(57)【要約】【課題】撮像面位相差方式ＡＦで画素合成を行う場合に、ＡＦのハンチングを回避する。【解決手段】フォーカス制御装置は、撮影画像を取得するための撮像素子２０１における複数の画素からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点検出として、第１の画素単位での第１の位相差の検出と第１の画素単位より大きい第２の画素単位での第２の位相差の検出とが可能な焦点検出手段２０４と、第１および第２の位相差のそれぞれから算出した駆動量でのフォーカス素子の駆動を制御可能な制御手段２１２とを有する。制御手段は、フォーカス素子を第２の位相差に対応する駆動量で駆動した後の非合焦状態が複数回連続して発生したときに、その後に新たに検出された第２の位相差から算出するフォーカス素子の駆動量を、第２の画素単位に応じて、該新たな第２の位相差に対応する駆動量よりも小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影画像を取得するための撮像素子における複数の画素からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点検出として、第１の画素単位での第１の位相差の検出と前記第１の画素単位より大きい第２の画素単位での第２の位相差の検出とが可能な焦点検出手段と、
前記第１および第２の位相差のそれぞれから算出した駆動量でのフォーカス素子の駆動を制御可能な制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記フォーカス素子を前記第２の位相差に対応する駆動量で駆動した後の非合焦状態が複数回連続して発生したときに、その後に新たに検出された前記第２の位相差から算出する前記フォーカス素子の駆動量を、前記第２の画素単位に応じて、該新たな第２の位相差に対応する駆動量よりも小さくすることを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２の位相差から算出されたデフォーカス量を前記第２の画素単位の画素数で除した結果を用いて、前記第２の位相差に対応する駆動量よりも小さい前記フォーカス素子の駆動量を算出することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１の位相差に第１の係数を乗じて得られた第１のデフォーカス量から該第１の位相差に対応する前記フォーカス素子の駆動量を算出し、
前記第１の係数を前記第２の画素単位の画素数で除して得られる第２の係数を前記第２の位相差に乗じて得られた第２のデフォーカス量から前記第２の位相差に対応する駆動量よりも小さい前記フォーカス素子の駆動量を算出することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
【請求項４】
前記焦点検出手段は、
前記撮像素子における１画素ごとの出力信号から前記第１の画素単位での前記第１の位相差を検出し、
前記撮像素子における複数画素の出力信号を合成して得られる合成出力信号から前記第２の画素単位での前記第２の位相差を検出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フォーカス制御装置。
【請求項５】
前記撮像素子の前記各画素は、複数のサブ画素を含み、
前記第１の画素単位は、１サブ画素単位であり、
前記第２の画素単位は、複数サブ画素単位であ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フォーカス制御装置。
【請求項６】
撮影画像を取得するための撮像素子と、
請求項１から５のいずれか一項に記載のフォーカス制御装置とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
コンピュータに、撮影画像を取得するための撮像素子に設けられた複数の画素からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点検出およびフォーカス制御を行わせるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記焦点検出として、第１の画素単位での第１の位相差の検出と前記第１の画素単位より大きい第２の画素単位での第２の位相差の検出とを行わせ、
前記フォーカス制御として、前記第１および第２の位相差のそれぞれから算出した駆動量でのフォーカス素子の駆動を制御させ、
前記フォーカス制御において、前記フォーカス素子を前記第２の位相差に対応する駆動量で駆動した後の非合焦状態が複数回連続して発生したときに、その後に新たに検出された前記第２の位相差から算出する前記フォーカス素子の駆動量を、前記第２の画素単位に応じて、該新たな第２の位相差に対応する駆動量よりも小さくさせることを特徴とするフォーカス制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる撮像面位相差検出方式によるフォーカス制御（ＡＦ）を行うフォーカス制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像面位相差検出方式のＡＦでは、撮影画像を取得するために撮像装置に設けられた撮像素子の複数の画素からの出力を用いて一対の像信号を生成し、相関演算により該一対の像信号のずれ量である位相差を検出する。そして、該位相差からデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量に応じた駆動量だけフォーカスレンズを駆動することで合焦状態を得る。
