JP2016143003A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に静止画撮影において、位相差ＡＦとコントラストＡＦのハイブリッドＡＦを行う際により高速で高精度な焦点調節装置を提供すること。
【解決手段】 焦点調節制御手段は、焦点調節動作の開始の指示があった場合に、第一の焦点状態の信頼性に基づいて露出制御手段の前に実行する第一の焦点調節動作および露出制御手段の後に実行する第二の焦点調節動作の開始のための条件を変更することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。

撮像装置の焦点調節方法の一般的な方式として、コントラストＡＦと位相差ＡＦとがある。

コントラストＡＦはビデオカメラやデジタルスチルカメラで多く用いられるＡＦ方式であり、撮像素子が焦点検出用センサとして用いられるものである。撮像素子の出力信号、特に高周波成分のコントラスト情報に着目し、そのＡＦ評価値が最も大きくなるフォーカスレンズの位置を合焦位置とするＡＦ方式である。しかしながら、山登り方式とも言われるように、フォーカスレンズの光軸方向の位置を微少量だけ移動させながら評価値を求め、その評価値が結果的に最大であったとわかるまで移動させることが必要であるため、高速な焦点検出動作には不向きとされている。

一方、位相差ＡＦ方式は、一眼レフカメラに多く用いられ、自動焦点一眼レフカメラの実用化に貢献した技術である。たとえばデジタル一眼レフカメラでは、２次結像光学系からなる焦点検出手段により位相差検出が行われる。焦点検出手段は、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を２つの領域に分割する瞳分割手段を備え、２分割された光束はミラーボックス内に配置された光路分割手段を介して、２次結像光学系により一組の焦点検出用センサ上に結像する。そして、その焦点検出用センサの受光量に応じて出力される信号のずれ量すなわち瞳分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで、撮影光学系のピント方向のずれ量を直接的に求める。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行なえば、ピントずれの量と方向が同時に得られ、高速な焦点調節動作が可能となる。焦点検出した後の撮影時には、光路分割手段を撮影光束外へ退避させ、撮像素子への露光を行って画像を撮影する。

撮像素子を用いた位相差ＡＦ方式としては、撮像素子にある撮像画素をマイクロレンズで瞳分割し、複数の焦点検出画素で光軸を受光することで、撮像を行うと同時に焦点検出を行う手法が提案されている。

特許文献１においては、１つの画素の中にある１つのマイクロレンズで集光されるフォトダイオードを分割することによって、各々のフォトダイオードは撮像レンズの異なる瞳面の光を受光するように構成されている。これによって、２つのフォトダイオードの出力を比較することで上記の撮像面位相差検出が可能となる。

特許文献２においては、撮像素子の一部の受光用画素において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させて瞳分割機能を付与する技術が開示されている。これらの画素を焦点検出用画素とし、撮影用画素群の間に所定の間隔で配置することで、撮像面位相差検出を行う。ここで、焦点検出用画素が配置された箇所は撮影用画素の欠損部に相当するため、周辺の撮影用画素情報から補間して画像情報を生成している。同方式では撮像面で位相差検出を行うことができるため、電子ファインダ観察時や動画撮影時でも、高速かつ高精度な焦点調節を行うことができる。

また特許文献３では、撮像面位相差ＡＦとコントラストＡＦのお互いの長所を活かし、高速かつ、高精度な焦点調節を可能とした方式としてハイブリッドＡＦが提案されている。

特開２００１−０８３４０７号公報 特開２００９−００３１２２号公報 特開２０１３−２５４１６６号公報

しかしながら、撮像面位相差ＡＦは撮影条件や被写体条件によって検出精度が大きく影響されるため、そのような条件下において焦点調節の精度が十分に得られない場合がある。さらに、位相差ＡＦでは一般的に焦点検出の演算に処理時間を要するため、あるフレームの画像から得られる焦点評価値は、同じフレームの画像から得られるコントラストＡＦの焦点評価値より遅れて出力される場合がある。そのため、撮像面位相差ＡＦでの合焦判定を期待して同焦点検出結果を待った結果、信頼性が低くコントラストＡＦで焦点調節を行う必要がある場合には、コントラストＡＦ単独で焦点調節を行う場合に比べてＡＦ時間が長くなってしまう。

