JP6222976B2 - 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、ライフビュー表示および焦点検出を行う撮像装置に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置において、表示部材に撮像画像を表示して（ライブビュー表示）静止画撮影を行うことが知られている。ライブビュー表示を行うことが可能な撮像装置では、省エネルギーや撮像素子の発熱の観点から、低フレームレートで撮像素子を駆動させることが望ましい。一方、撮像素子からの出力信号を用いて焦点検出を行う技術が知られている。例えば、コントラスト検出方式の焦点検出では、撮像素子からの出力信号を用いてコントラスト評価値を生成し、当該評価値がピークとなる位置へフォーカスレンズを移動させる。高速な焦点検出を行うには、このように撮像素子からの出力信号を用いて焦点検出を行う場合、フレームレートを高くすることが望ましい。焦点検出に用いる信号を高フレームレートで取得すれば、フォーカスレンズをより高速に駆動させることができ、その結果、高速な焦点検出が可能となる。

特許文献１には、ライブビュー表示を行う際に低フレームレートで撮像素子を駆動し、コントラスト方式の焦点検出を行う際に高フレームレートで撮像素子を駆動する撮像装置が開示されている。

特開２０１３−２５１０７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された撮像装置は、低フレームレートから高フレームレートへの変更後にコントラスト方式の焦点検出を開始するように構成されている。このため、フレームレートの変更完了まで焦点検出が開始できず、焦点検出の際に多くの時間を要する。

そこで本発明は、所望のライブビュー表示および高速な焦点検出を両立可能な撮像装置、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、光学像を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子から得られた信号を用いてコントラスト方式による焦点検出を行う第１焦点検出手段と、前記第１焦点検出手段と異なる方法で焦点検出を行う第２焦点検出手段と、フォーカスレンズの駆動と前記撮像素子のフレームレートを制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、第１フレームレートで前記撮像素子を駆動している際に、合焦制御を指示する所定の操作が行われた場合、前記撮像素子のフレームレートを前記第１フレームレートから前記第１フレームレートよりも高い第２フレームレートに変更して前記第１焦点検出手段による焦点検出を行い、合焦制御を指示する所定の操作が行われた後であって、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、前記第２焦点検出手段の検出結果に基づく前記フォーカスレンズの駆動を開始する。

本発明の他の側面としての撮像システムは、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、第１フレームレートで光学像を光電変換する撮像素子を駆動するステップと、前記第１フレームレートで前記撮像素子を駆動している際に、合焦制御を指示する所定の操作を受け付けるステップと、前記所定の操作が行われた場合、前記撮像素子のフレームレートを前記第１フレームレートから前記第１フレームレートよりも高い第２フレームレートに変更するステップと、前記第２フレームレートで前記撮像素子から得られた信号を用いてコントラスト方式による焦点検出を行うステップと、合焦制御を指示する所定の操作が受け付けられた後であって、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、前記コントラスト方式と異なる方法で行われた焦点検出の結果に基づく前記フォーカスレンズの駆動を開始するステップと、を有する。

本発明の他の側面としてのプログラムは、前記撮像装置の制御方法をコンピュータに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、所望のライブビュー表示および高速な焦点検出を両立可能な撮像装置、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。

実施例１における撮像装置（撮像システム）の構成を示すブロック図である。 実施例１における撮像装置の制御方法（焦点検出方法）のフローチャートである。 各実施例における撮像素子の撮像用画素の平面図と断面図である。 各実施例における撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図である。 各実施例における撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図である。 各実施例における撮像素子の瞳分割状況を概念的に説明する図 実施例２における撮像装置（撮像システム）の構成を示すブロック図である。 実施例２における撮像装置の制御方法（焦点検出方法）の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。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施例１における撮像装置の構成について説明する。図１は、本実施例における撮像装置の構成を示すブロック図である。本実施例では、撮像装置としてのカメラ本体１２０に着脱可能なレンズユニット１００（レンズ装置）を、カメラ本体１２０（撮像装置本体）に取り付けて構成された撮像システムについて説明するが、これに限定されるものではない。本実施例は、レンズユニット１００とカメラ本体１２０とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。

