JP5494594B2 - レンズ鏡筒およびカメラボディ - Google Patents

Description

本発明は、レンズ鏡筒およびカメラボディに関する。

従来より、撮像素子に備えられた焦点検出画素の出力に基づいて、光学系の像面のずれ量を検出することで、光学系の焦点状態を検出する撮像装置が知られている。このような撮像装置として、たとえば、焦点検出を行う際にケラレが発生することを防止するために、光学系の絞り値を所定の絞り値よりも小さい値（開放側の値）に設定し、焦点検出を行う方法が知られている（たとえば、特許文献１）。

特開２０１０−２１７６１８号公報

しかしながら、従来技術では、画像を本撮影するために、光学系の絞り値を、焦点検出時の絞り値から撮影絞り値へと変更した場合に、絞り値の変更に伴って光学系の像面が移動してしまい、その結果、被写体にピントの合った画像が撮影できない場合があった。

本発明が解決しようとする課題は、画像を良好に撮影することができるレンズ鏡筒を提供することである。

本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、以下においては、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。

［１］本発明に係るレンズ鏡筒は、焦点調節光学系（３２）を含む光学系と、前記光学系を通過する光束を制限する絞り（３４）と、前記焦点調節光学系を光軸方向に駆動させる駆動部（３６）と、画像を撮影する際の前記絞りの絞り値である第１絞り値に応じて定められた絞り設定範囲を記憶している記憶部（３９）と、前記絞り設定範囲をカメラボディに送信し、前記カメラボディから前記絞り設定範囲に含まれる第２絞り値、及び、前記焦点調節光学系の駆動量を受信する送受信部（３７）と、前記送受信部が受信した前記第２絞り値に基づいて、焦点調節状態を検出する際の前記絞りを制御し、前記送受信部が受信した前記駆動量に基づいて、前記駆動部を制御する制御部（３７）と、を備え、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が所定値以下であることを特徴とする。
［２］上記レンズ鏡筒に係る発明において、前記所定値は、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が当該所定値以下である場合に、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が、前記光学系の被写界深度の範囲内となる値であるように構成することができる。

［３］上記レンズ鏡筒に係る発明において、前記記憶部（３９）は、前記絞り設定範囲のうち、前記第１絞り値よりも開放側の範囲を、開放側絞り設定範囲として記憶しているとともに、前記絞り設定範囲のうち、前記第１絞り値よりも絞り込み側の範囲を、絞り込み側絞り設定範囲として記憶しており、前記開放側絞り設定範囲は、前記絞り込み側絞り設定範囲よりも狭い範囲であるように構成することができる。

［４］上記レンズ鏡筒に係る発明において、前記記憶部（３９）は、前記絞り設定範囲を、前記第１絞り値からの絞り段数として記憶しているように構成することができる。

［５］本発明に係るカメラボディは、光学系による像を撮像し、撮像した像に対応する画像信号を出力する撮像部（２２）と、画像を撮影する際の絞りの絞り値である第１絞り値に応じて定められた絞り設定範囲をレンズ鏡筒から受信する受信部（２１）と、前記絞り設定範囲に含まれる第２絞り値を決定する決定部（２１）と、前記絞りが前記第２絞り値に設定された状態で、前記画像信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出部（２１）と、前記第２絞り値を送信する送信部と、を備え、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が所定値以下であることを特徴とする。
［６］上記カメラボディに係る発明において、前記所定値は、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が当該所定値以下である場合に、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が、前記光学系の被写界深度の範囲内となる値であるように構成することができる。

［７］上記カメラボディに係る発明において、前記撮像部（２２）は、二次元状に配列された複数の撮像用画素（２２１）と、前記撮像用画素に混在して一次元または二次元状に配列された複数の焦点検出用画素（２２２ａ，２２２ｂ）とを有し、前記焦点検出部（２１）は、前記焦点検出用画素から出力された前記画像信号に基づいて、前記光学系による像面のずれ量を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出方式の焦点検出、および、前記撮像用画素により出力された前記画像信号に基づいて、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出し、算出した前記評価値に基づいて、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出方式の焦点検出のうち、少なくともいずれか一方の方式で焦点検出を行うことが可能であるように構成することができる。
［８］上記カメラボディに係る発明において、前記決定部（２１）は、被写体の輝度が低い場合には、被写体の輝度が高い場合よりも前記第２絞り値を開放側に設定するように構成することができる。
［９］上記カメラボディに係る発明において、前記決定部（２１）は、焦点調節状態の検出範囲を広げる場合には、焦点調節状態の検出範囲を狭める場合よりも前記第２絞り値を絞り込み側に設定するように構成することができる。

