(57)【要約】【課題】空気ゆらぎによって焦点距離が見かけ上変化してもピントが合った良好な画像を撮像することができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１００は、被写体を撮像するための撮像レンズ１０５及び撮像素子１０７を備え、撮像レンズ１０５を駆動するフォーカス駆動回路１２６、撮像素子１０７の各画素に入射する被写体の光学像の光束を前記撮像レンズの特定の射出瞳領域からの光束に制限する副画素２０１，３０１、副画素によって分割された複数の射出瞳領域から得られる撮像画像のずれ量を用いてデフォーカス量を算出するデフォーカス算出部、被写体の撮像時に、ユーザによって設定された特定点Ａにおける第１のデフォーカス量の変化量が所定の閾値Ａ以上で、かつ、特定点Ａを含む端Ａ〜点Ｅにおける第２のデフォーカス量の変化量が所定の閾値Ｂ以上である場合に撮像レンズ１０５の移動量を制限する制限部１２１を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像するための撮像レンズ及び撮像素子を有する撮像装置において、
前記撮像レンズを駆動する駆動手段と、
前記撮像素子の各画素に入射する前記被写体の光学像の光束を前記撮像レンズの特定の射出瞳領域からの光束に制限する瞳分割手段と、
前記瞳分割手段によって分割された複数の射出瞳領域から得られる撮像画像のずれ量を用いてデフォーカス量を算出する算出手段と、
前記被写体の撮像時に、ユーザによって設定された焦点検出枠内の特定点における第１のデフォーカス量の変化量が所定の閾値Ａ以上で、かつ、前記特定点を含む複数点における第２のデフォーカス量の変化量が所定の閾値Ｂ以上である場合に前記駆動手段の駆動条件を制限する制限手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記デフォーカス量の変化量は、所定の時間内に検出された複数のデフォーカス量の標準偏差又は該標準偏差の整数倍値であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記デフォーカス量の変化量は、所定の時間内に検出された複数のデフォーカス量の標準偏差の最大値と最小値の差分であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記駆動手段の駆動条件は、前記被写体の動きを予測して焦点検出を行う予測サーボ機能を用いた合焦制御における前記撮像レンズの移動量であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記駆動手段の駆動条件の制限は、前記撮像レンズの移動量に補正係数を乗算することであり、前記補正係数は、０以上、１以下であることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記特定点におけるデフォーカス量を測定する時間間隔を変化させて前記第１のデフォーカス量を測定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記特定点を含む複数点の間隔を変化させて前記第２のデフォーカス量を測定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記間隔が最大のときの前記第２のデフォーカス量の変化量を用いて前記撮像レンズの駆動条件を制限するか否かを判定することを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第２のデフォーカス量の変化量は、前記複数点において同時に測定される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】
前記瞳分割手段は、前記各画素の瞳を分割してｘ方向及びｙ方向又はそのいずれか１方向に偏心した複数の副画素を形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記特定点における第１のデフォーカス量の変化量及び前記特定点を含む複数点における第２のデフォーカス量の変化量によって撮像領域における空間のゆらぎの有無を判定するゆらぎ判定手段を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記特定点における第１のデフォーカス量の変化量及び前記特定点を含む複数点における第２のデフォーカス量の変化量によって前記被写体の移動の有無を判定する移動判定手段を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出機能を備えた撮像装置に関し、特に、見かけ上の焦点距離が変化した場合でも、ピントが合った画像を得ることができる撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体までの距離が長い撮影シーンにおいて、超望遠レンズなどを用いて被写体を撮影すると、時折、空気のゆらぎに起因して画像が劣化することがある。