特許 5760792 焦点調節装置および撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5760792

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】焦点調節装置および撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/28 20060101AFI20150723BHJP

   G02B 7/34 20060101ALI20150723BHJP

   G02B 7/36 20060101ALI20150723BHJP

   G03B 13/36 20060101ALI20150723BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20150723BHJP

   H04N 5/238 20060101ALI20150723BHJP

   H04N 5/243 20060101ALI20150723BHJP

【ＦＩ】

   G02B7/28 N

   G02B7/34

   G02B7/36

   G03B13/36

   H04N5/232 H

   H04N5/238 Z

   H04N5/243

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-160701(P2011-160701)

(22)【出願日】2011年7月22日

(65)【公開番号】特開2013-25132(P2013-25132A)

(43)【公開日】2013年2月4日

【審査請求日】2014年7月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】とこしえ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】高原 宏明

【審査官】 小倉 宏之

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ７／２８

Ｇ０２Ｂ ７／３４

Ｇ０２Ｂ ７／３６

Ｇ０３Ｂ １３／３６

Ｈ０４Ｎ ５／２３２

Ｈ０４Ｎ ５／２３８

Ｈ０４Ｎ ５／２４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

焦点調節光学系を有する光学系を介した一対の光束を受光する一対の受光センサと、
前記一対の受光センサの出力に基づいて、前記光学系による像面のずれ量を検出する位相差検出部と、
前記焦点調節光学系を光軸方向に駆動させることで、前記光学系の焦点調節を行う焦点調節部と、
前記焦点調節部による焦点調節を起動する起動部と、
前記位相差検出部により検出されたずれ量を記憶する記憶部と、
露光時間、撮像感度、および絞り値を含む露出制御値に基づいて、前記一対の受光センサの露出制御を行う露出制御部と、
前記ずれ量の信頼性の閾値である第１閾値を、前記ずれ量の信頼性が前記第１閾値以上である場合に、該ずれ量に基づいて焦点調節を行うことで焦点調節後におけるずれ量が、被写体の被写界深度の範囲内となると判断できるような閾値に設定する第１閾値設定部と、
前記ずれ量の信頼性の閾値である第２閾値を、前記ずれ量の信頼性が前記第２閾値未満である場合に、該ずれ量に基づいて光軸方向のうち合焦位置が存在する方向を判断できるに留まるような閾値に設定する第２閾値設定部と、
前記起動部により、前記焦点調節の起動が行われた場合に、前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量の信頼性が、前記第１閾値以上であるか否か、および、前記第２閾値未満であるか否かを判定する判定手段と、
前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量の信頼性が、前記第１閾値以上であると判定された場合に、前記露出制御部に露出制御値を変更させずに、前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量に基づいて、前記焦点調節部に前記焦点調節光学系を駆動させる第１制御部と、
前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量の信頼性が、前記第１閾値未満であり、かつ、前記第２閾値以上である場合には、前記光学系の絞り値を固定したまま、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させることで、焦点検出に適した露出となるか否かを判断し、焦点検出に適した露出となる場合には、前記露出制御部に、前記光学系の絞り値を固定したまま、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させて露出制御を行わせ、焦点検出に適した露出とならない場合には、前記露出制御部に、前記光学系の絞り値に加えて、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させて露出制御を行わせる第２制御部と、
前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量の信頼性が、前記第２閾値未満である場合には、前記露出制御部に、前記光学系の絞り値を固定させずに、前記絞り値、前記露光時間、および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させて露出制御を行わせる第３制御部と、を備えることを特徴とする焦点調節装置。

【請求項2】

請求項１に記載の焦点調節装置において、
前記第２制御部は、前記光学系の絞り値を固定したまま、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させた場合に、焦点検出に最適な露出よりも所定の段数だけ明るい露出または所定の段数だけ暗い露出となる場合でも、焦点検出に適した露出となると判断し、前記露出制御部に、前記光学系の絞り値を固定したまま、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させて露出制御を行わせることを特徴とする焦点調節装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の焦点調節装置において、
前記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、
前記撮像部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することで、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部と、をさらに備え、
前記一対の受光センサは、前記撮像部の受光面に備えられることを特徴とする焦点調節装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれかに記載の焦点調節装置において、
前記位相差検出部は、前記焦点調節が起動しているか否かに拘わらず、前記ずれ量の検出を行うことを特徴とする焦点調節装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれかに記載の焦点調節装置を備えた撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焦点調節装置および撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、レリーズボタンが半押しされた後に、光学系の焦点状態の検出を行う焦点調節装置が知られている。このような焦点調節装置において、光学系の焦点状態の検出を行う際に、焦点検出に適した露出でない場合には、焦点検出に適した露出となるように露出制御を行い、焦点検出に適した露出とした後に、光学系の焦点状態の検出を行う技術が知られている（たとえば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−３１６２７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術では、レリーズボタンが半押しされた後に、焦点検出に適した露出でない場合に、焦点検出に適した露出となるように露出制御が行われるため、レリーズボタンが半押しされてから、フォーカスレンズが駆動されるまでに、時間を要してしまう場合があった。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、好適な焦点調節が可能な焦点調節装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【0007】

