JP2009224913A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】顔等の特定被写体が持つコントラスト差の方向に対応した適切なハイブリッドＡＦを行う。
【解決手段】撮像装置は、撮像素子１０を用いて生成された画像から特定被写体を検出する被写体検出手段２０と、該特定被写体に対して、位相差検出方式による第１のフォーカス制御を行った後、コントラスト検出方式による第２のフォーカス制御を行う制御手段３２とを有する。制御手段は、特定被写体の向きに応じた位相差検出方向を設定し、該位相差検出方向において検出された位相差に基づいて第１のフォーカス制御を行った後、位相差検出方向と同じ方向でのコントラストを検出して第２のフォーカス制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相差検出方式及びコントラスト検出方式でのフォーカス制御を行う撮像装置に関する。

撮像装置のＡＦ（オートフォーカス）方式としては、位相差検出方式やコントラスト検出方式等がある。位相差検出方式では、撮像光学系における射出瞳のうち互いに異なる領域を通過した一対の光束が形成する一対の像（２像）の位相差に基づいて撮像光学系のデフォーカス量を検出する。そして、該デフォーカス量に対応した移動量だけフォーカスレンズを移動させることによって合焦状態を得る。

また、コントラスト検出方式では、撮像素子を用いて生成された画像信号に含まれる高周波数成分（コントラスト評価値）が最大になる位置にフォーカスレンズを移動させることで合焦状態を得る。そして、高速でＡＦが可能な位相差検出方式と高精度なＡＦが可能なコントラスト検出方式とを併用するハイブリッドＡＦも使用されることが多い。

また、特許文献１には、撮像素子上に位相差検出専用の画素を配置することで、撮像素子とは別の位相差検出ユニットを用いていた従来の位相差検出方式に比べて、合焦精度を改善した撮像装置が開示されている。そして、このように位相差検出専用の画素を有する撮像素子を用いて位相差検出方式によるＡＦ（位相差ＡＦ）を行うとともに、コントラスト検出方式によるＡＦ（コントラストＡＦ）をも行うことで、さらに高精度なハイブリッドＡＦが可能となる。

また、撮像素子を用いて生成された画像から被写体の顔を検出し、その顔にピントを合わせるようにＡＦを行う撮像装置が提案されている。特許文献２には、画像に含まれる被写体の眼を検出し、検出された眼の周りにフォーカス枠を表示して、このフォーカス枠に対してＡＦを行う撮像装置が開示されている。さらに、特許文献３には、被写体の顔の情報に基づいて被写体距離を推定し、その被写体距離に基づいてフォーカス制御を行う撮像装置が開示されている。
特開２０００−１５６８２３号公報 特開２００５−１２８１５６号公報 特開２００６−１８２４６号公報

ハイブリッドＡＦを採用した撮像装置では、以下のような問題がある。位相差検出のための瞳分離方向が、例えば水平方向である場合において、被写体が水平方向にある大きさ以上のコントラスト差を持っているときには、位相差ＡＦを行った後に、より高精度なコントラストＡＦを行うことが可能である。

しかし、被写体が瞳分離方向に小さなコントラスト差しか有さないときは、瞳分離方向に直交する垂直方向にある大きさ以上のコントラスト差を持っていても、その被写体に対して高精度なコントラストＡＦを行うことができない。したがって、被写体がコントラスト差を持つ方向によって、ハイブリッドＡＦとしての性能に差が生じてしまうという問題がある。

本発明は、顔等の特定被写体が持つコントラスト差の方向に対応した適切なハイブリッドＡＦを行えるようにした撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮像素子を用いて生成された画像から特定被写体を検出する被写体検出手段と、該特定被写体に対して、位相差検出方式による第１のフォーカス制御及びコントラスト検出方式による第２のフォーカス制御を行う制御手段とを有する。そして、制御手段は、特定被写体に応じた位相差検出方向を設定し、該位相差検出方向において検出された位相差に基づいて第１のフォーカス制御を行い、かつ位相差検出方向と同じ方向で検出されたコントラストに基づいて第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての撮像装置の制御方法は、撮像素子を用いて生成された画像から特定被写体を検出するステップと、該特定被写体に対して、位相差検出方式による第１のフォーカス制御及びコントラスト検出方式による第２のフォーカス制御を行う制御ステップとを有する。そして、制御ステップにおいて、特定被写体に応じた位相差検出方向を設定し、該位相差検出方向において検出された位相差に基づいて第１のフォーカス制御を行い、かつ位相差検出方向と同じ方向で検出されたコントラストに基づいて第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、特定被写体に応じた位相差検出方向での位相差ＡＦを行い、かつ位相差検出方向と同じ方向でのコントラスト検出によるコントラストＡＦを行う。このため、特定被写体が持つコントラスト差の方向に対応した適切なハイブリッドＡＦを行うことができ、特定被写体に対する高精度の合焦状態を得ることができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である撮像装置としてのデジタルスチルカメラの構成を示している。

