焦点検出装置およびその制御方法
【課題】 パララクス補正に要するコストを抑制しつつ、ハイブリッドＡＦ方式に有効に利用可能な測距結果を得ることのできる外測ＡＦ方式の焦点検出装置を提供する。
【解決手段】 撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離より長い場合には、一対のラインセンサの、撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定する（Ｓ２０５）。一方、撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離以下の場合には、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを一対のラインセンサに設定する（Ｓ２０６）。
【解決手段】 撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離より長い場合には、一対のラインセンサの、撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定する（Ｓ２０５）。一方、撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離以下の場合には、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを一対のラインセンサに設定する（Ｓ２０６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に使用可能な焦点検出装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般的なスチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置は自動焦点検出（ＡＦ）機能を有している。例えば、ビデオカメラ等では、撮像素子を用いて生成された映像信号の鮮鋭度（コントラスト）に基づいて焦点検出するＴＶ−ＡＦ方式が広く用いられている。具体的には、フォーカスレンズを移動させながら順次撮影して得られた映像信号について、コントラストの程度を示すＡＦ評価値を生成し、ＡＦ評価値に基づいてコントラストが最大となるフォーカスレンズの位置を合焦位置として探索する。
【０００３】
また、ＴＶ−ＡＦ方式の他に、撮像レンズ（撮像光学系）と独立した光学系（焦点検出光学系）を有する外部測距センサによって被写体距離を検出し、被写体距離からフォーカスレンズの合焦位置を演算する外測位相差検出ＡＦ（外測ＡＦ）方式も知られている。
【０００４】
外測測距センサは、被写体からの光束を２分割して一組の受光素子列（ラインセンサ）上に結像し、各ラインセンサに結像された像のずれ量、すなわち位相差を検出し、位相差から三角測量法を用いて被写体距離を求める。
【０００５】
さらに、ＴＶ−ＡＦ方式と外測ＡＦ方式を組み合わせたハイブリッドＡＦ方式もある（特許文献１参照）。特許文献１にて提案されているハイブリットＡＦ方式では、コントラストＡＦ方式で得られるＡＦ評価値の変化量と外測ＡＦ方式で得られる被写体距離の変化量にもとづいて、どちらの方式を用いるかを選択している。
【０００６】
外部測距センサのラインセンサには、ラインセンサ全体を位置と画素数が予め固定された複数の測距エリア（Ｌ、Ｃ、Ｒエリア）に分割したタイプ（図１４（ａ））と、位置と画素数が可変の１つの測距エリア（Ｃエリア）を有するタイプ（図１４（ｂ））がある。以下、前者を固定タイプ、後者を可変タイプと呼ぶ。蓄積制御やＡＧＣ制御、被写体距離の算出は測距エリア毎に行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２３４３２５号公報（段落００３７〜００６２、図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
外測ＡＦ方式においては、焦点検出を行う光学系（焦点検出光学系）が、撮像する被写体像を結像する光学系（撮像光学系）と異なる位置に設けられるため、両者に視差（パララクス）が生じ、撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野が一致しない。ＴＶ−ＡＦ方式は撮像光学系の視野に対して焦点検出を行うので、ＴＶ−ＡＦ方式と外測ＡＦ方式とのハイブリッドＡＦ方式では、ＴＶ−ＡＦ方式と外測ＡＦ方式で異なる被写体に対して焦点検出している可能性がある。そのため、ＴＶ−ＡＦ方式では焦点検出できているにもかかわらず、外部ＡＦ方式で検出している被写体距離が変化した場合、特許文献１の方法ではフォーカスレンズを移動させてしまい、不要なぼけの原因となる。
【０００９】
このような問題を防止するには、撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野のパララクスを補正する必要がある。パララクスの補正には、機械的補正と電気的補正の２通りが考えられる。機械的補正は、焦点検出光学系の視野の中心と撮像光学系の視野の中心が一致するように、外部測距センサの向きを物理的に調整するものである。機械的補正は外部測距センサの向きを制御する機構が必要となる上、補正に時間を要するためコストが増大するという問題がある。
【００１０】
機械的補正を行う場合、外部測距センサのラインセンサは図１４（ａ），（ｂ）に示したどちらのタイプであってもよい。しかし、固定タイプの方が可変タイプよりも広範囲で測距が可能であるため、可変タイプのラインセンサを用いた場合よりも、ハイブリッドＡＦ方式において外測ＡＦ方式を用いることができる機会が多い。この点について、図１５を用いて説明する。
【００１１】
図１５は、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域と、外部測距センサの測距エリアとの関係を示している。図１５（ａ）は、固定タイプのラインセンサを用いた場合を、図１５（ｂ）は、可変タイプのラインセンサを用いた場合をそれぞれ示している。ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域（ＡＦ枠）１５１は、撮像光学系の視野１５２の中に予め設定されており、ここではＡＦ枠１５１は中心が撮像光学系の視野１５２の中心と等しく、４辺が撮像光学系の視野１５２の４辺と平行な矩形領域である。
【００１２】
機械的パララクス補正の結果、焦点検出光学系の視野の中心と撮像光学系の視野の中心が一致している。そのため、ラインセンサ全体を複数の測距エリアに分割した固定タイプ（図１５（ａ））の方が、１つの測距エリアを有する可変タイプ（図１５（ｂ））よりもＡＦ枠に対応した領域が大きい。従って、ＡＦ枠内の被写体に対して外測ＡＦ方式も使用できる機会は図１４（ａ）のタイプのラインセンサの方が多くなる。
【００１３】
可変タイプのラインセンサは、測距エリアの画素数（大きさ）と位置が可変であるため、ラインセンサ全体を１つの測距エリアとして設定することも可能である。しかし、測距エリアが大きいと、焦点検出すべき被写体と異なる他の被写体が測距エリアに含まれやすくなるため、他の被写体のコントラストが高い場合などにおいて、他の被写体の影響を受けて焦点検出結果の精度が低下する場合がある。そのため、実際にはラインセンサ全体を１つの測距エリアとして設定することは現実的でなく、通常、可変タイプのラインセンサにおける測距エリアは固定タイプのラインセンサの測距エリアよりも小さい。
【００１４】
一方、パララクスを電気的に補正する場合には、外部測距センサの測距エリアの中心が撮像光学系の視野の中心と合致するように、ラインセンサ上の測距エリアの位置を移動させる。従って、機械的補正のような機構や手間がかからないというメリットがある反面、可変タイプのラインセンサを用いる必要がある（図１５（ｃ））。そのため、機械的補正で固定タイプのラインセンサを用いる場合よりも測距エリアが小さくなり、外部測距センサが使用できる機会が減少し、ハイブリッドＡＦ方式のメリットを十分享受できないという問題がある。
【００１５】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、パララクス補正に要するコストを抑制しつつ、ハイブリッドＡＦ方式に有効に利用可能な測距結果を得ることのできる外測ＡＦ方式の焦点検出装置及びその制御方法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】
【００１６】
上述の目的を達成するため、本発明の一見地に係る焦点検出装置は、撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置であって、焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサと、一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定する設定手段と、設定手段が設定した測距エリアのうち、一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出手段と、設定手段が、一対のラインセンサの、撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定する第１のモードと、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを一対のラインセンサに設定する第２のモードを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
このような構成により、本発明によれば、パララクス補正に要するコストを抑制しつつ、ハイブリッドＡＦ方式に有効に利用可能な測距結果を得ることのできる外測ＡＦ方式の焦点検出装置及びその制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る焦点検出装置を適用可能な撮像装置の例としてのビデオカメラの構成例を示すブロック図。
【図２】図１の制御部１１４が本発明の第１の実施形態において実施する位相差ＡＦ制御処理を説明するためのフローチャート。
【図３】測距モードに応じた測距エリアの設定方法と、撮像光学系の視野（撮像素子の領域）に設定されているＴＶ−ＡＦ方式のＡＦ枠との関係を示す図。
【図４】図１の制御部１１４が本発明の第１の実施形態において実施するＡＦ制御の全体を説明するためのフローチャート。
【図５】制御部１１４が図４のＳ４０２で実施するＴＶ−ＡＦ制御処理を説明するためのフローチャート。
【図６】制御部１１４が図５のＳ５０４で実施する微小駆動動作を説明するためのフローチャート。
【図７】制御部１１４が図５のＳ５１２で実施する山登り駆動動作を説明するための図。
