JP2015022264A - 焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影の際に被写体が移動している場合に１つの位相差ＡＦで不利な測距条件となっても、他の位相差ＡＦによってピントの移動方向を的確に検出する。【解決手段】演算装置１４は、カメラ制御部１３の制御下で第１の焦点検出部１２によって位相差検出を用いて撮像光学系２の焦点状態を検出し、さらに、撮像素子１１から得られる像信号によって位相差検出を用いて撮像光学系の焦点状態を検出する。演算装置はこれら２つの焦点検出結果の各々についてその焦点移動の連続性を判定して連続性判定結果を得て、カメラ制御部はこれら連続性判定結果に応じて２つの焦点検出結果のいずれか一方を選択する。【選択図】図１

Description

本発明は、焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、デジタルカメラなどの撮像装置で用いられる焦点検出装置に関する。

従来、デジタルカメラ又はビデオカメラなどの撮像装置において、撮像レンズの焦点状態（合焦状態にあるか否か）を検出する際には、所謂ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）位相差検出方式を用いた焦点検出装置が用いられている。ＴＴＬ位相差検出方式では、撮像レンズ（撮影レンズともいう）の瞳（射出瞳）を一対の領域に分割して、当該分割された瞳領域を通過する光束が形成する一対の像の相対的な位置変化を検出して撮像レンズの焦点状態を得ている。

さらに、デジタルカメラなどの撮像装置におけるライブビューのピント合わせ手法として、所謂コントラスト検出方式を用いたオートフォーカス（以下「コントラストＡＦ」又は「ＴＶ−ＡＦ」という）が主に用いられている。一方、デジタル一眼レフカメラなどの撮像装置では、連写性能および動体追従性能が求められるので、合焦速度が速い位相差検出方式によるＡＦ（以下「位相差ＡＦ」という）が適している。このため、撮影の際のピント合わせにＴＶ−ＡＦを用いると合焦速度が遅くなってしまう。

合焦速度の低下を防止するため、位相差ＡＦとＴＶ−ＡＦ又は位相差ＡＦとＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ Ｆｒｏｍ Ｄｅｆｏｃｕｓ）方式とを組み合わせて用いる所謂ハイブリッドＡＦを備える撮像装置がある（特許文献１参照）。

特許文献１では、位相差検出方式によって撮影光学系の焦点位置を検出する第１焦点検出部と、撮像素子の出力に基づいて撮影光学系の焦点位置を検出する第２焦点検出部とを備えて、薄膜ミラー（ペリクルミラー）によって撮影光束を第１焦点検出部と第２焦点検出部にそれぞれ導くようにしている。そして、第２焦点検出部２０５による検出結果を用いて第１焦点検出部による検出結果を補正している。

さらに、ライブビューの際に、ＴＶ−ＡＦと撮像面位相差ＡＦとを組み合わせたハイブリッドＡＦを備える撮像装置が知られている（特許文献２参照）。ここでは、ライブビューの際に、撮像素子の撮像領域に対して位相差ＡＦを行って、その結果と撮影レンズの位置情報を用いて撮像領域に設定されたＡＦ枠に対してコントラストＡＦを行うようにしている。

特開２００９−１７５２７９号公報 特開２００９−２４４４２９号公報

ところで、特許文献１に記載の手法においては、位相差ＡＦでは１回の測距でピントのズレ量を検出して、被写体のピント移動方向を検出することができる。つまり、被写体が移動している場合に、ピントの移動方向を予測して撮像レンズのフォーカス位置を制御することができる。

一方、ＴＶ−ＡＦでは、２条件以上の画像データを比較しなければピントの移動方向を検出することができず、さらに、ピントのズレ量を直接検出することができない。特に、ＴＶ−ＡＦでは、移動速度が速い被写体についてはピントの移動方向を予測して撮像レンズのフォーカス位置を制御することは困難である。

言い換えると、特許文献１に記載の手法では、被写体が移動している際には、位相差ＡＦのみでピント予測を行うことが可能であるものの、位相差ＡＦに不利な測距条件となると、被写体が移動している関係上、位相差ＡＦおよびＴＶ−ＡＦともにピントの移動方向を検出できなくなるか又はピント予測を誤ってしまうことになる。

一方、特許文献２に記載の手法においては、ライブビューの際に、ＴＶ−ＡＦと撮像面位相差ＡＦとを組み合わせてＡＦを行っているものの、位相差ＡＦにおいて不利な測距条件となると、同様にピントの移動方向を検出できなくなるか又はピント予測を誤ってしまう。

従って、本発明の目的は、撮影の際に被写体が移動している場合に１つの位相差ＡＦで不利な測距条件となっても、他の位相差ＡＦによってピントの移動方向を的確に検出することができる焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による焦点検出装置は、撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置であって、位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出手段と、前記第１の焦点検出手段とは別に設けられ前記第１の焦点検出手段とは異なる位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第２の焦点検出手段と、前記第１の焦点検出手段によって得られた第１の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第１の連続性判定結果として判定するとともに、前記第２の焦点検出手段によって得られた第２の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第２の連続性判定結果として判定する判定手段と、前記第１の連続性判定結果および前記第２の連続性判定結果に応じて前記第１の焦点検出結果および前記第２の焦点検出結果のいずれか一方を選択する選択手段と、を有することを特徴とする。

本発明による制御方法は、撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置の制御方法であって、位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出ステップと、前記第１の焦点検出ステップとは異なる位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第２の焦点検出ステップと、前記第１の焦点検出ステップによって得られた第１の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第１の連続性判定結果として判定するとともに、前記第２の焦点検出ステップによって得られた第２の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第２の連続性判定結果として判定する判定ステップと、前記第１の連続性判定結果および前記第２の連続性判定結果に応じて前記第１の焦点検出結果および前記第２の焦点検出結果のいずれか一方を選択する選択ステップと、を有することを特徴とする。

本発明による制御プログラムは、撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置で用いられる制御プログラムであって、前記焦点検出装置が備えるコンピュータに、位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出ステップと、前記第１の焦点検出ステップとは異なる位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第２の焦点検出ステップと、前記第１の焦点検出ステップによって得られた第１の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第１の連続性判定結果として判定するとともに、前記第２の焦点検出ステップによって得られた第２の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第２の連続性判定結果として判定する判定ステップと、前記第１の連続性判定結果および前記第２の連続性判定結果に応じて前記第１の焦点検出結果および前記第２の焦点検出結果のいずれか一方を選択する選択ステップと、を実行させることを特徴とする。

本発明による撮像装置は、上記の焦点検出装置と、前記選択手段で選択された焦点検出結果に基づいて前記撮像光学系を光軸に沿って駆動制御して前記撮像光学系を被写体に合焦させる駆動制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、第１の焦点検出手段によって得られた第１の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第１の連続性判定結果として判定するとともに、第２の焦点検出手段によって得られた第２の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第２の連続性判定結果として判定して、第１の連続性判定結果および第２の連続性判定結果に応じて第１の焦点検出結果および第２の焦点検出結果のいずれか一方を選択するようにしたので、撮影の際に被写体が移動している場合に１つの位相差ＡＦで不利な測距条件となっても、他の位相差ＡＦによってピントの移動方向を的確に検出することができる。

