(57)【要約】【課題】撮影画面周辺においても焦点検出精度が低下することなく、短時間で合焦を行う。【解決手段】撮像素子の撮像面の中央部分が第１の領域とされ、第１の領域を除く撮像面の領域が第２の領域とされ、ＣＰＵ１２１は焦点検出用画素によって形成される一対の像ずれ量に応じてデフォーカス量を検出し、デフォーカス量に応じて撮影レンズを光軸に沿って駆動して第１の焦点調節制御を行う。被写体像が第１の領域から第２の領域に移動すると、ＣＰＵは被写体像が第１の領域に結像した状態で得られたデフォーカス量の時間的変化を示すデフォーカス量変化率と被写体像が第１の領域から第２の領域に移動した際に得られたデフォーカス量との差分が所定の第１の閾値よりも大きい場合、第１の焦点調節制御を中止して、第１の焦点調節制御と異なる第２の焦点調節制御を行う。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の撮影を行う際、撮影レンズを介して前記被写体を示す被写体像が結像され、当該被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、
前記撮像素子には、前記撮影レンズの射出瞳の一部領域を通過する光を受光する焦点検出用画素が備えられ、
前記撮像素子の結像面である撮像面の中央部分が第１の領域とされ、前記第１の領域を除く前記撮像面の領域が第２の領域とされており、
前記被写体に焦点調節を行う際、前記焦点検出用画素によって形成される一対の像のずれ量に応じてデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、
前記デフォーカス量に応じて前記撮影レンズを光軸に沿って駆動して前記被写体に対して焦点調節制御を行う第１の焦点調節手段と、
前記第１の焦点調節手段による焦点調節制御と異なる第２の焦点調節制御を行う第２の焦点調節手段と、
前記被写体像が前記第２の領域に位置すると前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段によって前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したと判定されると、前記被写体像が前記第１の領域に結像した状態で得られた前記デフォーカス量の時間的変化を示すデフォーカス量変化率と前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動した際に得られた前記デフォーカス量との差分が所定の第１の閾値よりも大きい場合に、前記第１の焦点調節手段による焦点調節制御を中止して、前記第２の焦点調節手段による第２の焦点調節制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２の焦点調節手段は、前記第２の焦点調節制御として前記撮像素子で得られた画像信号におけるコントラストのピーク位置に応じて焦点調節制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記被写体像が前記第１の領域に位置すると、前記デフォーカス量が所定の第２の閾値よりも大きいか否かを判定する第２の判定手段を有し、
前記制御手段は、前記第２の判定手段によって前記デフォーカス量が前記第２の閾値よりも大きいと判定されると、前記第１の焦点調節手段によって再度、前記デフォーカス量に応じて焦点調節制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段は前記差分が前記第１の閾値以下であると、前記第１の焦点調節手段によって前記デフォーカス量に応じて焦点調節制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記被写体像が前記第２の領域に位置する場合に、前記第１の判定手段によって前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動した状態ではないと判定されると、前記制御手段は前記差分が前記第１の閾値よりも大きいか否かに拘わらず、前記第１の焦点調節手段による焦点調節制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
被写体の撮影を行う際、撮影レンズを介して前記被写体を示す被写体像が結像され、当該被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子を有し、前記撮像素子には、前記撮影レンズの射出瞳の一部領域を通過する光を受光する焦点検出用画素が備えられ、前記撮像素子の結像面である撮像面の中央部分が第１の領域とされ、前記第１の領域を除く前記撮像面の領域が第２の領域とされた撮像装置の制御方法であって、
前記被写体に焦点調節を行う際、前記焦点検出用画素によって形成される一対の像のずれ量に応じてデフォーカス量を検出する焦点検出ステップと、
前記デフォーカス量に応じて前記撮影レンズを光軸に沿って駆動して前記被写体に対して焦点調節制御を行う第１の焦点調節ステップと、
前記第１の焦点調節ステップによる焦点調節制御と異なる第２の焦点調節制御を行う第２の焦点調節ステップと、
前記被写体像が前記第２の領域に位置すると前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したと判定されると、前記被写体像が前記第１の領域に結像した状態で得られた前記デフォーカス量の時間的変化を示すデフォーカス量変化率と前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動した際に得られた前記デフォーカス量との差分が所定の閾値よりも大きい場合に、前記第１の焦点調節ステップによる焦点調節制御を中止して、前記第２の焦点調節ステップによる第２の焦点調節制御を行う制御ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項７】
被写体の撮影を行う際、撮影レンズを介して前記被写体を示す被写体像が結像され、当該被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子を有し、前記撮像素子には、前記撮影レンズの射出瞳の一部領域を通過する光を受光する焦点検出用画素が備えられ、前記撮像素子の結像面である撮像面の中央部分が第１の領域とされ、前記第１の領域を除く前記撮像面の領域が第２の領域とされた撮像装置で用いられる制御プログラムであって、
前記撮像装置が備えるコンピュータに、
前記被写体に焦点調節を行う際、前記焦点検出用画素によって形成される一対の像のずれ量に応じてデフォーカス量を検出する焦点検出ステップと、
前記デフォーカス量に応じて前記撮影レンズを光軸に沿って駆動して前記被写体に対して焦点調節制御を行う第１の焦点調節ステップと、
前記第１の焦点調節ステップによる焦点調節制御と異なる第２の焦点調節制御を行う第２の焦点調節ステップと、
前記被写体像が前記第２の領域に位置すると前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したと判定されると、前記被写体像が前記第１の領域に結像した状態で得られた前記デフォーカス量の時間的変化を示すデフォーカス量変化率と前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動した際に得られた前記デフォーカス量との差分が所定の閾値よりも大きい場合に、前記第１の焦点調節ステップによる焦点調節制御を中止して、前記第２の焦点調節ステップによる第２の焦点調節制御を行う制御ステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、撮像面位相差検出によるオートフォーカス制御を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デジタルカメラなどの撮像装置において、所謂撮像面位相差検出方式を用いてオートフォーカス制御を行うようにしたものが知られている。
【０００３】
