JP2012189934A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オートフォーカス機能を有する撮像装置において、主被写体の急峻な運動特性の変化を考慮して適切に焦点調整し続けることを可能とする。
【解決手段】撮影レンズにより結像される被写体像を撮像する撮像装置であって、被写体像の焦点位置を撮像平面上の複数の位置で検出する焦点検出部と、過去の焦点検出部の出力を記憶し、記憶した出力に基づいて被写体像の焦点位置の軌跡を予測し、所定の時刻における被写体像の焦点位置を予測する予測部と、被写体像の撮像平面上での変位を検出する検出部と、検出部の出力に基づいて、予測部の出力を変更する制御部とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像装置における自動焦点調節技術に関するものである。

従来、特許文献１に記載されているように、焦点検出を行う主被写体の２次元の撮影平面上における相対的な移動を輝度信号あるいは色差信号の変化に基づいて検出して、主被写体の移動に合わせて焦点検出位置を移動させる焦点検出装置が提案されている。

また、従来、特許文献２に記載されているように、主被写体の焦点検出を連続的に行いながら、焦点検出の経時変化に基づいて所定時間後の主被写体の焦点位置を予測する焦点検出装置が提案されている。

特許文献２に記載の焦点検出装置では、所定時間後の主被写体の焦点位置を予測するにあたって、所定経過時間内の焦点検出結果から、像面移動方向の移動速度変化カーブを算出する。移動速度変化カーブの算出に先立ち、主被写体の像面移動速度の変化が所定の閾値を超えているか判定する。像面移動速度の変化が小さい場合は、長めの経過時間に渡る焦点検出結果から、像面移動方向の移動速度変化カーブを算出する。像面移動速度の変化が大きい場合は、短めの経過時間に渡る焦点検出結果から移動速度変化カーブを算出する。このような動作を行うことで、予測誤差をある程度抑えられるようになる。

特開昭６０−２４９４７７号公報 特許第０３２１８７３０号公報

上述したように、主被写体の急峻な移動を考慮した焦点検出装置が提案されている。しかし、例えばフィギュアスケートの演技者に対して焦点検出する場合、ジャンプや転倒など演技途中で急峻に移動方向が変化する場合があり、演技者に焦点を合わせ続けることが難しかった。これは、主被写体の像面移動方向の速度変化だけでなく、２次元の撮影平面上における主被写体の構図も変化してしまうためである。

そこで、本発明の目的は、オートフォーカス機能を有する撮像装置において、主被写体の急峻な運動特性の変化を考慮して適切に焦点調整し続けることを可能とすることである。

本発明に係わる撮像装置は、撮影レンズにより結像される被写体像を撮像する撮像装置であって、前記被写体像の焦点位置を撮像平面上の複数の位置で検出する焦点検出手段と、過去の前記焦点検出手段の出力を記憶し、記憶した出力に基づいて前記被写体像の焦点位置の軌跡を予測し、所定の時刻における前記被写体像の焦点位置を予測する予測手段と、前記被写体像の前記撮像平面上での変位を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づいて、前記予測手段の出力を変更する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、オートフォーカス機能を有する撮像装置において、主被写体の急峻な運動特性の変化を考慮して適切に焦点調整し続けることが可能となる。

本発明の第１の実施形態のデジタルカメラの構成を示すブロック図。 位相差ＡＦセンサ上の焦点検出領域の様態を説明する模式図。 コントラスト評価値算出用回路を説明するブロック図。 被写体の像面移動の予測方法を説明する図。 追尾部で検出された撮像平面上おける被写体変位を示すグラフ。 第１の実施形態の動作を示すフローチャート。 第２の実施形態のデジタルカメラの構成を示すブロック図。 第２の実施形態の動作を示すフローチャート。 第３の実施形態のデジタルカメラの構成を示すブロック図。 第３の実施形態の動作を示すフローチャート。 第５の実施形態の動作を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図１から図１１を用いて説明する。

（第１の実施形態）
＜デジタルカメラの構成＞
図１は本発明の撮像装置の第１の実施形態であるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。図１に示すように、デジタルカメラ２００には、撮影レンズ１００が不図示のマウント部のレンズ装着機構を介して着脱可能に取り付けられている。マウント部には、電気接点ユニット１０７が設けられている。この電気接点ユニット１０７には、通信クロックライン、データ転送ライン、データ受信ラインなどからなる通信バスライン用の端子がある。これらによりデジタルカメラ２００と撮影レンズ１００が通信可能となっている。デジタルカメラ２００は、撮影レンズ１００とこの電気接点ユニット１０７を介して通信を行い、撮影レンズ１００内のフォーカスレンズ１０１および入射光量を調整する絞り１０２の駆動を制御する。なお、図１には、撮影レンズ１００内のレンズとしてフォーカスレンズ１０１のみを示しているが、この他に変倍レンズや固定レンズが設けられ、これらを含めてレンズユニットを構成する。また、電気接点ユニット１０７には、通信バスラインと、カメラ側から画像信号の電荷蓄積タイミングをレンズ側に伝送するための同期信号ラインも設けられている。

不図示の被写体からの光束は、撮影レンズ１００内のフォーカスレンズ１０１を含むレンズユニットおよび絞り１０２を介して、デジタルカメラ２００内のクイックリターンミラー２０３に導かれる。クイックリターンミラー２０３は、撮影光路内に光軸に対して斜めに配置されている。そして、ミラー駆動機構２１３によりアップダウン駆動が行われることにより被写体からの光束を上方のファインダ光学系に導く第１の位置（図示した位置）と、撮影光路外に退避する第２の位置とに移動が可能である。

クイックリターンミラー２０３の中央部はハーフミラーになっており、クイックリターンミラー２０３が第１の位置にダウンしているときには、被写体からの光束の一部がこのハーフミラー部を透過する。そして、この透過した光束は、クイックリターンミラー２０３の背面側に設けられたサブミラー２０４で反射される。

そして、焦点検出回路２０６及び予測演算回路２３７とともに自動焦点調整ユニットを構成する位相差ＡＦセンサ部２０５に導かれる。位相差ＡＦセンサ部２０５は、サブミラー２０４で反射された光束を分割する公知の一対の瞳分割光学系と一対のラインセンサ群から構成され、ラインセンサは焦点検出領域に対応して存在している。位相差ＡＦセンサ部２０５が複数の焦点検出領域を備える様態を図２に示す。図２は、２次元の撮像平面上における焦点検出領域を網掛けで示している。本発明の実施形態の一例として示す位相差ＡＦセンサ群２０５は計４５点の焦点検出領域を備え、それぞれの領域に対応する一対のラインセンサの像信号出力を焦点検出回路２０６へ出力する。また、ラインセンサの電荷蓄積時刻を焦点検出回路へ出力する。ここで、ラインセンサの電荷蓄積時刻は、ラインセンサの電荷蓄積開始から終了までの期間の中間にあたる時刻であり、電荷蓄積タイミングの重心を示す時刻である。図中、焦点検出の各領域を指定して説明できるよう、水平座標と垂直座標を図示している。焦点検出回路２０６は、入力された各ラインセンサの像信号出力から、相関演算に基づく公知の位相差検出を行い、フォーカスレンズ１０１の現在の焦点位置と被写体の焦点位置とのデフォーカス量を算出する。デフォーカス量は焦点検出領域それぞれで算出され、対応するラインセンサの電荷蓄積時刻とともに予測演算回路２３７へ出力される。予測演算回路２３７は、入力された各焦点検出領域のデフォーカス量と後述する追尾部２０９の出力に基づいて、被写体の像面移動の予測を行い、フォーカスレンズ１０１の駆動要求量を決定する。決定された駆動要求量はシステムコントローラ２３０を通じて、レンズコントローラ１０８へ通知され、駆動要求量に基づいてフォーカスレンズ１０１の焦点位置が制御される。また、予測演算回路２３７は、過去４回の焦点検出で得られた各焦点検出領域のデフォーカス量と対応する電荷蓄積時刻を記憶し、所定時間後の被写体の像面移動を予測する際に用いる。また、予測演算回路２３７は主被写体の像面移動を予測する上で特に着目する焦点検出領域を選択し、最終的に選択された焦点検出領域の出力に基づいて予測が行われる。本実施形態では過去４回のデフォーカス量に基づいて予測を行っているが、これに限らず、予測回数を増減させても良い。

