JP5653035B2 - 撮像装置、焦点検出方法、および制御方法 - Google Patents

Description

本発明はカメラ（撮像装置）に関する。

特許文献１は、位相差検出方式の焦点検出（以下、単に「位相差ＡＦ」と呼ぶ。）手段とコントラスト検出方式の焦点検出（以下、単に、「ＴＶＡＦ」と呼ぶ。）手段を有するハイブリッド焦点検出手段を開示している。特許文献２は、撮像素子に撮像用画素と焦点検出用画素と瞳分割手段を設けて位相差検出（撮像面位相差ＡＦ（以下、単に「ＳＡＦ」と呼ぶ。））機能を持たせたことを開示している。特許文献３は、２次結像光学系による位相差ＡＦを開示している。

その他の従来技術としては特許文献４及び５がある。

特開２００４−２１９５８１号公報 特開２００９−００３１２２号公報 特開２００７−３２３０６３号公報 特開昭６３−１７２１１０号公報 特開２０００−１５６８２３号公報

ＴＶＡＦは焦点検出精度に優れているが合焦まで時間がかかるため、特に動体追従時や連写時の焦点検出のように焦点検出にかかる許容時間が短い場合は適用できない。

本発明は、焦点検出を高速かつ高精度に行うことができるカメラを提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、第１瞳分割手段を介して撮影レンズの異なる瞳領域を通過した第１の光束を受光する第１の撮像手段から出力された一対の像信号のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第１焦点検出手段と、第２瞳分割手段を介して前記瞳領域よりも小さい、前記撮影レンズの異なる瞳領域を通過した第２の光束を受光する第２の撮像手段から出力された一対の像信号のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第２焦点検出手段と、前記撮影レンズによって形成される焦点位置と前記第１の撮像手段の相対位置を変化させるスキャンを行いながら、前記第１の撮像手段から出力された前記像信号のコントラストのピーク位置を検出することによって焦点検出を行う第３焦点検出手段と、前記第２焦点検出手段が検出した焦点位置と撮影光束との最良像面位置のずれを補正するための補正情報に基づいて設定される方向に、前記第１焦点検出手段が検出した焦点位置から前記スキャンを行うように前記第３焦点検出手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明は、焦点検出を高速かつ高精度に行うことができるカメラを提供することができる。

本発明が適用可能なデジタルカメラ（撮像装置）のブロック図である 図１に示すデジタルカメラの撮影レンズから位相差ＡＦ手段までの光路図である。 図１に示す撮影レンズと撮像素子を光学ファインダー側から見た光路図である。 図１に示す位相差ＡＦ手段の焦点検出補正値とＳＡＦ手段の焦点検出手段との関係を説明するための光路図である。 図１に示すカメラＭＰＵが行なう焦点調節動作のフローチャートである。 図５に示すＳ１１２の概念図である。 図５の変形例のフローチャートである。 図７に示すＳ１２２、Ｓ１２６及びＳ１２８の概念図である。

図１は、本実施例のデジタルカメラの焦点調節に関連する主要部分のブロック図である。本実施例のデジタルカメラは交換レンズ式一眼レフカメラであり、カメラ本体１０とレンズユニット６０とを有する。

レンズユニット６０は、カメラ本体１０に交換可能に構成されており、撮影レンズ６２、絞り６４、レンズＭＰＵ７０、レンズメモリ７２を有する。

撮影レンズ６２は、光軸方向の進退により焦点調節を行う不図示のフォーカスレンズと、ズーム機能を与える不図示のズームレンズを含み、被写体像を形成する。Ｌは撮影レンズ６２の光軸である。

絞り６４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のシャッターとしても機能する。

レンズＭＰＵ７０は、撮影レンズに係る全ての演算、制御を行い、撮影レンズ６２のフォーカスレンズとズームレンズの駆動、絞り６４の駆動を制御する。また、レンズＭＰＵ７０は、現在のレンズ位置を検出し、カメラＭＰＵ２０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（第１メモリ）７２は後述する焦点検出補正値（補正情報）ＢＰとずれの方向を含む自動焦点調節に必要な光学情報（補正情報）を記憶する。なお、後述するように、補正情報を格納する第１メモリはカメラ本体１０とレンズユニット６０の一方に設けられていれば足りる。

カメラ本体１０は、メインミラー１１、サブミラー１２、ピント板１３、ペンタプリズム１４、接眼レンズ１５、撮像素子１６、撮像素子駆動回路１７、画像処理回路１８を有する。また、カメラ本体１０は、カメラＭＰＵ２０、メモリ２２、操作スイッチ群２４、位相差ＡＦ手段（第１焦点検出手段）３０、ＳＡＦ手段（第２焦点検出手段）４０、ＴＶＡＦ手段（第３焦点検出手段）５０を更に有する。

なお、カメラ本体１０にとって、位相差ＡＦ手段３０は必ずしも必須ではない。例えば、レンズユニット６０が、位相差ＡＦ手段に対応し、位相差ＡＦ手段を唯一の焦点検出手段として有するカメラに交換可能に取り付けられ、レンズメモリ７２が焦点検出補正値ＢＰを格納しているとする。このレンズユニット６０が、上述の構成要素のうち位相差ＡＦ手段３０を有さないカメラ本体に交換可能に取り付けられた場合であっても本発明は機能する。

