JP6188536B2 - 撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出画素を含む撮像素子を備えた撮像装置に関する。

特許文献１には、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開示されている。マイクロレンズを介して撮影光学系の互いに異なる瞳領域を受光する場合、撮影光学系によるケラレの影響を受けやすい。ケラレが発生すると、デフォーカス量に含まれる誤差が大きくなる。また、ケラレによる影響は、デフォーカス量が大きくなるにつれて大きくなる。そしてデフォーカス量が大きくなると、焦点検出結果の信頼性が低下するため、信頼性のある焦点検出結果が得られない場合がある。

信頼性のある焦点検出結果が得られない場合、フォーカスレンズを駆動して信頼性のある焦点検出結果が得られるか否かを探索する、いわゆるサーチ駆動を行うことが知られている。サーチ駆動を含む焦点調節処理を高速に行うには、フォーカスレンズの駆動中に、一対の出力波形を頻繁に取得しながら、より信頼性のある焦点検出結果を迅速に取得する必要がある。

特許文献２には、瞳分割方式とは異なるコントラスト検出方式の撮像面を用いた焦点検出方式において、焦点検出中に光電変換部の出力波形を得る頻度を上げる、すなわち、より高速なフレームレートに変更する構成が開示されている。

特開２０１０−１１７６７９号公報 特開２０１３−２５１０７号公報

しかしながら、特許文献１の焦点検出方式において、特許文献２のように焦点検出中のフレームレートを高速に変更して焦点調節を行う場合、以下のような問題がある。すなわち、撮像素子から出力信号を取得する場合、蓄積電荷のリセット動作および読み出し動作が繰り返し行われている。このため、フレームレートを変更する場合、再度リセット動作が必要となる。フレームレート変更後には、リセット動作などの処理を行うことがあるため、フレームレートの変更処理は一定の時間を要し、焦点調節に要する時間が長くなってしまう。特に、焦点調節開始時にデフォーカス量が大きく信頼性のある焦点検出結果が得られない場合に顕著となる。

そこで本発明は、デフォーカス量が大きい状態から高速な焦点調節が可能な撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、フォーカスレンズを含む撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束に基づいて、一対の信号を出力する複数の焦点検出画素を含む撮像素子と、前記一対の信号の位相差に基づいてデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、前記撮像素子が前記一対の信号を出力する間隔を設定する設定手段と、前記フォーカスレンズを駆動制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記設定手段による前記間隔の変更処理中に、前記焦点検出手段の検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズを駆動制御する。

本発明の他の側面としての撮像システムは、撮影光学系を備えたレンズ装置と、前記撮像装置とを有する。

本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、フォーカスレンズを含む撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束に基づいて、一対の信号を出力する複数の焦点検出画素を含む撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、焦点検出手段を用いて、前記撮像素子から第１の間隔で得られた一対の信号の位相差に基づいてデフォーカス量を検出するステップと、合焦判定を行うステップと、前記合焦判定において合焦状態ではないと判定された場合、前記第１の間隔から、該第１の間隔よりも短い第２の間隔に変更するステップと、前記第１の間隔から前記第２の間隔への変更処理中に、前記焦点検出手段の検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズを駆動制御するステップとを有する。

本発明の他の側面としてのプログラムは、コンピュータに、前記撮像装置の制御方法を実行させるように構成されている。

本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、デフォーカス量が大きい状態から高速な焦点調節が可能な撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。

本実施例における撮像システムの概略構成を示すブロック図である。 本実施例における撮像素子の画素部の平面図である。 本実施例における撮影画素の構造を説明する平面図および断面図である。 本実施例における焦点検出画素の構造を説明する平面図および断面図である。 本実施例における一対の焦点検出信号の例を示す図である。 本実施例において、撮影範囲内の焦点検出領域および被写体の状況の例を示す図である。 本実施例における撮像装置の焦点調節および撮影工程（撮像装置の制御方法）を示すフローチャートである。 本実施例における焦点調節のサブルーチンを示すフローチャートである。 本実施例における検出可能デフォーカス範囲の例を示す図である。 本実施例において、フォーカスレンズ位置と検出可能なデフォーカス範囲との関係を示す図である。 本実施例の焦点調節処理におけるフォーカスレンズ位置と時間の関係を説明する図である。 本実施例における撮影サブルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本実施例における撮像システムの構成について説明する。図１は、撮像システム１０の概略構成を示すブロック図である。本実施例において、撮像システム１０は、焦点調節装置を備え、レンズ交換可能な一眼レフタイプのデジタルカメラシステムである。撮像システム１０は、カメラ本体１２０（撮像装置）と、カメラ本体１２０に着脱可能なレンズユニット１００（レンズ装置）とを備えて構成される。レンズユニット１００は、図１の中央の点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０と接続される。なお本実施例は、これに限定されるものではなく、カメラ本体１２０とレンズユニット１００とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。

レンズユニット１００（撮影光学系）は、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ１０４（フォーカスレンズ群）、および、駆動／制御系を有する。このようにレンズユニット１００は、フォーカスレンズ１０４を含むとともに、被写体像（光学像）を形成する撮影レンズを有する。

第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の先端に配置され、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することにより撮影時の光量調節を行う。また絞り兼用シャッタ１０２は、静止画撮影時に露光秒時調節用シャッタとして機能する。絞り兼用シャッタ１０２および第２レンズ群１０３は、一体的に光軸方向ＯＡに進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によりズーム機能を実現する。フォーカスレンズ１０４は、光軸方向ＯＡの進退により焦点調節を行う。

駆動／制御系は、ズームアクチュエータ１１１、絞りシャッタアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、レンズＭＰＵ１１７、およびレンズメモリ１１８を有する。

ズームアクチュエータ１１１は、第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに進退駆動してズーム操作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節するとともに、静止画撮影時の露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ１１３は、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行うとともに、フォーカスレンズ１０４の現在位置を検出する位置検出部として機能する。

ズーム駆動回路１１４は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。絞りシャッタ駆動回路１１５は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。フォーカス駆動回路１１６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１３を駆動制御し、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行う。

レンズＭＰＵ１１７は、レンズユニット１００に関する全ての演算および制御を行い、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、および、レンズメモリ１１８を制御する。またレンズＭＰＵ１１７は、現在のレンズ位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５（制御手段）からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。レンズメモリ１１８は、自動焦点調節（ＡＦ制御）に必要な光学情報やレンズ駆動可能範囲などの情報を記憶する。またレンズＭＰＵ１１７（駆動可能範囲出力手段）は、カメラＭＰＵ１２５からの要求に応じて、レンズ駆動可能範囲などの情報を通知する。

カメラ本体１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、撮像素子１２２、および、駆動／制御系を有する。光学的ローパスフィルタ１２１および撮像素子１２２は、レンズユニット１００からの光束により被写体像（光学像）を形成する撮像系である。本実施例において、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ１０４、光学的ローパスフィルタ１２１、および、撮像素子１２２により、撮影光学系が構成される。また、焦点調節のために撮影光学系（レンズユニット１００）の一部を駆動する必要があるが、本実施例ではフォーカスアクチュエータ１１３（レンズ駆動手段）がフォーカスレンズ１０４を駆動する。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、撮像素子駆動回路１２３が撮像素子１２２を駆動することにより焦点調節を行ってもよい。

