JP2015043044A - 焦点検出装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子を用いて位相差方式の焦点検出を行う場合に、絞りの設定に応じて適切な焦点検出演算を行う。【解決手段】 焦点検出装置は、フォーカスレンズを含む撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束をそれぞれ受光可能な複数の画素を備え、複数の画素から一対の像信号を出力する撮像素子と、一対の像信号の位相差を算出し、算出した位相差に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段と、撮影光学系の絞りに関する情報に基づいて、焦点検出のための像信号の取得範囲を設定する設定手段とを有する。制御手段は、設定手段により設定された範囲に対応する複数の画素から出力される一対の像信号を用いて位相差を算出する。【選択図】 図１２

Description

本発明は、位相差検出方式を用いた焦点検出装置に関するものである。

カメラ等の撮像装置に搭載されるオートフォーカス（ＡＦ）方式の一つとして、位相差検出方式（以下、位相差ＡＦという）がある。位相差ＡＦでは、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を分割し、分割した光束を一組の焦点検出用センサによりそれぞれ受光する。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで、フォーカスレンズのピント方向のずれ量を求める。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行えばピントずれの量と方向が得られ、高速な焦点調節動作が可能となる。

特許文献１には、撮像素子に位相差検出機能を付与することで、専用の焦点検出用センサを不要にすると共に、高速の位相差ＡＦを実現するための技術が開示されている。具体的には、撮像素子の画素の受光部を分割することで瞳分割機能を付与し、分割された受光部の出力を個別に処理することで焦点検出を行うと共に、分割された受光部の出力を合算することで撮像信号に用いることを可能としている。

また、焦点検出を行うにあたって、撮像条件に応じて演算方法を変更することで、演算の高速化を図ったものが提案されている。特許文献２では、撮像条件がマクロモードであるか否かによって演算方法を変更することで、マクロモードでの焦点検出を可能にしつつ、非マクロモードでの焦点検出の演算の高速化を図っている。

特開２００１−３０５４１５号公報 特開２０００−１５５２６１号公報

通常、静止画撮影においては、絞りを開放にして焦点検出を行うが、動画撮影においては、撮影中に焦点検出のために絞りの開口径を変えることはできない。そのため、撮像素子を用いた焦点検出を行う場合には、絞りも含めたカメラの設定条件に応じて、焦点検出の演算方法を変更することが望ましい。特許文献２では、カメラの絞りについては考慮されていないため、絞りの設定によっては焦点検出の精度が低下したり、演算に必要以上に時間がかかってしまう可能性がある。

上記の課題に対し、本発明は、撮像素子を用いて位相差方式の焦点検出を行う場合に、絞りの設定に応じて適切な焦点検出演算を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の本発明は、フォーカスレンズを含む撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束をそれぞれ受光可能な複数の画素を備え、前記複数の画素から一対の像信号を出力する撮像素子と、前記一対の像信号の位相差を算出し、算出した位相差に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する制御手段と、前記撮影光学系の絞りに関する情報に基づいて、焦点検出のための像信号の取得範囲を設定する設定手段とを有する焦点検出装置であって、前記制御手段は、前記設定手段により設定された範囲に対応する前記複数の画素から出力される一対の像信号を用いて位相差を算出することを特徴とする。

第２の本発明は、フォーカスレンズを含む撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した対の光束をそれぞれ受光可能な複数の画素を備え、前記複数の画素から一対の像信号を出力する撮像素子を備えた焦点検出装置の制御方法であって、前記一対の像信号の位相差を算出する算出ステップと、算出した位相差に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する制御ステップと、前記撮影光学系の絞りに関する情報に基づいて、焦点検出のための像信号の取得範囲を設定する設定ステップとを有し、前記制御ステップにおいて、前記設定ステップにより設定された範囲に対応する前記複数の画素から出力される一対の像信号を用いて位相差を算出することを特徴とする。

