(57)【要約】【課題】デフォーカス量に応じて適切な絞り値を設定することにより高信頼性かつ高速の焦点検出が可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、結像光学系を介して光学像を光電変換する撮像素子と、撮像素子の焦点検出画素から得られた像信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行い、デフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出手段により算出されたデフォーカス量に応じて、開放絞り値を含まない所定の範囲内で絞り値を設定する絞り値設定手段と、絞り値設定手段により設定された絞り値になるように絞りを制御して合焦制御を行う制御手段とを有する。【選択図】図１１
2014238517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系を介して光学像を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子の焦点検出画素から得られた像信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行い、デフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量に応じて、開放絞り値を含まない所定の範囲内で絞り値を設定する絞り値設定手段と、
前記絞り値設定手段により設定された前記絞り値になるように絞りを制御して合焦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】
前記絞り値設定手段は、
前記デフォーカス量が第一の閾値以上であるか否かを判定し、
前記デフォーカス量が前記第一の閾値以上の場合、前記絞り値として第一の絞り値を設定し、
前記デフォーカス量が前記第一の閾値よりも小さい場合、前記絞り値として、前記第一の絞り値よりも小さい第二の絞り値を設定す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】
前記絞り値設定手段は、前記デフォーカス量が記憶されていない場合、前記絞り値として前記第一の絞り値を設定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】
前記絞り値設定手段は、前記結像光学系に応じて前記絞り値を設定することを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第一の絞り値は、瞳強度分布に基づいて設定されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第一の絞り値は、前記瞳強度分布における線像の傾きの変化量が所定量よりも小さい領域内に絞り枠が収まるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第一の絞り値は、前記焦点検出手段により同一の被写体に対して算出される前記デフォーカス量のばらつきが所定のばらつきよりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記デフォーカス量のばらつきは、基準被写体に対して複数の撮影を行うことにより算出されることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記絞り値設定手段は、前記デフォーカス量が第二の閾値以上であるか否かを判定し、
前記焦点検出手段は、
前記デフォーカス量が前記第二の閾値以上の場合、前記位相差方式による焦点検出を行い、
前記デフォーカス量が前記第二の閾値よりも小さい場合、コントラスト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８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
結像光学系を備えたレンズ装置と、
請求項１乃至９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。
【請求項１１】
結像光学系を介して光学像を光電変換するステップと、
撮像素子の焦点検出画素から得られた像信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行い、デフォーカス量を算出するステップと、
算出された前記デフォーカス量に応じて、開放絞り値を含まない所定の範囲内で絞り値を設定するステップと、
設定された前記絞り値になるように絞りを制御して合焦制御を行うステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１２】
前記絞り値を設定するステップにおいて、
前記デフォーカス量が第一の閾値以上であるか否かを判定し、
前記デフォーカス量が前記第一の閾値以上の場合、前記絞り値として第一の絞り値を設定し、
前記デフォーカス量が前記第一の閾値よりも小さい場合、前記絞り値として、前記第一の絞り値よりも小さい第二の絞り値を設定することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１３】
