(57)【要約】【課題】  撮像素子から出力される位相差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およびその制御方法において、精度の良い焦点検出結果を得ること。【解決手段】  結像光学系が合焦状態でないと判定される場合（Ｓ７，Ｎｏ）、デフォーカス量が予め定めた閾値以上の場合には位相差信号の取得間隔を第１の時間間隔より速い第２の時間間隔とし、デフォーカス量が予め定めた閾値よりも小さい場合には位相差信号の取得間隔を第１の時間間隔とする。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子から出力される位相差信号を用いて焦点調節を行う焦点調節手段と、
前記撮像素子から出力される位相差信号を用いてデフォーカス量に関連する情報を算出する算出手段と、
撮影準備動作が検出され且つ前記デフォーカス量に関連する情報から合焦状態でないと判定された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が第１の閾値以上のとき、前記位相差信号を取得するフレームレートを前記撮影準備動作が検出される前のフレームレートよりも速いフレームレートとし、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値よりも小さいとき、前記位相差信号を取得するフレームレートを維持する制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮影準備動作が検出され且つ前記デフォーカス量に関連する情報から合焦状態でないと判定された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値よりも小さいとき、前記位相差信号を取得するフレームレートを維持した状態にて前記焦点調節手段を前記デフォーカス量に応じた位置に移動さ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】
撮影準備動作が検出された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値以上のとき、前記焦点調節手段の駆動速度を第１の駆動速度より速い第２の駆動速度とし、
前記撮影準備動作が検出された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値よりも小さいとき、前記焦点調節手段の駆動速度を前記第１の駆動速度と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】
前記撮影準備動作が検出された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下のとき、前記焦点調節手段の駆動中に焦点検出を行わずに前記第２の駆動速度とし、
前記撮影準備動作が検出された場合、前記第２の閾値よりも大きく前記第１の閾値よりも小さいとき、前記焦点調節手段の駆動中に焦点検出を行うとともに前記第１の駆動速度と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５】
撮影準備動作が検出された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値以上のとき、前記焦点調節手段の駆動速度を第２の駆動速度より遅い第１の駆動速度とし、
前記撮影準備動作が検出された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値よりも小さいとき、前記焦点調節手段の駆動速度を前記第２の駆動速度と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６】
前記位相差信号を取得するフレームレートを前記撮影準備動作が検出される前のフレームレートよりも速いフレームレートとしている間に、前記焦点調節手段を前記デフォーカス量に応じて、移動さ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７】
前記撮像素子は、撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過した一対の光束を撮像するとともに、記録画像を撮像する素子であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮影準備動作が検出される前のフレームレートが、動画撮影のフレームレートに応じて定められ、前記動画撮影がライブビュー表示用の動画撮影であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
焦点検出信号を用いて焦点調節を行う焦点調節手段と、
前記焦点検出信号を用いてデフォーカス量に関連する情報を算出する算出手段と、
撮影準備動作が検出され且つ前記デフォーカス量に関連する情報から合焦状態でないと判定された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が第１の閾値以上のとき、前記焦点検出信号を取得するフレームレートを前記撮影準備動作が検出される前のフレームレートよりも速いフレームレートとし、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値よりも小さいとき、前記焦点検出信号を取得するフレームレートを維持する制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
焦点調節手段が、撮像素子から出力される位相差信号を用いて焦点調節を行う焦点調節工程と、
算出手段が、前記撮像素子から出力される位相差信号を用いてデフォーカス量に関連する情報を算出する算出工程と、
制御手段が、撮影準備動作が検出され且つ前記デフォーカス量に関連する情報から合焦状態でないと判定された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が第１の閾値以上のとき、前記位相差信号を取得するフレームレートを前記撮影準備動作が検出される前のフレームレートよりも速いフレームレートとし、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値よりも小さいとき、前記位相差信号を取得するフレームレートを維持する制御工程と、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１１】
焦点調節手段が、焦点検出信号を用いて焦点調節を行う焦点調節工程と、
算出手段が、前記焦点検出信号を用いてデフォーカス量に関連する情報を算出する算出工程と、
制御手段が、撮影準備動作が検出され且つ前記デフォーカス量に関連する情報から合焦状態でないと判定された場合、前記デフォーカス量に関連する情報が第１の閾値以上のとき、前記焦点検出信号を取得するフレームレートを前記撮影準備動作が検出される前のフレームレートよりも速いフレームレートとし、前記デフォーカス量に関連する情報が前記第１の閾値よりも小さいとき、前記焦点検出信号を取得するフレームレートを維持する制御工程と、
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】
撮像装置が有するコンピュータを、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラや、カメラ付の携帯電話、ゲーム機、パーソナルコンピュータ等、撮像機能を有する電子機器では、オートフォーカス（自動焦点検出）機能が実現されているのが一般的である。
【０００３】
特許文献１には、画素に設けられたマイクロレンズの光軸から偏心した開口部を有する遮光膜によって光電変換部に入射する光の範囲を制御した焦点検出用画素を有する撮像素子が開示されている。このような焦点検出用画素は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域からの出射光を受光するため、開口部の偏心方向が異なる遮光膜を有する焦点検出用画素から得られる１対の出力波形の位相差から結像光学系のデフォーカス量を得ることができる。
【０００４】
また、特許文献２に記載されるような、各画素に１つのマイクロレンズと複数の光電変換部を有する撮像素子を用いても同様の原理で結像光学系のデフォーカス量を得ることができる。１画素内の複数の光電変換部は同じマイクロレンズを介して、結像光学系の射出瞳の異なる領域からの出射光を受光するからである。
【０００５】