一方、クイックリターンミラー２０３で反射された光束は、ピント面に存在するファインダスクリーン２０２、ペンタプリズム２０１、接眼レンズ２０７により構成されるファインダ光学系を介して撮影者の目に至る。また、測光部２０８がペンタプリズム２０１で折り曲げられた光束を斜めから観察するように配置され、光束のうち２次元の撮影平面に相当する領域内で、さらに複数に分割された区分領域ごとに測光が行われる。上記区分領域の各測光結果は、システムコントローラ２３０と追尾部２０９へ出力される。

追尾部２０９では、上記区分領域の各測光結果のうち直近２フレーム分の測光結果を記憶し、公知の相関演算により２次元の撮影平面内で主被写体が位置する領域を追尾する。追尾結果は、移動方向と移動量が含まれた移動ベクトル情報としてシステムコントローラ２３０へ出力される。

クイックリターンミラー２０３が第２の位置にアップした際には、撮影レンズ１００からの光束は、機械シャッタであるフォーカルプレーンシャッタ２１０および光学フィルタ２１１を介して、撮像素子２１２に至る。光学フィルタ２１１は、赤外線をカットして可視光線のみを撮像素子２１２へ導く機能と、光学ローパスフィルタとしての機能を有する。また、フォーカルプレーンシャッタ２１０は、先幕および後幕を有して構成されており、撮影レンズ１００からの光束の透過および遮断を制御する。

また、デジタルカメラ２００は、全体の制御を司るシステムコントローラ２３０を有する。システムコントローラ２３０は、ＣＰＵやＭＰＵ等により構成され、後述する各回路の動作を制御する。システムコントローラ２３０は、電気接点ユニット１０７を介して、通信バスラインにより、撮影レンズ１００内のレンズコントローラ１０８に対して通信を行う。レンズコントローラ１０８もシステムコントローラ２３０と同様にＣＰＵやＭＰＵ等により構成され、撮影レンズ１００内の各回路の動作を制御する。

システムコントローラ２３０とレンズコントローラ１０８間の通信では、撮影レンズ１００内のフォーカスレンズ１０１の駆動命令、停止命令、駆動量、駆動速度がシステムコントローラ２３０から送信される。また、さらに絞り１０２の駆動量、駆動速度がシステムコントローラ２３０から送信される。また、さらにレンズ側の各種データの送信要求がシステムコントローラ２３０から送信される。

フォーカス駆動の際、システムコントローラ２３０はレンズコントローラ１０８に対して、レンズ駆動方向や駆動量および駆動速度についての指令を通信によって行う。レンズコントローラ１０８は、システムコントローラ２３０からのレンズ駆動命令を受信すると、レンズ駆動制御部１０４を介して、フォーカスレンズ１０１を光軸方向に駆動してフォーカス制御を行うレンズ駆動機構１０３を制御する。レンズ駆動機構１０３は、ステッピングモータを駆動源として有する。レンズコントローラ１０８は、システムコントローラ２３０からの絞り制御命令を受信すると、絞り制御駆動部１０６を介して、絞り１０２を駆動する絞り駆動機構１０５を制御し、指令された値まで絞り１０２を制御する。

また、システムコントローラ２３０は、シャッタ制御部２１５と測光部２０８とも接続されている。シャッタ制御部２１５は、システムコントローラ２３０からの信号に応じて、フォーカルプレーンシャッタ２１０の先幕および後幕の走行駆動を制御する。また、フォーカルプレーンシャッタ２１０の先幕および後幕は駆動源がバネにより構成されており、シャッタ走行後、次の動作のためにバネチャージを要する。シャッタチャージ機構２１４は、このバネチャージを行う。また、システムコントローラ２３０は、測光部２０８あるいは撮像素子２１２における所定の測光領域の出力から得られる露光量に基づいて設定される、撮像素子２１２の電荷蓄積時間、露光感度および絞り値の露出制御プログラムが定められたプログラム線図を記憶する。また、システムコントローラ２３０は、レンズコントローラ１０８にレンズ駆動命令を送信して、レンズ駆動制御部１０４を介して、レンズ駆動機構１０３を制御する。これにより、被写体像を撮像素子２１２上に結像させる。

また、カメラＤＳＰ２２７の内部にはコントラストＡＦに用いるコントラスト評価値の算出を行う回路ブロック、コントラスト評価値算出を行う領域の位置や大きさを決定する回路ブロックが内蔵されている。これら回路ブロックについては詳しくは後述するが、ここでいうコントラスト評価値とはフォーカスレンズ１０１を含む光学系の合焦状態を示す値である。カメラＤＳＰ２２７には、タイミングジェネレータ２１９、セレクタ２２２を介してＡ／Ｄコンバータ２１７が接続されており、またワークメモリ２２６も接続されている。

ここで、撮像素子２１２は、全体の駆動タイミングを決定しているタイミングジェネレータ２１９からの信号に基づき、画素毎の水平駆動および垂直駆動を制御するドライバー２１８からの出力で制御される。これにより、被写体像を光電変換して画像信号を生成して出力する。そして、撮像素子２１２で生成された画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路２１６で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ２１７でデジタル信号に変換される。デジタルカメラ２００は、操作スイッチ２３２からの操作入力により、撮像素子２１２の撮像フレームレートが設定されることで、タイミングジェネレータ２１９から出力される信号が変換される。これにより、撮像素子２１２の撮像フレームレートが上記の設定通りに制御される。この撮像フレームレートは、動画用の画像信号を生成する動画撮影モード及び静止画用の画像信号を生成する静止画撮影モードを含む複数の撮影モードに応じて変更してもよい。

Ａ／Ｄコンバータ２１７からの出力は、システムコントローラ２３０からの信号に基づいて信号を選択するセレクタ２２２を介してメモリコントローラ２２８に入力され、フレームメモリであるＤＲＡＭ２２９に全て転送される。ビデオカメラやコンパクトデジタルカメラでは、撮影前の状態で、この転送結果をビデオメモリ２２１に定期的（毎フレーム）に転送することで、モニタ表示部２２０によりファインダ表示（ライブビュー）等を行っている。一眼レフデジタルカメラでは、通常、撮影前時点ではクイックリターンミラー２０３やフォーカルプレーンシャッタ２１０により撮像素子２１２が遮光されているため、ライブビュー表示が行えない。

この点、クイックリターンミラー２０３をアップし撮影光路より退避させてからフォーカルプレーンシャッタ２１０を開いた状態にすることで、ライブビュー動作が可能となる。また、ライブビュー時に撮像素子２１２からの画像信号をカメラＤＳＰ２２７もしくはシステムコントローラ２３０が処理することで、フォーカスレンズ１０１を含む光学系の合焦状態を示すコントラスト評価値を得ることができる。そして、この評価値を用いてコントラスト評価方式の焦点検出を行うことが可能となる。

撮影時には、システムコントローラ２３０からの制御信号によって、１フレーム分の各画素データをＤＲＡＭ２２９から読み出し、カメラＤＳＰ２２７で画像処理を行ってから、一旦、ワークメモリ２２６に記憶する。そして、ワークメモリ２２６のデータを圧縮・伸張回路２２５で所定の圧縮フォーマットに基づいて圧縮し、その結果を外部の不揮発性メモリ２２４に記憶する。不揮発性メモリ２２４として、通常、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリを使用する。また、ハードディスクや磁気ディスクであっても良い。さらに、システムコントローラ２３０と接続されている表示部２３１は、後述する各スイッチ類により設定または選択されたカメラの動作状態を、液晶素子、ＬＥＤ（発光ダイオード）、有機ＥＬ等の表示素子により表示される。

