JP5966284B2 - 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。

従来より、焦点調節光学系を駆動させながら、光学系による像のコントラストに関する評価値を検出することで、光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置が知られている。このような焦点検出装置において、輝度が暗く被写体のコントラストが低い場合に、合焦位置ではないのに、至近端または無限遠端の近傍において評価値が大きく跳ね上がる「片上がり現象」が起こる場合があり、この「片上がり現象」による偽合焦を防止するために、至近端および無限遠端の近傍において検出された評価値に基づいて、外乱の有無を判断し、外乱があると判断された場合に、至近端および無限遠端の近傍における評価値を除いて、合焦位置を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００７−２５６４６３号公報

しかしながら、従来技術では、至近端または無限遠端でなくとも、手振れなどにより、評価値がばらついてしまう場合があり、このような場合に、検出された評価値に基づいて、光学系の焦点状態を適切に検出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、光学系の焦点状態を適切に検出できる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］本発明に係る焦点検出装置は、焦点調節光学系を有する光学系から前記光学系の光軸方向における移動速度または像面移動係数に関する情報を取得する取得部と、前記焦点調節光学系を光軸方向に移動させ、光軸における前記焦点調節光学系の異なる位置において、前記光学系による像のコントラストを検出する検出部と、前記取得部が取得した情報から、前記検出部がコントラストを検出する距離間隔を第１距離間隔として算出する算出部と、前記算出部が算出した前記第１距離間隔が、前記光学系の絞り値により求まるコントラストを検出する距離間隔である第２距離間隔よりも小さい場合、前記検出部が検出するコントラストのうち所定個数のコントラストを選択して前記光学系の焦点位置の調節を行う選択部と、を備える。

［２］上記焦点検出装置に係る発明において、前記選択部は、前記算出部が算出した前記第１距離間隔で検出されたコントラストのうち、所定数おきに得られたコントラストを、前記所定個数のコントラストとして選択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、前記選択部は、前記算出部が算出した前記第１距離間隔で検出されたコントラストから、連続して検出されたコントラストの平均値を算出し、前記算出された平均値を前記所定個数のコントラスト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、前記選択部は、前記焦点調節光学系が駆動可能な速度のうち最大の駆動速度に基づいて、前記所定個数を決定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、前記選択部は、実際に前記コントラストが検出された前記光学系の像面間の間隔に基づいて、前記所定個数を決定するように構成することができる。

［６］上記焦点検出装置に係る発明において、前記選択部は、下記式（１）に基づいて、前記所定個数を決定する焦点検出装置。
所定個数＝第２距離間隔／第１距離間隔（但し、所定個数は、小数点以下を切り捨てた整数値、または、小数点以下を切り上げた整数値とする。） ・・・（１）

［７］本発明に係る撮像装置は、上記焦点調節装置を備える。

本発明によれば、光学系の焦点状態を適切に検出することができる。

図１は、本実施形態に係るカメラの構成を示すブロック図である。 図２は、コントラスト検出方式による焦点検出方法を説明するための図である。 図３は、第１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４は、サーチ駆動により検出された検出された複数の焦点評価値の中から、焦点検出に用いる焦点評価値を選択する方法を説明するための図である。 図５は、サーチ駆動により検出された検出された複数の焦点評価値の中から、焦点検出に用いる焦点評価値を選択する他の方法を説明するための図である。 図６は、サーチ駆動により検出された焦点評価値の一例を示す図である。 図７は、第２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。

≪第１実施形態≫
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。第１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（無限遠端ともいう）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適切な開口径が、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。

レンズ制御部３７は、カメラ制御部２１とマウント部４に設けられた電気信号接点部４１により電気的に接続され、カメラ制御部２１からの指令に基づき、フォーカスレンズ３２の駆動、絞り３４による開口径の調節などを行なうとともに、フォーカスレンズ３２の位置、絞り３４の開口径などのレンズ情報をカメラ制御部２１に送信する。

また、本実施形態において、レンズ制御部３７は、フォーカスレンズ３２が駆動可能な速度のうち最大の駆速度である最大駆動速度Ｖ_ｍａｘや、像面移動係数（像面移動量／フォーカスレンズ３２の駆動量）などのレンズ情報を、レンズ制御部３７に備えるメモリに記憶している。なお、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘや像面移動係数は、必要に応じて、レンズ制御部３７からカメラ制御部２１へと送出される。