図１において、１００はレンズユニット（レンズ装置）である。レンズユニット１００において、１０１は第１レンズ群である。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ＯＡの方向（光軸方向）に進退可能に保持される。１０２は絞りであり、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。１０３は第２レンズ群である。絞り１０２および第２レンズ群１０３は一体的に光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作と連動してズーム機能を実現する。１０４は第３レンズ群（フォーカスレンズ）であり、光軸方向の進退により焦点調節を行う。

１１１はズームアクチュエータであり、第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動して、ズーム動作を行う。１１２は絞りアクチュエータであり、ステッピングモータなどを備えて構成される。１１３はフォーカスアクチュエータであり、第３レンズ群１０４を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。１１４はズーム駆動回路であり、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。１１５は絞り駆動回路であり、絞りアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り１０２の開口を制御する。１１６はフォーカス駆動回路であり、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、第３レンズ群１０４を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。

１１７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うレンズマイコン（制御手段）である。レンズマイコン１１７は、ズーム駆動回路１１４、絞り駆動回路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。またレンズマイコン１１７は、各レンズ群の現在の位置を検出し、カメラマイコン１２５からの指令に応じてレンズ位置情報を通知する。レンズメモリ１１８は、自動焦点調節に必要な光学情報を記憶している。レンズユニット１００は、マウント１１０を介してカメラ本体１２０に取り付けられる。

カメラ本体１２０において、１２１は光学的ローパスフィルタであり、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。１２２は、被写体像（光学像）を光電変換する撮像素子であり、ＣＭＯＳセンサ（またはＣＣＤセンサ）およびその周辺回路を備えて構成されている。撮像素子１２２において、横方向にｍ画素、縦方向にｎ画素の受光ピクセル上に一つの光電変換素子が配置されており、また、焦点検出用画素列が離散的に配置されている。

１２３は撮像素子駆動回路（駆動手段）であり、撮像素子１２２の撮像動作を制御するとともに、撮像素子１２２から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換して、カメラマイコン１２５に送信する。また撮像素子駆動回路１２３は、カメラマイコン１２５の指令に応じて、撮像素子１２２のフレームレート（駆動フレームレート）を切り替える。すなわち撮像素子駆動回路１２３は、第１フレームレートまたは第１フレームレートよりも高い第２フレームレートで撮像素子１２２を駆動可能に構成されている。

１２４は画像処理回路であり、撮像素子１２２から出力された画像信号に対して、γ変換、カラー補間、および、ＪＰＥＧ圧縮などの画像処理を行う。１２６はＬＣＤなどの表示器（表示手段）であり、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、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。また表示器１２６は、第１フレームレート（低フレームレート）で駆動された撮像素子１２２からの画像をライブビュー表示させる。１２７は操作ＳＷ（操作スイッチ群）であり、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、および、撮影モード選択スイッチなどを備えて構成される。また本実施例において、操作ＳＷは、自動焦点検出（ＡＦ制御）を行うためのＡＦ開始釦を含む。

１２８は着脱可能なメモリ（フラッシュメモリ）であり、撮影画像を記録する。１２９は撮像面位相差焦点検出部（第２焦点検出手段）である。撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮像素子１２２の焦点検出用画素から得られた画素信号を用いて位相差方式による焦点検出を行う。１３０はコントラスト焦点検出部（ＴＶＡＦ焦点検出部、第１焦点検出手段）である。コントラスト焦点検出部１３０は、画像処理回路１２４にて得られた画像の高周波成分から生成したコントラスト評価値を用いて、コントラスト方式による焦点検出処理を行う。本実施例において、コントラスト焦点検出部１３０は、撮像素子駆動回路１２３により撮像素子１２２を第２フレームレート（高フレームレート）で駆動しながら、コントラスト方式による焦点検出を行う。

１２５はカメラ本体１２０における全ての演算および制御を行うカメラマイコン（制御手段）である。カメラマイコン１２５は、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、表示器１２６、操作ＳＷ１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、および、コントラスト焦点検出部１３０を制御する。またカメラマイコン１２５は、マウント１１０の信号線を介してレンズマイコン１１７と通信し、レンズマイコン１１７に対してレンズ位置情報の取得や所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行する。またカメラマイコン１２５は、レンズユニット１００（交換レンズ）ごとに固有の光学情報を取得することができる。カメラマイコン１２５には、カメラ本体１２０の動作を制御するプログラムを記憶するＲＯＭ、変数を記憶するＲＡＭ、各種パラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ（電気的に書き込みおよび消去可能なメモリ）が内蔵されている。またカメラマイコン１２５は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って、後述の焦点検出処理（撮像装置の制御）を実行する。