本発明の第１の実施形態による焦点検出装置を備える撮像装置の一例についてその構成を示す図である。 図１に示す第１の焦点検出部の構成を説明するための縦断面図である。 図１に示す第１の焦点検出部における測距点の配置を説明するための図であり、（ａ）は測距点の配置を示す図、（ｂ）は測距視野の方向を示す図である。 図１に示す撮像素子における撮像用画素の構造を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１に示す撮像素子１１において縦線検出のための焦点検出用画素の構造を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１に示す撮像素子において横線検出のための焦点検出用画素の構造を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 図１に示す撮像素子において撮像用画素の間に焦点検出用画素を離散的に配置する際の最小単位の配置規則を説明するための図である。 図７で説明したクラスタを単位とする配置規則を説明するための図である。 図８で説明したフィールドを単位とする配置規則を説明するための図である。 図１に示す撮像素子に備えられた焦点検出用画素である第２の焦点検出部における瞳分割機能を概念的に説明するための図である。 図１に示す撮像素子１１で得られた画像と焦点検出領域とを説明するための図である。 図１に示すカメラにおける撮影処理を説明するためのフローチャートである。 図１２に示す第１の焦点検出サブルーチンを説明するためのフローチャートである。 図１２に示す動体予測サブルーチンを説明するためのフローチャートである。 図１４に示す第２の焦点検出サブルーチンを説明するためのフローチャートである。 図１２に示す撮影サブルーチンを説明するためのフローチャートである。 図１に示す第１の焦点検出部と第２の焦点検出部である撮像素子におけるデフォーカス検出結果を示す図である。 図１７に示すデフォーカス検出結果に応じた動体予測曲線の一例を示す図である。 図１に示す第１の焦点検出部における測距点移動を説明するための図であり、（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ図１７に示す区間（ａ）〜（ｆ）に対応する測距点を示す図である。 図１に示す第２の焦点検出部として用いられる撮像素子における測距点移動を説明するための図であり、（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ図１８に示す区間（ａ）〜（ｆ）に対応する測距点を示す図である。 本発明の第２の実施形態による焦点検出装置のカメラの一例についてその構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態による焦点検出装置のカメラの一例についてその構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による焦点検出装置の一例について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による焦点検出装置を備える撮像装置の一例についてその構成を示す図である。

図示の撮像装置は、撮像レンズユニット（以下単に撮像レンズと呼ぶ）が交換可能なデジタル一眼レフカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）。

撮像レンズ（レンズ本体ともいう）１は対物レンズである撮像光学系２を有しており、撮像レンズ１はカメラ本体８に対して交換可能に取り付けられている。撮像光学系２は１つ又は複数のレンズ群から構成され、レンズの全て又は一部をレンズ駆動部３によって光軸１７に沿って移動させると、焦点距離およびフォーカスを変化させることができる。

レンズ状態検出部４は、レンズ駆動部３に接続され、撮像光学系２の焦点距離、つまり、撮像光学系２のズーム状態又はフォーカス状態を検出する。フォーカス制御部５は、例えば、ＣＰＵであり、レンズ状態検出部４を介してレンズ駆動部３を駆動制御する。つまり、フォーカス制御部５は撮像レンズ１の制御を司ることになる。

カメラ本体８には、ＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子１１が備えられており、撮像光学系２を通過した光学像（被写体像）が撮像素子１１の撮像面に結像する。そして、撮像素子１１は光学像に応じた画像信号を出力する。

さらに、カメラ本体８には、液晶パネル３０および接眼光学系２９が備えられており、撮像素子１１によって得られた画像信号に応じた画像およびその他の情報が液晶パネル３０に表示され、接眼光学系２９を介してユーザは画像および情報を目視することができる。これら液晶パネル３０および接眼光学系２９によって電子ファインダー系が構成される。

また、カメラ本体８には、光分割部として用いられるペリクルミラー−（光分離手段）１９が配置され、このペリクルミラー１９で反射された反射光が第１の焦点検出部１２に与えられる。第１の焦点検出部１２は、例えば、位相差検出方式を用いて焦点検出を行う。ペリクルミラー１９を透過した透過光が撮像素子１１の撮像面に導かれる。そして、カメラ本体８には、カメラ本体８全体の制御を司るＣＰＵなどのカメラ制御部１３が設けられている。

図示のように、撮像素子１１および第１の焦点検出部１２にはそれぞれ信号検出部１１ａおよび１２ａが接続されており、これら信号検出部１１ａおよび１２ａの出力は演算装置１４に与えられる。演算装置１４は連続性判断部１４ａおよび１４ｃと演算部１４ｂとを有しており、演算装置１４は後述する演算処理を行うとともに、ピント移動（つまり、焦点移動）の連続性を判定する。そして、演算装置１４の出力はカメラ制御部１３に与えられる。

図２は、図１に示す第１の焦点検出部１２の構成を説明するための縦断面図である。なお、図２に示す例では、ペリクルミラー−１９が省略されている。

第１の焦点検出部１２には撮像光学系（対物レンズ）２の予定焦点面が規定され、この予定焦点面（つまり、撮像素子１１と共役な面）の近傍には視野マスク５１が配置されている。さらに、当該予定焦点面の近傍にはフィールドレンズ５２が配置され、フィールドレンズ５２の後段には２次結像系５４が配置されている。この２次結像系５４は２つのレンズ５４ａおよび５４ｂを有している。

図示のように、２次結像系５４によって光学像が焦点検出センサ５６に結像する。焦点検出用センサ５６は２つのセンサ列５６ａおよび５６ｂを有しており、センサ列５６ａおよび５６ｂはそれぞれレンズ５４ａおよび５４ｂに対応している。

なお、フィードレンズ５２と２次結像系５４との間には絞り５３が配置され、この絞り５３にはレンズ５４ａおよび５４ｂに対応する開口部５３ａおよび５３ｂが形成されている。また、対物レンズ２には２つの領域７０ａおよび７０ｂを含む射出瞳７０が規定されている。

フィールドレンズ５２は、射出瞳７０の領域７０ａおよび７０ｂを通過した光束を絞り５３の開口部５３ａおよび５３ｂの近傍に結像させる。これによって、射出瞳７０の領域７０ａおよび７０ｂを通過した光束５０ａおよび５０ｂはそれぞれセンサ列５５ａおよび５５ｂにそれぞれ入射する。ここでは、１次結像光学系６０によって２次結像光学系６１に光束が入射する。