図１において、１は撮像光学系であり、２は撮像光学系１の一部を構成するフォーカスレンズである。４はフォーカスレンズ２を光軸方向に移動させるアクチュエータとしてのフォーカスモータである。１０はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等で構成される撮像素子である。１２は撮像素子１０からのアナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。

１４はメモリコントローラであり、１５はメモリ（ＤＲＡＭ）である。メモリコントローラ１４は、メモリ１５に対するデータのリード／ライトをコントロールする。メモリ１５は、Ａ／Ｄ変換器１２からのデジタル撮像信号や後述する現像処理部１６からの画像データを一時的に蓄えるバッファ機能を有する。

現像処理部１６は、Ａ／Ｄ変換器１２からのデジタル撮像信号に対して各種処理を行うことで画像データを生成する。また、現像処理部１６は、メモリ１５で保持された画像データをＹＵＶ形式の画像データに変換する。例えば、デジタルカメラで一般的な記録フォーマットであるＪＰＥＧ形式の画像データを生成する前段階として、ＹＵＶ形式の画像データを生成する。

また、現像処理部１６において、所定周期で順次生成される表示用画像データは、表示部２２に転送され、ここでＬＣＤ等の表示デバイスに表示される。これにより、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）による被写体映像（ライブビュー映像）の表示が行われる。

２０は顔検出部（被写体検出手段）であり、現像処理後の画像データやメモリ１５に保存された画像データから被写体（人物）の顔を検出する。顔検出の具体的方法については後述する。

顔検出部２０での顔検出結果（顔位置情報）は、表示部２２に顔の位置を示すデータとして送られる。表示部２２は、顔を含む領域（顔領域）を囲む顔枠のデータを生成し、該顔枠データを、現像処理部１６から転送された表示用画像データに重ねて表示デバイスに表示させる。

２６は位相差デフォーカス量取得部（第１の焦点検出手段）であり、現像処理部１６又はメモリ１５からの画像データのうち、後述するＡＦ領域制御部２８により指定された焦点検出エリアにおいて位相差検出方式によりデフォーカス量を取得する。デフォーカス量の取得方法（位相差ＡＦ）については後述する。

ＡＦ領域制御部２８は、撮像領域（撮像画面）のうちピントを合わせるＡＦ領域（焦点検出領域）を指定する。ＡＦ領域制御部２８は、顔検出部２０からの顔検出結果（顔位置情報）を受けた場合は、現像処理部１６からの画像データ（フォーカス用輝度データ）における顔領域を指定する。

３０はコントラスト評価値取得部であり、現像処理部１６又はメモリ１５からの画像データのうち、ＡＦ領域制御部２８で指定されたＡＦ領域内の画像信号からコントラスト評価値（単にコントラストともいう）を生成する。ＡＦ領域として顔領域が指定された場合は、該顔領域内の画像信号からコントラスト評価値を生成する。コントラスト評価値の生成方法（コントラストＡＦ）については後述する。

３２はフォーカス制御部である。フォーカス制御部３２は、位相差デフォーカス量取得部２６からのデフォーカス量やコントラスト評価値取得部３０からのコントラスト評価値に基づいて、合焦対象である被写体に対して合焦状態を得るためのフォーカスレンズ２の移動量又は位置を算出する。そして、フォーカス制御部３２は、該移動量だけ又は該位置にフォーカスレンズ２を移動させるように、フォーカスモータ４を制御する。すなわち、フォーカス制御部 ３２は、被写体に対して、位相差ＡＦ（第１のフォーカス制御）を行った後、コントラストＡＦ（第２のフォーカス制御）を行う制御手段として機能する。

合焦対象が顔領域である場合に、位相差ＡＦを行った後にコントラストＡＦを行うことにより、顔領域に対するハイブリッドＡＦを行うことができる。

３４は、フォーカス制御部３２からの指示に応じてフォーカスモータ４を駆動するフォーカスモータ駆動部である。

３５は姿勢検出手段としての姿勢センサである。この姿勢センサ３５については後述する。

［撮像素子１０による位相差ＡＦの説明］
次に、図３を用いて、撮像素子１０における撮像画素（群）と位相差検出画素（群）の配置について説明する。撮像素子１０は、撮像光学系１からの光束により形成された被写体像を光電変換して画像の生成及びコントラスト検出に用いられる第１の信号を出力する第１の光電変換セル群（撮像画素群）を有する。また、撮像素子１０は、撮像光学系１からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換して位相差の検出に用いられる第２の信号を出力する第２の光電変換セル群（位相差検出画素群）を有する。第１の信号はコントラストＡＦに用いられ、第２の信号は位相差ＡＦに用いられる。