【０００３】
一方、撮像装置には、撮像素子の１画素ごとの出力信号（画素信号）を用いて高解像度の撮影画像を生成したり、複数の画素からの画素信号を合成（加算等）として得られる加算画素信号を用いて低解像度の撮影画像を生成したりすることができるものがある。後者は画素合成モードや画素加算モード等と称され、前者は非画素合成モードや非画素加算モード等と称される。複数画素からの画素信号を合成して撮影画像を生成する画素合成モードでは、ＡＦにおいても複数画素単位で位相差が検出され、該位相差から得られるデフォーカス量に応じたフォーカスレンズの駆動量が算出される。
【０００４】
また、ＡＦにおいては、様々な理由により、検出された位相差に基づいてフォーカスレンズを駆動しても合焦状態が得られるフォーカスレンズの位置範囲を至近側と無限遠側に通過することが複数回継続する、いわゆるハンチングが生ずる場合がある。特許文献１には、このようなＡＦのハンチングが生じた場合にフォーカスレンズの駆動量を半分にすることでハンチングを停止させるようにしたフォーカス制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６５９１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
画素合成モードにおいて得られる位相差は、非画素合成モードにおいて得られる位相差よりも分解能が粗い。したがって、該位相差から算出されるデフォーカス量および該デフォーカス量から算出されるフォーカスレンズの駆動量の最小単位が非画像加算モードに比べて大きい。非画素合成モードでの１回のＡＦと同じ時間で画素合成モードでの１回のＡＦを行うためには、画素合成モードでのフォーカスレンズの駆動速度を非画素合成モードでの駆動速度よりも高速にする必要ある。このため、画素合成モードでのＡＦにおいて上述したハンチングが生じ易くなり、特許文献１にて開示されているように、ハンチングが生じた場合にフォーカスレンズの駆動量を半分にすることも可能である。
【０００７】
しかしながら、特許文献１にて開示されたフォーカス制御装置では、撮像面位相差検出方式における画素合成モードについて考慮されていない。
【０００８】
本発明は、撮像面位相差方式でのＡＦにおいて画素合成を行う場合に、ＡＦのハンチングの発生を回避することができるようにしたフォーカス制御装置およびこれを備えた撮像装置等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としてのフォーカス制御装置は、撮影画像を取得するための撮像素子における複数の画素からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点検出として、第１の画素単位での第１の位相差の検出と第１の画素単位より大きい第２の画素単位での第２の位相差の検出とが可能な焦点検出手段と、第１および第２の位相差のそれぞれから算出した駆動量でのフォーカス素子の駆動を制御可能な制御手段とを有する。そして、制御手段は、フォーカス素子を第２の位相差に対応する駆動量で駆動した後の非合焦状態が複数回連続して発生したときに、その後に新たに検出された第２の位相差から算出するフォーカス素子の駆動量を、第２の画素単位に応じて、該新たな第２の位相差に対応する駆動量よりも小さくすることを特徴とする。
【００１０】
なお、上記撮像素子とフォーカス制御装置とを有する撮像装置およびコンピュータに上記フォーカス制御装置としての動作を実行させるフォーカス制御プログラムも本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像面位相差方式でのフォーカス制御において画素合成を行う場合に、フォーカス制御のハンチングの発生を回避して短時間で合焦状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例であるカメラおよび交換レンズの構成を示すブロック図。
【図２】実施例において撮像面位相差検出方式の焦点検出を行う場合の画素構成を示す図。
【図３】実施例における被写体と交換レンズと撮像素子との関係を示す図。
【図４】実施例におけるＡＦのハンチングの例と該ハンチングが回避された例を示すグラフ。
【図５】実施例における静止画撮影処理を示すフローチャート。
【図６】実施例における焦点検出処理を示すフローチャート。
【図７】実施例におけるＡＦ領域を示す図。
【図８】実施例におけるＡＦ領域を示す図。
【図９】実施例においてＡＦ領域から得られる一対のＡＦ像信号を示す図。
【図１０】実施例おける相関量等を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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】
【００１４】
図１には、本発明の実施例１であるフォーカス制御装置を含む撮像装置（以下、カメラという）および交換レンズにより構成されるレンズ交換式撮像システムの構成を示す。
【００１５】
