(57)【要約】【課題】被写体の遠近競合が生じても良好な位相差検出方式での焦点検出を行う。【解決手段】焦点検出装置２０４は、撮影光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子２０１のうち焦点検出領域から得られる一対の像信号の位相差および該位相差に基づく撮影光学系のデフォーカス量のうち一方である検出量を演算する。該装置は、焦点検出領域内に複数の第１の領域１〜９を設け、該第１の領域ごとに検出量を演算する第１の演算手段２０４と、複数の第１の領域から基準領域５を選択し、該基準領域の検出量を基準検出量として設定する基準設定手段２１３と、複数の第１の領域のうち基準検出量に対する差が所定閾値より小さい第１の領域を第２の領域４，５，７，８，９として基準領域を含めて複数選択し、該複数の第２の領域の検出量を用いて焦点検出領域の検出量を演算する第２の演算手段２１３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子のうち焦点検出領域から得られる一対の像信号の位相差および該位相差に基づく前記撮影光学系のデフォーカス量のうち一方である検出量を演算する焦点検出装置であって、
前記焦点検出領域内に複数の第１の領域を設け、該第１の領域ごとに前記検出量を演算する第１の演算手段と、
前記複数の第１の領域から基準領域を選択し、該基準領域の前記検出量を基準検出量として設定する基準設定手段と、
前記複数の第１の領域のうち前記基準検出量に対する差が所定閾値より小さい第１の領域を第２の領域として前記基準領域を含めて複数選択し、該複数の第２の領域の前記検出量を用いて前記焦点検出領域の前記検出量を演算する第２の演算手段とを有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記基準設定手段は、前記複数の第１の領域のうち前記焦点検出領域の中央または所定の中央近傍範囲に位置する第１の領域を前記基準領域として選択することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記第１の領域ごとに前記検出量の信頼度を算出する信頼度算出手段を有し、
前記基準設定手段は、前記複数の第１の領域のうち前記信頼度が第１の信頼度より高い第１の領域を前記基準領域として選択することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記第１の領域ごとに前記検出量の信頼度を算出する信頼度算出手段を有し、
前記第２の演算手段は、前記複数の第１の領域のうち前記基準検出量に対する差が前記所定閾値より小さく、かつ前記信頼度が第２の信頼度より高い第１の領域を前記複数の第２の領域として選択することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記第２の演算手段は、前記焦点検出領域の像高が高いほど前記所定閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記第２の演算手段は、前記撮像素子の出力に対して適用されるゲインが大きいほど前記所定閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
【請求項７】
前記第２の演算手段は、前記基準領域における前記一対の像信号のうち少なくとも一方の像信号のコントラスト量が小さいほど前記所定閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
【請求項８】
前記検出量は前記デフォーカス量であり、
前記第２の演算手段は、前記撮影光学系の絞りが絞られているほど前記所定閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
【請求項９】
前記検出量は前記デフォーカス量であり、
前記第２の演算手段は、前記撮像素子から前記撮影光学系の射出瞳までの距離が短いほど前記所定閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
【請求項１０】
前記検出量は前記デフォーカス量であり、
前記第２の演算手段は、前記基準検出量が大きいほど前記所定閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
該焦点検出装置により得られた前記検出量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光学機器。
【請求項１２】
撮影光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子のうち焦点検出領域から得られる一対の像信号の位相差および該位相差に基づく前記撮影光学系のデフォーカス量のうち一方である検出量を演算する焦点検出処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであって、
前記焦点検出処理は、
前記焦点検出領域内に複数の第１の領域を設け、該第１の領域ごとに前記検出量を演算する処理と、
前記複数の第１の領域から基準領域を選択し、該基準領域の前記検出量を基準検出量として設定する処理と、
前記複数の第１の領域のうち前記基準検出量に対する差が所定閾値より小さい第１の領域を第２の領域として前記基準領域を含めて複数選択する処理と、
前記複数の第２の領域の前記検出量を用いて前記焦点検出領域の前記検出量を演算する処理とを有することを特徴とする焦点検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等の光学機器において位相差検出方式によるオートフォーカス（位相差ＡＦ）のための焦点検出を行う焦点検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差ＡＦは、被写体から撮影光学系に入射した光を分割して一対の被写体像を形成し、該一対の被写体像を受光センサにより光電変換して得られた一対の像信号の位相差からデフォーカス量を求め、該デフォーカス量を用いてフォーカス制御を行うＡＦ方式である。また、このような位相差ＡＦとして、撮影画像を取得するための撮像を行う撮像素子を受光センサとして用いる、いわゆる撮像面位相差ＡＦがある。撮像面位相差ＡＦでは、撮像素子に設けられたそれぞれマイクロレンズを有する複数の画素により一対の被写体像を形成し、これらを光電変換して一対の像信号を得る。
【０００３】
これら位相差ＡＦでは、図１３（ａ），（ｂ）に示すように撮像画面内のＡＦ領域に互いに距離が異なる複数の被写体が含まれる場合、すなわち被写体の遠近競合が生じている場合に、近側の被写体と遠側の被写体のいずれにも合焦せずにＡＦが完了することがある。特許文献１には、ＡＦ領域での位相差検出により被写体の遠近競合があると判定した場合に、そのＡＦ領域を含むように複数の小ＡＦ領域を新設し、該小ＡＦ領域ごとに再度位相差検出を行うことで、遠近競合による不完全なＡＦを回避する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−０１５６０３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、特許文献１にて開示された方法のように位相差検出の結果から遠近競合を判定するごとに新たな小ＡＦ領域を設定し直して再度位相差を検出するのでは、ＡＦが完了するまでに要する時間が長くなる。また、小ＡＦ領域を新設して再度位相差を検出しても、小ＡＦ領域の位置や大きさによっては必ずしも遠近競合を回避できるとは限らない。さらに、もとのＡＦ領域よりも小さい小ＡＦ領域の設定によって、動きのある被写体に対する位相差ＡＦの追従ができなくなる可能性もある。