［１］本発明に係る焦点調節装置は、焦点調節光学系（３２）を有する光学系を介した一対の光束を受光する一対の受光センサ（２２２ａ，２２２ｂ）と、前記一対の受光センサの出力に基づいて、前記光学系による像面のずれ量を検出する位相差検出部（２１）と、前記焦点調節光学系を光軸方向に駆動させることで、前記光学系の焦点調節を行う焦点調節部（３６）と、前記焦点調節部による焦点調節を起動する起動部（２８）と、前記位相差検出部により検出されたずれ量を記憶する記憶部（２４）と、露光時間、撮像感度、および絞り値を含む露出制御値に基づいて、前記一対の受光センサの露出制御を行う露出制御部（２１）と、前記ずれ量の信頼性の閾値である第１閾値を、前記ずれ量の信頼性が前記第１閾値以上である場合に、該ずれ量に基づいて焦点調節を行うことで焦点調節後におけるずれ量が、被写体の被写界深度の範囲内となると判断できるような閾値に設定する第１閾値設定部（２１）と、前記ずれ量の信頼性の閾値である第２閾値を、前記ずれ量の信頼性が前記第２閾値未満である場合に、該ずれ量に基づいて光軸方向のうち合焦位置が存在する方向を判断できるに留まるような閾値に設定する第２閾値設定部（２１）と、前記起動部により、前記焦点調節の起動が行われた場合に、前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量の信頼性が、前記第１閾値以上であるか否か、および、前記第２閾値未満であるか否かを判定する判定手段（２１）と、前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量の信頼性が、前記第１閾値以上であると判定された場合に、前記露出制御部に露出制御値を変更させずに、前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量に基づいて、前記焦点調節部に前記焦点調節光学系を駆動させる第１制御部（２１）と、前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量の信頼性が、前記第１閾値未満であり、かつ、前記第２閾値以上である場合には、前記光学系の絞り値を固定したまま、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させることで、焦点検出に適した露出となるか否かを判断し、焦点検出に適した露出となる場合には、前記露出制御部に、前記光学系の絞り値を固定したまま、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させて露出制御を行わせ、焦点検出に適した露出とならない場合には、前記露出制御部に、前記光学系の絞り値に加えて、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させて露出制御を行わせる第２制御部（２１）と、前記焦点調節を起動する前に検出された前記ずれ量の信頼性が、前記第２閾値未満である場合には、前記露出制御部に、前記光学系の絞り値を固定させずに、前記絞り値、前記露光時間、および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させて露出制御を行わせる第３制御部（２１）と、を備えることを特徴とする。

【0008】

［２］上記焦点調節装置に係る発明において、前記第２制御部（２１）は、前記光学系の絞り値を固定したまま、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させた場合に、焦点検出に最適な露出よりも所定の段数だけ明るい露出または所定の段数だけ暗い露出となる場合でも、焦点検出に適した露出となると判断し、前記露出制御部（２１）に、前記光学系の絞り値を固定したまま、前記露光時間および前記撮像感度のうち少なくとも１つを変更させて露出制御を行わせるように構成することができる。

【0009】

［３］上記焦点調節装置に係る発明において、前記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、前記撮像部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することで、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部（２１）と、をさらに備え、前記一対の受光センサ（２２２ａ，２２２ｂ）は、前記撮像部の受光面に備えられるように構成することができる。

【0010】

［４］上記焦点調節装置に係る発明において、前記位相差検出部（２１）は、前記焦点調節が起動しているか否かに拘わらず、前記ずれ量の検出を行うように構成することができる。

【0011】

［５］本発明に係る撮像装置は、上記焦点調節装置を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、好適な焦点調節が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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】図２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3】図３は、図２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。

【図4】図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図である。

【図5】図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図５（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6】図６は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す断面図である。

【図7】図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す断面図、図７（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8】図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図である。

【図9】図９は、本実施形態に係るカメラの動作例を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、ステップＳ１１９のスキャン動作実行処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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撮影光学系の焦点状態の検出を行う。なお、具体的な焦点状態の検出方法については、後述する。

【0028】

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や、オートフォーカスモードの中でも、ワンショットモード／コンティニュアスモードの切換が行えるようになっている。ここで、ワンショットモードとは、一度調節したフォーカスレンズ３２の位置を固定し、そのフォーカスレンズ位置で撮影するモードであるのに対し、コンティニュアスモードとは、フォーカスレンズ３２の位置を固定することなく被写体に応じてフォーカスレンズ位置を調節するモードである。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。