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は、固定レンズ１０１、絞り１０２、フォーカスレンズ（フォーカス素子）１０３、絞り駆動部１０４、フォーカスレンズ駆動部１０５、レンズ制御１０６およびレンズ操作部１０７を備えている。固定レンズ１０１、絞り１０２およびフォーカスレンズ１０３により撮影光学系が構成されている。絞り１０２は、絞り制御部１０４によって駆動され、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、フォーカスレンズ駆動部１０５によって撮影光学系の光軸方向に移動されることで、撮像素子２０１に対する像面位置（結像位置）の調節、すなわちフォーカスシングを行う。レンズ制御部１０６は、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およびフォーカスレンズ駆動部１０５を通じて絞り１０２の開口径およびフォーカスレンズ１０３の位置を制御する。また、レンズ制御部１０６は、カメラ制御部２１２から受信した情報送信要求に応じて、交換レンズ１０の識別情報や光学情報等のレンズ情報をカメラ制御部２１２に送信する。
【００１６】
次に、カメラ２０の構成について説明する。撮像光学系を通過した光束はクイックリターンミラー２５２に導かれる。クイックリターンミラー２５２の中央部はハーフミラーにより構成されており、クイックリターンミラー２５２が図１に示すダウン位置にある被写体観察状態で光束の一部を反射し、残りを透過させる。クイックリターンミラー２５２を透過した光束は、撮像素子２０１に向かう。一方、クイックリターンミラー２５２で反射した光束は、マットスクリーン２５０上に結像する。マットスクリーン２５０を透過した光束は、ペンタプリズム２５１および接眼レンズ２５６を通って不図示のユーザの眼に到達する。これにより、ユーザはマットスクリーン２５０上の被写体像を観察することができる。
【００１７】
クイックリターンミラー２５２が図中の矢印方向に退避したアップ位置にある撮影状態では、撮影光学系からの光束は赤外カットおよび光学ローパス機能を有するフィルタ２５９と開状態のフォーカルプレーンシャッタ２５８を通って撮像素子２０１に入射する。
【００１８】
撮像素子２０１は、その受光面上に形成された被写体像を光電変換して後述する画素ごとに電荷を蓄積する。各画素において蓄積された電荷は、その電荷量に応じた電圧信号（アナログ信号）として、タイミングジェネレータ２１５からのタイミング信号に同期して、撮像素子２０１に設けられた読み出し回路（図示せず）により順次読み出される。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、撮像素子２０１は、複数の画素（図中の実線枠で囲まれた領域）を有し、各画素は２つのフォトダイオードとしてのサブ画素を有している。また、図示はしないが、各画素は、２つのサブ画素に対して１つのマイクロレンズを有する。撮影光学系からの光束をマイクロレンズで分離して２つのサブ画素に対して結像させることで、該２つのサブ画素から２つの出力信号（サブ画素信号）を取り出すことができる。
【００２０】
これら２つのサブ画素信号は、後述する撮像面位相差検出方式による焦点検出およびフォーカス制御（以下、これらをまとめて撮像面位相差ＡＦという）に用いられる一対の位相差検出用像信号（以下、ＡＦ像信号という）の生成に用いられる。本実施例では、詳しくは後述するが、非画素合成モードでの撮像面位相差ＡＦと画素合成モードでの撮像面位相差ＡＦとを行うことができる。また、各画素から得られる２つのサブ画素信号を合成（加算）することで得られる画素信号は、ライブビュー画像や撮影画像を生成するための画像信号の生成に用いられる。
【００２１】
撮像素子２０１から出力されたアナログ信号としてのサブ画素信号および画素信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２に入力され、ここで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、ゲインの調節およびＡＤ変換が行われる。ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、デジタル信号としてのサブ画素信号および画素信号を画像処理部２０３に出力する。
【００２２】
画像処理部２０３は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２から入力された画素信号に対する各種画像処理を行って画像信号を生成し、該画像信号をＳＤＲＡＭ２０９に格納する。また、画像処理部２０３は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２から入力されたサブ画素信号をＡＦ信号処理部２０４に出力する。
【００２３】
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によって表示部２０６に表示されたり、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に記録されたりする。また、カメラ制御部２１２にバス２１を介して接続されたＲＯＭ２１０には、カメラ制御部２１２が実行する制御プログラムや制御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、ユーザ設定情報等のカメラ２０の動作に関する各種設定情報等が格納されている。
【００２４】
焦点検出手段としてのＡＦ信号処理部２０４は、前述したように撮像素子２０１の複数の画素のそれぞれの２つのサブ画素から出力された（コンバータ２０２によりＡ／Ｄ変換された）２つのサブ画素信号を用いて非画素合成モード用の一対のＡＦ像信号を生成する。そして、該一対のＡＦ像信号に対する相関演算を行って該一対のＡＦ像信号間のずれ量（像ずれ量）である位相差を算出する。このときに得られる位相差（第１の位相差）は、１サブ画素単位（第１の画素単位または第１の解像度）のものであり、実際の焦点状態（デフォーカス量）に対する精度は高い。