本発明によれば、画像を良好に撮影することができる。

図１は、本実施形態に係るカメラを示すブロック図である。 図２は、絞り値可変量を説明するための図である。 図３は、図１に示す撮像素子の撮像面における焦点検出位置を示す正面図である。 図４は、図３のIV部を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。 図５は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図である。 図６（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図６（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図である。 図７は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す断面図である。 図８（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す断面図、図８（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す断面図である。 図９は、図４のIX-IX線に沿う断面図である。 図１０は、本実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１を示す要部構成図である。本実施形態のデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラ本体２とレンズ鏡筒３から構成され、これらカメラ本体２とレンズ鏡筒３はマウント部４により着脱可能に結合されている。

レンズ鏡筒３は、カメラ本体２に着脱可能な交換レンズである。図１に示すように、レンズ鏡筒３には、レンズ３１，３２，３３、および絞り３４を含む撮影光学系が内蔵されている。

レンズ３２は、フォーカスレンズであり、光軸Ｌ１方向に移動することで、撮影光学系の焦点距離を調節可能となっている。フォーカスレンズ３２は、レンズ鏡筒３の光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ３５によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ３６によってその位置が調節される。

このフォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒３に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝（螺旋溝）を形成するとともに、フォーカスレンズ３２を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ３６によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１に沿って直進移動することになる。

上述したようにレンズ鏡筒３に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ３６がレンズ鏡筒３に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ３６と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１の逆方向へ直進移動することになる。

フォーカスレンズ３２の位置はエンコーダ３５によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒３に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。

本実施形態のエンコーダ３５としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量（回転方向でも光軸方向の何れでもよい）に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。

フォーカスレンズ３２は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部（至近端ともいう）から被写体側の端部（無限端ともいう）までの間を光軸Ｌ１方向に移動することができる。ちなみに、エンコーダ３５で検出されたフォーカスレンズ３２の現在位置情報は、レンズ制御部３７を介して後述するカメラ制御部２１へ送出され、フォーカスレンズ駆動モータ３６は、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ３２の駆動位置が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７を介して送出されることにより駆動する。

絞り３４は、上記撮影光学系を通過して撮像素子２２に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り３４による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された絞り値に応じた開口径が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７を介して送出されることにより行われる。また、カメラ本体２に設けられた操作部２８によるマニュアル操作により、設定された撮影絞り値に応じた開口径がカメラ制御部２１からレンズ制御部３７に入力される。絞り３４の開口径は図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部３７で現在の開口径が認識される。

また、レンズ制御部３７は、図２に示すように、焦点検出を行う際に、光学系の絞り値として設定することができる絞り値の範囲を、撮影絞り値からの絞り値の可変量として、メモリ３９に記憶している。ここで、焦点検出後に本撮影を行うために、光学系の絞り値を、たとえば、焦点検出を行った際の絞り値であるＦ１．４から、本撮影を行うための撮影絞り値であるＦ２に変更した場合に、絞り値の変更に伴う像面の移動により、焦点検出時において検出された合焦位置が、画像の本撮影時における光学系の被写界深度から外れてしまい、焦点検出時にピントの合っていた被写体にピントの合った画像を撮影できない場合がある。特に、光学系の絞り値が開放側の値になるほど、この傾向は大きくなる。このような場合、焦点検出を行う際の光学系の絞り値を、Ｆ１．４とするのではなく、たとえば、図２に示すように、Ｆ１．４よりも撮影絞り値に近いＦ１．６とすることで、絞り値の変更に伴う像面移動量を抑制することができ、被写体にピントの合った画像を撮影することができる場合がある。たとえば、図２に示す例では、このような絞り値の変更に伴う像面移動量が、画像を良好に撮影することができる所定値以下となるように、焦点検出を行う際の絞り値をＦ１．６〜Ｆ５．６の範囲内で設定可能となっており、この場合、メモリ３９には、撮影絞り値であるＦ２を絞り値Ｆ１．６にするための絞り段数である２／３段が、撮影絞り値Ｆ２に対応する、撮影絞り値よりも開放側の絞り値可変量として記憶され、撮影絞り値であるＦ２を絞り値Ｆ５．６にするための絞り段数である３段が、撮影絞り値Ｆ２に対応する、撮影絞り値よりも絞り込み側の絞り値可変量として、メモリ３９に記憶される。このように、絞り値可変量は、焦点検出を行う際に、光学系の絞り値を、撮影絞り値から変化させることができる絞り値の量を、絞り段数で表したものとなる。