【図８】制御部１１４が図２のＳ２１７で実施する優先エリア設定処理を説明するためのフローチャート。
【図９】図２のＳ２０３で設定する所定の焦点距離、および図８のＳ８０２及びＳ８０３で設定する有効エリアの一例を示す図。
【図１０】図９（ｂ）における（Ｃ）に対応する焦点距離での撮像光学系の視野と測距エリアの位置関係が、被写体距離によってどう変化するかの一例を示す図。
【図１１】本発明の第１の実施形態における優先エリア設定処理の変形例を説明するためのフローチャート。
【図１２】ラインセンサが複数の単位ラインセンサから構成される場合の焦点検出光学系の視野と撮像光学系の視野との関係を示す図。
【図１３】図１の制御部１１４が本発明の第２の実施形態において実施する位相差ＡＦ制御処理を説明するためのフローチャート。
【図１４】外部測距センサに設定される測距エリアの例を示す図。
【図１５】ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域と、外部測距センサの測距エリアとの関係を示す図。
【図１６】パッシブ式の外測位相差検出方式の原理を説明するための図。
【図１７】パッシブ式の外測位相差検出方式の原理を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１の実施形態＞
＜ビデオカメラの構成＞
以下、添付図面を参照して、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明の実施形態に係る焦点検出装置を適用可能な撮像装置の一例としてのビデオカメラについて説明するが、本発明に係る焦点検出装置はビデオカメラに限らず、デジタルスチルカメラ等の他の撮像装置にも適用可能である。
【００２０】
図１は、本実施形態におけるビデオカメラの１００主要部の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態のデジタルビデオカメラ１００は、オートフォーカス機能を有するズームレンズ１２０を撮像光学系として備えている。ズームレンズ１２０は、第１固定レンズ１０１、光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ１０２、絞り１０３、第２固定レンズ１０４及びフォーカスコンペンセータレンズ１０５を備える。フォーカスコンペンセータレンズ（以下、単にフォーカスレンズという）１０５は、変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とフォーカシングの機能とを兼ね備えている。
【００２１】
撮像素子１０６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサといった光電変換素子から構成される。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７は撮像素子１０６の出力を相関二重サンプリングするとともに、ゲイン調整する。
【００２２】
カメラ信号処理回路１０８は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの出力信号に対して各種の画像処理を行い、映像信号を生成する。表示部１０９はＬＣＤ等により構成され、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を表示する。記録部１１５は、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を記録媒体（磁気テープ、光ディスク、半導体メモリ等）に記録する。
【００２３】
ズーム駆動回路１１０は、制御部１１４の制御に応じて変倍レンズ１０２を移動させる。フォーカスレンズ駆動回路１１１は制御部１１４の制御に応じてフォーカスレンズ１０５を移動させる。ズーム駆動回路１１０及びフォーカスレンズ駆動回路１１１は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータにより構成される。なお、各駆動回路によって駆動されるレンズの位置は、図示しない位置検出回路により検出され、制御部１１４での各種制御に用いられる。位置検出回路は、レンズの位置検出センサであってよい。また、駆動源としてステッピングモータを使用している場合であれば、ステッピングモータを駆動するための駆動パルス数を制御部１１４でカウントして位置を検出しても良い。この場合には個別の位置検出回路は不要である。
【００２４】
ＡＦゲート１１２は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの全画素の出力信号のうち、制御部１１４が設定した焦点検出に用いられる領域（焦点検出領域又はＡＦ枠）の信号のみを後段のＡＦ信号処理回路１１３に供給する。
【００２５】
ＡＦ信号処理回路１１３は、ＡＦゲート１１２から供給される焦点検出領域中の画素信号の高周波成分や輝度差成分（ＡＦゲート１１２を通過した信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分）を抽出し、ＡＦ評価値を生成する。
【００２６】
ＡＦ評価値は、制御部１１４に出力される。ＡＦ評価値は、撮像素子１０６からの出力信号に基づいて生成される映像の鮮鋭度（コントラストの高低）を表す値であるが、合焦状態の映像の鮮鋭度は高く、ぼけた映像の鮮鋭度は低いので、撮像光学系の焦点状態を表す値として利用できる。
【００２７】
制御部１１４は例えばマイクロコンピュータであり、図示しないＲＯＭに予め記憶された制御プログラムを実行してデジタルビデオカメラ１００の各部を制御することにより、デジタルビデオカメラ１００全体の動作を司る。制御部１１４は、ＡＦ信号処理回路１１３から与えられるＡＦ評価値に基づいて、フォーカスレンズ駆動回路１１１を制御してＴＶ−ＡＦ方式による自動焦点検出動作を行う。また、制御部１１４は、後述する操作部１１８からのズーム指示に従って、ズーム駆動回路１１０を介して変倍レンズ１０２を駆動してズームレンズ１２０の倍率を変化させる。また、制御部１１４は、変倍に伴う焦点面の移動を補正するためにフォーカスレンズ駆動回路１１１を介してフォーカスレンズ１０５を駆動する。
【００２８】
外部測距ユニット１１７は、撮像光学系であるズームレンズ１２０と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有し、焦点検出光学系により結像された被写界像に基づいて測距を行う。外部測距ユニット１１７は、外測位相差検出方式、超音波センサ方式、赤外線センサ方式等、任意の方式を採用しうるが、本実施形態においてはパッシブ式の外側位相差検出方式を用いるものとする。
【００２９】
図１６及び図１７を用いて、パッシブ式の外測位相差検出方式の原理を説明する。図１６において、第１及び第２の結像レンズ２０２及び２０４と、第１及び第２の受光素子列（ラインセンサ）２０３及び２０５は、外部測距ユニット１１７の構成要素である。第１及び第２の結像レンズ２０２及び２０４の光軸は平行であり、それぞれ第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５の中心を通るように配置されている。第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５はそれぞれ、複数の受光素子（画素）が１列に並んだ構成を有し、中心が距離Ｂ（基線長）だけ離間して配置されている。
【００３０】
被写体２０１は、撮影範囲（被写界）に含まれる被写体のうち、焦点検出を行う被写体である。被写体２０１からの光のうち第１の結像レンズ２０２を通った光は、第１のラインセンサ２０３上に結像し、第２の結像レンズ２０４を通った光は第２のラインセンサ２０５上に結像する。
【００３１】
第１の結像レンズ２０２による被写界像が一対のラインセンサの一方である第１のラインセンサ２０３で、第２の結像レンズ２０４による被写界像が一対のラインセンサの他方である第２のラインセンサ２０５でそれぞれ検出される。第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５は個々の被写界像を光電変換し、被写界像の輝度に対応した電気信号を出力する。第１のラインセンサ２０３が出力する電気信号をＡ像信号、第２のラインセンサ２０５が出力する電気信号をＢ像信号と呼ぶ。
【００３２】
ここで、第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５が出力する像信号の例を図１７に示す。第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５は基線長Ｂだけ離間しているため、被写体のある位置から第１のラインセンサ２０３の光軸に沿って入射する光は、第２のラインセンサ２０５においては画素数Ｘだけずれた位置に到達する。そのため、第１のラインセンサ２０３で得られるＡ像信号Ｓ１と第２のラインセンサ２０５で得られるＢ像信号Ｓ２とは、画素数Ｘに相当する位相差を有する。そこで、２つの像信号Ｓ１、Ｓ２の相関を、画素の対応関係をずらしながら演算し、相関が最大になるずらし量を求めることでＸが演算できる。基線長Ｂと、第１及び第２の結像レンズ２０２及び２０４の焦点距離ｆは既知であるから、Ｘが求まれば、三角測量の原理で被写体までの距離Ｌが以下の式（１）により求められる。
Ｌ＝Ｂ・ｆ／Ｘ …（１）。
【００３３】
なお、上述の通り、外部測距ユニット１１７の測距方式は、パッシブ式の位相差検出方式に限定されない。例えば、赤外線を投光し、その反射光の位相差を検出して被写体距離を求めるアクティブ式の位相差検出方式や、超音波を発して超音波の往復伝播時間から被写体距離を求める超音波センサを用いる方式を用いてもよい。また、外部測距ユニット１１７では位相差Ｘを求めるまでの処理を行い、位相差Ｘから被写体距離Ｌを算出するのは制御部１１４が行ってもよい。
【００３４】
外部測距ユニット１１７からの被写体距離情報（位相差Ｘ又は被写体距離）は、制御部１１４に入力される。制御部１１４は、入力された被写体距離情報に基づいて、被写体に合焦するフォーカスレンズ１０５の位置（以下、位相差フォーカスレンズ位置という）を算出する。ここで、「算出」には、計算式を用いた演算だけでなく、例えば制御部１１４が有する不図示のメモリに記憶された、被写体距離情報とフォーカスレンズの位置との対応を示すテーブルを参照する操作なども含む。
【００３５】
以下に説明するように、本実施形態においては、撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野のパララクスを、機械的ではなく電気的に補正する。つまり、ラインセンサとして上述の第２のタイプ（位置及び大きさが可変な１つの測距エリアを設定可能なラインセンサ）を用い、測距エリアの設定を変更することで、パララクス補正を行う。
【００３６】