操作スイッチ２３２は、デジタルカメラ２００の各種設定項目に対する操作入力を行う操作部材である。レリーズスイッチＳＷ１（２３３）は、測光や焦点検出などの撮影準備動作を開始させるためのスイッチである。レリーズスイッチＳＷ２（２３４）は、撮影動作（静止画を取得するための電荷蓄積および電荷読み出し動作）を開始させるためのスイッチである。ライブビューモードスイッチ２３５は、ライブビュー表示の入切を制御するためのスイッチである。動画スイッチ２３６は、連続撮影動作（動画を取得するための繰り返しの電荷蓄積および電荷読み出し動作）を開始させるためのスイッチである。

一方、レンズユニットとしての撮影レンズ１００において、レンズコントローラ１０８には、メモリ１０９が設けられている。メモリ１０９には、撮影レンズ１００の焦点距離、開放絞り値、設定可能な絞り駆動速度情報といった性能情報、撮影レンズ１００を識別するための固有の情報であるレンズＩＤ（識別）情報が記憶されている。なお、性能情報およびレンズＩＤ情報は、デジタルカメラ２００へ撮影レンズ１００が装着される時における初期通信により、システムコントローラ２３０へ送信されシステムコントローラ２３０はこれらをＥＥＰＲＯＭ２２３に記憶させる。

また、撮影レンズ１００には、フォーカスレンズ１０１の位置情報を検出するためのレンズ位置情報検出部１１０が設けられている。レンズ位置情報検出部１１０で検出されたレンズ位置情報は、レンズコントローラ１０８に読み取られる。レンズ位置情報は、フォーカスレンズ１０１の駆動制御に用いられ、電気接点ユニット１０７を介してシステムコントローラ２３０に送信される。レンズ位置情報検出部１１０は、例えばレンズ駆動機構を構成するモータの回転パルス数を検出するパルスエンコーダ等により構成される。その出力はレンズコントローラ１０８内の不図示のハードウェアカウンタに接続され、レンズが駆動されるとその位置情報がハード的にカウントされる。レンズコントローラ１０８がレンズ位置情報を読み取る際は、内部のハードウェアカウンタのレジスタにアクセスして、記憶されているカウンタ値を読み込む。

次に、カメラＤＳＰ２２７のコントラスト評価値算出回路ブロックについて、図３を用いて説明する。図３はカメラＤＳＰ２２７内の回路ブロックを説明するためのブロック図である。

撮像素子２１２で生成された画像信号は、上述のようにＣＤＳ／ＡＧＣ回路２１６で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ２１７でデジタル信号に変換される。デジタル化された画像データはセレクタ２２２を介してカメラＤＳＰ２２７に入力される。コントラストＡＦに用いられるコントラスト評価値を算出するため、カメラＤＳＰ２２７に入力された画像データは、まずカメラＤＳＰ２２７内のＤＳＰ内部メモリ２４１を経て、焦点検出領域抽出ブロック２４２に入力される。焦点検出領域抽出ブロック２４２は、全画面の画像データから焦点検出領域とその近傍の画像をトリミングして、次のコントラスト評価値算出ブロック２４３に送るためのブロックである。焦点検出領域の大きさとしては、画面の外枠に対して１／５〜１／１０程度が望ましい。なお、焦点検出領域の画面内の位置や大きさは、システムコントローラ２３０より焦点検出領域抽出ブロック２４２に対して設定できるよう構成される。コントラスト評価値算出ブロック２４３は、焦点検出領域とその近傍の画像に対してデジタルフィルタ演算により所定の周波数成分を抽出して、コントラスト評価値としてシステムコントローラ２３０に送るためのブロックである。

＜被写体の像面移動の予測方法＞
次に予測演算回路２３７における主被写体の像面移動の予測方法について説明する。図４は被写体の像面移動（焦点位置の軌跡）を予測する方法を説明するための図である。図４において、直近の焦点検出に係る電荷蓄積時刻（厳密には電荷蓄積時間の蓄積中心となる時刻）ｔ０と、過去ｎ回前の焦点検出に係る電荷蓄積時刻ｔｎでの検出デフォーカス量Ｄｎと、検出デフォーカス量Ｄｎに基づいてフォーカスレンズ１０１を駆動させた駆動量Ｍｎを示している。時刻ｔｐでは、直近までのデフォーカス量Ｄ−３乃至Ｄ０に基づいて予測された駆動量だけフォーカスレンズを動かし始めており、時刻ｔ０からｔｐまでにフォーカスレンズが駆動した量Ｍｐを示している。また、電荷蓄積時刻ｔｎにおける被写体の像面位置をｆｎとおき、時刻ｔｐにおける被写体の像面位置をｆｐとおいている。また、フォーカスレンズ１０１の焦点の結像位置をＬｎとおいている。また、時刻ｔ０乃至ｔ−３での焦点検出結果に基づいて、次回の焦点検出時刻ｔｐにおける被写体の像面移動予想位置ｆｐとそこまでの駆動量Ｍｐを示している。

過去４回の焦点検出結果から被写体の像面移動速度を求める場合、被写体の像面移動関数を下記の式１に示す３次式ｆ（ｔ）とおく。式１に（ｔ−３，ｆ−３）乃至（ｔ−０，ｆ−０）を代入して得られる下記の式２を解いて、３次式ｆ（ｔ）の各項の係数（ｈ，ｉ，ｊ，ｋ）を求める。

ｆ（ｔ）＝ｈ×ｔ³＋ｉ×ｔ²＋ｊ×ｔ＋ｋ …（式１）

ここで、被写体の像面位置ｆｎは、下記の式３で求められる。

ｆｎ＝Ｌｎ＋Ｄｎ …（式３）
次に、求められた被写体の像面移動関数ｆ（ｔ）から、時刻ｔｐにおける被写体の推定の像面位置ｆｐを、下記の式４から求める。

ｆｐ＝ｈ×ｔｐ³＋ｉ×ｔｐ²＋ｊ×ｔｐ＋ｋ …（式４）
次に、時刻ｔｐに被写体の推定の像面位置ｆｃへ焦点位置を移動させるためのフォーカスレンズ１０１の駆動量Ｍｐは、下記の式５で得られる。

Ｍｐ＝ｆｐ−Ｌ０ …（式５）
この後、時刻ｔｐにおける不図示の検出デフォーカス量Ｄｐを、位相差ＡＦセンサ部２０５乃至焦点検出回路２０６で検出することで、被写体の像面検出の予測を再帰的に行うことができるようになる。焦点検出時刻ｔｐにおける不図示の検出デフォーカス量Ｄｐが小さな値であれば予測精度が高いことを意味し、大きな値であれば予測精度が低いことを意味する。

上述した予測方法の説明では、被写体の像面移動を３次式を用いて予測していたが、これに限らず、予測演算回路２３７の演算性能に応じて、任意の多次式で予測して差し支えない。

＜予測方法の切り替え＞
次に、本実施形態の特徴的な動作である、光軸に垂直な２次元平面における被写体の変位に基づいて、被写体の像面移動の予測方法を切り替える動作について説明する。

図５は、追尾部２０９で検出された撮像平面上における被写体の変位を示したグラフであり、図５（ａ）は、撮像素子２１２の撮像平面を基準にして、水平方向の被写体変位５０１を示している。また、図５（ｂ）は、垂直方向の変位５０２を示している。図５において、水平垂直それぞれの検出変位軸に添えられた数字は、図２における焦点検出領域の座標に対応している。図５で示されている水平方向の変位５０１および垂直方向の変位５０２は、動いている人物が被写体であることを想定して描いており、その人物がジャンプした場合の推移をグラフ化している。図５（ａ）では、時刻ｔ−３乃至ｔ０と予測演算を完了した時刻ｔｐにおいて、被写体が水平座標１０の焦点検出範囲に存在し続けていることを示している。図５（ｂ）では、時刻ｔ−３乃至ｔ−１では垂直座標３の焦点検出範囲に存在している。しかし、被写体である人物がジャンプしたことで、時刻ｔ０にて垂直座標０の焦点検出範囲に移動し、予測演算を完了した時刻ｔｐにて垂直座標２の焦点検出範囲に移動したことを示している。