図３には、撮像素子１０の一部を拡大して示している。矩形枠によって囲まれた個々の白抜き部分２０１が撮像画素を示す。また、矩形枠によって囲まれてその内側にハッチングが施された部分２０２，２０３が位相差検出画素を示す。位相差検出画素は、互いに斜めに隣接した２つの画素で１つのペアを構成し、該ペアが撮像素子１０（撮像画素群）内に離散的（かつ周期的）に配置されている。

図４の上側には位相差検出画素２０２の正面図を、図４の下側には、正面図におけるＢ−Ｂ’線で切断した場合の位相差検出画素２０２の断面図を示している。この位相差検出画素２０２は、撮像画素２０１が有するＲ，Ｇ，Ｂのいずれかのカラーフィルタ層は持っておらず、最も光入射側の位置にマイクロレンズ３０１が設けられている。なお、正面図ではマイクロレンズ３０１の図示は省略している。３０２はマイクロレンズ３０１を形成するための平面を構成するための平滑層である。

３０３ａは遮光層であり、光電変換領域３０５の中心Ｏに対して一方向に偏心した絞り開口部を有する。３０４は平滑層である。

また、図５の上側には位相差検出画素２０３の正面図を、図５の下側には、正面図におけるＢ−Ｂ’線で切断した場合の位相差検出画素２０３の断面図を示している。この位相差検出画素２０３も、カラーフィルタ層は持っておらず、最も光入射側の位置（平滑層３０２上）にマイクロレンズ３０１が設けられている。なお、正面図ではマイクロレンズ３０１の図示は省略している。

３０３ｂは遮光層であり、光電変換領域３０５の中心Ｏに対して、位相差検出画素２０２に設けられた遮光層３０３ａとは反対方向に偏心した絞り開口部を有する。すなわち、位相差検出画素２０２，２０３の遮光層３０３ａ，３０３ｂは、各マイクロレンズ３０１の光軸（Ｏ）を挟んだ対称な位置に絞り開口部を有する。

このような構成によれば、撮像光学系１を位相差検出画素２０２から見た場合と位相差検出画素２０３から見た場合とで、撮像光学系１の瞳が対称に分割されたことと等価となる。すなわち、マイクロレンズ３０１と遮光層３０３ａ，３０３ｂは、いわゆる瞳分割光学系を構成する。

互いに隣接した位相差検出画素２０２，２０３上には、撮像素子１０の画素数が多くなるにつれてより近似した２像が形成されるようになる。撮像光学系１が被写体に対してピントが合っている状態では、位相差検出画素２０２，２０３から得られる出力（像信号）は互いに一致する。

これに対し、撮像光学系１のピントがずれているならば、位相差検出画素２０２，２０３から得られる像信号には位相差が生じる。そして、該位相差の方向は、前ピン状態と後ピン状態とで逆になる。

図６及び図７に、位相差とピント状態との関係を示す。これらの図においては、位相差検出画素２０２，２０３をそれぞれＳ１，Ｓ２として示す。また、撮像画素２０１を省略して、複数の位相差検出画素２０２，２０３のペアを互いに近づけて同一断面上に示している。また、図中、位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２のペアが同じマイクロレンズ３０１で覆われているように示しているが、位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ別々のマイクロレンズで覆われていてもよい。

被写体の特定点からの光は位相差検出画素Ｓ１に対する瞳を通って位相差検出画素Ｓ１に入射する光束Ｌ１と、位相差検出画素Ｓ２に対する瞳を通って位相差検出画素Ｓ２に入射する光束Ｌ２とに分割される。該２つの光束Ｌ１，Ｌ２は、撮像光学系１のピントが特定点に合っている状態では、図６に示すようにマイクロレンズ３０１の表面における一点に集光する。そして、位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２上には、同一の像が形成される。これにより、位相差検出画素Ｓ１から読み出した像信号と、位相差検出画素Ｓ２から読み出した像信号とは同一のものとなる。

一方、撮像光学系１のピントが特定点に合っていない状態では、図７に示すように、光束Ｌ１，Ｌ２はマイクロレンズ３０１の表面とは異なる位置で交差する。このときのマイクロレンズ３０１の表面と２つの光束Ｌ１，Ｌ２の交点との距離、すなわちデフォーカス量をｘとする。また、この状態で発生した位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２上での像のずれ量（位相差）がｎ画素に相当するものとする。