【０００６】
本発明は、被写体の遠近競合が生じても高速かつ良好な位相差検出方式での焦点検出を行うことができるようにした焦点検出装置およびこれを備えた光学機器等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての焦点検出装置は、撮影光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子のうち焦点検出領域から得られる一対の像信号の位相差および該位相差に基づく撮影光学系のデフォーカス量のうち一方である検出量を演算する。該焦点検出装置は、焦点検出領域内に複数の第１の領域を設け、該第１の領域ごとに検出量を演算する第１の演算手段と、複数の第１の領域から基準領域を選択し、該基準領域の検出量を基準検出量として設定する基準設定手段と、複数の第１の領域のうち基準検出量に対する差が所定閾値より小さい第１の領域を第２の領域として基準領域を含めて複数選択し、該複数の第２の領域の検出量を用いて焦点検出領域の検出量を演算する第２の演算手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
なお、上記焦点検出装置と、該焦点検出装置により得られた検出量を用いてフォーカス制御を行う制御手段とを有する光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。
【０００９】
また、本発明の他の一側面としての焦点検出プログラムは、撮影光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子のうち焦点検出領域から得られる一対の像信号の位相差および該位相差に基づく撮影光学系のデフォーカス量のうち一方である検出量を演算する焦点検出処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムである。そして、焦点検出処理は、焦点検出領域内に複数の第１の領域を設け、該第１の領域ごとに検出量を演算する処理と、複数の第１の領域から基準領域を選択し、該基準領域の検出量を基準検出量として設定する処理と、複数の第１の領域のうち基準検出量に対する差が所定閾値より小さい第１の領域を第２の領域として基準領域を含めて複数選択する処理と、複数の第２の領域の検出量を用いて焦点検出領域の検出量を演算する処理とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、位相差検出方式において、被写体の遠近競合が生じても高速かつ良好な焦点検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１であるレンズ交換式カメラシステムの構成を示すブロック図。
【図２】撮像面位相差ＡＦに非対応の画素配列と撮像面位相差ＡＦに対応した画素配列とを示す図。
【図３】実施例１（および本発明の実施例２）における撮像処理を示すフローチャート。
【図４】実施例１（および実施例２）における静止画撮像処理を示すフローチャート。
【図５】実施例１における焦点検出処理を示すフローチャート。
【図６】実施例１における使用像ずれ量設定処理を示すフローチャート。
【図７】実施例１における焦点検出処理で用いられるＡＦ領域を示す図。
【図８】図７に示したＡＦ領域から得られる像信号を示す図。
【図９】図８に示す像信号のシフト量と相関量との関係を示す図。
【図１０】図８に示す像信号のシフト量と相関変化量との関係を示す図。
【図１１】実施例１における像ずれ量差閾値の設定処理を示すフローチャート。
【図１２】実施例１（および実施例２）におけるＡＦ処理を示すフローチャート。
【図１３】遠近競合状態とその状態で発生する偽合焦の例を示す図。
【図１４】実施例１におけるＡＦ領域と走査ラインとの関係を示す図。
【図１５】実施例１におけるＡＦ領域内の走査ラインから基準走査ラインを選択する方法を示す図。
【図１６】実施例１におけるＡＦ領域での遠近競合回避例を示す図。
【図１７】撮像面位相差検出方式での図２とは別の画素構成例を示す図。
【図１８】実施例２における焦点検出処理を示すフローチャート。
【図１９】実施例２における使用デフォーカス量設定処理を示すフローチャート。
【図２０】実施例２におけるデフォーカス量差閾値の設定処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１には、本発明の実施例１である光学機器としてのレンズ交換型撮像装置（以下、単にカメラという）２０の構成を示している。カメラ２０には、交換レンズ１０が取り外し可能に装着される。カメラ２０と交換レンズ１０によりカメラシステムが構成される。
【００１４】
まず、交換レンズ１０の構成について説明する。交換レンズ１０には、固定レンズ１０１、絞り１０２およびフォーカスレンズ１０３を含む撮影光学系が収容されている。絞り１０２は、レンズ制御部１０６により制御される絞り駆動部１０４により駆動され、後述する撮像素子２０１への入射光量を制御する。フォーカスレンズ１０３は、レンズ制御部１０６により制御されるフォーカスレンズ駆動部１０５により駆動され、フォーカスレンズ１０３を撮影光学系の光軸方向に移動させる。
【００１５】
レンズ操作部１０７は、ＡＦ（オートフォーカス）モードとＭＦ（マニュアルフォーカス）モードの切り替え、撮影距離範囲の設定および防振（像振れ補正）のオン／オフ設定等、ユーザが交換レンズ１０に関する各種設定を行うためのスイッチ等の操作部材を含む。レンズ操作部１０７が操作されると、その操作に応じた操作信号がレンズ制御部１０６に入力され、レンズ制御部１０６が該操作信号に応じた制御を行う。
【００１６】
レンズ制御部１０６は、マイクロコンピュータにより構成され、後述するカメラ制御部２１２から受信した制御命令に応じて絞り駆動部１０４やフォーカスレンズ駆動部１０５を制御し、また、交換レンズ１０の各種情報をカメラ制御部２１２に送信する。
【００１７】
次に、カメラ２０の構成について説明する。撮像素子２０１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成されている。被写体から撮影光学系を通ってカメラ２０内に入射した光は撮像素子２０１の受光面上に被写体像を形成する。撮像素子２０１は、被写体像を受光面上に配列された複数の画素のそれぞれに設けられたフォトダイオードにより光電変換（撮像）して電荷を蓄積する。各フォトダイオードに蓄積された電荷は、カメラ制御部２１２の指令に応じてタイミングジェネレータ２１５が出力するタイミング信号ごとに電圧信号として読み出される。
【００１８】
本実施例で用いられる撮像素子２０１の各画素は、２つ（一対）のフォトダイオードＡ，Ｂとこれら一対のフォトダイオードＡ，Ｂに対して設けられた１つのマイクロレンズとより構成されている。各画素は、入射する光をマイクロレンズで分割して一対のフォトダイオードＡ，Ｂ上に一対の光学像を形成し、該一対のフォーダイオードＡ，Ｂから後述するＡＦ用信号に用いられる一対の画素信号（Ａ信号およびＢ信号）を出力する。また、一対のフォトダイオードＡ，Ｂの出力を加算することで、撮像用信号（Ａ＋Ｂ信号）を得ることができる。
【００１９】
複数の画素から出力された複数のＡ信号と複数のＢ信号をそれぞれ合成することで、撮像面位相差検出方式によるＡＦ（以下、撮像面位相差ＡＦという）に用いられるＡＦ用信号（言い換えれば、焦点検出用信号）としての一対の像信号が得られる。後述するＡＦ信号処理部２０４は、該一対の像信号に対する相関演算を行って、これら一対の像信号のずれ量である位相差（以下、像ずれ量という）を算出し、さらに該像ずれ量から撮影光学系のデフォーカス量（およびデフォーカス方向）を算出する。
