JP2016142925A

JP2016142925A - 撮像装置およびその制御方法、プログラム、記憶媒体

Info

Publication number: JP2016142925A
Application number: JP2015018798A
Authority: JP
Inventors: 直樹岩▲崎▼; Naoki Iwasaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-08-08
Also published as: US20160227101A1; US10264173B2

Abstract

【課題】被写体が静止している場合と動いている場合とで、それぞれピントの見栄えを損なうことなく高精度なＡＦを行うことができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮影光学系により結像された被写体像から撮像信号を生成するための撮像用画素と、被写体像の位相差を検出するための焦点検出用画素とを有する撮像素子と、焦点検出用画素の信号に基づいて、被写体像のデフォーカス量を算出する算出部と、算出されたデフォーカス量に基づいて、撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節部と、デフォーカス量を所定の閾値と比較することにより、撮影光学系が合焦状態であるか否かを判定する判定部とを備え、判定部は、撮影光学系を動いている被写体に合焦させる場合と、静止している被写体に合焦させる場合とで、所定の閾値を異ならせる。【選択図】図７

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関し、特に撮像面位相差検出方式による焦点調節技術に関する。

近年、一眼レフカメラを代表とする撮像装置は、ライブビュー（ＬＶ）画面を見ながらの撮影方法に対するウェイトが非常に高まっている。撮像装置のオートフォーカス（ＡＦ）方式として様々な手法が提案されているが、主な手法として位相差検出方式とコントラスト検出方式がある。

位相差検出方式は、撮像光学系における互いに異なる射出瞳領域を通過した被写体からの光束を一対のラインセンサ上に結像させ、その一対のラインセンサにより得られた一対の像信号の位相差から撮像光学系のデフォーカス量を算出する。そして、算出されたデフォーカス量に相当する移動量だけフォーカスレンズを移動させることで合焦状態を得る（特許文献１参照）。しかし、上記の位相差検出方式では、撮像素子への光路を遮ってしまうため、ＬＶ画面を見ながらの撮影は基本的にはできない。

コントラスト検出方式は、フォーカスレンズを移動させながら、撮像素子を用いて得られる撮像信号から生成したコントラスト評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を探索することによって合焦状態を得る（特許文献２参照）。コントラスト検出方式は、撮像信号を基にフォーカシングを行うのでＬＶ撮影時のＡＦに適しており、近年、ＬＶ撮影時のＡＦ方式の主流となっている。しかし、上記のコントラスト検出方式は、被写体に合焦させるためにフォーカスレンズを動かす位置及び方向を容易に判断できない。そのため、コントラスト検出方式は、フォーカシングすべき方向を間違えたり、合焦位置を通り過ぎてしまったりして、合焦させるために時間を要する場合があった。

近年需要が高まっているＬＶ画面を見ながらの撮影は、静止画だけでなく動画の撮影にも用いられるため、ＡＦ制御として、合焦させるための応答性に加えて、フォーカシング動作の品位が求められている。最近では、ＬＶ撮影時にも高速かつ品位良くフォーカシングを行うことが可能なＡＦ方式が提案されている。その方式の一つとして挙げられるのが、上記の位相差検出方式を撮像素子面で行う撮像面位相差検出方式である。

撮像面位相差検出方式の種類の１つとして、撮像素子内に撮像用の画素と、一部のラインに設けられた焦点検出用の画素とを配置し、撮像用の画素で撮像を行いつつ、焦点検出用の画素の出力信号を比較することで撮像面位相差検出を行う手法が提案されている（特許文献３参照）。撮像面位相差検出方式を用いることで、ＬＶ撮影でも位相差検出方式でオートフォーカスを行うことが可能になり、高速で品位良くフォーカシングを行うことができる。

また、近年ではＬＶ撮影において顔などの被写体を検出して、検出した顔に対してＡＦを行う撮影方法がある。特許文献４では、撮像面位相差検出方式と、コントラスト検出方式の２つのＡＦ方式を備え、検出した被写体の位置と撮像面位相差検出方式の焦点検出画素の配置関係に応じて、２つのＡＦ方式のどちらを用いるかを予測して切り替える手法が提案されている。

特開平０９−０５４２４２号公報特開２００１−００４９１４号公報特開２０００−１５６８２３号公報特開２０１３−００３５０１号公報

しかしながら、上記の撮像面位相差検出方式でＡＦを実行する際、高速にピントの追従ができたとしても被写体の動きによってはピントを追従しきれず、ＡＦが完了する迄に時間がかかり、シャッターチャンスを逃す場合があった。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被写体が静止している場合と動いている場合とで、それぞれピントの見栄えを損なうことなく高精度なＡＦを行うことができる撮像装置を提供することである。

