JP2018091977A - フォーカス制御装置、撮像装置、フォーカス制御方法およびフォーカス制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】位相差検出方式を用いたＡＦにおいて、動きのある被写体を撮像する場合でも、遠近競合の発生を抑制して良好なＡＦを行う。【解決手段】フォーカス制御装置は、撮像光学系の焦点状態を位相差検出方式により検出する焦点検出手段２０４と、焦点状態に応じてフォーカス制御を行う制御手段２１２と、撮像画面内において焦点状態を検出する焦点検出領域を設定する設定手段２１２，２１３，２１６とを有する。設定手段は、撮像により生成された撮像信号を用いて撮像画面内に含まれる被写体を検出するとともに該被写体の移動量を検出し、該移動量に応じて位置が異なる焦点検出領域を設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、位相差検出方式によるフォーカス制御（ＡＦ）を行う技術に関する。

動画撮像により生成されているライブビュー画像を見ながら静止画撮像を行う場合において高速かつ高精度にフォーカシングを行うことが可能なＡＦ方式として、撮像面位相差検出方式がある。撮像面位相差検出方式では、例えば撮像素子の各画素に２つの受光素子と１つのマイクロレンズを設け、該マイクロレンズを通して２つの受光素子により撮像光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光を受光することで瞳分割を行う。そして、複数の画素における一方および他方の受光素子のそれぞれからの出力により生成した一対の位相差像信号のずれ量（位相差）を算出することでデフォーカス量を取得し、該デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの位置を制御することで合焦状態を得る。このような撮像面位相差検出方式は、特許文献１に開示されている。

一方、ＡＦにより合焦状態が得られにくい場合として、撮像画面内の焦点検出領域内に互いに被写体距離の異なる複数の被写体が含まれる、いわゆる遠近競合が生じている場合がある。撮像面位相差検出方式を含む位相差検出方式において遠近競合が生じている状態でＡＦを行う場合に、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、近側の被写体と遠側の被写体のいずれにもピントが合わないままＡＦが完了してしまうことある。特許文献２には、焦点検出領域における位相差の算出結果に基づいて遠近競合が生じていると判定した場合には、該遠近競合が生じている領域（以下、遠近競合領域という）を除いた焦点検出領域を再設定して位相差の算出を再度行う方法が開示されている。

特開２００１−０８３４０７号公報 特開２０１１−２４２６７７号公報

しかしながら、特許文献２にて開示された方法では、焦点検出領域における位相差の算出結果から遠近競合が生じていると判定した場合に再設定された焦点検出領域において位相差の算出を再度行うため、ＡＦが完了するまでに要する時間が長くなる。また、動きのある被写体を撮像する際に、遠近競合領域を含まないように再設定された焦点検出領域が位相差の再算出時点において遠近競合領域を含むように変化する場合がある。この場合、ＡＦ完了がさらに遅れたりＡＦを実行できなくなったりするおそれがある。

本発明は、位相差検出方式を用いたＡＦにおいて、動きのある被写体を撮像する場合でも、遠近競合の発生を抑制して良好なＡＦを行えるようにしたフォーカス制御装置等を提供する。

本発明の一側面としてのフォーカス制御装置は、撮像光学系の焦点状態を位相差検出方式により検出する焦点検出手段と、焦点状態に応じてフォーカス制御を行う制御手段と、撮像画面内において焦点状態を検出する焦点検出領域を設定する設定手段とを有する。そして、設定手段は、撮像により生成された撮像信号を用いて撮像画面内に含まれる被写体を検出するとともに該被写体の移動量を検出し、該移動量に応じて位置が異なる焦点検出領域を設定することを特徴とする。

なお、撮像光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子と上記フォーカス制御装置とを有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。

また、本発明の他の一側面としてのフォーカス制御方法は、撮像光学系の焦点状態を位相差検出方式により検出するステップと、焦点状態に応じてフォーカス制御を行うステップと、撮像画面内において前記焦点状態を検出する焦点検出領域を設定する設定ステップとを有する。そして、設定ステップにおいて、撮像により生成された撮像信号を用いて撮像画面内に含まれる被写体を検出するとともに該被写体の移動量を検出し、該移動量に応じて位置が異なる焦点検出領域を設定することを特徴とする。

さらに、撮像装置のコンピュータに上記フォーカス制御方法に従うフォーカス制御処理を実行させるコンピュータプログラムであるフォーカス制御プログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、位相差検出方式を用いたフォーカス制御（ＡＦ）において、動きのある被写体を撮像する場合でも、遠近競合の発生を抑制して良好なＡＦを行うことができる。

本発明の実施例１であるレンズ交換式カメラシステムの構成を示すブロック図。 撮像面位相差ＡＦに非対応の画素配列と撮像面位相差ＡＦに対応する画素配列とを示す図。 実施例１（および本発明の実施例２〜４）における撮像処理を示すフローチャート。 実施例１（および実施例２〜４）における静止画撮像処理を示すフローチャート。 実施例１および実施例２における焦点検出処理を示すフローチャート。 実施例１におけるＡＦ領域設定処理を示すフローチャート。 焦点検出処理で用いられるＡＦ領域を示す図。 図７に示したＡＦ領域から得られる位相差像信号を示す図。 図８に示す位相差像信号のシフト量と相関量との関係を示す図。 図８に示す位相差像信号のシフト量と相関変化量との関係を示す図。 実施例１、実施例３および実施例４におけるＡＦ処理を示すフローチャート。 遠近競合で発生する偽合焦状態の例を示す図。 主被写体が移動している場合にＡＦ領域が現フレームの主被写体とずれる例を示す図と、実施例１および実施例２における被写体の移動量が大きい場合に設定するＡＦ領域の例を示す図。 実施例２におけるＡＦ領域設定処理を示すフローチャート。 実施例２におけるＡＦ処理を示すフローチャート。 実施例３および実施例４における焦点検出処理を示すフローチャート。 実施例３および実施例４におけるＡＦ領域設定処理を示すフローチャート。 実施例３および実施例４における第１のＡＦ領域と第２のＡＦ領域の例を示す図。 実施例３における使用ＡＦ領域選択処理を示すフローチャート。 実施例４における使用ＡＦ領域選択処理を示すフローチャート。

以下、本発明の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１である撮像装置としてのレンズ交換式カメラシステムの構成を示す。本実施例のカメラシステムは、カメラ本体２０と、該カメラ本体２０に対して取り外し（交換）可能に装着されるレンズユニット１０とにより構成されている。レンズユニット１０には、該レンズユニット１０の動作全体を制御するレンズ制御部１０６が設けられている。また、カメラ本体２０には、レンズユニット１０を含むカメラシステムの動作全体の制御を司るカメラ制御部２１２が設けられている。カメラ制御部２１２とレンズ制御部１０６とは、両者を機械的および電気的に接続するマウントに設けられた通信端子を介して相互に通信が可能である。

まず、レンズユニット１０の構成について説明する。レンズユニット１０は、固定レンズ１０１、絞り１０２およびフォーカスレンズ１０３を含む撮像光学系を有する。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、その位置に応じて撮像光学系の焦点調節を行う。絞り駆動部１０４およびフォーカスレンズ駆動部１０５はレンズ制御部１０６によって制御される。

レンズ操作部１０７は、ＡＦ（オートフォーカス）／ＭＦ（マニュアルフォーカス）モードの切り替え、ＭＦによるフォーカスレンズの位置調整、手振れ補正モードの設定等、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を含む。レンズ操作部１０７が操作されることに応じて、レンズ制御部１０６が該操作に対応する制御を行う。

レンズ制御部１０６は、カメラ制御部２１２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２１２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、撮像光学系により形成された被写体像を撮像（光電変換）する撮像素子２０１を有する。撮像素子２０１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成される。撮像素子２０１は、複数の画素を有し、各画素に設けられたフォトダイオード（受光素子）は入射光をその光量に応じた電荷に変換して蓄積する。各フォトダイオードに蓄積された電荷は、カメラ制御部２１２からの指令に応じてタイミングジェネレータ２１５が出力する駆動パルスより、電荷量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。