【００２０】
図２（ａ）には撮像面位相差ＡＦに対応していない画素構成を、図２（ｂ）は撮像面位相差ＡＦに対応した画素構成を示している。いずれの図においても、ベイヤー配列が用いられており、Ｒは赤のカラーフィルタを、Ｂは青のカラーフィルタを、Ｇｒ，Ｇｂは緑のカラーフィルタを示している。撮像面位相差ＡＦに対応する図２（ｂ）に示す画素構成では、図２（ａ）に示した撮像面位相ＡＦに非対応の画素構成における１画素（実線で囲んで示す）に相当する画素内に、図の水平方向に２分割された２つのフォトダイオードＡ，Ｂが設けられている。なお、図２（ｂ）に示した画素の分割方法は例に過ぎず、図の垂直方向に分割したり、水平および垂直方向に２分割ずつ（計４分割）したりしてもよい。また、同じ撮像素子内において互いに異なる分割方法で分割された複数種類の画素が含まれてもよい。
【００２１】
ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、撮像素子２０１から読み出されたＡＦ用信号および撮像用信号に対して、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング、ゲイン調節およびＡＤ変換を行う。該コンバータ２０２は、これらの処理を行った撮像用信号およびＡＦ用信号をそれぞれ、画像入力コントローラ２０３およびＡＦ信号処理部２０４に出力する。
【００２２】
画像入力コントローラ２０３は、コンバータ２０２から出力された撮像用信号をバス２１を介してＳＤＲＡＭ２０９に画像信号として格納する。ＳＤＲＡＭ２０９に格納された画像信号は、バス２１を介して表示制御部２０５によって読み出され、表示部２０６に表示される。また、画像信号の記録を行う録画モードでは、ＳＤＲＡＭ２０９に格納された画像信号は記録媒体制御部２０７によって半導体メモリ等の記録媒体２０８に記録される。
【００２３】
ＲＯＭ２１０には、カメラ制御部２１２が実行する制御プログラムや処理プログラムおよびこれらの実行に必要な各種データ等が格納されている。フラッシュＲＯＭ２１１には、ユーザにより設定されたカメラ２０の動作に関する各種設定情報等が格納されている。
【００２４】
焦点検出装置としてのＡＦ信号処理部２０４は、コンバータ２０２から出力されたＡＦ用信号である一対の像信号に対して相関演算を行い、これら一対の像信号の像ずれ量や信頼度を算出する。信頼度は、後述する２像一致度と相関変化量の急峻度を用いて算出される。また、ＡＦ信号処理部２０４は、撮像画面内で焦点検出およびＡＦを行う領域であるＡＦ領域（焦点検出領域）の位置および大きさの設定を行う。ＡＦ信号処理部２０４は、ＡＦ領域で算出した像ずれ量（検出量）および信頼度の情報をカメラ制御部２１２に出力する。
【００２５】
ＡＦ信号処理部２０４は、遠近競合判定部２１３を有する。遠近競合判定部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４により設定されたＡＦ領域に互いに距離が異なる複数の被写体が存在する遠近競合が生じている状態か否かを判定し、その判定結果に応じて像ずれ量の算出方法を変更する。これにより、遠近競合の影響を抑えた撮像面位相差ＡＦを可能とする。
【００２６】
カメラ制御部２１２は、ＡＦ信号処理部２０４および遠近競合判定部２１３が求めた像ずれ量、信頼度および交換レンズ１０とカメラ２０の状態を示す情報に基づいて、必要に応じてＡＦ信号処理部２０４または遠近競合判定部２１３の設定を変更する。例えば、ＡＦ信号処理部２０４に対して像ずれ量が所定量以上である場合には相関演算を行う領域を広く設定したり、一対の像信号のコントラストに応じてバンドパスフィルタの種類を変更したりする。また、遠近競合判定部２１３に対して、カメラ２０において設定されたＡＦ領域の位置や交換レンズ１０の絞り１０２の情報に応じて、遠近競合判定に用いる閾値を変更する。相関演算の詳細については後述する。
【００２７】
なお、本実施例では撮像用信号およびＡＦ用信号である一対の像信号の計３つの信号を撮像素子２０１から取得する。ただし、撮像素子２０１の負荷を考慮して、例えば撮像用信号と１つのＡＦ用像信号の計２つの信号を取り出し、取り出した撮像用信号とＡＦ用像信号の差分をもう１つのＡＦ用像信号として用いてもよい。
【００２８】
カメラ制御部２１２は、カメラ２０内の各部と情報をやり取りしながらこれらを制御する。また、カメラ制御部２１２は、ユーザ操作に基づくカメラ操作部２１４からの入力に応じて、電源のＯＮ／ＯＦＦ、各種設定の変更、撮像処理、ＡＦ処理、記録画像の再生処理等、ユーザ操作に対応する様々な処理を実行する。さらに、カメラ制御部２１２は、交換レンズ１０（レンズ制御部１０６）に対する制御命令やカメラ２０の情報をレンズ制御部１０６に送信したり、交換レンズ１０の情報をレンズ制御部１０６から取得したりする。カメラ制御部２１２は、マイクロコンピュータにより構成され、ＲＯＭ２１０に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、交換レンズ１０を含むカメラシステム全体の制御を司る。
【００２９】
カメラ制御部２１２は、ＡＦ信号処理部２０４にて算出されたＡＦ領域での像ずれ量を用いてデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量に基づいてレンズ制御部１０６を通じてフォーカスレンズ１０３の駆動を制御する。ここにいう特定のＡＦ領域は、ユーザがカメラ操作部２１４を通じて設定した位置を中央として配置される領域である。
【００３０】
なお、本実施例ではユーザがカメラ操作部２１４を通じてＡＦ領域を設定（配置）するが、カメラ２０が撮像画面内から特定の被写体（例えば、人物の顔）を検出する機能を備えている場合にその検出結果に基づいてＡＦ領域を設定するようにしてもよい。
【００３１】
図１３（ａ），（ｂ）を用いて被写体の遠近競合について説明する。位相差ＡＦでは、捉えている被写体に遠近競合が発生していると、近側の被写体と遠側の被写体のどちらにも合焦していない状態であるにもかかわらず、合焦した状態であると誤判定してＡＦを完了する場合がある。これは、相関演算を行う際に、近側と遠側の被写体の距離のどちらかに対応する相関量ではなく、それらの間の距離（中間距離）に対応する相関量が最も大きくなるためである。さらに、中間距離に対応する位置にフォーカスレンズが位置するとき、その中間距離よりも近側と遠側にそれぞれデフォーカス方向が異なる被写体が存在することによって相関量の均衡がとれてデフォーカス量が小さくなり、合焦状態と誤判定するためである。
【００３２】
この問題を解決するために、本実施例では、ＡＦ領域内に互いに距離が異なる複数の被写体が存在する場合でも、撮像素子２０１におけるＡＦ領域内の画素ラインごとに算出した像ずれ量の中から特定の１つの距離の被写体に対する像ずれ量のみを使用する。具体的には、遠近競合判定部２１３は、遠近競合が発生しているＡＦ領域内で主被写体と判定できる１つの被写体を選択し、該選択被写体に対する像ずれ量のみを使用してデフォーカス量を算出し、ＡＦを行う。これにより、従来であれば合焦状態と誤判定してぼけが生じていた主被写体に対して合焦状態を得ることができる。この遠近競合判定部２１３が行う処理（以下、遠近競合回避処理という）については後述する。
【００３３】
以下、カメラ２０で行われる処理について説明する。カメラ制御部２１２は、コンピュータプログラムである撮像処理プログラムに従って以下の処理を行う。
【００３４】
図３のフローチャートには、撮像処理の手順を示している。Ｓはステップを意味する。
