JP2019158958A - 撮像装置及びその制御方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】補助光の発光機会を抑制しつつ高速な焦点検出を行う。【解決手段】システム制御部５０は、第１の焦点検出条件に従って、撮像素子１４から取得された一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂの位相差に基づいてデフォーカス量を取得する。システム制御部５０は、第１の焦点検出条件により取得されたデフォーカス量の信頼性が無く且つ、補助光が必要な場合に、第２の焦点検出条件によりデフォーカス量を取得する。第２の焦点検出条件は、第１の焦点検出条件に比し検出可能なデフォーカス量が拡大され且つフラッシュ４８を発光させる条件である。【選択図】図７

Description

本発明は、瞳分割方式の焦点検出を行う撮像装置及びその制御方法、プログラムに関する。

撮影レンズの焦点状態を検出する方式の１つとして、各画素にマイクロレンズが形成された２次元の撮像素子を用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置が知られている（特許文献１）。この装置では、撮像素子を構成する各画素の光電変換部（ＰＤ）が複数に分割されており、分割されたＰＤがマイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を受光する。この装置は、撮影レンズの瞳の異なる領域を通過した光束を受光したＰＤの一対の出力信号に対して、ずれ量である位相差を算出するための相関演算を行い、その位相差からデフォーカス量を算出することができる。

また、特許文献２には、瞳分割方式の焦点検出装置であって、２次結像光学系を有する装置が開示されている。この装置では、焦点検出が困難な場合に、焦点検出を補助する補助光を発光させる。特許文献１による焦点検出方式は、特許文献２による２次結像光学系を有する焦点検出方式に対して瞳分離性能が低く、基線長を長くとりにくいため、検出可能なデフォーカス量が小さいという特性を有する。一方で、特許文献１の焦点検出方式でも、特許文献２のように焦点検出が困難な場合に補助光を活用することにより、焦点検出が可能な状況を拡大することが可能である。

特開２０１４−１８２３６０号公報 特開平６−９４９８８号公報

しかしながら、特許文献１のように、マイクロレンズによる瞳分割を行う焦点検出方式で補助光を利用した焦点検出を行う場合には、以下のような課題がある。すなわち、補助光を利用した焦点検出を行う場合には、補助光を発光している状況で焦点検出が可能となる。そのため、ある条件で補助光を発光させたにもかかわらず焦点検出が不可能であった場合には、フォーカス状態を変更し、もしくはフォーカス状態を変更しながら、補助光を再度、発光させる必要がある。

上述のように、マイクロレンズによる瞳分割を行う焦点検出方式では、検出可能なデフォーカス量が小さいため、補助光の使用時にも焦点検出が不可能となる頻度が高くなる。このことから、補助光の発光回数や発光時間が増え、焦点検出の応答性が損なわれるという問題がある。さらには消費電力の増大にもつながってしまう。

本発明は、補助光の発光機会を抑制しつつ高速な焦点検出を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する一対の信号を取得可能な撮像素子と、焦点検出条件に従って、前記撮像素子から取得された前記一対の信号の位相差に基づいてデフォーカス量を取得する取得手段と、前記デフォーカス量の信頼性の有無を判定する第１の判定手段と、焦点検出を補助するために発光する発光手段と、補助光の要否を判定する第２の判定手段と、第１の焦点検出条件により前記取得手段により取得されたデフォーカス量の信頼性が無いと前記第１の判定手段により判定され且つ、第２の判定手段により補助光が必要と判定された場合に、前記第１の焦点検出条件に比し検出可能なデフォーカス量が拡大され且つ前記発光手段を発光させる第２の焦点検出条件により、前記取得手段にデフォーカス量を取得させるよう制御する制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、補助光の発光機会を抑制しつつ高速な焦点検出を行うことができる。

撮像装置を含むカメラシステムの構成図である。 画素の構成を示す回路図、画素を模式的に示した図である。 光電変換領域と射出瞳との関係を示す図である。 焦点検出領域の例を示す図である。 一対の焦点検出信号の例を示す図である。 ライブビュー撮影処理のフローチャートである。 焦点調節処理のフローチャートである。 撮影サブルーチンのフローチャートである。 補助光発光時焦点調節処理のサブルーチンのフローチャートである。 検出デフォーカス範囲の拡大設定処理のフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る撮像装置を含むカメラシステムの構成図である。このカメラシステムは、カメラ１００とこれに交換可能に装着される撮影レンズ３００とを備える。このカメラシステムは、一例としてレンズ交換式のデジタル一眼レフカメラに適用されるが、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成可能な撮像素子を有する各種の撮像装置に本発明を適用可能である。このような焦点検出装置を有する撮像装置には、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラのほか、カメラ機能を有する携帯電話機、コンピュータ機器、メディアプレーヤ、ロボット機器、ゲーム機器、家電機器などが含まれる。

カメラ１００は、複数種類の撮影レンズ３００が存在するカメラシステムに対応しており、同一種類のレンズでも製造番号が異なるものが装着可能である。更には、カメラ１００は、焦点距離や開放Ｆナンバーが異なる撮影レンズ３００若しくはズーム機能を備える撮影レンズ３００なども装着可能で、同種、異種の撮影レンズにかかわらず交換可能な構成を有する。

撮影レンズ３００を通過した光束は、マウント１０６を通過し、メインミラー１３０により上方へ反射されて光学ファインダ１０４に入射する。光学ファインダ１０４により、撮影者は被写体光学像を観察しながら撮影できる。光学ファインダ１０４内には、表示部５４の一部の機能、例えば、合焦表示、手振れ警告表示、絞り値表示、露出補正表示等が設置されている。

メインミラー１３０の一部は半透過性のハーフミラーで構成され、メインミラー１３０に入射する光束のうち一部はこのハーフミラー部分を通過し、サブミラー１３１で下方へ反射されて焦点検出装置１０５へ入射する。焦点検出装置１０５は、２次結像光学系とラインセンサを有する位相差検出方式の焦点検出装置であり、得られた光学像（一対の像信号）をＡＦ部（オートフォーカス部）４２に出力する。ＡＦ部４２では、一対の像信号に対して位相差検出演算を行い、撮影レンズ３００のデフォーカスの量および方向を求める。この演算結果に基づき、システム制御部５０が、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２（後述）に対して焦点調節処理等の制御を行う。本実施の形態では、焦点検出結果の補正もＡＦ部４２が行う。

カメラ１００は、撮影レンズ３００の焦点調節処理が終了して静止画撮影を行う場合や、電子ファインダ表示または動画撮影を行う場合には、不図示のクイックリターン機構によりメインミラー１３０とサブミラー１３１を光路外に退避させる。そうすると、撮影レンズ３００を通過してカメラ１００に入射する光束は、露光量を制御するためのシャッター１２を介して、撮像素子１４に入射可能になる。撮像素子１４による撮影動作終了後には、メインミラー１３０とサブミラー１３１は図示される位置に戻る。

撮像素子１４はＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサであり、画素が複数、２次元的に配置された構成を有する。撮像素子１４は被写体光学像に対応する電気信号を出力する。撮像素子１４にて光電変換された電気信号はＡ／Ｄ変換器１６へ送られ、アナログ信号出力がデジタル信号（画像データ）に変換される。

タイミング発生回路１８は、撮像素子１４、Ａ／Ｄ変換器１６、Ｄ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給する。タイミング発生回路１８はメモリ制御部２２及びシステム制御部５０により制御される。複数の光電変換領域を有する画素から、一部の光電変換領域の出力を読み出したり、全ての光電変換領域の出力を加算読み出ししたりするための制御信号は、システム制御部５０がタイミング発生回路１８を制御して撮像素子１４に供給する。画像処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器１６からの画像データ或いはメモリ制御部２２からの画像データに対して画素補間処理、ホワイトバランス調整処理、色変換処理などの所定の処理を適用する。画像処理部２０は、画像データを用いて所定の演算処理を行う。

