(57)【要約】【課題】  被写体認識で特定された着目画像領域に対して、高速に焦点検出を行う。【解決手段】  撮像領域の第１の領域に設けられ撮影レンズからの光を光電変換して被写体の像を生成する撮像画素、および、前記撮像領域の前記第１の領域より狭い第２の領域に設けられ前記撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出画素を有する撮像手段と、前記焦点検出画素からの信号に基づいて２つの像信号の位相差を検出する位相差検出手段と、前記撮像手段からの信号に基づいて被写体の第１の被写体領域を検出する被写体検出手段と、前記被写体検出手段で検出された前記第１の被写体領域とは異なる領域であって、前記被写体の一部分と推定される第２の被写体領域において前記位相差検出手段からの信号を用いてフォーカス制御を行う制御手段とを有する。【選択図】図７
2013054256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像領域の第１の領域に設けられ撮影レンズからの光を光電変換して被写体の像を生成する撮像画素、および、前記撮像領域の前記第１の領域より狭い第２の領域に設けられ前記撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出画素を有する撮像手段と、
前記焦点検出画素からの信号に基づいて２つの像信号の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記撮像手段からの信号に基づいて被写体の第１の被写体領域を検出する被写体検出手段と、
前記被写体検出手段で検出された前記第１の被写体領域とは異なる領域であって、前記被写体の一部分と推定される第２の被写体領域において前記位相差検出手段からの信号を用いてフォーカス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】
前記被写体検出手段からの信号に基づいて前記第２の被写体領域を判定する判定手段をさらに有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】
前記第１の被写体領域と前記第２の領域との重なり度合を検出する第１の重なり検出手段と、
前記第２の被写体領域と前記第２の領域との重なり度合を検出する第２の重なり検出手段と、をさらに有し、
前記制御手段は、前記第１の重なり検出手段が所定以上の重なり度合いを検出した場合は、前記第１の被写体領域において前記位相差検出手段からの信号を用いてフォーカス制御を行い、
前記第２の重なり検出手段が所定以上の重なり度合を検出した場合は、前記第２の被写体領域において前記位相差検出手段からの信号を用いてフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記被写体検出手段が複数の被写体を検出した場合、それぞれの被写体に対応する前記第２の被写体領域を判定し、
前記第１の重なり検出手段は、前記被写体検出手段で検出されたそれぞれの第１の被写体領域に対して重なり度合を検出し、
前記第２の重なり検出手段は、前記判定手段で判定されたそれぞれの第２の被写体領域に対して重なり度合を検出することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１の重なり検出手段または前記第２の重なり検出手段からの信号に基づいて、前記第１の被写体領域または前記第２の被写体領域と前記第２の領域が実際に重なっている領域における前記位相差検出手段からの信号を用いてフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２の領域の少なくとも一部が、前記第１の被写体領域の下側であって、かつ、水平方向において前記第２の領域の重心位置と前記第１の被写体領域の重心位置との差が所定値範囲内にある場合において、前記位相差検出手段からの信号を用いてフォーカス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７】
前記撮像画素からの信号に基づいてコントラスト評価値を検出するコントラスト検出手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記位相差検出手段からの信号を用いたフォーカス制御を行った後に、前記第１の被写体領域における前記コントラスト検出手段からの信号を用いたフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記被写体検出手段は、前記第１の被写体領域として人物の顔を検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記判定手段は、前記第２の被写体領域として前記被写体検出手段で検出された人物の顔に対応する胴体部を検出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置における自動焦点調節技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、被写体の顔に対して焦点検出を行う撮像装置が開示されている。この撮像装置は、撮像結果から顔を構成する器官と思われる形状を検出し、検出結果から右目あるいは左目の位置を特定し、特定された領域に対して焦点検出を行う。
【０００３】
