JP4799226B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、オートフォーカス機能を備える撮像装置及びその制御方法に関する。

撮像時に焦点を自動的に調節する、いわゆるオートフォーカス（ＡＦ）機能を備えるデジタルカメラなどの撮像装置が普及している。ＡＦ機能を実現する方式として、位相差検出方式とコントラスト検出方式が知られている。一般に、位相差検出方式によるＡＦは高速であるがコントラスト検出方式に比べると精度が出にくい面があり、コントラスト検出方式によるＡＦは高精度であるが低速であるという特徴がある。

そこで、位相差検出方式とコントラスト検出方式を組み合わせ、高速かつ高精度なＡＦを行うハイブリッドＡＦ方式が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の撮像装置は、まず位相差検出方式のＡＦにより第１の合焦位置を求め、第１の合焦位置近傍でコントラスト検出方式によるＡＦを行うことにより、第１の合焦位置より正確な第２の合焦位置を求める。コントラスト検出方式によるＡＦは第１の合焦位置近傍という比較的狭い範囲内でフォーカスレンズを走査することにより行われるため、従来のコントラスト検出方式のみを用いたＡＦよりも高速に合焦位置を求めることができる。

また、位相差検出方式とコントラスト検出方式それぞれを用いて検出した合焦位置の差をあらかじめ補正値として記憶し、撮像時には位相差検出方式で検出した合焦位置をこの補正値で補正する撮像装置も知られている（特許文献２参照）。

特許文献２に記載の撮像装置は、一度補正値を記憶すれば、撮像時にはコントラスト検出方式によるＡＦを行う必要がないため、さらに高速に合焦位置を求めることができる。
特開２００３−３０２５７１号公報 特開２０００−２９２６８４号公報

特許文献１に開示されている撮像装置は、焦点検出領域の縦方向と横方向のいずれを基準にしてオートフォーカス（ＡＦ）を行うかを考慮していない。したがって、縦方向又は横方向の一方を基準にＡＦを行った場合、基準とした方向における被写体のコントラストが低いと、求められる合焦位置の信頼性も低くなる。また、縦方向及び横方向の両方向を基準にＡＦを行えば合焦位置の信頼性は向上するが、ＡＦの実行に時間がかかる。

また、特許文献２に開示されている撮像装置は、焦点検出領域における被写体のコントラストに関わらず、補正値を求める。したがって、焦点検出領域における被写体のコントラストが低いと、信頼性の低い補正値を算出してしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ＡＦに要する速度を高速に保ちつつも、求められる合焦位置の信頼性が低下することを抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、以下の特徴を備える撮像装置を提供する。すなわち、被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号の所定方向に対してコントラストに対応する情報を検出する第１の焦点検出手段と、第１の方向に配置された第１のセンサ対と第２の方向に配置された第２のセンサ対を備え、少なくとも一方のセンサ対からの検出信号に基づいて焦点状態を検出する第２の焦点検出手段と、前記第１のセンサ対からの検出信号と前記第２のセンサ対からの検出信号の信号レベルに応じた、焦点状態を検出する際の信頼性が高い方向を検出する検出手段とを有し、前記第１の焦点検出手段は、前記検出手段により検出された方向に応じた方向に対して前記撮像信号のコントラストに対応する情報を検出し、当該情報に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御することを特徴とする撮像装置。

また、本発明は、以下の特徴を備える撮像装置の制御方法を提供する。すなわち、被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号の所定方向に対してコントラストに対応する情報を検出する第１の焦点検出ステップと、第１の方向に配置された第１のセンサ対と第２の方向に配置された第２のセンサ対のうち少なくとも一方のセンサ対からの検出信号に基づいて焦点状態を検出する第２の焦点検出ステップと、前記第１のセンサ対からの検出信号と前記第２のセンサ対からの検出信号の信号レベルに応じた、焦点状態を検出する際の信頼性の高い方向を検出する検出ステップとを有する撮像装置の制御方法であって、前記第１の焦点検出ステップにおいて、前記検出ステップにより検出された方向に応じた方向に対して前記撮像信号のコントラストに対応する情報を検出し、当該情報に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御することを特徴とする撮像装置の制御方法。

なお、その他の本発明の特徴は、添付図面及び以下の発明を実施するための最良の形態における記載によってさらに明らかになるものである。

以上の構成により、本発明によれば、オートフォーカス（ＡＦ）に要する速度を高速に保ちつつも、求められる合焦位置の信頼性が低下することを抑制することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。

なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

［第１の実施形態］
＜デジタルカメラ１０の構成＞
図１は、第１の実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラ１０の構成を示すブロック図である。

ＣＰＵ１００には、焦点検出センサ１０１、信号入力部１０４、レンズ通信部１０５、撮像センサ１０６（撮像手段）、測光センサ１０７、及びシャッタ制御部１０８が接続されている。