撮像素子１４は焦点検出装置の一部を有し、クイックリターン機構によりメインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影光束外に退避した状態においても位相差検出方式の焦点検出（位相差検出方式ＡＦ）を行うことができる。得られた画像データのうち、焦点検出に対応する画像データは、画像処理部２０で焦点検出用画像データに変換される。変換後のデータは、システム制御部５０を介してＡＦ部４２へ送られ、焦点調節装置により撮影レンズ３００の焦点合わせが行われる。なお、画像処理部２０による撮像素子１４の画像データを演算した演算結果に基づき、システム制御部５０が、撮影レンズ３００のフォーカス制御部３４２に対して焦点合わせを行う所謂コントラスト方式ＡＦも可能な構成となっている。こうして、電子ファインダ観察時や動画撮影時では、メインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影光束外に退避するが、撮像素子１４による位相差検出方式ＡＦとコントラスト方式ＡＦの両者が可能となっている。特に、位相差検出方式ＡＦが可能であるため高速な焦点合わせが可能となっている。

この様に、カメラ１００は、メインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影光路内にある通常の静止画撮影では、焦点検出装置１０５による位相差検出方式ＡＦを用いる。また、カメラ１００は、メインミラー１３０とサブミラー１３１が撮影光束外へ退避する電子ファインダ観察時や動画撮影時では、撮像素子１４による位相差検出方式ＡＦとコントラスト方式ＡＦを用いる。従って、静止画撮影、電子ファインダ、動画撮影のどの撮影においても焦点調節が可能である。

メモリ制御部２２は、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理部２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、圧縮伸長部３２を制御する。そして、Ａ／Ｄ変換器１６のデータが画像処理部２０およびメモリ制御部２２を介して、あるいはメモリ制御部２２のみを介して、画像表示メモリ２４あるいはメモリ３０に書き込まれる。画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データは、Ｄ／Ａ変換器２６を介して液晶モニタ等から構成される画像表示部２８に表示される。撮像素子１４で撮影した動画像を画像表示部２８に逐次表示することで、電子ファインダ機能（ライブビュー表示）が実現される。画像表示部２８は、システム制御部５０の指示により表示をＯＮ／ＯＦＦすることが可能であり、表示をＯＦＦにした場合にはカメラ１００の電力消費を低減できる。

また、メモリ３０は、撮影した静止画像や動画像の一時記憶に用いられ、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を記憶するのに十分な記憶容量を備えている。これにより、連写撮影やパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ３０に対して行うことができる。また、メモリ３０はシステム制御部５０の作業領域としても使用される。圧縮伸長部３２は、適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する機能を有し、メモリ３０に記憶された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えた画像データをメモリ３０に書き戻す。

シャッター制御部３６は、測光部４６からの測光情報に基づいて、撮影レンズ３００の絞り１０２を制御する絞り制御部３４４と連携しながら、シャッター１２を制御する。インターフェース部３８とコネクタ１２２は、カメラ１００と撮影レンズ３００とを電気的に接続する。これらは、カメラ１００と撮影レンズ３００との間で制御信号、状態信号、データ信号等を伝え合うと共に、各種電圧の電流を供給する機能も備えている。また、電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としてもよい。

測光部４６は、自動露出制御（ＡＥ）処理を行う。カメラ１００は、撮影レンズ３００を通過した光束を、マウント１０６、メインミラー１３０、そして不図示の測光用レンズを介して、測光部４６に入射させることにより、被写体光学像の輝度を測定できる。また、測光部４６は、フラッシュ４８と連携することで調光処理機能も有する。なお、画像処理部２０による撮像素子１４の画像データを演算した演算結果に基づき、システム制御部５０が、シャッター制御部３６と撮影レンズ３００の絞り制御部３４４に対してＡＥ制御を行うことも可能である。発光手段（発光部）としてのフラッシュ４８は、フラッシュ調光機能だけでなく、焦点調節時の補助的な光源としての機能（ＡＦ補助光の投光機能）も有する。

システム制御部５０は例えばＣＰＵやＭＰＵなどのプログラマブルプロセッサを有し、予め記憶されたプログラムを実行することによりカメラシステム全体の動作を制御する。不揮発性のメモリ５２はシステム制御部５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶する。表示部５４はシステム制御部５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を表示する液晶表示装置である。表示部５４はカメラ１００の操作部近辺の視認し易い位置に単数或いは複数設置され、例えばＬＣＤやＬＥＤ等の組み合わせにより構成される。表示部５４の表示内容のうち、ＬＣＤ等に表示するものとしては、記録枚数や残撮影可能枚数等の撮影枚数に関する情報や、シャッタースピード、絞り値、露出補正、フラッシュ等の撮影条件に関する情報等がある。その他、電池残量や日付・時刻等も表示される。また、表示部５４は、前述した様にその一部の機能が光学ファインダ１０４内に設置されている。

不揮発性メモリ５６は、電気的に消去・記録可能なメモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が用いられる。符号６０、６２、６４、６６、６８及び７０で示す要素は、システム制御部５０の各種の動作指示を入力するための操作部であり、スイッチやダイアル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。

モードダイアル６０は、電源オフ、オート撮影モード、マニュアル撮影モード、再生モード、ＰＣ接続モード等の各機能モードを切り替え設定できる。シャッタースイッチＳＷ１であるスイッチ６２は、不図示のシャッターボタンが半押しされるとＯＮとなり、ＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理、ＥＦ処理等の動作開始を指示する。シャッタースイッチＳＷ２であるスイッチ６４は、シャッターボタンが全押しされるとＯＮとなり、撮影に関する一連の処理の動作開始を指示する。撮影に関する一連の処理とは、露光処理、現像処理及び記録処理等のことである。カメラ１００は、露光処理では、撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御部２２を介してメモリ３０に画像データとして書き込む。カメラ１００は、現像処理では、画像処理部２０やメモリ制御部２２での演算を用いた現像を行う。カメラ１００は、記録処理では、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮伸長部３２で圧縮を行い、記録媒体１５０、１６０に画像データとして書き込む。

画像表示ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６は、画像表示部２８のＯＮ／ＯＦＦを設定できる。この機能により、光学ファインダ１０４を用いて撮影を行う際に、液晶モニタ等から成る画像表示部２８への電流供給を遮断することにより、省電力を図ることができる。クイックレビューＯＮ／ＯＦＦスイッチ６８は、撮影した画像データを撮影直後に自動再生するクイックレビュー機能を設定する。操作部７０は、各種ボタンやタッチパネル等からなる。各種ボタンには、メニューボタン、フラッシュ設定ボタン、単写／連写／セルフタイマー切り替えボタン、露出補正ボタン等がある。

電源制御部８０は、電池検出回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成されている。電源制御部８０は、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行い、検出結果及びシステム制御部５０の指示に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。コネクタ８２及び８４は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、リチウムイオン電池等の二次電池、ＡＣアダプタ等からなる電源部８６をカメラ１００と接続する。

インターフェース９０及び９４は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体との接続機能を有し、コネクタ９２及び９６は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体と物理的接続を行う。記録媒体着脱検知部９８は、コネクタ９２または９６に記録媒体が装着されているかどうかを検知する。なお、本実施形態では、記録媒体を取り付けるインターフェース及びコネクタを２系統持つものとして説明しているが、インターフェース及びコネクタは、単数あるいは複数、いずれの系統数を備える構成としても構わない。また、異なる規格のインターフェース及びコネクタを組み合わせて備える構成としても構わない。更に、インターフェース及びコネクタにＬＡＮカード等の各種通信カードを接続することで、コンピュータやプリンタ等の他の周辺機器との間で画像データや画像データに付属した管理情報を転送し合うことができる。

