(57)【要約】【課題】複数の合焦候補位置が存在する場合でも迅速に真の合焦位置に対応する焦点検出情報を得る。【解決手段】焦点検出装置２１３，２０４は、被写体像を撮像するための撮像素子の出力信号から生成されて被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する対の位相差像信号を用いて、フォーカスレンズ１０３の位置を制御するための焦点検出情報を生成し、該対の位相差像信号を用いて、合焦状態が得られるフォーカスレンズの位置の候補が複数あるか否かを判定する。該候補が複数あると判定された場合には、フォーカスレンズを一方向に移動させながら対の位相差像信号と該位相差像信号を用いた評価値を取得し、合焦状態に対応する評価値が取得されたフォーカスレンズの位置において取得された対の位相差像信号を用いて焦点検出情報を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像するための撮像素子の出力信号から生成されて前記被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する対の位相差像信号を用いて、フォーカスレンズの位置を制御するための焦点検出情報を生成する生成手段と、
前記対の位相差像信号を用いて、合焦状態が得られる前記フォーカスレンズの位置の候補が複数あるか否かを判定する判定手段とを有し、
前記候補が複数あると判定された場合において、前記生成手段は、前記フォーカスレンズを一方向に移動させながら前記対の位相差像信号と該位相差像信号を用いた評価値を取得し、前記合焦状態に対応する前記評価値が取得された前記フォーカスレンズの位置において取得した前記対の位相差像信号を用いて前記焦点検出情報を生成することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記被写体像が周期的パターンを有する場合に取得される前記対の位相差像信号を用いて前記候補が複数あるか否かを判定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】
前記判定手段は、前記対の位相差像信号の相関量の極小値が複数存在するか否かによって前記候補が複数あるか否かを判定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】
前記生成手段は、前記合焦状態に対応する前記評価値が取得された前記フォーカスレンズの位置において取得した前記対の位相差像信号を用いて生成した前記焦点検出情報を用いて合焦状態か否かを判定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】
前記生成手段は、前記一方向への前記フォーカスレンズの移動中に前記合焦状態に対応する前記評価値が取得されたと判定した場合は、該一方向への前記フォーカスレンズの移動を止めて前記合焦状態に対応する前記評価値が取得された前記フォーカスレンズの位置で取得された前記対の位相差像信号を用いて前記焦点検出情報を生成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】
前記生成手段は、撮像モードに応じて、前記フォーカスレンズを前記一方向に移動させる範囲を変更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】
前記生成手段は、前記評価値として、前記位相差像信号から得られるコントラストを示す評価値を取得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】
前記生成手段は、前記評価値として、前記対の位相差像信号の相関量の変化量を示す評価値を取得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９】
前記生成手段は、動画撮像中における同一フレーム期間において前記撮像素子から得られる前記出力信号から前記対の位相差像信号および前記評価値を取得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】
請求項１から９のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
前記焦点検出情報に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する制御手段とを有することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項１１】
被写体像を撮像するための撮像素子と、
請求項１０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１２】
