JP7207874B2 - 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出を行う撮像装置に関する。

レンズ交換式の撮像装置では、撮像装置本体に装着される交換レンズの光学特性およびメカ特性に応じて、速度と精度を両立させたオートフォーカス制御（ＡＦ制御）を実現することが重要である。例えば特許文献１には、交換レンズが対応可能な許容錯乱円径に関する情報に基づいて位相差ＡＦの合焦範囲を決定するカメラ本体が開示されている。

特許第５９７９９０２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたカメラ本体は、最も厳しい撮影条件（焦点距離）に基づいて合焦範囲を決定する。このため、撮影条件によっては焦点調節の精度が低下する場合がある。

そこで本発明は、高速かつ高精度の焦点調節が可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての制御装置は、レンズユニットの互いに異なる瞳領域を通過した光束に対応する第１信号および第２信号に基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、前記デフォーカス量に基づいて焦点調節を行う焦点調節手段とを有し、前記焦点調節手段は、前記デフォーカス量と、前記レンズユニットのフォーカスレンズの最小駆動可能量に関する情報とに基づいて合焦判定を行い、前記焦点調節手段は、前記デフォーカス量が所定の閾値よりも小さい場合、合焦状態であると判定し、前記デフォーカス量が前記所定の閾値よりも大きい場合でも、前記デフォーカス量が前記最小駆動可能量に関する情報よりも小さい場合、前記合焦状態であると判定する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、レンズユニットの互いに異なる瞳領域を通過する光束にそれぞれ対応する第１信号および第２信号を出力する撮像素子と、前記制御装置とを有する。

本発明の他の側面としての制御方法は、レンズユニットの互いに異なる瞳領域を通過した光束に対応する第１信号および第２信号に基づいてデフォーカス量を算出するステップと、前記デフォーカス量に基づいて焦点調節を行うステップとを有し、前記焦点調節を行うステップにおいて、前記デフォーカス量と、前記レンズユニットのフォーカスレンズの最小駆動可能量に関する情報とに基づいて合焦判定を行い、前記焦点調節を行うステップにおいて、前記デフォーカス量が所定の閾値よりも小さい場合、合焦状態であると判定し、前記デフォーカス量が前記所定の閾値よりも大きい場合でも、前記デフォーカス量が前記最小駆動可能量に関する情報よりも小さい場合、前記合焦状態であると判定する。

本発明の他の側面としてのプログラムは、前記制御方法をコンピュータに実行させる。

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、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、高速かつ高精度の焦点調節が可能な制御装置、撮像装置、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。

各実施形態における撮像装置のブロック図である。 従来技術における課題の説明図である。 （ａ）非撮像面位相差方式および（ｂ）撮像面位相差方式の画素構成例を示す図である。 第１の実施形態における焦点調節動作のフローチャートである。 各実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。 各実施形態における焦点検出領域の説明図である。 各実施形態におけるＡＦ用信号（一対の像信号）の説明図である。 各実施形態におけるＡＦ用信号のシフト量と相関量との関係の説明図である。 各実施形態におけるＡＦ用信号のシフト量と相関変化量との関係の説明図である。 第１の実施形態における効果の説明図である。 第２の実施形態における焦点調節動作のフローチャートである。 第３の実施形態における焦点調節動作のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における撮像装置の構成について説明する。図１は、本実施形態における撮像装置１００（レンズ交換式カメラシステム）のブロック図である。撮像装置１００は、カメラ本体２０（撮像装置本体）と、カメラ本体２０に着脱可能なレンズユニット１０（交換レンズ）とを備えて構成されている。レンズユニット１０の全体の動作を統括制御するレンズ制御部１０６と、レンズユニット１０を含む撮像装置１００（カメラシステム）の全体の動作を統括するカメラ制御部２１２とは、レンズマウントに設けられた端子（不図示）を介して相互に通信可能である。なお本実施形態は、レンズユニットとカメラ本体とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。

まず、レンズユニット１０の構成について説明する。固定レンズ１０１、絞り１０２、および、フォーカスレンズ１０３は、撮像光学系を構成する。絞り１０２は、絞り駆動部１０４により駆動され、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により駆動され、フォーカスレンズ１０３の位置に応じて撮像光学系の合焦距離が変化する。絞り駆動部１０４およびフォーカスレンズ駆動部１０５は、レンズ制御部１０６により制御され、絞り１０２の開口量およびフォーカスレンズ１０３の位置をそれぞれ決定する。

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１０３の位置調整、手ブレ補正モードの設定など、ユーザがレンズユニット１０の動作に関する設定を行う入力デバイス群である。レンズ操作部１０７がユーザにより操作されると、レンズ制御部１０６はその操作に応じた制御を行う。レンズ制御部１０６は、後述するカメラ制御部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を制御する。またレンズ制御部１０６は、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、レンズユニット１０の撮像光学系を通過した光束から撮像信号を取得するように構成されている。撮像素子２０１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどを備え、レンズユニット１０の撮像光学系を介して形成された被写体像（光学像）を光電変換して画素信号（画像データ）を出力する。すなわち撮像光学系から入射した光束は、撮像素子２０１の受光面上に結像し、撮像素子２０１において配列された画素（フォトダイオード）により、入射光量に応じた信号電荷に変換される。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部２１２の指令に従い、タイミングジェネレータ２１４から出力される駆動パルスに基づいて、信号電荷に応じた電圧信号として撮像素子２０１から順次読み出される。