【００３５】
Ｓ３０１において、カメラ制御部２１２は、各種設定の初期化処理を行う。
【００３６】
Ｓ３０２では、カメラ制御部２１２は、カメラ２０の撮像モードが動画撮像モードか静止画撮像モードかを判定する。カメラ制御部２１２は、動画撮像モードである場合はＳ３０３に、静止画撮像モードである場合はＳ３０４に進む。
【００３７】
Ｓ３０３では、カメラ制御部２１２は、動画撮像処理を行い、Ｓ３０５に進む。Ｓ３０４では、カメラ制御部２１２は、静止画撮像処理を行い、Ｓ３０５に進む。遠近競合回避処理は動画撮像モードと静止画撮像モードのいずれでも行うことは可能であるが、本実施例では静止画撮像モードで遠近競合回避処理を行う場合について説明する。本実施例では、動画撮像処理についての説明は省略する。
【００３８】
Ｓ３０５では、カメラ制御部２１２は、撮像処理が停止されたか否かを判定する。撮像処理が停止されたときとは、カメラ操作部２１４を通じてカメラ２０の電源がオフされたときや、ユーザによる設定処理や、撮影画像を確認するための再生処理等、撮像処理以外の動作が行われたときである。撮像処理が停止されていない場合はＳ３０６に進み、停止された場合は撮像処理を終了する。
【００３９】
Ｓ３０６では、カメラ制御部２１２は、撮像モードが変更されたか否かを判定する。変更された場合は、カメラ制御部２１２はＳ３０１に戻り、初期化処理を行った上で変更された撮像モードでの撮像処理を行う。一方、撮像モードが変更されていない場合は、カメラ制御部２１２はＳ３０２に戻り、現在の撮像モードでの処理を継続して行う。
【００４０】
次に、図３におけるＳ３０４で行われる静止画撮像処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００４１】
Ｓ４０１では、カメラ制御部２１２は、ＡＦ信号処理部２０４（遠近競合判定部２１３を含む）に焦点検出処理を行わせる。焦点検出処理は、撮像面位相差ＡＦを行うためのデフォーカス量と信頼度の情報を取得する処理であり、その詳細については後述する。
【００４２】
次にＳ４０２では、カメラ制御部２１２は、カメラ操作部２１４からＡＦ処理の開始指示（以下、ＡＦ指示という）が入力（オン）されたか否かを判定する。ＡＦ指示は、カメラ２０に設けられたシャッターボタンが半押し操作された場合や、ＡＦを実行させるＡＦＯＮボタンが押された場合等にカメラ操作部２１４から出力される。カメラ制御部２１２は、ＡＦ指示が入力された場合はＳ４０３に進み、ＡＦ指示が入力されていない場合はＳ４０４に進む。
【００４３】
Ｓ４０３では、カメラ制御部２１２は、ＡＦ処理を行う。このＡＦ処理については後述する。
【００４４】
Ｓ４０４では、カメラ制御部２１２は、カメラ操作部２１４から撮像処理の開始指示（以下、撮像指示という）が入力（オン）されたか否かを判定する。撮像指示はシャッターボタンが全押し操作さけた場合等にカメラ操作部２１４から出力される。カメラ制御部２１２は、撮像指示が入力された場合はＳ４０５に進み、撮像指示が入力されていない場合はＳ４０７に進む。
【００４５】
Ｓ４０５では、カメラ制御部２１２は、Ｓ４０３でのＡＦ処理によって現在、合焦停止状態にあるか否かを判定する。合焦停止状態とは、撮影光学系が合焦状態となってフォーカスレンズ１０３が停止した状態である。合焦停止状態でない場合は、カメラ制御部２１２はＳ４０３に進み、ＡＦ処理を開始または継続することで合焦状態を得る。合焦停止状態である場合は、カメラ制御部２１２はＳ４０６に進み、撮像処理を行い、記録媒体制御部２０７を介して記録媒体２０８に撮影画像（記録画像）を保存してＳ４０７に進む。
【００４６】
Ｓ４０７では、カメラ制御部２１２は、合焦停止状態を解除して静止画撮像処理を終了する。
【００４７】
次に、図５のフローチャートを用いて、図４のＳ４０１にてＡＦ信号処理部２０４が行う焦点検出処理について説明する。ＡＦ信号処理部２０４は、マイクロコンピュータにより構成され、コンピュータプログラムとしての焦点検出プログラム（撮像処理プログラムの一部であってもよい）に従って焦点検出処理を行う。
【００４８】
まず、Ｓ５０１では、ＡＦ信号処理部２０４は、撮像画面（つまりは撮像素子２０１）上においてＡＦの対象となるＡＦ領域（焦点検出領域）の設定を行う。ＡＦ領域の設定は、前述したようにユーザによるカメラ操作部２１４を通じた指示に基づいて又は特定の被写体の検出結果に基づいて行われる。
【００４９】
次にＳ５０２では、ＡＦ信号処理部２０４は、撮像素子２０１におけるＡＦ領域に含まれる複数の画素からＡＦ用信号としての一対の像信号を取得する。
【００５０】
次にＳ５０３では、ＡＦ信号処理部２０４は、取得した一対の像信号を１画素（１ビット）ずつ相対的にシフトさせながらこれら一対の像信号の相関量を算出する。相関量の算出は、ＡＦ領域内（焦点検出領域内）に設けた複数の画素ライン（第１の領域：以下、走査ラインという）のそれぞれにおいて後述するように行う。なお、この後のＳ５０４からＳ５０７までの処理も同様に走査ラインごとに行われる。
【００５１】
図１４には、ＡＦ領域における走査ラインの例を示す。この例では、矩形のＡＦ領域内に、水平方向に延びる９本の走査ライン１〜９が垂直方向に互いに隣接して並ぶように設けられている。なお、走査ラインの本数や延びる方向はこれに限らない。
【００５２】
次にＳ５０４では、ＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０３で算出した走査ラインごとの相関量から相関変化量を求める。相関変化量の算出方法については、後述する。
【００５３】
そして、Ｓ５０５では、ＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０４で算出した相関変化量を用いて走査ラインごとの像ずれ量を算出する。像ずれ量の算出方法については後述する。
【００５４】
さらに、Ｓ５０６では、ＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０５で算出された像ずれ量の信頼性の高さを表す信頼度を走査ラインごとに算出する。信頼度の算出方法については後述する。ＡＦ信号処理部２０４は、第１の演算手段および信頼度算出手段に相当する。
【００５５】
次にＳ５０７では、遠近競合判定部２１３は、Ｓ５０５で算出された走査ラインごとの像ずれ量とＳ５０６で算出された走査ラインごとの信頼度とに基づいて、ＡＦ領域内のどの走査ラインの像ずれ量をデフォーカス量の算出に使用するかを決定する。ここでの処理である使用像ずれ量設定処理は、遠近競合の影響を抑えたＡＦ領域の像ずれ量の算出に使用する像ずれ量を設定する処理であり、その詳細については後述する。遠近競合判定部２１３は、基準設定手段および第２の演算手段に相当する。
【００５６】
次にＳ５０８では、ＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０７で最終的に算出されたＡＦ領域の像ずれ量を用いて該ＡＦ領域のデフォーカス量を算出し、焦点検出処理を終了する。
【００５７】
次に、焦点検出処理について詳細に説明する。図７には、焦点検出処理において撮像素子２０１の画素アレイ７０１上でのＡＦ領域７０２の例を示している。ＡＦ領域７０２の両側のシフト領域７０３は、相関演算に必要な領域である。このため、ＡＦ域７０２とシフト領域７０３とを合わせた領域７０４が相関演算に必要な画素領域である。図中のｐ，ｑ，ｓ，ｔはそれぞれ、水平方向（ｘ軸方向）での座標を表し、ｐとｑはそれぞれ画素領域７０４の始点と終点のｘ座標を、ｓとｔはそれぞれＡＦ領域７０２の始点と終点のｘ座標を示している。
【００５８】