本実施例で用いられる撮像素子２０１の各画素は、２つ（一対）のフォトダイオードＡ，Ｂとこれら一対のフォトダイオードＡ，Ｂに対して設けられた１つのマイクロレンズとより構成されている。各画素は、入射する光をマイクロレンズで分割して一対のフォトダイオードＡ，Ｂ上に一対の光学像を形成し、該一対のフォトダイオードＡ，Ｂから後述するＡＦ用信号として用いられる一対の信号（Ａ信号およびＢ信号）を出力する。また、一対のフォトダイオードＡ，Ｂからの信号を加算することで、撮像用画素信号（Ａ＋Ｂ信号）を得ることができる。

複数の画素から出力された複数のＡ信号と複数のＢ信号をそれぞれ合成することで、撮像面位相差検出方式によるＡＦ（以下、撮像面位相差ＡＦという）に用いられるＡＦ用信号（言い換えれば、焦点検出用信号）としての一対の位相差像信号が得られる。後述するＡＦ信号処理部２０４は、一対の位相差像信号に対する相関演算を行って、これら一対の位相差像信号のずれ量である位相差（以下、像ずれ量という）を算出する。そして、該像ずれ量から撮像光学系の焦点状態を示すデフォーカス量（およびデフォーカス方向）を算出（検出）する。

図２（ａ）には、撮像面位相差ＡＦに対応していない画素構成を、図２（ｂ）は撮像面位相差ＡＦに対応した画素構成をそれぞれ示している。いずれの図においても、ベイヤー配列が用いられており、Ｒは赤のカラーフィルタを、Ｂは青のカラーフィルタを、Ｇｒ，Ｇｂは緑のカラーフィルタを示している。撮像面位相差ＡＦに対応する図２（ｂ）に示す画素構成では、図２（ａ）に示した撮像面位相ＡＦに非対応の画素構成における１画素（実線で囲んで示す）に相当する画素内に、図の水平方向に２分割された２つのフォトダイオードＡ，Ｂが設けられている。なお、図２（ｂ）に示した画素の分割方法は例に過ぎず、図の垂直方向に分割したり、水平および垂直方向に２分割ずつ（計４分割）したりしてもよい。また、同じ撮像素子内において互いに異なる分割方法で分割された複数種類の画素が含まれてもよい。

ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、撮像素子２０１の複数の画素から出力された一対の位相差像信号と複数の画素のそれぞれから出力された撮像用画素信号により形成される撮像信号に対して、相関二重サンプリング、ゲイン調節およびＡＤ変換を行う。該コンバータ２０２は、これらの処理を行った撮像信号（映像信号）および一対の位相差像信号をそれぞれ、画像入力コントローラ２０３およびＡＦ信号処理部２０４に出力する。

画像入力コントローラ２０３は、コンバータ２０２から出力された撮像信号をバス２１を介してＳＤＲＡＭ２０９に格納する。ＳＤＲＡＭ２０９に格納された撮像信号は、バス２１を介して表示制御部２０５によって読み出され、表示部２０６に表示される。また、映像記録を行う録画モードでは、ＳＤＲＡＭ２０９に格納された撮像信号は記録媒体制御部２０７によって半導体メモリ等の記録媒体２０８に記録される。

ＲＯＭ２１０には、カメラ制御部２１２が実行する制御プログラムや処理プログラムおよびこれらの実行に必要な各種データ等が格納されている。フラッシュＲＯＭ２１１には、ユーザにより設定されたカメラ２０の動作に関する各種設定情報等が格納されている。

被写体検出／追従処理部２１６は、画像入力コントローラ２０３から入力された撮像信号を用いて撮像画面内に含まれる特定被写体を検出し、撮像画面内での特定被写体の位置をカメラ制御部２１２に伝える。また、被写体検出／追従処理部２１６は、画像入力コントローラ２０３から連続的に撮像信号を受け取り、検出した特定被写体が変化した（つまりは特定被写体が移動した）場合には移動先の位置を判定してカメラ制御部２１２に伝える。これにより、移動する特定被写体（移動被写体）の位置に対する追従を可能とする。

特定被写体とは、例えば顔やカメラ操作部２１４を通じてユーザによって撮像画面内で指定された位置に存在する被写体である。後述するように、検出した特定被写体の位置や大きさに関する情報は、主にＡＦを行う領域であるＡＦ領域（焦点検出領域）の設定に用いる。

ＡＦ信号処理部２０４は、コンバータ２０２から出力されたＡＦ用信号である一対の位相差像信号に対して相関演算を行い、これら一対の位相差像信号の像ずれ量や信頼性を算出する。信頼性は、後述する２像一致度と相関変化量の急峻度を用いて算出される。また、ＡＦ信号処理部２０４は、撮像画面内で焦点検出およびＡＦを行うＡＦ領域の位置および大きさを設定する。さらにＡＦ信号処理部２０４は、ＡＦ領域で算出した像ずれ量（検出量）および信頼性の情報をカメラ制御部２１２に出力する。ＡＦ信号処理部２０４は焦点検出手段として機能する。

カメラ制御部２１２は、ＡＦ信号処理部２０４が求めた像ずれ量、信頼性およびレンズユニット１０とカメラ本体２０の状態を示す情報に基づいて、必要に応じてＡＦ信号処理部２０４に対する設定を変更する。例えば、像ずれ量が所定量以上である場合にはＡＦ領域を広げたり、一対の位相差像信号のコントラストに応じてバンドパスフィルタの種類を変更したりする。また、カメラ制御部２１２は、被写体検出／追従処理部２１６で検出された特定被写体やカメラ操作部２１４でユーザによって撮像画面内で指定された位置の情報に基づいて、ＡＦ領域の位置および大きさを設定する。カメラ制御部２１２は、被写体検出／追従処理部２１６とともに設定手段として機能する。

なお、本実施例では撮像用画素信号とＡＦ用信号である一対の位相差像信号の計３つの信号を撮像素子２０１から取得する。ただし、撮像素子２０１の負荷を考慮して、例えば撮像用画素信号と１つのＡＦ用信号の計２つの信号を取り出し、取り出した撮像用画素信号とＡＦ用像信号の差分をもう１つのＡＦ用信号として用いてもよい。

カメラ制御部２１２は、カメラ本体２０内の各部と情報をやり取りしながらこれらを制御する。また、カメラ制御部２１２は、ユーザ操作に基づくカメラ操作部２１４からの入力に応じて、電源のＯＮ／ＯＦＦ、各種設定の変更、撮像処理、ＡＦ処理、記録画像の再生処理等、ユーザ操作に対応する様々な処理を実行する。さらに、カメラ制御部２１２は、レンズユニット１０（レンズ制御部１０６）に対する制御命令やカメラ本体２０の情報をレンズ制御部１０６に送信したり、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。カメラ制御部２１２は、マイクロコンピュータにより構成され、ＲＯＭ２１０に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、交換レンズ１０を含むカメラシステム全体の制御を司る。

カメラ制御部２１２は、ＡＦ信号処理部２０４にて算出されたデフォーカス量に基づいてレンズ制御部１０６を通じてフォーカスレンズ１０３の駆動を制御する。すなわち、フォーカス制御としてのＡＦを行う。カメラ制御部２１２は、制御手段として機能する。

また、カメラ制御部２１２は、被写体移動判定部２１３を有する。被写体移動判定部２１３は、被写体検出／追従処理部２１６にて被写体の検出を行っている場合に、その被写体が撮像信号内（つまりは撮像画面内）での移動量が大きいか否か、すなわち撮像画面内に捉えている被写体の動きが大きいか否かを判定する。被写体移動判定部２１３での判定結果に応じて、カメラ制御部２１２はＡＦ信号処理部２０４に対して設定するＡＦ領域の位置や大きさを変更する。この処理によって、ユーザが撮像したい主被写体とは異なる距離および異なる位置に存在する他の被写体をＡＦ領域に含んでしまうことで発生する遠近競合を抑制し、より主被写体に対して正確にＡＦ領域を設定する。