＜位相差ＡＦ制御処理＞
本実施形態のデジタルビデオカメラ１００におけるハイブリッドＡＦ制御について説明する前に、制御部１１４が実行する位相差ＡＦ制御処理について図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３７】
Ｓ２０１で制御部１１４は、後述するＴＶ−ＡＦにおいて設定されているＡＦ枠の位置及び大きさを、例えば制御部１１４が有する不図示のメモリを参照することによって取得する。
【００３８】
次に、Ｓ２０２で制御部１１４は、予め測定されて例えば制御部１１４が有する不揮発性メモリ等に記憶されたパララクス補正量を取得する。パララクス補正量は、例えば以下のように求めることができる。撮像光学系の光軸上の既知の距離（例えば３ｍ）に置かれているチャートを外部測距ユニット１１７で撮像（像信号を取得）することで、撮像光学系の視野の中心に外部測距センサのラインセンサ上のどの画素がくるかを検出する。結像レンズの光軸に対応するラインセンサの画素位置（図１６の例ではラインセンサの画素の並び方向の中心に対応する画素位置）と、検出した画素位置との差が、補正すべきパララクスの大きさ（補正量）である。パララクス補正量はデジタルビデオカメラ１００に固有の値であるため、例えば製造工程において測定し、記憶しておくことができる。
【００３９】
Ｓ２０３で、ズームレンズ１２０の所定の焦点距離（画角の大きさ）を設定する。ここで、所定の焦点距離は、Ｓ２０２で取得したパララクスの補正量に応じて設定する。具体的には、パララクス補正量が大きい場合には、所定の焦点距離は短く（大きな画角）、パララクス補正量が小さい場合には、所定の焦点距離は長く（小さな画角）に設定する。さらに、この条件を満たしながら、ラインセンサ上の中心画素位置を中心に予め定められた画素数の測距エリアを１つ設定した場合に、設定した測距エリアの全体がＡＦ枠内に含まれるような焦点距離を所定の焦点距離として設定する。なお、ズームレンズ１２０が交換できない場合、設定する測距エリアの画素数に対応する所定の焦点距離を予めテーブルとして記憶しておいてもよい。この場合、制御部１１４は測距エリアの画素数に応じた所定の焦点距離をテーブルを参照して取得することができる。また、ズームレンズ１２０が交換式の場合も、いくつかのズームレンズの機種に対するテーブルを記憶しておくことができる。
【００４０】
Ｓ２０４で制御部１１４は、ズームレンズ１２０の現在の焦点距離が所定の焦点距離よりも長いかどうかを判定する。現在の焦点距離が所定の焦点距離よりも長い場合、制御部１１４は処理をＳ２０５へ移行し、測距モードを第１の測距モードに設定する。ここで、第１の測距モードとは、図１４（ｂ）に示したように、ラインセンサ上の任意の位置に設定された、任意の大きさ（画素数）を有する１つの測距エリア（Ｃエリア）に対して測距を行うモードである。なお、本実施形態では説明及び理解を容易にするため、第１のモードで設定する測距エリアの画素数は、第２の測距モードにおける各測距エリアの画素数と同じであるとする。Ｓ２０７で制御部１１４は、Ｓ２０２で取得したパララクス補正量を用い、外部測距ユニット１１７の第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５に、撮像光学系の視野の中心に対応する画素位置を中心とした所定画素数の測距エリア（Ｃエリア）を設定する。
【００４１】
一方、Ｓ２０４で、現在の焦点距離が所定の焦点距離以下であると判定された場合、制御部１１４は処理をＳ２０６へ移行し、測距モードを第２の測距モードに設定する。ここで、第２の測距モードとは、図１４（ａ）に示したように、ラインセンサに対し、全画素を所定数に分割した複数の固定測距エリア（ここでは、Ｌエリア、Ｃエリア、Ｒエリアの３エリア）を設定し、測距エリア毎に測距を行うモードである。なお、各測距エリアの画素数は固定であるが、各エリアが等しい画素数である必要はない。ただし、本実施形態では説明及び理解を容易にするため、第２のモードで設定する各測距エリアの画素数が等しいものとする。
【００４２】
図３を用いて、測距モードに応じた測距エリアの設定方法と、撮像光学系の視野（撮像素子の領域）に設定されているＴＶ−ＡＦ方式のＡＦ枠との関係についてさらに説明する。図３において、図１５と共通する要素には同じ参照数字を付してある。
【００４３】
図３（ａ）は、ズームレンズ１２０の焦点距離が所定の焦点距離より長い場合の、撮像光学系の視野と、第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５の視野の位置関係を示している。上述の通り、本実施形態では、機械的なパララクスの補正を行っていないので、ラインセンサの中心と撮像光学系の視野の中心がずれる。さらに、焦点距離が大きいため、測距エリアの、ＡＦ枠に対する相対的な大きさが大きくなる。そのため、第２の測距モードを設定した場合にはＴＶ−ＡＦ方式で焦点検出している被写体と外部測距センサが焦点検出している被写体が異なってしまう可能性が出てくる。そのため、測距エリアの位置が可変な第１の測距モードを設定し、ＡＦ枠の中心と測距エリアの中心が合致するように測距エリアを設定することで、ＴＶ−ＡＦ方式で焦点検出している被写体と外部測距センサが焦点検出している被写体の相違を起こりにくくする。
【００４４】
図３（ｂ）は、ズームレンズの焦点距離が所定の焦点距離未満であるが、所定の焦点距離に近い場合の、撮像光学系の視野と、第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５の視野の位置関係を示している。
【００４５】
この場合、第２の測距モードで設定される３つの測距エリアのうちＲエリアはＡＦ枠に包含されないが、Ｌエリア、ＣエリアはＡＦ枠に包含され、Ｃエリアは撮像光学系の視野の中心近くに対応する。なお、本明細書で「ＡがＢに包含される」とは、「Ａの全てがＢに含まれる」ことを意味する。一方、第１の測距モードを設定した場合、第２の測距モードにおける１つの測距エリアしかＡＦ枠内に包含されない。従って、第２の測距モードを設定することで、外部測距ユニット１１７により検出される被写体距離を利用したハイブリッドＡＦ方式の利点（例えばＡＦ応答性の向上）をより高い確率で享受することができる。
【００４６】
図３（ｃ）は、、ズームレンズの焦点距離が所定の焦点距離よりもずっと短い（例えばワイド端）である場合の、撮像光学系の視野と、第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５の視野の位置関係を示している。
【００４７】
この場合には、第２の測距モードを設定すれば、Ｌ、Ｃ、Ｒエリア全てにおける測距結果を使用することが可能となるため、図３（ｂ）の場合よりもさらに第２の測距モードを設定することの利点が大きい。
【００４８】
図２に戻り、Ｓ２０８で制御部１１４は、各モードで設定された測距エリア毎に蓄積制御を行う。Ｓ２０９で制御部１１４は、設定されている全測距エリアの蓄積が終了したかを判断し、蓄積が終了していない場合には、Ｓ２０８へ処理を戻し、蓄積の終了を待つ。全測距エリアの蓄積が終了した場合、制御部１１４は処理をＳ２１３へ移行する。
【００４９】
Ｓ２１３で制御部１１４は、各測距エリアのＡ像信号（第１のラインセンサ２０３で得られる像信号）及びＢ像信号（第２のラインセンサ２０５で得られる像信号）を読み出す。そして、Ｓ２１４で制御部１１４は、対応する測距エリアから読み出したＡ像信号とＢ像信号に対し、公知の相関演算を行い、位相差を算出する。この相関演算は、公知のＭｉｎ法やＭａｘ法等の手法を用いて行うことができる。但し、Ａ像信号とＢ像信号の位相差が得られればどのような演算を用いてもよい。
【００５０】
Ｓ２１５で制御部１１４は、Ｓ２１４の相関演算で得られた位相差から被写体距離を算出す。そして、制御部１１４は、Ｓ２１６で被写体距離をフォーカスレンズ位置へ換算する。
【００５１】
次に、Ｓ２１７で制御部１１４は、後述する優先エリア設定処理を実行する。そして制御部１１４は、Ｓ２１６、Ｓ２１７で得られた優先エリアのフォーカスレンズ位置を、外測ＡＦ方式による焦点検出結果である位相差フォーカスレンズ位置として、後述するハイブリッドＡＦとしてのＡＦ制御で用いる。
【００５２】
＜ＡＦ制御処理＞
次に、図４に示すフローチャートを用いて、本実施形態において制御部１１４が実施するＡＦ制御の全体の流れを説明する。なお、図４に示す処理は、例えば１フィールド画像を生成するための撮像素子１０６からの撮像信号の読み出し周期で繰り返し実行される。
【００５３】
Ｓ４０２で制御部１１４は、ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理を実行する。この処理には、ＡＦ評価値の算出と、フォーカスレンズ１０５の駆動が含まれる。また、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出処理には、焦点検出の再実施要否を判断するためのＡＦ評価値の算出と低下有無の判定など、合焦状態を維持するための処理も含まれる。ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理については、図５を用いて後述する。
【００５４】
Ｓ４０３で制御部１１４は、図２の位相差ＡＦ制御処理で算出された位相差フォーカスレンズ位置を取得する。
【００５５】
Ｓ４０４で制御部１１４は、現在、位相差ＡＦ使用モードであるか否かを判別する。制御部１１４は、現在位相差使用モードである場合にはＳ４０８へ、位相差使用モードでない場合はＳ４０５へ、それぞれ処理を移行する。なお、位相差使用モードとは、後述するＳ４１０において特定の条件を満たす場合に限り、フォーカスレンズ１０５を位相差フォーカスレンズ位置に移動させる外測ＡＦを行うことが許されるモードである。
【００５６】
Ｓ４０５で制御部１１４は、後述するＳ４０６においてコントラスト情報及び被写体距離情報の変化が大きいか否かを判別するためのしきい値を設定する。
【００５７】
Ｓ４０６で制御部１１４は、位相差使用モードへ切り替えるか否かを決定するために、被写体に関する変化をコントラスト情報及び被写体距離情報を用いて判別する。すなわち、前回の処理で取得したコントラスト情報に対する今回の処理で取得したコントラスト情報の変化量が、Ｓ４０５で設定したしきい値より大きいか否かを判別する。また、制御部１１４は、前回の位相差ＡＦ制御処理で取得した被写体距離情報（被写体距離又は位相差）に対する、今回の同処理で取得した被写体距離情報の変化量がしきい値より大きいか否かを判別する。あるいは、Ｓ４０３で取得する位相差フォーカスレンズ位置を被写体距離情報として用い、その変化量がしきい値より大きいか否か判別してもよい。
【００５８】