本発明に係わる撮像装置は、撮影光学系により結像された被写体像から撮像信号を生成するための撮像用画素と、被写体像の位相差を検出するための焦点検出用画素とを有する撮像素子と、前記焦点検出用画素の信号に基づいて、被写体像のデフォーカス量を算出する算出手段と、算出されたデフォーカス量に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、前記デフォーカス量を所定の閾値と比較することにより、前記撮影光学系が合焦状態であるか否かを判定する判定手段と、を備え、前記判定手段は、前記撮影光学系を動いている被写体に合焦させる場合と、静止している被写体に合焦させる場合とで、前記所定の閾値を異ならせることを特徴とする。

本発明によれば、被写体が静止している場合と動いている場合とで、それぞれピントの見栄えを損なうことなく高精度なＡＦを行うことが可能となる。

本発明の撮像装置の一実施形態であるレンズ交換式カメラの構成を示すブロック図。非撮像面位相差検出方式および撮像面位相差検出方式の画素構成を示す図。ＡＦ枠の設定を説明するための図。焦点検出処理を説明するためのフローチャート。コンティニュアスＡＦの動作を説明するためのフローチャート。ハイブリッドＡＦの動作を説明するためのフローチャート。図６における合焦判定を説明するためのフローチャート。図５における再起動判定を説明するためのフローチャート。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に記載された構成に限定されるものではない。

図１は、本発明の撮像装置の一実施形態であるレンズ交換式カメラの構成を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置は交換可能なレンズユニット１０とカメラ本体２０とから構成されている。レンズ全体の動作を統括制御するレンズ制御部１０６と、レンズユニット１０を含めたカメラシステム全体の動作を統括するカメラ制御部２１５とは、レンズマウントに設けられた端子を通じて相互に通信可能である。

まず、被写体像を結像させるレンズユニット１０の構成について説明する。固定レンズ１０１、絞り１０２、フォーカスレンズ１０３は撮影光学系を構成する。絞り１０２は、絞り駆動部１０４によって駆動され、後述する撮像素子２０１への入射光量を制御する。フォーカスレンズ１０３はフォーカスレンズ駆動部１０５によって駆動され、フォーカスレンズ１０３の位置に応じて撮像光学系の合焦距離が変化する。絞り駆動部１０４、フォーカスレンズ駆動部１０５はレンズ制御部１０６によって制御され、絞り１０２の開口量や、フォーカスレンズ１０３の位置を決定する。

レンズ操作部１０７は、ＡＦ／ＭＦモードの切り替え、撮影距離範囲の設定、手ブレ補正モードの設定など、ユーザがレンズユニット１０の動作に関する設定を行うための入力デバイス群である。レンズ操作部１０７が操作された場合、レンズ制御部１０６が操作に応じた制御を行う。レンズ制御部１０６は、後述するカメラ制御部２１５から受信した制御命令や制御情報に応じて絞り駆動部１０４やフォーカスレンズ駆動部１０５を制御し、また、レンズ制御情報をカメラ制御部２１５に送信する。

次に、カメラ本体２０の構成について説明する。カメラ本体２０はレンズユニット１０の撮影光学系を通過した光束から撮像信号を取得できるように構成されている。撮像素子２０１はＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより構成される。レンズユニット１０の撮影光学系から入射した光束は撮像素子２０１の受光面上に結像され、撮像素子２０１に配列された画素に設けられたフォトダイオードにより、入射光量に応じた信号電荷に変換される。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部２１５の指令に従ってタイミングジェネレータ２１８が出力する駆動パルスにより、信号電荷に応じた電圧信号として撮像素子２０１から順次読み出される。

本実施形態の撮像素子２０１は、撮像を行う撮像用画素と、位相差検出方式によるオートフォーカス（ＡＦ）を行うための像信号を生成する焦点検出用画素の２つから構成されている。撮像用画素から画像を生成すると共に、焦点検出用画素から生成した像信号から撮像面位相差ＡＦを行うことが可能である。

図２（ａ）は、撮像面位相差ＡＦに対応していない一般の撮像素子における画素の構成を示し、図２（ｂ）は、撮像面位相差ＡＦに対応した撮像素子の画素の構成を示している。なお、ここではいずれの場合もベイヤ配列の原色カラーフィルタが設けられているものとする。撮像面位相差ＡＦに対応した図２（ｂ）の画素構成では、図２（ａ）と同様の画素が配置されていると共に、その撮像用画素２５０の間に、部分的に焦点検出用画素２５１が配置されている。焦点検出用画素２５１は、１画素が紙面水平方向に２分割されており、受光領域（フォトダイオード）２５１ａと遮光部２５１ｂに分けられている。図２（ｂ）の焦点検出用画素２５１には、遮光部２５１ｂが水平方向の右側にある画素と左側にある画素があり、それぞれフォトダイオードＡ，Ｂが設けられている。なお、図２（ｂ）に示した分割方法は一例であり、他の方法を用いたり、画素によって異なる分割方法が適用されてもよい。