この場合の画像劣化は、温度変化などによって空気密度にムラが生じ、屈折率が時間的、空間的に変化することによって発生する。このような空気のゆらぎに起因して発生する画像劣化の影響を極力低減するための技術として特許文献１及び特許文献２が挙げられる。
【０００３】
特許文献１の撮像装置は、撮影時に第１の焦点距離から第２の焦点距離までの被写体撮影画像を全て記憶し、画像表示部に表示し、画像表示部上で、全画像の中からユーザによって選択された領域内の合焦位置と判断できる撮影画像を抽出するものである。この撮像装置によれば、レリーズ後に、被写体にピントを合わせるのと同様の効果が得られるので、ピントがずれるいわゆるピンボケをなくすることができるということである。
【０００４】
また、特許文献２のデジタルカメラは、撮影開始前における撮影者の動作に関する情報であって、構図確認の有無、撮影準備操作の有無、撮影装置の位置、撮影開始までの経過時間、撮影装置の動き等の情報に基づいて画像に対する処理内容を決定するものである。このデジタルカメラによれば、撮影者に関する情報に応じて適切な画像処理を行うことができるので、例えば、ＡＦ評価値に従って被写体の合焦するレンズ位置を適正に判定できるということである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７７８１３号公報
【特許文献２】特開２０１０−６２８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術は、空気ゆらぎに起因して発生する画像の劣化をある程度抑えることができるものの、この種の画像の劣化を抑制できるのは、ピント位置が合っている時に限定される。すなわち、空気ゆらぎによってピント位置自体が安定しない場合は、ピントがずれた画像が形成されるだけで、空気ゆらぎに起因して発生する画像劣化を解消することはできない。その理由としては、空気ゆらぎによって空間の屈折率が変化し、見かけ上の焦点距離が時間的・空間的に変化することが挙げられる。このため、自動焦点検出機能を用いてピント合わせを行った時と、シャッタを開いて撮像する時における見かけ上の焦点距離が変化し、ピントがずれて良好な画像が得られなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、空気ゆらぎによって焦点距離が見かけ上変化してもピントが合った良好な画像を撮像することができる撮像装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、被写体を撮像するための撮像レンズ及び撮像素子を有する撮像装置において、前記撮像レンズを駆動する駆動手段と、前記撮像素子の各画素に入射する前記被写体の光学像の光束を前記撮像レンズの特定の射出瞳領域からの光束に制限する瞳分割手段と、前記瞳分割手段によって分割された複数の射出瞳領域から得られる撮像画像のずれ量を用いてデフォーカス量を算出する算出手段と、前記被写体の撮像時に、ユーザによって設定された焦点検出枠内の特定点における第１のデフォーカス量の変化量が所定の閾値Ａ以上で、かつ、前記特定点を含む複数点における第２のデフォーカス量の変化量が所定の閾値Ｂ以上である場合に前記駆動手段の駆動条件を制限する制限手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、焦点検出枠内の特定点における第１のデフォーカス量の変化量が閾値Ａ以上か否かを判定し、かつ、同時に取得した特定点を含む複数点における第２のデフォーカス量の変化量が閾値Ｂ以上であるか否かを判定する。そして、第１のデフォーカス量の変化量が閾値Ａ以上で、かつ、第２のデフォーカス量の変化量が閾値Ｂ以上である場合にレンズの駆動方法、例えば、被写体の動きを予測して焦点検出を行う予測サーボ制御におけるレンズ駆動量を制限する。これによって、空気ゆらぎによって見かけ上の焦点距離が変化した場合であっても、ピントが合った良好な画像を撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る焦点検出装置を備えた撮像装置の構成を示す図である。