特許文献２には、撮像素子を構成する画素の一部に瞳分割された一対の焦点検出画素が複数配置された撮像素子を用いて焦点検出を行う撮像装置が開示されている。特許文献２では、焦点検出を行う場合、通常の画素出力を用いたコントラスト評価方式の焦点検出が行えるとともに、焦点検出画素の出力に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５５３３４６号
【特許文献２】特開２００９−１１５８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように顔を構成する器官と思われる形状を検出するためには、顔の輪郭、目、鼻、口といった器官の色や形状を識別する必要がある。したがって、撮像信号の解像度が少なすぎると、これら器官の色や形状を解像できなくなるため、顔であることを検出できなくなる。顔を検出するためには、少なくともＱＶＧＡ程度の解像度の撮像信号が必要になる。このため、顔の検出は撮像素子の信号を利用するのが好ましい。
【０００６】
また、顔に対して焦点検出を行う場合、顔の検出領域を撮影視野のほぼ全域を対象にすると、焦点検出領域も撮影視野のほぼ全域をカバーする必要が生じる。焦点検出可能な画像領域を広げようとすると、撮像素子とは異なるセンサを用いる焦点検出方式では、部品コストの上昇や光学設計の難易度が高くなってしまう。このため、顔の検出と同様に焦点検出も一般的に撮像素子の出力を利用した形態で行われる。
【０００７】
撮像素子の出力を利用した焦点検出としては、特許文献２に記載された２種類の焦点検出方式、具体的には撮像素子の像信号出力を用いたコントラスト評価方式や、撮像素子の一部に瞳分割された焦点検出画素を配置した撮像面位相差検出方式がある。しかし、撮像面位相差検出方式は、光軸中心からの像高が高くなるにつれて光線のケラレが生じやすくなり、焦点検出しづらくなる欠点がある。したがって、焦点検出領域を撮影視野のほぼ全域をカバーさせるには、コントラスト評価方式が好ましい。
【０００８】
しかし、コントラスト評価方式の焦点検出は、最もコントラストの高い焦点位置が見つかるまで、焦点位置を移動させてはコントラスト評価を行う動作を何回も行う必要があり、例えば位相差検出方式の焦点検出と比べて合焦までに時間がかかってしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、顔の検出など被写体認識を行って特定した着目画像領域に対して高速に焦点検出を行うことができる撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての撮像装置は、撮像領域の第１の領域に設けられ撮影レンズからの光を光電変換して被写体の像を生成する撮像画素、および、前記撮像領域の前記第１の領域より狭い第２の領域に設けられ前記撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出画素を有する撮像手段と、前記焦点検出画素からの信号に基づいて２つの像信号の位相差を検出する位相差検出手段と、前記撮像手段からの信号に基づいて被写体の第１の被写体領域を検出する被写体検出手段と、前記被写体検出手段で検出された前記第１の被写体領域とは異なる領域であって、前記被写体の一部分と推定される第２の被写体領域において前記位相差検出手段からの信号を用いてフォーカス制御を行う制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被写体認識で特定された着目画像領域に対して高速に焦点検出を行うことができる撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】カメラＤＳＰの機能ブロック図である。
【図３】撮像素子の画素配置を示す模式図である。
【図４】撮像画素と焦点検出画素の配置例を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）は、第１の焦点検出画素の構造を示す図である。図５（ｂ）は、第２の焦点検出画素の構造を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、焦点状態（合焦状態）に応じた像信号の位相差を説明するための模式図である。図６（ｂ）は、焦点状態（前ピン状態）に応じた像信号の位相差を説明するための模式図である。
【図７】実施例１の動作を示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）は、撮像領域の左側で認識された顔に対応する胴体部、および位相差ＡＦエリアとの対応を説明するための模式図である。図８（ｂ）は、撮像領域の中央で認識された顔に対応する胴体部、および位相差ＡＦエリアとの対応を説明するための模式図である。図８（ｃ）は、撮像領域の右側で認識された顔に対応する胴体部、および位相差ＡＦエリアとの対応を説明するための模式図である。
【図９】実施例２の動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１０（ａ）は、撮像領域で認識された顔に対応する位相差ＡＦエリアとの対応、および実際に位相差ＡＦを行う領域を説明するための模式図である。図１０（ｂ）は、撮像領域で認識された顔に対応する胴体部、および位相差ＡＦエリアとの対応、および実際に位相差ＡＦを行う領域を説明するための模式図である。
【図１１】撮像領域で認識された複数の顔にそれぞれ対応する胴体部、および位相差ＡＦエリアとのそれぞれの対応を説明するための模式図である。