信号入力部１０４は、デジタルカメラ１０に各種の指示を与えるスイッチ群１１４の状態を検出するためのものである。

レンズ通信部１０５は、図２に示す撮像レンズ６０の状態などを示すレンズ信号１１５をＣＰＵ１００に伝達し、焦点位置や絞りの制御などを行うためのものである。

シャッタ制御部１０８は、シャッタマグネット１１８ａ及び１１８ｂを制御するためのものである。

ＣＰＵ１００は、コントラスト評価値演算部２０１、検出方向決定部２０２、信頼性評価部２０３、記憶部２０４を備える。

コントラスト評価値演算部２０１は、撮像レンズ６０（撮像光学系）から入射した光（被写体像）が撮像センサ１０６により光電変換された撮像信号（画像データ）のコントラストを検出し、撮像レンズ６０の合焦状態を評価する。

検出方向決定部２０２は、コントラスト評価値演算部２０１が画像データのコントラストを検出する際に、画像データのどの方向（例えば縦、横、斜めなど）に対してコントラストの検出を行うかを決定する。

信頼性評価部２０３は、焦点検出センサ１０１を使用した焦点検出結果の信頼性を評価する。

記憶部２０４は、デジタルカメラ１０の動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ、プログラム実行時のワークエリアとなるＲＡＭ、デジタルカメラ１０の設定に関するパラメータを記憶するためのＥＥＰＲＯＭなどを含む。

コントラスト評価値演算部２０１、検出方向決定部２０２、信頼性評価部２０３の機能は、ＣＰＵ１００が記憶部２０４に格納されているプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現される。しかし、もちろん、デジタルカメラ１０に専用のハードウェアを備えることにより実現しても構わない。

スイッチ群１１４は、デジタルカメラ１０の動作モード（例えば撮像モードや再生モードなど）を設定するために使用される。

ＣＰＵ１００は、測光センサ１０７、焦点検出センサ１０１を制御することで、被写体の合焦状態や輝度を検出し、撮像レンズ６０に含まれるフォーカスレンズの位置、絞り値、シャッタスピードなどを決定する。そして、レンズ通信部１０５を介して絞り値を制御し、また、シャッタ制御部１０８を介してシャッタマグネット１１８ａ及び１１８ｂの通電時間を制御してシャッタスピードを制御し、撮像センサ１０６を制御することで露光が行われ、画像データを得る。このとき撮像レンズ６０を駆動して被写体像にピントを合わせて撮像する。そして、現像処理を行って、カメラ内の記録部に画像データを取り込むことで、一連の撮影を終了する。

＜デジタルカメラ１０の光学的構成＞
図２は、デジタルカメラ１０の光学的構成を示す図である。

撮像レンズ６０は、焦点を調節するための光学部材であるフォーカスレンズ（不図示）を含む。

撮像レンズ６０を介して入射した被写体からの光束の大部分はクイックリターンミラー３１で上方に反射され、ファインダスクリーン５１上に結像する。ユーザはこの像をペンタプリズム５２、接眼レンズ５３を介して観察することができる。

光束の一部はクイックリターンミラー３１を透過し、後方のサブミラー３０で下方へ曲げられ、視野マスク３２、赤外カットフィルタ３３、フィールドレンズ３４、絞り３８、二次結像レンズ３９を経て焦点検出センサ１０１上に結像する。焦点検出センサ１０１は結像した光束を受光素子アレイにて光電変換し、それぞれが一対の受光素子アレイから得られた撮像信号を処理することにより、撮像レンズ６０の合焦状態を検出することができる。

デジタルカメラ１０を用いて撮像を行う際には、クイックリターンミラー３１及びサブミラー３０が跳ね上がり、被写体からの光束はすべて撮像センサ１０６上に結像し、被写体像の露光が行われる。

＜位相差検出方式とコントラスト検出方式＞
本実施形態では、第１の焦点検出方式である位相差検出方式によるオートフォーカス（ＡＦ）と第２の焦点検出方式であるコントラスト検出方式によるＡＦを組み合わせることにより、デジタルカメラ１０はＡＦを行う。なお、本実施形態では、撮像領域８０（図５参照）に含まれる焦点検出領域８１（図５参照）は１つであるものとするが、実際には、複数の焦点検出領域８１に対して本実施形態に従うＡＦを行ってもよい。

まず、図３乃至図５を参照して、本実施形態における位相差検出方式によるＡＦのための、デジタルカメラ１０の構成を説明する。

図３は、位相差検出方式によるＡＦのために使用される光学系の詳細を示す図である。

サブミラー３０で反射された被写体からの光束は視野マスク３２の近傍に一旦結像する。視野マスク３２は撮像領域８０内の焦点検出領域８１を決定するための遮光部材で、中央に十字形の開口部３２ａを有している。

フィールドレンズ３４の後方には絞り３８が配置され、絞り３８の中央には上下と左右に一対づつ計４つの開口部３８ａが設けられている。

フィールドレンズ３４は、絞り３８の各開口部３８ａを撮像レンズ６０の射出瞳付近に結像する作用を有している。絞り３８の後方には２対計４つのレンズから構成される二次結像レンズ３９が配置されており、それぞれのレンズは絞り３８の各開口部３８ａに対応している。

視野マスク３２、フィールドレンズ３４、絞り３８、二次結像レンズ３９を通過した各光束は、焦点検出センサ１０１上の２対４本のラインセンサ上に結像する。

図４は、焦点検出センサ１０１上のラインセンサを示す図である。図５は、撮像領域８０と焦点検出領域８１を示す図である。

ラインセンサ１１１ａ及び１１１ｂの対が撮像領域８０内の焦点検出領域８１に対して縦方向の焦点検出視野を形成し、ラインセンサ１１１ｃ及び１１１ｄの対が焦点検出領域８１に対して横方向の焦点検出視野を形成している。