被写体像を撮像するための撮像素子の出力信号から生成されて前記被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する対の位相差像信号を用いて、フォーカスレンズの位置を制御するための焦点検出情報を生成する生成ステップと、
前記対の位相差像信号を用いて、合焦状態が得られる前記フォーカスレンズの位置の候補が複数あるか否かを判定する判定ステップとを有し、
前記候補が複数あると判定された場合に、前記生成ステップにおいて、前記フォーカスレンズを一方向に移動させながら前記対の位相差像信号と該位相差像信号を用いた評価値を取得し、前記合焦状態に対応する前記評価値が取得された前記フォーカスレンズの位置において取得された前記対の位相差像信号を用いて前記焦点検出情報を生成することを特徴とする焦点検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像面位相差検出方式による焦点検出を行うフォーカス制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置には、被写体像を撮像するための撮像素子からの出力信号を用いて位相差検出方式による焦点検出を行う撮像面位相差検出方式焦点検出を採用するものがある。ただし、撮像面位相差検出方式を含む位相差検出方式では、被写体像が周期的パターンを有すると、合焦状態が得られる候補となるフォーカスレンズの位置（以下、合焦候補位置という）が複数検出される場合がある。この場合に、該複数の合焦候補位置のうち真に合焦状態が得られる１つの合焦位置を特定することは位相差検出方式では原理的に難しい。
【０００３】
特許文献１には、被写体像が周期的パターンを有する場合に、以下の方法で真の合焦位置を特定する撮像装置が開示されている。該方法は、複数の合焦候補位置までのデフォーカス量（焦点検出情報）をそれぞれ算出し、これらデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズをそれぞれの合焦候補位置に駆動して評価値を取得する。そして、最も高い評価値が得られた合焦候補位置を真の合焦位置として特定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０５５６３５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では、例えば図１１に示すように、被写体像が周期的パターンを有する場合に、真の合焦位置の近傍ではない（ぼけが大きい）合焦候補位置でもデフォーカス量を算出する。このときに算出されるデフォーカス量は信頼度（精度）が低く、これに基づいてフォーカスレンズを駆動すると、合焦候補位置とは異なる位置にフォーカスレンズが移動するおそれがある。そして、合焦候補位置とは異なるフォーカスレンズの位置で取得された評価値を用いて合焦位置を特定しても、精度良く真の合焦位置を特定できない可能性がある。デフォーカス量の信頼度を高めるためにデフォーカス量の算出とフォーカスレンズの駆動とを繰り返すことも可能である。しかし、真の合焦位置の特定までに時間を要したりフォーカスレンズが複数回異なる方向に移動したりして、フォーカス制御の応答性や品位が低下する。
【０００６】
本発明は、複数の合焦候補位置が存在する場合でも迅速に真の合焦位置に対応する焦点検出情報が得られるようにした焦点検出装置、フォーカス制御装置および撮像装置等を提供する。
【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、被写体像を撮像するための撮像素子の出力信号から生成されて被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する対の位相差像信号を用いて、フォーカスレンズの位置を制御するための焦点検出情報を生成する生成手段と、該対の位相差像信号を用いて、合焦状態が得られるフォーカスレンズの位置の候補が複数あるか否かを判定する判定手段とを有する。該候補が複数あると判定された場合において、生成手段は、フォーカスレンズを一方向に移動させながら対の位相差像信号と該位相差像信号を用いた評価値を取得し、合焦状態に対応する評価値が取得されたフォーカスレンズの位置において取得された対の位相差像信号を用いて焦点検出情報を生成することを特徴とする。
【０００８】
なお、上記焦点検出装置と、焦点検出情報に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する制御手段とを有するフォーカス制御装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【０００９】
また、被写体像を撮像するための撮像素子と、上記フォーカス制御装置とを有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【００１０】