本実施形態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（フォトダイオードＡ、Ｂを共有する）１つのマイクロレンズとを備えて構成されている。すなわち撮像素子２０１は、１つのマイクロレンズに対し一対のフォトダイオード（第１光電変換部および第２光電変換部）を有し、複数のマイクロレンズが２次元状に配列されている。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、この一対のフォトダイオードＡ、Ｂから後述するＡＦ用信号に用いられる一対の画素信号（Ａ像信号およびＢ像信号）を出力する。また、一対のフォトダイオードＡ、Ｂの出力を加算することにより、撮像用信号（Ａ＋Ｂ像信号）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像信号と複数のＢ像信号とをそれぞれ合成することにより、撮像面位相差検出方式によるＡＦ（撮像面位相差ＡＦ）に用いられるＡＦ用信号（焦点検出用信号）としての一対の像信号が得られる。後述するＡＦ信号処理部２０４は、一対の像信号に対する相関演算を行って、一対の像信号のずれ量である位相差（像ずれ量）を算出し、さらに像ずれ量から撮像光学系のデフォーカス量（およびデフォーカス方向）を算出する。

このように撮像素子２０１は、レンズユニット１０の撮像光学系を通過した光束を受光して形成された光学像を電気信号に光電変換して画像データ（像信号）を出力する。本実施形態の撮像素子２０１は、１つのマイクロレンズに対して２つのフォトダイオードが設けられており、撮像面位相差ＡＦ方式による焦点検出に用いる像信号を生成可能である。なお、１つのマイクロレンズに対して４つのフォトダイオードを設けるなど、１つのマイクロレンズを共有するフォトダイオード（分割ＰＤ）の個数を変更してもよい。

図３（ａ）は、撮像面位相差ＡＦ方式に対応していない画素の構成、図３（ｂ）は、撮像面位相差ＡＦ方式に対応した画素の構成例を模式的に示している。図３（ａ）、（ｂ）のいずれの画素構成でも、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それぞれ示している。撮像面位相差ＡＦに対応する図３（ｂ）の画素構成では、図３（ａ）に示される撮像面位相差ＡＦ方式に非対応の画素構成における１画素（実線で示される画素）内に、図３（ｂ）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。フォトダイオードＡ、Ｂ（第１光電変換部、第２光電変換部）は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束を受光する。フォトダイオードＡとフォトダイオードＢは、撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束を受光するため、Ｂ像信号はＡ像信号に対して視差を有している。なお、図３（ｂ）に示される画素の分割方法は一例であり、図３（ｂ）の垂直方向に分割した構成や、水平方向および垂直方向に２分割ずつ（合計４分割）した構成などの他の構成を採用してもよい。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。

なお本実施形態では、１つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部が配置され、瞳分割された光束が各光電変換部に入射される構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば焦点検出用画素の構成は、マイクロレンズ下に１つのＰＤを有し、遮光層により左右または上下を遮光することで瞳分割を行う構成でもよい。また、複数の撮像用画素の配列の中に一対の焦点検出用画素を離散的に配置し、その一対の焦点検出用画素から一対の像信号を取得する構成でもよい。

ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、撮像素子２０１から読み出されたＡＦ用信号および撮像用信号に対して、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング、ゲイン調節、および、ＡＤ変換を行う。ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、これらの処理を行った撮像用信号およびＡＦ用信号のそれぞれを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、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２から出力された撮像用信号を、バス２１を介してＳＤＲＡＭ２０９に画像信号として格納する。ＳＤＲＡＭ２０９に格納された画像信号は、バス２１を介して表示制御部２０５により読み出され、表示部２０６に表示される。画像信号の記録を行う録画モードにおいて、ＳＤＲＡＭ２０９に格納された画像信号は、記録媒体制御部２０７により半導体メモリなどの記録媒体２０８に記録される。ＲＯＭ２１０（記憶手段）は、カメラ制御部２１２により実行される制御プログラムや処理プログラム、および、これらのプログラムの実行に必要な各種データなどを格納している。フラッシュＲＯＭ２１１は、ユーザにより設定されたカメラ本体２０の動作に関する各種設定情報などを格納している。

カメラ制御部２１２の被写体検出部２１２１は、画像入力コントローラ２０３から入力された撮像用信号に基づいて特定の被写体を検出し、撮像用信号内での特定の被写体の位置を決定する。また被写体検出部２１２１は、画像入力コントローラ２０３から連続的に撮像用信号を入力し、検出した特定の被写体が移動した場合には移動先の被写体の位置を判定する。このように被写体検出部２１２１は、特定の被写体の位置を追従する。特定の被写体とは、例えば、顔被写体や、カメラ操作部２１３を介してユーザにより撮像画面内で指定された位置に存在する被写体などである。後述するように、検出した特定の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（焦点検出領域）を設定するために用いられる。