一方、マイクロレンズと光電変換部との相対位置を偏位させた画素（焦点検出用画素）を２次元的に配置した固体撮像素子がある。そして、この固体撮像素子上で一対の像信号を取得して、その相対的な位置ずれを示す位相差に基づいてデフォーカス量を検出するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の固体撮像素子においては、撮像用画素が焦点検出用画素を兼ねているので、撮影画面内の任意の箇所で焦点検出を行うことができる。
【０００５】
さらに、コントラスト検出方式のＡＦを用いて撮影画面全域においてユーザ指定の主被写体を追従して焦点検出を行って、当該主被写体にピントを合わせ続けるようにした撮像装置がある（特許文献２に参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２６７２１１号公報
【特許文献２】特開２０１２−５８７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に記載の位相差検出においては、焦点検出用画素に向かう光束の一部が撮影光学系（レンズおよび絞りなどの光学素子を保持する鏡筒を含む）によって遮られる所謂ケラレが発生することがある。そして、ケラレによる影響は撮影画面周辺部に向うほど大きくなる関係上、撮影画面中央部に比べて撮影画面周辺部では焦点検出精度が悪化する。
【０００８】
一方、特許文献２においては、コントラスト検出によるＡＦを用いて焦点調節を行うので、位相差検出によるＡＦと比べて合焦までに時間が掛かってしまう。
【０００９】
従って、本発明の目的は、撮影画面周辺においても焦点検出精度が低下することなく、しかも短時間で合焦を行うことのできる撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、被写体の撮影を行う際、撮影レンズを介して前記被写体を示す被写体像が結像され、当該被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、前記撮像素子には、前記撮影レンズの射出瞳の一部領域を通過する光を受光する焦点検出用画素が備えられ、前記撮像素子の結像面である撮像面の中央部分が第１の領域とされ、前記第１の領域を除く前記撮像面の領域が第２の領域とされており、前記被写体に焦点調節を行う際、前記焦点検出用画素によって形成される一対の像のずれ量に応じてデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、前記デフォーカス量に応じて前記撮影レンズを光軸に沿って駆動して前記被写体に対して焦点調節制御を行う第１の焦点調節手段と、前記第１の焦点調節手段による焦点調節制御と異なる第２の焦点調節制御を行う第２の焦点調節手段と、前記被写体像が前記第２の領域に位置すると前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したと判定されると、前記被写体像が前記第１の領域に結像した状態で得られた前記デフォーカス量の時間的変化を示すデフォーカス量変化率と前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動した際に得られた前記デフォーカス量との差分が所定の第１の閾値よりも大きい場合に、前記第１の焦点調節手段による焦点調節制御を中止して、前記第２の焦点調節手段による第２の焦点調節制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明による制御方法は、被写体の撮影を行う際、撮影レンズを介して前記被写体を示す被写体像が結像され、当該被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子を有し、前記撮像素子には、前記撮影レンズの射出瞳の一部領域を通過する光を受光する焦点検出用画素が備えられ、前記撮像素子の結像面である撮像面の中央部分が第１の領域とされ、前記第１の領域を除く前記撮像面の領域が第２の領域とされた撮像装置の制御方法であって、前記被写体に焦点調節を行う際、前記焦点検出用画素によって形成される一対の像のずれ量に応じてデフォーカス量を検出する焦点検出ステップと、前記デフォーカス量に応じて前記撮影レンズを光軸に沿って駆動して前記被写体に対して焦点調節制御を行う第１の焦点調節ステップと、前記第１の焦点調節ステップによる焦点調節制御と異なる第２の焦点調節制御を行う第２の焦点調節ステップと、前記被写体像が前記第２の領域に位置すると前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップで前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したと判定されると、前記被写体像が前記第１の領域に結像した状態で得られた前記デフォーカス量の時間的変化を示すデフォーカス量変化率と前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動した際に得られた前記デフォーカス量との差分が所定の閾値よりも大きい場合に、前記第１の焦点調節ステップによる焦点調節制御を中止して、前記第２の焦点調節ステップによる第２の焦点調節制御を行う制御ステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明による制御プログラムは、被写体の撮影を行う際、撮影レンズを介して前記被写体を示す被写体像が結像され、当該被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子を有し、前記撮像素子には、前記撮影レンズの射出瞳の一部領域を通過する光を受光する焦点検出用画素が備えられ、前記撮像素子の結像面である撮像面の中央部分が第１の領域とされ、前記第１の領域を除く前記撮像面の領域が第２の領域とされた撮像装置で用いられる制御プログラムであって、前記撮像装置が備えるコンピュータに、前記被写体に焦点調節を行う際、前記焦点検出用画素によって形成される一対の像のずれ量に応じてデフォーカス量を検出する焦点検出ステップと、前記デフォーカス量に応じて前記撮影レンズを光軸に沿って駆動して前記被写体に対して焦点調節制御を行う第１の焦点調節ステップと、前記第１の焦点調節ステップによる焦点調節制御と異なる第２の焦点調節制御を行う第２の焦点調節ステップと、前記被写体像が前記第２の領域に位置すると前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップで前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動したと判定されると、前記被写体像が前記第１の領域に結像した状態で得られた前記デフォーカス量の時間的変化を示すデフォーカス量変化率と前記被写体像が前記第１の領域から前記第２の領域に移動した際に得られた前記デフォーカス量との差分が所定の閾値よりも大きい場合に、前記第１の焦点調節ステップによる焦点調節制御を中止して、前記第２の焦点調節ステップによる第２の焦点調節制御を行う制御ステップと、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、撮影画面周辺においても焦点検出精度が低下することなく、しかも短時間で合焦を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像素子における撮像用画素の構造を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示す撮像素子における焦点検出用画素の構造の一例を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】図１に示す撮像素子における焦点検出用画素の構造の他の例を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図５】図１に示す撮像素子による瞳分割状況を概念的に説明するための図である。