焦点検出用画素２５１に入射する光束を遮光部２５１ｂでマスクし、受光領域２５１ａに設けられたフォトダイオードで受光することで、位相差ＡＦ方式用の像信号が取得できる。フォトダイオードＡ，Ｂのそれぞれで得られる信号（Ａ，Ｂ）がＡＦ用の２つの像信号である。ＡＦ用の２つの像信号に基づいて、後述する位相差ＡＦ信号処理部２０５で相関演算を行い、像ずれ量や各種の信頼性情報を算出する。

図１の説明に戻って、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、撮像素子２０１から読み出された撮像信号及びＡＦ用信号に対し、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング、ゲインの調節、信号のデジタル化を行う。ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、撮像信号をＡＦ画素補正部２０３に、撮像面位相差ＡＦ用の信号を位相差ＡＦ信号処理部２０５にそれぞれ出力する。

ＡＦ画素補正部２０３は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２から出力された撮像信号に対して、図２（ｂ）における焦点検出用画素の信号を、焦点検出用画素の周辺の撮像用画素を用いて撮像用の信号に補正する。そして、画像入力コントローラ２０４およびコントラストＡＦ信号処理部２１９に信号を出力する。焦点検出用画素の出力信号は位相差検出方式のＡＦにのみ使用できるものであり、撮像信号の観点では焦点検出用画素はキズ画素と同じである。図２（ｂ）に示す焦点検出用画素を配置する場合、焦点検出用画素の位置の撮像信号を周囲の撮像用画素の信号を用いて補完する必要がある。ＡＦ画素補正の方法については、本発明の特徴的な部分ではないため説明を省略する。

画像入力コントローラ２０４は、ＡＦ画素補正部２０３から出力された撮像信号をバス２１を介してＳＤＲＡＭ２１０に格納する。ＳＤＲＡＭ２１０に格納された画像信号は、バス２１を介して表示制御部２０６によって読み出され、表示部２０７に表示される。また、撮像信号の記録を行う動作モードでは、ＳＤＲＡＭ２０９に格納された画像信号は記録媒体制御部２０８によって記録媒体２０９に記録される。

ＲＯＭ２１１にはカメラ制御部２１５が実行する制御プログラム及び制御に必要な各種データ等が格納されており、フラッシュＲＯＭ２１２には、ユーザ設定情報等のカメラ本体２０の動作に関する各種設定情報等が格納されている。

位相差ＡＦ信号処理部２０５はＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２から出力されたＡＦ用の２つの像信号に対して相関演算を行い、像ずれ量、信頼性情報（二像一致度、二像急峻度、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等）を算出する。位相差ＡＦ信号処理部２０５は、算出した像ずれ量および信頼性情報などの情報をカメラ制御部２１５へ出力する。

コントラストＡＦ信号処理部２１９はＡＦ画素補正部２０３から出力された画像情報に対して、コントラストＡＦ評価用バンドパスフィルタをかけるなどして、コントラスト評価値を算出する。コントラストＡＦ信号処理部２１９はコントラスト評価値をカメラ制御部２１５へ出力する。コントラスト評価値については、本発明との関連が薄いため詳細な説明を省略する。

カメラ制御部２１５は位相差ＡＦ信号処理部２０５が求めた像ずれ量や信頼性情報を基に、必要に応じて位相差ＡＦ信号処理部２０５の設定を変更する。例えば、像ずれ量が所定量以上の場合に相関演算を行う領域を広く設定したり、コントラスト情報に応じて像信号に対してかけるバンドパスフィルタの種類を変更したりする。相関演算の詳細については、図７から図９を用いて後述する。また、コントラストＡＦ信号処理部２１９が求めたコントラスト評価値を基に、コントラストＡＦ信号処理部２１９の設定の変更も行う。例えば、被写体のコントラストが小さいと判断した場合、被写体がボケていると判断してバンドパスフィルタの帯域を、高域をよりカットできるものに変更するなどする。

カメラ制御部２１５はさらに、カメラ本体２０内の各機能ブロックと情報をやり取りして制御を行う。カメラ制御部２１５はカメラ本体２０内の処理だけでなく、カメラ操作部２１７からの入力に応じて、電源のＯＮ／ＯＦＦ、設定の変更、記録の開始、ＡＦ制御の開始、記録映像の確認等の、ユーザが操作したさまざまなカメラ機能を実行する。また、カメラ制御部２１５はレンズユニット１０の制御命令・制御情報をレンズ制御部１０６に送ったり、またレンズユニット１０の情報をレンズ制御部１０６から取得したりする。また、カメラ制御部２１５は、後述するデフォーカス検出位置補正部２１６で、位相差ＡＦ信号処理部２０５で相関演算を行う撮像画面内における焦点検出用画素位置の補正を行う。カメラ制御部２１５は例えば１つ以上のプログラマブルプロセッサであり、例えばＲＯＭ２１１に記憶された制御プログラムを実行することで、レンズユニット１０を含めたカメラシステム全体の動作を実現する。