センサ列５５ａおよび５５ｂ上の光量分布のずれ量は対物レンズ２のデフォーカス量（つまり、焦点ずれ量）と所定の関数関係にあるので、当該ずれ量を求めれば対物レンズ２の焦点ずれの方向およびその量を検出することができる。ここでは、撮影画角内の複数の測距点位置に対応して２次結像光学系を構成して、撮影画角内に複数の測距点を設ける。

図３は、図１に示す第１の焦点検出部１２における測距点の配置を説明するための図である。そして、図３（ａ）は測距点の配置を示す図であり、図３（ｂ）は測距視野の方向を示す図である。

いま、中央に位置する測距点をＣ、測距点Ｃに対してそれぞれ上および下に位置する測距点をＴおよびＢとする。さらに、測距点Ｃに対してそれぞれ左右に位置する測距点をＬおよびＲとし、測距点Ｃに対して対角に位置する測距点をＴＬ、ＴＲ、ＢＬ、およびＢＲとする。

図３（ｂ）に示すように、中央の測距点Ｃが、縦目および横目のクロス測距が可能であり、測距点ＴおよびＢでは横目の測距が可能である。また、測距点Ｌ、Ｒ、ＴＬ、ＴＲ、ＢＬ、およびＢＲは縦目の測距点となっている。一般に横目の測距点は縦の模様に対して測距が可能であり、横の模様は苦手被写体となる。一方、縦目の測距点は横の模様に対して測距が可能であり、縦の模様は苦手な被写体となる。

図４は、図１に示す撮像素子１１における撮像用画素の構造を説明するための図である。そして、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図４（ａ）に示す例では、２行×２列の４画素のうち、対角の２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にそれぞれＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を配置したベイヤー配列が用いられている。そして、ベイヤー配列の間に、後述する構造の複数の焦点検出用画素が所定の規則で分散配置され、前述の２行×２列の画素構造が繰り返して配列される。

図４（ｂ）において、各画素の最前面にはオンチップマイクロレンズＭＬが配置されている。そして、マイクロレンズＭＬの後には、Ｒ（赤）のカラーフィルタＣＦＲおよびＧ（緑）のカラーフィルタＣＦＧが配置されている。なお、ＰＤ（フォトダイオード）は、撮像素子１１（例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ）の光電変換素子を模式的に示したものであり、ＣＬ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌａｙｅｒ）はは撮像素子１１における各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。また、ＴＬ（Ｔａｋｉｎｇ Ｌｅｎｓ）は撮像光学系を模式的に示したものである。

ここで、撮像用画素のマイクロレンズＭＬと光電変換素子ＰＤとは、撮像光学系ＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。撮像光学系ＴＬの射出瞳ＥＰ（Ｅｘｉｔ Ｐｕｐｉｌ：瞳領域ともいう）と光電変換素子ＰＤとは、マイクロレンズＭＬによって共役関係にあり、かつ光電変換素子ＰＤの有効面積は大面積に設計される。

また、図４（ｂ）においては、Ｒ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素およびＢ（青）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。

図５は、図１に示す撮像素子１１において縦線検出のための焦点検出用画素の構造を説明するための図である。そして、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図５においては、撮像光学系の水平方向（左右方向又は横方向）に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置および構造が示されており、ここで、水平方向とは、撮像光学系の光軸と撮像領域の長辺とが地面に平行となるようにカメラを構えた際、光軸と直交し、かつ水平方向に延びる直線に沿った方向をいう。

図５（ａ）において、２行×２列の撮像用画素のうちＧ画素を残してＲ画素およびＢ画素に相当する位置に所定の割合で焦点検出用画素が配列される。ＳＨＡおよびＳＨＢはその分割形態が異なる焦点検出用画素である。つまり、これら焦点検出用画素ＳＨＡおよびＳＨＢはベイヤー配列の間に所定の規則によって分散配置される。

具体的には、画像信号を得る際には、人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認められやすい。このため、Ｇ画素は輝度情報の主成分をなす。一方、Ｒ又はＢ画素は色情報を取得する画素であるが、人間は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化に気づきにくい。そこで、２行×２列の画素のうちＧ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢに相当する位置の一部の画素に所定の割合で焦点検出用画素ＳＨＡおよびＳＨＢを配列する。

マイクロレンズＭＬと光電変換素子ＰＤとは図４（ｂ）に示す撮像用画素と同一構造である。ここでは、焦点検出用画素の信号は画像生成には用いないので、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（無色）が配置される。また、撮像素子１１で瞳分割を行うため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向（ここでは、水平方向）に偏心している。

具体的には、焦点検出用画素ＳＨＡの開口部ＯＰＨＡは右側に偏心しているので、焦点検出用画素ＳＨＡは撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、焦点検出用画素ＳＨＢの開口部ＯＰＨＢは左側に偏心しているので、焦点検出用画素ＳＨＢは撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。

ここで、焦点検出用画素ＳＨＡを水平方向に規則的に配列し、これらの焦点検出用画素群ＳＨＡで取得した被写体像（像信号）をＡ像（Ａ像信号）とする。同様に、焦点検出用画素ＳＨＢも水平方向に規則的に配列して、これらの焦点検出用画素群ＳＨＢで取得した被写体像をＢ像（Ｂ像信号）とする。これらＡ像とＢ像の相対的位置（つまり、像ずれ量）を検出することで、水平方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。

なお、画素ＳＨＡおよびＳＨＢでは、撮像領域の横方向に輝度分布を有する被写体、例えば、縦線については焦点検出が可能であるが、縦方向に輝度分布を有する横線については焦点検出が不能である。そこで、ここでは、横線についても焦点検出を行うことができるように、撮像光学系の垂直方向（縦方向）に瞳分割を行う画素を備えている。

図６は、図１に示す撮像素子１１において横線検出のための焦点検出用画素の構造を説明するための図である。そして、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

図６においては、撮像光学系の垂直方向（上下方向又は縦方向）に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置および構造が示されており、ここで、垂直方向とは、撮像光学系の光軸と撮像領域の長辺とが地面に平行となるようにカメラを構えた際、光軸と直交し、かつ鉛直方向に延びる直線に沿った方向をいう。

図６（ａ）において、２行×２列の撮像用画素のうちＧ画素を残してＲ画素およびＢ画素に相当する位置に所定の割合で焦点検出用画素が配列される。ＳＶＣおよびＳＶＤはその分割形態が異なる焦点検出用画素である。つまり、これら焦点検出用画素ＳＶＣおよびＳＶＤはベイヤー配列の間に所定の規則によって分散配置される。

図５（ｂ）に示す例では画素が横方向に瞳分離する構造であるが、図６（ｂ）に示す例では画素の瞳分離方向が縦方向になっている点が異なるのみで、その他の画素の構造は図５（ｂ）に示す例と同様である。焦点検出用画素ＳＶＣの開口部ＯＰＶＣは下側に偏心して撮影光学系ＴＬの上側の射出瞳ＥＰＶＣを通過した光束を受光する。同様に、焦点検出用画素ＳＶＤの開口部ＯＰＶＤは上側に偏心して撮像光学系ＴＬの下側の射出瞳ＥＰＶＤを通過した光束を受光する。