本発明によれば撮像素子を用いて位相差方式の焦点検出を行う場合に、絞りの設定に応じて適切な焦点検出演算を行うことができる。

本実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本実施形態における撮像装置のフローチャートである。 （Ａ）撮像素子の画素の構成図および（Ｂ）撮像素子の構成図および（Ｃ）撮像素子の光学原理図である。 撮影光学系の瞳を表す図である。 焦点検出エリアを表す図である。 位相差ＡＦにおける像信号を例示する図である。 （Ａ）絞り開口径が大きい状態での光学系および（Ｂ）像信号を表す図である。 （Ａ）絞り開口径が小さい状態での光学系および（Ｂ）像信号を表す図である。 絞り開口径が小さい状態での撮影レンズの瞳を表す図である。 絞り開口径に対する、最大デフォーカス時の位相差を表す図である。 相関演算におけるシフト位置を表す図である。 第１の実施形態における焦点検出演算のフローチャートである。 焦点調節制御のフローチャートである。 第２の実施形態における焦点検出演算のフローチャートである。 フォーカスレンズ駆動範囲に対する、必要探索倍率を表す図である。

（第１の実施形態）
図１は、焦点検出装置を搭載した撮像装置の構成例を示す図である。ここで言う撮像装置は、被写体を撮影して、動画や静止画のデータをテープや固体メモリ、光ディスクや磁気ディスク等の各種メディアに記録する、いわゆるビデオカメラやデジタルスチルカメラ等を含む。装置内の各ユニットは、バス１６０を介して接続されており、各ユニットはメインＣＰＵ（中央演算処理装置）１５１によって制御される。

レンズユニット１０１は、固定１群レンズ１０２、ズームレンズ１１１、絞り１０３、固定３群レンズ１２１、フォーカスレンズ１３１から構成される撮影光学系を含む。絞り制御部１０５は、メインＣＰＵ１５１の指示に従い、絞りモータ１０４を介して絞り１０３を駆動し、その開口径を調整することで撮影時の光量調節を行う。ズーム制御部１１３は、ズームモータ１１２を介してズームレンズ１１１を駆動して焦点距離を変更する。また、フォーカス制御部１３３は、フォーカスモータ１３２を介してフォーカスレンズ１３１を駆動して焦点調節状態を制御する。フォーカスレンズ１３１は焦点調節用レンズであり、図１には単レンズで簡略的に示しているが、複数枚のレンズから構成されるレンズ群であってもよい。なお、本実施形態においては、レンズユニット１０１と撮像装置が一体になった構成であっても、レンズユニット１０１が撮像装置に着脱可能な交換レンズ式の構成であってもよい。

これらの光学部材を通して、撮像素子１４１上に結像する被写体像は電気信号に変換される。撮像素子１４１には、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光素子のそれぞれに、後述するように、２つの光電変換素子（受光領域）が配置されている。撮像素子１４１上に結像されて光電変換された画像は、撮像信号処理部１４２で画像信号として整えられる。

位相差ＡＦ処理部１３５は、２つの受光領域の出力から得られる画像信号を用い、被写体からの光を分割して得た像の分割方向における相対的位置ずれ量を検出する。相対的位置ずれ量より、フォーカスレンズ１３１のピント方向のずれ量を算出し、フォーカス制御部１３３へ出力する。フォーカス制御部１３３は、フォーカスレンズ１３１のピント方向のずれ量に基づいてフォーカスモータ１３２を駆動する駆動量を決定する。フォーカスレンズ１３１の移動制御により、ＡＦ機能が実現される。

撮像信号処理部１４２の出力する画像データは撮像制御部１４３に送られ、一時的にＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１５４に蓄積される。ＲＡＭ１５４に蓄積された画像データは画像圧縮解凍部１５３にて圧縮された後で画像記録媒体１５７に記録される。これと並行して、ＲＡＭ１５４に蓄積された画像データは、画像処理部１５２にて最適なサイズへの縮小・拡大処理が行われる。最適なサイズに処理された画像データは、モニタディスプレイ１５０に送られて画像表示されることで、リアルタイムでユーザが撮影画像を観察できる。また、撮影直後にはモニタディスプレイ１５０が所定時間だけ撮影画像を表示することで、ユーザは撮影画像を確認できる。