このように、個別の焦点検出用センサを用いずに、撮像素子から得られる信号を用いて行う位相差検出方式の自動焦点検出は、撮像面位相差ＡＦとも呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１１７６７９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８６２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような、撮影レンズの射出瞳のうち、異なる領域からの出射光をマイクロレンズを介して受光する光電変換部の出力信号を用いた焦点検出方法は、撮影レンズによるケラレの影響を受けやすい。撮影レンズによるケラレが発生すると、位相差を検出するための１対の出力波形に形状差が発生し、位相差の検出精度、ひいては焦点検出精度が低下する。また、ケラレによる位相差検出精度への悪影響は、デフォーカス量が大きいほど大きくなる。これは、デフォーカス量が大きくなるにつれコントラストが低下するため、ケラレの影響による出力波形の形状変化が大きくなるためである。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の問題点を鑑みてなされたものである。本発明は、撮像素子から出力される位相差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およびその制御方法において、精度の良い焦点検出結果を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的は、撮像素子から出力される位相差信号を用いて焦点調節を行う焦点調節手段と、撮像素子から出力される位相差信号を用いてデフォーカス量に関連する情報を算出する算出手段と、撮影準備動作が検出され且つデフォーカス量に関連する情報から合焦状態でないと判定された場合、デフォーカス量に関連する情報が第１の閾値以上のとき、位相差信号を取得するフレームレートを撮影準備動作が検出される前のフレームレートよりも速いフレームレートとし、デフォーカス量に関連する情報が第１の閾値よりも小さいとき、位相差信号を取得するフレームレートを維持する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置によって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮像素子から出力される位相差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およびその制御方法において、精度の良い焦点検出結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る焦点検出装置を適用したデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図
【図２】実施形態の撮像素子が有する画素の配列をレンズユニット側からみた状態を模式的に示す図
【図３】実施形態の撮像素子が有する撮影用画素の構造例を説明する図
【図４】レンズユニットの水平方向に瞳分割を行う、実施形態の焦点検出用画素の構造例を説明する図
【図５】位相差検出方式の焦点検出で用いる１対の焦点検出用信号の例を示す図
【図６】撮影範囲内の焦点検出領域及び被写体の状況の例を示す図
【図７】第１の実施形態のデジタルカメラの焦点検出及び撮影動作を説明するためのフローチャート
【図８】実施形態のデジタルカメラの撮影サブルーチンを説明するためのフローチャート
【図９】第１の実施形態の焦点検出の実行中におけるフォーカスレンズ位置と時間の関係を説明する図
【図１０】第２の実施形態のデジタルカメラの焦点検出及び撮影動作を説明するためのフローチャート
【図１１】第２の実施形態の焦点検出の実行中におけるフォーカスレンズ位置と時間の関係を説明する図
【図１２】第１の実施形態のフレームレート切替処理を説明するタイミングチャート
【図１３】第３の実施形態の焦点検出の実行中におけるフォーカスレンズ位置と時間の関係を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
●（第１の実施形態）
以下、添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。以下では、本発明の実施形態に係る焦点検出装置をレンズ交換可能な一眼レフタイプのデジタルカメラに適用した例について説明するが、本発明の実施形態に係る焦点検出装置は、他のいかなる撮像装置や撮像機能を有する電子機器に対しても適用可能である。
【００１３】
図１は、本実施形態の焦点検出装置を適用したデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図である。デジタルカメラはレンズユニット１００（レンズ装置）とカメラ本体１２０（撮像装置）とを有する。レンズユニット１００は点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０と機械的および電気的に、かつ着脱可能に接続される。
【００１４】
レンズユニット１００は、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ群（以下、単に「フォーカスレンズ」と記す。）１０４、及び、駆動／制御系を有する。このようにレンズユニット１００は、フォーカスレンズ１０４を含み、被写体の像を形成する結像光学系（撮像光学系）である。
【００１５】
第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の先端に配置され、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２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他、静止画撮影時には露光時間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及び第２レンズ群１０３は一体として光軸方向ＯＡに進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によりレンズユニット１００のズーム機能（可変画角）を実現する。フォーカスレンズ１０４は、光軸方向ＯＡに移動可能である。フォーカスレンズ１０４の位置を調節することで、レンズユニット１００の焦点状態を調節する。
【００１６】
レンズユニット１００が有する駆動／制御系には、以下のものが含まれる。ズームアクチュエータ１１１、絞りシャッタアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、レンズＭＰＵ１１７、レンズメモリ１１８を有する。
【００１７】
ズーム駆動回路１１４は、レンズＭＰＵ１１７の制御に従ってズームアクチュエータ１１１を駆動し、第１レンズ群１０１や第２レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに進退駆動させる。絞りシャッタ駆動回路１１５は、レンズＭＰＵ１１７の制御に従って絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口径や動作を制御する。フォーカス駆動回路１１６は、レンズＭＰＵ１１７の制御に従ってフォーカスアクチュエータ１１３を駆動制御してフォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動する。フォーカス駆動回路１１６はまた、フォーカスアクチュエータ１１３が検出したフォーカスレンズ１０４の位置を、レンズＭＰＵ１１７に供給する。
【００１８】
レンズＭＰＵ１１７は、予め記憶されたプログラムを実行することにより、カメラＭＰＵ１２５とコマンドやデータをやりとりしながら、または単体で、レンズユニット１００内の構成要素を制御および管理する。レンズＭＰＵ１１７は、例えば、フォーカス駆動回路１１６を通じて取得したフォーカスレンズ１０４の位置や、第１レンズ群１０１や第２レンズ群１０３の位置に基づく現在の画角などのレンズ情報を、カメラＭＰＵ１２５に供給する。レンズメモリ１１８はレンズＭＰＵ１１７による焦点検出制御に必要な光学情報を記憶する。
【００１９】
カメラ本体１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、撮像素子１２２、駆動／制御系を有する。光学的ローパスフィルタ１２１と撮像素子１２２はレンズユニット１００からの光束によって被写体像を形成する結像光学系の一部を構成する。つまり、本実施形態において、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ１０４、光学的ローパスフィルタ１２１、撮像素子１２２が結像光学系を構成する。なお、レンズユニット１００の焦点調節は、フォーカスレンズ１０４の駆動に代わって、あるいは加えて、撮像素子１２２を光軸方向ＯＡに移動させることで実現してもよい。従って、フォーカスレンズ１０４および撮像素子１２２は結像光学系の焦点調節部材である。
【００２０】
光学的ローパスフィルタ１２１は、撮影画像に生じる偽色やモアレの原因となる空間周波数の高い成分を減少させる。撮像素子１２２は、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素からなるＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子とその周辺回路で構成され、全画素独立出力が可能なように構成されている。また、本実施形態の撮像素子１２２は撮像面位相差ＡＦが可能な構成であればよいが、被写体の像を形成するための複数の撮影用画素と、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成するための複数の焦点検出用画素を含む構成とする。なお、撮像素子１２２は、特許文献２に記載されるような、撮影用画素と焦点検出用画素の区別がない構成であってもよい。なお、撮像素子１２２の構成については、詳細に後述する。