ＡＦ信号処理部２０４、カメラ制御部２１２（被写体移動判定部２１３）および被写体検出／追従処理部２１６によりフォーカス制御装置が構成される。

図１２（ａ），（ｂ）を用いて被写体の遠近競合について説明する。位相差ＡＦでは、捉えている被写体に遠近競合が発生していると、近側の被写体と遠側の被写体のどちらにも合焦していない状態であるにもかかわらず、合焦した状態であると誤判定してＡＦを完了する場合がある。これは、相関演算を行う際に、近側と遠側の被写体の距離のどちらかに対応する相関量ではなく、それらの間の距離（以下、中間距離という）に対応する相関量が最も大きくなるためである。さらに、中間距離に対応する位置にフォーカスレンズが位置するとき、その中間距離よりも近側と遠側にそれぞれデフォーカス方向が異なる被写体が存在することによって相関量の均衡がとれてデフォーカス量が小さくなり、合焦状態と誤判定するためである。

遠近競合が発生し易いケースの１つとして、特に検出した被写体の動きが大きい場合がある。図１３（ａ）に示すように主被写体の動きが大きい場合は、撮像信号および一対の位相差像信号を生成するフレーム間での主被写体の移動距離が大きい。このとき、被写体検出／追従処理部２１６によって検出した主被写体の位置をカメラ制御部２１２を介してＡＦ信号処理部２０４に通知するが、この処理を行っている間にすでに撮像素子２０１は次のフレームの信号を出力している。このため、検出した主被写体の位置をＡＦ信号処理部２０４に反映するのは、被写体検出／追従処理部２１６で位置を検出したフレームより後のフレームでのＡＦ用信号になる。すなわち、主被写体の移動距離が大きいほど、実際の主被写体位置とＡＦ領域の位置のずれが大きくなり、遠近競合が発生し易くなる。

この問題を解決するために、本実施例では、前述した被写体移動判定部２１３により撮像信号内での主被写体の移動量が大きいか否かを判定する。主被写体の移動量が大きい場合には、主被写体の移動に対応するようにＡＦ領域の位置や大きさを補正することによって遠近競合の発生を防ぎ、検出した主被写体をより捉えた位置に対して適切なＡＦ領域を設定する。この処理によって、ＡＦを行った際に間違った方向にフォーカスレンズ駆動を行ったり間違った位置で合焦状態と誤判定したりすることを防ぎ、主被写体に対してより高速かつ高精度にピントを合わせることができる。この被写体移動判定部２１３およびＡＦ信号処理部２０４が行う処理の詳細については後述する。

次に、カメラ制御部２１２が行う処理について図３に示すフローチャートを用いて説明する。カメラ制御部２１２は、コンピュータプログラムである撮像処理プログラムに従って本処理を行う。Ｓはステップを意味する。

Ｓ３０１では、カメラ制御部２１２は、各種設定の初期化処理を行い、Ｓ３０２に進む。

Ｓ３０２では、カメラ制御部２１２は、カメラ本体２０の撮像モードが動画撮像モードか静止画撮像モードかを判定し、動画撮像モードである場合はＳ３０３に、静止画撮像モードである場合はＳ３０４に進む。

Ｓ３０３では、カメラ制御部２１２は、動画撮像処理を行ってＳ３０５に進む。また、Ｓ３０４では、カメラ制御部２１２は、静止画撮像処理を行ってＳ３０５に進む。移動被写体に対応したＡＦ領域設定処理は、動画撮像モードと静止画撮像モードのいずれでも行うことが可能であるが、本実施例では静止画撮像モードにおける移動被写体に対応したＡＦ領域設定処理について説明する。また、本実施例では、動画撮像処理についての説明は省略する。

Ｓ３０５では、カメラ制御部２１２は、静止画または動画撮像処理が停止されたか否かを判定し、停止されていない場合はＳ３０６に進み、停止された場合は該撮像処理を終了する。撮像処理は、ユーザがカメラ操作部２１４を通じてカメラ本体２０の電源を切断したり、各種設定のための操作を行ったり、撮像画像を確認するための再生処理を指示したりした場合等に停止する。

Ｓ３０６では、カメラ制御部２１２は、撮像モードが変更されたか否かを判定する。撮像モードが変更された場合は、カメラ制御部２１２はＳ３０１に戻り、初期化処理を行った上で変更された撮像モードでの撮像処理を行う。一方、撮像モードが変更されていない場合は、カメラ制御部２１２はＳ３０２に戻り、現在の撮像モードでの処理を継続する。

次に、図３におけるＳ３０４で行われる静止画撮像処理について、図４のフローチャートを用いて詳しく説明する。

Ｓ４０１では、カメラ制御部２１２は、被写体検出／追従処理部２１６による被写体の検出結果や被写体移動判定部２１３による処理内容に基づいて、ＡＦ信号処理部２０４に焦点検出処理を行わせる。焦点検出処理は、撮像面位相差ＡＦを行うためのデフォーカス量と信頼性の情報を取得する処理である。また、焦点検出処理において、カメラ制御部２１２は、ＡＦに関する情報を取得する撮像画面内の領域（焦点検出領域：以下、ＡＦ領域という）についてもカメラ本体２０の状態に応じて設定するが、その詳細については後述する。

次にＳ４０２では、カメラ制御部２１２は、カメラ操作部２１４からＡＦ処理の開始指示（以下、ＡＦ指示という）が入力されたか否かを判定する。ＡＦ指示は、ユーザがシャッターボタンを半押し操作したり、ＡＦを実行させるＡＦＯＮボタンを押したりすることに応じてカメラ操作部２１４から出力される。カメラ制御部２１２は、ＡＦ指示が入力された場合はＳ４０３に進み、ＡＦ指示が入力されていない場合はＳ４０４に進む。

Ｓ４０３では、カメラ制御部２１２は、ＡＦ処理（フォーカス制御処理）を行う。このＡＦ処理については後述する。

Ｓ４０４では、カメラ制御部２１２は、カメラ操作部２１４から撮像処理の開始指示（以下、撮像指示という）が入力されたか否かを判定する。撮像指示は、ユーザがシャッターボタンを全押し操作することに応じてカメラ操作部２１４から出力される。カメラ制御部２１２は、撮像指示が入力された場合はＳ４０５に進み、撮像指示が入力されていない場合はＳ４０７に進む。

Ｓ４０５では、カメラ制御部２１２は、Ｓ４０３でのＡＦ処理が、現在、合焦停止状態にあるか否かを判定する。合焦停止状態とは、撮像光学系が合焦状態となってフォーカスレンズ１０３が停止した状態である。合焦停止状態でない場合は、カメラ制御部２１２はＳ４０３に進み、ＡＦ処理を開始または継続することで合焦状態を得る。合焦停止状態である場合は、カメラ制御部２１２はＳ４０６に進み、撮像処理を行い、記録媒体制御部２０７を介して記録媒体２０８に撮像画像（記録画像）を保存してＳ４０７に進む。

Ｓ４０７では、カメラ制御部２１２は、合焦停止状態を解除して静止画撮像処理を終了する。

次に、図５のフローチャートを用いて、図４のＳ４０１にてカメラ制御部２１２、被写体移動判定部２１３およびＡＦ信号処理部２０４が行う焦点検出処理について説明する。ＡＦ信号処理部２０４は、マイクロコンピュータにより構成され、コンピュータプログラムとしてのフォーカス制御プログラム（撮像処理プログラムの一部であってもよい）に従って焦点検出処理を行う。

まず、Ｓ５０１では、カメラ制御部２１２は、撮像画面（つまりは撮像素子２０１）上においてＡＦを行うＡＦ領域を設定する。ＡＦ領域は、ユーザによるカメラ操作部２１４を通じた指示や被写体検出／追従処理部２１６による被写体検出状態に基づいて設定される。また、被写体検出／追従処理部２１６が被写体を検出している場合は、さらに被写体移動判定部２１３からの被写体移動情報に応じてＡＦ領域を設定する。このＡＦ領域設定処理については後に詳しく説明する。

Ｓ５０１でＡＦ領域の設定を行ったカメラ制御部２１２は、ＡＦ信号処理部２０４に対してＡＦ領域の情報を送り、該情報を受け取ったＡＦ信号処理部２０４はＳ５０２以降のステップで焦点検出処理を行う。