【0029】

次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。

【0030】

図２は、撮像素子２２の撮像面を示す正面図、図３は、図２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。

【0031】

本実施形態の撮像素子２２は、図３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。

【0032】

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。

【0033】

図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図６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６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。

【0034】

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３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。

【0035】

なお、図２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。

【0036】

図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの断面図である。また、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図７（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５（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７（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５（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７（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３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２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｃを構成する。

【0037】

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。

【0038】

また、図５（Ａ）、図５（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。

【0039】

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。

【0040】

図８は、図３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３４の測距瞳３４１，３４２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８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８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３４１，３４２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。

【0041】

ここで、射出瞳３４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３４１，３４２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。

【0042】

なお、図８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３４１，３４２の並び方向と一致している。

【0043】

また、図８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３４上に投影され、その投影形状は測距瞳３４１，３４２を形成する。

【0044】

すなわち、測距距離Ｄにある射出瞳３４上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳３４１，３４２）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。

【0045】

図８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３４１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３４１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。

【0046】

また、焦点検出画素２２２ｂ−１の光電変換部２２２２ｂ−１は測距瞳３４２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３４２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。

【0047】

そして、上述した２種類の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを、図３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３４１と測距瞳３４２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３４１と測距瞳３４２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。

【0048】

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位置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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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９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。また、以下においては、ワンショットモード、すなわち、一度調節したフォーカスレンズ３２の位置を固定し、そのフォーカスレンズ位置で撮影するモードが選択されている場面を例示して説明を行なう。

【0053】

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、撮像素子２２により露光動作が行なわれ、カメラ制御部２１により、撮像画素２２１の画素データの読み出しが行なわれる。そして、カメラ制御部２１は、読み出したデータに基づきスルー画像を生成し、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、ユーザは被写体の画像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、所定の間隔で繰り返し実行される。

【0054】

ステップＳ１０２では、カメラ制御部２１により、スルー画像生成用の露出制御が開始される。具体的には、カメラ制御部２１は、撮影画面を複数の領域に分割し、分割した各領域ごとに測光を行う多分割測光（マルチパターン測光）を行うことで、撮影画面全体の輝度値Ｂｖを算出する。そして、カメラ制御部２１は、算出した撮影画面全体の輝度値Ｂｖに基づいて、撮影画面全体で適正露出が得られるように、撮像感度Ｓｖ、露光時間Ｔｖ、および絞りＡｖを変更して露出制御を行う。なお、スルー画像生成時の露出制御は、所定の間隔で繰り返し実行されるが、スルー画像生成用の露出制御を行う間隔は、スルー画像の生成およびスルー画像の表示を繰り返す間隔よりも長い間隔とすることができる。例えば、スルー画像の生成およびスルー画像の表示が３回繰り返される間に、スルー画像生成用の露出制御を１回行うようにすることができる。

【0055】

ステップＳ１０３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開始される。本実施形態では、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理は、次のように行われる。すなわち、まず、撮像素子２２により、撮影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。

【0056】

また、ステップＳ１０３において、カメラ制御部２１は、算出したデフォーカス量について、デフォーカス量の信頼性の評価を行う。本実施形態において、カメラ制御部２１は、たとえば、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、「高」、「中」、「低」、および「測距不能」の４段階で評価する。

【0057】

具体的には、カメラ制御部２１は、デフォーカス量の信頼性を評価するために、第１判定値、第２判定値、および第３判定値の３つの判定値を、カメラ制御部２１のメモリに予め記憶しており、この３つの判定値を用いて、デフォーカス量の信頼性を評価する。

【0058】

第１判定値は、デフォーカス量の信頼性が第１判定値以上であれば、このデフォーカス量に基づいて焦点調節を行うことで、焦点調節後におけるデフォーカス量が、被写体の被写界深度の範囲内となると判断できるような値に設定されている。そのため、カメラ制御部２１は、たとえば、特定の被写体について得られたデフォーカス量の信頼性が、第１判定値以上である場合には、このデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ３２を駆動することで、特定の被写体にピントを合わせることができるものと判断し、このようなデフォーカス量の信頼性を「高」と評価する。また、特定の被写体について得られたデフォーカス量の信頼性が、第１判定値未満であり、かつ、後述する第２判定値以上である場合には、カメラ制御部２１は、たとえば、このデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ３２を駆動することで、特定の被写体に比較的高い確率でピントを合わせることができ、たとえ、特定の被写体にピントを合わせることができない場合でも、焦点調節後のデフォーカス量は、特定の被写体の被写界深度に近くなるものと判断し、このようなデフォーカス量の信頼性を「中」と評価する。

