JP2018116185A - 焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影レンズがデフォーカス状態であっても位相差検出方式による焦点検出を行う。【解決手段】結像光学系は撮影レンズ１００を通過した光を、撮影レンズの射出瞳の異なる領域に分割して、互いに分割方向の異なる第１の対の光学像および第２の対の光学像としてＡＦセンサ３０５に結像させる。ＣＰＵ２１３は焦点検出の対象である被写体の像が、少なくとも第１の対の光学像の一方と第２の対の光学像の一方とに存在する所定の撮影シーンの場合、第１の対の光学像の一方と第２の対の光学像の一方とから得られるＡＦセンサの出力信号に基づいて、撮影レンズが合焦であるかを示す焦点状態の判定を行う。【選択図】図５

Description

本発明は、焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置に関し、特に、一眼レフカメラなどの撮像装置で用いられる焦点検出装置に関する。

従来、一眼レフカメラなどの撮像装置において、撮影レンズのデフォーカス量を位相差検出方式によって検出する焦点検出システムが搭載されているものがある。そして、様々な撮影シーンにおいて焦点検出をするためには、焦点検出システムによって焦点状態を検出可能な焦点検出範囲を広くする必要がある。

一般に、位相差検出方式においては、その焦点検出範囲は撮影レンズのデフォーカス量の増大に伴って狭くなる。このため、撮影レンズがインフォーカス状態の場合には、焦点検出範囲内に位置する被写体であっても、撮影レンズがデフォーカス状態であるため、被写体が焦点検出範囲を外れる撮影シーンが存在する。そして、このような撮影シーンにおいては、焦点検出を行えないという問題がある。

このような問題に対処するため、位相差検出方式による焦点検出が不可能な撮影シーンにおいては、コントラスト検出方式による焦点検出を行うようにしたものがある。そして、ここでは、コントラスト検出方式によって位相差検出方式による焦点検出範囲外の被写体について焦点検出を行う（特許文献１参照）。

特開２０１５−１６５３号公報

ところが、特許文献１に記載の手法では、位相差検出方式による焦点検出ができない場合にコントラスト検出方式に切り替えているので、位相差検出方式のように、高速に焦点検出を行うことができない。

そこで、本発明の目的は、撮影レンズがデフォーカス状態であっても位相差検出方式による焦点検出を行うことのできる焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による焦点検出装置は、撮影レンズが合焦しているかを示す焦点状態を検出する焦点検出装置であって、撮影レンズを通過した光を前記撮影レンズの射出瞳の異なる領域に分割して、互いに分割方向の異なる第１の対の光学像および第２の対の光学像を撮像素子に結像させる結像光学系と、焦点検出の対象である被写体の像が、少なくとも前記第１の対の光学像の一方と前記第２の対の光学像の一方とに存在する所定の撮影シーンの場合、前記第１の対の光学像の一方と前記第２の対の光学像の一方とから得られる前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記撮影レンズが合焦であるかを示す焦点状態の判定を行う制御手段と、を有すること特徴とする。

本発明によれば、位相差検出方式における焦点検出範囲を拡大して、撮影レンズがデフォーカス状態であっても位相差検出方式による焦点検出を行うことができる。

本発明の実施の形態による焦点検出装置が用いられた撮像装置の一例についてその構成を示す図である。 図１に示す焦点検出部の構成についてその一例を説明するための図である。 図１に示すカメラで行われる通常方式の焦点検出動作の一例を説明するための図である。 図１に示すカメラで行われる通常方式の焦点検出動作の他の例を説明するための図である。 図１に示すカメラで行われる拡張方式の焦点検出動作の一例を説明するための図である。 図１に示すカメラにおける撮影動作を説明するためのフローチャートである。 図６に示す焦点調整動作を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態による焦点検出装置の一例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態による焦点検出装置が用いられた撮像装置の一例についてその構成を示す図である。

図示の撮像装置は、例えば、一眼レフカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、カメラ本体２００を有している。カメラ本体２００には、撮影レンズユニット（以下単に撮影レンズと呼ぶ）１００がマウント部に備えられたレンズ装着機構を介して着脱可能に取り付けられる。マウント部には、電気接点ユニット１０４が設けられている。カメラ本体２００は、撮影レンズ１００と電気接点ユニット１０４を介して通信を行い、撮影レンズ１００に備えられたフォーカスレンズ１０１を制御する。