さらに、本発明の他の一側面としての焦点検出方法は、被写体像を撮像するための撮像素子の出力信号から生成されて被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する対の位相差像信号を用いて、フォーカスレンズの位置を制御するための焦点検出情報を生成する生成ステップと、該対の位相差像信号を用いて、合焦状態が得られるフォーカスレンズの位置の候補が複数あるか否かを判定する判定ステップとを有する。そして、候補が複数あると判定された場合に、生成ステップにおいて、フォーカスレンズを一方向に移動させながら対の位相差像信号と該位相差像信号を用いた評価値を取得し、合焦状態に対応する評価値が取得されたフォーカスレンズの位置において取得された対の位相差像信号を用いて焦点検出情報を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像面位相差検出方式の焦点検出を行う場合に、合焦状態が得られるフォーカスレンズの位置の候補が複数存在する場合においても短時間で正確に真の合焦状態に対応する焦点検出情報を生成することができる。したがって、高速かつ高精度に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と交換レンズの構成を示すブロック図。
【図２】実施例の撮像面位相差ＡＦに用いられる撮像素子の画素構成を示す図。
【図３】従来の位相差ＡＦセンサで得られる２像相関量を示す図。
【図４】実施例の撮像面位相差ＡＦにおける２像相関量を示す図。
【図５】実施例における撮像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】実施例において周期パターン像を検出したときの焦点検出処理を示すフローチャート。
【図８】実施例におけるコントラスト評価値を説明する図。
【図９】実施例における２像相関量の変化に関する評価値を説明する図。
【図１０】実施例における評価値が最も大きい合焦位置を判定する方法を説明する図。
【図１１】従来の撮像面位相差ＡＦにおける問題を説明する図。
【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。
【００１４】
図１には、本発明の実施例であるフォーカス制御装置を備えた撮像装置（以下、カメラという）２０と該カメラ２０に着脱可能な交換レンズ（以下、単にレンズという）１０とにより構成されるレンズ交換式カメラシステムの構成を示す。フォーカス制御装置は、焦点検出装置を含む。
【００１５】
まず、レンズ１０の構成について説明する。レンズ１０は、固定レンズ１０１、絞り１０２およびフォーカスレンズ１０３を含む撮像光学系と、絞り駆動部１０４と、フォーカスレンズ駆動部１０５と、レンズ制御部１０６と、レンズ操作部１０７とを有する。
【００１６】
撮像光学系は、不図示の被写体からの光を結像させることにより被写体像を形成する。絞り１０２は、絞り駆動１０４によって絞り開口径を変化させるように駆動され、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によって撮像光学系の光軸方向に駆動されることにより、被写体に対する撮像光学系の焦点状態（言い換えれば、撮像素子２０１に形成される被写体像の焦点状態）を調節する。
【００１７】
レンズ制御部１０６は、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およびフォーカスレンズ１０３の駆動を制御する。レンズ操作部１０７は、ユーザにより操作される各種操作スイッチ等を含む。レンズ制御部１０６は、レンズ操作部１０７におけるユーザ操作に応じた制御を行う。また、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や送信要求に応じて絞り駆動部１０４やフォーカスレンズ駆動部１０５を制御する。さらに、レンズ制御部１０６は、撮像光学系の状態その他のレンズ１０に関する情報（レンズ情報）をカメラ制御部２１２に送信する。
【００１８】
次に、カメラ２０の構成について説明する。カメラ２０は、撮像素子２０１と、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ２０２と、画像入力コントローラ２０３と、ＡＦ信号処理部２０４と、表示制御部２０５と、表示部２０６とを有する。また、カメラ２０は、記録媒体制御部２０７と、記録装置２０８と、ＳＤＲＡＭ２０９と、ＲＯＭ２１０と、フラッシュＲＯＭ２１１と、カメラ制御部２１２と、カメラ操作部２１４と、タイミングジェネレータ２１５とを有する。カメラ制御部２１２は、ＡＦ制御部２１３を含む。
【００１９】