【0059】

また、第２判定値は、第１判定値よりも低い値であり、デフォーカス量の信頼性が第２判定値未満である場合には、このデフォーカス量に基づいて、合焦位置が、光軸方向のうち無限遠側に存在するか至近側に存在するかを判断できるに留まるような値に設定されている。さらに、第３判定値は、第１判定値および第２判定値よりもさらに低い値であり、デフォーカス量の信頼性が第３判定値未満である場合には、合焦位置が存在する方向も判断することができないような値に設定されている。そのため、カメラ制御部２１は、デフォーカス量の信頼性が、第２判定値未満であり、かつ、第３判定値以上である場合には、このデフォーカス量に基づいて、合焦位置が、光軸方向のうち無限遠側に存在するのか、至近側に存在するのかを判断することができるものと判断し、このようなデフォーカス量の信頼性を「低」と評価する。また、カメラ制御部２１は、デフォーカス量の信頼性が、第３判定値未満である場合には、デフォーカス量の信頼性を「測距不能」と評価する。

【0060】

なお、このようなデフォーカス量の算出と、デフォーカス量の信頼性の評価は、このカメラ１の動作が行われている間、所定の間隔で繰り返し実行される。また、このように得られたデフォーカス量およびデフォーカス量の信頼性は、デフォーカス量の履歴データとして、メモリ２４に記憶される。

【0061】

ステップＳ１０４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Ｓ１０５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、シャッターレリーズボタンの半押しされるまで、ステップＳ１０４を繰り返す。すなわち、シャッターレリーズボタンが半押しされるまで、スルー画像の生成・表示、スルー画像生成用の露出制御、デフォーカス量の算出、およびデフォーカス量の信頼性の評価が繰り返し実行される。

【0062】

そして、ステップＳ１０５では、カメラ制御部２１により、所定のパラメータであるｎが０に設定される。続くステップＳ１０６では、ステップＳ１０３で記憶したデフォーカス量の履歴データが参照され、シャッターレリーズボタンの半押し前に算出されたデフォーカス量およびデフォーカス量の信頼性のうち、パラメータｎに応じたデフォーカス量および該デフォーカス量の信頼性が読み出され、読み出されたデフォーカス量の信頼性が「高」であるか否かの判断が行われる。例えば、カメラ制御部２１は、パラメータｎがゼロに設定されている場合には、シャッターレリーズボタンが半押しされる直前に算出されたデフォーカス量および該デフォーカス量の信頼性を読み出し、シャッターレリーズボタンが半押しされる直前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」であるか否かの判断を行う。また、カメラ制御部２１は、パラメータｎが１に設定されている場合には、シャッターレリーズボタンの半押し直前に算出されたデフォーカス量よりも１つ前に算出されたデフォーカス量および該デフォーカス量の信頼性を読み出し、読み出されたデフォーカス量の信頼性が「高」であるか否かの判断を行う。同様に、カメラ制御部２１は、ｎの値が大きくなるほど、過去に遡って、シャッターレリーズボタンが半押しされる直前に算出されたデフォーカス量よりもｎ個前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」であるか否かの判断を行う。

【0063】

そして、ステップＳ１０６において、シャッターレリーズボタンの半押し直前のデフォーカス量よりもｎ個前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」であると判断された場合は、ステップＳ１０７に進み、一方、シャッターレリーズボタンの半押し直前のデフォーカス量よりもｎ個前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」ではないと判断された場合は、ステップＳ１１２に進む。

【0064】

ステップＳ１０７では、シャッターレリーズボタンの半押し前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」であると判断されているため、カメラ制御部２１により、ＡＥロック（露出条件の変更を禁止する処理）が行われる。そして、ステップＳ１０８では、信頼性が「高」であると判断された、シャッターレリーズボタンが半押しされる前の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。次いで、ステップＳ１０９において、フォーカスレンズ駆動モータ３６により、ステップＳ１０８で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。

【0065】

そして、フォーカスレンズ３２の合焦位置への駆動が完了すると、ステップＳ１１０に進み、合焦表示が行なわれ、次いで、ステップＳ１１１に進み、合焦ロック（フォーカスレンズ３２の駆動を禁止する処理）が行なわれる。なお、ステップＳ１１０における合焦表示は、たとえば、電子ビューファインダ２６により行われる。

【0066】

このように、本実施形においては、シャッターレリーズボタンの半押し前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」と判断された場合には、シャッターレリーズボタンの半押し後に、焦点検出用の露出制御が行われることなく、シャッターレリーズボタンの半押し前に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の合焦駆動が行われることとなる。

【0067】

一方、ステップＳ１０６において、シャッターレリーズボタンの半押し直前のデフォーカス量よりもｎ個前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」ではないと判断された場合には、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２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直前のデフォーカス量よりもｎ個前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「中」であるか否かの判断が行われる。デフォーカス量の信頼性が「中」であると判断された場合は、ステップＳ１１３に進み、一方、デフォーカス量の信頼性が「中」ではないと判断された場合は、ステップＳ１２０に進む。