【００２５】
また、ＡＦ信号処理部２０４は、撮像素子２０１において互いに最も近い複数の画素からのサブ画素信号を合成（加算）することで合成サブ画素信号（合成出力信号）を生成し、該合成サブ画素信号を用いて画素合成モード用の一対のＡＦ用像信号を生成する。そして、該一対のＡＦ像信号に対する相関演算を行ってこれらの位相差を算出する。このときに得られる位相差（第２の位相差）は、複数サブ画素単位（第２の画素単位または第２の解像度）のものであり、１画素単位の位相差に比べて実際のデフォーカス量に対する精度は低い（つまり誤差が大きい）。
【００２６】
また、ＡＦ信号処理部２０４は、一対のＡＦ像信号（２像）に対する信頼性情報として、２像一致度、２像急峻度、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等を算出する。ＡＦ信号処理部２０４は、算出した位相差と信頼性情報をカメラ制御部２１２に出力する。
【００２７】
カメラ制御部２１２は、非画素合成モードおよび画素合成モードのそれぞれにおいて算出された位相差に基づいてフォーカスレンズ１０３の駆動を制御可能である。また、カメラ制御部２１２は、取得した位相差や信頼性情報に基づいて、これらを算出する設定を変更し、該変更をＡＦ信号処理部２０４に通知する。例えば、位相差が大きい場合に相関演算を行う領域を広く設定したり、コントラスト情報に応じてバンドパスフィルタの種類を変更したりする。相関演算の詳細については後述する。
【００２８】
さらに、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該各部の制御を行う。また、カメラ制御部２１２は、ユーザ操作に応じたカメラ操作部２１４からの入力に応じて、電源のＯＮ／ＯＦＦ、各種設定の変更、静止画／動画記録の開始、ＡＦの開始、記録映像の確認等、様々なカメラ機能を制御する。また、カメラ制御部２１２は、前述したように交換レンズ１０内のレンズ制御部１０６に対して制御命令を送信したり、情報送信要求を送ってレンズ制御部１０６からレンズ情報を取得したりする。
【００２９】
なお、本実施例では、各画素からの２つのサブ画素信号とこれらを合成した画素信号とを撮像素子２０１から取り出している。しかし、各画素から１つのサブ画素信号と画素信号とを取り出し、画素信号から該１つのサブ画素信号を差し引くことでもう１つのサブ画素信号を生成するようにしてもよい。
【００３０】
図７には、撮像素子２０１上での撮像面位相差ＡＦを行うことが可能なＡＦ領域（焦点検出領域）の配置例を示している。７１０は撮像素子２０１において複数の画素が配列された画素配列領域である。７１１はＡＦ領域である。図７の例では、計３１のＡＦ領域が設定され、ユーザまたはカメラ制御部２１２がこれら３１のＡＦ領域から撮像面位相差ＡＦにより合焦状態を得る１以上のＡＦ領域を選択する。
【００３１】
図２（ａ）示した撮像素子２０１において、複数の画素が、Ｒ画素と２つのＧ画素とＢ画素とを１組としてベイヤー配列により２次元配列されている。前述したように、各画素は１つのマイクロレンズ（図示せず）と２つサブ画素とを有する。例えば、左上のＲ画素はＡサブ画素２０１とＢサブ画素２０５とを有する。Ｇ画素およびＢ画素についても同様である。
【００３２】
ユーザが要求する撮影画像の解像度は様々であり、撮像素子２０１の１画素単位に相当する解像度を有する高解像度画像や、複数画素単位に相当する低解像度画像がある。図２（ｂ）には、図２（ａ）に示した画素のうち互いに最も近い水平および垂直２画素ずつの計４画素を一組として、該４画素からの画素信号（サブ画素信号を合成した信号）を合成（加算）することで得られた合成画素信号を用いて撮影画像を生成する例を示す。この場合は、該４画素に含まれるＡサブ画素とＢサブ画素からそれぞれ得られるＡサブ画素信号同士およびＢサブ画素信号同士を合成（加算）して得られるＡ合成サブ画素信号およびＢ合成サブ画素信号を用いて一対のＡＦ像信号を得る。
【００３３】
例えば、図２（ｂ）における左上のＲ画素のＡサブ画素２１０からのＡ合成サブ画素信号は、図２（ａ）中の互いに最も近い４つのＲ画素のＡサブ画素２０１，２０２，２０３，２０４からのＡサブ画素信号を合成して作成される。また、このＲ画素おいてＡサブ画素２１０と対をなすＢサブ画素２１１からのＢ合成サブ画素信号は、図２（ａ）中の互いに最も近い４つのＲ画素のＢサブ画素２０６，２０７，２０８，２０９からのＢサブ画素信号を合成して作成される。
【００３４】
このように４画素を一組としてそこから得られるＡおよびＢ合成サブ画素信号を用いても一対のＡＦ像信号を生成することができ、これらの位相差（第２の位相差）を検出（算出）することで撮像面位相差ＡＦを行うことができる。また、画像処理部２０３においてＡおよびＢ合成サブ画素信号を合成して合成画素信号を得ることで、低解像度の撮影画像を得るための画像信号を生成することができる。以下の説明において、４画素一組のサブ画素信号を合成してＡおよびＢ合成サブ画素信号を生成したり、これらＡおよびＢ合成サブ画素信号を合成して合成画素信号を生成したりすることを４画素合成という。
【００３５】
なお、サブ画像信号の合成は、撮像素子２０１内の回路で行ってもよいし、カメラ制御部２１２で行ってもよい。また、サブ画素信号を合成する一組の画素数（合成画素数）は４以外であってもよい。
【００３６】
