JP5803065B2 - 焦点検出装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出装置および撮像装置に関するものである。

従来、被写体に焦点を合わせるオートフォーカス（ＡＦ）を行う際に、被写体の輝度が低い場合や、被写体のコントラストが低い場合に、所定のパターンを有するＡＦ補助光を照射し、照射したＡＦ補助光のパターンを検出することで、被写体に焦点を合わせる手法が知られている。このようなオートフォーカス手法の中で、フォーカスエリアの拡大（多点化）を図るため、ＡＦ補助光をプリズムなどにより分岐させ、分岐させたＡＦ補助光のパターンを検出することで、被写体に焦点を合わせる技術が知られている（特許文献１）。

特開２００３−１０７３２４号公報

しかしながら、ＡＦ補助光の到達距離（ＡＦ補助光を照射した際に焦点状態を適切に検出可能な被写体までの距離）は、ＡＦ補助光を発光する光源の輝度に応じて制限されるものであり、被写体の輝度が低い場合や、ＡＦ補助光の光源から被写体までの距離が遠い場合には、焦点状態を適切に検出できない場合があった。特に、従来技術のように、ＡＦ補助光をプリズムなどにより分岐して照射する場合には、ＡＦ補助光を分岐せずに照射する場合と比べて、ＡＦ補助光の到達距離が短くなるため、焦点状態を適切に検出することが困難になっていた。

本発明が解決しようとする課題は、被写体の輝度が低い場合や、ＡＦ補助光の光源から被写体までの距離が遠い場合であっても、焦点状態を適切に検出可能な焦点検出装置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、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、この符号は本発明の理解を容易にするためだけのものであって本発明を限定する趣旨ではない。

［１］本発明に係る焦点検出装置は、被写体に照射された所定方向に周期パターンを有する照明光の前記所定方向の周期パターンを検出する検出部（１６３）と、光学系の瞳の異なる領域を通過する一対の光束を受光する受光部から出力される焦点検出に用いられる一対の受光信号を微分フィルタを用いてフィルタ処理するフィルタ部（１６３）と、前記検出部が検出した前記照明光の前記所定方向の周期パターンを用いて前記フィルタ部のフィルタ特性を設定する設定部（１６３）と、前記フィルタ特性が設定された前記フィルタ部でフィルタ処理された一対の前記受光信号に基づいて前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出制御を行う制御部（１６３）と、を備えることを特徴とする。

［２］上記焦点検出装置に係る発明において、前記受光部は、光学系の予定焦点面近傍に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズに対して配置された光電変換部とを有する画素が複数配列された画素列を有し、前記設定部は、前記照明光の前記所定方向の周期パターンの一周期に対応する、前記画素列を構成する画素の画素数に基づいて、前記フィルタ部の前記フィルタ特性を設定するように構成することができる。

［３］上記焦点検出装置に係る発明において、前記画素列の配列方向ｎ番目の画素からの前記受光信号の強度をＸ（ｎ）とし、前記照明光の前記所定方向の周期パターンの一周期に対応する画素数をＷとした場合に、前記画素列の配列方向ｎ番目の画素からの前記受光信号に対する前記フィルタ特性ｆ（ｎ）を、ｆ（ｎ）＝２×Ｘ（ｎ）−Ｘ（ｎ−Ｗ／２）−Ｘ（ｎ＋Ｗ／２）とするように構成することができる。

［４］上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部は、複数の周期パターンから所定の周期パターンを選択し、発光部が前記所定方向の周期パターンの発光をするように前記発光部に発光指令を送出するように構成することができる。
［５］上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部は、位相差検出方式によりデフォーカス量を検出するように構成することができる。

［６］本発明に係る撮像装置は、上記焦点検出装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被写体の輝度が低い場合や、ＡＦ補助光の光源から被写体までの距離が遠い場合であっても、焦点状態を適切に検出することができる。

図１は、本実施形態に係る一眼レフデジタルカメラを示すブロック図である。 図２は、図１に示すＡＦ補助光発光部を示す図である。 図３は、図１に示す焦点検出モジュールを示す図である。 図４は、所定の周期パターンを有するＡＦ補助光に基づいて得られた受光信号の一例を示す図である。 図５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。 図６は、第１微分フィルタを用いてフィルタ処理した一対の受光信号の相関量の一例を示す図である。 図７は、第２微分フィルタを用いてフィルタ処理した一対の受光信号の相関量の一例を示す図である。

以下においては、本発明を一眼レフデジタルカメラに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は、塩銀フィルムカメラやコンパクトカメラその他の撮像装置においても適用することができる。