画素ピッチをｄ、２つの瞳の重心間の距離をＤａｆ、撮像光学系１の主点から焦点位置までの距離をｕとするとき、デフォーカス量ｘは、
ｘ＝ｎ×ｄ×ｕ／Ｄａｆ …（１）
で求められる。

なお、ｕは撮像光学系１の焦点距離ｆにほぼ等しいと考えられるので、デフォーカス量ｘは、
ｘ＝ｎ×ｄ×ｆ／Ｄａｆ …（２）
で求めることもできる。

図８には、位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２のそれぞれから読み出した像信号を示す。これらの一対の像信号にはずれ量（つまりは像ずれ量）ｎ×ｄが発生する。

位相差デフォーカス量取得部２６は、相関演算手法を用いて一対の像信号のずれ量（位相差）ｎ×ｄを求め、さらに（１）又は（２）式によってデフォーカス量ｘを求める。

フォーカス制御部３２は、算出されたデフォーカス量に基づいて、デフォーカス量ｘを所定範囲内に収める（望ましくは零にする）ためのフォーカスレンズ２の移動量を算出する。そして、フォーカス制御部３２は、撮像光学系１内のフォーカスレンズ２を、算出した移動量に対応した合焦位置に移動させる。これにより、位相差ＡＦによる合焦状態が得られる。

なお、現像処理部１６は、位相差検出画素に対応する画像用画素データを該位相差検出画素の近傍に配置された複数の撮像画素の出力に基づいて補間してもよい。これにより、画素欠けのない画像データが生成される。

このように、本実施例では、撮像光学系１からの光束のうち互いに異なる瞳を通った光束Ｌ１，Ｌ２を瞳分割光学系を用いて分割し、光束Ｌ１，Ｌ２により形成される２像を受光するように位相差検出画素Ｓ１，Ｓ２を設けることで、位相差ＡＦを可能としている。

［顔検出の説明］
顔検出部２０による人物の顔（特定被写体）の検出方法としては、主成分分析による固有顔（eigenface）を用いた方法や、目，鼻，口等の顔の特徴点を利用する方法がある。前者は、M.A.Turk and A.P.Pentland, "Face recognition using eigenfaces", Proc. of IEEE Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition, pp.586-591, 1991.にて説明されている。また、後者は、例えば、特開平０９−２５１５３４号公報にて説明されている。これらの顔検出方法は、入力画像と複数の標準パターンとのパターンマッチング法により、入力画像が人物の顔であるかどうかを判定する。本実施例では、メモリ１５に予め保存された人物の顔の標準パターンと現像処理部１６又はメモリ１５からの画像データとの間でパターンマッチングを行う。

そして、ＡＦ領域制御部２８は、顔検出部２０からの顔位置情報に基づいて、画像データ上での顔領域を指定し、表示部２２は該顔領域を囲む顔枠を画像データに重ねて表示する。

ただし、本発明では、上記顔検出方法に限らず、他の顔検出方法を使用してもよい。例えば、先に示した特許文献２にて開示された、画像データに含まれる人物の眼を検出し、検出された眼の位置及び大きさを示す情報に基づいて顔枠を設定するようにしてもよい。

［コントラストＡＦの説明］
コントラスト評価値取得部３０は、撮像素子１０を用いて得られた画像データをバンドパスフィルタを通すことで、該画像データに含まれる高周波成分を抽出し、該高周波成分から画像データのコントラスト状態を示すコントラスト評価値を生成する。そして、このコントラスト評価値をフォーカスレンズ２を所定範囲で移動させながら取得し、コントラスト評価値が最大となったフォーカスレンズ位置を合焦位置と判定する。該合焦位置にフォーカスレンズ２を移動させることで、コントラストＡＦによる合焦状態が得られる。

［顔領域に対するハイブリッドＡＦの説明］
次に、本実施例における顔領域に対するハイブリッドＡＦについて、図２、図９及び図１０を用いて説明する。

図２には、手前に２人の人物がいて、それら人物の間の後方に建物があるシーンを示している。図１０は、図２のシーンのうち一方の人物と背景の建物を含む広い領域でのコントラスト評価値を示している。この図では、背景の建物に対するコントラスト評価値が顔に対するコントラスト評価値よりも高くなっている。つまり、背景の影響によって、人物（顔）の距離よりも遠い距離においてコントラスト評価値が最大となっている。このため、コントラストＡＦを行っても、顔に対してピントがずれる（建物にピントが合う）。

図９は、図２のシーンのうち、一方の人物の顔領域Ｆのみで取得されたコントラスト評価値を示す。この図では、人物の顔（特定被写体）の距離においてコントラスト評価値が最大となっている。このため、コントラストＡＦにより顔にピントが合う。