光学的ローパスフィルタ１２１は、撮影画像の偽色やモアレを軽減する。撮像素子１２２は、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素からなるＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子およびその周辺回路で構成され、各画素からの信号を独立して出力可能に構成されている。また、本実施例の撮像素子１２２は、被写体像を形成するための複数の撮影画素、および、複数の焦点検出画素を含む。撮像素子１２２は複数の焦点検出画素を含むことにより、撮像面で位相差検出方式による焦点検出（撮像面位相差ＡＦ）が可能となる。このように撮像素子１２２は、フォーカスレンズ１０４を含む撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束に基づいて、一対の信号を出力する複数の焦点検出画素を含む。なお、撮像素子１２２の構成については、詳細に後述する。

カメラ本体１２０の駆動／制御系は、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、操作スイッチ群１２７（操作ＳＷ）、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、および、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０を含む。

撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２の動作を制御するとともに、撮像素子１２２から得られた画像信号をＡ／Ｄ変換してカメラＭＰＵ１２５に送信する。また撮像素子駆動回路１２３は、カメラＭＰＵ１２５の要求に応じて、撮像素子１２２の駆動フレームレートを切り替える。撮像素子駆動回路１２３およびカメラＭＰＵ１２５は、駆動フレームレート切り替える出力間隔制御手段、すなわち撮像素子１２２が一対の信号を出力する間隔を設定する設定手段として機能する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２により得られた画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮などの画像処理を行う。

カメラＭＰＵ１２５は、カメラ本体１２０に関する全ての演算および制御を行い、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、表示器１２６、操作スイッチ群１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、およびＴＶＡＦ焦点検出部１３０を制御する。カメラＭＰＵ１２５は、マウントＭの信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と接続され、レンズＭＰＵ１１７に対してレンズ位置の取得や所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行する。またカメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７から、レンズユニット１００に固有の光学情報を取得する。

カメラＭＰＵ１２５には、カメラ動作（撮像システム１０またはカメラ本体１２０の動作）を制御するプログラムを格納するＲＯＭ１２５ａ、変数を記憶するＲＡＭ１２５ｂ、各種のパラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃが内蔵されている。カメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに格納されたプログラムにより、後述する焦点検出を含むＡＦ制御を行う。またカメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦにおいて、焦点検出位置の像高が大きい場合にケラレの影響が大きくなって焦点検出の信頼度が低下するのを回避するため、ケラレの影響を低減するための補正を行ってもよい。

表示器１２６は、ＬＣＤなどから構成され、カメラ本体１２０の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点調節時の合焦状態表示画像などを表示する。操作スイッチ群１２７は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチなどで構成される。メモリ１２８は、着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済み画像を記録する。なお、メモリ１２８はフラッシュメモリに限定されるものではなく、着脱可能な汎用のメモリを用いることができる。

撮像面位相差焦点検出部１２９（焦点検出手段）は、撮像素子１２２の焦点検出画素からの画素信号に基づいて、位相差検出方式による焦点検出を行う。より具体的には、撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮影光学系（レンズユニット１００）の互いに異なる瞳領域（一対の瞳領域）を通過する光束により焦点検出画素で形成される像ずれ量に基づいて撮像面位相差ＡＦを行う。すなわち撮像面位相差焦点検出部１２９は、一対の信号の位相差（像ずれ量）に基づいてデフォーカス量を検出する。なお、撮像面位相差ＡＦの詳細については後述する。

ＴＶＡＦ焦点検出部１３０は、コントラスト方式による焦点検出（ＴＶＡＦ）を行う。より具体的には、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０は、画像処理回路１２４により得られた画像情報の高周波成分に基づいてコントラスト評価値を算出する。コントラスト方式による焦点検出は、フォーカスレンズ１０４を移動して得られたコントラスト評価値がピークとなるフォーカスレンズ位置を検出することに行われる。このように本実施例の撮像システム１０において、撮像面位相差焦点検出部１２９およびＴＶＡＦ焦点検出部１３０は、撮像面位相差ＡＦとＴＶＡＦとを組み合わせて焦点検出を行う。カメラＭＰＵ１２５は、その焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動制御する（合焦制御を行う）。本実施例の撮像システム１０は、状況に応じて、撮像面位相差ＡＦまたはＴＶＡＦを選択的に、または、これらを組み合わせて実行することができる。

次に、撮像面位相差ＡＦについて詳述する。図２は、撮像素子１２２の画素部の平面図であり、被写体像が形成される受光画素（画素部）をレンズユニット１００側から見た図を示している。４００は、撮像素子１２２において、横方向にｍ画素、縦方向にｎ画素で構成される画素部全体の撮影範囲である。４０１は画素である。画素４０１上には、オンチップでベイヤー配列の原色カラーフィルタがそれぞれ形成されており、２行×２列の４画素周期で配列されている。図２においては、煩雑さをなくすため、画素部のうち左上側の１０画素×１０画素のみを表示し、その他の画素については省略している。

前述のように、撮像素子１２２は、複数の撮影画素および複数の焦点検出画素を含む。各撮影画素は、被写体像を形成する撮影光学系の射出瞳の全領域を通過する光束を受光し、その光束の受光量に応じた画素信号（被写体像を生成するための画素信号）を出力する。また、各焦点検出画素は、撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通過する光束を受光し、その光束の受光量に応じた焦点検出信号（位相差検出方式に用いられる焦点検出信号）を出力する。各画素がベイヤー配列のカラーフィルタにより覆われている場合、撮像素子１２２は、２行×２列の画素のうち、対角に配置される一対のＧ画素を撮影画素として残し、Ｒ画素およびＢ画素を一対の焦点検出画素に置き換えて構成されている。このように、撮像素子１２２は、撮影光学系の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束により形成される少なくとも一対の光学像を光電変換して、少なくとも一対の焦点検出信号を出力することができる。

図３および図４は、図２における画素４０１（撮影画素および焦点検出画素）の構造をそれぞれ説明する図である。本実施例において、２行×２列の４画素のうち、対角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Ｒ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置したベイヤー配列が採用されている。そして、このベイヤー配列の画素間に、後述する構造の焦点検出画素が配置される。

図３（ａ）および図４（ａ）は、２行×２列の画素を示す平面図である。図３（ｂ）および図４（ｂ）は、図１におけるレンズユニット１００および撮像素子１２２を図１中の上側から見た場合の光学断面図である。ここでは、レンズユニット１００は、仮想的な１枚のレンズとして図示している。なお、説明に不要な部材については省略している。

