(57)【要約】【課題】連写撮影を行う場合でも、精度よく合焦を行うことができる撮像装置および焦点調節方法を提供する。【解決手段】撮像素子を動作させて静止画の連写撮影を行い、撮像素子の出力する画像信号に基づき画像データを生成し（ｔ１１〜ｔ１２）、連写撮影と連写撮影の間で撮像素子を動作させ位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第１の焦点検出を行い（ｔ２１〜ｔ２２、ｔ２３〜ｔ２４の測距Ａ）、連写撮影によって位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第２の焦点検出を行い（ｔ１１〜ｔ１２、ｔ１３〜ｔ１５の測距Ｂ）、第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果に基づいて焦点調節動作を行う。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズを含む撮影光学系を通過する光束を瞳分割して受光し光電変換することにより対をなす焦点検出信号を生成する位相差検出画素が形成された撮像素子を有し、上記撮像素子の出力する焦点検出信号に基づいて焦点調節動作を行う撮像装置において、
上記撮像素子を動作させて静止画の連写撮影を行い、上記撮像素子の出力する画像信号に基づき画像データを生成して記録する連写制御部と、
上記連写撮影と連写撮影の間で上記撮像素子を動作させ上記位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第１の焦点検出を行い、上記連写撮影によって上記位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第２の焦点検出を行い、上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果に基づいて焦点調節動作を行う焦点制御部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記焦点制御部は、上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果の焦点検出信号の少なくとも一方の信号レベルを補正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】
上記撮像素子により受光される上記撮影光学系を通過する光束を調節する絞りを有し、
上記焦点制御部は、上記連写撮影の時の上記絞りの開口に応じて、上記第２の焦点検出の結果を補正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４】
上記焦点制御部は、上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果を用いて、次回の連写撮影時に合焦となる上記フォーカスレンズの位置を予測することを特徴とする請求項１の撮像装置。
【請求項５】
上記焦点制御部は、異なる時刻に取得した複数の上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果のばらつきに基づいて上記合焦となるフォーカスレンズの位置を予測するためのモデルを切換え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】
フォーカスレンズを含む撮影光学系を通過する光束を瞳分割して受光し光電変換することにより対をなす焦点検出信号を生成する位相差検出画素が形成された撮像素子を有し、上記撮像素子の出力する焦点検出信号に基づいて焦点調節動作を行う撮像装置における焦点調節方法において、
上記撮像素子を動作させて静止画の連写撮影を行い、上記撮像素子の出力する画像信号に基づき画像データを生成し、
上記連写撮影と連写撮影の間で上記撮像素子を動作させ上記位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第１の焦点検出を行い、
上記連写撮影によって上記位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第２の焦点検出を行い、
上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子の出力する焦点検出信号に基づいて焦点調節動作を行う撮像装置および焦点調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラの高機能化には目を見張るものがあり、性能も日々進歩している。様々な機能により、撮影者の技量によらず品質の高い写真が撮影できるようになってきている。オートフォーカスもそれら機能の１つであり、動きのある被写体を的確に撮影するためには、被写体の位置を正確に測距し、測距した情報に基づいて被写体位置を予測し、レンズを駆動する必要がある。
【０００３】
近年、撮像素子の撮像面に位相差検出画素を配置し、この位相差検出画素からの信号に基づいて、フォーカスレンズのデフォーカス量を検出し、またこのデフォーカス量の経時的変化に基づいて被写体位置を予測するようにした撮像装置が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、連写モード中における対象物体の動きを予測することができる焦点検出装置において、レリーズ釦が押されている間に第１回目のフィルム露光を行い、第１回目のフィルム露光した後に続けて第２回目のフィルム露光を行う連続撮影モードの場合に、第１回目の露光前に検出された過去のデフォーカス量と、第１回目のフィルム露光と第２回目のフィルム露光との間に検出された今回のデフォーカス量とに基づいて、対象物の動体予測演算を行うことが開示されている。
【０００５】
また、撮影用の撮像素子の撮像面に配置された位相差検出画素の出力を用いて位相差ＡＦを行う方式では、本来は撮影用の画素があるべき位置に焦点検出用の画素を形成している。そこで、特許文献２には、焦点検出用の画素の離散度を高くすることによって、撮影用の撮像素子上では撮影される画像の劣化を抑制することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、動体を撮影する場合に、フォーカスの精度に関する制御パラメータを設定できるようにし、フォーカスレンズの移動速度を制御することにより、レンズの追従遅れを防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−１９９０５８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６８３８３号公報
【特許文献３】特開２０１５−０４９２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
撮像面位相差方式では、撮像素子上に所定間隔で位相差検出画素を撮像素子上に形成しているため、撮像素子上に、密に位相差検出画素を配置すると撮影画像の画質劣化が著しくなる。したがって撮影画像への影響をなるべく小さくするためには撮像素子上に形成する位相差検出画素は粗かつ離散的に配置することが望ましい。しかし、位相差検出画素を離散的に配置すると、被写体に細かなパターンがある場合や、被写体移動によって撮像面上で被写体が微小変化してしまう場合に、測距ばらつき（左右開口の光量差など）によってＡＦ精度が低下してしまう。このため、動きのある被写体をコンティニュアスＡＦモードで撮影する際には、測距ばらつきにより動体予測演算結果にもばらつき（誤差）が生じてしまい、合焦精度が低下してしまう。
【０００９】