【図２】図１における撮像素子の画素配列を示す図であり、図２（ａ）は、撮像素子の画素配列を４行×４列の画素範囲で示したものであり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の撮像素子２１０Ｇの拡大図である。また、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の撮像素子２１０Ｇのａ−ａ線に沿った断面図である。
【図３】撮像素子における瞳分割の様子を示す概念図である。
【図４】ゆらぎ判定処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】撮影画像の焦点検出の中心を示す図である。
【図６】被写体移動と像面移動の関係を説明するための図である。
【図７】空気ゆらぎと像面移動の関係を説明するための図である。
【図８】第２の実施の形態におけるゆらぎ判定処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る焦点検出装置を備えた撮像装置の構成を示す図である。
【００１３】
図１において、撮像装置１００は、結像光学系の先端に配置された撮像レンズの第１レンズ群１０１と、第１レンズ群１０１の光軸方向後流側に順次配置された絞り兼用シャッタ１０２、撮像レンズの第２レンズ群１０３を備えている。第１レンズ群１０１は、光軸方向に進退可能であり、絞り兼用シャッタ１０２は、開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なうほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしても機能する。絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用、すなわちズーム機能を発現する。
【００１４】
撮像装置１００は、また、第２レンズ群１０３の光軸方向後流側に、順次、撮影レンズの第３レンズ群１０５、光学的ローパスフィルタ１０６、及び、撮像素子１０７を備えている。第３レンズ群１０５は、光軸方向の進退により、焦点ずれ量の調節を行なう。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。撮像素子１０７は、Ｃ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成されており、例えば、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上にベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサからなる。
【００１５】
撮像装置１００は、また、動力系として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、及び、フォーカスアクチュエータ１１４を有する。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撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点ずれ量の調節を行なう。
【００１６】
撮像装置１００は、制御系として、電子フラッシュ制御回路１２２、補助光回路１２３、撮像素子駆動回路１２４、画像処理回路１２５、フォーカス駆動回路１２６、絞りシャッタ駆動回路１２８、レンズＲＯＭ１１０、ズーム駆動回路１２９を有する。これらの制御回路は、ＣＰＵ１２１に通信可能に接続されている。また、ＣＰＵ１２１は、表示器１３１、操作スイッチ１３２、及び、フラッシュメモリ１３３とも接続されている。
【００１７】
レンズＲＯＭ１１０には、交換式レンズ毎に焦点検出等で必要なレンズ情報が記憶されており、ＣＰＵ１２１と通信する。レンズ情報の一部である射出瞳距離はレンズＲＯＭ１１０に記憶されている。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。フォーカス駆動回路１２６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を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点ずれ量の調節を行なう。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を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。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。
