JP2016012101A - コントラストａｆ機能を備えたカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト方式に基づく焦点検出処理において、迅速かつ精度よく焦点検出を行う。
【解決手段】コントラスト式ＡＦ処理を実行可能なデジタルカメラにおいて、ＡＦ処理のとき、絞り値の変更、絞り値の変更とフィルタ退避、もしくは絞り値の変更と補助光源点灯を行う。コントラストピークの位置が焦点移動方向に沿ってＡＦ処理開始地点に近づく方向へシフトさせ、コントラストピーク検出までの焦点移動距離を短くする。そして、検出されたコントラストピークの位置に対し、ピーク位置ずれ距離分だけ補正し、合焦位置を求める。
【選択図】図７

Description

本発明は、デジタルカメラなどのＡＦ（オートフォーカス）処理に関し、特に、コントラスト方式による焦点検出に関する。

デジタルカメラなどでは、フォーカスレンズを駆動することによって自動的に被写体像を合焦させるＡＦ装置が備えられている。コンパクト型カメラ、ミラーレス型カメラなどの場合、撮影用イメージセンサを用いたコントラスト方式（山登り方式）に従ったＡＦ処理を行う。そこでは、フォーカスレンズを一方向に移動させながら、イメージセンサから読み出される画像信号の輝度差（コントラスト）を検出し、輝度差がピークとなる位置を合焦位置と判断する。

コントラスト方式の場合、フォーカスレンズをピントのある方向と関係なく連続駆動し、コントラストピーク検出後にフォーカスレンズをピント位置へ逆駆動するため、位相差方式に比べて焦点調整に時間がかかる。焦点調整の時間を短縮するため、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの色収差を利用し、Ｇ成分以外の色成分から成る画素信号に基づいてコントラストのピーク位置を検出する方法が知られている（特許文献１参照）。

他の色成分のピーク位置がＧ成分の画素信号によるピーク位置からずれていることを利用することにより、コントラストピーク検出が早く達成される。そして、そのピーク位置から色収差を考慮した所定の補正距離分だけシフトした位置を合焦位置と定め、フォーカスレンズを駆動する。

特許第３９６０６４７号公報

イメージセンサのカラーフィルタアレイは通常ベイヤー配列であり、Ｇ成分の画素信号の割合が高く、Ｒ、Ｂ成分の分光感度特性は相対的に低い。そのため、被写体の輝度レベルが低い場合、精度よく合焦位置を検出することが難しい。また、撮影レンズの種類によって色収差の特性も相違するため、合焦位置補正の演算も煩雑な処理となる。

したがって、被写体の明るさ、イメージセンサの分光感度特性などに関係なく、コントラスト方式による焦点調整を精度よく迅速に実行できることが求められる。

本発明のカメラは、撮影光学系を通った被写体光を、光学ファインダへ導く可動ミラーなどのミラーと、光学ファインダに導かれた被写体光が結像される２次元撮像素子とを備える。例えば、２次元撮像素子は被写体の明るさを測定する測光センサによって構成可能である。

さらに本発明のカメラは、２次元撮像素子に入射する被写体光の露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更可能な光調整部と、２次元撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラスト方式による焦点検出を実行する焦点検出部と、コントラスト方式に従って撮影光学系を駆動させ、合焦動作を実行する焦点調整部とを備える。

ここで、「２次元撮像素子に入射する被写体光の露光量、および／もしくはスペクトル分布特性」とは、絞り変化による露光量の変更、フィルタ配置／除去による２次元撮像素子に到達する被写体光の分光分布特性の変更、特定波長域の光の照射による被写体光の分光分布特性の変更など、被写体光の光束、を表す。

本発明では、ＡＦ処理が実行されるとき、光調整部が、コントラスト方式に従う撮影光学系の焦点移動方向に沿ってコントラストピークがより早く現れるように、露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更する。焦点検出部は、変更された被写体光に基づいてコントラスト値を算出し、露光量および／もしくはスペクトル分布特性の変更に応じて、検出されたコントラストピークの位置を補正し、合焦位置を求める。

露光量、スペクトル分布特性を変更する方法は様々であるが、コントラストピークがより早く現れる方法は、焦点移動方向に影響される。したがって、光調整部は、焦点移動方向に応じて、露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更するか否かを判断するのがよい。光調整部は、焦点移動方向に応じて、絞りの絞り値（Ｆ値など）を変更することが可能である。絞りは撮影光学系に含まれる絞りを使用すればよい。