本実施例において、撮像素子１２２は撮像用画素および焦点検出用画素を備えている。撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束により焦点検出用画素に形成される一対の像の像ずれ量に基づいて、位相差方式による焦点検出（撮像面位相差ＡＦ）を行う。

次に、図３乃至図６を参照して、撮像面位相差ＡＦについて説明する。図３乃至図５は、撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本実施例においては、２×２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。そしてベイヤー配列の間に、後述する構造を有する焦点検出用画素が所定の規則で分散配置されている。

図３は、撮像用画素の配置および構造を示す。図３（ａ）は、２行×２列の撮像用画素の平面図である。周知のように、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置されている。そして、この２行×２列の構造が繰り返し配置される。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の断面Ａ−Ａを示す断面図である。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（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦ_ＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤはＣＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したものであり、ＣＬはＣＭＯＳセンサ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。ＴＬは、撮影光学系（撮影レンズ）を模式的に示したものである。

撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部ＰＤの有効面積は大面積であるように設計される。また、図３（ｂ）ではＧ画素の入射光束について説明したが、Ｒ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造を有する。従って、ＲＧＢの各々の撮像用画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込むことで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。

図４は、撮影光学系ＴＬ（撮影レンズ）の水平方向（ｘ方向）に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで水平方向（ｘ方向）とは、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。図４（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録又は観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方、Ｒ画素、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画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素に置き換える。これを図４（ａ）においてＳ_ＨＡ及びＳ_ＨＢで示す。

図４（ｂ）は、図４（ａ）における断面Ｂ−Ｂを示す断面図である。マイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、図３（ｂ）に示される撮像用画素と同一構造である。本実施例においては、焦点検出用画素の信号は画像生成に用いられないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦ_Ｗ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、撮像素子１２２で瞳分割を行うため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向（ｘ方向）に偏心している。具体的には、画素Ｓ_ＨＡの開口部ＯＰ_ＨＡは右側（−ｘ方向）に偏心しているため、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰ_ＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素Ｓ_ＨＢの開口部ＯＰ_ＨＢは左側（＋ｘ方向）に偏心しているため、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰ_ＨＢを通過した光束を受光する。画素Ｓ_ＨＡを水平方向（ｘ方向）に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素Ｓ_ＨＢも水平方向（ｘ方向）に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とする。そしてＡ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。

なお、画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢでは、撮影画面のｘ方向に輝度分布を有する被写体、例えば縦線（ｙ方向の線）に対しては焦点検出可能であるが、縦方向（ｙ方向）に輝度分布を有する横線（ｘ方向の線）に対しては焦点検出不能である。そこで本実施例では、後者についても焦点検出できるように、撮影光学系の垂直方向（縦方向、ｙ方向）に瞳分割を行う画素も備えている。

図５は、撮影光学系の垂直方向（ｙ方向）に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで垂直方向（ｙ方向）とは、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、光軸に直交し、鉛直方向に伸びる直線に沿った方向を指す。図５（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図であり、図４（ａ）と同様に、Ｇ画素は撮像用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素としている。これを図４（ａ）においてＳ_ＶＣ及びＳ_ＶＤで示す。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の断面Ｃ−Ｃを示す断面図である。図４（ｂ）の画素が横方向（ｘ方向）に瞳分離させる構造であるのに対して、図５（ｂ）の画素は瞳分離方向が縦方向（ｙ方向）になっている。図５（ｂ）のそれ以外の画素構造は図４（ｂ）の構造と同様である。すなわち、画素Ｓ_ＶＣの開口部ＯＰ_ＶＣは下側（−ｙ方向）に偏心しているため、撮影光学系ＴＬの上側（＋ｙ方向）の射出瞳ＥＰ_ＶＣを通過した光束を受光する。同様に、画素Ｓ_ＶＤの開口部ＯＰ_ＶＤは上側（＋ｙ方向）に偏心しているため、撮影光学系ＴＬの下側（−ｙ方向）の射出瞳ＥＰ_ＶＤを通過した光束を受光する。画素Ｓ_ＶＣを垂直方向（ｙ方向）に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＣ像とする。また、画素Ｓ_ＶＤも垂直方向（ｙ方向）に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＤ像とする。そしてＣ像とＤ像の相対位置を検出することで、垂直方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。