ＡＦ信号処理部２０４（算出手段）は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２から出力されたＡＦ用信号である一対の像信号に対して相関演算を行い、一対の像信号の像ずれ量および信頼性を算出する。信頼性は、後述する二像（一対の像信号）の一致度と相関変化量の急峻度と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を行う領域である焦点検出領域の位置および大きさを設定する。ＡＦ信号処理部２０４は、焦点検出領域において算出した像ずれ量（検出量）および信頼性に関する情報をカメラ制御部２１２に出力する。なお、ＡＦ信号処理部２０４が行う処理の詳細については後述する。

カメラ制御部２１２内のＡＦ制御部２１２２は、ＡＦ信号処理部２０４により算出された像ずれ量、信頼性、および、レンズユニット１０とカメラ本体２０と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の設定を変更する。例えば、ＡＦ制御部２１２２は、像ずれ量が所定量以上である場合、相関演算を行う領域をＡＦ信号処理部２０４により設定された領域よりも広く設定し、または、一対の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する。またＡＦ制御部２１２２は、ＡＦ信号処理部２０４による焦点検出領域の設定のため、被写体検出部２１２１にて検出された特定の被写体や、カメラ操作部２１３を介してユーザにより撮像画面内で指定された位置をＡＦ信号処理部２０４に渡す。これにより、ＡＦ制御部２１２２およびＡＦ信号処理部２０４は、これらの情報に基づいて焦点検出領域の位置や範囲を設定することができる。

なお本実施形態において、カメラ制御部２１２は、撮像素子２０１から、撮像用信号（Ａ＋Ｂ像信号）およびＡＦ用信号である一対の像信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）の計３つの信号を取得する。ただし、撮像素子２０１の負荷を考慮して、カメラ制御部２１２は、例えば撮像用信号（Ａ＋Ｂ像信号）と１つのＡＦ用信号（Ａ像信号）の計２つの信号を撮像素子２０１から取り出すように構成してもよい。この場合、カメラ制御部２１２は、取り出した撮像用信号とＡＦ用像信号との差分（（Ａ＋Ｂ像信号）－（Ａ像信号））を、他の１つのＡＦ用像信号（Ｂ像信号）として算出して用いることができる。なお、撮像用信号（Ａ＋Ｂ像信号）と一方の像信号（Ａ像信号またはＢ像信号）も視差を有する。

カメラ制御部２１２は、カメラ本体２０内の各部と情報のやり取りを行いながら各部を制御する。またカメラ制御部２１２は、ユーザの操作に基づくカメラ操作部２１３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など、ユーザ操作に対応する種々の処理を実行する。またカメラ制御部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、また、レンズユニット１０の情報をレンズ制御部１０６から取得する。カメラ制御部２１２は、マイクロコンピュータを備えて構成され、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により、レンズユニット１０を含むカメラシステム全体の制御を司る。またカメラ制御部２１２は、ＡＦ信号処理部２０４にて算出された焦点検出領域での像ずれ量を用いてデフォーカス量を算出し、算出したデフォーカス量に基づいてレンズ制御部１０６を介してフォーカスレンズ１０３の駆動を制御する。

次に、図４を参照して、本実施形態における焦点調節動作（フォーカス制御）について説明する。図４は、焦点調節動作の手順を示すフローチャートである。図４の各ステップは、カメラ制御部２１２（主にＡＦ制御部２１２２）によりコンピュータプログラム（撮像処理プログラム）に従って実行される。

まず、ステップＳ４０１において、カメラ制御部２１２は、カメラ本体２０の設定やカメラ操作部２１３からの入力信号に応じて、焦点調節動作を実行するか否かを判定する。焦点調節動作を開始するまで、ステップＳ４０１を繰り返す。カメラ制御部２１２が焦点調節動作を実行すると判定すると、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２において、カメラ制御部２１２は、レンズマウントに設けられた端子を通じてレンズ制御部１０６との通信を行い、現在のレンズユニット１０の状態におけるフォーカスレンズ１０３の最小駆動可能量を取得（受信）する。本実施形態において、カメラ制御部２１２は、最小駆動可能量をフォーカスレンズ１０３のメカ的な駆動量としてパルスカウント値で取得する。ただし本発明は、これに限定されるものではなく、最小駆動可能量を、パルスカウント値に繰出し量をかけた物理的な移動量、またはそれらにフォーカス敏感度をかけた像面変化量として取得してもよい。

続いてステップＳ４０３において、ＡＦ信号処理部２０４は、カメラ制御部２１２（ＡＦ制御部２１２２）からの指令に基づいて、焦点検出処理を行う。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（相関信頼性）に関する情報を取得する処理である。また、焦点検出処理において情報を取得する撮像画面内の領域（焦点検出領域）に関して設定される検出特性は、カメラ本体２０の状態などに応じて設定される。なお、焦点検出処理の詳細については後述する。

