算は、公知の位相差検出演算による。

撮像素子ＡＦ回路１０８は、相関値を最小にするシフト量に所定係数を掛けることにより、デフォーカス量を求める。なお、デフォーカス量は測距エリアごとに異なる。また、デフォーカス量の検出精度は、像ズレ量の検出ピッチおよびマイクロレンズ１０の配列ピッチに依存する。撮像素子ＡＦ回路１０８は、デフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）の移動方向および移動量を演算する。

＜専用素子ＡＦ処理＞
専用素子ＡＦ回路１０９で行うＡＦ（自動焦点調節）処理について説明する。本実施形態の専用ＡＦ素子２０７は、特開２００７−２３３０３２号公報に記載されている撮像素子と同様のものである。専用ＡＦ素子２０７は、撮像用画素と焦点検出用画素とが混在する撮像素子２１２と異なり、焦点検出専用のイメージセンサ（ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）を有する。専用ＡＦ素子２０７は、上記イメージセンサ上に結像されている被写体像を撮像し、被写体像の明るさに応じた光電変換信号を専用素子ＡＦ回路１０９へ出力する。

専用ＡＦ素子２０７では、たとえば、上記測距瞳９２に相当する測距瞳からの光束をＡ列のセンサ列に導くように公知の絞り開口が設けられるとともに、上記測距瞳９３に相当する測距瞳からの光束をＢ列のセンサ列に導くように公知の絞り開口が設けられる。

これにより、上記それぞれの絞り開口を介して撮影光学系２１０の異なる領域を通して入射された一対のデフォーカス量検出用光束による像が、焦点検出専用のイメージセンサ上の異なる位置で撮像されることとなる。

専用素子ＡＦ回路１０９は、Ａ成分の出力信号およびＢ成分の出力信号の相対的な位置関係をずらしながら、２つの出力信号間の像ズレ量（シフト量と呼ぶ）と、Ａ成分の出力信号とＢ成分の出力信号との相関度を演算する。相関値が最小となるシフト量を求めるのは、撮像素子ＡＦ回路１０８の場合と同様である。

専用素子ＡＦ回路１０９は、相関値を最小にするシフト量に所定係数を掛けることにより、デフォーカス量を求める。デフォーカス量が測距エリアごとに異なる点、デフォーカス量の検出精度が焦点検出専用のイメージセンサによる検出ピッチに依存する点は、撮像素子ＡＦの場合と同様である。専用素子ＡＦ回路１０９は、デフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）の移動方向および移動量を演算する。

＜測距エリアの配置＞
撮影光学系２１０の焦点面に設定する測距エリア（焦点検出位置）について、図９および図１０を参照して説明する。図９は、専用ＡＦ素子２０７を用いて焦点検出する際の測距エリア（専用ＡＦ素子２０７に含まれるイメージセンサが像をサンプリングする領域）を示す図であり、測距エリアに対応する位置を撮影画面１００上に表したものである。

図９において、１９個の測距エリアが示されている。専用素子ＡＦ回路１０９は、１９個の測距エリアのそれぞれについてデフォーカス量を算出し得る。各測距エリアの長さ、幅とサンプリングピッチは、イメージセンサを構成する光電変換部のサイズ・配列長・配列ピッチ、および不図示の再結像レンズ（専用ＡＦ素子２０７内の上記絞り開口を通過した光束をイメージセンサ上に投影する光学系）の投影倍率によって決まる。

図１０は、撮像素子２１２を用いて焦点検出する際の測距エリア（撮像面内で焦点検出用画素３１１が像をサンプリングする領域）を示す図である。図１０において、１９個の測距エリアが示されている。撮像素子ＡＦ回路１０８は、１９個の測距エリアのそれぞれについてデフォーカス量を算出し得る。各測距エリアの長さ・幅およびサンプリングピッチは、マイクロレンズ１０のサイズ・配列長・配列ピッチによって決まる。

上記電子カメラのマイクロコンピュータ１０１は、専用素子ＡＦを行うか、あるいは撮像素子ＡＦを行うかを撮影モードの設定状態に応じて決定する。マイクロコンピュータ１０１は、専用素子ＡＦ処理をミラーダウン時に行わせる。撮影者は、光学ファインダーを通して被写体像を観察しながらフレーミングを行う。

一方、マイクロコンピュータ１０１は、撮像素子ＡＦ処理をミラーアップ時に行わせる。撮影者は、光学ファインダーではなくカラー液晶モニター６１に映し出されるライブビュー画像を観察しながらフレーミングを行う。