なお、絞り値可変量は、撮影絞り値ごとに異なるものであり、メモリ３９には、撮影絞り値ごとに、絞り値可変量が記憶されている。また、図２に示すように、開放側の絞り値可変量と絞り込み側の絞り値可変量とを比べると、開放側の絞り値可変量が、絞り込み側の絞り値可変量よりも小さくなる傾向にある。これは、上述したように、光学系の絞り値が、開放側の値になるほど、絞り値の変更に伴う像面の移動が大きくなる傾向にあるためである。

また、カメラ本体２には、上記撮影光学系からの光束Ｌ１を受光する撮像素子２２が、撮影光学系の予定焦点面に設けられ、その前面にシャッター２３が設けられている。撮像素子２２はＣＣＤやＣＭＯＳなどのデバイスから構成され、受光した光信号を電気信号に変換してカメラ制御部２１に送出する。カメラ制御部２１に送出された撮影画像情報は、逐次、液晶駆動回路２５に送出されて観察光学系の電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６に表示されるとともに、操作部２８に備えられたレリーズボタン（不図示）が全押しされた場合には、その撮影画像情報が、記録媒体であるメモリ２４に記録される。メモリ２４は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。なお、撮像素子２２の撮像面の前方には、赤外光をカットするための赤外線カットフィルタ、および画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタが配置されている。撮像素子２２の構造の詳細は後述する。

カメラ本体２にはカメラ制御部２１が設けられている。カメラ制御部２１は、マウント部４に設けられた電気信号接点部４１によりレンズ制御部３７と電気的に接続され、このレンズ制御部３７からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部３７へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。また、カメラ制御部２１は、上述したように撮像素子２２から画素出力を読み出すとともに、読み出した画素出力について、必要に応じて所定の情報処理を施すことにより画像情報を生成し、生成した画像情報を、電子ビューファインダ２６の液晶駆動回路２５やメモリ２４に出力する。また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２からの画像情報の補正やレンズ鏡筒３の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。

また、カメラ制御部２１は、上記に加えて、撮像素子２２から読み出した画素データに基づき、位相検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出、およびコントラスト検出方式による光学系の焦点状態の検出を行う。なお、焦点状態の検出方法については、後述する。

加えて、本実施形態において、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７から、現在の撮影絞り値に対応する絞り値可変量を取得し、取得した絞り値可変量に基づいて、焦点検出を行う際の絞り値を設定する。なお、焦点検出時の絞り値の制御方法については、後述する。

操作部２８は、シャッターレリーズボタンおよび撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換が行えるようになっている。この操作部２８により設定された各種モードはカメラ制御部２１へ送出され、当該カメラ制御部２１によりカメラ１全体の動作が制御される。また、シャッターレリーズボタンは、ボタンの半押しでＯＮとなる第１スイッチＳＷ１と、ボタンの全押しでＯＮとなる第２スイッチＳＷ２とを含む。

次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。

図３は、撮像素子２２の撮像面を示す正面図、図４は、図３のIII部を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。

本実施形態の撮像素子２２は、図４に示すように、複数の撮像画素２２１が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Ｇと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Ｒと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Ｂがいわゆるベイヤー配列（Bayer Arrangement）されたものである。すなわち、隣接する４つの画素群２２３（稠密正方格子配列）において一方の対角線上に２つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が１つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群２２３を単位として、当該画素群２２３を撮像素子２２の撮像面に二次元状に繰り返し配列することで撮像素子２２が構成されている。

なお、単位画素群２２３の配列は、図示する稠密正方格子以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用することもできる。