操作部１５６は、ユーザが装置への指示を行うために使用する。ユーザの指示に基づく操作指示信号はバス１６０を介してメインＣＰＵ１５１に送られる。バッテリ１５９は、電源管理部１５８により適切に管理されて撮像装置全体に安定した電源供給を行う。フラッシュメモリ１５５には撮像装置の動作に必要な制御プログラムが記憶されている。ユーザ操作により撮像装置がＯＦＦ状態から起動すると、フラッシュメモリ１５５に格納されていたプログラムがＲＡＭ１５４の一部にロードされる。メインＣＰＵ１５１はＲＡＭ１５４にロードされたプログラムに従って動作制御を行う。

図２は、焦点制御機能を有する撮像装置のフローチャートである。Ｓ２０１において、撮像装置の電源がＯＮにされると、メインＣＰＵ１５１が演算を開始する。以下の処理は、メインＣＰＵ１５１が演算を行うことで実現される。

Ｓ２０２において、撮像装置のフラグや制御変数等を初期化する。Ｓ２０３において、フォーカスレンズ１３１などの撮像光学部材を初期位置へ移動する。Ｓ２０４において、ユーザの電源ＯＦＦ操作検出を行う。電源ＯＦＦ操作を検出した場合は、Ｓ２０５において、撮像装置の電源を切るため、撮像光学部材を初期位置へ移動するよう制御し、各種フラグや制御変数等のクリアなど、後処理を行う。Ｓ２０６において、撮像装置の処理を終了する。

Ｓ２０４で電源ＯＦＦ操作が検出されなかった場合は、Ｓ２０７において、焦点検出処理を行う。焦点検出処理の詳細については、図１２を用いて後述する。Ｓ２０８において、フォーカス制御部１３３は焦点調節制御処理を行い、Ｓ２０７で決定した駆動方向、速度、位置でフォーカスレンズを駆動し、フォーカスレンズ１３１を所望の位置へ移動させる。焦点調節制御処理の詳細については、図１３を用いて後述する。

Ｓ２０９において、撮像素子１４１は被写体像を光電変換し、撮像信号処理部１４２は光電変換された被写体像に処理を施して画像信号として出力する。Ｓ２１０において、ユーザの記録ボタン押下を検出することにより、記録中であるか否かを確認する。記録中でない場合は、Ｓ２０４へ戻り、記録中である場合は、Ｓ２１１において、撮像信号処理部１４２から出力された画像データを画像圧縮解凍部１５３が圧縮処理し、画像記録媒体１５７へ記録した後、Ｓ２０４へ戻る。

次に、本実施形態における位相差検出方法について説明する。図３（Ａ）は、瞳分割機能を有する撮像素子１４１の画素の構成の一例を示す図である。光電変換素子３０は、１画素につき２つの光電変換素子３０−１、３０−２に分割されて配置することにより、瞳分割機能を持たせている。オンチップマイクロレンズ３１は、光電変換素子３０に効率良く光を集める機能を持ち、光電変換素子３０−１、３０−２の境界に光軸が合うように配置されている。光電変換素子３０−１と３０−２は、撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束をそれぞれ受光する。その他、１画素内には、平坦化膜３２、カラーフィルタ３３、配線３４、層間絶縁膜３５が設置される。なお、本実施形態では１画素を２分割する例を示したが、分割数はこれに限定されるものではない。

図３（Ｂ）は、撮像素子１４１の構成を示す図である。撮像素子１４１は、上述の構成の画素を複数配列することで形成される。また、撮像を行うために、各画素にＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルタが交互に配置され、４画素が一組の画素ブロック４０とする、所謂ベイヤー配列のカラーフィルタが配置されている。図３（Ｂ）において、Ｒ、Ｇ、Ｂに続いて示される１あるいは２は、光電変換素子３０−１、３０−２に対応する数値である。

図３（Ｃ）は、撮像素子１４１での光学原理図である。５０は図３（Ｂ）中のＡ−Ａにおける断面図である。撮像素子１４１は撮影光学系の予定結像面に配置されている。オンチップマイクロレンズ３１の作用によって、各光電変換素子３０−１、３０−２は撮影光学系の瞳の異なる位置を透過した光束を受光する。光電変換素子３０−１は主に撮影光学系の瞳の図中右方を透過する光束を受光する。光電変換素子３０−２は主に撮影光学系の瞳の図中左方を透過する光束を受光する。