以下、ラインセンサ１１１ａ及び１１１ｂの対による焦点検出視野を「縦視野」（又は第１の視野）、ラインセンサ１１１ｃ及び１１１ｄの対による焦点検出視野を「横視野」（又は第２の視野）と呼ぶ。第１の視野および第２の視野は、撮像センサより出力される撮像信号におけるコントラスト評価の方向を示している。

焦点検出センサ１０１は、各ラインセンサ上の像を光電変換し、２対の撮像信号の相対位置変位を検出することで、焦点検出領域８１に含まれる被写体から縦方向の撮像信号と横方向の撮像信号の両方を検出することができる。

ＣＰＵ１００は、以上のようにして得られた撮像信号から合焦位置を求めることができるが、合焦位置を求める方法は従来から知られている方法と同様であるため、説明を省略する。

次に、図６及び図７を参照して、本実施形態におけるコントラスト検出方式によるＡＦについて説明する。

図６は、撮像センサ１０６の詳細を示す図である。図６において、グリッド状に表される各矩形は撮像センサ１０６が撮像する画素を示す。焦点検出画素領域８２は、撮像センサ１０６において焦点検出領域８１に対応する領域である。縦視野画素領域８２ａ及び横視野画素領域８２ｂは、撮像センサ１０６において焦点検出領域８１の縦視野及び横視野に対応する領域である。

図７は、図６の焦点検出画素領域８２を拡大した図である。図７に示すように、焦点検出画素領域８２にはｍ×ｎ個の画素が含まれる。

図７のように各画素の信号をＳ（１，１）、Ｓ（１，２）・・・Ｓ（ｍ，ｎ）で表すと、焦点検出領域８１に対して横方向にコントラスト検出方式を適用した場合のコントラスト評価値は、次式で表すことができる。

一方、焦点検出領域８１に対して縦方向にコントラスト検出方式を適用した場合のコントラスト評価値は、次式で表すことができる。

ＣＰＵ１００は、以上のようにして得られたコントラスト評価値から合焦位置を求めることができるが、合焦位置を求める方法は従来から知られている方法と同様であるため、説明を省略する。

＜実施形態の原理＞
本実施形態では、デジタルカメラ１０は、縦視野及び横視野の両方について、まず位相差検出方式のＡＦで合焦位置（第１の合焦位置）を求め、求めた合焦位置の信頼性を判定する。次いで、信頼性の高い方向についてコントラスト検出方式のＡＦを行い、第２の合焦位置を求める。前述のように、コントラスト検出方式で求めた第２の合焦位置は、位相差検出方式で求めた第１の合焦位置よりも信頼性が高い。

換言すれば、デジタルカメラ１０は、縦視野及び横視野それぞれについて求めた第１の合焦位置のうち、信頼性の高い方向と同じ方向についてコントラスト検出方式による焦点検出を行い、最終的に得られる合焦位置の信頼性をさらに向上させる。以下に本実施形態の原理と、合焦位置の信頼性が向上する理由を説明する。

図８は、位相差検出方式のＡＦによって求められた合焦位置とコントラスト検出方式のＡＦによって求められた合焦位置の関係を示す図である。図８において、横軸は焦点位置を示し、縦軸はコントラスト評価値を示す。

図８において、横軸の０点は、縦視野又は横視野のいずれかを用いた位相差検出方式のＡＦによって求められた合焦位置である。位相差検出方式のＡＦによって合焦位置が求まると、ＣＰＵ１００は撮像レンズ６０の焦点位置を所定の間隔（以下、「検出ステップ」とも呼ぶ）で前後に移動させる。具体的には、撮像レンズ６０に含まれるフォーカスレンズを所定の検出ステップ（移動間隔）で移動させる。図８の例では、位相差検出方式のＡＦによって求められた合焦位置から前後に５ステップずつ、ＣＰＵ１００は撮像レンズ６０の焦点位置を移動させる。コントラスト評価値演算部２０１は、それぞれの焦点位置において、位相差検出方式で用いた視野の方向と一致する方向について、上述の［数１］又は［数２］に従ってコントラスト評価値を計算する。コントラスト評価値が最大になる焦点位置（図８では−１点）がコントラスト検出方式のＡＦによって求められた合焦位置である。

次に、図９乃至図１１を参照して、位相差検出方式及びコントラスト検出方式のＡＦを行う場合に、縦視野及び横視野のうち、いずれの方向の信頼性がより高いかを判断する原理を説明する。