続いてステップＳ４０４において、カメラ制御部２１２（ＡＦ制御部２１２２）は、ステップＳ４０３にて算出された信頼性（相関信頼性）が第２信頼性閾値以上であるか否かを判定する。信頼性は、前述した二像の一致度や像ずれ量の急峻性により求められる。本実施形態において、大の閾値として、算出されたデフォーカス量を信頼することができない信頼性範囲の最高値を設定することが好ましい。なお、信頼性は、二像の一致度および像ずれ量の急峻性の両方または一方（すなわち少なくとも一方）を用いて求めることができる。また信頼性は、二像の信号レベルなどの他の指標を用いて求めてもよい。

ステップＳ４０４にて信頼性が第２信頼性閾値以上であると判定された場合、ステップＳ４０５へ進み、ＡＦ制御部２１２２は、信頼性が第２信頼性閾値よりも高い第１信頼性閾値以上であるか否かを判定する。第１信頼性閾値は、算出されたデフォーカス量の検出ばらつきに基づいて決定され、合焦精度を保証することができない信頼性範囲の最高値を設定することが好ましい。

ステップＳ４０５にて信頼性が第１信頼性閾値以上であると判定された場合、ステップＳ４０６へ進む。ステップＳ４０６において、ＡＦ制御部２１２２は、ステップＳ４０３にて算出されたデフォーカス量（検出デフォーカス量）が第２デフォーカス量閾値以内であるか否かを判定する。第２デフォーカス量閾値は、算出されたデフォーカス量に基づいて決定され、前述の評価帯域をデフォーカス量の検出範囲の狭い高域に切り替えた場合でもデフォーカス量を検出可能なデフォーカス範囲の最高値を設定することが好ましい。

検出デフォーカス量が第２デフォーカス量閾値以内であると判定された場合、ステップＳ４０７へ進み、ＡＦ制御部２１２２は、検出デフォーカス量が第２デフォーカス量閾値よりも小さい第１デフォーカス量閾値以内であるか否かを判定する。第１デフォーカス量閾値は、焦点深度に基づいて決定され、合焦状態であると判定可能なデフォーカス範囲の最高値を設定することが好ましい。

ステップＳ４０７にて検出デフォーカス量が第１デフォーカス量閾値以内でないと判定された場合、ステップＳ４０８へ進む。ステップＳ４０８において、ＡＦ制御部２１２２は、検出デフォーカス量がステップＳ４０２にて取得した最小駆動可能量以下（すなわち、最小駆動可能量に相当する像面移動量以下）であるか否かを判定する。ここで、本来であれば、ステップＳ４０７にて検出デフォーカス量が第１デフォーカス量閾値以内でない場合、合焦に必要なピント精度が得られていないため、後述のステップＳ４１０のターゲット駆動によりさらなるピントの追込みが必要である。しかし、カメラ本体２０に装着されたレンズユニット１０のフォーカスレンズ１０３の制御特性が十分でなく、その後のターゲット駆動を実行しても精度改善が期待できない場合、それ以上のピントの追込みを行う必要がないため、ステップＳ４０８の判定を行う。

ステップＳ４０７にて検出デフォーカス量が第１デフォーカス量閾値以内であると判定された場合、または、ステップＳ４０８にて検出デフォーカス量が最小駆動可能量以下であると判定された場合、ステップＳ４０９へ進む。ステップＳ４０９において、ＡＦ制御部２１２２は、被写体に合焦させることができた（合焦状態である）と判定し、フォーカスレンズ１０３を停止する（合焦停止）。

ここで、図２および図１０を参照して、本実施形態の効果について説明する。図２は従来技術の課題の説明図であり、図２（ａ）は最小駆動可能量が合焦範囲内である場合、図２（ｂ）は最小駆動可能量が合焦範囲を超える場合をそれぞれ示している。図１０は、本実施形態における効果の説明図である。図２（ａ）、（ｂ）、および、図１０のそれぞれにおいて、横軸はズーム位置（ズームレンズの位置、焦点距離）、縦軸はフォーカス位置（フォーカスレンズ１０３の位置）をそれぞれ示している。

例えば、フォーカス位置（デフォーカス量）が１／４Ｆδの範囲内である場合に合焦状態であると判定とする場合、図２（ａ）に示されるようにフォーカスレンズの最小駆動可能量ｘが合焦判定基準である１／４Ｆδに対して十分小さい場合には問題ない。一方、図２（ｂ）に示されるように、レンズユニットの種類によっては、焦点距離に応じて（ズーム位置Ｚ１よりも望遠側において）フォーカスレンズの最小駆動可能量ｙが１／４Ｆδを超える場合がある。このような場合、特許文献１に開示された従来技術では、許容錯乱円を大きくする、すなわち合焦判定基準を１／４Ｆδから１／２Ｆδに緩和する（大きくする）。その結果、広角側においてフォーカス制御の精度が低下してしまう。

一方、本実施形態では、図１０に示されるように、最小駆動可能量に関する情報に基づいて、合焦判定を行うための条件（合焦判定基準）を変更する。すなわち、デフォーカス量と最小駆動可能量に関する情報とに基づいて合焦判定を行う。例えば、デフォーカス量が最小駆動可能量ｙよりも小さい場合（ズーム位置Ｚ１よりも望遠側において）、デフォーカス量が合焦判定基準である１／４Ｆδよりも大きい場合でも、最小駆動可能量ｙ以下である場合、合焦状態であると判定する。このように、図２（ｂ）に示されるような課題が存在する場合でも、図１０に示されるように必要十分な合焦判定条件を設定することにより、精度と速度を両立させることが可能となる。この効果は、後述の各実施形態においても同様に得られる。