図４は、撮像素子１４１から見た、撮影光学系の瞳６０を示した図である。図４では、図３における光電変換素子３０−１の感度領域（以下、Ａ像瞳という）６１−１、光電変換素子３０−２の感度領域（以下、Ｂ像瞳という）６１−２が示されている。また、６２−１、６２−２はそれぞれＡ像瞳とＢ像瞳の重心位置を示している。

撮像処理を行う場合は、同一画素において、同一色のカラーフィルタが配置された２つの光電変換素子の出力を加算することにより、画像信号を生成することが可能である。焦点検出処理を行う場合は、画素ブロック４０内の光電変換素子３０−１に対応する光電変換素子からの出力を積算することにより、焦点検出のためのＡ像信号の１画素として扱う。これを図３（Ｂ）の画素ブロック４０、４１、４２のように、横方向に取得したものをＡ像信号とする。同様に、光電変換素子３０−２に対応する光電変換素子からの出力を積算したものを、焦点検出ためのＢ像信号の１画素として扱う。これを横方向に取得したものをＢ像信号とする。このＡ像信号、Ｂ像信号によって、一対の位相差検出用信号を生成する。なお、１画素を生成する際には、適度な範囲で図中縦方向にライン加算したものを用いても良い。

図５は、焦点検出エリアを示す図である。図５に示すように、撮像画角７０に対して、焦点検出エリア７１を設け、焦点検出エリア７１に対して、上述の一対の位相差検出用信号の生成を行い、焦点検出を行う。なお、焦点検出エリアは、撮像画角７０上において、複数設定することも可能である。ここでは、撮像素子１４１を構成する全画素について２つの光電変換素子を設け、焦点検出エリアに該当する領域から位相差検出用信号の生成を行うが、焦点検出エリアに該当する領域のみに対して、図３（Ａ）の構造を持つように撮像素子１４１を構成しても良い。

図６に、Ａ像信号、Ｂ像信号（以下、まとめて像信号という）の例を示す。縦軸は像信号のレベルを表し、横軸は画素位置を表す。図中のグラフ曲線Ｗ１はＡ像信号を表し、グラフ曲線Ｗ２はＢ像信号を表す。生成した一対の位相差検出用信号の位相差Ｘは撮影レンズの結像状態（合焦状態、前ピン状態、後ピン状態） により変化する。撮影光学系が合焦状態においては２つの像信号の位相差は無くなり、前ピン状態と後ピン状態では異なる方向の位相差が生じる。さらに位相差は撮影光学系により被写体像が結像している位置とマイクロレンズ上面との距離、いわゆるデフォーカス量と一定の関係がある。

そこで、２つの像信号（一対の像信号）に対して相関演算が行われる。この相関演算では、画素をシフトさせながら２つの像信号の相関値が演算され、相関値が最大になる位置同士の差が相対的位置ずれ量として算出される。相関演算はメインＣＰＵ１５１で行われる。この位相差から撮影光学系のデフォーカス量を求め、合焦状態になるようなフォーカスレンズ駆動量を算出することで焦点調節を行う。

相関演算によって算出される位相差からデフォーカス量への変換について説明する。図７（Ａ）は、絞り開口径が大きい状態（例えばＦ２）での、撮影レンズおよび撮像素子１４１の光学系を表した図である。被写体８０に対する予定結像面ｐ０の光軸上に焦点検出面位置ｐ１がある。図７（Ｂ）は、ｐ１での像信号を示している。光学系によって位相差とデフォーカス量との関係は決まり、デフォーカス量は位相差Ｘに比例係数をかけることにより算出することができる。この比例係数は、Ａ像瞳とＢ像瞳の重心位置に基づいて算出される。焦点検出面がｐ１からｐ２に動いた場合には、ｐ０、ｑ２、ｑ３の三角形とｐ０、ｑ２´、ｑ３´との三角形の相似に従って、位相差が変化するため、焦点検出面位置ｐ２でのデフォーカス量を算出することが可能である。デフォーカス量に基づいて、メインＣＰＵ１５１は被写体に対して合焦状態を得るためのフォーカスレンズ位置を算出する。