電子カメラのマイクロコンピュータ１０１が実行する処理（専用素子ＡＦと撮像素子ＡＦとを切替える処理）の流れについて、図１１に例示するフローチャートを参照して説明する。マイクロコンピュータ１０１は、たとえば、電源オン処理が行われると図１１による処理を起動する。

図１１のステップＳ１０１において、マイクロコンピュータ１０１は、シャッターボタンＳＷ２が半押し操作されたか否かを判定する。マイクロコンピュータ１０１は、レリーズスイッチから半押し操作信号が入力されると、ステップＳ１０１を肯定判定してステップＳ１０３へ進む。マイクロコンピュータ１０１は、レリーズスイッチから半押し操作信号が入力されない場合はステップＳ１０１を否定判定し、当該判定処理を繰り返す。

ステップＳ１０３において、マイクロコンピュータ１０１は、撮影モードが「風景」モードか否かを判定する。マイクロコンピュータ１０１は、「風景」モードの場合にステップＳ１０３を肯定判定してステップＳ１０５へ進む。マイクロコンピュータ１０１は、「風景」モードでない場合にはステップＳ１０３を否定判定してステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４において、マイクロコンピュータ１０１は、撮影モードが「ポートレート」モードか否かを判定する。マイクロコンピュータ１０１は、「ポートレート」モードの場合にステップＳ１０４を肯定判定してステップＳ１０６へ進む。マイクロコンピュータ１０１は、「ポートレート」モードでない場合にはステップＳ１０４を否定判定してステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７において、マイクロコンピュータ１０１は、撮影モードが「クローズアップ」モードか否かを判定する。マイクロコンピュータ１０１は、「クローズアップ」モードの場合にステップＳ１０７を肯定判定してステップＳ１０９へ進む。マイクロコンピュータ１０１は、「クローズアップ」モードでない場合にはステップＳ１０７を否定判定してステップＳ１１２へ進む。

本実施形態では、「風景」モードの場合は１コマ撮影（単写）に自動設定するとともに、専用素子ＡＦ処理によって被写体に合焦させたらＡＦロックする、いわゆるシングルＡＦを行う。合焦後にフォーカス調節レンズ（２１０）の位置を保持することをＡＦロックとよぶ。ステップＳ１０３を肯定判定して進むステップＳ１０５において、マイクロコンピュータ１０１は、専用素子ＡＦ処理で得られるデフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）を移動して合焦させ、合焦後にＡＦロックしてステップＳ１２１へ進む。なお、ＡＦロックは、シャッターボタンＳＷ２の半押しが解除された場合に解除する。

本実施形態では、「ポートレート」モードの場合は１コマ撮影（単写）に自動設定するとともに、撮像直前に撮像素子ＡＦ処理によって被写体に合焦させる。ステップＳ１０４を肯定判定して進むステップＳ１０６において、マイクロコンピュータ１０１は、撮像素子ＡＦフラグを１にセットしてステップＳ１２１へ進む。撮像素子ＡＦフラグを１にセットすることで、後述する撮像処理前に撮像素子ＡＦ処理を行う。

本実施形態では、「クローズアップ」モードの場合は１コマ撮影（単写）に自動設定するとともに、専用素子ＡＦ処理によって被写体に合焦させたら一旦ＡＦロックし、撮像直前に撮像素子ＡＦ処理によってさらに合焦処理を行う。ステップＳ１０７を肯定判定して進むステップＳ１０９において、マイクロコンピュータ１０１は、専用素子ＡＦ処理で得られるデフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）を移動して合焦させる。合焦後にＡＦロックしてステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１において、マイクロコンピュータ１０１は、撮像素子ＡＦフラグを１にセットしてステップＳ１２１へ進む。撮像素子ＡＦフラグを１にセットすることで、後述する撮像処理前に撮像素子ＡＦ処理を行う。

本実施形態では、ステップＳ１０７を否定判定する場合は「スポーツ」モードであるため、マイクロコンピュータ１０１はＡＦロックをしない。被写体の動き（光軸方向の動き、および左右上下方向の動きを含む）に連動してＡＦ処理を繰り返し、最新のデフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）を移動し得るようにするためである。