撮影レンズ６２と撮像素子１６との間には、光学ファインダーによる観察時には撮影レンズ６２から撮像素子１６までの光路内に配置され、撮影時には光束外へ退避するメインミラー１１とサブミラー１２が配置されている。メインミラー１１はハーフミラーにより構成され、ファインダー観察時には、撮影レンズ６２からの光束はファインダー光学系に導かれる反射光と、サブミラー１２に入射する透過光とに分離される。反射光は、ピント板１３のマット面上に結像し、マット面上の像は、ペンタプリズム１４及び接眼レンズ１５を介して撮影者によって観察される。一方、メインミラー１１を透過した光は、サブミラー１２によって反射され、位相差ＡＦ手段３０に導かれる。

撮像素子１６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、被写体像を光電変換する。撮像素子１６は、全画素独立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（第２像面）でＳＡＦが可能となっている。

具体的には、撮像素子１６は、被写体の像を形成する撮影レンズの射出瞳の全域を通る光を各々が受光して被写体像を光電変換する複数の撮影用画素と、複数の焦点検出用画素を有する。また、撮像素子１６は、撮影レンズ６２の射出瞳の異なる領域を通過した光束を各焦点検出用画素に導く瞳分割手段（第２瞳分割手段）を更に有する。

複数の焦点検出用画素は全体として撮影レンズの射出瞳の全域を通る光を受光することができる。例えば、撮像素子１６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。瞳分割手段は、特許文献２の図６や図７に記載されているようなマイクロレンズや開口部を有する配線層などである。

撮像素子駆動回路１７は、撮像素子１６の動作を制御すると共に、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してカメラＭＰＵ２０に送信する。画像処理回路１８は、撮像素子１６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ＭＰＵ（制御部）２０は、カメラ本体１０に係る全ての演算、制御を行うプロセッサである。カメラＭＰＵ２０はレンズＭＰＵ７０と接続され、レンズＭＰＵ７０に対して撮影レンズ６２の位置の取得や所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行したり、レンズユニット６０に固有の光学情報（焦点距離など）を取得したりする。

カメラＭＰＵ２０は、後述する補正情報を取得する取得手段としても機能する。本実施例では、カメラＭＰＵ２０は、レンズユニット６０のレンズメモリ７２から補正情報を取得する。しかし、カメラ本体１０は、ＵＳＢケーブルなどの接続手段によってコンピュータや携帯電話（電子機器）に接続可能であり、これらの電子機器を介してインターネット（あるいはその他のネットワーク）から補正情報を取得してもよい。

カメラＭＰＵ２０は、各焦点検出部の検出結果に基づいてレンズＭＰＵ７０を介してフォーカスレンズを駆動するＡＦ制御を行う。また、カメラＭＰＵ２０は、ＳＡＦ手段４０による焦点検出後にＴＶＡＦ手段５０による焦点検出を行わせる。

本実施例では、カメラＭＰＵ２０が、補正情報に基づいてＴＶＡＦ手段５０によるスキャンの方向をＳＡＦ手段４０が検出した焦点位置から一方向に設定するが、本発明は、制御部がＴＶＡＦ手段５０のスキャンの方向を設定することを要求するものではない。即ち、ＴＶＡＦ手段５０は、補正情報に基づいて設定される、ＳＡＦ手段４０が検出した焦点位置から一方向においてスキャンを行う場合があれば足りる。

メモリ２２（第２メモリ）は、カメラ動作を制御するプログラムや各種の閾値（例えば、図５のＳ１０６で使用される閾値、図７のＳ１０６で使用される閾値、Ｓ１２０で使用される閾値（第１閾値）、Ｓ１２４で使用される閾値（第２閾値））を格納する。

また、メモリ２２は、上述したように、ずれ量を補正するための焦点検出補正値ＢＰを格納する第１メモリとして機能してもよい。

操作スイッチ群（以下、単に「操作ＳＷ」と呼ぶ）２４は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２）、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ、ダイヤル、その他の入力部で構成される。操作ＳＷ２４はファインダーに表示される複数の焦点検出領域の中で実際に焦点検出すべき焦点検出領域を設定する設定手段としても機能する。

位相差ＡＦ手段（位相差焦点検出部）３０は、撮影レンズ６２の異なる瞳領域を通過した光束を導く第１瞳分割手段を有し、一対の被写体像の像信号のずれ量を像面（第１像面）で検出することによって撮影レンズ６２の焦点を検出する第１焦点検出手段である。

本実施例の位相差ＡＦ３０は、特許文献３に開示されている２次結像光学系による位相差ＡＦを行い、視野マスク、フィールドレンズ、絞り、２次結像レンズユニット、第１像面に配置された受光素子を有する。但し、一対の対の被写体像の位相差を検出できる限り、その構成は特許文献３の構成に限定されない。

図２は、撮影レンズ６２から位相差ＡＦ手段３０の光学系の部分光路図である。なお、図２と同様の光学作用が図２と直交する方向についても当てはまる。点線で示す光束ＬＦ１は撮影レンズ６２と絞り６４を通過し、撮像素子１６の受光面の中央、即ち、撮影レンズ６２の光軸Ｌと視野マスク３１の交点に結像する撮影光束である。斜線で示す光束ＬＦ２は焦点検出用光束である。