前記位相差方式による焦点検出またはコントラスト方式による焦点検出を行うか否かを判定するステップを更に有し、該ステップにおいて、
前記デフォーカス量が第二の閾値以上であるか否かを判定し、
前記デフォーカス量が前記第二の閾値以上の場合、前記位相差方式による焦点検出を行い、
前記デフォーカス量が前記第二の閾値よりも小さい場合、コントラスト方式による焦点検出を行うことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか１項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。
【請求項１５】
請求項１４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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＣＭＯＳセンサを用いた瞳分割方式（位相差方式）による焦点検出装置が開示されている。瞳分割方式の焦点検出装置は、大ボケ状態であっても１回の測定でデフォーカス量を検出することができる。このため、高速な焦点調節が可能であり、有望な方法である。１回の測定でデフォーカス量を検出できる理由は、瞳分割により生成された２つの像信号のずれ量とずれ方向が検出できるためである。
【０００３】
特許文献２には、デフォーカス量の検出精度を向上させるため、開放絞り値よりも大きい絞り値で絞りを制御して焦点検出を行う撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−２１６３０６号公報
【特許文献２】特開２００８−２４２１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、瞳分割方式の焦点検出装置は、センサの瞳分割性能が十分でない場合、絞り値に応じて、デフォーカス量の検出可能範囲や焦点検出結果の信頼性が大きく異なる。このため、高速な焦点検出を行うことができない場合がある。
【０００６】
そこで本発明は、デフォーカス量に応じて適切な絞り値を設定することにより、高信頼性かつ高速の焦点検出が可能な撮像装置、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての撮像装置は、結像光学系を介して光学像を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子の焦点検出画素から得られた像信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行い、デフォーカス量を算出する焦点検出手段と、前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量に応じて、開放絞り値を含まない所定の範囲内で絞り値を設定する絞り値設定手段と、前記絞り値設定手段により設定された前記絞り値になるように絞りを制御して合焦制御を行う制御手段とを有する。
【０００８】
本発明の他の側面としての撮像システムは、撮像光学系を備えたレンズ装置と、前記撮像装置とを有する。
【０００９】
本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、結像光学系を介して光学像を光電変換するステップと、撮像素子の焦点検出画素から得られた像信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行い、デフォーカス量を算出するステップと、算出された前記デフォーカス量に応じて、開放絞り値を含まない所定の範囲内で絞り値を設定するステップと、設定された前記絞り値になるように絞りを制御して合焦制御を行うステップとを有する。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、デフォーカス量に応じて適切な絞り値を設定することにより、高信頼性かつ高速の焦点検出が可能な撮像装置、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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【図２】本実施例における画素構造を示す図である。
【図３】本実施例における撮像素子の瞳分割機能の説明図である。
【図４】本実施例における瞳強度分布および線像の説明図である。
【図５】本実施例において、絞り値が小さい場合の瞳強度分布および線像の説明図である。
【図６】本実施例において、絞り値が大きい場合の瞳強度分布および線像の説明図である。
【図７】本実施例において、被写体の違いによる算出デフォーカス量のばらつきの説明図である。
【図８】本実施例において、同被写体条件における算出デフォーカス量のばらつきの説明図である。
【図９】本実施例において、絞り値の最小値を求める方法の説明図である。
【図１０】本実施例において、絞り値の最大値を求める方法の説明図である。
【図１１】本実施例における焦点検出を行う構成を示すブロック図である。
【図１２】実施形態１における焦点検出方法のフローチャートである。
【図１３】実施形態２における焦点検出方法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。
【００１６】
（撮像システムの構成）