例えば光調整部が、近接点側から無限遠側へ向けた焦点移動方向のとき、絞りの絞り値を、焦点移動前の絞り値よりも大きくすることが可能である。ここで、「焦点移動前の絞り値」は、ＡＦ処理直前までの絞り値、ＡＦ処理期間に対して定められた所定値など、仮にコントラストピークシフトを行わない場合の絞り値を表す。一方、光調整部は、無限遠側から近接点側へ向けた焦点移動方向のとき、絞りの絞り値を、焦点移動前の絞り値よりも小さくすることも可能である。

また、光調整部は、被写体光の赤外光成分を透過させないフィルタと、フィルタを光路上もしくは光路外へ位置決め可能なフィルタ位置決め部とを設けることが可能である。光調整部は、焦点移動方向に応じて、フィルタの位置を制御する。

たとえば、光調整部は、近接点側から無限遠側へ向けた焦点移動方向のとき、フィルタを光路外に配置させる。２次元撮像素子が、Ｒ、Ｇ、Ｂに応じた画素信号を出力する場合、記焦点検出部が、赤外成分の画素信号が含まれるＧ成分の画素信号のコントラスト値に基づいて、コントラストピークを検出することが可能である。

また、光調整部は、Ｒに応じた長波長光を放射する補助光源を設けてもよい。光調整部が、焦点移動方向に応じて、補助光源の発光／非発光を制御する。たとえば、光調整部が、近接点側から無限遠側へ向けた焦点移動方向のとき、補助光源を発光させる。２次元撮像素子が、Ｒ、Ｇ、Ｂに応じた画素信号を出力する場合、焦点検出部が、補助光源によるＲ成分が含まれるＧ成分の画素信号のコントラスト値に基づいて、コントラストピークを検出することが可能である。

本発明の他の態様における焦点検出装置は、一眼レフ型カメラ、コンパクト型カメラ、ミラーレス型カメラ、スマートフォンなど様々な撮影装置に適用可能であり、撮影光学系を通った被写体光が結像される２次元撮像素子と、２次元撮像素子に入射する被写体光の露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更可能な光調整部と、２次元撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラスト方式による焦点検出を実行する焦点検出部とを備え、光調整部が、コントラスト方式に従う撮影光学系の焦点移動方向に沿ってコントラストピークがより早く現れるように、露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更し、焦点検出部が、露光量および／もしくはスペクトル分布特性の変更に応じて、検出されたコントラストピークの位置を補正し、合焦位置を求める。

本発明の他の態様における焦点検出方法は、撮影光学系を通った被写体光が結像される２次元撮像素子に入射する被写体光の露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更し、２次元撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラスト方式による焦点検出を実行する焦点検出方法であって、コントラスト方式に従う撮影光学系の焦点移動方向に沿ってコントラストピークがより早く現れるように、露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更し、露光量および／もしくはスペクトル分布特性の変更に応じて、検出されたコントラストピークの位置を補正し、合焦位置を求めることを特徴とする。

本発明によれば、コントラスト方式に基づく焦点検出処理において、迅速かつ精度よく焦点検出を行うことができる。

本実施形態であるデジタルカメラの概略的内部構成図である。 デジタルカメラのブロック図である。 光学ファインダを通じて視認される合焦枠を示した図である。 位相差式の測距センサの焦点検出範囲を示した図である。 測光センサにおけるＡＦ枠を示した図である。 測光センサの分割合焦エリアを示した図である。 コントラスト式ＡＦ処理時のタイミングチャートである。 ＡＦ処理のフローチャートである。 図５のステップＳ１０７におけるコントラスト式焦点検出処理のサブルーチンである。 異なる絞り値での焦点位置とコントラスト値との関係を示した図である。 Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＩＲ（赤外）それぞれにおける焦点位置とコントラスト値の関係を示した図である。 Ｇ成分と赤外成分とを合わせたコントラスト値と焦点位置との関係を示した図である。 Ｇ成分と赤外成分とを合わせたコントラスト値と焦点位置との関係を示した図である。

以下では、図面を参照して本実施形態であるデジタルカメラについて説明する。

図１は、本実施形態であるデジタルカメラの概略的内部構成図である。

デジタルカメラ１０は、撮影光学系１２を収容する撮影レンズ（鏡筒）１１を本体１０Ｂへ着脱自在に装着可能な一眼レフ型カメラであり、モードダイヤル、設定ボタン（いずれも図示せず）に対する操作によって、撮影モード、再生モードなどが設定可能である。撮影光学系１２は、ズームレンズ１２Ａ、絞り１２Ｂ、フォーカスレンズ１２Ｃを含む。