上述したように、本実施例の位相差ＡＦ３０は、撮影レンズ６２側から光軸Ｌに沿って、視野マスク３１、フィールドレンズ３３、絞り３４、２次結像レンズユニット３５、受光素子３６を有する。視野マスク３１は撮像素子１６の受光面と光学的に等価な位置に配置されている。

フィールドレンズ３３は、複数種の撮影レンズ６２による代表的な射出瞳位置と絞り３４を結像する光学パワーを有する。ここで、撮影レンズ６２の射出瞳位置を絞り６４とすると、フィールドレンズ３３によって絞り３４の対の開口部が絞り６４面上に投影されることとなる。そして、斜線で示す焦点検出用光束ＬＦ３は、絞り６４上では２つに分割された光束となっており、受光素子３６は撮影レンズ６２の瞳分割した対の焦点検出用光束ＬＦ３を受光する。このように、フィールドレンズ３３と絞り３４は上述の第１瞳分割手段として機能する。

撮影光束ＬＦ１は視野マスク３１上に結像しているが、対の焦点検出用光束ＬＦ２は視野マスク３１上では結像せず、それよりも後方の面３２に結像している。このように、撮影光束ＬＦ１と焦点検出用光束ＬＦ２の結像位置が異なると最良像面位置にずれが生じ、このずれを補正する焦点検出補正値ＢＰが必要となる。

焦点検出補正値ＢＰは、位相差ＡＦ手段３０に入射する撮影レンズ６２からの撮影光束ＬＦ１と焦点検出用光束ＬＦ２との光軸方向における像面位置のずれ量を補正するための補正情報である。上述したように、第１メモリは、焦点検出補正値ＢＰを格納し、焦点検出補正値ＢＰはずれの方向の情報を含んでいる。「ずれの方向」は、焦点検出用光束ＬＦ２の像面位置が撮影光束ＬＦ１の像面位置よりも前ピン側にあるか後ピン側にあるかということである。

図２は、位相差ＡＦ手段３０による焦点検出後に焦点検出補正値ＢＰを正しく反映した後の状態を示している。図２では、焦点検出用光束ＬＦ２の像面位置（面３２）が撮影光束ＬＦ１の像面位置（視野マスク３１）よりも後ピン側にある場合を示している。

焦点検出補正値ＢＰは、視野マスク３１の不図示の開口部毎にレンズメモリ７２に格納されてもよい。なお、最良像面位置のずれは光束の違いだけによらず、撮像素子１６と受光素子３６により受光される分光特性の違いや、注目している空間周波数の違いによっても生じ、本実施例の焦点検出補正値ＢＰはこれらの全てを含んでいる。

表１に、レンズメモリ７２又はメモリ２２に格納される焦点検出補正値ＢＰの一例を示す。

表１において、本実施例では撮影レンズ６２のズーム位置とフォーカス位置を８つに分割し、その位置ごとに焦点検出補正値ＢＰ１１１〜ＢＰ１８８を設定して高精度な補正が可能な構成としている。

本実施例のＳＡＦ手段４０は、撮像素子１６に埋め込まれた焦点検出用画素の像信号により位相差ＡＦを行う第２焦点検出手段である。具体的には、ＳＡＦ手段４０は、撮影レンズ６２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被写体像のずれ量を検出することによって撮影レンズ６２の焦点状態を検出するＳＡＦを行う。ＳＡＦの原理は、特許文献２の図５〜７などで説明されているものと同様であり、ＳＡＦ手段４０は、特許文献２の図８に開示された合成手段、連結手段、演算手段を有する。

但し、第２焦点検出手段はＳＡＦ手段に限定されず、第１瞳分割手段とは異なる第２瞳分割手段を有し、第１像面とは異なる第２像面で被写体の一対の像のずれ量を検出することによって撮影レンズ６２の第１焦点位置を検出するものであれば足りる。

ＴＶＡＦ手段（コントラスト焦点検出部）５０は、画像処理回路１８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検出方式での焦点検出を行う第３焦点検出手段である。ＴＶＡＦは、焦点を検出する領域を規定する焦点検出枠といわゆる山登り方式によってフォーカスレンズを移動してコントラストがピークとなるフォーカスレンズの位置を検出する。

但し、第３焦点検出手段は必ずしもフォーカスレンズを移動するものに限定されない。第３焦点検出手段は、撮影レンズ６２によって形成される焦点位置と撮像素子１６の相対位置を変化させるスキャンを行いながら撮像素子１６が形成した被写体像のコントラストのピーク位置を撮影レンズの第２焦点位置として検出することができれば足りる。

本実施例はＳＡＦとＴＶＡＦを組み合わせたハイブリッド焦点検出手段を使用している。本実施例は、ＳＡＦで高速にフォーカスレンズ１０４を合焦位置近傍に移動させてからＴＶＡＦで高精度にフォーカスレンズ１０４を合焦位置に位置決めすることによって応答性と焦点検出精度の両立を達成している。