本実施形態で制御部１１４は、ＡＦ信号処理回路１１３から得られる、ＡＦゲート１１２を通過した信号の各画素ラインでの輝度レベルの最大値と最小値との差を求め、差の最大値をコントラスト情報として用いることができる。なお、このコントラスト情報に代えて、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出処理で得られるＡＦ評価値をコントラスト情報として用いてもよい。Ｓ４０５において設定するしきい値は、使用するコントラスト情報の種類に応じて設定する。
【００５９】
Ｓ４０６で制御部１１４は、コントラスト情報の変化量と被写体距離情報の変化量の両方ともしきい値より大きいと判断された場合には、Ｓ４０７で位相差使用モードに切り替える。一方、コントラスト情報の変化量及び被写体距離情報の変化量のうち少なくとも一方がしきい値以下であると判断された場合、制御部１１４は位相差使用モードへの切り替えを行わず、処理をＳ４０２に戻してＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理を行う。
【００６０】
つまり、コントラスト情報の変化量及び被写体距離情報の変化量のうち少なくとも一方がしきい値以下と判断される場は、外部測距ユニット１１７による測距結果を用いずに、ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理のみが撮像信号の読み出し周期で繰り返し行われる。
【００６１】
Ｓ４０６での判断は、被写体距離情報（又は位相差フォーカスレンズ位置）を用いてフォーカスレンズ１０５を移動させる、すなわちＴＶ−ＡＦ方式から外測ＡＦ方式に切り替えるか否かの第１段階の判断である。この判断により、外測ＡＦ方式によってフォーカスレンズ１０５を駆動させる条件（タイミング）を、被写体のコントラスト状態が大きく変化した場合であって、かつ被写体距離が大きく変化した場合に限定している。
【００６２】
従来のハイブリッドＡＦ方式では、コントラストが大きく変化すると外測ＡＦ方式に切り替え、位相差フォーカスレンズ位置へフォーカレンズを移動させていた。そのため、被写体距離は大きく変化しておらず合焦状態から外れていなくても、被写体の見かけが変わってコントラストが大きく変化した場合に外測ＡＦ方式への切り替えが起こり、不要な映像のぼけが発生することがあった。しかし、本実施形態では、被写体距離の変化が大きくない場合にはコントラストの変化が大きくても外測ＡＦ方式に切り替えないので、このような問題を回避できる。
【００６３】
また、ＴＶ−ＡＦ方式で合焦状態が得られているにも関わらず、外測ＡＦ方式で得られた被写体距離が誤った情報である可能性が高い場合に、位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズを移動させてしまうことも防止できる。
【００６４】
Ｓ４０４において現在位相差使用モードであると判別された場合、Ｓ４０８で制御部１１４は、位相差駆動モードか否かを判別する。位相差駆動モードに設定され、位相差フォーカスレンズ位置に向かってフォーカスレンズ１０５を駆動している最中であれば、制御部１１４は処理をＳ４０２に戻す。
【００６５】
一方、位相差駆動モードでないと判別された場合、制御部１１４は処理をＳ４０９に進め、フォーカスレンズ１０５を位相差フォーカスレンズ位置に移動させる（外測ＡＦ方式に切り替える）べきかどうかを判断するためのフォーカス移動量しきい値を設定する。このフォーカス移動量しきい値は、外部測距ユニット１１７による位相差検出のばらつきを考慮して決定される。そして、このフォーカス移動量しきい値は、位相差検出のばらつきで取り得るフォーカスレンズ位置のばらつきより大きい値に設定する。また、位相差検出のばらつきは、図１６における基線長Ｂと焦点距離ｆ、およびラインセンサの画素ピッチに基づき、例えば、１／４画素分ずらした場合に取り得る位相差の変化量を位相差検出のばらつき範囲と設定する。
【００６６】
Ｓ４１０で制御部１１４は、Ｓ４０３で取得した位相差フォーカスレンズ位置と、現在のフォーカスレンズ位置との差（絶対値）を求め、差がＳ４０９で設定したフォーカス移動量しきい値よりも大きいか否かを判別する。制御部１１４は、この差がフォーカス移動量しきい値よりも大きい場合にはＳ４１１へ、フォーカス移動量しきい値以下の場合にはＳ４１３へ処理を進める。
【００６７】
Ｓ４１０での判断は、外測ＡＦ方式に切り替えるか否かの第２段階の判断である。この判断により、外測ＡＦ方式によってフォーカスレンズ１０５を駆動させる条件（タイミング）を、位相差フォーカスレンズ位置と現在のフォーカスレンズ位置との差が大きい場合に限定している。
【００６８】
この第２段階の条件を満たさない場合に外測ＡＦ方式への切り替えを行わないのは、外測ＡＦ方式による焦点検出精度がＴＶ−ＡＦ方式より劣るためである。そのため、ＴＶ−ＡＦ方式による合焦位置と外測ＡＦ方式による合焦位置との間に差があると、２つの合焦位置間でフォーカスレンズが往復するハンチングが生じたり、映像にぼけが生じたりする。従って、本実施形では、フォーカス移動量がフォーカス移動量しきい値以下の場合には位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５を移動させないようにし、この問題の発生を抑制している。
【００６９】
Ｓ４１１で制御部１１４は、位相差駆動モードに移行する。そして、Ｓ４１２で、フォーカスレンズ１０５を位相差フォーカスレンズ位置に向かって移動させる。次に、Ｓ４１５に進む。
【００７０】
Ｓ４１３で制御部１１４は、位相差使用モードへ切り替わってから所定時間を経過したか判別する。所定時間経過したか否かは、図４の処理１回（１ルーチン）ごとにＳ４１６で時間経過カウンタを加算し、所定時間に対応するカウンタ値に達したか否かを判別することで判別できる。所定時間を経過しても、外測ＡＦ方式への切り替えが行われない場合、制御部１１４はＳ４１４へ処理を移行して位相差使用モードを解除し、Ｓ４１５で時間経過カウンタをクリアする。なお、時間経過カウンタは例えば制御部１１４が有するメモリの任意のアドレスであってよい。
【００７１】
Ｓ４１４において位相差使用モードを解除するのは、被写体のコントラスト情報と被写体距離情報の両方に大きな変化が生じて位相差使用モードへ切り替わったものの、位相差フォーカスレンズ位置が現在のフォーカスレンズ位置に近い場合である。
【００７２】
外部測距ユニット１１７による被写体距離の検出動作のタイミングは、被写体の状態や撮影条件によってＴＶ−ＡＦ方式による合焦位置の検出タイミングに対してずれることがある。そのため、被写体距離が得られた時点で、ＴＶ−ＡＦ方式で得られた合焦位置近傍にフォーカスレンズ１０５を駆動している場合が考えられる。このような状態で位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５を移動させると、映像にぼけが発生する。このため、本実施形態では、位相差使用モードに切り替わった後、外測ＡＦ方式への切換がなされることなく所定時間が経過した場合には、位相差使用モードを解除する。これにより、不用意に外測ＡＦ方式に基づくフォーカスレンズ駆動が行われて映像にぼけが生じるのを回避したり、ＡＦ方式による合焦精度の差に起因したフォーカスレンズ位置のハンチングを防止したりすることができる。
【００７３】
次に、Ｓ４０２におけるＴＶ−ＡＦ制御処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。
Ｓ５０２で制御部１１４は、ＡＦ信号処理回路１１３から出力されるＡＦ評価値を取得する。
【００７４】
Ｓ５０３で制御部１１４は、ＴＶ−ＡＦが微小駆動モードか否かを判別し、微小駆動モードであればＳ５０４へ、そうでなければＳ５１１へ処理を進める。
Ｓ５０４で制御部１１４はフォーカスレンズ駆動回路１１１を通じてフォーカスレンズ１０５の微小駆動動作を行う。そして、制御部１１４は、合焦状態か否かと、合焦状態でない場合は現在のフォーカスレンズ位置に対して合焦位置が光軸に沿った前後方向のどちらにあるかを判別する。ここでの詳細な動作については、後に図６を用いて説明する。
【００７５】
なお、ＡＦ評価値の変化から合焦状態か否かを判別するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動動作させる制御は、合焦確認制御ということもできる。また、ＡＦ評価値の変化からフォーカスレンズ１０５の合焦方向を判別するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動動作させる制御は、合焦方向判別制御ということもできる。
【００７６】
Ｓ５０５で制御部１１４は、Ｓ５０４で合焦判定ができたかどうかを判別し、合焦判定ができた場合はＳ５０８へ進み、フォーカスレンズ１０５の駆動を停止する。そして、Ｓ５０９に制御部１１４は合焦位置におけるＡＦ評価値を不図示のメモリに記憶する。
【００７７】
制御部１１４は、Ｓ５１０でＴＶ−ＡＦ制御を再起動モードに移行させたのち、Ｓ５２５で位相差使用モードを解除する。これは、ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理によって合焦状態が判定されてフォーカスレンズ１０５が停止した状態で外測ＡＦ方式への切り替えが生じると、フォーカスレンズ１０５が位相差フォーカスレンズ位置へ移動されて不要な映像のぼけを生じるためである。
【００７８】
Ｓ５０５において、合焦判定ができていないと判別した場合、制御部１１４は処理をＳ５０６へ進め、Ｓ５０４での合焦方向の判別ができているかどうかを判別する。合焦方向が判別できている場合、制御部１１４は処理をＳ５０７へ進めてＴＶ−ＡＦ制御を山登り駆動モードへ移行させ、合焦方向の判別ができていない場合は、微小駆動動作を継続する。
【００７９】
Ｓ５１１で制御部１１４は、ＴＶ−ＡＦ制御が山登り駆動モードか否かを判別し、山登り駆動モードであればＳ５１２へ、そうでなければＳ５１７へ処理を進める。
Ｓ５１２で制御部１１４は、所定の速度でフォーカスレンズ１０５を山登り駆動（合焦位置検出制御）する。山登り駆動の詳細については、後に図７を用いて説明する。
【００８０】
Ｓ５１３で制御部１１４は、山登り駆動において、ＡＦ評価値がピークを越えたかどうかを判別し、ピークを越えたと判別されればＳ５１４へ処理を移し、ピークを越えていなと判別される場合は山登り駆動を継続する。
【００８１】
Ｓ５１４で制御部１１４は、山登り駆動中にＡＦ評価値がピークとなった位置（以下、ピーク位置という）にフォーカスレンズ１０５を戻す。
Ｓ５１５で制御部１１４は、フォーカスレンズ１０５がピーク位置に戻ったか否かを判別し、ピーク位置に戻ったと判別された場合はＳ５１６でＴＶ−ＡＦ制御を微小駆動モードに移行させる。フォーカスレンズ１０５がまだピーク位置に戻っていないと判別された場合、制御部１１４は継続してフォーカスレンズ１０５ピーク位置方向に駆動する。
【００８２】
