JP2018097253A - 焦点調節装置および焦点調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影者が合焦させたい被写体に、簡単な方法で的確に合焦させることができる焦点調節装置および焦点調節方法を提供する。【解決手段】第１の焦点検出領域と、該第１の焦点検出領域にそれぞれ含まれ第１の焦点検出領域よりも狭い第２の焦点検出領域を設定し、大デフォーカス状態から合焦近傍に達するまでは（ｎ＝１、２）、第１の焦点検出領域からの焦点検出結果に基づきフォーカスレンズ駆動を行い、合焦近傍に達すると（ｎ＝３、４、５）第２の焦点検出領域からの焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズ駆動を行う。【選択図】 図１４

Description

本発明は、フォーカスレンズを含む撮影レンズを有し、この撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を受光して像データを生成し、この像データに基づいて焦点調節を行う焦点調節装置および焦点調節方法に関する。

撮影レンズからの被写体光束を瞳分割して被写体像の位相差を検出することにより、撮影レンズのデフォーカス量を算出し、これに基づいて焦点調節を行う焦点調節装置が種々提案され、また市販されている。この位相差ＡＦでは、測距範囲を自由に設定することができる。測距範囲を複数の領域に分割して、領域毎に被写体の像ずれ量を算出することで、多点の焦点検出領域が可能である。しかし、複数に分割した領域では、大デフォーカス状態で必要な像ずれ量の焦点検出ができなくなってしまう。

そこで特許文献１には、交換レンズの最大デフォーカス量と現在のレンズ位置で発生し得る最大デフォーカス量に基づいて、必要な大きさの焦点検出領域をラインセンサの中央に設定することで、大デフォーカス状態の焦点検出をできるようにした焦点調節装置が提案されている。

特許第４６４１５０２号公報

特許文献１の焦点調節装置では、交換レンズの最大デフォーカス量と現在のレンズ位置で発生し得る最大デフォーカス量に基づいて、焦点検出領域の大きさを設定している。しかし、条件によっては焦点検出領域が広く設定され、遠くにいる被写体と近くにいる被写体が混在する遠近混在状態となり、フォーカスレンズが行ったり来たりを繰り返すハンチングが発生する恐れがある。さらに、撮影者の狙いとしては狭い焦点検出領域に存在する遠くにいる被写体に合焦させたいにも関わらず、広い焦点検出領域によって狙いとは外れた位置で近くにいる被写体が検出され、この被写体に合焦されてしまい、撮影者の意図とは異なる結果となる可能性もある。

一方で、被写体が合焦近傍である場合には、狭い焦点検出領域であっても必要な像ずれ量が検出できるが、常に広い焦点検出領域で演算するため、余計な演算が増えてしまう。その場合、演算量を減らすために、広い焦点検出領域を移動平均処理や間引くことで狭い焦点検出領域と同等の大きさに簡素化して像ずれ量を検出する方法があるが、その検出結果には誤差が含まれてしまい、検出結果の精度が悪くなる。しかし、広い焦点検出領域の検出結果の精度を上げるために、広い焦点検出領域で簡素化せずに演算しようとすると、演算回路の規模増大を招き、演算時間の高速化を妨げる恐れがある。

このように、大デフォーカス状態の被写体に合焦させるためには、広い焦点検出領域が必要であり、遠近混在被写体による偽合焦を防ぐためには、狭い焦点検出領域が必要であり、そのどちらも両立させるのは難しい。さらに、遠近混在被写体に対して、フォーカスレンズのハンチングを引き起こす恐れがある。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、撮影者が合焦させたい被写体に、簡単な方法で的確に合焦させることができる焦点調節装置および焦点調節方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の発明に係る焦点調節装置は、フォーカスレンズを含む撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を撮像して撮像データを生成し、該撮像データに基づいて焦点調節動作を行う焦点調節装置において、撮像領域にて、第１の焦点検出領域と、該第１の焦点検出領域に含まれ第１の焦点検出領域よりも狭い第２の焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定手段と、上記第１の焦点検出領域または第２の焦点検出領域の撮像データに基づいて位相差検出を行い、第１の位相差量または第２の位相差量をそれぞれ算出する焦点検出手段と、上記位相差検出の結果の信頼性が高いか否か判定する信頼性判定手段と、上記焦点検出手段の算出する位相差量に基づいて焦点調節動作を行う制御手段と、を有し、上記制御手段は、上記第１の位相差量が、第１の閾値より大きいと判定される場合に上記第１の位相差量に基づいて焦点調節動作を行い、上記焦点調節動作後に上記焦点検出手段により焦点検出を実行させ、上記第１の位相差量と上記第２の位相差量の両方の信頼性が高く、かつ両方の差が第２の閾値より小さいと判定され、かつ、上記第１の位相差量が第１の閾値より小さいと判定される場合に、上記第２の位相差量に基づいて焦点調節動作を行う。

第２の発明に係る焦点調節装置は、上記第１の発明において、上記焦点検出領域設定手段は、複数の上記第１の焦点検出領域を有し、上記制御手段は、上記焦点検出手段により上記複数の第１の焦点検出領域について算出される複数の上記第１の位相差量のうちで最大値を上記第１の位相差量とする。

第３の発明に係る焦点調節装置は、フォーカスレンズを含む撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を撮像して撮像データを生成し、該撮像データに基づいて焦点調節動作を行う焦点調節装置において、撮像領域にて、第１の焦点検出領域と、該第１の焦点検出領域にそれぞれ含まれ第１の焦点検出領域よりも狭い第２の焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定手段と、上記第１の焦点検出領域または第２の焦点検出領域の撮像データに基づいて位相差検出を行い、第１の位相差量または第２の位相差量をそれぞれ算出する焦点検出手段と、上記位相差検出の結果の信頼性が高いか否か判定する信頼性判定手段と、上記焦点検出手段の算出する位相差量に基づいて焦点調節動作を行う制御手段と、を有し、上記制御手段は、上記複数の第１の位相差量の絶対値のうちの最大値が第１の閾値より大きいと判定される場合に上記最大値に対応する第１の位相差量に基づいて焦点調節動作を行い、上記焦点調節動作後に上記焦点検出手段により焦点検出を実行させ、上記複数の第１の位相差量の絶対値のうちの最大値が上記第１の閾値よりも小さく、かつ、上記複数の第２の位相差量の全ての信頼性が高くないと判定される場合に、上記複数の第１の位相差量のうちで負の値を示す位相差量に基づいて焦点調節動作を行う。

第４の発明に係る焦点調節装置は、上記第３の発明において、上記焦点調節装置の撮影画角の変更を判定する画角変更判定手段を有し、上記制御手段は、上記画角変更判定手段により上記撮像領域の画角が変更されたと判定されるまで、上記複数の第１の位相差量のうちの負の値を示す位相差量に基づく焦点調節動作を継続する。

第５の発明に係る焦点調節装置は、上記第４の発明において、上記撮影レンズは変倍光学系を含み、上記画角変更判定手段は、上記変倍光学系の焦点距離の変化に基づいて上記撮影画角の変更を判定する。

第６の発明に係る焦点調節装置は、上記第４の発明において、上記焦点調節装置の姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、上記画角変更判定手段は、上記姿勢検出手段の出力に基づいて上記撮影画角の変更を判定する。

第７の発明に係る焦点調節方法は、フォーカスレンズを含む撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を撮像して撮像データを生成し、該撮像データに基づいて焦点調節動作を行う焦点調節方法において、撮像領域にて、第１の焦点検出領域と、該第１の焦点検出領域に含まれ第１の焦点検出領域よりも狭い第２の焦点検出領域を設定し、上記第１の焦点検出領域または第２の焦点検出領域の撮像データに基づいて位相差検出を行い、第１の位相差量または第２の位相差量をそれぞれ算出し、上記位相差検出の結果の信頼性が高いか否か判定し、上記第１の位相差量が、第１の閾値より大きいと判定される場合に上記第１の位相差量に基づいて焦点調節動作を行い、上記焦点調節動作後に上記焦点検出を実行させ、上記第１の位相差量と上記第２の位相差量の両方の信頼性が高く、かつ両方の差が第２の閾値より小さいと判定され、かつ、上記第１の位相差量が第１の閾値より小さいと判定される場合に、上記第２の位相差量に基づいて焦点調節動作を行う。