【図１２】撮像領域で認識された顔に対して下側に設定される所定値範囲と位相差ＡＦエリアとの関係について説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
＜デジタルカメラの構成＞
図１は本発明の実施例におけるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。図１に示すように、デジタルカメラ１００は、ＣＰＵやＭＰＵ等によって構成され全体の制御を司るシステムコントローラ（制御手段）１２９と、光学系全体を制御するレンズコントローラ（制御手段）１０７を有する。システムコントローラ１２９とレンズコントローラ１０７間の通信では、被写体像を結像させるフォーカスレンズ１０１の駆動命令、停止命令、駆動量、要求駆動速度がシステムコントローラ１２９から送信される。また、さらに入射光線を調節する絞り１０２の開口制御の駆動量、駆動速度、およびレンズ側の各種データの送信要求がシステムコントローラ１２９から送信される。なお、図１には光学系を構成するレンズのうちフォーカスレンズ１０１のみを示しているが、このほか不図示の変倍レンズや固定レンズが設けられている。
【００１５】
フォーカス制御の際、システムコントローラ１２９はレンズコントローラ１０７に対して、レンズ駆動方向や駆動量および駆動速度についての指令を行う。レンズコントローラ１０７は、システムコントローラ１２９からのレンズ駆動命令を受信すると、レンズ駆動制御部１０４を通じてレンズ駆動機構１０３を制御する。レンズ駆動機構１０３は、ステッピングモータを駆動源として有し、レンズ１０１を光軸に沿って駆動する。レンズ１０１の焦点位置は、例えばレンズ駆動機構１０３を構成するモータの回転パルス数を検出するパルスエンコーダ等により構成されるレンズ位置情報検出部１０９を通じて、レンズコントローラ１０７に送られる。その出力は、レンズコントローラ１０７内の不図示のハードウェアカウンタに接続され、レンズが駆動されるとその位置情報がハード的にカウントされる。レンズコントローラ１０７がレンズ位置を読み取る際は、内部のハードウェアカウンタのレジスタにアクセスして、記憶されているカウンタ値を読み出される。
【００１６】
レンズコントローラ１０７は、システムコントローラ１２９からの絞り制御命令を受信すると、絞り駆動制御部１０６を介して、絞り１０２を駆動する絞り駆動機構１０５を制御し、受信した駆動量に従って絞り１０２を制御する。レンズコントローラ１０７には、少なくとも一部が不揮発性記憶媒体で構成されるメモリ１０８が接続されている。メモリ１０８は、不図示の変倍レンズの焦点距離、絞り１０２の開放絞り値、設定可能な絞り駆動速度といった性能情報が記憶されている。
【００１７】
絞り１０２で調節された入射光線は、機械シャッタであるフォーカルプレーンシャッタ１１０の開口から光学フィルタ１１１を介して、撮像素子１１２に至る。光学フィルタ１１１は、赤外線をカットして可視光線を撮像素子１１２へ導く機能と、光学ローパスフィルタとしての機能を有する。
【００１８】
フォーカルプレーンシャッタ１１０は、先幕および後幕を備えて構成されており、入射光線の透過および遮断を制御する。シャッタ制御部１１４は、システムコントローラ１２９からの信号に応じて、フォーカルプレーンシャッタ１１０の先幕および後幕の走行駆動を制御する。フォーカルプレーンシャッタ１１０の先幕および後幕は、バネを駆動源として有しており、シャッタ走行後、次の動作のためにバネチャージを要する。そのため、シャッタチャージ機構１１３がバネのチャージを行う。また、システムコントローラ１２９は、撮像素子１１２における所定の測光領域の出力から得られる露光量と、撮像素子１１２の電荷蓄積時間、露光感度および絞り値との関係が定められたプログラム線図をＥＥＰＲＯＭ１２２に記憶している。
【００１９】
撮像素子１１２は、撮像系全体の駆動タイミングを決定しているタイミングジェネレータ１１８からの信号に基づく、画素ごとの水平駆動および垂直駆動を制御するドライバ１１７からの出力によって制御される。そして、撮像素子１１２は、被写体像を光電変換して画像信号を生成して出力する。撮像素子１１２から出力された画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１５で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１１６でデジタル信号へ変換される。Ａ／Ｄコンバータ１１６から出力されたデジタル信号は、カメラＤＳＰへ出力させるデジタル信号の出力先をシステムコントローラ１２９からの信号に基づいて選択するセレクタ１２１を介して、メモリコントローラ１２７へ出力される。メモリコントローラ１２７へ入力されたデジタル信号は、フレームメモリであるＤＲＡＭ１２８に全て転送される。デジタルカメラ１００は、ＤＲＡＭ１２８への転送結果をセレクタ１２１を介してビデオメモリ１２０へ定期的（毎フレーム）に転送することで、モニタ表示部１１９よりファインダ表示を行っている。
【００２０】
カメラＤＳＰ１２６には、システムコントローラ１２９のほか、タイミングジェネレータ１１８と、セレクタ１２１を通じてＡ／Ｄコンバータ１１６と、ビデオメモリ１２０、ワークメモリ１２５とが接続されている。
【００２１】