【００２１】
駆動／制御系としては、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、操作スイッチ群（操作ＳＷ）１２７、メモリ１２８、位相差焦点検出部１２９、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０を有する。
【００２２】
駆動手段としての撮像素子駆動回路１２３は、カメラＭＰＵ１２５の制御に従い、撮像素子１２２の駆動フレームレートをはじめとする動作を制御する。また、撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２から読み出した画像信号をＡ／Ｄ変換してカメラＭＰＵ１２５および画像処理回路１２４に送信する。
【００２３】
画像処理回路１２４は、カメラＭＰＵ１２５の制御に従い、撮像素子１２２から得られた画像信号に対し、ガンマ補正（階調補正）、デモザイク（色補間）、圧縮符号化などの画像処理を実施する。また画像処理回路１２４は、メモリ１２８から読み出した画像データの復号なども行う。
【００２４】
制御手段としてのカメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに記憶されたプログラムを実行し、後述する自動焦点検出動作を含む、カメラ本体１２０とレンズユニット１００とからなるデジタルカメラ全体の動作を制御ならびに管理する。カメラＭＰＵ１２５には、例えばプログラム実行時のワークエリアとして用いるためのＲＡＭ１２５ｂと、各種の設定値などを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃも設けられている。カメラＭＰＵ１２５はマウントＭの信号線を介して接続されたレンズＭＰＵ１１７とのコマンドやデータの通信を通じ、レンズユニット１００の動作を制御したり、光学特性、焦点距離（画角）、フォーカスレンズ位置、絞り値などの情報を取得したりする。
【００２５】
また、焦点検出領域の像高が大きい時に結像光学系のケラレが焦点検出の信頼度に与える影響が大きくなるため、位相差焦点検出部１２９に供給する前に、カメラＭＰＵ１２５や画像処理回路１２４で画像信号におけるケラレの影響を抑える補正を行ってもよい。
【００２６】
表示器１２６はＬＣＤなどから構成され、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、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。操作スイッチ群１２７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、撮影モード選択スイッチ等で構成される。
【００２７】
メモリ１２８は撮影済み画像を記録するための記録媒体であり、例えば着脱可能な不揮発性メモリカードであるが、内蔵メモリであってもよいし、光学記録媒体や磁気記録媒体であってもよい。
【００２８】
取得手段としての位相差焦点検出部１２９は、撮像素子１２２から得られる焦点検出用の像信号に基づいて位相差検出方式での焦点検出を行い、デフォーカス量を求める。より具体的には、位相差焦点検出部１２９は、焦点検出領域内の各画素が有する光電変換部のうち、異なる瞳領域の出射光を受光する光電変換素子から得られる１対の像信号の位相差に基づいて焦点検出（デフォーカス量および合焦方向）の算出）を行う。なお、この、撮像面位相差ＡＦによる焦点検出方法については、後で詳細に説明する。
【００２９】
ＴＶＡＦ焦点検出部１３０は、画像処理回路１２４にて得られた、画像の高周波成分に基づくコントラスト評価値（ＡＦ評価値）がピークとなるフォーカスレンズ１０４の位置を探索する、コントラスト方式の焦点検出（ＴＶＡＦ）を行う。
【００３０】
このように、本実施形態のデジタルカメラは、撮像面位相差ＡＦとＴＶＡＦの両方を実施可能であり、カメラＭＰＵ１２５による制御により、状況に応じて、選択的に使用したり、組み合わせて使用したりすることができる。
【００３１】
次に、撮像面位相差ＡＦについて詳細を説明する。図２は撮像素子１２２が有する画素の配列をレンズユニット１００側からみた状態を模式的に示す図である。撮像素子１２２は画素４０１が横方向にｍ、縦方向にｎ配列された画素配列４００を有しており、本実施形態では画素配列４００の全体が撮影範囲であるものとする。図２においては煩雑さをなくすため、画素４０１を左上の１０画素×１０画素分だけ図示し、他の画素は省略している。画素配列４００には２×２画素を周期とした原色ベイヤー配列のカラーフィルタがオンチップで形成されている。従って、画素４０１の各々には、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれか１色のカラーフィルタが形成されており、以下の説明ではＸ色（ＸはＲ，Ｇ，Ｂのいずれか）のフィルタが形成された画素をＸ画素と呼ぶ。
【００３２】
上述したように、本実施形態の撮像素子１２２は、画素４０１として複数の撮影用画素と複数の焦点検出用画素とを有している。撮影用画素は結像光学系の射出瞳の全域からの出射光を受光するように構成され、受光量に応じたレベルの画素信号を出力する。また、焦点検出用画素は、結像光学系の射出瞳の部分領域からの出射光を受光するように構成され、受光量に応じた焦点検出用信号を出力する。なお、焦点検出用画素は異なる部分領域からの出射光を受光するように構成された少なくとも２種類の焦点検出用画素を含んでいる。そして、同種の焦点検出用画素群の出力から、位相差検出用の像信号を１つ生成する。以下では、位相差検出に用いられる２つの像信号を、Ａ像（信号）、Ｂ像（信号）と呼ぶ。
【００３３】
本実施形態のように原色ベイヤー配列のカラーフィルタが形成されている場合、２行×２列のカラーフィルタの単位配列のうち、対角に位置する一対のＧ画素は撮影用画素とし、焦点検出用画素はＲ画素とＢ画素に位置に配置する。なお、焦点検出用画素にはカラーフィルタを設けないか、無色のフィルタを設ける。これは、焦点検出用画素は撮影用画素よりも受光量が少ないため、カラーフィルタによる減衰を抑制するためである。焦点検出用画素は、焦点検出領域から位相差検出用の像信号を生成することが可能で、かつ焦点検出用画素の位置の画素信号の補間精度が低下しないように、離散的に配置される。
【００３４】
図３と図４は撮影用画素と焦点検出用画素の構造をそれぞれ模式的に示した図である。本実施形態では、２行×２列の４画素のうち、対角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Ｒ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した原色ベイヤー配列が採用されている。そして、このベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が配置される。
【００３５】
図３（ａ）及び図４（ａ）は２行×２列の画素をカラーフィルタの上から見た状態で示す図である。また、図３（ｂ）及び図４（ｂ）は図３（ａ）および図４（ａ）のＡ−Ａ断面と、撮影光学系からの光路を示す図である。図３（ｂ）および図４（ｂ）ではレンズユニット１００を仮想的な１枚のレンズ３１１として示しているほか、画素の構成の説明に不要な部材については省略してある。
【００３６】
図３（ａ）は画素配列４００から抜き出した２行×２列の撮影用画素の平面図である。画素配列４００には、同様のパターンの繰り返しで構成されるカラーフィルタが設けられている。図３（ｂ）において、ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（赤色）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（緑色）のカラーフィルタである。ＰＤ(Photo Diode)は、撮像素子１２２の光電変換部を模式的に示したものである。ＣＬ(Contact Layer)は、撮像素子１２２内の各種信号を伝達する信号線を形成する配線層である。レンズ３１１はレンズユニット１００の仮想表現であり、射出瞳４１１を有している。Ｌはレンズ３１１の光軸である。なお、図３（ｂ）に示す光路は、撮像素子１２２の中心付近、すなわちレンズ３１１の光軸Ｌとの交点付近に位置する画素に対するものである。
【００３７】