図１は、本実施形態に係る一眼レフデジタルカメラ１を示すブロック図である。なお、図１においては、本発明の焦点検出装置および撮像装置に関する構成以外のカメラの一般的構成については、その図示と説明を一部省略する。

本実施形態の一眼レフデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００とストロボ装置３００とを備え、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００は着脱可能に結合され、また、カメラボディ１００とストロボ装置３００も着脱可能に結合されている。

レンズ鏡筒２００には、レンズ２１１，２１２，２１３、および絞り２２０を含む撮像光学系が内蔵されている。

フォーカスレンズ２１２は、その光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ２６０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２３０によってその位置が調整される。ちなみに、エンコーダ２６０で検出されたフォーカスレンズ２１２の位置情報は、レンズ制御部２５０を介して後述するレンズ駆動制御部１６５へ送出される。そして、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ２１２の駆動量が、レンズ駆動制御部１６５からレンズ制御部２５０を介して送出され、これに基づいて、フォーカスレンズ駆動モータ２３０が駆動する。

絞り２２０は、上記撮像光学系を通過してカメラボディ１００に備えられた撮像素子１１０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、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。たとえば自動露出モードにおいて演算された適切な開口径の情報が、レンズ制御部２５０を介してカメラ制御部１７０から絞り２２０に送出され、絞り２２０による開口径の調節が行われる。また、開口径の調節は、操作部１５０によるマニュアル操作により設定された開口径の情報がカメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０に入力されることによっても行われる。絞り２２０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２５０で現在の開口径が認識される。

また、図１に示すように、カメラ１はストロボ装置３００を備える。ストロボ装置３００にはメイン発光部３０１が設けられており、発光回路で構成されるストロボ駆動部３０２により発光駆動される。メイン発光部３０１の発光量や発光タイミングは、測光センサ１３７の出力に基づき、カメラ制御部１７０からの制御信号によって制御される。

さらに、ストロボ装置３００にはＡＦ補助光発光部３０３が設けられており、発光回路で構成されるＡＦ補助光駆動部３０４により発光駆動される。ＡＦ補助光の発光はカメラ制御部１７０により制御されており、例えば、カメラ制御部１７０により、被写体が低輝度であると判断された場合や、被写体のコントラストが低いと判断された場合に、ＡＦ補助光を発光するための制御信号がＡＦ補助光駆動部３０４に送出され、これに基づき、ＡＦ補助光駆動部３０４によりＡＦ補助光の発光駆動が行われる。

ここで、図２は、本実施形態に係るＡＦ補助光発光部３０３の構成図である。図２に示すように、ＡＦ補助光発光部３０３は、輝度が互いに異なる２つのＬＥＤ光源３０３１，３０３２が並んでなる光源と、光源からのＡＦ補助光の射出側近傍に設けられたプリズム３０３３とを有している。そして、輝度が互いに異なるＬＥＤ光源３０３１，３０３２から射出されたＡＦ補助光は、ＡＦ補助光の射出側近傍に設けられたプリズム３０３３に入射され、２つのＬＥＤ光源３０３１，３０３２の並び方向に分岐される。これにより、ＡＦ補助光は、所定のコントラストが、周期的に繰り返される周期パターンを有することとなる。

一方、カメラボディ１００は、被写体からの光束を撮像素子１１０、ファインダ１３５、測光センサ１３７及び焦点検出モジュール１６１へ導くためのミラー系１２０を備える。このミラー系１２０は、回転軸１２３を中心にして被写体の観察位置と撮像位置との間で所定角度だけ回転するクイックリターンミラー１２１と、このクイックリターンミラー１２１に軸支されてクイックリターンミラー１２１の回動に合わせて回転するサブミラー１２２とを備える。図１においては、ミラー系１２０が被写体の観察位置にある状態を実線で示し、被写体の撮像位置にある状態を二点鎖線で示す。

ミラー系１２０は、被写体の観察位置にある状態では光軸Ｌ１の光路上に挿入される一方で、被写体の撮像位置にある状態では光軸Ｌ１の光路から退避するように回転する。

クイックリターンミラー１２１はハーフミラーで構成され、被写体の観察位置にある状態では、被写体からの光束（光軸Ｌ１）の一部の光束（光軸Ｌ２，Ｌ３）を当該クイックリターンミラー１２１で反射してファインダ１３５および測光センサ１３７に導き、一部の光束（光軸Ｌ４）を透過させてサブミラー１２２へ導く。これに対して、サブミラー１２２は全反射ミラーで構成され、クイックリターンミラー１２１を透過した光束（光軸Ｌ４）を焦点検出モジュール１６１へ導く。