まず、図１を参照して、本発明の実施例における撮像装置（撮像システム）について説明する。図１は、本実施例における撮像装置（撮像システム１００）の構成を示すブロック図である。本実施例の撮像システム１００は、撮像装置（カメラ本体）と撮像装置に着脱可能なレンズ装置（交換レンズ）とを備えたデジタルカメラシステムである。
【００１７】
第１レンズ群１０１は、撮影レンズ（結像光学系）を構成する複数のレンズ群のうち最も前方（被写体側）に配置されており、光軸ＯＡの方向（光軸方向）に進退可能な状態でレンズ鏡筒に保持される。絞り兼用シャッタ１０２（絞り）は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行うとともに、静止画撮影時には露光時間調節用シャッタとして機能する。第２レンズ群１０３は、絞り兼用シャッタ１０２と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変倍動作を行うズーム機能を有する。第３レンズ群１０５は、光軸方向に進退することにより焦点調節（焦点ずれ量の調整）を行うフォーカスレンズ群である。光学的ローパスフィルタ１０６は、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。
【００１８】
撮像素子１０７は、結像光学系を介して被写体像（光学像）の光電変換を行い、例えばＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサ、および、その周辺回路により構成される。撮像素子１０７としては、例えば、横方向にｍ個の画素、縦方向にｎ個の画素を有する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をオンチップで形成した２次元単板カラーセンサが用いられる。
【００１９】
レンズＲＯＭ１１０（記憶手段）は、カメラ本体に着脱可能な交換レンズ毎に固有のデータ（レンズＩＤや射出瞳距離などのレンズ情報）を記憶している。レンズＲＯＭ１１０に記憶されたレンズ情報は、焦点検出などを行う際に、通信により、後述のＣＰＵ１２１（中央演算処理装置）に提供される。
【００２０】
ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動（駆動）することで第１レンズ群１０１および第２レンズ群１０３を光軸方向に沿って移動させることにより、変倍動作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して光量（撮影光量）を調節するとともに、静止画撮影時の露光時間を制御する。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に移動させて焦点調節を行う。
【００２１】
電子フラッシュ１１５は、被写体を照明するために用いられる照明装置である。電子フラッシュ１１５としては、キセノン管を備えた閃光照明装置または連続発光するＬＥＤ（発光ダイオード）を備えた照明装置が用いられる。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、被写界に投影する。これにより、暗い被写体や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ことができる。
【００２２】
ＣＰＵ１２１は、撮像装置（カメラ本体）の種々の制御を司る制御手段である。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する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを読み出して実行することにより各部を駆動し、焦点検出、撮影、画像処理、または、記録などの一連の動作を制御する。
【００２３】
またＣＰＵ１２１は、絞り値切替手段１２１ａ（絞り値設定手段）および焦点検出手段１２１ｂを備えている。焦点検出手段１２１ｂは、撮像素子１０７の焦点検出画素から得られた像信号に基づいて位相差方式による焦点検出を行い、デフォーカス量を算出する。絞り値切替手段１２１ａは、焦点検出手段１２１ｂにより算出されたデフォーカス量に応じて、開放絞り値を含まない所定の範囲内で絞り値（Ｆ値）を設定する。そしてＣＰＵ１２１は、絞り値切替手段１２１ａにより設定された絞り値になるように絞り兼用シャッタ１０２（絞り）を制御して合焦制御を行う。
【００２４】
電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５の点灯制御を行う。補助光駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光部１１６の点灯制御を行う。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、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７から取得した画像データのγ（ガンマ）変換、カラー補間、または、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ  Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）圧縮などの処理を行う。
【００２５】
