(57)【要約】【課題】合焦後の不要なフォーカス素子の再駆動を低減する。【解決手段】撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子１０７を有する。ＣＰＵ１２１は、撮像素子からの出力信号を用いて、位相差検出方式の焦点検出に用いられる対の焦点検出信号を生成し、該対の焦点検出信号の位相差と可変である変換係数とを用いてデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量に応じてフォーカス素子を駆動する。さらにフォーカス素子の駆動を停止させた後に、デフォーカス量が所定条件を満たすことに応じてフォーカス素子を再駆動する。変換係数に応じて所定条件を異ならせる。【選択図】図１
2020067489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの出力信号を用いて、位相差検出方式の焦点検出に用いられる対の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、
前記対の焦点検出信号の位相差と可変である変換係数とを用いてデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
前記デフォーカス量に応じてフォーカス素子を駆動する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記フォーカス素子の駆動を停止させた後に、前記デフォーカス量が所定条件を満たすことに応じて前記フォーカス素子を再駆動し、
前記変換係数に応じて前記所定条件を異ならせることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記所定条件は、連続して所定回数、所定量を超えるデフォーカス量が算出されたことであり、
前記制御手段は、前記変換係数に応じて前記所定回数を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記所定回数を、前記変換係数が大きいほど多くすることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記所定条件は、少なくとも１回、所定量を超えるデフォーカス量が算出されたことであり、
前記制御手段は、前記変換係数に応じて前記所定量を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記所定量を、前記変換係数が大きいほど大きくすることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記変換係数は、前記撮像光学系の射出瞳距離、Ｆ値および枠情報、前記撮像素子の設定瞳距離、前記焦点検出を行った像高および前記撮像素子において前記対の焦点検出信号を生成するために出力を加算した画素の数のうち少なくとも１つに応じて変化することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号を用いて、位相差検出方式の焦点検出を行う撮像装置の制御方法であって、
前記出力信号を用いて対の焦点検出信号を生成するステップと、
前記対の焦点検出信号の位相差と可変である変換係数とを用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応じてフォーカス素子を駆動するステップと、
前記フォーカス素子の駆動を停止させた後に、前記デフォーカス量が所定条件を満たすことに応じて前記フォーカス素子を再駆動するステップとを有し、
前記変換係数に応じて前記所定条件を異ならせることを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項８】
被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号を用いて、位相差検出方式の焦点検出を行う撮像装置のコンピュータに、請求項１から７のいずれか一項に記載の制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカス素子の駆動を制御する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動画の撮像においてＡＦ（オートフォーカス）を行う場合には、フォーカスレンズを駆動して一旦、被写体に対してピントが合うと、動画の品位が低下しないようにフォーカスレンズの駆動を停止した上で、被写体に対するデフォーカス量を検出し続ける。そして、被写体が動く等してデフォーカス量が閾値を超えると、該デフォーカス量に応じて再びフォーカスレンズを駆動する。特許文献１および特許文献２には、このような動画撮像時のＡＦが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６０８７７１４号
【特許文献２】特開２０１２−１８９９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、低輝度被写体の動画撮像を行う場合のように、検出されるデフォーカス量の変動が大きいと、被写体が動いていないにもかかわらず、該変動によって大きなデフォーカス量が検出されるおそれがある。これにより、フォーカスレンズの不要な再駆動が行われ、動画の品位が低下する。
【０００５】