したがって、ミラー系１２０が観察位置にある場合は、被写体からの光束（光軸Ｌ１）はファインダ１３５、測光センサ１３７および焦点検出モジュール１６１へ導かれ、撮影者により被写体が観察されるとともに、露出演算やフォーカスレンズ２１２の焦点調節状態の検出が実行される。そして、撮影者がレリーズボタン（不図示）を全押しするとミラー系１２０が撮影位置に回動し、被写体からの光束（光軸Ｌ１）は全て撮像素子１１０へ導かれ、撮影した画像データを図示しないメモリに保存する。

クイックリターンミラー１２１で反射された被写体からの光束（光軸Ｌ２）は、撮像素子１１０と光学的に等価な面に配置された焦点板１３１に結像し、ペンタプリズム１３３と接眼レンズ１３４とを介して観察可能になっている。このとき、透過型液晶表示器１３２は、焦点板１３１上の被写体像に焦点検出エリアマークなどを重畳して表示するとともに、被写体像外のエリアにシャッター速度、絞り値、撮影枚数などの撮影に関する情報を表示する。これにより、撮影者は、撮影準備状態において、ファインダ１３５を通して被写体およびその背景ならびに撮影関連情報などを観察することができる。

測光センサ１３７は、二次元カラーＣＣＤイメージセンサなどで構成され、撮影の際の露出値を演算するため、撮影画面を複数の領域に分割して領域ごとの輝度に応じた測光信号を出力する。測光センサ１３７で検出された信号はカメラ制御部１７０へ出力され、自動露出制御などに用いられる。

焦点検出モジュール１６１は、被写体光を用いた位相差検出方式による自動合焦制御を実行するための焦点検出素子であり、サブミラー１２２で反射した光束（光軸Ｌ４）の、撮像素子１１０の撮像面と光学的に等価な位置に固定されている。

図３は、図１に示す焦点検出モジュール１６１の構成例を示す図である。本実施形態の焦点検出モジュール１６１は、コンデンサレンズ１６１ａ、一対の開口が形成された絞りマスク１６１ｂ、一対の再結像レンズ１６１ｃおよび一対のラインセンサ１６１ｄを有する。また、図示していないが、本実施形態のラインセンサ１６１ｄは、撮像光学系の予定焦点面近傍に配置されたマイクロレンズと、このマイクロレンズに対して配置された光電変換素子とを有する画素が複数配列された画素列を備えている。フォーカスレンズ２１２の射出瞳の異なる一対の領域を通る一対の光束を、一対のラインセンサ１６１ｄに配列された各画素で受光することで、一対の受光信号を取得することができる。そして、一対のラインセンサ１６１ｄで取得した一対の受光信号の位相ずれを、後述する相関演算によって求めることにより焦点調節状態を検出することができる。

例えば、図３に示すように被写体Ｐが撮像素子１１０の等価面（予定結像面）１６１ｅで結像すると合焦状態となるが、フォーカスレンズ２１２が光軸Ｌ１方向に移動することで、結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれたり（前ピンと称される）、カメラボディ側にずれたりすると（後ピンと称される）、ピントずれの状態となる。

なお、被写体Ｐの結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の受光信号の間隔ｗが、合焦状態の間隔ｗと比べて短くなり、逆に被写体Ｐの結像点がカメラボディ１００側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の受光信号の間隔ｗが、合焦状態の間隔ｗに比べて長くなる。

すなわち、合焦状態では一対のラインセンサ１６１ｄで検出される受光信号が、それぞれのラインセンサ１６１ｄの中心に対して重なるが、非合焦状態ではラインセンサ１６１ｄの中心に対して受光信号がずれ、すなわち位相差が生じるので、この位相差（ずれ量）に応じた量だけフォーカスレンズ２１２を移動させることでピントを合わせることができる。

ここで、図４は、ＡＦ補助光発光部３０３によりＡＦ補助光を照射した際に、ラインセンサ１６１ｄにより得られた受光信号の一例を示す図である。図４において、縦軸は受光信号の強度を示しており、横軸はラインセンサ１６１ｄに配列された画素列を構成する各画素の画素番号を示している。この画素番号は、配列方向の左端に位置する画素の画素番号を１番とし、その右隣りの画素の画素番号を２番とし、同様に、配列方向の右側に位置する画素ほど画素番号が増えるように、画素番号が振られている。なお、図４に示す例では、ラインセンサ１６１ｄに配列された画素列を構成する画素のうち、画素番号が２０番目の画素から６０番目の画素において得られた受光信号を表している。