通信部１１０は、有線通信、無線通信等の各種通信機能を有する。コネクタ１１２は、通信部１１０によりカメラ１００を他の機器と接続し、無線通信の場合はアンテナである。記録媒体１５０及び１６０は、メモリカードやハードディスク等である。記録媒体１５０及び１６０は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部１５２，１６２、カメラ１００とのインターフェース１５４，１６４、カメラ１００と接続を行うコネクタ１５６，１６６を備えている。

次に、撮影レンズ３００について説明する。撮影レンズ３００は、カメラ１００に着脱可能に構成される。撮影レンズ３００は、マウント３０６をカメラ１００のマウント１０６に係合させることにより、カメラ１００と機械的並びに電気的に結合される。電気的な結合はマウント１０６及びマウント３０６に設けられたコネクタ１２２及びコネクタ３２２によって実現される。レンズ３１１には撮影レンズ３００の合焦距離を調節するためのフォーカスレンズが含まれる。絞り１０２はカメラ１００に入射する被写体光の量と角度を調節する。

コネクタ３２２及びインターフェース３３８は、撮影レンズ３００をカメラ１００のコネクタ１２２と電気的に接続する。そして、コネクタ３２２は、カメラ１００と撮影レンズ３００との間で制御信号、状態信号、データ信号等を伝え合うと共に、各種電圧の電流を供給される機能も備えている。コネクタ３２２は電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としてもよい。

ズーム制御部３４０はレンズ３１１の変倍レンズを駆動し、撮影レンズ３００の焦点距離（画角）を調整する。撮影レンズ３００が単焦点レンズであればズーム制御部３４０はなくてもよい。フォーカス制御部３４２は、フォーカスレンズを光軸に沿って駆動することで撮影レンズ３００の焦点調節を行う。フォーカス制御部３４２の動作は、システム制御部５０によりレンズシステム制御部３４６を通じて制御される。絞り制御部３４４は、測光部４６からの測光情報に基づいて、シャッター１２を制御するシャッター制御部３６と連携しながら、絞り１０２を制御する。

レンズシステム制御部３４６は例えばＣＰＵやＭＰＵなどのプログラマブルプロセッサを有し、予め記憶されたプログラムを実行することにより撮影レンズ３００全体の動作を制御する。レンズシステム制御部３４６は、撮影レンズの動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリの機能を備えている。不揮発性メモリ３４８は、撮影レンズ固有の番号等の識別情報、管理情報、開放絞り値や最小絞り値、焦点距離等の機能情報、現在や過去の各設定値などを記憶する。

本実施形態においては、不揮発性メモリ３４８には、撮影レンズ３００の状態に応じたレンズ枠情報も記憶されている。このレンズ枠情報は、撮影レンズを通過する光束を決定する枠開口の半径の情報と、撮像素子１４から枠開口までの距離の情報である。絞り１０２は、撮影レンズを通過する光束を決定する枠に含まれ、他にもレンズを保持するレンズ枠部品の開口などが枠に該当する。また、撮影レンズを通過する光束を決定する枠は、レンズ３１１のフォーカス位置やズーム位置によって異なるため、レンズ枠情報はレンズ３１１のフォーカス位置やズーム位置に対応して複数用意されている。そして、カメラ１００が焦点検出を行う際には、レンズ３１１のフォーカス位置とズーム位置に対応した最適なレンズ枠情報が選択され、カメラ１００にコネクタ３２２を通じて送られる。

以上が、カメラ１００と撮影レンズ３００からなるカメラシステムの構成である。次に、撮像素子１４からなる焦点検出装置（焦点検出装置１０５とは別の）について詳細を説明する。この焦点検出装置は焦点検出装置１０５と同様に位相差検出方式ＡＦを採用している。その構成について説明する。

次に、撮像素子１４の構成を図２（ａ）、（ｂ）を用いてより詳細に説明する。

図２（ａ）は、撮像素子１４内の画素の構成を示す回路図である。画素２１１は、光電変換部（フォトダイオード）２０１ａ、２０１ｂ、転送スイッチ２０２ａ、２０２ｂ、フローティングディフュージョン領域２０３、増幅部２０４、リセットスイッチ２０５及び選択スイッチ２０６を有する。なお、各スイッチはＭＯＳトランジスタ等により構成され得る。以下の説明では各スイッチは一例としてＮ型のＭＯＳトランジスタであるものとするが、各スイッチはＰ型のＭＯＳトランジスタであってもよく、その他のスイッチング素子であってもよい。

このように、撮像素子１４は、１つの画素２１１内に、２つのフォトダイオードを有する。ただし、各画素２１１に設けられるフォトダイオードの個数は２つに限定されず、３つ以上（例えば、４つ）設けられてもよい。光電変換部２０１ａ、２０１ｂは、後述するように、焦点検出画素として機能するとともに、撮像画素としても機能する。

図２（ｂ）は、撮像素子１４に２次元配列された複数の画素のうち、水平ｎ画素、垂直ｍ画素を模式的に示した図である。ここでは、全ての画素が図２（ａ）に示した構成を有するものとする。各画素にはオンチップマイクロレンズ２１１ｉが設けられ、光電変換部２０１ａ、２０１ｂは同一のマイクロレンズを共有する。光電変換部２０１ａ、２０１ｂは、同一のマイクロレンズ２１１ｉを通過した光を受光し、光電変換によりその受光量に応じた信号電荷を生成する。以下では、光電変換部２０１ａにより得られる信号をＡ信号、光電変換部２０１ｂにより得られる信号をＢ信号と呼ぶ。従って、ＡＦ用Ａ像、ＡＦ用Ｂ像は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する。

転送スイッチ２０２ａは光電変換部２０１ａとフローティングディフュージョン領域２０３との間に接続され、転送スイッチ２０２ｂは光電変換部２０１ｂとフローティングディフュージョン領域２０３との間に接続される。転送スイッチ２０２ａ、２０２ｂは、それぞれ光電変換部２０１ａ、２０１ｂで発生した電荷を共通のフローティングディフュージョン領域２０３に転送する素子である。転送スイッチ２０２ａ、２０２ｂは、それぞれ制御信号ＴＸ＿Ａ、ＴＸ＿Ｂによって制御される。

フローティングディフュージョン領域２０３は、光電変換部２０１ａ、２０１ｂから転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。増幅部２０４は、ソースフォロワＭＯＳトランジスタである。増幅部２０４のゲートは、フローティングディフュージョン領域２０３に接続され、増幅部２０４のドレインは電源電位ＶＤＤを供給する共通電源２０８に接続される。増幅部２０４は、フローティングディフュージョン領域２０３に保持された電荷に基づく電圧信号を増幅して、画像信号として出力する。

リセットスイッチ２０５は、フローティングディフュージョン領域２０３と共通電源２０８との間に接続される。リセットスイッチ２０５は、制御信号ＲＥＳによって制御され、フローティングディフュージョン領域２０３の電位を電源電位ＶＤＤにリセットする機能を有する。選択スイッチ２０６は、増幅部２０４のソースと垂直出力線２０７の間に接続される。選択スイッチ２０６は、制御信号ＳＥＬによって制御され、増幅部２０４で増幅された画像信号を垂直出力線２０７に出力する。