予測演算回路２３７は、追尾部２０９から出力される被写体の移動方向と移動量が含まれた移動ベクトル情報を、システムコントローラ２３０を通じて取得し、移動ベクトル情報を焦点検出領域の座標に置き換える。これにより、被写体がその焦点検出領域に存在しているかを認識する。

追尾部２０９から出力される被写体の移動量が所定の閾値（以降、撮像平面移動閾値と呼ぶ。）を超えた場合、本実施形態の特徴的な動作として、被写体の像面移動の予測方法を変更する。具体的には、予測に用いる焦点検出範囲を被写体の移動先に変更するとともに、予測に用いる検出デフォーカス結果をより直近に近いもののみを用るようにし、さらに像面移動関数ｆ（ｔ）の次数を下げる。具体的には、変更された焦点検出範囲において、時刻ｔ−１乃至ｔ０の２回分の検出デフォーカス結果を用いて、像面移動関数ｆ（ｔ）の次数を１次式に下げて予測演算を行い、その予測結果に基づいてフォーカスレンズ１０１を駆動させるようにする。

このような予測方法の切り替えを行うことにより、追尾部２０９の出力結果から被写体の動作が急変したと思われる場合に、被写体の動きが異なる過去のデフォーカス検出結果に引きずられるて予測精度が悪化することを抑えることができるようになる。

＜撮像平面移動閾値の設定方法＞
撮像平面移動閾値は、着目する焦点検出領域を隣接する焦点検出領域、あるいはさらに離れた焦点検出領域へ移動させるかを判断するために用いられる。このため、撮像平面閾値は隣接する焦点検出領域まで被写体が移動しているかを検出するために、撮像素子２１２の撮像平面を基準にして、隣接する焦点検出領域までの水平方向および垂直方向の各位置間隔の５０％乃至１００％程度を閾値として採用することが望ましい。しかし、これに限らず、撮像平面上で大きな像として写っている被写体を念頭に、さらに閾値を大きくして、大きな被写体移動でのみ予測動作を変更しても差し支えない。

＜デジタルカメラの動作＞
上述した本実施形態の動作について、図６のフローチャートを用いて説明する。特に説明しない限り、下記制御はシステムコントローラ２３０の制御により行われる。

まず、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）が押下されて、ＡＦ命令が発生することにより開始される。なお、デジタルカメラ２００は、あらかじめ電源が投入されているものとする。

はじめに、ステップＳ６０１にて、位相差ＡＦセンサ部２０５の各ラインセンサの電荷蓄積を行う。電荷蓄積後、位相差ＡＦセンサ部２０５は、蓄積結果と電荷蓄積時刻（厳密には電荷蓄積時間の蓄積中心となる時刻）を焦点検出回路２０６へ出力する。出力後、ステップＳ６０２へ進む。

ステップＳ６０２では、焦点検出回路２０６が位相差ＡＦセンサ部２０５での電荷蓄積結果に基づいてデフォーカス量の算出を行い、デフォーカス量と電荷蓄積時刻を予測演算回路２３７へ出力する。予測演算回路２３７は、入力されたデフォーカス量と電荷蓄積時刻の情報を記憶する。記憶後、ステップＳ６０３へ進む。

ステップＳ６０３では、測光部２０８で得られた測光演算用の画像データを用いて、追尾部２０９が位相差ＡＦセンサ部２０５の焦点検出動作に合わせて、撮像平面上における被写体の移動方向と移動量を検出する。被写体の認識方法はいわゆる被写体追尾であり公知の技術を用いる。具体的には初回の焦点検出タイミングでは、例えば中央といった着目する焦点検出領域に合わせて被写体のテンプレートを作成する。被写体のテンプレートは輝度情報や色情報で構成される。被写体の移動方向と移動量の検出は、測光部２０８で得られた測光演算用の画像データにおいて、被写体のテンプレートと最も近い撮像平面上の位置を移動後の被写体として判断する。そして、直近の焦点検出タイミングとなる移動後の被写体位置と、さらに焦点検出１回分過去の焦点検出タイミングとなる移動前の被写体位置に基づいて、追尾部２０９は被写体の移動方向と移動量を算出する。被写体の移動方向と移動量は、撮像平面上の水平方向と垂直方向に分離して検出され、システムコントローラ２３０を通じて、予測演算回路２３７へ出力される。算出後、ステップＳ６０４へ進む。

ステップＳ６０４では、予測演算回路２３７が、入力された被写体の移動量と所定の撮像平面移動閾値との大小関係を比較する。被写体の移動量が閾値を上回っていれば、ステップＳ６０６へ進む。上回っていなければ、ステップＳ６０５へ進む。

ステップＳ６０５では、着目焦点検出領域における過去の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）乃至（ｔ−３，ｆ−３）を用いて、式１乃至式５に従って、レンズ駆動量Ｍｐを算出する。なお、ステップＳ６０５を通るサブルーチンでは焦点検出領域を変更しない。算出後、ステップＳ６０８へ進む。

ステップＳ６０６では、被写体の撮像平面移動量に基づいて、予測演算回路２３７が認識している着目焦点検出領域を変更する。変更後、ステップＳ６０７へ進む。ステップＳ６０７では、ステップＳ６０６で変更された着目焦点検出領域における直近の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）と、変更前の着目焦点検出領域におけるさらに過去の焦点検出情報（ｔ−１，ｆ−１）乃至（ｔ−３，ｆ−３）を用いて、式１乃至式５に従って、レンズ駆動量Ｍｐを算出する。算出後、ステップＳ６０８へ進む。

ステップＳ６０８では、ステップＳ６０５あるいはステップＳ６０７で算出されたレンズ駆動の目標位置に基づいて、レンズ駆動制御部１０４がレンズ駆動機構１０３を通じてフォーカスレンズ１０１を駆動させる。駆動後、ステップＳ６０９へ進む。

ステップＳ６０９では、次回の予測演算に向けて、予測演算回路２３７はレンズ駆動の目標位置を記憶する。記憶後、ステップＳ６１０へ進む。ステップＳ６１０では、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）が解放されているか判断する。解放されていなければ、ステップＳ６１１へ進む。解放されていれば、ステップＳ６０１へ戻る。

ステップＳ６１１では、レリーズスイッチＳＷ２（２３４）が押下されているか判断する。押下されていれば、ステップＳ６１２へ進み、所定の撮影動作が行われる。レリーズスイッチＳＷ２（２３４）が押下されていなければ、本実施形態の動作を終了する。

上述の動作を行うことにより、被写体の急峻な運動特性が変化しても、着目する焦点検出領域を適切に切り替えつつ、焦点位置の予測演算を行うことができ、被写体にピントを合わせ続けられるようになる。

（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態では、追尾部２０９が、前回の焦点検出時の測光用画像データとさらに１回分過去の焦点検出時の測光用画像データを用いて相関演算を行い、被写体の移動方向と移動量を検出していた。しかし、これに限らず、撮影レンズ１００の像倍率情報（像倍率係数）をレンズコントローラ１０８からシステムコントローラ２３０を通じて追尾部２０９へ随時出力し、追尾部２０９は像倍率情報に基づいて測光用画像データを変倍してから相関演算を行っても良い。このような動作を行うことにより、相関演算の精度を高めることができ、ひいては予測演算の精度が高められるため、フォーカスをより高精度に制御できるようになる。

また、第１の実施形態では、予測演算回路２３７が着目する焦点検領域を任意の方向に変更していたが、これに限らず、特定方向のみに変更しても良い。このような動作を行うことにより、例えば、フィギュアスケートの選手の演技を追うようにフォーカスを制御する場合、あらかじめ上下方向のみに焦点検出範囲を変更するよう設定する。そして、選手が途中でジャンプしたときに、予測が変化する可能性が高いと推測して、予測演算を変更させるよう動作するようになる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では測光部２０８で得られた測光用の画像データを用いて、追尾部２０９が撮像平面上の被写体の移動を検出していた。しかし、これに限らず、デジタルカメラ２００にジャイロを備えてデジタルカメラ２００の姿勢変位を検出し、この姿勢変位を利用して、着目する焦点検出領域を切り替えながら、被写体の像面位置の予測演算を行っても良い。例えば、プロカメラマンが被写体を追う場合、通常時は撮影者が構図を適切に保持できていると見なして、着目する焦点検出領域の過去所定回数分の検出デフォーカス結果に基づいて、被写体の像面位置を予測し続ける。一方、撮影者が構図を適切に保持できないほど被写体が撮像平面上で急峻に変化する時は、撮影者がデジタルカメラ２００の姿勢を急峻に変化させて構図を立て直すことになる。このようなデジタルカメラ２００の急峻な姿勢変位をジャイロで検出して、被写体の像面位置の予測方法を適切に変更しようとするものである。以下、本実施形態について説明する。