【図６】図３又は図４で説明した焦点検出用画素の瞳強度分布と当該瞳強度分布から得られる線像分布関数を説明するための図であり、（ａ）は図３（ａ）に示す焦点検出用画素又は図４（ａ）に示す焦点検出用画素の一方の特性を示す図、（ｂ）は図３（ａ）の焦点検出用画素又は図４（ａ）焦点検出用画素の他方の特性を示す図、（ｃ）は線像分布関数を示す図である。
【図７】図６の瞳強度分布に対して撮影光学系による所謂ケラレが生じた際の瞳強度分布とその瞳強度分布から得られる線像分布関数を説明するための図であり、（ａ）は焦点検出用画素の一方について撮影光学系によるケラレがある際に撮像画面の中央部における瞳強度分布を示す図、（ｂ）は焦点検出用画素の他方について撮影光学系によるケラレがある際に撮像画面の中央部における瞳強度分布を示す図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）に示す瞳強度分布の場合の線像分布関数を示す図、（ｄ）は焦点検出用画素の一方について撮影光学系によるケラレがある際に撮像画面の周辺部における瞳強度分布を示す図、（ｅ）は焦点検出用画素の他方について撮影光学系によるケラレがある際に撮像画面の周辺部における瞳強度分布を示す図、（ｆ）は（ｄ）および（ｅ）に示す瞳強度分布の場合の線像分布関数を示す図である。
【図８】図１に示すカメラにおける焦点調節制御の一例を説明するための図であり、（ａ）は撮影画面を示す図、（ｂ）は主被写体のデフォーカス量と時間との関係の一例を示す図、（ｃ）は、主被写体のデフォーカス量変化率と時間との関係の一例を示す図である。
【図９】図１に示すカメラで行われる焦点検出制御を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【００１７】
図示の撮像装置は、デジタルスチルカメラ（以下カメラと呼ぶ）であり、カメラはカメラ本体１３８および撮影レンズユニット（以下単に撮影レンズと呼ぶ）１３７を有しており、撮影レンズ１３７はカメラ本体１３８に対して交換可能である。
【００１８】
撮影レンズ１３７は撮影光学系（結像光学系）を有しており、この撮影光学系は第１レンズ群１０１を備えている。そして、この第１レンズ群１０１は光軸方向に進退可能に保持されている。第１レンズ群１０１の後段には絞り１０２が配置され、絞り１０２の開口径を調節することによって撮影の際の光量調節が行われる。絞り１０２の後段には第２レンズ群１０３が配置され、絞り１０２および第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作と連動して、変倍作用（ズーム機能）が行われる。第２レンズ群１０３の後段には第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）が配置され、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退させて、焦点調節が行われる。
【００１９】
ズームアクチュエータ１１１はカム筒（図示せず）を回動して、第１レンズ群１１１ないし第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動して、変倍作用を行う。絞りアクチュエータ１１２は、絞り１０２の開口径を制御して撮影光量を調節する。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
【００２０】
撮影レンズ１３７にはカメラ通信回路１３６が備えられており、カメラ通信回路１３６はカメラ本体１３８に備えられたレンズ通信回路１３５と通信を行う。そして、カメラ通信回路１３６によって撮影レンズに関するレンズ情報がカメラ本体１３８に送られる。また、カメラ通信回路１３６はカメラ本体に関するカメラ情報を受領する。ここで、レンズ情報とは、例えば、ズーム状態、絞り状態、フォーカス状態、およびレンズ枠情報などをいう。
【００２１】
カメラ本体１３８には光学的ローパスフィルタ１０６が備えられており、この光学的ローパスフィルタ１６０によって撮影レンズ１３７から入射する光学像の偽色およびモアレが軽減される。光学的ローパスフィルタ１０６の後段には撮像素子１０７が配置されている。この撮像素子１０７は、例えば、ＣＭＯＳセンサとその周辺回路で構成される。
【００２２】
撮像素子１０７は、２次元マトリックス状に複数の画素が配置されている。ここでは、撮像素子１０７として、横方向（行）にｍ画素（ｍは２以上の整数）、縦方向（列）にｎ画素（ｎは２以上の整数）の受光ピクセル上にベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された２次元単板カラーセンサが用いられる。
【００２３】
光学的ローパスフィルタ１６０の前にはシャッターユニット１３９が配置されており、シャッターユニット１３９は静止画撮影の際に露光時間の調整を行う。このシャッターユニット１３９はシャッターアクチュエータ１４０によって駆動される。
【００２４】
被写体証明用電子フラッシュ１１５は、例えば、キセノン管を用いた閃光照明装置である。なお、電子フラッシュ１１５として連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いるようにしてもよい。
【００２５】
ＡＦ補助光部１１６は、所定の開口パターンを有するマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影して、暗い被写体又は低コントラストの被写体に対する焦点検出を向上させる。
【００２６】
ＣＰＵ１２１はカメラ本体１３８の制御を司る。図示はしないが、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などを有し、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいてカメラを制御して、撮影、画像処理、および記録などの一連の処理を実行する。また、ＣＰＵ１２１は、焦点検出および焦点調節に係る演算処理を行う。
【００２７】
例えば、ＣＰＵ１２１は、撮像素子１０６から得られる一対の像信号について相関演算を行って、これら一対の像信号の相対的な位置ずれを示す位相差を算出する。そして、ＣＰＵ１２１は当該位相差に基づいて撮影レンズ１３７の焦点状態（デフォーカス量）を検出する。
【００２８】
続いて、ＣＰＵ１２１は当該デフォーカス量に基づいて、合焦状態を得るためのフォーカスレンズ１０５の移動量を算出する。なお、位相差ＡＦについては、例えば、特開２００７−３１６４９７号公報に記載の位相差ＡＦを適用することができる。
【００２９】
電子フラッシュ制御回路１２２は、ＣＰＵ１２１の制御下で、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５を点灯制御する。補助光駆動回路１２３は、ＣＰＵ１２１の制御下で、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光部１１６を点灯制御する。撮像素子駆動回路１２４は、ＣＰＵ１２１の制御下で、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、その出力である画像信号をＡ／Ｄ変換して画像データとしてＣＰＵ１２１に送る。画像処理回路１２５は、ＣＰＵ１２１の制御下で、画像データについてγ変換、カラー補間、およびＪＰＥＧ圧縮などの処理を行う。
【００３０】
フォーカス駆動回路１２６は、ＣＰＵ１２１の制御下で焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御して、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退して焦点調節を行う。絞り駆動回路１２８は、ＣＰＵ１２１の制御下で、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。
【００３１】
ズーム駆動回路１２９は、ＣＰＵ１２１の制御下で、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。レンズ通信回路１３５は撮影レンズ１３７のカメラ通信回路１３６と通信を行う。シャッター駆動回路１４５は、ＣＰＵ１２１の制御下でシャッターアクチュエータ１４０を駆動する。