【００１８】
ＣＰＵ１２１は、焦点検出装置本体の種々の制御を司る。ＣＰＵ１２１は、図示省略した演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有している。ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、焦点検出装置が有する各種回路を駆動し、焦点検出、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。ＣＰＵ１２１は、また、図示省略した出力差補正要否判定手段１２１ａ、出力差補正手段１２１ｂ、焦点検出手段１２１ｃを内蔵している。
【００１９】
次に、撮像素子１０７の構造について詳しく説明する。
【００２０】
図２は、図１における撮像素子の画素配列を示す図であり、図２（ａ）は、撮像素子の画素配列を４行×４列の画素範囲で示したものであり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の撮像素子２１０Ｇの拡大図である。また、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の撮像素子２１０Ｇのａ−ａ線に沿った断面図である。
【００２１】
図２（ａ）において、２行×２列の画素群２１０は、対角２画素としてＧの分光感度を有する画素２１０Ｇを配置し、他の２画素としてＲの分光感度を有する画素２１０ＲとＢの分光感度を有する画素２１０Ｂを配置したベイヤー配列となっている。画素２１０Ｇは、図２（ｂ）に示したように、瞳分割用の２つの副画素２０１ａ、２０１ｂを備えている。画素２１０Ｒ、２１０Ｂについても画素２１０Ｇと同様、２つの副画素２０１ａ、２０１ｂを備えている。副画素２０１ａ、２０１ｂは、画素２１０Ｇに入射する被写体の光学像の光束を撮像レンズの特定の射出瞳領域からの光束に制限する。従って、どの複画素も撮像素子として機能し、焦点検出素子としても適用できる。図２（ｃ）において、２つの副画素２０１ａ、２０１ｂは、ｎ型層からなり、ｐ型層２００に包含されている。各画素の受光面と瞳２０２の間にマイクロレンズ２０３が配置されている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、全ての画素が、瞳分割用の副画素を備えた焦点検出画素である場合について説明するが、瞳分割可能で焦点検出画素として使用できる画素を所定割合とし、該所定割合の画素をセンサ面上の一部だけに配置することもできる。
【００２３】
以下、撮像素子の瞳分割の概念について、図３を用いて説明する。
【００２４】
図３は、撮像素子における瞳分割の様子を示す概念図である。図３に示すように、瞳分割可能な素子は、１つの画素の中に、ｐ型層３００に包含されるようにｎ型層３０１ａ、３０１ｂを備えており、該ｎ型層３０１ａ、３０１ｂが、それぞれ２つの副画素を構成している。以下、２つの副画素を、それぞれ副画素３０１ａ、３０１ｂという。２つの副画素３０１ａ、及び３０１ｂは、それぞれ、+ｘ、及び−ｘ方向に偏心している。そのため、１つのマイクロレンズ３０３を用いて瞳分割を行うことができる。瞳３０２のうち３０２ａは、例えば像信号Ａの瞳であり、３０２ｂは、例えば像信号Ｂの瞳である。
【００２５】
すなわち、副画素３０１ａを図２（ａ）に示すようにｘ方向に規則的に配列し、これらの副画素３０１ａ群で取得した第１の像信号を像信号Ａとする。また、副画素３０１ｂを図２（ａ）に示すようにｘ方向に規則的に配列し、これらの副画素３０１ｂ群で取得した第２の像信号を像信号Ｂとする。像信号Ａは、結像光学系の異なる射出瞳領域を通過した対の光束から得られる像信号の一方であり、像信号Ｂは、結像光学系の異なる射出瞳領域を通過した対の光束から得られる像信号の他方である。この場合、撮像画像である像信号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って、撮影レンズの焦点位置を算出することができる。これに基づいて、撮影レンズの焦点ずれ量が調節される。
【００２６】
以下、このような構成の撮像装置を用いたゆらぎ判定処理、及び、撮像処理について説明する。
【００２７】
図４は、ゆらぎ判定処理の手順を示すフローチャートである。このゆらぎ判定処理は、撮像装置１００のＣＰＵ１２１が、図示省略したＲＯＭに記憶されたゆらぎ判定処理プログラムに従って実行する。
【００２８】