なお、撮像素子１４は以下の２種類の読み出しモードを有する。第１の読み出しモードは全画素読み出しモードと称するもので、高精細静止画を撮像するためのモードである。この場合は、全画素の信号が読み出される。第２の読み出しモードは間引き読み出しモードと称するもので、動画記録、もしくはプレビュー画像の表示のみを行うためのモードである。この場合に必要な画素数は全画素よりも少ないため、Ｘ方向及びＹ方向ともに所定比率に間引いた画素のみ読み出される。また、高速に読み出す必要がある場合にも、同様に間引き読み出しモードが用いられる。システム制御部５０は、Ｘ方向に間引く際には、信号の加算を行ってＳ／Ｎ比の改善を図り、Ｙ方向に対する間引きは、間引かれる行の信号出力を無視する。

図３（ａ）は、撮像光学系の射出瞳面と、像高ゼロ、すなわち像面中央近傍に配置された撮像素子の光電変換部の共役関係を説明する図である。撮像素子１４内の光電変換部と撮像光学系の射出瞳面は、オンチップマイクロレンズによって共役関係となるように設計される。そして撮像光学系の射出瞳は、一般的に光量調節用の虹彩絞りが置かれる面とほぼ一致する。一方、本実施の形態における撮像光学系は、変倍機能を有したズームレンズを含むが、光学タイプによっては変倍操作を行うと射出瞳の像面からの距離や大きさが変化する。図３（ａ）では、撮影レンズ３００の焦点距離が広角端と望遠端の中央（Ｍｉｄｄｌｅ）にある状態を示している。この状態における射出瞳距離Ｚｅｐを標準値として、オンチップマイクロレンズの形状や、像高（Ｘ，Ｙ座標）に応じた偏心パラメータの最適設計がなされる。

図３（ａ）において、１０１は第１レンズ群、１０１ｂは第１レンズ群を保持する鏡筒部材、１０３はフォーカスレンズ、１０３ｂはフォーカスレンズ１０３を保持する鏡筒部材である。１０２は絞りで、１０２ａは絞り開放時の開口径を規定する開口板、１０２ｂは絞り込み時の開口径を調節するための絞り羽根である。なお、撮像光学系を通過する光束の制限部材として作用する１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、及び１０３ｂは、像面から観察した場合の光学的な虚像を示している。また、絞り１０２の近傍における合成開口をレンズの射出瞳と定義し、前述したように像面からの距離をＺｅｐとしている。

画素２１１は像面中央近傍に配置されており、本実施の形態ではこれを中央画素と呼ぶ。画素２１１は、最下層より、光電変換部２０１ａ，２０１ｂ、配線層２１１ｅ〜２１１ｇ、カラーフィルタ２１１ｈ、及びマイクロレンズ２１１ｉの各部材で構成される。そして２つの光電変換部はマイクロレンズ２１１ｉによって撮像光学系の射出瞳面に投影される。換言すれば、撮像光学系の射出瞳が、マイクロレンズ２１１ｉを介して、光電変換部の表面に投影される。

図３（ｂ）は、撮像光学系の射出瞳面上における、光電変換部の投影像を示す図である。光電変換部２０１ａ及び２０１ｂに対する投影像は、投影像ＥＰ１ａ及びＥＰ１ｂである。撮像素子１４は、２つの光電変換部２０１ａと２０１ｂのいずれか一方の出力と、両方の和の出力を得ることができる画素を有している。両方の和の出力は、撮像光学系のほぼ全瞳領域である投影像ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂの両方の領域を通過した光束を光電変換したものである。

図３（ａ）で、撮像光学系を通過する光束の最外部をＬで示すと、光束Ｌは、絞りの開口板１０２ａで規制されており、投影像ＥＰ１ａ及びＥＰ１ｂは撮像光学系でケラレがほぼ発生していない。図３（ｂ）では、図３（ａ）の光束Ｌを、ＴＬで示している。ＴＬで示す円の内部に、光電変換部の投影像ＥＰ１ａ、ＥＰ１ｂの大部分が含まれていることからも、ケラレがほぼ発生していないことがわかる。光束Ｌは、絞りの開口板１０２ａでのみ制限されているため、ＴＬは、開口板１０２ａと言い換えることができる。この際、像面中央では各投影像ＥＰ１ａないしＥＰ１ｂのケラレ状態は光軸に対して対称となり、各光電変換部２０１ａ及び２０１ｂが受光する光量は等しい。

図２、図３で説明したように、撮像素子１４は撮像機能だけではなく焦点検出装置としての機能も有している。また、撮像素子１４は射出瞳を分割した光束を受光する焦点検出用画素を備えているため、位相差検出方式ＡＦも実現可能である。

図４は、撮影範囲４００内における焦点検出領域４０１の例を示す図である。この３つの焦点検出領域内で撮像素子１４による位相差検出方式ＡＦが行われる。焦点検出領域４０１内では、撮影範囲４００内の水平方向のコントラスト差を用いて位相差検出が行われる。

なお、撮像素子１４上において１画素が複数の光電変換部を持つように構成したが、これに限らない。例えば、撮像素子１４が、互いに異なる一部を遮光された光電変換部を持ち、焦点検出専用の画素として配置されるように構成してもよい。

図５は、一対の焦点検出信号の例を示す図である。一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂは、撮像素子１４から得られた画素信号（Ａ信号、Ｂ信号）に対して、画像処理部２０よる各種の画像処理（補正）が施された信号である。一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂは、画像処理後、ＡＦ部４２へ送られる。

図５において、横軸は連結された信号の画素配列方向、縦軸は信号の強度をそれぞれ示す。図５に示す例では、撮影レンズ３００が撮像素子１４に対してデフォーカスした状態（非合焦状態）である。このため、焦点検出信号４３０ａは左側にずれ、焦点検出信号４３０ｂは右側にずれている。ＡＦ部４２は、焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂのずれ量（相対ずれ量）を、周知の相関演算などを用いて算出する。これにより、撮像光学系のピント状態を示すデフォーカス量を求めることができる。

システム制御部５０は、レンズＭＰＵ１１７から送信されたフォーカスレンズ１０３の位置情報およびＡＦ部４２から得られるデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ１０３の駆動量を算出する。その後、システム制御部５０は、レンズ３１１の位置情報に基づいて、レンズシステム制御部３４６及びフォーカス制御部３４２に対して、レンズ３１１を駆動するべき位置情報を送信する。これにより、焦点調節を行うことが可能となる。

次に、焦点調節および撮影工程について説明する。図６は、ライブビュー撮影処理のフローチャートである。このフローチャートの処理は、システム制御部５０が、メモリ５２に格納されたプログラムをメモリ３０に読み出して実行することにより実現される。

ライブビュー撮影が開始されると、まずステップＳ１０１において、システム制御部５０は、撮像素子１４の撮像動作を開始して、撮像データ（画素信号）を取得する。続いてステップＳ１０２において、システム制御部５０は、ステップＳ１０１にて得られた撮像データから、画像データ（撮影信号、すなわち撮影画像）および焦点検出データ（焦点検出信号）を取得する。前述のように、撮像素子１４は、１つの画素から、画像データ（撮影画像）を取得する際に用いられる撮影画素信号に加えて、焦点検出信号のデータを取得可能である。

ステップＳ１０３において、システム制御部５０は、ステップＳ１０２にて得られた画像データに基づいて、プレビュー画像を画像表示部２８に表示させるライブビュー（ＬＶ）表示を行う。撮影者は、このプレビュー画像を目視して撮影時の構図決定を行う。ここで行うライブビュー表示は、撮影者が撮影範囲や撮影条件の確認を行うために行われ、所定の時間間隔（例えば、３３．３ｍｓ（３０ｆｐｓ）や１６．６ｍｓ（６０ｆｐｓ））で更新される。