電源ＯＮ状態となって撮影モードが設定されると、被写体からの反射光が、撮影光学系１２を通過し、その一部がクイックリターンミラー（可動ミラー）１９によって光学ファインダ１５の方向へ導かれる。また、反射光の一部は、クイックリターンミラー１９を透過し、ハーフミラー１７によってＡＦセンサモジュール１８へ導かれる。ＡＦセンサモジュール１８は、位相差式焦点検出に対応した測距センサ１８Ａを備えており、２次元測距センサ１８Ａは、ＣＣＤなどの撮像素子によって構成される。

光学ファインダ１５のピント板１５Ｅに入射した光は、光学ファインダ１５の第１反射面１５Ａ、ハーフミラー１５Ｂで反射し、フォーカシングスクリーン１５Ｃを経由して接眼レンズ１５Ｄから射出する。これにより、ユーザは接眼レンズ１５Ｄを通じて被写体像を確認することができる。また、ハーフミラー１５Ｂを透過する被写体光の一部が、光学ファインダ１５傍に配置されたＡＥセンサモジュール２０の測光センサ（２次元撮像素子）２０Ａへ導かれ、被写体光が測光センサ２０Ａの受光面上において結像される。

レリーズボタン（図示せず）が操作されると、一連の撮影動作が行われる。すなわち、レリーズボタンの半押しにより、ＡＦ処理、測光、露出演算処理が実行され、レリーズボタン全押しに応じて、クイックリターンミラー１９のアップ動作、絞り１２Ｂの駆動、シャッタ１３の開閉動作が実行され、被写体光がイメージセンサ（撮影用撮像素子）１４の受光面に結像される。

再生モードが設定された場合、本体１０Ｂの背面側に設置されたイメージＬＣＤ６０に記録画像を再生表示することができる。撮影モードにおいては、シースルー画像を動画像としてイメージＬＣＤ６０に表示し、イメージセンサ１４、測光センサ２０Ａによって得られる被写体像を表示可能である。

メニュー設定モードが選択されると、ユーザは、焦点検出方式としてコントラスト式焦点検出、位相差式焦点検出いずれを入力操作によって選択、設定することができる。さらに、コントラスト式焦点検出が設定された場合、ＡＦ処理時における表示モードとして、光学ファインダ１５を利用する光学ファインダモードと、イメージＬＣＤ６０を利用するライブビュー表示モードを選択、設定することができる。

測光センサ２０Ａの受光面上方には、赤外光を透過しないフィルタ２２が配置されており、フィルタ２２は、モータ２３によって移動可能であり、光路上、光路外いずれか一方へ選択的に位置決めされる。また、デジタルカメラ１０の前方には補助光源２４が設けられており、赤（Ｒ）の光に応じた長波長（６００ｎｍ以上）の光を被写体方向に向けて照射する。フィルタ２２は、赤外線吸収フィルタ、あるいは赤外線カットフィルタによって構成可能である。補助光源２４は、例えばＬＥＤによって構成される。

図２は、デジタルカメラのブロック図である。

ＣＰＵを含むコントローラ３０は、露出制御部３２、ファインダＬＣＤ３３、撮影レンズ駆動部３６、画像信号処理回路４０などになどに制御信号を出力し、レリーズスイッチ３７によって検出されるレリーズ操作、モードダイヤルスイッチ４２、ボタンスイッチ４４などによって検出されるユーザ入力操作に基づき、露出制御、撮影／記録動作、再生表示、位相差式ＡＦ処理などカメラ全体の動作制御を行う。カメラ動作制御のプログラムは、不揮発性メモリ（図示せず）に記憶されている。

焦点検出方法として位相差式焦点検出が設定されている場合、ＡＦセンサモジュール１８によって検出される位相差に基づき、フォーカスレンズ１２ＣがＡＦドライバ３４によって駆動される。ＡＦセンサモジュール１８から出力される画素信号に基づいてデフォーカス量が算出されると、デフォーカス量に応じてフォーカスレンズ１２Ｃの光軸に沿った移動方向および駆動量が求められる。

測光センサ２０Ａは、ＣＣＤ、あるいはＣＭＯＳセンサなどで構成される２次元センサであり、測光センサ２０Ａには、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂの色要素をベイヤー配列させたカラーフィルタアレイが配置されている。測光センサ２０Ａでは、光学ファインダ１５を通じてユーザに視認される被写体像に応じた画素信号が出力され、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などによって構成される画像信号処理回路４０へ順次送られる。

測光センサ２０Ａでは、複数の分割測光エリアが規定されており、各分割測光エリアにおいて代表的輝度値（平均値など）が算出される。撮影対象となる被写体エリアの明るさが検出されると、露出制御部３２は、シャッタスピード、絞り値など露出値を演算する。そして、撮影動作時には、露出値に基づいて絞り１２Ｂ、シャッタ１３を駆動制御する。