追従信号処理部２１４は、カメラ制御部２１５からの指令に従いＳＤＲＡＭ２１０から追尾用画像信号を取り込み、この追尾用画像信号から色情報のヒストグラムおよび輝度情報のヒストグラムからなる特徴量を生成する。被写体領域検出部２１３は、現在撮像している画像信号に対して、生成された特徴量を基に追従被写体の探索処理を施し、撮影画面内の所定領域から追従被写体に該当する被写体が存在するかを特定する。追従被写体が存在する場合は、被写体が存在する位置座標を基に追従領域を決定し、その結果をカメラ制御部２１５に送信し、カメラ制御部２１５はＡＦを行うＡＦ枠位置として設定したり、自動露出制御（ＡＥ）を行う位置として設定したりする。また被写体が存在する位置座標はＳＤＲＡＭ２１０に保持され、次回以降の追従被写体領域の検出を行う際にこの情報を用いることで、追従被写体の探索処理を施すエリアを限定することができる。追従被写体領域の特定時に、被写体が存在する位置座標が更新されるたびに、ＳＤＲＡＭ２１０に保持する位置座標も更新する。被写体領域検出部２１３は主に顔を検出する。

デフォーカス検出位置補正部２１６は、カメラ制御部２１５の機能の一部として構成されている。図２（ｂ）で示した様に焦点検出用画素は撮像面に離散的に配置されている。そのため、カメラ操作部２１７でユーザが指定した位置や、被写体検出部２１３、追従信号処理部２１４を基に検出した被写体位置に配置されたＡＦ枠に対して必ずしも中心に焦点検出用画素が存在するとは限らない。

ここで、図３に、撮像面上での被写体、ＡＦ枠、位相差ＡＦ用画素配置領域、ＡＦ枠の中央に最も近い位相差ＡＦ用画素領域、相関演算を行う焦点検出領域の位置関係を示す。図３に示すように、デフォーカス検出位置補正部２１６は、撮像画面全面に焦点検出用画素がある場合はＡＦ枠の中央に最も近い焦点検出用画素領域を、相関演算を行うＡＦ画素領域と位置として設定する。また、撮像画面全面に焦点検出用画素がなければＡＦ枠の位置と焦点検出用画素の位置とのずれを撮影状況に応じてどのように補正するかを決定して、相関演算を行う最終的な焦点検出用画素の位置を決定する。通常はＡＦ枠の中央に最も近い焦点検出用画素領域を、相関演算を行うＡＦ画素領域の位置として設定する。そして、ＡＦ用画素領域の内、ＡＦ枠のＸ座標位置に対応した位置に実際に相関演算を行う焦点検出領域を設定する。これによって、ＡＦ枠で捉えている被写体にかかるＡＦ画素領域の相関演算結果を使用することで、被写体にピントを合わせることができる。

次に、カメラ制御部２１５は、デフォーカス検出位置補正部２１６によって決定された焦点検出用画素を用いて、位相差ＡＦ信号処理部２０５で処理された相関演算結果に基づいてデフォーカス量を算出する。カメラ制御部２１５は算出したデフォーカス量または、コントラストＡＦ信号処理部２１９で算出したコントラスト情報を基にレンズ制御部１０６を介してフォーカスレンズ１０３を駆動するように制御する。

図４は、カメラ制御部２１５が実行する焦点検出処理を説明するためのフローチャートである。カメラ制御部２１５は、Ｓ２００において、カメラの起動後に被写体にピントを合わせ続けるコンティニュアスＡＦを実行する。コンティニュアスＡＦの詳細については図５を用いて後述する。Ｓ２０１においてカメラ操作部２１７におけるレリーズスイッチの操作（ＡＦ開始トリガ）を検出した場合、Ｓ２０２へ進む。Ｓ２０２では位相差ＡＦ焦点調節用の評価値（以下、位相差評価値）が使用可能かどうかを判断する。位相差評価値の使用可否の決定方法は、像高やＦ値に応じて信頼性を求めて判断する等の構成が考えられるが、本実施形態とは直接関係が無いため、詳細な説明は省略する。

Ｓ２０２において位相差評価値が使用可能と判断された場合はＳ２０３へ進み、求められたフォーカス駆動量分フォーカスレンズ１０３を移動させる。Ｓ２０２において位相差評価値が使用可能でないと判断された場合はＳ２１０へ進み、コントラストＡＦ焦点調節用の評価値（以下、コントラスト評価値）に基づいて、コントラストＡＦのスキャン開始位置へフォーカスレンズ１０３を移動させる。この場合、コントラスト評価値の合焦度合いが高い程現在のフォーカス位置が合焦位置近傍にあるとして、フォーカスレンズ１０３の駆動量が小さくなる。

Ｓ２０４ではＡＦ用に撮像素子２０１の駆動を切り替える。例えばＡＦ時間を短縮させたければ画素数を減らして高速な画像読み出しを行っても良いし、低照度シーン等ではＳ／Ｎを稼ぐため画素数を増やすなどしても良い。Ｓ２０５ではＡＦ枠設定を行う。ＡＦ枠設定は図３に示したように被写体が検出されていれば被写体の特定領域に設定して領域内の画像データからコントラスト評価値を求める。位相差評価値は設定したＡＦ枠の中央に最も近い焦点検出用画素領域を設定する。

