JP2011033730A - 焦点調節装置及び方法、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コントラスト方式と位相差方式とによるハイブリッドＡＦ方式で位相差方式のＡＦ制御を行う場合に、誤測距を低減すること。
【解決手段】 コントラスト方式と、焦点検出用の画素群により光電変換して得られた一対の画像信号の位相差に基づいて焦点調節を行う位相差方式とを有する焦点調節方法であって、被写体の移動速度が閾値以上の場合に、前記位相差方式により焦点調節を行い、前記移動速度が閾値未満の場合に、予め設定された条件に応じてコントラスト方式と位相差方式のいずれかにより焦点調節を行い、前記移動速度が閾値以上の場合に、次回に前記一対の画像信号を取得する時の被写体までの距離を予測し、前記予測した距離に基づいて、前記焦点検出用の画素群の領域の内、次回に前記一対の画像信号を取得する画素群の領域を設定する。前記被写体までの距離が短くなるほど、より広い領域を設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、コントラスト方式と位相差方式とによるハイブリッド焦点調節の技術に関する。

従来、撮像装置の自動焦点（ＡＦ）制御として、撮影して得られた映像信号から抽出したコントラスト成分を用いてＡＦ評価値を算出し、このＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を探索するコントラスト方式が知られている。また、レンズの異なる射出瞳領域を通過した被写体からの一対の光束（光学像）を一対のラインセンサ上にそれぞれ結像させ、得られた映像信号の位相差に基づいて、三角測量の原理により被写体までの距離またはデフォーカス量を求める位相差方式も知られている。

さらに、コントラスト方式と位相差方式とを組み合わせた、いわゆるハイブリッドＡＦ方式も提案されている。ハイブリッドＡＦ方式では、まず位相差方式により求めた距離又はデフォーカス量を用いて合焦付近までフォーカスレンズを移動し、その後、コントラスト方式によってフォーカスレンズを移動させる。このように制御することにより、高速に高い精度で合焦状態を得ることができる（例えば、特許文献１及び２参照）。

また、位相差方式の焦点検出装置において、一対のラインセンサのうち、電荷の蓄積制御および位相差の演算に使用する領域を選択することで、検出可能な距離またはデフォーカス量を調節することができる焦点検出装置が提案されている。（例えば、特許文献３及び４を参照）。

特開２００２−２５８１４７号公報（第１３頁、図２、図３） 特開２００６−００３４２８号公報（第１０頁、図４） 特開昭６３−１７２２０６号公報（図８） 特開２００６−２２０６８４号公報（図１０）

しかしながら、上述した特許文献３及び４に記載されたようなラインセンサを用いて位相差方式のＡＦ制御を行う場合、領域を広く使うと、主被写体が遠距離にある時に余計な背景が入り位相差を誤演算しやくなるという問題がある。一方、狭い領域にすると、主被写体が近距離にある時に、ラインセンサの領域に被写体の一部分しか掛からず、位相差を誤演算しやすくなるという問題がある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、コントラスト方式と位相差方式とによるハイブリッドＡＦ方式で位相差方式のＡＦ制御を行う場合に、誤測距を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、撮像手段から得られた画像信号のコントラストに基づいて焦点調節を行うコントラスト方式と、結像光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光学像を焦点検出用の画素群により光電変換して得られた一対の画像信号の位相差に基づいて焦点調節を行う位相差方式とを有する本発明の焦点調節装置は、被写体の移動速度が閾値以上の場合に、前記位相差方式により焦点調節を行い、前記移動速度が閾値未満の場合に、予め設定された条件に応じてコントラスト方式と位相差方式のいずれかにより焦点調節を行う焦点調節手段と、前記移動速度が閾値以上の場合に、次回に前記一対の画像信号を取得する時の被写体までの距離を予測し、当該予測した距離に基づいて、前記焦点検出用の画素群の領域の内、次回に前記一対の画像信号を取得する画素群の領域を設定する設定手段とを有し、前記設定手段は、前記被写体までの距離が短くなるほど、より広い領域を設定する。