図９は、撮像領域８０の焦点検出領域８１に被写体８３が含まれる様子を示す図である。図９において、被写体８３は周囲の白い部分よりも輝度が高いものとする。

図１０は、撮像領域８０が図９の状態である時にラインセンサ１１１ａ乃至１１１ｄが得る撮像信号の輝度分布を示す図である。図１０（ａ）は縦視野を構成するラインセンサ１１１ａ又は１１１ｂで得られた撮像信号の輝度分布を示し、図１０（ｂ）は横視野を構成するラインセンサ１１１ｃ又は１１１ｄで得られた撮像信号の輝度分布を示す。また、横軸は焦点検出領域８１における画素の位置を示し、縦軸は画素の輝度（撮像信号の強度）を示す。すなわち、図１０（ａ）では左端が焦点検出領域８１の上端を、右端が焦点検出領域８１の下端をそれぞれ示し、図１０（ｂ）では左端が焦点検出領域８１の左端を、右端が焦点検出領域８１の右端をそれぞれ示す。

図１０（ａ）では、輝度の低い部分から高い部分の勾配が急峻である。すなわち、縦視野では、焦点検出領域８１のコントラスト比が高い。コントラスト比が高く輝度の勾配が急峻であれば、ラインセンサのノイズなどの影響を受けにくいため、求められた合焦位置の信頼性が高くなる。

一方、図１０（ｂ）では、輝度の低い部分から高い部分の勾配が緩やかである。すなわち、横視野では、焦点検出領域８１のコントラスト比が低い。コントラスト比が低く輝度の勾配が緩やかであると、ラインセンサのノイズなどの影響を受けやすいため、求められた合焦位置の信頼性が低くなる。

そこで、信頼性評価部２０３は、ラインセンサ上で隣接する撮像信号の輝度のレベル差を積算したり、最大値と最小値の差を計算したりすることで、位相差検出方式のＡＦによって求められた合焦位置の信頼性を評価することができる。

図１１は、撮像領域８０が図９の状態である時のコントラスト評価値を示す図である。図１１（ａ）は図１０（ａ）に対応し（すなわち、縦視野用の［数２］によるコントラスト評価値を示す）、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）に対応する（すなわち、横視野用の［数１］によるコントラスト評価値を示す）。

図１１（ａ）では、コントラスト評価値の低い部分と高い部分の差が大きく、コントラスト評価値が最大となる合焦位置も明確である。そのため、求められた合焦位置の信頼性が高くなる。

一方、図１１（ｂ）では、コントラスト評価値の低い部分と高い部分の差が小さく、コントラスト評価値が最大となる合焦位置が特定しにくく、ノイズなどの影響を受けやすい。そのため、求められた合焦位置の信頼性が低くなる。

このように、位相差検出方式を用いた場合もコントラスト検出方式を用いた場合も、焦点検出領域８１における被写体のコントラストにより、求められた合焦位置の信頼性が変化する。また、位相差検出方式を用いた場合の信頼性と、コントラスト検出方式を用いた場合の信頼性は、上記の説明から一致することがわかる。

そのため、前述のように、デジタルカメラ１０は、縦視野及び横視野の両方について、まず位相差検出方式のＡＦで合焦位置を求め、求めた合焦位置の信頼性を判定する。次いで、信頼性の高い方向についてコントラスト検出方式のＡＦを行い、同じ方向について位相差検出方式のＡＦで求めた合焦位置を微調整すれば、合焦位置の信頼性をさらに向上させることができる。

また、縦視野及び横視野の一方についてのみコントラスト検出方式のＡＦを行えばよいため、本実施形態に従うＡＦの実行は、縦視野及び横視野の両方についてコントラスト検出方式のＡＦを実行するよりも高速である。また、コントラスト検出方式のＡＦにおいてコントラストを検出する際の焦点位置の範囲は、位相差検出方式のＡＦによって求められた合焦位置を基準とした比較的狭い範囲であるため（図８参照）、コントラスト検出方式のＡＦはさらに高速になる。つまり、コントラスト検出方式のＡＦでは、位相差検出方式のＡＦにより信頼性の高い方向において検出された合焦点を含む撮像レンズの駆動範囲の一部の範囲において、撮像レンズの焦点状態を表す評価値を検出するので、ＡＦが高速となる。

＜実施形態の処理の流れ＞
図１２は、デジタルカメラ１０が本実施形態に従うＡＦを行う処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１００１で、ＣＰＵ１００は、ＡＦの開始が指示されたか否かを判定する。ＡＦの開始の指示は、例えば、スイッチ群１１４に含まれるシャッタボタンが半押しの状態になった場合になされる。ＡＦの開始が指示されると、ステップＳ１００２に進む。

ステップＳ１００２で、ＣＰＵ１００は、焦点検出領域８１に対して、縦視野と横視野で位相差検出方式のＡＦを行い、縦視野及び横視野それぞれの方向について合焦位置を求める。

ステップＳ１００３で、信頼性評価部２０３は、ステップＳ１００２で求めた、縦視野についての合焦位置と横視野についての合焦位置の信頼性を評価する。縦視野についての合焦位置と横視野についての合焦位置の信頼性のうち、少なくとも一方が所定のレベル以上であればステップＳ１００４に進み、そうでなければステップＳ１０１４に進む。なお、ステップＳ１００３において信頼性の評価を行う理由は、信頼性が縦視野及び横視野のいずれについても所定のレベルに達しない場合は、位相差検出方式とコントラスト検出方式を組み合わせても信頼性の高い合焦位置を得られないからである。そのため、ＣＰＵ１００は、後述するステップＳ１０１４の方法で合焦位置を求める。