ここで、焦点検出用画素ＳＶＣを垂直方向に規則的に配列し、これらの焦点検出用画素群ＳＶＣで取得した被写体像（像信号）をＣ像（Ｃ像信号）とする。同様に、焦点検出用画素ＳＶＤも垂直方向に規則的に配列して、これらの焦点検出用画素群ＳＶＤで取得した被写体像をＤ像（Ｄ像信号）とする。これらＣ像とＤ像の相対的位置（つまり、像ずれ量）を検出することで、垂直方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。

図７は、図１に示す撮像素子１１において撮像用画素の間に焦点検出用画素を離散的に配置する際の最小単位の配置規則を説明するための図である。

図７において、いま、１０行×１０列＝１００画素の正方形領域を１つのブロックとする。左上のブロックＢＬＫ（１，１）において、左下のＲ画素およびＢ画素を、水平方向に瞳分割を行う１組の焦点検出用画素ＳＨＡおよびＳＨＢで置き換える。ブロックＢＬＫ（１，１）の右隣りのブロックＢＬＫ（１，２）においては、同様に左下のＲ画素およびＢ画素を、垂直方向に瞳分割を行う１組の焦点検出用画素ＳＶＣおよびＳＶＤで置き換える。

さらに、ブロックＢＬＫ（１，１）の下側に隣接するブロックＢＬＫ（２，１）の画素配列をブロックＢＬＫ（１、２）と同様にする。そして、ブロックＢＬＫ（２，１）の右隣りに位置するブロックＢＬＫ（２，２）の画素配列をブロックＢＬＫ（１，１）と同様にする。

この配置規則を一般化すると、ブロックＢＬＫ（ｉ，ｊ）において、（ｉ＋ｊ）が偶数であれば、当該ブロックＢＬＫ（ｉ，ｊ）に水平瞳分割用の焦点検出用画素を配置する。一方、（ｉ＋ｊ）が奇数であれば、当該ブロックＢＬＫ（ｉ，ｊ）に垂直瞳分割用の焦点検出用画素を配置することになる。そして、図７に示す２×２＝４ブロック、つまり、２０行×２０列＝４００画素の領域をブロックの上位の配列単位であるクラスタとする。

図８は、図７で説明したクラスタを単位とする配置規則を説明するための図である。

図８において、２０行×２０列＝４００画素で構成されたクラスタについて左上のクラスタをＣＳＴ（ｕ，ｗ）＝ＣＳＴ（１，１）とする。クラスタＣＳＴ（１，１）においては、各ブロックの左下のＲ画素およびＢ画素が焦点検出用画素ＳＨＡおよびＳＨＢ又はＳＶＣおよびＳＶＤで書き換えられる。

クラスタＣＳＴ（１，１）の右隣りに位置するクラスタＣＳＴ（１，２）においては、ブロックに配置される焦点検出用画素を、クラスタＣＳＴ（１，１）に対して上方向に２画素分シフトした位置に配置する。また、クラスタＣＳＴ（１，１）の下側に隣接するクラスタＣＳＴ（２，１）においては、ブロックに配置される焦点検出用画素を、クラスタＣＳＴ（１，１）に対して右方向に２画素分シフトした位置に配置する。このような規則によって焦点検出用画素を配置すると図８に示すような配置が得られる。

上記の配置規則を一般化すると以下のようになる。なお、焦点検出用画素の座標は、図５又は図６に示すＧ画素を含む４画素を一つの単位（ペア）として、当該ペアのうちの左上の画素の座標を用いて規定される。また、各ブロックにおける座標は左上を（１、１）として、下方向と右方向を正とする。

クラスタＣＳＴ（ｕ，ｗ）において、各ブロックにおける焦点検出用画素ペアの水平座標は（２×ｕ−１）となり、垂直座標は（１１−２×ｗ）となる。そして、図８に示す５×５＝２５クラスタ、つまり、１００行×１００列＝１万画素の領域を、クラスタの上位の配列単位であるフィールドとする。

図９は、図８で説明したフィールドを単位とする配置規則を説明するための図である。

図９において、１００行×１００列＝１万画素で構成された左上のフィールドをＦＬＤ（ｑ，ｒ）＝ＦＬＤ（１，１）とする。そして、全てのフィールドＦＬＤ（ｑ，ｒ）はフィールドＦＬＤ（１，１）と同様の配列となっている。

フィールドＦＬＤ（ｑ，ｒ）を水平方向に４５個、垂直方向に３０個配列すると、３０００行×４５００列＝１３５０万画素の撮像領域は１３５０個のフィールドＦＬＤ（ｑ，ｒ）で構成される。そして、撮像領域全面に亘って焦点検出用画素が均一に分布される。

図１０は、図１に示す撮像素子１１に備えられた焦点検出用画素である第２の焦点検出部における瞳分割機能を概念的に説明する図である。

図１０において、撮影光学系ＴＬを介して被写体ＯＢＪの像が撮像素子１１に結像し、撮像素子１１は当該像（光学像）に応じた像信号ＩＭＧを出力する。撮像素子１１において、撮像用画素は、図４で説明したように、撮影光学系ＴＬの射出瞳全域ＥＰを通過した光束を受光する。一方、焦点検出用画素は、図５および図６で説明した瞳分割機能を有している。

つまり、撮像素子１１において、図５で説明した画素ＳＨＡは撮像面からレンズ後端をみて左側の瞳領域を通過した光束ＬＨＡ、つまり、図１０に示す瞳領域ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様して、画素ＳＨＢ、ＳＶＣ、およびＳＶＤはそれぞれ瞳領域ＥＰＨＢ、ＥＰＶＣ、およびＥＰＶＤを通過した光束ＬＨＢ、ＬＨＣ、およびＬＨＤを受光する。そして、焦点検出用画素は、撮像素子１１の全領域に亘って配列されているので、撮像領域全域において焦点検出を行うことができる。

図１１は、図１に示す撮像素子１１で得られた画像と焦点検出領域とを説明するための図である。

図１１において、撮像素子１１の撮像面に結像した被写体像（光学像）では、その中央に人物、左側に近景の樹木、そして、右側に遠景の山並みが存在する。前述のように、撮像素子１１においては、焦点検出用画素として横ずれ検出用の画素ペアＳＨＡおよびＳＨＢと縦ずれ検出用の画素ペアＳＶＣおよびＳＶＤとが撮像領域全域に亘って均等な密度で配置されている。

横ずれ検出の際には、後述するように、位相差演算のためのＡＦ画素信号がグループ化処理される。また、縦ずれ検出の際には、位相差演算のためのＡＦ画素信号がグループ化処理される。これによって、撮像領域の任意位置において横ずれ検出および縦ずれ検出のための測距領域を設定することができる。