一方、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、撮像素子２２で撮像される像を観察するための観察光学系が設けられている。本実施形態の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６と、これを駆動する液晶駆動回路２５と、接眼レンズ２７とを備えている。液晶駆動回路２５は、撮像素子２２で撮像され、カメラ制御部２１へ送出された撮影画像情報を読み込み、これに基づいて電子ビューファインダ２６を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ２７を通して現在の撮影画像を観察することができる。なお、光軸Ｌ２による上記観察光学系に代えて、または、これに加えて、液晶ディスプレイをカメラ本体２の背面等に設け、この液晶ディスプレイに撮影画像を表示させることもできる。

また、カメラ本体２には、操作部２８が設けられている。操作部２８は、シャッターレリーズボタンや、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。

さらに、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から読み出した画像信号に基づき、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。具体的には、カメラ制御部２１は、撮像素子２２の画像出力を読み出し、読み出した画像出力に基づき、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。なお、焦点検出を行う焦点検出位置が設定されている場合には、カメラ制御部２１は、撮像素子２２から出力された画像出力のうち、焦点検出を行う焦点検出位置に対応する画像出力に基づいて、焦点評価値を算出する。

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を所定の取得間隔(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。

ここで、図２は、コントラスト検出方式による焦点検出方法を説明するための図である。図２に示す例では、フォーカスレンズ３２がＰ０に位置しており、カメラ制御部２１は、まず、Ｐ０から、Ｐ１のサーチ開始位置まで、フォーカスレンズ３２を駆動させる初期駆動を実行する。続いて、カメラ制御部２１は、サーチ開始位置（図２中、Ｐ１の位置）から、至近側から無限遠側に向けて、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、所定間隔Ｄ_１ごとに焦点評価値を算出するサーチ駆動を実行し、その結果、図２中のＰ１，Ｐ２，Ｐ０，Ｐ３，Ｐ４の各位置において焦点評価値を算出する。そして、フォーカスレンズ３２を、図２に示すＰ４の位置に移動させた時点において、算出された焦点評価値が、Ｐ２，Ｐ０において２回上昇した後、Ｐ３，Ｐ４で２回下降して推移しているため、焦点評価値が最大値とその前後、合計３つ（Ｐ２、Ｐ０、Ｐ３）の焦点評価値を用いて、内挿法により、焦点評価値のピーク位置の検出が行われる。その結果、Ｐ０の位置の近傍において、焦点評価値のピーク位置が合焦位置として検出される。これにより、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２を、検出された合焦位置（図２中、Ｐ０の位置の近傍）まで駆動させる合焦駆動を実行する。

次に、図３を参照して、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図３は、カメラ１の動作例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２１によるスルー画像の生成、および観察光学系の電子ビューファインダ２６による、スルー画像の表示が開始される。具体的には、カメラ制御部２１により、撮像素子２２の出力の読み出しが行なわれ、カメラ制御部２１は、読み出した画像信号に基づきスルー画像を生成する。そして、カメラ制御部２１により生成されたスルー画像は液晶駆動回路２５に送出され、観察光学系の電子ビューファインダ２６に表示される。そして、これにより、接眼レンズ２７を介して、ユーザは被写体の動画を視認することが可能となる。なお、スルー画像の生成、およびスルー画像の表示は、所定のフレームレート、たとえば６０ｆｐｓで繰り返し実行される。

ステップＳ１０２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半押し（第１スイッチＳＷ１のオン）がされたか否かの判断が行われる。第１スイッチＳＷ１がオンであると判断された場合はステップＳ１０３へ進み、第１スイッチＳＷ１がオンではないと判断された場合はステップＳ１０１に戻り、第１スイッチＳＷ１がオンされるまで、所定のフレームレートで、スルー画像の表示が繰り返し行われる。

ステップＳ１０２で、シャッターレリーズボタンが半押しされた場合には、ステップＳ１０３に進み、フォーカスレンズ３２の初期駆動が開始される。具体的には、図２に示すように、フォーカスレンズ３２を、現在のレンズ位置（図２中、Ｐ０の位置）から所定のサーチ開始位置（図２中、Ｐ１の位置）まで駆動させるための駆動開始指令が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７に対して送出され、これにより、フォーカスレンズ駆動モータ３６を介して、フォーカスレンズ３２が所定のサーチ開始位置（図２中、Ｐ１の位置）まで駆動されることとなる。なお、サーチ開始位置は、特に限定されず、例えば、至近端または無限遠端であってもよく、あるいは、撮影シーンによって決定される位置であってもよい。また、ステップＳ１０３においては、初期駆動を行うことなく、フォーカスレンズ３２を現在の位置のままとしてもよい。