被写体からの光束（光学像）は、撮影レンズ１００を介してカメラ本体２００に備えられたメインミラー２０１に導かれる。メインミラー２０１は、撮影光路内において光軸に対して斜めに配置されており、光学像を上方のファインダ光学系に導く第１の位置（図１に示す位置）と撮影光路外に退避する第２の位置とに移動することができる。

メインミラー２０１の中央部はハーフミラーとなっており、メインミラー２０１が第１の位置の状態である場合には、光学像はハーフミラー部を透過する。ハーフミラー部を光学像は、メインミラー２０１の背面側に設けられたサブミラー２０２において反射し、焦点検出部３００に導かれる。

一方、メインミラー２０１で反射した光学像は、撮像センサ２０５と光学的に共役な位置に配置された焦点検出板２０６上に一次結像する。そして、焦点検出板２０６で拡散されて透過した光（被写体像）は、ファインダ視野マスク２０７を通過して、ファインダ内表示部２０８を透過しペンタプリズム２０９によって正立像に変換される。この正立像は、接眼レンズ２１０によって拡大されて、撮影者によって観察される。

ファインダ視野マスク２０７は、焦点検出板２０６の近傍に配置されており、焦点検出板２０６で拡散されて透過した光の周辺部を遮光することによって撮像センサ２０５で撮像される領域を撮影者に視認させる。

ファインダ内表示部２０８は、例えば、高分子分散液晶パネルであり、焦点検出板２０６の近傍に配置される。また、ファインダ内表示部２０８には、焦点検出動作の状態表示、焦点検出領域、絞り値、およびシャッタ速度などカメラの各種撮影情報が被写体像に重畳して表示される。これによって、撮影者は光学ファインダを介して各種撮影情報を確認することができる。

焦点検出板２０６で拡散されて透過した光は、測光レンズ２１１を透過して測光センサ２１２上に二次結像する。これによって、測光センサ２１２は被写体像を受光する。

メインミラー２０１が第２の位置に退避した際には、サブミラー２０２もメインミラー２０１に対して折り畳まれて撮影光路外に退避する。これによって、撮影レンズ１００からの光束（光学像）は、機械的シャッタであるフォーカルプレーンシャッタ２０４を通過して、撮像センサ２０５に至る。フォーカルプレーンシャッタ２０４は、撮像センサ２０５に入射する光量を制限する。撮像センサ２０５は、光電変換画素を２次元マトリックス状に配置したエリアセンサであり、撮影レンズ１００により形成された被写体像を光電変換して電気信号を出力する。

カメラ本体２００には、カメラ全体の制御を司るＣＰＵ２１３が備えられている。ＣＰＵ２１３は、電気接点ユニット１０４を介して、撮影レンズ１００に備えられたレンズ制御回路１０３と通信を行う。レンズ制御回路１０３は、ＣＰＵ２１３からの指示に応じてレンズ駆動機構１０２を制御して、フォーカスレンズ１０１を光軸に沿って駆動し焦点調整を行う。なお、レンズ駆動機構１０２には、ステッピングモータなどの駆動源が備えられている。

図示のように、ＣＰＵ２１３には、記憶部であるＥＥＰＲＯＭ２１４が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ２１４には、カメラを制御する上で調整が必要なパラメータ、カメラ個体の識別を行うための固有情報であるカメラＩＤ（識別）情報、およびカメラの製造工程で得られた撮影に関するパラメータの調整値などが記憶されている。

さらに、ＣＰＵ２１３には、撮影者の操作を検出する操作検出部（図示せず）が接続されている。そして、操作検出部は、レリーズボタンおよび選択ボタンなどの操作を検出する。

外部表示部２１５は、撮像センサ２０５で得られた画像、撮影者によって設定される項目などを表示するための表示装置であり、一般には、カラーの液晶表示素子によって構成される。ＣＰＵ２１３に表示制御部（図示せず）が接続されており、表示制御部はＣＰＵ２１３の制御下で外部表示部２１５およびファインダ内表示部２０８における表示を制御する。

図２は、図１に示す焦点検出部の構成についてその一例を説明するための図である。

図１に示すサブミラー２０２で反射した光学像は、焦点検出部３００に備えられたＡＦ視野マスク３０１、ＡＦフィールドレンズ３０２、ＡＦ絞り３０３、およびＡＦ二次結像レンズ３０４を通過して、ＡＦセンサ（撮像素子）３０５に結像する。なお、ＡＦ視野マスク３０１、ＡＦフィールドレンズ３０２、ＡＦ絞り３０３、およびＡＦ二次結像レンズ３０４は結像光学系を構成する。