図３は、撮影画素の配置および構造を示している。図３（ａ）は２行×２列の撮影画素の平面図であり、このベイヤー配列による２行×２列の構造が繰り返し配置される。図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である図３（ｂ）において、ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦ_ＲはＲ（赤色）のカラーフィルタ、ＣＦ_ＧはＧ（緑色）のカラーフィルタである。ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）は、撮像素子１２２の光電変換素子である。ＣＬ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｌａｙｅｒ）は、撮像素子１２２内の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。３１１はレンズユニット（図１のレンズユニット１００に対応）、４１１はレンズユニット１００の射出瞳、Ｌはレンズユニット３１１の光軸である。なお図３は、撮像素子１２２の画素部における中心付近の画素、すなわちレンズユニット３１１の光軸Ｌ上付近の画素構造図である。

ここで、撮影画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換素子ＰＤは、レンズユニット３１１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。換言すると、レンズユニット１００の射出瞳４１１と光電変換素子ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換素子ＰＤの有効面積は大きい面積に設計される。図３（ｂ）における光束４１０はその様子を示しており、射出瞳４１１の全領域が光電変換素子ＰＤに取り込まれている。なお、図３（ｂ）ではＲ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（青色）画素も同様の構造を有する。また、マイクロレンズＭＬの周辺部材（カラーフィルタＣＦ_Ｒ、ＣＦ_Ｇ、光電変換素子ＰＤ、配線層ＣＬ）は、説明を理解し易くするために拡大して表示されているが、実際にはミクロンオーダーの形状である。

図４は、レンズユニット３１１の水平方向（横方向）に瞳分割を行うための焦点検出画素の平面図および断面図を示す。ここで水平方向とは、図２中において撮像素子１２２の長手方向である。図４（ａ）は、焦点検出画素を含む２行×２列の画素の平面図である。画像の記録または観賞のための画像信号（画素信号）を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。これは、人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるためであり、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方、Ｒ画素またはＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感である。このため、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は認識され難い。そこで本実施例においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮影画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出画素に置き換える。この焦点検出画素を、図４（ａ）においてＳ_ＨＡおよびＳ_ＨＢと示す。

図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。マイクロレンズＭＬおよび光電変換素子ＰＤは、図３（ｂ）に示される撮影画素と同一構造である。なお図４も、撮像素子１２２のうち中心付近の画素、すなわちレンズユニット３１１の光軸Ｌ上付近の画素の構造を示している。本実施例では、焦点検出画素からの画素信号は画像生成には用いられない。このため、色分離用カラーフィルタの代わりに、透明膜ＣＦ_Ｗ（白色）が配置される。また、撮像素子１２２において射出瞳４１１を分割するため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して所定の方向（一方向）に偏心している。

具体的には、画素Ｓ_ＨＡの開口部ＯＰ_ＨＡは、マイクロレンズＭＬの中心線に対して右側に距離４２１_ＨＡだけ偏心しているため、レンズユニット３１１の光軸Ｌを挟んで左側の射出瞳領域４２２_ＨＡを通過した光束４２０_ＨＡを受光する。同様に、画素Ｓ_ＨＢの開口部ＯＰ_ＨＢは、マイクロレンズＭＬの中心線に対して左側に距離４２１_ＨＢだけ偏心しているため、レンズユニット３１１の光軸Ｌを挟んで右側の射出瞳領域４２２_ＨＢを通過した光束４２０_ＨＢを受光する。そして、図４（ｂ）から明らかなように、偏心量４２１_ＨＡは偏心量４２１_ＨＢに等しい。このように、マイクロレンズＭＬと開口部ＯＰの偏心により、レンズユニット３１１（撮影レンズ）の互いに異なる瞳領域（射出瞳領域４２２_ＨＡ、４２２_ＨＢ）を通過する光束４２０_ＨＡ、４２０_ＨＢを取り出すことが可能である。

以上のような構成を有する複数の画素Ｓ_ＨＡを水平方向に配列し、これらの画素群から取得した被写体像（画素信号）をＡ像（Ａ像信号）とする。また、複数の画素Ｓ_ＨＢも水平方向に配列し、これらの画素群から取得した被写体像（画素信号）をＢ像（Ｂ像信号）とする。そして、取得したＡ像とＢ像の相対位置を検出することにより、水平方向に輝度分布を有する被写体像の焦点ずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。

なお、図４は撮像素子１２２の中央付近の焦点検出画素について示している。一方、中央付近以外の焦点検出画素に関しては、マイクロレンズＭＬと配線層ＣＬの開口部ＯＰ_ＨＡ、ＯＰ_ＨＢを図４（ｂ）とは異なる状態で偏心させることにより、射出瞳４１１を分割することができる。具体的には、開口部ＯＰ_ＨＡを例として説明すると、開口部ＯＰ_ＨＡの中心と射出瞳領域４２２_ＨＡの中心とを結ぶ線上に略球状のマイクロレンズＭＬの球芯を合わせるように偏心させる。これにより、撮像素子１２２の周辺部においても、図４に示される中央付近の焦点検出画素と略同等の瞳分割を行うことができる。なお、取得した像信号に対して、特許文献１に記載の補正処理を行ってもよい。

ところで、画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢにおいては、撮影画面の水平方向に輝度分布を有する被写体、例えば縦線に対しては焦点検出可能である。しかし、垂直方向に輝度分布を有する、例えば横線などの被写体については焦点検出を行うことができない。撮影画面の垂直方向に輝度分布を有する被写体の焦点検出を行うには、撮影光学系の垂直方向にも瞳分割を行う画素を備えるように構成すればよい。本実施例では、後述するように、縦横両方向に焦点検出画素を備える。また、焦点検出画素は、本来の色情報を有さないため、撮影画像の形成の際には、周辺部の画素信号から補間演算することによって信号（撮影信号）を生成する。従って、撮像素子１２２において、焦点検出画素を連続的に配列するのではなく、離散的に並べる。これにより、撮影画像の画質の低減を抑制することができる。

なお本実施例では、撮像素子１２２上に撮影画素とは別に焦点検出画素の複数の対を配置し、射出瞳の一部の領域を通過する光束を受光する焦点検出画素の出力信号を用いて焦点検出を実現する。しかしながら、撮像素子１２２から焦点検出用の出力信号を用いる方法は、これに限定されるものではない。例えば、撮像素子１２２の１画素が、複数の光電変換部を持つように構成してもよい。このような構成の撮像素子を持つ撮像装置は、特開２００７−４４７１号公報などにも開示されている。

図５は、本実施例における一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂ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１２２の焦点検出画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢのそれぞれから得られた画素信号に対して、画像処理回路１２４による各種の画像処理（補正）が行われた信号である。一対の焦点検出信号４３０ａ、４３０ｂは、画像処理後、撮像面位相差焦点検出部１２９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。ここでは、レンズユニット１００が撮像素子１２２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。撮像面位相差焦点検出部１２９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、レンズユニット１００のデフォーカス量を求めることができる。

カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７から送信されたフォーカスレンズ１０４の位置情報および撮像面位相差焦点検出部１２９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１０４の駆動量を算出する。その後、カメラＭＰＵ１２５は、フォーカスレンズ１０４の位置情報に基づいて、レンズＭＰＵ１１７に対して、フォーカスレンズ１０４を駆動するべき位置情報を送信する。これにより、フォーカスアクチュエータ１１３などを用いた焦点調節を行うことが可能となる。