マイクロコンピュータ１０１はさらに、たとえば毎秒５コマ以上の高速連続撮影（連写）を行うか、毎秒５コマ未満の低速連続撮影（連写）を行うか、あるいは１コマ撮影（単写）を行うかについて、ユーザー操作によって設定されている内容に従う。マイクロコンピュータ１０１は、ステップＳ１１２において、専用素子ＡＦ処理で得られるデフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）を移動して合焦させ、ステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１１３において、マイクロコンピュータ１０１は、上記高速連続撮影を行う設定か否かを判定する。マイクロコンピュータ１０１は、上記高速連続撮影（連写）が設定されている場合にステップＳ１１３を肯定判定してステップＳ１１５へ進む。マイクロコンピュータ１０１は、上記低速連続撮影（連写）、または１コマ撮影（単写）が設定されている場合には、ステップＳ１１３を否定判定してステップＳ１１３Ａへ進む。

低速連続撮影または１コマ撮影の場合に進むステップＳ１１３Ａにおいて、マイクロコンピュータ１０１は、光軸方向における被写体の動きの有無を判定する。マイクロコンピュータ１０１は、専用素子ＡＦ処理で得られるデフォーカス量の変化が所定値以上である場合にステップＳ１１３Ａを肯定判定してステップＳ１１４へ進む。マイクロコンピュータ１０１は、専用素子ＡＦ処理で得られるデフォーカス量の変化が所定値に満たない場合には、ステップＳ１１３Ａを否定判定してステップＳ１２１へ進む。

ステップＳ１１４において、マイクロコンピュータ１０１は、撮像素子ＡＦフラグを１にセットしてステップＳ１２１へ進む。撮像素子ＡＦフラグを１にセットすることで、後述する撮像処理前に撮像素子ＡＦ処理を行う。

高速連続撮影の場合に進むステップＳ１１５において、マイクロコンピュータ１０１は、レンズ鏡筒２０２側の絞り２１１がｆ４より開放側か否かを判定する。マイクロコンピュータ１０１は、ｆ４より開放側の場合にステップＳ１１５を肯定判定してステップＳ１１６へ進み、ｆ４より開放側でない場合にはステップＳ１１５を否定判定してステップＳ１２１へ進む。

ステップＳ１１６において、マイクロコンピュータ１０１は、光軸方向における被写体の動きの有無を判定する。マイクロコンピュータ１０１は、専用素子ＡＦ処理で得られるデフォーカス量の変化が所定値以上である場合にステップＳ１１６を肯定判定してステップＳ１１７へ進む。マイクロコンピュータ１０１は、専用素子ＡＦ処理で得られるデフォーカス量の変化が所定値に満たない場合には、ステップＳ１１６を否定判定してステップＳ１２１へ進む。

ステップＳ１１７において、マイクロコンピュータ１０１は、高速連続撮影を行う設定から低速連続撮影を行う設定へ自動変更してステップＳ１１９へ進む。ステップＳ１１９において、マイクロコンピュータ１０１は、撮像素子ＡＦフラグを１にセットしてステップＳ１２１へ進む。撮像素子ＡＦフラグを１にセットすることで、後述する撮像処理前に撮像素子ＡＦ処理を行う。

ステップＳ１２１において、マイクロコンピュータ１０１は、シャッターボタンＳＷ２が全押し操作されたか否かを判定する。マイクロコンピュータ１０１は、レリーズスイッチから全押し操作信号が入力されると、ステップＳ１２１を肯定判定してステップＳ１２２へ進む。マイクロコンピュータ１０１は、レリーズスイッチから全押し操作信号が入力されない場合はステップＳ１２１を否定判定し、当該判定処理を繰り返す。

ステップＳ１２２において、マイクロコンピュータ１０１はドライバ回路１０４およびドライバ回路１０５へ指令を送り、ミラーアップおよび絞り制御（制御絞り値にする）を行ってステップＳ１２３へ進む。ステップＳ１２３において、マイクロコンピュータ１０１は、撮像素子ＡＦフラグが１か否かを判定する。マイクロコンピュータ１０１は、フラグ１の場合にステップＳ１２３を肯定判定してステップＳ１２５へ進み、フラグ１でない場合にはステップＳ１２３を否定判定してステップＳ１２７へ進む。

ステップＳ１２５において、マイクロコンピュータ１０１は、撮像素子ＡＦ処理で得られるデフォーカス量に基づいてフォーカス調節レンズ（２１０）を移動して合焦させ、ステップＳ１２７へ進む。