上述したように、本実施形態のＡＦ補助光発光部３０３は、図２に示すように、異なる輝度のＡＦ補助光を発光する２つのＬＥＤ光源３０３１，３０３２を備えている。そのため、ＡＦ補助光を照射した際に得られる受光信号では、図４に示すように、輝度が比較的高いＬＥＤ光源３０３１に対応する強度が比較的大きい出力波形Ａに基づくピークａと、輝度が比較的低いＬＥＤ光源３０３２に対応する強度が比較的小さい出力波形Ｂに基づくピークｂが現れることとなる。また、本実施形態のＡＦ補助光発光部３０３において、２つのＬＥＤ光源３０３１，３０３２から発光されたＡＦ補助光は、光源のＡＦ補助光の射出側近傍に設けられたプリズム３０３３に入射され、これにより、ＬＥＤ光源３０３１，３０３２の並び方向に分岐される。そのため、ＡＦ補助光を照射した際に得られる受光信号では、図４に示すように、輝度が比較的高いＬＥＤ光源３０３１に対応する強度が比較的大きい出力波形Ａに基づくピークａと、輝度が比較的低いＬＥＤ光源３０３２に対応する強度が比較的小さい出力波形Ｂに基づくピークｂとが、ＬＥＤ光源３０３１，３０３２の並び方向に交互に繰り返し現れることとなる。このように、ＡＦ補助光発光部３０３から発光されたＡＦ補助光は、出力波形Ａのピークと出力波形Ｂのピークとが、１周期（最小の周期単位）ごとに繰り返す周期パターンを有することとなる。なお、図４に示す例では、ＡＦ補助光の周期パターンは、１周期あたり、１２画素で繰り返されている。

図１に戻り、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２は、オートフォーカスモードにおいて、焦点検出モジュール１６１の一対のラインセンサ１６１ｄのゲインや蓄積時間等の蓄積条件を制御するものであり、焦点検出エリア１６１に備えられた一対のラインセンサ１６１ｄにおいて検出された一対の受光信号を読み出し、読み出した受光信号をデフォーカス演算部１６３へ出力する。

デフォーカス演算部１６３は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２から送られてきた一対の受光信号に対して、後述するフィルタ処理を行う。また、デフォーカス演算部１６３は、フィルタ処理された一対の受光信号について相関演算を行い、デフォーカス量の算出を行う。算出されたデフォーカス量は、レンズ駆動量演算部１６４へと出力される。

レンズ駆動量演算部１６４は、デフォーカス演算部１６３から送られてきたデフォーカス量ｄｆに基づいて、当該デフォーカス量ｄｆに応じたレンズ駆動量Δｄを演算し、これをレンズ駆動制御部１６５へ出力する。

レンズ駆動制御部１６５は、レンズ駆動量演算部１６４から送られてきたレンズ駆動量Δｄに基づいて、フォーカスレンズ駆動モータ２３０を駆動し、フォーカスレンズ２１２の位置を調整する。

撮像素子１１０は、カメラボディ１００の、被写体からの光束の光軸Ｌ１上であって、レンズ群２１１，２１２，２１３を含む撮像光学系の予定焦点面となる位置に設けられ、その前面にシャッター１１１が設けられている。この撮像素子１１０は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤなどで構成することができる。この撮像素子１１０で光電変換された電気画像信号は、カメラ制御部１７０で画像処理されたのち図示しないメモリに保存される。なお、撮像画像を格納するメモリは内蔵型メモリやカード型メモリで構成することができる。

操作部１５０は、シャッターリレーズボタン、ズームボタン、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類であり、レリーズボタンのスイッチは、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。この操作部１５０により設定された各種モードはカメラ制御部１７０へ送信され、当該カメラ制御部１７０によりカメラ全体の動作が制御される。

また、カメラボディ１００にはカメラ制御部１７０が設けられている。カメラ制御部１７０は、マイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品とから構成され、レンズ制御部２５０と電気的に接続され、このレンズ制御部２５０からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部２５０へデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を送信する。また、カメラ制御部１７０は、上述したように、被写体が低輝度であると判断された場合や、被写体のコントラストが低いと判断された場合に、ＡＦ補助光を発光するための制御信号をＡＦ補助光駆動部３０４へ送出することで、ＡＦ補助光発光部３０３にＡＦ補助光の発光を行わせる。さらに、カメラ制御部１７０は、撮像画像情報の補正やレンズ鏡筒２００の焦点調節状態、絞り調節状態等を検出するなど、カメラ１全体の制御も司る。