図６（ａ）は、撮影範囲内における焦点検出領域を示す図である。図６（ａ）に示される焦点検出領域２１８、２１９内で撮像素子１２２から得られた画素信号に基づいて、撮像面位相差ＡＦおよびＴＶＡＦが行われる。図６（ａ）の焦点検出領域は、図４（ｂ）に示される撮影レンズの水平方向（横方向）に瞳分割を行う画素を含む焦点検出領域に加え、撮影レンズの垂直方向（縦方向）に瞳分割を行う画素を含む焦点検出領域を含む。また、図６（ａ）中の点線で示される長方形は、撮像素子１２２の画素が形成された撮影範囲２１７である。撮影範囲２１７内には、撮像面位相差ＡＦを行うため、縦横それぞれ３方向の焦点検出領域２１８ａｈ、２１８ｂｈ、２１８ｃｈ、２１８ａｖ、２１８ｂｖ、２１８ｃｖが設けられている。そして、縦横の焦点検出領域は、互いに交わるように配置され、所謂クロス型の焦点検出領域を構成している。

本実施例では、図６（ａ）に示されるように、撮影範囲２１７の中央部と左右２箇所の計３つの領域にてクロス型の焦点検出領域を設けるように構成されている。また、３つの撮像面位相差ＡＦを行う焦点検出領域のそれぞれを包含するように、ＴＶＡＦを行う焦点検出領域２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃが設けられている。ＴＶＡＦ焦点検出部１３０は、焦点検出領域２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃにおいて、図６（ａ）の水平方向の高周波成分を用いてコントラスト方式の焦点検出（コントラスト検出）を行う。なお、図６（ａ）では、撮影範囲２１７の中央部と左右２か所の３つの領域に焦点検出領域を配置した例を示しているが、本実施例はこれに限定されるものではない。任意の位置に複数の焦点検出領域を配置することができる。

次に、本実施例におけるカメラ本体１２０（撮像装置）の焦点調節および撮影工程（撮像装置の制御方法）について説明する。図７は、撮像装置の制御方法を示すフローチャートであり、撮像装置のライブビュー状態で撮影を行う際のメインフローを示している。図７の各ステップは、主に、カメラＭＰＵ１２５の指令に基づいて実行される。

図７においてライブビュー撮影が開始されると、まずステップＳ１において、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子駆動回路１２３を制御することにより撮像素子１２２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Ｓ２において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ１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、本実施例の撮像素子１２２は、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に加えて、焦点検出データ（焦点検出信号）を取得する際に用いられる焦点検出画素を備えており、一度に両方のデータを取得可能である。

続いてステップＳ３において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ２にて得られた画像データに基づいて、プレビュー画像を表示器１２６に表示する、所謂ライブビュー表示を行う。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、第１の時間間隔（第１の間隔）で更新される。第１の時間間隔は、例えば、３３．３ｍｓ（３０ｆｐｓ）や１６．６ｍｓ（６０ｆｐｓ）に設定される。

続いてステップＳ４において、カメラＭＰＵ１２５（撮像面位相差焦点検出部１２９）は、図６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。すなわち撮像面位相差焦点検出部１２９は、図５に示されるような焦点検出信号のずれ量（第１の間隔で得られた一対の信号の位相差）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Ｓ５において、カメラＭＰＵ１２５は、撮影準備開始を示すスイッチＳｗ１のオン／オフを検出する。操作スイッチ群１２７の一つであるレリーズ（撮影トリガ）スイッチは、そのスイッチの押し込み量に応じて、２段階のオン／オフを検出することが可能である。スイッチＳｗ１は、レリーズ（撮影トリガ）スイッチの１段階目のオン／オフで検出可能に構成されている。ステップＳ５にてスイッチＳｗ１のオンが検出されない場合、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、カメラＭＰＵ１２５は、メインスイッチがオフされたか否かを判定する。メインスイッチがオフされていない場合、ステップＳ２に戻る。一方、メインスイッチがオフされた場合、本フローを終了する。

一方、ステップＳ５にてスイッチＳｗ１のオンが検出されると、ステップＳ６に進む。ステップＳ６において、カメラＭＰＵ１２５は、焦点検出領域を設定する。焦点検出領域は、撮影者が指示する焦点検出領域に設定することができる。または、ステップＳ４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、カメラＭＰＵ１２５が焦点検出領域を設定するように構成してもよい。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、カメラＭＰＵ１２５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Ｓ７において、カメラＭＰＵ１２５は合焦判定を行う。すなわちカメラＭＰＵ１２５は、選択された焦点検出領域で検出されたデフォーカス量（デフォーカス量の絶対値）が所定量以下（許容値以下）であるか否か、すなわち合焦状態であるか否かを判定する。デフォーカス量が許容値以下である（合焦状態である）と判定された場合、ステップＳ８に進む。ステップＳ８において、カメラＭＰＵ１２５は、表示器１２６に合焦表示（合焦状態であることを示す表示）を行い、ステップＳ９に進む。

一方、ステップＳ７において、選択された焦点検出領域で検出されたデフォーカス量が許容値よりも大きい（合焦状態ではない）と判定された場合、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００において、カメラＭＰＵ１２５（撮像面位相差焦点検出部１２９）は、焦点調節処理を行う。ステップＳ２００の焦点調節処理の詳細については後述する。ステップＳ２００の焦点調節処理が終了すると、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９において、カメラＭＰＵ１２５は、撮影開始指示を示すスイッチＳｗ２のオン／オフを検出する。操作スイッチ群１２７の一つであるレリーズ（撮影トリガ）スイッチは、そのスイッチの押し込み量に応じて、２段階のオン／オフを検出することが可能である。スイッチＳｗ２は、レリーズ（撮影トリガ）スイッチの２段階目のオン／オフで検出可能に構成されている。ステップＳ９にてスイッチＳｗ２のオンが検出されない場合、スイッチＳｗ２のオンが検出されるまでステップＳ９にて撮影待機状態を維持する。一方、ステップＳ９にてスイッチＳｗ２のオンが検出されると、ステップＳ３００に進む。ステップＳ３００において、カメラＭＰＵ１２５は、撮影サブルーチンを実行する。ステップＳ３００の撮影サブルーチンの詳細については後述する。

ステップＳ３００にて撮影サブルーチンが終了すると、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、カメラＭＰＵ１２５は、メインスイッチがオフされたか否かを判定する。メインスイッチがオフされていない場合、ステップＳ２に戻る。一方、メインスイッチがオフされた場合、本フローの一連の動作を終了する。

次に、図８を参照して、図７のステップＳ２００の焦点調節処理について説明する。図８は、焦点調節処理を示すフローチャートである。図８の各ステップは、主に、カメラＭＰＵ１２５の指令に基づいて実行される。