この測距ばらつきによる動画予測演算結果のばらつきについて、図１２を用いて説明する。図１２は、被写体が無限遠方向から至近方向に向かって移動する場合に、検出されたデフォーカス量に基づいて合焦時のレンズ位置（縦軸にレンズ駆動用のパルス数ｐｌｓで示す）を算出したものである。図１２において、横軸は時間の経過を示しており、また黒丸は、レンズ位置の履歴データを示している。
【００１０】
図１２（ａ）は、測距ばらつきが小さい場合の例を示しており、履歴データ（黒丸で示す）が単調に増加している。一方、図１２（ｂ）は、測距ばらつきが大きい場合の例を示しており、履歴データが単調に増加していない。測距ばらつきは位相差検出画素を撮像素子上に配置する際の配置方法、被写体のパターン、被写体の位置などによって発生する。
【００１１】
コンティニュアスＡＦで動体撮影時の動体追従性能を向上させるためには時間あたりの測距を密に行うことが望ましい。特に連写中はレンズ駆動や撮影画像の読み出しに時間がかかるため測距できる間隔が粗になる。このため本露光撮影画像を用いて測距を行うことが考えられる。しかし、本露光撮影画像は露光条件が測距に最適になっていないか、あるいは撮影絞りが開放でない場合には基線長が短いため測距誤差によるばらつきが前述の測距ばらつきに加えて発生してしまう。これらのばらつき要因により、コンティニュアスＡＦの動体予測精度が安定せず、撮影画像の合焦精度が低下する。
【００１２】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、連写撮影を行う場合でも、精度よく合焦を行うことができる撮像装置および焦点調節方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため第１の発明に係る撮像装置は、フォーカスレンズを含む撮影光学系を通過する光束を瞳分割して受光し光電変換することにより対をなす焦点検出信号を生成する位相差検出画素が形成された撮像素子を有し、上記撮像素子の出力する焦点検出信号に基づいて焦点調節動作を行う撮像装置において、上記撮像素子を動作させて静止画の連写撮影を行い、上記撮像素子の出力する画像信号に基づき画像データを生成して記録する連写制御部と、上記連写撮影と連写撮影の間で上記撮像素子を動作させ上記位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第１の焦点検出を行い、上記連写撮影によって上記位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第２の焦点検出を行い、上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果に基づいて焦点調節動作を行う焦点制御部と、を具備する。
【００１４】
第２の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記焦点制御部は、上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果の焦点検出信号の少なくとも一方の信号レベルを補正する。
第３の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記撮像素子により受光される上記撮影光学系を通過する光束を調節する絞りを有し、上記焦点制御部は、上記連写撮影の時の上記絞りの開口に応じて、上記第２の焦点検出の結果を補正する。
【００１５】
第４の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記焦点制御部は、上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果を用いて、次回の連写撮影時に合焦となる上記フォーカスレンズの位置を予測する。
第５の発明に係る撮像装置は、上記第４の発明において、上記焦点制御部は、異なる時刻に取得した複数の上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果のばらつきに基づいて上記合焦となるフォーカスレンズの位置を予測するためのモデルを切換える。
【００１６】
第５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光学系を通過する光束を瞳分割して受光し光電変換することにより対をなす焦点検出信号を生成する位相差検出画素が形成された撮像素子を有し、上記撮像素子の出力する焦点検出信号に基づいて焦点調節動作を行う撮像装置における焦点調節方法において、上記撮像素子を動作させて静止画の連写撮影を行い、上記撮像素子の出力する画像信号に基づき画像データを生成し、上記連写撮影と連写撮影の間で上記撮像素子を動作させ上記位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第１の焦点検出を行い、上記連写撮影によって上記位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第２の焦点検出を行い、上記第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果に基づいて焦点調節動作を行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、連写撮影を行う場合でも、精度よく合焦を行うことができる撮像装置および焦点調節方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】本発明の一実施形態に係るカメラの撮像素子の画素の配置を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るカメラの位相差検出画素からの画像データに基づく位相差検出信号を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、各種シーケンスの関係を示す状態遷移図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるカメラの１Ｒ保持中の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態におけるカメラにおいて、コンティニュアスＡＦの設定時の動作シーケンスを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態におけるカメラにおいて、本露光時とＡＦ測距時の位相差検出信号を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態におけるカメラにおいて、露出ずれ量に対する補正倍率の関係を示す図表である。
【図９】本発明の一実施形態におけるカメラの２Ｒ時の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態におけるカメラの動体予測演算の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態におけるカメラにおいて、予測モデルを示すグラフである。
【図１２】コンティニュアスＡＦによって被写体を測距する際の測距ばらつきを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態としてデジタルカメラ（以下、単に「カメラ」と称す）に適用した例について説明する。このカメラは、撮影光学系によって形成される被写体像を光電変換する撮像画素と、撮影光学系からの光束を瞳分割して光電変換することにより、焦点検出信号を生成する位相差検出画素が形成された撮像素子を有し、位相差検出画素からの画素データを用いてオートフォーカスを行う。
【００２０】