本発明によれば、撮影者が合焦させたい被写体に、簡単な方法で的確に合焦させることができる焦点調節装置および焦点調節方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るカメラのＡＦ演算部の詳細を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るカメラの撮像素子の位相差ＡＦ検出用画素と撮像用画素からなる画素の配置を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラの撮像素子の１つの測距エリアの拡大図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおける測距方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおける測距方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、相関演算結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、周期性被写体を測距する場合の相関演算方法と、相関演算結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、被写体と測距枠の関係の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、広い焦点検出領域（ｘ１１）の画像信号を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、狭い焦点検出領域（ｘ１２）の像ずれ量算出を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、相関演算後の信頼性判別を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、被写体と測距枠の関係の一例であって、手前の人物に合焦する場合を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１３に示す状態で１ｓｔレリーズ後のフォーカスレンズ軌跡を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１４におけるｎ＝３時点（至近位置）での焦点検出領域毎の像ずれ量の比較を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１４におけるｎ＝１時点（無限位置）での各エリアの焦点結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１４におけるｎ＝３時点（至近位置）での各エリアの焦点結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、被写体と測距枠の関係の一例であって、背景の壁に合焦する場合を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１８に示す状態で１ｓｔレリーズ後のフォーカスレンズ軌跡を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１９におけるｎ＝１時点（無限位置）での各エリアの焦点結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１９におけるｎ＝３時点（至近位置）での各エリアの焦点結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１９におけるｎ＝５時点（無限位置）での各エリアの焦点結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。

以下、図面に従って本発明を適用したデジタルカメラ（以下、「カメラ」と略記する）を用いて好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。本実施形態に係るカメラは、交換レンズ鏡筒１０とカメラ本体２０から構成されている。本実施形態においては、交換レンズ鏡筒１０とカメラ本体２０を別体に構成しているが、一般的なコンパクトカメラのように一体に構成しても勿論かまわない。また、本実施形態に係るカメラは、フォーカスレンズを含む撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を受光し光電変換して撮像データを生成し、該撮像データに基づいて焦点調節動作を行う（図３〜図７参照）。

交換レンズ鏡筒１０内には、撮影レンズ１１が配置されている。撮影レンズ１１は、被写体Ｓの光学像を形成するためのフォーカスレンズを含む複数の光学レンズから構成される。また、交換レンズ鏡筒１０内には、アクチュエータ１２およびレンズ制御部１３が設けられている。

レンズ制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、周辺回路、およびプログラム等を記憶したメモリを有する。レンズ制御部１３は、カメラ本体２０内のＡＦ演算部２３から、デフォーカス量を受信し、これらの情報に基づいて、アクチュエータ１２の制御を行う。アクチュエータ１２は、撮影レンズ１１内のフォーカスレンズを光軸方向に移動し、ピント合わせを行う。なお、フォーカスレンズの位置は、レンズ位置検出部（不図示）によって検出され、通信部（不図示）を介してカメラ本体２０に送信される。

カメラ本体２０内には、撮像素子２１、画像処理部２２、ＡＦ演算部２３、記録部２４が設けられている。撮像素子２１は、撮影レンズ１１の光軸上であって、被写体像の結像位置付近に配置されている。

撮像素子２１は、被写体像（光学像）を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素を備えている。複数の画素は、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された位相差ＡＦ検出用画素（「焦点検出用画素」または「測距画素」とも称す）と、画素へ入射する光束が位相差ＡＦ検出用画素よりも制限されないように構成された撮像用画素を含み、複数の画素は２次元的に配列されている。撮像素子２１の位相差ＡＦ検出用画素および撮像用画素の配置については、図３および図４を用いて後述する。

撮像素子２１は、位相差ＡＦ検出用画素と撮像用画素から出力される画素値を画像処理部２２およびＡＦ演算部２３に出力する。画像処理部２２は、画像処理回路を有し、画素値の内、撮像用画素からの画素値を入力し、ライブビュー表示用画像および記録用画像のための画像処理を行う。また、画像処理部２２は、記録用に処理された画像データを記録部２４に出力する。記録部２４は、電気的書き換え可能な不揮発性メモリを有し、記録用の画像データを入力し、記録する。また、画像処理部２２は、画素値を用いて、被写体の顔を検出し、この顔の中心座標位置を出力し、また顔の中の目等の器官を検出し、この器官の特定座標位置を出力する。また、画像処理部２２は、画素値を用いて、被写体追尾を行う。

ＡＦ演算部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、周辺回路、およびプログラム等を記憶したメモリを有する。ＡＦ演算部２３は、画素値の内、位相差ＡＦ検出用画素からの画素値を入力し、位相差ＡＦに基づくＡＦ演算を行う。ＡＦ演算にあたって、画像処理部２２から取得した中心座標位置、特定座標位置に基づいて、位相差ＡＦ検出用画素の位置に対応する測距エリアを設定し、この設定した測距エリアについて、デフォーカス量やコントラスト評価値を演算する。この演算されたデフォーカス量やコントラスト評価値に基づいて、撮影レンズ１１内のフォーカスレンズを合焦位置に駆動させる。また、ＡＦ演算部２３は、被写体が周期性の場合には、真の合焦位置に駆動できるようにデフォーカス量を演算するための相関度の極値の選択を行う。

ＡＦ演算部２３は、焦点検出手段の位相差検出結果に基づいて焦点調節動作を行う制御手段として機能する（例えば、図２３ＢのＳ３７参照）。また、この制御手段は、第１の位相差量が、第１の閾値より大きいと判定される場合に第１の位相差量に基づいて焦点調節動作を行い（例えば、図２３ＡのＳ５Ｙｅｓ→Ｓ７Ｙｅｓ→Ｓ９Ｎｏ）、焦点調節動作後に焦点検出手段により焦点検出を実行させ、第１の位相差量と第２の位相差量の両方の信頼性が高く、かつ両方の差が第２の閾値より小さいと判定され、かつ、第１の位相差量が第１の閾値より小さいと判定される場合に、第２の位相差量に基づいて焦点調節動作を行う（例えば、図１４〜図１７、図２３ＡのＳ１〜Ｓ１１等参照）。なお、位相差量は、像ずれ量とも記述する。

また、制御手段は、焦点検出手段により複数の第１の焦点検出領域について算出される複数の第１の位相差量のうちで最大値を第１の位相差量とする（例えば、図１６のエリアｘ１１参照）。なお、ここで、位相差量のうちで最大値は、至近側に近いほど、位相差量が大きい。

また、制御手段は、複数の第１の位相差量の絶対値のうちの最大値が第１の閾値より大きいと判定される場合に最大値に対応する第１の位相差量に基づいて焦点調節動作を行い、焦点調節動作後に上記焦点検出手段により焦点検出を実行させ、複数の第１の位相差量の絶対値のうちの最大値が第１の閾値よりも小さく、かつ、複数の第２の位相差量の全ての信頼性が高くないと判定される場合に、複数の第１の位相差量のうちで負の値を示す位相差量に基づいて焦点調節動作を行う（例えば、図１９〜図２２、図２３ＡのＳ１３Ｙｅｓ→Ｓ１５Ｙｅｓ→Ｓ１７等参照）。

また、ＡＦ演算部２３は、撮影画角の変更を判定する画角変更判定手段としての機能を有する。ＡＦ演算部２３は、交換レンズ鏡筒１０が変倍光学系を含む場合に、交換レンズ鏡筒１０に設けられたズーム環等の焦点距離変更部材の操作に応じて変化する焦点距離情報をレンズ制御部１３から入力する。また、ＡＦ演算部２３は、ジャイロや加速度センサ等のカメラ本体２０の姿勢を検出するセンサ（姿勢検出手段として機能する）からの検出信号を入力する。

また、前述の画角変更判定手段は、変倍光学系の焦点距離の変化に基づいて撮影画角の変更を判定する。画角変更判定手段は、姿勢検出手段の出力に基づいて撮影画角の変更を判定する。

また、前述の制御手段は、画角変更判定手段により上記撮像領域の画角が変更されたと判定されるまで、複数の第１の位相差量のうちの負の値を示す位相差量に基づく焦点調節動作を継続する（例えば、図２３ＡのＳ１９〜Ｓ２３等参照）。位相差量の正の値は、至近側の値を意味し、負の値は無限側の値を意味する。

次に、図２を用いてＡＦ演算部２３の詳細について説明する。画素値２１ａは、撮像素子２１から出力された画素値であり、ＳＤＲＡＭ（不図示）等に一時記憶される。

また、画像処理部２２内には、顔検出回路を有する顔検出部２２ａが設けられている。この顔検出部２２ａは、撮像素子２１からの撮像用画素の画素値に基づいて、被写体像の中に顔があるか否かを判定し、顔が含まれている場合には、その位置（中心座標位置）や大きさ等を検出する。さらに、右目、左目、鼻等の器官の検出を行い、その器官の特定座標位置も検出する。顔検出部２２ａで検出された中心座標や特定座標位置は、ＡＦ演算部２３内のＡＦ測距点設定部３３に出力する。