撮像素子２０１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成され、撮像光学系により形成された被写体像を該撮像素子２０１の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からの指令に従ってタイミングジェネレータ２１５から出力されるタイミング信号に基づいて蓄積電荷に応じた電圧を有する出力信号（アナログ信号）として撮像素子２０１から順次読み出される。
【００２０】
撮像素子２０１において、各画素は２つ（一対）のフォトダイオード（光電変換部）Ａ，Ｂとこれら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。各画素において、入射する光をマイクロレンズで分割して対のフォトダイオードＡ，Ｂ上に対の光学像が形成される。そして、該対のフォーダイオードＡ，Ｂからの上記出力信号が、後述する撮像面位相差ＡＦに用いられる対のＡＦ用信号（Ａ信号およびＢ信号）として読み出される。また、各画素の対のフォトダイオードＡ，Ｂからの出力信号であるＡ信号とＢ信号を加算して読み出すことで、撮像用信号（Ａ＋Ｂ信号）が読み出されることになる。
【００２１】
撮像素子２０１は、複数の画素から読み出した複数の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焦点検出およびフォーカスレンズ１０３の位置制御に用いられる対の位相差像信号としてのＡ像信号とＢ像信号を生成して出力する。以下の説明において、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レンズ１０３の位置制御をまとめて、撮像面位相差ＡＦという。また、撮像素子２０１は、複数の画素のそれぞれから読み出したＡ＋Ｂ信号を合成することで撮像画像を生成するための撮像信号を生成する。
【００２２】
ここで、図２（ｂ）には、本実施例における撮像素子２０１の画素構成の具体例を示している。上述したように、撮像面位相差ＡＦを行うために、複数の画素のそれぞれが２つのフォトダイオードＡ，Ｂを有する。一方、図２（ａ）には、撮像面位相差ＡＦに対応していない撮像素子の画素構成の具体例を示している。いずれの撮像素子も複数の画素がベイヤー配列に基づいて配列されている。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。
【００２３】
なお、図２（ｂ）に示した各画素におけるダイオードの分割は例に過ぎず、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。
【００２４】
撮像素子２０１から出力された撮像信号および対の位相差像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２に入力される。ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、撮像信号および対の位相差像信号に対して、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信号および対の位相差像信号をそれぞれ、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。
【００２５】
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信号に対して各種画像処理を行うことが画像信号を生成し、該画像信号をバス２１を介してＳＤＲＡＭ２０９に格納する。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。
【００２６】
なお、本実施例では撮像信号および対の位相差像信号の計３つの信号を撮像素子２０１の出力信号から生成する。ただし、撮像素子の負荷を軽減するために、例えば撮像信号と１つの位相差像信号の計２つの信号を取り出し、取り出した撮像信号と位相差像信号との差分をもう１つの位相差像信号として用いることで対の位相差像信号を生成してもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
ＡＦ信号処理部２０４は、コンバータ２０２から出力された対の位相差像信号に対して相関演算を行い、該対の位相差像信号の相関量を算出する。そして、相関量が最小となる、つまりは相関度が最も高くなる対の位相差像信号のずれ量（後述するシフト量Ｓｈｉｆｔ）である位相差を算出する。以下の説明では、この位相差を像ずれ量という。また、ＡＦ信号処理部２０４は、算出した像ずれ量に対する信頼度も算出する。信頼度は、後述する２像一致度、相関量の変化の急峻度、コントラスト情報、飽和情報およびキズ情報等を用いて算出することができる。
【００２９】