図８は、図７に示したＡＦ領域７０２に含まれる複数の画素から取得したＡＦ用の一対の像信号の例を示す。実線８０１が一方の像信号Ａであり、破線８０２が他方の像信号Ｂである。図８（ａ）はシフト前の像信号Ａ，Ｂを示し、図８（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、像信号Ａ，Ｂを図８（ａ）の状態からプラス方向およびマイナス方向にシフトした状態を示している。一対の像信号Ａ８０１，Ｂ８０２の相関量を算出する際には、像信号Ａ８０１，Ｂ８０２の両方を矢印の方向に１ビットずつシフトする。
【００５９】
次に、相関量の算出方法について説明する。まず、図８（ｂ），（ｃ）に示すように像信号Ａ８０１，Ｂ８０２をそれぞれ１ビットずつシフトして、像信号Ａ８０１，Ｂ８０２の差の絶対値の和を算出する。シフト量をｉとし、最小シフト量をｐ−ｓとし、最大シフト量をｑ−ｔとし、ｘをＡＦ領域７０２の開始座標とし、ｙをＡＦ領域７０２の終了座標とするとき、相関量ＣＯＲは以下の式（１）によって算出することができる。
【００６０】
【数１】
2016194665.tif 000003
【００６１】
図９（ａ）には、シフト量と相関量ＣＯＲとの関係の例を示している。横軸はシフト量を示し、縦軸は相関量ＣＯＲを示す。シフト量とともに変化する相関量９０１における極値付近９０２，９０３のうち、より小さい相関量に対応するシフト量において一対の像信号Ａ，Ｂの一致度が最も高くなる。
【００６２】
次に、相関変化量の算出方法について説明する。図９（ａ）に示した相関量９０１の波形における１シフトおきの相関量の差を相関変化量として算出する。シフト量をｉとし、最小シフト量をｐ−ｓとし、最大シフト量をｑ−ｔとすると、相関変化量ΔＣＯＲは以下の式（２）によって算出することができる。
【００６３】
【数２】
2016194665.tif 000004
【００６４】
図１０（ａ）には、シフト量と相関変化量ΔＣＯＲとの関係の例を示している。横軸はシフト量を示し、縦軸は相関変化量ΔＣＯＲを示す。シフト量とともに変化する相関変化量１００１は、１００２，１００３の部分でプラスからマイナスになる。相関変化量が０となる状態をゼロクロスと呼び、一対の像信号Ａ，Ｂの一致度が最も高くなる。したがって、ゼロクロスを与えるシフト量が像ずれ量となる。
【００６５】
図１０（ｂ）には、図１０（ａ）中の１００２で示した部分を拡大して示す。１００４は相関変化量１００１の一部分である。この図１０（ｂ）を用いて像ずれ量ＰＲＤの算出方法について説明する。
【００６６】
ゼロクロスを与えるシフト量（ｋ−１＋α）は、整数部分β（＝ｋ−１）と小数部分αとに分けられる。小数部分αは、図中の三角形ＡＢＣと三角形ＡＤＥとの相似の関係から、以下の式（３）によって算出することができる。
【００６７】
【数３】
2016194665.tif 000005
【００６８】
整数部分βは、図１０（ｂ）から以下の式（４）によって算出することができる。
【００６９】
β＝ｋ−１          （４）
そして、αとβの和から像ずれ量ＰＲＤを算出することができる。
【００７０】
図１０（ａ）に示したように相関変化量ΔＣＯＲのゼロクロスが複数存在する場合は、その付近での相関変化量ΔＣＯＲの変化の急峻性がより大きい方を第１のゼロクロスとする。この急峻性はＡＦの行い易さを示す指標であり、値が大きいほど精度良いＡＦを行い易い点であることを示す。急峻性maxderは、以下の式（５）によって算出することができる。
【００７１】
【数４】
2016194665.tif 000006
【００７２】
このように、本実施例では、相関変化量のゼロクロスが複数存在する場合は、その急峻性によって第１のゼロクロスを決定し、この第１のゼロクロスを与えるシフト量を像ずれ量とする。
【００７３】
次に、像ずれ量の信頼度の算出方法について説明する。像ずれ量の信頼度は、一対の像信号Ａ，Ｂの一致度（以下、２像一致度という）fnclvlと上述した相関変化量の急峻性によって定義することができる。２像一致度は、像ずれ量の精度を表す指標であり、本実施例における相関演算手法ではその値が小さいほど精度が良いことを示す。
【００７４】
図９（ｂ）には、図９（ａ）中の９０２で示した部分を拡大したもので、９０４が相関量９０１の一部分である。２像一致度fnclvlは、図９（ｂ）から分かるように、以下の式（６）によって算出することができる。
【００７５】
【数５】
2016194665.tif 000007
【００７６】
次に、図６のフローチャートを用いて、図５のＳ５０７で遠近競合判定部２１３が行う使用像ずれ量設定処理について説明する。
【００７７】
Ｓ６０１では、遠近競合判定部２１３は、ＡＦ領域内で信頼度が所定値より高い走査ラインがないか否かを判定する。遠近競合判定部２１３は、そのような走査ラインがない場合はＳ６０２に進み、そのような走査ラインがある場合はＳ６０３に進む。ここでの信頼度に対する所定値としては、それよりも高ければ像ずれ量から算出されるデフォーカス量が信用できる又はデフォーカス方向だけは信用できるとみなせる値を設定するのが望ましい。
【００７８】
Ｓ６０２では、遠近競合判定部２１３は、ＡＦ領域内の複数の走査ラインのそれぞれから算出された像ずれ量のすべてを平均した値を「使用像ずれ量」として決定し、本処理を終了する。ＡＦ領域内の走査ラインに信頼度の高いものがない場合、すなわちデフォーカス量やデフォーカス方向が信用できない場合には、そもそもそのデフォーカス量を用いてＡＦを行うことができない。このため、このＡＦ領域で決定する像ずれ量はあまり意味をなさない可能性が高いため、本実施例では遠近競合回避のための走査ラインの選択を行わずにすべての走査ラインを用いる。
【００７９】
一方、Ｓ６０３では、遠近競合判定部２１３は、ＡＦ領域内の中央または中央により近い位置にあり、かつ信頼度が上記所定値（第１の信頼度）より高い走査ラインを基準走査ライン（基準領域）として選択する。
【００８０】
次にＳ６０４では、遠近競合判定部２１３は、Ｓ６０３で選択した基準走査ラインが複数存在するか否かを判定する。すなわち、Ｓ６０３において、信頼度が所定値より高く、ＡＦ領域内の中央からの距離が同じ複数の基準走査ラインを選択したか否かを判定する。遠近競合判定部２１３は、例えば図１５（ａ），（ｂ）に示すように選択した基準走査ラインが複数存在する場合はＳ６０５に進み、図１５（ｃ）に示すように選択した基準走査ラインが１つである場合はＳ６０６に進む。
【００８１】
Ｓ６０５では、遠近競合判定部２１３は、変数Ｘに、選択した基準走査ラインで得られた像ずれ量の平均値を設定する。そして、Ｓ６０７に進む。一方、Ｓ６０６では、遠近競合判定部２１３は、変数Ｘに、選択した基準走査ラインで得られた像ずれ量を設定する。Ｓ６０５およびＳ６０６では、変数Ｘとして、遠近競合判定（または遠近競合処理）を行うための基準となる像ずれ量である基準像ずれ量（基準検出量）を設定する。すなわち、基準走査ラインが１つであればその基準走査ラインで得られた像ずれ量を基準像ずれ量（Ｘ）として設定し、基準走査ラインが複数であればそれら基準走査ラインで得られた像ずれ量の平均値を基準像ずれ量（Ｘ）として設定する。
【００８２】
本実施例では、ユーザがピントを合わせたい主被写体がＡＦ領域の中央付近に存在する可能性が高いという前提で、ＡＦ領域の中央または所定の中央近傍範囲内（例えば中央から１走査ライン内）の走査ラインをＳ６０３で優先的に基準走査ラインとして選択する。
【００８３】
こうして遠近競合判定を行うための基準像ずれ量を設定した後、遠近競合判定部２１３は、Ｓ６０７からＳ６１７で遠近競合判定を行い、ＡＦ領域内での遠近競合を考慮した「使用像ずれ量」を算出する。
【００８４】