続いてステップＳ１０４において、システム制御部５０（ＡＦ部４２）は、図４に示される３つの焦点検出領域における焦点検出データを用いて焦点検出処理を行う。すなわちＡＦ部４２は、図５に示されるような焦点検出信号のずれ量に基づいて、デフォーカス量を算出するまでの処理を焦点検出処理として行う。

続いてステップＳ１０５において、システム制御部５０は、撮影準備開始を示すシャッタースイッチＳＷ１（スイッチ６２）がオンされたか否かを判別する。ステップＳ１０５にてシャッタースイッチＳＷ１のオンが検出されない場合、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０において、システム制御部５０は、メインスイッチがオフされたか否かを判別する。システム制御部５０は、メインスイッチがオフされていない場合、ステップＳ１０２に戻る一方、メインスイッチがオフされた場合、本処理を終了する。

一方、ステップＳ１０５にてスイッチＳＷ１のオンが検出されると、ステップＳ１０６において、システム制御部５０は、焦点検出領域を設定する。撮影者は、指示により焦点検出領域を設定することができる。または、ステップＳ１０４にて得られた３つの焦点検出領域のデフォーカス量の情報や焦点検出領域の撮影範囲中心からの距離の情報を用いて、システム制御部５０が焦点検出領域を設定してもよい。一般に、撮影者が意図する被写体は、より撮影距離の短い位置に存在する確率が高く、撮影範囲内の中央に存在する確率が高い。このため、システム制御部５０が焦点検出領域を設定する場合、そのような焦点検出領域が優先的に選択されることが好ましい。

次にステップＳ１０７において、システム制御部５０（ＡＦ部４２）は、焦点調節処理（図７）を行う。焦点調節処理の詳細については後述する。焦点調節処理が終了すると、ステップＳ１０８において、システム制御部５０は、撮影開始指示を示すシャッタースイッチＳＷ２（スイッチ６４）のオン／オフを検出し、スイッチＳＷ２のオンが検出されるまで待つ。スイッチＳＷ２のオンが検出されると、ステップＳ１０９において、システム制御部５０は、撮影サブルーチン（図８）を実行する。撮影サブルーチンの詳細については後述する。ステップＳ１０９の後、システム制御部５０は、処理をステップＳ１１０に進める。

図７は、図６のステップＳ１０７で実行される焦点調節処理のフローチャートである。この処理において、システム制御部５０は、本発明における取得手段、第１の判定手段、第２の判定手段、制御手段としての役割を果たす。

まず、ステップＳ２０１で、システム制御部５０は、事前に行われた焦点検出結果を取得する。すなわち、システム制御部５０は、図６のステップＳ１０４またはステップＳ１０６で設定された焦点検出領域のデフォーカス量を取得する。ステップＳ２０１ではまた、システム制御部５０は、得られたデフォーカス量の信頼性が高い（信頼性が有る）か否かを判別する。ここではシステム制御部５０は、信頼性の有無の判定として、公知の手法を用い、相関量の極小値の大きさと極小値近傍の相関量の差分の大きさを用いた判定などを行う。

ＡＦ用Ａ像とＢ像の信号を、Ａ（ｋ）、Ｂ（ｋ）（１≦ｋ≦Ｐ）と表すと、相関演算で算出する相関量ＣＯＲ（ｈ）は、例えば下記数式１で算出される。

数式１において、Ｗ１は、相関量を算出するウィンドウのサイズ（視野内データ数）に相当し、ｈｍａｘは、対の信号間でウィンドウの位置を変化させる回数（シフトデータ数）に相当する。システム制御部５０は複数対のＡ像とＢ像の信号から複数個の相関量を算出した後、相関量を加算する。

相関量とは、一対の焦点検出信号の領域ごとの相関度合いを示すもので、相関が高いほど小さい値を示す。そのため、システム制御部５０は、相関量ＣＯＲの極小値が小さいほどデフォーカス量の信頼性が高い（信頼性が有る）と判定する。理想的には、相関量ＣＯＲの極小値は、一対の焦点検出信号の波形形状が同一形状である場合に０となる。しかしながら、一対の焦点検出信号は、被写体からの光の拡散特性や光量調整誤差や画素ごとに個別に生じるノイズの影響などの影響で、形状が異なる。そのため、相関量ＣＯＲの極小値は、正の値となるのが一般的である。一方で、一対の焦点検出信号の形状が異なれば異なるほど、極小値の検出精度が低下し、結果的に焦点検出精度が低下する。ここで行う信頼性判定においては、システム制御部５０は、閾値Ｔｈｒ１よりも相関量ＣＯＲの極小値が小さければ、デフォーカス量の信頼性が高いと判定する。

また、システム制御部５０は、相関量が極小値を示す領域（シフト量）近傍で得られた相関量の差分ＤＣＯＲを用いた信頼性判定を行う。相関量の差分ＤＣＯＲは、大きければ大きいほど、シフト量を高精度に算出することができる。これは、相関量が誤差によりばらついた場合でも、相関量の差分が大きければ、シフト量の検出に与える影響が小さいためである。このことから、閾値Ｔｈｒ２より相関量の差分ＤＣＯＲが大きい場合に、デフォーカス量の信頼性が高い（信頼性有り）と判定することができる。

システム制御部５０は、相関量ＣＯＲの差分値の符号が変化するシフト量ｄｈを、相関量ＣＯＲ（ｈ）が最小となるシフト量ｈとして算出する。システム制御部５０は、相関量の差分値ＤＣＯＲを以下の数式２に従って算出する。
［数２］
ＤＣＯＲ（ｈ）＝ＣＯＲ（ｈ）−ＣＯＲ（ｈ−１）

そして、システム制御部５０は、相関量の差分値ＤＣＯＲを用いて、差分量の符号が変化するシフト量ｄｈを求める。差分量の符号が変化する直前のシフト量ｈの値をｈ１、符号が変化したシフト量ｈの値をｈ２（ｈ２＝ｈ１＋１）とすると、システム制御部５０は、シフト量ｄｈを、次の数式３に従って算出する。
［数３］
ｄｈ＝ｈ１＋｜ＤＣＯＲ（ｈ１）｜／｜ＤＣＯＲ（ｈ１）−ＤＣＯＲ（ｈ２）｜

以上のようにしてシステム制御部５０は、Ａ像とＢ像の相関が最大となるシフト量ｄｈをサブピクセル単位で算出する。なお、２つの１次元像信号の位相差を算出する方法は、ここで説明したものに限らず、公知の任意の方法を用いることができる。

次に、ステップＳ２０２で、システム制御部５０は、デフォーカス量の信頼性が有る（信頼性の高いデフォーカス量が検出できている）か否かを判別する。デフォーカス量の信頼性が有る場合は、システム制御部５０は、ステップＳ２０３に進み、検出されたデフォーカス量が所定の閾値以下か否かによって、合焦状態にあるか否かを判別する。そしてシステム制御部５０は、合焦状態でない場合は、ステップＳ２０４に進み、検出されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズを駆動する制御を行ってから、ステップＳ２０５に進む。一方、ステップＳ２０３で、検出されたデフォーカス量が所定の閾値以下で合焦状態にある場合は、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、システム制御部５０は、画像表示部２８に、合焦表示を行う。例えばシステム制御部５０は、焦点検出領域と対応した枠を、緑の色で表示したり音を出力したりする。