＜デジタルカメラの構成＞
図７は、第２の実施形態のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。なお、第１の実施形態における図１と同じ構成要素には同じ図番を付与している。図１との差異は、図１に備わっていた追尾部２０９が無く、代わりにジャイロ２３８が備わっていることである。

ジャイロ２３８は、ロール／ピッチ／ヨーの計３軸の各角速度を検出し、直前の焦点検出時刻ｔ０から、さらに焦点検出１回分過去の焦点検出時間ｔ−１までの期間における角度変位を、３軸の角速度を積分することで算出する。算出後、上記の角度変位に基づいて、ジャイロ２３８は図２における焦点検出領域の座標に変換し、システムコントローラ２３０を通じて予測演算回路２３７へ出力する。予測演算回路２３７は、焦点検出回路２０６から入力された各焦点検出領域のデフォーカス量と、ジャイロ２３８から入力された焦点検出領域の座標に変換された角度変位に基づいて、被写体の像面移動の予測を行い、フォーカスレンズ１０１の駆動要求量を決定する。ジャイロ２３８で角度変位が焦点検出領域の座標に変換されるため、予測演算回路２３７での動作内容は、第１の実施形態の動作内容と変わらない。

＜デジタルカメラの動作＞
上述した第２の実施形態の動作について、図８のフローチャートを用いて説明する。特に説明しない限り、下記制御はシステムコントローラ２３０の制御により行われる。

まず、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）が押下されて、ＡＦ命令が発生することにより開始される。なお、デジタルカメラ２００は、あらかじめ電源が投入されているものとする。

はじめに、ステップＳ８０１にて、位相差ＡＦセンサ部２０５の各ラインセンサの電荷蓄積を行う。電荷蓄積後、位相差ＡＦセンサ部２０５は、蓄積結果と電荷蓄積時刻（厳密には電荷蓄積時間の蓄積中心となる時刻）を焦点検出回路２０６へ出力する。出力後、ステップＳ８０２へ進む。

ステップＳ８０２では、焦点検出回路２０６が位相差ＡＦセンサ部２０５での電荷蓄積結果に基づいてデフォーカス量の算出を行い、デフォーカス量と電荷蓄積時刻を予測演算回路２３７へ出力する。予測演算回路２３７は、入力されたデフォーカス量と電荷蓄積時刻の情報を記憶する。記憶後、ステップＳ８０３へ進む。

ステップＳ８０３では、ジャイロ２３８がデジタルカメラ２００の姿勢の変化を検出する。ジャイロ２３８は、図２における焦点検出領域の座標に変換された角度変位を、システムコントローラ２３０を通じて、予測演算回路２３７へ出力する。角度変位の出力後、ステップＳ８０４へ進む。

ステップＳ８０４では、予測演算回路２３７が、入力された角度変位と所定の角速度閾値との大小関係をそれぞれ比較する。角度変位が閾値を上回っていれば、ステップＳ８０６へ進む。上回っていなければ、ステップＳ８０５へ進む。

ステップＳ８０５では、着目焦点検出領域における過去の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）乃至（ｔ−３，ｆ−３）を用いて、式１乃至式５に従って、レンズ駆動量Ｍｐを算出する。なお、ステップＳ８０５を通るサブルーチンでは焦点検出領域を変更しない。算出後、ステップＳ８０８へ進む。

ステップＳ８０６では、焦点検出領域の座標に変換された角度変位に基づいて、予測演算回路２３７が認識している着目焦点検出領域を変更する。変更後、ステップＳ８０７へ進む。ステップＳ８０７では、ステップＳ８０６で変更された着目焦点検出領域における直近の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）と、変更前の着目焦点検出領域におけるさらに過去の焦点検出情報（ｔ−１，ｆ−１）乃至（ｔ−３，ｆ−３）を用いて、式１乃至式５に従って、レンズ駆動量Ｍｐを算出する。算出後、ステップＳ８０８へ進む。

ステップＳ８０８では、ステップＳ８０５あるいはステップＳ８０７で算出されたレンズ駆動の目標位置に基づいて、レンズ駆動制御部１０４がレンズ駆動機構１０３を通じてフォーカスレンズ１０１を駆動させる。駆動後、ステップＳ８０９へ進む。

ステップＳ８０９では、次回の予測演算に向けて、予測演算回路２３７はレンズ駆動の目標位置を記憶する。記憶後、ステップＳ８１０へ進む。

ステップＳ８１０では、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）が解放されているか判断する。解放されていなければ、ステップＳ８１１へ進む。解放されていれば、ステップＳ８０１へ戻る。

ステップＳ８１１では、レリーズスイッチＳＷ２（２３４）が押下されているか判断する。押下されていれば、ステップＳ８１２へ進み、所定の撮影動作が行われる。レリーズスイッチＳＷ２（２３４）が押下されていなければ、本実施形態の動作を終了する。

このような動作を行うことにより、デジタルカメラ２００の急峻な姿勢変位をジャイロ２３８で検出して、被写体の像面位置の予測方法を適切に変更し、被写体にピントを合わせ続けられるようになる。具体的には、図５（ｂ）の変位例において、被写体である人物がジャンプしたことで、撮影者が時刻ｔ０にてジャンプした被写体を所望の構図に収めようと、デジタルカメラ２００を上向きにしている。また、被写体である人物がジャンブを終えて着地したことで、時刻ｔｐにて着地した被写体を所望の構図に収めようと、デジタルカメラ２００の姿勢を上向きから直している。したがって、撮影者がプロカメラマンである場合など、被写体の急峻な移動に対して構図抜けを短い時間に収められるような条件で、被写体の像面位置の予測方法を適切に変更できるようになる。

（第２の実施形態の変形例）
第２の実施形態では、図７にてジャイロ２３８がデジタルカメラ２００に内蔵された構成で説明していたが、これに限らず、ジャイロ２３８が撮影レンズ１００に内蔵された構成でも差し支えない。この場合、ジャイロ２３８の出力をレンズコントローラ１０８乃至システムコントローラ２３０を通じて、デジタルカメラ２００側に送信するように構成することで、第２の実施形態と同様の動作を行うことができるようになる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、異なる被写体に焦点を合わせ直すために、撮影者がパン／チルト操作を行って構図を決め直す必要が生じた場合に、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）を一旦解放して、焦点検出動作を終了させる必要があった。また、第２の実施形態では、被写体の急峻な移動に対して構図抜けを短い時間に収める必要があった。これらの制約を解消するために、デジタルカメラ２００に第１の実施形態における追尾部２０９（撮影レンズの影響を受ける第１の検出手段）と、第２の実施形態におけるジャイロ２３８（撮影レンズの影響を受けない第２の検出手段）の両方を備える構成にしても良い。以下、第３の実施形態について説明する。

＜デジタルカメラの構成＞
図９は第３の実施形態に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図である。第１の実施形態を示す図１や、第２の実施形態を示す図７との差異は、第１の実施形態で説明した追尾部２０９と、第２の実施形態で説明したジャイロ２３８の両方をデジタルカメラ２００に備える点である。

予測演算回路２３７には、追尾部２０９から測光用の画像データに基づく被写体の移動方向と移動量が、システムコントローラ２３０を通じて入力される。また、予測演算回路２３７には、ジャイロ２３８からデジタルカメラ２００の姿勢の角度変位が、システムコントローラ２３０を通じて入力される。上記の被写体の移動方向と移動量や、角度変位といった情報は、ともに図２を用いて説明した焦点検出領域の座標に変換されて、予測演算回路２３７へ入力される。