焦点調節処理が開始されると、２つの処理が並列して行われる。第１の処理は、ステップＳ２０１のフレームレート切替処理である。ステップＳ２０１において、カメラＭＰＵ１２５は、合焦判定において合焦状態ではないと判定された場合、第１の時間間隔から、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔に変更する。すなわちカメラＭＰＵ１２５は、焦点調節処理を高速に行うため、図７のステップＳ３にて適用される第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で焦点検出データ（焦点検出信号）を取得できるように、撮像素子１２２の駆動を切り替える。第２の時間間隔は、例えば、８．３ｍｓ（１２０ｐｓ）や４．２ｍｓ（２４０ｆｐｓ）に設定される。これに応じて、表示器１２６におけるライブビュー表示も短い時間間隔（第２の時間間隔）で得られた画像データを用いて行われる。ライブビュー表示の更新間隔は、第２の時間間隔で行ってもよいし、画像データを間引きまたは加算するなどにより第１の時間間隔のまま行ってもよい。

並列して行われる第２の処理は、ステップＳ２０２〜Ｓ２０５の処理である。まずステップＳ２０２において、カメラＭＰＵ１２５は、事前に得られた焦点検出結果（焦点検出データ）が信頼性の高い結果（データ）であるか否かを判定する。本実施例では、カメラＭＰＵ１２５は、図７のステップＳ４にて得られた焦点検出結果（デフォーカス量：Ｄｅｆ量）に対して判定を行う。焦点検出結果の信頼性とは、２像（Ａ像信号、Ｂ像信号）の一致度であり、２像の一致度が良好である場合、一般的に焦点検出結果の信頼性が高い。そこで、複数の焦点検出領域が選択されている場合、信頼性の高い情報（信頼性の高いデータ）を優先的に採用する。ただし、焦点調節結果の信頼性を判定するための指標は、２像の一致度に限定されるものではない。例えば、特開２００７−５２０７２号公報に記載されているＳレベルなどを指標として用いてもよい。Ｓレベルは、算出の際に、２像の一致度だけでなく、相関変化量やシャープネスなどを用いている。ステップＳ２０２において、カメラＭＰＵ１２５（信頼性判定手段）は、このような信頼性の指標に対して所定の閾値を設けることにより、焦点検出結果（デフォーカス量）の信頼性を判定する。

ステップＳ２０２にて焦点検出結果に信頼性があると判定された場合、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３において、カメラＭＰＵ１２５は、検出されたデフォーカス量（検出Ｄｅｆ量）に基づいてレンズ駆動（フォーカスレンズ１０４の駆動）を行う。その後、カメラＭＰＵ１２５はフレームレート切替処理の終了を確認して、ステップＳ２０６に進む。

一方、ステップＳ２０２にて焦点検出結果に信頼性がないと判定された場合、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４において、カメラＭＰＵ１２５は、検出可能デフォーカス範囲（検出可能Ｄｅｆ範囲）を取得する。前述のように、デフォーカス量が大きい場合には焦点調節結果の信頼性が低下する。このため、焦点調節装置として高い検出精度を保てるデフォーカス範囲が制限される。本実施例の撮像システム１０は、得られた焦点検出結果の信頼性が高いか否かを、ステップＳ２０２にて判定するための閾値に加えて、焦点検出結果の信頼性が、この閾値と同等となる際のデフォーカス範囲の概算値を、検出可能デフォーカス範囲として記憶している。検出可能デフォーカス範囲（検出可能Ｄｅｆ範囲）は、ＥＥＰＲＯＭ１２５ｃ（記憶手段）に記憶されており、カメラＭＰＵ１２５の指示に応じて、ＥＥＰＲＯＭ１２５ｃに記憶されている値が出力される。このようにＥＥＰＲＯＭ１２５ｃは、検出可能デフォーカス範囲に関する情報を記憶している。そしてカメラＭＰＵ１２５は、ＥＥＰＲＯＭ１２５ｃから得られた検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動制御する。

図９は、本実施例における検出可能デフォーカス範囲の例を示す図である。検出可能デフォーカス範囲は、フォーカスレンズ１０４の位置ごと、第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３の位置ごと（ズーム状態ごと）に記憶されている。また検出可能デフォーカス範囲は、撮影光学系のＦ値ごと、焦点検出領域の位置ごとにも記憶されている。このような撮影光学系の特性情報ごとに、検出可能デフォーカス範囲を記憶することにより、高精度な検出可能デフォーカス範囲情報を得ることができる。本実施例において、焦点検出領域は、図６に示されるように、中央部と左右２箇所の計３箇所を備える構成としており、左右の２箇所は、光軸に対して対称である。このため、記憶すべき検出可能デフォーカス範囲は、左右の焦点検出領域については共用することができる。このため、記憶容量を低減させることが可能である。また、図９に示されるように、離散的な情報として検出可能デフォーカス範囲を記憶しているため、実際に使用する際には補間演算などをしてもよい。その場合、より少ない記憶容量を維持しながら、高精度な検出可能デフォーカス範囲の情報を取得することができる。

ステップＳ２０４において、カメラＭＰＵ１２５は、現時点のズーム状態、フォーカスレンズ位置、Ｆ値、選択されている焦点検出領域に応じて、検出可能デフォーカス範囲を取得する。続いてステップＳ２０５において、カメラＭＰＵ１２５は、取得した検出可能デフォーカス範囲の情報に基づいてレンズ駆動を行う。すなわちカメラＭＰＵ１２５は、設定手段によるフレームレート（間隔）の変更処理中に、撮像面位相差焦点検出部１２９（焦点検出手段）の検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動制御する。より好ましくは、カメラＭＰＵ１２５は、設定手段による間隔の変更処理中に、信頼性が所定値よりも低いと判定された場合、焦点検出手段の検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動制御する。このレンズ駆動の詳細については後述する。レンズ駆動が終了すると、カメラＭＰＵ１２５はフレームレート切替処理（ステップＳ２０1）の終了を確認して、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６において、カメラＭＰＵ１２５（撮像面位相差焦点検出部１２９）は、図７のステップＳ４と同様に、焦点検出処理を行い、デフォーカス量を算出する。そしてステップＳ２０７において、カメラＭＰＵ１２５は、図１のステップＳ７と同様に、合焦判定を行う。検出されたデフォーカス量が許容値より大きい（合焦状態でない）と判定された場合、ステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９において、カメラＭＰＵ１２５は、フォーカスレンズ１０４の位置が駆動可能範囲の端であるか否かを判定する。

ステップＳ２０９にてフォーカスレンズ１０４がまだ駆動可能である場合（すなわち、ステップＳ２０９でＮｏの場合）、ステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１において、カメラＭＰＵ１２５は、検出したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動（フォーカスレンズ１０４の駆動）を行う。一方、ステップＳ２０９にてフォーカスレンズ１０４の位置が駆動可能範囲の端である場合（ステップＳ２０９でＹｅｓの場合）、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０において、カメラＭＰＵ１２５は、表示器１２６に非合焦表示（非合焦状態であることを示す表示）を行う。非合焦表示としては、例えば、焦点検出領域を示す矩形枠を、橙色などの第１の色を用いて表示する。