そこで、本発明の目的は、特に静止画撮影において、位相差ＡＦとコントラストＡＦのハイブリッドＡＦを行う際により高速で高精度な焦点調節装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の技術的特徴として、光学系を通して結像された被写体像を電気信号に変換する撮像ステップと、露出を制御する露出制御ステップと、前記撮像ステップにより出力された画像信号より前記被写体像の一対の像のずれ量を検出することによって第一の焦点状態を検出するとともに、前記一対の像の一致度とコントラストの一方を少なくとも含む情報から前記第一の焦点状態の信頼性を算出する第一の焦点検出ステップと、前記撮像ステップにより出力された画像信号より前記被写体像のコントラストを検出することによって第二の焦点状態を検出する第二の焦点検出ステップと、前記第一の焦点状態の信頼性に基づいて前記第一の焦点検出ステップと前記第二の焦点検出ステップのいずれか一方を選択し、前記フォーカスレンズの駆動に関する情報を生成して焦点調節を行う焦点調節ステップと、前記焦点調節ステップの動作の開始を指示する作開始指示ステップとを有する撮像装置の制御方法であって、前記焦点調節ステップでは、前記開始指示ステップにより焦点調節動作の開始指示があった場合に、前記第一の焦点状態の信頼性に基づいて前記露出制御ステップによる露出の制御の前に実行する第一の焦点調節動作および前記露出制御ステップによる露出の制御の後に実行する第二の焦点調節動作の開始のための条件を変更することを特徴とする。

また、別の技術的特徴として、光学系を通して結像された被写体像を電気信号に変換する撮像ステップと、露出を制御する露出制御ステップと、前記撮像ステップにより出力された画像信号より前記被写体の一対の像のずれ量を検出することによって第一の焦点状態を検出するとともに、前記一対の像の一致度とコントラストとの一方を少なくとも含む情報から前記第一の焦点状態の信頼性を算出する第一の焦点検出ステップと、前記撮像ステップにより出力された画像信号より前記被写体の像のコントラスト成分を検出することによって第二の焦点状態を検出する第二の焦点検出ステップと、前記第一の焦点状態の信頼性に基づいて前記第一の焦点検出ステップと前記第二の焦点検出ステップのいずれか一方を選択し、前記フォーカスレンズの駆動に関する情報を生成して焦点調節を行う焦点調節ステップと、前記焦点調節ステップの動作の開始を指示する開始指示ステップと、前記焦点調節ステップの選択の結果を記憶する記憶ステップとを有する撮像装置の制御方法であって、前記焦点調節ステップでは、前記開始指示ステップにより焦点調節動作の開始指示があった場合に、前記記憶ステップに記憶されている選択の結果に基づいて前記露出制御ステップによる露出の制御の前に実行する第一の焦点調節動作および前記露出制御ステップによる露出の制御の後に実行する第二の焦点調節動作の開始のための条件を変更することを特徴とする。

本発明によれば、位相差ＡＦとコントラストＡＦのハイブリッドＡＦを行う際により高速で高精度な焦点調節装置を提供することが可能となる。

第１及び第２の実施形態に係るデジタルカメラ１５０のブロック図である。 第１の実施形態に係る、カメラＭＰＵ１２５が実行するワンショットＡＦ動作のフローチャートである。 図２のＳ２１１及び図４のＳ４１０におけるハイブリッド制御の詳細を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る、カメラＭＰＵ１２５が実行するサーボ連写ＡＦ動作のフローチャートである。 図２のＳ２００におけるコンティニュアスＡＦ動作の詳細を示すフローチャートである。

〔第１の実施形態〕
本発明の焦点調節装置をレンズ交換可能な一眼レフタイプのデジタルカメラ（撮像装置）に適用した実施形態について説明する。

図１は第１の実施形態に係るデジタルカメラ１５０のブロック図である。デジタルカメラ１５０は交換レンズ式一眼レフカメラであり、レンズユニット１００とカメラ本体１２０とを有する。レンズユニット１００は、図１の中央の点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０と接続される。

デジタルカメラ１５０は、撮像面で取得した一対の被写体像の位相差に基づく位相差方式の焦点調節（撮像面位相差ＡＦ）とコントラスト方式の焦点調節（コントラストＡＦ）とを組み合わせたハイブリッドＡＦを実行可能なように構成されている。撮像面位相差ＡＦとコントラストＡＦとはいずれも撮像面上の情報に基づくため、非撮像面の位相差ＡＦとコントラストＡＦとを組み合わせるよりも焦点検出精度を向上することができる。

レンズユニット１００は、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ群（以下、単に「フォーカスレンズ」という）１０４、及び、後述する制御手段を有する。このようにレンズユニット１００は、フォーカスレンズ１０４を含むと共に被写体の像を形成する撮影光学系を有する。

第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の先端に配置され、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ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う他、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとして機能する。絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体として光軸方向ＯＡに進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によりズーム機能を実現する。フォーカスレンズ１０４は、光軸方向の進退により焦点調節を行う。

レンズユニット１００は、ズームアクチュエータ１１１、絞りシャッタアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６を有する。また、レンズＭＰＵ１１７、レンズメモリ１１８を有する。

ズームアクチュエータ１１１は、第１レンズ群１０１や第３レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに進退駆動し、ズーム操作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。

フォーカスアクチュエータ１１３で、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行う。フォーカスアクチュエータ１１３は、フォーカスレンズ１０４の現在位置を検出する位置検出機能が備わっている。