画像信号処理回路４０は、送られてくる画素信号のＧ成分画素信号に基づいて、分割測光エリア各々の輝度値を算出し、被写体の明るさを求める。一方、ライブビュー表示、撮影動作の場合、イメージセンサ１４において生成される被写体像に応じた画素信号が、画像信号処理回路４０へ送られる。

撮影動作が行われると、画像信号処理回路４０は、イメージセンサ１４から出力された１フレーム分の画素信号に対してホワイトバランス調整、色変換処理などの画像信号処理などを施し、画像データを生成する。生成された画像データは、図示しないメモリへ一時的に格納し、圧縮、あるいは非圧縮状態でメモリカード４６に記録される。

一方、焦点検出方法としてコントラスト式焦点検出が設定されている場合、画像信号処理回路４０は、送られてくる画素信号から被写体の明るさを検出する一方、画素信号に基づいてコントラスト式焦点検出を行う。焦点検出に関するプログラムは、あらかじめＲＯＭ４８に格納されている。

具体的には、焦点位置が近接点〜無限大、無限大〜近接点のいずれか一方向に沿って連続移動するようにフォーカスレンズ１２Ｃを駆動し、焦点位置（レンズ位置）が連続的に変化する間、ＡＦ処理対象である被写体部分の輝度差であるコントラストを算出し、コントラストピークを検出する。ここでは、情報量の多いＧ成分の画素値に基づいてコントラストが算出される。そして、コントラストのピーク値が検出される位置を合焦位置として判断し、フォーカスレンズ１２Ｃを合焦位置への駆動量分だけ駆動する。コントローラ３０は、コントラスト式焦点検出によるＡＦ処理のとき、フォーカスレンズ１２Ｃを駆動制御する。

本実施形態では、コントラスト方式に従ったＡＦ処理を実行する場合、絞り１２Ｂ、フィルタ２２、補助光源２４を制御することによって、測光センサ２０Ａに入射する被写体光の露光量および／またはスペクトル分布特性を変化させる。口述するように、被写体光の特性を変更することによって、コントラストピークの位置がシフトし、ピーク検出までの時間、すなわちフォーカスレンズ駆動時間が短くなる。コントラストピークが検出されると、被写体光の変更に応じて合焦位置をシフト補正する。

被写体光の露光量および／またはスペクトル分布特性を変更する方法として、ここでは、絞り値（ここではＦ値）の変更、絞り値の変更とフィルタ退避、そして、絞り値の変更と補助光源照射という３つの方法（以下では、第１方式、第２方式、第３方式という）が用意されており、ユーザは設定メニューなどによって選択可能である。コントローラ３０は、変更方式に従い、絞り１２Ｂの開閉、フィルタ２２の移動、補助光源２４の発光を制御する。

次に、図３Ａ〜３Ｄ、図４を用いて、測距センサ１８Ａ、測光センサ２０Ａの焦点検出範囲について説明する。

図３Ａは、光学ファインダ１５を通じて視認される合焦枠を示した図である。図３Ｂは、位相差式の測距センサ１８Ａの焦点検出範囲を示した図である。

ユーザが光学ファインダ１５によって被写体像を確認するとき、ＡＦ枠Ｆ０が視認される。測距センサ１８Ａでは、図３Ｂに示すように、中央部に２０個、左右にそれぞれ２つの画素ブロックから成る分割合焦エリアＤＴ０が設定されており、図３Ａに示した光学ファインダ１５を通じて視認されるＡＦ枠Ｆ０に対応する。

図３Ｃは、測光センサ２０ＡにおけるＡＦ枠を示した図である。測光センサ２０Ａから得られる１フレーム分の画像エリアの中で、画像中心点周りに水平方向に沿った長さＸ、垂直方向に沿った長さＹの領域が、ＡＦ枠Ｆ１として規定されている。ただし、Ｘ、Ｙは、画像データの水平方向、垂直方向長さを１としたときの割合を表す。例えば、Ｘ、Ｙは、それぞれ０．４、０．３となる。

図３Ｄは、測光センサ２０Ａの分割合焦エリアを示した図である。ＡＦ枠Ｆ１は、コントラスト／輝度差に基づく合焦動作を行うエリアを示し、位相差式のＡＦセンサモジュール１８に対して規定された分割合焦エリアＤＴ０と同様、複数（ここでは６×１０）の分割合焦エリアＤＴ１がＡＦ枠Ｆ１に規定される。