ＡＦ視野マスク３０１は、矩形状の開口部を有しており、撮影レンズ１００を通過した光学像を規制する。ＡＦフィールドレンズ３０２は、撮影レンズ１００における瞳の一対の領域とＡＦ絞り３０３の開口部とを光学的に共役な関係に位置付ける。ＡＦ二次結像レンズ３０４は、図中縦方向に沿って配置された一対のレンズ３０４ＶＡおよび３０４ＶＢと横方向に沿って配置された一対のレンズ（図示せず）とを有している。

縦方向の一対のレンズ３０４ＶＡおよび３０４ＶＢと横方向の一対のレンズとは、撮影レンズ１００における瞳（射出瞳）を縦および横の分割方向に分割した二対の領域を通過する光学像をＡＦセンサ３０５に結像する。ＡＦセンサ３０５は、複数の光電変換画素を２次元マトリックス状に配列したエリアセンサであり、ＡＦ二次結像レンズ３０４によって結像されたＡＦ像を光電変換して電気信号（出力信号）をＣＰＵ２１３に出力する。

焦点調整を行う際には、主に、ＡＦ対象被写体の決定動作、焦点検出動作、およびレンズ駆動動作が行われる。

ＡＦ対象被写体の決定動作においては、撮影者が予め設定した任意選択モード又は自動選択モードに応じて、ＡＦ対象被写体を決定する。任意選択モードでは、撮影者が撮影範囲に含まれる焦点検出範囲において任意の領域を選択する。そして、当該選択された領域に位置する被写体をＡＦ対象被写体として決定する。

自動選択モードでは、ＣＰＵ２１３はＡＦセンサ３０５のＡＦ像出力に基づいて、所定のアルゴリズムに応じてＡＦ対象被写体４００を決定する。例えば、ＣＰＵ２１３は、撮影範囲において所定の色を有する被写体、人物の顔等の所定の形体を有する被写体、又はコントラストの高い被写体などをＡＦ対象被写体４００として決定する。

焦点検出動作においては、ＣＰＵ２１３は、ＡＦセンサ３０５のＡＦ像出力に基づいてデフォーカス量ｄを算出する。なお、デフォーカス量ｄとは、メインミラー２０１が撮影光路外に退避する第２の位置において、撮影レンズ１００によってＡＦ対象被写体が結像する位置と撮像センサ２０５の位置との光軸方向のずれ量をいう。

デフォーカス量ｄがｄ≒０（所定の許容誤差範囲内）である場合、焦点状態はインフォーカス状態にあるという。そして、その他の場合には、焦点状態はデフォーカス状態にあるという。なお、焦点検出動作は、次に説明するように通常方式および拡張方式に大別される。

図３は、図１に示すカメラで行われる通常方式の焦点検出動作の一例を説明するための図である。そして、図３（Ａ）は撮影範囲におけるＡＦ対象被写体の位置およびＡＦ視野範囲を示す図であり、図３（Ｂ）は図２に示すＡＦセンサ３０５に結像されたＡＦ像を示す図である。なお、図３においては、インフォーカス状態でかつＡＦ対象被写体の像高＝０の場合における撮影範囲およびＡＦ像が示されている。

図３（Ａ）において、撮影範囲２０５０は、図１に示すメインミラー２０１が撮影光路外に退避する第２の位置において撮像センサ２０５に形成される光学像（被写体像）であり、撮像センサ２０５の出力に基づいて撮影画像として生成される範囲をいう。ここでは、ＡＦ対象被写体４００が、撮影範囲２０５０の中央に位置する（像高＝０）場合が示されている。

図３（Ｂ）において、有効画素範囲３０５０は、ＡＦセンサ３０５の光電変換画素が配置された範囲を示す。図中縦方向のＡＦ像３０５ＶＡおよび３０５ＶＢと横方向のＡＦ像３０５ＨＡおよび３０５ＨＢは、それぞれ縦方向の一対のレンズ３０４ＶＡおよび３０４ＶＢと横方向の一対のレンズによってＡＦセンサ３０５に結像された像である。

インフォーカス状態（合焦状態）における縦方向の像ずれ量（位相差）である縦方向のオフセット係数ｐＶ０とインフォーカス状態における横方向の像ずれ量である横方向のオフセット係数ｐＨ０とは、カメラ２００の製造工程においてＥＥＰＲＯＭ２１４に記憶される。