ズーム駆動回路１１４は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。シャッタ駆動回路１１５は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。

フォーカス駆動回路１１６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１３を駆動制御し、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行う。

レンズＭＰＵ１１７は、撮像素子１２２上に被写体像を結像させる撮影光学系に係る演算及び制御を行い、ズーム駆動回路１１４、シャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、及びレンズメモリ１１８を制御する。また、レンズＭＰＵ１１７は、現在のレンズ位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。レンズメモリ１１８は、自動焦点調節に必要な光学情報を記憶する。

カメラ本体１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、及び撮像素子１２２を有する。

光学的ローパスフィルタ１２１は、撮影画像の偽色やモアレを軽減する。

撮像素子１２２は、Ｃ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成され、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に１つの光電変換素子が配置される。撮像素子１２２は、全画素の独立な出力が可能なように構成されている。また、一部の画素が焦点検出用画素となっており、撮像面で位相差方式の焦点検出が可能となっている。

より具体的には、撮像素子１２２は、被写体の像を形成する撮影光学系の射出瞳の全域を通る光束を各々が受光して被写体の像を生成する、複数の撮影用画素を有する。また、撮像素子１２２は、各々が撮影光学系の異なる射出瞳の領域を通る光束を受光する、複数の焦点検出用画素を更に有する。複数の焦点検出用画素は全体として撮影光学系の射出瞳の全域を通る光束を受光することができる。たとえば、撮像素子１２２は、２行×２列の画素のうち、対角に配置される一対のＧ画素は撮影用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素に置き換える。

なお、本実施形態では、撮影用画素の一部を焦点検出用画素に置き換えることによって撮像面での位相差方式の焦点検出を実現しているが、この方式に限定されない。例えば、特許文献１のように、１つの画素に２つのフォトダイオードを保持し、光束をマイクロレンズで分離し、この２つのフォトダイオードで結像することで、撮影用と焦点検出用の２つの信号が取り出せるようにした方式でもよい。

カメラ本体１２０はまた、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、操作スイッチ群１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、及びＴＶＡＦ焦点検出部１３０を有する。

撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２の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ＭＰＵ１２５に送信する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮などを行う。

カメラＭＰＵ１２５は、カメラ本体１２０に係る演算及び制御を行い、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、表示器１２６、操作スイッチ群１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、及びＴＶＡＦ焦点検出部１３０を制御する。

カメラＭＰＵ１２５は、マウントＭの信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と接続され、レンズＭＰＵ１１７に対してレンズ位置を取得したり、レンズＭＰＵ１１７に対して所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行したりする。また、カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７からレンズユニット１００に固有の光学情報を取得する。

カメラＭＰＵ１２５には、カメラ動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ１２５ａ、変数を記憶するＲＡＭ１２５ｂ、諸パラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃが内蔵されている。

更に、カメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに格納したプログラムにより焦点検出処理を実行する。焦点検出処理の詳細は後述する。また、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦにおいて、焦点検出位置の像高が大きい時にケラレの影響が大きく信頼度が低下するため、その補正も行う。

表示器１２６はＬＣＤなどから構成され、カメラ本体１２０の撮影モードに関する情報、撮影前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などを表示する。操作スイッチ群１２７は、電源スイッチ、レリーズスイッチ（焦点調節動作トリガ）、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。本実施形態のメモリ１２８は、着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済み画像を記録する。

撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮像素子１２２に埋め込まれた焦点検出用画素の像信号により位相差方式での焦点検出処理を行う。より具体的には、撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮影光学系の一対の瞳領域を通過する光束により焦点検出用画素に形成される一対の像のずれ量に基づいて焦点状態の検出を行い、評価値（位相差焦点評価値）を生成する。カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差焦点検出部１２９が生成した位相差焦点評価値に基づき、撮像面位相差ＡＦを行う。撮像面位相差ＡＦの原理は、特許文献２の図５〜図７、及び図１６などにおいて説明されているものと同様である。

ＴＶＡＦ焦点検出部１３０は、画像処理回路１２４にて得られた画像情報のコントラスト成分によりコントラスト方式での焦点状態の検出処理を行い、評価値（コントラスト焦点評価値）を生成する。コントラスト方式の焦点検出処理は、フォーカスレンズ１０４を移動してコントラスト焦点評価値がピークとなるフォーカスレンズ１０４の位置を検出する。

以下、図２及び図３を参照して、カメラＭＰＵ１２５が実行する焦点調節処理について説明する。図２は、カメラＭＰＵ１２５が実行するワンショットＡＦ動作のフローチャートである。本フローチャートの各ステップの処理は、特に断らない限り、カメラＭＰＵ１２５がＲＡＭ１２５ｂをワークメモリとして用いてＲＯＭ１２５ａに格納されたプログラムを実行することにより実現される。