【0068】

ステップＳ１１３では、ステップＳ１０８と同様に、信頼性が「中」であると判断された、シャッターレリーズボタンが半押しされる前のデフォーカス量に基づいて、レンズ駆動量の算出が行われ、そして、ステップＳ１１４では、ステップＳ１１３で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の駆動が開始される。

【0069】

そして、ステップＳ１１５では、カメラ制御部２１により、露出制御値のうち絞りＡｖは固定したまま、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出に適した露出が得られるか否かの判断が行われる。

【0070】

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２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を算出し、算出した輝度値ＳｐｏｔＢｖに基づいて、焦点検出エリアを含む所定領域内における露出が、焦点検出に適した露出となる撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖを求めることで、焦点検出に適した露出が得られるか否かの判断を行う。なお、本実施形態において、カメラ制御部２１は、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出エリアを含む所定領域内における露出が、たとえば、焦点検出エリアを含む所定領域内における露出が、焦点検出に最適な露出よりも１段階暗い露出から、焦点検出に最適な露出よりも１段階明るい露出までの範囲内の露出となる場合にも、焦点検出に適した露出が得られるものと判断する。

【0071】

ただし、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖは、変更可能な範囲が予め決められており、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更しただけでは、焦点検出に適した露出が得られない場合がある。そこで、カメラ制御部２１は、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出に適した露出が得られるか否かを判断し、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出に適した露出が得られると判断した場合には、ステップＳ１１６に進み、一方、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出に適した露出が得られない場合には、ステップＳ１２２に進む。

【0072】

ステップＳ１１５で、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出に適した露出を得ることができると判断された場合には、ステップＳ１１６に進み、カメラ制御部２１により、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、露出制御値のうち絞りＡｖは固定したまま、焦点検出に用いる撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖを、ステップＳ１１５で算出された撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖに変更する。これにより、たとえば、ステップＳ１１５で算出された撮像感度Ｓｖに応じて、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂから出力された信号を増幅するアンプのゲインが変更され、あるいは、ステップＳ１１５で算出された露光時間Ｔｖに応じて、撮像素子２２の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂに対する露光時間が変更される。その結果、焦点検出エリア（図２に示す焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）を含む所定領域内において、焦点検出に適した露出（たとえば、適正露出よりも１段階暗い露出から、適正露出よりも１段階明るい露出までの範囲内の露出）を得ることができる。

【0073】

次いで、ステップＳ１１７では、カメラ制御部２１により、焦点検出に適した露出で焦点検出が行われ、デフォーカス量が算出され、デフォーカス量の信頼性の評価が行われる。そして、ステップＳ１１８では、カメラ制御部２１により、焦点検出に適した露出に変更した後に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」または「中」であるか否かの判断が行われる。焦点検出に適した露出に変更した後に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」または「中」であると判断された場合は、ステップＳ１０７に進み、ステップＳ１０７〜Ｓ１１１において、焦点検出に適した露出に変更した後に算出されたデフォーカス量に基づいて、合焦動作が行われる。一方、焦点検出に適した露出に変更した後に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」または「中」ではないと判断された場合は、ステップＳ１１９に進む。

【0074】

このように、本実施形態においては、シャッターレリーズボタンの半押し前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「中」と判断された場合には、絞りＡｖを固定したまま、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出用の露出制御を行うことで、焦点検出に適した露出とし、焦点検出に適した露出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の合焦駆動が行われる。

【0075】

一方、ステップＳ１１２で、シャッターレリーズボタンの半押し直前のデフォーカス量よりもｎ個前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「中」ではないと判断された場合は、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、カメラ制御部２１により、パラメータｎの値が所定数未満であるか否かの判断が行われる。ｎの値が所定数未満である場合は、ステップＳ１２１に進み、ｎの値に１が加えられた後、ステップＳ１０６に戻る。すなわち、ｎの値が所定数以上となるまで、シャッターレリーズボタンの半押し直前のデフォーカス量よりもｎ個前に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」または「中」であるか否かの判断が行われることとなる。そして、ステップＳ１２０において、ｎの値が所定数以上であると判断された場合は、デフォーカス量の信頼性は「低」または「測距不能」であると判断され、ステップＳ１２２に進むこととなる。

【0076】

ステップＳ１２０において、デフォーカス量の信頼性が「低」または「測距不能」であると判断された場合、あるいは、ステップＳ１１５において、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出に適した露出を得ることができないと判断された場合には、ステップＳ１２２に進む。ステップＳ１２２では、カメラ制御部２１により、絞りＡｖ、撮像感度Ｓｖ、および露光時間Ｔｖを変更することにより、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、焦点検出エリアを含む所定領域内の輝度値ＳｐｏｔＢｖを算出し、算出した輝度値ＳｐｏｔＢｖに基づいて、焦点検出に適した露出が得られる、受光感度Ｓｖ、露光時間Ｔｖ、および絞りＡｖを決定する。なお、ステップＳ１２２において、カメラ制御部２１は、露出制御値のうち受光感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖを優先的に変更し、受光感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖの変更のみでは、焦点検出に適した露出を得ることができない場合に限り、絞りＡｖを変更する。そして、カメラ制御部２１は、決定した受光感度Ｓｖ、露光時間Ｔｖ、および絞りＡｖ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Ｓ１２２で焦点検出用の露出制御が行われた後は、ステップＳ１１７に進み、焦点検出に適した露出に変更した後に算出されたデフォーカス量の信頼性が「高」または「中」であるか否かの判断が行われる。