Ｓ２０６ではＳ２０３もしくはＳ２１０において実行したフォーカス駆動が完了するまで待つ。Ｓ２０７では後述するハイブリッドＡＦ制御を行い、Ｓ２０８へ進む。Ｓ２０８〜Ｓ２０９では撮影指示があるまでピントを合わせ続けるサーボＡＦを実行し処理を終了する。サーボＡＦの制御フロー自体はコンティニュアスＡＦと同じであるので詳細は図５を用いて説明する。また、Ｓ２０２からＳ２０７の焦点調節制御は連写間のＡＦ等にも適用可能である。

図５は、図４のＳ２００におけるコンティニュアスＡＦと図４のＳ２０８におけるサーボＡＦを説明するためのフローチャートである。まずＳ３００では、図４のＳ２０５において説明したＡＦ枠設定を行う。Ｓ３０１では図６を用いて後述するハイブリッドＡＦ制御を行う。Ｓ３０２では位相差評価値とコントラスト評価値をそれぞれＳＤＲＡＭ２１０に記憶する。Ｓ３０３では、最新の位相差評価値を取得してＳＤＲＡＭ２１０に記憶する。Ｓ３０４では最新のコントラスト評価値を取得してＳＤＲＡＭ２１０に記憶する。Ｓ３０５ではＳＤＲＡＭ２１０に記憶しているＳ３０１における評価値とＳ３０３以降で取得した最新の評価値を比較し、所定値以上変化しているかを判定する。その後Ｓ３０５では図８を用いて後述する再起動判定を行う。再起動判定とは、再度ハイブリッドＡＦを行うか否かを判定する動作である。再起動判定された場合はＳ３００へ戻り、再度ハイブリッドＡＦ動作を行う。Ｓ３０５で所定回数以上変化していないと判定された場合はＳ３０３へ戻り、再度評価値を監視する。

ここで、本実施形態では、Ｓ３０２において位相差評価値で合焦していた場合は、Ｓ３０５において位相差評価値のみを比較する。こうすることによって、位相差評価値で合焦した場合に、コントラスト評価値の変動によって再度ＡＦをするようなハンチング動作を防ぐことができる。しかし、動体などをピント追従する場合など、なるべく早くＡＦを行いたければ位相差とコントラスト評価値の変化を論理和で判断しても良い。このように基本的な制御フローはコンティニュアスＡＦとサーボＡＦは同じである。しかし、本実施形態ではコンティニュアスＡＦに対しサーボＡＦの制御周期を高速に設定することによってＡＦ開始トリガ前の消費電力を抑え、ＡＦ指示後から高速にピント追従する方式を採用する。また、コンティニュアスＡＦとサーボＡＦはユーザによってカメラ操作部２１７等からからそれぞれ実行／非実行を選択できるようにしても良い。

図６は図４のＳ２０７と図５のＳ３０１におけるハイブリッドＡＦ制御を説明するためのフローチャートである。Ｓ４００では評価値を算出するための画像データを露光する。Ｓ４０１ではコントラスト評価値を取得する。Ｓ４０２では位相差評価値を取得する。Ｓ４０３では位相差評価値が使用可能かどうかを判定する。Ｓ４０４では図７を用いて後述する合焦判定を実行し、合焦していればＳ４０５の合焦状態へ遷移して処理を終了する。ユーザがカメラ操作部２１７等を操作して合焦状態へ遷移した場合は表示部２０７等に合焦状態であることがわかるような表示を出力する。

Ｓ４０４においてデフォーカス量が深度外と判定された場合は、Ｓ４０６において、得られたデフォーカス駆動量分だけフォーカスレンズ１０３を移動させてＳ４００に戻る。Ｓ４０３において位相差評価値が使用可能と判定されていなければ、Ｓ４０７へ進みコントラスト評価値についてピークが検出されているかを判定する。このピークは各レンズ位置で取得したコントラスト評価値内に所定値以上の極大値が検出されているかどうかで判定する。Ｓ４０８ではＳ４０７で検出されたピーク位置へフォーカスレンズを移動する。Ｓ４０９ではピーク位置へフォーカスレンズ１０３が駆動されるまで待ち、その後Ｓ４１０へ進み合焦状態へ遷移して処理を終了する。

Ｓ４１１では、フォーカスレンズ１０３を遠端から近端まで全領域にわたってスキャンしたかどうかを判定する。全領域にわたってスキャンしていればＳ４１２へ進み、全領域にわたってスキャンしていなければＳ４１５へ進む。Ｓ４１５では、所定量フォーカスレンズ１０３を移動させてＳ４００に戻り、スキャンを継続させる。Ｓ４１２ではピークが検出できていないため、適当な定点位置へフォーカスレンズ１０３を移動させる。この定点位置はスキャン開始位置や過焦点位置を採用しても良い。その後Ｓ４１４において非合焦状態へ遷移して処理を終了する。ユーザがカメラ操作部２１７等を操作して合焦状態へ遷移した場合は表示部２０７等に合焦状態であることがわかるような表示を出力する。