ここで、撮影用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換素子ＰＤは、レンズ３１１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。換言すると、結像光学系の射出瞳４１１と光電変換素子ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部ＰＤの有効面積は大面積に設計される。図３（ｂ）では、射出瞳４１１の全域からの出射光４１０が光電変換素子ＰＤに入射している。なお、図３（ｂ）ではＲ画素の入射光について説明したが、Ｇ画素及びＢ画素についても同様である。また、マイクロレンズＭＬ、カラーフィルタ（ＣＦＲ、ＣＦＧ）、光電変換部ＰＤ、配線層ＣＬは、理解を容易にするために拡大してあるが、実際の大きさはミクロンオーダーである。
【００３８】
図４は、撮像素子１２２の水平方向（横方向）に瞳分割するための焦点検出用画素の平面図と断面図を示す。ここで水平方向とは、図２で示す撮像素子１２２の長手方向を示す。図４（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。
【００３９】
上述のように、本実施形態では焦点検出用画素をＲ画素とＢ画素に代えて配置する。これは、輝度情報に敏感で色情報に鈍感な人間の視覚特性上、輝度情報の主成分として用いるＧ画素の情報を補完によらず取得することが良好な画質を得る上で望ましいからである。図４（ａ）において画素ＳＨＡ及びＳＨＢが焦点検出用画素である。
【００４０】
図４（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を図４（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換部ＰＤは図３（ｂ）に示した撮影用画素と同一構造である。なお図４（ｂ）に示す光路も、撮像素子１２２の中心付近、すなわちレンズ３１１の光軸Ｌとの交点付近に位置する画素に対するものである。
【００４１】
本実施形態では、焦点検出用画素の信号は画像生成には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷが配置される。また、撮像素子１２２で射出瞳４１１を分割する（射出瞳４１１の部分領域からの出射光を受光する）ため、配線層ＣＬが遮光膜として機能するように配置され、かつ配線層ＣＬの開口部がマイクロレンズＭＬの中心からずれた位置に設けられている。
【００４２】
画素ＳＨＡ上に設けられた配線層ＣＬの開口部ＯＰＨＡはマイクロレンズＭＬの中心線に対して右側に４２１ＨＡだけ偏心している。そのため、画素ＳＨＡは、レンズ３１１の光軸Ｌを挟んで左側の射出瞳領域４２２ＨＡを通過した光束４２０ＨＡを受光する。同様に、画素ＳＨＢ上に設けられた配線層ＣＬの開口部ＯＰＨＢはマイクロレンズＭＬの中心線に対して左側に４２１ＨＢだけ偏心している。そのため、画素ＳＨＢは、レンズ３１１の光軸Ｌを挟んで右側の射出瞳領域４２２ＨＢを通過した光束４２０ＨＢを受光する。なお、偏心量４２１ＨＡは偏心量４２１ＨＢに等しい。このように、マイクロレンズＭＬの光軸を挟んで逆方向に偏心した開口部ＯＰを有する配線層ＣＬを１対の光電変換部ＰＤ上に設ける。これにより、レンズ３１１の射出瞳の異なる部分領域を通過する光束４２０ＨＡ、４２０ＨＢを１対の焦点検出用画素ＳＨＡおよびＳＨＢに入射させること、すなわち瞳分割が実現できる。
【００４３】
以上のような構成を有する焦点検出用画素ＳＨＡを水平方向に複数配列し、これらの画素群から取得した被写体像をＡ像とする。また、焦点検出用画素ＳＨＢも水平方向に配列し、これらの画素群から取得した被写体像をＢ像とする。そして、取得したＡ像とＢ像の位相差を検出することで、水平方向に輝度分布を有する被写体像の焦点ずれ量（デフォーカス量）を検出できる。
【００４４】
なお、図４（ｂ）は撮像素子１２２の中央付近、すなわち像高が小さい位置に配置された焦点検出用画素について構成を示すものだった。一方、像高が増加するにつれて、マイクロレンズＭＬと配線層ＣＬの開口部ＯＰＨＡ、ＯＰＨＢとを図４（ｂ）とは異なる状態で偏心させることにより射出瞳４１１を分割することができる。例えば、開口部ＯＰＨＡの中心と射出瞳４１１の中心を結ぶ線上に略球状のマイクロレンズＭＬの球芯が存在するように両者を配置する。これにより、像高が大きな撮像素子１２２の周辺部においても、図４（ｂ）で示した中央付近の焦点検出用画素とほぼ同等の瞳分割を行うことができる。開口部ＯＰＨＢについても同様である。なお、焦点検出用画素から取得した像信号に対して、特許文献１に記載されるような補正処理を行ってもよい。
【００４５】
ところで、図４（ａ）に示した焦点検出用画素ＳＨＡ、ＳＨＢは、撮影画面の水平方向に輝度分布を有する被写体、例えば縦線に対しては焦点検出可能であるが、垂直方向に輝度分布を有する被写体、例えば横線に対しては焦点検出不能である。垂直方向に輝度分布を有する被写体の焦点検出を行うためには、撮影光学系の垂直方向にも瞳分割を行う焦点検出用画素を撮像素子１２２に設ければ良い。本実施形態では、後述するように両方向で焦点検出できるように焦点検出用画素を配置している。また、焦点検出用画素から得られる信号はＲ画素やＢ画素の信号としては用いることができないため、いわゆる欠陥画素と同様に扱い、周辺に存在する撮影用画素の信号から補間演算することによって信号を生成する。従って、補完演算の精度が低下しないように、焦点検出用画素は連続的ではなく離散的に配置する。
【００４６】
なお、上述したように、被写体の像を形成するための複数の撮影用画素と、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成するための複数の焦点検出用画素を含む構成は必須でない。撮像素子１２２は、特許文献２に記載されるような、１画素に複数の光電変換部が設けられた構成であってもよい。この場合、１画素内の複数の光電変換部の１つを焦点検出用画素ＳＨＡ、別の１つを焦点検出用画素ＳＨＢとして扱えば良い。
【００４７】
図５は、複数の焦点検出用画素ＳＨＡと複数の焦点検出用画素ＳＨＢの出力信号に画像処理回路１２４で各種補正を行った後、位相差焦点検出部１２９へ送られる、１対の焦点検出用信号４３０ａ、４３０ｂの例を示す。図５において、横軸は焦点検出用信号を生成するために用いた複数の焦点検出用画素の並び方向を示し、縦軸は信号の強度を示す。ここでは、レンズユニット１００が撮像素子１２２に対してデフォーカスした状態であるため、焦点検出用信号４３０ａは左側に、焦点検出用信号４３０ｂは右側にずれた状態となっている。この焦点検出用信号４３０ａ、４３０ｂのずれ量（位相差）を位相差焦点検出部１２９において周知の相関演算などによって算出することにより、レンズユニット１００のデフォーカス量とデフォーカス方向を知ることができる。
【００４８】
カメラＭＰＵ１２５は、位相差焦点検出部１２９から得られるデフォーカス量およびデフォーカス方向からフォーカスレンズ１０４の駆動量と駆動方向を求める。カメラＭＰＵ１２５はレンズＭＰＵ１１７から送信されたフォーカスレンズ１０４の位置情報から、結像光学系を合焦させるためにフォーカスレンズ１０４を移動すべき位置を決定し、レンズＭＰＵ１１７に送信する。レンズＭＰＵ１１７はフォーカス駆動回路１１６およびフォーカスアクチュエータ１１３を通じてフォーカスレンズ１０４を指定の位置（合焦位置）に駆動する。なお、撮像面位相差ＡＦで検出できるデフォーカス量の大きさが結像光学系の最大デフォーカス量より小さい場合、フォーカスレンズ１０４を合焦位置に移動するために複数回デフォーカス量の検出とフォーカスレンズ１０４の駆動を行う必要がある。
【００４９】
図６（ａ）は、撮影範囲内における焦点検出領域を示す図で、撮像素子１２２の画素のうち、焦点検出領域に対応する領域に含まれる画素から得られる信号に基づいて撮像面位相差ＡＦ及びＴＶＡＦを行う。図６（ａ）では、図４（ｂ）に示した、結像光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行う画素を含む焦点検出領域に加え、垂直方向（縦方向）に瞳分割を行う画素を含む焦点検出領域も示している。また、撮影範囲２１７は図２における画素配列４００に対応する領域である。
【００５０】
撮影範囲２１７には撮像面位相差ＡＦを行う３つの縦横方向の焦点検出領域２１８ａｈ、２１８ｂｈ、２１８ｃｈ、２１８ａｖ、２１８ｂｖ、２１８ｃｖが設定されている。そして、縦横の焦点検出領域は互いに交わるように配置され、所謂クロス型の焦点検出領域を形成している。本実施形態では、クロス型の撮像面位相差ＡＦ用の焦点検出領域を図のように撮影範囲２１７の中央部と左右２箇所の計３箇所を備える構成とした。また、３つの撮像面位相差ＡＦを行う焦点検出領域のそれぞれを包含する形で、ＴＶＡＦを行う焦点検出領域２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃを設定している。ＴＶＡＦを行う焦点検出領域では図６の水平方向の高周波成分を用いたコントラスト評価値を検出する。
【００５１】
なお、図６に示す例では、大きくわけて３つの領域に焦点検出領域を配置した例を示しているが、本発明は３つの領域に限られるものではなく、任意の位置に複数の領域を配置してもよい。