まず、Ｓ６０７では、遠近競合判定部２１３は、変数Ｐ，Ｍ，Ｎにそれぞれ、０，１，０の初期値を設定して、Ｓ６０８に進む。変数Ｐは像ずれ量の保持用変数であり、変数ＭはＡＦ領域内の走査ラインの番号を示す変数である。変数ＮはＡＦ領域内の使用像ずれ量の算出に用いる走査ライン数を保持するための変数である。
【００８５】
次にＳ６０８では、遠近競合判定部２１３は、像ずれ量差閾値（所定閾値）を設定する。遠近競合判定部２１３は、後述する遠近競合判定処理において基準像ずれ量と各走査ラインから得られる像ずれ量との差分を計算し、その差分の大小を判定するために像ずれ量差閾値を設定する。像ずれ量差閾値は、カメラ２０のパラメータや交換レンズ１０のパラメータに応じて設定する。像ずれ量差閾値の設定処理の詳細は後述する。
【００８６】
次にＳ６０９では、遠近競合判定部２１３は、変数Ｍがこの後の処理の対象となるＡＦ領域内の走査ライン数以下であるか否かを判定し、変数Ｍが走査ライン数以下である場合はＳ６１０に進み、そうでない場合はＳ６１５に進む。ここでは、後述するループ処理で変数Ｍをカウントアップしていき、変数ＭがＡＦ領域内の走査ライン数を上回ると全走査ラインに対する処理が完了したとしてＳ６１５に移行する。
【００８７】
Ｓ６１０では、遠近競合判定部２１３は、ＡＦ領域内のＭ番目の走査ラインから得られた像ずれ量と基準像ずれ量Ｘとの差分を算出し、その差分がＳ６０８で設定した像ずれ量差閾値以下（より小さい）か否かを判定する。遠近競合判定部２１３は、上記差分が像ずれ量差閾値以下であればＳ６１１に進み、閾値以下でない場合はＳ６１４に進む。
【００８８】
Ｓ６１１では、遠近競合判定部２１３は、Ｍ番目の走査ラインの信頼度が所定値（第２の信頼度）より高いか否かを判定する。ここでの所定値も、Ｓ６０１およびＳ６０３で用いた所定値と同じとする。ただし、この第２の所定値をＳ６０１およびＳ６０３で用いた第１の所定値と異ならせてもよい。
【００８９】
遠近競合判定部２１３は、上述したＳ６１０およびＳ６１１の処理によりＭ番目の走査ラインに遠近競合の影響があるか否かを判定している。すなわち、Ｓ６１０においてＭ番目の走査ラインの像ずれ量が基準像ずれ量Ｘに対して一致する又は近い（像ずれ量差閾値以下の差分しか持たない）か否かを判定する。Ｍ番目の走査ラインの像ずれ量が基準像ずれ量Ｘに一致する又は近ければ、そのＭ番目の走査ラインが、主被写体を捉えていると想定した基準走査ラインとほぼ同じ距離の被写体を捉えている可能性が高い。一方、Ｍ番目の走査ラインの像ずれ量が基準像ずれ量Ｘから遠ければ、そのＭ番目の走査ラインが、基準走査ラインが捉えている主被写体とは異なる距離の被写体を捉えている可能性が高い。そして、Ｓ６１１において、そもそもＭ番目の走査ラインの像ずれ量が信頼できるものであるか否かを判定するために信頼度を確認する。信頼度が所定値より高い、すなわちこの像ずれ量から算出されるデフォーカス量またはデフォーカス方向が信頼できれば、Ｓ６１０で基準像ずれ量に一致する又は近いＭ番目の走査ラインの像ずれ量を用いてＡＦを行える。
【００９０】
このように、遠近競合判定部２１３は、Ｓ６１０およびＳ６１１にてＭ番目の走査ラインの像ずれ量が遠近競合の影響を受けておらず、ＡＦに使用することができると判定できた場合はＳ６１２に進む。像ずれ量がＡＦに使用することができると判定された走査ラインを、以下、使用走査ライン（第２の領域）という。一方、Ｍ番目の走査ラインの像ずれ量が遠近競合の影響を受けており、ＡＦに使用できないと判定した場合はＳ６１４に進む。
【００９１】
次にＳ６１２では、遠近競合判定部２１３は、変数Ｐに、変数ＰとＭ番目の走査ライン（使用走査ライン）の像ずれ量とを加算した値を代入する。変数Ｐは使用走査ラインの像ずれ量の和を示す。
【００９２】
次にＳ６１３では、遠近競合判定部２１３は、変数Ｎに、変数Ｎに１を加えた値を代入する。Ｓ６１２で遠近競合の影響を受けていない像ずれ量を変数Ｐに保持しつつ、後述する処理で正規化を行うために、遠近競合の影響を受けていない使用走査ラインの番号をＳ６１４で変数Ｍに保持しておく。
【００９３】
次にＳ６１４では、遠近競合判定部２１３は、ＡＦ領域の走査ラインの番号Ｍをカウントアップする。そして、Ｓ６０９に戻る。こうして、Ｓ６０９で変数ＭがＡＦ領域内の走査ライン数に達するまで、Ｓ６１０からＳ６１４の処理が繰り返され、全ての走査ラインに対して像ずれ量が遠近競合の影響を受けていないか否かの判定を行うようにループ処理をする。これにより、使用走査ラインが、基準走査ラインを含めて複数選択されるか若しくは基準走査ラインの１つのみが選択される。
【００９４】
Ｓ６０９からＳ６１５に進むと、遠近競合判定部２１３は、Ｓ６１２で保持した使用走査ラインの像ずれ量の和ＰをＳ６１３で使用走査ラインの数Ｎで除することで正規化を行い、この正規化された像ずれ量を使用像ずれ量として設定して、本処理を終了する。
【００９５】
図１６に、使用像ずれ量設定処理において設定された使用ずれ量を用いてＡＦ領域における遠近競合を回避する例を示す。図１６には、現在のフォーカスレンズ１０３が合焦している位置よりも近側の被写体１（合焦状態を得たい主被写体）と遠側の被写体２とが撮像画面内に設定されたＡＦ領域に含まれている状態を示している。また、図１６の例ではＡＦ領域内に９本の走査ライン１〜９が存在し、これら走査ラインのそれぞれに対して図中に記載した信頼度と像ずれ量とを得られたものとする。なお、図１６中の信頼度が「ＯＫ」とはその像ずれ量を用いて算出されたデフォーカス量を信用できると判定されたことを意味し、「ＮＧ」とはそうでないことを意味する。また、像ずれ量について、＋は至近側への像ずれ量を示し、−は無限遠側への像ずれ量を表す。さらに、像ずれ量差閾値は±０．３画素とする。
【００９６】
図１６において、走査ライン１，２は被写体１ではなく、被写体２を捉えている。また、走査ライン３は、被写体１と被写体２の双方を捉えている。この状況で走査ライン１〜９のすべての像ずれ量を加算して平均した値を使用像ずれ量とした場合、被写体２を捉えている走査ライン１〜３の影響で、被写体１に対する良好な合焦状態を得ることができず、被写体１がぼけた状態となる。
【００９７】
これに対して、上述した使用像ずれ量設定処理では、遠近競合判定部２１３は、まずＡＦ領域の中央に位置して信頼度がＯＫである走査ライン５を基準走査ラインとして選択する（Ｓ６０３）。そして、該基準走査ライン５の像ずれ量＋３画素を基準像ずれ量として設定する（Ｓ６０６）。
【００９８】
次に、遠近競合判定部２１３は、基準像ずれ量（Ｘ）と全ての走査ライン１〜９の像ずれ量とを比較する。そして、基準像ずれ量の＋３画素に対する差が像ずれ量差閾値±０．３画素以下である、＋２．７画素〜＋３．３画素の像ずれ量を有する走査ライン４，５，７，８，９を使用走査ラインの候補として選択する（Ｓ６１０）。
【００９９】
さらに、遠近競合判定部２１３は、使用走査ラインの候補である走査ラインのうち信頼度がＯＫである走査ライン４，５，７，８，９のみを使用走査ラインとして選択する（Ｓ６１１）。これらの使用走査ライン４，５，７，８，９は被写体１を捉えており、しかもそれらの像ずれ量の信頼度が高い（ＯＫである）。このため、これらの像ずれ量を加算平均して算出した像ずれ量を使用像ずれ量として用いてデフォーカス量を算出することで、ＡＦ領域内に被写体２が含まれていても、被写体２の影響を受けずに被写体１に対する合焦状態を得ることができる。
【０１００】
なお、図１６に示したＡＦ領域内の走査ライン数や像ずれ量差閾値は例にすぎず、他の走査ライン数や像ずれ量差閾値を用いてもよい。
【０１０１】
次に、図１１のフローチャートを用いて、図６のＳ６０８で遠近競合判定部２１３が行う像ずれ量差閾値の設定処理について説明する。