また、画像処理部２２内には、追尾回路を有する追尾部２２ｂが設けられている。この追尾部２２ｂは、撮像素子２１からの撮像用画素の画素値に基づいて、被写体の追尾を行う。例えば、顔検出部２２ａによって検出された顔の位置や、撮影者によって指定された被写体の位置について、撮像素子２１から画素値が出力されるたびに、画素値を比較することにより、同一の被写体がどこに移動したかを検出し、これによって追尾を行う。追尾部２２ｂによって検出された追尾対象の中心座標や特定座標位置は、ＡＦ演算部２３内のＡＦ測距点設定部３３に出力する。

ＡＦ測距点設定部３３は、顔検出部２２ａまたは追尾部２２ｂで検出された中心座標位置や特定座標位置に基づいて、これに対応する測距点を設定する。撮像素子２１は複数の測距点に分けられており、この複数の測距点の中から、中心座標位置や特定座標位置の近傍にある測距点を設定し、設定した各測距点の中心座標を、測距エリア設定部３５およびコントラスト評価値演算部３６に出力する。なお、測距点は、ユーザが手動で設定するようにしても勿論かまわない。

位相差画素生成部３４は、画素値２１ａの内、位相差ＡＦ検出用画素の画像データを入力し、位相差ＡＦ検出用の画素列を生成し、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７および周期性被写体対策部３８（測距点決定部ともいう）に出力する。

デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、位相差ＡＦ検出用の画素列の画像データを入力し、位相差ＡＦ法によってデフォーカス量を演算し、各測距エリアのデフォーカス量を周期性被写体対策部３８に出力する。デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、像データに基づいて相関度が高い極値を検出する位相差検出部として機能する。位相差ＡＦによるデフォーカス量の演算および信頼性の判定については、図５ないし図７を用いて後述する。

デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、第１の焦点検出領域または第２の焦点検出領域の撮像データに基づいて位相差検出を行い、第１の位相差量または第２の位相差量を算出する焦点検出手段として機能する。また、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、位相差検出の結果の信頼性が高いか否か判定する信頼性判定手段として機能する。

測距エリア設定部３５は、ＡＦ測距点設定部３３からの各測距エリアの中心座標を入力し、測距エリアを設定し、周期性被写体対策部３８に出力する。測距エリア設定部３５は、設定した測距エリアに基づいて、撮像領域にて、第１の焦点検出領域と、該第１の焦点検出領域に含まれ第１の焦点検出領域よりも狭い複数の第２の焦点検出領域を設定する焦点領域設定手段として機能する（例えば、図９の広い焦点検出領域ｘ１１、狭い焦点検出領域ｘ１２〜ｘ１４、図２３ＡのＳ１とＳ３参照）。この焦点領域設定手段は、複数の第１の焦点検出領域を有する（例えば、図９の複数のｘ１２〜ｘ１４）。

コントラスト評価値演算部３６は、画素値２１ａから撮像用画素からの画素値を入力し、また、ＡＦ測距点設定部３３から各測距エリアの中心座標を入力する。これらの情報を用いて、コントラスト評価値の演算を行い、周期性被写体対策部３８に各測距エリアのコントラスト評価値を出力する。このコントラスト評価値は撮像用画素からの画素値を用いて演算するため、演算時間はかかるが精度のより高いコントラスト値を求めることができる。

周期性被写体対策部３８は、前述したように、測距エリア、各測距エリアのコントラスト評価値、各測距エリアのデフォーカス量、左右開口ＡＦ画素列を入力し、設定された測距エリアにおいて、周期性の被写体であっても適切な合焦点が得られるように、デフォーカス量を算出する。周期性被写体対策部３８は、位相差検出部により相関度が高い極値が複数個検出された場合に周期性被写体と判定する周期性被写体判定部として機能する。周期性被写体か否かの判定については、図８を用いて後述する。

次に、撮像素子２１および測距エリアについて、図３および図４を用いて説明する。図３に示す例では、撮像素子２１は、列方向Ｘ１−Ｘ７、行方向Ｙ１−Ｙ７に分割され、これらの４９エリアの１つ１つが、測距エリアになる。符号２１ｂで示すエリアは、（Ｘ１、Ｙ１）で表す。各エリアの各測距エリアの中心点２１ｃを測距エリアの中心座標とする。

図４は、１つの測距エリアの画素の配置例を示す。図３に示した各測距エリアの内部は、図４に示すように、位相差ＡＦ検出用画素と撮像用画素から構成されている。図４において、四角が１つの画素を表す。四角の中の左半分または右半分が黒色で塗りつぶされている画素が位相差ＡＦ検出画素であり、四角の中が何も塗りつぶされていない画素が撮像用画素である。

図４に示す測距エリアの中に、左開口位相差ＡＦ検出用画素２１ｄ、撮像用画素２１ｅ、右開口位相差ＡＦ用画素２１ｆが交互に並んでいる。すなわち、一番左側の列では、Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ４１が左開口位相差ＡＦ用画素２１ｄであり、Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ４１が右開口位相差ＡＦ画素２１ｆであり、これらの間に撮像用画素２１ｅが並んでいる。そして、一番左側から２列目は、撮像用画素２１ｅのみである。以後、位相差ＡＦ検出用画素を含む列と、撮像用画素のみからなる列が交互に繰り返して配置される。

なお、本実施形態においては、位相差ＡＦ検出用画素を含む列と撮像用画素のみからなる列が１列おきであったが、位相差ＡＦ検出用画素を含む列と位相差ＡＦ検出用画素を含む列の間に２列以上の撮像用画素のみからなる列を配置するようにしても勿論かまわない。

位相差画素生成部３４（図２参照）によって生成されるＡＦ画素列は、各画素列毎に、左開口ＡＦ検出用画素からの画素値の平均値、または右開口ＡＦ検出用画素からの画素値の平均値を算出する。本実施形態においては、各画素列は４画素となることから、各画素列毎に加算した上で、４で除算している。すなわち、以下のような演算によって生成される。

左開口ＡＦ検出用画素列：
Ｌ１＝（Ｌ１１＋Ｌ２１＋Ｌ３１＋Ｌ４１）／４
Ｌ２＝（Ｌ１２＋Ｌ２２＋Ｌ３２＋Ｌ４２）／４
Ｌ３＝（Ｌ１３＋Ｌ２３＋Ｌ３３＋Ｌ４３）／４
・・・
Ｌｎ＝（Ｌ１（ｎ）＋Ｌ２（ｎ）＋Ｌ３（ｎ）＋Ｌ４（ｎ））／４

右開口ＡＦ検出用画素列：
Ｒ１＝（Ｒ１１＋Ｒ２１＋Ｒ３１＋Ｒ４１）／４
Ｒ２＝（Ｒ１２＋Ｒ２２＋Ｒ３２＋Ｒ４２）／４
Ｒ３＝（Ｒ１３＋Ｒ２３＋Ｒ３３＋Ｒ４３）／４
・・・
Ｒｎ＝（Ｒ１（ｎ）＋Ｒ２（ｎ）＋Ｒ３（ｎ）＋Ｒ４（ｎ））／４

また、図４に示す例では、左上座標は（Ｘ１，Ｙ１）であり、右下座標は（Ｘｒ，Ｙｒ）であり、測距エリア中心座標２１ｃは（Ｘｋ，Ｙｋ）である。測距エリアの中心座標（Ｘｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］）は、顔中心座標／特定座標（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ）から各々測距エリア毎に任意の長さ（ａ［ｋ］，ｂ［ｋ］）を付加した位置（本実施形態においては、ｋ＝１〜７）となるので、
Ｘｃ［ｋ］＝Ｘｃｏ＋ａ［ｋ］、 Ｙｃ［ｋ］＝Ｙｃｏ＋ｂ［ｋ］
となる。なお、ｋは測距エリアの番号であり、ｋ＝０、１、２、・・・・、Ａｒｅａ＿ｎｕｍ−１ （Ａｒｅａ＿ｎｕｍ：測距エリア数）とする。

デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、測距エリアの中心（Ｘｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］）から（ｃ［ｋ］，ｄ［ｋ］）（ｃ［ｋ］、ｄ［ｋ］は、各エリアごとに予め決めた数値、相関演算のｘ、ｙ方向範囲）加減算し、左上座標（Ｘ１［ｋ］，Ｙ１［ｋ］）＝（Ｘｃ［ｋ］−ｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］−ｄ［ｋ］）、右下座標（Ｘｒ［ｋ］，Ｙｒ［ｋ］）＝（Ｘｃ［ｋ］＋ｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］＋ｄ［ｋ］）を定義し、この範囲内において、図５ないし図７を用いて説明する位相差ＡＦに基づくデフォーカス量を求める演算を行う。