本発明は、合焦後の不要なフォーカスレンズの再駆動を低減することができるようにした撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子と、撮像素子からの出力信号を用いて、位相差検出方式の焦点検出に用いられる対の焦点検出信号を生成する信号生成手段と、該対の焦点検出信号の位相差と可変である変換係数とを用いてデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、デフォーカス量に応じてフォーカス素子を駆動する制御手段とを有する。制御手段は、フォーカス素子の駆動を停止させた後に、デフォーカス量が所定条件を満たすことに応じてフォーカス素子を再駆動し、変換係数に応じて所定条件を異ならせることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の一側面としての制御方法は、被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号を用いて、位相差検出方式の焦点検出を行う撮像装置に適用される。該制御方法は、撮像素子の出力信号を用いて対の焦点検出信号を生成するステップと、該対の焦点検出信号の位相差と可変である変換係数とを用いてデフォーカス量を算出するステップと、該デフォーカス量に応じてフォーカス素子を駆動するステップと、フォーカス素子の駆動を停止させた後に、デフォーカス量が所定条件を満たすことに応じてフォーカス素子を再駆動するステップとを有する。そして、変換係数に応じて所定条件を異ならせることを特徴とする。
【０００８】
なお、撮像装置のコンピュータに、上記制御方法に従う処理を実行させるコンピュータプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、合焦後の不要なフォーカス素子の再駆動を低減して安定的に良好なフォーカス制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１である撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施例１における画素配列を示す図。
【図３】実施例１における画素の正面図と断面図。
【図４】実施例１における瞳分割の説明図。
【図５】実施例１におけると瞳分割の別の説明図。
【図６】実施例１における対の焦点検出信号の位相差（像ずれ量）とデフォーカス量との関係を示す図。
【図７】実施例１における焦点検出処理を示すフローチャート。
【図８】実施例１における対の焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングの説明図。
【図９】実施例１におけるフィルタ処理の通過帯域を示す図。
【図１０】実施例１におけるフォーカスレンズの駆動停止を示す図。
【図１１】実施例１におけるフォーカスレンズの再駆動を示す図。
【図１２】実施例１におけるフォーカスレンズの駆動停止中のデフォーカス量のばらつきを示す図。
【図１３】実施例１におけるフォーカスレンズの再駆動条件を示す図。
【図１４】実施例１における変換係数と所定回数との関係を示す図。
【図１５】本発明の実施例２における変換係数と合焦停止幅との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例である撮像装置としてのカメラの構成を示している。カメラは、撮像光学系を有する。撮像光学系は、その前端（最も被写体側）に配置された第１レンズ群１０１、絞り兼シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、第３レンズ群１０５および光学ローパスフィルタ１０６を含む。第１レンズ群１０１は、光軸方向に移動可能である。絞り兼用シャッタ１０２は、その絞り開口径を調節することで後述する撮像素子１０７に到達する光量を調節し、また静止画撮像時に露光秒時を制御するシャッタとして機能する。絞り兼用シャッタ１０２は、第２レンズ群１０３と一体となって光軸方向に移動する。第１レンズ群１０１と第２レンズ群１０３と光軸方向への移動によって変倍（ズーム）が行われる。
【００１３】
また第３レンズ群（フォーカス素子：以下、フォーカスレンズという）１０５は、光軸方向に移動して焦点調節を行う。光学ローパスフィルタ１０６は、撮像により生成される画像の偽色やモアレを軽減する。撮像素子１０７は、２次元ＣＭＯＳフォトセンサとその周辺回路により構成され、撮像光学系により形成される被写体像を撮像（光電変換）する。
【００１４】
ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動させて第１〜第２レンズ群１０１〜１０３を光軸方向に駆動するズーム駆動作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２を駆動して絞り開口径を変化させたりシャッタ動作を行わせたりする。フォーカスアクチュエータ１１４は、フォーカスレンズ１０５を光軸方向に駆動して焦点調節を行わせる。
【００１５】
フラッシュ１１５は、撮像時に被写体を照明する照明光を発する。ＡＦ補助光源１１６は、所定のパターンを有するマスク像を投光レンズを介して被写界に投影して、低輝度または低コントラストの被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
【００１６】
コンピュータとしてのＣＰＵ１２１は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータおよび通信インターフェイス回路等を有し、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラの種々の動作（ＡＦ、撮像、画像処理および記録等）を制御する。ＣＰＵ１２１は、信号生成手段、焦点検出手段、制御手段および判定手段として機能する。