各分割合焦エリアは、測距センサ１８Ａに規定された分割合焦エリアと同じ画素数からなる画素ブロックで構成されており、測光処理時の１６×１６分割測光エリアとは異なる区画で画素ブロックが構成されている。コントラスト式ＡＦ処理では、このＡＦ枠Ｆ１の中で合焦動作が実行可能であり、ＡＦ枠Ｆ１は、測距センサ１８ＡにおけるＡＦ枠Ｆ０よりも大きい。

図４は、コントラスト式ＡＦ処理時のタイミングチャートである。測光センサ２０Ａでは、１／３０秒間隔で１フレーム分の画素信号が順次読み出される。電子シャッタ機能によって電荷掃出しパルスの出力後、露光期間ＥＴによる露光により、１フレーム分の画素信号が生成される。

フォーカスレンズ１２Ｃを駆動する駆動パルス信号ＤＳは、垂直同期信号ＶＤの立下りに同期して出力される。測光センサ２０Ａから出力される１フレーム分の画素信号に基づいて繰り返し合焦判断され、ピーク位置検出まで駆動パルス信号ＤＳが出力される。駆動パルス信号ＤＳのパルス数は、フォーカスレンズ１２Ｃの繰り出し量などに基づいて定められる。

測光センサ２０Ａを用いたコントスト式ＡＦ処理と、ＡＦセンサモジュール１８を用いた位相差式ＡＦ処理は、上述したようにユーザ設定で選択可能であるとともに、撮影状況に応じて切り替えら設定される。以下、図５、６を用いて、ＡＦ処理について説明する。

図５は、ＡＦ処理のフローチャートである。なお、ここでは、測光センサ２０Ａによる被写体像をライブビュー表示するモードが設定されている。

レリーズボタンが半押しされると、ＡＦ方式としてコントラスト方式と位相差方式のいずれの方式が設定されているか判断される（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。コントラストＡＦ方式が選択、設定されていると判断されると、ステップＳ１０７へ進み、後述するコントラスト方式のＡＦ処理が実行される。一方、従来の位相差ＡＦ方式が設定されている場合、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、ユーザによってあらかじめ設定されたＡＦエリアが検出される。そしてステップＳ１０４では、検出されたＡＦエリアが位相差式ＡＦにおける合焦判断可能な領域から外れているか否かが判断される。ＡＦエリアは、所定数の分割合焦エリアから構成され、ＡＦ対象となる被写体領域を規定する。ここでは、４つの分割合焦エリアによってＡＦエリアを定めている。

図３Ｂ、図３Ｄに示すように、位相差式ＡＦ処理において合焦判断できる領域は、コントラスト式ＡＦ処理において定められる領域よりも狭い。したがって、ユーザによって設定されたＡＦエリアが位相差式ＡＦの合焦判断可能領域を超える場合、コントラストＡＦ方式に切り替えられ、ステップＳ１０７へ進む。

ユーザによってＡＦエリアＴ１が画像中心位置から右上方向へ切り替えられた場合、その位置でのＡＦエリアは位相差式ＡＦの合焦判断可能領域を超える（図３Ｂ参照）。そのため、位相差式ＡＦからコントラスト式ＡＦに切り替えられる。

ステップＳ１０５では、位相差式ＡＦ処理が実行される。このとき、ＡＦ処理対象となる被写体が位相差式ＡＦ処理の場合に合焦判断困難な被写体である場合、焦点検出不能と判断し、位相差式ＡＦ方式からコントラスト式ＡＦ方式に切り替えられる（Ｓ１０６）。

例えば、空間周波数の高いパターンが繰り替えられる被写体の場合、位相差式ＡＦ処理では合焦状態であるか否かが判断困難となるため、コントラスト式ＡＦ方式に切り替えられる。ステップＳ１０７のコントラスト式ＡＦ処理へ進むと、図６のサブルーチンが実行開始される。

図６は、図５のステップＳ１０７におけるコントラスト式焦点検出処理のサブルーチンである。

ステップＳ２０１では、ＡＦエリア設定処理が実行される。例えば、図３Ｃに示したＡＦ対象範囲内で顔が検知された場合、あるいは、ユーザが特定のＡＦエリアＴ１を選択した場合、そのエリアが設定される。顔検知、ユーザ設定のないデフォルト状態では、ＡＦ枠Ｆ１の全体をＡＦエリアＤＴ１として設定する。

ステップＳ２０２では、ＡＦスキャン方向、すなわち、コントラスト方式に従って焦点位置を連続的に移動させる方向が、無限遠側から近接点側の方向か、それとも近接点側から無限遠側の方向かが判定される。ここでは、ＡＦ処理開始時の焦点位置に基づいて設定される。焦点位置が被写体距離１ｍ付近に応じた焦点位置よりも短い場合、焦点が無限遠方向へ移動するように設定され、それ以外は焦点が近接点方向へ移動していくように設定される。