フォーカス駆動回路１２６（駆動手段）は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動し、第３レンズ群１０５を光軸方向に沿って移動させることにより、焦点ずれ量（デフォーカス量）を調節する。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を駆動して、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御する。絞りシャッタアクチュエータ１１２と絞りシャッタ駆動回路１２８を合わせたものが絞り制御手段である。
【００２６】
ズーム駆動回路１２９は、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。フォーカス駆動回路１２６、絞りシャッタ駆動回路１２８、および、ズーム駆動回路１２９は、それぞれ、端子１３０（通信部）を介して、撮像装置（カメラ本体）内のＣＰＵ１２１と接続される。
【００２７】
表示器１３１は、例えばＬＣＤ（液晶表示装置）を備えて構成される。表示器１３１は、撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、または、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。操作部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を備えて構成される。レリーズスイッチは、半押し状態（ＳＷ１がＯＮの状態）、および、全押し状態（ＳＷ２がＯＮの状態）の２段階のスイッチを有する。記録媒体１３３は、例えば撮像装置に着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影画像（画像データ）を記録する。
【００２８】
（撮像素子の構造）
続いて、図２を参照して、本実施例における撮像素子１０７の画素構造について説明する。図２は、撮像素子１０７の画素構造を示す図である。図２（Ａ）は撮像素子１０７の画素配列の説明図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中の画素２１０Ｇの拡大図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）中の線ａ−ａの断面図をそれぞれ示している。
【００２９】
図２（Ａ）は、撮像素子１０７（２次元ＣＭＯＳセンサ）の画素配列を、４行×４列の画素範囲で示している。画素２１０の配列は、２行×２列であり、ベイヤー配列が採用されている。対角方向の２画素として、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２１０Ｇが配置されている。また、他の２画素として、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２１０Ｒ、および、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２１０Ｂがそれぞれ配置されている。画素２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂは、それぞれ、瞳分割用の２つの副画素２０１ａ、２０１ｂを有する。副画素２０１ａは、撮像光学系の第１瞳領域を通過した光束を受光する第１画素である。また、副画素２０１ｂは、撮像光学系の第２瞳領域を通過した光束を受光する第２画素である。各画素は、撮像用画素および焦点検出用画素として機能する。
【００３０】
図２（Ｂ）中のｘ、ｙ、ｚで示される座標軸に関し、ｘ−ｙ平面は図２（Ｂ）の紙面内に位置し、ｚ軸は紙面に対して垂直な軸である。副画素２０１ａ、２０１ｂは、ｘ軸に平行な方向に沿って配置されている。
【００３１】
図２（Ｃ）中のｘ，ｙ，ｚで示される座標軸に関し、ｘ−ｚ平面は図２（Ｃ）の紙面内に位置し、ｙ軸は紙面に対して垂直な軸である。検出部は、ｐ型層２００およびｎ型層から構成されるフォトダイオードを有する。マイクロレンズ２０２は、受光面からｚ軸方向（光軸ＯＡの方向）に所定の距離だけ離れた位置に配置されている。マイクロレンズ２０２は、配線層２０３上に形成されている。
【００３２】
本実施例において、撮像素子１０７の全ての画素２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂに、瞳分割用の副画素２０１ａ、２０１ｂが設けられている。副画素２０１ａ、２０１ｂは、焦点検出用画素として用いられる。ただし、本実施例はこれに限定されるものではなく、瞳分割可能な焦点検出用画素が全画素のうちの一部の画素にのみ設けられている構成であってもよい。
【００３３】
（撮像素子による瞳分割機能の概念）
続いて、図３を参照して、撮像素子１０７の瞳分割機能について説明する。図３は、撮像素子１０７の瞳分割機能の説明図であり、１つの画素部における瞳分割の様子を示している。
【００３４】
図３中の下方に示される画素部の座標軸（ｘ、ｙ、ｚ）に関し、ｘ−ｚ平面は図３の紙面内に位置し、ｙ軸は紙面に対して垂直な軸である。画素は、ｐ型層３００およびｎ型層３０１ａ、３０１ｂを備えている。ｐ型層３００およびｎ型層３０１ａは図２中の副画素２０１ａを構成し、また、ｐ型層３００およびｎ型層３０１ｂは副画素２０１ｂを構成する。マイクロレンズ３０４は、ｚ軸上に配置されている。