また、画素Ｓ_ＶＣ、Ｓ_ＶＤの開口部ＯＰ_ＶＣ、ＯＰ_ＶＤの偏心量の差を大きくするほどピントボケに対する敏感度が上がり、ピント検出精度が向上する。しかし逆に、大きなボケが発生した場合、像ズレ量が大きくなり焦点検出可能な最大デフォーカス範囲が比較的小さくなってしまう。このような特性の異なる焦点検出系を、例えば図４および図５に示される横方向検出および縦方向検出のいずれかの焦点検出用画素を配列することにより、ピント精度を向上させることができる。

図６は、本実施例における撮像素子の瞳分割状況を概念的に説明する図である。図６において、ＴＬは撮影レンズ、１０７は撮像素子、ＯＢＪは被写体、ＩＭＧは被写体像である。撮像用画素は、図３を参照して説明したように、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰの全域を通過した光束を受光する。一方、焦点検出用画素は、図４および図５を参照して説明したように、瞳分割機能を有する。

具体的には、図４に示される画素Ｓ_ＨＡは、＋Ｘ方向の側の瞳を通過した光束、すなわち図６に示される瞳ＥＰ_ＨＡを通過した光束Ｌ_ＨＡを受光する。同様に、画素Ｓ_ＨＢ、Ｓ_ＶＣ、Ｓ_ＶＤは、瞳ＥＰ_ＨＢ、ＥＰ_ＶＣ、ＥＰ_ＶＤを通過した光束Ｌ_ＨＢ、Ｌ_ＶＣ、Ｌ_ＶＤをそれぞれ受光する。そして、焦点検出用画素を撮像素子１０７の全領域に渡って分布させることにより、撮像領域全域で撮像面位相差ＡＦにより焦点検出が可能となる。また、撮像領域全域で焦点検出を可能とすることにより、撮影者により設定された任意の位置における同一の測距枠（焦点検出枠）においてコントラスト焦点検出部と同期して撮像面位相差ＡＦの結果を得ることができる。

本実施例では、撮像面位相差ＡＦを用いた焦点検出方法を一例として説明しているが、コントラスト評価値を用いない焦点検出方法であればこれに限定されるものではない。例えば、外測での位相差検出やアクティブ測距を用いた焦点検出方法であってもよい。本実施例では、主に、ＡＦ開始釦が操作された際の焦点検出制御とフレームレート切り替えについて説明し、その他の説明は省略する。

次に、図２を参照して、本実施例における撮像装置の制御方法（焦点検出方法）について説明する。図２は、本実施例における撮像装置の制御方法（焦点検出方法）のフローチャートである。ここでは、ＡＦ開始釦が操作される前に撮像素子１２２が第１フレームレートで駆動されてライブビュー画像が表示されている状態から、ＡＦ開始釦が操作された場合の動作について説明する。図２の各ステップは、主に、カメラマイコン１２５の指令に基づいて、撮像面位相差焦点検出部１２９、コントラスト焦点検出部１３０、または、撮像素子駆動回路１２３により実行される。

まずステップＳ２０１において、撮影者によりＡＦ開始釦（操作ＳＷ１２７）が操作されていない場合、カメラマイコン１２５は、第１フレームレートで撮像素子１２２を駆動するように撮像素子駆動回路１２３を制御する。このとき、画像処理回路１２４により処理された画像は、第１フレームレートで表示器１２６に表示される（ライブビュー表示）。続いてステップＳ２０２において、撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮像面位相差ＡＦ用の像情報を取得する。ここでカメラマイコン１２５は、撮像面位相差焦点検出部１２９から、設定された不図示の測距枠（焦点検出枠）に対応する像情報を取得する。なお、像情報の取得と並行して、コントラスト評価値を取得しても良い。