【００３２】
表示部１３１は、例えば、ＬＣＤであり、表示部１３１には、カメラ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、および焦点検出時の合焦状態表示画像などが表示される。操作スイッチ１３２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、および撮影モード選択スイッチなどで構成される。フラッシュメモリ１３３はカメラ本体１３８に着脱可能であり、撮影済みの画像が記録される。メモリ１４４にはＣＰＵ１２１で行われる演算に必要な各種データが保存されている。
【００３３】
続いて、図１に示すカメラで行われる撮像面位相差ＡＦについて説明する。
【００３４】
図２は、図１に示す撮像素子１０７における撮像用画素の構造を説明するための図である。そして、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００３５】
図２（ａ）に示す例では、２行×２列の４画素のうち、対角の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画素にそれぞれＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を配置したベイヤー配列が用いられている。そして、ベイヤー配列の間に、後述する構造の複数の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置され、前述の２行×２列の画素構造が繰り返して配列される。
【００３６】
図２（ｂ）において、各画素の最前面にはオンチップマイクロレンズＭＬが配置されている。そして、マイクロレンズＭＬの後には、Ｒ（赤）のカラーフィルタＣＦＲおよびＧ（緑）のカラーフィルタＣＦＧが配置されている。なお、ＰＤは、撮像素子１０７光電変換部を模式的に示したものであり、ＣＬは撮像素子１０７における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。また、ＴＬは撮影光学系を模式的に示したものである。
【００３７】
ここで、撮像用画素のマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤとは、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。撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰ（瞳領域ともいう）と光電変換部ＰＤとは、マイクロレンズＭＬによって共役関係にあり、かつ光電変換部ＰＤの有効面積は大面積に設計される。
【００３８】
また、図２（ｂ）においては、Ｒ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素およびＢ（青）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各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んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。
【００３９】
図３は、図１に示す撮像素子１０７における焦点検出用画素の構造を説明するための図である。そして、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００４０】
図示の例では、撮影光学系ＴＬにおいてｘ方向に瞳分割を行うための焦点検出用画素が示されている。図３（ａ）において、２行×２列の撮像用画素のうちＧ画素を残してＲ画素およびＢ画素に相当する位置に所定の割合で焦点検出用画素が配列される。ＳＨＡおよびＳＨＢはその分割形態が異なる焦点検出用画素である。つまり、これら焦点検出用画素ＳＨＡおよびＳＨＢはベイヤー配列の間に所定の規則によって分散配置される。そして、焦点検出用画素ＳＨＡおよびＳＨＢから得られた被写体像の位相差を応じて、ＣＰＵ１２１はフォーカスずれ量を算出する。
【００４１】
具体的には、画像信号を得る際には、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められやすい。このため、Ｇ画素は輝度情報の主成分をなす。一方、Ｒ又はＢ画素は色情報を取得する画素であるが、人間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に気づきにくい。
【００４２】
そこで、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に相当する位置の一部の画素に所定の割合で焦点検出用画素を配列する。この焦点検出用画素は、前出のように、図３（ａ）においてＳＨＡおよびＳＨＢで示されている。
【００４３】
マイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤとは図２（ｂ）に示す撮像用画素と同一構造である。ここでは、焦点検出用画素の信号は画像生成には用いないので、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（無色）が配置される。また、撮像素子１０７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ｘ方向に偏心している。
【００４４】
具体的には、焦点検出用画素ＳＨＡの開口部ＯＰＨＡは−ｘ方向に偏心しているので、焦点検出用画素ＳＨＡは撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、焦点検出用画素ＳＨＢの開口部ＯＰＨＢは＋ｘ方向に偏心しているので、焦点検出用画素ＳＨＢは撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。
【００４５】
ここで、焦点検出用画素ＳＨＡをｘ方向に規則的に配列し、これらの焦点検出用画素群ＳＨＡで取得した被写体像（像信号）をＡ像（Ａ像信号）とする。同様に、焦点検出用画素ＳＨＢもｘ方向に規則的に配列し、これらの焦点検出用画素群ＳＨＢで取得した被写体像をＢ像（Ｂ像信号）とする。これらＡ像とＢ像の相対位置（つまり、像ずれ量）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。
【００４６】
図４は、図１に示す撮像素子における焦点検出用画素の構造の他の例を説明するための図である。そして、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【００４７】
図示の例では、図３に示す例と同様に、撮影光学系ＴＬにおいてｘ方向に瞳分割を行うための焦点検出用画素が示されている。図４（ａ）において、ＲＧＢの各画素はその光電変換部ＰＤが２分割されている。
【００４８】
ここでは、焦点検出用画素ＤＡの光電変換部ＰＤＡは＋ｘ方向に偏心しているので、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰＤＡを通過した光束を受光する。同様に、焦点検出用画素ＤＢの光電変換部ＰＤＢは−ｘ方向に偏心しているので、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰＤＢを通過した光束を受光する。
【００４９】
ここで、焦点検出用画素ＤＡをｘ方向に規則的に配列し、これらの焦点検出用画素群ＤＡで取得した被写体像（像信号）をＡ’像（Ａ’像信号）とする。同様に、焦点検出用画素ＤＢもｘ方向に規則的に配列し、これらの焦点検出用画素群ＤＢで取得した被写体像をＢ’像（Ｂ’像信号）とする。これらＡ’像とＢ’像の相対位置（つまり、像ずれ量）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。
【００５０】