上記では絞り開放状態として説明を行ったが、実際には、絞り開口径は変化し、Ａ像瞳とＢ像瞳は絞り１０３の開口径の大きさによって制限される。特に動画の場合、撮像のために絞りを絞り込んでいる状態では、通常、焦点検出のために絞りを開いた状態に変化させる動作を行うことはできない。

図８（Ａ）は、絞り開口径が小さい状態（例えばＦ１１）での、撮影レンズおよび撮像素子１４１の光学系を表した図である。図８（Ｂ）は、ｐ１での像信号を示している。図９は、絞り開口径が小さい状態での撮影光学系の瞳を表す図である。絞り開口径が小さい状態での撮影光学系の瞳６３は、絞り開口径が大きい状態での撮影光学系の瞳６０より小さくなる。それに伴い、瞳６３におけるＡ像瞳６４−１の重心位置６５−１とＢ像瞳６４−２の重心位置６５−２との間の距離は、瞳６０におけるＡ像瞳の重心位置６２−１とＢ像瞳の重心位置６２−２との間の距離よりも短くなる。

絞り１０３によって周囲の光束にケラレが発生することにより、Ａ像瞳とＢ像瞳の重心は、絞り開口径が大きい状態のときより短くなる。そのため、絞り開口径が小さい状態での比例係数は、絞り開口径が大きい状態の時より大きくなる。

また、絞り開口径が小さい状態では、絞り開口径が大きい状態に比べ、Ａ像瞳とＢ像瞳の重心が近くなったことにより、撮影レンズが最もデフォーカスした場合での２つの像信号の位相差は小さくなる。図１０は、ある撮影レンズを例としたときの、最もデフォーカスした場合の位相差を絞り開口径に応じて示したものである。横軸に絞り開口径に関するＦ値をとり、縦軸に相関演算において位相差を算出するのに必要なシフト量を示している。相関演算のシフトの範囲を、撮影レンズの駆動範囲における最大デフォーカスまでとれば、デフォーカス量を算出することが可能である。そのため、絞り開口径によって必要な相関演算のシフトの範囲が変化する。相関演算のシフトの範囲を広くとった場合、絞り開口径が大きい状態のデフォーカス量を算出することが可能となるが、絞り開口径が小さい状態では、不必要な範囲まで相関演算することになり、演算に余計な時間がかかってしまう。一方、相関演算のシフトの範囲を狭くとった場合には、絞り開口径が大きい状態において、デフォーカス量を求めるための演算範囲が足りなくなる場合がある。そこで、絞り開口径に応じて、相関演算のシフトの範囲を可変とする。

なお、図５に示す焦点検出エリアに対して焦点検出を行う場合、デフォーカス量に応じて、Ａ像信号とＢ像信号は光軸を中心として対称に変化する。焦点検出エリアを一定に保つため、図１１に示すように、基準となるＡ像信号の位置を変化させながら、Ｂ像信号との相関演算を行う。図１１（Ａ）は、絞り開口径が大きい状態で、相関演算のシフトの範囲を広くとった場合、図１１（Ｂ）は、絞り開口径が小さい状態で、相関演算のシフトの範囲を狭くとった場合を示している。

図１２は、本実施形態における焦点検出演算のフローチャートである。この処理は、メインＣＰＵ１５１とフォーカス制御部１３３により実施され、図２中のＳ２０７の処理に該当する。

Ｓ１２０１において、焦点検出演算が開始されると、Ｓ１２０２において、撮影光学系の現在の絞り開放径に関する情報（本実施形態ではＦ値）を取得する。交換レンズ式の場合は、装着されたレンズユニットと通信を行うことにより絞り開放径に関する情報を取得する。Ｓ１２０３において、Ｓ１２０２で取得した絞り開放径に関する情報に基づき、図１０に示す相関演算の必要探索範囲αを決定する。すなわち、絞り開放径に関する情報に基づき、像信号の取得範囲を決定する。この必要探索範囲αの算出にあたっては、メインＣＰＵ１５１がＦ値に応じた必要範囲のテーブルを記憶しておくことにより行う。Ｓ１２０４において、必要探索範囲αと、相関を算出するβ画素を合わせた画素数分のＡ像信号（基準像）およびＢ像信号（参照像）を取得する。