図７は図６のＳ４０４における合焦判定について説明するためのフローチャートである。まずＳ５００において動体にピント追従するかどうかを判定する。動体にピント追従する条件は検出された被写体の動き状態を判別して決定しても良いし、カメラ操作部２１７等を使用して動体ピント追従用のモードを選択するようにしてもよい。Ｓ５０１では、Ｓ４０２で取得した位相差焦点評価値における算出デフォーカス量が所定の深度閾値ＦｏｃｕｓＯＫＴｈ１よりも小さいかどうかを判定する。所定の深度閾値よりも算出デフォーカス量が小さければＳ５０２へ進み、算出デフォーカス量が所定回数だけ所定の深度閾値内であるかを判別するためのカウンタＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ１をインクリメントする。算出デフォーカス量が所定の深度閾値以上であれば、Ｓ５０５へ進み、ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ１を０にクリアする。また、図は省略するがＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ１はＡＦ開始時に０にクリアされているものとする。

Ｓ５０３ではＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ１と所定の回数閾値ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔＴｈ１を比較し、ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ１が閾値を超えていれば所定の回数以上所定の深度内であることが判定されたとしてＳ５０４へ進み合焦状態とする。ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ１が閾値以下であれば、Ｓ５０６へ進み、まだ合焦状態でないとして処理を終了する。

Ｓ５０７ではＳ４０２で取得した位相差焦点評価値における算出デフォーカス量が所定の深度閾値ＦｏｃｕｓＯＫＴｈ２よりも小さいかどうかを判定する。所定の深度閾値よりも算出デフォーカス量が小さければＳ５０８へ進み、算出デフォーカス量が所定回数以上所定の深度閾値内であるかを判別するためのカウンタＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ２をインクリメントする。算出デフォーカス量が所定の深度閾値以上であれば、Ｓ５１１へ進み、ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ２を０にクリアする。また、ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ１の場合と同様にＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ２はＡＦ開始時に０クリアされているものとする。

Ｓ５０９ではＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ２と所定の回数閾値ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔＴｈ２を比較し、ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ２が閾値を超えていれば、算出デフォーカス量が所定の回数以上所定の深度内であることが判定されたとしてＳ５１０へ進み合焦状態とする。ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔ２が閾値を超えていなければＳ５１２へ進み、まだ合焦状態でないとして処理を終了する。

なお、本実施形態では、ＦｏｃｕｓＯＫＴｈとＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔＴｈの関係は以下のように設定する。

ＦｏｃｕｓＯＫＴｈ１＞ＦｏｃｕｓＯＫＴｈ２
ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔＴｈ１＜ＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔＴｈ２
すなわち、動体の動きにピントを追従させる場合は、コマ速を上げるためと、動体なので静止画ほどピント精度を必要としないという理由から、合焦判定をピントを追従させない場合よりも緩くする。

なお、上記のパラメータは図４のＳ２０７におけるハイブリッドＡＦ制御と、図５のＳ３０１におけるハイブリッドＡＦ制御、コンティニュアスＡＦ、サーボＡＦにおけるハイブリッドＡＦ制御で異ならせても良い。また、被写体の動きや絞り値、被写体距離や被写体の移動方向等に応じて変更可能である。さらに、図は省略するが初回に得られた算出デフォーカス量に応じてＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔＴｈを変更してもよい。例えば合焦判定時の初回で十分閾値内のデフォーカス量が得られればＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔＴｈを増やさず合焦判定までの時間を短縮する構成等が考えられる。本実施形態ではサーボＡＦを実行した場合には、ワンショットＡＦの場合よりもＦｏｃｕｓＯＫＴｈ１とＦｏｃｕｓＯＫＣｎｔＴｈ１を上記の不等式を満足する範囲で大きくする。この構成により、動体をピント追従する場合は高速に合焦判定できるのでＡＦ完了までの時間を短縮できる。

図８は図５のＳ３０５における再起動判定について説明するためのフローチャートである。まずＳ６００にて動体にピント追従するかどうかを判定する。動体にピント追従する条件は、図７の合焦判定と同様に、検出された被写体の動き状態を判別して決定してもよいし、カメラ操作部２１７等を使用して動体ピント追従用のモードを選択するようにしてもよい。

Ｓ６０１では、図６のＳ４０２で取得した位相差焦点評価値における算出デフォーカス量が所定の深度閾値ＲｅｔｒｙＴｈ１よりも大きいかどうかを判定する。所定の深度閾値よりも算出デフォーカス量が大きければＳ６０２へ進み、算出デフォーカス量が所定の回数だけ所定の深度閾値を超えたかを判別するためのカウンタＲｅｔｒｙＣｎｔ１をインクリメントする。算出デフォーカス量が所定の深度閾値以内であればＳ６０５へ進み、ＲｅｔｒｙＣｎｔ１を０にクリアする。また、図は省略するがＲｅｔｒｙＣｎｔ１はＡＦ開始時に０にクリアされているものとする。