次にＳ５０２では、ＡＦ信号処理部２０４は、撮像素子２０１におけるＡＦ領域に含まれる複数の画素からＡＦ用信号としての一対の位相差像信号を取得する。

次にＳ５０３では、ＡＦ信号処理部２０４は、取得した一対の位相差像信号を１画素（１ビット）ずつ相対的にシフトさせながらこれら一対の位相差像信号の相関量を算出する。相関量は、ＡＦ領域内に設けられた複数の画素ライン（以下、走査ラインという）のそれぞれにおいて後述するように算出される。本実施例では、各走査ラインの相関量が算出されると、それぞれの相関量が加算平均されて１つの相関量が算出される。また、本実施例では、相関量の算出において一対の位相差像信号を１画素ずつ相対的にシフトさせるが、２画素ずつ等、より多くの画素単位でシフトさせてもよい。また、本実施例では、各走査ラインの相関量を加算平均することで１つの相関量を算出するが、例えば各走査ラインの一対の位相差像信号に対して加算平均を行い、その後、加算平均した一対の位相差像信号に対して相関量の算出を行ってもよい。

次にＳ５０４では、ＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０３で算出した相関量から相関変化量を求める。相関変化量の算出方法についても後述する。

そして、Ｓ５０５では、ＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０４で算出した相関変化量を用いて像ずれ量（位相差）を算出する。像ずれ量の算出方法については後述する。

さらに、Ｓ５０６では、ＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０５で算出した像ずれ量の信頼性を算出する。信頼性の算出方法についても後述する。

次に、Ｓ５０７では、ＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０５で算出した像ずれ量を用いてＡＦ領域におけるデフォーカス量を算出し、焦点検出処理を終了する。

次に、焦点検出処理について詳細に説明する。図７には、焦点検出処理において撮像素子２０１における画素アレイ７０１上に設定されるＡＦ領域７０２の例を示している。ＡＦ領域７０２の両側のシフト領域７０３は、相関演算に必要な領域である。このため、ＡＦ域７０２とシフト領域７０３とを合わせた領域７０４が相関演算に必要な画素領域である。図中のｐ，ｑ，ｓ，ｔはそれぞれ、水平方向（ｘ軸方向）での座標を表し、ｐとｑはそれぞれ画素領域７０４の始点と終点のｘ座標を、ｓとｔはそれぞれＡＦ領域７０２の始点と終点のｘ座標を示している。

図８（ａ）には、図７に示したＡＦ領域７０２に含まれる複数の画素から取得したＡＦ用の一対の位相差像信号の例を示す。実線８０１が一方の位相差像信号Ａ（以下、Ａ像信号という）であり、破線８０２が他方の位相差像信号Ｂ（以下、Ｂ像信号という）である。図８（ａ）はシフト前のＡ像信号８０１およびＢ像信号８０２を示している。図８（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、Ａ像およびＢ像信号８０１，８０２を図８（ａ）の状態からプラス方向およびマイナス方向にシフトした状態を示している。Ａ像およびＢ像信号８０１，８０２の相関量を算出する際には、Ａ像およびＢ像信号８０１，８０２の両方を矢印の方向に１ビットずつシフトする。

次に、相関量の算出方法について説明する。まず、図８（ｂ），（ｃ）に示すようにＡ像およびＢ像信号８０１，８０２をそれぞれ１ビットずつシフトして、Ａ像およびＢ像信号８０１，８０２の差の絶対値の和を算出する。シフト量をｉとし、最小シフト量をｐ−ｓとし、最大シフト量をｑ−ｔとし、ｘをＡＦ領域７０２の開始座標とし、ｙをＡＦ領域７０２の終了座標とするとき、相関量ＣＯＲは以下の式（１）によって算出することができる。

図９（ａ）には、シフト量と相関量ＣＯＲとの関係の例を示している。横軸はシフト量を示し、縦軸は相関量ＣＯＲを示す。シフト量とともに変化する相関量９０１における極値付近９０２，９０３のうち、より小さい相関量に対応するシフト量においてＡ像およびＢ像信号の一致度が最も高くなる。

次に、相関変化量の算出方法について説明する。図９（ａ）に示した相関量９０１の波形における１シフトおきの相関量の差を相関変化量として算出する。シフト量をｉとし、最小シフト量をｐ−ｓとし、最大シフト量をｑ−ｔとすると、相関変化量ΔＣＯＲは以下の式（２）によって算出することができる。

図１０（ａ）には、シフト量と相関変化量ΔＣＯＲとの関係の例を示している。横軸はシフト量を示し、縦軸は相関変化量ΔＣＯＲを示す。シフト量とともに変化する相関変化量１００１は、１００２，１００３の部分でプラスからマイナスになる。相関変化量が０となる状態をゼロクロスと呼び、Ａ像およびＢ像信号の一致度が最も高くなる。したがって、ゼロクロスを与えるシフト量が像ずれ量となる。

図１０（ｂ）には、図１０（ａ）中の１００２で示した部分を拡大して示す。１００４は相関変化量１００１の一部分である。この図１０（ｂ）を用いて像ずれ量ＰＲＤの算出方法について説明する。

ゼロクロスを与えるシフト量（ｋ−１＋α）は、整数部分β（＝ｋ−１）と小数部分αとに分けられる。小数部分αは、図中の三角形ＡＢＣと三角形ＡＤＥとの相似の関係から、以下の式（３）によって算出することができる。

整数部分βは、図１０（ｂ）から以下の式（４）によって算出することができる。

そして、αとβの和から像ずれ量ＰＲＤを算出することができる。

図１０（ａ）に示したように相関変化量ΔＣＯＲのゼロクロスが複数存在する場合は、その付近での相関変化量ΔＣＯＲの変化の急峻性がより大きい方を第１のゼロクロスとする。この急峻性はＡＦの行い易さを示す指標であり、値が大きいほど精度良いＡＦを行い易い点であることを示す。急峻性maxderは、以下の式（５）によって算出することができる。

このように、本実施例では、相関変化量のゼロクロスが複数存在する場合は、その急峻性によって第１のゼロクロスを決定し、この第１のゼロクロスを与えるシフト量を像ずれ量とする。

次に、像ずれ量の信頼性の算出方法について説明する。像ずれ量の信頼性は、Ａ像およびＢ像信号の一致度（以下、２像一致度という）fnclvlと上述した相関変化量の急峻性によって定義することができる。２像一致度は、像ずれ量の精度を表す指標であり、本実施例における相関演算手法ではその値が小さいほど精度が良いことを示す。

図９（ｂ）には、図９（ａ）中の９０２で示した部分を拡大したもので、９０４が相関量９０１の一部分である。２像一致度fnclvlは、以下の式（６）によって算出することができる。

次に、図６のフローチャートを用いて、図５のＳ５０１でカメラ制御部２１２（被写体移動判定部２１３）が行うＡＦ領域設定処理について説明する。カメラ制御部２１２は、上述したフォーカス制御プログラムに従って本処理を実行する。

Ｓ６０１では、カメラ制御部２１２は、被写体検出／追従処理部２１６が被写体を検出している（被写体検出状態にある）か否かを判定する。カメラ制御部２１２は、被写体検出状態にあればＳ６０１に進み、被写体検出状態になければＳ６０８に進む。被写体検出状態では、検出被写体移動判定部２１３は以下の処理で撮像画面内において検出した被写体（以下、検出被写体という）の移動が大きいか否かを判定する。

まずＳ６０２では、検出被写体移動判定部２１３は、被写体検出状態が２フレーム以上継続されているか否かを判定する。被写体検出状態が２フレーム以上継続されている場合には、その２フレームである前回フレームと今回フレームとの間における検出被写体の位置（以下、被写体検出位置という）の差を用いて検出被写体の移動量を算出する。被写体検出状態が２フレーム以上継続されている場合はＳ６０３に進み、被写体検出状態が１フレームであればＳ６０６に進む。

Ｓ６０３では、被写体移動判定部２１３は、前回フレームと今回フレーム間での被写体検出位置の差が所定値（閾値）より大きいか否か、言い換えれば前回および今回フレーム間での検出被写体の移動量が所定移動量より大きいか否かを判定する。被写体検出位置の差が所定値より大きい場合は、図１３（ａ）に示したように撮像画面内における検出被写体の動き量が大きいために、検出被写体とＡＦ領域とがずれる場合がある。この結果、検出被写体と該検出被写体とは距離が異なる被写体とがＡＦ領域に含まれる遠近競合が生じた状態となってＡＦ精度が低下するおそれがある。被写体移動判定部２１３は、被写体検出位置の差が所定値より大きい場合はＳ６０４に進み、そうでない場合はＳ６０６に進む。