また、このカメラは、撮像素子によって被写体像を画像データに変換し、この変換された画像データに基づいて、被写体像を本体の背面に配置した表示部にライブビュー表示する。ユーザはライブビュー表示を観察することにより、構図やシャッタチャンスを決定する。レリーズ操作時には、画像データが記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像データは、再生モードを選択すると、表示部に再生表示することができる。
【００２１】
また、このカメラは、コンティニュアスＡＦが設定されている状態で、レリーズ釦が全押しされ、連写撮影を開始すると、静止画として記録するための本露光を繰り返し、本露光と本露光（例えば、図９のＳ２５参照）の間に、測距用の露光を行う（例えば、図９のＳ２９参照）。そして、本露光と測距用露光で取得した画像データのうち、位相差検出画素からの画像データを用いて、測距情報を取得し（例えば、図９のＳ３３参照）、この測距情報に基づいて動体予測を行う（図９のＳ２１、図１０参照）。
【００２２】
図１は、本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、レンズ交換式カメラであり、カメラ本体３０と、このカメラ本体３０に装着可能な撮影レンズ１０から構成されている。なお、撮影レンズ１０とカメラ本体３０を一体に構成しても勿論かまわない。
【００２３】
撮影レンズ１０内には、被写体像を形成するためのフォーカスレンズ１１およびズームレンズ１３等からなる光学レンズが設けられている。フォーカスレンズ１１は、フォーカスレンズ駆動部１７によって光軸方向に移動可能であり、移動することにより被写体像のピント位置が変更される。ズームレンズ１３は、ズームレンズ駆動部１９によって光軸方向に移動可能であり、移動することにより、撮影レンズの焦点距離が変更される。フォーカスレンズ駆動部１７は、フォーカスレンズ駆動機構およびフォーカスレンズ駆動回路を有し、ズームレンズ駆動部１９は、ズームレンズ駆動機構およびズームレンズ駆動回路を有する。
【００２４】
絞り１５は、フォーカスレンズ１１およびズームレンズ１３等の光学レンズの光軸上に配置される。この絞り１５は、絞り駆動部２１によって開口径が可変であり、光学レンズを通過した被写体光束の光量を制御する。絞り駆動部２１は、絞り駆動機構および絞り駆動回路を有する。絞り１５は、撮像素子により受光される撮影光学系を通過する光束を調節する絞りとして機能する。
【００２５】
フォーカスレンズ駆動部１７、ズームレンズ駆動部１９、および絞り駆動部２１は、レンズ側システムコントローラ２０に接続されている。このレンズ側システムコントローラ（以下、レンズ側ＣＰＵと称す）２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とその周辺回路、記憶部等を有し、記憶部に記憶されたプログラム（ファームウエア）に従い、カメラ本体３０のシステムコントローラ５０（以下、本体側ＣＰＵと称す）からの指示に従って、撮影レンズ１０内の各部を制御し、また各種情報をカメラ本体３０に出力する。
【００２６】
レンズ側通信制御部２３は、通信制御回路を有し、レンズ側ＣＰＵ２０に接続されている。このレンズ側通信制御部２３は、カメラ本体３０内に設けられた本体側レンズ制御部５１と通信路２５を介してデータや制御信号の入出力を行う。
【００２７】
カメラ本体３０内であって、光学レンズの光軸上であって撮像素子３３の前面側には、メカシャッタ３１が設けられている。メカシャッタ３１は、メカシャッタ駆動部４１によって開閉駆動され、被写体光束の通過時間を制御する。メカシャッタ駆動部４１は、メカシャッタ駆動機構およびメカシャッタ駆動回路を有する。フォーカスレンズ１１およびズームレンズ１３等の光学レンズ、絞り１５を通過した被写体光束は、開放状態のメカシャッタ３１を通過して撮像素子３３に導かれる。そして、メカシャッタ駆動部４１は、本体側ＣＰＵ５０からの撮影指示に応答して一旦メカシャッタ３１を閉じた後、再びに開放し、手動設定または自動設定した露光時間が経過すると、メカシャッタ３１を閉じる。この露光時間は、本体側ＣＰＵ５０によって制御される。
【００２８】
撮像素子３３は、多数の受光素子がマトリクス状に配置されてなる光電面を有しており、光学レンズを通過した被写体像が光電面に結像され、光電変換される。撮像素子３３の各受光素子の前面にはＲＧＢ各色の色フィルタがモザイク状に配置されている。撮像素子３３の画素配置については、図２を用いて後述する。撮像素子３３は、フォーカスレンズを含む撮影光学系を通過する光束を瞳分割して受光し光電変換することにより対をなす焦点検出信号を生成する位相差検出画素が形成された撮像素子として機能する。
【００２９】
撮像素子３３は、撮像素子駆動回路を有する撮像素子駆動部４３に接続されており、撮像素子駆動部４３から供給される垂直転送クロック信号及び水平転送クロック信号に同期して、画素毎に蓄積された電荷を読み出して画像信号としてＣＤＳ３５に出力する。各画素における電荷の露光時間は、撮像素子駆動部４３から与えられる電子シャッタ駆動信号によって制御される。
【００３０】
ＣＤＳ３５は、相関２重サンプリング回路であり、撮像素子３３から出力された画像信号のノイズ除去を行い、ゲイン調整を行い、ＡＭＰ３７に出力する。ＡＭＰ３７は増幅回路であり、ＣＤＳ３５からの画像信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器３９に出力する。Ａ／Ｄ変換器３９は、アナログの画像信号をデジタル画像データに変換し、本体側ＣＰＵ５０に出力する。
【００３１】
メモリ４５は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリや揮発性メモリを有しており、このカメラを動作させるためのプログラム（ファームウエア）、各種調整データ等を記憶し、また各種フラグや画像データ等を一時記憶する。また、メモリ４５は、連写撮影したＲＡＷ画像データやさらに画像処理を施した画像データを一時保管するバッファとしても機能する。バッファとしてのメモリ４５に記憶された画像データは、記録媒体へ順次記録される。
【００３２】
ＡＥ（Auto Exposure）処理部４７は、ＡＥ処理回路を有し、撮像素子３３の画像生成用の撮像画素からの画像データに基づいて、被写体像の輝度を算出し、本体側ＣＰＵ５０に出力する。本体側ＣＰＵ５０は入力した被写体輝度に基づいて、絞り値、ＩＳＯ感度、シャッタ速度等の露出制御値を演算する。ＡＦ処理部４９は、ＡＦ回路を有し、撮像素子３３の位相差検出画素からの画像データに基づいて、デフォーカス量を算出し、本体側ＣＰＵ５０に出力する。ＡＦ回路は、後述する位相差検出や信頼性検出のように、大量の画像データを繰り返し処理する際に使用される。
【００３３】
ＵＩ（User Interface）制御部５３は、図示していないスイッチ、ボタン、ダイアル等の操作部材やタッチ画面等のユーザーインターフェイスを有し、これらの操作部材の状態やタッチ画面へのタッチ状態を検出し、本体側ＣＰＵ５０に出力する。利用者がスイッチ等のユーザーインターフェイスによってカメラ操作を行うと、本体ＣＰＵ５０は、ＵＩ制御部５３からの出力に基づいて、カメラ全体の制御を行う。操作部材としてのレリーズ釦が設けられており、レリーズ釦の半押し動作により１Ｒスイッチがオンし、全押し動作により２Ｒスイッチ（１Ｒスイッチも）オンするように構成されている。半押し動作有／無により１Ｒスイッチがオン／オフする状態を１Ｒオン／１Ｒオフと記す場合がある。また、全押し動作有／無により２Ｒスイッチがオン／オフする状態を２Ｒオン／オフと記す場合がある。
【００３４】
ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）５７は、液晶組成物を利用した平面状の薄型の表示装置であり、カメラ本体３０の背面等に配置されている。また、ＥＶＦ（Electronic View Finder）５９は、接眼部を介して小型の液晶ディスプレイ等の表示装置を観察可能である。ＬＣＤ５７およびＥＶＦ５９は、表示制御部５５からの画像データに基づいて、ライブビュー画像、再生画像、その他の情報画像の表示を行う。なお、ＬＣＤ５７は、液晶以外にも、有機ＥＬ等の表示パネルであってもよい。
【００３５】
画像処理部６１は、画像処理回路を有し、撮像素子３３からの画像データを処理し、ＬＣＤ５７やＥＶＦ５９にライブビュー表示するための画像データを生成する。また、撮影時には保存用の画像データを生成し、また動画撮影時の場合には動画データを生成する。
【００３６】
圧縮伸張部６３は、圧縮伸張回路を有し、画像処理部６１によって画像処理された画像データをＪＰＥＧ等の圧縮処理を行い、また記録媒体６７によって記録され、読み出された画像データの伸張処理を行う。
【００３７】
記録媒体６７は、電気的に書き換え可能な不揮発性の外部メモリであり、記録媒体制御回路を有する記録媒体制御部６５によって記録および読出しが行われる。記録媒体６７に、画像処理部６１および圧縮伸張部６３によって生成された保存用画像データを記録する。連写動作時には、取得された静止画画像データは、順次、記録媒体６７に記録されていくが、記録速度が連写速度に比較して遅い場合がある。このような場合は、静止画画像データは、一旦、バッファとして機能するメモリ４５に記憶され、その後でメモリ４５から順次読み出されて、記録媒体６７に記録されている動作となる。
【００３８】
本体側ＣＰＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とその周辺回路等を有し、メモリ４５に記憶されたプログラム（ファームウエア）に従って、カメラ本体３０内および撮影レンズ１０内の各部を制御し、カメラシステム全体の制御を行う。
【００３９】
本体側ＣＰＵ５０は、撮像素子を動作させて静止画の連写撮影を行い、撮像素子の出力する画像信号に基づき画像データを生成して記録する連写制御部として機能する（図４、図６、図８参照）。また、本体ＣＰＵ５０は、連写撮影と連写撮影の間で撮像素子を動作させ位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第１の焦点検出を行い（図６の測距Ａ、図９のＳ２９、Ｓ３３参照）、連写撮影によって位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第２の焦点検出を行い（図６の測距Ｂ、図９のＳ２５、Ｓ２７参照）、第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果に基づいて焦点調節動作を行う焦点制御部として機能する。
【００４０】
また、本体側ＣＰＵ５０は、異なる露光条件で撮影された焦点検出信号（第２の焦点検出にて対をなす焦点検出信号）の少なくとも一方の信号レベルを補正する焦点制御部として機能する。本体側ＣＰＵ５０は、連写撮影の時の絞りの開口に応じて（被写体輝度値に応じて、第１の焦点検出の結果を基準にして）第２の焦点検出の結果を補正する焦点制御部として機能する（例えば、図７参照）。本体側ＣＰＵ５０は、第１の焦点検出の結果（１個または複数）と第２の焦点検出の結果を用いて、次回の連写撮影時に合焦となるフォーカスレンズの位置を予測する焦点制御部として機能する（例えば、図９のＳ２１参照）。本体側ＣＰＵ５０は、異なる時刻に取得した複数の第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果のばらつきに基づいて合焦となるフォーカスレンズの位置を予測するためのモデルを切換える焦点制御部として機能する（例えば、図１０のＳ４３〜Ｓ４９参照）。
【００４１】
次に、図２を用いて、撮像素子３３の画素配置について説明する。撮像素子３３は、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂのベイヤー配列になっており、網掛けが施されていないＲ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂの位置に撮像画素が配置されている。また、Ｇｒ画素の一部であって、網掛けが施されている位置に位相差検出画素が配置されている。このうち、右上がりの網掛けが施されている位相差検出画素（図中の（ｘ４、ｙ５）、（ｘ８、ｙ５）、（ｘ１２、ｙ５）、（ｘ１６、ｙ５）、（ｘ２０、ｙ５）、・・・）は、右開口の位相差検出画素であり、右下がりの網掛けが施されている位相差検出画素（図中の（ｘ４、ｙ９）、（ｘ８、ｙ９）、（ｘ１２、ｙ９）、（ｘ１６、ｙ９）、（ｘ２０、ｙ９）、・・・）は、左開口の位相差検出画素である。
【００４２】
また、図２の撮像素子３３中に付した太線枠３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、・・・毎に、右開口の位相差検出画素と左開口の位相差検出画素をペアとし、それぞれ垂直方向に加算し、ＡＦエリアの信号としている。すなわち、太線枠３４ａ内においては、右開口の位相差検出画素出力は、画素（ｘ４、ｙ５）、（ｘ６、ｙ１３）、（ｘ４、ｙ２１）、・・・の出力の加算値であり、また左開口の位相差検出画素出力は、画素（ｘ４、ｙ９）、（ｘ６、ｙ１７）、（ｘ４、ｙ２５）、・・・・の出力の加算値となる。同様に、太線枠３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、・・・毎に、右開口と左開口の位相差検出画素出力値を算出する。なお、図示していないが、上開口、下開口の位相差検出画素を配置することにより、右開口と左開口のペアを用いて縦方向のエッジを検出し、上開口と下開口のペアを用いて横方向のエッジを検出できるようにしても良い。
【００４３】
撮像素子３３の各ＡＦエリアには図２に示したように撮影用の画素として使用する撮像画素と、ＡＦ用に使用する位相差検出画素があり、本露光時には撮像素子３３から読み出された全画素値のうち、ＡＦ演算ではあらかじめ決められた位置に配置されている位相差検出画素のみを選択的に使用する。測距時には、撮像素子３３から位相差検出画素の画素値を選択的に読出して使用してもよい。また、測距時には、全画素の画素値を読み出してメモリ４５に記憶した後に、位相差検出画素の画素値だけをメモリ４５から読出してＡＦ演算に使用してもよい。
【００４４】
図３は、１つのＡＦエリア内の位相差検出画素について、図２に示す太枠内毎に垂直方向に画素値を加算した値をグラフに表したものである。図３の左側の位相信号Ｂ（ｉ）は、位相差検出画素の内の右開口検出用の画素出力を加算した値であり、図３の右側の位相信号Ｒ（ｉ）は、左開口検出用の画素出力を加算した値である。この２つの信号の位相差を検出することにより、フォーカスレンズのデフォーカス量を算出することができる。
【００４５】
図４はカメラの状態を示す状態遷移図であり、１Ｒ保持中シーケンス＃１、被写体検出シーケンス＃３、２Ｒシーケンス＃５の３つの状態（シーケンス）と、終了状態＃７が存在する。レリーズ釦の半押し（１Ｒオン）がなされると、被写体検出シーケンス＃１が実行される。この被写体シーケンス＃１は、被写体を検出し、合焦近傍までフォーカスレンズ駆動を行う。この１Ｒ保持中シーケンス＃３の詳しい動作については、図５を用いて後述する。
【００４６】
被写体検出シーケンス＃１によって焦点検出（ＡＦ）が可能になると、１Ｒ保持中シーケンス＃３に遷移し、繰り返し測距演算を行う。１Ｒ保持中シーケンス＃３の実行中に所定回数に亘って測距ができなくなりＡＦが連続してＮＧになった場合には、被写体検出シーケンス＃３に遷移し、再度ＡＦが可能になるように被写体の検出を行う。
【００４７】