なお、撮像用画素の間に焦点検出用画素を離散的に配置する手法および焦点検出用画素を用いて焦点検出を行う手法については、例えば、特開２０００−２０６９１号公報に記載されているので、ここでは説明を省略する。
【００５１】
図５は、図１に示す撮像素子１０７による瞳分割状況を概念的に説明するための図である。
【００５２】
図５において、撮影光学系ＴＬを介して被写体ＯＢＪの像が撮像素子１０７に結像し、撮像素子１０７は当該像（光学像）に応じた像信号ＩＭＧを出力する。撮像素子１０７において、撮像用画素は、図２で説明したように、撮影光学系ＴＬの射出瞳全域ＥＰを通過した光束を受光する。一方、焦点検出用画素は、図３又は図４で説明した瞳分割機能を有している。つまり、撮像素子１０７において、焦点検出用画素は射出瞳ＥＰＨＡ又はＥＰＨＢを通過した光束を受光する。そして、焦点検出用画素を、撮像素子１０７の全領域に亘って配列させれば、撮像領域全域において焦点検出を行うことができる。
【００５３】
なお、ここでは、ｘ方向に輝度分布を有する被写体ＯＢＪにおける焦点検出について説明したが、同様にして、撮影光学系ＴＬのｙ方向にも瞳分割を行う画素を備えれば、ｙ方向に輝度分布を有する被写体についても焦点検出を行うことができる。また、以下の説明では、射出瞳面内における光束の強度分布を単に瞳強度分布と呼ぶことにする。
【００５４】
図６は、図３又は図４で説明した焦点検出用画素の瞳強度分布と当該瞳強度分布から得られる線像分布関数を説明するための図である。そして、図６（ａ）は図３（ａ）に示す焦点検出用画素ＳＨＡ又は図４（ａ）に示す焦点検出用画素ＤＡの特性を示す図であり、図６（ｂ）は、図３（ａ）の焦点検出用画素ＳＨＢ又は図４（ａ）焦点検出用画素ＤＢの特性を示す図である。また、図６（ｃ）は線像分布関数ＬＳＦＡとＬＳＦＢを示す図である。
【００５５】
図６に示すｘ軸およびｙ軸はそれぞれ図５に示すｘ軸およびｙ軸に対応している。図６（ａ）および図６（ｂ）においては、図中の色が濃くなるほど受光強度が高いことを示している。図３（ａ）おいては説明の便宜上、焦点検出用画素ＳＨＡの射出瞳をＥＰＨＡ、焦点検出用画素ＳＨＢの射出瞳をＥＰＨＢと分離して表示している。同様に、図４（ａ）においても焦点検出用画素ＤＡの射出瞳をＥＰＤＡ、焦点検出用画素ＤＢの射出瞳をＥＰＤＢと分離して表示している。
【００５６】
実際には、図３（ｂ）に示す開口部ＯＰＨＡおよび開口部ＯＰＨＢで生じる回折の影響によって光はぼけて広がり、焦点検出用画素ＳＨＡおよび焦点検出用画素ＳＨＢの射出瞳は一部領域で重なる部分がある。さらに、図４（ｂ）示す例では、図３（ｂ）に示すように配線層ＣＬで光を分離するのではなく光電変換部ＰＤＡおよびＰＤＢによって分離を行っている。このため、焦点検出用画素ＤＡおよびＤＢは互いにマイクロレンズＭＬによって一部領域が重なる。
【００５７】
図６（ｃ）は図６（ａ）および図６（ｂ）に示す瞳強度分布をｙ方向に射影した線像分布関数である。図６（ｃ）において、横軸は図６（ａ）および（ｂ）に示すｘ軸に対応し、縦軸は線像分布関数の強度を示している。原点Ｏが撮影光学系（つまり、撮影レンズ）の光軸に対応している。
【００５８】
ここで、点像分布関数、線像分布関数、および瞳強度分布について説明すると、ある点光源が撮影光学系の射出瞳を通過して結像面（撮像素子の結像面）上に形成する点像の強度分布である所謂点像分布関数は、撮影光学系が無収差の場合には、射出瞳形状は結像面上に縮小投影される。そして、線像分布関数は点像分布関数の射影であるので、瞳強度分布の射影を線像分布関数とする。
【００５９】
図６（ｃ）に示すように、撮像素子の中央に位置する焦点検出用画素では、線像分布関数ＬＳＦＡおよびＬＳＦＢは光軸に対して略対称（像の形状が略一致）となる。また、線像分布関数ＬＳＦＡおよびＬＳＦＢの各々はｘ軸方向の重心位置を中心として、ｘ軸方向に略対称形となっている。
【００６０】
図７は図６の瞳強度分布に対して撮影光学系による所謂ケラレが生じた際の瞳強度分布とその瞳強度分布から得られる線像分布関数を説明するための図である。そして、図７（ａ）は焦点検出用画素の一方について撮影光学系によるケラレがある際に撮像画面の中央部における瞳強度分布を示す図であり、図７（ｂ）は焦点検出用画素の他方について撮影光学系によるケラレがある際に撮像画面の中央部における瞳強度分布を示す図である。また、図７（ｃ）は図７（ａ）および図７（ｂ）に示す瞳強度分布の場合の線像分布関数を示す図である。さらに、図７（ｄ）は焦点検出用画素の一方について撮影光学系によるケラレがある際に撮像画面の周辺部における瞳強度分布を示す図であり、図７（ｅ）は焦点検出用画素の他方について撮影光学系によるケラレがある際に撮像画面の周辺部における瞳強度分布を示す図である。図７（ｆ）は図７（ｄ）および図７（ｅ）に示す瞳強度分布の場合の線像分布関数を示す図である。
【００６１】
図７（ａ）および図７（ｄ）には、図３（ａ）に示す焦点検出用画素ＳＨＡ又は図４（ａ）に示す焦点検出用画素ＤＡについて撮影光学系によるケラレがある場合の瞳強度分布の特性が示されている。また、図７（ｂ）および図７（ｅ）には、図３（ａ）に示す焦点検出用画素ＳＨＢ又は図４（ａ）に示す焦点検出用画素ＤＢについて撮影光学系によるケラレがある場合の瞳強度分布の特性が示されている。そして、図６に示す瞳強度分布のうち、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｄ）、および図７（ｅ）に示すＡｒｅａ１、Ａｒｅａ２内側領域のみが焦点検出用画素ＳＨＡおよびＳＨＢ又はＤＡおよびＤＢで受光される領域となる。
【００６２】
領域Ａｒｅａ１は撮影画面の中央部（又は中央部分）あるので、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、円形領域となる。一方、領域Ａｒｅａ２は撮影画面の周辺部にあって、撮影画面の中央部と異なって複数（ここでは２つ）の円が重なった楕円領域となる。この楕円領域は図７（ｄ）および図７（ｅ）に示すように、ｘおよびｙ方向の片側によった形状を有している。この片寄りは撮影画面の周辺部の位置に応じて変化する。
【００６３】
図７（ｃ）において、横軸は図７（ａ）および図７（ｂ）のｘ軸に対応し、縦軸は線像分関数の強度を示す。同様に、図７（ｆ）において、横軸は図７（ｄ）および図７（ｅ）のｘ軸に対応し、縦軸は線像分関数の強度を示す。そして、原点Ｏは撮影光学系の光軸に対応している。
【００６４】
図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｄ）、および図７（ｅ）に示すように、瞳強度分布は領域Ａｒｅａ１およびＡｒｅａ２により一部が切り取られた状態になっている。このため、撮影画面の中央部における線像分布関数ＬＳＦＡ−１およびＬＳＦＢ−１においては、全体的を見るとｘ軸方向の重心位置を中心としてｘ軸方向に非対称となる（図７（ｃ）参照）。一方、撮影画面の周辺部における線像分布関数ＬＳＦＡ−２およびＬＳＦＢ−２においては、領域Ａｒｅａ２は前述したように、楕円領域で、かつ片寄った位置となる。このため、線像分布関数ＬＳＦＡ−２およびＬＳＦＢ−２とは略対象系とはならず、強度ムラ（以下、シェーディング）が生じる（図７（ｆ）参照）。
【００６５】
このようなケラレによるシェーディングによって、一対の像信号（焦点検出信号）における一致度が低下する結果、焦点検出精度が低下してしまう。このため、撮影画面の中央部において検出されたデフォーカス量に比べて、撮影画面の周辺部で検出されたデフォーカス量はその信頼性が低下してしまうことになる。
【００６６】
このようなシェーディングによる検出精度の低下に対処するため、ここでは、撮影画面（つまり、撮像素子の撮像面）の中央部である第１の領域から撮影画面の周辺部である第２の領域を跨いで主被写体が移動した際のデフォーカス量を用いて焦点調節制御を行う。
【００６７】
図８は、図１に示すカメラにおける焦点調節制御の一例を説明するための図である。そして、図８（ａ）は、撮影画面を示す図であり、図８（ｂ）は主被写体のデフォーカス量と時間との関係の一例を示す図である。そして、図８（ｃ）は、主被写体のデフォーカス量変化率と時間との関係の一例を示す図である。