図５は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図７は断面図である。一つの撮像画素２２１は、マイクロレンズ２２１１と、光電変換部２２１２と、図示しないカラーフィルタから構成され、図７の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２１２が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２１１が形成されている。光電変換部２２１２は、マイクロレンズ２２１１により撮影光学系の射出瞳（たとえばＦ１．０）を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束を受光する。

また、撮像素子２２の撮像面の中心、ならびに中心から左右対称位置の３箇所には、上述した撮像画素２２１に代えて焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂが配列された焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられている。そして、図４に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂが、互いに隣接して交互に、横一列（２２ａ，２２ｃ，２２ｃ）に配列されて構成されている。本実施形態においては、焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、ベイヤー配列された撮像画素２２１の緑画素Ｇと青画素Ｂとの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。

なお、図３に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃの位置は図示する位置にのみ限定されず、何れか一箇所、二箇所にすることもでき、また、四箇所以上の位置に配置することもできる。また、実際の焦点検出に際しては、複数配置された焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃの中から、撮影者が操作部２８を手動操作することにより所望の焦点検出画素列を、焦点検出位置として選択することもできる。

図６（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図８（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの断面図である。また、図６（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図８（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの断面図である。焦点検出画素２２２ａは、図６（Ａ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ａと、半円形状の光電変換部２２２２ａとから構成され、図８（Ａ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ａが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ａが形成されている。また、焦点検出画素２２２ｂは、図６（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ｂと、光電変換部２２２２ｂとから構成され、図８（Ｂ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ｂが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ｂが形成されている。そして、これら焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、図４に示すように、互いに隣接して交互に、横一列に配列されることにより、図３に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する。

なお、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは、マイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより撮影光学系の射出瞳の所定の領域（たとえばＦ２．８）を通過する光束を受光するような形状とされる。また、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。ただし、撮像画素２２１と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。

また、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示す焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは半円形状としたが、光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、楕円形状、矩形状、多角形状とすることもできる。

ここで、上述した焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの画素出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる位相差検出方式について説明する。

図９は、図４のVIII-VIII線に沿う断面図であり、撮影光軸Ｌ１近傍に配置され、互いに隣接する焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２が、射出瞳３５０の測距瞳３５１，３５２から照射される光束ＡＢ１−１，ＡＢ２−１，ＡＢ１−２，ＡＢ２−２をそれぞれ受光していることを示している。なお、図９においては、複数の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのうち、撮影光軸Ｌ１近傍に位置するもののみを例示して示したが、図９に示す焦点検出画素以外のその他の焦点検出画素についても、同様に、一対の測距瞳３５１，３５２から照射される光束をそれぞれ受光するように構成されている。

ここで、射出瞳３５０とは、撮影光学系の予定焦点面に配置された焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂの前方の距離Ｄの位置に設定された像である。距離Ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Ｄを測距瞳距離と称する。また、測距瞳３５１，３５２とは、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより、それぞれ投影された光電変換部２２２２ａ,２２２２ｂの像をいう。

なお、図９において焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２の配列方向は一対の測距瞳３５１，３５２の並び方向と一致している。

また、図９に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２のマイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配置されている。そして、マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２の背後に配置された各光電変換部２２２２ａ−１，２２２２ｂ−１，２２２２ａ−２，２２２２ｂ−２の形状が、各マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２から測距距離Ｄだけ離れた射出瞳３５０上に投影され、その投影形状は測距瞳３５１，３５２を形成する。

すなわち、測距距離Ｄにある射出瞳３５０上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳３５１，３５２）が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。

図９に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１の光電変換部２２２２ａ−１は、測距瞳３５１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−１に向う光束ＡＢ１−１によりマイクロレンズ２２２１ａ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ａ−２の光電変換部２２２２ａ−２は測距瞳３５１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−２に向う光束ＡＢ１−２によりマイクロレンズ２２２１ａ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

また、焦点検出画素２２２ｂ−１の光電変換部２２２２ｂ−１は測距瞳３５２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−１に向う光束ＡＢ２−１によりマイクロレンズ２２２１ｂ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ｂ−２の光電変換部２２２２ｂ−２は測距瞳３５２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−２に向う光束ＡＢ２−２によりマイクロレンズ２２２１ｂ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

そして、上述した２種類の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを、図４に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの出力を、測距瞳３５１と測距瞳３５２とのそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳３５１と測距瞳３５２とのそれぞれを通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータが得られる。そして、この強度分布データに対し、相関演算処理または位相差検出処理などの像ズレ検出演算処理を施すことにより、いわゆる位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。