一方、ステップＳ２０７にて、検出されたデフォーカス量が許容値以下（合焦状態である）と判定された場合、ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８において、カメラＭＰＵ１２５は、表示器１２６に合焦表示を行う。合焦表示としては、例えば、焦点検出領域を示す矩形枠を、緑色などの第２の色を用いて表示する。

ステップＳ２０８またはステップＳ２０９における表示（合焦表示または非合焦表示）を終了すると、ステップＳ２１２に進む。ステップＳ２１２において、カメラＭＰＵ１２５は、フレームレート切替処理を行い、フレームレートを第２の時間間隔よりも長い第１の時間間隔に変更する。ここでのフレームレート切替処理は、合焦後まで更新間隔の短い状態で撮像素子１２２を駆動させると電力消費が大きいため、電力消費を低減したほうが好ましいからである。ステップＳ２１２のフレームレート切替処理が完了すると、本フロー（焦点調節処理のサブルーチン）は終了する。

本サブルーチンのステップＳ２０３またはステップＳ２０５にて実行されるレンズ駆動は、ステップＳ２０１のフレームレート切替処理中に行われる。このため、焦点検出結果は更新されず、焦点検出を行った時刻とステップＳ２０３にてレンズ駆動を行う時刻との間にタイムラグがある場合がある。このタイムラグにより、得られた焦点検出結果や検出可能デフォーカス範囲の情報は、信頼性が低い可能性がある。このため、算出されるレンズ駆動量に対して少なめにレンズ駆動を行ってもよい。これにより、検出された合焦位置の手前までレンズ駆動を行うことができるため、焦点調節処理の高速化を図ることが可能となる。また、合焦位置を行き過ぎる、いわゆるハンチング動作が発生しにくいため、ライブビュー表示において高品位の焦点調節処理を行うことができる。

本実施例は、ステップＳ２０１のフレームレート切替処理と、焦点検出結果や検出可能デフォーカス範囲に基づくレンズ駆動を並列に行うように構成されている。ただし、フレームレート切替処理が先に終了した場合、並列して行われているレンズ駆動の終了を待たずに、ステップＳ２０６の焦点検出処理を行ってもよい。レンズ駆動中に得られた焦点検出結果に基づきステップＳ２１１にてンズ駆動量を更新し、レンズ駆動を継続することにより、より高速な焦点調節処理を行うことができる。

次に、図１０を参照して、検出可能デフォーカス範囲に基づくレンズ駆動について説明する。図１０は、フォーカスレンズ１０４の位置（レンズ位置）と検出可能デフォーカス範囲との関係を示す図である。Ｐ１、Ｐ２はフォーカスレンズ１０４の位置である。フォーカスレンズ１０４の位置Ｐ１、Ｐ２において、検出可能デフォーカス範囲をフォーカスレンズ駆動量に換算して、Ｆ１、Ｆ２として示している。図１０では、至近側から無限遠側までの被写体に焦点調節を行うフォーカスレンズ１０４の駆動可能範囲として、至近側と無限遠側の駆動範囲端も示している。このようなレンズ駆動可能範囲に関する情報は、カメラＭＰＵ１２５の指示によりレンズユニット１００から供給される。

図１０（ａ）において、焦点調節処理開始時のフォーカスレンズ１０４のレンズ位置はＰ１であり、検出可能デフォーカス範囲はＦ１である。図１０（ａ）の状況では、図６（ｂ）に示される中央の焦点検出領域が撮影者によって選択されていると想定する。中央の焦点検出領域では、人物２２０に対して焦点検出を行うことになる。しかし、Ｆ１は人物２２０に合焦するレンズ位置を含まないため、中央の焦点検出領域で信頼性のあるデフォーカス量を算出できない。このため、図８のステップＳ２０２において、信頼性の高い焦点検出結果が得られないと判定され、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４において、カメラＭＰＵ１２５は、検出可能デフォーカス範囲として、Ｆ１を取得する。続いてステップＳ２０５において、取得した検出可能デフォーカス範囲の情報に基づき、図１０（ａ）のＬ１までレンズ駆動を行う。その後、フレームレート切替処理の完了を確認し、ステップＳ２０６以降の処理を行う。ステップＳ２０６以降の処理を行う前に、Ｌ１までレンズ駆動を行っているため、人物２２０に合焦するレンズ位置までのレンズ駆動量が減り、高速に焦点調節を行うことができる。

図１０（ａ）の状況では、検出可能デフォーカス範囲Ｆ１の端の位置であるＬ１までのレンズ駆動をフレームレート切替処理中に行っているが、Ｆ１の他方の端の位置までのレンズ駆動も考えられる。本実施例では、焦点調節の対象となる被写体は、至近側に存在する確率が高いということに基づき、至近側の駆動範囲端に向かう方向にレンズ駆動を行った。ただし、フレームレート切替処理中のレンズ駆動方向は、これに限定されるものではない。例えば、撮影シーンの解析などにより、風景など無限遠に合焦位置のある被写体が存在する確率が高いことが検出されている場合、フレームレート切替処理中のレンズ駆動方向を無限遠側の駆動範囲端に向かう方向に設定すればよい。

図１０（ｂ）では、焦点調節処理開始時のフォーカスレンズ１０４のレンズ位置はＰ２であり、検出可能デフォーカス範囲はＦ２である。図１０（ｂ）の状況では、図６（ｂ）に示される右側の焦点検出領域を撮影者によって選択されていると想定する。右側の焦点検出領域では、家屋２２１に対して焦点検出を行うことになる。しかし、Ｆ２は、家屋２２１に合焦するレンズ位置を含まないため、右側の焦点検出領域で信頼性のあるデフォーカス量を算出できない。このため、図８のステップＳ２０２において、信頼性の高い焦点検出結果が得られないと判定され、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４において、カメラＭＰＵ１２５は、検出可能デフォーカス範囲として、Ｆ２を取得する。続いてステップＳ２０５において、取得した検出可能デフォーカス範囲の情報に基づき、図１０（ｂ）のＬ２までレンズ駆動を行う。その後、フレームレート切替処理の完了を確認し、ステップＳ２０６以降の処理を行う。ステップＳ２０６以降の処理を行う前に、Ｌ２までレンズ駆動を行っているため、家屋２２１に合焦するレンズ位置までのレンズ駆動量が減り、高速に焦点調節を行うことができる。

図１０（ｂ）の状況では、検出可能デフォーカス範囲Ｆ２の至近側範囲の中に、至近側の駆動範囲端を含んでいる。これは、レンズ位置Ｐ２に対応する被写体距離より至近側には、焦点調節可能な被写体が存在しないことを示している。このような場合、他方の駆動方向である無限遠側の駆動範囲端に向かう方向にレンズ駆動を行う。同様に、検出可能デフォーカス範囲内に無限遠側の駆動範囲端を含む場合、至近側の駆動範囲端に向かう方向にレンズ駆動を行う。また、検出デフォーカス範囲が、無限遠側と至近側の両方の駆動範囲端を含む場合、焦点調節を行うことなく、非合焦表示を行ってもよい。