Ｓ２００で、カメラＭＰＵ１２５は、連続的に焦点調節動作を行って、ワンショットＡＦ動作に備えるためのコンティニュアスＡＦ動作を行う。ここでは、撮像素子１２２への露光及び撮像面位相差ＡＦやコントラストＡＦに用いる焦点評価値の取得、フォーカスレンズ１０４の駆動などの処理を連続的に行っている。詳細な説明は、図５を用いて後述する。

次に、Ｓ２０１で、カメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ群１２７のレリーズスイッチが押されたかどうか、即ち焦点調節動作トリガが発行されたかどうかを判断する。レリーズスイッチが押されていない場合、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２００のコンティニュアスＡＦ動作を継続する。レリーズスイッチが押された場合、処理はＳ２０２に進む。

Ｓ２０２で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２００のコンティニュアスＡＦ処理の際に撮像面位相差焦点検出部１２９から取得した最新の位相差焦点評価値の信頼性が高いかどうかを判断する。信頼性が所定値以上、高い場合、この位相差焦点評価値が位相差ＡＦ方式のために使用可能であると考えられる。この信頼性は、撮像面位相差ＡＦの結果として得られる一対の像の一致度及びコントラストのうち少なくとも一方の情報を含むものである。信頼性が高いと判断された場合、処理はＳ２０３に進み、そうでない場合（信頼性が所定値未満）、処理はＳ２０４に進む。Ｓ２０３で、カメラＭＰＵ１２５は、位相差焦点評価値（以下、デフォーカス量）に基づいてフォーカスレンズ１０４の駆動量を算出すると共に、フォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。

Ｓ２０４で、カメラＭＰＵ１２５は、コントラストＡＦ方式でのスキャン動作に備えてスキャン開始位置を算出し、スキャン開始置を目標位置としてフォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。

Ｓ２０５で、カメラＭＰＵ１２５は、ワンショットＡＦ動作の高速化のために、撮像素子１２２の駆動モードを切り替えて高速フレームレートモードとする。Ｓ２０６で、カメラＭＰＵ１２５は、焦点調節に適した焦点評価値が得られるように露出制御を行う。

Ｓ２０７で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２０３又はＳ２０４で駆動を開始したフォーカスレンズ１０４が目標位置に到達するまで待機する。フォーカスレンズ１０４が目標位置に到達すると、処理はＳ２０８に進む。Ｓ２０８で、さらにカメラＭＰＵ１２５は、現在のフォーカスレンズ位置で露光した画像のコントラスト焦点評価値が出力されるまで待機する。コントラスト焦点評価値が出力されると、処理はＳ２０９に進む。

Ｓ２０９で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２０２で位相差焦点評価値の信頼性が高かったかどうか、すなわち、Ｓ２０３でデフォーカス量に基づくフォーカス駆動を行ったかどうかを判断する。デフォーカス量に基づくフォーカス駆動を行ったと判断すると、Ｓ２１０に進む。Ｓ２１０で、カメラＭＰＵ１２５は、現在のフォーカスレンズ位置で露光した画像の位相差焦点評価値が出力されるまで待機する。

このように、本実施形態では、Ｓ２０２で位相差焦点評価値の信頼性が高かった場合は、最速で合焦判別することを期待してＳ２０３でデフォーカス量に基づくフォーカス駆動を行う。そしてフォーカス駆動を行った後、後述のＳ３０４で得られる位相差焦点評価値で焦点深度内であることを確認して焦点調節動作を完了する。一方、Ｓ２０２で位相差焦点評価値の信頼性が高くなかった場合は、後述のコントラストＡＦ処理を最速で開始するため、上記位相差焦点評価値の出力を待たずにスキャン動作を開始する。

Ｓ２１１で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦ方式とコントラストＡＦ方式によるハイブリッドＡＦ制御を行う。ここでの詳細な説明は図３を参照して説明する。これにより、ワンショットＡＦ動作が完了する。

図３は、図２のＳ２１１及び後述の図４のＳ４１０及び後述の図５のＳ５０６におけるハイブリッド制御の詳細を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、１枚の画像が撮像されるごとに行われる。本フローチャートの各ステップの処理は、特に断らない限り、カメラＭＰＵ１２５がＲＡＭ１２５ｂをワークメモリとして用いてＲＯＭ１２５ａに格納されたプログラムを実行することにより実現される。

Ｓ３００で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子１２２への露光を行い、撮影光学系を通して結像された像信号を電気信号に変換して画像を取得する。Ｓ３０１で、カメラＭＰＵ１２５は、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０からコントラスト焦点評価値を取得する。Ｓ３０２で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差焦点検出部１２９から位相差焦点評価値を取得する。