続いてステップＳ２０３において、カメラマイコン１２５は、撮影者によりＡＦ開始釦（操作ＳＷ１２７）が操作されたか否かを判定する。ＡＦ開始釦の操作に応じて、カメラマイコン１２５は合焦制御（ＡＦ制御）を開始する（フォーカスレンズの駆動開始の指令を出力する）。ＡＦ開始釦が操作されていない場合、ステップＳ２０２、Ｓ２０３を繰り返す。つまり、ＡＦ開始釦が操作されるまで、撮像面位相差焦点検出部１２９から像情報を取得し続ける。一方、ＡＦ開始釦が操作された場合、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４において、カメラマイコン１２５は、ステップＳ２０２にて取得された最新の像情報（撮像面位相差ＡＦ出力である焦点検出信号）の信頼性の有無を判定する。像情報の信頼性は、例えば特開２００７−０５２０７２号公報にて開示されているＳレベル（ＳＥＬＥＣＴＬＥＶＥＬ）値などを用いて判定する。カメラマイコン１２５により、撮像面位相差ＡＦ出力の信頼性が低いと判定された場合、ステップＳ２０６に進む。一方、撮像面位相差ＡＦ出力の信頼性が高いと判定された場合、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５において、カメラマイコン１２５は、ステップＳ２０２にて取得された像情報に基づいて撮像面位相差ＡＦにより得られる合焦位置から所定範囲離れた位置まで、フォーカスレンズ（第３レンズ群１０４）の駆動を開始する。そしてステップＳ２０６において、高速でコントラストＡＦ制御を行うため、カメラマイコン１２５は、第１フレームレートよりも高速な第２フレームレートに切り替えるための切替処理を行う。ここで、ステップＳ２０４でフレームレート切替前の最新の像情報の信頼性が高いと判定された場合、その像情報より得られる位置へフォーカスレンズを移動するのと並行して、フレームレートの切り替えを行う。フォーカスレンズを移動させる位置（像情報より得られる合焦位置から所定範囲離れた位置）は、ステップＳ２０８で行うコントラストＡＦでのスキャン開始位置に相当する。予め概ねの合焦位置がわかっている場合には、フォーカス可動域全体に渡ってスキャン動作を行うのではなく、合焦位置の周辺からスキャン動作を開始することで、ＡＦ時間を短縮することができる。ここで所定範囲とは、像情報より得られる合焦位置の周辺でスキャン動作を行った場合に、コントラスト評価値のピークが十分検出できるように、実験的、経験的に得られた値に設定される。フレームレートの切替中は撮像素子１２２からの出力信号が得られないが、本実施例では、フレームレート切替え前の像情報を用いてスキャン開始位置までフォーカスレンズを駆動している。このような制御を行うことで、フレームレートの切替完了を待たずに撮像面位相差ＡＦによる合焦位置に基づくスキャン開始位置までフォーカスレンズを移動させることができるので、焦点検出の時間を短縮することができる。

ステップＳ２０７において、カメラマイコン１２５は、第２フレームレートで撮像素子１２２を駆動するように撮像素子駆動回路１２３を制御する。このとき、画像処理回路１２４により処理された画像は、第２フレームレートで表示器１２６に表示される。続いてステップＳ２０８において、コントラスト焦点検出部１３０は、第２フレームレートでコントラストＡＦ（コントラスト方式による焦点検出）を行う。ここでは、コントラスト評価値を取得しながらフォーカスレンズを移動するスキャン動作を行う。スキャン動作の開始位置は、上述のように、フレームレート切替え前の像情報を用いて得られた合焦位置に基づいて決定される。スキャンの結果、コントラスト評価値がピークとなる位置にフォーカスレンズを移動して、ＡＦの処理を終了する。

このようにカメラマイコン１２５は、合焦制御を行う場合、撮像素子１２２のフレームレートを第１フレームレート（低フレームレート）から第２フレームレート（高フレームレート）に変更する。その際、撮像面位相差ＡＦの像情報（焦点検出信号）の信頼性が高ければ、当該像情報に基づいて、合焦制御のスキャン開始位置を決定する。そして、スキャン開始位置までフォーカスレンズの駆動を行うとともに、並行してフレームレートの切替を行う。

図２のフローチャートによれば、焦点検出の最初に、コントラスト評価値を用いない焦点検出結果（本実施例では、撮像面位相差ＡＦの出力結果）に基づくスキャン開始位置までフォーカスレンズの駆動を開始する。フォーカスレンズの駆動と並行して、第１フレームレートから第１フレームレートよりも高速な第２フレームレートに切り替える。このため、高速な焦点検出制御を行うことができる。