ステップＳ１０３で初期駆動が開始されると、ステップＳ１０４に進み、ステップＳ１０４において、カメラ制御部２１により、基準間隔Ｄ_ｓｔｄの取得が行われる。基準間隔Ｄ_ｓｔｄとは、合焦位置を適切に検出することができる焦点評価値の取得間隔であり、像面移動量に基づく間隔（距離）である。たとえば、サーチ駆動において、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、所定の取得間隔で焦点評価値を取得した場合に、焦点評価値の取得間隔が大きすぎると、取得した焦点評価値に基づいて合焦位置を適切に検出することができない場合があり、また、焦点評価値の取得間隔が小さすぎると、合焦位置の検出に時間が掛かってしまう場合がある。基準間隔Ｄ_ｓｔｄは、このような点を考慮し、合焦位置を適切に検出することができるように、焦点深度および絞り値（Ｆ値）に応じて予め設定されている。

具体的には、基準間隔Ｄ_ｓｔｄは、下記式（１）に基づいて設定されている。
基準間隔Ｄ_ｓｔｄ（μｍ）＝焦点深度（μｍ）×絞り値（Ｆ値）×Ｋ ・・・（１）
なお、上記式（１）において、Ｋは定数であり、たとえば、２〜４程度の値とすることができる。本実施形態においては、Ｋを３として、基準間隔Ｄ_ｓｔｄが設定されている。

たとえば、焦点深度が２０μｍ、絞り値がＦ２．８に応じた基準間隔Ｄ_ｓｔｄは、２０μｍ×２．８×３＝１６８μｍに設定されている。また、焦点深度が２０μｍ、絞り値がＦ１６に応じた基準間隔Ｄ_ｓｔｄは、２０μｍ×１６×３＝９６０μｍに設定されている。このように、合焦位置を適切に検出することができる基準間隔Ｄ_ｓｔｄは、絞り値（Ｆ値）が大きいほど大きい値で設定されている。

なお、本実施形態において、基準間隔Ｄ_ｓｔｄは、たとえば、カメラ制御部２１に備えるメモリに記憶されており、カメラ制御部２１は、カメラ制御部２１のメモリを参照することで、焦点深度および絞り値（Ｆ値）に応じた基準間隔Ｄ_ｓｔｄを取得することができる。

次に、ステップＳ１０５では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０４で取得された基準間隔Ｄ_ｓｔｄに基づいて、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄの算出が行われる。ここで、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄとは、サーチ駆動において、合焦位置を適切に検出することができるフォーカスレンズ３２の駆動速度であり、像面移動速度に基づく速度である。

本実施形態では、サーチ駆動を行う際に、焦点評価値の算出が、スルー画像の出力に同期して行われる。たとえば、スルー画像の出力が６０ｆｐｓのフレームレートで行われている場合、焦点評価値の算出は、スルー画像の出力に同期して、１／６０秒ごとに行われる。そこで、カメラ制御部２１は、基準間隔Ｄ_ｓｔｄと焦点評価値の算出周期とに基づいて、合焦位置を適切に検出することができるフォーカスレンズ３２の駆動速度を、以下に説明するように、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄとして算出する。

具体的には、たとえば、基準間隔Ｄ_ｓｔｄが１７０μｍであり、焦点評価値の算出が１／６０秒ごとに繰り返されている場合には、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２の基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄを、１７０μｍ×６０＝１０．２ｍｍ／秒として算出する。また、たとえば、基準間隔Ｄ_ｓｔｄが９６０μｍであり、焦点評価値の算出が１／６０秒ごとに繰り返されている場合には、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２の基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄを、９６０μｍ×６０＝５７．６ｍｍ／秒として算出する。

次いで、ステップＳ１０６では、カメラ制御部２１により、フォーカスレンズ３２の最大駆動速度Ｖ_ｍａｘの取得が行われる。最大駆動速度Ｖ_ｍａｘとは、フォーカスレンズ３２が実際に駆動可能な速度のうち最大の速度であり、フォーカスレンズ駆動モータ３６の性能やレンズ鏡筒２の駆動機構によって決定される速度である。最大駆動速度Ｖ_ｍａｘは、たとえば、レンズ制御部３７のメモリに記憶されており、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７から、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘを取得することができる。なお、本実施形態に係る最大駆動速度Ｖ_ｍａｘは、像面移動速度に基づく速度であるため、広角レンズでは、像面移動係数が小さいため、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘは小さくなる傾向にあり、望遠レンズでは、像面移動係数が大きいため、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘは大きくなる傾向にある。