ステップＳ２０３では、第１方式が設定されているか否か、すなわち絞り値のみ変更するのか否かが判断される。第１方式が設定されている場合、ステップＳ２０５へ進み、ＡＦスキャン方向に応じて、ＡＦ処理開始直前における絞り値がＡＦ処理開始に合わせて変更される。具体的には、ＡＦスキャン方向が近接点側から無限遠に向かう方向である場合、絞り値がより大きくなる、すなわち絞り開口量がより小さくなるように変更される。一方、ＡＦスキャン方向が無限遠側から近接点に向けた方向である場合、絞り値がより小さくなる（絞り開口量が大きくなる）ように変更される。なお、あらかじめＡＦ処理時に定められた絞り値からの変更を行ってもよい。

図７は、異なる絞り値での焦点位置とコントラスト値との関係を示した図である。

絞り値を変更させると、測光センサ２０Ａに入射する光束が変化し、ケラレなどによって被写体光の光量が変化する。絞り値が大きくなる（絞り開口度合いが小さくなる）に従い、コントラストピークの検出位置は無限遠側にシフトする。

図７に示すように、ＡＦ処理開始直前の絞り値「１」（例えば、Ｆ値＝５）に対し、より大きな絞り値「２」（例えばＦ値＝８）が設定されると、コントラストピークＰ１が近接点側の位置Ｐ２にシフトする。逆に、絞り値をより大きな値に変更した場合、コントラストピークは無限遠側にシフトする。

このようなピーク位置と絞り値とのシフト関係に基づき、コントラストピーク到達までの焦点移動距離を短くするように、絞り値が変更される。絞り値が変更されると、ステップＳ２０６では、ＡＦスキャン処理が実行される。焦点位置を一方向へ移動させるようにフォーカスレンズを連続的に駆動し、Ｇ成分の画素信号に基づいて算出されたコントラスト値が増加から減少に切り替わるのに従い、コントラストピークが検出される。コントラストピークが検出されると、絞り値が変更前の絞り値に戻るように絞り１２Ｂが駆動制御される。

一方、第２方式が設定されていると判断されると（Ｓ２０４）、絞り値の変更とともに、焦点移動方向に応じてフィルタ２２が光路外へ移動する（Ｓ２０７）。絞り値の変更については、ステップＳ２０５の処理と同じである。さらに、焦点移動方向が近接点側から無限遠へ向かう方向の場合、フィルタ２２が光路外へ退避される。一方、焦点移動方向が逆の場合（近無限遠→近接点）、フィルタ２２は光路上に配置された状態が維持される。以下、図８、９を用いて、フィルタ２２の退避によって生じるコントラストピークのシフトについて説明する。

図８は、Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＩＲ（赤外）それぞれにおける焦点位置とコントラスト値の関係を示した図である。図８に示すように、赤外成分のコントラストピーク位置は、Ｇ成分のコントラストピーク位置からずれている。フィルタ２２が光路外へ移動させると、それまで測光センサ２０Ａに入射しなかった赤外成分の光が測光センサ２０Ａに到達する。その結果、Ｇ成分の画素信号には赤外成分が含まれる。

図９は、Ｇ成分と赤外成分とを合わせたコントラスト値と焦点位置との関係を示した図である。図９に示すように、混合成分のコントラスピークＰ２の位置は、Ｇ成分のコントラストピークＰ１の位置に対して近接点側にシフトする。したがって、焦点移動方向が近接点側から無限遠に向けた方向である場合、フィルタ２２を除去することにより、レンズ移動がより短くなってコントラストピークＰ２が検出される。

そして、ＡＦスキャン処理が実行された後、絞り値が元に戻るとともに、フィルタ２２が光路外に退避していた場合にはフィルタ２２が光路上に移動する（Ｓ２０８、Ｓ２０９）。これにより、測光処理は、フィルタ２２が光路上に配置された状態で実行される。

一方、ステップＳ２０３、２０４において、第３の方式（補助光源使用）が設定されていると判断されると、絞り値が変更されるとともに、焦点移動方向に応じて補助光源２４が点灯される（Ｓ２１０）。絞り値の変更については、ステップＳ２０５の処理と同じである。さらに、焦点移動方向が近接点側から無限遠へ向かう方向の場合、補助光源２４が点灯する。以下、図１０を用いて、補助光源によるコントラストピークのシフトについて説明する。