Ｓ３０３で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ３０２で撮像面位相差焦点検出部１２９から取得した位相差焦点評価値の信頼性が高いかどうかを判断する。信頼性が高い場合、この位相差焦点評価値が位相差ＡＦ方式のために使用可能であると考えられる。この信頼性は、撮像面位相差ＡＦの結果として得られる一対の像の一致度及びコントラストのうち少なくとも一方の情報を含むものである。信頼性が高いと判断された場合、処理はＳ３０４に進み、そうでない場合、処理はＳ３０７に進む。

Ｓ３０４で、カメラＭＰＵ１２５は、デフォーカス量が焦点深度内であるかどうかを判断する。Ｓ３０４においてデフォーカス量が焦点深度内である場合はＳ３０５に進み、そうでない場合、処理はＳ３０６に進む。

Ｓ３０５において、カメラＭＰＵ１２５は、被写体に合焦させることができたと判断して焦点調節動作を完了する。

一方、Ｓ３０６において、カメラＭＰＵ１２５は、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４の駆動量を算出するとともに、フォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズを駆動する。そして、フローはＳ３００へ帰還する。

一方、Ｓ３０７では、カメラＭＰＵ１２５は、コントラストＡＦでピーク検出が行われたかどうかを判断する。なお、ピーク検出の条件としては、コントラスト焦点評価値の上昇および下降により判断することが一般的であるが、同評価値の変動量や変動回数等については任意であり、ここでの詳細な説明は省略する。Ｓ３０７において、コントラストＡＦでピーク検出が行われたと判断すると、Ｓ３０８へ進み、そうでない場合、処理はＳ３１１へ進む。Ｓ３０８では、カメラＭＰＵ１２５は、コントラスト焦点評価値が最大となる位置を算出し、同位置を目標位置としてフォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。その後、Ｓ３０９で、カメラＭＰＵ１２５は、フォーカスレンズ１０４が目標位置に到達するまで待機し、目標位置に到達すると、Ｓ３１０で、被写体に合焦させることができたと判断して焦点調節動作を完了する。

一方、Ｓ３１１では、カメラＭＰＵ１２５は、コントラストＡＦでスキャン動作を完了すべきかどうかを判断する。なお、スキャン完了の条件としては、たとえば、至近端から無限端までスキャンしたにもかかわらずピークが検出できなかった場合などが考えられるが、他の判断によるものでも構わない。Ｓ３１１で、コントラストＡＦでスキャン動作を完了すべきと判断すると、Ｓ３１２へ進み、そうでない場合、処理はＳ３１５へ進む。

Ｓ３１２では、カメラＭＰＵ１２５は、あらかじめ決められた定点位置を目標位置としてフォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。その後、Ｓ３１３で、カメラＭＰＵ１２５は、フォーカスレンズ１０４が目標位置に到達するまで待機し、目標位置に到達すると、Ｓ３１４で被写体に合焦させることができなかったと判断して焦点調節動作を完了する。なお、ここでの目標位置は定点位置としたが、現在位置を含む任意の位置として構わない。

一方、Ｓ３１５では、カメラＭＰＵ１２５は、焦点深度やコントラスト焦点評価値の合焦度等に基づいてフォーカスレンズ１０４の駆動量を算出するとともに、フォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズを駆動する。そして、フローはＳ３００へ帰還する。

図５は、図２のＳ２００におけるコンティニュアスＡＦ動作の詳細を示すフローチャートである。本フローチャートの各ステップの処理は、特に断らない限り、カメラＭＰＵ１２５がＲＡＭ１２５ｂをワークメモリとして用いてＲＯＭ１２５ａに格納されたプログラムを実行することにより実現される。

Ｓ５００で、カメラＭＰＵ１２５は、コンティニュアスＡＦを行うために撮像素子１２２の駆動を開始する。Ｓ５０１で、カメラＭＰＵ１２５は、現在のフォーカスレンズ位置で露光した画像の焦点評価値が出力されるまで待機する（Ｓ５０１）。焦点評価値が出力されると、処理はＳ５０２に進む。

Ｓ５０２で、カメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ群１２７のスイッチによりコンティニュアスＡＦの開始指示が実行されたかどうかを判断する。コンティニュアスＡＦの開始指示が実行された場合、処理はＳ５０３に進み、そうでない場合、Ｓ５０２の処理が繰り返される。

Ｓ５０３で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子１２２への露光を行う。Ｓ５０４で、カメラＭＰＵ１２５は、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０からコントラスト焦点評価値を取得する。Ｓ５０５で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差焦点検出部１２９から位相差焦点評価値を取得する。

Ｓ５０６で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ５０５において撮像面位相差焦点検出部１２９から取得した位相差焦点評価値の信頼性が高いかどうかを判断する。信頼性が高い場合、この位相差焦点評価値が位相差ＡＦ方式のために使用可能であると考えられる。この信頼性は、撮像面位相差ＡＦの結果として得られる一対の像の一致度及びコントラストのうちの少なくとも一方の情報を含むものである。信頼性が高いと判断された場合、処理はＳ５０７に進み、そうでない場合、処理はＳ５０８に進む。