一方、１Ｒ保持中シーケンス＃３の実行中に、レリーズ釦の全押し（２Ｒオン）がなされると、２Ｒシーケンス＃５に遷移し、被写体の撮影動作を開始する。２Ｒが押されている場合には２Ｒシーケンス＃５を繰り返し実行し、撮影を行う。この２Ｒシーケンス＃５の詳しい動作については、図９を用いて後述する。
【００４８】
２Ｒシーケンス＃５の実行中に、全押しが解除され（２Ｒオフ）、１Ｒ保持になると（半押し（１Ｒオン））、１Ｒ保持中シーケンス＃３が実行され、一方、全押し・半押しが解除され２Ｒオフとなると、終了状態＃７となる。また、１Ｒ保持中シーケンス＃３の実行中に、半押しが解除され１Ｒオフとなると、終了状態＃７となる。
【００４９】
次に、図５に示すフローチャートを用いて、１Ｒ保持中シーケンス＃３の詳しい動作について説明する。このフローチャートは（後述する図９および図１０に示すフローチャートも同様）、本体側ＣＰＵ５０がメモリ４５に記憶されているプログラムに従って、カメラ内の各部を制御することにより実行する。
【００５０】
１Ｒ保持中シーケンスがスタートすると、まず、２Ｒの検出を行う（Ｓ１）。ここでは、ＵＩ制御部５３中のレリーズ釦の操作状態の検出結果に基づいて、レリーズ釦が全押しされているか否かを判定する。この判定の結果、２Ｒオンの場合、すなわちレリーズ釦が全押しされていた場合には、２Ｒシーケンス＃５に移行する。２Ｒシーケンスについては、図９を用いて後述する。
【００５１】
一方、ステップＳ１における判定の結果、２Ｒオフの場合、すなわちレリーズ釦が全押しされていないが、レリーズ釦が半押しされている場合（１Ｒ保持）には、位相差データの読出しを行う（Ｓ３）。ここでは、撮像素子駆動部４３が撮像素子３３の内の位相差検出画素からの画像データ、すなわち、位相差データ（位相差画素データ）を読み出す。
【００５２】
位相差データ（位相差画素データ）の読出しを行うと、次に、測距演算を行う（Ｓ５）。測距演算としては、照度補正処理、相関演算、信頼性判定処理を行う。照度補正処理はレンズによる像高に応じた照度分布を均一化するために、右開口と左開口の画素値を補正する。相関演算は右開口（基準信号）と左開口（参照信号）の画像からＡＦエリア毎の画素加算値を算出して、両者の相関値を算出する。相関演算は演算量を削減するため、基準信号を参照信号で走査させ、参照信号上の各位置における類似度を算出し、 例えば、相関演算値が極小となり類似度が最大を示す位置を検出する手法を用いる。
【００５３】
基準信号をＢ（ｉ）、参照信号をＲ（ｉ）とすると類似度Ｓ（ｉ）は、下記（１）式により算出できる。類似度Ｓ（ｉ）が極小値となる位置が基準信号と参照信号の相関が最も高いとみなすことができる。
【数１】
2018031877.tif 000003
【００５４】
測距演算内の信頼性判定処理では、画素の飽和判定、コントラスト不足判定、単調性判定、相関演算結果判定等を行い、測距演算結果の信頼性を評価する。なお、測距演算は、相関演算等、大量の画像データを用いて画一的に行う演算については、ＡＦ処理部４９内のＡＦ回路が実行し、他の判断処理等については本体側ＣＰＵ５０が実行する。
【００５５】
測距演算を行うと、次に測距ＮＧ判定を行う（Ｓ７）。ここでは、ステップＳ５において行った信頼性判定処理結果に基づいて判定する。この判定の結果、測距結果がＮＧの場合、すなわち、測距結果の信頼性が低い場合には、被写体検出シーケンス＃１に移行する。測距結果がＮＧの場合は、例えば、撮影者がカメラの向きを変える等により、被写体を見失った場合がある。
【００５６】
ステップＳ７における判定の結果、測距結果がＮＧでない場合、すなわち、測距結果の信頼性が高い場合には、合焦判定を行う（Ｓ９）。ここでは、例えば、ステップＳ５における測距演算で算出した位相差（またはデフォーカス量）が所定値以下であるか等に基づいて判定する。
【００５７】
合焦判定を行うと、次に、レンズ駆動を行う（Ｓ１１）。ここでは、合焦判定の結果が非合焦の場合には、ステップＳ５における測距演算からデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量から合焦位置にフォーカスレンズを移動させる。レンズ駆動を行うと、ステップＳ１に戻る。この１Ｒ保持シーケンスを繰り返し実行することにより、１Ｒの保持中は、繰り返し測距を行い、フォーカスレンズを合焦位置に保つようにレンズ駆動を行う。
【００５８】
このように、１Ｒ保持中シーケンスにおいては、レリーズ釦が半押しされている間、所定時間間隔で位相差データを読出し（Ｓ３参照）、この位相差データを用いて測距演算を行い（Ｓ５）、算出されたデフォーカス量に基づいてレンズ駆動を行っている（Ｓ１１）。なお、図５のフローチャートには記載されていないが、所定時間間隔で撮像素子３３からライブビュー用に画像データを読出し、ＬＣＤ５７やＥＶＦ５９にライブビュー表示（図６参照）や、合焦時に合焦マークの表示を行う。
【００５９】
次に、図６に示すコンティニュアスＡＦ中の動作シーケンスについて説明する。横軸は時間の流れを示し、縦軸の「露光」は、撮像素子３３における露光動作を示し、「ＡＦ」は測距用の露光を意味し、「ＬＶ」はライブビュー用の露光を意味する。このときの露光時間は、電子シャッタにより制御される。また、「本露光」は、記録媒体６７に記録用に静止画撮影を行うための露光をいい、このときの露光時間は、メカシャッタ３１により制御される。
【００６０】
縦軸の「読出」は、撮像素子駆動部４３による撮像素子３３からの画素データの読出動作を示す。「ＡＦ読出」は測距用の位相差検出画素からの画素データの読出しを意味し、「ＬＶ読出」はライブビュー用の撮像画素からの画素データの読出しを意味する。
【００６１】
縦軸の「シャッタ」は、メカシャッタ３１のシャッタ動作を示す。縦軸の「演算」は、測距演算を示す。測距ＡはＡＦ露光・ＡＦ読出によって取得された位相検出画素からの画素データに基づく測距演算を意味する。測距Ｂは本露光・本露光読出によって取得された位相差検出画素からの画素データに基づく測距演算を意味する。また、予測は、測距Ａ（および測距Ｂ）による測距結果の履歴を用いて、本露光時の被写体位置（フォーカスレンズ位置）の動体予測演算を意味する。
【００６２】
縦軸の「レンズ」は、フォーカスレンズ１１の駆動を意味する（「レンズ駆動」はフォーカスレンズ１１の駆動である）。縦軸の「絞り」は、絞り１５の駆動を意味する。
【００６３】
図６において、時刻ｔ３〜ｔ４の間で、２Ｒ、すなわちレリーズ釦の全押しが行われる。この全押しがなされるまでは（ｔ１〜ｔ３）、１Ｒ保持中であり、この間は、ＡＦ露光とライブビュー表示用の露光（ＬＶ露光）が繰り返し行われている。例えば、時刻ｔ１〜ｔ２の間、ＡＦ用の露光が行われ、時刻ｔ２〜ｔ３においてＡＦ露光時の画素データを読出し、時刻ｔ３〜ｔ４においてＡＦ読出の画素データを用いて測距Ａを行い、時刻ｔ４〜ｔ５において測距結果であるデフォーカス量が一定量以上のデフォーカス量を示す場合にはフォーカスレンズ駆動を行う。また、時刻ｔ２〜ｔ３においてＬＶ用の露光を行い、時刻ｔ３〜ｔ４においてＬＶ露光時の画素データを読出し、時刻ｔ４〜ｔ５においてＬＶ表示を行う。
【００６４】
１Ｒ保持中の露出制御は、絞りは開放絞り値に設定され、被写体輝度に応じて、シャッタ速度（電子シャッタ）とＩＳＯ感度が決定され撮像素子３２を制御する。１Ｒ保持中に行われる測距Ａ（ｔ３〜ｔ４）では、ＡＦ露光時（時刻ｔ１〜ｔ２）の画素データから位相差検出画素を抽出し、図３に示すような位相差検出信号を生成する。そして、この生成された位相差検出信号に基づいて、位相差を検出し、これからデフォーカス量を算出して、フォーカスレンズを合焦位置に駆動する。１Ｒ保持中においても、複数の測距Ａの測距履歴を用いて、動体予測を行い、フォーカスレンズを駆動するようにしてもよい。
【００６５】