図１０は、Ｇ成分と赤外成分とを合わせたコントラスト値と焦点位置との関係を示した図である。補助光源２４は、Ｒに応じた長波長域の光を放射するため、測光センサ２０Ａから出力されるＧ成分の画素信号には、補助光源２４によるＲ成分が含まれている。その場合、図１０に示すように、コントラストピークＰ２の位置は、Ｇ成分のみの画素信号に基づくコントラスピークＰ１の位置に対し、近接点側にシフトする。そのため、焦点移動方向が近接点側から無限遠に向かう方向の場合、絞り値を変更するとともに、補助光源２４を点灯させる。

一方、焦点移動方向が、逆の場合（近無限遠→近接点）、補助光源２４は点灯されない。そして、ＡＦスキャン処理が実行された後、絞り値を変更前に戻すとともに、補助光源２４が点灯している場合には消灯される（Ｓ２１１、Ｓ２１２）。これにより、測光処理は、補助光源２４が点灯しない状態で実行される。

第１、第２、第３のいずれかの方式に従ってＡＦスキャン処理が実行されると、合焦位置決定処理が実行される（Ｓ２１３）。具体的には、検出されたコントラストピーク位置に対し、絞り値の変更、フィルタ退避、補助光源点灯などによって生じているピーク位置ずれの分だけシフト補正処理を行う。これにより、被写体光の特性が変更されていない状態のコントラストピーク位置が求められる。

補正値、すなわちピーク位置のシフト量については、絞り値によるピーク位置ずれ量、絞り値とフィルタ退避を合わせたピーク位置ずれ量、絞り値と補助光源点灯とを合わせたピーク位置ずれ量のデータが、あらかじめ不揮発性メモリに記憶されており、対応するデータが適宜読み出される。なお、ＡＦスキャン処理において、コントラストピーク位置が検出されなかった場合、所定の焦点位置（例えば、数ｍの被写体距離に応じた焦点位置）を合焦位置と決定する。

このように本実施形態によれば、コントラスト式ＡＦ処理を実行可能なデジタルカメラ１０において、ＡＦ処理のとき、絞り値の変更、絞り値の変更とフィルタ退避、もしくは絞り値の変更と補助光源点灯が行われる。これによって、コントラストピークの位置が焦点移動方向に沿ってＡＦ処理開始地点に近づく方向へシフトし、コントラストピーク検出までの焦点移動距離が短くなる。検出されたコントラストピークの位置は、ピーク位置ずれの距離分だけ補正され、合焦位置が求められる。

Ｇ成分以外の画素信号を利用しなくても、コントラストピークの位置をシフトさせることによって速やかに焦点検出を終了させることが可能となる。また、Ｇ成分の画素信号に基づいてコントラストピークを検出するため、合焦位置を精度よく検出することができる。

絞り値の変更によって被写体光の特性を変更する構成の場合、特別な機構を設けることなくコントラストピークのシフトを実現することが可能となり、また、絞り値ごとにピークずれ量との対応関係を設定することができるため、撮影状況に応じて自在に被写体光の特性を変更することが可能となる。特に、焦点移動方向がいずれであってもコントラストピークのシフトを容易に実現できる。

測光センサ２０Ａに対する赤外光除去用フィルタ２２を退去する構成の場合、測光センサ２０Ａの分光感度特性が変更されることにより、結果的に測光センサ２０Ａに到達する被写体光の分光分布特性が変更される。Ｇ成分以外の画素信号を使用しなくても、Ｇに応じた画素信号に赤外成分が必然的に含まれることになり、Ｇの画素信号だけで色収差を利用したコントラストピークのシフトを実現することが可能となる。

また、補助光源２４を使用する場合においては、測光センサ２０Ａに入射する分光分布特性が変更されることにより、Ｇの画素信号だけで色収差を利用したコントラストピークのシフトが実現される。特に、ＡＦ処理時に発光する補助光源を利用するため、新たな光源を用意する必要がない。

フィルタ退避構成については、焦点移動方向が無限遠側〜近接点側へ向かう場合に紫外光に近い短波長の光を透過させるフィルタを光路上に配置するように構成することも可能である。また、短波長の光を発光する補助光源を配置し、焦点移動方向が無限遠側〜近接点側へ向かう場合に点灯させるようにしてもよい。

本実施形態では、被写体光の特性を変更する方式として第１〜第３方式いずれかを選択的に設定するように構成されているが、いずれか１つをあらかじめ設定してもよい。

本実施形態は、可動ミラーによって光学ファインダへ被写体光を導く一眼レフ型デジタルカメラで構成されているが、ミラーレス型カメラ、コンパクト型デジタルカメラに適用することも可能である。この場合、イメージセンサを使用した焦点検出処理が実行される。