Ｓ５０７で、カメラＭＰＵ１２５は、デフォーカス量が焦点深度外であるかどうかを判断する。デフォーカス量が焦点深度外であると判断された場合、処理はＳ５０９に進み、そうでない場合、処理はＳ５１１に進む。

Ｓ５０９で、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦ方式とコントラストＡＦ方式によるハイブリッドＡＦ制御を行う。ここでの処理の詳細は、前述の図３を参照して説明したものと同様である。

Ｓ５１０で、カメラＭＰＵ１２５は、次の焦点調節動作に備えて、現在のコントラスト焦点評価値を保存する。その後、処理はＳ５１１に進む。

Ｓ５０６において位相差焦点評価値の信頼性が低いと判断された場合、Ｓ５０８で、カメラＭＰＵ１２５は、コントラスト焦点評価値が前述のＳ５１０で保存したものに対して変動しているかどうかを判断する。なお、コントラスト焦点評価値変動の条件としては、コントラスト焦点評価値の差分により判断することが一般的であるが、コントラスト焦点評価値の変動量や変動回数等については任意であり、ここでの詳細な説明は省略する。コントラスト焦点評価値が変動していると判断された場合、処理はＳ５０９に進み、そうでない場合、処理はＳ５１１に進む。

Ｓ５０７においてデフォーカス量が焦点深度外でないと判断された場合、Ｓ５０８においてコントラスト焦点評価値が変動していないと判断された場合、又はＳ５１０の処理に続いて、Ｓ５１１の処理が実行される。Ｓ５１１で、カメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ群１２７のスイッチによりコンティニュアスＡＦの終了指示が実行されたかどうかを判断する。コンティニュアスＡＦの終了指示が実行された場合、本フローチャートの処理は終了する。そうでない場合、処理はＳ５０３に戻り、同様の処理が繰り返される。

このように、位相差焦点評価値（デフォーカス量）およびコントラスト焦点評価値を併用することで、精度と速度を両立した最適な焦点調節動作を提供することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、位相差ＡＦとコントラストＡＦのハイブリッドＡＦを行う際により高速で高精度な焦点調節装置を提供することが可能となる。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態が１枚撮影モードの際のワンショットＡＦ動作におけるハイブリッドＡＦ制御を対象としたのに対して、本実施形態では連続撮影モードの際のサーボ連写ＡＦ動作におけるハイブリッドＡＦ制御を対象とすることにある。以下、第１の実施形態との違いを中心に本実施形態の内容を詳細に説明する。

本実施形態のデジタルカメラのブロック図は第１の実施形態と同じく図１である。

図４は、カメラＭＰＵ１２５が実行するサーボ連写ＡＦ動作におけるハイブリッドＡＦ制御を説明するためのフローチャートである。

Ｓ４００で、カメラＭＰＵ１２５は、ユーザからの連続撮影用焦点調節動作指示があるまでは前述のワンショットＡＦ動作を行う。

次に、Ｓ４０１では、カメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ群１２７のレリーズスイッチが押されたかどうか、すなわち連続撮影用焦点調節動作トリガが発行されたかどうかを判断する。Ｓ４０１で、レリーズスイッチが押されたと判断すると、Ｓ４０２へ進み、そうでない場合、処理はＳ４００へ戻る。Ｓ４０２では、カメラＭＰＵ１２５は、静止画を撮影するための処理を行う。ここでの詳細な説明は省略する。

次に、Ｓ４０３では、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ４００のワンショットＡＦ動作または前回のサーボ連写ＡＦ動作で位相差ＡＦによる合焦判別が行われたかどうかを判断する。Ｓ４０３で、前回の合焦判別が位相差ＡＦで行われていないと判断すると、Ｓ４０４へ進み、そうでない場合、処理はＳ４０５へ進む。Ｓ４０４では、カメラＭＰＵ１２５は、コントラストＡＦでのスキャン動作に備えてスキャン開始位置を算出し、同位置を目標位置としてフォーカス駆動回路１１６を介してフォーカスレンズ１０４を駆動する。

Ｓ４０５では、カメラＭＰＵ１２５は、サーボ連写ＡＦを行うために撮像素子１２２の駆動を開始する。

次に、Ｓ４０６で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ４０４で駆動したフォーカスレンズ１０４が目標位置に到達するまで待機する。そして、フォーカスレンズ１０４が目標位置に到達すると、Ｓ４０７で、さらにカメラＭＰＵ１２５は、現在のフォーカスレンズ位置で露光した画像のコントラスト焦点評価値が出力されるまで待機する。なお、Ｓ４０３で前回の合焦判別が位相差ＡＦで行われたと判断した場合は、Ｓ４０４でフォーカスレンズ１０４の駆動は行わないため、Ｓ４０６の処理は省略可能である。