Ｓ５１６でＴＶ−ＡＦ制御を微小駆動モードに移行させた後、制御部１１４はＳ５２４で位相差使用モードを解除する。これは、山登り駆動モードで合焦位置（ピーク位置）が判別され、合焦位置へフォーカスレンズ１０５を移動させたにも関わらず、位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５が動かされて不要な映像のぼけを生じさせないようにするためである。
【００８３】
Ｓ５１７で制御部１１４は、ＴＶ−ＡＦ制御が再起動判定モードか否かを判別し、再起動判定モードであればＳ５１８へ、そうでなければＳ５２１へ処理を進める。
Ｓ５１８で制御部１１４は、Ｓ５０９で記憶したＡＦ評価値と最新のＡＦ評価値とを比較し、これらの差、すなわちＡＦ評価値の変化が所定値より大きいか否かを判定する。そして、制御部１１４は、ＡＦ評価値が所定値より大きく変化した場合はＳ５２０でＴＶ−ＡＦ制御を微小駆動モードに移行させる。一方、ＡＦ評価値の変動が所定値より小さい場合、制御部１１４は処理をＳ５１９に進め、フォーカスレンズ１０５を停止させる。
【００８４】
Ｓ５１７でＴＶ−ＡＦ制御が再起動モードでないと判別されるのは、位相差駆動モードによって、フォーカスレンズ１０５を位相差フォーカスレンズ位置に向かって移動させている場合である。この場合、Ｓ５２１で制御部１１４は、位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５が到達したか否かを判別する。位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５が到達したと判別されれば、制御部１１４は処理をＳ５２２へ進めてＴＶ−ＡＦ制御を微小駆動モードへ移行させる。そして、Ｓ５２３で制御部１１４は位相差使用モードを解除し、外測ＡＦ制御からＴＶ−ＡＦ制御（微小駆動モード：Ｓ５０４の合焦確認制御又は合焦方向判別制御）に切り替える。一方、Ｓ５２１においてフォーカスレンズ１０５が位相差フォーカスレンズ位置に到達していないと判別された場合、制御部１１４は位相差フォーカスレンズ位置へのフォーカスレンズ１０５の駆動をフォーカスレンズ駆動回路１１１を通じて継続する。
【００８５】
次に、図６を参照して、図５のＳ５０４におけるフォーカスレンズ１０５の微小駆動動作を説明する。
図６において、横軸は時間を、縦軸はフォーカスレンズ１０５の位置を示している。また、図中上部に映像信号の垂直同期信号を示している。
【００８６】
図６に示すように、制御部１１４は、期間Ａの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷（図中、斜線楕円で示す）に対するＡＦ評価値ＥＶＡを時刻ＴＡで取得す。同様に、制御部１１４は、期間Ｂの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷に対するＡＦ評価値ＥＶＢを時刻ＴＢに取得する。さらに制御部１１４は、期間Ｃの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷に対するＡＦ評価値ＥＶＣを時刻ＴＣに取得する。そして、時刻ＴＤで制御部１１４は、ＡＦ評価値ＥＶＡ、ＥＶＢ、ＥＶＣを比較して、ＥＶＡ＞ＥＶＢかつＥＶＢ＞ＥＶＣであれば、微小駆動の駆動（振動）中心をＡＦ評価値が増加する方向に移動させる。一方、ＥＶＡ＜ＥＶＢまたはＥＶＢ＜ＥＶＣであれば、制御部１１４は振動中心を移動させない。このように、フォーカスレンズ１０５を移動させながらＡＦ評価値が増加する方向を判定したり、ＡＦ評価値が最も大きくなるフォーカスレンズ１０５の位置（ピーク位置）を探したりするのが微小駆動動作である。
【００８７】
なお、ＡＦ評価値の変化から合焦状態か否かを判定するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動させる制御は、合焦確認制御ということもできる。
また、ＡＦ評価値の変化から合焦方向を判定するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動させる制御は、合焦方向判別制御ということもできる。
【００８８】
次に、図７を参照して、図５のＳ５１２におけるフォーカスレンズ１０５の山登り駆動動作を説明する。図７において、横軸はフォーカスレンズ１０５の位置を、縦軸はＡＦ評価値を示している。
【００８９】
図７に示すように、山登り駆動開始時点からフォーカスレンズ１０５を横軸の右方向に微小駆動させた場合、矢印Ａで示すように、ＡＦ評価値がピークを越えてから減少するので、ピーク位置（合焦位置）の存在を確認することができる。この場合、フォーカスレンズ１０５をピーク位置近傍に戻してから山登り駆動を終了して、微小駆動に移行する。一方、山登り駆動開始時点からフォーカスレンズ１０５を横軸の左方向に微小駆動させた場合、矢印Ｂで示すように、ＡＦ評価値が単調減少するだけでピークを検出することができないので、フォーカスレンズ１０５の駆動方向が誤りであると判定することができる。この場合、フォーカスレンズ１０５の駆動方向を反転して山登り駆動を継続する。このように、フォーカスレンズ１０５を駆動して、その間に得られたＡＦ評価値がピークとなるピーク位置又はその近傍を判定するのが山登り駆動動作であり、制御部１１４がＡＦ評価値の変化を監視しながらフォーカスレンズ１０５の駆動を制御する。
【００９０】
次に、図２のＳ２１７における優先エリア設定処理について、図８のフローチャートを参照して説明する。
Ｓ８０１で制御部１１４は、現在、ラインセンサ２０３及び２０５が第１の測距モードに設定されているかどうかを判別し、第１の測距モードが設定されていればＳ８０２へ、第２の測距モードが設定されていればＳ８０３へ処理を移行させる。
【００９１】
第１の測距モードでは、測距エリアがＣエリア１つであるため、Ｓ８０２で制御部１１４は有効エリア及び優先エリアをいずれもＣエリアに設定する。ここで、有効エリアは、ＴＶ−ＡＦ方式での焦点検出処理において設定されている焦点検出領域（ＡＦ枠）に包含され、測距結果を使用可能な測距エリアである。撮像光学系の視野の中心に最も近い有効エリアを優先エリアとする。なお、優先エリアは１つに限定されず、撮影光学系の視野の中心に近い順に高い優先度を有するように複数の優先エリアを設定してもよい。
【００９２】
また、第２の測距モードが設定されている場合、Ｓ８０３で制御部１１４は、ＡＦ枠に含まれる測距エリアをズームレンズ１２０の焦点距離（画角）と被写体距離とから判別して有効エリアとする。
【００９３】
そして、Ｓ８０４で制御部１１４は、撮像光学系の視野の中心に最も近い有効エリアを優先エリアとする。なお、優先エリアは１つに限定されず、撮影光学系の視野の中心に近い順に高い優先度を有するように複数の優先エリアを設定してもよい。
【００９４】
さらにＳ８０５で制御部１１４は、測距結果が得られた優先エリアのうち、最も優先度が高い優先エリアで得られた測距結果から換算されたフォーカスレンズ位置を位相差フォーカスレンズ位置とする。
【００９５】
次に、図２のＳ２０３で設定する所定の焦点距離、および図８のＳ８０２及びＳ８０３で設定する有効エリアの一例について、図９を用いて説明する。
図９（ａ）は、ズームレンズ１２０の焦点距離（画角）と外部測距ユニット１１７の有するラインセンサ２０３及び２０５に設定された測距エリアがＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域（ＡＦ枠）に含まれる割合の変化の例を示している。
【００９６】
図９（ａ）における実線は、第２の測距モードが設定されている際に、Ｌ、Ｃ、Ｒエリア全体のうちＡＦ枠に含まれる部分の割合を示しており、点線は、Ｌ、Ｃエリア、または、Ｒ、Ｃエリア２エリアの測距エリアのうちＡＦ枠に含まれる部分の割合を示している。つまり、図９（ａ）において、ズームレンズ１２０の最短焦点距離（ワイド端）から（Ｂ）までの区間では３エリアが１００％ＡＦ枠に包含され、（Ｂ）から（Ａ）の区間はＬＣまたはＲＣの２エリアが１００％ＡＦ枠に包含されることを示している。従って、（Ａ）より長い焦点距離では１エリアしかＡＦ枠に包含されない。
【００９７】
図９（ａ）および図３より、焦点距離が長いほどＡＦ枠に含まれる測距エリアの割合が少なくなっていくことがわかる。また、焦点距離が長いほど、撮像光学系の視野に対する測距エリアの大きさが大きくなり、パララクスの影響が大きくなる。
【００９８】
そこで、図２のＳ２０３で設定する所定の焦点距離は、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出処理で用いる焦点検出領域（ＡＦ枠）に１エリアしか包含されなくなる図９（ａ）の（Ａ）に対応する焦点距離とする。このような焦点距離を設定することで、複数の測距エリアが有効エリアとなる場合には第２の測距モードとして、外測ＡＦ方式による測距結果を使用可能な頻度を向上させることができる。また、有効エリアが１つしかなく、パララクスの影響が大きい区間では第１の測距モードに設定し、外測ＡＦ方式による測距結果を使用することによる誤動作を軽減することができる。
【００９９】
また、図９（ａ）の（Ｂ）から短い焦点距離の区間では、Ｌ、Ｃ、Ｒエリア全てがＡＦ枠内に含まれることになる。制御部１１４は、焦点距離が（Ａ）〜（Ｂ）の区間では、ＬエリアまたはＲエリアのどちらかを有効エリアに設定しないようにする。また制御部１１４は、（Ｂ）より短い焦点距離なら、Ｌ、Ｃ、Ｒエリアすべてを有効エリアと設定する。
【０１００】
図９（ｂ）は、図９（ａ）の実線を、被写体距離に応じて示したものである。つまり、図９（ｂ）は、Ｌ、Ｃ、Ｒエリアのうち、ＡＦ枠内に含まれる部分の割合とズームレンズ１２０の焦点距離との関係が、被写体距離によってどう変化するかを示している。また、図１０は、図９（ｂ）における（Ｃ）に対応する焦点距離での撮像光学系の視野と測距エリアの位置関係が、被写体距離によってどう変化するかの一例を示している。図１０において、図３と同じ要素には同じ参照数字を付した。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）はそれぞれ被写体距離が３ｍ、１ｍ、∞（無限遠）の場合を示している。この例の場合、被写体距離が至近になるにつれて、ＡＦ枠に含まれる測距エリアの割合が小さくなっていくことがわかる。
【０１０１】
このように、焦点距離と被写体距離との対応ごとの有効エリアをテーブル等の形式で例えば制御部１１４が有する不図示の不揮発性のメモリ等に予め記憶しておけば、第２の測距モードの場合の有効エリアを焦点距離と被写体距離とから設定することができる。
【０１０２】
図１１は、図２における優先エリア設定処理（Ｓ２１７）の変形例を示すフローチャートである。図１１において、図８と共通する動作については図８と同じ参照数字を付して説明を省略し、異なる動作についてのみ説明する。
【０１０３】