しかし、ＴＶＡＦは焦点検出精度に優れているが合焦時間がかかるため、特に動体追従の際や連写の際の焦点検出のように焦点検出にかかる許容時間が短い場合は適用できない。そこで、本実施例は、ＳＡＦ後に焦点検出補正値ＢＰの情報からＴＶＡＦのスキャン方向の設定し、その方向にＴＶＡＦを行う。スキャン方向が限定されるのでＴＶＡＦの時間は短くなる。

なお、焦点検出補正値ＢＰの量が閾値（第１閾値）以下の場合やＳＡＦの精度が低い場合（ＳＡＦの焦点検出のバラツキ範囲が閾値よりも大きい場合）には現在のフォーカスレンズの位置からＴＶＡＦを行ってもよい。

図３は、撮影レンズ６２と撮像素子１６を光学ファインダー側から見た光路図である。図３は、撮像素子１６の中央に結像する撮影光束ＬＦ１と、撮像素子１６の焦点検出用画素で受光される焦点検出用光束のうち撮像素子１６受光面の中央付近に結像する斜線で示す焦点検出用光束ＬＦ４を示している。

ＳＡＦ手段４０についても、焦点検出用光束ＬＦ４と撮影光束ＬＦ１の最良像面位置はずれている。図３は、撮影光束ＬＦ１が撮像素子１６上に結像している場合を示し、焦点検出用光束ＬＦ４が撮像素子１６よりも後ピン側へ光軸方向の距離がＢＰ’だけずれている場合を示している。これがＳＡＦ手段４０の焦点検出補正値ＢＰ’である。

画面中央部付近において、焦点検出補正値ＢＰ’は主として撮影レンズ６２の球面収差に起因し、図２と図３を比較すると、ＢＰ及びＢＰ’の量は異なるが、撮影光束ＬＦ１に対しては両者共に後ピン側にずれる。本実施例は、この特性を利用してＴＶＡＦを行う。

図４は、焦点検出補正値ＢＰとＢＰ’の関係を説明するための光路図である。図４は、光軸Ｌの上側のみを通過する光線のみを示し、絞り６４は開放Ｆナンバーの状態を示す図である。撮影レンズ６２の収差は軸対称に発生するため、光軸周りに同様に発生する。Ｒ１〜Ｒ５は、被写体側の光軸Ｌ上の１物点（不図示）から発する光束で撮影レンズ６２の球面収差により結像位置はずれている。即ち、光線Ｒ１は位置ＢＰ_１に、光線Ｒ２は位置ＢＰ_２に、光線Ｒ３は位置ＢＰ_３に、光線Ｒ４は位置ＢＰ_４に、光線Ｒ５は位置ＢＰ_５にそれぞれ結像している。

撮影光束ＬＦ１の最良像面位置が結像位置ＢＰ_１〜ＢＰ_５の平均位置であると考えると、位置ＢＰ_３と同じ最良像面位置Ｍ１となる。

一方、位相差ＡＦ手段３０による最良像面位置は、瞳Ｐ１を通過する光束が用いられ、光線Ｒ１とＲ２が瞳Ｐ１に含まれるため最良像面位置はＢＰ_１とＢＰ_２の間の位置Ｍ２となる。この結果、位相差ＡＦ手段３０の焦点検出補正値ＢＰが、図４に示すように、得られる。

また、ＳＡＦ手段４０による最良像面位置を考えると瞳Ｐ２を通過する光束が用いられ、光線Ｒ１〜Ｒ４が瞳Ｐ２に含まれるため最良像面位置はＢＰ_２とＢＰ_３の間の位置Ｍ３となる。この結果、ＳＡＦ手段４０の焦点検出補正値ＢＰ’が、図４に示すように、得られる。

単純な撮影レンズ６２の球面収差のみのモデルにおいて、ＳＡＦ手段４０の最良像面位置は、撮影光束ＬＦ１の最良像面位置Ｍ１に対して、位相差ＡＦ手段３０の最良像面位置と同方向にずれ、ずれ量は位相差ＡＦ手段３０のそれよりも小さい。これは、撮影レンズ６２の射出瞳上の焦点検出用光束が、位相差ＡＦ手段３０よりもＳＡＦ手段４０の方が太くより撮影光束ＬＦ１に近いからである。以上から、次式が成立する。

数式１は、位相差ＡＦ手段３０及びＳＡＦ手段４０の最良像面位置が、撮影光束ＬＦ１の最良像面位置Ｍ１に対して同方向にずれることを示している。数式２は、撮影光束ＬＦ１の最良像面位置Ｍ１に対する最良像面位置のずれが、ＳＡＦ手段４０よりも位相差ＡＦ手段３０の方が大きいことを示している。実際の撮影レンズ６２では様々な収差が生じるものの、焦点検出補正値ＢＰがある程度大きい場合には上記関係は成立する。

本実施例は数式１及び２を利用して、ＳＡＦ後にＴＶＡＦを行う際に、撮影レンズ６２の焦点位置と撮像素子１６の相対位置の変化の方向と範囲（即ち、ＴＶＡＦにおけるスキャン方向とスキャン範囲）を設定する。