図４において、撮像装置１００にメイン電源が投入されると、ＣＰＵ１２１は、先ず、ユーザによってシャッターボタンが半押しされて焦点検出動作が始まったか否かを判定し、焦点検出動作が始まるまで待機する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の判定の結果、焦点検出動作が始まると（ステップＳ１０１で「ＹＥＳ」）、ＣＰＵ１２１は、特定点Ａにおけるデフォーカス量を所定時間内にｎ回取得する（ステップＳ１０２）。特定点Ａは、ユーザが、被写体の撮像時に、焦点検出したいと思い、指定した焦点検出枠内の焦点検出の中心点である。撮像領域において空気ゆらぎが発生すると、空気の密度が連続的に変化し続けるので、焦点位置も連続的に変化する。従って、所定定時間、焦点検出を続けて焦点位置が変化する変化量に基づいて空気のゆらぎの有無を判定する。
【００２９】
図５は、撮影画像の焦点検出の中心を示す図である。図５において、撮影画像である人の顔における点Ａが、ユーザが焦点検出したいと思って指示した中心点とする。この場合、点Ａにおいて、デフォーカス量が所定時間内にｎ回取得される。所定時間は、ユーザによって適宜決定される。
【００３０】
次いで、ＣＰＵ１２１は、点Ａについてｎ回取得したデフォーカス量の標準偏差σを算出し（ステップＳ１０３）、算出された標準偏差σの閾値判定を行う。すなわち、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０３で求めた標準偏差σが所定の閾値ｔ１以上であるか否か判定する（ステップＳ１０４）。所定の閾値ｔ１（閾値Ａ）は、空気のゆらぎに起因してデフォーカス量がどれくらいばらつくかを考慮してユーザによって決定される。
【００３１】
ステップＳ１０４の判定の結果、標準偏差σが所定の閾値ｔ１以上（閾値Ａ以上）である場合（ステップＳ１０４で「ＹＥＳ」）、被写体かカメラが動いているか、または空気ゆらぎが発生している可能性がある。従って、ＣＰＵ１２１は、複数点、例えば、図５の点Ａ〜Ｅにおいてデフォーカス量をｎ回取得する（ステップＳ１０５）。図５の点Ｂ〜Ｅは、ユーザが指示した焦点検出の中心である点Ａからそれぞれ所定幅ｘずつ離れた点であり、点Ａを含む、例えば点Ａ〜Ｅの５点でデフォーカス量の検出をｎ回ずつ同時に行う。
【００３２】
ゆらぎ判定において、ある１点において検出された焦点位置が所定量変化していても、それが空気ゆらぎによるものか否かを断定することは困難である。例えば、撮影者の手ぶれによってカメラが前後に動いている場合などでも、検出される焦点位置は時間軸上で変化する。従って、焦点検出結果が所定値以上変化しても手ぶれによるものか、空気ゆらぎによるものかを判別することができない。また同様に、被写体が動いている場合、検出される焦点位置が時間軸上で変化するので、空気ゆらぎと断定することはできない。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、焦点位置の時間変動に加えて、空間における変動も考慮し、時間軸、および、空間軸上において検出される焦点位置が所定量以上変動しているか否かを判定することによって、空気ゆらぎによるものかどうかを判別する。
【００３４】
図６は、被写体移動と像面移動の関係を説明するための図であり、図７は、空気ゆらぎと像面移動の関係を説明するための図である。手ぶれによる焦点位置変動、もしくは被写体の動きによる焦点位置変動の場合、被写体はある一定の大きさを有するため、測距点どうしが比較的近い複数の測距点で同時に焦点を検出すると、同様の変化を示す。
【００３５】
図６の被写体における点Ｆと点Ｇは、被写体移動が起きた時、奥行き方向にほぼ同じ量の移動が発生するため、結像面におけるＦ’、Ｇ’も、ほぼ同じ量の移動が発生し、検出される焦点位置も両点ではほぼ同じとなる。しかしながら、図７に示したように、被写体までの距離が長く、空気ゆらぎの影響を受ける場合は、結像面から点Ｆと点Ｇまでの距離がそれぞれランダムに動いて見えるため、結像面でのＦ’、Ｇ’はそれぞれ異なるデフォーカス量となる。従って、検出される焦点位置も異なってくる。そこで、この特性を利用し、ある１点における焦点距離が時間軸上で所定量以上変化し、かつ隣接しあう測距点の焦点検出位置の差が所定量以上の場合は、空気ゆらぎが発生していると判断することができる。
【００３６】