ＡＦ信号処理部２０４は、撮像画面内で撮像面位相差ＡＦを行うＡＦ領域（焦点検出領域）で算出した像ずれ量および信頼度の情報と、対の位相差像信号の相関量の情報（さらに必要に応じて位相差像信号）とをカメラ制御部２１２内のＡＦ制御部２１３に出力する。なお、ＡＦ領域は、ユーザによるカメラ操作部２１４の選択操作に応じて設定するようにしてもよいし、ＡＦ制御部２１３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設定するようにしてもよい。
【００３０】
ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から受け取ったＡＦ領域での像ずれ量を用いて焦点検出情報としてのデフォーカス量（およびデフォーカス方向）を算出する。そして、算出した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（位置）を制御する。すなわち、デフォーカス量を算出してフォーカスレンズ１０３を合焦状態が得られる合焦位置に移動させるＡＦ処理を行う。さらに、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から取得した像ずれ量や信頼度の情報に基づいて、像ずれ量を算出するための設定の変更をＡＦ信号処理部２０４に通知する。例えば、像ずれ量が大きい場合に相関演算を行うＡＦ領域を広く設定したり、信頼度（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。
【００３１】
また、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から受け取った対の位相差像信号の相関量の波形を生成する。そして、該波形を用いて、撮像素子２０２上に形成されている被写体像が周期的パターンを有する被写体像（以下、周期パターン像という）であるか否かを判定するパターン像判定処理を行う。さらに、ＡＦ制御部２１３は、被写体像が周期パターン像であると判定した場合は後述する合焦位置特定処理を行う。ＡＦ信号処理部２０４およびＡＦ制御部２１３により生成手段と判定手段を含む焦点検出装置、さらには制御手段を含むフォーカス制御装置が構成される。
【００３２】
図３（ａ）〜（ｃ）には、撮像素子２０１とは別に設けられた従来の位相差ＡＦ用センサ（ラインセンサ）上に周期パターン像が形成された場合に該センサから得られる対の位相差像信号の相関量を示す。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、異なる焦点状態として、周期パターン像のぼけが大きい大ぼけ状態、周期パターン像のぼけが小さい小ぼけ状態および周期パターン像のピントが合っている合焦状態での対の位相差像信号間の相関量の波形を示す。横軸は対の位相差像信号に対する相関演算において対の位相差像信号を互いにずらす（シフトさせる）際のシフト量Ｓｈｉｆｔを示し、縦軸は対の位相差像信号間の相関量ＣＯＲを示す。シフト量Ｓｈｉｆｔが大きいほど対の位相差像信号の波形のずれ（不一致度）が大きく、被写体像のぼけが大きい。また、相関量ＣＯＲが小さいほど対の位相差像信号の波形の一致度が高く、被写体像のぼけが小さい。ここでは真の合焦位置に対応するシフト量をＡとする。
【００３３】
従来の位相差ＡＦでは、相関量が極小値となるシフト量Ｓｈｉｆｔ、すなわち合焦位置に対応する像ずれ量が算出される。相関量の極小値となるシフト量Ｓｈｉｆｔが複数存在する場合、すなわち合焦位置となり得るフォーカスレンズ１０３の位置の候補である合焦候補位置が複数存在する場合は、所定の評価値を用いて真の合焦位置に対応するシフト量Ｓｈｉｆｔを特定する。所定の評価値としては、被写体のコントラストの度合いを示すコントラスト値や、相関量の変化の急峻性を表す相関変化量および対の位相差像信号の波形の一致度を表す２像一致度等を用いることができる。
【００３４】
ただし、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、被写体像が周期パターン像であると、相関量が極小値となる部分が周期的に複数現れ、それらの部分の相関変化量に差がなく、しかも焦点状態に関わらず相関量の波形に変化がない。この場合は、フォーカスレンズを移動させたり上記評価値を用いたりしても真の合焦位置を特定することが困難である。
【００３５】
図４（ａ）〜（ｃ）には、撮像面位相差ＡＦにおいて撮像素子２０１上に周期パターン像が形成された場合に該撮像素子２０１から得られる対の位相差像信号の相関量を示す。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）と同様に、周期パターン像の大ぼけ状態、小ぼけ状態および合焦状態における対の位相差像信号間の相関量の波形を示し、横軸よび縦軸がそれぞれシフト量Ｓｈｉｆｔと相関量ＣＯＲを示す。これらシフト量Ｓｈｉｆｔと相関量ＣＯＲの意味は図３（ａ）〜（ｃ）と同じである。ここでは真の合焦位置に対応するシフト量ＳｈｉｆｔをＢとする。