本発明によれば、コントラスト方式と位相差方式とによるハイブリッドＡＦ方式で位相差方式のＡＦ制御を行う場合に、誤測距を低減することができる。

本発明の第１の実施形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図。 図１のＡＦ信号処理回路の構成を示すブロック図。 第１の実施形態における位相差検出センサの構成例を示す図。 第１の実施形態における焦点調節処理のフローチャート。 第１の実施形態における次回測距時の被写体までの距離を予測する方法を説明するフローチャート。 第１の実施形態における次回測距時の測距エリアを設定する処理を示すフローチャート。 センサ素子列のエリアの設定例を示す図。 第１の実施形態における被写体の移動速度を求める処理を示すフローチャート。 第１の実施形態における停止の可能性を判断する処理を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図。 図１０の撮像素子１０７における焦点検出用の画素配列の一例を示す図。 第２の実施形態における焦点検出用の画素の構成を示す図。 第２の実施形態における次回測距時の測距エリアを設定する処理を示すフローチャート。 焦点検出用画素群のエリアの設定例を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態における焦点制御装置を搭載した撮像装置の構成を示すブロック図である。

図１において、１０２は光軸方向に移動して撮影光学系の焦点距離を変更可能なズームレンズである。ズームモーター１０３はズーム制御回路１０４の制御により駆動され、ズームレンズ１０２を移動させる。１０５は光軸方向に移動して撮影光学系の焦点調節を行うフォーカスレンズである。フォーカスモーター１０６はフォーカス制御回路１１０の制御により駆動され、フォーカスレンズ１０５を移動させる。

１０７はＣＭＯＳセンサやＣＣＤ等の撮像素子であり、撮像素子１０７上に結像された被写体像を光電変換し、得られた電気信号を撮像信号処理回路１０８に出力する。撮像信号処理回路１０８は入力された電気信号を処理して、画像信号を出力する。撮像信号処理回路１０８から出力された画像信号は、ＡＦ信号処理回路１０９及びメモリ１１３に入力される。ＡＦ信号処理回路１０９は、コントラスト方式でＡＦ制御を行うための合焦状態を示すＡＦ評価値（ＦＶ）と、合焦度を表す信号（ＩＦＡ）を生成してフォーカス制御回路１１０へ出力する。

ここで、ＡＦ信号処理回路１０９の構成及び行われる処理について、図２を参照して説明する。

撮像信号処理回路１０８からの画像信号は、一つまたは複数の測距ゲート２０１により、画面内の所定領域の画像信号が抽出される。なお、図２では測距ゲートが１つである場合を表している。

測距ゲート２０１により抽出された画像信号から、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０２により高周波成分を抽出する。そして、検波部（ＤＥＴ）２０３でピークホールドや積分等の処理を行うことでＡＦ評価値ＦＶを求め、フォーカス制御回路１１０へ出力する。

また測距ゲート２０１を通過した撮像信号は、バンドパスフィルタ１（ＢＰＦ１）２０４とバンドパスフィルタ２（ＢＰＦ２）２０７にも送られ、それぞれ所定の高域周波成分が抽出される。なお、ＢＰＦ１（２０４）で抽出する周波数は、ＢＰＦ２（２０７）で抽出する周波数よりも高い周波数を抽出するように特性を選定する。そして、検波部（ＤＥＴ）２０５、２０８でピークホールドや積分等の処理を行い、さらに除算部２０６にてＢＰＦ１／ＢＰＦ２、すなわち撮像信号の周波数成分の比を求めることで、測距領域毎の合焦度ＩＦＡを算出する。

なお、測距ゲート２０１が複数ある場合、すなわち、画面内に複数の測距領域がある場合は、上述したＢＰＦ、ＤＥＴ、除算部を複数組備えることになり、ＡＦ評価値ＦＶ及び合焦度ＩＦＡも各測距領域毎に得られることになる。