ステップＳ１００４で、信頼性評価部２０３は、ステップＳ１００２で求めた、縦視野についての合焦位置と横視野についての合焦位置のうちいずれの信頼性の方が高いかを比較する。縦視野の信頼性の方が高い場合はステップＳ１００５に進み、横視野の信頼性の方が高い場合はステップＳ１００６に進み、縦視野と横視野の信頼性が等しい場合はステップＳ１００７に進む。

Ｓ１００５で、ＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１の縦視野に基づいて求めた合焦位置を、採用する合焦位置として記憶部２０４に記憶する。

Ｓ１００６で、ＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１の横視野に基づいて求めた合焦位置を、採用する合焦位置として記憶部２０４に記憶する。

Ｓ１００７で、ＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１の縦視野及び横視野それぞれに基づいて求めた合焦位置の平均を、採用する合焦位置として記憶部２０４に記憶する。なお、縦視野及び横視野それぞれに基づいた合焦位置の信頼性が等しい場合、このように平均値から最終的な合焦位置を求めれば合焦位置の信頼性が増す。しかし、縦視野又は横視野の一方のみに基づいて合焦位置を求めてもよく、この場合はＡＦの速度が向上する。

また、ステップＳ１００５乃至Ｓ１００７では、検出方向決定部２０２は、採用した合焦位置を求めるために使用した視野の方向を記憶部２０４に記録する。

Ｓ１００８で、ＣＰＵ１００は、Ｓ１００５乃至Ｓ１００７で記憶部２０４に記憶された合焦位置と、現在の撮像レンズ６０の焦点位置との差（以下、デフォーカス量という）を計算し、合焦しているか否かの判定を行う。デフォーカス量の絶対値が所定の値よりも大きい場合は、合焦していないと判断し、ステップＳ１００９に進む。一方、デフォーカス量の絶対値が所定の値以下である場合は、合焦していると判断して、ステップＳ１０１０へ進む。

ステップＳ１００９で、ＣＰＵ１００は、撮像レンズ６０内のフォーカスレンズを合焦位置へ移動させる。次いで、ステップＳ１００２へ戻り、同様の処理を繰り返す。

ステップＳ１０１０で、検出方向決定部２０２は、ステップＳ１００５乃至Ｓ１００７で記憶部２０４に記録した視野の方向を判定する。縦視野であった場合はステップＳ１０１１に進み、横視野であった場合はステップＳ１０１２に進み、縦視野及び横視野両方であった場合はステップＳ１０１３に進む。

Ｓ１０１１乃至Ｓ１０１３で、検出方向決定部２０２は、次に行うコントラスト検出方式によるＡＦにおける、コントラストの検出方向を決定する。ステップＳ１０１１では縦方向、Ｓ１０１２では横方向、Ｓ１０１３では縦横両方向として、それぞれ検出方向決定部２０２は記憶部２０４に記録する。すなわち、位相差検出方式で採用した合焦位置に対応する視野の方向と、コントラスト検出方式におけるコントラストの検出方向は一致する。

Ｓ１０１４で、検出方向決定部２０２は、コントラスト検出方式によるＡＦにおける、コントラストの検出方向を斜め方向として、記憶部２０４に記録する。これは、ステップＳ１００３で説明したように、位相差検出方式では縦視野も横視野も信頼性が低く、コントラスト検出方式でも縦方向も横方向も信頼性が低いためである。

ステップＳ１０１５で、コントラスト評価値演算部２０１は、現在のフォーカスレンズ位置から所定の範囲（図８参照）についてフォーカスレンズを所定の検出ステップで移動させながらコントラスト評価値を求める。このとき、コントラスト評価値を求める方向は、ステップＳ１０１１乃至Ｓ１０１４で決定した方向である。またステップＳ１００３における信頼性判定で、縦視野及び横視野に基づく合焦位置の信頼性が低く、ステップＳ１０１４を経由した場合は、フォーカスレンズの駆動範囲全域（少なくとも前記の所定の範囲よりも広い範囲）についてコントラスト評価値を求める。なぜなら、この場合、位相差検出方式による合焦位置の計算が行われていないからである。

ステップＳ１０１６で、コントラスト評価値演算部２０１は、ステップＳ１０１５で求めたコントラスト評価値の結果から合焦位置を求め、フォーカスレンズを移動させ、被写体に合焦させる。

以上の処理により、まず位相差検出方式により高速に合焦位置を求め、コントラスト検出方式により高精度な合焦位置を検出するという、本実施形態におけるＡＦの処理が終了する。この状態で、スイッチ群１１４に含まれるシャッタボタンが全押しの状態になると、撮像が行われる。

＜第１の実施形態のまとめ＞
以上説明したように、本実施形態によれば、デジタルカメラ１０は、縦視野及び横視野の両方について、まず位相差検出方式のＡＦで合焦位置を求め、求めた合焦位置の信頼性を判定する。次いで、信頼性の高い方向についてコントラスト検出方式のＡＦを行い、同じ方向について位相差検出方式のＡＦで求めた合焦位置を、より高精度な合焦位置で置き換える。コントラスト検出方式のＡＦ実行時にフォーカスレンズが移動する範囲は、位相差検出方式のＡＦによって求められた合焦位置近傍の比較的狭い範囲である。