ただし、コントラストＡＦにより顔に高精度にピントを合わせるためには、顔がコントラスト差を持つ方向においてコントラスト評価値を取得することが必要である。さらに言えば、コントラスト評価値の取得（検出）方向が、位相差ＡＦでの位相差検出方向である瞳分割方向と同じであることが必要である。瞳分割方向とは、前述した瞳分割光学系による光束の分割方向であり、言い換えれば、第１及び第２の位相差センサの分離方向である。

本実施例では、撮像素子１０に、図１１Ａに示すように位相差検出方向（瞳分割方向）、つまりは位相差を検出可能な方向が水平方向である位相差センサ（水平位相差センサ）を設けている。さらに、撮像素子１０に、図１１Ｂに示すように位相差検出方向が垂直方向である位相差センサ（垂直位相差センサ）を設けている。

そして、このような水平及び垂直位相差センサが、撮像素子１０の全体に所定間隔で離散して配置されている。具体的には、撮像素子１０の画素全体の１％程度の画素を位相差センサに割り当てている。

なお、位相差検出方向（瞳分割方向）、水平位相差センサ及びコントラスト検出に関して水平方向とは撮像素子１０の長辺に沿った方向を意味し、垂直方向とは撮像素子１０の短辺に沿った方向を意味する。

垂直方向に比べて水平方向により大きいコントラスト差を持つ被写体に対しては、水平位相差センサを用いて位相差ＡＦを行った後、水平方向でのコントラスト検出によってコントラストＡＦを行うことで、高精度なハイブリッドＡＦを行える。一方、垂直方向により大きいコントラスト差を有する被写体に対しては、垂直位相差センサを用いて位相差ＡＦを行った後、垂直方向でのコントラスト検出によってコントラストＡＦを行うことで、該被写体に対する高精度なハイブリッドＡＦを行える。

コントラスト評価値取得部３０で、画像データに対して水平方向及び垂直方向のバンドパスフィルタを使い分けることで、水平方向及び垂直方向でのコントラスト評価値をそれぞれ取得することができる。

ここで、一般に、顔は両眼の方向に比べて、両眼の方向に対して直交する方向（顔の長手方向）においてより大きいコントラスト差を持つ。このため、図２に示すように被写体が正立状態にあってカメラが正姿勢（以下、横位置という）で構えられている場合には、垂直位相差センサを用いた位相差ＡＦと垂直方向でのコントラスト検出によるコントラストＡＦを行う方が合焦精度が高くなる。

しかし、被写体が正立状態にあってカメラが横倒し姿勢（以下、縦位置という）で構えられている場合には、水平位相差センサを用いた位相差ＡＦと水平方向でのコントラスト検出によるコントラストＡＦを行う方が合焦精度が高くなる。

このように、本実施例では、顔領域に対しては、カメラに対する顔の向きに応じた位相差検出方向を設定して位相差ＡＦを行った後、該位相差検出方向と同じ方向でのコントラスト検出に基づくコントラストＡＦを行う。具体的には、顔の長手方向が撮像素子１０の短辺に沿った方向である場合は、位相差検出方向を撮像素子１０の長辺に沿った方向に設定する。また、顔の長手方向が撮像素子１０の長辺に沿った方向である場合は、位相差検出方向を撮像素子１０の短辺に沿った方向に設定する。

これにより、顔領域に対する位相差ＡＦとコントラストＡＦでの焦点状態の評価の整合性がとれることとなり、ハイブリッドＡＦの性能を十分に生かして高い合焦精度を得ることができる。

本実施例のカメラには、該カメラが横位置か縦位置かを検出するための姿勢センサ３５が設けられている。この姿勢センサ３５によりカメラの位置（姿勢）を検出し、その結果に基づいて位相差検出方向とこれと同じ方向であるコントラスト検出方向を設定することで、カメラに対する顔の向きに応じた位相差検出方向及びコントラスト検出方向を設定することができる。

なお、カメラが横位置にあっても被写体が横たわっている場合（顔が横倒しになっいる場合）には、水平位相差センサを用いた位相差ＡＦと水平方向でのコントラスト検出によるコントラストＡＦを行う方が合焦精度が高くなる。このような場合は、姿勢センサ３５を用いても上述した適切な位相差検出方向及びコントラスト検出方向を設定できない。

そこで、本実施例では、顔検出部２０において顔の傾き情報も取得し、その傾き情報に基づいて位相差検出方向及びコントラスト検出方向を適切に設定し、水平位相差センサを用いた位相差ＡＦと水平方向でのコントラスト検出によるコントラストＡＦを行う。