Ｓ１２０５において、取得した像信号に対して前補正処理を行う。この前補正処理は、読み出した像信号に対する補正処理と、平均化フィルタ、エッジ強調フィルタなどの像信号のフィルタ処理とを含む。Ｓ１２０６において、フィルタをかけたＡ像信号のうち、シフト量に応じた位置の画素から、β画素数分のＡ像を取得する。Ｓ１２０７において、フィルタをかけたＢ像信号のうち、シフト量に応じた位置の画素から、β画素数分のＢ像を取得する。そして、Ｓ１２０８において、相関量を算出する。なお、相関を算出するβ画素は所定の固定値でも良く、また、被写体の大きさに合わせた可変の値でも良い。

Ｓ１２０９において、シフト量が探索範囲αに達したか否かを判定する。シフト量が探索範囲αに達していない場合には、Ｓ１２０６〜Ｓ１２０９のステップを繰り返すことで、１画素ずつＡ像とＢ像をシフトさせながら、相関量（相関値）を算出する。シフト量が探索範囲αに達したら、Ｓ１２１０において、相関が最も高くなるシフト量を算出する。

相関値を算出する際には、２つの像信号を重ねて、それぞれ対応する信号同士を比較し、小さい方の値の累積を取得する。なお、大きい方の値の累積を取得しても良い。また、２つの信号の差分を取得しても良い。累積は相関を指し示す指標となり、小さい方の値の累積を取得した場合には、この値が最も大きいときが相関の高いときである。なお、大きい方の値の累積を取得した場合、あるいは差分を取得した場合には、この値が最も小さいときが相関の高いときとなる。

ここでは、小さい方の値の累積を取得した場合について説明する。まず、２つの像信号を重ねた状態での相関値（以下、相関値１とする）を小さい方の値の累積に基づいて算出する。次に、１画素シフトさせて相関値（以下、相関値２とする）を算出する。このとき、相関が高くなる方向へ画素をずらすので、相関値２から相関値１を引いたもの（以下、相関量差とする）は正となる。このように、相関が最も高くなるシフト量までは、現在のシフト量と、その１つ手前のシフト量での相関量差は正となる。相関が最も高くなるシフト量を過ぎると、２つの像信号の相関がなくなっていくため、相関量差は負に転じる。この相関量差が正から負に転じる際のシフト量が、相関が最も高くなるシフト量である。

Ｓ１２１０において、相関が最も高くなるシフト量を算出した後、そのシフト量と前後のシフト量での相関値を用いて補間演算を行い、１シフト以内の補間値を算出する。補間値は、前述の相関量差が正から負に転じる部分において、正の部分を正から負の絶対値で割ることにより求められる。このシフト量と補間値との和を位相差とする。

Ｓ１２１１において、算出した位相差の信頼性を評価する。この信頼性は、像信号のコントラストや、２つの像信号の一致度等で算出される。

Ｓ１２１２において、算出した信頼性の評価を行う。所定の閾値に対し信頼性が大きければ、位相差は十分に信頼できるものとし、Ｓ１２１３において、算出した位相差よりデフォーカス量を算出する。一方、信頼性が所定の閾値以下であれば、位相差は信頼できないものとし、Ｓ１２１４において焦点検出はＮＧとする。Ｓ１２１５において、処理を終了する。

図１３は、図１２中のＳ１２１３で算出したデフォーカス量に基づく焦点調節制御処理のフローチャートである。焦点調節制御処理が開始されると、メインＣＰＵ１５１が演算を行い、メインＣＰＵ１５１の指示に基づいて、フォーカス制御部１３３がフォーカスモータ１３２の制御を行う。図１３のフローチャートで示される処理は、図２中のＳ２０８の処理に該当する。