これにより、ＡＦに要する速度を高速に保ちつつも、求められる合焦位置の信頼性をさらに向上させることができる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、撮像時にコントラスト検出方式のＡＦを行い、位相差検出方式のＡＦにより求めた合焦位置を微調整するハイブリッドＡＦについて説明した。第２の実施形態では、位相差検出方式のＡＦにより求めた合焦位置とコントラスト検出方式のＡＦによる合焦位置との差を補正値としてあらかじめ記憶し、撮像時には位相差検出方式のＡＦを補正値で補正するハイブリッドＡＦを説明する。

図１３は、第２の実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラ１１の構成を示すブロック図である。デジタルカメラ１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

ＣＰＵ１００内には、コントラスト評価値演算部２０１、検出方向決定部２０２、信頼性評価部２０３、記憶部２０４、検出分解能決定部２０５、焦点検出補正部２０６が内蔵されている。

検出分解能決定部２０５は、コントラスト検出方式のＡＦ実行時に、撮像レンズ６０のフォーカスレンズを移動させる検出ステップを決定する。検出ステップとは、図８の横軸における目盛の間隔である。検出ステップが小さい方が、より正確な合焦位置を求めることができる。しかし、焦点位置の所定の範囲についてコントラスト評価値を求める場合、コントラスト評価値を計算しなければならない点が増加するため、コントラスト検出方式のＡＦにより多くの時間を要する。

焦点検出補正部２０６は、位相差検出方式のＡＦにより求めた合焦位置を補正値により補正する。補正値は、あらかじめ位相差検出方式のＡＦにより求めた合焦位置と、コントラスト検出方式により求めた合焦位置との差であり、記憶部２０４に記録される。

また、デジタルカメラ１１は、補正値を用いて撮像を行う動作（以下、撮像モードと呼ぶ）と、補正値を求める動作（以下、ＡＦキャリブレーションモードと呼ぶ）を備える。デジタルカメラ１１は、スイッチ群１１４の操作により、撮像モードやＡＦキャリブレーションモードに設定される。

なお、検出分解能決定部２０５及び焦点検出補正部２０６の機能は、ＣＰＵ１００が記憶部２０４に格納されているプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現される。しかし、もちろん、デジタルカメラ１１に専用のハードウェアを備えることにより実現しても構わない。

次に、図１４を参照して、デジタルカメラ１１が本実施形態に従うＡＦキャリブレーションを行う処理の流れを説明する。

ステップＳ２００１で、ＣＰＵ１００は、スイッチ群１１４の状態に基づいてデジタルカメラ１０のモードを判定する。ＡＦキャリブレーションモードに設定されている場合はステップＳ２００３に進む。ＡＦキャリブレーションモード以外のモードに設定されている場合はステップＳ２００２に進み、ＣＰＵ１００は設定されているモードに対応する動作を実行する。また、モード設定がなされていない場合は、ステップＳ２００１におけるモード判定動作を繰り返す。

ステップＳ２００３で、ＣＰＵ１００は、スイッチ群１１４の状態に基づいて、ＡＦキャリブレーションを開始する指示を受けたか否かを判定する。ＡＦキャリブレーションの開始指示を受けた場合は、ステップＳ２００４に進む。一方、ＡＦキャリブレーションの開始指示を受けていない場合は、ステップＳ２００１に戻る。

ステップＳ２００４で、ＣＰＵ１００は、焦点検出領域８１に対して、縦視野で位相差検出方式のＡＦを行い、合焦位置を求める。

ステップＳ２００５で、信頼性評価部２０３は、ステップＳ２００４で求めた合焦位置についての信頼性を評価（判定）する。信頼性が所定のレベル以上であればステップＳ２００６に進む。信頼性が所定のレベル未満であれば、焦点検出領域８１の状態が補正値を求めるのに適していないということなので、縦視野については補正値を求めずにステップＳ２０１３に進む。

ステップＳ２００６で、ＣＰＵ１００は、デフォーカス量の絶対値が所定の値以下であるか否かに基づいて、合焦しているか否かの判定を行う。合焦している場合はステップＳ２００８に進み、そうでない場合はステップＳ２００７に進む。

ステップＳ２００７で、ＣＰＵ１００は、撮像レンズ６０内のフォーカスレンズを合焦位置へ移動させる。次いで、ステップＳ２００４へ戻り、同様の処理を繰り返す。

ステップＳ２００８で、ＣＰＵ１００は、現在のフォーカスレンズ位置を、縦視野における位相差検出方式のＡＦによる合焦位置として記憶部２０４に記憶する。

ステップＳ２００９で、検出方向決定部２０２は、コントラスト検出方式のＡＦ実行時におけるコントラスト検出方向を縦方向に決定し、記憶部２０４に記憶する。

ステップＳ２０１０で、検出分解能決定部２０５は、検出ステップを所定の値（例えば図８の２目盛分）として記憶部２０４に記憶する。

ステップＳ２０１１で、コントラスト評価値演算部２０１は、現在のフォーカスレンズ位置から所定の範囲（図８参照）について、ステップＳ２０１０で決定した検出ステップでフォーカスレンズを移動させながらコントラスト評価値を求める。このとき、コントラスト評価値を求める方向は、ステップＳ２００９で決定した縦方向である。コントラスト評価値演算部２０１は、コントラスト評価値が最大となる焦点位置をコントラスト検出方式による合焦位置として記憶部２０４に記憶する。