Ｓ６０２で被写体検出状態が２フレーム以上継続され、かつＳ６０３で被写体検出位置の差が所定値より大きい場合は、被写体移動判定部２１３は検出被写体の移動量が大きいと判定して、その判定結果をカメラ制御部２１２に通知する。それ以外の場合は、被写体移動判定部２１３は検出被写体の移動量が大きくないと判定して、その判定結果をカメラ制御部２１２に通知する。

なお、被写体検出位置の差に対する閾値は、検出被写体の移動によってＡＦ領域が検出被写体から外れてしまう範囲の大きさが所定量より広くなるか否かの観点で設定される。ＡＦ領域が検出被写体から外れてしまう範囲がないことが望ましいが、検出可能な被写体の大きさによってはそれが困難な場合もあるため、ＡＦ領域が検出被写体を少し外れてしまうことも許容した閾値に設定してもよい。なお、カメラ本体２０の被写体検出／追従処理部２１６の被写体検出性能に応じてこの閾値を変更することが望ましい。

Ｓ６０４では、カメラ制御部２１２は、ＡＦ領域の中心（または重心）の位置を、今回のフレームの被写体検出位置と前回および今回フレーム間での被写体検出位置の差とに応じて設定する。具体的には、前回および今回フレーム間での被写体検出位置の差から撮像画面内における検出被写体の移動方向を算出し、今回フレームの被写体検出位置から検出被写体の移動方向にシフトした位置を中心として新たなＡＦ領域を設定する。ＡＦ領域を単純に被写体検出位置を中心として設定すると、検出被写体の移動によってＡＦ領域が検出被写体以外の被写体を含むおそれがある。このため、ＡＦ領域（の中心）を検出被写体の被写体検出位置から検出被写体の移動方向にシフトした位置に設定することで、ＡＦ領域にできるだけ検出被写体のみが含まれるようにする。これにより、ＡＦ領域に互いに異なる距離の複数の被写体が存在する遠近競合の発生を抑え、検出被写体に対してより精度の高いＡＦを行うことができる。

なお、ＡＦ領域を被写体検出位置から検出被写体の移動方向へのシフト量については、予め設定した固定値であってもよいし、前回および今回フレーム間での被写体検出位置の差に応じて可変設定してもよい。ＡＦ領域の中心を、本来の検出被写体の中心に近づけるシフト量を設定すればよい。

Ｓ６０５では、カメラ制御部２１２は、ＡＦ領域の横幅をαに設定してＡＦ領域設定処理を終了する。横幅αとしては、後述するＳ６０７およびＳ６０９で設定する横幅βよりも小さな値とする。

一方、Ｓ６０６では、カメラ制御部２１２は、今回フレームの被写体検出位置を中心としてＡＦ領域を設定する。すなわち、被写体移動判定部２１３が検出被写体の移動量が大きくないと判定した場合は、今回フレームの被写体検出位置に対してＡＦ領域を設定する。そして、Ｓ６０７に進む。

Ｓ６０７では、カメラ制御部２１２は、ＡＦ領域の横幅をβに設定してＡＦ領域設定処理を終了する。

前述したように被写体移動判定部２１３が検出被写体の移動量が大きいと判定した場合にはＳ６０５でＡＦ領域の横幅をαに設定し、検出被写体の移動量が大きくないと判定した場合にはＳ６０７でＡＦ領域の横幅をβに設定する。αとβは以下の関係がある。
α＜β
検出被写体の移動量が大きくない場合には、検出被写体に対してできるだけコントラスト部分を含んで精度の高いＡＦができるように、より広い横幅βのＡＦ領域を設定するように制御する。しかし、検出被写体の移動量が大きい場合にＡＦ領域の横幅をβに設定すると、ＡＦ領域が検出被写体からはみ出して遠近競合が発生する可能性が高い。このため、被写体の移動量が大きい場合には、横幅βよりも狭い横幅αのＡＦ領域を設定して、遠近競合が発生する可能性を低減する。

Ｓ６０４およびＳ６０５の処理の例を図１３（ｂ）に示す。検出被写体の移動量が大きい場合には、図１３（ａ）に示した検出被写体の移動量が大きくない場合に対して、ＡＦ領域の位置を被写体検出位置から検出被写体の移動方向にシフトさせるとともに、ＡＦ領域の横幅をβより狭いαに設定する。なお、ＡＦ領域の中心が検出被写体の移動方向にシフトしていれば、そのＡＦ領域の位置は検出被写体の移動方向にシフトしているとみなす。よって、例えば、図１３（ｂ）に示した検出被写体移動判定未対策時のＡＦ領域のうち、左半分をＡＦ領域とする場合も、ＡＦ領域の位置が移動方向にシフトしているとみなす。

また、本実施例では、ＡＦ領域の横幅（焦点検出方向における幅）をα＜βとしたが、ＡＦ領域の位置を検出被写体の移動方向にシフトさせれば、ＡＦ領域の大きさは変えなくてもよい。また、ＡＦ領域の位置をシフトさせずに、ＡＦ領域の大きさ（焦点検出方向における幅）を小さくしても、他の被写体がＡＦ領域に含まれにくくなるため、遠近競合を抑制する効果を得ることができる。

一方、Ｓ６０８では、カメラ制御部２１２は、ユーザが任意に撮像画面内に設定した位置を中心としてＡＦ領域を設定し、Ｓ６０９に進む。

Ｓ６０９では、カメラ制御部２１２は、ＡＦ領域の横幅をβに設定してＡＦ領域設定処理を終了する。

なお、本実施例では、検出被写体の移動量が大きくない場合にＳ６０７で設定するＡＦ領域の横幅と被写体が検出されていない場合にＳ６０９で設定する横幅とを同じβとしたが、これらを互いに異ならせてもよい。また、本実施例では、被写体検出位置やユーザが設定した位置が中心となるようにＡＦ領域を設定したが、被写体検出位置やユーザが設定した位置が中心以外、例えば左上となるようにＡＦ領域を設定してもよい。

次に、図１１のフローチャートを用いて、図４のＳ４０３にてカメラ制御部２１２が行うＡＦ処理について説明する。カメラ制御部２１２は、上述したフォーカス制御プログラムに従って本処理を実行する。

Ｓ１１０１では、カメラ制御部２１２は、現在ＡＦが完了して合焦停止状態にあるか否かを判定し、合焦停止状態でない場合はＳ１１０２に進み、合焦停止状態の場合はＳ１１０９に進む。

Ｓ１１０２では、カメラ制御部２１２は、図４のＳ４０１（図５のＳ５０７）で算出されたデフォーカス量の信頼性が所定信頼性より高いか否かを判定する。ここにいう信頼性は、前述した２像一致度や像ずれ量の急峻性により求められるものであり、算出されたデフォーカス量だけでなくデフォーカス方向も信頼できない信頼性範囲の最高値を所定信頼性と設定するのが望ましい。なお、信頼性は、２像一致度と像ずれ量の急峻性の両方を用いて求めてもよいし、一方のみを用いて求めてもよい。また、２像の信号レベル等の他の指標を用いてもよい。デフォーカス量の所定信頼性より高い場合はＳ１１０３に進み、そうでない場合はＳ１１０７に進む。

Ｓ１１０３では、カメラ制御部２１２は、信頼性が高いデフォーカス量を用いてＡＦを行うため、まずデフォーカス量が焦点深度内か否かを判定し、焦点深度内である場合はＳ１１０４に進み、焦点深度内でない場合はＳ１１０５に進む。

Ｓ１１０４では、カメラ制御部２１２は、デフォーカス量が焦点深度内にある合焦状態とであるとみなして合焦停止状態に移行し、ＡＦ処理を終了する。

一方、Ｓ１１０５では、カメラ制御部２１２は、まだ合焦状態が得られていないとみなして、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０３を駆動するためのレンズ駆動設定を行い、Ｓ１１０６に進む。レンズ駆動設定とは、フォーカスレンズ１０３の駆動速度や、デフォーカス量の誤差を考慮したデフォーカス量に適用するゲイン等の設定である。

Ｓ１１０６では、カメラ制御部２１２は、デフォーカス量およびＳ１１０５で設定したレンズ駆動設定の情報に基づいて、レンズ制御部１０６に対してフォーカスレンズ１０３の制御命令を送信する。すなわち、フォーカス制御を行う。これにより、ＡＦ処理を終了する。