図７は、本実施形態のデジタルカメラの焦点検出及び撮影動作を説明するためのフローチャートである。図７は、撮影スタンバイ状態などのライブビュー状態（動画撮影状態）から撮影を行うライブビュー撮影時の動作を示し、カメラＭＰＵ１２５が主体となって実現される。
【００５２】
Ｓ１では、カメラＭＰＵ１２５の制御に従い、撮像素子駆動回路１２３が撮像素子１２２を駆動し、撮像データを取得する。ここでは、ライブビュー表示用の動画撮影のための駆動動作であるため、ライブビュー表示用のフレームレートに応じた時間の電荷蓄積と読み出しを行う、いわゆる電子シャッタを用いた撮影を行う。ここで行うライブビュー表示は、撮影者が撮影範囲や撮影条件の確認を行うためのもので、例えば、３０フレーム／秒（撮影間隔３３．３ｍｓ）や６０フレーム／秒（撮影間隔１６．６ｍｓ）であってよい。
【００５３】
Ｓ２で、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ１で得られた撮像データのうち、図６に示した３つの焦点検出領域に含まれる焦点検出用画素から得られる焦点検出データを取得する。また、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ１で得られた撮像データに画像処理回路１２４で色補間処理や焦点検出用画素の補完処理などを適用して得られる画像データを取得する。このように、１回の撮影により、画像データと、焦点検出データとを取得することができる。なお、１画素に複数の光電変換部を設けた構成の場合、画像処理回路１２４では焦点検出用画素の補完処理が不要となるが、一方で各画素の信号を得るために複数の光電変換部の信号を加算する必要がある。
【００５４】
Ｓ３でカメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２で得られた画像データをもとに、画像処理回路１２４を用いてライブビュー表示用の画像を生成し、表示器１２６に表示する。なお、ライブビュー表示用の画像は、例えば表示器１２６の解像度に合わせた縮小画像であり、Ｓ２で画像データを生成する際に画像処理回路１２４で縮小処理を実施することもできる。この場合、カメラＭＰＵ１２５はＳ２で取得した画像データを表示器１２６に表示させる。上述の通り、ライブビュー表示中は所定のフレームレートでの撮影と表示が行われるため、表示器１２６を通じて撮影者は撮影時の構図や露出条件の調整などを行うことができる。
【００５５】
Ｓ４でカメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２で取得した３つの焦点検出領域に対応する焦点検出データと位相差焦点検出部１２９とを用いて、デフォーカス量および方向を焦点検出領域ごとに求める。本実施形態では、焦点検出用の像信号の生成はカメラＭＰＵ１２５が行い、位相差焦点検出部１２９は焦点検出用信号のずれ量（位相差）の算出と、算出したずれ量からデフォーカス量と方向を求める処理を実施するものとする。
【００５６】
Ｓ５でカメラＭＰＵ１２５は、撮影準備開始を示すスイッチであるＳｗ１のオン／オフ（撮影準備動作）を検出する。操作スイッチ群１２７の一つであるレリーズ（撮影トリガ）スイッチは、押し込み量に応じて、２段階のオン／オフを検出することが可能で、上述のＳｗ１のオン／オフは、レリーズ（撮影トリガ）スイッチの１段階目のオン／オフに相当する。
【００５７】
Ｓ５でＳｗ１のオンが検出されない（あるいはオフが検出された）場合、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ１８に進め、操作スイッチ群１２７に含まれるメインスイッチがオフされたか否かを判別する。一方、Ｓ５でＳｗ１のオンが検出されると、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ６に進め、合焦させる焦点検出領域を設定（選択）する。ここでは、撮影者の指示した焦点検出領域としてもよいし、Ｓ４で得ている３つの焦点検出領域のデフォーカス量の情報や焦点検出領域の撮影範囲中心からの距離の情報を用いて、カメラＭＰＵ１２５が自動的に設定してもよい。一般に、撮影者の意図する被写体は、撮影距離の短い位置に存在する確率が高く、また撮影範囲の中央付近に存在する確率が高いため、カメラＭＰＵ１２５は例えば複数の被写体が存在する場合にはこれらの条件を考慮して適切と考えられる焦点検出領域を選択する。カメラＭＰＵ１２５はまた、例えば、被写体が１つで他は背景と考えられる場合には、被写体が存在する焦点領域を選択する。
【００５８】
Ｓ７でカメラＭＰＵ１２５は、選択した焦点検出領域で検出されたデフォーカス量の絶対値が予め定めた許容値以下であるか、言い換えると、合焦状態であるか判定する。許容値以下、すなわち合焦状態であると判定される場合、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ１５に進め、合焦したことを表すマークなどを表示器１２６に表示する。
【００５９】
一方、選択された焦点検出領域で検出されたデフォーカス量の絶対値が許容値より大きく、合焦状態ではないと判定された場合、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ８に進め、検出されたデフォーカス量の絶対値が閾値１より小さいか否かを判定する。ここで設定される閾値１は、合焦判定に用いた許容値よりも大きい値に設定される。検出されたデフォーカス量の絶対値が閾値１以上の場合、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ９に進めてフレームレート切替処理を行う。具体的には、焦点検出の制御を高速に行うため、カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子駆動回路１２３の動作を、ライブビュー表示時の通常のフレームレートよりも高いフレームレートで撮像を行うように切り替える。以後、Ｓ１０〜Ｓ１２の処理ループには明記していないが、Ｓ１〜Ｓ３の処理が設定されたフレームレートに応じて実行されている。
【００６０】
位相差検出ＡＦの中でも撮像面位相差ＡＦでは検出可能な最大デフォーカス量が小さく、またデフォーカス量が大きい場合にはケラレの影響による像信号の変形の影響を受けやすいためデフォーカス量の信頼性は低下する。そのため、デフォーカス量が大きい状態から合焦状態への焦点検出を高速に行うには、フォーカスレンズ１０４の駆動中に１対の位相差検出用信号を取得する頻度を高め、位相差検出精度を高めることが効果的と考えられる。出力波形の取得頻度を高めるには、撮像の頻度（フレームレート）を高くすればよい（撮影の時間間隔を早くすることも同義である）。
【００６１】
なお、表示器１２６に表示するライブビュー表示のフレームレートも同様に変更してもよいが、ライブビュー表示については元のフレームレートのままでもよい。この場合、高いフレームレートで取得される画像データを間引いて表示したり、複数フレームの画像を合成して１フレームの画像を生成して表示したりすればよい。
【００６２】
Ｓ８で、検出されたデフォーカス量が、閾値１より小さいと判定された場合、もしくは、Ｓ９でフレームレートの切替処理を行った後、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ１０に進める。Ｓ１０でカメラＭＰＵ１２５は、検出されたデフォーカス量および方向をレンズ駆動量および方向に換算する。なお、レンズ駆動量の符号が駆動方向を意味する場合には、駆動方向を改めて求める必要は無い。カメラＭＰＵ１２５はレンズ駆動量（および方向）をレンズＭＰＵ１１７に送信し、フォーカスレンズ１０４の駆動を行う。なお、カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７からフォーカスレンズ１０４の位置を取得し、レンズ駆動量（および方向）を反映させた、移動後のフォーカスレンズ１０４の位置を求めてレンズＭＰＵ１１７に送信してもよい。
【００６３】
その後、カメラＭＰＵ１２５はＳ４と同様にＳ１１でデフォーカス量を取得し、Ｓ１２でＳ７と同様に合焦か否かの判定を行う。検出されたデフォーカス量の絶対値が許容値より大きく合焦でないと判定される場合、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ１０に戻し、検出されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４の駆動を行う。一方、検出されたデフォーカス量の絶対値が許容値以下で合焦であると判定される場合、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ１３に進める。
【００６４】
Ｓ１３でカメラＭＰＵ１２５は、現在のフレームレートがＳ９で設定された高速なフレームレートであれば、Ｓ１４で元のフレームレートに戻す。これは、フレームレートの高い駆動は消費電力が大きいため、合焦後は電力を節約するためである。Ｓ９でフレームレートが変更されていない場合は直ちに、Ｓ９でフレームレートが変更されていればＳ１４で元のフレームレートに切替処理された後、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ１５に進め、合焦表示を表示器１２６に表示する。