コントラスト焦点評価値が出力されると、Ｓ４０８で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ４０３で前回の合焦判別が位相差ＡＦで行われていたかどうか、すなわち、Ｓ４０４でフォーカスレンズを駆動していないかどうかを判断する。フォーカス駆動を行っていないと判断すると、Ｓ４０９で、さらにカメラＭＰＵ１２５は、現在のフォーカスレンズ位置で露光した画像の位相差焦点評価値が出力されるまで待機する。

Ｓ４０３で前回の合焦判別が位相差ＡＦで行われていた場合は、最速で合焦判別することを期待してフォーカス駆動を行わず、後述のＳ３０４で得られる位相差焦点評価値で焦点深度内であることを確認して焦点調節動作を完了する。一方、Ｓ４０２で前回の合焦判別が位相差ＡＦで行われていなかった場合は、後述のコントラストＡＦ処理を最速で開始するため、上記位相差焦点評価値の出力を待たずにスキャン動作を開始する。

次に、Ｓ４１０で、カメラＭＰＵ１２５は、第１の実施形態の図３を参照して説明したものと同様の撮像面位相差ＡＦとコントラストＡＦのハイブリッドＡＦ動作を行う。

なお、図４の説明の中で、カメラＭＰＵ１２５は、ユーザからの連続撮影用焦点調節動作指示があるまでは前述のワンショットＡＦ動作を実行することとしたが、連続的に焦点調節動作を行うサーボＡＦ動作を行っても良い。ここでは、撮像素子１２２への露光および位相差ＡＦやコントラストＡＦに用いる焦点評価値の取得、フォーカスレンズ１０４の駆動などの処理を連続的に行っているが、詳細な説明は省略する。

以上説明したように、本発明によれば、位相差ＡＦとコントラストＡＦのハイブリッドＡＦを行う際により高速で高精度な焦点調節装置を提供することが可能となる。なお、ここでは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。

１００ レンズユニット
１０１ 第１レンズ群
１０２ 絞り兼用シャッタ
１０３ 第２レンズ群
１０４ フォーカスレンズ
１１１ ズームアクチュエータ
１１２ 絞りシャッタアクチュエータ
１１３ フォーカスアクチュエータ
１１４ ズーム駆動回路
１１５ 絞りシャッタ駆動回路
１１６ フォーカス駆動回路
１１７ レンズＭＰＵ
１１８ レンズメモリ
１２０ カメラ本体
１２１ 光学的ローパスフィルタ
１２２ 撮像素子
１２３ 撮像素子駆動回路
１２４ 画像処理回路
１２５ カメラＭＰＵ
１２６ 表示器
１２７ 操作スイッチ群
１２８ メモリ
１２９ 撮像面位相差焦点検出部
１３０ ＴＶＡＦ焦点検出部

Claims (9)