そして、ステップＳ１０７では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０５で算出した基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄと、ステップＳ１０６で取得した最大駆動速度Ｖ_ｍａｘとの比較が行わる。最大駆動速度Ｖ_ｍａｘが基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄよりも遅い速度である場合には、ステップＳ１０８に進み、ステップＳ１０８で、カメラ制御部２１により、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘが、サーチ駆動時のサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈになるものと予測される。一方、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘが基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄ以上の速度である場合には、ステップＳ１０９に進み、ステップＳ１０９で、カメラ制御部２１により、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄが、サーチ駆動時のサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈとなるものと予測される。

たとえば、ステップＳ１０５で設定された基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄが５６．７ｍｍ／秒であり、ステップＳ１０６で取得された最大駆動速度Ｖ_ｍａｘが１２ｍｍ／秒である場合には、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘが基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄよりも遅い速度であると判断され（ステップＳ１０７＝Ｙｅｓ）、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘの１２ｍｍ／秒が、サーチ駆動時のサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈとなるものと予測される。このように、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９では、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄおよび最大駆動速度Ｖ_ｍａｘのうち遅いほうの速度が、サーチ駆動時のサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈとして予測される。

ステップＳ１１０では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０８またはステップＳ１０９で予測されたサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈに基づいて、サーチ駆動時における焦点評価値の取得間隔が、検出間隔Ｄ_ｓｃｈとして予測される。なお、本実施形態において、検出間隔Ｄ_ｓｃｈは、像面移動量に基づく間隔（距離）であり、たとえば、サーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈが１２ｍｍ／秒と予測されており、焦点評価値の算出が１／６０秒ごとに行われる場合には、検出間隔Ｄ_ｓｃｈは、１２（ｍｍ／秒）÷６０＝２００μｍになるものと予測される。

そして、ステップＳ１１１では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０４で取得された基準間隔Ｄ_ｓｔｄと、ステップＳ１１０で予測された検出間隔Ｄ_ｓｃｈとの比較が行われる。カメラ制御部２１により、検出間隔Ｄ_ｓｃｈが基準間隔Ｄ_ｓｔｄよりも小さいと判断された場合には、ステップＳ１１２に進み、一方、検出間隔Ｄ_ｓｃｈが基準間隔Ｄ_ｓｔｄ以上であると判断された場合には、ステップＳ１１５に進む。

ステップＳ１１２では、カメラ制御部２１により、合焦位置を検出するためのサーチ駆動が開始される。具体的には、まず、カメラ制御部２１により、フォーカスレンズ３２をサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈで駆動させるための駆動開始指令が、レンズ制御部３７に送出され、レンズ制御部３７は、カメラ制御部２１からの指令に基づいて、フォーカスレンズ駆動モータ３６を駆動させる。これにより、フォーカスレンズ３２が、光軸Ｌ１に沿って、サーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈで駆動する。そして、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２をサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈで駆動させながら、検出間隔Ｄ_ｓｃｈごとに、焦点評価値の算出を繰り返し行う。

そして、ステップＳ１１３では、カメラ制御部２１により、サーチ駆動により検出された複数の焦点評価値の中から、焦点検出に用いる焦点評価値を選択するための処理が行われる。

ここで、図４は、サーチ駆動により検出された複数の焦点評価値から、焦点検出に用いる焦点評価値を選択する方法を説明するための図である。なお、図４に示す例では、図４のＰ１１の位置から、至近側から無限遠側に向かって、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、検出間隔Ｄ_ｓｃｈごとに焦点評価値の算出した結果、図４のＰ１１〜Ｐ１９のそれぞれの位置において、焦点評価値が検出された場面を例示している。

たとえば、図４に示す例では、カメラ制御部２１は、合焦位置の検出に適した基準間隔Ｄ_ｓｔｄに対応する間隔で、焦点検出に用いる焦点評価値を得るために、基準間隔Ｄ_ｓｔｄを超えない範囲において、焦点検出に用いる焦点評価値の間隔が最大となるように、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値の中から、焦点検出に用いる焦点評価値を選択する。