図３（Ａ）に示すＡＦ視野範囲２０５ＶＡ、２０５ＶＢ、２０５ＨＡ、および２０５ＨＢは、それぞれＡＦ像３０５ＶＡ、３０５ＶＢ、３０５ＨＡ、および３０５ＨＢに対応する視野範囲を示す。また、縦方向における焦点検出範囲２０５ＶはＡＦ視野範囲２０５ＶＡおよび２０５ＶＢの共通範囲であり、横方向における焦点検出範囲２０５ＨはＡＦ視野範囲２０５ＨＡおよび２０５ＨＢの共通範囲である。

インフォーカス状態においては、図３（Ａ）に示すように、ＡＦ視野範囲２０５ＶＡ、２０５ＶＢ、２０５ＨＡ、および２０５ＨＢと縦方向の焦点検出範囲２０５Ｖおよび横方向の焦点検出範囲２０５Ｈとは完全に重なっている。

図４は、図１に示すカメラで行われる通常方式の焦点検出動作の他の例を説明するための図である。そして、図４（Ａ）は撮影範囲におけるＡＦ対象被写体の位置およびＡＦ視野範囲を示す図であり、図４（Ｂ）は図２に示すＡＦセンサ３０５に結像されたＡＦ像を示す図である。

なお、図４においては、デフォーカス状態でかつＡＦ対象被写体の像高＝０の場合における撮影範囲およびＡＦ像が示されている。また、ここでは、デフォーカス状態は、ｄ＜０の場合、所謂前ピン状態である。

図４（Ａ）において、デフォーカス状態では、縦方向におけるＡＦ視野範囲２０５ＶＡおよび２０５ＶＢは、縦方向にかつ光軸に対してそれぞれ対称にシフトするので、完全には重ならない。このため、その共通範囲である縦方向における焦点検出範囲２０５Ｖは、インフォーカス状態と比べて狭くなる。同様に、横方向における焦点検出範囲２０５Ｈもインフォーカス状態と比べて狭くなる。

ここで、縦方向のデフォーカス量ｄＶの算出について説明する。ＣＰＵ２１３は、ＡＦ像３０５ＶＡおよび３０５ＶＢにおいてＡＦ対象被写体４００を含む列に対して既知の相関演算を行って、縦方向の像ずれ量ｐＶを求める。そして、ＣＰＵ２１３は、次の式（１）によって、縦方向の像ずれ量ｐＶと縦方向のオフセット係数ｐＶ０との差分に、縦方向のゲイン係数ｋＶを乗算して縦方向のデフォーカス量ｄＶを求める。

ｄＶ＝ｋＶ（ｐＶ−ｐＶ０） （１）
ここで、ｋＶは、固定値又は縦方向の像ずれ量ｐＶの関数である。

さらに、ＣＰＵ２１３は、縦方向のデフォーカス量ｄＶの正確さを表す縦方向の信頼度ＴＶを求める。この信頼度ＴＶを求める際には、ＣＰＵ２１３は、所定のアルゴリズムを用いて、コントラストの高さ等に応じて信頼度ＴＶを求める。

同様に、ＣＰＵ２１３は、次の式（２）によって、横方向の像ずれ量ｐＨ、横方向のオフセット係数ｐＨ０、および横方向のゲイン係数ｋＨを用いて横方向のデフォーカス量ｄＨを求める。

ｄＨ＝ｋＨ（ｐＨ−ｐＨ０） （２）
そして、ＣＰＵ２１３は、同様にして、横方向のデフォーカス量ｄＨの正確さを表す横方向の信頼度ＴＨを算出する。

続いて、ＣＰＵ２１３は、ＴＶ≧ＴＨの場合には、デフォーカス量ｄをｄ＝ｄＶとし、ＴＶ＜ＴＨの場合には、デフォーカス量ｄをｄ＝ｄＨとする。さらに、ＣＰＵ２１３はデフォーカス量ｄの正負（符号）に基づいてデフォーカスの方向（所謂前ピンか又は後ピンであるか）を検出する。

以上、ＡＦ対象被写体の像高＝０の場合における通常方式の焦点検出動作について説明した。一方、ＡＦ対象被写体の像高≠０の場合であっても、ＡＦ対象被写体４００が縦方向の焦点検出範囲２０５Ｖ又は横方向の焦点検出範囲２０５Ｈに存在する場合には、通常方式によってデフォーカス量ｄを算出することができる。