【００１７】
フラッシュ制御回路１２２は、撮像動作に同期してフラッシュ１１５の点灯を制御する。補助光駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光源１１６の点灯を制御する。撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、撮像素子１０７から取得した出力信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送る。画像処理回路１２５は、Ａ／Ｄ変換された撮像素子１０７からの出力信号（画像信号）に対して、γ変換やカラー補間処理等を行って画像データを生成し、該画像データに対してＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。
【００１８】
フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果（デフォーカス量）に応じてフォーカスアクチュエータ１１４を制御してフォーカスレンズ１０５を光軸方向に駆動させる。すなわち、ＡＦを行う。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を制御して絞り兼用シャッタ１０２を駆動せる。ズーム駆動回路１２９は、ユーザによるズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を制御して第１〜第２レンズ群１０１〜１０３のズーム駆動を行わせる。
【００１９】
ＬＣＤ等により構成される表示ユニット１３１は、カメラの撮像モードに関する情報、撮像前のプレビュー画像、撮像後の確認用画像および焦点検出時の合焦状態等を表示する。表示ユニット１３１は、ユーザによるタッチ操作を可能とするタッチパネル機能を有していてもよい。操作スイッチ群１３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮像トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチおよび撮像モード選択スイッチ等を含む。フラッシュメモリ１３３は、カメラに対して着脱可能であり、撮像画像を記録する。
【００２０】
図２は、撮像素子１０７の画素配列を示している。具体的には、撮像画素の配列を４画素列×４画素行の範囲で示し、焦点検出画素の配列を８画素列×４画素行の範囲で示している。
【００２１】
図２中の２画素列×２画素行の撮像画素群２００は、Ｒ（赤）の分光感度を有する左上の撮像画素２００Ｒと、Ｇ（緑）の分光感度を有する右上と左下の撮像画素２００Ｇと、Ｂ（青）の分光感度を有する右下の撮像画素２００Ｂとを含む。各撮像画素は、画素列方向に２分割された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２とを含む。撮像素子１０７は、このような撮像画素および焦点検出画素を撮像面上に多数配置することで、撮像画像や焦点検出信号の取得を可能としている。
【００２２】
本実施例の撮像素子１０７では、撮像画素の周期Ｐが４μｍ、画素数Ｎが横５５７５×縦３７２５＝約２０７５万画素である。また焦点検出画素の列方向での周期ＰＡＦが２μｍ、画素数ＮＡＦが横１１１５０×縦３７２５＝約４１５０万画素である。
【００２３】
図３（ａ）は、図２に示した撮像素子の１つの撮像画素（２つの焦点検出画素）２００Ｇを撮像素子の撮像面側（＋ｚ側）から見て示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）のａ−ａ断面を−ｙ側から見て示している。撮像画素２００Ｇ内には、１つのマイクロレンズ３０５と、ｘ方向にＮＨ分割（本実施例ではＮＨ＝２）、ｙ方向にＮＶ分割（本実施例ではＮＶ＝１）された２つの光電変換部３０１，３０２とが設けられている。光電変換部３０１と光電変換部３０２がそれぞれ、第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２に相当する。
【００２４】
光電変換部３０１，３０２は、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードでもよいし、イントリンシック層を省略したｐｎ接合フォトダイオードとしてもよい。またマイクロレンズ３０５と光電変換部３０１，３０２の受光面との間には、Ｇのカラーフィルタ３０６が設けられている。ＲとＢの撮像画素２００Ｒ，２００Ｂにおいてはそれぞれ、ＲとＢのカラーフィルタが設けられる。撮像画素ごとにカラーフィルタの分光透過率を変えてもよいし、カラーフィルタを省略してもよい。
【００２５】
撮像画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルタ３０６で分光された後、光電変換部３０１，３０２により受光される。光電変換部３０１，３０２は、その光電変換作用より受光量に応じた電荷を蓄積する。蓄積された電荷は、静電容量部（ＦＤ）に転送されて電気（電圧）信号に変換される。
【００２６】
図４は、図３（ａ）に示した画素構造のａ−ａ断面を＋ｙ側から見た断面と撮像光学系の射出瞳面を示す。図４では、射出瞳面の座標軸（Ｘ、ＹおよびＺ軸）との対応を取るために、断面のｘ軸とｙ軸を図３に対して反転させている。図４において、瞳領域５００を通過した光束は、２つの光電変換部３０１，３０２、つまりは撮像画素２００Ｇ全体で受光される。