一方、Ｓ１１０７では、Ｓ５０７で算出したデフォーカス量を使用することができない。このため、カメラ制御部２１２は、信頼性が高いデフォーカス量が得られるフォーカスレンズ１０３の位置を検出するためにフォーカスレンズ１０３をその可動端に向けて移動させながらデフォーカス量を算出するサーチ駆動を行う。具体的には、カメラ制御部２１２は、まずサーチ駆動用のレンズ駆動設定を行う。サーチ駆動用のレンズ駆動設定とは、フォーカスレンズ１０３の駆動速度や駆動を開始する方向等の設定である。

続いてＳ１１０８では、カメラ制御部２１２は、Ｓ１１０７で設定したサーチ駆動用のレンズ駆動設定に基づいて、レンズ制御部１０６に対してフォーカスレンズ１０３の制御命令を送信する。そして、ＡＦ処理を終了する。

なお、本実施例では、撮像素子２０１の出力信号を用いる撮像面位相差ＡＦのみを行えるカメラ本体２０について説明した。しかし、撮像素子２０１の出力信号を用いてコントラストＡＦを行える場合には、Ｓ１１０２でデフォーカス量の信頼性が低いと判定した場合にコントラストＡＦを行うようにしてもよい。

Ｓ１１０９では、カメラ制御部２１２は、合焦停止状態を保持し、ＡＦ処理を終了する。

以上説明したように、本実施例では、検出被写体の移動量が大きい場合には、被写体検出位置から検出被写体の移動方向にシフトした位置に、該移動量が大きくない場合よりも狭いＡＦ領域を設定する。このような制御により、検出被写体の移動量が大きくても、検出被写体に対してＡＦ領域がずれて他の被写体を含むことによる遠近競合の発生を抑制することができ、検出被写体に対してより高精度にＡＦを行うことができる。

本実施例では、図２（ｂ）に示すように水平方向において相関演算を行う場合について説明したが、垂直方向や斜め方向において相関演算を行ってもよい。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、実施例１で説明したＡＦ領域設定処理において、さらに検出したデフォーカス量の信頼性、絞りの状態および手振れの検出状況に応じてＡＦ領域の設定方法を変更する。本実施例におけるカメラ本体およびレンズユニットの構成は実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。また、カメラ本体２０で行われる撮像処理、静止画撮像処理および焦点検出処理は、実施例１において図３、図４および図５を用いて説明した処理と同じである。

図１４のフローチャートを用いて、図５のＳ５０１でカメラ制御部２１２および被写体移動判定部２１３が行うＡＦ領域設定処理について説明する。図１４におけるＳ１５０１からＳ１５０３までの処理は、図６におけるＳ６０１からＳ６０３までの処理と同じである。また、図１４におけるＳ１５０６からＳ１５１１までの処理は、図６におけるＳ６０４からＳ６０９までの処理と同じである。

Ｓ１５０４では、被写体移動判定部２１３は、前回フレームにて検出したデフォーカス量の信頼性が所定信頼性より高いか否かを判定する。信頼性が所定信頼性より高い場合はＳ１５０５に進み、信頼性が所定信頼性より低い場合はＳ１５０８に進む。ここにいう信頼性も、実施例１で説明したように、２像一致度や像ずれ量の急峻性により求められるものであり、算出されたデフォーカス量だけでなくデフォーカス方向も信頼できない信頼性範囲の最高値を所定信頼性と設定するのが望ましい。

前回フレームにて検出したデフォーカス量の信頼性が所定信頼性より低い場合としては、Ｓ１５０７でＡＦ領域の横幅をβより狭いαに設定したためにＡＦ領域にコントラストのある被写体が含まれなかった場合等がある。より具体的には、ＡＦ領域が検出した顔の頬のようにコントラストが低い部分のみを含む場合である。ＡＦ領域を狭くすることで遠近競合の発生を抑制することができるが、逆にＡＦ領域が狭くなることで像ずれ量を検出し易いコントラストの高い被写体を含まなくなる可能性が高くなり、デフォーカス量の信頼性が低下するおそれがある。そこで、前回フレームで検出されたデフォーカス量の信頼性が低い場合は、ＡＦ領域の横幅をαに設定せず、Ｓ１５０９で横幅をβに設定することで一時的に像ずれ量の検出のし易さを優先する。

Ｓ１５０５では、被写体移動判定部２１３は、絞りを所定絞り値より開けているか否かを判定し、所定絞り値より開けている場合はＳ１５０６に進み、そうでない場合はＳ１５０８に進む。撮像面位相差検出方式のＡＦでは、絞りを絞るほど像ずれ量からデフォーカス量を算出する為の換算係数が大きくなりＡＦ精度が出にくくなる特性がある。ここで設定する絞りの閾値は、例えばＡＦの精度規格を基に、ＡＦ精度がある程度より良くなる絞りを設定する。

先述したように、撮像面位相差ＡＦでは、絞りを絞るほど像ずれ量からデフォーカス量を算出するための換算係数が大きくなり、ＡＦ精度を上げにくくなる。このため、ＡＦ領域内に像ずれ量の検出がし易いコントラストの高い被写体が含まれない場合には、特にデフォーカス量のばらつきが大きく、フォーカスレンズ１０３が合焦状態が得られる位置付近で移動し続けるおそれがある。また、絞りを絞ってと被写界深度を深くすると、遠近競合が発生していてもそれぞれにピントが合うようになる傾向があるため、遠近競合によるピントのぼけが発生し難くなる。これらの理由から、絞りが所定絞り値より絞り込まれているためにＡＦ精度が低下し易い状況では、ＡＦ領域を狭くすることによる遠近競合の抑制よりもＡＦ領域を広くしてコントラストの高い被写体がＡＦ領域に含まれ易くする。

次に、図１５のフローチャートを用いて、図４のＳ４０３にてカメラ制御部２１２が行うＡＦ処理について説明する。図１５におけるＳ１６０１からＳ１６０６までの処理は、図１１におけるＳ１１０１からＳ１１０６までの処理と同じである。また、図１５におけるＳ１６０８からＳ１６１０までの処理は、図１１におけるＳ１１０７からＳ１１０９までの処理と同じである。

Ｓ１６０７では、カメラ制御部２１２は、前回フレームにて検出したデフォーカス量の信頼性が所定信頼性より高いか否かを判断する。デフォーカス量の信頼性が所定信頼性より高ければＡＦ処理を終了し、所定信頼性より低ければＳ１６０８に進む。ここにいう信頼性も、Ｓ１５０４で説明したものと同じである。

実施例１では、Ｓ１１０２でデフォーカス量の信頼性が低い場合には、Ｓ１１０７およびＳ１１０８でサーチ駆動によるレンズ駆動処理を行った。これに対して、本実施例では、Ｓ１６０２でデフォーカス量の信頼性が所定信頼性より低いには、さらに前回フレームのデフォーカス量の信頼性が所定信頼性より低くなければＳ１６０８およびＳ１６０９でサーチ駆動によるレンズ駆動処理を行わない。これは、図１４におけるＳ１５０４の判定結果によってＳ１５０７でより狭いＡＦ領域の横幅αが設定されたことで信頼性が低くなってしまったときに不用意なサーチ駆動を行わないためである。

このように本実施例でも、検出被写体の移動量が大きい場合に被写体検出位置から検出被写体の移動方向にシフトした位置に、該移動量が大きくない場合よりも狭いＡＦ領域を設定するが、その際に本実施例ではデフォーカス量の信頼性や絞りの情報を考慮する。すなわち、狭い横幅のＡＦ領域を設定したためにデフォーカス量の信頼性が低下する場合には、広い横幅のＡＦ領域を設定する。また、絞りを絞っている場合には、ＡＦ精度と被写界深度の深さを考慮して、広い横幅のＡＦ領域を設定する。このような制御により、遠近競合を抑制しつつ、ＡＦ精度の低下を回避することができる。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例では、実施例１で説明したＡＦ領域設定処理において、さらに検出被写体の移動量が大きい場合に狭い横幅のＡＦ領域と広い横幅のＡＦ領域を設定する。そして、それぞれのＡＦ領域で算出したデフォーカス量の信頼性に応じてどちらのＡＦ領域をＡＦ処理に使用するかを選択する。本実施例におけるカメラ本体およびレンズユニットの構成は実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。また、カメラ本体２０で行われる撮像処理、静止画撮像処理およびＡＦ処理は、図３、図４および図１１を用いて説明した処理と同じである。