図１１においては、画像の中央に人物の顔が存在している。そこで、既知の顔認識手法によって顔の存在を検出すると、顔領域を中心として横ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ１，ｙ１）と縦ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ３，ｙ３）とが設定される。ここで、ｈは水平方向を表し、（ｘ１，ｙ１）および（ｘ３，ｙ３）は焦点検出領域の左上隅の座標を表す。

焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ１，ｙ１）の各セクションに含まれる５個の焦点検出画素用ＳＨＡを加算して、その加算結果を３０セクションに亘って連結した位相差検出用のＡ像信号がＡＦＳＩＧｈ（Ａ１）である。同様に、各セクションの５個の焦点検出画素用ＳＨＢを加算して、その加算結果を３０セクションに亘って連結した位相差検出用のＢ像信号がＡＦＳＩＧｈ（Ｂ１）である。

そして、Ａ像信号ＡＦＳＩＧｈ（Ａ１）とＢ像信号ＡＦＳＩＧｈ（Ｂ１）の相対的な横ずれ量を既知の相関演算によって求めれば、被写体の焦点ずれ量（デフォーカス量）を得ることができる。

焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ３，ｙ３）についても同様にして焦点ずれ量を求める。そして、横ずれおよび縦ずれの焦点検出領域で検出した２つの焦点ずれ量を比較して、信頼性の高い値を採用する。

一方、画像の左側に位置する樹木の幹部は縦線成分が主体であるので、つまり、横方向に輝度分布を有しているので、横ずれ検知に適した被写体と判定されて、横ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｈ（ｘ２，ｙ２）が設定される。また、画像の右側に位置する山並み稜線部は横線成分が主体であるので、つまり、縦方向に輝度分布を有しているので、縦ずれ検知に適した被写体と判定されて、縦ずれ検知のための焦点検出領域ＡＦＡＲｖ（ｘ４，ｙ４）が設定される。

上述のように、第２の焦点検出部においては、横ずれおよび縦ずれ検出のための焦点検出領域が画像の任意位置に設定可能であるので、被写体の投影位置および輝度分布の方向性が様々であっても、常に正確に焦点検出を行うことができる。

図１２は、図１に示すカメラにおける撮影処理を説明するためのフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理はカメラ制御部１３の制御下で行われる。

いま、ユーザがカメラの電源スイッチ（メインスイッチ）をオン操作すると、カメラ制御部１３はレンズ駆動部３などのアクチュエータおよび撮像素子１１の作確認を行って、内蔵メモリおよび実行プログラムの初期化を行う（ステップＳ１０２）。続いて、カメラ制御部１３はフォーカス制御部５を介して撮像光学系２のズーム位置およびフォーカス位置などの撮像光学系状態を検出して、レンズ情報を得る（ステップＳ１０３）。

次に、カメラ制御部１３はユーザ操作による撮影条件設定を受付けて（ステップＳ１０４）、焦点検出および撮影の準備を終了する。そして、カメラ制御部１３は前述のようにして測距点を選択して（ステップＳ１０５）、レリーズスイッチ（図示せず）が半押されてスイッチがオンしたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

レリーズ半押しによるスイッチのオンがないと（ステップＳ１０６において、ＮＯ）、カメラ制御部１３は待機する。一方、レリーズ半押しによってスイッチがオンすると（ステップＳ１０６において、ＹＥＳ）、カメラ制御部１３は、撮影条件設定によって動体予測モードがオンとされたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

動体予測モードがオフであると（ステップＳ１０７において、ＮＯ）、カメラ制御部１３は後述する第１の焦点検出サブルーチンを実行する（ステップＳ２０１）。そして、カメラ制御部１３は第１の焦点検出サブルーチンの実行によって得られた第１の焦点検出結果が合焦（合焦状態）を示しているか否かを判定する合焦判定を行う（ステップＳ１０８）。

合焦判定の結果が合焦でないと（ステップＳ１０８において、ＮＯ）、カメラ制御部１３は、第１の焦点検出結果に応じてフォーカス制御部５を制御してレンズ駆動部３によってフォーカスレンズを光軸１７に沿って駆動する（ステップＳ１０９）。そして、カメラ制御部１３はステップＳ２０１の処理に戻って再度第１の焦点検出サブルーチンを実行する。

一方、合焦判定の結果が合焦であると（ステップＳ１０８において、ＹＥＳ）、カメラ制御部１３は液晶パネル３０に合焦された旨の合焦表示を行う（ステップＳ１１０）。そして、カメラ制御部１３は撮影開始スイッチ（図示せず）がオンしたか否かを判定する（ステップＳ１１１）。

撮影開始スイッチがオフであると（ステップＳ１１１において、ＮＯ）、カメラ制御部１３は待機する。撮影開始スイッチがオンとなると（ステップＳ１１１において、ＹＥＳ）、カメラ制御部１３は、後述する撮影サブルーチンを実行する（ステップＳ５０１）。そして、カメラ制御部１３は撮影処理を終了する。

ステップＳ１０７において、動体予測モードがオンであると（ステップＳ１０７において、ＹＥＳ）、カメラ制御部１３は、後述する動体予測サブルーチンを実行する（ステップＳ４０１）。そして、カメラ制御部１３は動体予測サブルーチンの実行によって得られた焦点検出結果（以下第２の焦点検出結果と呼ぶ）に応じてフォーカスレンズを光軸に沿って駆動する（ステップＳ１１３）。

続いて、カメラ制御部１３は撮影開始スイッチがオンしたか否かを判定する（ステップＳ１１４）。撮影開始スイッチがオフであると（ステップＳ１１４において、ＮＯ）、カメラ制御部１３はステップＳ１０６の処理に戻って、レリーズスイッチが半押しされたか否かを判定する。

一方、撮影開始スイッチがオンとなると（ステップＳ１１４において、ＹＥＳ）、カメラ制御部１３は、ステップＳ５０１の撮影サブルーチンを実行して、ステップＳ１０６の処理に戻って、レリーズスイッチが半押しされたか否かを判定する。

図１３は、図１２に示す第１の焦点検出サブルーチンを説明するためのフローチャートである。なお、第１の焦点検出サブルーチンでは第１の焦点検出部１２による焦点検出結果に応じた演算装置１４による演算結果に基づいて、カメラ制御部１３は測距動作を行うことになる。

第１の焦点検出サブルーチンが開始されると、カメラ制御部１３は、前述のステップＳ１０５で選択した測距点に応じて測距点範囲を設定する（ステップＳ２０２）。これによって、第１の焦点検出部１２から測距点範囲にある焦点検出画素から像信号が出力されて（ステップＳ２０３）、演算装置１４がカメラ制御部１３の制御下で像信号に応じて相関演算を行う（ステップＳ２０４）。そして、カメラ制御部１３は相関演算結果に基づいて相関信頼性判定を行う（ステップＳ２０５）。