本変形例は、図１２（ａ）に示すように、外部測距ユニット１１７が有するラインセンサ２０３及び２０５が２段の単位ラインセンサ１２０１及び１２０２が、画素が千鳥配列されるように配置された構成を有する。具体的には、上段の単位ラインセンサ１２０１と下段の単位ラインセンサ１２０２とが、上下方向に隣接し、かつ上段の単位ラインセンサ１２０１の画素と、下段の単位ラインセンサ１２０２の画素の並びが０．５画素ずれるように配置されている。なお、段数は２段に限定されず、複数の画素を有する単位ラインセンサを、画素の並び方向と直交する方向に、かつ隣接する単位ラインセンサ間において画素の並びがずれるように複数隣接配置したラインセンサを利用できる。
【０１０４】
このように、上下２段の単位ラインセンサで１つのラインセンサを構成することにより、単位ラインセンサ毎に測距エリア数を増やすことができ、外測ＡＦ方式での測距結果を利用できる頻度を増やすことができる。また、上段と下段を０．５画素ずらした位置に配置することにより、測距エリアの境界と被写体画像のエッジの位置関係に起因した測距誤差を、上段と下段の対応する測距エリアで得られた測距結果の平均値を用いることによって軽減することができる。
【０１０５】
Ｓ８０１からＳ８０４までは説明を省略する。Ｓ１１０６で制御部１１４は、上下段使用しているかどうかを判定する。上下段のいずれかを使用していない場合は、使用されている一方のラインセンサについての処理となるため、制御部１１４はＳ１１０５で図８のＳ８０５と同様にして位相差フォーカスレンズ位置を決定する。
【０１０６】
一方、上下段とも使用している場合、制御部１１４はＳ１１０７において、測距結果が得られている段の測距エリアがＡＦ枠に包含されているかどうかを判別する。これは、外ラインセンサの配置によっては、上下方向におけるパララクスの影響により、焦点距離や被写体距離によってＡＦ枠に含まれない場合が存在するためである。
【０１０７】
例えば、デジタルビデオカメラ１００の筐体において、外部測距ユニット１１７の光軸がズームレンズ１２０の光軸より下となるような位置関係の場合を考える。この場合、焦点検出光学系の視野（ラインセンサ２０３及び２０５の視野）と撮像光学系の視野との関係は、被写体距離が至近の場合には図１２（ｂ）、被写体距離が無限遠の場合には図１２（ｃ）に示すようになる。図１２（ｂ）の場合には下段の単位ラインセンサ１２０２の測距エリア、図１２（ｃ）の場合には上段の単位ラインセンサ１２０１の測距エリアはそれぞれＡＦ枠に包含されない。測距結果が得られている段の測距エリアがＡＦ枠に包含されていない場合、制御部１１４はＳ１１１２で測距結果を無効として、処理を終了する。
【０１０８】
一方、測距結果が得られている段の測距エリアがＡＦ枠に包含されている場合には、Ｓ１１０８へ移行する。
Ｓ１１０８で制御部１１４は、上下段の両方の測距エリアで測距結果が得られているかどうかを判定する。上下段の片方のみ測距結果が得られている場合には、得られている測距結果だけを用いるため、Ｓ１１０５へ移行する。
【０１０９】
逆に、上下段の両方の測距エリアで測距結果が得られている場合、制御部１１４はＳ１１０９において上下段の測距エリアで得られた測距結果の差が所定範囲内かどうかを判定する。測距結果の差が所定範囲内である場合、制御部１１４はＳ１１１０で測距結果を平均してＳ１１０５へ処理を移行させ、測距結果の精度を向上させる。一方、測距結果の差が所定範囲を超えている場合、制御部１１４はＳ１１１１において撮像光学系の視野の中心に近い段の測距エリアで得られた測距結果を選択してＳ１１０５へ処理を移行させる。ここで、撮像光学系の視野の中心に近い段の測距エリアは、例えば、図１２（ｂ）の場合には上段のＣ１エリア、図１２（ｃ）の場合では下段のＣ２エリアとなる。どちらの段が撮像光学系の視野の中心に近くなるかについても、焦点距離と被写体距離に関連付けてテーブル等の形式で不図示の不揮発性のメモリに記憶しておくことができる。
【０１１０】
なお、Ｓ１１０９において上下段で得られている測距結果の差が所定範囲内かどうか判定したのは、各測距エリアが異なる被写体に対して測距している可能性があるためである。異なる被写体に対する測距結果を平均してしまうと誤った位置へフォーカスレンズ１０５を移動させてしまう。
【０１１１】
また、Ｓ１１０９における所定範囲は、外部測距ユニットの測距精度に応じて決定すればよく、例えばある既知の距離の被写体を測距した場合に通常生じる測距結果の例えば最大のばらつきに対応する値を所定範囲として設定すれば良い。
【０１１２】
＜第１の実施の形態に係る利点＞
本実施形態では、測距エリア数が１つであるが撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野のパララクスを電気的に補正可能な第１の測距モードと、パララクス補正しないが複数の測距エリアを利用可能な第２の測距モードとが設定可能な外部測距ユニットを用いる。そして、パララクスの影響が大きく、撮像光学系の視野に外部測距ユニットの測距エリアが１つしか包含されない場合には第１の測距モードを設定して電気的にパララクス補正を行うことで、機械的補正を行う場合に要するコストを軽減することができる。また、パララクスの影響が小さく、撮像光学系の視野に複数の測距エリアが包含される場合には第２の測距モードを設定することで、複数の測距エリアでの測距結果を用いてハイブリッドＡＦの応答性を向上させることができる。どちらの測距モードを設定するかは、撮像光学系の焦点距離（画角）に応じて決定することができる。
【０１１３】
また、第２の測距モードが設定される場合や、ラインセンサが複数の単位ラインセンサからなる場合のように、複数の測距エリアでの測距結果を利用可能な場合には、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域（ＡＦ枠）に包含される測距エリアの測距結果を活用する。これにより、外部測距ユニットの測距結果を用いることによるＡＦ制御の誤動作を軽減することができる。また、ＡＦ枠に包含される測距エリアは、撮像光学系の焦点距離（画角）や被写体距離に応じて判定することができる。
【０１１４】
また、複数の測距エリアで測距結果が得られた場合には、撮像光学系の視野の中心に近い測距エリアの測距結果を最も優先して活用することで、コストを増加することなく、ハイブリッドＡＦとしての応答性を向上でき、安定したＡＦ制御を実現できる。
【０１１５】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係る焦点検出装置についても、第１の実施形態と同様に、図１に示したデジタルビデオカメラ１００を用いて説明する。
【０１１６】
本実施形態は、位相差ＡＦ制御動作のみ第１の実施形態と異なるため、図１３に示すフローチャートを用いて本実施形態の制御部１１４が実行する位相差ＡＦ制御処理について説明する。また、図１３において、図２と共通する動作については同じ参照数字を付して説明を省略する。
【０１１７】
本実施形態では、設定する測距モードを、ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出の合焦状態に応じて切り替えることを特徴とする。具体的には、図２のフローチャートのＳ２０４とＳ２０６の間にＳ１３３１を追加したことを特徴とする。
【０１１８】
Ｓ２０４で、現在の焦点距離が所定の焦点距離以下と判定された場合、制御部１１４はＳ１３３１においてＴＶ−ＡＦ方式での焦点検出における合焦状態を判定する。そして制御部１１４は、合焦状態が低い（画像がボケている）と判定された場合にはＳ２０５で第１の測距モードを、合焦状態が高い（画像がボケていない）と判定された場合にはＳ２０６で測距モードを設定する。
【０１１９】
ＴＶ−ＡＦ方式でＡＦ評価値のピークを探索している際に、合焦状態が低い（画像がボケている状態である）場合、デフォーカス量が大きいため、ＴＶ−ＡＦ方式での焦点検出が完了するまでに時間がかかることが予想される。従って、このような場合には、高速な測距が可能な外測ＡＦ方式による測距結果を活用して焦点検出を行うことが望ましいため、外測ＡＦ方式による測距結果が利用できる可能性が大きな第２の測距モードを設定する。
【０１２０】
逆に、ＴＶ−ＡＦ方式によって合焦位置に近い位置までフォーカスレンズ１０５を駆動できており、合焦状態が高い（画像がボケていない状態である）場合には、外測ＡＦ方式による測距結果を用いることの誤動作軽減を優先すべきである。そのためには、測距結果の精度を重視し、撮像光学系の視野の中心に近い測距エリアで測距を行うことが望ましいため、第１の測距モードを設定する。
【０１２１】
例えば、ＴＶ−ＡＦ方式における焦点検出にはまだ時間がかかる場合には外測ＡＦ方式による測距結果に基く位置にフォーカスレンズ１０５を移動させることで素早くピント合わせを行うことができる。また、ＴＶ−ＡＦ方式で既に大凡合焦位置が得られている場合には、精度を重視した測距を行うため、外測ＡＦ方式による測距結果を利用することによる誤動作を抑制し、安定したピント合わせを行うことができる。
【０１２２】
なお、合焦状態が低いかどうか（あるいは高いかどうかでもよい）の判定は、ＴＶ−ＡＦ方式の１ルーチン毎に算出されるＡＦ評価値を用いて行うことができる。具体的には、ＡＦ枠内における高周波成分の水平方向ラインのピーク値を輝度差成分（ＡＦゲート１１２を通過した信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分）で割った値で判定することができる。この値が０．５以上の場合は合焦、０．２５以上０。５未満の場合は小ぼけ、０．２５未満の場合は大ぼけと判定することができ、例えば大ぼけと判定された場合には第２の測距モードを設定するように構成することができる。ただし、この合焦状態の判定方法とモードの切換基準は単なる一例であり、他の方法を用いてもよい。
【０１２３】
＜第２の実施の形態に係る利点＞
このように本実施形態によれば、ＴＶ−ＡＦ方式での合焦状態が低い場合には第２の測距モードを、高い場合には第１の測距モードを設定する。そのため、ＴＶ−ＡＦ方式での焦点検出を継続した場合に時間を要する場合に、外測ＡＦ方式で得られた被写体距離を用いることで、焦点検出に要する時間を短縮することができる。一方、既にＴＶ−ＡＦ方式により合焦に近い状態が得られている場合には、より精度の高い測距結果を得ることで安定した焦点検出を実現する。
【０１２４】
また、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、パララクスを機械的に補正しないので、パララクス補正用の機構が不要であり、コストを削減できる。また、応答性と安定性を両立したハイブリッドＡＦ方式を実現することができる。
【０１２５】
（その他の実施形態）