【０１０２】
Ｓ１１０１では、遠近競合判定部２１３は、図５のＳ５０１で設定したＡＦ領域の像高（位置）が所定像高より低い像高であるか否かを判定し、所定像高より低い像高であればＳ１１０２に進み、そうでない（所定像高より高い）場合はＳ１１０５に進む。
【０１０３】
Ｓ１１０２では、遠近競合判定部２１３は、撮像素子２０１の出力に適用するゲイン（センサゲイン）が所定ゲインより小さいか否かを判定し、所定ゲインより小さい場合はＳ１１０３に進み、そうでない（所定ゲインより大きい）場合はＳ１１０５に進む。
【０１０４】
Ｓ１１０３では、遠近競合判定部２１３は、図６のＳ６０３で選択した基準走査ラインのコントラスト量が所定コントラスト量より高いか否かを判定する。そして、所定コントラスト量より高い場合はＳ１１０４に進み、そうでない（所定コントラスト量より低い）場合はＳ１１０５に進む。コントラスト量としては、例えば、相関演算を行う一対の像信号Ａ，Ｂのそれぞれの最大信号値と最小信号値との差のうちより小さい方の差を用いる。また、Ｓ６０３で基準走査ラインが複数存在する場合は、複数の基準走査ラインの中で最も小さい差を用いる。より小さいコントラスト量を用いるのは、ワーストケースを想定してのことである。ただし、これは例であり、他の定義および方法でコントラスト量を求めてもよい。
【０１０５】
Ｓ１１０４では、遠近競合判定部２１３は、像ずれ量差閾値をαに設定して本処理を終了する。一方、Ｓ１１０５では、遠近競合判定部２１３は、像ずれ量差閾値をβに設定して本処理を終了する。なお、像ずれ量差閾値α，βはα＜βとなるように設定される。Ｓ１１０４でより小さい像ずれ量閾値αを設定するのは、像ずれ量の精度が高く検出されるケースを想定するためである。像ずれ量の精度が高く検出される場合は、図６に示した使用像ずれ量設定処理で遠近競合の影響を受けた像ずれ量をできるだけ厳しく除外するために、像ずれ量素閾値αを小さく設定する。これに対して、Ｓ１１０５では像ずれ量の精度が良くないケースを想定し、像ずれ量のばらつきを考慮してより大きい像ずれ量差閾値βを設定する。
【０１０６】
本実施例では、像ずれ量の精度が劣化するケースとして３つを想定している。まず、Ｓ１１０１ではＡＦ領域の像高を判定している。これは、図２（ｂ）に示した撮像面位相差ＡＦに対応した画素構成では、像高が高い画素ほどフォトダイオードＡ，Ｂに入射する光量の差が大きくなる傾向があり、一対の像信号Ａ，Ｂの一致度が低下して像ずれ量の精度が低下する可能性が高くなるためである。
【０１０７】
また、Ｓ１１０２ではセンサゲインの大きさを判定している。これはセンサゲインが大きくなるほど一対の像信号Ａ，Ｂのノイズ成分が大きくなり、像ずれ量の精度が低下する可能性が高くなるためである。
【０１０８】
さらに、Ｓ１１０３では像信号ＡまたはＢから得られるコントラスト量の大きさを判定している。これは、コントラスト量が小さいほど像ずれ量の精度が低下する可能性が高くなるためである。
【０１０９】
このように、本実施例では、像ずれ量の精度が高いと想定できる場合は像ずれ量差閾値を小さく設定してより厳しく遠近競合判定を行い、像ずれ量の精度が低い想定できる場合は、像ずれ量のばらつきを考慮して像ずれ量差閾値を大きく設定する。
【０１１０】
次に、図１２のフローチャートを用いて、図４のＳ４０３にてカメラ制御部２１２が行うＡＦ処理について説明する。
【０１１１】
Ｓ１２０１では、カメラ制御部２１２は、現在ＡＦが完了して合焦停止状態にあるか否かを判定し、合焦停止状態でない場合はＳ１２０２に進み、合焦停止状態の場合はＳ１２０９に進む。
【０１１２】
Ｓ１２０２では、カメラ制御部２１２は、Ｓ４０１での焦点検出処理（Ｓ５０８）で算出されたデフォーカス量の信頼度が所定信頼度より高いか否かを判定する。ここにいう信頼度は、前述した２像一致度や像ずれ量の急峻性により求められるものであり、算出されたデフォーカス量だけでなくデフォーカス方向も信頼できない信頼度範囲の最高値を所定信頼度と設定するのが望ましい。なお、信頼度は、２像一致度と像ずれ量の急峻性の両方を用いて求めてもよいし、一方のみを用いて求めてもよい。また、２像の信号レベル等の他の指標を用いてもよい。デフォーカス量の所定信頼度より高い場合はＳ１２０３に進み、そうでない場合はＳ１２０７に進む。
【０１１３】
Ｓ１２０３では、カメラ制御部２１２は、信頼度が高いデフォーカス量を用いてＡＦを行うため、まずはデフォーカス量が焦点深度内か否かを判断し、焦点深度内である場合はＳ１２０４に進み、焦点深度内でない場合はＳ１２０５に進む。
【０１１４】
Ｓ１２０４では、カメラ制御部２１２は、デフォーカス量が焦点深度内にある合焦状態とであるとみなして合焦停止状態に移行し、ＡＦ処理を終了する。
【０１１５】
一方、Ｓ１２０５では、カメラ制御部２１２は、まだ合焦状態が得られていないとみなして、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０３を駆動するためのレンズ駆動設定を行い、Ｓ１２０６に進む。レンズ駆動設定とは、フォーカスレンズ１０３の駆動速度や、デフォーカス量の誤差を考慮したデフォーカス量に適用するゲイン等の設定である。
【０１１６】
Ｓ１２０６では、カメラ制御部２１２は、デフォーカス量およびＳ１２０５で設定したレンズ駆動設定の情報に基づいて、レンズ制御部１０６に対してフォーカスレンズ１０３の制御命令を送信する。すなわち、フォーカス制御を行う。これにより、ＡＦ処理を終了する。
【０１１７】
一方、Ｓ１２０７では、Ｓ５０８で算出したデフォーカス量を使用できない。このため、カメラ制御部２１２は、信頼度が高いデフォーカス量が得られるフォーカスレンズ１０３の位置を検出するためにフォーカスレンズ１０３をその可動端に向かって移動させながらデフォーカス量を算出するサーチ駆動を行う。このため、カメラ制御部２１２は、まず、サーチ駆動用のレンズ駆動設定を行う。サーチ駆動用のレンズ駆動設定とは、フォーカスレンズ１０３の駆動速度や駆動を開始する方向等の設定である。
【０１１８】
続いてＳ１２０８では、カメラ制御部２１２は、Ｓ１２０７で設定したサーチ駆動用のレンズ駆動設定に基づいて、レンズ制御部１０６に対してフォーカスレンズ１０３の制御命令を送信する。そして、ＡＦ処理を終了する。なお、本実施例では、撮像素子２０１の出力信号を用いる撮像面位相差ＡＦのみを行えるカメラ２０について説明した。しかし、撮像素子２０１の出力信号を用いてコントラストＡＦを行える場合には、Ｓ１２０２でデフォーカス量の信頼度が低いと判定した場合にコントラストＡＦを行うようにしてもよい。
【０１１９】
Ｓ１２０９では、カメラ制御部２１２は、合焦停止状態を保持し、ＡＦ処理を終了する。
【０１２０】
本実施例では、ＡＦ領域の中央に主被写体が存在するとの前提で、主被写体を捉えていると想定される走査ライン（基準走査ライン）の像ずれ量（基準像ずれ量）に一致する又は近い像ずれ量を有する走査ライン（使用走査ライン）を選択する。そして、選択された使用走査ラインの像ずれ量（使用像ずれ量）のみを用いてデフォーカス量を算出する。これにより、ＡＦ領域内での被写体の遠近競合の影響を抑えて、主被写体に対する良好な合焦状態を得ることができる。すなわち、遠側と近側に被写体が存在する場合にいずれの被写体にも合焦せず、ぼけたままＡＦが完了することを回避し、かつ主被写体に対する合焦状態を得ることができる。
【０１２１】
また、本実施例では、遠近競合を検出した際にＡＦ領域を再設定して再び焦点検出処理を行うという時間を要する処理を行わないため、短時間でかつスムーズに主被写体に対する合焦状態を得ることができる。
【０１２２】