ステップＳ２０１２で、ＣＰＵ１００は、ステップＳ２０１１で記憶した合焦位置とステップＳ２００８で記憶した合焦位置との差を、縦視野の補正値として取得し、記憶部２０４に記憶する。

ステップＳ２０１３乃至Ｓ２０２１では、縦視野が横視野に、縦方向が横方向になる以外は原則としてステップＳ２００４乃至Ｓ２０１２と同様であるため、説明を省略する。

ただし、ステップＳ２０１９で、検出分解能決定部２０５が検出ステップを決定する際に、ステップＳ２０１０の検出ステップよりも小さくする（例えば図８の１目盛分）。これは、図３に示すように、本実施形態で使用している焦点検出センサ１０１および二次結像レンズ３９の組み合わせでは、横視野の方が縦視野よりも二次結像レンズ３９の中心間隔である基線長が長くなっているからである。そのため、位相差検出方式のＡＦにおいては、横視野の方が縦視野よりも焦点検出の分解能が高くなっている。したがって、位相差検出方式による焦点検出分解能と、コントラスト検出方式による焦点検出分解能に正の相関を持たせるために、横方向の検出ステップを縦方向の検出ステップよりも小さくする。

以上の処理により、縦方向と横方向の両方について補正値が求まる。また、ステップＳ２００５及びステップＳ２０１４において信頼できる補正値が求められないと判断された場合は、対応する方向の補正値は求められない。そのため、デジタルカメラ１１のユーザは、他の被写体を利用して改めてＡＦキャリブレーションを行えばよい。

また、デジタルカメラ１１による撮像時は、まず位相差検出方式のＡＦにより縦視野及び横視野の合焦位置が求められる。次いで、焦点検出補正部２０６は、信頼性が高い方の視野の合焦位置を、補正値によって補正する。そして、レンズ通信部１０５は補正された合焦位置に撮像レンズ６０のフォーカスレンズを移動させ、被写体に合焦させる。したがって、撮像時にはコントラスト検出方式によるＡＦが行われず、正確な合焦位置をより高速に求め、フォーカスレンズを合焦させることができる。

＜第２の実施形態のまとめ＞
以上説明したように、本実施形態によれば、デジタルカメラ１１は位相差検出方式のＡＦにより求めた合焦位置とコントラスト検出方式のＡＦによる合焦位置との差を補正値としてあらかじめ記憶する。ただし、デジタルカメラ１１は、位相差検出方式のＡＦにより求めた合焦位置の信頼性が低い場合は補正値を記憶しない。デジタルカメラ１１による撮像時は、まず位相差検出方式のＡＦにより縦視野及び横視野の合焦位置が求められ、信頼性が高い方の視野の合焦位置が、補正値によって補正される。

これにより、信頼性の低い誤った補正値をデジタルカメラ１１が記憶することが抑制される。したがって、撮像時に位相差検出方式のＡＦで求められた合焦位置が誤った補正値により補正されることが抑制される。

［第３の実施形態］
第２の実施形態では、ＡＦキャリブレーションモードにおいて、デジタルカメラ１１は縦視野及び横視野両方についての補正値を求めた。第３の実施形態では、縦視野及び横視野の補正値のうちいずれか又は両方を選択的に求められるデジタルカメラ１２（図１５参照）を説明する。

図１５は、第３の実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラ１２の構成を示すブロック図である。デジタルカメラ１１と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

ＣＰＵ１００内には、コントラスト評価値演算部２０１、検出方向決定部２０２、信頼性評価部２０３、記憶部２０４、検出分解能決定部２０５、焦点検出補正部２０６、視野選択部２０７が内蔵されている。

視野選択部２０７は、スイッチ群１１４の状態を検出して、デジタルカメラ１２がＡＦキャリブレーションを行う際に補正値を求める視野を選択する。また、デジタルカメラ１２が撮像を行う際、通常は縦視野及び横視野のうち信頼性の高い方に基づいてＡＦを実行するが、スイッチ群１１４の状態を検出して、視野選択部２０７が使用する視野を選択してもよい。

なお、視野選択部２０７の機能は、ＣＰＵ１００が記憶部２０４に格納されているプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現される。しかし、もちろん、デジタルカメラ１２に専用のハードウェアを備えることにより実現しても構わない。

次に、図１６を参照して、デジタルカメラ１２が本実施形態に従うＡＦキャリブレーションを行う処理の流れを説明する。図１６において、第２の実施形態（図１４）と同一の処理を行うステップには同一の符号を付し、説明を省略する。

ステップＳ３００１で、ＣＰＵ１００は、視野選択部２０７によって縦視野がＡＦキャリブレーションの対象として選択されているか否かを判定する。選択されていればステップＳ２００４に進む。選択されていなければ、縦視野に関するＡＦキャリブレーションは行わず、ステップＳ３００２に進む。