一方、検出デフォーカス量が第１デフォーカス量閾値以内ではなく、かつ検出デフォーカス量が最小駆動可能量以下（または、最小駆動可能量に相当する像面移動量以下）ではないと判定された場合、ステップＳ４１０へ進む。ステップＳ４１０において、ＡＦ制御部２１２２は、検出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とともに、フォーカスレンズ駆動部１０５を介してフォーカスレンズ１０３を間欠的に駆動するターゲット駆動を行う。ターゲット駆動は、焦点調節における検出精度および制御精度を高めるため、焦点検出処理とフォーカスレンズ制御（フォーカスレンズ駆動）とを排他的に行う駆動である。すなわちターゲット駆動では、フォーカスレンズが停止中に取得された画像信号を用いて焦点検出が行われる。

ステップＳ４０５にて信頼性が第１信頼性閾値以上でないと判定された場合、または、ステップＳ４０６にて検出デフォーカス量が第２デフォーカス量閾値以内でないと判定された場合、ステップＳ４１１へ進む。ステップＳ４１１において、ＡＦ制御部２１２２は、検出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とともに、フォーカスレンズ駆動部１０５を介してフォーカスレンズ１０３を連続的に駆動するデフォーカス駆動を行う。デフォーカス駆動は、精度よりも速度を優先して、焦点検出処理とフォーカスレンズ制御（フォーカスレンズ駆動）とを並行して行う駆動である。すなわちデフォーカス駆動では、フォーカスレンズの駆動中に取得された画像信号を用いて焦点検出が行われる。

ステップＳ４０４にて信頼性が第２信頼性閾値以上でないと判定された場合、ステップＳ４１２へ進む。ステップＳ４１２において、ＡＦ制御部２１２２は、信頼性が高いデフォーカス量が得られるように、フォーカスレンズ１０３の駆動量を算出するとともに、フォーカスレンズ駆動部１０５を介してフォーカスレンズ１０３を駆動するサーチ駆動を行う。サーチ駆動は、算出したデフォーカス量を用いずに焦点深度に応じて駆動速度を決定し、焦点検出処理とフォーカスレンズ制御とを並行して行う駆動である。

ステップＳ４０９～Ｓ４１２にて焦点調節動作の制御状態をそれぞれ設定すると、ステップＳ４１３へ進む。ステップＳ４１３において、カメラ制御部２１２は、カメラ本体２０の設定やカメラ操作部２１３からの入力、および、焦点調節動作の制御状態に応じて、焦点調節動作を終了するか否かを判定する。焦点調節動作を終了しないと判定されると、ステップＳ４０２へ戻る。一方、焦点調節動作を終了すると判定されると、本フローを終了する。このようにカメラ制御部２１２は、フォーカスレンズ１０３の特性に応じて焦点調節動作の合焦判定条件を設定する（撮像光学系の制御特性情報に基づいて合焦判定を行う）ことにより、精度と速度の両立を図った適切な焦点調節動作を行うことができる。

次に、図５を参照して、ＡＦ信号処理部２０４により実行される焦点検出処理（図４のステップＳ４０３）について詳述する。図５は、焦点検出処理を示すフローチャートである。図５の各ステップは、主に、カメラ制御部２１２の指令に基づいてＡＦ信号処理部２０４により実行される。

まずステップＳ５０１において、ＡＦ信号処理部２０４は、撮像素子２０１の焦点検出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像信号（像データ）を取得する。図６は、撮像素子２０１の画素アレイ６０１上での焦点検出領域６０２の説明図である。焦点検出領域６０２の両側のシフト領域６０３は、相関演算に必要な領域である。このため、焦点検出領域６０２とシフト領域６０３とを合わせた領域６０４が相関演算に必要な画素領域である。図６中のｐ、ｑ、ｓ、ｔはそれぞれ、水平方向（ｘ軸方向）での座標であり、ｐとｑはそれぞれ領域６０４（画素領域）の始点と終点のｘ座標、ｓとｔはそれぞれ焦点検出領域６０２の始点と終点のｘ座標をそれぞれ示している。

図７は、図６の焦点検出領域６０２に含まれる複数の画素から取得したＡＦ用信号（一対の像信号）の説明図である。図７において、実線７０１は一対の像信号のうちの一方（Ａ像信号）、破線７０２は一対の像信号のうち他方（Ｂ像信号）である。図７（ａ）はシフト前のＡ像信号およびＢ像信号を示し、図７（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、Ａ像信号およびＢ像信号を図７（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。

続いて、図５のステップＳ５０２において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０１にて取得した一対の像信号（Ａ像信号、Ｂ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、一対の像信号の相関量（相関データ）を算出する。ＡＦ信号処理部２０４は、焦点検出領域内に設けられた複数の画素ライン（走査ライン）のそれぞれに関して、図８（ｂ）、（ｃ）に示されるようにＡ像信号７０１およびＢ像信号７０２の両方を矢印の方向に１ビットずつシフトする。またＡＦ信号処理部２０４は、複数の走査ラインのそれぞれに関して一対の像信号（Ａ像信号７０１、Ｂ像信号７０２）の相関量を算出し、複数の走査ラインの相関量を加算平均することにより、１つの相関量を算出する。