なお、本実施例では、図２（ｂ）に示すように水平方向において相関演算を行える画素構成を用い、図１６に示したようにＡＦ領域内の垂直方向に互いに距離が異なる被写体が存在する場合の遠近競合を検出する場合について説明した。しかし、図１７（ａ）に示すように垂直方向において相関演算を行える画素構成を用い、ＡＦ領域内の水平方向に互いに距離が異なる被写体が存在する場合の遠近競合を検出できるようにしてもよい。また、図１７（ｂ），（ｃ）に示すように水平／垂直の両方向において相関演算を行える画素構成を用い、垂直／水平のいずれの方向でも遠近競合を検出できるようにしてもよい。
【０１２３】
図１７（ａ）では、水平および垂直方向の２×２画素における対角２画素に垂直方向に２分割されたフォトダイオードＡ，Ｂを設けている。図１７（ｂ）では、水平および垂直方向の２×２画素における対角２画素のうち一方の画素に垂直方向に２分割されたフォトダイオードＡ，Ｂを設け、他方の画素と水平方向に２分割されたフォトダイオードＡ，Ｂを設けている。図１７（ｃ）では、１画素に４分割されたフォトダイオードＡ〜Ｄを設けて、各画素において水平および垂直方向での遠近競合を検出できるようにしている。
【実施例２】
【０１２４】
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例１では、ＡＦ領域の中央の走査ラインから求めた像ずれ量に一致する又は近い像ずれ量を有する走査ラインを使用走査ラインとして選択した。これに対して、実施例２では、図５のＳ５０５で得られた像ずれ量に基づいて算出したデフォーカス量（検出量）に基づいて使用走査ラインを選択する。
【０１２５】
本実施例における交換レンズおよびカメラからなるレンズ交換式カメラシステムの構成は、実施例１で図１に示した構成と同じである。また、本実施例における撮像処理、静止画撮像処理およびＡＦ処理は、実施例１において図３、図４および図１２に示したものと同じである。また、本実施例において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付す。
【０１２６】
図１８のフローチャートを用いて、図４のＳ４０１にてＡＦ信号処理部２０４が行う焦点検出処理について説明する。Ｓ１８０１からＳ１８０６までの処理は、図５におけるＳ５０１からＳ５０６までの処理と同じである。また、Ｓ１８０７の処理はＳ５０８の処理と同じである。
【０１２７】
Ｓ１８０７では、遠近競合判定部２１３は、Ｓ１８０５で算出された走査ラインごとの像ずれ量から走査ラインごとのデフォーカス量を算出する。
【０１２８】
次にＳ１８０８では、遠近競合判定部２１３は、Ｓ１８０７で算出した各走査ラインのデフォーカス量とＳ１８０６で求めた各走査ラインの像ずれ量の信頼度から使用走査ラインを選択し、その使用走査ラインのデフォーカス量を使用デフォーカス量として設定する。そして、焦点検出処理を終了する。
【０１２９】
図１９のフローチャートには、図１８のＳ１８０８で遠近競合判定部２１３が行う使用デフォーカス量設定処理を示している。図１９に示す使用デフォーカス量設定処理は、図６に示した使用像ずれ量設定処理での「像ずれ量」を「デフォーカス量」に読み替えたものと同じである。
【０１３０】
次に、図２０のフローチャートを用いて、図１９のＳ１９０８で遠近競合判定部２１３が行うデフォーカス量差閾値（所定閾値）の設定処理について説明する。Ｓ２００１からＳ２００３の処理は図１１におけるＳ１１０１からＳ１１０３までの処理と同じである。
【０１３１】
Ｓ２００３では、遠近競合判定部２１３は、図１９のＳ１９０３で選択した基準走査ラインのコントラスト量が所定コントラスト量より高いか否かを判定する。そして、所定コントラスト量より高い場合はＳ２００４に進み、そうでない（所定コントラスト量より低い）場合はＳ２００７に進む。
【０１３２】
Ｓ２００４では、遠近競合判定部２１３は、絞り１０２が所定絞り値より開いているか否かを判定する。遠近競合判定部２１３は、絞り１０２が所定絞り値より開いている場合はＳ２００５に進み、そうでない（所定絞り値より絞られている）場合はＳ２００７に進む。
【０１３３】
Ｓ２００５では、遠近競合判定部２１３は、撮影光学系の射出瞳距離が所定距離より長いか否かを判定し、所定距離より長い場合はＳ２００６に進み、そうでない（所定距離より短い）場合はＳ２００７に進む。
【０１３４】
Ｓ２００６では、遠近競合判定部２１３は、デフォーカス量差閾値をαに設定して本処理を終了する。Ｓ２００７では、遠近競合判定部２１３は、デフォーカス量差閾値をβに設定して本処理を終了する。本実施例では、以下に説明する理由により、デフォーカス量差閾値α，βをα＜βとなるように設定する。
【０１３５】
デフォーカス量は、像ずれ量に換算係数ＫＧを乗じることで算出できるが、換算係数ＫＧが大きくなるほど像ずれ量の変化に対して敏感になり、デフォーカス量のばらつきが大きくなる。撮像面位相差ＡＦでは、一般的に絞りを絞り込むと、絞り羽根によるケラレが生じて一対の被写体像間の基線長が短くなり、換算係数ＫＧが大きくなる。また、撮像素子（像面）２０１から撮影光学系の射出瞳までの距離である射出瞳距離が短い場合も同様に換算係数ＫＧの値が大きくなる傾向がある。このように、換算係数ＫＧが小さいと想定される条件では、Ｓ２００６においてより小さいデフォーカス量差閾値αを設定して、より厳しく精度が良いデフォーカス量のみが使用デフォーカス量として設定されるようにする。一方、換算係数ＫＧが大きくなると想定される条件では、Ｓ２００７においてより大きいデフォーカス量差閾値βを設定し、デフォーカス量のばらつきを考慮して使用デフォーカス量が設定されるようにする。
【０１３６】
なお、基準走査ラインで得られる基準デフォーカス量が大きいほど（所定デフォーカス量より大きい場合に）デフォーカス量差閾値を大きく設定してもよい。
【０１３７】
本実施例では、デフォーカス量差閾値を２つ設けたが、条件に応じて３つ以上設けてもよい。
【０１３８】
本実施例でも、ＡＦ領域の中央に主被写体が存在するとの前提で、主被写体を捉えていると想定される走査ラインのデフォーカス量に一致する又は近いデフォーカス量を与える走査ラインのデフォーカス量のみを用いて使用デフォーカス量を算出する。これにより、ＡＦ領域内での被写体の遠近競合の影響を抑えて、主被写体に対する良好な合焦状態を得ることができる。すなわち、遠側と近側に被写体が存在する場合にいずれの被写体にも合焦せず、ぼけたままＡＦが完了することを回避し、かつ主被写体に対する合焦状態を得ることができる。
【０１３９】
また、本実施例でも、遠近競合を検出した際にＡＦ領域を再設定して再び焦点検出処理を行うという時間を要する処理を行わないため、短時間でかつスムーズに主被写体に対する合焦状態を得ることができる。
【０１４０】
なお、上記各実施例ではレンズ交換型撮像装置について説明したが、本発明の光学機器は、レンズ一体型撮像装置も他の実施例として含む。また、光学機器としての交換レンズにＡＦ信号処理部２０４を搭載し、カメラ２０からＡＦ領域の一対の像信号を受け取って実施例１，２で説明した焦点検出処理を行ってもよい。
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【０１４１】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１０３  フォーカスレンズ
２０４  ＡＦ信号処理部
２１２  カメラ制御部
２１３  遠近競合判定部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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