【００６８】
図８（ａ）に示す撮影画面において、撮影画面の中央部に第１の領域が規定され、撮影画面の周辺部に第２の領域が規定される。撮影画面には、主被写体追尾枠（Ｆｒａｍｅ）が２つの異なる主被写体を追尾した際の軌跡ＡおよびＢが示されている。主被写体についてそれぞれ時間（測定時間）ｔ１〜ｔｎまで追尾（つまり、焦点検出）が行われたものとすると、軌跡ＡおよびＢにおいて焦点検出が行われた時間ｔｎに撮影画面の位置又は点ｘ（ｔｎ）に位置する主被写体のデフォーカス量Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）が測定される。
【００６９】
図示の例では、軌跡Ｂにおいて、測定点８０１は第１の領域に位置し、測定点８０２および８０３は第２の領域に位置する。
【００７０】
図８（ｂ）では、図８（ａ）に示す軌跡ＡおよびＢについてデフォーカス量Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）が測定時間ｔｎ毎にプロットされている。また、図８（ｃ）では、図８（ａ）に示す軌跡ＡおよびＢについてデフォーカス量変化率ｍ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）が測定時間ｔｎ毎にプロットされている。図８（ｂ）に示すＴｈＤｅｆはデフォーカス量閾値であり、後述するように、デフォーカス量がデフォーカス量閾値ＴｈＤｅｆを超えると再度焦点調節が行われる。
【００７１】
また、図８（ｃ）に示すＴｈΔｍは、後述するデフォーカス量変化率差閾値であり、デフォーカス量変化率の変化量がデフォーカス量変化率差閾値ＴｈΔｍを超えると後述するように、焦点調節手法が選択的に切り替えられる。
【００７２】
例えば、ＣＰｕ１２１は所定の時間間隔で主被写体のデフォーカス量を取得し、主被写体追尾枠による主被写体の追尾を行って、主被写体のデフォーカス量から次の式（１）〜式（３）を用いてデフォーカス量変化率ｍ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）を算出する。
【００７３】
ここでは、ＣＰＵ１２１は、位置ｘ（ｔｎ）および位置ｘ（ｔｎ−１）がともに第１の領域に位置する場合には、式（１）に基づいてデフォーカス量変化率ｍ１１（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）を算出する。また、ＣＰＵ１２１は、位置ｘ（ｔｎ）および位置ｘ（ｔｎ−１）が第１の領域と第２の領域とに跨って位置する場合には、式（２）に基づいてデフォーカス量変化率ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）を算出する。そして、ＣＰＵ１２１は、位置ｘ（ｔｎ）および位置ｘ（ｔｎ−１）がともに第２の領域に位置する場合には、式（３）に基づいてデフォーカス量変化率ｍ２２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）を算出する。
【００７４】
【数１】
2014164026.tif 000003
続いて、ＣＰＵ１２１はデフォーカス量変化率ｍ１１（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）、ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）、およびｍ２２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）を用いてデフォーカス量変化率の差（変化量）Δｍを算出する。そして、ＣＰＵ１２１は第１の領域と第２の領域を跨って主被写体が移動した際のデフォーカス量変化率の差Δｍがデフォーカス量変化率差閾値ＴｈΔｍを超えたか否かに応じて、後述するように処理を行う。
【００７５】
まず、第１の領域と第２の領域との境界近傍においてデフォーカス量変化率が大きく変化したか否かを判定するため、ＣＰＵ１２１は、差Δｍ＝ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）−ｍ１１（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）とデフォーカス量変化率差閾値ＴｈΔｍとを比較する。そして、Δｍ＞ＴｈΔｍであると、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差ＡＦを中止してコントラストＡＦ（第２の焦点調節制御）に切り替える。
【００７６】
次に、第１の領域と第２の領域との境界近傍から第２の領域にさらに移動した場合にデフォーカス量変化率が大きく変化したか否かを判定するため、ＣＰＵ１２１はΔ’ｍ＝ｍ２２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）−ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）とデフォーカス量変化率差閾値ＴｈΔｍとを比較する。そして、Δｍ’＞ＴｈΔｍであると、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差ＡＦからコントラストＡＦに切り替える。
【００７７】
ところで、デフォーカス量を取得するためのサンンプリング周期が短い場合、第１の領域と第２の領域との境界近傍の２点（つまり、位置）（ｘ（ｔｎ）、ｘ（ｔｎ−１））を比較しても、その変化が分かりにくいことがある。このような場合には、第１の領域と第２の領域との２点を比較するため、ＣＰＵ１２１はΔ差ｍ’’＝ｍ２２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）−ｍ１１（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）とデフォーカス量変化率差閾値ＴｈΔｍとを比較する。そして、Δｍ’’＞ＴｈΔｍであると、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差ＡＦからコントラストＡＦに切り替える。
【００７８】
ここで、図８に示す位置８０１、８０２、および８０３におけるデフォーカス量変化率ｍに応じた焦点調節制御について説明する。
【００７９】
ここで、位置８０１では、ＣＰＵ１２１は時間ｔｎ−２およびｔｎ−１におけるデフォーカス量Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ−２）、ｔｎ−２）およびＤｅｆ（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１）から、前述の式（１）を用いて、デフォーカス量変化率ｍ１１（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１）を算出する。
【００８０】
また、位置８０２では、ＣＰＵ１２１は時間ｔｎ−１およびｔｎにおけるデフォーカス量Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１）およびＤｅｆ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）から、前述の式（２）を用いて、デフォーカス量変化率ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）を算出する。
【００８１】
同様に、位置８０３では、ＣＰＵ１２１は時間ｔｎおよびｔｎ＋１におけるデフォーカス量Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）およびＤｅｆ（ｘ（ｔｎ＋１）、ｔｎ＋１）から、前述の式（３）を用いて、デフォーカス量変化率ｍ２２（ｘ（ｔｎ＋１）、ｔｎ＋１）を算出する。
【００８２】
なお、以下の説明では、デフォーカス量変化率差閾値ＴｈΔｍは、図８（ｃ）において縦軸で±１目盛りであるとして説明する。
【００８３】