【００２７】
一方、瞳領域５００内において＋Ｘ側に重心が偏心した第１瞳領域５０１は、撮像画素において重心が−ｘ側に偏心した光電変換部３０１（第１焦点検出画素２０１）の受光面とマイクロレンズ３０５によって概ね共役関係になっている。第１瞳領域５０１を通過した光束は、光電変換部３０１により受光される。また瞳領域５００内において−Ｘ側に重心が偏心した第２瞳領域５０２は、撮像画素において重心が＋ｘ側に偏心した光電変換部３０２（第２焦点検出画素２０２）の受光面とマイクロレンズ３０５によって概ね共役関係になっている。第２瞳領域５０２を通過した光束は、光電変換部３０２により受光される。
【００２８】
図５は、射出瞳面と撮像素子１０７（光電変換部３０１，３０２）を＋ｙ側から見て示している。第１瞳領域５０１と第２瞳領域５０２をそれぞれ通過した光束は、撮像素子１０７の各画素に互いに異なる角度で入射し、各画素において２分割された光電変換部３０１，３０２により受光される。こうして射出瞳のうち互いに異なる複数の瞳領域を通過した複数の光束を互いに異なる光電変換部で受光する瞳分割が行われる。
【００２９】
ＣＰＵ１２１は、撮像素子１０７上においてユーザまたはＣＰＵ１２１が設定した焦点検出領域内に含まれる複数の第１焦点検出画素２０１からの出力信号を合成することにより第１焦点検出信号を生成する。また同じ焦点検出領域内に含まれる複数の第２焦点検出画素２０１からの出力信号を合成することにより、第１焦点検出信号と対をなす第２の焦点検出信号を生成する。そしてＣＰＵ１２１は、これら対の第１および第２焦点検出信号間の位相差（像ずれ量）を算出して該位相差を用いてデフォーカス量を算出する位相差検出方式の焦点検出を行う。
【００３０】
また、画像処理回路１２５は、撮像画素ごとに第１焦点検出画素２０１からの出力と第２焦点検出画素２０２からの出力とを加算することで撮像信号を生成し、複数の撮像画素からの撮像信号を合成することで画像信号を生成する。
【００３１】
なお、本実施例では、水平方向に瞳分割する例について説明したが、垂直方向に瞳分割を行ってもよい。
【００３２】
また本実施例では、撮像素子上の各撮像画素内に２つの焦点検出画素（光電変換部）を設ける場合について説明したが、撮像素子において撮像画素とは別に焦点検出画素を設けてもよい。さらに本実施例では、瞳領域を２分割する場合について説明したが、より多くの数（例えば水平方向に２つと垂直方向に２つの計４つ）に分割してもよい。
【００３３】
図６は、第１および第２焦点検出信号間の像ずれ量と撮像光学系のデフォーカス量との関係を示している。撮像素子の撮像面８００では、図４および図５にも示したように、撮像光学系の射出瞳が第１瞳領域５０１と第２瞳領域５０２に２分割される。
【００３４】
デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像面８００までの距離の大きさを｜ｄ｜とし、結像位置が撮像面８００より被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）で、結像位置が撮像面８００より被写体側とは反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）で示す。結像位置が撮像面８００上に位置する合焦状態では、ｄ＝０である。図６は、破線８０１は撮像光学系が合焦状態にあるときの被写体の位置（以下、被写体８０１という）を示し、破線８０２は撮像光学系が前ピン状態にあるときの被写体の位置（以下、被写体８０２という）を示している。以下の説明において、前ピン状態と後ピン状態をまとめて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）という。
【００３５】
前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体８０２からの光束のうち第１瞳領域５０１を通過した光束は、一旦、集光した後、該光束の重心位置Ｇ１を中心として幅Γ１に広がり、撮像面８００でボケ像を形成する。同様に、被写体８０２からの光束のうち第２瞳領域５０２を通過した光束は、一旦、集光した後、該光束の重心位置Ｇ２を中心として幅Γ２に広がり、撮像面８００でボケ像を形成する。これらのボケ像はそれぞれ、撮像面８００上に配置された複数の第１焦点検出画素２０１と複数の第２焦点検出画素２０２により受光される。これにより、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号が生成される。
【００３６】
第１焦点検出信号と第２焦点検出信号はそれぞれ、撮像面８００上に重心位置Ｇ１，Ｇ２と幅（ボケ幅）Γ１，Γ２を有する被写体８０２のボケ像を示す信号として取得される。ボケ像のボケ幅Γ１，Γ２は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜の増加に伴って、概ね比例して増加する。同様に、第１および第２焦点検出信号間の像ずれ量ｐ、すなわちボケ像の重心位置の差Ｇ１−Ｇ２の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜の増加に伴って概ね比例して増加する。後ピン状態（ｄ＞０）においても、第１および第２焦点検出信号間の像ずれ方向が前ピン状態とは反対となるが、同様である。
【００３７】
このように、撮像光学系のデフォーカス量の増加に伴って、第１および第２焦点検出信号間の像ずれ量が増加する。
【００３８】