相関信頼性判定の結果がＮＧであると（ステップＳ２０５において、ＮＯ）、カメラ制御部１３はステップＳ２０２の処理に戻って再度測距点範囲の設定を行う。一方、相関信頼性判定の結果がＯＫであると（ステップＳ２０５において、ＹＥＳ）、カメラ制御部１３は像信号に応じて焦点ズレ量を算出して（ステップＳ２０６）、第１の焦点検出サブルーチンを終了する。

図１４は、図１２に示す動体予測サブルーチンを説明するためのフローチャートである。

動体予測サブルーチンが開始されると、カメラ制御部１３は内蔵メモリに記録された動体予測曲線を読み込む（ステップＳ４０２）。そして、カメラ制御部１３はステップＳ２０１で説明した第１の焦点検出サブルーチンを実行する。

第１の焦点検出サブルーチンを終了すると、カメラ制御部１３は動体予測曲線と焦点ずれ量とを比較して第１の動体予測演算を行う（ステップＳ４０３）。続いて、カメラ制御部１３は演算装置１４を制御して動体予測曲線の連続性を判定して第１の連続性判定結果を得る（ステップＳ４０４）。第１の連続性判定結果に応じて動体予測曲線の連続性判定がＯＫであると（ステップＳ４０４において、ＹＥＳ）、カメラ制御部１３は動体が状態Ａであると判定する（ステップＳ４０５）。

一方、動体予測曲線の連続性判定がＮＧであると（ステップＳ４０４において、ＮＯ）、カメラ制御部１３は、後述する第２の焦点検出サブルーチンを実行する（ステップＳ３０１）。そして、カメラ制御部１３は動体予測曲線と焦点ずれ量とを比較して第２の動体予測演算を実行する（ステップＳ４０６）。

次に、カメラ制御部１３は演算装置１４を制御して動体予測曲線の連続性を判定して第２の連続性判定結果を得る（ステップＳ４０７）。第２の連続性判定結果に応じて動体予測曲線の連続性判定がＯＫであると（ステップＳ４０７において、ＹＥＳ）、カメラ制御部１３は動体が状態Ｂであると判定する（ステップＳ４０８）。

一方、動体予測曲線の連続性判定がＮＧであると（ステップＳ４０７において、ＮＯ）、カメラ制御部１３は動体が状態Ｃであると判定する（ステップＳ４０９）。

ステップＳ４０５、Ｓ４０８、又はＳ４０９の処理の後、カメラ制御部１３は状態Ａ、Ｂ、又はＣに応じて動体予測（つまり、移動予測）の再補間処理を行って（ステップＳ４１０）、動体予測サブルーチンを終了する。

図１５は、図１４に示す第２の焦点検出サブルーチンを説明するためのフローチャートである。

第２の焦点検出サブルーチンが開始されると、カメラ制御部１３は前述のステップＳ１０５で選択した測距点に基づいて焦点検出範囲を設定する（ステップＳ３０２）。そして、カメラ制御部１３は演算装置１４を制御して焦点検出範囲にある撮像用画素および焦点検出用画素から像信号（つまり、画素信号）を読み出す（ステップＳ３０３）。

続いて、カメラ制御部１３は撮像用画素信号に基づいて被写体のパターン認識を行う（ステップＳ３０４）。そして、カメラ制御部１３は認識した被写体領域に基づいて、像ズレ検出方向を選択する（ステップＳ３０５）。次に、カメラ制御部１３は図７又は図９で説明したセクション構造に基づいて、各セクションにおける焦点検出用画素信号を加算してＡＦ画素信号を得る（ステップＳ３０６）。

続いて、カメラ制御部１３はＡＦ画素信号に基づいて相関演算用の２像信号を得る（ステップＳ３０７）。具体的には、カメラ制御部１３は、図１１に示すＡＦＳＩＧｈ（Ａ１）とＡＦＳＩＧｈ（Ｂ１）、又はＡＦＳＩＧｖ（Ｃ３）とＡＦＳＩＧｖ（Ｄ３）などの対の信号を生成する。

その後、カメラ制御部１３の制御下で演算装置１４は２像の相関演算を行って、２像の相対的な位置ずれ量を求める（ステップＳ３０８）。そして、カメラ制御部１３は相関演算結果の信頼性を判定する（ステップＳ３０９）。ここで、信頼性とは、２像の一致度をいい、例えば、一致度が所定の閾値以上である場合には、２像の一致度が良いとされ、焦点検出結果の信頼性が高い。このため、複数の焦点検出領域が選択されている場合には、信頼性の高い領域が優先的に用いられる。

信頼性がＮＧであると（ステップＳ３０９において、ＮＯ）、カメラ制御部１３はステップＳ３０２の処理に戻って、再度焦点検出範囲を設定する。一方、信頼性がＯＫであると（ステップＳ３０９において、ＹＥＳ）、カメラ制御部１３は演算装置１４を制御して焦点検出結果に応じて焦点ずれ量を求める（ステップＳ３１０）。そして、カメラ制御部１３は第２の焦点検出サブルーチンを終了する。

図１６は、図１２に示す撮影サブルーチンを説明するためのフローチャートである。

撮影サブルーチンが開始されると、カメラ制御部１３は光量調節絞り（図示せず）を駆動するとともに、露光時間を規定するメカニカルシャッタの開口制御を行う（ステップＳ５０２）。そして、カメラ制御部１３の制御下で、演算装置１４は静止画撮影のための画素読み出しを行う（ステップＳ５０３）。つまり、撮像素子１１の全画素の読み出しが行われる。

演算装置１４は画素読み出しの結果得られた画像信号について欠損画素補間を行う（ステップＳ５０４）。ここでは、焦点検出用画素の出力は撮像のためのＲＧＢカラー情報を有していないので、画像を得る際には欠陥画素に相当する。よって、演算装置１４は当該欠陥画素の周囲に位置する撮像用画素の画素信号に応じて補間処理を行ってより画像信号を生成する。

続いて、演算装置１４は画像信号についてγ補正およびエッジ強調などの画像処理を行う（ステップＳ５０５）。そして、カメラ制御部１３は画像処理後の画像信号である画像データを図示しないフラッシュメモリに撮影画像として記録する（ステップＳ５０６）。その後、カメラ制御部１３はＬＣＤなどの表示部（図示せず）に画像データに応じた画像を表示して（ステップＳ５０７）、撮影サブルーチンを終了する。

このように、本発明の第２の実施形態では、撮像素子１１に横ずれおよび縦ずれ検出のための焦点検出領域を全領域に亘って設定するようにしたので、被写体の投影位置および輝度分布の方向性が様々であっても、第２の焦点検出部によって撮像領域全域で撮像面位相差ＡＦによる焦点検出を行うことができる。