具体的には、カメラ制御部２１は、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値の中から、下記式（２）に基づいて算出した所定数おきに、焦点検出に用いる焦点評価値が選択することで、合焦位置の検出に適した基準間隔Ｄ_ｓｔｄに対応する間隔で、焦点検出に用いる焦点評価値を得ることができる。
所定数＝基準間隔Ｄ_ｓｔｄ／検出間隔Ｄ_ｓｃｈ（但し、所定数は、小数点以下を切り捨てた整数値、または、小数点以下を切り上げた整数値とする。） ・・・（２）

たとえば、図４に示す例において、基準間隔Ｄ_ｓｔｄが９６０μｍであり、検出間隔Ｄ_ｓｃｈが２００μｍである場合には、カメラ制御部２１は、上記式（２）に基づいて、９６０μｍ／２００μｍ＝４．８を算出し、４．８から小数点以下を切り捨てた４を、上記所定数として算出する。

そして、図４に示すように、まず、カメラ制御部２１は、最初のＰ１１の位置で検出された焦点評価値を、焦点検出に用いる焦点評価値として検出する。さらに、カメラ制御部２１は、Ｐ１１の位置から４つ目のＰ１５の位置で焦点評価値を算出した際に、Ｐ１５の位置で算出した焦点評価値を、焦点検出に用いる焦点評価値として選択する。同様に、カメラ制御部２１は、Ｐ１５の位置から４つ目のＰ１９の位置で焦点評価値を算出した際に、Ｐ１９の位置で算出した焦点評価値を、焦点検出に用いる焦点評価値として選択する。これにより、図４に示す例では、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値の中から、４つおきに得られた焦点評価値が、焦点検出に用いる焦点評価値として選択され、その結果、図４に示すように、合焦位置の検出に適した基準間隔Ｄ_ｓｔｄに対応する間隔で、焦点検出に用いる焦点評価値を得ることができる。

また、図５は、図４と同様に焦点評価値が検出された場面において、上記式（２）に示す所定数を、小数点以下を切り上げた整数値として算出して、焦点検出に用いる焦点評価値を選択した場面を例示した図である。たとえば、基準間隔Ｄ_ｓｃｈよりも少し大きい間隔で得られた焦点評価値に基づいて焦点検出を行った場合でも、焦点検出精度に及ぼす影響が小さい場合には、上記式（２）において、所定数を、小数点以下を切り上げた整数値として算出してもよい。これにより、カメラ制御部２１は、図５に示すように、基準間隔Ｄ_ｓｔｄを超えた範囲において、焦点検出に用いる焦点評価値の間隔が最小となるように、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値の中から、焦点検出に用いる焦点評価値を選択することができる。

たとえば、図５に示す例において、基準間隔Ｄ_ｓｔｄが９６０μｍであり、検出間隔Ｄ_ｓｃｈが２００μｍである場合に、カメラ制御部２１は、上記式（２）に基づいて、９６０μｍ／２００μｍ＝４．８を算出し、４．８から小数点以下を切り上げた５を、所定数として算出する。

そして、図５に示すように、カメラ制御部２１は、最初のＰ１１の位置で検出された焦点評価値が焦点検出に用いる焦点評価値として選択した後、Ｐ１１から５つ目のＰ１６の位置で焦点評価値を算出した際に、Ｐ１６の位置で算出した焦点評価値を、焦点検出に用いる焦点評価値として選択する。これにより、図５に示す例では、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値の中から、５つおきに得られた焦点評価値が、焦点検出に用いる焦点評価値として選択されるため、図５に示すように、合焦位置の検出に適した基準間隔Ｄ_ｓｔｄに対応する間隔で、焦点検出に用いる焦点評価値を得ることができる。

そして、ステップＳ１１４では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１１３で選択された焦点評価値に基づいて、焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ３２のレンズ位置が、合焦位置として検出される。そして、ステップＳ１１７に進み、カメラ制御部２１により、ステップＳ１１４で検出された合焦位置に、フォーカスレンズ３２を駆動させる合焦駆動が行われる。

一方、ステップＳ１１１で、検出間隔Ｄ_ｓｃｈが基準間隔Ｄ_ｓｔｄ以上であると判断された場合には、ステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５では、ステップＳ１１２と同様に、サーチ駆動が開始され、続くステップＳ１１６で、カメラ制御部２１により、サーチ駆動において検出された全ての焦点評価値に基づいて、合焦位置の検出が行われる。そして、ステップＳ１１７に進み、ステップＳ１１６で検出された合焦位置に、フォーカスレンズ３２を駆動させる合焦駆動が行われる。