本実施形態では、相関量を算出する際に、一対の像信号を１画素ずつ相対的にシフトさせるように構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、一対の像信号を２画素ずつ相対的にシフトさせるなど、より多くの画素単位でシフトさせるように構成してもよい。また本実施形態では、複数の走査ラインのそれぞれに関する相関量を加算平均することにより１つの相関量を算出しているが、これに限定されるものではない。例えば、複数の走査ラインのそれぞれに関する一対の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像信号に対して相関量の算出を行うように構成してもよい。

相関量ＣＯＲ［ｉ］は、以下の式（１）を用いて算出することができる。

式（１）において、ｉはシフト量、ｐ－ｓはマイナス方向の最大シフト量、ｑ－ｔはプラス方向の最大シフト量、ｘは焦点検出領域７０２の開始座標、ｙは焦点検出領域７０２の終了座標である。

ここで、図８を参照して、シフト量と相関量ＣＯＲとの関係について説明する。図８（ａ）、（ｂ）は、シフト量と相関量ＣＯＲとの関係の説明図である。図８（ｂ）は図８（ａ）の領域８０２の拡大図である。図８（ａ）において、横軸はシフト量、縦軸は相関量ＣＯＲをそれぞれ示している。シフト量とともに変化する相関量８０１における極値付近の領域８０２、８０３のうち、より小さい相関量に対応するシフト量において一対の像信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）の一致度が最も高くなる。

続いて、図５のステップＳ５０３において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０２にて算出した相関量に基づいて相関変化量を算出する。本実施形態では、図８（ａ）に示される相関量８０１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。相関変化量ΔＣＯＲ［ｉ］は、以下の式（２）を用いて算出することができる。

続いて、ステップＳ５０４において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０３にて算出した相関変化量を用いて像ずれ量を算出する。ここで、図９を参照して、シフト量と相関変化量ΔＣＯＲとの関係について説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、シフト量と相関変化量ΔＣＯＲとの関係の説明図である。図９（ｂ）は図９（ａ）の領域９０２の拡大図である。図９（ａ）において、横軸はシフト量、縦軸は相関変化量ΔＣＯＲをそれぞれ示している。シフト量とともに変化する相関変化量９０１は、領域９０２、９０３において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、一対の像信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）の一致度が最も高くなる。このため、ゼロクロスを与えるシフト量が像ずれ量となる。

図９（ｂ）において、９０４は相関変化量９０１の一部である。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９（ｂ）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）を用いて算出することができる。

整数部分βは、図９（ｂ）より、以下の式（４）を用いて算出することができる。

すなわち、小数部分αと整数部分βとの和から像ずれ量ＰＲＤを算出することができる。図９（ａ）に示されるように、相関変化量ΔＣＯＲのゼロクロスが複数存在する場合、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、その値が大きいほど高精度な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）を用いて算出することができる。

本実施形態では、相関変化量のゼロクロスが複数存在する場合、その急峻性に基づいて第１のゼロクロスを決定し、第１のゼロクロスを与えるシフト量を像ずれ量とする。

続いて、図５のステップＳ５０５において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０４にて算出された像ずれ量の信頼性の高さを表す信頼性（相関信頼性）を算出する。像ずれ量の信頼性は、一対の像信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）の一致度（二像の一致度）ｆｎｃｌｖｌと、前述の相関変化量ΔＣＯＲの急峻性とにより定義することができる。二像の一致度は、像ずれ量の精度を表す指標であり、ここではその値が小さいほど精度が良いことを意味する。図８（ｂ）において、８０４は相関量８０１の一部である。二像の一致度ｆｎｃｌｖｌは、以下の式（６）を用いて算出することができる。

最後に、図５のステップＳ５０６において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ６０４にて算出された像ずれ量を用いて、対象となる焦点検出領域に関するデフォーカス量を算出し、本フロー（焦点検出処理）を終了する。

本実施形態によれば、通信を介してレンズごとの特性（制御特性情報）に応じたフォーカスレンズの最小駆動可能量を取得し、取得した最小駆動可能量に基づいて焦点検出動作の合焦判定条件を設定する。これにより、精度と速度を両立させた適切な焦点調節動作（フォーカス制御）を行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、図１１を参照して、第２の実施形態における焦点調節動作（フォーカス制御）について説明する。図１１は、本実施形態における焦点調節動作の手順を示すフローチャートである。図１１の各ステップは、カメラ制御部２１２（主にＡＦ制御部２１２２）によりコンピュータプログラム（撮像処理プログラム）に従って実行される。

図１１のステップＳ１１０１～Ｓ１１０６は、図４のステップＳ４０１、Ｓ４０３～Ｓ４０７とそれぞれ同様である。ステップＳ１１０６にて検出デフォーカス量が第１デフォーカス量閾値以内でない（第１合焦範囲にない）と判定された場合、ステップＳ１１０７へ進む。