次に、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図５は、本実施形態に係るカメラ１の動作を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１では、カメラ制御部１７０により、レリーズボタンの半押し（第１スイッチＳＷ１のオン）がされたか否か判断される。レリーズボタンが半押し（第１スイッチＳＷ１がオン）された場合はステップＳ１０２へ進み、一方、レリーズボタンの半押し（第１スイッチＳＷ１がオン）されていない場合はステップＳ１０１で待機する。

ステップＳ１０２では、カメラ制御部１７０により、被写体の輝度判定が行われる。被写体の輝度を判定する方法は、特に限定されないが、例えば、測光センサ１３７の出力に基づいて、所定の蓄積時間で得られた受光信号に対するゲインが、所定値以上であるか否かを判定し、所定の蓄積時間で得られた受光信号に対するゲインが所定値以上である場合には、被写体は低輝度であると判定することができ、反対に、所定の蓄積時間で得られた受光信号に対するゲインが所定値未満である場合には、被写体は高輝度であると判定することができる。

ステップＳ１０３では、カメラ制御部１７０により、ステップＳ１０２における被写体の輝度判定の結果に基づいて、ＡＦ補助光を発光する必要があるか否か判断される。ステップＳ１０２において被写体が低輝度であると判定されている場合は、ＡＦ補助光の発光が必要であると判断され、ＡＦ補助光を発光するために、ステップＳ１０４に進む。一方、ステップＳ１０２において被写体が高輝度であると判定された場合は、ＡＦ補助光の発光は不要であると判断され、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３においてＡＦ補助光の発光が必要であると判断されているため、カメラ制御部１７０により、ＡＦ補助光を発光させるための制御信号が、ＡＦ補助光駆動部３０４に送出される。これにより、ＡＦ補助光駆動部３０４によりＡＦ補助光の発光駆動が行われ、ＡＦ補助光発光部３０３により、所定の周期パターンを有するＡＦ補助光の発光が行われる。

続いてステップＳ１０５では、一対のラインセンサ１６１ｄにより、被写体からの光束が受光される。そして、一対のラインセンサ１６１ｄに配列された画素列を構成する各画素により、受光した光の強度に応じて電荷の蓄積が行われ、蓄積された一対の受光信号が、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２により、デフォーカス演算部１６３へと出力される。

次に、ステップＳ１０６では、デフォーカス演算部１６３により、ＡＦ補助光の周期パターンに応じた第１微分フィルタを用いて、ステップＳ１０５で読み出された一対の受光信号に対して、フィルタ処理が行われる。ステップＳ１０６のフィルタ処理では、まず、デフォーカス演算部１６３により、ＡＦ補助光の周期パターンの１周期に対応する画素数Ｗが求められる。ＡＦ補助光の周期パターンの１周期に対応する画素数Ｗの算出方法は、特に限定されないが、例えば、ＡＦ補助光を分岐するプリズム３０３３の構成に応じて、ＡＦ補助光の周期パターンの１周期に対応する画素数Ｗが予め決められている場合には、この画素数Ｗの情報を取得すればよい。なお、図４に示す例では、デフォーカス演算部１６３により、ＡＦ補助光の周期パターンの１周期に対応する画素数Ｗが１２画素として取得される。

そして、デフォーカス演算部１６３により、ＡＦ補助光の周期パターンの１周期に対応する画素数Ｗに基づいて、下記式（１）に示すように、ＡＦ補助光を照射した際に得られた受光信号をフィルタ処理するための第１微分フィルタｆ（ｎ）が求められる。
ｆ（ｎ）＝２×Ｘ（ｎ）−Ｘ（ｎ−Ｗ／２）−Ｘ（ｎ＋Ｗ／２） ・・・（１）
なお、上記式（１）において、Ｘ（ｎ）は画素列の配列方向ｎ番目の画素から得られた受光信号の強度である。また、上記式（１）において、ＡＦ補助光の周期パターンの半周期に対応する画素数（Ｗ／２）は、整数となるように処理される。すなわち、ＡＦ補助光の周期パターンの１周期に対応する画素数Ｗが奇数である場合には、画素数（Ｗ／２）を整数とするために、画素数（Ｗ／２）の小数点部分が、四捨五入、切り捨て、または切り上げなどにより処理される。例えば、ＡＦ補助光の周期パターンの１周期に対応する画素数Ｗが奇数の５画素である場合には、ＡＦ補助光の周期パターンの半周期に対応する画素数（Ｗ／２）は、５／２画素、すなわち２．５画素の小数点部分が四捨五入され、３画素として求められる。