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【０１２６】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に使用可能な焦点検出装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般的なスチルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置は自動焦点検出（ＡＦ）機能を有している。例えば、ビデオカメラ等では、撮像素子を用いて生成された映像信号の鮮鋭度（コントラスト）に基づいて焦点検出するＴＶ−ＡＦ方式が広く用いられている。具体的には、フォーカスレンズを移動させながら順次撮影して得られた映像信号について、コントラストの程度を示すＡＦ評価値を生成し、ＡＦ評価値に基づいてコントラストが最大となるフォーカスレンズの位置を合焦位置として探索する。
【０００３】
また、ＴＶ−ＡＦ方式の他に、撮像レンズ（撮像光学系）と独立した光学系（焦点検出光学系）を有する外部測距センサによって被写体距離を検出し、被写体距離からフォーカスレンズの合焦位置を演算する外測位相差検出ＡＦ（外測ＡＦ）方式も知られている。
【０００４】
外測測距センサは、被写体からの光束を２分割して一組の受光素子列（ラインセンサ）上に結像し、各ラインセンサに結像された像のずれ量、すなわち位相差を検出し、位相差から三角測量法を用いて被写体距離を求める。
【０００５】
さらに、ＴＶ−ＡＦ方式と外測ＡＦ方式を組み合わせたハイブリッドＡＦ方式もある（特許文献１参照）。特許文献１にて提案されているハイブリットＡＦ方式では、コントラストＡＦ方式で得られるＡＦ評価値の変化量と外測ＡＦ方式で得られる被写体距離の変化量にもとづいて、どちらの方式を用いるかを選択している。
【０００６】
外部測距センサのラインセンサには、ラインセンサ全体を位置と画素数が予め固定された複数の測距エリア（Ｌ、Ｃ、Ｒエリア）に分割したタイプ（図１４（ａ））と、位置と画素数が可変の１つの測距エリア（Ｃエリア）を有するタイプ（図１４（ｂ））がある。以下、前者を固定タイプ、後者を可変タイプと呼ぶ。蓄積制御やＡＧＣ制御、被写体距離の算出は測距エリア毎に行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２３４３２５号公報（段落００３７〜００６２、図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
外測ＡＦ方式においては、焦点検出を行う光学系（焦点検出光学系）が、撮像する被写体像を結像する光学系（撮像光学系）と異なる位置に設けられるため、両者に視差（パララクス）が生じ、撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野が一致しない。ＴＶ−ＡＦ方式は撮像光学系の視野に対して焦点検出を行うので、ＴＶ−ＡＦ方式と外測ＡＦ方式とのハイブリッドＡＦ方式では、ＴＶ−ＡＦ方式と外測ＡＦ方式で異なる被写体に対して焦点検出している可能性がある。そのため、ＴＶ−ＡＦ方式では焦点検出できているにもかかわらず、外部ＡＦ方式で検出している被写体距離が変化した場合、特許文献１の方法ではフォーカスレンズを移動させてしまい、不要なぼけの原因となる。
【０００９】
このような問題を防止するには、撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野のパララクスを補正する必要がある。パララクスの補正には、機械的補正と電気的補正の２通りが考えられる。機械的補正は、焦点検出光学系の視野の中心と撮像光学系の視野の中心が一致するように、外部測距センサの向きを物理的に調整するものである。機械的補正は外部測距センサの向きを制御する機構が必要となる上、補正に時間を要するためコストが増大するという問題がある。
【００１０】
機械的補正を行う場合、外部測距センサのラインセンサは図１４（ａ），（ｂ）に示したどちらのタイプであってもよい。しかし、固定タイプの方が可変タイプよりも広範囲で測距が可能であるため、可変タイプのラインセンサを用いた場合よりも、ハイブリッドＡＦ方式において外測ＡＦ方式を用いることができる機会が多い。この点について、図１５を用いて説明する。
【００１１】
図１５は、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域と、外部測距センサの測距エリアとの関係を示している。図１５（ａ）は、固定タイプのラインセンサを用いた場合を、図１５（ｂ）は、可変タイプのラインセンサを用いた場合をそれぞれ示している。ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域（ＡＦ枠）１５１は、撮像光学系の視野１５２の中に予め設定されており、ここではＡＦ枠１５１は中心が撮像光学系の視野１５２の中心と等しく、４辺が撮像光学系の視野１５２の４辺と平行な矩形領域である。
【００１２】
機械的パララクス補正の結果、焦点検出光学系の視野の中心と撮像光学系の視野の中心が一致している。そのため、ラインセンサ全体を複数の測距エリアに分割した固定タイプ（図１５（ａ））の方が、１つの測距エリアを有する可変タイプ（図１５（ｂ））よりもＡＦ枠に対応した領域が大きい。従って、ＡＦ枠内の被写体に対して外測ＡＦ方式も使用できる機会は図１４（ａ）のタイプのラインセンサの方が多くなる。
【００１３】
可変タイプのラインセンサは、測距エリアの画素数（大きさ）と位置が可変であるため、ラインセンサ全体を１つの測距エリアとして設定することも可能である。しかし、測距エリアが大きいと、焦点検出すべき被写体と異なる他の被写体が測距エリアに含まれやすくなるため、他の被写体のコントラストが高い場合などにおいて、他の被写体の影響を受けて焦点検出結果の精度が低下する場合がある。そのため、実際にはラインセンサ全体を１つの測距エリアとして設定することは現実的でなく、通常、可変タイプのラインセンサにおける測距エリアは固定タイプのラインセンサの測距エリアよりも小さい。
【００１４】
一方、パララクスを電気的に補正する場合には、外部測距センサの測距エリアの中心が撮像光学系の視野の中心と合致するように、ラインセンサ上の測距エリアの位置を移動させる。従って、機械的補正のような機構や手間がかからないというメリットがある反面、可変タイプのラインセンサを用いる必要がある（図１５（ｃ））。そのため、機械的補正で固定タイプのラインセンサを用いる場合よりも測距エリアが小さくなり、外部測距センサが使用できる機会が減少し、ハイブリッドＡＦ方式のメリットを十分享受できないという問題がある。
【００１５】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、パララクス補正に要するコストを抑制しつつ、ハイブリッドＡＦ方式に有効に利用可能な測距結果を得ることのできる外測ＡＦ方式の焦点検出装置及びその制御方法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】
【００１６】
上述の目的を達成するため、本発明の一見地に係る焦点検出装置は、撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置であって、焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサと、一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定する設定手段と、設定手段が設定した測距エリアのうち、一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出手段と、設定手段が、一対のラインセンサの、撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定する第１のモードと、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを一対のラインセンサに設定する第２のモードを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
このような構成により、本発明によれば、パララクス補正に要するコストを抑制しつつ、ハイブリッドＡＦ方式に有効に利用可能な測距結果を得ることのできる外測ＡＦ方式の焦点検出装置及びその制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る焦点検出装置を適用可能な撮像装置の例としてのビデオカメラの構成例を示すブロック図。
【図２】図１の制御部１１４が本発明の第１の実施形態において実施する位相差ＡＦ制御処理を説明するためのフローチャート。
【図３】測距モードに応じた測距エリアの設定方法と、撮像光学系の視野（撮像素子の領域）に設定されているＴＶ−ＡＦ方式のＡＦ枠との関係を示す図。
【図４】図１の制御部１１４が本発明の第１の実施形態において実施するＡＦ制御の全体を説明するためのフローチャート。
【図５】制御部１１４が図４のＳ４０２で実施するＴＶ−ＡＦ制御処理を説明するためのフローチャート。
【図６】制御部１１４が図５のＳ５０４で実施する微小駆動動作を説明するためのフローチャート。
【図７】制御部１１４が図５のＳ５１２で実施する山登り駆動動作を説明するための図。
【図８】制御部１１４が図２のＳ２１７で実施する優先エリア設定処理を説明するためのフローチャート。
【図９】図２のＳ２０３で設定する所定の焦点距離、および図８のＳ８０２及びＳ８０３で設定する有効エリアの一例を示す図。
【図１０】図９（ｂ）における（Ｃ）に対応する焦点距離での撮像光学系の視野と測距エリアの位置関係が、被写体距離によってどう変化するかの一例を示す図。
【図１１】本発明の第１の実施形態における優先エリア設定処理の変形例を説明するためのフローチャート。
【図１２】ラインセンサが複数の単位ラインセンサから構成される場合の焦点検出光学系の視野と撮像光学系の視野との関係を示す図。
【図１３】図１の制御部１１４が本発明の第２の実施形態において実施する位相差ＡＦ制御処理を説明するためのフローチャート。
【図１４】外部測距センサに設定される測距エリアの例を示す図。
【図１５】ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域と、外部測距センサの測距エリアとの関係を示す図。
【図１６】パッシブ式の外測位相差検出方式の原理を説明するための図。
【図１７】パッシブ式の外測位相差検出方式の原理を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１の実施形態＞
＜ビデオカメラの構成＞