ＴＶＡＦでは、撮像素子１６により画像データを撮影し、画像処理回路１８が撮像素子１６の画像データを被写体のコントラスト成分に注目して演算して評価値をメモリ２２に格納する。その後、カメラＭＰＵ２０は撮影レンズ６２のフォーカスレンズを所定量駆動させる。そして、再び画像データを撮影し、画像処理回路１８で画像データを演算し評価値を得る。これを繰り返し行い、評価値のピーク位置を探すことで撮影レンズ６２の焦点を検出する。ＴＶＡＦは公知であるため、詳細な動作フローの説明は省略する。

図５は、メモリ２２に格納され、カメラＭＰＵ２０が実行する焦点調節動作（又は焦点検出方法）のフローチャートであり、「Ｓ」はステップの略である。図５の焦点調節動作は、メインミラー１１とサブミラー１２が撮影光束外へ退避し、シャッターの開口部を開放して撮像素子１６で得られた画像データを逐次表示する電子ファインダー時に実行される。

まず、電子ファインダー時にカメラＭＰＵ２０は、操作ＳＷ２４のＳＷ１などの焦点検出開始指示ボタンがＯＮされたかを検出し（Ｓ１０２）、ＯＮされたと判断した場合には、カメラＭＰＵ２０はＳＡＦ手段４０にＳＡＦを行わせる（Ｓ１０４、第１ステップ）。

ＳＡＦ手段４０は、逐次読み出されている画像データから対の焦点検出用信号を生成し、公知の相関演算手段を用いて対の焦点検出用信号のずれ量を算出し、デフォーカス量（焦点ずれ量）に変換する。焦点ずれ量の算出はＳＡＦ手段４０が行なってもよいし、カメラＭＰＵ２０が行なってもよい。本実施例では電子ファインダー中にＳＡＦを行うため、焦点検出用画素は電子ファインダー中の間引き読み出しに対応した離散配置としている。

次に、カメラＭＰＵ２０は、焦点ずれ量がメモリ２２に格納された閾値以下であるかどうかを判断する（Ｓ１０６）。

カメラＭＰＵ２０は、焦点ずれ量が閾値よりも大きいと判断した場合は（Ｓ１０６のＮｏ）、撮影レンズ６２のレンズ駆動量を算出し、レンズＭＰＵ７０に送信してフォーカスレンズの焦点調節を行う（Ｓ１０８）。

一方、カメラＭＰＵ２０は、焦点ずれ量が閾値以下と判断された場合は（Ｓ１０６のＹｅｓ）、ＳＡＦは完了し、カメラＭＰＵ２０は表１に示す位相差ＡＦ手段３０の焦点検出補正値ＢＰ（補正情報）をレンズメモリ７２又はメモリ２２から取得する（Ｓ１１０）。

この場合、カメラＭＰＵ２０は、Ｓ１０４で最後に焦点検出を行った際に、撮影レンズ６２のズーム位置、フォーカス位置、Ｆ値などの各種パラメータをメモリ２２に一時的に記憶しておき、これらのパラメータに適した焦点検出補正値ＢＰを取得する。

次に、カメラＭＰＵ２０は、Ｓ１１０で取得した焦点検出補正値ＢＰに基づいて、ＴＶＡＦのフォーカスレンズの焦点位置を撮像素子１６に対して変化させる方向と範囲（スキャン方向とスキャン範囲）を設定する（Ｓ１１２）。

Ｓ１１０とＳ１１２は、カメラＭＰＵ２０（プロセッサ）が行なう焦点検出を制御する方法を構成する。

図６はＳ１１２の概念図であり、左側が撮影レンズ６２の焦点位置が前ピンで右側が後ピンであることを示している。Ｐ１０は、撮像素子１６が配置される１次結像面位置であり、ＴＶＡＦが検出すべき合焦位置（第２焦点位置）である（図４の位置Ｍ１に対応する）。一方、Ｐ１１は、Ｓ１０４（第１ステップ）においてＳＡＦ手段４０によって検出された焦点位置（第１焦点位置）である（図４の位置Ｍ３に対応する）。Ｐ１２は、図４の位置Ｍ２に対応する。

ＳＡＦ手段４０の焦点検出補正値ＢＰ’は実際の焦点調節中に知ることはできないため、カメラＭＰＵ２０は、位相差ＡＦ手段３０の焦点検出補正値ＢＰを取得して（Ｓ１１０）、この焦点検出補正値ＢＰから焦点検出補正値ＢＰ’を推定する。図４に示すようにＢＰとＢＰ’は点Ｐ１０から同方向にずれており、ＢＰよりもＢＰ’の方が小さい。

カメラＭＰＵ２０は、ＴＶＡＦのスキャン方向として矢印Ｆ１で示す方向を選択し、スキャン範囲として第２焦点位置Ｐ１０を含む矢印Ｆ１で示す範囲を設定する（Ｓ１１２）。この範囲は点Ｐ１０を含めばよい。カメラＭＰＵ２０は、矢印Ｆ１の範囲を、焦点検出補正値ＢＰ’を基に算出してもよいし、予め決まった固定値を用いたり、撮影レンズ６２の焦点距離やＦナンバーごとに決めた値を使用したりしてもよい。