ステップＳ２０２で、デフォーカス量の信頼性が無い（信頼性の高いデフォーカス量が検出できていない）場合は、システム制御部５０は、ステップＳ２０６に進み、測光部４６から、焦点検出領域に対応する領域の測光情報を取得する。次にステップＳ２０７で、システム制御部５０は、取得した測光情報を用いて、ＡＦ補助光の要否を判別する。すなわち、システム制御部５０は、測光情報から所定の閾値よりも暗い（低照度）と判定される場合には、ＡＦ補助光が必要と判別して処理をステップＳ２１２に進める。ステップＳ２１２では、システム制御部５０は、補助光発光時焦点調節処理のサブルーチン（図９で後述）を実行して、本処理を終了する。

一方、システム制御部５０は、測光情報から所定の閾値よりも明るい（高照度）と判定される場合には、処理をステップＳ２０８に進める。ステップＳ２０８では、システム制御部５０は、信頼性の高い枠が選択されるまでフォーカスレンズ１０３を所定の方向へ駆動させ続けるサーチ駆動を開始し、レンズ駆動を行いながら焦点検出処理を行う。ここで行う焦点検出処理もステップＳ１０４で行った処理と同様である。ステップＳ２０９では、システム制御部５０は、ステップＳ２０８の焦点検出処理の結果、焦点検出が可能になったか否かを判別する。そしてシステム制御部５０は、焦点検出が可能になった場合は、処理をステップＳ２０３に進める。一方、焦点検出が引き続き不可能の場合には、システム制御部５０は、ステップＳ２１０で、フォーカスレンズ１０３がレンズ駆動範囲の端部に到達しているかを判別する。そして、システム制御部５０は、フォーカスレンズ１０３がレンズ駆動範囲の端部に到達していない場合には、処理をステップＳ２０８に戻す。しかしフォーカスレンズ１０３がレンズ駆動範囲の端部に到達している場合は、システム制御部５０は、合焦可能な被写体はレンズ駆動範囲内に存在しないと判断して、ステップＳ２１１で、非合焦表示を行ってから図７の処理を終了する。

図８は、図６のステップＳ１０９で実行される撮影サブルーチンのフローチャートである。まず、ステップＳ３０１において、システム制御部５０は、光量調節のため絞り１０２を駆動し、露光時間を規定するシャッター１２の制御（絞り・シャッタ駆動）を行う。続いてステップＳ３０２において、システム制御部５０は、高画素静止画撮影のための画像読み出し、すなわち全画素の読み出しを行う。続いてステップＳ３０３において、システム制御部５０（画像処理部２０）は、読み出した画像信号の欠損画素補間、すなわち、事前に記憶された欠陥画素の位置情報に基づき補間を行う。欠陥画素には、画素間の出力オフセットやゲインのバラつきが大きい画素や個別に配置されている場合の焦点検出画素などが含まれる。続いてステップＳ３０４において、システム制御部５０は、画像信号に対してγ補正、色変換、エッジ強調などの画像処理を行い、撮影画像（画像処理後の画像信号）を得る。そしてステップＳ３０５において、システム制御部５０は、メモリ３０に撮影画像を記録する。

続いてステップ３０６において、システム制御部５０は、ステップＳ３０５にて記録した撮影画像に対応させて、カメラ１００の特性情報をメモリ３０およびシステム制御部５０内のメモリに記録する。カメラ１００の特性情報とは、露光時間情報、現像時の画像処理情報、撮像素子１４の画素の受光感度分布情報、カメラ１００内での撮影光束のケラレ情報である。また、カメラ１００の特性情報は、カメラ１００と撮影レンズ３００との取り付け面から撮像素子１４までの距離情報、製造誤差情報なども含む。撮像素子１４の画素の受光感度分布情報は、マイクロレンズ２１１ｉおよび光電変換部２０１ａ、２０１ｂにより決定されるため、これらの情報を記録してもよい。

続いてステップＳ３０７において、システム制御部５０は、ステップＳ３０５にて記録された撮影画像に対応させて、撮影レンズ３００の特性情報をメモリ３０とシステム制御部５０内のメモリに記録する。撮影レンズ３００の特性情報としては、例えば、射出瞳の情報、枠情報、撮影時の焦点距離やＦナンバー情報、収差情報、製造誤差情報である。続いてステップＳ３０８において、システム制御部５０は、撮影画像に関する画像関連情報をメモリ３０およびシステム制御部５０内のメモリに記録する。画像関連情報とは、撮影前の焦点検出動作に関する情報や、被写体移動情報、焦点検出動作の精度に関わる情報などである。その後、図８の撮影サブルーチンは終了する。

図９は、図７のステップＳ２１２で実行される補助光発光時焦点調節処理のサブルーチンのフローチャートである。ステップＳ４０１で、システム制御部５０は、フラッシュ４８を用いたＡＦ補助光の発光と、それと同期して露光により得られた撮像信号を用いた焦点検出とを行う。すなわち、システム制御部５０は、ＡＦ補助光がある状態で、上記設定された焦点検出領域のデフォーカス量を取得する。ステップＳ４０１ではさらに、システム制御部５０は、ステップＳ２０１と同様に、得られたデフォーカス量の信頼性が高い（信頼性が有る）か否かを判別する。

ここで、焦点検出条件には第１の焦点検出条件と第２の焦点検出条件とがある。第２の焦点検出条件は、第１の焦点検出条件に比し、検出可能なデフォーカス量が拡大され且つフラッシュ４８を発光させる焦点検出条件である。図７のステップＳ２０１の処理、またはステップＳ２０８〜Ｓ２１０の処理では、第１の焦点検出条件によりデフォーカス量が取得される。従って、ステップＳ２０２では、第１の焦点検出条件により取得されたデフォーカス量の信頼性の有無が判定される。一方、ステップＳ２１２での焦点検出は第２の焦点検出条件により実行され得る。例えば、ステップＳ４０９で検出可能なデフォーカス量を拡大させた後に実行されるステップＳ４０１の処理では、第２の焦点検出条件によりデフォーカス量が取得される。これにより、検出可能なデフォーカス量が拡大され、補助光を用いた焦点調節を適切に行える。

なお、本実施の形態では、間欠的に発光するフラッシュ４８を用いたＡＦ補助光を例にとっているが、ＡＦ補助光の種類はこれに限らない。例えば、ＬＥＤなどの継続点灯が容易なＡＦ補助光を用いてもよい。そのような場合には、照射範囲や明るさに制限があるものの、常時発光することができるため、補助光未使用時の焦点調節と類似の制御で焦点調節を行うことができる。

ステップＳＳ４０２では、システム制御部５０は、図７のステップＳ２０２と同様に、デフォーカス量の信頼性が有るか否かを判別する。システム制御部５０は、信頼性の高いデフォーカス量が検出できている場合には、ステップＳ４０３に進む。システム制御部５０は、ステップＳ４０３、Ｓ４０４、Ｓ４０５で、図７のステップＳ２０３、Ｓ２０４、Ｓ２０５と同様の処理を実行する。ただし間欠的に発光するＡＦ補助光を用いた焦点検出においては、システム制御部５０は、ステップＳ４０４で所定量のレンズ駆動を終えた後、レンズを停止し、再び、処理をステップＳ４０１に戻して、ＡＦ補助光発光と焦点検出を行う。

一方、ステップＳ４０２で、デフォーカス量の信頼性が無い（信頼性の高いデフォーカス量が検出できていない）場合、システム制御部５０は、処理をステップＳ４０６に進める。ステップＳ４０６では、システム制御部５０は、焦点検出が可能なデフォーカス量に相当する検出デフォーカス（Ｄｅｆ）範囲の拡大設定処理（図１０で後述）を終えているかを判別する。そしてフォーカスレンズ駆動範囲内の全域で焦点検出を終えていない場合には、システム制御部５０は、ステップＳ４０９で、検出デフォーカス（Ｄｅｆ）範囲の拡大設定処理（図１０で後述）を実行する。ステップＳ４０９の後、システム制御部５０は、処理をステップＳ４０１に戻す。これ以降、第２の焦点検出条件により検出可能なデフォーカス量が拡大された状態でデフォーカス量が取得される。