図４に戻り、点Ａ〜Ｅにおけるデフォーカス量を測定した（ステップＳ１０５）後、ＣＰＵ１２１は、点Ａ〜Ｅのそれぞれのデフォーカス量の標準偏差σを算出する（ステップＳ１０６）。次いで、ＣＰＵ１２１は、点Ａ〜Ｅの標準偏差σの最大値σｍａｘと最小値σｍｉｎの差分を計算し、この差分が所定の閾値ｔ２以上（閾値Ｂ以上）か否かを判定する（ステップＳ１０７）。所定の閾値ｔ２は、空気のゆらぎに起因して点Ａ〜Ｅにおけるデフォーカス量がどれくらいばらつくかを考慮してユーザによって決定される。
【００３７】
ステップＳ１０７の判定の結果、σｍａｘとσｍｉｎの差分が閾値ｔ２以上である場合（ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」）、空間的に連続的にデフォーカス量が変化しつづけていると考えられる。従って、この場合、時間的（ステップＳ１０２）及び空間的（ステップＳ１０５）にデフォーカス量が変化しているので、ＣＰＵ１２１は、「ゆらぎ有り」と判定し（ステップＳ１０８）、本処理を終了する。
【００３８】
一方、ステップＳ１０４の判定の結果、ｎ回取得したデフォーカス量が所定の範囲内でばらついており、標準偏差σが所定の閾値ｔ１に満たない場合、被写体が動いていないか、カメラが動いていないか、または空気ゆらぎが発生していないと判断できる。従って、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０４の判定の結果、標準偏差σが所定の閾値ｔ１に満たない場合（ステップＳ１０４で「ＮＯ」）は、「ゆらぎ無し」と判定し（ステップＳ１０９）、本処理を終了する。また、ステップＳ１０７の判定の結果、σｍａｘ−σｍｉｎが閾値ｔ２未満である場合（ステップＳ１０７で「ＮＯ」）も、ＣＰＵ１２１は、「ゆらぎ無し」と判定し（ステップＳ１０９）、本処理を終了する。
【００３９】
以下、図４の処理において、空気ゆらぎが発生していると判定された場合の撮像処理について説明する。
【００４０】
焦点検出機能を備えた撮像装置は、通常、被写体の動きを予測して焦点検出を行う予測サーボ機能（以下、「予測サーボＡＦ」という。）を備えている。以下、予測サーボＡＦを有する撮像装置における撮像処理について説明する。
【００４１】
予測サーボＡＦは、焦点検出を行うタイミングで、過去何点分かのデフォーカス量を元に近似式を作り、該近似式に基づいて撮像する瞬間の焦点位置を予測してレンズを焦点位置に動かす合焦制御を行う。この制御は公知であり、例えば、特開平１−２８８８１４号公報等に開示されている。予測サーボＡＦは、動く被写体を撮像する場合に適用され、シャッターボタンを半押ししている間、動きに応じ連続してピントを合わせ続け、ピントが合ってからシャッタを切るまでに時間差がある場合、撮像の瞬間の被写体位置を予測して、ピント合わせが行われる。
【００４２】
しかしながら、空気ゆらぎがあった際に、予測サーボ機能を適用すると、空気ゆらぎによるデフォーカス量の変化が時間的にも空間的にもランダムであるために、実際のピント位置とは大きく違った焦点位置を予測する虞がある。そこで、本実施の形態では、「ゆらぎ有り」と判定された場合、予測サーボＡＦをオフにするか又は弱めることによって撮像レンズの駆動条件を制限し、これによって、焦点検出精度を向上させている。撮像レンズの駆動条件は、例えば、撮像レンズの移動量であり、撮像レンズの移動量が制限される。
【００４３】
予測サーボＡＦ機能をオフにするか又は弱める制限方法としては、例えば、予測サーボＡＦによって算出されたレンズ駆動量に補正係数Ｋを乗算してレンズ駆動量を補正する方法が挙げられる。すなわち、「ゆらぎ無し」の場合は、補正係数Ｋ＝１として予測サーボＡＦで算出されたレンズ駆動量をそのまま適用する。一方、「ゆらぎ有り」の場合は、係数Ｋを、Ｋ＜１として実際に予測サーボＡＦで算出されたレンズ駆動量よりも小さいレンズ駆動量を適用することによって、空気ゆらぎによる影響を軽減する。また、係数Ｋ＝０とすることによって、予測サーボＡＦ自体を適用しないという選択肢もあり得る。すなわち補正係数Ｋは、撮像装置の各個体の性能に合わせて、０以上、１以下（０≦  Ｋ  ≦１）の範囲内で適宜、最適な値に決定される。
【００４４】
本実施の形態によれば、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４で検出したデフォーカス量の時間的変動と、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７で検出したデフォーカス量の空間的変動を加味して空気ゆらぎの有無を判定する。すなわち、点Ａにおける焦点位置が時間軸上で所定量以上変化し、かつ隣接する焦点検出の測距点Ａ〜Ｅにおけるデフォーカス量のσｍａｘ−σｍｉｎが閾値ｔ２以上である場合、空気ゆらぎが発生していると判断する。これによって、空気ゆらぎの発生の有無を適正に判定することができる。