次に、図１１を参照して、焦点調節に伴うレンズ駆動制御について説明する。図１１は、図１０（ａ）の状況における図１のステップＳ５からステップＳ２００を経て焦点調節処理を行う際のフォーカスレンズ位置と時間との関係を示す図である。図１１において、横軸は時間を示し、縦軸はフォーカスレンズ１０４の位置を示している。図１のステップＳ５のスイッチＳｗ１を検出した時間をＸ軸上の０としている。

図１１を参照して、ＡＦ開始時レンズ位置からＡＦ終了時レンズ位置への焦点調節処理について説明する。まず、カメラＭＰＵ１２５は、時刻Ｔ１でスイッチＳｗ１のオンを検出すると、焦点検出領域を設定し（Ｓ６）、合焦状態でないことを判定し（Ｓ７）、焦点調節処理（Ｓ２００）を開始する。またカメラＭＰＵ１２５は、フレームレート切替処理（Ｓ２０１）と並行して、信頼性の高い焦点検出結果が得られていないと判定し（Ｓ２０２）、検出可能デフォーカス範囲としてＦ１を取得する（Ｓ２０４）。その後、カメラＭＰＵ１２５は、図１１の時刻Ｔ２でレンズ駆動を開始する（Ｓ２０５）。図１１の時刻Ｔ３で、図１０（ａ）のＬ１に到達によりレンズ駆動を完了した後、フレームレート切替処理の完了を待ち、再度、焦点検出処理を行う（Ｓ２０６）。その結果、合焦ではないと判定され（Ｓ２０７でＮｏ）、現在のレンズ位置が、レンズ駆動範囲端ではないと判定される（Ｓ２０９でＮｏ）。その後、図１１の時刻Ｔ４でレンズ駆動を開始する（Ｓ２１０）。レンズ駆動が開始されると、焦点検出処理（Ｓ２０６）、合焦判定（Ｓ２０７）、レンズ駆動範囲端判定（Ｓ２０９）を繰り返し行い、合焦状態でもレンズ駆動範囲端でもない場合、レンズ駆動量が更新され、レンズ駆動が継続される。レンズ駆動量の更新が遅い間隔で行われる場合、レンズ駆動は間欠的にステップ駆動を行うことになる。一方、レンズ駆動量の更新が速い間隔で行われる場合、レンズ駆動は停止することなく継続的に行われる。その後、図１１の時刻Ｔ５で合焦状態であると判定され、ＡＦ終了時レンズ位置に到達するとレンズ駆動を停止し、合焦表示を行い（Ｓ２０８）、フレームレート切替処理を行う（Ｓ２１２）。

本実施例において、図１１の時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間に行われるレンズ駆動に対して、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間に行われるレンズ駆動の駆動速度を遅く（小さく）している。これは、以下の理由による。すなわち、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間に行われるレンズ駆動は、フレームレート切替処理中に検出可能デフォーカス範囲を用いて行われるため、レンズ駆動中に新たに焦点検出結果が得られることがない。このため、できる限り早くレンズ駆動を終えることが、フレームレート切替処理の完了後に、速やかに焦点検出結果を用いたレンズ駆動に移行できるようにすることになり、焦点調節処理の高速化を可能とする。すなわち、レンズ駆動速度は速いほど好ましい。

一方、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間、焦点検出処理（Ｓ２０６）、合焦判定（Ｓ２０７）、レンズ駆動範囲端判定（Ｓ２０９）を繰り返し行いながら、レンズ駆動が行われる。この間において、高速にレンズ駆動を行うと、焦点検出結果の更新前にレンズを一度停止する必要がある場合が発生する。レンズの駆動と停止とを繰り返しながら焦点調節を行うと、焦点調節中のライブビュー表示の品位が良好でなく、または、レンズの駆動と停止の繰り返しによる停止位置の精度が劣化するなどの弊害が生じる。このため本実施例では、図１１の時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間に行われるレンズ駆動に対して、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の間に行われるレンズ駆動の駆動速度を遅く（小さく）し、高速な焦点調節と焦点調節中の表示の品位や高精度な焦点調節の両立を図っている。ただし、前述の理由により、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間のレンズ駆動速度を遅くしているため、焦点検出結果の更新が十分に早い場合、この限りではなく、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間のレンズ駆動と同様に、高速にレンズ駆動を行えばよい。

次に、図１２を参照して、図７の撮影サブルーチン（ステップＳ３００）について説明する。図１２は、撮影サブルーチン（ステップＳ３００）を示すフローチャートである。図１２の各ステップは、主に、カメラＭＰＵ１２５の指令に基づいて実行される。

まずステップＳ３０１において、カメラＭＰＵ１２５は、光量調節絞りを駆動し、露光時間を規定するメカニカルシャッタの開口制御（絞り・シャッタ駆動）を行う。続いてステップＳ３０２において、カメラＭＰＵ１２５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、カメラＭＰＵ１２５（画像処理回路１２４）は、読み出した画像信号の欠損画素補間を行う。すなわち、焦点検出画素の出力は撮像のためのＲＧＢカラー情報を有しておらず、画像を得る上では欠陥画素に相当するため、周囲の撮像用画素の情報から補間により画像信号を生成する。続いてステップＳ３０４において、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、カメラＭＰＵ１２５は、メモリ１２８に撮影画像を記録する。

続いてステップ３０６において、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ３０５にて記録した撮影画像に対応させて、カメラ本体１２０の特性情報をメモリ１２８およびカメラＭＰＵ１２５内のメモリに記録する。カメラ本体１２０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１２２の撮影画素および焦点検出画素の受光感度分布情報、カメラ本体１２０内での撮影光束のケラレ情報である。また、カメラ本体１２０の特性情報は、カメラ本体１２０とレンズユニット１００との取り付け面から撮像素子１２２までの距離情報、製造誤差情報なども含む。撮像素子１２２の撮影画素および焦点検出画素の受光感度分布情報は、オンチップマイクロレンズＭＬおよび光電変換素子ＰＤ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、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ３０５にて記録された撮影画像に対応させて、レンズユニット１００の特性情報をメモリ１２８とカメラＭＰＵ１２５内のメモリに記録する。レンズユニット１００の特性情報としては、例えば、射出瞳４１１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、カメラＭＰＵ１２５は、撮影画像に関する画像関連情報をメモリ１２８およびカメラＭＰＵ１２５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。ステップＳ３０７が終了すると、ステップＳ３００の撮影サブルーチンを終了し、メインルーチンのステップＳ１０に進む。