【００３６】
撮像面位相差ＡＦにおいても、従来の位相差ＡＦと同様に、周期パターン像に対応して相関量が極小値となる部分が周期的に複数現れる。つまりは合焦候補位置が複数存在する。しかし、撮像面位相差ＡＦでは、図４（ａ）〜（ｃ）から分かるように、焦点状態に応じて相関量の波形が変化し、合焦位置に近づくにつれて相関値が極小値となる部分の傾きが急峻になる。したがって、実際にフォーカスレンズ１０３を移動させて焦点状態を変えて最も相関変化量が大きくなるときが合焦位置付近にフォーカスレンズ１０３が位置した状態であると判定することができる。これにより、複数の合焦候補位置が存在した場合でも真の合焦位置を特定することができる。
【００３７】
なお、詳しくは後述するが、上述したコントラスト値を用いても真の合焦位置を特定することができる。
【００３８】
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。カメラ制御部２１２は、バス２１を通じてカメラ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。そして、カメラ制御部２１２は、ユーザ操作によるカメラ操作部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、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。カメラ制御部２１２内のＡＦ制御部２１３は、上述したＡＦ処理を行う。さらに、カメラ制御部２１２は、交換レンズ１０（レンズ制御部１０６）に対して制御命令やカメラ２０の情報を送信したり、交換レンズ１０からレンズ情報を取得したりする。
【００３９】
次に、図５のフローチャートを用いて、本実施例における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である撮像処理プログラムに従って本処理を実行する。また、ＡＦ制御部２１３は、コンピュータプログラムである焦点検出プログラム（フォーカス制御プログラム）に従ってＡＦ処理を実行する。以下の説明において、Ｓはステップを意味する。ここでは、カメラ２０の電源がオンされ、撮像素子２０１による電子ビューファインダ用のライブビュー画像の撮像（動画撮像）が行われているものとする。
【００４０】
まず、Ｓ６０１において、カメラ制御部２１２は、カメラ２０に設けられた第１レリーズスイッチ（ＳＷ１）がオンされたか否かを判定する。カメラ制御部２１２は、ＳＷ１がオンされた場合はＳ６０２に進み、ＳＷ１がオフである場合は再度Ｓ６０１の判定を繰り返す。
【００４１】
Ｓ６０２では、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ処理を開始し、ＡＦ信号処理部２０４とともにデフォーカス量を算出する焦点検出処理を行う。焦点検出処理の詳細については後述する。
【００４２】
次にＳ６０３では、ＡＦ制御部２１３は、合焦判定を行う。すなわち、焦点検出処理により得られたデフォーカス量が合焦状態とみなせる合焦範囲に入っているか否か、つまりは焦点状態が合焦状態か否かを判定する。ＡＦ制御部２１３は、デフォーカス量が合焦範囲に入っている場合はＡＦ処理を終了してＳ６０５に進み、デフォーカス量が合焦範囲外である場合はＳ６０４に進む。
【００４３】
Ｓ６０４では、ＡＦ制御部２１３は、レンズ制御部１０６に対してフォーカス駆動命令を送信する。このフォーカス駆動命令には、デフォーカス量または該デフォーカス量から算出したフォーカスレンズ１０３の駆動量の情報が含まれる。レンズ制御部１０６は、フォーカス駆動命令に応じて、フォーカスレンズ駆動部１０５を通じてフォーカスレンズ１０３を駆動する。この後、ＡＦ制御部２１３はステップＳ６０２に戻り、再度ＡＦ信号処理部２０４に焦点検出処理を行わせる。
【００４４】
Ｓ６０５では、カメラ制御部２１２は、カメラ２０に設けられた第２レリーズスイッチ（ＳＷ２）がオンされたか否かを判定する。カメラ制御部２１２は、ＳＷ２がオンされた場合はＳ６０６に進み、ＳＷ２がオフである場合はＳ６０７に進む。
【００４５】
Ｓ６０６では、カメラ制御部２１２は、画像入力コントローラ２０３に撮像素子２０１から取得された撮像信号（Ａ＋Ｂ信号）から記録用画像を生成する処理を行わせ、次のＳ６０８で記録用画像を記録媒体２０８に記録して撮像処理を終了する。
【００４６】
Ｓ６０７では、カメラ制御部２１２はＳＷ１がオンであるか否かを判定する。カメラ制御部２１２は、ＳＷ１がオンである場合はＳ６０５に戻り、ＳＷ１がオフである場合は撮像処理を終了する。
【００４７】
次に、図６に示すフローチャートを用いて図５のＳ６０２でＡＦ制御部２１３およびＡＦ信号処理部２０４が行う焦点検出処理について説明する。
【００４８】