図１７は、図１に示す第１の焦点検出部１２と第２の焦点検出部である撮像素子１１におけるデフォーカス検出結果を示す図である。

図１７においては、デフォーカス検出結果が時間（横軸）に対するピント位置（縦軸）で表されている。図中、白四角の点は第１の焦点検出部１２で得られたピント位置の検出結果を示し、黒四角の点は第１の焦点検出部１２による測距結果が不安定な状態を示す。一方、白丸の点は第２の焦点検出部で得られたピント位置の検出結果を示し、黒丸の点は第２の焦点検出部による測距結果が不安定な状態を示す。

図１８は、図１７に示すデフォーカス検出結果に応じた動体予測曲線の一例を示す図である。

図１８では、図１７に示すデフォーカス検出結果に基づいて、第１の焦点検出部１２および第２の焦点検出部による動体予測曲線が示されている。図示のように、移動する被写体（動体）について撮影を行う際には事前に被写体に対するピントを予測してフォーカス制御を行う必要がある。

図１９は、図１に示す第１の焦点検出部１２における測距点移動を説明するための図である。そして、図１９（ａ）〜図１９（ｆ）はそれぞれ図１７に示す区間（ａ）〜（ｆ）に対応する測距点を示す図である。

また、図２０は図１に示す第２の焦点検出部として用いられる撮像素子１１における測距点移動を説明するための図である。そして、図２０（ａ）〜図２０（ｆ）はそれぞれ図１８に示す区間（ａ）〜（ｆ）に対応する測距点を示す図である。

図１７〜図２０を参照して、測距点の乗り移りの際には、第１の焦点検出部１２においてはピント検出の誤差が大きくなるか又は測距不能となる。測距不能の際には、直前の移動トレンドをメモリなどに保存しておけばよいが、誤差が大きい焦点検出結果を反映させてしまうと、その直後の被写体ピント予測が大きくズレてしまうことになる。

前述のように、ここでは、撮像素子１１を第２の焦点検出部として用い、撮影画角全面に焦点検出画素が配置されているので、第１の焦点検出部１２における焦点検出で誤差を生じる場合であっても、第２の焦点検出部によってピントの移動を検出することが可能となる。

図１９（ａ）および図２０（ａ）においては、主被写体が測距点Ｃで捉えられているので、第１および第２の焦点検出部のいずれを用いても動体予測を行うことができる。但し、第２の焦点検出部においては、その検出精度が第１の焦点検出部と比較して若干悪いので、第２の焦点検出部では焦点検出結果がばらつく現象が起こりやすい。

この場合には、第１の焦点検出部による焦点検出結果を用いて動体予測曲線が算出される。この状態は図１４に示すステップＳ４０４およびＳ４０５による連続性判定結果によって得られる状態Ａに相当する。

図１９（ｂ）および図２０（ｂ）においては、主被写体が測距点Ｃからズレているので、第１の焦点検出部を用いた際には誤検出が生じやすい。一方、第２の焦点検出部を用いた場合には検出枠を主被写体に捉えた状態であるので、検出精度を確保する確率が第１の焦点検出部よりも高くなる。この場合には、第２の焦点検出部による焦点検出結果に基づいて動体予測曲線が算出される。この状態は図１４に示すステップＳ４０７およびＳ４０８による連続性判定によって得られる状態Ｂに相当する。

図１９（ｃ）および図２０（ｃ）においては、主被写体が測距点ＴＲによって捉えられているので、第１および第２の焦点検出部のいずれを用いても動体予測を行うことができる。この場合も、図１９（ａ）および図２０（ａ）と同様に第１の焦点検出部による焦点検出結果に応じて動体予測曲線が算出される。この状態は図１４に示すステップＳ４０４およびＳ４０５による連続性判定結果によって得られる状態Ａに相当する。

図１９（ｄ）および図２０（ｄ）においては、主被写体が測距点ＣおよびＴＲからズレているので、第１の焦点検出部を用いた際には誤検出が生じやすい。ここでは、第２の焦点検出部を用いた際においても検出精度が低下する。

この場合には、第１の焦点検出部による直前までの検出結果に応じて動体予測曲線が算出される。この状態は図１４に示すステップＳ４０７およびＳ４０９による連続性判定によって得られる状態Ｃに相当する。

図１９（ｅ）および（ｆ）と図２０（ｅ）および（ｆ）においては、図１９（ａ）および図２０（ａ）と同様に主被写体が測距点Ｃにより捉えられているので、第１の焦点検出部による焦点検出結果に基づいて動体予測曲線が算出される。この状態は図１４に示すステップＳ４０４およびＳ４０５による連続性判定結果によって得られる状態Ａに相当する。

ところで、カメラを出荷する際には、第１の焦点検出部および第２の焦点検出部は同一の焦点検出結果が得られるように調整されている。しかしながら、実際にカメラを用いて撮影を行う際には、被写体、環境、および背景光などに起因して、必ずしも第１および第２の焦点検出結果による焦点検出結果が一致せず、平均値がオフセットすることがある。

図１７および図１８にはオフセットが発生した状態が示されており、このような場合には、第１の焦点検出部および第２の焦点検出部による焦点検出結果が安定していると判定した際の差分を補正値としてメモリなどに保存しておけばよい。

図１に示すカメラにおいては、図１７〜図２０で説明したようにして、図１４に示すステップＳ４１０の動体予測再補間演算が行われることになる。

このようにして、本発明の第１の実施形態では、カメラが第１および第２の位相差ＡＦを備えているので、被写体が移動した際の合焦を精度よく行うことができる。そして、第１の焦点検出部によって焦点検出を行うことが苦手なシーンになった際にのみ、第２の焦点検出部を用いて焦点検出を行うようにすれば、焦点ズレが大きく飛ぶという現象を回避することができる。

なお、ここでは、動体予測がオフの際には、第１の焦点検出部のみを用いる例について説明したが、第１および第２の焦点検出部を用いる所謂ハイブリッドＡＦを行うようにしてもよい。

［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラの一例ついて説明する。

図２１は、本発明の第２の実施形態による焦点検出装置のカメラの一例についてその構成を示す図である。なお、図２１に示すカメラにおいて、図１に示すカメラと同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。

前述の第１の実施形態においては、第１および第２の焦点検出部ともにＴＴＬ位相差検出方式が用いられているが、図２１に示すカメラでは第２の焦点検出部として外測ＡＦ部４０が設けられている。このため、図２１に示すカメラでは撮像素子１１は位相差ＡＦが可能となる焦点検出用画素を備える必要がない。

上記の外測ＡＦ部４０は撮像光学系を通過しない光（つまり、外光）を用いて被写体までの距離を検出して、当該検出距離に基づいてフォーカスレンズの焦点状態を検出する。例えば、外測ＡＦ部４０は一対のラインセンサを備えており、演算装置１４はカメラ制御部１３の制御下でラインセンサから得られる２像の相関演算を行ってその位相ずれ量を算出して、三角測距の原理を用いて被写体までの距離を測定する。そして、カメラ制御部１３はフォーカス制御部５によって当該検出距離に基づいてフォーカスレンズの焦点位置を制御する。