＜予測方法の切り替え＞
次に、第３の実施形態の特徴的な動作である、被写体の移動方向と移動量や、角度変位といった情報に基づいて、被写体の像面移動の予測方法を切り替える動作について説明する。

追尾部２０９から出力される被写体の移動方向と移動量は、被写体自体の撮像平面上の移動と、デジタルカメラ２００の姿勢変化の両方が含まれている。一方、ジャイロ２３８から出力される角度変位は、デジタルカメラ２００の姿勢変化が含まれている。このことから、追尾部２０９の出力結果からジャイロ２３８の出力結果を差し引いたものを用いることで、被写体の移動をより正確に認識することができるようになる。被写体の移動とデジタルカメラ２００の姿勢変化とを分けて認識できるようになるため、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）を一旦解放にすることなく、撮影者が構図を調整し続けながら、被写体の移動に応じた焦点検出領域の変更ができるようになる。

＜撮像平面移動閾値の設定方法＞
撮像平面移動閾値について第１の実施形態で説明しているが、第３の実施形態では、さらに撮影レンズ１００の焦点距離に応じて撮像平面移動閾値を変更する。これは、焦点距離が長くなるにつれて、被写体像が相対的に大きく写り、着目する焦点検出領域を細かく移動させなくても差し支えない可能性が高まるためである。撮像平面移動閾値の変更は、焦点距離の絶対値に基づいて行うことが望ましい。

しかし、これに限らず、撮影レンズ１００がズームレンズである場合に、ＳＷ１押下中にズーム操作がなされる可能性を考慮して、ＳＷ１押下直後の焦点距離を基準とした焦点距離の変化量あるいは変化率に基づいて、撮像平面移動閾値を変更しても良い。

＜デジタルカメラの動作＞
上述した第３の実施形態の動作について、図１０のフローチャートを用いて説明する。特に説明しない限り、下記制御はシステムコントローラ２３０の制御により行われる。

まず、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）が押下されて、ＡＦ命令が発生することにより開始される。なお、デジタルカメラ２００は、あらかじめ電源が投入されているものとする。

はじめに、ステップＳ１００１にて、位相差ＡＦセンサ部２０５の各ラインセンサの電荷蓄積を行う。電荷蓄積後、位相差ＡＦセンサ部２０５は、蓄積結果と電荷蓄積時刻（厳密には電荷蓄積時間の蓄積中心となる時刻）を焦点検出回路２０６へ出力する。出力後、ステップＳ１００２へ進む。

ステップＳ１００２では、焦点検出回路２０６が位相差ＡＦセンサ部２０５での電荷蓄積結果に基づいてデフォーカス量の算出を行い、デフォーカス量と電荷蓄積時刻を予測演算回路２３７へ出力する。予測演算回路２３７は、入力されたデフォーカス量と電荷蓄積時刻の情報を記憶する。記憶後、ステップＳ１００３へ進む。

ステップＳ１００３では、測光部２０８で得られた測光演算用の画像データを用いて、追尾部２０９が位相差ＡＦセンサ部２０５の焦点検出動作に合わせて、撮像平面上における被写体の移動方向と移動量を検出する。被写体の移動方向と移動量は、撮像平面上の水平方向と垂直方向に分離して検出され、システムコントローラ２３０を通じて、予測演算回路２３７へ出力される。算出後、ステップＳ１００４へ進む。

ステップＳ１００４では、ジャイロ２３８がデジタルカメラ２００の姿勢の変化を検出する。ジャイロ２３８は、図２における焦点検出領域の座標に変換された角度変位を、システムコントローラ２３０を通じて、予測演算回路２３７へ出力する。角度変位の出力後、ステップＳ１００５へ進む。

ステップＳ１００５では、追尾部で得られた被写体の移動方向と移動量に対して、ジャイロにおける角度変位を差し引いて得られた、補正後の移動方向と移動量を算出する。算出後、ステップＳ１００６へ進む。ステップＳ１００６では、撮影レンズ１００の焦点距離に応じて、後述するステップＳ１００７で用いられる所定の撮像平面移動閾値が設定される。設定後、ステップＳ１００７へ進む。

ステップＳ１００７では、撮像平面上の水平方向と垂直方向に分離して得られた補正後の移動量と、ステップＳ１００６で設定された撮像平面移動閾値との大小関係を比較する。補正後の移動量が閾値を上回っていれば、ステップＳ１００８へ進む。上回っていなければ、ステップＳ１００９へ進む。

ステップＳ１００８では、着目焦点検出領域における過去の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）乃至（ｔ−３，ｆ−３）を用いて、式１乃至式５に従って、レンズ駆動量Ｍｐを算出する。なお、ステップＳ１００７を通るサブルーチンでは焦点検出領域を変更しない。算出後、ステップＳ１０１１へ進む。

ステップＳ１００９では、被写体の撮像平面移動量に基づいて、予測演算回路２３７が認識している着目焦点検出領域を変更する。変更後、ステップＳ１０１０へ進む。ステップＳ１０１０では、ステップＳ１００９で変更された着目焦点検出領域における直近の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）と、変更前の着目焦点検出領域におけるさらに過去の焦点検出情報（ｔ−１，ｆ−１）乃至（ｔ−３，ｆ−３）を用いて、式１乃至式５に従って、レンズ駆動量Ｍｐを算出する。算出後、ステップＳ１０１１へ進む。

ステップＳ１０１１では、ステップＳ１００８あるいはステップＳ１０１０で算出されたレンズ駆動の目標位置に基づいて、レンズ駆動制御部１０４がレンズ駆動機構１０３を通じてフォーカスレンズ１０１を駆動させる。駆動後、ステップＳ１０１２へ進む。

ステップＳ１０１２では、次回の予測演算に向けて、予測演算回路２３７はレンズ駆動の目標位置を記憶する。記憶後、ステップＳ１０１３へ進む。ステップＳ１０１３では、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）が解放されているか判断する。解放されていなければ、ステップＳ１０１４へ進む。解放されていれば、ステップＳ１００１へ戻る。

ステップＳ１０１４では、レリーズスイッチＳＷ２（２３４）が押下されているか判断する。押下されていれば、ステップＳ１０１５へ進み、所定の撮影動作が行われる。レリーズスイッチＳＷ２（２３４）が押下されていなければ、本実施形態の動作を終了する。

上述の動作を行うことにより、被写体の移動をより正確に認識することができるようになり、ひいては焦点検出の予測動作の精度を高めることができる。また、被写体の移動とデジタルカメラ２００の姿勢変化とを分けて認識できるようになるため、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）を一旦解放にすることなく、撮影者が構図を調整し続けながら、被写体の移動に応じた焦点検出領域の変更ができるようになる。また、被写体の急峻な移動に対して構図抜けを短い時間に収めなくて済むようにできる。

（第４の実施形態）
第１乃至第３の実施形態では、着目する焦点検出領域を移動した場合、移動された着目焦点検出領域における直近の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）と、移動前の着目焦点検出領域におけるさらに過去の焦点検出情報（ｔ−１，ｆ−１）乃至（ｔ−３，ｆ−３）を用いて、式１乃至式５に従って、レンズ駆動量Ｍｐを算出していた。しかし、これに限らず、着目する焦点検出領域が移動された場合、移動された着目焦点検出領域における直近の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）と、移動前の着目焦点検出領域における過去１回分の焦点検出情報（ｔ−１，ｆ−１）のみ用いて、レンズ駆動量Ｍｐを算出しても良い。

このような動作を行うことで、被写体が像面移動方向以外の方向に移動した場合に、時間的に古い焦点検出結果を参照せず、時間的に新しい焦点検出結果のみを用いて予測演算を行うため、予測精度が向上する可能性を高められるようになる。