図６は、位相差ＡＦの測距原理を示す図である。撮影レンズ１１の光束中に右開口Ｒと左開口Ｌを設け、撮像素子２１上で右開口Ｒのみの光束に基づく画素出力に相当する像ＯＲと、左開口Ｌのみの光束に基づく画素出力に相当する像ＯＬを比較すると、ピントが合っていない場合には、両像ＯＲ、ＯＬはシフト量ＺＲ分だけずれている。また、デフォーカス量ｄだけ離れた合焦位置では、両像ＩＮは一致している。したがって、シフト量ＺＲを求め、シフト量ＺＲに基づいてデフォーカス量ｄを求め、デフォーカス量ｄに基づいて撮影レンズ１１を合焦位置に移動させればよい。なお、図６中の符号Ｇは、左右開口の重心間の距離を示し、Ｆは、撮像面から瞳までの距離を示す。

図５（ａ）（ｂ）は、左開口位相差ＡＦ検出用画素列Ｌ１〜Ｌ（ｎ）の配列位置と対応する画素値（画素エッジ成分）を示す（図６の像ＯＬに相当する）。また図５（ｃ）（ｄ）は、右開口位相差ＡＦ検出用画素列Ｒ１〜Ｒ（ｎ）の配列位置と対応する画素値（画素エッジ成分）を示す（図６の像ＯＲに相当する）。これから、左右開口の画素列に投影された被写体像の相関を求める。被写体像の形状が最も類似している位相差ＡＦ検出用画素位置の差がシフト量（視差）ＺＲとなる。

シフト量は、例えば、左開口の画素列に対応するウインドウを固定し、右開口の画素列に対応するウインドウを１画素ずつずらし、右開口の画素列に対応するウインドウについて移動し終わると、次に、右開口の画素列に対応するウインドウを固定し、左開口の画素列に対応するウインドウを１画素ずつずらす。このときのウインドウ内の左開口位相差ＡＦ検出用画素値と右開口位相差ＡＦ検出用画素の差分の累積値から評価値Ｆｍを求める。この評価値Ｆｍが最小値となるときのずらし量がシフト量ＺＲである。

図７は、評価値Ｆｍが最小値となる付近における位相差ＡＦ検出用画素の位置とＦｍを示すグラフである。このグラフで位相差ＡＦ検出用画素の位置がｍｉｎにおいて評価値Ｆｍは最小となっている。ここで、評価値Ｆｍは離散的なデータであるので、最小値近傍の複数の評価値Ｆｍを用いて補間処理を行い、真の最小値を求めてシフト量ＺＲを算出する。

シフト量ＺＲを求めると、シフト量ＺＲからデフォーカス量ｄは下記式（１）により算出できる。すなわち、図６に示した関係から、
Ｇ：ＺＲ＝Ｆ＋ｄ：ｄ
（Ｆ＋ｄ）＊ＺＲ−ｄＧ＝０
ｄ＝Ｆ＊ＺＲ／（Ｇ−ＺＲ） ・・・（１）
ここで、ｄ：デフォーカス量
Ｆ：撮像素子から瞳までの距離
ＺＲ：シフト量
Ｇ：左右開口の重心間の距離

デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、位相差ＡＦの信頼値として、評価値Ｆｍの相関度傾きＦｓを使用する。すなわち、図７に示す例において、評価値Ｆｍの最小値（ＦＭＩＮ）とこの最小値の前後の２個のＦｍのうちで大きい方の評価値ＦＭを通る直線の傾きＦｓ［ｋ］を、信頼性を表す評価値として演算し、出力する。傾きＦｓ［ｋ］で近似して補間した極小値ａｎｓ１が、左開口と右開口の２像が最も相関が高くなるシフト量（像ずれ量）を示し、この値が２像間値となる。上記（１）式のＺＲにシフト量ａｎｓ１を代入し、デフォーカス量ｄを算出する。

次に、図８を用いて、周期性被写体を位相差ＡＦ法によって測距した場合について説明する。図８（ａ）は、周期性被写体の画素エッジ成分（画素出力）の一例を示す。図８（ａ）において、上段は、横軸にＡＦ画素位置をとり、縦軸に左開口のＡＦ画素列の画素エッジ成分の変化を示す。また、下段は、横軸にＡＦ画素位置をとり、縦軸に右開口のＡＦ画素列の画素エッジ成分の変化を示す。

周期性被写体であることから、右開口のＡＦ画素列も左開口の画素列もいずれも画素エッジ成分が周期的に同じパターンとなる。このため、図８（ａ）に示すように、左開口のＡＦ画素列のウインドウＷＲを固定し、右開口のＡＦ画素列のウインドウＷＬ１で相関演算を行うとシフト量はｚ１となり、ウインドウＷＬ２で相関演算を行うとシフト量はｚ２となり、ウインドウＷＬ３で相関演算を行うとシフト量ｚ３となる。

図８（ａ）に示すように、ウインドウＷＬ１〜ＷＬ３を順次移動させながら、シフト量を求めると、図８（ｂ）に示すように、シフト量ｚ１、ｚ２、ｚ３で極小値となる。このように、極小値が複数、検出されると、どれが真の極小値（すなわち、真の合焦点に対応するシフト量）かが判断できず、位相差ＡＦ方式の測距が困難となる。そこで、本実施形態においては、周期性被写体であることを検出した場合には、真の極小値を見出すためのアルゴリズムを実行するようにしている。そのため、まず、周期性被写体であるか否かを検出する。

本実施形態における周期性被写体の検出方法としては、下記の（Ａ１）〜（Ａ３）の３点に基づいて行う。
（Ａ１）相関度を示す評価値の極小値の総数（が２個以上）
（Ａ２）相関度を示す評価値の最大値Ｆｍａｘと最小値Ｆｍｉｎの差分が、閾値α以上
（Ａ３）相関度を示す評価値の極小値が閾値β未満

本実施形態においては、上記（Ａ１）〜（Ａ３）の条件の全てを満たした場合に周期性被写体と判定するが、この内の条件のいずれかを省略し、また他の条件を追加してもよい。また、閾値α、βは予め指定した固定値でもよく、また外部から指定してもよく、さらに他の要素に応じて変更可能としてもよい。

次に、遠方側と至近側に被写体が存在する場合（遠近混合の場合）の焦点調節について図９ないし図２３Ｂを用いて説明する。

図９は、遠近に被写体がそれぞれ存在する場合の一例を示す。図９において、
エリアｘ１１は広い焦点検出領域であり、エリアｘ１２〜ｘ１４はエリアｘ１１の内部に設定された狭い焦点検出領域である。本実施形態においては、エリアｘ１２〜ｘ１４は重複しないように、ずらして配置されている。なお、本実施形態においては、狭い焦点検出領域はｘ１２〜ｘ１４の３か所であるが、これに限らず、適宜、３か所よりも多くても少なくてもよい。

本実施形態においては、レリーズ釦の半押し（１ｓｔレリーズ押下げ）後は、常にどの領域（エリアｘ１１〜エリアｘ１４）においても焦点検出結果である像ずれ量を算出し、その信頼性を判定する。なお、像ずれ量は、画素位置をずらしながら、相関度を演算し、この相関度が極小値（極大値）を持つ時の画素位置のシフト量（位相差量）に相当する。さらにシフト量をデフォーカス量に変換し、これを像ずれ量としてもよい。また、像ずれ量を位相差量と記述する場合もある。

エリアｘ１１の焦点検出領域は検出範囲が広いため、大デフォーカス状態でも像ずれ量を算出できる。しかし、エリアｘ１１内の測距画素の数が多いことから、演算処理時間を高速化するため、図１０に示すように４画素加算後に平均した画像信号に基づいて、像ずれ量を算出する。

図１０では、画素Ｐｘ１〜Ｐｘ４の画素値を加算し、平均化した画素Ｐａｖｘ１に置き換えている。この処理によって、画素値（画素）の数は１／４に減り、このため演算処理の対象となる画素値（画素）が減るので、演算処理時間が高速化される。しかし、４画素の画素値を平均化することにより、誤差が含まれ、焦点検出精度が悪くなってしまう。

また、エリアｘ１２〜ｘ１４の焦点検出領域は狭いため、大デフォーカス状態では像ずれ量を算出することができない。しかし、図１１に示すような像ずれ量を算出する相関演算において、１画素毎に演算位置をシフトして相関度を検出しているために、焦点検出精度がよい。なお、図１１において、最上段の左側の一列と、右側の一列は、それぞれ画素列に対応し、各段の網掛け部分は相関演算を行う画素を示す。なお、相関度は下記式より算出する。
相関度＝Σ｜Ｂ画素（ｉ）−Ｒ画素（ｉ）｜