図５は、図１に示すカメラで行われる拡張方式の焦点検出動作の一例を説明するための図である。そして、図５（Ａ）は撮影範囲におけるＡＦ対象被写体の位置およびＡＦ視野範囲を示す図であり、図５（Ｂ）は図２に示すＡＦセンサ３０５に結像されたＡＦ像を示す図である。

なお、ここでは、所定の撮影シーンにおける撮影範囲およびＡＦ像が示されている。そして、所定の撮影シーンとは、例えば、図５（Ｂ）に示すように、デフォーカス状態であって、かつＡＦ対象被写体４００が縦方向におけるＡＦ像の一方３０５ＶＡおよび横方向におけるＡＦ像の一方３０５ＨＡに含まれる撮影シーンをいう。さらに、図５（Ａ）に示すように、ＡＦ対象被写体４００は縦方向の焦点検出範囲２０５Ｖおよび横方向の焦点検出範囲２０５Ｈのいずれにも含まれない。所定の撮影シーンでは、ＡＦ対象被写体４００は、ＡＦ像３０５ＶＢの上側、ＡＦ像３０５ＨＢの右側に外れており、ここでは、図５（Ｂ）においてＡＦセンサ３０５に検出されない被写体４０１として示されている。

ＣＰＵ２１３は、ＡＦ像３０５ＶＡおよび３０５ＨＡにおけるＡＦ対象被写体４００の代表点の位置を求める。この演算は、ＡＦ像３０５ＶＡおよび３０５ＨＡにおいてＡＦ対象被写体４００の同一箇所について相関演算を行うために行われる。なお、代表点は、例えば、ＡＦ対象被写体４００におけるエッジ部分などのコントラストの高い特徴点又は外形に基づいて求めた重心である。

ここで、拡張方式における縦方向のデフォーカス量ｄ’Ｖの算出について説明する。ＣＰＵ２１３は、ＡＦ像３０５ＶＡおよび３０５ＶＢにおけるＡＦ対象被写体４００を含む列であって、各代表点に対して相対位置が同一となる列について、既知の相関演算を行って縦方向の像ずれ量ｐ’Ｖを求める。横方向のＡＦ視野範囲２０５ＨＡは、デフォーカスによって縦方向にはシフトしないので、インフォーカス状態の拡張方式における縦方向の像ずれ量であるオフセット係数ｐ’Ｖ０およびゲイン係数ｋ’Ｖは、次の式（３）および式（４）で表される。

ｐ’Ｖ０＝ｐＶ０／２ （３）
ｋ’Ｖ＝２ｋＶ （４）
ＣＰＵ２１３は、拡張方式における縦方向のデフォーカス量ｄ’Ｖを、次の式（５）によって算出する。

ｄ’Ｖ＝ｋ’Ｖ（ｐ’Ｖ−ｐ’Ｖ０） （５）
さらに、ＣＰＵ２１３は、拡張方式における縦方向のデフォーカス量ｄ’Ｖの正確さを表す信頼度Ｔ’Ｖを算出する。また、ＣＰＵ２１３は、同様にして、拡張方式における横方向のデフォーカス量ｄ’Ｈを、横方向の像ずれ量ｐ’Ｈ、横方向のオフセット係数ｐ’Ｈ０、および横方向のゲイン係数ｋ’Ｈを用いて、次の式（６）〜式（８）によって算出する。横方向のオフセット係数ｐ’Ｈ０はオフセット係数の１／２倍であり、横方向のゲイン係数ｋ’Ｈはゲイン係数ｋＨの２倍である。

ｐ’Ｈ０＝ｐＨ０／２ （６）
ｋ’Ｈ＝２ｋＨ （７）
ｄ’Ｈ＝ｋ’Ｈ（ｐ’Ｈ−ｐ’Ｈ０） （８）
そして、ＣＰＵ２１３は、拡張方式における横方向のデフォーカス量ｄ’Ｈの正確さを表す拡張方式の横方向の信頼度Ｔ’Ｈを算出する。

ＣＰＵ２１３は、Ｔ’Ｖ≧Ｔ’Ｈの場合には、デフォーカス量ｄをｄ＝ｄ’Ｖとし、Ｔ’Ｖ＜Ｔ’Ｈの場合には、デフォーカス量ｄをｄ＝ｄ’Ｈとする。

このようにして、拡張方式の焦点検出動作を行うことによって、通常方式の焦点検出動作では困難である所定の撮影シーンにおけるデフォーカス量ｄの算出が可能となる。つまり、デフォーカス状態における位相差検出方式の焦点検出範囲を拡大することができる。