第４の実施形態に係わるデジタルカメラの構成や動作ステップは、第１乃至第３の実施形態と同様に実現可能である。すなわち、第２の予測演算における過去の焦点検出情報の参照範囲を上述したように変更して、参照範囲に合わせて像面移動関数ｆ（ｔ）の次数を２次に下げればよい。

（第５の実施形態）
第１の実施形態、第３の実施形態、あるいは第４の実施形態では、追尾部２０９で被写体の移動量が検出された場合に、予測演算回路２３７が着目する焦点検出範囲を変更するかを判断していた。しかし、これに限らず、追尾部２０９で移動量を検出するとともに、検出時に行う相関演算における相関度合いに基づいて追尾部２０９が信頼度を算出しても良い。また、追尾部２０９が算出された信頼度を予測演算回路２３７へ出力し、予測演算回路２３７が着目する焦点検出範囲を変更するかを信頼度も踏まえて判断しても良い。以下、第５の実施形態について説明する。

＜デジタルカメラの構成＞
第５の実施形態に係わるデジタルカメラの構成は、図１を用いて説明した第１の実施形態に係わるデジタルカメラ２００の構成と同様である。ただし、追尾部２０９は、被写体の移動方向と移動量を検出する上で行われる公知の相関演算の相関度合いや着目被写体の大きさに基づいて、相関演算の信頼度を算出する。追尾部２０９は、算出された信頼度を、検出された被写体の移動方向と移動量とともにシステムコントローラ２３０を通じて予測演算回路２３７へ出力する。

一般的に相関演算は、被写体の大きさが大きいほど、相関があるかを判断する画素が増えるため、より高精度に演算できる。また、同一被写体であっても、例えば人物を被写体とすると、人物の姿勢が変化することで、相関度合いが低くなる。この場合、被写体の移動方向や移動量を求めるには、信頼度が低くなってしまう。このことから、被写体の大きさが所定の基準より大きければ信頼度が高く、小さければ信頼度が低くなるよう、数値としての信頼度を演算するようにする。また、相関度合いが所定の基準より高ければ信頼度が高く、相関度合いが所定の基準より低ければ信頼度が低くなるよう、数値としての 信頼度を演算するようにする。下記の式６は、信頼度Ｒを数値として算出する一例である。 Ｒ＝α×（Ｓin／Ｓstd）×（Ｃin／Ｃstd） …（式６）
但し、 Ｒ ：信頼度
α ：比例係数
Ｓin ：測光用画像データにおける被写体の大きさ
Ｓstd ：基準の大きさ
Ｃin ：相関度合い
Ｃstd ：基準の相関度合い
式６において、比例係数は任意の自然数であり、信頼度Ｒの数値の取りうる範囲を調整する目的で設けている。

＜デジタルカメラの動作＞
上述した本実施形態の動作について、図１１のフローチャートを用いて説明する。特に説明しない限り、下記制御はシステムコントローラ２３０の制御により行われる。

まず、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）が押下されて、ＡＦ命令が発生することにより開始される。なお、デジタルカメラ２００は、あらかじめ電源が投入されているものとする。

はじめに、ステップＳ１１０１にて、位相差ＡＦセンサ部２０５の各ラインセンサの電荷蓄積を行う。電荷蓄積後、位相差ＡＦセンサ部２０５は、蓄積結果と電荷蓄積時刻（厳密には電荷蓄積時間の蓄積中心となる時刻）を焦点検出回路２０６へ出力する。出力後、ステップＳ１１０２へ進む。

ステップＳ１１０２では、焦点検出回路２０６が位相差ＡＦセンサ部２０５での電荷蓄積結果に基づいてデフォーカス量の算出を行い、デフォーカス量と電荷蓄積時刻を予測演算回路２３７へ出力する。予測演算回路２３７は、入力されたデフォーカス量と電荷蓄積時刻の情報を記憶する。記憶後、ステップＳ１１０３へ進む。

ステップＳ１１０３では、測光部２０８で得られた測光演算用の画像データを用いて、追尾部２０９が位相差ＡＦセンサ部２０５の焦点検出動作に合わせて、撮像平面上における被写体の移動方向と移動量を検出する。被写体の移動方向と移動量は、撮像平面上の水平方向と垂直方向に分離して検出され、システムコントローラ２３０を通じて、予測演算回路２３７へ出力される。算出後、ステップＳ１１０４へ進む。

ステップＳ１１０４では、予測演算回路２３７が、入力された相関演算の信頼度と所定の信頼度閾値との大小関係を比較する。相関演算の信頼度が信頼度閾値を上回っていれば、ステップＳ１１０５へ進む。上回っていなければ、ステップＳ１１１４へ進む。

ステップＳ１１０５では、予測演算回路２３７が、入力された被写体の移動量と所定の撮像平面移動閾値との大小関係を比較する。被写体の移動量が閾値を上回っていれば、ステップＳ１１０６へ進む。上回っていなければ、ステップＳ１１０７へ進む。

ステップＳ１１０６では、着目焦点検出領域における過去の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）乃至（ｔ−３，ｆ−３）を用いて、式１乃至式５に従って、レンズ駆動量Ｍｐを算出する。なお、ステップＳ１１０６を通るサブルーチンでは焦点検出領域を変更しない。算出後、ステップＳ１１０９へ進む。

ステップＳ１１０７では、被写体の撮像平面移動量に基づいて、予測演算回路２３７が認識している着目焦点検出領域を変更する。変更後、ステップＳ１１０８へ進む。ステップＳ１１０８では、ステップＳ１１０７で変更された着目焦点検出領域における直近の焦点検出情報（ｔ０，ｆ０）と、変更前の着目焦点検出領域におけるさらに過去の焦点検出情報（ｔ−１，ｆ−１）乃至（ｔ−３，ｆ−３）を用いて、式１乃至式５に従って、レンズ駆動量Ｍｐを算出する。算出後、ステップＳ１１０９へ進む。

ステップＳ１１０９では、ステップＳ１１０６あるいはステップＳ１１０８で算出されたレンズ駆動の目標位置に基づいて、レンズ駆動制御部１０４がレンズ駆動機構１０３を通じてフォーカスレンズ１０１を駆動させる。駆動後、ステップＳ１１１０へ進む。

ステップＳ１１１０では、次回の予測演算に向けて、予測演算回路２３７はレンズ駆動の目標位置を記憶する。記憶後、ステップＳ１１１１へ進む。ステップＳ１１１１では、レリーズスイッチＳＷ１（２３３）が解放されているか判断する。解放されていなければ、ステップＳ１１１２へ進む。解放されていれば、ステップＳ１１０１へ戻る。

ステップＳ１１１２では、レリーズスイッチＳＷ２（２３４）が押下されているか判断する。押下されていれば、ステップＳ１１１３へ進み、所定の撮影動作が行われる。レリーズスイッチＳＷ２（２３４）が押下されていなければ、本実施形態の動作を終了する。

ステップＳ１１１４では、測光部２０８で得られた測光演算用の画像データを用いて、追尾部２０９が位相差ＡＦセンサ部２０５の焦点検出動作に合わせて、撮像平面上における被写体の移動方向と移動量を検出する。検出方法については、ステップＳ１１０５で説明したものと同じである。予測演算回路２３７は、入力された被写体の移動量と所定の撮像平面移動閾値との大小関係を比較する。被写体の移動量が閾値を上回っていれば、ステップＳ１１１５へ進み、被写体の移動方向と移動量に基づいて、焦点検出回路２０６が着目する焦点検出領域を切り替えて、ステップＳ１１１６へ進む。被写体の移動量が閾値を上回っていなければ、ステップＳ１１１６へ進む。ステップＳ１１１６では、着目する焦点検出領域における直近の検出デフォーカス量に基づいて、レンズ駆動の目標位置を設定する。設定後、ステップＳ１１０９へ進む。

上述の動作を行うことにより、相関演算の信頼度が高い場合、被写体像が大きくデフォーカスしておらず予測演算が適切だと推定して、前回の予測演算式に従って予測演算を行い、フォーカスを制御する。また、相関演算の信頼度が低い場合、被写体像が大きくデフォーカスしていて予測演算が適切でないと推定して、参照する検出デフォーカス量を変更して予測演算を行い、フォーカスを制御する。このような予測演算の変更を行うことにより、フォーカスの追従性をより高められる。