【００６５】
Ｓ１６でカメラＭＰＵ１２５は撮影開始指示を示すスイッチであるＳｗ２のオン／オフを検出する。操作スイッチ群１２７の一つであるレリーズ（撮影トリガ）スイッチは、押し込み量に応じて、２段階のオン／オフを検出することが可能で、上述のＳｗ２は、レリーズ（撮影トリガ）スイッチの２段階目のオン／オフに相当する。カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ１６でＳｗ２のオンが検出されない場合、Ｓ１７でＳｗ１のオフが検出されない限り、撮影開始指示の待機状態を維持する。Ｓ１７でＳｗ１のオフが検出されると、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ１８に進める。
【００６６】
Ｓ１６でＳｗ２のオンが検出されるとカメラＭＰＵ１２５は処理をＳ３００に進め、撮影サブルーチンを実行する。撮影サブルーチンの詳細については後述する。
【００６７】
Ｓ３００で撮影サブルーチンの処理を終えると、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ１８に進め、メインスイッチがオフされたか否かを判定し、メインスイッチがオフされていない場合は処理をＳ２に戻し、オフされた場合には、一連の動作を終了する。
【００６８】
次に、図８に示すフローチャートを用いて、図７のＳ３００で実行する撮影サブルーチンの詳細について説明する。本サブルーチンの一連の動作も、カメラＭＰＵ１２５が主体となって実現される。なお、図７の説明では省略したが、一般的なデジタルカメラと同様、本実施形態のデジタルカメラにおいても、スイッチＳｗ１のオンが検出されると、焦点検出処理だけでなく露出制御処理も実行し、撮影条件（シャッタ速度、絞り値、撮影感度）を決定する。この露出制御処理は、カメラＭＰＵ１２５が画像データの輝度情報に基づいて行うことができるが、任意の公知技術を用いることができる。
【００６９】
Ｓ３０１でカメラＭＰＵ１２５は、決定した絞り値とシャッタ速度をレンズＭＰＵ１１７に送信し、絞り兼用シャッタ１０２の動作を制御する。また、撮像素子駆動回路１２３を通じて、絞り兼用シャッタ１０２を通じて撮像素子１２２が露光される期間、電荷蓄積を行わせる。
【００７０】
露光期間が終了するとＳ３０２でカメラＭＰＵ１２５は、撮像素子駆動回路１２３により、高画素静止画撮影のための画像読み出し、すなわち全画素の読み出しを行う。Ｓ３０３でカメラＭＰＵ１２５は、読み出された画像データに対して画像処理回路１２４によって欠陥画素補正処理（欠陥画素には焦点検出用画素を含む）を実施する。本実施形態の構成では、焦点検出用画素の出力は撮像のためのＲＧＢカラー情報を有しておらず、画像を得る上では欠陥画素に相当するため、周囲の撮像用画素の情報から補間により画像信号を生成する。Ｓ３０４でカメラＭＰＵ１２５は、欠陥画素補正後の画像データに対して画像処理回路１２４によってデモザイク（色補間）処理、ホワイトバランス処理、γ補正（階調補正）処理、色変換処理、エッジ強調処理等の画像処理や、符号化処理などを適用する。Ｓ３０５においてカメラＭＰＵ１２５は、画像データファイルをメモリ１２８に記録する。
【００７１】
Ｓ３０６でカメラＭＰＵ１２５は、Ｓ３０５で記録した撮影画像に対応させて、カメラ本体１２０の特性情報をメモリ１２８とカメラＭＰＵ１２５内のメモリに記録する。ここでカメラ本体１２０の特性情報としては、以下の様な情報が例示できる。
・撮影条件（絞り値、シャッタ速度、撮影感度など）
・画像処理回路１２４で適用した画像処理に関する情報、
・撮像素子１２２の撮像用画素及び焦点検出用画素の受光感度分布情報、
・カメラ本体１２０内での撮影光束のケラレ情報、
・カメラ本体１２０とレンズユニット１００との取り付け面から撮像素子１２２までの距離情報、
・製造誤差情報
なお、撮像素子１２２の撮像用画素及び焦点検出用画素の受光感度分布情報は、オンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤに依存する情報であるため、これら部材に関する情報を記録しても良い。
【００７２】
Ｓ３０７でカメラＭＰＵ１２５は、Ｓ３０５で記録した撮影画像に対応させて、レンズユニット１００の特性情報をメモリ１２８とカメラＭＰＵ１２５内のメモリに記録する。レンズユニット１００の特性情報としては、射出瞳４１１の情報、枠情報、撮影時の焦点距離やＦナンバー情報、収差情報、製造誤差情報、などが例示できる。Ｓ３０８でカメラＭＰＵ１２５は、撮影した画像に関する画像関連情報をメモリ１２８とカメラＭＰＵ１２５内のメモリに記録する。画像関連情報には、撮影前の焦点検出動作に関する情報や、被写体移動情報、焦点検出動作の精度に関わる情報などが含まれてよい。
【００７３】
Ｓ３０８の処理が終わると、カメラＭＰＵ１２５はＳ３００の撮影サブルーチンを終了し、メインルーチンのＳ１８に処理を進める。
【００７４】
次に、図７のＳ８において、検出されたデフォーカス量と閾値１との大小関係に基づいてフレームレートを切り替える（高くする）か否かを決定する理由について説明する。
図９は、図１のＳ５からＳ１５までの処理の間のフォーカスレンズ１０４の位置と時間の関係例を示す図である。図９の横軸は時間を、縦軸はフォーカスレンズ１０４の位置を示している。図１のＳ５でスイッチＳｗ１オンを検出した時間を横軸の原点（ｔ＝０）としている。
【００７５】
焦点検出処理の開始時におけるレンズ位置から、デフォーカス量が大きなＡＦ終了時レンズ位置１に至る経過について、図９と図７を参照しながら説明する。まず、時刻Ｔ１−１（ｔ＝０）でスイッチＳｗ１のオンが検出されると、Ｓ６で焦点検出領域の設定が行われる。Ｓ７ではＳ４で検出されたデフォーカス量が許容値より大きく、合焦でないと判定される。時刻Ｔ２−２で、検出されたデフォーカス量が閾値１以上であることが判定される（Ｓ８）と、焦点検出処理の高速化のために、高速なフレームレートに切り替える。
【００７６】
フレームレートの切替には、露光のリセット動作をやり直す必要があるため、一定の時間Ｄを必要とする。フレームレート切替処理を終え、速いフレームレートで撮像素子を駆動した状態で、時刻Ｔ２−１から、検出されたデフォーカス量に基づくレンズ駆動を開始する（Ｓ１０）。レンズ駆動中に得られる画像データに基づいて焦点検出処理（Ｓ１１）や合焦判定（Ｓ１２）を繰り返しながら、時刻Ｔ３−１でＡＦ終了時レンズ位置１に到達するとレンズ駆動を停止する。その際には、合焦状態であると判定され、高速なフレームレートが設定されているか否かを判定する（Ｓ１３）。上述のように高速なフレームレートに切り替えているため、元のフレームレートに戻す処理を行い（Ｓ１４）、合焦表示を行う（Ｓ１５）。
【００７７】
フレームレート切替処理前後のタイミングチャートを示す図１２を用いて、フレームレート切り替えを行った場合に、レンズ駆動を開始するまでに要する時間Ｄについてさらに説明する。横軸は時間で、Ｖ１からＶ８はＶ同期信号のタイミングを示し、途中でフレームレートが倍に切り替わっている。まず、Ｖ１のタイミングで蓄積を終えた信号は、Ｖ１からＶ２の間に撮像素子から読み出され、読み出された信号を用いた焦点検出は、Ｖ２のタイミングで開始される。Ｖ２の後のＴ１−１のタイミングでＳｗ１のオンが検出され、Ｔ２−２のタイミングでデフォーカス量が閾値１以上と判定されると、カメラＭＰＵ１２５はフレームレート切替処理を開始するため、Ｖ２のタイミングで読み出された信号を用いた焦点検出は行わない。
【００７８】
フレームレートが切り替わった直後のＶ３のタイミングで読み出された信号は、リセット動作のタイミングと読み出しタイミングの間隔が行ごとに異なり、精度の良い焦点検出ができないため、Ｖ３のタイミングで読み出された信号を用いた焦点検出も行わない。従って、フレームレート切替処理後に最初に実行される焦点検出は、Ｖ４のタイミングで読み出された信号を用いたものであり、レンズ駆動が行われるのはＶ６のタイミングで焦点検出の結果が得られてからになる。このように、フレームレート切替処理を経て、切り替え後の焦点検出結果を得るためには、一定の時間が必要となる。例えば、フレームレートを３０ｆｐｓから６０ｆｐｓに変更する場合には、図１２のＴ２−２からＶ３までで、最大３３．３ｍｓ、６０ｆｐｓに切り替わった後のＶ３からＶ６までで、１６．６×３＝４９．８ｍｓ必要となり、約８０ｍｓ程度の時間を要する。
【００７９】
次に、ＡＦ開始時レンズ位置からのデフォーカス量が少ないＡＦ終了時レンズ位置２に至るまでの経過について説明する。ＡＦ終了時レンズ位置１の場合と同様に時刻Ｔ２−２でフレームレートを切り替えたとすると、検出されたデフォーカス量に基づくフォーカスレンズの駆動は一定の時間Ｄ経過した時刻Ｔ２−１から開始され、時刻Ｔ３−２’にＡＦ終了時レンズ位置２に到達する。
【００８０】