以上のように、第１実施形態に係るカメラ１は、コントラスト検出方式による焦点検出を行う際に、合焦位置を適切に検出することができる基準間隔Ｄ_ｓｔｄと、サーチ駆動において焦点評価値が検出される検出間隔Ｄ_ｓｃｈとを比較する。そして、検出間隔Ｄ_ｓｃｈが基準間隔Ｄ_ｓｔｄよりも小さい場合には、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値の中から、基準間隔Ｄ_ｓｔｄに対応する間隔で、焦点検出に用いる焦点評価値を選択し、選択した焦点評価値に基づいて、合焦位置の検出を行う。これにより、第１実施形態では、以下のような効果を奏することができる。すなわち、図４および図５に示すように、基準間隔Ｄ_ｓｔｄに対して検出間隔Ｄ_ｓｃｈが小さい場合には、合焦位置を検出するために時間が掛かるため、焦点評価値を検出している際の手振れなどにより、焦点評価値がばらつきやすくなる。そして、図６に示すように、焦点評価値がばらついている場合に、検出された全ての焦点評価値（図６中、Ｐ３１〜Ｐ３９の位置）に基づいて合焦位置の検出を行った場合、合焦位置を適切に検出することができない場合があった。これに対して、本実施形態では、図６に示すように、焦点検出に用いる焦点評価値を、合焦位置を適切に検出できる基準間隔Ｄ_ｓｔｄに対応する間隔で選択し、選択された焦点評価値（図６中、Ｐ３１，Ｐ３３，Ｐ３５，Ｐ３７，Ｐ３９の位置）を用いて、合焦位置を検出することで、焦点評価値のばらつきによる影響を抑えることができ、合焦位置を適切に検出することができる。また、本実施形態によれば、無限遠端または至近端において、振動などにより焦点評価値が跳ね上がってしまう「片上がり現象」が生じてしまう場合でも、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値の中から、焦点検出に用いる焦点評価値を、焦点基準間隔Ｄ_ｓｔｄに対応する間隔で選択し、選択した焦点評価値に基づいて合焦位置を検出することで、「片上がり現象」による偽合焦を有効に防止することができる。なお、図６は、サーチ駆動により検出された焦点評価値の一例を示す図である。

≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。第２実施形態では、図１に示すカメラ１において、図７に示すように、カメラ１が動作すること以外は、第１実施形態と同様である。以下において、図７を参照して、第２実施形態に係るカメラ１の動作について説明する。なお、図７は、第２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、図６に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０３では、第１実施形態のステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様に、第１スイッチＳＷ１がオンされるまで、スルー画像の表示が行われ（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）、第１スイッチＳＷ１がオンされた場合に、フォーカスレンズ３２をサーチ開始位置に駆動させる初期駆動が実行される（ステップＳ２０３）。そして、ステップＳ２０４，Ｓ２０５では、第１実施形態のステップＳ１０４，Ｓ１０５と同様に、基準間隔Ｄ_ｓｔｄが取得され（ステップＳ２０４）、取得された基準間隔Ｄ_ｓｔｄに基づいて基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄが算出される（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０６では、サーチ駆動において合焦位置を適切に検出するために、カメラ制御部２１により、フォーカスレンズ３２を基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄで駆動させるための駆動指令が、レンズ制御部３７に対して送信される。これにより、レンズ制御部３７は、カメラ制御部２１からの指令に基づいて、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄでフォーカスレンズ３２を駆動させるように、フォーカスレンズ駆動モータ３６の制御を行う。そして、続くステップＳ２０７では、第１実施形態のステップＳ１１１，Ｓ１１４と同様に、サーチ駆動が開始される。

サーチ動作が開始されると、ステップＳ２０８に進み、ステップＳ２０８において、カメラ制御部２１により、検出間隔Ｄ_ｓｃｈの検出が行われる。第２実施形態では、既にサーチ駆動が開始されているため、カメラ制御部２１は、たとえば、最新の焦点評価値が検出されたレンズ位置に対応する光学系の像面と、１つ前に検出された焦点評価値が検出されたレンズ位置に対応する光学系の像面とを検出し、検出した像面間の間隔を、実際に焦点評価値の検出が行われた検出間隔Ｄ_ｓｃｈとして検出する。