図１に戻り、フォーカス制御回路１１０では、後述する距離信号Ｄと、上述したＡＦ評価値ＦＶ及び合焦度ＩＦＡに基づいて、フォーカスモーター１０６を駆動することで、フォーカスレンズ１０５を移動させて自動焦点（ＡＦ）制御を行う。なお、画面内に複数の測距領域がある場合は、複数組の距離信号ＤとＡＦ評価値ＦＶ、合焦度ＩＦＡから条件に応じて選択を行い、選択した信号に基づいてフォーカス動作を行う。

一方、メモリ１１３に記憶された画像信号は、コーデック１１４によって圧縮処理されて記録媒体１１２に記録される。そして、この圧縮、記録処理と並行して、メモリ１１３に蓄積された画像信号は、画像処理回路１１６にて最適なサイズにリサイズ処理され、顔枠等を重畳してモニター（不図示）に表示することでリアルタイムで撮影画像を撮影者にフィードバックする。

顔検出部１１５（被写体検出手段）は、順次得られた画像信号を予め内部に記憶されたデータベース画像とテンプレートマッチング等で比較することで、複数被写体の顔の位置や大きさ、顔の数、顔の信頼度（確からしさ）等を順次検出する。そして、求めた情報をＣＰＵ１１１へ出力する。

ＣＰＵ１１１と各ブロックはバス１１７を介して接続されており、各ブロックはＣＰＵ１１１内のプログラムに従って制御される。

１００は位相差検出センサ１００であり、図３に示すような構成を有する。図３において、１００ａ及び１００ｂは光電変換素子を並べて配置した一対のセンサ素子列であり、それぞれＬ２、Ｌ１、Ｃ、Ｒ１、Ｒ２の５エリアに分割され、選択した分割エリアの光電変換値を連続的に取り出すことができる。結像光学系である位相差ＡＦ用瞳分割光学系（以下、「位相差光学系」と呼ぶ。）１０１を通して分割された同じ被写体の２つの光学像が、位相差検出センサ１００のセンサ素子列１００ａ、１００ｂにそれぞれ結像される。位相差検出センサ１００では、センサ素子列１００ａ、１００ｂから得られる、これら２つの被写体像の画像信号の位相差を検出して、三角測量法により被写体までの距離信号Ｄを算出し、フォーカス制御回路１１０へ出力する。なお、距離信号Ｄの代わりに、検出した位相差を出力するようにしてもよい。

図４はＣＰＵ１１１により制御される本第１の実施形態における焦点調節処理のフローチャートである。なお、本第１の実施形態においては、ＡＦモードとして、第１のＡＦモードと第２のＡＦモードとを有し、第１のＡＦモードではコントラスト方式を優先し、第２のＡＦモードでは位相差方式を優先するものとする。

先ず、ＡＦ制御の方式を示すＡＦモードを第１のＡＦモードにする（Ｓ１０１）。次に、撮像素子１０７から撮像信号処理回路１０８を介して得られた画像信号に基づいて、ＡＦ信号処理回路１０９によりＡＦ評価値ＦＶと合焦度ＩＦＡを求め、位相差検出センサ１００は距離信号Ｄを求める（Ｓ１０２）。そして、Ｓ１０２でにおいて求めた距離信号Ｄから、被写体が予め設定された速度（閾値）よりも移動速度が遅いかどうか判断し（Ｓ１０３）、遅ければ（閾値未満）Ｓ１０４へ進み、速ければ（閾値以上）Ｓ１１０へ進む。

Ｓ１０４では、ＡＦ評価値ＦＶに基づいて算出したコントラスト方式のレンズ位置と、距離信号Ｄに基づいて算出した位相差方式のレンズ位置とが、所定値以上違うかどうか判断する。所定以上違うならばＳ１０６へ処理を移し、所定値以上違わないならばＳ１０５へ処理を移す。Ｓ１０５ではコントラスト方式のレンズ位置を採用し、Ｓ１０６では位相差方式のレンズ位置を採用する。そして、Ｓ１０７では、Ｓ１０５あるいはＳ１０６で選択されたレンズ位置へフォーカスレンズ１０５を駆動して、Ｓ１０１へ処理を戻す。