撮影時は、システムコントローラ１２９からの制御信号によって、１フレーム分のデジタル信号をＤＲＡＭ１２８から読み出し、カメラＤＳＰ１２６で画像処理を行ってから、一旦、ワークメモリ１２５で記憶される。そしてワークメモリ１２５のデータは、圧縮・伸張回路１２４で所定の圧縮フォーマットに基づいてデータ圧縮され、その結果が外部の不揮発性メモリ１２３に記録される。不揮発性メモリ１２３は、通常、半導体メモリカードなどの着脱可能な記録媒体が用いられる。不揮発性メモリ１２３はとして、磁気ディスクや光ディスクをはじめとして任意の不揮発性記録媒体を用いても差し支えない。
【００２２】
システムコントローラ１２９と接続されている操作スイッチ１３１は、ユーザーがデジタルカメラ１００の各種設定項目に対する操作入力を行うための入力デバイス群であり、任意の入力デバイスが含まれる。表示部１３０は、液晶パネル、ＬＥＤ（発光ダイオード）、有機ＥＬパネルなどの表示素子であり、操作スイッチ１３１に含まれるスイッチ類により設定または選択されたデジタルカメラ１００の動作状態を表示する。レリーズスイッチＳＷ１（１３２）は、内包する２段階ストロークのレリーズボタンが半押し（１段押下）された際にオンとなり、オンされることでシステムコントローラ１２９は測光や焦点検出などの撮影準備動作を開始する。レリーズスイッチＳＷ２（１３３）は、レリーズボタンが全押し（２段押下）された際にオンとなり、オンされることで静止画記録のための撮影動作（電荷蓄積および電荷読み出し動作）を開始させる。ライブビューモードスイッチ１３４は、モニタ表示部１１９でのファインダ表示（ライブビュー）のオン／オフを制御するためのスイッチである。動画スイッチ１３５は、動画を取得するために、電荷蓄積および電荷読み出しを繰り返し行う動作を開始させるためのスイッチである。
【００２３】
次に、撮像素子１１２における画素の配置について説明する。撮像素子１１２は、フォーカスレンズ１０１を含む撮影レンズからの光を光電変換して被写体の像を生成する撮像画素と撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出画素を備える。焦点検出画素は、後述するように位相差検出方式の焦点検出を行うために用いられる。撮像画素と焦点検出画素が配置された様態を図３に示す。
【００２４】
図３は、画素行列のうち一部に互いに対をなす焦点検出画素を複数配置した模式図である。図３では、Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタが配置された通常の撮像画素である。また、Ｓ１，Ｓ２は第１および第２の焦点検出画素であり、撮像画素とは光学特性が異なる。第１および第２の焦点検出画素（Ｓ１，Ｓ２）は、それぞれ離散的な１ラインで対をなしており、そのラインの対を単位にして焦点検出エリアが構成される。図３においては、第１および第２の焦点検出画素（Ｓ１，Ｓ２）の対が上下に２つ配置されており、それぞれ第１の焦点検出エリアおよび第２の焦点検出エリアを構成する。図３に示すように、焦点検出画素は撮像素子１１２内に離散的に一列に並んでおり、第１の焦点検出画素Ｓ１の列と第２の焦点検出画素Ｓ２の列が対をなすように近接して配置される。
【００２５】
図４は、撮像素子１１２で構成される撮像平面上における焦点検出画素の分布を示す模式図である。図４において、撮像素子１１２の撮像領域４０１の一部である中央部に、図３で説明した第１および第２の焦点検出画素Ｓ１，Ｓ２の離散的な画素列が配置されており、網掛けで示している。これら配置により位相差検出方式の３つの焦点検出領域４０２乃至４０４を構成しており、撮像面における位相差検出方式の焦点検出を行うことができる。図４に示されるように、焦点検出領域（第２の領域）４０２乃至４０４は、撮像素子１１２の撮像領域（第１の領域）４０１よりも狭い。
【００２６】
図５（ａ）には、第１の焦点検出画素Ｓ１の構造を示す。図５（ａ）において、第１の焦点検出画素の光入射側には、マイクロレンズ５０１が形成されている。５０２にはマイクロレンズ５０１を形成するための平面を構成する平滑層である。５０３は遮光層であり、第１の焦点検出画素Ｓ１の光電変換領域５０４の中心Ｏに対して一方向に偏心した絞り開口部を有する。
【００２７】
図５（ｂ）には、第２の焦点検出画素Ｓ２の構造を示す。図５（ｂ）において、第２の焦点検出画素の光入射側には、マイクロレンズ６０１が形成されている。６０２にはマイクロレンズ６０１を形成するための平面を構成する平滑層である。６０３は遮光層であり、第２の焦点検出画素Ｓ２の光電変換領域６０４の中心Ｏに対して、第１の焦点検出画素Ｓ１とは反対方向に偏心した絞り開口部を有する。
【００２８】
図５の構成によれば、撮像光学系を第１の焦点検出画素Ｓ１から見た場合と第２の焦点検出画素Ｓ２から見た場合とで、撮像光学系の瞳が対称に分割されたことと等価になる。図４において、第１の焦点検出画素Ｓ１および第２の焦点検出画素Ｓ２を含む行には、撮像素子の画素数が多くなるにつれて近似した２像が形成されるようになる。
【００２９】
撮像光学系が被写体に対してピントが合っている状態では、第１の焦点検出画素Ｓ１で形成される一列の像信号と、第２の焦点検出画素Ｓ２で形成される一列の像信号は互いに一致する。これに対して、撮像光学系のピントがずれているならば、第１の焦点検出画素Ｓ１で形成される一列の像信号と、第２の焦点検出画素Ｓ２で形成される一列の像信号には、位相差が生じる。そして、その位相差の方向は前ピン状態と後ピン状態とで逆になる。
【００３０】