図４に示す例では、ＡＦ補助光の周期パターンの１周期に対応する画素数Ｗは１２画素であるため、ＡＦ補助光のパターンの半周期に対応する画素数（Ｗ／２）は６画素となる。よって、図４に示す例では、下記式（２）に示すように、第１微分フィルタを求められる。
ｆ（ｎ）＝２×Ｘ（ｎ）−Ｘ（ｎ−６）−Ｘ（ｎ＋６） ・・・（２）
そして、このように得られた第１微分フィルタにより、一対の受光信号のフィルタ処理が行われる。

例えば、図４に示す例において、輝度が比較的高いＬＥＤ光源３０３１に対応する強度が比較的大きい出力波形Ａに基づくピークａに対応する配列方向２７番目の画素から出力された受光信号は、上記式（２）に示す第１微分フィルタを用いて、下記式（３）に示すように、フィルタ処理が行われる。
Ｘ（２７）＝２×Ｘ（２７）−Ｘ（２１）−Ｘ（３３） ・・・（３）
また、画素列を構成する他の画素においても、上記式（３）と同様に、フィルタ処理が行われる。

ステップＳ１０７では、デフォーカス演算部１６３により、上記式（１）に示す第１微分フィルタを用いてフィルタ処理された一対の受光信号に基づいて、相関量Ｃ（ｋ）が算出される。

具体的には、デフォーカス演算部１６３は、配列方向ｎ番目の画素から得られたフィルタ処理後の一対の受光信号の強度をα（ｎ）、β（ｎ）とした場合に、一対の受光信号の相関量Ｃ（ｋ）を、下記式（４）に示す相関演算により求める。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜α（ｎ）−β（ｎ＋ｋ）｜ ・・・（４）
なお、上記式（４）において、Σ演算はｎについての累積演算（相和演算）を示し、像ずらし量ｋに応じてα（ｎ）、β（ｎ＋ｋ）のデータが存在する範囲に限定される。また、像ずらし量ｋは整数であり、ラインセンサ１６１ｄに配列された画素列の画素間隔を単位としたシフト量である。

ここで、図６は、ＡＦ補助光を照射した際に得られた一対の受光信号を、第１微分フィルタを用いてフィルタ処理した一対の受光信号に基づく相関量Ｃ（ｋ）の一例を示すグラフである。図６において、縦軸は相関量Ｃ（ｋ）を示しており、横軸は画素列の画素間隔を単位としたシフト量を示している。相関量Ｃ（ｋ）は、その値が小さいほど、一対の受光信号の相関度が高く（ずれ量が小さく）なり、相関量Ｃ（ｋ）が極小である場合に、一対の受光信号の相関度が最も高くなる。

そして、ステップＳ１０８では、デフォーカス演算部１６３により、例えば、三点内挿法などにより、ステップＳ１０７で算出された相関量Ｃ（ｋ）に基づいて、デフォーカス量ｄｆが算出される。

そして、ステップＳ１０９では、カメラ制御部１７０により、合焦判定が行われる。本実施形態では、例えば、ステップＳ１０８で算出されたデフォーカス量ｄｆが所定値以下である場合に、合焦と判定され、ステップＳ１１０に進む。一方、デフォーカス量ｄｆが所定値を超え、合焦と判定されない場合は、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１０では、カメラ制御部１７０により、レリーズボタンが全押し（第２スイッチＳＷ２がオン）されたか否かが判定され、全押しされたと判定された場合はステップＳ１１１へ進み、撮像素子１１０により、画像の撮像が行なわれる。一方、ステップＳ１１０において、レリーズボタンが全押し（第２スイッチＳＷ２がオン）されていないと判定された場合は、ステップＳ１０１に戻り、再度、焦点調節動作が行われる。

一方、ステップＳ１０９において、合焦と判定されなかった場合には、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、レンズ駆動量演算部１６４により、ステップＳ１０８で算出されたデフォーカス量ｄｆに基づいて、レンズ駆動量Δｄが算出される。そして、算出されたレンズ駆動量Δｄは、レンズ駆動量演算部１６４からレンズ駆動制御部１６５へ出力され、レンズ駆動制御部１６５により、レンズ制御部２５０を介して、レンズ駆動量Δｄに基づく駆動指令がフォーカスレンズ駆動モータ２３０へと送出される。これにより、フォーカスレンズ駆動モータ２３０は、レンズ駆動量Δｄに基づく駆動指令に応じて、フォーカスレンズ２１２を移動させる。ステップＳ１１２の後は、ステップＳ１０１に戻り、再度、焦点調節動作が行われる。