以上のように、被写体が予め設定された速度より移動速度が遅い場合は、位相差方式による合焦位置とコントラスト方式による合焦位置の結果が大きく異ならない限り、コントラスト方式の結果を優先させる。

一方、Ｓ１０３において被写体の移動速度が予め設定された速度以上であれば、ＡＦモード変数を第２のＡＦモードに変更し（Ｓ１１０）、第２のＡＦモードで優先される位相差方式で得られた合焦位置へフォーカスレンズ１０５を駆動する（Ｓ１１１）。

次に、これまでに取得した時系列的な距離信号Ｄに基づいて次回測距時の被写体までの距離を予測し（Ｓ１１２）、予測した距離に基づいて、センサ素子列１００ａ、１００ｂのＬ２、Ｌ１、Ｃ、Ｒ１、Ｒ２から、最適なエリアを設定する（Ｓ１１３）。なお、Ｓ１１２で行われる距離の予測の仕方については、図５を参照して、また、Ｓ１１３で行われる最適なエリアの設定の仕方については、図６を参照して、それぞれ詳細に後述する。

Ｓ１１５では、Ｓ１０２と同様にして、撮像素子１０７から撮像信号処理回路１０８を介して得られた画像信号に基づいて、ＡＦ信号処理回路１０９によりＡＦ評価値ＦＶと合焦度ＩＦＡを求め、位相差検出センサ１００は距離信号Ｄを求める。ここでは、位相差検出センサ１００では、Ｓ１１３で設定されたエリアから得られた信号に基づいて位相差を検出し、距離信号Ｄを求める。そして、Ｓ１１５で求めた距離信号Ｄから、被写体が予め設定された速度（閾値）よりも移動速度が遅いかどうか判断し（Ｓ１１６）、遅ければ（閾値未満）Ｓ１１９へ進み、速ければ（閾値以上）Ｓ１１７へ進む。

Ｓ１１７では、第２のＡＦモードで優先される位相差方式で得られた合焦位置にフォーカスレンズ１０５を駆動し、Ｓ１１８において、被写体の急停止が起きていないかを判断する。具体的には、位相差検出の結果に基づいて、被写体の移動速度が「閾値以上」で移動中と出たにもかかわらず、撮像素子から得られた画像信号に基づくＡＦ評価値や顔検出サイズに殆ど変化がない場合、被写体が急停止した可能性があると判断する。この場合、被写体が急に止まった可能性があるのに、位相差検出が被写体以外の部分を含めて測距してエラー状態にある場合があるためである。被写体の急停止の可能性がある場合には、次回測距時の距離を予測して位相差検出センサ１００のエリアを切替えることはせずに、エリア選択を固定して測距する（Ｓ１１５）。なお、ここで行う判断方法については、図９を参照して後述する。停止が起きていればＳ１１５に戻り、起きていなければＳ１１２に戻って、上述した処理を繰り返す。

一方、Ｓ１１９では、コントラスト方式の合焦度ＩＦＡを取得し、Ｓ１２０において、取得した合焦度ＩＦＡが予め設定された目標に達しているかどうか判断する。達していなければＳ１０６に戻り、達していれば、ステップＳ１２１でコントラスト方式で得られた合焦位置にフォーカスレンズ１０５を移動し、Ｓ１０１に戻って、上述した処理を繰り返す。

図５は図４のＳ１１２で行われる次回測距時の被写体までの距離を予測する方法を説明するフローチャートである。

フォーカス制御回路１１０は露出制御用のアイリス（不図示）を制御する絞り値から明るさを換算する。明るければアイリスを絞るために値が大きく、暗ければアイリスを開けるために値が小さくなる。