図６には、ピントと像信号の位相差との関係を示す。図６において、両焦点検出画素Ｓ１，Ｓ２を互いに近づけて、それぞれをＡ，Ｂの点として示している。また、撮像画素を省略している。被写体上の特定点からの光束は、焦点検出画素Ａに対応する分割瞳を通って該焦点検出画素Ａに入射する光束ΦＬａと、焦点検出画素Ｂに対応する分割瞳を通って該焦点検出画素Ｂに入射する光束ΦＬｂとに分割される。これら２つの光束は、被写体上の同一点から入射しているため、撮像光学系のピントが合った状態では、図６（ａ）に示すように、同一のマイクロレンズを通過して撮像素子上の１点に到達する。したがって、第１の焦点検出画素Ａ（Ｓ１）からなる一列の像信号と、第２の焦点検出画素Ｂ（Ｓ２）からなる一列の像信号は、互いに一致する。しかし、図６（ｂ）に示すように、ｘだけピントがずれている状態では、光束ΦＬａ，ΦＬｂのマイクロレンズへの入射角の変化分だけ両光束ΦＬａ，ΦＬｂの到達位置が互いにずれる。したがって、第１の焦点検出画素Ａ（Ｓ１）からなる一列の像信号と、第２の焦点検出画素Ｂ（Ｓ２）からなる一列の像信号は、位相差が生じる。
【００３１】
以上のことを利用して、撮像装置は撮像素子を用いて位相差検出方式の焦点検出を行う。
【００３２】
次に、カメラＤＳＰ１２６内の回路ブロックについて、図２を用いて説明する。撮像素子１１２で生成された画像信号は、上述のようにＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１５で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１１６でデジタル信号に変換され、セレクタ１２１を介してカメラＤＳＰ１２６へ入力される。カメラＤＳＰ１２６は、コントラストＡＦに用いられるコントラスト評価値の算出、顔の検出、撮像面での位相差ＡＦに用いられるデフォーカス量の算出を行う。
【００３３】
コントラスト評価値を算出するため、カメラＤＳＰ１２６に入力された画像データは、まずカメラＤＳＰ１２６内のＤＳＰ内部メモリ２０１を経て、焦点検出領域抽出ブロック２０２に入力される。焦点検出領域抽出ブロック２０２は、全画面分の画像データから焦点検出領域とその近傍の画像を抽出して、コントラスト評価値算出ブロック２０３に供給する。焦点検出領域の大きさは、画面全体の大きさを１として１／５〜１／１０程度であることが望ましい。なお、画面内における焦点検出領域の位置や大きさは、システムコントローラ１２９より焦点検出領域抽出ブロック２０２に対して設定できるよう構成される。コントラスト評価値算出ブロック（コントラスト検出手段）２０３は、焦点検出領域とその近傍の画像に対してデジタルフィルタ演算により所定の周波数成分を抽出して、コントラスト評価値としてシステムコントローラ１２９に出力する。
【００３４】
また、顔を検出するため、カメラＤＳＰに入力された画像データは、まずＤＳＰ内部メモリ２０１を経て、顔検出ブロック２０４に入力される。顔検出ブロック２０４（被写体検出手段）は、全画面分の画像データから肌色検出や目／鼻／口といった特徴のパターンマッチングなど公知の方法により顔領域を検出する。顔検出できた場合は、検出された顔の撮像平面上の位置、サイズ、向きが検出され、これら顔情報はシステムコントローラ１２９へ出力される。
【００３５】
また、デフォーカス量を算出するため、カメラＤＳＰ１２６に入力された画像データは、まずＤＳＰ内部メモリ２０１を経て、焦点検出画素列抽出ブロック２０５に入力される。焦点検出画素列抽出ブロック２０５は、全画面分の画像データから離散的に一列に並んだ焦点検出画素の信号出力を抽出してデフォーカス量算出ブロック２０６に供給する。なお、抽出される焦点検出画素の列は、システムコントローラ１２９より焦点検出画素列抽出ブロック２０５に対して設定できるよう構成される。デフォーカス量算出ブロック（位相差検出手段）２０６は、瞳分割特性で対をなす１組の焦点検出画素列に対して相関演算によりそれらの位相差を算出する。また、焦点検出画素（Ｓ１，Ｓ２）およびレンズ１０１の光学特性、絞り１０２の絞り設定に基づいて位相差からデフォーカス量を算出する。位相差からデフォーカス量の算出は公知の方法を用いて差し支えない。算出されたデフォーカス量はシステムコントローラ１２９へ出力される。
＜デジタルカメラの動作＞
次に、本実施例の動作について図７のフローチャートを用いて説明する。特に説明しない限り、下記制御はシステムコントローラ１２９の制御により行われる。
【００３６】
まず、ライブビューモードスイッチ１３４が操作されて、ライブビュー命令が発生することにより開始される。なお、デジタルカメラ１００は、あらかじめ電源が投入されていて、ライブビュー命令の発生に伴い１秒間に３０乃至６０ｆｐｓ程度の撮像と表示が開始されるものとする。
【００３７】
はじめにステップＳ９０１にて、レリーズスイッチＳＷ１（１３２）が押下されたか判断される。押下されていれば、ステップＳ９０２へ進む。押下されていなければ、再度ステップＳ９０１へ戻って、ライブビュー中のレリーズスイッチＳＷ１（１３２）の押下が監視される。
【００３８】
ステップＳ９０２では、後述する顔検出やコントラストＡＦのために、カメラＤＳＰ１２６へ入力された画像データをＤＳＰ内部メモリ２０１へ記憶する。記憶後、ステップＳ９０３へ進む。
【００３９】
ステップＳ９０３では、所望の被写体認識を行う。具体的には、ＤＳＰ内部メモリ２０１に記憶された画像データを顔検出ブロック２０４へ供給する。そして、顔検出ブロック２０４が被写体像に顔が含まれているか判断するとともに、顔が含まれている場合は被写体像における顔の位置、サイズ、撮像平面上の向きを検出する。検出後、顔の検出数、顔サイズ、顔の位置、顔の向きからなる顔検出結果をシステムコントローラ１２９へ出力する。出力後、ステップＳ９０４へ進む。