1. フォーカスレンズを通して結像された被写体像を電気信号に変換する撮像手段と、
   露出を制御する露出制御手段と、
   前記撮像手段より出力された画像信号より前記被写体像の一対の像のずれ量を検出することによって第一の焦点状態を検出するとともに、前記一対の像の一致度とコントラストの一方を少なくとも含む情報から前記第一の焦点状態の信頼性を算出する第一の焦点検出手段と、
   前記撮像手段より出力された画像信号より前記被写体像のコントラスト成分を検出することによって第二の焦点状態を検出する第二の焦点検出手段と、
   前記第一の焦点状態の信頼性に基づいて前記第一の焦点検出手段と前記第二の焦点検出手段のいずれか一方を選択し、前記フォーカスレンズの駆動に関する情報を生成して焦点調節を行う焦点調節手段と、
   前記焦点調節手段の動作の開始を指示する開始指示手段と
   を有する撮像装置であって、
   前記焦点調節手段は、前記開始指示手段により焦点調節動作の開始指示があった場合に、前記第一の焦点状態の信頼性に基づいて前記露出制御手段による露出の制御の前に実行する第一の焦点調節動作および前記露出制御手段による露出の制御の後に実行する第二の焦点調節動作の開始のための条件を変更する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記焦点調節手段は、前記第一の焦点状態の信頼性が所定値以上である場合は、前記第一の焦点状態に基づいて前記第一の焦点調節動作を実行するとともに、前記第一の焦点状態および前記第二の焦点状態を取得した後に前記第二の焦点調節動作を実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記焦点調節手段は、前記第一の焦点状態の信頼性が所定値未満である場合は、第二の焦点状態に基づいて前記第二の焦点調節動作を実行するとともに、前記第一の焦点状態を取得した後に前記第一の焦点調節動作を実行する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. フォーカスレンズを通して結像された被写体像を電気信号に変換する撮像手段と、
   露出を制御する露出制御手段と、
   前記撮像手段より出力された画像信号より前記被写体の一対の像のずれ量を検出することによって第一の焦点状態を検出するとともに、前記一対の像の一致度とコントラストとの一方を少なくとも含む情報から前記第一の焦点状態の信頼性を算出する第一の焦点検出手段と、
   前記撮像手段より出力された画像信号より前記被写体の像のコントラスト成分を検出することによって第二の焦点状態を検出する第二の焦点検出手段と、
   前記第一の焦点状態の信頼性に基づいて前記第一の焦点検出手段と前記第二の焦点検出手段のいずれか一方を選択し、前記フォーカスレンズの駆動に関する情報を生成して焦点調節を行う焦点調節手段と、
   前記焦点調節手段の動作の開始を指示する開始指示手段と、
   前記焦点調節手段の選択の結果を記憶する記憶手段と
   を有する撮像装置であって、
   前記焦点調節手段は、前記開始指示手段により焦点調節動作の開始指示があった場合に、前記記憶手段に記憶されている選択の結果に基づいて前記露出制御手段による露出の制御の前に実行する第一の焦点調節動作および前記露出制御手段による露出の制御の後に実行する第二の焦点調節動作の開始のための条件を変更する
   ことを特徴とする撮像装置。
5. 前記焦点調節手段は、前記記憶手段に記憶されている選択の結果が前記第一の焦点検出手段である場合は、前記第二の焦点調節動作を実行しないとともに、前記第一の焦点状態および前記第二の焦点状態を取得した後に前記第二の焦点調節動作を実行する
   ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記焦点調節手段は、前記記憶手段に記憶されている選択の結果が前記第二の焦点検出手段である場合は、前記第二の焦点調節動作を実行するとともに、前記第一の焦点状態を取得した後に前記第一の焦点調節動作を実行する
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記撮像装置は、静止画の１枚撮影モードと連続撮影モードとが選択でき、
   前記連続撮影モードが選択されている場合は、前記静止画を１枚撮影するごとに前記開始指示手段による焦点調節動作の開始指示が行われる
   ことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. フォーカスレンズを通して結像された被写体像を電気信号に変換する撮像ステップと、
   露出を制御する露出制御ステップと、
   前記撮像ステップにより出力された画像信号より前記被写体像の一対の像のずれ量を検出することによって第一の焦点状態を検出するとともに、前記一対の像の一致度とコントラストの一方を少なくとも含む情報から前記第一の焦点状態の信頼性を算出する第一の焦点検出ステップと、
   前記撮像ステップにより出力された画像信号より前記被写体像のコントラストを検出することによって第二の焦点状態を検出する第二の焦点検出ステップと、
   前記第一の焦点状態の信頼性に基づいて前記第一の焦点検出ステップと前記第二の焦点検出ステップのいずれか一方を選択し、前記フォーカスレンズの駆動に関する情報を生成して焦点調節を行う焦点調節ステップと、
   前記焦点調節ステップの動作の開始を指示する開始指示ステップと
   を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記焦点調節ステップでは、前記開始指示ステップにより焦点調節動作の開始指示があった場合に、前記第一の焦点状態の信頼性に基づいて前記露出制御ステップによる露出の制御の前に実行する第一の焦点調節動作および前記露出制御ステップによる露出の制御の後に実行する第二の焦点調節動作の開始のための条件を変更する
   ことを特徴とする制御方法。
9. フォーカスレンズを通して結像された被写体像を電気信号に変換する撮像ステップと、
   露出を制御する露出制御ステップと、
   前記撮像ステップにより出力された画像信号より前記被写体の一対の像のずれ量を検出することによって第一の焦点状態を検出するとともに、前記一対の像の一致度とコントラストとの一方を少なくとも含む情報から前記第一の焦点状態の信頼性を算出する第一の焦点検出ステップと、
   前記撮像ステップにより出力された画像信号より前記被写体の像のコントラスト成分を検出することによって第二の焦点状態を検出する第二の焦点検出ステップと、
   前記第一の焦点状態の信頼性に基づいて前記第一の焦点検出ステップと前記第二の焦点検出ステップのいずれか一方を選択し、前記フォーカスレンズの駆動に関する情報を生成して焦点調節を行う焦点調節ステップと、
   前記焦点調節ステップの動作の開始を指示する開始指示ステップと、
   前記焦点調節ステップの選択の結果を記憶する記憶ステップと
   を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記焦点調節ステップでは、前記開始指示ステップにより焦点調節動作の開始指示があった場合に、前記記憶ステップに記憶されている選択の結果に基づいて前記露出制御ステップによる露出の制御の前に実行する第一の焦点調節動作および前記露出制御ステップによる露出の制御の後に実行する第二の焦点調節動作の開始のための条件を変更する
   ことを特徴とする制御方法。

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