次に、図５のフローチャートを用いて、カメラ２０において行われる静止画撮像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としての撮像処理プログラムに従って本処理を実行する。本実施例では、画素合成モードでの低解像度画像生成処理および撮像面位相差ＡＦを行う場合について説明する。
カメラ操作部２１４においてユーザにより電源ＯＮの操作がなされるか静止画撮像モードの選択操作がなされると、カメラ制御部２１２はステップＳ５０１にてクイックリターンミラー２５２をダウン位置からアップ位置に回動させる。
【００３７】
次にステップＳ５０２において、カメラ制御部２１２はフォーカルプレーンシャッタ２５８を開動作させる。これにより、撮影光学系からの光束が撮像素子２０１に到達する。
【００３８】
次にステップＳ５０３において、カメラ制御部２１２は、画像処理部２０３に撮像素子２０１からのサブ画素信号に対するＲＧＢの色ごとの４画素合成を行わせて、ＲＧＢの画素信号を生成させる。さらにカメラ制御部２１２は、画像処理部２０３に、画素信号に対する各種画像処理を行わせて画素合成モードでの画像信号を生成させる。そして、カメラ制御部２１２は、該画像信号を表示制御部２０５を通じて表示部２０６に表示させる。
【００３９】
次にステップＳ５０４では、カメラ制御部２１２は、画素信号または画像信号を用いて測光を行う。カメラ制御部２１２は、測光結果を用いて、絞り値、シャッタースピード、撮像素子２０１のゲインを適正露出が得られるように制御する。
【００４０】
次にステップＳ５０５では、カメラ制御部２１２は、ＡＦ信号処理部２０４に画素合成モードでの撮像面位相差ＡＦにおける焦点検出を行わせる。焦点検出の詳細は後述する。
【００４１】
続いてステップＳ５０６では、カメラ制御部２１２は、カメラ操作部２１４に含まれるシャッタボタンの全押し操作（ＳＷ２ＯＮ）がなされたか否かを判定する。ＳＷ２ＯＮがなされていればステップＳ５１１に進み、ＳＷ２ＯＮがなされていなければステップＳ５０７に進む。
【００４２】
ステップＳ５０７では、カメラ制御部２１２は、ステップＳ５０５での焦点検出処理により得られたデフォーカス量が合焦範囲内（つまりはフォーカスレンズ１０３が合焦状態が得られる合焦位置の範囲内に位置する）か否かを判定する。合焦範囲内であればステップＳ５０３に進み、合焦範囲外（非合焦範囲内）であれば現在のフォーカスレンズ１０３の位置にデフォーカス量を加算すること像面位置を算出し、該像面位置を記録する。この後、ステップＳ５０８に進む。
【００４３】
ステップＳ５０８では、カメラ制御部２１２は、過去の所定の複数回のルーチンでステップＳ５０７にて記録した複数の像面位置を相互に比較して、像面位置が振動しているか否か、つまりはＡＦのハンチングが生じているか否かを判定する。ここにいう像面位置の振動とは、像面位置が合焦範囲を挟んで至近側と無限遠側の非合焦範囲に交互に変動していることを意味する。
ＡＦのハンチングとは、像面位置の振動に伴ってフォーカスレンズ１０３が合焦位置に到達できず、移動を繰り返す状態である。言い換えれば、本ステップにおいては、カメラ制御部２１２は、後述するステップＳ５０９でフォーカスレンズ１０３を駆動した後の非合焦状態が複数回連続して発生しているか否かを判定する。ステップＳ５０８の処理がまだ所定の複数回に到達していない場合または像面位置が振動していない場合はステップＳ５０９に進み、像面位置が振動している場合はステップＳ５１０に進む。
【００４４】
図４（ａ）には、ＡＦのハンチングの例を示している。横軸は時間を、縦軸はフォーカスレンズ１０３の位置（以下、レンズ位置という）を示している。上側が無限遠側であり、下側が至近側である。２本の点線で挟まれた範囲が合焦状態とみなせるフォーカスレンズ１０３の位置の範囲（被写界深度内）であり、その中心に真の合焦状態が得られるレンズ位置である合焦位置がある。黒点はＡＦによるフォーカスレンズ１０３の駆動後のレンズ位置である。
【００４５】
この例では、まず至近側の非合焦範囲のレンズ位置４１０での撮像面位相差ＡＦにより得られたデフォーカス量に応じて駆動されたフォーカスレンズ１０３は合焦範囲を通り過ぎて無限遠側の非合焦範囲内のレンズ位置４１１まで移動している。続いて、レンズ位置４１１で得られたデフォーカス量に応じて駆動されたフォーカスレンズ１０３が再び合焦範囲を通り過ぎて至近側の非合焦範囲内のレンズ位置４１２まで移動している。さらに、レンズ位置４１２で得られたデフォーカス量に応じて駆動されたフォーカスレンズ１０３が再び合焦範囲を通り過ぎて無限遠側の非合焦範囲内のレンズ位置４１３まで移動している。このようにフォーカスレンズ１０３がいつまでも合焦範囲内にて停止しないのがハンチングである。このハンチングは、特に算出されるデフォーカス量の実際のデフォーカス量に対する誤差が大きい画素合成モードでの撮像面位相差ＡＦにおいて生じ易い。
【００４６】
ステップＳ５０９では、制御手段としてのカメラ制御部２１２は、撮像面位相差ＡＦにおけるフォーカス制御を行う。具体的には、ステップＳ５０５での焦点検出により得られたデフォーカス量から合焦状態を得るためのフォーカスレンズ１０３の駆動量（以下、レンズ駆動量という）を算出する。そして、カメラ制御部２１２は、該レンズ駆動量を含むフォーカス制御命令をレンズ制御部１０６に送信する。レンズ制御部１０６は、受信したフォーカス制御命令に含まれるレンズ駆動量に応じてフォーカスレンズ駆動部１０５を制御することでフォーカスレンズ１０３を駆動する。この後、ステップＳ５０３に戻る。
【００４７】