まず、図８（ｂ）に示す軌跡Ａについては、時間ｔｎ−１から時間ｔｎにおいて、第１の領域から第２の領域を跨って、デフォーカス量が所定の範囲内において一定量ずつ増加するように移動している。また、デフォーカス量Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ−２）、ｔｎ−２）、Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１）、Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）、およびＤｅｆ（ｘ（ｔｎ＋１）、ｔｎ＋１）に基づいて式（１）〜式（３）を用いてデフォーカス量変化率を算出すると、次の式（４）〜式（６）が得られる。
【００８４】
【数２】
2014164026.tif 000004
図８（ｃ）に示すように、軌跡Ａについてはそのデフォーカス量変化率ｍは、デフォーカス量が一定量ずつ増加しているため、一定となる（ｍ１１（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１）＝ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）＝ｍ２２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ））。この際の各デフォーカス量変化率の差はΔｍ（＝ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）−ｍ１１（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１））＝Δｍ‘（＝ｍ２２（ｘ（ｔｎ＋１）、ｔｎ＋１）−ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ））＝０となる。
【００８５】
つまり、軌跡Ａについては、ΔｍおよびΔｍ‘≦ＴｈΔｍとなるので、ＣＰＵ１２１は第１の領域と第２の領域との間で軌跡Ａは連続性があると判定する。従って、軌跡Ａについては、ＣＰＵ１２１は第２の領域においても撮像面位相差ＡＦによる焦点調節を行う。
【００８６】
一方、図８（ｂ）に示す軌跡Ｂについては、時間ｔｎ−１から時間ｔｎにおいて、第１の領域から第２の領域を跨る際に、デフォーカス量が大きく変化しており、当該軌跡Ｂで移動する主被写体が急激に移動したように見える。この際、デフォーカス量Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ−２）、ｔｎ−２）、Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１）、Ｄｅｆ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）、およびＤｅｆ（ｘ（ｔｎ＋１）、ｔｎ＋１）に基づいて式（１）〜式（３）を用いてデフォーカス量変化率を算出すると、前述の式（４）〜式（６）が得られる。
【００８７】
図８（ｃ）に示すように、軌跡Ｂについては、第１の領域においてはデフォーカス量が一定量ずつ増加しているので、デフォーカス量変化率ｍは、一定となる（ｍ１１（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１）＝一定）。ところが、第１の領域から第２の領域に移動した後においては、軌跡Ｂではデフォーカス量が大きく変化し、デフォーカス量変化率ｍは一定ではなくなる（ｍ１１（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１）≠ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）、ｍ１１（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１）≠ｍ２２（ｘ（ｔｎ＋１）、ｔｎ＋１））。
【００８８】
この際の各デフォーカス量変化率の差はΔｍ（＝ｍ１２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）−ｍ１１（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１））＞ＴｈΔｍ、Δｍ´´（＝ｍ２２（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）−ｍ１１（ｘ（ｔｎ−１）、ｔｎ−１））＞ＴｈΔｍとなる。
【００８９】
つまり、前述のように、デフォーカス量変化率差閾値ＴｈΔｍは、図８（ｃ）に示す縦軸で±１であるので、軌跡Ｂについては、第１の領域から第２の領域に移動した後においてデフォーカス量変化率の差がデフォーカス量変化率差閾値ＴｈΔｍ範囲を超えている（＋２目盛りの変化）。従って、ＣＰＵ１２１は第１の領域と第２の領域との間で軌跡Ｂは連続性がなくなったと判定する。そして、ＣＰＵ１２１は、軌跡Ｂについて第２の領域においては撮像面位相差ＡＦを行わないと判定する。
【００９０】
このようにして、デフォーカス量変化率の差Δｍ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）に応じて、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差ＡＦからコントラストＡＦへの切替を行うか否かを判定することになる。
【００９１】
ここで、図１に示すカメラにおける焦点調節制御について説明する。
【００９２】
図９は、図１に示すカメラで行われる焦点検出制御を説明するためのフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理は、ＣＰＵ１２１によって行われる。また、ここでは、動画撮影を行うものとする。
【００９３】
動画撮影開始の指示があると、ＣＰＵ１２１はレンズ通信回路１３５を介してカメラ通信回路１３６とレンズ通信を行って、撮影レンズ１３７の動作確認を行う。さらに、ＣＰＵ１２１は撮影レンズ１３７のメモリ内容および実行プログラムの初期化を行うとともに、準備動作を実行させる。また、ＣＰＵ１２１は焦点検出および撮影に必要な撮影レンズ１３７の諸特性データを取得して、これら特性データをメモリ１４４に保存する（ステップＳ９０１：撮影レンズ情報取得）。
【００９４】
続いて、ＣＰＵ１２１は操作スイッチ１３２の１つであるレリーズスイッチが半押し状態（Ｓ１オン）となったか否かを判定する（ステップＳ９０２）。Ｓ１オンとならないと（ステップＳ９０２において、ＮＯ）、ＣＰＵ１２１は待機する。一方、Ｓ１オンとなると（ステップＳ９０２において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２１は撮影準備動作に移行して、撮像素子１０７による撮像動作を開始する。そして、ＣＰＵ１２１は撮像素子１０７から取得した画像について位相差検出によるデフォーカス量を検出する撮像面位相差検出を行う。ＣＰＵ１２１は当該デフォーカス量に応じて、フォーカス駆動回路１２６およびフォーカスアクチュエータ１４０によってフォーカスレンズ１０５を駆動して焦点調節を行う。
【００９５】
次に、ＣＰＵ１２１は画像において主被写体を認識して当該主被写体に対して主被写体追尾枠を設定する（ステップＳ９０３）。なお、主被写体を認識する手法として、例えば、特開２０１２―６３３８５号公報に記載のように、主被写体が人物等の場合には目など特徴的な箇所を抽出して認識を行う手法が用いられる。
【００９６】
続いて、ＣＰＵ１２１は主被写体追尾枠が設定された主被写体について撮像面位相差検出を行ってそのデフォーカス量を検出する（ステップＳ９０４）。そして、ＣＰＵ１２１は主被写体追尾枠の位置に応じて主被写体が撮像画面の第２の領域に存在するか否かを判定する（ステップＳ９０５）。
【００９７】