なお、本実施例では、図２に示すように、焦点検出用光束の像面位置が前記撮影光束の像面位置よりも後ピン側にあるために、図６に示すように第１焦点位置から前ピン側にスキャン方向を設定している。しかし、焦点検出用光束の像面位置が前記撮影光束の像面位置よりも前ピン側にある場合には、カメラＭＰＵ２０は、第１焦点位置から後ピン側にスキャン方向を設定することになる。

一般に、焦点検出用光束ＬＦ２の像面位置が撮影光束ＬＦ１の像面位置よりも前ピン側と後ピン側の一方の側にある場合に、カメラＭＰＵ２０は、スキャン方向を第１焦点位置Ｐ１１から前記一方の側とは反対側の一方向に設定する。また、カメラＭＰＵ２０は、第１焦点位置Ｐ１１から前記一方の反対側に焦点検出補正値ＢＰの絶対値以下である焦点検出補正値ＢＰ’の範囲にある第２焦点位置Ｐ１０をＴＶＡＦ手段５０がスキャンすることができるようにスキャン範囲を設定する。

次に、カメラＭＰＵ２０は、Ｓ１１２で設定したスキャン方向やスキャン範囲に基づいてＴＶＡＦ手段５０にＴＶＡＦを行わせる（Ｓ１１４）。

最後に、カメラＭＰＵ２０は、ＴＶＡＦの結果に基づいて、撮影レンズ６２の焦点調節を行って焦点調節を終了させる（Ｓ１１６）。

本実施例によれば、ＳＡＦ手段４０で合焦近傍に粗く焦点調節した後でＴＶＡＦで細かく焦点調節し、その際に、焦点検出補正値ＢＰに基づいてＴＶＡＦのスキャン方向を制限しているので高速で高精度な焦点検出を行うことができる。

本実施例では、位相差ＡＦ手段３０とＳＡＦ手段４０の焦点検出領域がほぼ一致しているため、焦点検出補正値ＢＰを数式１に当てはめるだけで、ＴＶＡＦ手段５０による焦点位置のスキャンする方向を設定することができる。

しかし、ＳＡＦ手段４０の焦点検出領域が位相差ＡＦ手段３０のそれよりも広い場合、カメラＭＰＵ２０は、ＳＡＦ手段４０の焦点検出領域の代表像高Ｘを求める。そして、位相差ＡＦ手段３０の焦点検出補正値ＢＰを撮影画面内中心の像高０と周辺の像高Ｈにおける焦点検出補正値とし、代表像高Ｘにおける焦点検出補正値を像高０と像高Ｈの焦点検出補正値からの補間演算で算出する。この値を用いることで、位相差ＡＦ手段３０とＳＡＦ手段４０の焦点検出領域が一致していなくてもＴＶＡＦ手段５０によるスキャン方向とスキャン範囲を設定することができる。

図７は、図５の変形例のフローチャートであり、「Ｓ」はステップの略である。図５と同一のステップには同一の参照符号を付して説明を省略する。図７の焦点調節動作も、メインミラー１１とサブミラー１２が撮影光束外へ退避し、シャッターの開口部を開放して撮像素子１６で得られた画像データを逐次表示する電子ファインダー時に実行される。

Ｓ１１０の後で、カメラＭＰＵ２０は、Ｓ１１０で取得した焦点検出補正値ＢＰがメモリ２２に格納されている閾値以下（第１閾値以下）であるかどうかを判断する（Ｓ１２０）。

カメラＭＰＵ２０は、焦点検出補正値ＢＰが閾値以下であると判断した場合は（Ｓ１２０のＹｅｓ）、撮影レンズ６２の焦点位置のスキャン方向を現在の位置から前ピンと後ピン両方向とし、その範囲を狭い範囲に設定する（Ｓ１２２）。

図８（ａ）は、Ｓ１２２の概念図である。ＳＡＦ手段４０の焦点検出補正値ＢＰ’は、図６と同様に、実際の焦点調節中にこの値を知ることはできない。このため、カメラＭＰＵ１１０は、位相差ＡＦ手段３０による焦点検出補正値ＢＰからＢＰ’を推定するわけだが、焦点検出補正値ＢＰが図８（ａ）に示すようにある程度小さい場合は、数式１及び２から、ＢＰ’は更に小さくなり、点Ｐ１０に近づく。

ここで、撮影レンズ６２のフォーカスレンズの停止精度などによる焦点検出のバラツキ範囲をｂとすると、バラツキ範囲ｂによってはＳＡＦ手段４０による第１焦点位置Ｐ１１が第２焦点位置Ｐ１０よりも前ピン側となってしまう。

そこで、矢印Ｆ２で示すように、カメラＭＰＵ２０は、ＴＶＡＦのスキャン方向を点Ｐ１１に対して前ピン側と後ピン側の両方向を含むように設定し、スキャン範囲を前ピン側のスキャン範囲Ｗ_ＦＡと後ピン側のスキャン範囲Ｗ_ＦＢに設定する（Ｓ１２２）。