一方、時刻Ｔ２−２で高速なフレームレートへの切り替えを行わない場合、検出されたデフォーカス量に基づくフォーカスレンズの駆動は時刻Ｔ２−２から開始されるため、時刻Ｔ３−２にＡＦ終了時レンズ位置２に到達する。このように、デフォーカス量に関わらず高速なフレームレートに切り替えてしまうと、デフォーカス量が大きくない場合には、フレームレートを切り替えない場合よりも合焦位置にフォーカスレンズが移動するまでの時間が延びてしまう場合がある。フレームレートの切り替えを行わないことにより、図１２におけるＴ１−１からＶ３までの時間にレンズ駆動を行えるため、より高速に焦点調節を行うことができる。
【００８１】
そのため、本実施形態では、検出されたデフォーカス量の大きさによって、高速なフレームレートに切り替えるか否かを決定している。従って、Ｓ８でデフォーカス量と比較する閾値１は、フレームレートの切り替えに要する時間を考慮しても高速なフレームレートとした方が焦点検出に要する時間を短縮できるデフォーカス量の最小値に基づいて決定する。この値は、デジタルカメラが有する撮像装置やその駆動回路、フォーカスレンズの駆動能力などに応じて変化するため、予め機種ごとに決定しておく。また、レンズ交換型のデジタルカメラの場合には、本体に記憶された基準の閾値をレンズの機種に応じて補正するようにしてもよい。なお、閾値１は、必要に応じて、合焦位置にフォーカスレンズを駆動した後にフレームレートを元に戻す際に要する時間をさらに考慮して設定してもよい。
【００８２】
なお、上述したように、撮像面位相差ＡＦだけでなく、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０を用いたコントラストＡＦを併用することも可能である。この場合、焦点検出動作の開始時にはコントラスト評価値を所定の閾値と比較して、フレームレートを高速にすべきかどうかの判定を行うようにしてもよい。コントラスト評価値はデフォーカス量の大きさに依存するため、コントラスト評価値を用いてもＳ８と同様の評価を行うことができる。閾値よりデフォーカス量が小さいと判定されればフレームレートを上げないようにする点には変わりが無い。また、焦点検出動作の開始時には、撮像面位相差ＡＦによる焦点検出結果から高速なフレームレートへの切り替え要否を判定し、その後はコントラストＡＦを用いるように構成するなど、両方の方式を組み合わせてもよい。
【００８３】
また、本実施形態では、高速なフレームレートに切り替えた場合、合焦位置にフォーカスレンズ１０４を移動させて焦点検出処理を終えると、元のフレームレートに戻す（切り替える）ように構成していた。しかし、元のフレームレートに戻すタイミングは必ずしも合焦後でなくてもよい。すなわち、十分精度の高いデフォーカス量が得られさえすれば、その後は通常のフレームレートにしても問題ない。特に撮像面位相差ＡＦの実行中は、合焦状態近傍に近づくと検出されるデフォーカス量の精度が向上するため、デフォーカス量が所定量未満になった時点でフレームレートを元に戻す処理を開始してもよい。この閾値は例えば閾値１と同じであってもよいし、他の閾値を用意してもよい。コントラスト検出方式の焦点検出を併用する場合も同様に、コントラスト評価値（ＡＦ評価値）の極大値が検出された時点で、フレームレートを元に戻す処理を開始してよい。これにより、さらに迅速に、撮影処理に移行することができる。
【００８４】
以上説明したように本実施形態によれば、撮像面位相差ＡＦを行う焦点検出装置において、検出されたデフォーカス量の大きさに基づいて、高速なフレームレートへの切り替え要否を判定する。
特には、検出されたデフォーカス量が閾値以上の場合に高速なフレームレートへの切り替えを行い、閾値未満であれば通常のフレームレートを維持する。これにより、デフォーカス量が大きい場合における焦点検出の高速化と、特にデフォーカス量が小さい場合に派生しうる、フレームレートの切り替え時間による焦点検出に要する時間増加の抑制とを両立させることができる。
【００８５】
なお、本実施形態では説明及び理解を容易にするため、通常フレームレートと高速フレームレートとを切り替える構成について述べた。しかし、より多くの種類のフレームレートを切り替えるように構成することも可能である。
また、フォーカスレンズ１０４の代わりに撮像素子１２２を駆動して焦点検出を行う構成であってもよい。この場合には撮像素子の駆動機構をカメラ本体１２０に設け、カメラＭＰＵ１２５が駆動を制御するように構成すればよい。
【００８６】
●（第２の実施形態）
図１０、図１１を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態との主な違いは、焦点検出情報（デフォーカス量）の更新間隔もしくは撮影フレームレートに応じてフォーカスレンズの駆動速度を変更する点である。第１の実施形態では、検出されたデフォーカス量の大小によらず、Ｓ１０におけるフォーカスレンズの駆動速度を一定としていた。そのため、高速フレームレートよりもデフォーカス量の更新間隔が長い通常のフレームレートで焦点検出を行う場合には、デフォーカス量の更新間隔におけるレンズ移動量が大きくなり、デフォーカス量の精度が十分でない場合がある。
【００８７】
そのため、本実施形態では、高速なフレームレートに切り替えないで焦点検出動作を行う場合には、フォーカスレンズの駆動速度を低下させることで、フレームレートが高速でない場合でも焦点検出情報の精度の低下を抑制することを特徴とする。
【００８８】
なお、第１の実施形態におけるデジタルカメラのブロック図（図１）、撮像素子内の焦点検出画素を用いた焦点検出方法を説明する図（図２〜図５）、焦点検出領域を説明する図（図６）に関しては、本実施形態と共通するため、説明は省略する。
【００８９】
図１０は本実施形態のデジタルカメラの焦点検出及び撮影動作を説明するためのフローチャートである。Ｓ１〜Ｓ９までの処理は、第１の実施形態の図７の処理と同様であるため、説明は省略する。
【００９０】
Ｓ８で、検出されたデフォーカス量の絶対値が閾値１より小さいと判定された場合、カメラＭＰＵ１２５は処理をＳ１００に進め、フォーカスレンズ１０４の駆動速度を駆動速度１に設定する。
一方、Ｓ９で高速なフレームレートへの切り替えを行った後、カメラＭＰＵ１２５はフォーカスレンズ１０４の駆動速度を駆動速度２に設定する。
【００９１】
本実施形態において、駆動速度１は駆動速度２よりも遅い値に設定する。駆動速度の設定方法としては、十分な焦点検出精度が保つために必要な更新間隔をレンズ位置間隔で考慮し、第１の更新間隔に対する第２の更新間隔の比に応じて駆動速度１を駆動速度２に対して遅くする。
Ｓ１０以降の処理は第１の実施形態の図７と同様の為、説明は省略する。
【００９２】
図１１は、図１０のＳ５からＳ１５までの処理の間のフォーカスレンズ１０４の位置と時間の関係例を示す図である。図１１の横軸は時間を、縦軸はフォーカスレンズ１０４の位置を示している。図１０のＳ５でスイッチＳｗ１オンを検出した時間を横軸の原点（ｔ＝０）としている。
【００９３】
図９との差異は、ＡＦ開始時レンズ位置からＡＦ終了時レンズ位置２へのレンズ駆動速度の差である。図１１のＴ２−２からＴ３−２までの傾きはレンズ駆動速度１を示している。一方で、Ｔ２−１からＴ３−１までの傾きはレンズ駆動速度２を示している。傾きが示す通り、レンズ駆動速度１はレンズ駆動速度２より遅いため、上述の通り、より高精度な焦点検出を行うことができる。また焦点検出処理に占めるレンズ駆動時間の割合はそれほど大きくないため、レンズ駆動速度を遅くしても、デフォーカス量の大きさによらずフレームレートを切り替える場合より高速な焦点検出処理が実現できる。例えばレンズ駆動速度１の下限は、フレームレートを切り替える場合よりも高速にＡＦ終了時レンズ位置２に到達できる範囲で定めることができる。また、デフォーカス量に応じてレンズ駆動速度１を動的に設定してもよい。
【００９４】
本実施形態では、第１の実施形態の効果に加え、フレームレートの切り替えを行わない場合には切り替えを行う場合よりもレンズ駆動速度を低速に設定することにより、小デフォーカス量時の焦点検出を向上させることができる。
【００９５】
（変形例１）
なお、本実施形態では、検出されたデフォーカス量に対し、１つ目の閾値（許容値）に基づいて合焦判定を行い、２つ目の閾値（閾値１）に基づいてフレームレートの設定（変更）、レンズ駆動速度の設定を行うように構成した。
【００９６】
これは、レンズ駆動中にも焦点検出を行うことを前提とし、レンズ駆動中の焦点検出精度を高精度に維持するためであった。一方で、レンズ駆動中に焦点検出を行わなくても、検出されたデフォーカス量に基づきレンズ駆動を行うことにより合焦状態に移行できるという目途が、レンズ駆動前に立つ場合がある。そのような場合には、合焦判定に用いる閾値（許容値）より大きく、フレームレート切替処理を行うか否かを判定する閾値（閾値１）よりも小さい閾値２を加えて、以下のように処理を行うことができる。
【００９７】
検出されたデフォーカス量が閾値２以下の場合には、レンズ駆動中に焦点検出を行う必要がないとし、レンズ駆動速度を上述の駆動速度２に設定する。なお、駆動速度２に限らず、駆動速度２より速い速度を含む、駆動速度１よりも高速な任意のレンズ駆動速度を設定しうる。
【００９８】