主被写体が第２の領域に存在すると（ステップＳ９０５において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差検出（つまり、撮像面位相差ＡＦ）をＮ（Ｎは２以上の整数）回以上行ったか否かを判定する（ステップＳ９０６）。例えば、主被写体が第１の領域に存在し、その後、第１の領域から第２の領域に移動した場合（図８（ａ）に示す位置８０１から位置８０２への移動）、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差検出の回数がＮ回以上であると判定する。
【００９８】
撮像面位相差検出の回数がＮ回以上であると（ステップＳ９０６において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２１は、前述のようにしてデフォーカス量変化率（つまり、デフォーカス量の時間的変化）ｍ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）を算出する。そして、ＣＰＵ１２１は第１の領域と第２の領域との境界近傍におけるデフォーカス量変化率ｍ（ｘ（ｔｎ）、ｔｎ）に基づいてデフォーカス量変化率の差（差分）Δｍを算出する。続いて、ＣＰＵ１２１はデフォーカス量変化率の差Δｍがデフォーカス量変化率差閾値（第１の閾値）ＴｈΔｍよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ９０７）。
【００９９】
Δｍ＞ＴｈΔｍであると（ステップＳ９０７において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２１は、第１の領域から第２の領域に跨る移動をした際、撮像面位相差検出で得られたデフォーカス量が大きく変化したと判定する。そして、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差ＡＦからコントラストＡＦに焦点調節制御を変更する（ステップＳ９０８）。
【０１００】
なお、前述のコントラストＡＦとは、フォーカスレンズ１０５を駆動しつつ、撮像素子１０７で撮像された被写体像のコントラスト評価を行ってコントラストのピーク位置に応じて合焦位置を検出する焦点検出のことをいう。ここでは、例えば、特開平１０−４２１７３号公報に記載のコントラストＡＦが用いられる。
【０１０１】
続いて、ＣＰＵ１２１は、レリーズスイッチが全押し（Ｓ２オン）されたか否かを判定する（ステップＳ９０９）。Ｓ２オンでないと（ステップＳ９０９において、ＮＯ）、ＣＰＵ１２１はステップＳ９０４の処理に戻って撮像面位相差検出による焦点調節制御を行う。
【０１０２】
一方、Ｓ２オンとなると（ステップＳ９０９において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ９０１で取得した撮影レンズ情報（Ｆナンバーなど）に基づいて、撮像素子１０７による撮像動作を開始して撮影画像を取得する（ステップＳ９１０）。そして、ＣＰＵ１２１は撮影を終了する。
【０１０３】
なお、撮像面位相差検出の回数がＮ回未満であると（ステップＳ９０６において、ＮＯ）、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ９０８の処理に進んで、撮像面位相差ＡＦからコントラストＡＦに焦点調節制御を変更する。例えば、主被写体が最初から第２の領域に存在していた場合又は初めて撮像面位相差検出を行った場合などにおいて、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差検出の回数がＮ回未満であると判定する。
【０１０４】
ステップＳ９０５において、主被写体が第２の領域に存在しないと（ステップＳ９０５において、ＮＯ）、つまり、主被写体が第１の領域に存在すると、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差検出で得られたデフォーカス量が所定のデフォーカス量閾値（第２の閾値）ＴｈＤｅｆよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ９１１）。
【０１０５】
デフォーカス量がデフォーカス量閾値ＴｈＤｅｆよりも大きいと（ステップＳ９１１において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１２１はＳ１オンの時点からデフォーカス量が大きく変化したと判定する。そして、ＣＰＵ１２１は撮像面位相差検出で得られたデフォーカス量に応じてフォーカスレンズ１０５を駆動して焦点調節を行う（ステップＳ９１２）。そして、ＣＰＵ１２１はステップＳ９０９の処理に進んで、Ｓ２オンか否かを判定する。
【０１０６】
一方、デフォーカス量がデフォーカス量閾値ＴｈＤｅｆ以下であると（ステップＳ９１１において、ＮＯ）、ＣＰＵ１２１はステップＳ９０９の処理に進んで、Ｓ２オンか否かを判定する。
【０１０７】
なお、ステップＳ９０７において、Δｍ≦ＴｈΔｍ（つまり、第１の閾値以下）であると（ステップＳ９０７において、ＮＯ）、ＣＰＵ１２１は、第１の領域から第２の領域に跨る移動をした際、撮像面位相差検出で得られたデフォーカス量の変化は許容範囲であると判定する。そして、ＣＰＵ１２１はステップＳ９１１の処理に移行して、撮像面位相差検出で得られたデフォーカス量が所定のデフォーカス量閾値ＴｈＤｅｆよりも大きいか否かを判定する。
【０１０８】
このように、本発明の実施の形態では、デフォーカス量変化率ｍの差（変化）に応じて、撮像面位相差ＡＦおよびコントラストＡＦのいずれかを用いるようにしたので、撮影画面周辺においても焦点検出精度が低下することなく、短時間で合焦を行うことができる。
【０１０９】
なお、上述の実施の形態においては、相関演算の際に所謂像ずれ方式を用いたが、他の手法を用いるようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、撮像装置として撮影レンズが交換可能なカメラについて説明したが、撮影レンズがカメラ本体に備わっている所謂レンズくくり付けタイプのカメラにも適用することができる。
【０１１０】
上述の説明から明らかなように、図１に示す例においては、ＣＰＵ１２１、撮像素子駆動回路１２４、および画像処理回路１２５が焦点検出手段として機能し、ＣＰＵ１２１、フォーカス駆動回路１２６、およびフォーカスアクチュエータ１１４が第１の焦点調節手段および第２の焦点調節手段として機能する。また、ＣＰＵ１２１は第１の判定手段、第２の判定手段、および制御手段として機能する。
【０１１１】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【０１１２】
例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。
【０１１３】
上記の制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも焦点検出ステップ、第１の焦点調節ステップ、第２の焦点調節ステップ、判定ステップ、および制御ステップを有している。
【０１１４】
また、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。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記録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（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０５  フォーカスレンズ
１０７  撮像素子
１１４  フォーカスアクチュエータ
１２１  ＣＰＵ
１２４  撮像素子駆動回路
１２５  画像処理回路
１２６  フォーカス駆動回路
１３１  表示部
１３２  操作スイッチ
１３７  撮影レンズユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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【図７】
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