ステップＳ５１０では、カメラ制御部２１２は、デフォーカス量を、そのデフォーカス量を検出する方向であるデフォーカス検出方向での合成画素数（つまりは第２の画素単位における画素数）に応じて減少させる処理を行う。具体的には、ステップＳ５０５で得られた元のデフォーカス量を画素合成モードでのデフォーカス検出方向（水平方向または垂直方向）での合成画素数の逆数を乗ずる（合成画素数で除する）ことにより、減算デフォーカス量を算出する。すなわち、水平２画素と垂直２画素が合成された４画素合成においては、元のデフォーカス量に１／２を乗じて、ステップＳ５０５で得られたデフォーカス量に比べて１／２の減算デフォーカス量を算出する。そして、カメラ制御部２１２は、減算デフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、該レンズ駆動量をレンズ制御部１０６に送信することで、フォーカスレンズ１０３を駆動する。この後、ステップＳ５０３に戻る。
【００４８】
図４（ｂ）には、ステップＳ５１０での減算デフォーカス量の算出とこれに基づくフォーカスレンズ１０３の駆動による効果の例を示している。横軸、縦軸（上側と下側）、２本の点線および黒点が示すものは図４（ａ）と同じである。この例でも、まず至近側の非合焦範囲のレンズ位置４１０での撮像面位相差ＡＦにより得られたデフォーカス量に応じて駆動されたフォーカスレンズ１０３は合焦範囲を通り過ぎて無限遠側の非合焦範囲内のレンズ位置４１１まで移動している。続いて、レンズ位置４１１で得られたデフォーカス量に応じて駆動されたフォーカスレンズ１０３が再び合焦範囲を通り過ぎて至近側の非合焦範囲内のレンズ位置４１２まで移動している。この時点でカメラ制御部２１２はステップＳ５０８にて像面位置が振動していると判定し、ステップＳ５１０にてレンズ位置４１２で新たに検出された位相差に対応するデフォーカス量から減算デフォーカス量を算出する。そして、該減算デフォーカス量に応じてフォーカスレンズ１０３を駆動する。減算デフォーカス量だけ駆動されたフォーカスレンズ１０３は合焦範囲内で停止する可能性が高い。こうしてフォーカスレンズ１０３が合焦範囲内で停止することで、ＡＦのハンチングが回避される。
【００４９】
なお、ここで説明した減算デフォーカス量は例であり、必ずしも元のデフォーカス量にデフォーカス検出方向における合成画素数の逆数を乗じることで得られた減算デフォーカス量である必要はない。例えば、合成画素数に対して所定画素数を加算または減算した減算用画素数の逆数を乗じることで減算デフォーカス量を算出してもよい。さらに、合成画素数や減算用画素数の逆数を乗じて算出した減算デフォーカス量に対して、カメラ２０や交換レンズ１０の特性等の様々な要素に応じた調整を行ったものを最終的な減算デフォーカス量としてもよい。これらの減算デフォーカス量はいずれも、合成画素数（第２の画素単位）に応じて減少させたデフォーカス量に相当する。
【００５０】
ステップＳ５１１では、カメラ制御部２１２は、測光結果に応じて設定した絞り値の情報を絞り制御命令としてレンズ制御部１０６に送信する。レンズ制御部１０６は、受信した絞り制御情報に含まれる絞り値に応じて絞り駆動部１０４を通じて絞り１０２を駆動する。これにより、絞り１０２が開放位置から設定された絞り値まで絞り込まれる。
【００５１】
次にステップＳ５１２において、カメラ制御部２１２は、フォーカルプレーンシャッタ２５８を閉動作させた後、再度開動作させる。すなわち、ステップＳ５０２で開動作させたフォーカルプレーンシャッタ２５８を一旦閉じて撮像素子２０１の蓄積電荷をリセットした後、再度フォーカルプレーンシャッタ２５８を開いて撮像素子２０１の電荷蓄積（露光）を開始する。また、フォーカルプレーンシャッタ２５８の閉じ動作および再度の開動作に代えて、公知の電子シャッタ動作により撮像素子２０１の露光を制御してもよい。
【００５２】
撮像素子２０１の露光が開始されてから所定時間が経過すると、ステップＳ５１３において、カメラ制御部２１２は、フォーカルプレーンシャッタ２５８を閉動作させる。
【００５３】
次にステップＳ５１４では、カメラ制御部２１２は、画像処理部２０３に撮像素子２０１から画素信号を取得させ、４画素合成がなされた画素信号から画像信号（画像データ）を生成させる。
【００５４】
さらにステップＳ５１５では、カメラ制御部２１２は、画像データに対するキズ補正、現像処理、ホワイトバランス、画像圧縮等の各種画像処理を行う。
【００５５】
次にステップＳ５１６では、カメラ制御部２１２は、レンズ制御部１０６に絞り１０２を開放させる絞り制御命令を送信する。レンズ制御部１０６は、受信した絞り制御情報に応じて絞り駆動部１０４を通じて絞り１０２を開放位置に駆動する。
【００５６】
次にステップＳ５１７では、カメラ制御部２１２は、クイックリターンミラー２５２をダウン位置に駆動する。
【００５７】
そして、ステップＳ５１８では、カメラ制御部２１２は、ステップＳ５１５での画像処理が行われた画像データを記憶媒体２０８に記録する。以上で、静止画撮影処理が終了する。
【００５８】
次に、画素合成モードでの撮像面位相差ＡＦにおける焦点検出について、図６および図８〜図９を用いて説明する。まず図６のフローチャートを用いて、図５のステップＳ５０５で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用コンピュータとしてのＡＦ信号処理部２０４は、本処理をコンピュータプログラムとしてのフォーカス制御プログラムに従って実行する。
【００５９】
ステップＳ６０１では、ＡＦ信号処理部２０４は、撮像素子２０１のうちユーザまたはカメラ制御部２１２により選択されたＡＦ領域に含まれる画素から一対のＡＦ像信号を生成するためのサブ画素信号を取得する。