上述の例では、所定の撮影シーンとして、ＡＦ対象被写体４００が縦方向のＡＦ像の一方３０５ＶＡおよび横方向のＡＦ像の一方３０５ＨＡに含まれる撮影シーンを例に挙げたが、所定の撮影シーンにこのようなシーンには限定されない。

例えば、ＡＦ対象被写体４００がコントラストの高い横線エッジ（つまり、横方向にコントラストを有しない被写体）であり、かつ縦方向のＡＦ像３０５ＶＡと横方向のＡＦ像３０５ＨＡおよび３０５ＨＢに含まれる撮影シーンについて説明する。当該撮影シーンでは、通常方式の焦点検出動作によってデフォーカス量ｄの算出することは極めて困難である。このような撮影シーンであっても、拡張方式の焦点検出動作によれば、縦方向のＡＦ像３０５ＶＡおよび横方向のＡＦ像３０５ＨＡ又は３０５ＨＢに応じて縦方向のデフォーカス量ｄ’Ｖを算出することができる。この結果、デフォーカス量ｄの算出が可能となる。

なお、上述の例では、ｐ’Ｖ０、ｋ’Ｖ，ｐ’Ｈ、およびｋ’Ｈを求める際に、デフォーカス量ｄの算出で用いたパラメータｐＶ０，ｋＶ，ｐＨおよびｋＨを用いたが、ｐ’Ｖ０、ｋ’Ｖ，ｐ’Ｈ、およびｋ’Ｈをパラメータとして記憶するようにしてもよい。

図６は、図１に示すカメラにおける撮影動作を説明するためのフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理は、ＣＰＵ２１３の制御下で行われる。

まず、ＣＰＵ２１３はカメラの電源がＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ６０１）。電源がＯＦＦであると（ステップＳ６０１において、ＮＯ）、ＣＰＵ２１３は待機する。一方、電源がＯＮであると（ステップＳ６０１において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１３は、撮影者によってレリーズボタンが半押しされたか、つまり、スイッチＳＷ１がＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ６０２）。

スイッチＳＷ１がＯＦＦであると（ステップＳ６０２において、ＮＯ）、ＣＰＵ２１３は待機する。一方、スイッチＳＷ１がＯＮとなると（ステップＳ６０２において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１３は、後述する焦点調整動作を行う（ステップＳ６０３）。

焦点調整動作が完了すると、ＣＰＵ２１３は露出制御動作を行う（ステップＳ６０４）。ここでは、ＣＰＵ２１３は、測光センサ２１２の出力に基づいて、ＡＦ対象被写体４００を主とする被写界を適切な露出で撮影するための露出制御値を算出する。

続いて、ＣＰＵ２１３は、撮影者によってレリーズボタンが全押しされたか、つまり、スイッチＳＷ２がＯＮとなったか否かを判定する（ステップＳ６０５）。スイッチＳＷ２がＯＦＦであると（ステップＳ６０５において、ＮＯ）、ＣＰＵ２１３は待機する。一方、スイッチＳＷ２がＯＮとなると（ステップＳ６０５において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１３はミラーアップ動作を行う（ステップＳ６０６）。

ステップＳ６０６において、メインミラー２０１およびサブミラー２０２を第２の位置に退避させると、ＣＰＵ２１３は撮影動作を行う（ステップＳ６０７）。ここでは、ＣＰＵ２１３は、シャッタ制御部、絞り駆動部、および撮像センサ制御部（ともに図示せず）をステップＳ６０４で求めた露出制御値に基づいて制御する。これによって、撮像センサ２０５は撮影レンズ１００によって結像された光学像に応じた画像信号を出力する。

撮像センサ２０５の出力である画像信号は、撮像センサ制御部および画像処理部（図示せず）によって処理されて撮影画像（画像データ）とされる。そして、撮影動作が完了すると、ＣＰＵ２１３は撮影動作（カメラ動作）を終了する。

図７は、図６に示す焦点調整動作を説明するためのフローチャートである。

焦点調節動作を開始すると、ＣＰＵ２１３は、前述したようにして、ＡＦ対象被写体の決定動作を行ってＡＦ対象被写体４００を決定する（ステップＳ７０１）。そして、ＣＰＵ２１３は通常方式の焦点検出動作が可能であるか否かを判定する（ステップＳ７０２）。