そして、得られた像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を施すことにより、予定焦点面に対する現在の焦点面（予定焦点面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出エリアにおける焦点面をいう。）の偏差、すなわちデフォーカス量を求めることができる。

なお、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づくデフォーカス量の演算は、カメラ制御部２１により実行される。

また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２の撮像画素２２１の出力を読み出し、読み出した画素出力に基づき、焦点評価値の演算を行う。この焦点評価値は、たとえば撮像素子２２の撮像画素２２１からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる２つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出し、それぞれを積算することでも求めることができる。

そして、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７に制御信号を送出してフォーカスレンズ３２を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ３２の位置を合焦位置として求める、コントラスト検出方式による焦点検出を実行する。なお、この合焦位置は、たとえば、フォーカスレンズ３２を駆動させながら焦点評価値を算出した場合に、焦点評価値が、２回上昇した後、さらに、２回下降して推移した場合に、これらの焦点評価値を用いて、内挿法などの演算を行うことで求めることができる。

次いで、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図１０は、本実施形態に係るカメラ１の動作例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、カメラ１の電源がオンされることにより開始される。

まず、ステップＳ１０１では、カメラ制御部２１により、現在の撮影絞り値の取得が行われる。そして、ステップＳ１０２では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０１で取得された現在の撮影絞り値に対応する絞り値可変量の取得が行われる。ここで、絞り値可変量は、撮影絞り値ごとに、レンズ鏡筒３のメモリ３９に記憶されている。そのため、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７を介して、現在の撮影絞り値に対応する絞り値可変量を、メモリ３９から取得する。

たとえば、図２に示すように、絞り値の変更に伴う像面移動量を、画像を良好に撮影することができる所定値以下とするために、撮影絞り値であるＦ２に対応して、焦点検出を行う際の光学系の絞り値を、たとえば、Ｆ１．６〜Ｆ５．８の範囲で設定可能となっている場合には、撮影絞り値であるＦ２を絞り値Ｆ１．６にするための絞り段数である２／３段が、開放側の絞り値可変量として取得され、撮影絞り値であるＦ２を絞り値Ｆ５．８にするための絞り段数である３段が、絞り込み側の絞り値可変量として、メモリ３９から取得される。

ステップＳ１０３では、カメラ制御部２１により、操作部２８に備えられたシャッターレリーズボタンの半押し（第１スイッチＳＷ１のオン）がされたかどうかの判断が行なわれる。シャッターレリーズボタンが半押しされた場合は、ステップＳ１０４に進む。一方、シャッターレリーズボタンが半押しされていない場合は、ステップＳ１０１に戻り、シャッターレリーズボタンが半押しされるまで、撮影絞り値の取得と、取得された撮影絞り値に対応する絞り値可変量の取得とが繰り返し実行される。

ステップＳ１０４では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０２で取得した絞り値可変量に基づいて、光学系の絞り値の設定が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、焦点検出を行うための光学系の絞り値を、撮影絞り値からの絞り値可変量の範囲内において設定する。たとえば、図２に示すように、撮影絞り値Ｆ２に対応して、開放側の絞り値可変量として２／３段が取得され、絞り込み側の絞り値可変量として３段が取得された場合に、カメラ制御部２１は、撮影絞り値であるＦ２から開放側に２／３段開けた絞り値Ｆ１．６と、撮影絞り値であるＦ２から絞り込み側に３段絞った絞り値Ｆ５．８との範囲内、すなわち、Ｆ１．６〜Ｆ５．８の範囲内において、光学系の絞り値を、焦点検出に適した絞り値となるように設定することができる。たとえば、被写体の輝度が低い場合には、カメラ制御部２１は、光学系の絞り値を、Ｆ１．６〜Ｆ５．８のうち、開放側の絞り値に設定することができ、また、焦点検出を行う際の検出範囲を光軸方向に広げる場合には、光学系の絞り値を、Ｆ１．６〜Ｆ５．８のうち、絞り込み側の絞り値に設定することができる。