２Ｒが押されると、１Ｒ保持中に測距した履歴データ（測距Ａによる測距結果）を用いて、本露光時の被写体位置を予測する。図６に示す例では、測距Ａ（時刻ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６）、および図示していないさらに過去の履歴データを含む）における測距結果に基づいて、予測演算を行い（ｔ６〜ｔ７）、予測結果に基づいてフォーカスレンズを駆動する（ｔ７〜ｔ１１）。
【００６６】
予測結果に基づいてフォーカスレンズが移動すると、連写１コマ目の本露光を開始する（時刻ｔ１１）。本露光の露光時間は、メカシャッタ３１によって制御される（ｔ１１〜ｔ１２）。また、絞り１５の絞り値は、適正露出あるいはユーザ設定の絞り値となるように制御される。本露光が終了すると、撮像素子３３から全画素データが読み出され、この全画素データの中から位相検出画素の画素データを抽出し、この画素データを用いて測距Ｂを行う。測距Ｂの測距結果を用いて特に被写体の移動速度が高速な場合にはフォーカスレンズ駆動を行う。被写体が停止や移動速度が低速な場合にはレンズ駆動は行わなくてもよい。
【００６７】
連写１コマ目の本露光とそれに続く処理が終わると、次の連写２コマ目の露光が始まるまでの間、ＡＦ露光（時刻ｔ２１〜ｔ２２、ｔ２３〜ｔ２４）とＬＶ露光（時刻ｔ２２〜ｔ２３、ｔ２４〜ｔ２５）を交互に行う。ＡＦ露光を行うと、順次ＡＦ読出し、測距Ａを行い、ＬＶ露光を行うと、順次ＬＶ読出し、ＬＶ表示を行う。次の連写２コマ目の露光が近づくと、それまでの測距Ａ、測距Ｂによって取得した履歴データを用いて、動体予測を行う（時刻ｔ２６〜ｔ２７）。このように、連写中には本露光と本露光の間のＡＦ露光の測距データに加えて本露光の画像を用いて測距を行う。これにより連写中の測距間隔を短縮することができるようになるため動体に対する追従性が向上する。
【００６８】
図７は同一の被写体を撮影したときのＡＦ露光時の位相差検出信号と（図７（ａ）参照）、本露光時の位相差検出信号を示している（図７（ｂ）参照）。本露光時の位相差検出信号は、撮影時の露出条件が適正になるように撮影したにも関わらず、信号レベルがＡＦ露光によって取得した位相差検出信号に比べて低くなっている。これは像面位相差では撮影素子３３の位相差検出画素に入射する光量を制限する構造になっているためである。信号レベルが低い本露光時の位相差画素信号と、信号レベルが高いＡＦ露光時の位相差検画素号を、用いて位相差検出を行い、信頼性判定を行うとエラーとなり位相差検出を行うことができない。そこで、本実施形態においては、本露光の位相差検出を行う測距演算（測距Ｂ）ではＡＦ露光の位相差検出信号と信号レベルが略同一になるように補正を行ってから位相差検出演算を行うようにする。
【００６９】
図６に示すように２Ｒシーケンスでは測距Ａと測距Ｂが混在することになる。測距Ａは測距用のＡＦ露光により得られた信号を用いて測距演算を行うのに対し、測距Ｂは本露光用の画像から位相差検出画素の信号を抽出して測距演算を行う。
【００７０】
ＡＦ露光の際には遮光されている位相差検出画素の信号レベルが適正になるように露出補正を行っている。一方、本露光の際には、撮像画素が適正レベルとなるように露出制御されているため、位相差検出画素は露出補正なしの条件下でもＡＦ露光に比べてほぼ１段アンダの信号レベルになっている。なお、位相差検出画素は、撮像画素に対して開口面積が約半分となるように遮光されている。
【００７１】
さらに、２Ｒ中（レリーズ釦が全押しされ、記録用に撮影を行う際）はユーザ設定により露出補正を設定することが可能であり、この露出補正条件により信号レベルは大きく変化する。そこで、ＡＦ露光の露出条件と本露光の露出条件の差をゲインに重畳することで補正を行う。このゲインは、下記（２）式から（４）式を用いて算出する。
【００７２】
まず、ＡＦ露光の場合にはＡＦ露光の露出設定から、狙いの被写体輝度値（BV値）を下記（２）式より算出する。
bvaf = avaf + tvaf - svaf  ・・・（２）
ここで、bvavは、ＡＦ露光時の被写体輝度値（Ｂｖ値）であり、avafは、ＡＦ露光時の絞り値（Ａｖ値）であり、tvafは、ＡＦ露光時のシャッタ速度値（Ｔｖ値）であり、svafは、ＡＦ露光時のＩＳＯ感度（Ｓｖ値）である。
【００７３】
本露光開始前のタイミングにて、本露光露出指示値から本露光時の被写体輝度値（Ｂｖ値）を下記（３）式より算出する。
bvstill = avstill + tvstill - svstill  ・・・（３）
ここで、bvstillは、本露光時の被写体輝度値（Ｂｖ値）であり、avstillは、本露光時の絞り値（Ａｖ値）であり、tvstllは、本露光時のシャッタ速度値（Ｔｖ値）であり、svstillは、本露光時のＩＳＯ感度（Ｓｖ値）である。
【００７４】
ＡＦ露光BV、bvafと本露光BV、bvtillの差を算出し、露出ずれ量cvafを下記（４）式より求める。
cvaf = bvaf - bvstill  ・・・（４）
【００７５】
露出ずれ量cvafを算出すると、例えば、図８に示すように、露出ずれ量に対する補正倍率を求め、この補正倍率に基づいて、本露光時の位相差検出画素の画素データに対してゲインを乗算する。これによって、図７に示したような位相差検出画素の信号レベルの差を同レベルにすることができる。
【００７６】
次に、図９に示すフローチャートを用いて、２Ｒシーケンス＃５（図４、図５参照）の詳しい動作について説明する。この図９に示すフローチャートは、静止画撮影の連写シーケンスを示している。
【００７７】
２Ｒシーケンスがスタートすると、まず、動体予測演算を行う（Ｓ２１）。動体予測演算は、図６において、時刻ｔ６〜ｔ７、ｔ２６〜ｔ２７の「予測」が対応する。このステップでは、過去の測距データを用いて、予測モデルを構築し、この構築された予測モデルを用いて、測距結果のバラツキ具合を評価する。また、動体予測演算は、本露光時の被写体位置を予測する演算を行い、予測結果に基づいてフォーカスレンズの駆動量を演算する。この駆動量は、フォーカスレンズ駆動部１７がステッピングモータを有している場合には、ステッピングモータのステップ数に応じたフォーカスレンズ位置（被写体予測位置）で表す予測パルス位置を算出する。動体予測演算の詳しい動作については、図１０を用いて後述する。
【００７８】
動体予測演算を行うと、次に、本露光用レンズ駆動を行う（Ｓ２３）。本露光用レンズ駆動は、図６において、時刻ｔ７〜ｔ１１の「レンズ駆動」が対応する。このステップでは、ステップＳ２１において算出された予測演算に結果に基づいて、フォーカスレンズ１１を予測パルス位置へ駆動する。また、並行して、絞り１５が適正露出となるように絞り駆動も行う。本露光用レンズ駆動を行うことにより、被写体が移動していても、本露光撮影時には、被写体にピントを合わせることができる。
【００７９】
本露光用レンズ駆動を行うと、次に、本露光を行う（Ｓ２５）。本露光は、図６において、時刻ｔ１１〜ｔ１２の「本露光」が対応する。このステップでは、適正露出あるいはユーザ設定の露出条件となるように露光時間をメカシャッタ３１によって制御し、撮像素子３３上に被写体像が形成され、光電変換が行われる。露光時間の経過後に、撮像素子駆動部４３は撮像素子３３の全画素（撮像画素および位相差検出画素）からの画素データを読み出す。
【００８０】
本露光が終わると、次に、ＡＦ露光に備えて測距用レンズ駆動を行う（Ｓ２７）。測距用レンズ駆動は、図６において、時刻ｔ１３〜ｔ２１の「レンズ駆動」が対応する。本露光のための露光時間が経過している間に、被写体が移動している場合がある。そこで、このステップでは、ステップＳ２１における本露光時の被写体の位置から、ステップＳ２９におけるＡＦ露光時の被写体位置までの移動を予測し、この位置で略ピント合うようにフォーカスレンズ１１を移動させる。このレンズ駆動は被写体の移動速度が高速の場合に行う。
【００８１】