図１６のフローチャートを用いて、図４のＳ４０１にてカメラ制御部２１２、被写体移動判定部２１３およびＡＦ信号処理部２０４が行う焦点検出処理について説明する。図１６におけるＳ１７０２からＳ１７０７までの処理は、図５におけるＳ５０２からＳ５０７までの処理と同じである。ただし、後述するようにＳ１７０３からＳ１７０７までの処理は、Ｓ１７０１の処理にてＡＦ領域が複数設定されている場合は、複数のＡＦ領域のそれぞれについて実行される。

Ｓ１７０１では、カメラ制御部２１２は、撮像画面（つまりは撮像素子２０１）上においてＡＦを行うＡＦ領域を設定する。ＡＦ領域は、ユーザによるカメラ操作部２１４を通じた指示や被写体検出／追従処理部２１６による被写体検出状態に基づいて設定される。また、被写体検出／追従処理部２１６が被写体を検出している場合は、さらに被写体移動判定部２１３からの被写体移動情報に応じてＡＦ領域を設定する。また、本実施例では、後述するように複数のＡＦ領域を設定する場合がある。

Ｓ１７０８では、カメラ制御部２１２は、Ｓ１７０１で設定した複数のＡＦ領域のうちどのＡＦ領域を図４のＳ４０３で行うＡＦ処理に使用するかを選択して、焦点検出処理を終了する。

次に、図１７のフローチャートを用いて、図１６のＳ１７０１でカメラ制御部２１２および被写体移動判定部２１３が行うＡＦ領域設定処理について説明する。図１７におけるＳ１８０１の処理は、図６におけるＳ６０１の処理と同じである。また、図１７におけるＳ１８０４およびＳ１８０５の処理は、図６におけるＳ６０２およびＳ６０３の処理と同じである。

Ｓ１８０２では、カメラ制御部２１２は、被写体検出位置を中心として第１のＡＦ領域（第１の焦点検出領域）を設定し、Ｓ１８０３に進む。

Ｓ１８０３では、カメラ制御部２１２は、第１のＡＦ領域の横幅をβに設定し、Ｓ１８０４に進む。このように本実施例では、Ｓ１８０１で被写体検出状態にあると判定した場合には、常に被写体検出位置を中心として横幅がβである第１のＡＦ領域を設定する。

Ｓ１８０６では、カメラ制御部２１２は、第２のＡＦ領域（第２の焦点検出領域）の中心を、今回フレームの被写体検出位置と前回および今回フレーム間での被写体検出位置の差とに応じて設定する。具体的には、前回および今回フレーム間での被写体検出位置の差から撮像画面内における検出被写体の移動方向を算出し、今回フレームの被写体検出位置から検出被写体の移動方向に実施例１で説明したシフト量だけシフトした位置を第２のＡＦ領域の中心に設定する。

Ｓ１８０７では、カメラ制御部２１２は、第２のＡＦ領域の横幅をαに設定し、Ｓ１８０８に進む。

Ｓ１８０８では、カメラ制御部２１２は、第１のＡＦ領域の中心の位置を第２のＡＦ領域の中心と同じ位置に設定し直す。第１のＡＦ領域の中心はＳ１８０２で設定したが、被写体移動判定部２１３により検出被写体の移動量が大きいと判定された場合は、今回フレームの被写体検出位置から検出被写体の移動方向に上記シフト量だけシフトした位置を中心とするように再設定する。ただし、第１のＡＦ領域の横幅はＳ１８０３で設定したβのままとし、第２のＡＦ領域の横幅αよりも広くする。そして、ＡＦ領域設定処理を終了する。第１のＡＦ領域と第２のＡＦ領域の例を図１８に示す。

実施例１では、被写体移動判定部２１３の判定結果に応じて設定するＡＦ領域の位置を変更するが、本実施例では検出被写体の移動量が大きいと判定された場合において第１および第２のＡＦ領域（すなわち複数のＡＦ領域）を設定する。これにより、後述する使用ＡＦ領域選択処理により実施例１に比べてより適切な位置や大きさのＡＦ領域を設定することができる。一方、Ｓ１８０９では、カメラ制御部２１２は、ユーザが任意に撮像画面内に設定した位置を中心として第１のＡＦ領域を設定し、Ｓ１８１０に進む。

Ｓ１８１０では、カメラ制御部２１２は、第１のＡＦ領域の横幅をβに設定してＡＦ領域設定処理を終了する。

図１９のフローチャートを用いて、図１６のＳ１７０８でカメラ制御部２１２が行う使用ＡＦ領域選択処理について説明する。Ｓ１９０１では、カメラ制御部２１２は、Ｓ１７０１のＡＦ領域設定処理で設定されたＡＦ領域が２つ以上であるか否かを判定し、設定されたＡＦ領域が２つ以上であればＳ１９０２に進み、１つであればＳ１９０４に進む。Ｓ１９０２では、カメラ制御部２１２は、第２のＡＦ領域で算出されたデフォーカス量の信頼性が所定信頼性より高いか否かを判定し、信頼性が所定信頼性より高い場合はＳ１９０３に進み、所定信頼性より低い場合はＳ１９０４に進む。ここでいう信頼性および所定信頼性については、実施例１，２で説明したものと同じである。Ｓ１９０３では、カメラ制御部２１２は、第２のＡＦ領域を使用ＡＦ領域として選択し、使用ＡＦ領域選択処理を終了する。Ｓ１９０４では、カメラ制御部２１２は、第１のＡＦ領域を使用ＡＦ領域として選択し、使用ＡＦ領域選択処理を終了する。

本実施例では、第１および第２のＡＦ領域を設定した場合において、第２のＡＦ領域で得られたデフォーカス量の信頼性が高い場合には第２のＡＦ領域をＡＦ処理に使用するが、信頼性が低い場合には第１のＡＦ領域をＡＦ処理に使用する。前述した実施例２では、設定したＡＦ領域で得られたデフォーカス量の信頼性が低い場合は、前回フレームにて検出したデフォーカス量の信頼性の判定結果に応じてＡＦ領域の位置と大きさ（横幅）を変更した。この実施例２では複数のＡＦ領域についてのデータを保持する必要がないため、ＲＯＭ２１０の使用容量が少なくなるというメリットがある。ただし、実施例２では１フレーム分、余分な時間を要する。これに対して本実施例では、ＲＯＭ２１０の使用容量は増えるが、ＡＦ領域の変更を同一フレーム内で行うことができるため、ＡＦに要する時間を短縮することができる。

このように本実施例では、検出被写体の移動量が大きい場合には、被写体検出位置と該被写体検出位置から検出被写体の移動方向にシフトした位置のそれぞれに第１のＡＦ領域と第２のＡＦ領域を設定する。そして、第２のＡＦ領域にて得られたデフォーカス量の信頼性が高い場合にのみこの第２のＡＦ領域をＡＦ処理に使用する。このような制御により、検出被写体の移動量が大きくても、検出被写体に対してＡＦ領域がずれて他の被写体を含むことで遠近競合が発生することを抑制することができる。この結果、移動する検出被写体に対してより高精度なＡＦを行うことができる。

さらに、本実施例では、検出被写体をより正確に含むように設定した第２のＡＦ領域が低コントラストな被写体領域しか含んでいないためにデフォーカス量の信頼性が低い場合には、より広い大きさを有する第１のＡＦ領域を同一フレーム内で設定し直す。これにより、第２のＡＦ領域では信頼性が高いデフォーカス量を算出できなかった場合でも、高精度かつ高速にＡＦを行うことができる。

次に、本発明の実施例４について説明する。本実施例では、実施例３で説明したＡＦ領域設定処理および使用ＡＦ領域選択処理に加えて、絞りの状態に応じて使用するＡＦ領域を変更する。本実施例におけるカメラ本体およびレンズユニットの構成は実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。また、カメラ本体２０で行われる撮像処理、静止画撮像処理およびＡＦ処理は、実施例１において図３、図４および図１１を用いて説明した処理と同じである。また、本実施例における焦点検出処理およびＡＦ領域設定処理は、実施例３において図１６および図１７を用いて説明した処理と同じである。