ステップＳ１１０７において、ＡＦ制御部２１２２は、検出デフォーカス量が第３デフォーカス量閾値以内であるか否か（第２合焦範囲にあるか否か）を判定する。第３デフォーカス量閾値は、第１デフォーカス量閾値よりも大きく、かつ第２デフォーカス量閾値よりも小さい（すなわち、第２合焦範囲は第１合焦範囲よりも広い）。ここで、本来であれば、ステップＳ１１０７にて検出デフォーカス量が第１デフォーカス量閾値以内でない場合、合焦に必要なピント精度が得られていないため、後述のステップＳ１１１０のターゲット駆動によりさらなるピントの追込みが必要である。しかし、カメラ本体２０に装着されたレンズユニット１０のフォーカスレンズ１０３の制御特性が十分でなく、その後のターゲット駆動を実行しても精度改善が期待できない場合、それ以上のピントの追込みを行う必要がないため、ステップＳ１１０７の判定を行う。

ステップＳ１１０７にて検出デフォーカス量が第３デフォーカス量閾値以内であると判定された場合、ステップＳ１１０８へ進む。ステップＳ１１０８において、ＡＦ制御部２１２２は、検出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とともに、フォーカスレンズ駆動部１０５を介してフォーカスレンズ１０３を間欠的に駆動するターゲット駆動を一度だけ行う。

ステップＳ１１０８にて検出デフォーカス量が第１デフォーカス量閾値以内であると判定された場合、またはステップＳ１１０８にて検出デフォーカス量が第３デフォーカス量閾値以内であると判定されてターゲット駆動が完了した場合、ステップＳ１１０９へ進む。なお、ステップＳ１１０９～Ｓ１１１３は、図４のステップＳ４０９～Ｓ４１３とそれぞれ同様である。なお本実施形態は、第１の実施形態のようにフォーカスレンズ１０３の最小駆動可能量等の制御特性情報を更に利用してもよい。

本実施形態によれば、所定条件を満たした後にターゲット駆動を一度だけ行う。これにより、精度と速度を両立させた適切な焦点調節動作（フォーカス制御）を行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、図１２を参照して、第３の実施形態における焦点調節動作（フォーカス制御）について説明する。図１２は、本実施形態における焦点調節動作の手順を示すフローチャートである。図１２の各ステップは、カメラ制御部２１２（主にＡＦ制御部２１２２）によりコンピュータプログラム（撮像処理プログラム）に従って実行される。

図１２のステップＳ１２０１～Ｓ１２０８は、図１１のステップＳ１１０１～Ｓ１１０８とそれぞれ同様である。ステップＳ１２０８において、ＡＦ制御部２１２２は、検出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とともに、フォーカスレンズ駆動部１０５を介してフォーカスレンズ１０３を間欠的に駆動するターゲット駆動を行う。

続いてステップＳ１２０９において、ＡＦ制御部２１２２は、ステップＳ１２０８のターゲット駆動後にフォーカスレンズ１０３の位置（フォーカス位置）が変化したか否かを判定する。ここで、ターゲット駆動後にフォーカスレンズ１０３の位置が変化しない場合とは、フォーカスレンズ１０３の制御特性が十分でなく、その後のターゲット駆動を実行しても精度の改善を期待できない場合を意味する。フォーカスレンズ１０３の位置が変化したと判定された場合、ステップＳ１２１１へ進む。

ステップＳ１２０８にて検出デフォーカス量が第１デフォーカス量閾値以内である（第１合焦範囲にある）と判定された場合、または、ステップＳ１２０９にてフォーカスレンズ１０３の位置が変化していないと判定された場合、ステップＳ１２１０へ進む。ステップＳ１２１０～Ｓ１２１４は、図１１のステップＳ１１０９～Ｓ１１１３とそれぞれ同様である。なお本実施形態は、第１の実施形態のようにフォーカスレンズ１０３の最小駆動可能量等の制御特性情報を更に利用してもよい。

本実施形態によれば、所定条件を満たした場合、ターゲット駆動後のフォーカスレンズ１０３の位置の変化に応じて焦点調節動作（フォーカス制御）の合焦判定条件を設定する。これにより、精度と速度を両立させた適切な焦点調節動作を行うことができる。

このように各実施形態において、制御装置は、算出手段（ＡＦ信号処理部２０４）および焦点調節手段（ＡＦ制御部２１２２）を有する。算出手段は、レンズユニット１０の互いに異なる瞳領域を通過した光束に対応する第１信号および第２信号に基づいてデフォーカス量を算出する。焦点調節手段は、デフォーカス量に基づいて焦点調節を行う。また焦点調節手段は、レンズユニットの制御特性情報（駆動特性情報）に基づいて合焦判定を行う。

好ましくは、焦点調節手段は、制御特性情報に基づいて、合焦判定を行うための条件（合焦判定基準）を変更する。また好ましくは、制御特性情報は、レンズユニットのフォーカスレンズの最小駆動可能量に関する情報である。より好ましくは、最小駆動可能量に関する情報は、最小駆動可能量に相当する像面移動量である。また好ましくは、焦点調節手段は、デフォーカス量と最小駆動可能量に関する情報とに基づいて合焦判定を行う。また好ましくは、焦点調節手段は、デフォーカス量が最小駆動可能量に関する情報よりも小さい場合、合焦状態であると判定する。一方、焦点調節手段は、デフォーカス量が最小駆動可能量に関する情報よりも大きい場合、合焦状態でないと判定する。