【００６０】
次にステップＳ６０２では、ＡＦ信号処理部２０４は、サブ画素の４画素合成により一対のＡＦ像信号を生成する。
【００６１】
次にステップＳ６０４では、ＡＦ信号処理部２０４は、一対のＡＦ像信号に対して相関演算を行い、これら一対のＡＦ像信号の相関量を算出する。
【００６２】
次にステップＳ６０５では、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ６０４にて算出した相関量から相関変化量を算出する。
【００６３】
次にステップＳ６０６では、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ６０５にて算出した相関変化量から位相差を算出する。以上の処理を、選択されたＡＦ領域ごとに行う。
【００６４】
そして、ステップＳ６０７では、ＡＦ信号処理部２０４は、ＡＦ領域ごとに位相差をデフォーカス量に変換する。以上で焦点検出処理を終了する。
【００６５】
図８（Ａ）〜（Ｃ）には、焦点検出処理において一対のＡＦ像信号を取得するＡＦ領域の例を示している。図８（Ａ）において、１５０１は撮像素子２０１における図７に示した画素配列領域であり、１５０２はＡＦ領域である。また、１５０３は相関演算に必要なシフト領域である。１５０４はＡＦ領域１５０２とシフト領域１５０３とを合わせた領域であり、相関演算を行うために必要な領域である。
【００６６】
図中のｐ，ｑ，ｓ，ｔはそれぞれ、横方向の座標を表し、ｐからｑは上述した領域１５０４を示している。また、ｓからｔはＡＦ領域１５０２を示している。図ではＡＦ領域１５０２が縦方向において１画素ラインのみ含むように選択されている場合を示す。ＡＦ領域として縦方向に複数の画素ラインを含む領域１５１１が選択される場合は、事前に縦方向にサブ画素信号を加算しておき、１画素ラインに相当するサブ画素信号を生成しておく。
【００６７】
図８（Ｂ）は、ＡＦ領域１５０２を５つのＡＦ小領域１５０５〜１５０９に分割した様子を示している。本実施例では、このＡＦ小領域単位で位相差を算出する。そして、ＡＦ小領域にて算出された位相差のうち最も信頼できる位相差を選択し、その位相差からデフォーカス量を算出する。なお、複数のＡＦ小領域１５０５〜１５０９を図７に示した複数のＡＦ領域に割り当ててもよいし、視野長を調整するために図８（Ｃ）に示すようにＡＦ小領域１５０５〜１５０９を連結した領域１５１０にて位相差を検出してもよい。
【００６８】
このようなＡＦ領域を、図７に示した３１のＡＦ領域に合わせて撮像素子２０１上に設定する。例えば、複数画素ラインを含む領域１５１１を、図７に示した各ＡＦ領域に合わせて撮像素子２０１上に設定する。なお、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すＡＦ領域の設定は例であり、他の設定を採用してもよい。
【００６９】
図９（Ａ）〜（Ｃ）には、図８（Ａ）〜（Ｃ）で説明したＡＦ領域から取得した一対のＡＦ像信号１６０１，１６０２の波形の例を示す。前述したようにｓからｔがＡＦ領域を示し、ｐからｑが相関演算に必要なシフト領域を含めた相関演算に必要な領域である。また、ｘからｙは、図８（Ｂ）に示した５つのＡＦ小領域１５０５〜１５０９のうち１つを示す。
【００７０】
図９（Ａ）は、シフト前の一対のＡＦ像信号１６０１，１６０２の波形を示している。また、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示した一対のＡＦ像信号１６０１，１６０２を互いにプラス方向にシフトしたときの波形を示している。図９（Ｃ）は、図９（Ａ）に示した一対のＡＦ像信号１６０１，１６０２を互いにマイナス方向にシフトしたときの波形を示している。このように、相関量を算出する際には一対のＡＦ像信号１６０１，１６０２をそれぞれ矢印の方向に１ビットずつシフトする。
【００７１】
続いて、相関量ＣＯＲの算出方法について説明する。まず、図９（Ｂ），（Ｃ）で説明したように、一対のＡＦ像信号（以下、Ａ像信号およびＢ像信号という）１６０１，１６０２を１ビットずつシフトしていき、そのときのＡ像信号とＢ像信号との差の絶対値の和を算出する。このとき、シフト量をｉで表す。最小シフト量はｐ−ｓであり、最大シフト量はｑ−ｔである。また、ｘはＡＦ領域の開始座標であり、ｙはＡＦ領域の終了座標である。これら用いて、以下の式（１）によって相関量ＣＯＲを算出することができる。
【００７２】
【数１】
2017134154.tif 000003
【００７３】
なお、この時点で相関量ＣＯＲを縦方向に加算してもよい。前述したように事前にサブ画素信号を縦方向に加算してもよいが、別の方法としてまず図８（Ｃ）の領域１５１０についてＣＯＲ［ｉ］を算出する。次に、実際にＡＦを行うのが領域１５１１であった場合に、画素ラインごとにＣＯＲ［ｉ］を算出し、それらを加算した後に以下の処理に移ってもよい。
【００７４】
図１０（Ａ）には、相関量を波形で示している。横軸はシフト量を示し、縦軸は相関量を示す。相関量１７０１において、１７０２，１７０３は変化する相関値の極値近傍を示している。相関量が小さいほど、Ａ像信号とＢ像信号の一致度が高いといえる。
【００７５】
次に相関変化量ΔＣＯＲの算出方法について説明する。まず、図１０（Ａ）に示した相関量１７０１の波形における１シフト量おきの相関量の差から相関変化量を算出する。このとき、シフト量をｉで表す。最小シフト量は図９（Ｂ），（Ｃ）に示したｐ−ｓであり、最大シフト量はｑ−ｔである。これら用いて以下の式（２）によって相関変化量ΔＣＯＲを算出することができる。