一方、検出デフォーカス範囲の拡大設定済みの場合には、システム制御部５０は、ステップＳ４０７で、フォーカスレンズ駆動範囲内の全域で焦点検出を終えたか否かを判別する。すなわち、システム制御部５０は、無限遠にピントが合う状態から至近側にピントが合う状態まで、フォーカスレンズ１０３の駆動を終えているか否かを判別する。一方、フォーカスレンズ駆動範囲内の全域で焦点検出を終えた場合には、システム制御部５０は、ステップＳ４０８に進み、図７のステップＳ２１１と同様に非合焦判定表示を行って、本処理を終了する。

一方、ステップＳ４０７での判別の結果、フォーカスレンズ駆動範囲内の全域で焦点検出を終えていない場合には、システム制御部５０は、ステップＳ４１０で、次の焦点検出を行うためのフォーカスレンズ位置までレンズ駆動を行う。その際のレンズ駆動量は、焦点検出が可能なデフォーカス量に応じて適切に設定される。焦点検出が可能なデフォーカス量が大きくなればなるほど、より大きくレンズ駆動量が設定でき、フォーカスレンズ駆動範囲内の全域を、少ない回数の焦点検出で検出を終えることができるため、焦点調節の応答性の向上につながる。ＬＥＤなどの継続点灯が容易なＡＦ補助光の場合には、焦点検出が可能なデフォーカス量が大きくなると、レンズ駆動速度を高速に設定することができ、同様に、焦点調節の応答性の向上を実現することができる。その後、システム制御部５０は、処理をステップＳ４０１に戻す。

図１０は、図９のステップＳ４０９で実行される検出デフォーカス範囲の拡大設定処理のフローチャートである。まず、ステップＳ５０１で、システム制御部５０は、焦点検出領域におけるＦ値ごとの検出可能なデフォーカス量に基づき、検出可能なデフォーカス量が拡大するように、絞り開口を変更する。

図３で説明した通り、Ｆ値によって光電変換部の投影像のケラレ具合が変わり、２つの異なる瞳領域の光束の角度差が変化し、従って基線長が変化する。小絞りになるほど、基線長は短くなり、単位デフォーカス量に対する像ずれ量は小さくなる。単位デフォーカス量に対する像ずれ量が小さくなると、対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂの検出可能なずれ量と対応するデフォーカス量は大きくなる。そのため、検出可能なデフォーカス量は増大する。

また、撮像素子内における焦点検出領域の位置（像高）によって、撮像光学系によるケラレの影響が異なるため、基線長が変わる。本実施形態では、システム制御部５０は、撮像光学系と焦点検出領域の像高を考慮し、Ｆ値毎の検出可能なデフォーカス量を算出する。例えばシステム制御部５０は、開放絞りがＦ２．８のレンズの場合、１段毎にＦ４．０、Ｆ５．６、Ｆ８．０での検出可能なデフォーカス量を算出する。検出可能なデフォーカス量は、事前にＦδ単位でＦ値毎に記憶し、基線長による換算を行い算出したものを記憶しておけばよい。δは許容錯乱円である。

また、検出可能なデフォーカス量を算出するＦ値の範囲は、開放から所定のＦ値までに限定してもよい。上述のとおり、小絞りになると基線長が短くなり焦点検出のばらつきが大きくなる。そのため、絞り値が大きくなり過ぎると、検出可能なデフォーカス量は大きくならない。そこで本実施の形態では、絞り込みにより検出可能なデフォーカス量が拡大する範囲で、絞り値の上限を設ける。現状の絞り値が、上限値よりも大きい場合（絞り込まれている場合）には、システム制御部５０は、絞り値の上限まで、絞りを開く（絞り値を小さくする）ように処理する。これにより、絞り値の無駄な変更が回避される。

また、システム制御部５０は、検出可能なデフォーカス量を拡大するために、絞りを絞り込む方向に変更した場合は、ＡＦ補助光の発光量を絞り込み量に応じて増やしてもよい。それにより、焦点検出信号の信号量を確保したまま、検出可能なデフォーカス量を拡大することができる。ＡＦ補助光の発光量を増やすには、例えば、システム制御部５０は、フラッシュ４８等の発光部への電流値を増加させる。

次に、ステップＳ５０２で、システム制御部５０は、焦点検出時に行う相関演算で用いる一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂの評価周波数帯域を、より低域側に変更する。一般に、相関演算を行う信号の評価周波数帯域を低域にすると、焦点検出信号のＳＮ比が改善し、より大きなずれ量を検出することが可能となる。一方で、被写体信号のパターン（模様）の主成分が高周波成分の場合に、焦点検出が行えなくなったり、記録画像の最良像面位置に対して誤差の大きい焦点検出結果が得られるようになったりする場合がある。本実施形態では、焦点検出精度を犠牲にすることなく、検出可能なデフォーカス量を拡大するため、合焦近傍まで駆動した後に焦点検出を行う場合には、再度、評価周波数帯域を高域側に変更する。これにより、検出可能なデフォーカス量の拡大と、高精度な焦点調節の両立を実現することができる。

次にステップＳ５０３で、システム制御部５０は、焦点検出領域を拡大する。ＡＦ補助光を発光する状況は、比較的、低照度である場合が多い。そのため、焦点検出信号のＳＮ比が低下し、検出可能なデフォーカス量が確保できない場合がある。そこで本実施の形態では、システム制御部５０は、相関演算に用いる信号の量を増加させることで、検出可能なデフォーカス量を拡大する。例えばシステム制御部５０は、上述した撮像素子１４の読み出しモードを変更する。すなわち、システム制御部５０は、通常の焦点検出時には、第２の読み出しモード（間引き読み出しモード）で撮像素子１４を駆動するが、補助光発光時には、第１の読み出しモード（全画素読み出しモード）で焦点検出を行う。これにより、図４で示した焦点検出領域４０１内に含まれる信号量が増え、検出可能なデフォーカス量の拡大を行うことができる。なお、本実施の形態では、間引き量の調整により焦点検出信号の行数を増加させるよう構成したが、信号量を増加させる方法はこれに限らない。例えば、焦点検出に用いる信号を得る領域を、図４の焦点検出領域４０１の外側まで、水平方向や垂直方向に拡大してもよい。

ステップＳ５０４では、システム制御部５０は、焦点検出領域数を増加させる。システム制御部５０は、ＡＦ補助光発光前に、図６のステップＳ１０６で設定された焦点検出領域に加えて、他の焦点検出領域の検出結果も用いることにより検出可能なデフォーカス量を拡大する。システム制御部５０は、複数の焦点検出領域から得られる検出結果の差が所定の範囲内である場合には同じ距離の被写体に対して焦点検出を行っていると判断し、平均処理などを行う。これにより、上述した場合と同様に焦点検出のバラつきを低減することができる。ステップＳ５０４の後、本処理は終了する。

本実施の形態によれば、システム制御部５０は、第１の焦点検出条件により取得されたデフォーカス量の信頼性が無く且つ、補助光が必要な場合に、第２の焦点検出条件によりデフォーカス量を取得する。第２の焦点検出条件は、第１の焦点検出条件に比し検出可能なデフォーカス量が拡大され且つフラッシュ４８を発光させる条件である。これにより、補助光を用いた焦点検出を行う際に、補助光の発光機会を抑制しつつ高速な焦点検出を行うことができる。