【0077】

また、ステップＳ１１８において、焦点検出に適した露出とした場合でも、デフォーカス量の信頼性が「高」または「中」ではない場合には、ステップＳ１１９に進む。ステップＳ１１９では、カメラ制御部２１により、スキャン動作を実行するためのスキャン動作実行処理が行なわれる。ここで、スキャン動作とは、フォーカスレンズ駆動モータ３６により、フォーカスレンズ３２をスキャン駆動させながら、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、および焦点評価値の算出を、所定の間隔で同時に行い、これにより、位相差検出方式による合焦位置の検出と、コントラスト検出方式による合焦位置の検出とを、所定の間隔で、同時に実行する動作である。以下においては、図１０を参照して、本実施形態に係るスキャン動作実行処理を説明する。なお、図１０は、本実施形態に係るスキャン動作実行処理を示すフローチャートである。

【0078】

まず、ステップＳ２０１では、カメラ制御部２１により、スキャン動作の開始処理が行われる。具体的には、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７にスキャン駆動開始指令を送出し、レンズ制御部３７は、カメラ制御部２１からの指令に基づき、フォーカスレンズ駆動モータ３６を駆動させ、フォーカスレンズ３２を光軸Ｌ１に沿ってスキャン駆動させる。なお、スキャン駆動を行う方向は特に限定されず、フォーカスレンズ３２のスキャン駆動を、無限端から至近端に向かって行なってもよいし、あるいは、至近端から無限端に向かって行なってもよい。

【0079】

そして、カメラ制御部２１は、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、所定間隔で、撮像素子２２の焦点検出画素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を行い、これに基づき、位相差検出方式により、デフォーカス量の算出および算出されたデフォーカス量の信頼性の評価を行うとともに、フォーカスレンズ３２を駆動させながら、所定間隔で、撮像素子２２の撮像画素２２１から画素出力の読み出しを行い、これに基づき、焦点評価値を算出し、これにより、異なるフォーカスレンズ位置における焦点評価値を取得することで、コントラスト検出方式により合焦位置の検出を行う。

【0080】

ステップＳ２０２では、コントラスト検出方式による合焦位置の検出が行われている間に、露出が変更されるのを防止するため、ＡＥロック（露出条件の変更を禁止する処理）が行われる。そして、ステップＳ２０３では、カメラ制御部２１により、スキャン動作を行なった結果、位相差検出方式により、デフォーカス量が算出できたか否かの判定が行なわれる。デフォーカス量が算出できた場合には、測距可能と判断して、ステップＳ２０６に進み、一方、デフォーカス量が算出できなかった場合には、測距不能と判断して、ステップＳ２０４に進む。なお、ステップＳ２０３においては、デフォーカス量の算出ができた場合でも、算出されたデフォーカス量の信頼性が「低」または「測距不能」と評価された場合には、デフォーカス量の算出ができなかったものとして扱い、ステップＳ２０４に進むこととする。

【0081】

ステップＳ２０４では、カメラ制御部２１により、スキャン動作を行なった結果、コントラスト検出方式により、合焦位置の検出ができたか否かの判定が行なわれる。コントラスト検出方式により、合焦位置の検出ができた場合には、ステップＳ２１１に進み、一方、合焦位置の検出ができなかった場合には、ステップＳ２０５に進む。

【0082】

ステップＳ２０５では、カメラ制御部２１により、スキャン動作を、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲の全域について行なったか否かの判定が行なわれる。フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲の全域について、スキャン動作を行なっていない場合には、ステップＳ２０３に戻り、ステップＳ２０３〜Ｓ２０５を繰り返すことにより、スキャン動作、すなわち、フォーカスレンズ３２をスキャン駆動させながら、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出、およびコントラスト検出方式による合焦位置の検出を、所定の間隔で同時に実行する動作を継続して行なう。一方、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲の全域について、スキャン動作の実行を完了している場合には、ステップＳ２１５に進む。

【0083】

そして、スキャン動作を実行した結果、ステップＳ２０３において、位相差検出方式により、デフォーカス量が算出できたと判定された場合には、ステップＳ２０６に進み、ステップＳ２０６〜Ｓ２１０において、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づく、合焦動作が行なわれる。