そこで、露出制御の絞り値がＦ２．０未満であるかどうか判断し（Ｓ２００）、Ｆ２．０未満であれば、位相差検出センサ１００の次回の蓄積終了時間、即ち、測距時間の予測を１／１０秒後として（Ｓ２０１）、Ｓ２０５へ処理を移す。一方、Ｆ２．０以上であれば、露出制御の絞り値がＦ２．８未満であるかどうか判断し（Ｓ２０２）、Ｆ２．８未満であれば位相差検出センサ１００の次回の蓄積終了時間、即ち、測距時間の予測を１/３０秒後として（Ｓ２０３）、Ｓ２０５へ処理を移す。一方、Ｆ２．８以上であれば、次回のＡＦセンサ蓄積終了時間、即ち、測距時間の予測を１/６０秒後として（Ｓ２０４）、Ｓ２０５へ処理を移す。Ｓ２０５では、現在の移動速度と次回の蓄積終了予測時間から、次回測距時の被写体までの距離を予測して処理を終了する。

図６は図４のＳ１１３で行われるセンサ素子列１００ａ、１００ｂのエリア設定処理を説明するフローチャートである。ここでは、フォーカス制御回路１１０が、ズーム制御値と、次回測距時の被写体までの予測距離とからセンサ素子列１００ａ、１００ｂのエリアを選択する。

ズーム倍率が低ければ測距エリアを広く、被写体距離が近ければ測距エリアを狭くする。そこで、ズーム倍率が３倍未満であるかどうか判断し（Ｓ３００）、３倍未満であればＳ３０１へ進み、３倍以上であればＳ３０６へ処理を移す。

Ｓ３０１では、次回測距時の被写体までの予測距離が５ｍ未満であるかどうか判断する。５ｍ未満であれば、次回に用いるセンサ素子列１００ａ、１００ｂのエリアを図３のＬ２、Ｌ１、Ｃ、Ｒ１、Ｒ２とし（Ｓ３０２）、５ｍ以上であれば、Ｌ１、Ｃ、Ｒ１とする（Ｓ３０３）。

一方、ズーム倍率が３倍以上である場合（Ｓ３００でＮＯ）、ズーム倍率が５倍未満であるかどうか判断し（Ｓ３０６）、５倍未満であれば、次回測距時の被写体までの予測距離が３ｍ未満であるかどうかを判断する（Ｓ３０７）。３ｍ未満であれば、次回に用いるセンサ素子列１００ａ、１００ｂのエリアを図３のＬ２、Ｌ１、Ｃ、Ｒ１、Ｒ２とし（Ｓ３０８）、３ｍ以上であれば、予測距離が５ｍ未満であるかどうかを判断する（Ｓ３０９）。５ｍ未満であれば、次回に用いるセンサ素子列１００ａ、１００ｂのエリアを図３のＬ１、Ｃ、Ｒ１とし（Ｓ３１０）、５ｍ以上であれば、図３のＣとする（Ｓ３１１）。

ズーム倍率が５倍以上である場合（Ｓ３０６でＮＯ）、次回測距時の被写体までの予測距離が３ｍ未満であるかどうかを判断する（Ｓ３１２）。３ｍ未満であれば、次回に用いるセンサ素子列１００ａ、１００ｂのエリアを図３のＬ１、Ｃ、Ｒ１とし（Ｓ３１３）、３ｍ以上であれば、図３のＣとして（Ｓ３１４）、処理を終わる。

図７は、上述した図６を参照して説明したセンサ素子列１００ａ、１００ｂのエリアを設定する動作例を表す図である。図７の例では、いずれもズーム倍率が３倍以上５倍未満（Ｓ３０６でＹＥＳ）の場合を示している。