また、時刻ｔ１３〜ｔ２１の測距用レンズ駆動と並行して、「測距Ｂ」を行う。この測距Ｂは、図６において、時刻ｔ１３〜ｔ１５において行われる。測距Ｂは、本露光の終了後に読み出された全画素（撮像画素および位相差検出画素）の中から位相差検出画素の画素データを抽出し、この画素データを用いて測距演算を行う。本露光時は、ＡＦ露光時とは異なり、露出条件が位相差検出画素に対して適正でないため、位相差検出画素データの信号レベルが本露光時とＡＦ露光時で一致するように補正する。
【００８２】
また測距Ａの演算は連写コマ数の設定により連写コマ数の設定が多い場合には連写の本露光の間隔が短くなるので、撮影タイミングが早く検出されて、測距回数が少なくなる。また、連写コマ数の設定が少ない場合には連写の本露光の間隔が長くなるので、撮影タイミングが遅く検出されて、測距回数が多くなる。測距Ａで演算された測距結果、測距Ｂで演算された測距結果と合わせて、履歴データとして、次回の動体予測演算の際に使用される。
【００８３】
測距用レンズ駆動を行うと、次に、ＡＦ露光を行う（Ｓ２９）。ＡＦ露光は、図６において、時刻ｔ２１〜ｔ２２、ｔ２３〜ｔ２４の「ＡＦ」が対応する。連写撮影時の本露光と本露光の間に、測距用に撮像素子３３に露光させ、位相差検出画素からの画素データを取得するための撮像を行う。このＡＦ露光時には、絞りは開放絞り値となるようにＡＦ露光開始前までに絞り駆動を行う。なお、図６においては、測距Ａは２回行っているが、この回数は、連写設定のコマ数や本露光時の露光時間等に応じて変化する。
【００８４】
ＡＦ露光を行うと、次に、位相差データ（位相差画素データ）読出しを行う（Ｓ３１）。位相差データ読出し（位相差画素データ読出し）は、図６において、時刻ｔ２２〜ｔ２３、ｔ２４〜ｔ２５の「ＡＦ読」が対応する。このステップでは、撮像素子駆動部４３が撮像素子３３から位相差検出画素からの画素データを読み出す。
【００８５】
位相差データを読み出すと、次に測距演算を行う（Ｓ３３）。測距演算は、図６において、時刻ｔ２３〜ｔ２４、ｔ２５〜ｔ２６の「測距Ａ」が対応する。このステップでは、ステップＳ３１において読み出した位相差データ（位相差画素データ）に基づいて、測距演算を行う。この演算結果は、履歴データとして、次回の動体予測演算の際に使用される。
【００８６】
測距演算を行うと、撮影タイミングか否かの判定を行う（Ｓ３５）。連写撮影モードでは、連写コマ数が設定されており、この連写コマ数に応じて本撮影（本露光）の撮影間隔が決まり、この撮影の間に、ＡＦ露光を繰り返す。例えば、連写コマ数の設定が５コマであれば、本露光の開始の間隔は２００（ｍｓ）になる。このステップでは、次の本撮影（本露光）のタイミングになったかを判定する。この判定の結果、撮影タイミング（本露光のタイミング）でなかった場合には、ステップＳ２９に戻り、次のＡＦ露光を行う。
【００８７】
一方、ステップＳ３５における判定の結果、撮影タイミングを検出した場合には、次に、２Ｒオフか否かを判定する（Ｓ３７）。撮影者は、連写を終了する場合には、レリーズ釦の全押しを解除する（２Ｒオフ）。そこで、このステップでは、レリーズ釦の操作状態に基づいて判定する。
【００８８】
ステップＳ３７における判定の結果、２Ｒオフでない場合、すなわち、レリーズ釦の全押しが保持されていた場合には、ステップＳ２１に戻り、次の連写コマにおける動体予測や本露光等の動作を行う。一方、ステップＳ３７における判定の結果、２Ｒオフの場合には、連写撮影を終了する。
【００８９】
このように、本実施形態における２Ｒシーケンス、すなわち連写撮影時には、所定の撮影間隔で本撮影（本露光）（Ｓ２５）を、レリーズ釦が全押しされている間（Ｓ３７Ｎｏ）、繰り返し行い、本露光で取得した位相差画素データに基づいて、測距用レンズ駆動と並行して測距演算を行う（Ｓ２７）。また、本露光と本露光の間では測距用のＡＦ露光を行い（Ｓ２９）、このＡＦ露光で取得した位相差画素データに基づいて、測距演算を行う（Ｓ３３）。そして、本露光とＡＦ露光で取得した位相差画素データに基づいて、被写体の動体予測演算を行っている（Ｓ２１）。本露光に加えてＡＦ露光によって位相差画素データを取得し測距演算を行っていることから、動体予測の際に被写体位置に関する情報が密となり、動体予測の精度を高くすることができる。
【００９０】
次に、図１０に示すフローチャートを用いて、ステップＳ２１の動体予測演算の詳細について説明する。
【００９１】
動体予測演算のフローに入ると、まず、有効データを選択する（Ｓ４１）。ここでは、仮予測モデル式算出で使用する履歴データの選択を行う。データの選択点数はカメラ設定の追従度合いを示すパラメータ（ロックオンモード）と像面移動速度が算出されている場合には像面移動速度に応じて決定する。像面移動速度が速い場合やロックオン設定が敏感な場合には抽出されるデータ点数が少なく、逆に像面移動速度が遅い場合やロックオン設定が鈍感な場合には抽出されるデータ点数が多くなる。
【００９２】
有効データを選択すると、次に、仮予測モデル式を算出する（Ｓ４３）。ここでは、選択された有効データを用いて仮予測モデル式を生成する。予め複数の近似式を用意し、それを仮予測モデル式とする。例えば、有効データを用いて最小２乗法により１次式や２次式を生成する方法がある。
【００９３】
仮予測モデル式を算出すると、次に、仮予測モデル式評価値を算出する（Ｓ４５）。ここでは、仮予測モデル式と仮予測モデル式算出に用いた履歴データの適合具合を評価する仮予測モデル式評価値を算出する。評価値としては、ステップＳ４１において選択した有効データと、ステップＳ４３において選択した仮予測モデル式を用いて、各測距時点における差分の積算値等がある。
【００９４】
次に、仮予測モデル式と履歴データは適合しているか否かを判定する（Ｓ４７）。ここでは、ステップＳ４５における評価に基づいて、仮予測モデル式が履歴データ（Ｓ４１における有効データ）と適合しているか否かについて判定する。図１１に仮予測モデルと履歴データの適合具合を示し、横軸は時間を示す、縦軸は被写体位置（パルス数ｐｌｓで示す）である。グラフ中の黒丸は履歴データであり各測距時点における測距結果（パルス数ｐｌｓで示す）を示し、実線Ｌは予測モデル式を示す。図１１（ａ）は、履歴データが予測モデル上にすべて乗っており、この場合は予測モデルによる適合がよいと判定される。一方、図１１（ｂ）は、履歴データが予測モデル上にすべて乗っておらず、この場合は予測モデルによる適合が悪いと判定される。
【００９５】
ステップＳ４７における判定の結果、仮予測モデルに適合していないと判定された場合には、誤差要因判定を行う（Ｓ４９）。ここでは、誤差の分布を評価して次回、仮予測モデルを算出する際にフィードバックする。具体的には仮予測モデルと各履歴データとの差が一定以上大きい場合には各履歴データのばらつきが大きいと判断し、有効データ選択点数を増加させる。仮予測モデル式評価値が一定以下になるようにモデルを構築する。仮予測モデル式を例えば、１次関数から２次関数に変更したり、より高次の関数に変更する等を行う。
【００９６】
一方、ステップＳ４７における判定の結果、仮予測モデルに適合していると判定された場合には、予測式を算出する（Ｓ５１）。ここでは、ステップＳ４３において選択した仮予測モデル式を予測モデル式として採用する。
【００９７】
続いて、予測パルス位置を算出する（Ｓ５３）。ここでは、過去の測距結果の履歴データを用いて、ステップＳ５１で算出した予測式を用いて、所定時間経過後の被写体位置を予測し、予測パルス位置を算出する。予測パルス位置を算出すると、元のフローに戻り、フォーカスレンズの駆動を行う（Ｓ２３）。
【００９８】