１０ デジタルカメラ
１２ 撮影光学系
１２Ｂ 絞り
１４ イメージセンサ
１５ 光学ファインダ
１８ ＡＦセンサモジュール
１８Ａ 測距センサ（測距用撮像素子）
１９ クイックリターンミラー（可動ミラー）
２０ 測光センサモジュール
２０Ａ 測光センサ（２次元撮像素子）
３０ コントローラ（焦点調整部、光調整部）
４０ 画像信号処理回路（焦点検出部）

Claims (14)

1. 撮影光学系を通った被写体光を、光学ファインダへ導くミラーと、
   前記光学ファインダに導かれた被写体光が結像される２次元撮像素子と、
   前記２次元撮像素子に入射する被写体光の露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更可能な光調整部と、
   前記２次元撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラスト方式による焦点検出を実行する焦点検出部と、
   コントラスト方式に従って前記撮影光学系を駆動させ、合焦動作を実行する焦点調整部とを備え、
   前記光調整部が、コントラスト方式に従う前記撮影光学系の焦点移動方向に沿ってコントラストピークがより早く現れるように、露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更し、
   前記焦点検出部が、露光量および／もしくはスペクトル分布特性の変更に応じて、検出されたコントラストピークの位置を補正し、合焦位置を求めることを特徴とするカメラ。
2. 前記光調整部が、焦点移動方向に応じて、露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更するか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
3. 前記光調整部が、絞りを有し、
   前記光調整部が、焦点移動方向に応じて、前記絞りの絞り値を変更することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のカメラ。
4. 前記光調整部が、近接点側から無限遠側へ向けた焦点移動方向のとき、前記絞りの絞り値を、焦点移動前の絞り値よりも大きくすることを特徴とする請求項３に記載のカメラ。
5. 前記光調整部が、無限遠側から近接点側へ向けた焦点移動方向のとき、前記絞りの絞り値を、焦点移動前の絞り値よりも小さくすることを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載のカメラ。
6. 前記光調整部が、被写体光の赤外光成分を透過させないフィルタと、前記フィルタを光路上もしくは光路外へ位置決め可能なフィルタ位置決め部とを有し、
   前記光調整部が、焦点移動方向に応じて、前記フィルタの位置を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のカメラ。
7. 前記光調整部が、近接点側から無限遠側へ向けた焦点移動方向のとき、前記フィルタを光路外に配置させることを特徴とする請求項６に記載のカメラ。
8. 前記２次元撮像素子が、Ｒ、Ｇ、Ｂに応じた画素信号を出力し、
   前記焦点検出部が、赤外成分の画素信号が含まれるＧ成分の画素信号のコントラスト値に基づいて、コントラストピークを検出することを特徴とする請求項７に記載のカメラ。
9. 前記光調整部が、Ｒに応じた長波長光を放射する補助光源を有し、
   前記光調整部が、焦点移動方向に応じて、前記補助光源の発光／非発光を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のカメラ。
10. 前記光調整部が、近接点側から無限遠側へ向けた焦点移動方向のとき、前記補助光源を発光させることを特徴とする請求項９に記載のカメラ。
11. 前記２次元撮像素子が、Ｒ、Ｇ、Ｂに応じた画素信号を出力し、
    前記焦点検出部が、前記補助光源によるＲ成分が含まれるＧ成分の画素信号のコントラスト値に基づいて、コントラストピークを検出することを特徴とする請求項１０に記載のカメラ。
12. 前記２次元撮像素子が、被写体像の明るさを測定する測光センサであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のカメラ。
13. 撮影光学系を通った被写体光が結像される２次元撮像素子と、
    前記２次元撮像素子に入射する被写体光の露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更可能な光調整部と、
    前記２次元撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラスト方式による焦点検出を実行する焦点検出部とを備え、
    前記光調整部が、コントラスト方式に従う前記撮影光学系の焦点移動方向に沿ってコントラストピークがより早く現れるように、露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更し、
    前記焦点検出部が、露光量および／もしくはスペクトル分布特性の変更に応じて、検出されたコントラストピークの位置を補正し、合焦位置を求めることを特徴とする焦点検出装置。
14. 撮影光学系を通った被写体光が結像される２次元撮像素子に入射する被写体光の露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更し、
    前記２次元撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラスト方式による焦点検出を実行する焦点検出方法であって、
    コントラスト方式に従う前記撮影光学系の焦点移動方向に沿ってコントラストピークがより早く現れるように、露光量および／もしくはスペクトル分布特性を変更し、
    前記焦点検出部が、露光量および／もしくはスペクトル分布特性の変更に応じて、検出されたコントラストピークの位置を補正し、合焦位置を求めることを特徴とする焦点検出方法。

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