また、撮像面位相差ＡＦによる合焦位置に基づくスキャン開始位置へフォーカス駆動を行っている間に第１フレームレートから第２フレームレートに切り替わる場合がある。このとき、本実施例によれば、フォーカスレンズ（第３レンズ群１０４）の駆動を停止させることなくコントラストＡＦによる合焦制御に移行することができる。このため、より高速で滑らかな合焦制御（焦点検出方法）が可能となる。

次に、図７を参照して、本発明の実施例２における撮像装置の構成について説明する。図７は、本実施例における撮像装置（撮像システム）の構成を示すブロック図である。図７に示される本実施例の撮像装置は、撮像面位相差焦点検出部１２９が設けられていない点で、図１に示される実施例１の撮像装置と異なる。その他の構成は実施例１の撮像装置と同様であるため、それらの説明は省略する。

カメラマイコン１２５およびコントラスト焦点検出部１３０は、上述のスキャン動作を行い、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して、合焦制御（コントラストＡＦ制御）を行う。コントラストＡＦ制御は、その性質上、合焦制御の開始時にコントラスト評価値のピーク近傍のフォーカス位置にある場合には、一度ピーク近傍のフォーカス位置から離れないとピークを検出することができない。コントラスト評価値のピーク位置から離れる制御は、コントラスト評価値を必要としない制御である。本実施例は、この制御中にフレームレートを切り替える制御である。

次に、図８を参照して、本実施例における撮像装置の制御方法（焦点検出方法）について説明する。図８は、本実施例における撮像装置の制御方法（焦点検出方法）のフローチャートである。ここでは、ＡＦ開始釦が操作される前に撮像素子１２２が第１のフレームレートで駆動されてライブビュー画像が表示されている状態から、ＡＦ開始釦が操作された場合の動作について説明する。図８の各ステップは、主に、カメラマイコン１２５の指令に基づいて、コントラスト焦点検出部１３０、または、撮像素子駆動回路１２３により実行される。

まずステップＳ８０１において、撮影者によりＡＦ開始釦（操作ＳＷ１２７）が操作されていない場合、カメラマイコン１２５は、第１フレームレートで撮像素子１２２を駆動するように撮像素子駆動回路１２３を制御する。このとき、画像処理回路１２４により処理された画像は、第１フレームレートで表示器１２６に表示される（ライブビュー表示）。

続いてステップＳ８０２において、カメラマイコン１２５は、撮影者によりＡＦ開始釦（操作ＳＷ１２７）が操作されたか否かを判定する。ＡＦ開始釦が操作されていない場合、ステップＳ８０２を繰り返す。一方、ＡＦ開始釦が操作された場合、ステップＳ８０３に進む。ここで、ＡＦ開始釦が操作されるまで、コントラスト評価値を取得し続ける。

そしてステップＳ８０３において、カメラマイコン１２５は、フォーカスレンズ（第３レンズ群１０４）が合焦近傍位置にあるか否かを判定する（合焦近傍判定を行う）。例えば、最新のコントラスト評価値が所定の閾値よりも高い場合、フォーカスレンズが合焦近傍位置にあると判定される。ステップＳ８０３にて、カメラマイコン１２５によりフォーカスレンズが合焦近傍位置にないと判定された場合、ステップＳ８０５に進む。一方、フォーカスレンズが合焦近傍位置にあると判定された場合、ステップＳ８０４に進む。

ステップＳ８０３にてフォーカスレンズが合焦近傍位置にあると判定されると、ステップＳ８０４において、カメラマイコン１２５はフォーカスレンズを所定範囲離れた位置へ移動させるように駆動を開始する。

ステップＳ８０５において、高速でコントラストＡＦ制御を行うため、カメラマイコン１２５は、第１フレームレートよりも高速な第２フレームレートに切り替えるための切替処理を行う。ここで、ステップＳ８０３でフォーカスレンズが合焦近傍位置にあると判定された場合、所定範囲離れた位置まで移動するのと並行して、フレームレートの切り替えを行う。フォーカスレンズを移動させる位置（所定範囲離れた位置）は、ステップＳ８０７で行うコントラストＡＦでのスキャン開始位置に相当する。ここでの所定範囲とは、合焦位置の周辺でスキャン動作を行った場合に、コントラスト評価値のピークが十分検出できるよう実験的、経験的に得られた値に設定される。フレームレートの切替中は撮像素子１２２からの出力信号（コントラスト評価値）が得られないが、本実施形態では、フレームレート切替え前のコントラスト評価値に基づいて合焦近傍か否かを判断する。合焦近傍にあると判断された場合、コントラスト評価値のピークが検出できるように、所定範囲離れた位置までフォーカスレンズを駆動している。このような制御を行うことで、フレームレートの切替完了を待たずに、合焦近傍と判定された位置から所定範囲離れたスキャン開始位置までフォーカスレンズを移動させることができるので、焦点検出の時間を短縮することができる。