Ｓ６０３では、ＲｅｔｒｙＣｎｔ１と所定の回数閾値ＲｅｔｒｙＣｎｔＴｈ１を比較し、ＲｅｔｒｙＣｎｔ１が閾値を超えていれば所定の回数だけ算出デフォーカス量が所定の深度閾値を超えた、つまりピントが外れているとしてＳ６０４へ進み再起動を行う。ＲｅｔｒｙＣｎｔ１が閾値を超えていなければＳ６０６へ進み、まだ再起動するべきではないとして処理を終了する。

Ｓ６０７では、図６のＳ４０２で取得した位相差焦点評価値における算出デフォーカス量が所定の深度閾値ＲｅｔｒｙＴｈ２よりも大きいかどうかを判定する。所定の深度閾値よりも算出デフォーカス量が大きければＳ６０８へ進み、算出デフォーカス量が所定の回数だけ所定の深度閾値を超えたかを判別するためのカウンタＲｅｔｒｙＣｎｔ２をインクリメントする。算出デフォーカス量が所定の深度閾値以内であればＳ６１１へ進み、ＲｅｔｒｙＣｎｔ２を０にクリアする。また、ＲｅｔｒｙＣｎｔ１と同様にＲｅｔｒｙＣｎｔ２はＡＦ開始時に０クリアされているものとする。

Ｓ６０９では、ＲｅｔｒｙＣｎｔ２と所定の回数閾値ＲｅｔｒｙＣｎｔＴｈ２を比較し、ＲｅｔｒｙＣｎｔ２が閾値を超えていれば所定の回数だけ算出デフォーカス量が所定の深度閾値を超えた、つまりピントが外れているとしてＳ６１０へ進み再起動を行う。ＲｅｔｒｙＣｎｔ２が閾値を超えていなければＳ６１２へ進み、まだ再起動するべきではないとして処理を終了する。

なお、本実施形態ではＲｅｔｒｙＴｈとＲｅｔｒｙＣｎｔＴｈの関係は以下のように設定する。

ＲｅｔｒｙＴｈ１＞ＲｅｔｒｙＴｈ２
ＲｅｔｒｙＣｎｔＴｈ１＞ＲｅｔｒｙＣｎｔＴｈ２
すなわち、動体の動きにピントを追従させる場合は、頻繁にフォーカスレンズ１０３のスキャンを行うとコマ速が落ちるので、一度合焦した場合にはスキャンの頻度を下げるために、比較的再起動しにくいような閾値を設定する。

なお、上記のパラメータはコンティニュアスＡＦ、サーボＡＦにおける再起動判定で異ならせてもよい。また、被写体の動きや絞り値、被写体距離や被写体の移動方向等に応じて変更可能である。さらに、図は省略するがユーザのパンニング操作に応じて変更してもよい。例えばパンニング中にＲｅｔｒｙＣｎｔＴｈを大きくすることによって再起動をかけにくくし、誤った焦点調節動作を防ぐ構成等が考えられる。

なお、本実施形態では、動体にピント追従する場合においてはサーボＡＦ中の閾値であるＲｅｔｒｙＣｎｔＴｈ１を大きくする。この構成により、動体をピント追従する場合、再起動をかけにくくすることによって焦点調節時間を短縮でき、高速にＡＦ完了できる。

以上説明したように、本実施形態の撮像装置は、被写体が動いている場合でも静止している場合ではＡＦ速度を優先し高速に撮影処理が可能となる。また、被写体が静止している場合はＡＦ精度を優先させることによって検出した被写体に対する好適なフォーカシングを実現することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態で例示した構成に限定されるものではない。図１においてレンズユニットがズームレンズとズーム駆動部を有する構成でもよいし、像振れ補正用のレンズを有する構成でもよい。レンズ交換式カメラの構成でなく、レンズ一体型カメラの構成でもよい。図２（ｂ）における撮像面位相差検出用の焦点検出用画素の配置位置や密度を変化させてもよいし、横方向の位相差でなく縦方向の位相差を検出可能な焦点検出用画素を配置してもよい。

以上、本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で様々な変形、改変を行うことができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０：レンズユニット、２０：カメラ本体、１０１：固定レンズ、１０２：絞り、１０３：フォーカスレンズ、１０４：絞り駆動部、１０５：フォーカスレンズ駆動部、１０６：レンズ制御部、２０１：撮像素子、２０５：位相差ＡＦ信号処理部、２１３：被写体領域検出部、２１４：追従信号処理部、２１５：カメラ制御部、２１６：デフォーカス検出位置補正部、２１９：コントラストＡＦ信号処理部