好ましくは、制御装置（撮像装置）は、複数の種類のレンズユニットのそれぞれに関する制御特性情報を記憶する記憶手段（ＲＯＭ２１０またはカメラ制御部２１２の内部メモリ）を有する。焦点調節手段は、撮像装置（カメラ本体２０）に装着されたレンズユニットから受信したレンズ情報（レンズＩＤ等）に基づいて、記憶手段から制御特性情報を選択する。また好ましくは、焦点調節手段は、撮像装置に装着されたレンズユニットから制御特性情報を受信する。また好ましくは、焦点調節手段は、撮像装置またはレンズユニットの状態が変化した場合、レンズユニットから制御特性情報を受信する。また好ましくは、焦点調節手段は、周期的に、レンズユニットから制御特性情報を受信する。

また各実施形態において、焦点調節手段は、デフォーカス量が第１合焦範囲にある場合（第１デフォーカス量閾値よりも小さい場合）、合焦状態であると判定する。一方、焦点調節手段は、デフォーカス量が第１合焦範囲になく、かつ第１合焦範囲より広い第２合焦範囲にある場合（第３デフォーカス量閾値よりも小さい場合）、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズを駆動した後に合焦状態であると判定する。好ましくは、焦点調節手段は、デフォーカス量が第１合焦範囲になく、かつ第２合焦範囲にある場合において、デフォーカス量に基づくフォーカスレンズの駆動後にフォーカスレンズの位置が変化したと判定したとき、フォーカスレンズの駆動を継続する。一方、焦点調節手段は、デフォーカス量が第１合焦範囲になく、かつ第２合焦範囲にある場合において、デフォーカス量に基づくフォーカスレンズの駆動後にフォーカスレンズの位置が変化していないと判定したとき、合焦状態であると判定する。

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

各実施形態によれば、高速かつ高精度の焦点調節が可能な制御装置、撮像装置、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。

２０４ ＡＦ信号処理部（算出手段）
２１２２ ＡＦ制御部（焦点調節手段）

Claims (11)

1. レンズユニットの互いに異なる瞳領域を通過した光束に対応する第１信号および第２信号に基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、
   前記デフォーカス量に基づいて焦点調節を行う焦点調節手段と、を有し、
   前記焦点調節手段は、前記デフォーカス量と、前記レンズユニットのフォーカスレンズの最小駆動可能量に関する情報とに基づいて合焦判定を行い、
   前記焦点調節手段は、
   前記デフォーカス量が所定の閾値よりも小さい場合、合焦状態であると判定し、
   前記デフォーカス量が前記所定の閾値よりも大きい場合でも、前記デフォーカス量が前記最小駆動可能量に関する情報よりも小さい場合、前記合焦状態であると判定することを特徴とする制御装置。
2. 前記最小駆動可能量に関する情報は、前記最小駆動可能量に相当する像面移動量であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 複数の種類のレンズユニットのそれぞれに関する前記最小駆動可能量に関する情報を記憶する記憶手段を更に有し、
   前記焦点調節手段は、撮像装置に装着された前記レンズユニットから受信したレンズ情報に基づいて、前記記憶手段から前記最小駆動可能量に関する情報を選択することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の制御装置。
4. 前記焦点調節手段は、撮像装置に装着された前記レンズユニットから前記最小駆動可能量に関する情報を受信することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記焦点調節手段は、前記撮像装置または前記レンズユニットの状態が変化した場合、前記レンズユニットから前記最小駆動可能量に関する情報を受信することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記焦点調節手段は、周期的に、前記レンズユニットから前記最小駆動可能量に関する情報を受信することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
7. レンズユニットの互いに異なる瞳領域を通過する光束にそれぞれ対応する第１信号および第２信号を出力する撮像素子と、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の制御装置と、を有することを特徴とする撮像装置。
8. 前記撮像素子は、１つのマイクロレンズに対して第１光電変換部および第２光電変換部を有し、該マイクロレンズが２次元状に配列されていることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. レンズユニットの互いに異なる瞳領域を通過した光束に対応する第１信号および第２信号に基づいてデフォーカス量を算出するステップと、
   前記デフォーカス量に基づいて焦点調節を行うステップと、を有し、
   前記焦点調節を行うステップにおいて、前記デフォーカス量と、前記レンズユニットのフォーカスレンズの最小駆動可能量に関する情報とに基づいて合焦判定を行い、
   前記焦点調節を行うステップにおいて、
   前記デフォーカス量が所定の閾値よりも小さい場合、合焦状態であると判定し、
   前記デフォーカス量が前記所定の閾値よりも大きい場合でも、前記デフォーカス量が前記最小駆動可能量に関する情報よりも小さい場合、前記合焦状態であると判定することを特徴とする制御方法。
10. 請求項９に記載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。
11. 請求項１０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。
    

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