【００３５】
また、図３の上方には、射出瞳３０２、および、枠３０３（例えば、絞り枠やレンズ枠）がそれぞれ示されている。図３の上方に示される座標軸（ｘ、ｙ、ｚ）に関し、ｘ−ｙ平面は図３の紙面内に位置し、ｚ軸は紙面に対して垂直な軸である。
【００３６】
１つの画素には、ｐ型層３００に埋め込まれたｎ型層３０１ａ、３０１ｂが設けられていることにより、２つの副画素が形成されている。２つの副画素は、ｘ方向に沿って規則的に配置されている。また２つの副画素は、＋ｘ方向および−ｘ方向にそれぞれ偏芯しているため、１つのマイクロレンズ３０４を用いて瞳分割を行うことが可能である。図３において、射出瞳３０２として、像信号Ａの瞳３０２ａ、および、像信号Ｂの瞳３０２ｂが示されている。像信号Ａは、−ｘ方向に偏芯したｎ型層３０１ａに対応する副画素で取得される第１の像信号である。また、像信号Ｂは、＋ｘ方向に偏芯したｎ型層３０１ｂに対応する副画素で取得される第２の像信号である。
【００３７】
このように本実施例において、像信号Ａ（第１の信号）は、図２（Ａ）に示されるように複数の副画素３０１ａをｘ方向に規則的に配列し、複数の副画素３０１ａから得られた信号である。すなわち像信号Ａは、結像光学系の異なる射出瞳領域を通過し、絞り値に応じて基線長が異なる対の光束から得た像信号の一方である。また、像信号Ｂ（第２の信号）は、図２（Ａ）に示されるように複数の副画素３０１ｂをｘ方向に規則的に配列し、複数の副画素３０１ｂから得られた信号である。すなわち像信号Ｂは、結像光学系の異なる射出瞳領域を通過し、絞り値に応じて基線長が異なる対の光束から得た像信号の他方である。
【００３８】
ＣＰＵ１２１は、像信号Ａと像信号Ｂの相対的な像ずれ量から相関演算を用いてデフォーカス量を算出することにより、撮影レンズの焦点位置を求めることができる。これにより、撮影レンズの焦点ずれ量を調節することが可能となる。なお本実施例では、ｘ方向に輝度分布を有する被写体に対応した構成について説明した。ただし本実施例は、同様の構成をｙ方向にも展開することにより、ｙ方向に輝度分布を有する被写体にも対応した構成を採用することも可能である。
【００３９】
（ケラレと線像の非対称性）
続いて、図４乃至図６を参照して、本実施例における瞳強度分布および線像について説明する。図４は瞳強度分布および線像の説明図である。図４（Ａ）は像信号Ａ（Ａ像）に関する瞳強度分布４０１ａ、図４（Ｂ）は像信号Ｂ（Ｂ像）に関する瞳強度分布４０１ｂをそれぞれ示している。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示される像信号Ａ、Ｂの瞳強度分布４０１ａ、４０１ｂのｘ軸方向に沿った断面図（線像４０２ａ、４０２ｂ）をそれぞれ示している。
【００４０】
図５は、絞り値が小さい場合（絞りの口径が大きい場合）における、瞳強度分布および線像の説明図である。図５（Ａ）は、像信号Ａに関する瞳強度分布が、絞り値が小さい場合（絞りの口径が大きい場合）の枠５０３（絞り枠）でケラレている様子（瞳強度分布５０１ａ）を示している。図５（Ｂ）は、像信号Ｂに関する瞳強度分布が、絞り値が小さい場合の枠５０３でケラレている様子（瞳強度分布５０１ｂ）を示している。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示される像信号Ａ、Ｂの瞳強度分布５０１ａ、５０１ｂのｘ軸方向に沿った断面図（線像５０２ａ、５０２ｂ）を示している。
【００４１】
図４（Ｃ）と図５（Ｃ）を比較すればわかるように、絞り値が小さい場合、線像５０２ａに関し、−ｘ側では枠５０３（絞り枠）によるケラレの影響が大きいため急峻な曲線となり、一方、＋ｘ側では枠５０３による影響が小さいため緩やかな曲線となる。このように、絞り値が小さい場合、線像５０２ａは光軸に対して非対称な形状となっている。線像５０２ｂに関しても、線像５０２ａの正負が反転することを除いて、線像５０２ａと同様に非対称な形状を有する。
【００４２】
図６は、絞り値が大きい場合（絞りの口径が小さい場合）における、瞳強度分布および線像の説明図である。図６（Ａ）は、像信号Ａに関する瞳強度分布が、絞り値が大きい場合（絞りの口径が小さい場合）の枠６０３（絞り枠）でケラレている様子（瞳強度分布６０１ａ）を示している。図６（Ｂ）は、像信号Ｂに関する瞳強度分布が、絞り値が大きい場合の枠６０３でケラレている様子（瞳強度分布６０１ｂ）を示している。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示される像信号Ａ、Ｂの瞳強度分布６０１ａ、６０１ｂのｘ軸方向に沿った断面図（線像６０２ａ、６０２ｂ）を示している。
【００４３】
図６（Ｃ）に示されるように、絞り値が大きい場合、線像６０２ａに関し、−ｘ側および＋ｘ側ともに、枠６０３（絞り枠）によるケラレの影響が大きいため急峻な曲線となる。このように、絞り値が大きい場合、線像６０２ａは光軸に対して対称な形状となっている。同様に、線像６０２ｂも対称な形状を有する。
【００４４】
図６に示されるように、線像が対称な形状となる場合、撮像素子１０７から出力される像信号Ａ、Ｂは、異なる被写体に対しても互いに略同一形状の波形となる。このため、被写体が変化した場合でも、設定デフォーカス量（実際のデフォーカス量）と算出デフォーカス量（相関演算により算出されたデフォーカス量）は、互いに近い値となる。一方、図５（Ｃ）に示されるように線像が非対称な形状である場合、撮像素子１０７から出力される像信号Ａ、Ｂも非対称な形状となるため、設定デフォーカス量と算出デフォーカス量との差は大きくなる。