すなわち、図１０の処理によれば、補助光発光時に、焦点検出が可能なデフォーカス範囲が拡大される。これにより、間欠的に発光するＡＦ補助光や連続的に発光するＡＦ補助光のいずれの場合でも、焦点調節の応答性の向上を実現することができる。特に、間欠的に発光するＡＦ補助光においては、発光回数を低減することができ、連続的に発光するＡＦ補助光では発光時間を短縮することができる。これにより、不要な補助光の発光を抑制し、消費電力の抑制や被写体の感じる眩しさの低減などを実現することができる。ひいては、消費電力の増大を抑制することができる。

また、ステップＳ２０２で、第１の焦点検出条件により前記取得手段が取得したデフォーカス量の信頼性が有る場合は、第２の焦点検出条件に移行することはない（Ｓ２０２→Ｓ２０３）。これにより、検出可能なデフォーカス量の拡大処理を無駄に実施することが回避される。

また、本実施の形態では、検出可能なデフォーカス範囲の拡大処理を行う前に、ＡＦ補助光の発光及び焦点検出を行うように構成した（Ｓ４０１）。従って、第２の焦点検出条件によりデフォーカス量を取得する際、検出デフォーカス範囲の拡大前に、補助光を用いてデフォーカス量を取得し、取得したデフォーカス量に信頼性が有る場合は、検出デフォーカス範囲を拡大させる処理を行わない。これにより、例えば絞りの駆動など、不要な検出デフォーカス範囲の拡大処理を省略することができ、絞りの駆動などによる焦点検出の応答性低下などを避けることができる。なお、絞りの駆動などによる焦点検出の応答性低下の懸念が少ない場合には、検出可能なデフォーカス範囲の拡大処理を行う前に、ＡＦ補助光の発光及び焦点検出を行う必要はない。その場合、補助光発光時の焦点調節処理の初めに、検出可能なデフォーカス範囲の拡大処理を行えば良い。これにより補助光の発光回数を低減することができる。

なお、検出可能なデフォーカス量を拡大するために、システム制御部５０が図１０のステップＳ５０１〜Ｓ５０４の全てを実行することは必須でなく、少なくとも１つを実行する構成としてもよい。すなわち、第２の焦点検出条件では、第１の焦点検出条件に対して、撮像光学系の絞り値、一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂを評価する帯域、一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂを取得する撮像素子上の領域の少なくとも１つが異なる。例えば、第２の焦点検出条件では、第１の焦点検出条件に対して、撮像光学系の絞り値が小さい。あるいは、第２の焦点検出条件では、第１の焦点検出条件に対して、一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂを評価する帯域が低い。あるいは、第２の焦点検出条件では、第１の焦点検出条件に対して、一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂを取得する撮像素子上の領域が大きい。

なお、検出可能なデフォーカス範囲の拡大処理を行う前に、ＡＦ補助光の発光及び焦点検出を行った際に、測光情報や焦点検出信号に変化が見られない場合は、被写体が存在しないと判断し、以降の焦点検出処理やＡＦ補助光の発光などを省略してもよい。これにより、不要なＡＦ補助光の発光や焦点検出処理を回避することができる。

なお、本実施の形態では、検出可能なデフォーカス範囲の拡大処理を終えた後、レンズ駆動を行うことなく、ＡＦ補助光の発光及び焦点検出を行うとした。しかし、図９のステップＳ４０９の後、直ちにステップＳ４０１に移行することは必須でない。すなわち、検出可能なデフォーカス量に応じたレンズ位置へ駆動を行った後、ＡＦ補助光の発光及び焦点検出を行ってもよい。例えば、検出デフォーカス範囲の拡大処理を終えた後の検出可能なデフォーカス量と、フォーカスレンズの可動範囲の端までのデフォーカス量を考慮してレンズ駆動を行ってもよい。フォーカスレンズの可動範囲の端までレンズを駆動せず、フォーカスレンズの可動範囲の端から適切に焦点検出が行うことができる。これにより、不要なＡＦ補助光の発光を避け、レンズ駆動回数も抑制し、焦点検出の応答性を向上させることができる。ＡＦ補助光発光前のレンズ駆動位置は、例えば、絞り値など、検出デフォーカス範囲の拡大処理の内容に応じて変更すればよい。

（他の実施形態）
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。即ち、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記憶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（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムコードを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

以上、本発明をその好適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、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。

１４ 撮像素子
４８ フラッシュ
５０ システム制御部

Claims (11)

1. 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する一対の信号を取得可能な撮像素子と、
   焦点検出条件に従って、前記撮像素子から取得された前記一対の信号の位相差に基づいてデフォーカス量を取得する取得手段と、
   前記デフォーカス量の信頼性の有無を判定する第１の判定手段と、
   焦点検出を補助するために発光する発光手段と、
   補助光の要否を判定する第２の判定手段と、
   第１の焦点検出条件により前記取得手段により取得されたデフォーカス量の信頼性が無いと前記第１の判定手段により判定され且つ、第２の判定手段により補助光が必要と判定された場合に、前記第１の焦点検出条件に比し検出可能なデフォーカス量が拡大され且つ前記発光手段を発光させる第２の焦点検出条件により、前記取得手段にデフォーカス量を取得させるよう制御する制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第２の焦点検出条件では、前記検出可能なデフォーカス量を拡大させるために、前記第１の焦点検出条件に対して、前記撮像光学系の絞り値、前記一対の信号を評価する帯域、前記一対の信号を取得する前記撮像素子上の領域の少なくとも１つが異なることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第２の焦点検出条件では、前記第１の焦点検出条件に対して、前記撮像光学系の絞り値が小さいことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記第２の焦点検出条件により前記取得手段にデフォーカス量を取得させる際、絞り込みにより前記検出可能なデフォーカス量が拡大する範囲で、前記撮像光学系の絞り値を小さくすることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第２の焦点検出条件では、前記第１の焦点検出条件に対して、前記一対の信号を評価する帯域が低いことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
6. 前記第２の焦点検出条件では、前記第１の焦点検出条件に対して、前記一対の信号を取得する前記撮像素子上の領域が大きいことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記第１の焦点検出条件により前記取得手段が取得したデフォーカス量の信頼性が有ると前記第１の判定手段により判定された場合、前記取得手段を前記第２の焦点検出条件に移行させないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記第２の焦点検出条件により前記取得手段にデフォーカス量を取得させる際、前記第１の焦点検出条件に比し絞り値を小さくする場合は、前記発光手段の発光量を多くすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記第２の焦点検出条件により前記取得手段にデフォーカス量を取得させる際、前記検出可能なデフォーカス量を拡大させる処理を行わせる前に、前記発光手段を発光させて前記取得手段に前記デフォーカス量を取得させ、取得された前記デフォーカス量に信頼性が有る場合は、前記検出可能なデフォーカス量を拡大させる処理を行わせないことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する一対の信号を取得可能な撮像素子と、焦点検出を補助するために発光する発光部と、を備える撮像装置の制御方法であって、
    焦点検出条件に従って、前記撮像素子から取得された前記一対の信号の位相差に基づいてデフォーカス量を取得し、
    第１の焦点検出条件により取得されたデフォーカス量の信頼性が無いと判定し且つ、補助光が必要と判定した場合に、前記第１の焦点検出条件と比し検出可能なデフォーカス量が拡大され且つ前記発光部を発光させる第２の焦点検出条件により、デフォーカス量を取得することを特徴とする撮像装置の制御方法。
11. 請求項１０に記載の撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
    
    

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