また、顔検出部２０において顔の傾き情報を取得した結果、カメラに対して顔が斜めに傾いている（顔の長手方向が撮像素子の長辺及び短辺に対して傾いている）場合は、水平位相差センサと垂直位相差センサのそれぞれで位相差検出を行う。さらに、水平方向と垂直方向のそれぞれでコントラスト検出を行う。そして、該各方向で得られた位相差及びコントラスト評価値に対して、顔の傾き角度に応じた適切な重み付けをすることで、実際にＡＦにおいて使用する位相差及びコントラスト評価値を決定すればよい。

なお、顔検出部２０で顔を判断するための画素領域のサイズとしては、例えば、水平３２０×垂直２４０画素の表示部２２での表示画像のサイズに対して、２０×２０画素程度に設定すればよい。撮像素子１０の画素全体の１％程度の画素が位相差センサとして用いられるとして、同じ位相差検出方向に対応する一対の位相差検出画素を互いに近い斜め位置に配置すると、２０画素間隔で水平位相差センサと垂直位相差センサを配置できる。

そして、水平位相差センサと水平位相差センサを交互に、かつ撮像素子の全体にほぼ均等に配置すると、１０００万画素（水平３６４８×垂直２７３６画素）の撮像素子では上記の顔領域内に５００画素程度の位相差検出画素を配置することができる。この５００画素程度の位相差検出画素において、水平位相差センサと垂直位相差センサを水平及び垂直方向に交互に配置すると、水平及び垂直位相差センサがそれぞれ１３０個配置できる。上述した顔領域内に１３０個ずつの水平及び垂直位相差センサを配置することで、顔に対する良好な精度での位相差ＡＦを行うことができる。

次に、図１２に示すフローチャートを用いて、顔検出部２０による顔検出処理について説明する。この処理は、顔検出部２０内のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。また、ここでは、被写体としての人物が、図２に示すように正立状態にあるものとする。

ステップＳ４５０では、カメラの起動後に、表示部２２でのＥＶＦによる被写体映像の表示が開始される。

次に、ステップＳ４５２では、顔検出部２０は、顔検出のシーケンスの開始条件となるシーンチェンジがあったか否かを判別する。撮像素子１０で受光している被写体からの光に変化がないときは、その前に検出した顔と同じ顔が存在するとみなして、シーンチェンジを待つ。ステップＳ４５０でのＥＶＦの表示開始直後は、シーンチャンジしたものとして扱う。

ステップＳ４５２でシーンチェンジがあったときは、ステップＳ４５４に進み、顔検出部２０は、姿勢センサ３５からのカメラの位置（姿勢）を示す信号を読み込む。そして、ステップＳ４５６では、姿勢センサ３５からの信号に基づいてカメラが縦位置か横位置かを判別する。縦位置であればステップＳ４５８に、横位置であればステップＳ４６８にそれぞれ進む。

ステップＳ４５８では、顔検出部２０は、前述した顔検出方法を用いて縦位置での顔検出に適した手順で顔を検出する。また、ステップＳ４６０では、顔の数とそれぞれの顔の位置を検出する。そして、ステップＳ４７２に進む。

一方、ステップＳ４６８では、顔検出部２０は、前述した顔検出方法を用いて横位置での顔検出に適した手順で顔を検出する。また、ステップＳ４７０では、顔の数とそれぞれの顔の位置を検出する。そして、ステップＳ４７２に進む。

ステップＳ４７２では、顔検出部２０は、カメラのレリーズボタンの半押し操作でＯＮになる撮像準備スイッチ（ＳＷ１）がＯＮになったか否かを判別する。ＳＷ１がＯＮでなければステップＳ４５２に戻り、ＯＮであればステップＳ４７４に進み、図１３に示すステップＳ５００に進む。

図１３には、フォーカス制御部３２で行われる顔領域に対するハイブリッドＡＦのフローチャートを示している。この処理は、フォーカス制御部３２内のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。

ステップＳ５００では、図１２のステップＳ４７４でのＳＷ１がＯＮされたことを条件としてＡＦシーケンスを開始する。なお、ＥＶＦが表示状態であっても非表示状態であっても該ＡＦが開始される。

ステップＳ５０２では、フォーカス制御部３２は、姿勢センサ３５からのカメラの位置（姿勢）を示す信号を読み込む。そして、ステップＳ５０４では、姿勢センサ３５からの信号に基づいてカメラが縦位置か横位置かを判別する。縦位置であればステップＳ５１０に、横位置であればステップＳ５４０にそれぞれ進む。

ステップＳ５１０では、フォーカス制御部３２は、ＳＷ１がＯＮされる前に顔検出部２０により行われた顔検出処理（ステップＳ４５８）にて検出された顔を含む顔領域をＡＦ領域として設定する。複数の顔が検出されていた場合には、最も近い距離に位置する顔等を主顔とし、その主顔を含む顔領域をＡＦ領域として設定する。