Ｓ７０１において、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４に撮像素子２０１から取得した対の位相差像信号に対する相関演算を行わせる。そして、ＡＦ信号処理部２０４から受け取った相関量が極小値となるシフト量Ｓｈｉｆｔである像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。また、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４に対の位相差像信号の相関量をシフト量Ｓｈｉｆｔごとに算出させる。ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から受け取ったシフト量Ｓｈｉｆｔごとの相関量の波形を生成する。
【００４９】
次にＳ７０２において、ＡＦ制御部２１３は、相関量の波形に図４（ａ）〜（ｃ）に示したように極小値が周期的に複数現れているか否か、すなわち被写体像が周期パターン像であるか否かを判定するパターン像判定処理を行う。このパターン像判定処理は、言い換えれば、合焦候補位置が複数あるか否かの判定である。ＡＦ制御部２１３は、被写体像が周期パターン像である場合はＳ７０３に進み、被写体像が周期パターン像でない（相関量の極小値が１つである）場合はステップＳ７０１で算出したデフォーカス量を用いて前述したステップＳ６０３での合焦判定を行う。
【００５０】
Ｓ７０３では、ＡＦ制御部２１３は、後述する合焦位置特定処理を行う。そして、該合焦位置特定処理により特定した真の合焦位置に対応するデフォーカス量を用いてステップＳ６０３での合焦判定を行う。
【００５１】
図７を用いて、図６のＳ７０３においてＡＦ制御部２１３が行う合焦位置特定処理について説明する。まず、Ｓ８０１において、ＡＦ制御部２１３は、フォーカスレンズ１０３を所定の移動範囲（以下、サーチ駆動範囲という）で一方向に、例えば至近側から無限遠側に移動させるサーチ駆動を開始する。このサーチ駆動では、ステップＳ７０１で算出したデフォーカス量とは無関係に（デフォーカス量に基づかずに）フォーカスレンズ１０３を一方向に所定速度で移動させる。
【００５２】
次にＳ８０２では、ＡＦ制御部２１３は、サーチ駆動によりフォーカスレンズ１０３を移動させながら該フォーカスレンズ１０３の所定移動量ごとに、ＡＦ信号処理部２０４に撮像素子２０１から対の位相差像信号を取得させ、それらの像ずれ量を算出させる。ここにいう所定移動量は、フォーカスレンズ１０３の位置分解能に応じて決められ、Ｓ７０２で判定される合焦候補位置とは無関係である。
【００５３】
そして、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から受け取った像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出するとともに、ＡＦ信号処理部２０４から受け取った位相差像信号または相関量を用いて評価値を算出する。つまり、ＡＦ制御部２１３は、サーチ駆動によりフォーカスレンズ１０３を移動させながらフォーカスレンズ１０３の所定移動量ごとに対の位相差像信号の像ずれ量に基づくデフォーカス量を取得するとともに評価値を取得する。対の位相差像信号（つまりはデフォーカス量）および評価値は、ライブビュー画像の撮像中（動画撮像中）における同一フレーム期間において撮像素子２０１から得られる出力信号から取得される。
【００５４】
ここで、図８および図９を用いて評価値について説明する。ここでは、まず図８を用いて、評価値の１つであるコントラスト値について説明する。図８は、撮像面位相差ＡＦにおいてフォーカスレンズ１０３をぼけが大きい位置から合焦位置付近まで移動させた際のコントラスト値の例を示している。横軸は被写体像のぼけの度合いを示し、縦軸はコントラスト値ＳＱＲＣＮＴを示す。ＡＦ制御部２１３は、各フォースレンズ位置でのコントラスト値ＳＱＲＣＮＴを、位相差像信号の波形から、以下の式（２）を用いて算出する。
ＳＱＲＣＮＴ ＝ Σ（Ｓ［ｋ+ １］‐Ｓ［ｋ］）２      （２）
ただし、ｋは、位置を特定するための整数の変数であり、Ｓ［ｋ］は、位置ｋにおける位相差像信号の信号値である。
【００５５】
図８に示すように、フォーカスレンズ１０３が合焦位置に近づくにつれてコントラスト値ＳＱＲＣＮＴは高くなる。このため、コントラスト値ＳＱＲＣＮＴが最も高く（大きく）なるフォーカスレンズ１０３の位置が真の合焦位置であると特定することができる。
【００５６】
次に、図９を用いて、他の評価値としての対の位相差像信号の相関変化量について説明する。図９には、撮像面位相差ＡＦにおいて、フォーカスレンズ１０３をぼけが大きい位置から合焦位置付近まで移動させた際の相関変化量の例を示している。横軸は被写体像のぼけの度合いを、縦軸は相関変化量ＭＡＸＤＥＲをそれぞれ示す。ＡＦ制御部２１３は、相関変化量ＭＡＸＤＥＲを、以下の式（１）を用いて算出する。 