【００４０】
ステップＳ９０４では、ステップＳ９０３にて所望の被写体を認識できたかを判断する。認識できた場合はステップＳ９０６へ進む。認識できなかった場合は、ステップＳ９０５へ進む。
【００４１】
ステップＳ９０５では、例えば撮像領域の中央部といった所定の領域に対してコントラストＡＦを行い、本発明の動作を終了する。
【００４２】
ステップＳ９０６では、ステップＳ９０３にて被写体が検出できた領域（以下、認識領域と称す。）と、図４で説明した位相差検出方式の焦点検出領域４０２乃至４０４（以下、位相差ＡＦエリアと称す。）が所定割合以上重なっているか判断される。該所定割合は任意の割合であるが、位相差ＡＦエリアの５０％以上が好ましい。所定割合以上重なっていれば、ステップＳ９０７へ進む。所定割合以上重なっていなければ、ステップＳ９０８へ進む。このように、システムコントローラ１２９は、認識領域と位相差ＡＦエリアとの重なり度合いを検出する第１の重なり検出手段としての機能を有する。
【００４３】
ステップＳ９０７では、上記の認識領域に対応した位相差ＡＦエリアにおいて位相差ＡＦが行われる。位相差ＡＦ後、ステップＳ９１１へ進む。
【００４４】
ステップＳ９０８では、ステップＳ９０３にて認識すべき被写体を構成する同一被写体領域を撮像画像から判定する。具体的には、ステップＳ９０３にて認識できた顔に対して、撮像平面上における顔の位置、顔のサイズ、顔の向きに基づいて、顔に対応する胴体部の位置やサイズを判定する。図８は、認識された顔に対応する胴体部、および位相差ＡＦエリアとの対応を説明するための模式図である。図８（ａ）は、撮像領域１００１において人物１００５が左側に位置している場合の模式図である。図８（ｂ）は、人物１００５がほぼ中央に位置している場合の模式図である。図８（ｃ）は、人物１００５が右側に位置している場合の模式図である。図８では、同一の意味をなすものに対して共通の符号を付与している。図８において、１００６（第１の被写体領域）は顔検出ブロック２０４で検出された人物１００５の顔である。また、１００７（第２の被写体領域）は顔１００６の位置、サイズ、向きに基づいて推定された胴体部である。胴体部１００７は、サイズが顔１００６と同じで、位置が顔１００６に対して略隣接した下側に存在すると推定して、領域が判定される。判定された胴体部１００７は同一被写体領域として認識される。判定後、ステップＳ９０９へ進む。
【００４５】
ステップＳ９０９では、上記の同一被写体領域と位相差ＡＦエリアが所定割合以上重なっているか判断される。該所定割合は任意の割合であるが、位相差ＡＦエリアの５０％以上が好ましい。具体的には、胴体部１００７対して、位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４の領域重複の程度が算出される。図８（ａ）では、位相差ＡＦエリア（左）１００２が胴体部１００７に対して５０％以上重なっていることから、位相差ＡＦエリア（左）１００２において所定割合以上重なっていると判断される。同様に、図８（ｂ）では位相差ＡＦエリア（中央）１００３が、図８（ｃ）では位相差ＡＦエリア（右）１００４が所定割合以上重なっていると判断される。位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４のいずれかに所定以上重なっていれば、ステップＳ９１０へ進む。所定以上重なっていなければ、ステップＳ９１１へ進む。このように、システムコントローラ１２９は、上記の認識領域１００６とは異なる領域で、同一の被写体の一部分と推定できる同一被写体領域１００７を判定する判定手段としての機能を有する。また、該同一被写体領域１００７と位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４のいずれかとの重なり度合いを検出する第２の重なり検出手段としての機能を有する。
【００４６】
ステップＳ９１０では、上記の同一被写体領域と所定以上重なる位相差ＡＦエリアにおいて位相差ＡＦが行われる。位相差ＡＦ後、ステップＳ９１１へ進む。
【００４７】
ステップＳ９１１では、位相差ＡＦで検出された合焦位置の近傍に限定したフォーカス領域において、上記の認識領域に対するコントラストＡＦを行い、本発明の動作を終了する。具体的には、顔１００６に対してコントラストＡＦが行われる。本ステップの動作を行うことにより、認識された被写体に対して精密にフォーカス制御を行うことができるようになる。
【００４８】
上述の動作を行うことにより、被写体認識で特定された被写体に対して、高速な方式の焦点検出領域が厳密に重なっていなくても代替的に利用可能になり、合焦までの時間を短縮できるようになる。
【００４９】
なお、本実施例では、図７のステップＳ９０４で所望被写体を認識できた場合、はじめに位相差ＡＦを行う場合について記載したが、はじめに認識領域に対してコントラストＡＦを行うようにしてもよい。この場合、得られたコントラスト評価値の形状等からコントラストＡＦの信頼性を判定する。コントラストＡＦがＯＫの場合は得られた合焦位置へレンズを移動して終了へ進み、ＮＧの場合はＳ９０６へ進んで位相差ＡＦの制御を行うようにする。
（変形例）
上記の実施例では、顔検出を行って顔の位置、サイズ、向きから撮像平面上における胴体部の位置を推定していた。しかし、これに限らず、公知の被写体認識方法によりさまざまな物体の形状を認識して、認識した物体における特定の部分の位置を推定しても差し支えない。このような構成にすることで、人だけでなく物体に対しても合焦不能を回避しやすくすることができる。