このように、本実施形態においては、エリアｘ１１の広い焦点検出領域と、エリアｘ１２〜ｘ１４の狭い焦点検出領域の複数の焦点検出領域において、それぞれの領域毎に像ずれ量を検出できる。これらの複数の像ずれ量について、信頼性判定により選択可能かどうか判断する。

信頼性判定は、下記の３つの条件に基づいて判定する。
（Ｂ１）図１２に示す相関度の傾きＦＳが閾値よりも大きいか（ＦＳ＞＞閾値）。
（Ｂ２）図１２に示す相関度の最大値と最小値の差分が閾値より大きいか（ＦＭＡＸ−ＦＭＩＮ＞閾値）。
（Ｂ３）図１０に示す被写体の画像信号列の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差であるコントラスト値ＣＭＩＮを算出し、このＣＭＩＮが閾値より大きいか（ＣＭＩＮ＞閾値）。
上記（Ｂ１）〜（Ｂ３）などの条件を満たしていれば信頼性判定がＯＫと判断する。なお、Ｂ１〜Ｂ３における閾値は、適宜、判定内容に応じて設定する。

本実施形態においては、迅速に大デフォーカス状態から狙いとする被写体に迅速かつ正確に合焦状態となるようにしたい。そこで、１ｓｔレリーズ押下後の大デフォーカス状態では、エリアｘ１１の広い焦点検出領域による像ずれ量を選択し、この像ずれ量を用いて合焦位置の近傍までフォーカスレンズを移動させる。フォーカスレンズが合焦位置の近傍に達すると、焦点検出精度の高いエリアｘ１２〜ｘ１５の狭い焦点検出領域による像ずれ量を選択して、フォーカスレンズの焦点調節を行う。

そこで、合焦近傍状態であるか否かの判断条件として、以下の（Ｃ１）〜（Ｃ３）を用いる。すなわち、条件（Ｃ１）〜（Ｃ３）のいずれかを満たした場合に、合焦近傍状態と判断する。
（Ｃ１） フォーカスレンズの駆動回数が第３の閾値を超えている。
（Ｃ２） 広い焦点検出領域と狭い焦点検出領域から算出されるそれぞれの像ずれ量の差が第２の閾値を下回っている。
（Ｃ３） 広い焦点検出領域の像ずれ量の絶対値の中で最大の像ずれ量が第１の閾値を下回り、狭い焦点検出領域から算出された像ずれ量の信頼性判定がＯＫである像ずれ量が１つ以上存在する。

以下、具体的な被写体の例を挙げて、広い焦点検出領域と狭い焦点検出領域からの像ずれ量の選択について説明する。

図１３は、被写体の一例であって、背景に壁があり、手前に人物が存在する場合であり、この被写体に焦点検出領域であるエリアｘ１１〜ｘ１４、エリアｘ２１〜ｘ２４、エリアｘ３１〜ｘ３４を重畳して示す。

図１４は、前述の図１３に示すような被写体を撮影する際に、フォーカスレンズが無限位置にある大デフォーカス状態から１ｓｔレリーズを押下げ、至近位置にある被写体（ここでは人物）に合焦するまでのフォーカスレンズ駆動の軌跡を示す。

１ｓｔレリーズ押下げ後の最初の焦点検出１、２回目（ｎ＝１、ｎ＝２）に基づくフォーカスレンズ駆動は、広い焦点検出領域（ｘ１１、ｘ２１、ｘ３１）における焦点検出結果を選択している。焦点検出３回目（ｎ＝３）以降の合焦近傍でのフォーカスレンズ駆動では狭い焦点検出領域（ｘ１２〜ｘ１４、ｘ２２〜ｘ２４、ｘ３２〜ｘ３４）のいずれかの焦点検出領域からの像ずれ量が信頼性判定でＯＫとなるため、そちらの結果を優先的に選択できる。

すなわち、１ｓｔレリーズ押下げ後、数回、焦点検出とフォーカスレンズ駆動を行うことにより、至近位置にいる被写体に寄り付ける（至近位置にいる被写体の合焦位置に近づく）。そこで、合焦となるまでの回数を閾値として設定すればよい。フォーカスレンズ駆動回数が第３の閾値を超えた場合、精度の悪い広い焦点検出領域による像ずれ量を除外しても問題ない。そして、第３の閾値を超えた場合は、より精度の高い狭い焦点検出領域の像ずれ量に基づいて焦点調節を行う。この条件は、上述の（Ｃ１）の条件に対応する。

図１５に、図１４の３回目（ｎ＝３）以降の合焦近傍状態において、広い焦点検出領域（ｘ１）から算出される像ずれ量に対応する相関度Ｃｏｒ＿ｂｒと、狭い焦点検出領域（ｘ１２〜ｘ１４）から算出される像ずれ量に対応する相関度Ｃｏｒ＿ｎａを示す。なお、図１５では、各焦点検出領域の中心座標は同一とする。

図１５において、広い焦点検出領域と狭い焦点検出領域のそれぞれの像ずれ量に対する相関度が最小値を示す像ずれ量の差ｄが第２の閾値以下の十分に小さいものであるならば、検出している像ずれ量は同一の被写体であると判断する。像ずれ量の差ｄが第２の閾値以下であれば、以後、広い焦点検出領域で算出された像ずれ量に代えて、精度の良い狭い焦点検出領域から算出された像ずれ量を選択する。この条件は、上述の（Ｃ２）の条件に対応する。

図１３に示すような被写体の場合、撮影者は狭い焦点検出領域（ｘ１２〜ｘ１４、ｘ２２〜ｘ２４、ｘ３２〜ｘ３４）に含まれる被写体の中で、最至近にいる人物に合焦させたい、と考えられる。図１６は、１ｓｔレリーズ押下げ直後（図１４におけるｎ＝１の時）の各エリアにおける焦点検出結果を示す。このときはフォーカスレンズの位置は無限位置にあり、広い焦点検出領域ｘ１１、ｘ２１、ｘ３１の焦点検出結果を四角「□」印で示し（後述する図１７、図２０〜図２２も同様）、狭い焦点検出領域ｘ１２〜ｘ１４、ｘ２２〜ｘ２４、ｘ３２〜ｘ３４の焦点検出結果を丸「○」印で示す（後述する図１７、図２０〜図２２も同様）。

図１６に示す状態（図１４におけるｎ＝１の時）では、手前の被写体（人物）を検出できているエリアｘ１１の広い焦点検出領域の像ずれ量を選択したい。この時、エリアｘ１１の広い焦点検出領域の像ずれ量が最大値であり、その値Ｌ１が第１の閾値を超えているため、広い焦点検出領域の像ずれ量は除外しない。なお、図１６中で「×」印は、信頼度が低いことを示す（後述する図１７、図２０〜図２２も同様）。また、図１６にはないが、「−」印は、除外することを示す（図１７、図２０〜図２２参照）

図１７に示す状態（図１４におけるｎ＝３の時）では、１ｓｔレリーズ押下げから２回フォーカスレンズを駆動した後であり、手前の被写体（人物）を検出している狭い焦点検出領域の像ずれ量の信頼性判定がＯＫとなっている。この時、エリアｘ１１の広い焦点検出領域の像ずれ量が最大値である。また、エリアｘ１１の像ずれ量の値Ｌ２が第１の閾値を下回っているため、精度の悪いエリアｘ１１、ｘ２１、ｘ３１の広い焦点検出領域の像ずれ量は除外する。その結果、精度の良いエリアｘ１２やエリアｘ２２の狭い焦点検出領域の像ずれ量が選択される。この条件は、上述の（Ｃ３）の条件に対応する。

次に、図１８に示すような被写体で測距枠（測距エリア）が設定された場合について説明する。この場合には、撮影者は狭い焦点検出領域に含まれる被写体である壁に合焦させたい、と考えられる。図１９は、図１８に示すような被写体で測距枠（測距エリア）が設定された場合のフォーカスレンズの駆動軌跡の例を示す。

図２０に示す状態（図１９におけるｎ＝１の時）は、１ｓｔレリーズ押下げ直後（ｎ＝１の時）であり、フォーカスレンズは無限位置にある。そして、図１３〜図１７で説明した場合と同様に、エリアｘ１１やエリアｘ２１の広い焦点検出領域の像ずれ量を選択し、至近位置にいる被写体（人物）に向けてフォーカスレンズを移動させてしまう。この時、エリアｘ１１の広い焦点検出領域の像ずれ量が最大値（最至近）であり、その値Ｌ３が第１の閾値を超えているため、広い焦点検出領域ｘ１１、ｘ２１、ｘ３１の像ずれ量は除外されない。