【００４５】
また、空気ゆらぎがある場合は、予測サーボＡＦによって算出されたレンズ駆動量に、０≦  Ｋ  ≦１の補正係数Ｋを乗じてレンズ駆動量を補正し、予測サーボＡＦ制御における空気ゆらぎの影響を軽減する。これによって、空気ゆらぎによって焦点距離が見かけ上変化してもピントが合った良好な画像を撮像することができる。
【００４６】
本実施の形態において、撮像素子１０７の瞳画素分割において、+ｘ、及び−ｘ方向にそれぞれ偏心した２つの副画素２０１ａ、２０１ｂを形成することによって、ｘ方向に輝度分布を有する被写体に対応した撮像素子構成とした。しかしながら、撮像素子構造は、これに限定されるものではなく、同様の構成をｙ方向にも展開することによって、ｙ方向に輝度分布を有する被写体にも対応した構成とすることができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、瞳分割をするために１画素中に偏心した２つの副画素が１次元方向のみに分割された例について説明したが、瞳分割方向は、特に限定されるものではない。すなわち、ｘ方向及びｙ方向のうちいずれか１方向、またはその両方向である２次元方向に瞳を分割するように複数の副画素を形成することもできる。
【００４８】
また、本実施の形態では、瞳分割をするために１マイクロレンズ当たり複数の副画素が配置された例を示したが、１マイクロレンズ当たり偏心させた画素を１つ配置し、それぞれ偏心量の異なる画素が形成されるように瞳を分割して焦点検出を行うこともできる。
【００４９】
本実施の形態において、時間的、空間的なデフォーカス量の変化を取得する際に、ノイズの影響を極力受けないようにするために、デフォーカス量を取得した後、波形データを周波数解析し、通過帯域を選択した上でデータを取得するようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態においては、デフォーカス量のばらつき具合を求めるために標準偏差σを用いたが、これ以外の、例えば、標準偏差の整数倍値、または、取得した複数のデフォーカス量の最小値と最大値との差分を用いてばらつきを求めることもできる。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５２】
上述の第１の実施の形態は、時間的にも空間的にもデフォーカス量が大きくばらついているときは空気ゆらぎと判定することとしている。この場合、焦点を検出する測距点Ａ〜Ｅ（図５参照）相互の間隔ｘの最適値は、空気ゆらぎの発生の仕方によって異なってくることが考えられる。また、デフォーカス量のばらつきがノイズの影響なのかゆらぎの影響なのかを区別することは難しい。このため、測距点Ａ〜Ｅ相互の間隔ｘとして、その時々に応じて最適な長さを選択することが望ましい。
【００５３】
そこで、本第２の実施の形態においては、複数の焦点検出位置における測距点相互の間隔を変動しつつデフォーカス量を測定する。
【００５４】
図８は、第２の実施の形態で実行されるゆらぎ判定処理の手順を示すフローチャートである。このゆらぎ判定処理は、第１の実施の形態と同様、図１の撮像装置１００のＣＰＵ１２１が、図示省略したＲＯＭに記憶された第２のゆらぎ判定処理プログラムに従って実行する。なお、本実施の形態に係る撮像装置のハード構成は、上述の第１の実施の形態に係る撮像装置と同様であるが、その制御構成が異なる。以下、第１の実施の形態におけるゆらぎ判定処理との相違点を中心に第２の実施の形態のゆらぎ判定処理について説明する。
【００５５】
図８において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４までの処理は、第１の実施の形態におけるステップＳ１０１〜１０４と同様であるので、説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ２０４の判定の結果、標準偏差σが所定の閾値ｔ１以上である場合（ステップＳ２０４で「ＹＥＳ」）、ＣＰＵ１２１は、測距点Ａ〜Ｅ相互の間隔ｘ（図５参照）をあらかじめ決められた最小値に設定する（ステップＳ２０５）。測距点Ａ〜Ｅ相互の間隔ｘは、空気ゆらぎの測定精度を考慮してユーザによって決定される。
【００５７】
次いで、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２０６〜Ｓ２０８の処理（第１の実施の形態におけるステップＳ１０５〜Ｓ１０７と同様）を行って測距点Ａ〜Ｅで取得したデフォーカス量の標準偏差σに所定以上のばらつきがあったかどうかを判定する。すなわち、ＣＰＵ１２１は、測距点Ａ〜Ｅで取得したデフォーカス量の標準偏差σを求め（ステップＳ２０７）、標準偏差σにおけるσｍａｘ−σｍｉｎが閾値ｔ２以上か否かを判定する（ステップＳ２０８）。