ステップＳ１２７において、マイクロコンピュータ１０１は撮像処理回路１０７へ指令を送って撮像処理を行う。マイクロコンピュータ１０１はドライバ回路１０４およびドライバ回路１０５へ指令を送り、ミラーアダウンおよび絞り制御（開放絞りへ復帰させる）を行って図１１による処理を終了する。

撮影動作を連続して繰返す連写時の撮像処理では、被写体の動き（光軸方向の動き、および左右上下方向の動きを含む）に連動して焦点調節対象を追跡し、ＡＦ処理を連続して行う公知の追尾制御をする。マイクロコンピュータ１０１は、連写中に専用素子ＡＦ回路１０９でＡＦ処理を行わせる場合はミラーダウン時に、連写中に撮像素子ＡＦ回路１０８でＡＦ処理を行わせる場合はミラーアップ時に、それぞれＡＦ処理をさせる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電子カメラの焦点検出装置は、焦点検出用の画素列３１１を含む撮像兼焦点検出用撮像素子２１２を有し、該撮像素子２１２が撮影光学系２１０を通して撮像した出力信号であって焦点検出用の画素列３１１からの信号を用いて一対の像の位相差情報を演算し、該位相差情報に基づいて撮影光学系２１０による焦点調節状態を検出する撮像素子ＡＦ回路１０８と、撮像素子ＡＦ回路１０８とは別に設けられており、撮影光学系２１０を介した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差情報に基づいて、撮影光学系２１０による焦点調節状態を検出する専用素子ＡＦ回路１０９と、撮影モードに応じて、撮像素子ＡＦ回路１０８および専用素子ＡＦ回路１０９の少なくとも１つに焦点調節状態を検出させるマイクロコンピュータ１０１とを備える。これにより、焦点調節状態の検出精度が高い撮像素子ＡＦ回路１０８と、焦点調節状態の検出時間が短い専用素子ＡＦ回路１０９とを適切に使い分けることができる。

（２）上記マイクロコンピュータ１０１は、撮影光学系２１０の光軸方向に移動している被写体を撮影するのに適した撮影モード（たとえば「スポーツ」モード）が設定されている場合に、撮像素子ＡＦ回路１０８に焦点調節状態を検出させるので、ミラーアップ後においても、撮像素子２１２の焦点検出用画素列３１１からの信号に基づく最新の位相差情報によって焦点調節状態を検出し得る。

（３）上記マイクロコンピュータ１０１は、風景撮影に適した撮影モードが設定されている場合に専用素子ＡＦ回路１０９のみに焦点調節状態を検出させるようにしたので、２つのＡＦ回路でそれぞれ焦点調節状態を検出する場合に比べて処理の負担を軽減できる。風景撮影では、画面内の１点に対して高い合焦精度を求める必要性が低いので、検出精度が高い撮像素子ＡＦ回路１０８を使わなくてもよい。

（４）上記マイクロコンピュータ１０１は、人物撮影に適した撮影モード（たとえば「ポートレート」モード）が設定されている場合に撮像素子ＡＦ回路１０８のみに焦点調節状態を検出させるようにしたので、２つのＡＦ回路でそれぞれ焦点調節状態を検出する場合に比べて処理の負担を軽減できる。人物撮影では、画面内の１点に対して高い合焦精度を求める必要性が高いので、検出精度が高い撮像素子ＡＦ回路１０８を使うのがよい。

（５）上記マイクロコンピュータ１０１は、クローズアップ撮影モードが設定されている場合に専用素子ＡＦ回路１０９および撮像素子ＡＦ回路１０８にそれぞれ焦点調節状態を検出させる。さらに、検出時間が短い専用素子ＡＦ回路１０９で合焦させてから検出精度が高い撮像素子ＡＦ回路１０８を使うことで、適切に合焦させ得る。

（６）上記マイクロコンピュータ１０１は、連写撮影モードが設定され、かつ被写体が撮影光学系２１０の光軸方向に移動している場合の連写フレーム間に撮像素子ＡＦ回路１０８のみに焦点調節状態を検出させる。これにより、上述したミラーアップ時の追尾処理においては、ミラーアップ中に得られる撮像素子２１２の焦点検出用画素列３１１からの信号に基づく最新の位相差情報によって焦点調節状態を検出できる。さらに、たとえば連写撮影速度が撮像素子ＡＦ回路１０８による検出時間に比べて速い場合には、撮像素子ＡＦ回路１０８による検出時間に応じた連写撮影速度へ変更することで、連写時のミラーアップ中において遅滞なく焦点調節状態を検出できるようになる。