また、ステップＳ１０３において、被写体の輝度が高く、ＡＦ補助光の発光が必要ないと判断された場合は、ステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１３では、ＡＦ補助光を発光することなく、一対のラインセンサ１６１ｄに配列された各画素により、被写体からの光束の受光が行われる。これにより、一対のラインセンサ１６１ｄに配列された各画素において、受光した光の強度に応じた電荷の蓄積が行われ、蓄積された一対の受光信号が、デフォーカス演算部１６３へと出力される。

続くステップＳ１１４においては、デフォーカス演算部１６３により、ＡＦ補助光の周期パターンを考慮していない第２微分フィルタを用いて、ステップＳ１１３で取得した一対の受光信号についてフィルタ処理が行われる。このような第２微分フィルタとしては、例えば、下記式（５）に示す第２微分フィルタｆ（ｎ）を用いることができる。
ｆ（ｎ） ＝ ２×Ｘ（ｎ）−Ｘ（ｎ−２）−Ｘ（ｎ＋２） ・・・（５）
なお、ステップＳ１１４において用いられる第２微分フィルタは、上記式（５）に示す微分フィルタに限定されず、例えば、第１微分フィルタと異なりＡＦ補助光の周期パターンを考慮していない微分フィルタであれば、任意に設定してもよいし、或いは、フィルタ処理を行わない構成としてもよい。

ステップＳ１１４において第２微分フィルタを用いて、フィルタ処理が行われた後は、ステップＳ１０７に進み、ステップＳ１１４でフィルタ処理された一対の受光信号に基づいて、相関量が算出され（ステップＳ１０７）、算出された相関量に基づいてデフォーカス量ｄｆが算出される（ステップＳ１０８）。そして、合焦判定により合焦と判断され（ステップＳ１０９＝ＹＥＳ）、かつ、レリーズボタンが全押しされることで（ステップＳ１１０＝ＹＥＳ）、画像の撮像が行われる（ステップＳ１１１）。

以上のように、本実施形態では、ＡＦ補助光を照射する際には、ＡＦ補助光の周期パターンに応じた第１微分フィルタを用いて、一対の受光信号のフィルタ処理を行う。そして、第１微分フィルタを用いてフィルタ処理された一対の受光信号に基づいて、焦点状態を検出する。ここで、図７は、ＡＦ補助光を照射した際に得られた受光信号を、ＡＦ補助光の周期パターンを考慮していない微分フィルタ（例えば、上記式（５）に示す第２微分フィルタ）を用いて、フィルタ処理した場合の相関量Ｃ（ｋ）の一例を示すグラフである。ＡＦ補助光を照射した際に得られた受光信号に対して、第１微分フィルタを用いてフィルタ処理した場合の相関量のグラフ（図６）と、第２微分フィルタを用いてフィルタ処理した場合の相関量のグラフ（図７）とを比較してみると、いずれも、シフト量（横軸）が−１０から−５の間、およびシフト量が５から１０の間においては、相関量（縦軸）が１に近いのに対して、シフト量が０となる位置においては、図６に示すグラフでは、連続的な相関量Ｃ（ｋ）に対する極小値Ｃ（ｘ）は０に近い値となり、一方、図７に示すグラフでは、相関量に対する極小値Ｃ（ｘ）は０．５に近い値となっている。ＡＦ補助光を照射した際に得られた受光信号に基づく相関量Ｃ（ｋ）の変化量ΔＣを比べてみると、第１微分フィルタを用いた場合（図６に示すグラフ）の相関量Ｃ（ｋ）の変化量ΔＣは、第２微分フィルタを用いた場合（図７に示すグラフ）の相関量Ｃ（ｋ）の変化量ΔＣよりも大きくなる。すなわち、本実施形態では、ＡＦ補助光を照射した際に得られた受光信号に対して、ＡＦ補助光の周期パターンに応じた第１微分フィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、ＡＦ補助光の周期パターンを考慮していない第２微分フィルタを用いてフィルタ処理を行う場合と比べて、より高い相関量Ｃ（ｋ）を得ることができる。その結果、本実施形態によれば、被写体の輝度が低い場合や、ＡＦ補助光の光源から被写体までの距離が遠い場合であっても、光源の輝度を変更することなく、焦点状態を適切に検出することができる。