図２１に示す状態（図１９におけるｎ＝３の時）は、１ｓｔレリーズ押下げから２回目のレンズ駆動後であり、フォーカスレンズは至近位置に近い。この状態では、エリアｘ１２〜ｘ１４、ｘ２２〜ｘ２４、ｘ３２〜ｘ３４の信頼性は全てＮＧ（大ボケ状態）であり、すなわち、狭い焦点検出領域による信頼性判定がＯＫとなる像ずれ量が存在しない。このため、至近位置にいる被写体には合焦できないと判断する。

図２１に示す状態（図１９におけるｎ＝３の時）では、エリアｘ１１の広い焦点検出領域の像ずれ量が最大値であり、その値Ｌ４が第１の閾値を下回っているが、狭い焦点検出領域の信頼性は全てＮＧであり至近位置には撮影者が合焦させたい被写体が存在しない。このため、現在のレンズ位置よりも至近位置であるエリアｘ１１やエリアｘ２１の広い焦点検出領域の像ずれ量を除外する。また、広い焦点検出領域ｘ３１の像ずれ量は、合焦近傍を示しておらず、その符号は負（無限側）である。この結果、広い焦点検出領域ｘ３１からの像ずれ量に基づいて、フォーカスレンズの駆動を行う。

図２２に示す状態（図１９におけるｎ＝５の時）は、１ｓｔレリーズ押下げから４回目のレンズ駆動後であり、フォーカスレンズは無限位置に近い。この状態では、狭い焦点検出領域による信頼性判定がＯＫとなる像ずれ量が存在するため、精度の良い狭い焦点検出領域の像ずれ量を選択する。

仮に、図２１、２２の状態で、至近位置を検出している広い焦点検出領域の像ずれ量を除外しない場合、再度無限位置に駆動した後に、再度至近位置へと駆動する現象が発生し、その動きを繰り返すことで無限位置と至近位置を往復するハンチングとなってしまう。しかし、前述したように、本実施形態においては、至近位置を検出している広い焦点検出領域の像ずれ量を除外しているので、ハンチングを防止できる。

図２１に示す、至近位置の広い焦点検出領域の像ずれ量を除外する処理は、撮影している被写体が変わったと判断しない限り、ハンチングを発生させないために保持し続けることが望ましい。以下の（Ｄ）〜（Ｆ）のいずれかの条件を満たした場合には、撮影している被写体が変わったと判断し、除外処理を解除する。

（Ｄ） カメラが左右上下に振られたり、レンズの焦点距離（ズーム）が変わったりなどして、撮影している画角が変化した場合。
（Ｅ） １ｓｔレリーズを終了したり、コンティニアスＡＦで焦点検出結果の信頼性判定でＮＧが続くなどして、１ｓｔレリーズ押下直後の焦点検出処理からやり直したりした場合。
（Ｆ） 被写体に寄り付けず、焦点検出結果の信頼性判定でＮＧが続くなどして、フォーカスレンズを無限端から至近端まで高速駆動するスキャン駆動を実施した場合。

次に、図２３Ａおよび図２３Ｂに示すフローチャートを用いて、本実施形態における焦点調節動作について説明する。このフローは、不揮発性メモリ（不図示）に記憶されたプログラムに基づいてＡＦ演算部２３内に設けられたＣＰＵ等が図１、２に示す各部を制御することにより実行する。

レリーズ釦が半押し（１ｓｔレリーズ）されると、図２３Ａに示す焦点調節のフローが動作を開始する。まず、狭い焦点検出領域において焦点検出を行う（Ｓ１）。ここでは、測距エリア設定部３５が、設定可能な複数の狭い焦点検出領域（例えば、ｘ１２〜ｘ１４）を設定し、複数の狭い焦点検出領域の各エリア内の測距画素の画素値に基づいて、像ずれ量を算出する。

狭い焦点検出領域における像ずれ量を算出すると、次に、広い焦点検出領域において焦点検出を行う（Ｓ３）。ここでは、測距エリア設定部３５が、設定可能な広い焦点検出領域（例えば、ｘ１１）を設定し、広い焦点検出領域の各エリア内の測距画素の画素値に基づいて、像ずれ量を算出する。

広い焦点検出領域で焦点検出を行うと、次に、狭い焦点検出領域の結果は、信頼性がＯＫか否かを判定する（Ｓ５）。ここでは、ステップＳ１において取得した焦点検出の結果に対して、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７が図７を用いて説明した信頼性評価を行い、この評価に基づいて判定する。

ステップＳ５における判定の結果、信頼性がＯＫの場合には、次に、広い焦点検出領域の結果は、信頼性がＯＫか否かを判定する（Ｓ７）。ここでは、ステップＳ３において取得した焦点検出の結果に対して、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７が図７を用いて説明した信頼性評価を行い、この評価に基づいて判定する。一方、判定の結果、信頼性がＯＫでない場合には、狭い焦点検出結果の信頼性はＯＫであることから、この狭い焦点検出領域における複数の焦点検出結果から最終的な像ずれ量を決定すべくステップＳ３１に進む。

ステップＳ７における判定の結果、信頼性がＯＫの場合には、次に、合焦近傍に被写体が存在するか否かを判定する（Ｓ９）。ここでは、現在のフォーカスレンズの位置の近傍に、被写体が存在するか否かを判定する。広い焦点検出領域からの像ずれ量が、第１の閾値よりも小さい場合には、合焦近傍に被写体が存在すると判定できる。この状態は、図１７において距離Ｌ２が第１の閾値より小さい場合に対応し、また、図１４のｎ＝３の状態にも対応する。また、合焦近傍に被写体が存在しない場合は、例えば、図１６（図１４のｎ＝１）に対応する。この判定における結果、合焦近傍に被写体が存在しない場合には、狭い焦点検出領域および広い焦点検出領域の両検出領域の信頼性がＯＫであることから、両検出領域における複数の焦点検出結果から最終的な像ずれ量を決定すべくステップＳ３１に進む。図１６においては、最至近を示す広い焦点検出領域ｘ１１の像ずれ量が選択され決定される（ステップＳ３１）。

なおステップＳ９では、合焦近傍に被写体が存在するか否かの判定の他に、以下の判定方法を行ってもよい。広い焦点検出領域の像ずれ量と狭い焦点検出領域の像ずれ量の差が、第２の閾値より小さいか否か判定し、第２の閾値より小さい場合はステップＳ１１に進み、広い焦点検出領域の結果を除外し、狭い焦点検出領域の像ずれ量を採用する。これは、図１５にて説明したように、像ずれ量の差ｄが第２の閾値より小さい場合であり、上述の（Ｃ２）の条件を満たす場合である。

ステップＳ９における判定の結果、合焦近傍に被写体が存在する場合には、次に、広い焦点検出領域の結果を除外する（Ｓ１１）。ステップＳ９における判定の結果がＹｅｓであったことから、狭い焦点検出領域内の像ずれ量が大デフォーカス状態とならず、正確に焦点検出することができることから、広い焦点検出領域による焦点検出の結果を使用しないようにする。例えば、図１７（図１４のｎ＝３）、図２２（図１９のｎ＝５）に対応する。

ステップＳ１１において、広い焦点検出領域の結果を除外すると、狭い焦点検出領域の検出結果から最終的な像ずれ量を決定すべくステップＳ３１に進む。図１７においては、広い焦点検出領域ｘ１１、ｘ２１は除外され、狭い焦点検出領域ｘ１２の像ずれ量が選択され決定される（ステップＳ３１）。また図２２においては、広い焦点検出領域ｘ１１、ｘ１２、ｘ１３は除外され、狭い焦点検出領域のうちから、ｘ２３の像ずれ量が選択され決定される（ステップＳ３１）。

ステップＳ５に戻り、判定の結果、狭い焦点検出領域の結果の信頼性がＯＫでない場合には、広い焦点検出領域の結果は、信頼性がＯＫか否かを判定する（Ｓ１３）。ここでは、ステップＳ３において取得した焦点検出の結果に対して、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７が図７を用いて説明した信頼性評価を行い、この評価に基づいて判定する。

ステップＳ１３における判定の結果、信頼性がＯＫの場合には、合焦近傍に被写体が存在するか否かを判定する（Ｓ１５）。ここでは、現在のフォーカスレンズの位置の近傍に、被写体が存在するか否かを判定する。広い焦点検出領域からの像ずれ量が、第１の閾値よりも小さい場合には、合焦近傍に被写体が存在すると判定できる。ステップＳ１５における判定の結果、合焦近傍に被写体が存在しない場合には、広い焦点検出領域の検出結果から最終的な像ずれ量を決定すべくステップＳ３１へ進む。