【0084】

すなわち、まず、ステップＳ２０６において、カメラ制御部２１により、スキャン動作の停止処理が行なわれた後、ステップＳ２０７に進み、カメラ制御部２１により、スキャン動作の禁止処理が行なわれる。

【0085】

そして、ステップＳ２０８では、ステップＳ２０３において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量から、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なわれ、算出されたレンズ駆動量が、レンズ制御部３７を介して、レンズ駆動モータ３６に送出される。そして、レンズ駆動モータ３６は、カメラ制御部２１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を合焦位置まで駆動させる。

【0086】

なお、本実施形態においては、レンズ駆動モータ３６を駆動させ、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させている間においても、カメラ制御部２１は、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出を繰り返し行い、その結果、新たなデフォーカス量が算出された場合には、カメラ制御部２１は、新たなデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を駆動させる。

【0087】

そして、フォーカスレンズ３２の合焦位置への駆動が完了すると、ステップＳ２０９に進み、合焦表示が行なわれ、次いで、ステップＳ２１０に進み、合焦ロック（フォーカスレンズ３２の駆動を禁止する処理）が行なわれる。なお、ステップＳ２０９における合焦表示は、たとえば、電子ビューファインダ２６により行われる。また、合焦表示を行なう際には、位相差検出方式により合焦動作が行われた旨をユーザに報知するための表示を併せて行なってもよい。

【0088】

また、スキャン動作を実行した結果、ステップＳ２０４において、コントラスト検出方式により、合焦位置が検出できたと判定された場合には、ステップＳ２１１に進み、ステップＳ２１１〜Ｓ２１４において、コントラスト検出方式により検出された合焦位置に基づく、フォーカスレンズ３２の駆動動作が行なわれる。

【0089】

すなわち、まず、ステップＳ２１１において、カメラ制御部２１により、スキャン動作の停止処理が行なわれた後、ステップＳ２１２に進み、上述したステップＳ２０７と同様に、カメラ制御部２１により、スキャン動作の禁止処理が行なわれる。

【0090】

そして、ステップＳ２１３に進み、コントラスト検出方式により検出された合焦位置に基づいて、フォーカスレンズ３２を、合焦位置まで駆動させるレンズ駆動処理が行なわれる。なお、コントラスト検出方式による検出結果に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置への駆動を行なう際には、フォーカスレンズ３２の合焦位置への駆動が完了するまでは、位相差検出方式による焦点検出結果に基づく、フォーカスレンズ３２の駆動を禁止することが好適である。これにより、フォーカスレンズ３２のハンチング現象を抑制することができる。

【0091】

そして、フォーカスレンズ３２の合焦位置への駆動が完了すると、ステップＳ２１４に進み、合焦表示が行なわれ、次いで、ステップＳ２１０に進み、合焦ロック（フォーカスレンズ３２の駆動を禁止する処理）が行なわれる。なお、ステップＳ２１４における合焦表示は、たとえば、電子ビューファインダ２６により行われる。また、合焦表示を行なう際には、コントラスト検出方式により合焦動作が行われた旨をユーザに報知するための表示を併せて行なってもよい。

【0092】

なお、本実施形態のスキャン動作においては、上述したステップＳ２０３〜Ｓ２０５を繰り返し実行することで、フォーカスレンズ３２をスキャン駆動させながら、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出、およびコントラスト検出方式による合焦位置の検出を所定の間隔で同時に実行する。そして、上述したステップＳ２０３〜Ｓ２０５を繰り返し実行した結果、位相差検出方式およびコントラスト検出方式のうち、先にデフォーカス量の算出、または合焦位置の検出ができた検出方式による、焦点検出結果を用いて、フォーカスレンズ３２を、合焦位置まで駆動させる処理を行なう。また、上述したように、本実施形態のスキャン動作においては、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出できたか否かを判断した（ステップＳ２０３）後に、コントラスト検出方式により合焦位置の検出ができたか否かの判断を行う（ステップＳ２０４）ことで、位相差検出方式とコントラスト検出方式とで同時期にデフォーカス量の算出および合焦位置の検出ができた場合に、位相差検出方式による焦点検出結果を、コントラスト検出方式による焦点検出結果よりも優先して、採用するものである。

【0093】

一方、ステップＳ２０５において、フォーカスレンズ３２の駆動可能範囲の全域について、スキャン動作の実行が完了していると判定された場合には、ステップＳ２１５に進む。ステップＳ２１５では、スキャン動作を行なった結果、位相差検出方式およびコントラスト検出方式のいずれの方式によっても、焦点検出を行うことができなかったため、スキャン動作の終了処理が行なわれ、次いで、ステップＳ２１６に進み、合焦不能表示が行なわれる。合焦不能表示は、たとえば、電子ビューファインダ２６により行われる。