ステップＳ１０５では、カメラ制御部２１により、焦点検出に適した露出が得られるように、焦点検出用の露出制御が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、撮像素子２２の出力に基づいて、焦点検出エリア（図３に示す焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）をそれぞれ含む所定領域内においてスポット測光を行い、焦点検出エリアを含む所定領域内の輝度値ＳｐｏｔＢｖを算出する。そして、カメラ制御部２１は、算出した輝度値ＳｐｏｔＢｖと、ステップＳ１０４で設定した絞り値に対応する絞りＡｖとに基づいて、焦点検出に適した露出(例えば、適正露出よりも１段明るい露出)が得られるように、受光感度Ｓｖ、露光時間Ｔｖを決定し、決定した受光感度Ｓｖ、露光時間Ｔｖと、ステップＳ１０４で設定した絞り値に対応するＡｖとに基づいて、撮像素子２２に対する露出を制御する。

そして、ステップＳ１０６では、カメラ制御部２１により、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理が行われる。具体的には、まず、撮像素子２２により、光学系からの光束の受光が行われ、カメラ制御部２１により、撮像素子２２の３つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂから一対の像に対応した一対の像データの読み出しが行われる。この場合、撮影者の手動操作により、特定の焦点検出位置が選択されているときは、その焦点検出位置に対応する焦点検出画素からのデータのみを読み出すような構成としてもよい。そして、カメラ制御部２１は、読み出された一対の像データに基づいて像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を実行し、３つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃに対応する焦点検出位置における像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。また、カメラ制御部２１は、算出したデフォーカス量について、その信頼性の評価を行う。たとえば、カメラ制御部２１は、一対の像データの一致度やコントラストなどに基づいて、デフォーカス量の信頼性を判断することができる。

ステップＳ１０７では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０６で算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させるのに必要となるレンズ駆動量の算出が行われ、算出されたレンズ駆動量が、レンズ制御部３７を介して、フォーカスレンズ駆動モータ３６に送出される。これにより、フォーカスレンズ駆動モータ３６により、算出されたレンズ駆動量に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動が行われる。

ステップＳ１０８では、カメラ制御部２１により、シャッターレリーズボタンの全押し（第２スイッチＳＷ２のオン）がされたか否か判断される。第２スイッチＳＷ２がオンの場合には、ステップＳ１０９に進み、一方、第２スイッチＳＷ２がオンではない場合には、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０９では、画像の本撮影を行うために、カメラ制御部２１により、光学系の絞り値を撮影絞り値に設定する処理が行われる。たとえば、図２に示す例において、カメラ制御部２１は、画像を本撮影するために、光学系の絞り値を、焦点検出時の光学系の絞り値（Ｆ１．６〜Ｆ５．８の範囲内）から、撮影絞り値であるＦ２に変更する。そして、続くステップＳ１１０では、ステップＳ１０９で設定された撮影絞り値で、撮像素子２２により画像の本撮影が行われ、撮影された画像の画像データが、メモリ２４に記憶される。

以上のように、本実施形態では、図２に示すように、焦点検出を行う際に、光学系の絞り値として設定することができる絞り値の範囲が、撮影絞り値からの絞り値の可変量、すなわち絞り値可変量として、レンズ鏡筒３のメモリ３９に記憶されており、カメラ制御部２１は、レンズ鏡筒３から、現在の撮影絞り値に対応する絞り値可変量を取得し、焦点検出を行う際における、光学系の絞り値を、図２に示すように、現在の撮影絞り値に対する絞り値可変量の範囲内で設定する。このように、焦点検出を行う際における、光学系の絞り値を、撮影絞り値に対する絞り値可変量の範囲内で設定することで、光学系の絞り値を、焦点検出を行う際の絞り値から撮影絞り値に変更した場合でも、絞り値の変更に伴う像面移動量を所定値以下とすることができ、その結果、焦点検出において検出された合焦位置を、画像の本撮影時における光学系の被写界深度の範囲内とし、被写体にピントが合った画像を撮影することができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、上述した実施形態では、光学系の絞り値を、焦点検出を行う際の絞り値から、画像撮影する際の撮影絞り値に変更した場合に、絞り値の変更に伴う像面移動量が、画像を良好に撮影できる所定値以下となるように、絞り値可変量が設定されている構成を例示したが、この構成に加えて、さらに、ケラレの発生も有効に防止することができるように、絞り値可変量において、絞り込み側の絞り値を制限するような構成としてもよい。