次に、ステップＳ５１２では、フォーカス制御部３２は、位相差デフォーカス量取得部２６にＡＦ領域に対する水平位相差センサを用いた位相差検出（デフォーカス量算出）を行わせ、さらにデフォーカス量からフォーカスレンズ２の移動量を算出する。そして、ステップＳ５１４で、フォーカス制御部３２は、該算出した移動量だけフォーカスレンズ２を移動させる。これにより、位相差ＡＦによる合焦状態が得られる。

ステップＳ５１６では、フォーカス制御部３２は、フォーカスレンズ２が合焦位置に対して所定の範囲（位相差合焦範囲）内に移動したか否かをチェックする。位相差合焦範囲内であれば、次のステップＳ５１８において、フォーカスレンズ２を所定範囲内（例えば、位相差合焦範囲内又はこれよりも若干大きな範囲内）で所定量ずつ細かく移動（スキャン）させながら、該ＡＦ領域に対するコントラストＡＦを行う。このときのコントラスト評価値の検出方向は、ステップＳ５１２での位相差ＡＦにおける位相差検出方向と同じ水平方向である。位相差合焦範囲付近でスキャンすることで、短時間でＡＦ領域（顔）に対するコントラストＡＦによる合焦位置（コントラスト合焦位置）を検出することができる。

そして、ステップＳ５２０では、フォーカス制御部３２は、ステップＳ５１８で検出したコントラスト合焦位置にフォーカスレンズ２を移動させる。こうして、ＡＦ領域（顔）に対して高精度の合焦状態が得られると、ステップＳ５６０にて合焦判定を行い、ステップＳ５６２でＡＦを完了する。

一方、ステップＳ５４０では、フォーカス制御部３２は、ＳＷ１がＯＮされる前に顔検出部２０により行われた顔検出処理（ステップＳ４６８）にて検出された顔を含む顔領域をＡＦ領域として設定する。複数の顔が検出されていた場合には、主顔を含む顔領域をＡＦ領域として設定する。

次に、ステップＳ５４２では、フォーカス制御部３２は、位相差デフォーカス量取得部２６にＡＦ領域に対する垂直位相差センサを用いた位相差検出（デフォーカス量算出）を行わせ、さらにデフォーカス量からフォーカスレンズ２の移動量を算出する。そして、ステップＳ５４４で、フォーカス制御部３２は、該算出した移動量だけフォーカスレンズ２を移動させる。これにより、位相差ＡＦによる合焦状態が得られる。

ステップＳ５４６では、フォーカス制御部３２は、フォーカスレンズ２が合焦位置に対して位相差合焦範囲内に移動したか否かをチェックする。位相差合焦範囲内であれば、次のステップＳ５４８において、フォーカスレンズ２を所定範囲内（例えば、位相差合焦範囲内又はこれよりも若干大きな範囲内）で所定量ずつ細かく移動（スキャン）させながら、該ＡＦ領域に対するコントラストＡＦを行う。このときのコントラスト評価値の検出方向は、ステップＳ５４２での位相差ＡＦにおける位相差検出方向と同じ垂直方向である。位相差合焦範囲付近でスキャンすることで、短時間でＡＦ領域（顔）に対するコントラストＡＦによる合焦位置（コントラスト合焦位置）を検出することができる。

そして、ステップＳ５５０では、フォーカス制御部３２は、ステップＳ５４８で検出したコントラスト合焦位置にフォーカスレンズ２を移動させる。こうして、ＡＦ領域（顔）に対して高精度の合焦状態が得られると、ステップＳ６０にて合焦判定を行い、ステップＳ５６２でＡＦを完了する。

本実施例によれば、顔の向きに応じた位相差検出方向で位相差ＡＦを行い、それと同じ方向でのコントラスト検出によるコントラストＡＦを行う。このため、顔の向き、つまりは顔がより大きなコントラスト差を持つ方向に対応したハイブリッドＡＦを行うことができ、顔に対する高精度の合焦状態を得ることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、上記実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

例えば、上記実施例では、姿勢センサを用いてカメラの位置（姿勢）を検出し、検出されたカメラの位置に基づいてカメラに対する顔の向きを特定する場合について説明した。しかし、画像データでの顔検出処理の中でカメラに対する顔の向きを判別するようにしてもよい。

また、上記実施例では、特定被写体として顔を検出し、その向きに応じて位相差検出方向及びコントラスト検出方向を決定した。この点、被写体を縦にスキャンするのでなく、横にスキャンした方が位相差検出、コントラスト検出が適する特定被写体の場合、例えば、縦線があるような被写体を特定被写体として検出する場合には次のようにしてもよい。すなわち、特定被写体として縦線のある被写体を検出し、その向きに応じて位相差検出方向及びコントラスト検出方向を決定する。