【００５０】
また、上記の実施例では、位相差ＡＦを行った後でコントラストＡＦを行っていた。しかし、これに限らず、位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４のいずれかが認識領域と所定割合以上重なっていた場合は、同じ認識領域を対象としたコントラストＡＦを省略しても良い。このような動作にすることで、さらなる焦点検出時間の短縮を図ることができるようになる。
【００５１】
また、上記の実施例では、ステップＳ９０６で認識領域と位相差ＡＦエリアが所定割合以上重なっていない場合は、ステップＳ９０８で同一被写体領域の判定を行っていた。しかし、これに限らず、例えば図１２に示されるように、認識領域である顔１００６の下側の所定値範囲内に位相差ＡＦエリアの少なくとも一部があれば、同一被写体領域を判定せずに、該位相差ＡＦエリアを用いて位相差ＡＦを行うようにしてもよい。つまり、顔１００６が検出されれば通常はその下に胴体があると推定されるため、同一被写体領域の判定を行わなくても、顔１００６の下側にある位相差ＡＦエリア１００２〜１００４のいずれかを使って位相差ＡＦを行うことができる。
【００５２】
ここで、図１２を参照して顔１００６の下側にある所定値範囲について説明する。図１２において、顔１００６の下側のＹ方向における位相差ＡＦエリアの位置は、位相差ＡＦエリア１００２〜１００４の各々のＹ座標で判断される。ここで、位相差ＡＦエリア１００２〜１００４の少なくとも一つが顔１００６より下側にあればよい。例えば、位相差ＡＦエリア１００２〜１００４の重心位置（１００２ｃ〜１００４ｃ）のＹ座標と顔１００６の重心位置（１００６ｃ）のＹ座標とを比較することにより、位相差ＡＦエリア１００２〜１００４が顔１００６より下側にあるかどうかを判断する。
【００５３】
また、顔１００６の重心位置１００６ｃのＸ座標と各位相差ＡＦエリア１００２〜１００４の枠の重心位置（１００２ｃ〜１００４ｃ）のＸ座標との比較により、位相差ＡＦエリア１００２〜１００４のいずれを位相差ＡＦに用いるかを判断する。例えば、各位相差ＡＦエリア１００２〜１００４のうち、重心位置のＸ座標が顔１００６の重心位置のＸ座標と最も近い位相差ＡＦエリアを用いて位相差ＡＦを行うようにする。ここで、該位相差ＡＦエリアの重心位置のＸ座標と顔１００６の重心位置のＸ座標との差が所定値範囲内の場合に該位相差ＡＦエリアを用いて位相差ＡＦするように制御するのが望ましい。顔１００６の重心位置のＸ座標と、該Ｘ座標に最も近い位相差ＡＦエリアの枠の重心位置のＸ座標との差を所定値範囲内とすることで、位相差ＡＦエリアが顔１００６と異なる被写体を検出することを防ぐことができる。該所定値は、例えば顔１００６のＸ方向の幅である。なお、Ｘ方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。また、Ｙ方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、かつ垂直方向に伸びる直線に沿った方向を指す。また、位相差ＡＦエリアの枠の位置は、Ｘ座標、Ｙ座標で定義される。
【実施例２】
【００５４】
実施例１では、図８において、顔１００６および胴体部１００７と、固定の領域である位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４との重なりの程度が判定されていた。しかし、これに限らず、顔１００６および胴体部１００７との重なった領域に応じて、位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４における実際の焦点検出領域を変更しても良い。このような動作を行うことで、遠近競合を抑えることができるようになる。以下、本実施例について説明する。なお、実施例２のデジタルカメラの構成は実施例１と同様である。
＜デジタルカメラの動作＞
実施例２の動作について図９のフローチャートを用いて説明する。特に説明しない限り、下記制御はシステムコントローラ１２９の制御で行われる。図９において、実施例１での図７の各動作ステップと同じ動作を行う図９の動作ステップには、同じ符号を付与している。
【００５５】
以下、実施例１との動作が異なるステップであるステップＳ１３０１乃至Ｓ１３０４と、それぞれの前ステップのみ説明する。
【００５６】
ステップＳ９０６では、認識領域と、図４で説明した位相差ＡＦエリア４０２乃至４０４が所定割合以上重なっているか判断される。該所定割合は任意の割合であるが、位相差ＡＦエリアの５０％以上が好ましい。所定割合以上重なっていれば、ステップＳ１３０１へ進む。所定割合以上重なっていなければ、ステップＳ９０８へ進む。
【００５７】
ステップＳ１３０１では、認識領域と重なっている位相差ＡＦエリア４０２乃至４０４の領域（以下、第２位相差ＡＦエリアと称す。）を判定する。図１０（ａ）は、撮像領域１００１内に人物１４０１が入っていて、認識領域である顔１４０２に対応する胴体部１４０３、および位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４との対応を説明した模式図である。図１０（ａ）では図８（ａ）と同じ意味をなすものに同じ符号を付与している。また、図１０（ａ）では、顔１４０２と位相差ＡＦエリア１００２とが重なった第２位相差ＡＦエリア１４０４を図示している。図１０（ａ）に示すように、顔１４０２と所定以上重なっている位相差ＡＦエリア１００２のうち、特に実際に重なっている領域である第２位相差ＡＦエリア１４０４が判定される。判定後、ステップＳ１３０２へ進む。