【００４５】
続いて図７を参照して、被写体の違いによる算出デフォーカス量のばらつきについて説明する。図７は、被写体の違いによる算出デフォーカス量のばらつきの説明図であり、設定デフォーカス量と算出デフォーカス量との関係を示している。図７中において、実線は被写体Ａ、破線は被写体Ｂに関し、それぞれ、設定デフォーカス量と算出デフォーカス量との関係を示している。また一点鎖線は、設定デフォーカス量と算出デフォーカス量とが同じ値をとなる場合を示している。例えば設定デフォーカス量がＤ１の場合、被写体Ａに関する算出デフォーカス量はＤ３であり、被写体Ｂに関する算出デフォーカス量はＤ２である。すなわち、同じ設定デフォーカス量Ｄ１であっても、被写体の違い（被写体Ａ，Ｂ）による算出デフォーカス量のばらつきＶ（＝Ｄ３−Ｄ２）が生じてしまう。
【００４６】
このように、瞳分割方式（位相差方式）による焦点検出を行う際に絞り値が小さい場合、枠（絞り枠やレンズ枠など）によるケラレの影響により線像が歪んで非対称な形状となりやすい。また、絞り値が小さいと、像信号が広がりやすくなり、図７に示されるように、設定デフォーカス量が大きくなるにつれて被写体の違いによる算出デフォーカス量のばらつきが大きくなる。
【００４７】
（基線長）
続いて、図８を参照して、同一の被写体に対する算出デフォーカス量のばらつきについて説明する。図８は、同一の被写体（被写体Ａ）に対する算出デフォーカス量のばらつきの説明図であり、設定デフォーカス量と算出デフォーカス量との関係を示している。
【００４８】
瞳分割方式（位相差方式）による焦点検出を行う際に、図５（Ｃ）の線像５０２ａ、５０２ｂと図６（Ｃ）の線像６０２ａ、６０２ｂとを比較するとわかるように、絞り値が大きくなるにつれて基線長（像信号Ａ、Ｂのそれぞれの線像の重心間隔）は短くなる。基線長が短いと、敏感度が高くなる。このため、図８に示されるように、Ｓ／Ｎなどの影響を受けて同一の被写体条件（同一の被写体、同一の設定デフォーカス量などの条件）であっても、算出デフォーカス量のばらつきが大きくなる。
【００４９】
一方、絞り値が大きくなると、被写体像の信号（像信号）が絞られて、十分な視野長が確保しやすくなる。このため、被写体の違いによる算出デフォーカス量のばらつきは小さくなり、デフォーカス量の検出可能範囲も広がる。
【００５０】
（方向判別領域におけるＦ値の決定方法）
以上のとおり、合焦近傍（算出デフォーカス量が小さい範囲）においては、絞り値が小さいほうが算出デフォーカス量の信頼性は高い。一方、合焦近傍以外（算出デフォーカス量が大きい範囲）においては、同一の被写体のばらつきが許容可能な範囲内で絞り値を大きくしたほうが算出デフォーカス量の信頼性が高い。合焦近傍以外において、信頼性の高い算出デフォーカス量を得るための絞り値の設定方法の一つとして、瞳強度分布の形状を用いる方法が挙げられる。
【００５１】
図９は、図４（Ｃ）と同じ断面図であり、線像９０２ａ、９０２ｂは図４（Ｃ）中の線像４０２ａ、４０２ｂにそれぞれ相当する。図９中に示される直線領域とは、線像９０２ａ、９０２ｂのそれぞれの傾きの変化量が小さい領域である。枠（絞り枠）が直線領域内に設定されている場合、線像の非対称性は小さくなる。このため、絞り値（絞り値の最小値）は、枠（絞り枠）が直線領域に入る範囲内で決定することが好ましい。
【００５２】
一方、瞳面上における枠（絞り枠）の大きさは、絞り値および瞳距離により決定される。このため、レンズの種類により絞り値の最小値は異なる。したがって、交換レンズなどで複数のレンズを想定する必要がある場合、レンズの種類の差を考慮して、絞り値の最小値を１つだけ設定してもよく、または、レンズの種類毎に絞り値の最小値（レンズ毎に異なる絞り値の最小値）を設定してもよい。また、直線領域は瞳強度分布の形状に応じて変化するため、瞳強度分布の異なるセンサであれば、絞り値の最小値も異なる値となる。
【００５３】
また、被写体の違いによる算出デフォーカス量の違いをより低減するため、絞り値の最小値よりも絞り値を大きく設定する場合、同一の被写体に対する算出デフォーカス量のばらつきを考慮して絞り値を決定することが好ましい。その方法の一つとして、同一の被写体におけるばらつきを考慮し、設定デフォーカス量と算出デフォーカス量との符号が合焦近傍以外で反転しないように絞り値の最大値を設定する方法が挙げられる。
【００５４】
図１０は、絞り値の最大値を求める方法の説明図である。図１０に示されるように、絞り値が大きいと基線長が短くなり、Ｓ／Ｎなどの影響により、同一の被写体に対する算出デフォーカス量のばらつきＸが大きくなる。算出デフォーカスのばらつきＸが大きすぎると、合焦近傍の境界付近（合焦近傍範囲Ａ内）で設定デフォーカス量と算出デフォーカス量との符号が反転してしまう場合がある。このように符号が反転すると、デフォーカス方向の判定を間違い、間違った方向にピント調整を行ってしまうことになる。そこで、同一の被写体に対する算出デフォーカス量のばらつきＸと合焦近傍範囲Ａが一致する（Ｘ＝Ａ）ときの絞り値より小さい絞り値を、絞り値の最大値としてに設定することが好ましい。なお、同一の被写体に対する算出デフォーカス量のばらつきは、基準被写体を複数回撮影し、その算出デフォーカス量のばらつきに基づいて算出することができる。