また、上記実施例では、位相差ＡＦを行った後にコントラストＡＦを行う場合について説明したが、本発明におけるフォーカス制御はこれに限られない。例えば、位相差ＡＦとコントラストＡＦとを同時に行い、両方の結果を用いてフォーカスレンズの位置を収束させてもよい。また、動画撮像においてコントラストＡＦを行っている間に被写体が急に変化したような場合に、顔の位置に変化がなければ、その直前にコントラスト検出を行っていた領域において同じ方向に位相差ＡＦを行ってもよい。

また、上記実施例では、特定被写体が「顔」である場合について説明したが、本発明は、顔に限らず様々な特定被写体に対するハイブリッドＡＦを行う場合に適用することができる。

本発明の実施例であるデジタルカメラの構成を示すブロック図。 実施例のカメラで撮像されるシーンの例を示す図。 実施例のカメラに用いられる撮像素子の画素配列を示す図。 上記撮像素子に設けられた位相差検出画素の正面図及び断面図。 上記撮像素子に設けられた別の位相差検出画素の正面図及び断面図。 実施例における位相差検出画素により得られる位相差とピント状態（合焦状態）との関係を示す図。 実施例における位相差検出画素により得られる位相差とピント状態（デフォーカス状態）との関係を示す図。 位相差検出画素のそれぞれから読み出した一対の像信号を示す図。 図２のシーンのうち顔領域のみで取得されたコントラスト評価値を示す図。 図２のシーンのうち背景まで含む領域で取得されたコントラスト評価値を示す図。 実施例における水平位相差センサを示す図。 実施例における垂直位相差センサを示す図。 実施例における顔検出処理を示すフローチャート。 実施例におけるＡＦ処理を示すフローチャート。

符号の説明

１ 撮像光学系
２ フォーカスレンズ
１０ 撮像素子
１６ 現像処理部
２０ 顔検出部
２８ ＡＦ領域制御部
２６ 位相差デフォーカス量取得部
３０ コントラスト評価値取得部
３２ フォーカス制御部
３５ 姿勢センサ
Ｆ 顔領域
Ｒ，Ｇ，Ｂ 撮像画素
Ｓ１，Ｓ２ 位相差検出画素

Claims (7)

1. 撮像素子を用いて生成された画像から特定被写体を検出する被写体検出手段と、
   該特定被写体に対して、位相差検出方式による第１のフォーカス制御及びコントラスト検出方式による第２のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記特定被写体に応じた位相差検出方向を設定し、該位相差検出方向において検出された位相差に基づいて前記第１のフォーカス制御を行い、かつ前記位相差検出方向と同じ方向で検出されたコントラストに基づいて前記第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 該撮像装置の姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、
   前記制御手段は、該検出された姿勢に基づいて前記位相差検出方向を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記特定被写体は、顔であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記顔の長手方向が前記撮像素子の短辺に沿った方向である場合は、前記制御手段は、前記位相差検出方向を前記撮像素子の長辺に沿った方向に設定し、
   前記顔の長手方向が前記撮像素子の長辺に沿った方向である場合は、前記制御手段は、前記位相差検出方向を前記撮像素子の短辺に沿った方向に設定することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記顔の長手方向が前記撮像素子の長辺及び短辺に対して傾いている場合は、前記制御手段は、前記位相差検出方向を前記撮像素子の長辺に沿った方向と短辺に沿った方向とに設定し、該各方向で検出された位相差とコントラストを用いて前記第１のフォーカス制御と第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記撮像素子は、撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換して画像の生成及び前記コントラストの検出に用いられる第１の信号を出力する第１の光電変換セル群と、前記撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された複数の像を光電変換して前記位相差の検出に用いられる第２の信号を出力する第２の光電変換セル群とを有し、
   前記第２の光電変換セル群は、前記撮像素子の長辺に沿った方向での前記位相差を検出する光電変換セルと、前記撮像素子の短辺に沿った方向での前記位相差を検出する光電変換セルとを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の撮像装置。
7. 撮像素子を用いて生成された画像から特定被写体を検出するステップと、
   該特定被写体に対して、位相差検出方式による第１のフォーカス制御及びコントラスト検出方式による第２のフォーカス制御を行う制御ステップとを有し、
   前記制御ステップにおいて、前記特定被写体に応じた位相差検出方向を設定し、該位相差検出方向において検出された位相差に基づいて前記第１のフォーカス制御を行い、かつ前記位相差検出方向と同じ方向で検出されたコントラストに基づいて前記第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。