ＭＡＸＤＥＲ（ｋ）＝
（ＣＯＲ［ｋ‐３］‐ＣＯＲ［ｋ‐１］）−（ＣＯＲ［ｋ‐２］‐ＣＯＲ［ｋ］）
（１）
ただし、ｋは、位置を特定するための整数の変数である。
【００５７】
図９に示すように、撮像面位相差ＡＦでは、被写体像のぼけの度合いが大きい状態から合焦状態に近づくにつれて、相関変化量が大きく（つまりは相関量の変化が急峻に）なる。このため、相関変化量が最も大きくなるフォーカスレンズ１０３の位置が真の合焦位置であると特定することができる。
【００５８】
Ｓ８０２の次のＳ８０３では、ＡＦ制御部２１３は、上記サーチ駆動中（フォーカスレンズ１０３の移動中）において取得した評価値において最も高い（真の合焦位置に対応する）評価値を取得できたか否かを判定する。例えば、評価値としてコントラスト値を用いる場合には、図１０に示すように、フォーカスレンズ１０３のサーチ駆動中に取得したコントラスト値ＳＱＲＣＮＴにおいて最も高いピーク値が存在するか否かを判定する。なお、図１０中の黒丸は複数の合焦候補位置を示しており、１つの合焦候補位置において最も高い評価値が得られる。また、評価値として相関変化量を用いる場合には、サーチ駆動中に取得した相関変化量において最も大きい（真の合焦位置に対応する）相関変化量が存在するか否かを判定する。ＡＦ制御部２１３は、最も高い評価値を取得できた場合はＳ８０４に進み、そうでない場合はＳ８０１に戻って再度、サーチ駆動による像ずれ量と評価値の算出を行う。
【００５９】
なお、評価値として相関変化量を用いる場合には、Ｓ８０３でのコントラスト値の判定に代えて相関変化量が所定値以上であるか否かを判定してもよい。そして、相関変化量が所定値以上である場合には、フォーカスレンズ１０３が合焦位置（またはその近傍）に位置するとみなしてＳ８０４に進んでもよい。
【００６０】
また、カメラ２０において設定された撮像モードに応じてフォーカスレンズ１０３のサーチ駆動範囲を変更してもよい。例えば、動画撮像モードでは動画の見えに関する品位を優先して、静止画撮像モードに比べてサーチ駆動範囲を制限してもよい。
【００６１】
Ｓ８０４では、ＡＦ制御部２１３は、Ｓ８０３で判定した最も高い評価値が得られたフォーカスレンズ１０３の位置で算出されたデフォーカス量を真の合焦位置に対応する焦点検出情報（焦点検出結果）として確定する。そして、これを用いてステップＳ６０３での合焦判定を行う。
【００６２】
なお、Ｓ８０３において最も高い評価値が得られたと判定した場合に、ＡＦ制御部２１３はその後のデフォーカス量および評価値の取得を行わず、つまりはサーチ駆動をその判定の時点で止めてもよい。そして、その最も高い評価値が得られたフォーカスレンズ１０３の位置でのデフォーカス量を焦点検出結果と確定してもよい。また、撮像面位相差ＡＦの精度をより高めるために、ＡＦ制御部２１３は、サーチ駆動後に、最も高い評価値が得られた位置にフォーカスレンズ１０３を移動させ、その状態で再度デフォーカス量を算出してこれを焦点検出結果として確定してもよい。
【００６３】
以上説明したように、本実施例では、被写体像が周期パターン像であると判定した（合焦候補位置が複数あると判定した）場合に、フォーカスレンズ１０３を一方向にサーチ駆動しながらデフォーカス量と評価値とを取得する。そして、最も高い（合焦位置に対応する）評価値が取得されたフォーカスレンズ１０３の位置で取得されたデフォーカス量を用いてＡＦ処理を行う。したがって、本実施例によれば、被写体像が周期パターン像であっても、短時間で高精度なフォーカス制御（撮像面位相差ＡＦ）を行うことができる。
【００６４】
なお、本実施例では、被写体像が周期パターン像である場合に合焦位置特定処理を行う場合について説明した。しかし、被写体像が周期パターン像でなくても合焦候補位置（対の位相差像信号の相関値の極小値）が少なくとも２つ存在する場合にこの合焦位置特定処理を行うことで、真の合焦位置を特定することができる。
【００６５】
また、本実施例では、焦点検出情報がデフォーカス量である場合について説明したが、焦点検出情報は対の位相差像信号の像ずれ量であってもよい。
【００６６】
さらに、本実施例ではレンズ交換型撮像装置について説明したが、本実施例にて説明した処理は、レンズ一体型撮像装置において行うこともできる。
（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。
【００６７】
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】
【００６８】
１０３  フォーカスレンズ
２０１  撮像素子
２０４  ＡＦ信号処理部
２１３  ＡＦ制御部
【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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