なお、上述した実施形態のカメラ１は特に限定されず、例えば、デジタルビデオカメラ、一眼レフデジタルカメラ、レンズ一体型のデジタルカメラ、携帯電話用のカメラなどのその他の光学機器に本発明を適用してもよい。

１…デジタルカメラ
２…カメラ本体
２１…カメラ制御部
２２…撮像素子
２２１…撮像画素
２２２ａ，２２２ｂ…焦点検出画素
２８…操作部
３…レンズ鏡筒
３２…フォーカスレンズ
３６…フォーカスレンズ駆動モータ
３７…レンズ制御部
３９…メモリ

Claims (9)

1. 焦点調節光学系を含む光学系と、
   前記光学系を通過する光束を制限する絞りと、
   前記焦点調節光学系を光軸方向に駆動させる駆動部と、
   画像を撮影する際の前記絞りの絞り値である第１絞り値に応じて定められた絞り設定範囲を記憶している記憶部と、
   前記絞り設定範囲をカメラボディに送信し、前記カメラボディから前記絞り設定範囲に含まれる第２絞り値、及び、前記焦点調節光学系の駆動量を受信する送受信部と、
   前記送受信部が受信した前記第２絞り値に基づいて、焦点調節状態を検出する際の前記絞りを制御し、前記送受信部が受信した前記駆動量に基づいて、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が所定値以下であることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 請求項１に記載のレンズ鏡筒であって、
   前記所定値は、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が当該所定値以下である場合に、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が、前記光学系の被写界深度の範囲内となる値であることを特徴とするレンズ鏡筒。
3. 請求項１または２に記載のレンズ鏡筒であって、
   前記記憶部は、前記絞り設定範囲のうち、前記第１絞り値よりも開放側の範囲を、開放側絞り設定範囲として記憶しているとともに、前記絞り設定範囲のうち、前記第１絞り値よりも絞り込み側の範囲を、絞り込み側絞り設定範囲として記憶しており、
   前記開放側絞り設定範囲は、前記絞り込み側絞り設定範囲よりも狭い範囲であることを特徴とするレンズ鏡筒。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ鏡筒であって、
   前記記憶部は、前記絞り設定範囲を、前記第１絞り値からの絞り段数として記憶していることを特徴とするレンズ鏡筒。
5. 光学系による像を撮像し、撮像した像に対応する画像信号を出力する撮像部と、
   画像を撮影する際の絞りの絞り値である第１絞り値に応じて定められた絞り設定範囲をレンズ鏡筒から受信する受信部と、
   前記絞り設定範囲に含まれる第２絞り値を決定する決定部と、
   前記絞りが前記第２絞り値に設定された状態で、前記画像信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出部と、
   前記第２絞り値および焦点調節光学系の駆動量を送信する送信部と、を備え、
   前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が所定値以下であることを特徴とするカメラボディ。
6. 請求項５に記載のカメラボディであって、
   前記所定値は、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が当該所定値以下である場合に、前記絞り設定範囲に含まれる前記第２絞り値から前記第１絞り値への変更に伴う像面の移動量が、前記光学系の被写界深度の範囲内となる値であることを特徴とするカメラボディ。
7. 請求項５または６に記載のカメラボディであって、
   前記撮像部は、二次元状に配列された複数の撮像用画素と、前記撮像用画素に混在して一次元または二次元状に配列された複数の焦点検出用画素とを有し、
   前記焦点検出部は、前記焦点検出用画素から出力された前記画像信号に基づいて、前記光学系による像面のずれ量を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出方式の焦点検出、および、前記撮像用画素により出力された前記画像信号に基づいて、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出し、算出した前記評価値に基づいて、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出方式の焦点検出のうち、少なくともいずれか一方の方式で焦点検出を行うことが可能であることを特徴とするカメラボディ。
8. 請求項５〜７のいずれかに記載のカメラボディであって、
   前記決定部は、被写体の輝度が低い場合には、被写体の輝度が高い場合よりも前記第２絞り値を開放側に設定することを特徴とするカメラボディ。
9. 請求項５〜８のいずれかに記載のカメラボディであって、
   前記決定部は、焦点調節状態の検出範囲を広げる場合には、焦点調節状態の検出範囲を狭める場合よりも前記第２絞り値を絞り込み側に設定することを特徴とするカメラボディ。
   

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