（第５の実施形態の変形例）
本実施形態では、追尾部２０９から出力された信頼度と所定の信頼度閾値との大小関係に基づいて予測演算を変更していた。しかし、これに限らず、直近のフォーカス制御に係る信頼度が、さらに１回前のフォーカス制御に係る信頼度より高くなっていれば、予測演算が適切だと推定して、前回の予測演算式に従って予測演算を行い、フォーカスを制御するようにする。また、直近のフォーカス制御に係る信頼度が、さらに１回前のフォーカス制御に係る信頼度より低くなっていれば、予測演算が適切でないと推定して、参照する検出デフォーカス量を変更して予測演算を行い、フォーカスを制御するようにする。このような動作を行うことにより、第５の実施形態と同様に、フォーカスの追従性をより高められる。

また、第５の実施形態では、ステップＳ１１０７あるいはステップＳ１１１５で説明した、着目する焦点検出領域を変更する際、変更先の焦点検出領域の検出デフォーカス量が測距不能で得られなかった場合、フォーカスの予測演算を続行できなかった。しかし、これに限らず、追尾部２０９における被写体の移動方向と移動量の検出において、変位候補を複数検出（複数出力）するようにして、信頼度に基づいてそれぞれを順位付けしておく。そして、最も信頼度の高い候補である変更後の焦点検出領域にて、検出デフォーカス量が測距不能（焦点検出不能）で得られなかった場合、次順位の信頼度の候補である焦点検出領域へ着目する焦点検出領域を変更するようにする。このような動作を行うことにより、着目する焦点検出領域の変更先が測距不能であった場合でも、フォーカスの予測演算を続行しやすくできる。

また、第５の実施形態では、最も信頼度の高い候補である変更後の焦点検出領域における直近の検出デフォーカス量と、変更前の焦点検出領域におけるさらに過去の検出デフォーカス量に基づいて、予測演算を行い、フォーカスを制御していた。しかし、これに限らず、追尾部２０９における被写体の移動方向と移動量の検出において、複数の候補を検出するようにして、信頼度に基づいてそれぞれを順位付けしておく。そして、信頼度に応じた重み付け係数をそれぞれに設定し、追尾部２０９からシステムコントローラ２３０を通じて予測演算回路２３７へ出力する。そして、予測演算回路２３７は、追尾部２０９から出力された複数の候補に対応したそれぞれの予測演算式を算出して、目標位置のレンズ駆動量をそれぞれ算出する。そして、算出されたレンズ駆動量に対して対応する重き付け係数を掛けて足し合わせ（合成し）、その足し合わせたものを正式な目標位置のレンズ駆動量として、フォーカスを制御する。このような動作を行うことにより、第５の実施形態と同様に、フォーカスの追従性をより高められる。

Claims (20)

1. 撮影レンズにより結像される被写体像を撮像する撮像装置であって、
   前記被写体像の焦点位置を撮像平面上の複数の位置で検出する焦点検出手段と、
   過去の前記焦点検出手段の出力を記憶し、記憶した出力に基づいて前記被写体像の焦点位置の軌跡を予測し、所定の時刻における前記被写体像の焦点位置を予測する予測手段と、
   前記被写体像の前記撮像平面上での変位を検出する検出手段と、
   前記検出手段の出力に基づいて、前記予測手段の出力を変更する制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記検出手段は前記撮影レンズの影響を受けない方式で前記被写体像の前記撮像平面上での変位を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記検出手段の出力に基づいて、前記予測手段が前記被写体像の焦点位置を予測する際に用いる過去の前記焦点検出手段の出力に対して、過去に遡って前記焦点位置を参照する範囲を変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 撮影レンズにより結像される被写体像を撮像する撮像装置であって、
   前記被写体像の焦点位置を撮像平面上の複数の位置で検出する焦点検出手段と、
   過去の前記焦点検出手段の出力を記憶し、記憶した出力に基づいて前記被写体像の焦点位置の軌跡を予測し、所定の時刻における前記被写体像の焦点位置を予測する予測手段と、
   前記撮影レンズの影響を受ける方式を用いて、前記被写体像の前記撮像平面上での変位を検出する第１の検出手段と、
   前記撮影レンズの影響を受けない方式を用いて、前記被写体像の前記撮像平面上での変位を検出する第２の検出手段と、
   前記第１の検出手段の出力と第２の検出手段の出力の差に基づいて、前記予測手段の出力を変更する制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記撮影レンズの焦点距離に応じて前記予測手段の出力を変更することを特徴とする請求項１または４に記載の撮像装置。
6. 前記予測手段は、前記検出手段の出力と所定の閾値とを比較し、前記検出手段の出力が前記閾値を上回った場合、前記検出手段の出力が前記閾値を上回る直前のタイミングから直近のタイミングまでにおける過去の前記焦点検出手段の出力に基づいて前記被写体像の焦点位置を予測することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記予測手段は、前記第１の検出手段または前記第２の検出手段の出力と所定の閾値とを比較し、前記第１の検出手段または前記第２の検出手段の出力が前記閾値を上回った場合、前記第１の検出手段または前記第２の検出手段の出力が前記閾値を上回る直前のタイミングから直近のタイミングまでにおける過去の前記焦点検出手段の出力に基づいて前記被写体像の焦点位置を予測することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
8. 前記検出手段は前記被写体像の変位の検出の信頼度を出力し、前記制御手段は、前記信頼度に基づいて前記予測手段の出力を変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
9. 前記第１の検出手段は前記被写体像の変位の検出の信頼度を出力し、前記制御手段は、前記信頼度に基づいて前記予測手段の出力を変更することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
10. 前記信頼度は、前記撮像平面上における前記被写体像の大きさに基づいて算出されることを特徴とする請求項８または９に記載の撮像装置。
11. 前記制御手段は、直近の前記検出手段の検出の信頼度がさらに過去における検出の信頼度より高ければ、直近に予測された焦点位置の軌跡に基づいて焦点位置を制御することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
12. 前記制御手段は、直近の前記第１の検出手段の検出の信頼度がさらに過去における検出の信頼度より高ければ、直近に予測された焦点位置の軌跡に基づいて焦点位置を制御することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
13. 前記予測手段は、直近の前記検出手段の検出の信頼度がさらに過去における検出の信頼度より低ければ、焦点位置の軌跡を予測し直すことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
14. 前記予測手段は、直近の前記第１の検出手段の検出の信頼度がさらに過去における検出の信頼度より低ければ、焦点位置の軌跡を予測し直すことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
15. 前記検出手段は被写体像の前記撮像平面上での変位候補を複数出力し、さらに前記複数の変位候補それぞれに対応した信頼度を出力し、前記予測手段は、信頼度の高い変位候補に対応する前記焦点検出手段の出力が焦点検出不能であった場合、信頼度の低い変位候補に対応する前記焦点検出手段の出力に基づいて、予測結果を出力することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
16. 前記第１の検出手段は被写体像の前記撮像平面上での変位候補を複数出力し、さらに前記複数の変位候補それぞれに対応した信頼度を出力し、前記予測手段は、信頼度の高い変位候補に対応する前記焦点検出手段の出力が焦点検出不能であった場合、信頼度の低い変位候補に対応する前記焦点検出手段の出力に基づいて、予測結果を出力することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
17. 前記検出手段から出力された複数の変位候補とそれぞれの信頼度とに基づいて、前記予測手段は重み付け係数を設定し、さらに前記予測手段は前記重み付け係数に従って複数の変位候補に対応した焦点位置の軌跡を合成し、前記制御手段は、合成された焦点位置の軌跡に従って焦点位置を制御することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
18. 前記検出手段は、前記撮影レンズの像倍率係数に基づいて、検出した変位を補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
19. 前記検出手段は、前記撮像平面上の予め指定された方向においてのみ、変位を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
20. 前記第１の検出手段は、前記撮像平面上の予め指定された方向においてのみ、変位を検出することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。

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