【００７６】
【数２】
2017134154.tif 000004
【００７７】
図１０（Ｂ）は相関変化量ΔＣＯＲの波形を示している。横軸はシフト量を示し、縦軸は相関変化量を示す。相関変化量１８０１において、１８０２，１８０３は相関変化量化量がプラスからマイナスに変化するシフト量の近傍領域を示している。シフト量領域１８０２に示すように相関変化量が０となる最も小さいシフト量をゼロクロスシフト量といい、最もＡ像信号とＢ像信号の一致度が高くなる。このゼロクロスシフト量を位相差とする。
【００７８】
図１０（Ｃ）には、図１０（Ｂ）に示したシフト量領域１８０２を拡大して示している。１９０１は相関変化量１８０１の一部である。撮像素子２０１上でのＡ像信号およびＢ像信号の位相差ＰＲＤは以下のように算出される。
【００７９】
まず、位相差は整数部分βと小数部分αに分けられる。小数部分αは、図中の三角形ＡＢＣと三角形ＡＤＥとの相似関係から、以下の式（３）によって算出することができる。
【００８０】
【数３】
2017134154.tif 000005
【００８１】
小数部分βは、図１０（Ｃ）より、以下の式（４）によって算出することができる。
【００８２】
β＝ｋ−１                      （４）
αとβの和から位相差ＰＲＤを算出することができる。
【００８３】
このように算出した位相差ＰＲＤに係数Ｋを乗じてデフォーカス量に変換する。係数Ｋについて図３を用いて説明する。
【００８４】
図３には、被写体と交換レンズ１０内の撮影光学系と撮像素子２０１の受光面（センサ面）との関係を示している。撮影光学系は実際には複数のレンズにより構成されるが、図では凸レンズ１つで表現されている。射出瞳距離ＥＰＤは、撮影光学系（以下、レンズという）に固有の値である。基線長ＢＬは、例えば撮像素子２０１の１画素内の２つのサブ画素（例えば図２（ａ）に示したサブ画素２０１，２０５）３０１，３０２がレンズに投影されたときのこれらの間の距離である。これら射出瞳距離ＥＰＤ、基線長ＢＬおよびセンサ面上での位相差ＰＲＤを用いて、デフォーカス量Ｄは、図３中の２つの三角形の相似関係から以下のように算出することができる。
Ｄ＝ＥＰＤ／ＢＬ×ＰＲＤ           （５）
前述した係数Ｋは、以下のように算出することができる。
Ｋ＝ＥＰＤ／ＢＬ          （６）
この係数Ｋをデフォーカス量に乗じることでレンズ駆動量を算出することができる。
【００８５】
ここで、画素合成モードでは、位相差ＰＲＤは撮像素子２０１の複数画素単位（第２の画素単位：図２（ｂ）の例では２画素単位）で検出される。画素合成モードと非画素合成モードでは、同じ位相差（つまりは同じデフォーカス量）を表す画素数が異なる。このため、画素合成モードでは、最も単純には、係数Ｋを合成画素数倍する必要がある。
【００８６】
係数Ｋの値が大きくなるほど位相差の誤差が増加することになり、前述したハンチングが生じ易くなる。そこで本実施例では、画素合成モードにてハンチングを回避してフォーカスレンズ１０３を合焦範囲内にて停止させるためにレンズ駆動量を減少させる際には、非画素合成モードと同様に算出されたデフォーカス量をデフォーカス検出方向での合成画素数で除する。これは、結果として係数Ｋを合成画素数倍せずにレンズ駆動量を算出することに相当する。
【００８７】
別のレンズ駆動量の算出方法として以下のようにしてもよい。非画素合成モードでは、位相差（第１の位相差）に式（６）に示す係数（第１の係数）Ｋを乗じて得られる第１のデフォーカス量から第１の位相差に対応するレンズ駆動量を算出する。一方、画素合成モードでは、第１の係数Ｋをデフォーカス検出方向での合成画素数で除して得られる第２の係数（図２（ｂ）の例ではＫ／２）を位相差（第２の位相差）に乗じて第２のデフォーカス量を得る。そして、該第２のデフォーカス量から、第２の位相差に対応するレンズ駆動量よりも小さいレンズ駆動量を算出する。
【００８８】
なお、この場合においても、合成画素数に対して所定画素数を加算または減算した減算用画素数で第１の係数Ｋを除して第２の係数を算出したり、合成画素数や減算用画素数で除して算出した第２の係数に対して様々な要素に応じた調整を行ったりしてもよい。
【００８９】
本実施例によれば、画素合成モードにおける撮像面位相差ＡＦのハンチングを回避して、短時間で合焦状態が得られる可能性を高めることができる。
【００９０】
なお、上記実施例ではフォーカスレンズ１０３をフォーカス素子として移動させＡＦを行う場合について説明したが、撮像素子２０１をフォーカス素子として光軸方向に移動させることでＡＦを行ってもよい。
【００９１】
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】
【００９２】
１０３  フォーカスレンズ
２０１  撮像素子
２０４  ＡＦ信号処理部
２１２  カメラ制御部
【図１】
2017134154.tif 000006
【図２】
2017134154.tif 000007
【図３】
2017134154.tif 000008
【図４】
2017134154.tif 000009
【図５】
2017134154.tif 000010
【図６】
2017134154.tif 000011
【図７】
2017134154.tif 000012
【図８】
2017134154.tif 000013
【図９】
2017134154.tif 000014
【図１０】
2017134154.tif 000015