Claims

撮影光学系により結像された被写体像から撮像信号を生成するための撮像用画素と、被写体像の位相差を検出するための焦点検出用画素とを有する撮像素子と、
前記焦点検出用画素の信号に基づいて、被写体像のデフォーカス量を算出する算出手段と、
算出されたデフォーカス量に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、
前記デフォーカス量を所定の閾値と比較することにより、前記撮影光学系が合焦状態であるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段は、前記撮影光学系を動いている被写体に合焦させる場合と、静止している被写体に合焦させる場合とで、前記所定の閾値を異ならせることを特徴とする撮像装置。
前記判定手段は、前記デフォーカス量が前記所定の閾値内である状態が、所定の回数より多く続いた場合に、前記撮影光学系が合焦状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記判定手段は、前記撮影光学系を動いている被写体に合焦させる場合の前記所定の閾値を、前記撮影光学系を静止している被写体に合焦させる場合の前記所定の閾値よりも大きくすることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記焦点調節手段に、動いている被写体に合焦させる動作と、静止している被写体に合焦させる動作のどちらを行わせるかを切り替える切り替え手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記切り替え手段は、被写体の動きを検出し、検出した動きに基づいて、前記焦点検出手段に、動いている被写体に合焦させる動作と、静止している被写体に合焦させる動作のどちらを行わせるかを切り替えることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記切り替え手段は、ユーザが、前記焦点調節手段に、動いている被写体に合焦させる動作と、静止している被写体に合焦させる動作のどちらを行わせるかを切り替える操作部であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記判定手段は、前記所定の閾値と前記所定の回数とを、被写体の条件または撮像装置の状態に基づいて変更することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記被写体の条件または撮像装置の状態とは、被写体の動き、被写体の動く方向、被写体距離、絞り値の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記判定手段は、前記デフォーカス量に基づいて、前記所定の回数を変更することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
撮影光学系により結像された被写体像から撮像信号を生成するための撮像用画素と、被写体像の位相差を検出するための焦点検出用画素とを有する撮像素子と、
前記焦点検出用画素の信号に基づいて、被写体像のデフォーカス量を算出する算出手段と、
算出されたデフォーカス量に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、
前記デフォーカス量を第１の閾値と比較することにより、前記撮影光学系が合焦状態であるか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段により合焦と判定された後に、前記デフォーカス量を第２の閾値と比較することにより、前記焦点調節手段を再び動作させるか否かを判定する第２の判定手段と、を備え、
前記第２の判定手段は、前記撮影光学系を動いている被写体に合焦させる場合と、静止している被写体に合焦させる場合とで、前記第２の閾値を異ならせることを特徴とする撮像装置。
前記第２の判定手段は、前記デフォーカス量が前記第２の閾値を超える状態が、所定の回数より多く続いた場合に、前記焦点調節手段を再び動作させると判定することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
前記第２の判定手段は、前記撮影光学系を動いている被写体に合焦させる場合の前記第２の閾値を、前記撮影光学系を静止している被写体に合焦させる場合の前記第２の閾値よりも大きくすることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
前記第２の判定手段は、前記第２の閾値と前記所定の回数とを、撮像装置の状態に基づいて変更することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
前記撮像装置の状態とは、前記撮像装置をパンニングさせる状態であることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
撮影光学系により結像された被写体像から撮像信号を生成するための撮像用画素と、被写体像の位相差を検出するための焦点検出用画素とを有する撮像素子を備える撮像装置を制御する方法であって、
前記焦点検出用画素の信号に基づいて、被写体像のデフォーカス量を算出する算出工程と、
算出されたデフォーカス量に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節工程と、
前記デフォーカス量を所定の閾値と比較することにより、前記撮影光学系が合焦状態であるか否かを判定する判定工程と、を有し、
前記判定工程では、前記撮影光学系を動いている被写体に合焦させる場合と、静止している被写体に合焦させる場合とで、前記所定の閾値を異ならせることを特徴とする撮像装置の制御方法。
撮影光学系により結像された被写体像から撮像信号を生成するための撮像用画素と、被写体像の位相差を検出するための焦点検出用画素とを有する撮像素子を備える撮像装置を制御する方法であって、
前記焦点検出用画素の信号に基づいて、被写体像のデフォーカス量を算出する算出工程と、
算出されたデフォーカス量に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節工程と、
前記デフォーカス量を第１の閾値と比較することにより、前記撮影光学系が合焦状態であるか否かを判定する第１の判定工程と、
前記第１の判定工程において合焦と判定された後に、前記デフォーカス量を第２の閾値と比較することにより、前記焦点調節を再び動作させるか否かを判定する第２の判定工程と、を備え、
前記第２の判定工程では、前記撮影光学系を動いている被写体に合焦させる場合と、静止している被写体に合焦させる場合とで、前記第２の閾値を異ならせることを特徴とする撮像装置の制御方法。
請求項１５または１６に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
請求項１５または１６に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。