次に、位相差検出方式による焦点検出処理について説明する。位相差検出方式では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号とを相対的にシフトさせてこれらの信号の一致度を表す相関量を計算する相関演算を行い、相関量が信号の一致度が最も高いことを示すときのシフト量を像ずれ量として検出（算出）する。そして、デフォーカス量の増加に伴って像ずれ量が増加する関係から、像ずれ量をデフォーカス量に変換する。この変換には、後述するように可変である変換係数が用いられる。
【００３９】
図７は、焦点検出処理（制御方法）の流れを示す。ＣＰＵ１２１は、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。
【００４０】
ステップＳ１１０では、ＣＰＵ１２１は、撮像素子１０７上において焦点検出を行う焦点検出領域を設定する。焦点検出領域は、ユーザによる選択に応じて又はＣＰＵ１２１による選択処理に応じて設定される。ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域内の複数の第１焦点検出画素２０１の出力信号を合成して第１焦点検出信号を生成し、該焦点検出領域内の複数の第２焦点検出画素２０２の出力信号を合成して第２焦点検出信号を生成する。
【００４１】
次にステップＳ１２０では、ＣＰＵ１２１は、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のそれぞれに対して２つの画素加算処理を行う。具体的には、ＣＰＵ１２１は、各焦点検出信号のデータ量を抑制するために、画素列方向において３画素を加算する処理を行い、さらに各焦点検出信号に含まれるＲ，ＧおよびＢ信号成分を加算して輝度（Ｙ）信号とするベイヤー加算処理を行う。
【００４２】
次にステップＳ１３０では、ＣＰＵ１２１は、画素加算処理を受けた第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のそれぞれにシェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。
【００４３】
ここで、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングについて、図８（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、撮像素子１０７上の周辺像高での第１および第２焦点検出画素２０１，２０２と、第１および第２瞳領域５０１，５０２並びに撮像光学系の射出瞳４００との関係を示す。図８（ａ）は、撮像光学系の射出瞳距離Ｄｌと撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓとが互いに同じ場合を示す。この場合は、第１瞳領域５０１と第２瞳領域５０２とによって射出瞳４００が概ね均等に瞳分割される。射出瞳４００内における第１瞳領域５０１の重心と第２瞳領域５０２の重心との間隔である基線長をＢＬ０で示す。像ずれ量からデフォーカス量への換算に必要な変換係数Ｋ０は、
Ｋ０＝Ｄｓ／ＢＬ０
で求められる。
【００４４】
これに対して、図８（ｂ）は、撮像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓより短い場合を示す。この場合は、撮像素子１０７上での周辺像高では、撮像光学系の射出瞳４００と撮像素子１０７の入射瞳との瞳ずれが生じて、撮像光学系の射出瞳４００が不均等に瞳分割される。このため、基線長は片側に偏ったＢＬ１となり、それに伴って変換係数は、
Ｋ１＝Ｄｓ／ＢＬ１
となり、Ｋ０とは異なる。
【００４５】
また図８（ｃ）は、撮像光学系の射出瞳距離Ｄｌが撮像素子１０７の設定瞳距離Ｄｓより長い場合を示す。この場合も、撮像素子１０７上の周辺像高では、撮像光学系の射出瞳４００と撮像素子１０７の入射瞳との瞳ずれが生じて、撮像光学系の射出瞳４００が不均等に瞳分割される。基線長は、図８（ｂ）とは反対側に偏ったＢＬ２となり、それに伴って変換係数は、
Ｋ２＝Ｄｓ／ＢＬ２
となり、Ｋ０およびＫ１とは異なる。
【００４６】
また、周辺像高で瞳分割が不均等になるのに伴って、第１および第２焦点検出信号２０１，２０２の強度にも差が生じる。つまり、第１および第２焦点検出信号のうち一方の強度が他方の強度より大きくなるシェーディングが生じる。さらに、撮像光学系の絞り値が変わると、図８（ａ）〜（ｃ）に示した射出瞳４００の大きさが変化するため、絞り値に応じても変換係数とシェーディングが変化する。  このため、像ずれ量からデフォーカス量への変換に用いる変換係数とシェーディングは、撮像光学系の絞り値（Ｆ値）および射出瞳距離と、撮像素子１０７の瞳強度分布（光学特性）と、像高とに応じて変化する。
【００４７】
またそれらに加えて、撮像光学系の枠情報によっても変換係数が変化する。これは、特に撮像光学系の開放Ｆ値近辺で該撮像光学系を保持する保持枠等の枠部材によって光束の一部がケラれることにより、第１および第２瞳領域を通過する光束の重心間隔が変わるため、変換係数も変化するためである。
【００４８】
さらに、焦点検出を行うときの相関演算を行う方向の加算画素数によっても変換係数は変化する。像ずれ量は、撮像素子１０７上の画素ピッチに対応する分解能で検出されるため、上述したように撮像素子１０７により検出された像ずれ量を画素数で表し、該画素数に変換係数を乗じることでデフォーカス量が算出される。
【００４９】
ただし、加算画素数が異なる複数の焦点検出モードがある場合には、加算画素数に応じて異なる変換係数が設定される。