一方、検出されたデフォーカス量が閾値２より大きく閾値１未満の場合、高速フレームレートへ切り替えず、レンズ駆動速度を駆動速度１に設定し焦点検出を行う。また、検出されたデフォーカス量が閾値１以上の場合には、上述したように高速フレームレートへの切り替え、レンズ駆動速度を駆動速度２に設定して焦点検出を行う。
このように構成することにより、検出されたデフォーカス量が小さい場合に、焦点検出精度を維持しながら、より高速に焦点検出を行える状況を増やすことができる。
【００９９】
（変形例２）
なお、本実施形態では、検出されたデフォーカス量に対し、１つ目の閾値（許容値）に基づいて合焦判定を行い、２つ目の閾値（閾値１）に基づいてフレームレートの設定（変更）、レンズ駆動速度の設定を行うように構成した。また、検出されたデフォーカス量が、閾値１より小さい場合には、フレームレートを低速に、レンズ駆動速度を遅く設定し、閾値１以上の場合には、フレームレートを高速に、レンズ駆動速度を速く設定するように構成した。
【０１００】
これは、レンズ駆動中にも焦点検出を行うことを前提とし、レンズ駆動中の焦点検出精度を高精度に維持するためであった。しかしながら、検出されたデフォーカス量が小さい場合には、レンズ駆動中に焦点検出を行わなくても、検出されたデフォーカス量に基づきレンズ駆動を行うことにより合焦状態に移行できるという目途が、レンズ駆動前に立つ場合がある。一方で、検出されたデフォーカス量が大きい場合には、得られたデフォーカス量の信頼性が低いため、デフォーカス量の更新間隔を、より短く設定したい場合がある。
【０１０１】
そのような場合には、合焦判定に用いる閾値（許容値）より大きく、フレームレート切替処理を行うか否かを判定する閾値（閾値１）に基づいて、以下のように処理を行うことができる。
【０１０２】
検出されたデフォーカス量が閾値１以下の場合には、レンズ駆動中に焦点検出を行う必要がないと判定し、レンズ駆動速度を上述の駆動速度２に設定する。なお、駆動速度２に限らず、駆動速度２より速い速度を含む、駆動速度１よりも高速な任意のレンズ駆動速度を設定しうる。
【０１０３】
一方、検出されたデフォーカス量が閾値１以上の場合には、高速フレームレートへの切り替えを行い、レンズ駆動速度を駆動速度１に設定し焦点検出を行う。
このように構成することにより、検出されたデフォーカス量が小さい場合に、焦点検出精度を維持しながら、より高速に焦点検出を行える状況を増やすことができる。一方で、検出されたデフォーカス量が大きい場合に、焦点検出精度を高めることができる。
【０１０４】
また、変形例１と同様に、合焦判定に用いる閾値（許容値）より大きく、フレームレート切替処理を行うか否かを判定する閾値（閾値１）よりも小さい閾値２を加えて、以下のように処理を行ってもよい。
【０１０５】
検出されたデフォーカス量が閾値２以下の場合には、レンズ駆動中に焦点検出を行う必要がないと判定し、レンズ駆動速度を上述の駆動速度２に設定する。なお、駆動速度２に限らず、駆動速度２より速い速度を含む、駆動速度１よりも高速な任意のレンズ駆動速度を設定しうる。
【０１０６】
一方、検出されたデフォーカス量が閾値２より大きく閾値１未満の場合、高速フレームレートへ切り替えず、レンズ駆動速度を駆動速度１に設定し焦点検出を行う。また、検出されたデフォーカス量が閾値１以上の場合には、上述したように高速フレームレートへの切り替えを行い、レンズ駆動速度を駆動速度１に設定して焦点検出を行う。
このように構成することにより、検出されたデフォーカス量が小さい場合に、焦点検出精度を維持しながら、より高速に焦点検出を行える状況を増やすことができる。また、検出されたデフォーカス量が大きい場合に、焦点検出精度を高めることができる。
【０１０７】
●（第３の実施形態）
図１３を用いて、本発明の第３の実施形態について説明する。第１の実施形態との主な違いは、検出されたデフォーカス量の大小によらず、同じタイミングでフォーカスレンズの駆動を開始することである。第１の実施形態では、検出されたデフォーカス量が大きい場合は、Ｓ９におけるフレームレート切替処理を終えてから、Ｓ１０でフォーカスレンズの駆動を行っていた。そのため、図１２を用いて説明したように、フレームレート切替処理を行う場合には、焦点検出結果が得られるまでに時間がかかり、焦点調節時間が長くなる。
【０１０８】
そのため、本実施形態では、フレームレートを切り替える場合でも、事前の焦点検出結果を用いて、フレームレート切替中にフォーカスレンズの駆動を行うことを特徴とする。
【０１０９】
なお、以下の図に関しては、第１の実施形態と共通であるため説明を省略する。デジタルカメラのブロック図（図１）、撮像素子内の焦点検出画素を用いた焦点検出方法を説明する図（図２〜図５）、焦点検出領域を説明する図（図６）、デジタルカメラの焦点検出及び撮影動作を説明するためのフローチャート（図７）。
【０１１０】
本実施形態では、図７のフローチャートにおいて、Ｓ９でフレームレート切替処理を開始すると、切替処理の終了を待たずに、Ｓ１０に進み、フォーカスレンズ駆動を行う。
【０１１１】
次に、図７のＳ１０において行うフォーカスレンズの駆動方法について説明する。
図１３は、図１のＳ５からＳ１５までの処理の間のフォーカスレンズ１０４の位置と時間の関係例を示す図である。図１３の横軸は時間を、縦軸はフォーカスレンズ１０４の位置を示している。図１のＳ５でスイッチＳｗ１オンを検出した時間を横軸の原点（ｔ＝０）としている。
【０１１２】
焦点検出処理の開始時におけるレンズ位置から、デフォーカス量が大きなＡＦ終了時レンズ位置１に至る経過について、図１３と図７を参照しながら説明する。まず、時刻Ｔ１−１（ｔ＝０）でスイッチＳｗ１のオンが検出されると、Ｓ６で焦点検出領域の設定が行われる。Ｓ７ではＳ４で検出されたデフォーカス量が許容値より大きく、合焦でないと判定される。時刻Ｔ２−２で、検出されたデフォーカス量が閾値１以上であることが判定される（Ｓ８）と、焦点検出処理の高速化のために、高速なフレームレートに切り替える。
【０１１３】
フレームレートの切替には、露光のリセット動作をやり直す必要があるため、一定の時間Ｄを必要とする。フレームレート切替処理中に、Ｓｗ１検出以前に得た焦点検出情報を用いて、レンズ駆動を開始する（Ｓ１０）。時刻Ｔ２−１から、速いフレームレートで撮像素子を駆動した状態で検出されたデフォーカス量に基づくレンズ駆動を継続する。つまり、Ｔ２−２からＴ２−１の間は、新たな焦点検出結果は得られないため、Ｓｗ１検出以前に得た焦点検出結果に基づくレンズ駆動を行う。レンズ駆動開始時の駆動速度を適切に設定することにより、Ｔ２−１のタイミングで、合焦位置を通り過ぎることのないように、レンズ駆動を行うことができる。
【０１１４】
速いフレームレートで焦点検出結果が得られるようになった後、レンズ駆動中に得られる画像データに基づいて焦点検出処理（Ｓ１１）や合焦判定（Ｓ１２）を繰り返しながら、時刻Ｔ３−１でＡＦ終了時レンズ位置１に到達するとレンズ駆動を停止する。その際には、合焦状態であると判定され、高速なフレームレートが設定されているか否かを判定する（Ｓ１３）。上述のように高速なフレームレートに切り替えているため、元のフレームレートに戻す処理を行い（Ｓ１４）、合焦表示を行う（Ｓ１５）。
【０１１５】
このように、デフォーカス量が大きい場合には、フレームレート切替処理中に、レンズ駆動を行うことにより、より高速に焦点調節を行うことができる。
【０１１６】
ＡＦ開始時レンズ位置からのデフォーカス量が少ないＡＦ終了時レンズ位置２に至るまでの経過については、第１の実施形態と同様である。検出されたデフォーカス量に基づくフォーカスレンズの駆動は時刻Ｔ２−２から開始され、時刻Ｔ３−２にＡＦ終了時レンズ位置２に到達する。Ｔ２−２からレンズ駆動を開始し、焦点調節を終えるまでには、合焦位置に到達しているか否かの判定（Ｓ１２）が必要となるため、合焦位置近傍で得た焦点検出結果が必要である。フレームレート切り替えを行った場合、切り替え後に焦点検出結果を得られるのは、Ｔ２−１のタイミングとなるため、Ｔ３−２の時点では、合焦状態の判定を行えない。本実施形態では、デフォーカス量が少ない場合には、フレームレート切替処理を行わないことにより、焦点検出結果が得られない期間を減らし、速やかに焦点調節を終えることができる。
【０１１７】
（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。即ち、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（または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。
【符号の説明】
【０１１８】
１００…レンズユニット、１０４…フォーカスレンズ、１１３…フォーカスアクチュエータ、１１６…フォーカス駆動回路、１２２…撮像素子、１２５…カメラＭＰＵ、１２９…位相差焦点検出部、１３０…焦点検出部
【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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【図１３】
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