好ましくは、設定手段は、撮像素子１２２が一対の信号を出力する間隔（フレームレート）として、第１の間隔（第１の時間間隔）または第１の間隔よりも短い第２の間隔（第２の時間間隔）に設定可能である。そしてカメラＭＰＵ１２５（信頼性判定手段）は、第１の間隔から第２の間隔への変更処理中に、第１の間隔で得られた一対の信号の位相差に基づいてデフォーカス量の信頼性を判定する。また好ましくは、カメラＭＰＵ１２５（信頼性判定手段）は、一対の信号の一致度に基づいてデフォーカス量の信頼性を判定する。より好ましくは、撮像面位相差焦点検出部１２９（焦点検出手段）の検出可能デフォーカス範囲は、カメラＭＰＵ１２５（信頼性判定手段）が信頼性を有すると判定するための閾値に基づいて設定されるデフォーカス範囲である。

好ましくは、カメラＭＰＵ１２５（制御手段）は、撮影光学系の特性情報または焦点検出領域の位置に応じて、検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいて算出されるフォーカスレンズ１０４の駆動量を変更する。また好ましくは、焦点検出手段は、焦点検出領域の焦点検出画素から得られる一対の信号の位相差に基づいて、焦点検出領域におけるデフォーカス量を検出する。また好ましくは、制御手段は、第１の被写体よりも至近側に位置する第２の被写体に焦点調節を行うようにフォーカスレンズ１０４を駆動制御する。また好ましくは、制御手段は、フォーカスレンズ１０４の駆動可能範囲に関する情報に基づいて、駆動可能範囲を超えない方向にフォーカスレンズ１０４を駆動する。また好ましくは、制御手段は、第１の間隔から第２の間隔への変更処理中におけるフォーカスレンズ１０４の駆動速度よりも、第１の間隔から第２の間隔への変更完了後のフォーカスレンズの駆動速度を小さくする。

以上のように、ＡＦ開始時に得ているデフォーカス情報の信頼性が低い場合、検出可能デフォーカス範囲情報を用いてレンズ駆動を行うことにより、焦点検出時のデフォーカス状態によらず、高速な焦点調節を行うことができる。

本実施例では、焦点検出手段として、撮像素子内の焦点検出画素の出力信号を用いた位相差検出方式の焦点検出を行ったが、焦点検出方法はこれに限定されるものではない。例えば、コントラスト方式の焦点検出方法を用いてもよい。この場合、ＡＦ開始時に、コントラスト評価値の大小によりデフォーカス量が大きいか否かを簡易的に判定することができる。デフォーカス量が大きい場合、フレームレート切替中にレンズ駆動を行う点は、前述と同様に処理をすることにより、同様の効果を得ることができる。また、焦点検出方法として、２つの方法（位相差方式およびコントラスト方式）を組み合わせたハイブリッド式を採用してもよい。ＡＦ開始時には、位相差検出方式の焦点検出結果からフレームレート切替中のレンズ駆動を行い、その後はコントラスト方式の焦点検出を行ってもよい。

また本実施例において、撮像素子の駆動をより短い第２の時間間隔に変更し、焦点調節処理を終えた後、再び、撮像素子の駆動をより長い第１の時間間隔に変更するように構成している。ただし、撮像素子の駆動を第１の時間間隔に戻すタイミングは、焦点調節処理を終えた後でなくてもよい。例えば、位相差検出方式の焦点検出を行っている際には、合焦状態近傍に近づくと、検出されるデフォーカス量の精度が向上し、合焦状態の手前で、焦点調節を終える目途が立つ場合がある。このような場合、焦点調節終了の目途が立ち次第、撮像素子の駆動を第１の時間間隔に戻す処理を開始してもよい。コントラスト検出方式の焦点検出を行う場合にも同様に、コントラスト評価値の極大値を検出でき次第、撮像素子の駆動を第１の時間間隔に戻す処理を開始してよい。これにより、更に迅速に、撮影処理に移行することができる。

［その他の実施形態］
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。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウエア（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）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。

各実施例によれば、デフォーカス量が大きい状態から高速な焦点調節が可能な撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１２０ カメラ本体
１２２ 撮像素子
１２３ 撮像素子駆動回路
１２５ カメラＭＰＵ
１２９ 撮像面位相差焦点検出部

Claims (15)

1. フォーカスレンズを含む撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束に基づいて、一対の信号を出力する複数の焦点検出画素を含む撮像素子と、
   前記一対の信号の位相差に基づいてデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、
   前記撮像素子が前記一対の信号を出力する間隔を設定する設定手段と、
   前記フォーカスレンズを駆動制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記設定手段による前記間隔の変更処理中に、前記焦点検出手段の検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズを駆動制御する、ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記デフォーカス量の信頼性を判定する信頼性判定手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記設定手段による前記間隔の変更処理中に、前記信頼性が所定値よりも低いと判定された場合、前記焦点検出手段の検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズを駆動制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記設定手段は、前記撮像素子が前記一対の信号を出力する前記間隔として、第１の間隔または該第１の間隔よりも短い第２の間隔に設定可能であり、
   前記信頼性判定手段は、前記第１の間隔から前記第２の間隔への変更処理中に、該第１の間隔で得られた前記一対の信号の位相差に基づいて前記デフォーカス量の前記信頼性を判定する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１の間隔から前記第２の間隔への変更処理中における前記フォーカスレンズの駆動速度よりも、該第１の間隔から該第２の間隔への変更完了後の該フォーカスレンズの駆動速度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. 前記信頼性判定手段は、前記一対の信号の一致度に基づいて前記デフォーカス量の信頼性を判定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記焦点検出手段の検出可能デフォーカス範囲は、前記信頼性判定手段が前記信頼性を有すると判定するための閾値に基づいて設定されるデフォーカス範囲であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記検出可能デフォーカス範囲に関する情報を記憶する記憶手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記記憶手段から得られた前記検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズを駆動制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記撮影光学系の特性情報または焦点検出領域の位置に応じて、前記検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいて算出される前記フォーカスレンズの駆動量を変更することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記焦点検出手段は、焦点検出領域の前記焦点検出画素から得られる前記一対の信号の位相差に基づいて、該焦点検出領域における前記デフォーカス量を検出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記制御手段は、第１の被写体よりも至近側に位置する第２の被写体に焦点調節を行うように前記フォーカスレンズを駆動制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズの駆動可能範囲に関する情報に基づいて、該駆動可能範囲を超えない方向に該フォーカスレンズを駆動することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 撮影光学系を備えたレンズ装置と、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置と、を有することを特徴とする撮像システム。
13. フォーカスレンズを含む撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束に基づいて、一対の信号を出力する複数の焦点検出画素を含む撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、
    焦点検出手段を用いて、前記撮像素子から第１の間隔で得られた一対の信号の位相差に基づいてデフォーカス量を検出するステップと、
    合焦判定を行うステップと、
    前記合焦判定において合焦状態ではないと判定された場合、前記第１の間隔から、該第１の間隔よりも短い第２の間隔に変更するステップと、
    前記第１の間隔から前記第２の間隔への変更処理中に、前記焦点検出手段の検出可能デフォーカス範囲に関する情報に基づいて前記フォーカスレンズを駆動制御するステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
14. コンピュータに、請求項１３に記載の撮像装置の制御方法を実行させるように構成されていることを特徴とするプログラム。
15. 請求項１４に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。