【００５８】
ステップＳ２０８の判定の結果、σｍａｘ−σｍｉｎが閾値ｔ２以上である場合（ステップＳ２０８で「ＹＥＳ」）、空気ゆらぎの影響である可能性もあるが、ノイズの影響である可能性もある。従って、ＣＰＵ１２１は、間隔ｘがあらかじめ設定された最大値に達したか否かを判定し（ステップＳ２０９）、まだ最大値に達していない場合（ステップＳ２０９で「ＮＯ」）、ｘの値に所定値ｍを加算する（ステップＳ２１２）。そして、その後、ＣＰＵ１２１は、ｍを加算して測距点相互の間隔を少し広げた状態で、ステップＳ２０６〜Ｓ２０９の処理を行い、間隔ｘが所定の最大値に達するまでこの処理を繰り返す。所定値ｍは、ゆらぎ判定精度を考慮してユーザによって決定される。
【００５９】
次いで、ＣＰＵ１２１は、間隔ｘが最大値に達した状態でも、なお所定値以上のばらつきが発生している場合（ステップＳ２０９で「ＹＥＳ」）、ＣＰＵ１２１は、空気ゆらぎ有りと判定し（ステップＳ２１０）、本処理を終了する。
【００６０】
一方、ステップＳ２０８の判定の結果、σｍａｘ−σｍｉｎが閾値ｔ２以下である場合（ステップＳ２０８で「ＮＯ」）、ＣＰＵ１２１は、ゆらぎなしと判定し（ステップＳ２１１）、本処理を終了する。
【００６１】
図８のゆらぎ判定処理において、ゆらぎ有りと判定された場合、第１の実施の形態と同様、予測サーボＡＦによって算出されたレンズ駆動量に０≦  Ｋ  ≦１の補正係数Ｋを乗じてレンズ駆動量を補正しつつ、撮像処理が実行される。
【００６２】
第２の実施の形態によれば、ゆらり有りと判定された場合、予測サーボＡＦによって算出されたレンズ駆動量に０≦  Ｋ  ≦１の補正係数Ｋを乗じてレンズ駆動量を制限するので、予測サーボＡＦ制御における空気ゆらぎの影響を軽減することができる。これによって、上記実施の形態と同様、空気ゆらぎによって焦点距離が見かけ上変化してもピントが合った良好な画像を撮像することができる。
【００６３】
本実施の形態によれば、幅方向に広がる複数の測距点を用いた空間軸におけるデータ取得条件を可変にしながらデフォーカス量の空間的なばらつきを取得してゆらぎ有無の判定を行う。これによって、ノイズの影響を回避してくゆらぎが発生しているか否かをより適正に判定することができるので、上記実施の形態と同様、空気ゆらぎがある場合は、その影響を軽減しつつ良好な画像を撮像することができる。
【００６４】
また、本実施の形態において、空間軸におけるデータ取得の条件を可変にしてゆらぎ有無の判定を行ったが、同様の方法を時間軸にも適用することができる。すなわち、時間軸上でも、データ取得の間隔が小さすぎるとノイズの影響を受けてしまう可能性があるので、測距時間間隔に最小値と最大値を設け、その範囲で、ステップＳ２０６〜２０９の処理を実行してゆらぎ判定精度を高めることができる。また時間軸、及び、空間的に、それぞれ最小値と最大値を設けて同様の処理を行うことによって、より精度よくゆらぎ判定を行うこともできる。
【００６５】
また、本実施の形態において、デフォーカス量のばらつきに基づいて空気のゆらぎ判定を行ったが、デフォーカス量のばらつきを、空気のゆらぎ判定以外に適用することもできる。すなわち、空気ゆらぎに起因する時間的、空間的なデフォーカス量の変化は、見方を変えれば焦点検出をする際のノイズとしてとらえることができる。従って、上述の判定方法を適用して、デフォーカス量のばらつきが被写体の移動に起因するものか、空気のゆらぎをはじめとするノイズによるものなのかを区別して被写体の移動判定を行うこともできる。デフォーカス量のばらつきが、被写体の移動に起因するものか、またはノイズに起因するものかを判別することは重要であり、その判別結果に応じて焦点検出方式を変更すれば、より精度の高い焦点検出につながる。
【符号の説明】
【００６６】
１００  撮像装置
１０１、１０３，１０５  撮像レンズ
１０７  撮像素子
１１４  フォーカスアクチュエータ
１２１  ＣＰＵ
１２６  フォーカス駆動回路
２１０  画素群
２１０Ｇ  画素
２０１ａ、２０１ｂ  副画素
２０２  瞳
２０３  マイクロレンズ
３０２  瞳
３０１ａ、３０１ｂ  副画素
【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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