ステップＳ３００２で、ＣＰＵ１００は、視野選択部２０７によって横視野がＡＦキャリブレーションの対象として選択されているか否かを判定する。選択されていればステップＳ２０１３に進む。選択されていなければ、横視野に関するＡＦキャリブレーションは行わず、処理を終了する。

＜第３の実施形態のまとめ＞
以上説明したように、本実施形態によれば、デジタルカメラ１２は、選択された視野についてのみＡＦキャリブレーションを行い、補正値を得る。

これにより、ユーザが補正値を更新したいと願う方向にのみＡＦキャリブレーションが行われ、不要なＡＦキャリブレーションを省略できるので、高速に補正値を取得できるようになる。

［その他の実施形態］
上述した各実施の形態の処理は、各機能を具現化したソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供してもよい。そして、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによって、前述した実施形態の機能を実現することができる。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピィ（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどを用いることができる。或いは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることもできる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した各実施の形態の機能が実現されるだけではない。そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれている。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書きこまれてもよい。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含むものである。

第１の実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラ１０の構成を示すブロック図である。 デジタルカメラ１０の光学的構成を示す図である。 位相差検出方式によるＡＦのために使用される光学系の詳細を示す図である。 焦点検出センサ１０１上のラインセンサを示す図である。 撮像領域８０と焦点検出領域８１を示す図である。 撮像センサ１０６の詳細を示す図である。 図６の焦点検出画素領域８２を拡大した図である。 位相差検出方式のＡＦによって求められた合焦位置とコントラスト検出方式のＡＦによって求められた合焦位置の関係を示す図である。 撮像領域８０の焦点検出領域８１に被写体８３が含まれる様子を示す図である。 撮像領域８０が図９の状態である時にラインセンサ１１１ａ乃至１１１ｄが得る撮像信号の輝度分布を示す図である。 撮像領域８０が図９の状態である時のコントラスト評価値を示す図である。 デジタルカメラ１０が本実施形態に従うＡＦを行う処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラ１１の構成を示すブロック図である。 デジタルカメラ１１が第２の実施形態に従うＡＦキャリブレーションを行う処理の流れを示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る撮像装置であるデジタルカメラ１２の構成を示すブロック図である。 デジタルカメラ１２が第３の実施形態に従うＡＦキャリブレーションを行う処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ デジタルカメラ
１００ ＣＰＵ
１０１ 焦点検出センサ
１０６ 撮像センサ
２０１ コントラスト評価演算部
２０２ 検出方向決定部
２０３ 信頼性評価部
２０４ 記憶部

Claims (8)

1. 被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号の所定方向に対してコントラストに対応する情報を検出する第１の焦点検出手段と、
   第１の方向に配置された第１のセンサ対と第２の方向に配置された第２のセンサ対を備え、少なくとも一方のセンサ対からの検出信号に基づいて焦点状態を検出する第２の焦点検出手段と、
   前記第１のセンサ対からの検出信号と前記第２のセンサ対からの検出信号の信号レベルに応じた、焦点状態を検出する際の信頼性が高い方向を検出する検出手段とを有し、
   前記第１の焦点検出手段は、前記検出手段により検出された方向に応じた方向に対して前記撮像信号のコントラストに対応する情報を検出し、当該情報に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の焦点検出手段は、前記第２の焦点検出手段による検出結果に基づく合焦位置を含む範囲で前記フォーカスレンズを駆動させ、前記撮像信号のコントラストに対応する情報を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記検出手段にて前記信頼性の高い方向が検出できなかった場合には、前記第２の焦点検出手段による焦点状態の検出を行わないことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記第１の焦点検出手段は、前記検出手段にて前記信頼性の高い方向が検出できなかった場合には、前記信頼性の高い方向が検出できた場合よりも広い範囲において前記フォーカスレンズを駆動させ、前記撮像信号のコントラストに対応する情報を検出することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第１の焦点検出手段は、前記検出手段にて前記信頼性の高い方向が検出できなかった場合には、前記第１の方向及び前記第２の方向と異なる、第３の方向に応じた方向に対して前記撮像信号のコントラストに対応する情報を検出することを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像装置。
6. 前記検出手段は、前記第１のセンサ対からの検出信号と前記第２のセンサ対からの検出信号の信号レベルが各々所定レベルに達しているかどうかに基づいて、前記信頼性の高い方向を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記第２の焦点検出手段は被写体によって反射された光を前記センサ対により受光し、前記センサ対からの検出信号の位相差に基づいて、合焦位置と前記フォーカスレンズの焦点位置とのずれ量を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号の所定方向に対してコントラストに対応する情報を検出する第１の焦点検出ステップと、
   第１の方向に配置された第１のセンサ対と第２の方向に配置された第２のセンサ対のうち少なくとも一方のセンサ対からの検出信号に基づいて焦点状態を検出する第２の焦点検出ステップと、
   前記第１のセンサ対からの検出信号と前記第２のセンサ対からの検出信号の信号レベルに応じた、焦点状態を検出する際の信頼性の高い方向を検出する検出ステップとを有する撮像装置の制御方法であって、
   前記第１の焦点検出ステップにおいて、前記検出ステップにより検出された方向に応じた方向に対して前記撮像信号のコントラストに対応する情報を検出し、当該情報に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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