また、本実施形態では、ＡＦ補助光の周期パターンに応じた第１微分フィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、受光信号の強度が比較的大きい部分（例えば、図４の出力波形Ａに基づくピークａ）においては、受光信号の強度をより大きくすることができ、一方、受光信号の強度が比較的小さい部分（例えば、図４の出力波形Ｂに基づくピークｂ）においては、受光信号の強度をより小さくすることができる。そのため、本実施形態によれば、第１微分フィルタを用いてフィルタ処理した一対の受光信号に基づいて、一対の受光信号の相関量を求めることで、合焦状態をより適切に検出することができるとともに、偽合焦を有効に防止することができる。特に、従来においては、例えば、図４に示す例において、出力波形Ａと出力波形Ｂとが重なる位置で合焦したものと誤って判断され、偽合焦が生じる場合があった。これに対して、本実施形態では、ＡＦ補助光のパターンに応じた第１微分フィルタを用いて受光信号をフィルタ処理することにより、受光信号の強度が比較的大きい部分においては、受光信号の強度をより大きくすることができ、一方、受光信号の強度が比較的小さい部分においては、受光信号の強度をより小さくすることができるため、偽合焦を有効に防止することができる。

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。

例えば、上述した実施形態において、ＡＦ補助光発光部３０３は、単一の周期パターンを有するＡＦ補助光を照明しているが、これに限定されず、例えば、異なる周期パターンを有する複数のＡＦ補助光の中から、いずれかの周期パターンを有するＡＦ補助光を選択して照射する構成としてもよい。この場合、選択されたＡＦ補助光の周期パターンに応じて、該周期パターンの１周期に対応する画素数Ｗを算出し、算出した画素数Ｗを加味した微分フィルタを用いて、焦点状態を検出することができる。そのため、ＡＦ補助光の周期パターンを複数の周期パターンの中から選択できる場合でも、焦点状態を適切に検出することができる。

１…一眼レフデジタルカメラ
１００…カメラボディ
１１０…撮像素子
１５０…操作部
１６１…焦点検出モジュール
１６１ａ…コンデンサレンズ
１６１ｂ…絞りマスク
１６１ｃ…再結像レンズ
１６１ｄ…ラインセンサ
１６２…ＡＦ−ＣＣＤ制御部
１６３…デフォーカス演算部
１６４…レンズ駆動量演算部
１６５…レンズ駆動量制御部
１７０…カメラ制御部
２００…レンズ鏡筒
２１２…フォーカスレンズ
２３０…フォーカスレンズ駆動モータ
２５０…レンズ制御部
３００…ストロボ装置
３０１…メイン発光部
３０２…ストロボ駆動部
３０３…ＡＦ補助光発光部
３０４…ＡＦ補助光駆動部

Claims (6)

1. 被写体に照射された所定方向に周期パターンを有する照明光の前記所定方向の周期パターンを検出する検出部と、
   光学系の瞳の異なる領域を通過する一対の光束を受光する受光部から出力される焦点検出に用いられる一対の受光信号を微分フィルタを用いてフィルタ処理するフィルタ部と、
   前記検出部が検出した前記照明光の前記所定方向の周期パターンを用いて前記フィルタ部のフィルタ特性を設定する設定部と、
   前記フィルタ特性が設定された前記フィルタ部でフィルタ処理された一対の前記受光信号に基づいて前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記受光部は、光学系の予定焦点面近傍に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズに対して配置された光電変換部とを有する画素が複数配列された画素列を有し、
   前記設定部は、前記照明光の前記所定方向の周期パターンの一周期に対応する、前記画素列を構成する画素の画素数に基づいて、前記フィルタ部の前記フィルタ特性を設定することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記画素列の配列方向ｎ番目の画素からの前記受光信号の強度をＸ（ｎ）とし、前記照明光の前記所定方向の周期パターンの一周期に対応する画素数をＷとした場合に、前記画素列の配列方向ｎ番目の画素からの前記受光信号に対する前記フィルタ特性ｆ（ｎ）を、ｆ（ｎ）＝２×Ｘ（ｎ）−Ｘ（ｎ−Ｗ／２）−Ｘ（ｎ＋Ｗ／２）とすることを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   前記制御部は、複数の周期パターンから所定の周期パターンを選択し、発光部が前記所定方向の周期パターンの発光をするように前記発光部に発光指令を送出することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   前記制御部は、位相差検出方式によりデフォーカス量を検出することを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備える撮像装置。
   

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