続いてステップＳ８０６において、カメラマイコン１２５は、第２フレームレートで撮像素子１２２を駆動するように撮像素子駆動回路１２３を制御する。このとき、画像処理回路１２４により処理された画像は、第２フレームレートで表示器１２６に表示される。続いてステップＳ８０７において、コントラスト焦点検出部１３０は、第２フレームレートでコントラストＡＦ（コントラスト方式による焦点検出）を行う。ここでは、コントラスト評価値を取得しながらフォーカスレンズを移動するスキャン動作を行う。スキャン動作の開始位置は、上述のように、フレームレート切替え前に合焦近傍と判定された位置に基づいて決定される。スキャンの結果、コントラスト評価値がピークとなる位置にフォーカスレンズを移動して、ＡＦの処理を終了する。

このように本実施例において、カメラマイコン１２５は、合焦制御を行う場合、フォーカスレンズが合焦近傍位置にあるか否かを判定する。そしてフォーカスレンズが合焦近傍位置にある場合、フォーカスレンズを合焦近傍位置から移動するのと並行して、撮像素子１２２のフレームレートを第１フレームレートから第２フレームレートに変更する。カメラマイコン１２５は、例えばコントラスト評価値が所定の閾値よりも高い場合、フォーカスレンズが合焦近傍位置にあると判定する。

図８のフローチャートによれば、焦点検出の最初に、コントラスト値に基づく焦点評価値を用いずにフォーカスレンズの駆動を開始する。そして、フォーカスレンズの駆動と並行して、第１フレームレートから第１フレームレートよりも高速な第２フレームレートに切り替える。このため、高速な焦点検出制御を行うことができる。

（他の実施形態）
本発明の目的は以下のようにしても達成できる。すなわち、前述した各実施形態の機能を実現するための手順が記述されたソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムまたは装置に供給する。そしてそのシステムまたは装置のコンピュータ（またはＣＰＵ、ＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体およびプログラムは本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどが挙げられる。また、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等も用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行可能とすることにより、前述した各実施形態の機能が実現される。さらに、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、以下の場合も含まれる。まず記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行う。

また、本発明はデジタルカメラのような撮影を主目的とした機器に限定されず、携帯電話、パーソナルコンピュータ（ラップトップ型、デスクトップ型、タブレット型など）、ゲーム機など、撮像装置を内蔵もしくは外部接続する任意の機器に適用可能である。従って、本明細書における「撮像装置」は、撮像機能を備えた任意の電子機器を包含することが意図されている。

各実施例によれば、所望のライブビュー表示および高速な焦点検出を両立可能な撮像装置、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 カメラマイコン
１２６ 表示器
１３０ コントラスト焦点検出部

Claims (18)