【００５５】
（焦点検出）
続いて、図１１を参照して、算出デフォーカス量に応じて絞り値を切り替えて焦点検出を行う構成について説明する。図１１は、焦点検出を行うための構成を示すブロック図である。
【００５６】
図１１に示されるように、ＣＰＵ１２１は、絞り値切替手段１２１ａおよび焦点検出手段１２１ｂを備えている。撮像素子１０７は、結像光学系（第３レンズ群１０５）を介して得られた被写体光束を光電変換して像信号を出力する。焦点検出手段１２１ｂは、撮像素子１０７からの像信号を用いた相関演算により焦点検出を行い、算出デフォーカス量を出力する。また焦点検出手段１２１ｂは、焦点検出結果（算出デフォーカス量）に基づいて駆動制御信号を出力する。フォーカス駆動回路１２６は、その駆動制御信号に基づいてフォーカス駆動量を算出し、結像光学系の一部（第３レンズ群１０５）を駆動制御する。
【００５７】
絞り値切替手段１２１ａは、焦点検出手段１２１ｂから出力された算出デフォーカス量に基づいて絞り値を切り替える（算出デフォーカス量に応じた絞り値を設定する）。例えば、本実施例において、絞り値切替手段１２１ａは、算出デフォーカス量が第一の閾値以上（合焦近傍以外）または算出デフォーカス量が記憶されていない場合、第一の絞り値を設定するための信号（絞り値情報）を出力する。一方、絞り値切替手段１２１ａは、算出デフォーカス量が第一の閾値よりも小さい場合（合焦近傍）、第二の絞り値を設定するための信号を出力する。
【００５８】
絞りシャッタ駆動回路１２８（絞り制御手段）は、絞り値切替手段１２１ａから出力された絞り値情報（第一の絞り値または第二の絞り値を設定するための信号）に基づいて絞り（絞り兼用シャッタ１０２）を制御する。
【００５９】
（実施形態１）
次に、図１２を参照して、本発明の実施形態１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１２は、本実施形態における焦点検出方法のフローチャートであり、算出デフォーカス量に応じて絞り値を切り替えて焦点検出を行う方法を示している。図１２の各ステップは、ＣＰＵ１２１の指令に基づいて実行される。
【００６０】
焦点検出が開始すると、まずステップＳ１２０１において、絞り値切替手段１２１ａは、算出デフォーカス量に応じて絞り値を切り替える、すなわち算出デフォーカス量に応じた絞り値（第一の絞り値または第二の絞り値）を設定するように制御する。例えば、算出デフォーカス量と第一の閾値とを比較し、その結果に応じて絞り値を設定する（切り替える）。このとき絞り値切替手段１２１ａは、絞りシャッタ駆動回路１２８に対して、設定すべき絞り値を示す絞り値情報を絞りシャッタ駆動回路１２８に出力する。
【００６１】
続いてステップＳ１２０２において、絞り値切替手段１２１ａが絞り値を切り替えた（絞り制御を行った）後、撮像素子１０７は、結像光学系を介して得られた光束に対して光電変換を行い、像信号（像信号Ａ、Ｂ）を出力する。焦点検出手段１２１ｂは、撮像素子１０７から出力された像信号Ａ、Ｂを取得する。そしてステップ１２０３において、焦点検出手段１２１ｂは、焦点検出を行う。すなわち焦点検出手段１２１ｂは、像信号Ａ、Ｂを用いて相関演算を行い、駆動制御信号および算出デフォーカス量を出力する。
【００６２】
続いてステップＳ１２０４において、焦点検出手段１２１ｂは、焦点検出が完了したか否か、すなわち合焦状態が得られたか否かを判定する。焦点検出が完了していない場合、ステップＳ１２０１に戻り、ステップＳ１２０１〜Ｓ１２０４を繰り返す。一方、焦点検出が完了した場合、本フローを終了する。
【００６３】
このように本実施形態において、絞り値切替手段１２１ａ（絞り値設定手段）は、焦点検出手段１２１ｂにより算出されたデフォーカス量（算出デフォーカス量）に応じて、開放絞り値を含まない所定の範囲内で絞り値を設定する。
【００６４】
好ましくは、絞り値切替手段１２１ａは、デフォーカス量（算出デフォーカス量）が第一の閾値以上であるか否かを判定する。そして絞り値切替手段１２１ａは、デフォーカス量が第一の閾値以上の場合、絞り値として第一の絞り値を設定する。一方、デフォーカス量が第一の閾値よりも小さい場合、絞り値として、第一の絞り値よりも小さい第二の絞り値を設定する。また好ましくは、絞り値切替手段１２１ａは、デフォーカス量が記憶されていない場合、絞り値として第一の絞り値を設定する。より好ましくは、絞り値切替手段１２１ａは、結像光学系に応じて絞り値を設定する。
【００６５】
好ましくは、第一の絞り値は、瞳強度分布に基づいて設定されている。より好ましくは、第一の絞り値は、瞳強度分布における線像の傾きの変化量が所定量よりも小さい領域内に絞り枠が収まるように設定されている。より好ましくは、第一の絞り値は、焦点検出手段１２１ｂにより同一の被写体に対して算出されるデフォーカス量のばらつきが所定のばらつきよりも小さくなるように設定されている。デフォーカス量のばらつきは、例えば、基準被写体に対して複数の撮影を行うことにより算出される。
【００６６】
（実施形態２）