【0094】

このように、ステップＳ１１９のスキャン動作実行処理は行われる。そして、ステップＳ１１９のスキャン動作実行処理が終了した後は、このカメラ１の動作も終了する。

【0095】

以上のように、本実施形態では、シャッターレリーズボタンの半押し前に算出したデフォーカス量の信頼性が「高」であると評価された場合には、信頼性が「高」であるデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ３２を駆動することで、被写体にピントを合わせることができるものと判断し、シャッターレリーズボタンの半押し後に焦点検出用の露出制御を行うことなく、シャッターレリーズボタンの半押し前に算出したデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を駆動する。このように、本実施形態では、デフォーカス量の信頼性が「高」であると評価された場合には、シャッターレリーズボタンの半押し後の露出制御が行われないため、シャッターレリーズボタンが半押されてから、フォーカスレンズ３２が駆動されるまでの時間を短縮することができる。

【0096】

また、本実施形態では、シャッターレリーズボタンの半押し前に算出したデフォーカス量の信頼性が「中」であると評価された場合には、シャッターレリーズボタンの半押し後に、絞りＡｖを固定したまま、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出用の露出制御を行い、焦点検出に適した露出で得られたでフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動を行う。このように、本実施形態では、シャッターレリーズボタンの半押し前に算出したデフォーカス量の信頼性が「中」であると評価された場合には、絞りＡｖを変更しないで露出制御を行うことで、絞りＡｖの変更に応じた絞り３４の駆動など、露出制御において比較的時間を要する絞りＡｖの変更に応じた動作を防止することができるため、露出制御に要する時間を短縮することができ、シャッターレリーズボタンが半押されてから、フォーカスレンズ３２が駆動されるまでの時間を短縮することができる。特に、本実施形態では、焦点検出エリアを含む所定領域内における露出が、焦点検出に最適な露出よりも１段階暗い露出から、焦点検出に最適な露出よりも１段階明るい露出までの範囲内の露出である場合にも、焦点検出に適した露出と判断して、焦点検出用の露出制御を行うため、撮像感度Ｓｖおよび露光時間Ｔｖのみを変更して、焦点検出用の露出制御を実行することが容易となる。

【0097】

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。

【0098】

たとえば、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前に算出したデフォーカス量の信頼性が「中」であると評価された場合には、焦点検出エリアを含む所定領域内における露出が、焦点検出に最適な露出よりも１段階暗い露出から、焦点検出に最適な露出よりも１段階明るい露出までの範囲内の露出となる場合でも、焦点検出に適した露出と判断して焦点検出用の露出制御を行っているが、この構成に限定されず、たとえば、焦点検出に最適な露出よりも所定の段数だけ明るい露出または所定の段数だけ暗い露出となる場合でも、焦点検出に適した露出であると判断して、焦点検出用の露出制御を行う構成としてもよい。

【0099】

また、上述した実施形態では、シャッターレリーズボタンが半押しされた後に、フォーカスレンズ３２のレンズ駆動量を算出しているが、レンズ駆動量を、シャッターレリーズボタンが半押しされる前に算出しておく構成としてもよい。これにより、シャッターレリーズボタンが半押しされた後に、フォーカスレンズ３２のレンズ駆動量を算出する時間を省くことができるため、シャッターレリーズボタンが半押しされてから、フォーカスレンズ３２が駆動されるまでの時間を、さらに短縮することができる。なお、シャッターレリーズボタンが半押しされる前に、フォーカスレンズ３２の駆動量を算出する構成とした場合であっても、シャッターレリーズボタンが半押しされる前のフォーカスレンズ３２の駆動は禁止される。

【0100】

さらに、上述した実施形態では、シャッターレリーズボタンが半押しされた場合に、シャッターレリーズボタンが半押しされる前に算出されたデフォーカス量の信頼性に基づいて、焦点検出用の露出制御を行うか否かを判断する構成を例示したが、例えば、シャッターレリーズボタンとは別に、光学系の焦点調節を起動するためのボタンが設けられている場合には、焦点調節を起動するためのボタンが押される前からデフォーカス量を算出しておき、焦点調節を起動するためのボタンが押された場合に、焦点調節を起動するためのボタンが押される前に算出したデフォーカス量の信頼性に基づいて、焦点検出用の露出制御を行うか否かを判断する構成としてもよい。

【0101】

加えて、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直前のデフォーカス量よりも前に算出されたデフォーカス量の信頼性を、所定の数だけ、遡って判断しているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、シャッターレリーズボタンの半押し直前のデフォーカス量よりも所定時間（例えば、０．１秒）前までに算出されたデフォーカス量の信頼性を遡って判断する構成としてもよい。

【0102】

また、上述した実施形態では、撮像素子２２の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにおいて、位相差検出方式による焦点状態の検出を行う構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、位相差検出方式による焦点状態の検出を行う焦点検出モジュールを、撮像素子２２とは独立して設ける構成としてもよい。

【0103】

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。

【符号の説明】

【0104】

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
２４…メモリ
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】