図７において（ａ）は被写体までの距離が５ｍ以上（Ｓ３０９でＮＯ）の場合を示しており、この場合に設定されるエリアは、図３のＣとなる（Ｓ３１１）。（ｂ）は被写体までの距離が３ｍ以上５m未満（Ｓ３０９でＹＥＳ）の場合を示しており、この場合に設定されるエリアは図３のL１、C、R１となる（Ｓ３１０）。（ｃ）は被写体までの距離が３ｍ未満（Ｓ３１２でＹＥＳ）であるので、この場合に設定されるエリアはL２、L１、C、R１、R２となる。

図８は図４のＳ１０２及びＳ１１５で行われる距離信号Ｄを求める処理及び被写体の移動速度を求める処理を示すフローチャートである。

まず、位相差検出センサ１００のセンサ素子列１００ａ、１００ｂから得られるラインセンサ値をＡ／Ｄ変換し（Ｓ４０１）、Ａ／Ｄ変換が所定回数行われたかどうか判断する（Ｓ４０２）。所定回数行われていなければＳ４０１に戻り、行われていればＳ４０３へ進む。Ｓ４０３では、センサ素子列１００ａから得られたラインセンサ値（Ａ像）と、センサ素子列１００ｂから得られたラインセンサ値（Ｂ像）の位相差を検出し、求めた位相差から三角測量の原理を用いて距離を算出する（Ｓ４０４）。Ｓ４０５では、それまでにＳ４０４で求めた距離の時系列的な変化から移動速度を算出して、処理を終わる。

図９は、図４のＳ１１８で行われる被写体の停止の可能性を判断する処理を示すフローチャートである。

Ｓ５００において、ＡＦ評価値ＦＶが所定以上変動しているかどうか判断し、変動していればＳ５０２へ処理を移し、変動していなければＳ５０１へ処理を移す。Ｓ５０１では、顔検出部１１５により検出された顔のサイズの変動が予め設定された範囲内であるかどうか判断し、変動していればＳ５０２へ処理を移す。Ｓ５０２では、被写体が急に停止した可能性は無いとして処理を終わる。一方、変動していなければＳ５０３へ処理を移し、被写体が急に停止した可能性が有るとして処理を終わる。

このように、ＡＦ評価値ＦＶまたは顔のサイズの変動量の少なくともいずれか一方が所定以上である場合には、被写体が急に停止した可能性はなく、共に変動量が所定未満である場合には、被写体が急に停止した可能性があると判断する。これは、被写体が急に止った可能性があるのに、位相差検出が被写体以外の部分を含めて測距してエラー状態になる場合があるためである。被写体の急停止の可能性がある場合には、次回測距時の距離を予測して位相差検出センサ１００のエリアを切替えることはせずに、エリア選択を固定して測距することにより、測距がエラー状態になることを防止できる。

上記の通り本第１の実施形態によれば、第２のＡＦモード中は、今回の測距結果から次回測距時の主被写体までの距離を予測して、使用する位相差検出センサ１００のセンサ素子列１００ａ、１００ｂのエリアを選択する。これにより、誤測距が起こりにくくすることができる。

また、ＡＦ評価値及び検出した顔のサイズの変動が所定以下の場合に、今回の結果が誤測距であったとしてエリアを変更しないように制御するので、位相差検出センサでのパララックスによる誤測距が発生しにくくなる。

＜第２の実施形態＞
次に本発明の第２の実施形態について説明する。

図１０は本発明の第２の実施形態における焦点制御装置を搭載した撮像装置の構成を示すブロック図である。図１０において、図１と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。図１０に示す構成と図１に示す構成とは、先ず、位相差検出センサ１００及び位相差光学系１０１が無いところが異なっている。更に、撮像素子１０７から位相差を有する信号Ｓ１及びＳ２を出力することが可能で、撮像信号処理回路２０８が距離信号Ｄを算出し、フォーカス制御回路１１０へ伝達するところが異なっている。