ステップＳ１５における判定の結果、合焦近傍に被写体が存在する場合には、至近側の広い焦点検出領域の結果を除外する（Ｓ１７）。ここでは、広い焦点検出領域ｘ１１、ｘ２１、ｘ３１からの像ずれ量の内、至近側の結果を除外する。これは、図２１において、至近側の像ずれ量となったエリアｘ１１、ｘ２１の結果を除外していることに対応している。ステップＳ１７において、至近側の広い焦点検出領域の結果を除外すると、除外された検出結果以外から最終的な像ずれ量を決定すべくステップＳ３１へ進む。図２１においては、広い焦点検出領域ｘ１１、ｘ１２が除外され、狭い焦点検出領域は全て信頼性がＯＫではないので、広い焦点検出領域ｘ３１の像ずれ量が選択される（ステップＳ３１）。

ステップＳ１３に戻り、この判定の結果、広い焦点検出領域の結果は、信頼性がＯＫでない場合には、次に、被写体が変化したか否かについて判定する（Ｓ１９）。この場合は、狭い焦点検出領域の結果と広い焦点検出領域の結果の両方について、信頼性がＯＫでない（Ｓ５Ｎｏ、Ｓ１３Ｎｏ）。このような場合は、被写体自体が移動してしまった場合や、撮影者がカメラの撮影方向を変化させてしまった場合や、撮影者がズーミングを行い画角が変化してしまった場合等がある。また、前述の（Ｅ）（Ｆ）等の条件を満たしている場合もある。このステップでは、これらの条件を満たしているか否かを判定する。

ステップＳ１９における判定の結果、被写体が変化していない場合には、除外処理を継続する（Ｓ２１）。ここでは、ステップＳ１１およびステップＳ１７における除外処理を継続する。

一方、ステップＳ１９における判定の結果、被写体が変化した場合には、除外処理を解除する（Ｓ２３）。ここでは、ステップＳ１１およびステップＳ１７における除外処理を解除する。

ステップＳ２１において除外処理を継続すると、またはステップＳ２３において除外処理をクリアすると、ステップＳ１に戻り、前述の動作を繰り返す。

ステップＳ７における判定の結果がＮｏの場合、またはステップＳ９における判定の結果がＮｏの場合、またはステップＳ１１において除外処理を行うと、またはステップＳ１５における判定の結果がＮｏの場合、またはステップＳ１７において除外処理を行うと、次に、残ったエリアの中から最至近エリアを選択する（Ｓ３１）。ここでは、これまでの処理で残ったエリアの中から最至近位置を示すエリアを選択する。

次に、デフォーカス量を演算する（Ｓ３３）。ここでは、ステップＳ３１において選択されたエリアの像ずれ量を用いて、上述の（１）式を用いて、デフォーカス量を演算する。

デフォーカス量を算出すると、次に、合焦か否かを判定する（Ｓ３５）．ここでは、ステップＳ３３において算出されたデフォーカス量が、０または０の近傍（所定範囲内）にあるか否かを判定する。

ステップＳ３５における判定の結果、合焦でない場合には、最終のデフォーカス量でレンズ駆動を行う（Ｓ３７）。ここでは、ステップＳ３３において算出されたデフォーカス量に基づいて、ＡＦ演算部２３はフォーカスレンズの駆動量を算出し、レンズ制御部１３を介してアクチュエータ１２によってフォーカスレンズを合焦位置に移動させる。レンズ駆動を行うと、ステップＳ１に戻り、前述の処理を実行する。

一方、ステップＳ３５における判定の結果、合焦の場合には、Ｃ−ＡＦ（コンティニュアスＡＦモード）か否かを判定する（Ｓ３９）。Ｃ−ＡＦは、ユーザによってＡＦモード設定画面等において手動設定されるので、この設定状態に基づいて判定される。この判定の結果、Ｃ−ＡＦモードに設定されていない場合には、この焦点調節動作のフローを終了する。

一方、ステップＳ３９における判定の結果、Ｃ−ＡＦモードが設定されていた場合には、次に、２Ｒが押し下げられたか否かを判定する（Ｓ４１）。構図等が決まり撮影を行う場合には、ユーザはレリーズ釦の全押し（２Ｒレリーズ）を行う。ここでは、レリーズ釦の操作状態に基づいて判定する。この判定の結果、２Ｒレリーズでない場合には、Ｃ−ＡＦモードが保持されていることから、ステップＳ１に戻り、前述の処理を行う。一方、２Ｒレリーズがなされた場合には、この焦点調節動作のフローを終了し、本撮影動作の処理に移る。

上述の本発明の一実施形態においては、下記特徴（１）〜（４）を有している。

（１） 大デフォーカス状態を検出できる広い焦点検出領域（例えば、ｘ１１）と、その広い焦点検出領域内に設定した1つ以上存在する狭い焦点検出領域（例えば、ｘ１２〜ｘ２４）から、所定の期間内においては常にどちらの焦点検出結果も算出し、その焦点検出結果の信頼性を判定している（例えば、図９〜図１２、図２３ＡのＳ１、Ｓ３等参照）。このため、遠近混在の被写体であっても、大デフォーカス状態からフォーカスレンズが合焦近傍になった状態でも、撮影者の合焦させたい被写体に的確に合焦させることができる。

（２） 被写体が合焦近傍になったと判断される条件によって、検出精度の悪い広い焦点検出領域の算出結果を除外して、検出精度の良い狭い焦点検出領域の算出結果を選択して、素早く合焦判断している（例えば、図１３〜図１７、図２３ＡのＳ５〜Ｓ１１等参照）。この処理を行うことにより、フォーカスレンズが大デフォーカス状態の位置から合焦近傍に移動した場合に、検出精度よく合焦することができる。本実施形態においては、被写体が合焦近傍にある条件として、上述の条件（Ｃ１）〜（Ｃ３）のいずれか１つを満たせばよい。また、条件（Ｃ１）〜（Ｃ３）を修正した下記の条件（Ｇ１）〜（Ｇ３）でもよい。

（Ｇ１） 被写体が大デフォーカス状態で１ｓｔレリーズ押下後、フォーカスレンズの駆動回数が閾値を超える場合。
（Ｇ２） 広い焦点検出領域と狭い焦点検出領域から算出されるそれぞれの像ずれ量が、共に信頼性判定がＯＫであり、且つ像ずれ量の差が閾値を下回る場合。
（Ｇ３） １つ以上存在する信頼性判定がＯＫである広い焦点検出領域の像ずれ量の絶対値の中で、最大の検出結果が閾値を下回り、且つ狭い焦検出領域から算出された像ずれ量の信頼性判定がＯＫである検出結果が１つ以上存在する場合。

（３） 現在のフォーカスレンズ位置の合焦近傍にいる被写体が、撮影者が合焦させたい撮像範囲に存在しないと判断される条件によって、駆動しているフォーカスレンズ位置よりも至近側に検出される広い焦点検出領域の検出結果を全て除外している（例えば、図１８〜図１２、図２３ＡのＳ１３〜Ｓ１７等参照））。

なお、被写体が撮像範囲に存在しない条件とは、1つ以上存在する信頼性判定がＯＫである広い焦点検出領域の像ずれ量の絶対値の中で、最大の検出結果が閾値を下回り、且つ狭い焦点検出領域から算出された像ずれ量の信頼性判定がＯＫである検出結果が１つも存在しない場合である。上述の（３）の処理を行うことにより、至近側に被写体が存在しない場合に、偽合焦することを防止することができる。

（４） 上述の（３）における処理は、リセット条件を満たさない限り、撮影している被写体が大きく変化していないと判断し、駆動しているフォーカスレンズ位置よりも至近側に検出される広い焦点検出領域の検出結果を全て除外する状態を保持し続ける（例えば、図２３ＡのＳ１９〜Ｓ２３）。この処理を行うことにより、ハンチング等を防止することができる。

上述の保持状態のリセット条件とは、上述した条件（Ｄ）〜（Ｆ）のいずれか１つを満たせばよい。また、条件（Ｄ）〜（Ｆ）を修正した下記の条件（Ｈ１）〜（Ｈ３）でもよい。
（Ｈ１） 撮影している被写体の画角が変化する場合、（例えば、撮影者がカメラをパンチルトすること、レンズのズーム変化など）。
（Ｈ２） １ｓｔレリーズを終了したり、コンティニアスＡＦで焦点検出結果の信頼性判定でＮＧが続くなどして、1stレリーズ押下直後の焦点検出処理からやり直したりする場合。
（Ｈ３） 被写体の合焦位置が検出できず、フォーカスレンズを無限端から至近端まで高速駆動するスキャン駆動を実施すること。

以上説明したように、本発明の一実施形態においては、フォーカスレンズを含む撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を撮像して撮像データを生成し、該撮像データに基づいて焦点調節動作を行っている。そして、撮像領域にて、第１の焦点検出領域（例えば、図９の広い焦点検出領域ｘ１１等参照）と、該第１の焦点検出領域に含まれ第１の焦点検出領域よりも狭い第２の焦点検出領域（例えば、図９の狭い焦点検出領域ｘ１２〜ｘ１４等参照）を設定し、第１の焦点検出領域または第２の焦点検出領域の撮像データに基づいて位相差検出を行い、第１の位相差量または第２の位相差量をそれぞれ算出している（例えば、図２３ＡのＳ１、Ｓ３参照）。