Ｓ１３０１において、焦点調節制御が開始されると、Ｓ１３０２において、図１２で算出したデフォーカス量を取得する。Ｓ１３０３において、デフォーカス量からフォーカスレンズ駆動量の算出を行う。このレンズ駆動量の算出には、レンズ駆動方向と速度の算出も含む。Ｓ１３０４において、デフォーカス量の絶対値が所定値以下か否かを判断する。所定値以下ではないと判断される場合は、Ｓ１３０５へステップを移す。所定値以下と判断される場合はＳ１３０６へステップを移す。

Ｓ１３０５において、フォーカスレンズは合焦位置にあると見なされないため、Ｓ１３０３で算出したレンズ駆動量に従ってフォーカスレンズを駆動し、Ｓ１３０７へステップを移す。以後、図２のフローに従って、焦点検出処理と焦点調節制御処理を繰り返す。Ｓ１３０６において、フォーカスレンズ位置は合焦位置にあると見なされるため、レンズ駆動を停止し、Ｓ１３０７へステップを移す。以後、図２のフローに従って、焦点検出処理を行い、デフォーカス量が所定値を超えた場合には、フォーカスレンズを駆動する。

以上のように、本実施形態では、撮像素子を用いて位相差検出方式の焦点検出を行う際、絞りの情報に応じて焦点検出の探索範囲を変更する。これにより、絞り開口径が大きい状態での検出精度を向上させるとともに、絞り開口径に応じて位相差検出にかかる演算時間を短縮することができる。

（第２の実施形態）
本発明におけるその他の実施形態を示す。第１の実施形態では、撮影光学系の絞り開口径に応じて、焦点検出の探索範囲を変更する例を説明した。第２の実施形態では、撮影光学系の絞り開口径のみではなく、フォーカスレンズの駆動範囲などと組み合わせて焦点検出の探索範囲を決定する方法について説明する。説明の便宜上、第１の実施形態と同一の内容については、同一の符号を用いて説明を割愛する。

本実施形態の撮像装置は交換レンズ方式であるものとする。交換レンズ方式とは、図１に示すレンズユニット１０１が交換可能なものであり、撮影シーンに応じて、適切なレンズユニット１０１を装着することにより、好適な撮影を行うことが可能である。ここで、レンズユニット１０１が交換されることにより、通常フォーカスレンズ１３１の駆動範囲も変化する。そのため、このような交換レンズ方式の撮像装置に対して、フォーカスレンズの駆動範囲も考慮して焦点検出のための必要探索範囲を求める。

図１４は、本実施形態における焦点検出処理のフローチャートである。図１４の処理は、図２のＳ２０７において、図１２の処理に代わって行われる。

Ｓ１４０１において、焦点検出処理が開始されると、Ｓ１４０２において、レンズユニットと通信することによりフォーカスレンズの駆動範囲の情報を取得する。Ｓ１４０３において、Ｓ１４０２で取得したフォーカスレンズの駆動範囲に応じて、必要範囲倍率γを決定する。図１５では、フォーカスレンズ駆動範囲に対する必要探索倍率γをグラフで示している。図示されているように、フォーカスレンズ駆動範囲が大きくなるほど、必要探索倍率γが大きくなる。

Ｓ１４０４において、レンズユニット１０１から絞り開放径の情報（本実施形態では現在のＦ値）を取得する。Ｓ１４０５において、Ｓ１４０４で取得した絞り開放径の情報より、相関演算の必要探索範囲αを決定する。Ｓ１４０６において、必要探索範囲αと必要範囲倍率γの積と、相関を算出するβ画素を合わせた画素数分のＡ像信号およびＢ像信号を取得する。Ｓ１４０７以降の処理は、図１２中のＳ１２０５以降の処理と同様のものとする。

以上のように、本実施形態では、絞り開口径に応じた焦点検出の探索範囲の設定方法に加え、フォーカスレンズの駆動範囲に応じて探索範囲を設定する。これにより、交換レンズに応じてより適切な焦点検出演算が可能である。