ここで、前ピン側のスキャン範囲Ｗ_ＦＡと後ピン側のスキャン範囲Ｗ_ＦＢは次式を満足する必要がある。

数式３及び４を満足することで、ＳＡＦ手段４０による焦点検出後の第１焦点位置Ｐ１１がバラツキ範囲ｂ内でばらついてもＴＶＡＦで焦点位置を検出することができる。

図８（ａ）は、図２に示すように、焦点検出用光束の像面位置が前記撮影光束の像面位置よりも後ピン側にある場合に対応している。

一般に、Ｓ１２２において、カメラＭＰＵ２０は、焦点検出用光束ＬＦ２の像面位置が撮影光束ＬＦ１の像面位置よりも前ピン側と後ピン側の一方の側にある場合に、第１焦点位置Ｐ１１から前ピン側と後ピン側の両方向にスキャン方向を設定する。また、カメラＭＰＵ２０は、数式３に従って、第１焦点位置Ｐ１１から前記一方の側の反対側のスキャン範囲を焦点検出補正値ＢＰ’とＳＡＦ手段４０による焦点検出のバラツキ範囲ｂの半分の和よりも大きく設定する。また、カメラＭＰＵ２０は、数式４に従って、第１焦点位置Ｐ１１から前記一方の側のスキャン範囲をバラツキ範囲ｂの半分から焦点検出補正値ＢＰ’を引いたものの絶対値よりも大きく設定する。

この場合、位置Ｐ１２が第２焦点位置Ｐ１０よりも前ピン側にある場合は、前ピン側のスキャン範囲が数式４、後ピン側のスキャン範囲が数式３となる。また、実際のスキャン範囲は確実に点Ｐ１０を範囲内に含ませるように、数式３及び４の右辺の値に対して、安全率を乗じてもよい。

一方、カメラＭＰＵ２０は、焦点検出補正値ＢＰが閾値よりも大きいと判断した場合は（Ｓ１２０のＮｏ）、撮影レンズ６２の停止精度などによる焦点検出バラツキがメモリ２２に格納された閾値以下（第２閾値以下）かどうかを判断する（Ｓ１２４）。撮影レンズ６２の焦点検出バラツキはレンズメモリ７２に予め格納されており、カメラＭＰＵ２０がレンズＭＰＵ７０を介して取得する。

カメラＭＰＵ２０は、焦点検出バラツキが閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１２４のＹｅｓ）、Ｓ１１０で取得した焦点検出補正値ＢＰに基づいて、ＴＶＡＦのスキャン方向とスキャン範囲を設定する（Ｓ１２６）。

図８（ｂ）はＳ１２６の概念図である。焦点検出補正値ＢＰ’は、図６と同様に、実際の焦点調節中にこの値を知ることはできず、焦点検出補正値ＢＰが大きくなる分だけ大きくなることが推定される。また、焦点検出補正値ＢＰ’に対して、焦点検出のバラツキ範囲ｂは十分に小さい。

そこで、矢印Ｆ３で示すように、カメラＭＰＵ２０は、ＴＶＡＦのスキャン方向を点Ｐ１１の前ピン側の一方向に設定し、スキャン範囲を数式３に従って設定する（Ｓ１２６）。これにより、焦点検出バラツキによらず、ＴＶＡＦによって焦点位置を検出することができる。

なお、図８（ｂ）も、図２に示すように、焦点検出用光束の像面位置が前記撮影光束の像面位置よりも後ピン側にある場合に対応している。

一般に、Ｓ１２６において、カメラＭＰＵ２０は、焦点検出用光束ＬＦ２の像面位置が撮影光束ＬＦ１の像面位置よりも前ピン側と後ピン側の一方の側にある場合に、スキャン方向を第１焦点位置Ｐ１１から前記一方の側の反対側の一方向に設定する。また、カメラＭＰＵ２０は、数式３に従って、第１焦点位置Ｐ１１から前記一方の側の反対側にあるスキャン範囲が焦点検出補正値ＢＰ’とＳＡＦ手段４０による焦点検出のバラツキ範囲ｂの半分の和よりも大きくなるように設定する。

この場合、位置Ｐ１２が第２焦点位置Ｐ１０よりも前ピン側にある場合は数式４が適用される。また、実際のスキャン範囲は確実に点Ｐ１０を範囲内に含ませるように、数式３及び４の右辺の値に対して、安全率を乗じてもよい。

一方、カメラＭＰＵ２０は、焦点検出バラツキが閾値よりも大きいと判断した場合には（Ｓ１２４のＮｏ）、撮影レンズ６２の焦点位置のスキャン方向を現在の位置から前ピンと後ピン両方向とし、その範囲を広い範囲に設定する（Ｓ１２８）。

図８（ｃ）はＳ１２８の概念図であり、点Ｐ１０〜Ｐ１２の定義は図６と同様である。焦点検出補正値ＢＰ’は、図６と同様に、実際の焦点調節中にこの値を知ることはできず、焦点検出補正値ＢＰが大きくなる分だけ大きくなることが推定される。また、焦点検出のバラツキ範囲ｂも大きいため、バラツキ範囲ｂによってはＳＡＦ手段４０による焦点検出位置Ｐ１１が１次結像面位置５０１よりも前ピン側となる。