図２１に示すカメラでは、第１の焦点検出部１２と外測ＡＦ部４０（第２の焦点検出部）とは視差が生じるが、第１の実施形態と同様にして第１の焦点検出部と第２の焦点検出部との移動曲線の連続性を確認するによって、第１の焦点検出部と第２の焦点検出部で得られた被写体像が同一であるか否かを判別することができる。そして、同一の被写体像であることを確認した後、第１の焦点検出部１２による焦点検出結果の連続性が崩れた場合に、第２の焦点検出部で得られた動体予測曲線による補間演算を行う。

このように、本発明の第２の実施形態においてもカメラが第１および第２の位相差ＡＦを備えているので、被写体が移動した際の合焦を精度よく行うことができる。そして、第１の焦点検出部によって焦点検出を行うことが苦手なシーンになった際にのみ、第２の焦点検出部を用いて焦点検出を行うようにすれば、焦点ズレが大きく飛ぶという現象を回避することができる。

なお、撮像素子１１が、位相差ＡＦが可能となる焦点検出用画素を備えている場合には、２つのＴＴＬ位相差ＡＦ部と外測ＡＦ部の３つの位相差ＡＦ部が存在することになる。この際には、これら３つの位相差ＡＦ部による焦点検出結果の連続性を判定して、動体予測の連続性を確保するようにしてもよい。

［第３の実施形態］
続いて、本発明の第３の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラの一例ついて説明する。

図２２は、本発明の第３の実施形態による焦点検出装置のカメラの一例についてその構成を示す図である。なお、図２２に示すカメラにおいて、図１に示すカメラと同一の構成要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。

図２２に示すカメラでは、外測ＡＦ部４０が第１の焦点検出部として用いられ、撮像素子１１が第２の焦点検出部として用いられる。よって、図２２に示す例では、ペリクルミラー１９および２次結像タイプの第１の焦点検出部（位相差ＡＦ部）１２が存在しない。

図２２に示すカメラにおいても、位相差ＡＦが２つ存在するので、焦点検出結果の連続性を判定すれば、２つの位相差ＡＦによって互いに補完することができる。

上述の説明から明らかなように、図１に示す例においては、第１の焦点検出部１２、信号検出部１２ａ、演算装置１４、およびカメラ制御部１３が第１の焦点検出手段として機能する。また、撮像素子１１、信号検出部１２ａ、演算装置１４、およびカメラ制御部１３が第２の焦点検出手段として機能する。

さらに、演算装置１４およびカメラ制御部１３は判定手段および選択手段として機能する。そして、演算装置１４およびカメラ制御部１３は予測手段としても機能する。加えて、フォーカス制御部５、レンズ状態検出部４、およびレンズ駆動部３は駆動制御手段として機能する。

なお、図１に示す例では、少なくとも撮像素子１１、第１の焦点検出部１２、信号検出部１２ａおよび１１ａ、演算装置１４、およびカメラ制御部１３が焦点検出装置を構成する。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を焦点検出装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを焦点検出装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

上記の制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも第１の焦点検出ステップ、第２の焦点検出ステップ、判定ステップ、および選択ステップを有している。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。

２ 撮像光学系
３ レンズ駆動部
４ レンズ状態検出部
５ フォーカス制御部
８ カメラ本体
１１ 撮像素子（第２の焦点検出部）
１２ 第１の焦点検出部（位相差ＡＦ部）
１４ 演算装置
１９ ペリクルミラー
４０ 外測ＡＦ部

Claims (9)

1. 撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置であって、
   位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出手段と、
   前記第１の焦点検出手段とは別に設けられ前記第１の焦点検出手段とは異なる位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第２の焦点検出手段と、
   前記第１の焦点検出手段によって得られた第１の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第１の連続性判定結果として判定するとともに、前記第２の焦点検出手段によって得られた第２の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第２の連続性判定結果として判定する判定手段と、
   前記第１の連続性判定結果および前記第２の連続性判定結果に応じて前記第１の焦点検出結果および前記第２の焦点検出結果のいずれか一方を選択する選択手段と、
   を有することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記第１の焦点検出手段は、前記撮像光学系を通過した光学像を受光して、前記位相差検出によって焦点検出を行い、
   前記第２の焦点検出手段は、前記撮像光学系を通過した前記光学像が結像され当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子に備えられ、所定の規則に応じて配列された焦点検出用画素からの像信号を受けて前記位相差検出によって焦点検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記第１の焦点検出手段は、前記撮像光学系を通過した光学像を受光して、前記位相差検出によって焦点検出を行い、
   前記第２の焦点検出手段は、前記撮像光学系を通過しない外光によって前記位相差検出によって焦点検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
4. 前記第１の焦点検出手段は、前記撮像光学系を通過しない外光によって前記位相差検出によって焦点検出を行い、
   前記第２の焦点検出手段は、前記撮像光学系を通過した光学像が結像され当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子に備えられ、所定の規則に応じて配列された焦点検出用画素からの像信号を受けて前記位相差検出によって焦点検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
5. 前記撮像光学系を通過した光学像をそれぞれ前記第１の焦点検出手段および前記撮像素子に導く光分離手段を有することを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
6. 被写体の移動を予測する動体予測モードがオンとされると、前記選択手段で選択された焦点検出結果に基づいて前記被写体の移動予測を行う予測手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置の制御方法であって、
   位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出ステップと、
   前記第１の焦点検出ステップとは異なる位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第２の焦点検出ステップと、
   前記第１の焦点検出ステップによって得られた第１の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第１の連続性判定結果として判定するとともに、前記第２の焦点検出ステップによって得られた第２の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第２の連続性判定結果として判定する判定ステップと、
   前記第１の連続性判定結果および前記第２の連続性判定結果に応じて前記第１の焦点検出結果および前記第２の焦点検出結果のいずれか一方を選択する選択ステップと、
   を有することを特徴とする制御方法。
8. 撮像光学系が合焦状態にあるか否かを検出する焦点検出装置で用いられる制御プログラムであって、
   前記焦点検出装置が備えるコンピュータに、
   位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第１の焦点検出ステップと、
   前記第１の焦点検出ステップとは異なる位相差検出によって前記撮像光学系の焦点状態を検出する第２の焦点検出ステップと、
   前記第１の焦点検出ステップによって得られた第１の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第１の連続性判定結果として判定するとともに、前記第２の焦点検出ステップによって得られた第２の焦点検出結果について焦点移動の連続性を第２の連続性判定結果として判定する判定ステップと、
   前記第１の連続性判定結果および前記第２の連続性判定結果に応じて前記第１の焦点検出結果および前記第２の焦点検出結果のいずれか一方を選択する選択ステップと、
   を実行させることを特徴とする制御プログラム。
9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
   前記選択手段で選択された焦点検出結果に基づいて前記撮像光学系を光軸に沿って駆動制御して前記撮像光学系を被写体に合焦させる駆動制御手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。

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