【００５８】
ステップＳ１３０２では、上記の第２位相差ＡＦエリア１４０４において位相差ＡＦが行われる。位相差ＡＦ後、ステップＳ９１１へ進む。
【００５９】
また、ステップＳ９０９では、同一被写体領域と位相差ＡＦエリアが所定割合以上重なっているか判断される。該所定割合は任意の割合であるが、位相差ＡＦエリアの５０％以上が好ましい。具体的には、胴体部１００７に対して、位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４の領域重複の程度が算出される。位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４のいずれかに所定以上重なっていれば、ステップＳ１３０３へ進む。所定以上重なっていなければ、ステップＳ９１１へ進む。
【００６０】
ステップＳ１３０３では、同一被写体領域と重なっている位相差ＡＦエリア４０２乃至４０４の領域（以下、第３位相差ＡＦエリアと称す。）を判定する。図１０（ｂ）は、撮像領域１００１内に人物１５０１が入っていて、認識領域である顔１５０２に対応する胴体部１５０３、および位相差ＡＦエリア１００２乃至１００４との対応を説明した模式図である。図１０（ｂ）では図８（ａ）と同じ意味をなすものに同じ符号を付与している。また、図１０（ｂ）では、胴体部１５０３と位相差ＡＦエリア１００２とが重なった第３位相差ＡＦエリア１５０４を図示している。図１０（ｂ）に示すように、胴体部１５０３と所定以上重なっている位相差ＡＦエリア１００２のうち、特に実際に重なっている領域である第３位相差ＡＦエリア１５０４が判定される。判定後、ステップＳ１３０４へ進む。
【００６１】
ステップＳ１３０４では、第３位相差ＡＦエリア１５０４に対応した位相差ＡＦエリアにおいて位相差ＡＦが行われる。位相差ＡＦ後、ステップＳ９１１へ進む。
【００６２】
以上の動作を行うことにより、実施例１で説明した効果に加えて、さらに遠近競合を抑えることができるようになる。
【実施例３】
【００６３】
実施例１及び実施例２では、１つの被写体に対してＡＦを行っていたが、これに限らず、複数の被写体に対してそれぞれに位相差ＡＦが有効か判定しても良い。以下、本実施例について簡潔に説明する。
【００６４】
図１１は、複数の被写体が存在する場合の模式図である。撮像領域１００１において２人の人物１６０１および１６０４が位置していて、被写体認識により顔１６０２および１６０５が認識される。また、顔１６０２の位置、サイズ、向きから、対応する胴体部１６０３の位置やサイズが判定される。また、同様に顔１６０５の位置、サイズ、向きから、対応する胴体部１６０６の位置やサイズが判定される。
【００６５】
デジタルカメラの動作としては、基本的に実施例１の図７で説明した動作ステップに準じるものである。図１１を用いて特筆する動作ステップを説明すると、ステップＳ９０３にて、複数個の顔１６０２および１６０５を検出する。また、ステップＳ９０７にて、ステップＳ９０３で検出された顔１６０２および１６０５にそれぞれ対応した位相差ＡＦエリアにおいて位相差ＡＦが行われる。また、ステップＳ９０８にて、顔１６０２に対応する胴体部１６０３と、顔１６０５に対応する胴体部１６０６の位置やサイズが判定される。また、ステップＳ９０９にて、判定されたそれぞれの胴体部１６０３および１６０６と位相差ＡＦエリアが所定割合以上重なっているか判断される。また、ステップＳ９１０にて、胴体部１６０３と所定割合以上重なっている位相差ＡＦエリア１００２と、胴体部１６０６と所定割合以上重なっている位相差ＡＦエリア１００４において、位相差ＡＦが行われる。また、ステップＳ９１１にて、顔１６０２および顔１６０５に対するコントラストＡＦを行い、本発明の動作を終了する。
【００６６】
上述の動作を行うことにより、被写体認識で特定された複数の被写体に対して、高速な方式の焦点検出領域が厳密に重なっていなくても代替的に利用可能になり、合焦までの時間を短縮できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、ビデオカメラ、コンパクトカメラあるいは一眼レフカメラなどの撮像装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１１２  撮像素子
１２９  システムコントローラ
２０２  焦点検出領域抽出ブロック
２０３  コントラスト評価値算出ブロック
２０４  顔検出ブロック
２０５  焦点検出画素列抽出ブロック
２０６  デフォーカス量算出ブロック
４０１  撮像領域
４０２〜４０４  位相差検出方式の焦点検出領域（左／中央／右）
【図１】
2013054256.tif 000003
【図２】
2013054256.tif 000004
【図３】
2013054256.tif 000005
【図４】
2013054256.tif 000006
【図５】
2013054256.tif 000007
【図６】
2013054256.tif 000008
【図７】
2013054256.tif 000009
【図８】
2013054256.tif 000010
【図９】
2013054256.tif 000011
【図１０】
2013054256.tif 000012
【図１１】
2013054256.tif 000013
【図１２】
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