図１１は撮像素子１０７において焦点検出用の画素配列の一例を示す図である。図１１において、Ｒ、Ｇ、Ｂは各画素部に形成されるカラーフィルタの色、赤、緑、青にそれぞれ対応し、２行×２列の４画素を１周期としたベイヤ配列となっている。そして、一部の行に信号Ｓ１及びＳ２を出力する画素Ｓ１及びＳ２が並んで配置され、これらの画素Ｓ１及びＳ２が焦点検出用の画素として機能する。

ここで、画素Ｓ１の構成について図１２を参照して説明する。図１２において、（ａ）は画素Ｓ１を上部からみた図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。この画素Ｓ１では、光電変換層１２５上に、平滑層１２４、遮光層１２３及び平滑層１２２が順次積層され、その上にマイクロレンズ１２１が設けられている。フィルタ層は設けられていない。また、遮光層１２３には、画素の光電変換エリアの中心部から、一方に偏った（偏心した）開口部が形成されている。なお、画素Ｓ２の構成は、図１２に示す構成の左右を反転させたものであるため、ここでは説明を省略する。

従って、画素Ｓ１及びＳ２は、マイクロレンズ１２１の光学パワーと遮光層１２３の開口部により、結像光学系の異なる射出瞳領域をそれぞれ通過した光学像を受光することとなる。

そして、行方向に並んだ複数の画素Ｓ１（以下、「焦点検出用画素群Ｓ１」と呼ぶ。）と、同じく行方向に並んだ複数の画素Ｓ２（以下「焦点検出用画素群Ｓ２」と呼ぶ。）とから、信号を取り出す。そして、焦点検出用画素群Ｓ１から画像信号を連結した像信号と、焦点検出用画素群Ｓ２の画像信号を連結した像信号とをそれぞれ形成する。このようにして形成された１対の像信号から、撮影光学系のデフォーカスに伴う位相差を観測することができる。撮像信号処理回路２０８は、像信号の位相差を検出し、検出した位相差に基づいて、被写体までの距離信号Ｄを求め、フォーカス制御回路１１０へ出力する。撮像素子１０７を用いた測距はスルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）方式であるので、図１に示す外測の位相差検出センサ１００のようなパララックスによる誤測距は起きない。

本第２の実施形態では、基本的に、図４を参照して説明したものと同様の制御により焦点調節処理を行うが、ステップＳ１１３で行われる焦点検出用画素群Ｓ１及びＳ２のエリア設定処理が図６を参照して説明した処理と異なる。以下、本第２の実施形態におけるエリア設定処理について、図１３を参照して説明する。なお、この図１３に示す処理は、ＣＰＵ１１１により制御され、フォーカス制御回路１１０が、次回測距時の被写体までの予測距離からセンサ素子列１００ａ、１００ｂのエリアを選択する。

Ｓ６０１において、図４のステップＳ１１２で予測された次回測距時の被写体までの予測距離が３ｍ未満であるかどうか判断する。３ｍ未満であれば、次回に焦点検出用画素群Ｓ１及びＳ２の内、使用する領域を大として（Ｓ６０２）、処理を終える。３ｍ以上であれば、次回測距時の被写体までの予測距離が５ｍ未満であるかどうか判断する（Ｓ６０３）。５ｍ未満であれば次回に焦点検出用画素群Ｓ１及びＳ２の中から使う領域を中とし（Ｓ６０４）、５ｍ以上であれば焦点検出用画素群Ｓ１及びＳ２の中から使う領域を小として（Ｓ６０５）、処理を終える。

図１４は、上述した図１１に示す焦点検出用画素群Ｓ１及びＳ２の領域の選択例を表す概念図であり、焦点検出用画素群Ｓ１及びＳ２が、画面無いに複数構成された場合を想定している。図１４において、（ａ）は被写体までの距離が５ｍ以上（Ｓ６０３でＮＯ）の場合を示しており、この場合に設定される領域は小となる（Ｓ６０５）。（ｂ）は被写体までの距離が３ｍ以上５m未満（Ｓ６０３でＹＥＳ）の場合を示しており、この場合に設定される領域は中となる（Ｓ６０４）。（ｃ）は位置が３ｍ未満（Ｓ６０１でＹＥＳ）の場合を示しており、この場合に設定される領域は大となる（Ｓ６０２）。