ステップＳ７０２の処理では、ＣＰＵ２１３は、ＡＦ対象被写体４００において縦方向のコントラストが”０”でなく、かつＡＦ対象被写体４００が縦方向のＡＦ像３０５ＶＡ及び３０５ＶＢに含まれると、通常方式の焦点検出動作が可能であると判定する。また、ＣＰＵ２１３は、ＡＦ対象被写体４００において横方向のコントラストが”０”でなく、かつＡＦ対象被写体４００が横方向のＡＦ像３０５ＨＡおよび３０５ＨＢに含まれると、通常方式の焦点検出動作が可能であると判定する。その他の場合については、ＣＰＵ２１３は通常方式の焦点検出動作が不可であると判定する。

通常方式の焦点検出動作が可能であると（ステップＳ７０２において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１３は、前述のようにして通常方式の焦点検出動作を行って、デフォーカス量ｄを求める（第１の算出処理：ステップＳ７０３）。

通常方式の焦点検出動作が不可であると（ステップＳ７０２において、ＮＯ）、ＣＰＵ２１３は、拡張方式の焦点検出動作が可能であるか否かを判定する（ステップＳ７０４）。ここでは、ＣＰＵ２１３は、ＡＦ対象被写体４００がＡＦ像３０５ＶＡおよび３０５ＶＢの少なくとも一方、そしてＡＦ像３０５ＨＡおよび３０５ＨＢの少なくとも一方に含まれると、拡張方式の焦点検出動作が可能であると判定する。その他の場合については、ＣＰＵ２１３は拡張方式の焦点検出動作が不可であると判定する。

拡張方式の焦点検出動作が可能であると（ステップＳ７０４において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１３は、前述のようにして拡張方式の焦点検出動作を行って、デフォーカス量ｄを求める（第２の算出処理：ステップＳ７０５）。一方、拡張方式の焦点検出動作が不可であると（ステップＳ７０４において、ＮＯ）、ＣＰＵ２１３は焦点調整動作を終了する。

このように、ＣＰＵ２１３は、所定の撮影シーンであるか否かに応じて、第１および第２の算出処理を選択的に行う。

ステップＳ７０３又はＳ７０５の処理の後、ＣＰＵ２１３はレンズ駆動動作を行う（ステップＳ７０６）。ここでは、ＣＰＵ２１３は、デフォーカス量ｄに基づいて、所定の関係式を用いてレンズ駆動量を算出する。そして、ＣＰＵ２１３はレンズ制御回路１０３によってレンズ駆動機構１０２を駆動制御して、フォーカスレンズ１０１を光軸に沿って駆動する。

フォーカスレンズ１０１の駆動が完了すると、ＣＰＵ２１３は再度、通常方式の焦点検出動作を行ってデフォーカス量ｄを算出する（ステップＳ７０７）。そして、ＣＰＵ２１３は撮影レンズ１００の焦点状態がインフォーカス状態であるか否かを判定する（ステップＳ７０８）。

ステップＳ７０８の処理では、ＣＰＵ２１３は、ステップＳ３０７で求めたデフォーカス量ｄの絶対値が所定のデフォーカス量許容値ｄＴＨ以下であると、つまり、｜ｄ｜≦ｄＴＨであると、インフォーカス状態であると判定する。その他の場合については、ＣＰＵ２１３はデフォーカス状態であると判定する。

インフォーカス状態であると判定すると（ステップＳ７０８において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１３はファインダ内表示部２０８に焦点調整動作の結果を表示する（ステップＳ７０９）。ここでは、ＣＰＵ２１３は表示制御部によってＡＦ対象被写体４００の位置を含む領域を点灯して、焦点調整に成功したことを撮影者に視認させる。そして、ＣＰＵ２１３は焦点調整動作を終了する。

デフォーカス状態であると判定すると（ステップＳ７０８において、ＮＯ）、ＣＰＵ２１３はステップＳ７０６の処理に戻って、レンズ駆動動作を行う。

このように、本発明の実施の形態では、所定の撮影シーン（デフォーカス状態で、かつＡＦ対象被写体が縦方向のＡＦ像の一方および横方向のＡＦ像の一方に含まれる撮影シーン）においては、拡張方式の焦点検出動作を行う。これによって、通常方式の焦点検出動作では困難であった所定の撮影シーンにおけるデフォーカス量ｄの算出が可能となる。言い替えると、本発明の実施の形態では、デフォーカス状態における位相差検出方式の焦点検出範囲を拡大することができる。