次に、図１３を参照して、本発明の実施形態２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。瞳分割性能が不十分のため、合焦近傍で絞り値を小さくしても合焦位置の検出精度が不十分な場合がある。その場合、合焦近傍以外では瞳分割方式の焦点検出で合焦近傍に追い込み、合焦近傍のみコントラスト方式の焦点検出を行うことで、合焦近傍以外からコントラスト方式の焦点検出を行うよりも高速化を図ることができる。
【００６７】
図１３は、本実施形態における焦点検出方法のフローチャートであり、算出デフォーカス量に応じて絞り値を切り替え、瞳分割方式（位相差方式）とコントラスト式の両方の焦点検出を行う場合を示している。図１３の各ステップは、ＣＰＵ１２１の指令に基づいて実行される。図１３のステップＳ１３０１〜Ｓ１３０３は、図１２のステップＳ１２０１〜Ｓ１２０３と同様であるため、これらの説明は省略する。
【００６８】
ステップＳ１３０３にて焦点検出手段１２１ｂは焦点検出を行った後、ステップＳ１３０４において、ＣＰＵ１２１（焦点検出手段１２１ｂ）は、瞳分割方式（位相差方式）からコントラスト方式の焦点検出に切り替えるか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵ１２１は、焦点検出手段１２１ｂから得られた情報に基づいて合焦近傍状態であるか否かを判定する。合焦近傍状態であるか否かは、例えば、算出デフォーカス量が所定閾値未満であるか否かにより判定される。ここで、コントラスト方式による焦点検出範囲をより狭くするように制御してもよい。このとき、第一の絞り値よりも小さい第二の絞り値にて更に追い込み、第二の絞り値で得られた算出デフォーカス量が所定閾値未満になった場合にコントラスト方式の焦点検出に移行するように構成される。
【００６９】
そしてステップＳ１３０４において、合焦近傍状態でない場合（算出デフォーカス量が第二の閾値以上である場合）、ステップＳ１３０１に戻り、ステップＳ１３０１〜Ｓ１３０４を繰り返す（瞳分割方式（位相差方式）による焦点検出を行う）。一方、合焦近傍状態である場合（算出デフォーカス量が第二の閾値よりも小さい場合）、ステップＳ１３０５に進み、コントラスト方式による焦点検出を行う。
【００７０】
ステップＳ１３０５において、ステップＳ１３０２と同様に、撮像素子１０７は、結像光学系を介して得られた光束を光電変換して像信号Ａ、Ｂを出力する。そして焦点検出手段１２１ｂは、像信号Ａ、Ｂを取得する。続いてステップＳ１３０６において、焦点検出手段１２１ｂは、コントラスト方式による焦点検出を行う。すなわち焦点検出手段１２１ｂは、像信号Ａ、Ｂのコントラストに基づいて、像信号Ａ、Ｂのコントラスト評価値を算出する。
【００７１】
続いてステップＳ１３０７において、焦点検出手段１２１ｂは、焦点検出が完了したか否か、すなわち合焦状態が得られたか否かを判定する。焦点検出が完了していない場合、ステップＳ１３０５に戻り、ステップＳ１３０５〜Ｓ１３０７を繰り返す。一方、コントラスト方式による焦点検出が完了した場合、本フローを終了する。
【００７２】
このように本実施形態において、絞り値切替手段１２１ａは、デフォーカス量（算出デフォーカス量）が第二の閾値以上であるか否かを判定する。そして焦点検出手段１２１ｂは、デフォーカス量が第二の閾値以上の場合、位相差方式による焦点検出を行う。一方、デフォーカス量が第二の閾値よりも小さい場合、コントラスト方式による焦点検出を行う。
【００７３】
（その他の実施形態）
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。すなわち、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記憶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（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【００７４】
各実施形態によれば、デフォーカス量に応じて適切な絞り値を設定することにより、高信頼性かつ高速の焦点検出が可能な撮像装置、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。また、合焦近傍以外に関して、絞り値を適切に設定することで信頼性の高い算出デフォーカス量が得られるため、焦点検出回数を削減し、高速な焦点検出が可能となる。
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
１００    撮像システム
１２１    ＣＰＵ
１２１ａ  絞り値切替手段
１２１ｂ  焦点検出手段
【図７】
2014238517.tif 000003
【図８】
2014238517.tif 000004
【図９】
2014238517.tif 000005
【図１０】
2014238517.tif 000006
【図１１】
2014238517.tif 000007
【図１】
2014238517.tif 000008
【図２】
2014238517.tif 000009
【図３】
2014238517.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１２】
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【図１３】
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