【００５０】
後述するように、本実施例では、上述した様々な条件に応じて変化する変換係数に応じて、ＡＦによるフォーカスレンズ１０５の駆動を停止させておくか再度行う（フォーカスレンズ１０５を再駆動する）かを判定する。
【００５１】
次に図７のステップＳ１３０では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出領域の像高、撮像光学系のＦ値および射出瞳距離に応じて、第１焦点検出信号に対する第１シェーディング補正係数と第２焦点検出信号に対する第２シェーディング補正係数を生成する。そしてＣＰＵ１２１は、第１シェーディング補正係数を第１焦点検出信号に乗算し、第２シェーディング補正係数を第２焦点検出信号に乗算することにより、第１および第２焦点検出信号と第２焦点検出信号のシェーディング補正処理を行う。
【００５２】
上述したように位相差検出方式の焦点検出では第１および第２焦点検出信号間の相関（信号の一致度）に基づいてデフォーカス量を検出するが、瞳ずれによるシェーディングが生じると上記相関が低下するおそれがある。このため、第１および第２焦点検出信号間の相関を改善して良好な焦点検出性能を得るために、シェーディング補正処理を行うことが望ましい。
【００５３】
次にステップＳ１４０では、ＣＰＵ１２１は、第１および第２焦点検出信号に対してフィルタ処理を行う。図９は、フィルタ処理の通過帯域の例を実線で示す。縦軸は信号強度を示し、横軸は空間周波数を示す。本実施例では、位相差検出方式の焦点検出を大デフォーカス状態で行うため、フィルタ処理の通過帯域は低周波帯域を含むように設定される。大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点検出を行う場合には、フィルタ処理の通過帯域を、図９に一点鎖線で示すようにより高周波帯域側に設定してもよい。
【００５４】
次にステップＳ１５０では、ＣＰＵ１２１は、フィルタ処理後の第１および第２焦点検出信号を相対的に瞳分割方向にシフトさせるシフト処理を行い、第１および第２焦点検出信号の一致度を表す相関量を算出する。
【００５５】
第１および第２焦点検出信号のｋ番目の信号値（焦点検出画素からの出力信号値）をそれぞれ、Ａ（ｋ）およびＢ（ｋ）とし、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲をＷとする。シフト処理によるシフト量をｓ１とし、シフト量ｓ１のシフト範囲をΓ１とすると、相関量ＣＯＲ（ｓ１）は、以下の式（１）により算出される。
【００５６】
【数１】
2020067489.tif 000003
【００５７】
ＣＰＵ１２１は、シフト量ｓ１のシフト処理により、第１焦点検出信号Ａ（ｋ）から第２焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ１）を減算してシフト減算信号を生成する。さらにＣＰＵ１２１は、生成したシフト減算信号の絶対値を計算し、焦点検出領域に対応する範囲Ｗ内で得られた複数のシフト減算信号の絶対値の和を算出することで、相関量ＣＯＲ（ｓ１）を算出する。画素行ごとに算出された相関量を、シフト量ごとに複数の画素行にわたって加算してもよい。
【００５８】
次にステップＳ１６０では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１５０で算出した相関量から、サブピクセル演算によって、相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出し、これを像ずれ量ｐ１とする。そしてＣＰＵ１２１は、以下の式（２）に示すように、像ずれ量ｐ１に、焦点検出領域の像高、撮像光学系のＦ値および射出瞳距離に応じた変換係数Ｋを乗じてデフォーカス量Ｄｅｆを算出（検出）する。
Ｄｅｆ＝ｐ１×Ｋ        （２）
次にステップＳ１７０では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１６０で算出したデフォーカス量Ｄｅｆに応じてフォーカス駆動回路１２６を介してフォーカスレンズ１０５を駆動する。
【００５９】
次にステップＳ１７０では、ＣＰＵ１２１は、フラグが１であるか否かを判定し、フラグが１でない（０である）場合はステップＳ１９０に、フラグが１である場合はステップＳ２１０に進む。フラグについては後述する。
【００６０】
ステップＳ１９０では、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１７０でのフォーカスレンズ１０５の駆動後にステップＳ１１０〜Ｓ１６０の処理と同様の処理を行ってデフォーカス量を再算出する。そして、ＣＰＵ１２１は、再算出したデフォーカス量が合焦範囲（後述する合焦停止幅と同じであってもよいし異なっていてもよい）内にあるか否か、すなわち撮像光学系の合焦状態が得られたか否かを判定する。ＣＰＵ１２１は、合焦状態が得られた場合はステップＳ２００に進み、フォーカスレンズ１０５の駆動を停止するとともに、該停止を示すフラグに１を立てる。一方、合焦状態が得られていない場合はステップＳ１１０に戻る。
【００６１】
ステップＳ２１０では、ＣＰＵ１２１は、フォーカスレンズ１０５を再駆動するか否か（逆に言えば、停止させておくか否か）の判定処理を行う。この判定処理について、以下に説明する。
【００６２】