上記の通り本第２の実施形態によれば、第２のＡＦモード中は、今回の測距結果から次回測距時の主被写体までの距離を予測して、撮像素子１０７における焦点検出用画素群Ｓ１及びＳ２における検出を行う領域を設定する。これにより、誤測距が起こりにくくすることができる。

なお、上述の実施形態では、被写体検出手段として顔検出部を示したが、これに限らない。例えば、被写体（対象物）を検出するものであれば顔でなくてもよい。例えば、背景から被写体像を切り出して検出したりすることも考えられる。このとき被写体は人物以外でもよい。

Claims (7)

1. 撮像手段から得られた画像信号のコントラストに基づいて焦点調節を行うコントラスト方式と、結像光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光学像を焦点検出用の画素群により光電変換して得られた一対の画像信号の位相差に基づいて焦点調節を行う位相差方式とを有する焦点調節装置であって、
   被写体の移動速度が閾値以上の場合に、前記位相差方式により焦点調節を行い、前記移動速度が閾値未満の場合に、予め設定された条件に応じてコントラスト方式と位相差方式のいずれかにより焦点調節を行う焦点調節手段と、
   前記移動速度が閾値以上の場合に、次回に前記一対の画像信号を取得する時の被写体までの距離を予測し、当該予測した距離に基づいて、前記焦点検出用の画素群の領域の内、次回に前記一対の画像信号を取得する画素群の領域を設定する設定手段とを有し、
   前記設定手段は、前記被写体までの距離が短くなるほど、より広い領域を設定することを特徴とする焦点調節装置。
2. ズームレンズのズーム倍率を取得する取得手段を更に有し、
   前記設定手段は、更に、取得したズーム倍率が高いほど、より広い領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記撮像手段から順次得られた画像信号から、予め設定された被写体をそれぞれ検出する被写体検出手段を更に有し、
   前記設定手段は、前記被写体検出手段により検出された被写体のサイズの変動が、予め設定された範囲内である場合に、前記領域を変更しないように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点調節装置。
4. 前記設定手段は、前記コントラスト方式による合焦状態の変動が、予め設定された範囲内である場合に、前記領域を変更しないように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
5. 前記画像信号の明るさに基づいて、次に前記一対の画像信号を取得する時間を予測する予測手段と、
   前記位相差に基づいて被写体までの距離を求める測距手段とを更に有し、
   前記設定手段は、前記予測手段により予測された時間と、前記測距手段により求められた距離の変動とに基づいて、前記被写体までの距離を予測することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焦点調節装置を搭載したことを特徴とする撮像装置。
7. 撮像手段から得られた画像信号のコントラストに基づいて焦点調節を行うコントラスト方式と、結像光学系の異なる瞳領域を通過した一対の光学像を焦点検出用の画素群により光電変換して得られた一対の画像信号の位相差に基づいて焦点調節を行う位相差方式とを有する焦点調節方法であって、
   被写体の移動速度が閾値以上の場合に、前記位相差方式により焦点調節を行い、前記移動速度が閾値未満の場合に、予め設定された条件に応じてコントラスト方式と位相差方式のいずれかにより焦点調節を行う焦点調節ステップと、
   前記移動速度が閾値以上の場合に、次回に前記一対の画像信号を取得する時の被写体までの距離を予測する予測ステップと、
   前記予測した距離に基づいて、前記焦点検出用の画素群の領域の内、次回に前記一対の画像信号を取得する画素群の領域を設定する設定ステップとを有し、
   前記設定ステップでは、前記被写体までの距離が短くなるほど、より広い領域を設定することを特徴とする焦点調節方法。

Images