なお、第２実施形態では、サーチ駆動において合焦位置を適切に検出するために、ステップＳ２０６において、フォーカスレンズ３２を基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄで駆動させるための駆動指令が、レンズ制御部３７に送信されている。しかしながら、広角レンズなどの像面移動係数の小さいレンズでは、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘが小さくなり、その結果、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘが基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄよりも遅い速度となる場合がある。たとえば、焦点深度が２０μｍであり、絞り値がＦ１６である場合の基準間隔Ｄ_ｓｔｄは、２０μｍ×１６×３＝９６０μｍに設定されており、この場合、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄは、たとえば、焦点評価値の算出が１／６０秒ごとに繰り返されている場合において、９６０μｍ×６０＝５７．６ｍｍ／秒として算出される。一方、広角レンズなどでは、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘが、たとえば１２ｍｍ／秒となるものがある。このような場合では、カメラ制御部２１から、フォーカスレンズ３２を、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄの５７．６ｍｍ／秒で駆動するよう指示しても、フォーカスレンズ３２は、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘの１２ｍｍ／秒以上では駆動することができないため、実際のサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈは、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘの１２ｍｍ／秒となる。その結果、ステップＳ２０８で検出される検出間隔Ｄ_ｓｃｈは、基準間隔Ｄ_ｓｔｄの９６０μｍではなく、最大駆動速度Ｖ_ｍａｘに基づく、１２ｍｍ／秒÷６０＝２００μｍとなる。ステップＳ２０８では、このように、実際に焦点評価値が検出された間隔が、検出間隔Ｄ_ｓｃｈとして検出される。

そして、ステップＳ２０９では、第１実施形態のステップＳ１１１と同様に、基準間隔Ｄ_ｓｔｄと検出間隔Ｄ_ｓｃｈの比較が行われ、検出間隔Ｄ_ｓｃｈが基準間隔Ｄ_ｓｔｄよりも小さい場合には、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、実際に焦点評価値が検出された検出間隔Ｄ_ｓｃｈに基づいて、上述したように、上記式（２）の所定数が算出され、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値の中から、所定数おきに得られた焦点評価値が、焦点検出に用いる焦点評価値として選択される。そして、ステップＳ２１１に進み、選択された焦点評価値に基づいて、合焦位置の検出が行われ、続くステップＳ２１３で、検出された合焦位置に、フォーカスレンズ３２を駆動させる合焦駆動が行われる。

一方、ステップＳ２０９において、検出間隔Ｄ_ｓｃｈが基準間隔Ｄ_ｓｔｄ以上であると判断された場合には、ステップＳ２１２に進み、第１実施形態のステップＳ１１６と同様に、サーチ駆動において検出された全ての焦点評価値に基づいて、合焦位置の検出が行われ、続くステップＳ２１３で、検出された合焦位置に、フォーカスレンズ３２を駆動させる合焦駆動が実行される。

以上のように、第２実施形態では、サーチ駆動が開始された後に、サーチ駆動において、実際に焦点評価値が算出された像面間の間隔を、検出間隔Ｄ_ｓｃｈとして検出することで、フォーカスレンズ３２の最大駆動速度Ｄ_ｍａｘを取得できない場合でも、検出間隔Ｄ_ｓｃｈを適切に求めることができ、この検出間隔Ｄ_ｓｃｈに基づいて、焦点検出に用いる焦点評価値を適切に選択することで、合焦位置を適切に検出することができる。

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、合焦位置の検出に適した基準間隔Ｄ_ｓｔｄに対応する間隔で、焦点検出に用いる焦点評価値を得るために、図４および図５に示すように、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値の中から、所定数おきに得られる焦点評価値を、焦点検出に用いる焦点評価値として選択する構成を説明したが、この構成に限定されず、たとえば、検出間隔Ｄ_ｓｃｈで検出された複数の焦点評価値から、連続して検出された所定数の焦点評価値の平均値を算出し、算出された平均値に基づいて、合焦位置を検出する構成としてもよい。なお、この場合も、平均値を求める焦点評価値の所定数を、上記式（２）に基づいて算出することができる。たとえば、図４に示す例では、所定数が４と算出されるため、連続して検出された４つの焦点評価値（たとえば、図４のＰ１１〜Ｐ１４の位置で検出された焦点評価値）の平均値を算出し、これら４つの焦点評価値の平均値に基づいて、合焦位置の検出を行うことができる。