本実施例では主に動画撮像時におけるＡＦについて説明するが、動画撮像ではＡＦによりフォーカスレンズが移動している最中の被写体像も映像として記録するため、できるだけ無駄なフォーカスレンズの移動が少ないＡＦが求められる。このため、ピントを合わせたい被写体が静止している間はフォーカスレンズ１０５の駆動を停止させておき、被写体またはカメラ（つまりはユーザ）が動いて被写体とカメラ間の距離である被写体距離が変化したときにのみフォーカスレンズ１０５を駆動することが望ましい。
【００６３】
図１０は、静止している被写体に対してＡＦが行われたときに検出されたデフォーカス量の例を示している。横軸は時間を示し、縦軸はデフォーカス量Ｄｅｆを示す。図１０では、デフォーカス量ＤｅｆをＦδ（ＦはＦ値、δは許容錯乱円径）を単位として示すが、ｍｍを単位としてもよい。ＡＦ開始時にあるデフォーカス量を検出したＣＰＵ１２１は、そこからデフォーカス量が０となる位置、つまりは合焦位置をめざしてフォーカスレンズ１０５を駆動する。
【００６４】
デフォーカス量がほぼ０になると、それ以上フォーカスレンズ１０５を駆動する必要がないため、ＣＰＵ１２１はフォーカスレンズ１０５の駆動を停止する。ただし、駆動停止後もデフォーカス量を検出し続け、検出したデフォーカス量が所定量を超えていないか否かを判定し続ける。この所定量を、以下、合焦停止幅という。
【００６５】
図１１は、静止していた被写体が動き始めたときのデフォーカス量Ｄｅｆの変化の例を示す。ＣＰＵ１２１は、フォーカスレンズ１０５の駆動停止後に検出されるデフォーカス量が合焦停止幅を超えると、被写体が動いた又はカメラが動いたことで被写体距離が変化したとみなして、フォーカスレンズ１０５を再駆動する。
【００６６】
ただし、例えば図１２に示すように、検出されるデフォーカス量のばらつきが大きく、フォーカスレンズ１０５の駆動を停止しているにもかかわらずデフォーカス量が合焦停止幅を超える場合がある。このような事態は、主に被写体が低輝度であるために焦点検出信号のノイズが増えて像ずれ量が大きくばらつくことで発生する。また、被写体が低コントラストや相関演算を行う瞳分割方向とは異なる方向にエッジ成分を持つ等、ＡＦが困難な被写体である場合にも像ずれ量が大きくばらつく。
【００６７】
一方、このようにばらつく像ずれ量に乗じられる変換係数も、前述したように撮像光学系のＦ値や射出瞳距離、撮像素子の瞳強度分布（光学特性）および焦点検出領域の像高に応じて変化する。具体的には、Ｆ値が大きいほど、撮像光学系の射出瞳距離と撮像素子の設定瞳距離との乖離が大きいほど、また像高が高いほど、変換係数の値は大きくなる。このため、像ずれ量が同程度にばらつく条件下では、変換係数の値が大きくなるほど、検出されるデフォーカス量のばらつきが該変換係数の分だけ拡大される。
【００６８】
このため、本実施例では、ＣＰＵ１２１は、変換係数の値に応じて異なる判定条件（所定条件）を満足するか否かによって、フォーカスレンズ１０５を再駆動するか否かを判定する。
【００６９】
図１３は、フォーカスレンズ１０５を再駆動すると判定するための判定条件を示している。本実施例では、判定条件を、連続して所定回数ｎ、合焦停止幅ｗを超えるデフォーカス量Ｄｅｆが検出されたこととする。そして、上記判定条件における判定閾値としての所定回数ｎを変換係数の値に応じて異なる回数に変更する。これにより、変換係数に応じて判定条件が異なることになる。
【００７０】
なお、所定回数ｎは、多いほど被写体距離の変化を正しく検出できる確率が上がるが、多すぎると実際に被写体距離が変化したときのフォーカスレンズ１０５の再駆動が遅れて、撮像動画中の被写体が大きくぼける。このため、所定回数ｎは、被写体距離の変化の検出精度がある程度高くなり、かつフォーカスレンズ１０５の再駆動が遅れすぎないように適切に設定される。
【００７１】
具体的な数値例について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施例における変換係数Ｋと所定回数ｎとの関係を示す。ＣＰＵ１２１は、その内部メモリにこの関係を示すデータテーブルを記憶しており、該データテーブルから変換係数Ｋの値に応じた所定回数ｎのデータを読み出す。例えば、変換係数Ｋの値が０．０１である場合は、ＣＰＵ１２１は所定回数ｎとして２をデータテーブルから読み出す。
【００７２】
図１４に示すように、所定回数ｎは、変換係数Ｋの値が大きいほど多くなり、変換係数Ｋの値が小さいほど少なくなる。これは、変換係数Ｋの値が小さいほど、ばらつく像ずれ量を用いて算出されるデフォーカス量のばらつき度合いが小さくなるため、デフォーカス量の信頼性が高いためである。すなわち、変換係数Ｋの値が小さいときは、合焦停止幅ｗを超えたデフォーカス量の検出回数が少なくても被写体距離が変化したとみなしてよい。逆に、変換係数Ｋの値が大きいほど、ばらつく像ずれ量を用いて算出されるデフォーカス量のばらつき度合いが大きくなるため、デフォーカス量の信頼性は低く、より多くの回数、デフォーカス量が合焦停止幅ｗを超えたことを確認しなければ被写体距離が変化したとはき言えないためである。
【００７３】
また、「合焦停止幅ｗを超えるデフォーカス量Ｄｅｆ」とは、合焦停止幅ｗを同符号方向に超えるデフォーカス量Ｄｅｆである。これは、合焦停止幅ｗは、デフォーカス量０からプラス方向とマイナス方向のそれぞれに設定されるため、デフォーカス量が同符号方向に連続してｎ回検出されなければ、真に被写体距離が変化したとはいえないからである。
【００７４】
なお、図１４に示した変換係数Ｋの値と所定回数ｎの値はいずれも例にすぎず、変換係数Ｋの値が大きいほど所定回数ｎの値が多くなれば、他の数値であってもよい。
【００７５】
ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２１０においてフォーカスレンズ１０５を再駆動する判定した場合はステップＳ２２０に進み、最新のデフォーカス量Ｄｅｆに応じてフォーカスレンズ１０５を再駆動する。さらにＣＰＵ１２１は、上述したフラグを０にリセットして、ステップＳ１１０に戻る。一方、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２１０においてフォーカスレンズ１０５を再駆動ない（停止させておく）と判定した場合は、ステップＳ２２０に進む。
【００７６】
以上説明したように、本実施例では、フォーカスレンズ１０５を再駆動するための所定条件を、連続して所定回数、所定量を超えるデフォーカス量が検出されたこととし、所定回数を変換係数に応じて異ならせる。これにより、合焦状態が得られてフォーカスレンズ１０５の駆動が停止された後において検出されるデフォーカス量のばらつきがある場合に誤ったフォーカスレンズ１０５の再駆動を低減することができ、良好なＡＦを安定的に行うことができる。
【実施例２】
【００７７】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、フォーカスレンズ１０５を再駆動すると判定するための判定条件をデフォーカス量が合焦停止幅ｗを１回でも超えたこととし、変換係数Ｋの値に応じて合焦停止幅ｗを異ならせる。これにより、変換係数Ｋの値に応じて判定条件が異なることになる。
【００７８】
図１５は、本実施例における変換係数Ｋと合焦停止幅ｗとの関係を示している。ＣＰＵ１２１は、その内部メモリにこの関係を示すデータテーブルを記憶しており、該データテーブルから変換係数Ｋの値に応じた合焦停止幅ｗのデータを読み出す。例えば、変換係数Ｋが０．０３である場合は、ＣＰＵ１２１は合焦停止幅ｗとして１．０［Ｆδ］をデータテーブルから読み出す。１．０［Ｆδ］は、ボケ量の視認限界に近い値であり、ほとんどのユーザがボケを視認できない程度のデフォーカス状態を示す。変換係数Ｋが０．０３と十分小さい値であれば、実施例１で説明したように検出されるデフォーカス量の信頼性は高い。このため、ＣＰＵ１２１は、デフォーカス量が合焦停止幅ｗを少なくとも１回超えれば被写体距離が変化したと判定して、フォーカスレンズ１０５を再駆動する。
【００７９】
図１５に示すように、合焦停止幅ｗは、変換係数Ｋの値が小さいほど小さくなり、変換係数Ｋの値が大きいほど大きくなる。これは、変換係数Ｋの値が大きいほど、ばらつく像ずれ量を用いて算出されるデフォーカス量のばらつき度合いが大きくなり、デフォーカス量の信頼性は低いため、デフォーカス量がより大きな合焦停止幅ｗを超えたことを確認しなければ被写体距離が変化したとはき言えないためである。
【００８０】
以上説明したように、本実施例では、フォーカスレンズ１０５を再駆動するための所定条件をデフォーカス量が合焦停止幅を超えたこととし、合焦停止幅を変換係数に応じて異ならせる。これにより、合焦状態が得られてフォーカスレンズ１０５の駆動が停止された後において検出されるデフォーカス量のばらつきがある場合に誤ったフォーカスレンズ１０５の再駆動を低減することができ、良好なＡＦを安定的に行うことができる。
【００８１】
なお本実施例において、判定条件を、前述した実施例１と同様に、連続して所定（複数）回数、所定量を超えるデフォーカス量が検出されたこととして、合焦停止幅を変換係数に応じて異ならせてもよい。また前述した実施例１において、変換係数に応じて所定回数を異ならせるだけでなく、本実施例のように合焦停止幅も異ならせてもよい。
【００８２】
また上記各実施例で説明した変換係数としては、ＣＰＵ１２１が前述した各種条件に応じて算出した値を用いてもよいし、予め各種条件ごとに算出された値をカメラごとの個体性能に合わせて調整したものをＣＰＵ１２１の内部メモリに書き込んでもよい。また、書き込んだ値を用いて、ＣＰＵ１２１が各種条件に合わせて再計算したものを用いてもよい。
【００８３】
さらに上記各実施例では、フォーカスレンズ１０５を光軸方向に駆動してＡＦを行う場合について説明したが、撮像素子１０７をフォーカス素子として用い、これを光軸方向に駆動することでＡＦを行ってもよい。
【００８４】
また、上記各実施例では、撮像光学系（撮像レンズ）が一体に設けられた撮像装置について説明したが、撮像レンズの交換が可能な撮像装置も本発明の実施例に含まれる。
（その他の実施例）
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。
【００８５】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１０５  フォーカスレンズ
１０７  撮像素子
１２１  ＣＰＵ
【図１】
2020067489.tif 000004
【図２】
2020067489.tif 000005
【図３】
2020067489.tif 000006
【図４】
2020067489.tif 000007
【図５】
2020067489.tif 000008
【図６】
2020067489.tif 000009
【図７】
2020067489.tif 000010
【図８】
2020067489.tif 000011
【図９】
2020067489.tif 000012
【図１０】
2020067489.tif 000013
【図１１】
2020067489.tif 000014
【図１２】
2020067489.tif 000015
【図１３】
2020067489.tif 000016
【図１４】
2020067489.tif 000017
【図１５】
2020067489.tif 000018