図２０のフローチャートを用いて、図１６のＳ１７０８でカメラ制御部２１２が行う使用ＡＦ領域選択処理について説明する。図２０におけるＳ２１０１、Ｓ２１０２、Ｓ２１０４およびＳ２１０５の処理は、図１９におけるＳ１９０１、Ｓ１９０、Ｓ１９０３およびＳ１９０４の処理と同じである。

Ｓ２１０３では、カメラ制御部２１２は、絞りを所定絞り値より開けているか否かを判定する。絞りを所定絞り値より開けている場合はＳ２１０４に進み、所定絞り値より絞っている場合はＳ２１０５に進む。このように絞りの状態に応じて使用するＡＦ領域を変更する理由は、実施例２で図１４のＳ１５０５を説明した処理と同様の理由によるため、説明を省略する。

本実施例でも、実施例３と同様に、検出被写体の移動量が大きい場合には、被写体検出位置と該被写体検出位置から検出被写体の移動方向にシフトした位置のそれぞれに第１のＡＦ領域と第２のＡＦ領域を設定する。そして、第２のＡＦ領域にて得られたデフォーカス量の信頼性が高く、かつ絞りを所定絞り値より開いている場合にのみこの第２のＡＦ領域をＡＦ処理に使用する。このような制御により、絞りを絞っているためにＡＦ精度が低下し易い状況では、ＡＦ領域を狭くすることで遠近競合を抑制することよりもＡＦ領域を広くしてコントラストの高い被写体をＡＦ領域に含ませ易くすることで、ＡＦの安定性を向上させることができる。
（その他の実施例）
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。

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、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１０ レンズユニット
２０ カメラ本体
１０３ フォーカスレンズ
２０１ 撮像素子
２０４ ＡＦ信号処理部
２１２ カメラ制御部
２１３ 被写体移動判定部
２１６ 被写体検出／追従処理部

Claims (16)

1. 撮像光学系の焦点状態を位相差検出方式により検出する焦点検出手段と、
   前記焦点状態に応じてフォーカス制御を行う制御手段と、
   撮像画面内において前記焦点状態を検出する焦点検出領域を設定する設定手段とを有し、
   前記設定手段は、撮像により生成された撮像信号を用いて前記撮像画面内に含まれる被写体を検出するとともに該被写体の移動量を検出し、前記移動量に応じて位置が異なる前記焦点検出領域を設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
2. 前記設定手段は、
   前記移動量が所定移動量より小さい場合は、前記撮像画面内における前記被写体の検出位置に対応する前記焦点検出領域を設定し、
   前記移動量が所定移動量より大きい場合は、前記撮像画面内における前記検出位置から前記被写体の移動方向にシフトした前記焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
3. 前記設定手段は、前記検出位置または該検出位置から前記移動方向にシフトした位置が中心または重心となるように前記焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項２に記載のフォーカス制御装置。
4. 前記設定手段は、前記移動量に応じて大きさが異なる前記焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のフォーカス制御装置。
5. 前記設定手段は、前記移動量が前記所定移動量より大きい場合は、該移動量が前記所定移動量より小さい場合に比べて前記焦点検出領域の大きさを小さくすることを特徴とする請求項４に記載のフォーカス制御装置。
6. 前記設定手段は、前記移動量が前記所定移動量より大きい場合において、検出された前記焦点状態の信頼性が所定信頼性より高いときに、前記移動量が前記所定移動量より小さい場合に比べて前記焦点検出領域の大きさを小さくすることを特徴とする請求項５に記載のフォーカス制御装置。
7. 前記設定手段は、前記移動量が前記所定移動量より大きい場合において、前記撮像光学系に含まれる絞りが所定絞り値より開けられているときに、前記移動量が前記所定移動量より小さい場合に比べて前記焦点検出領域の大きさを小さくすることを特徴とする請求項５または６に記載のフォーカス制御装置。
8. 前記設定手段は、前記移動量が前記所定移動量より大きい場合に、互いに大きさが異なる複数の前記焦点検出領域を設定し、該複数の焦点検出領域のうちいずれかを前記フォーカス制御に用いる焦点検出領域として選択することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のフォーカス制御装置。
9. 前記複数の焦点検出領域は、第１の焦点検出領域と該第１の焦点検出領域よりも大きさが小さい第２の焦点検出領域とを含み、
   前記設定手段は、前記第２の焦点検出領域で検出された前記焦点状態の信頼性が所定信頼性より低いときに前記第１の焦点検出領域を前記フォーカス制御に用いる焦点検出領域として選択することを特徴とする請求項８に記載のフォーカス制御装置。
10. 前記複数の焦点検出領域は、第１の焦点検出領域と該第１の焦点検出領域よりも大きさが小さい第２の焦点検出領域とを含み、
    前記設定手段は、前記撮像光学系に含まれる絞りが所定絞り値より絞られているときは前記第１の焦点検出領域を前記フォーカス制御に用いる焦点検出領域として選択し、前記絞りが前記所定絞り値より開けられているときは前記第２の焦点検出領域を前記フォーカス制御に用いる焦点検出領域として選択することを特徴とする請求項８または９に記載のフォーカス制御装置。
11. 撮像光学系の焦点状態を位相差検出方式により検出する焦点検出手段と、
    前記焦点状態に応じてフォーカス制御を行う制御手段と、
    撮像画面内において前記焦点状態を検出する焦点検出領域を設定する設定手段とを有し、
    前記設定手段は、撮像により生成された撮像信号を用いて前記撮像画面内に含まれる被写体を検出するとともに該被写体の移動量を検出し、前記移動量に応じて大きさが異なる前記焦点検出領域を設定することを特徴とするフォーカス制御装置。
12. 撮像光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子と、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のフォーカス制御装置とを有することを特徴とする撮像装置。
13. 撮像光学系の焦点状態を位相差検出方式により検出するステップと、
    前記焦点状態に応じてフォーカス制御を行うステップと、
    撮像画面内において前記焦点状態を検出する焦点検出領域を設定する設定ステップとを有し、
    前記設定ステップにおいて、撮像により生成された撮像信号を用いて前記撮像画面内に含まれる被写体を検出するとともに該被写体の移動量を検出し、前記移動量に応じて位置が異なる前記焦点検出領域を設定することを特徴とするフォーカス制御方法。
14. 撮像光学系の焦点状態を位相差検出方式により検出するステップと、
    前記焦点状態に応じてフォーカス制御を行うステップと、
    撮像画面内において前記焦点状態を検出する焦点検出領域を設定する設定ステップとを有し、
    前記設定ステップにおいて、撮像により生成された撮像信号を用いて前記撮像画面内に含まれる被写体を検出するとともに該被写体の移動量を検出し、前記移動量に応じて大きさが異なる前記焦点検出領域を設定することを特徴とするフォーカス制御方法。
15. 撮像装置のコンピュータにフォーカス制御処理を実行させるコンピュータプログラムであって、
    前記フォーカス制御処理は、
    撮像光学系の焦点状態を位相差検出方式により検出する処理と、
    前記焦点状態に応じてフォーカス制御を行う処理と、
    撮像画面内において前記焦点状態を検出する焦点検出領域を設定する設定処理とを含み、
    前記設定処理において、前記コンピュータに、撮像により生成された撮像信号を用いて前記撮像画面内に含まれる被写体を検出するとともに該被写体の移動量を検出させ、前記移動量に応じて位置が異なる前記焦点検出領域を設定させることを特徴とするフォーカス制御プログラム。
16. 撮像装置のコンピュータにフォーカス制御処理を実行させるコンピュータプログラムであって、
    前記フォーカス制御処理は、
    撮像光学系の焦点状態を位相差検出方式により検出する処理と、
    前記焦点状態に応じてフォーカス制御を行う処理と、
    撮像画面内において前記焦点状態を検出する焦点検出領域を設定する設定処理とを含み、
    前記設定処理において、前記コンピュータに、撮像により生成された撮像信号を用いて前記撮像画面内に含まれる被写体を検出するとともに該被写体の移動量を検出させ、前記移動量に応じて大きさが異なる前記焦点検出領域を設定させることを特徴とするフォーカス制御プログラム。