（７）さらに、マイクロコンピュータ１０１は、撮影光学系２１０の絞り口径が所定値より開放側である場合に所定速度未満の連写撮影速度へ自動変更するようにした。一般に、絞りが開放側に近い場合は被写界深度が浅くなるので、検出精度が高い撮像素子ＡＦ回路１０８を使うのがよい。この場合は、撮像素子ＡＦ回路１０８による検出時間に応じた連写撮影速度へ変更することで、連写時のミラーアップ中に遅滞なく焦点調節状態を検出できるようになる。

（変形例１）
上述した実施形態では、撮影モード切替スイッチＳＷ１０の操作位置に応じて、撮影モードを「風景」モード、「クローズアップ」モード、「ポートレート」モード、および「スポーツ」モードに切替える例を説明した。この代わりに、マイクロコンピュータ１０１が自動的に撮影モードを切替えるようにしてもよい。この場合のマイクロコンピュータ１０１は、図１１におけるステップＳ１２１を否定判定した場合に、ステップＳ１０１へ戻って上述した処理を行う。

（変形例２）
図１１におけるステップＳ１１５またはステップＳ１１６を省略してもよく、ステップＳ１１５およびステップＳ１１６の双方を省略してもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

１０１…マイクロコンピュータ
１０８…撮像素子ＡＦ回路
１０９…専用素子ＡＦ回路
２０１…カメラ本体
２０２…レンズ鏡筒
２０３…メインミラー
２０４…サブミラー
２０５…メカニカルシャッター
２０７…専用ＡＦ素子
２１０…撮影光学系
２１２…撮像素子

Claims (10)

1. 焦点検出用の画素列を含む撮像兼焦点検出用撮像素子を有し、該撮像素子が撮影光学系を通して撮像した出力信号であって前記焦点検出用の画素列からの信号を用いて一対の像の位相差情報を演算し、該位相差情報に基づいて前記撮影光学系による焦点調節状態を検出する第１の焦点検出手段と、
   前記第１の焦点検出手段とは別に設けられており、前記撮影光学系を介した一対の焦点検出用光束によって得られる一対の像の位相差情報に基づいて、前記撮影光学系による焦点調節状態を検出する第２の焦点検出手段と、
   撮影モードに応じて、前記第１の焦点検出手段および前記第２の焦点検出手段の少なくとも１つに焦点調節状態を検出させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、前記撮影光学系の光軸方向に移動している被写体を撮影するのに適した撮影モードが設定されている場合に、前記第１の焦点検出手段に焦点調節状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、風景撮影に適した撮影モードが設定されている場合に前記第２の焦点検出手段のみに焦点調節状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、人物撮影に適した撮影モードが設定されている場合に前記第１の焦点検出手段のみに焦点調節状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、クローズアップ撮影モードが設定されている場合に前記第２の焦点検出手段および前記第１の焦点検出手段にそれぞれ焦点調節状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項５に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、前記第２の焦点検出手段による焦点調節状態に基づいて前記撮影光学系の焦点調節が行われた後で前記第１の焦点検出手段に焦点調節状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、連写撮影モードが設定され、かつ被写体が前記撮影光学系の光軸方向に移動している場合の連写フレーム間に前記第１の焦点検出手段のみに焦点調節状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項７に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、連写撮影速度が所定速度以上に設定されている場合に当該所定速度未満の連写撮影速度へ自動変更することを特徴とする焦点検出装置。
9. 請求項８に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、前記撮影光学系の絞り口径が所定値より開放側である場合に前記所定速度未満の連写撮影速度へ自動変更することを特徴とする焦点検出装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
    入射された光束を折り曲げる光学部材と、
    前記撮影光学系を通過した光束の光路上の第１位置と前記光路外の第２位置との間で前記光学部材を移動させる光学部材移動機構と、
    前記第１の焦点検出手段が焦点調節状態を検出する場合および撮影時は前記光学部材を前記第２位置外へ移動させて前記光束を前記第１の焦点検出手段へ導き、前記第２の焦点検出手段が焦点調節状態を検出する場合は前記光学部材を前記第１位置へ移動させて前記光束を前記第２の焦点検出手段へ導くように前記光学部材移動機構を制御する駆動制御手段と、
    前記第１の焦点検出手段または前記第２の焦点検出手段によって検出された焦点調節状態に基づいて、前記撮影光学系を合焦させるための光学系駆動信号を発する合焦制御手段と、
    を備えることを特徴とするカメラ。

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