1. 光学像を光電変換する撮像素子と、
   前記撮像素子から得られた信号を用いてコントラスト方式による焦点検出を行う第１焦点検出手段と、
   前記第１焦点検出手段と異なる方法で焦点検出を行う第２焦点検出手段と、
   フォーカスレンズの駆動と前記撮像素子のフレームレートを制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、
   第１フレームレートで前記撮像素子を駆動している際に、合焦制御を指示する所定の操作が行われた場合、前記撮像素子のフレームレートを前記第１フレームレートから前記第１フレームレートよりも高い第２フレームレートに変更して前記第１焦点検出手段による焦点検出を行い、
   合焦制御を指示する所定の操作が行われた後であって、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、前記第２焦点検出手段の検出結果に基づく前記フォーカスレンズの駆動を開始することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記所定の操作が行われた場合、前記第２焦点検出手段の検出結果に基づいて前記第１焦点検出手段による焦点検出を開始する位置を決定し、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、当該位置へ前記フォーカスレンズの駆動を開始することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１焦点検出手段による焦点検出を開始する位置は、前記第２焦点検出手段により得られる合焦位置に基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第２焦点検出手段は、位相差方式による焦点検出を行う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。
5. 前記撮像素子は、前記位相差方式による焦点検出に用いられる一対の像信号を生成し、
   前記第２焦点検出手段は、前記撮像素子で生成された前記一対の像信号を用いて焦点検出を行うことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記所定の操作が行われた場合、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、当該所定の操作が行われる前に生成された前記一対の像信号を用いた前記第２焦点検出手段の検出結果に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を開始することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、
   前記一対の像信号の信頼性を判定し、
   前記信頼性が高いと判定した場合、合焦制御を指示する所定の操作が行われた後であって、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、前記一対の像信号を用いた前記第２焦点検出手段の検出結果に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を開始することを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記信頼性が高くないと判定した場合、前記一対の像信号を用いた前記第２焦点検出手段の検出結果に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を行わないことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記撮像素子は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する複数の焦点検出用画素を備え、
   前記第２焦点検出手段は、前記焦点検出用画素により生成される前記一対の像信号に基づいて、前記位相差方式による焦点検出を行うことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記所定の操作が行われる前に、前記第１フレームレートで駆動された前記撮像素子からの画像をライブビュー表示する表示手段を有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. 光学像を光電変換する撮像素子と、
    前記撮像素子から得られた信号を用いてコントラスト方式による焦点検出を行う第１焦点検出手段と、
    フォーカスレンズの駆動と前記撮像素子のフレームレートを制御する制御手段と、を有し、
    前記制御手段は、
    第１フレームレートで前記撮像素子を駆動している際に、合焦制御を指示する所定の操作が行われた場合、前記撮像素子のフレームレートを前記第１フレームレートから前記第１フレームレートよりも高い第２フレームレートに変更して前記第１焦点検出手段による焦点検出を行い、
    前記所定の操作が行われたときに前記フォーカスレンズが合焦近傍位置にある場合、合焦制御を指示する所定の操作が行われた後であって、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、前記フォーカスレンズの駆動を開始することを特徴とする撮像装置。
12. 前記制御手段は、前記所定の操作が行われたときに前記フォーカスレンズが前記合焦近傍位置にある場合、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、前記第１焦点検出手段による焦点検出を開始する位置へ前記フォーカスレンズの駆動を開始することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
13. 前記制御手段は、前記撮像素子から得られた信号の高周波数成分に基づくコントラスト評価値が所定の閾値よりも高い場合、前記フォーカスレンズが前記合焦近傍位置にあると判定することを特徴とする請求項１１または１２に記載の撮像装置。
14. レンズ装置と、
    請求項１乃至１３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。
15. 第１フレームレートで光学像を光電変換する撮像素子を駆動するステップと、前記第１フレームレートで前記撮像素子を駆動している際に、合焦制御を指示する所定の操作を受け付けるステップと、
    前記所定の操作が行われた場合、前記撮像素子のフレームレートを前記第１フレームレートから前記第１フレームレートよりも高い第２フレームレートに変更するステップと、前記第２フレームレートで前記撮像素子から得られた信号を用いてコントラスト方式による焦点検出を行うステップと、
    合焦制御を指示する所定の操作が受け付けられた後であって、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、前記コントラスト方式と異なる方法で行われた焦点検出の結果に基づく前記フォーカスレンズの駆動を開始するステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
16. 第１フレームレートで光学像を光電変換する撮像素子を駆動するステップと、前記第１フレームレートで前記撮像素子を駆動している際に、合焦制御を指示する所定の操作を受け付けるステップと、
    前記所定の操作が行われた場合、前記撮像素子のフレームレートを前記第１フレームレートから前記第１フレームレートよりも高い第２フレームレートに変更するステップと、前記第２フレームレートで前記撮像素子から得られた信号を用いてコントラスト方式による焦点検出を行うステップと、
    前記所定の操作が行われたときに前記フォーカスレンズが合焦近傍位置にある場合、合焦制御を指示する所定の操作が受け付けられた後であって、前記第１フレームレートから前記第２フレームレートへの変更が完了する前に、前記フォーカスレンズの駆動を開始するステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
17. 請求項１５または１６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ように構成されていることを特徴とするプログラム。
18. 請求項１７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。