なお、本実施形態では、交換レンズからフォーカスレンズの駆動範囲を取得して必要探索範囲を設定する場合について説明したが、フォーカスレンズの現在位置から端位置までの距離情報を取得して用いるようにしてもよい。この場合、交換レンズの種類だけでなく、フォーカスレンズ位置の状況に応じて必要探索範囲を設定できるため、より適切な焦点検出演算が可能になる。

また、本実施形態では、必要探索範囲と、相関を算出するβ画素を合わせた画素数分のＡ像信号およびＢ像信号を取得するものとしたが、必要探索範囲と、相関を算出するβ画素にマージン分の画素を加算した画素数分を取得しても良い。また、取得する画素数にそれぞれ上限、下限を設定しても良い。画素数の上限は、撮像装置に搭載されるメモリの容量や、一回の焦点検出演算で許容できる演算時間などの条件から算出される。下限は、焦点検出演算の精度を保証するために必要な画素数から算出される。

また、絞り開口径が小さい状態では、位相差検出にかかる演算時間を短縮できるため、その分の時間に応じて、撮像素子上の焦点検出エリア数を増やしても良い。また、絞り開口径が小さい場合に限定して、画素配列を高分解能にして位相差検出演算を行っても良い。具体的には、画素値取得時に信号の間引き読み出しを行っているような場合に、間引きをしないなどが挙げられる。また、絞り開口径が小さい時に限定して、上述の前補正処理を行うようにしても良い。これらの処理は、例えば絞り開口径が所定の閾値より小さい場合に行うようにする。

また、本実施形態は、撮像素子の画素の受光部を２分割することで焦点検出を行う場合について述べたが、撮像素子中に半開口の焦点検出用の画素を設ける構成にて焦点検出を行う場合についても同様に適用することが可能である。本実施形態は、撮像素子に位相差検出機能を付与する構成であれば、同様の効果を得ることが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１ レンズユニット
１０３ 絞り
１３１ フォーカスレンズ
１３３ フォーカス制御部
１３５ 位相差ＡＦ処理部
１４１ 撮像素子
１５１ メインＣＰＵ

Claims (7)

1. フォーカスレンズを含む撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束をそれぞれ受光可能な複数の画素を備え、前記複数の画素から一対の像信号を出力する撮像素子と、
   前記一対の像信号の位相差を算出し、算出した位相差に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する制御手段と、
   前記撮影光学系の絞りに関する情報に基づいて、焦点検出のための像信号の取得範囲を設定する設定手段とを有し、
   前記制御手段は、前記設定手段により設定された範囲に対応する前記複数の画素から出力される一対の像信号を用いて位相差を算出することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記設定手段は、前記絞りの開口径が第１の大きさの場合、前記絞りの開口径が当該第１の大きさより大きい第２の大きさの場合と比較して、焦点検出のための像信号の取得範囲を小さく設定することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記設定手段は、前記絞りに関する情報と前記フォーカスレンズの駆動範囲についての情報に基づいて、焦点検出のための像信号の取得範囲を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の焦点検出装置。
4. 前記撮影光学系を備えたレンズユニットを着脱可能であって、
   前記制御手段は、装着されたレンズユニットから前記フォーカスレンズの駆動範囲についての情報を取得することを特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
5. 前記設定手段は、前記絞りの開口径が所定値より小さい場合、前記撮像素子上において像信号の取得範囲を複数設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記制御手段は、前記絞りの開口径が所定値より小さい場合、より高い分解能で前記複数の画素から像信号を出力するよう制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. フォーカスレンズを含む撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した対の光束をそれぞれ受光可能な複数の画素を備え、前記複数の画素から一対の像信号を出力する撮像素子を備えた焦点検出装置の制御方法であって、
   前記一対の像信号の位相差を算出する算出ステップと、
   算出した位相差に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する制御ステップと、
   前記撮影光学系の絞りに関する情報に基づいて、焦点検出のための像信号の取得範囲を設定する設定ステップとを有し、
   前記制御ステップにおいて、前記設定ステップにより設定された範囲に対応する前記複数の画素から出力される一対の像信号を用いて位相差を算出することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。

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