また、本実施形態においては、位相差検出の結果の信頼性が高いか否か判定し（例えば、図７、図２３ＡのＳ５、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１３等参照）、第１の位相差量が、第１の閾値より大きいと判定される場合に第１の位相差量に基づいて焦点調節動作を行い、焦点調節動作後に焦点検出を実行させ、第１の位相差量と第２の位相差量の両方の信頼性が高く、かつ両方の差が第２の閾値より小さいと判定され、かつ、第１の位相差量が第１の閾値より小さいと判定される場合に、第２の位相差量に基づいて焦点調節動作を行う。

なお、本発明の一実施形態においては、位相差ＡＦ検出のために、撮像素子２１に位相差ＡＦ検出用画素を配置した所謂、像面位相差ＡＦを採用している。しかし、これに限らず、撮像素子２１とは別に位相差検出部を設けるようにしても勿論かまわない。

また、本発明の一実施形態においては、画像処理部２２内の顔検出部２２ａおよび追尾部２２ｂは、それぞれ顔検出回路および追尾回路を有していたが、ハードウエア回路に代えて、ＣＰＵとプログラムによってソフトウエア的に構成してもよく、ヴェリログ（Verilog）によって記述されたプログラム言語に基づいて生成されたゲート回路等のハードウエア構成でもよく、またＤＳＰ（Digital Signal Processor）を利用して構成してもよい。これらは適宜組み合わせてもよいことは勿論である。また、ＣＰＵに限らず、コントローラとしての機能を果たす素子であればよい。

また、ＡＦ演算部２３内の各部は、ＣＰＵとプログラムによってソフトウエア的に構成する以外にも、各部の一部または全部をハードウエア回路で構成してもよく、ヴェリログ（Verilog）によって記述されたプログラム言語に基づいて生成されたゲート回路等のハードウエア構成でもよく、またＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のソフトを利用したハードウエア構成を利用してもよい。これらは適宜組み合わせてもよいことは勿論である。デフォーカス量の演算や、信頼性評価や、コントラスト評価値の演算、位相差画素の生成等は、画一的な演算処理を繰り返し行うことがハードウエア回路で構成することが望ましい。また、ＣＰＵに限らず、コントローラとしての機能を果たす素子であればよい。

また、本発明の一実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもミラーレスカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型コンピュータ、ゲーム機器等に内蔵されるカメラ、医療用カメラ、顕微鏡等の科学機器用のカメラ、自動車搭載用カメラ、監視用カメラでも構わない。いずれにしても、位相差ＡＦによって焦点検出を行う機器であれば、本発明を適用することができる。

また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０・・・交換レンズ鏡筒、１１・・・撮影レンズ、１２・・・アクチュエータ、１３・・・レンズ制御部、２０・・・カメラ本体、２１・・・撮像素子、２１ａ・・・画素値、２１ｃ・・・測距エリア中心点、２１ｄ・・・左開口位相差ＡＦ検出用画素、２１ｅ・・・撮像用画素、２１ｆ・・・右開口位相差ＡＦ検出用画素、２２・・・画像処理部、２２ａ・・・顔検出部、２２ｂ・・・追尾部、２３・・・ＡＦ演算部、２４・・・記録部、３３・・・ＡＦ測距点設定部、３４・・・位相差画素生成部、３５・・・測距エリア設定部、３６・・・コントラスト評価部、３７・・・デフォーカス量演算部／信頼性評価部、３８・・・周期性被写体対策部（測距点決定部）、Ｓ・・・被写体、ＺＲ・・・シフト量、ｄ・・・デフォーカス量、ｘ１１・・・広い焦点検出領域、ｘ１２〜ｘ１４・・・狭い焦点検出領域

Claims (7)

1. フォーカスレンズを含む撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を撮像して撮像データを生成し、該撮像データに基づいて焦点調節動作を行う焦点調節装置において、
   撮像領域にて、第１の焦点検出領域と、該第１の焦点検出領域に含まれ第１の焦点検出領域よりも狭い第２の焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定手段と、
   上記第１の焦点検出領域または第２の焦点検出領域の撮像データに基づいて位相差検出を行い、第１の位相差量または第２の位相差量をそれぞれ算出する焦点検出手段と、
   上記位相差検出の結果の信頼性が高いか否か判定する信頼性判定手段と、
   上記焦点検出手段の算出する位相差量に基づいて焦点調節動作を行う制御手段と、
   を有し、
   上記制御手段は、上記第１の位相差量が、第１の閾値より大きいと判定される場合に上記第１の位相差量に基づいて焦点調節動作を行い、上記焦点調節動作後に上記焦点検出手段により焦点検出を実行させ、上記第１の位相差量と上記第２の位相差量の両方の信頼性が高く、かつ両方の差が第２の閾値より小さいと判定され、かつ、上記第１の位相差量が第１の閾値より小さいと判定される場合に、上記第２の位相差量に基づいて焦点調節動作を行う、
   ことを特徴とする焦点調節装置。
2. 上記焦点検出領域設定手段は、複数の上記第１の焦点検出領域を有し、
   上記制御手段は、上記焦点検出手段により上記複数の第１の焦点検出領域について算出される複数の上記第１の位相差量のうちで最大値を上記第１の位相差量とすることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. フォーカスレンズを含む撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を撮像して撮像データを生成し、該撮像データに基づいて焦点調節動作を行う焦点調節装置において、
   撮像領域にて、第１の焦点検出領域と、該第１の焦点検出領域にそれぞれ含まれ第１の焦点検出領域よりも狭い第２の焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定手段と、
   上記第１の焦点検出領域または第２の焦点検出領域の撮像データに基づいて位相差検出を行い、第１の位相差量または第２の位相差量をそれぞれ算出する焦点検出手段と、
   上記位相差検出の結果の信頼性が高いか否か判定する信頼性判定手段と、
   上記焦点検出手段の算出する位相差量に基づいて焦点調節動作を行う制御手段と、
   を有し、
   上記制御手段は、上記複数の第１の位相差量の絶対値のうちの最大値が第１の閾値より大きいと判定される場合に上記最大値に対応する第１の位相差量に基づいて焦点調節動作を行い、上記焦点調節動作後に上記焦点検出手段により焦点検出を実行させ、上記複数の第１の位相差量の絶対値のうちの最大値が上記第１の閾値よりも小さく、かつ、上記複数の第２の位相差量の全ての信頼性が高くないと判定される場合に、上記複数の第１の位相差量のうちで負の値を示す位相差量に基づいて焦点調節動作を行う、
   ことを特徴とする焦点調節装置。
4. 上記焦点調節装置の撮影画角の変更を判定する画角変更判定手段を有し、
   上記制御手段は、上記画角変更判定手段により上記撮像領域の画角が変更されたと判定されるまで、上記複数の第１の位相差量のうちの負の値を示す位相差量に基づく焦点調節動作を継続することを特徴とする請求項３に記載の焦点調節装置。
5. 上記撮影レンズは変倍光学系を含み、
   上記画角変更判定手段は、上記変倍光学系の焦点距離の変化に基づいて上記撮影画角の変更を判定することを特徴とする請求項４に記載の焦点調節装置。
6. 上記焦点調節装置の姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、
   上記画角変更判定手段は、上記姿勢検出手段の出力に基づいて上記撮影画角の変更を判定することを特徴とする請求項４に記載の焦点調節装置。
7. フォーカスレンズを含む撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を撮像して撮像データを生成し、該撮像データに基づいて焦点調節動作を行う焦点調節方法において、
   撮像領域にて、第１の焦点検出領域と、該第１の焦点検出領域に含まれ第１の焦点検出領域よりも狭い第２の焦点検出領域を設定し、
   上記第１の焦点検出領域または第２の焦点検出領域の撮像データに基づいて位相差検出を行い、第１の位相差量または第２の位相差量をそれぞれ算出し、
   上記位相差検出の結果の信頼性が高いか否か判定し、
   上記第１の位相差量が、第１の閾値より大きいと判定される場合に上記第１の位相差量に基づいて焦点調節動作を行い、上記焦点調節動作後に上記焦点検出を実行させ、上記第１の位相差量と上記第２の位相差量の両方の信頼性が高く、かつ両方の差が第２の閾値より小さいと判定され、かつ、上記第１の位相差量が第１の閾値より小さいと判定される場合に、上記第２の位相差量に基づいて焦点調節動作を行う、
   ことを特徴とする焦点調節方法。

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