なお、上述の実施の形態では、撮像センサ２０５と異なるＡＦセンサ３０５およびＡＦ二次結像レンズ３０４を有する焦点検出部３００を用いて、位相差検出方式による焦点検出を行うカメラ２００について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、焦点検出部３００を用いることなく、焦点検出用画素を有する撮像センサ２０５にマイクロレンズアレイを配置して、撮像センサ２０５の出力に応じて位相差検出方式による焦点検出を行うようにしてもよい。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を焦点検出装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを焦点検出装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００ 撮影レンズユニット
２００ カメラ本体
２０１ メインミラー
２０２ サブミラー
２０５ 撮像センサ
２１３ ＣＰＵ
３００ 焦点検出部
３０４ ＡＦ二次結像レンズ
３０５ ＡＦセンサ
４００ ＡＦ対象被写体

Claims (10)

1. 撮影レンズが合焦しているかを示す焦点状態を検出する焦点検出装置であって、
   撮影レンズを通過した光を前記撮影レンズの射出瞳の異なる領域に分割して、互いに分割方向の異なる第１の対の光学像および第２の対の光学像を撮像素子に結像させる結像光学系と、
   焦点検出の対象である被写体の像が、少なくとも前記第１の対の光学像の一方と前記第２の対の光学像の一方とに存在する所定の撮影シーンの場合、前記第１の対の光学像の一方と前記第２の対の光学像の一方とから得られる前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記撮影レンズが合焦であるかを示す焦点状態の判定を行う制御手段と、
   を有すること特徴とする焦点検出装置。
2. 前記制御手段は、前記焦点状態の判定を行う際、前記撮影レンズのデフォーカスの方向とそのデフォーカス量を求めることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記撮像素子は、２次元マトリックス状に配列された複数の画素を有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. 前記制御手段は、前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記第１の対の光学像又は前記第２の対の光学像に前記被写体が存在するか否かを検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
5. 前記制御手段は、前記第１の対の光学像又は前記第２の対の光学像の像ずれ量と所定の第１のオフセット係数との差分に所定の第１のゲイン係数を乗算して、前記撮影レンズを合焦させる際に用いる第１のデフォーカス量を算出する第１の算出処理と、前記第１の対の光学像の一方および前記第２の対の光学像の一方の像ずれ量と前記所定のオフセット係数に応じて決定される第２のオフセット係数との差分に、前記第１のゲイン係数に応じて決定される第２のゲイン係数を乗算して、前記撮影レンズを合焦させる際に用いる第２のデフォーカス量を算出する第２の算出処理を選択的に行う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、前記所定の撮影シーンの場合に前記第２の算出処理を行って、前記第２のデフォーカス量に応じて前記撮影レンズを制御することを特徴とする請求項５に記載の焦点検出装置。
7. 前記第２のオフセット係数は、前記第１のオフセット係数の１／２倍であり、前記第２のゲイン係数は、前記第１のゲイン係数の２倍であること特徴とする請求項５又は６に記載の焦点検出装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
   前記焦点検出装置によって前記撮影レンズが合焦状態とされると、前記被写体を撮像して画像を得る撮像手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
9. 撮影レンズが合焦しているか示す焦点状態を検出する焦点検出装置の制御方法であって、
   撮影レンズを通過した光を前記撮影レンズの射出瞳の異なる領域に分割して、互いに分割方向の異なる第１の対の光学像および第２の対の光学像を撮像素子に結像させる結像ステップと、
   焦点検出の対象である被写体の像が、少なくとも前記第１の対の光学像の一方と前記第２の対の光学像の一方とに存在する所定の撮影シーンの場合、前記第１の対の光学像の一方と前記第２の対の光学像の一方とから得られる前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記撮影レンズが合焦であるかを示す焦点状態の判定を行う制御ステップと、
   を有すること特徴とする制御方法。
10. 撮影レンズが合焦しているか示す焦点状態を検出する焦点検出装置で用いられる制御プログラムであって、
    前記焦点検出装置が備えるコンピュータに、
    撮影レンズを通過した光を前記撮影レンズの射出瞳の異なる領域に分割して、互いに分割方向の異なる第１の対の光学像および第２の対の光学像を撮像素子に結像させる結像ステップと、
    焦点検出の対象である被写体の像が、少なくとも前記第１の対の光学像の一方と前記第２の対の光学像の一方とに存在する所定の撮影シーンの場合、前記第１の対の光学像の一方と前記第２の対の光学像の一方とから得られる前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記撮影レンズが合焦であるかを示す焦点状態の判定を行う制御ステップと、
    を実行させること特徴とする制御プログラム。