そこで、矢印Ｆ４で示すように、カメラＭＰＵ２０は、ＴＶＡＦのスキャン方向を点Ｐ１１に対して前ピン側と後ピン側の両方向を含むように設定し、スキャン範囲を前ピン側のスキャン範囲Ｗ_ＦＡと後ピン側のスキャン範囲Ｗ_ＦＢに設定する（Ｓ１２８）。前ピン側のスキャン範囲Ｗ_ＦＡと後ピン側のスキャン範囲Ｗ_ＦＢは数式３及び４を満足する必要がある。

なお、図８（ｃ）も、図２に示すように、焦点検出用光束の像面位置が前記撮影光束の像面位置よりも後ピン側にある場合に対応しており、一般化の条件はＳ１２２と同様である。

Ｓ１２２、Ｓ１２６及びＳ１２８のいずれかの後で、Ｓ１１４とＳ１１６が行われる。

以上のように、位相差ＡＦ手段３０の焦点検出補正値ＢＰの値に基づいてＴＶＡＦの制御を切り替えるようにしたため、合焦不能の確率が下がり、高速な焦点検出を行うことが可能となる。

図５及び図７に示すフローチャートはプロセッサが実行可能なプログラムとして実現可能である。

カメラは、被写体の撮像に適用することができる。

１６ 撮像素子
２０ カメラＭＰＵ（取得手段、プロセッサ）
２２ メモリ
３０ 位相差ＡＦ手段（第１焦点検出手段）
４０ ＳＡＦ手段（第２焦点検出手段）
５０ ＴＶＡＦ手段（第３焦点検出手段）
６２ 撮影レンズ
６４ 絞り
７０ レンズＭＰＵ
７２ レンズメモリ

Claims (6)

1. 第１瞳分割手段を介して撮影レンズの異なる瞳領域を通過した第１の光束を受光する第１の撮像手段から出力された一対の像信号のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第１焦点検出手段と、
   第２瞳分割手段を介して前記瞳領域よりも小さい、前記撮影レンズの異なる瞳領域を通過した第２の光束を受光する第２の撮像手段から出力された一対の像信号のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第２焦点検出手段と、
   前記撮影レンズによって形成される焦点位置と前記第１の撮像手段の相対位置を変化させるスキャンを行いながら、前記第１の撮像手段から出力された前記像信号のコントラストのピーク位置を検出することによって焦点検出を行う第３焦点検出手段と、
   前記第２焦点検出手段が検出した焦点位置と撮影光束との最良像面位置のずれを補正するための補正情報に基づいて設定される方向に、前記第１焦点検出手段が検出した焦点位置から前記スキャンを行うように前記第３焦点検出手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮影レンズは交換可能であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記補正情報は、前記撮影レンズから取得する情報に基づくことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記補正情報が第１閾値よりも大きく前記第１焦点検出手段による焦点検出のバラツキ範囲が第２閾値以下であると判断した場合に、前記第３焦点検出手段による前記スキャンの方向が一方向に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 第１瞳分割手段を介して撮影レンズの異なる瞳領域を通過した第１の光束を受光する第１の撮像手段から出力された一対の像信号のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第１焦点検出手段と、
   第２瞳分割手段を介して前記瞳領域よりも小さい、前記撮影レンズの異なる瞳領域を通過した第２の光束を受光する第２の撮像手段から出力された一対の像信号のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第２焦点検出手段と、
   前記撮影レンズによって形成される焦点位置と前記第１の撮像手段の相対位置を変化させるスキャンを行いながら、前記第１の撮像手段から出力された前記像信号のコントラストのピーク位置を検出することによって焦点検出を行う第３焦点検出手段と、を備えた撮像装置の焦点検出方法であって、
   前記第１焦点検出手段により焦点検出を行う第１ステップと、
   前記第２焦点検出手段が検出した焦点位置と撮影光束との最良像面位置のずれを補正するための補正情報に基づいて設定される方向に、前記第１ステップで検出された焦点位置から前記スキャンを行うように前記第３焦点検出手段を制御する第２ステップと、を有することを特徴とする焦点検出方法。
6. 第１瞳分割手段を介して撮影レンズの異なる瞳領域を通過した第１の光束を受光する第１の撮像手段から出力された一対の像信号のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第１焦点検出手段と、
   第２瞳分割手段を介して前記瞳領域よりも小さい、前記撮影レンズの異なる瞳領域を通過した第２の光束を受光する第２の撮像手段から出力された一対の像信号のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第２焦点検出手段と、
   前記撮影レンズによって形成される焦点位置と前記第１の撮像手段の相対位置を変化させるスキャンを行いながら、前記第１の撮像手段から出力された前記像信号のコントラストのピーク位置を検出することによって焦点検出を行う第３焦点検出手段と、を備えた撮像装置の焦点検出をプロセッサを利用して制御する制御方法であって、
   前記プロセッサは、
   前記第１焦点検出手段により焦点検出を行う第１ステップと、
   前記第２焦点検出手段が検出した焦点位置と撮影光束との最良像面位置のずれを補正するための補正情報に基づいて設定される方向に、前記第１ステップで検出された焦点位置から前記スキャンを行うように前記第３焦点検出手段を行うよう制御する第２ステップと、
   を実行することを特徴とする制御方法。