このように、動体予測演算のフローにおいては、仮予測モデル式と履歴データ（有効データ）の適合具合を算出し（Ｓ４５、Ｓ４７）、適合具合が所定の範囲内にあれば、仮予測モデル式を用いて、動体予測を行うようにしている（Ｓ５１、Ｓ５３）。このため、動体予測の精度を高くすることができる。また、適合具合が所定の範囲内にない場合には、誤差要因を判定してフィードバックし（Ｓ４９）、仮予測モデル式を変更するようにしている（Ｓ４３）。このため、最適な予測モデル式とすることができる。また、履歴データの中から有効データを選択している（Ｓ４１）。このため、撮影者が設定したコンティニュアスＡＦ等に適したデータを用いて動体予測を行うことができる。
【００９９】
以上説明したように、本発明の一実施形態においては、オートフォーカスの方式として撮像面位相差方式を用いた場合、動きのある被写体を撮影し測距ばらつきが発生した場合でも、動体予測を行う際に本露光撮影画像を用いた測距結果も含めて測距結果がばらついているかどうか判断し（図１０のＳ４７）、測距結果のばらつき具合に応じて動体予測方法を切り替えている（図１０のＳ４３、Ｓ４７、Ｓ４９）。このため、コンティニュアスＡＦで精度よく撮影することができ、撮影画像の合焦精度が低下するのを防止ことでき、撮像装置を、小型・軽量にすることができる。また、撮像面位相差方式を用いた場合でも測距ばらつきに対しても安定した制御を行うことができるようになるため、動きのある被写体をコンティニュアスＡＦで精度よく撮影することができる。
【０１００】
また、本発明の一実施形態においては、連写撮影の間で撮像素子を動作させ位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第１の焦点検出を行い（図６のＡＦ露光、測距Ａ、図９のＳ２９、Ｓ３３等参照）、連写撮影によって位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第２の焦点検出を行い（図６の本露光、測距Ｂ、図９のＳ２５）、第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果に基づいて焦点調節動作を行う（図９のＳ２３、Ｓ２７等）。連写撮影のみならず、連写撮影と連写撮影の間で取得した焦点検出信号を用いて焦点調節動作を行うようにしているので、多数の測距結果を用いて精度の高い焦点調節動作や動体予測を行うことができる。
【０１０１】
また、本発明の一実施形態においては、第２の焦点検出にて対をなす焦点検出信号の少なくとも一方の信号レベルを補正（基準となる第１の焦点検出信号と同一の信号レベルになるように第２の焦点検出信号を補正）するようにしている（例えば、図７参照）。このため、露光条件の異なる条件で取得した焦点検出信号のレベルが異なっていても、後段の演算回路を切り替えるなど煩雑な処理を追加することなく使用することができる。
【０１０２】
また、本発明の一実施形態においては、撮像素子３３により受光される撮影光学系を通過する光束を調節する絞り１５を有し、焦点制御部は、連写撮影の時の絞りの開口に応じて、第２の焦点検出の結果を補正するようにしている（例えば、図７、図９のＳ３３参照）。なお、第２の焦点検出の結果は補正せずに、第１の焦点検出の結果を補正するようにしてもよい。
【０１０３】
また、本発明の一実施形態においては、第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果を用いて、次回の連写撮影時に合焦となるフォーカスレンズの位置を予測している（例えば、図９のＳ２１）。動体予測を行うにあたって使用する測距結果の数が増えることから、精度の高い動体予測を行うことができる。
【０１０４】
また、本発明の一実施形態においては、異なる時刻に取得した複数の第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果のばらつきに基づいて合焦となるフォーカスレンズの位置を予測するためのモデルを切換えている（例えば、図１０のＳ４３〜Ｓ４９）。このため、最適なモデルを設定することができ、高精度の予測を行うことができる。
【０１０５】
また、本発明の一実施形態においては、撮像素子を動作させて静止画の連写撮影を行い、撮像素子の出力する画像信号に基づき画像データを生成し（例えば、図６のｔ１１〜ｔ１２、図９のＳ２３）、連写撮影の間で撮像素子を動作させ位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第１の焦点検出を行い（例えば、図６のｔ２１〜ｔ２２、ｔ２３〜ｔ２４の測距Ａ、図９のＳ２９、Ｓ３３）、連写撮影によって位相差検出画素により生成される焦点検出信号に基づいて第２の焦点検出を行い（例えば、図６のｔ１１〜ｔ１２、ｔ１３〜ｔ１５の測距Ｂ、図９のＳ２７）、第１の焦点検出の結果と第２の焦点検出の結果に基づいて焦点調節動作を行うようにしている。このため、連写撮影を行う場合でも、精度よく合焦を行うことができる。
【０１０６】
なお、本発明の一実施形態においては、コンティニュアスＡＦモードに設定された場合、動体予測によって焦点検出を行っていたが、動体予測を行えない場合には、単純に位相差法による焦点検出結果に応じて、焦点調節を行うようにしてもよい。
【０１０７】
また、本発明の一実施形態においては、撮像素子の撮像面に位相差検出画素を配置していた。しかし、これに限らず、例えば、一眼レフレックスカメラ等において、静止画取得用の撮像素子とは別に専用の位相差検出用のセンサを設けるようにしてもよい。
【０１０８】
また、本発明の一実施形態においては、連写撮影の間で、測距Ａを２回行っていたが（図６参照）、測距Ａの回数は、連写撮影の間の時間や、ＡＦ露光に要する時間等に応じて、適宜決めればよく、１回もしくは３回以上であっても構わない。
【０１０９】
また、本発明の一実施形態においては、ＡＥ処理部４７、ＡＦ処理部４９、レンズ制御部５１、ＵＩ制御部５３、表示制御部５５、画像処理部６１、圧縮伸張部６３、記録媒体制御部６５等は、各部の機能の全部または一部をＣＰＵ（Central Processing Unit）と周辺回路およびプログラムコードによって実現するようにしてもよく、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプログラムコードで実行される回路で実現するようにしてもよく、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、またハードウエア回路によって実行するようにしても勿論かまわない。
【０１１０】
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、連写機能を有する撮影のための機器であれば、本発明を適用することができる。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【符号の説明】
【０１１４】
１０・・・撮影レンズ、１１・・・フォーカスレンズ、１３・・・ズームレンズ、１５・・・絞り、１７・・・フォーカスレンズ駆動部、１９・・・ズームレンズ駆動部、２０・・・レンズ側システムコントローラ（レンズ側ＣＰＵ）、２１・・・絞り駆動部、２３・・・レンズ側通信制御部、２５・・・通信路、３０・・・カメラ本体、３１・・・メカシャッタ、３３・・・撮像素子、３４ａ〜３４ｇ・・・位相差検出画素、３５・・・ＣＤＳ、３７・・・ＡＭＰ、３９・・・Ａ／Ｄ変換器、４１・・・メカシャッタ、４３・・・撮像素子駆動部、４５・・・メモリ、４７・・・ＡＥ処理部、４９・・・ＡＦ処理部、５０・・・本体側システムコントローラ（本体側ＣＰＵ）、５１・・・本体側レンズ制御部、５３・・・ＵＩ制御部、５５・・・表示制御部、５７・・・ＬＣＤ、５９・・・ＥＶＦ、６１・・・画像処理部、６３・・・圧縮伸張部、６５・・・記録媒体制御部、６７・・・記録媒体
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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