また、上述した第１実施形態では、レンズ制御部３７からフォーカスレンズ３２の最大駆動速度Ｖ_ｍａｘを取得し、取得した最大駆動速度Ｖ_ｍａｘに基づいて、サーチ駆動におけるサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈを算出しているが、この最大駆動速度Ｖ_ｍａｘは、動画撮影時と静止画像撮影時とで異なる場合があり、このような場合、動画撮影時には、動画撮影時用の最大駆動速度Ｖ_ｍａｘを用い、静止画撮影時には、静止画撮影時用の最大駆動速度Ｖ_ｍａｘを用いる構成とすることができる。

さらに、上述した実施形態では、スルー画像が出力されるフレームレートに同期して、焦点評価値の算出が行われているが、このスルー画像が出力されるフレームレートは、動画撮影時と静止画像撮影時とで異なる場合がある。このような場合、焦点評価値の算出周期も、動画撮影時と静止画像撮影時とで異なるため、動画撮影時には、動画撮影時用の焦点評価値の算出周期に基づいて、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄやサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈを算出し、静止画撮影時には、静止画撮影時用の焦点評価値の算出周期に基づいて、基準駆動速度Ｖ_ｓｔｄやサーチ駆動速度Ｖ_ｓｃｈを算出する構成とすることが好適である。

また、上述した実施形態では、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）がされた場合に、コントラスト検出方式による焦点検出を行う構成を例示したが、シャッターレリーズボタンの半押しされたか否かによらず、コントラスト検出方式による焦点検出を繰り返し行う構成としてもよい。

加えて、上述した実施形態では、撮像素子２２から出力された画像信号に基づいて、光学系のコントラストに関する評価値を算出することで、光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出方式による焦点検出を行う構成を説明したが、これに加えて、位相差を用いて光学系による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位相差検出方式による焦点検出を行う構成としてもよい。また、この場合、撮像素子２２の受光面に一対の焦点検出画素を設け、この一対の焦点検出画素から出力される一対の画像信号の相関量を算出することで、光学系による像面のずれ量を検出する構成としてもよい。さらに、この場合に、位相差検出による焦点検出を優先して行い、位相差検出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よる焦点検出を行う構成としてもよい。また、この場合に、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とを同時に行い、焦点検出ができた方式による焦点検出結果に基づいて、合焦駆動を行う構成としてもよい。

なお、本実施形態のカメラ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
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

Claims (7)

1. 焦点調節光学系を有する光学系から前記光学系の光軸方向における移動速度または像面移動係数に関する情報を取得する取得部と、
   前記焦点調節光学系を光軸方向に移動させ、光軸における前記焦点調節光学系の異なる位置において、前記光学系による像のコントラストを検出する検出部と、
   前記取得部が取得した情報から、前記検出部がコントラストを検出する距離間隔を第１距離間隔として算出する算出部と、
   前記算出部が算出した前記第１距離間隔が、前記光学系の絞り値により求まるコントラストを検出する距離間隔である第２距離間隔よりも小さい場合、前記検出部が検出するコントラストのうち所定個数のコントラストを選択して前記光学系の焦点位置の調節を行う焦点調節部と、を備える焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記選択部は、前記算出部が算出した前記第１距離間隔で検出されたコントラストのうち、所定数おきに得られたコントラストを、前記所定個数のコントラストとして選択する焦点検出装置。
3. 請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
   前記選択部は、前記算出部が算出した前記第１距離間隔で検出されたコントラストから、連続して検出されたコントラストの平均値を算出し、前記算出された平均値を前記所定個数のコントラストとする焦点検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の焦点検出装置において、
   前記選択部は、前記焦点調節光学系が駆動可能な速度のうち最大の駆動速度に基づいて、前記所定個数を決定する焦点検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の焦点検出装置において、
   前記選択部は、実際に前記コントラストが検出された前記光学系の像面間の間隔に基づいて、前記所定個数を決定する焦点検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の焦点検出装置において、
   前記選択部は、下記式（１）に基づいて、前記所定個数を決定する焦点検出装置。
   所定個数＝第２距離間隔／第１距離間隔（但し、所定個数は、小数点以下を切り捨てた整数値、または、小数点以下を切り上げた整数値とする。） ・・・（１）
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の焦点検出装置を備えた撮像装置。

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