以下、添付図面を参照して、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明の実施形態に係る焦点検出装置を適用可能な撮像装置の一例としてのビデオカメラについて説明するが、本発明に係る焦点検出装置はビデオカメラに限らず、デジタルスチルカメラ等の他の撮像装置にも適用可能である。
【００２０】
図１は、本実施形態におけるビデオカメラの１００主要部の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態のデジタルビデオカメラ１００は、オートフォーカス機能を有するズームレンズ１２０を撮像光学系として備えている。ズームレンズ１２０は、第１固定レンズ１０１、光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ１０２、絞り１０３、第２固定レンズ１０４及びフォーカスコンペンセータレンズ１０５を備える。フォーカスコンペンセータレンズ（以下、単にフォーカスレンズという）１０５は、変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とフォーカシングの機能とを兼ね備えている。
【００２１】
撮像素子１０６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサといった光電変換素子から構成される。ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７は撮像素子１０６の出力を相関二重サンプリングするとともに、ゲイン調整する。
【００２２】
カメラ信号処理回路１０８は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの出力信号に対して各種の画像処理を行い、映像信号を生成する。表示部１０９はＬＣＤ等により構成され、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を表示する。記録部１１５は、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を記録媒体（磁気テープ、光ディスク、半導体メモリ等）に記録する。
【００２３】
ズーム駆動回路１１０は、制御部１１４の制御に応じて変倍レンズ１０２を移動させる。フォーカスレンズ駆動回路１１１は制御部１１４の制御に応じてフォーカスレンズ１０５を移動させる。ズーム駆動回路１１０及びフォーカスレンズ駆動回路１１１は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータにより構成される。なお、各駆動回路によって駆動されるレンズの位置は、図示しない位置検出回路により検出され、制御部１１４での各種制御に用いられる。位置検出回路は、レンズの位置検出センサであってよい。また、駆動源としてステッピングモータを使用している場合であれば、ステッピングモータを駆動するための駆動パルス数を制御部１１４でカウントして位置を検出しても良い。この場合には個別の位置検出回路は不要である。
【００２４】
ＡＦゲート１１２は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの全画素の出力信号のうち、制御部１１４が設定した焦点検出に用いられる領域（焦点検出領域又はＡＦ枠）の信号のみを後段のＡＦ信号処理回路１１３に供給する。
【００２５】
ＡＦ信号処理回路１１３は、ＡＦゲート１１２から供給される焦点検出領域中の画素信号の高周波成分や輝度差成分（ＡＦゲート１１２を通過した信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分）を抽出し、ＡＦ評価値を生成する。
【００２６】
ＡＦ評価値は、制御部１１４に出力される。ＡＦ評価値は、撮像素子１０６からの出力信号に基づいて生成される映像の鮮鋭度（コントラストの高低）を表す値であるが、合焦状態の映像の鮮鋭度は高く、ぼけた映像の鮮鋭度は低いので、撮像光学系の焦点状態を表す値として利用できる。
【００２７】
制御部１１４は例えばマイクロコンピュータであり、図示しないＲＯＭに予め記憶された制御プログラムを実行してデジタルビデオカメラ１００の各部を制御することにより、デジタルビデオカメラ１００全体の動作を司る。制御部１１４は、ＡＦ信号処理回路１１３から与えられるＡＦ評価値に基づいて、フォーカスレンズ駆動回路１１１を制御してＴＶ−ＡＦ方式による自動焦点検出動作を行う。また、制御部１１４は、後述する操作部１１８からのズーム指示に従って、ズーム駆動回路１１０を介して変倍レンズ１０２を駆動してズームレンズ１２０の倍率を変化させる。また、制御部１１４は、変倍に伴う焦点面の移動を補正するためにフォーカスレンズ駆動回路１１１を介してフォーカスレンズ１０５を駆動する。
【００２８】
外部測距ユニット１１７は、撮像光学系であるズームレンズ１２０と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有し、焦点検出光学系により結像された被写界像に基づいて測距を行う。外部測距ユニット１１７は、外測位相差検出方式、超音波センサ方式、赤外線センサ方式等、任意の方式を採用しうるが、本実施形態においてはパッシブ式の外側位相差検出方式を用いるものとする。
【００２９】
図１６及び図１７を用いて、パッシブ式の外測位相差検出方式の原理を説明する。図１６において、第１及び第２の結像レンズ２０２及び２０４と、第１及び第２の受光素子列（ラインセンサ）２０３及び２０５は、外部測距ユニット１１７の構成要素である。第１及び第２の結像レンズ２０２及び２０４の光軸は平行であり、それぞれ第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５の中心を通るように配置されている。第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５はそれぞれ、複数の受光素子（画素）が１列に並んだ構成を有し、中心が距離Ｂ（基線長）だけ離間して配置されている。
【００３０】
被写体２０１は、撮影範囲（被写界）に含まれる被写体のうち、焦点検出を行う被写体である。被写体２０１からの光のうち第１の結像レンズ２０２を通った光は、第１のラインセンサ２０３上に結像し、第２の結像レンズ２０４を通った光は第２のラインセンサ２０５上に結像する。
【００３１】
第１の結像レンズ２０２による被写界像が一対のラインセンサの一方である第１のラインセンサ２０３で、第２の結像レンズ２０４による被写界像が一対のラインセンサの他方である第２のラインセンサ２０５でそれぞれ検出される。第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５は個々の被写界像を光電変換し、被写界像の輝度に対応した電気信号を出力する。第１のラインセンサ２０３が出力する電気信号をＡ像信号、第２のラインセンサ２０５が出力する電気信号をＢ像信号と呼ぶ。
【００３２】
ここで、第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５が出力する像信号の例を図１７に示す。第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５は基線長Ｂだけ離間しているため、被写体のある位置から第１のラインセンサ２０３の光軸に沿って入射する光は、第２のラインセンサ２０５においては画素数Ｘだけずれた位置に到達する。そのため、第１のラインセンサ２０３で得られるＡ像信号Ｓ１と第２のラインセンサ２０５で得られるＢ像信号Ｓ２とは、画素数Ｘに相当する位相差を有する。そこで、２つの像信号Ｓ１、Ｓ２の相関を、画素の対応関係をずらしながら演算し、相関が最大になるずらし量を求めることでＸが演算できる。基線長Ｂと、第１及び第２の結像レンズ２０２及び２０４の焦点距離ｆは既知であるから、Ｘが求まれば、三角測量の原理で被写体までの距離Ｌが以下の式（１）により求められる。
Ｌ＝Ｂ・ｆ／Ｘ …（１）。
【００３３】
なお、上述の通り、外部測距ユニット１１７の測距方式は、パッシブ式の位相差検出方式に限定されない。例えば、赤外線を投光し、その反射光の位相差を検出して被写体距離を求めるアクティブ式の位相差検出方式や、超音波を発して超音波の往復伝播時間から被写体距離を求める超音波センサを用いる方式を用いてもよい。また、外部測距ユニット１１７では位相差Ｘを求めるまでの処理を行い、位相差Ｘから被写体距離Ｌを算出するのは制御部１１４が行ってもよい。
【００３４】
外部測距ユニット１１７からの被写体距離情報（位相差Ｘ又は被写体距離）は、制御部１１４に入力される。制御部１１４は、入力された被写体距離情報に基づいて、被写体に合焦するフォーカスレンズ１０５の位置（以下、位相差フォーカスレンズ位置という）を算出する。ここで、「算出」には、計算式を用いた演算だけでなく、例えば制御部１１４が有する不図示のメモリに記憶された、被写体距離情報とフォーカスレンズの位置との対応を示すテーブルを参照する操作なども含む。
【００３５】
以下に説明するように、本実施形態においては、撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野のパララクスを、機械的ではなく電気的に補正する。つまり、ラインセンサとして上述の第２のタイプ（位置及び大きさが可変な１つの測距エリアを設定可能なラインセンサ）を用い、測距エリアの設定を変更することで、パララクス補正を行う。
【００３６】
＜位相差ＡＦ制御処理＞
本実施形態のデジタルビデオカメラ１００におけるハイブリッドＡＦ制御について説明する前に、制御部１１４が実行する位相差ＡＦ制御処理について図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３７】
Ｓ２０１で制御部１１４は、後述するＴＶ−ＡＦにおいて設定されているＡＦ枠の位置及び大きさを、例えば制御部１１４が有する不図示のメモリを参照することによって取得する。
【００３８】
次に、Ｓ２０２で制御部１１４は、予め測定されて例えば制御部１１４が有する不揮発性メモリ等に記憶されたパララクス補正量を取得する。パララクス補正量は、例えば以下のように求めることができる。撮像光学系の光軸上の既知の距離（例えば３ｍ）に置かれているチャートを外部測距ユニット１１７で撮像（像信号を取得）することで、撮像光学系の視野の中心に外部測距センサのラインセンサ上のどの画素がくるかを検出する。結像レンズの光軸に対応するラインセンサの画素位置（図１６の例ではラインセンサの画素の並び方向の中心に対応する画素位置）と、検出した画素位置との差が、補正すべきパララクスの大きさ（補正量）である。パララクス補正量はデジタルビデオカメラ１００に固有の値であるため、例えば製造工程において測定し、記憶しておくことができる。
【００３９】
Ｓ２０３で、ズームレンズ１２０の所定の焦点距離（画角の大きさ）を設定する。ここで、所定の焦点距離は、Ｓ２０２で取得したパララクスの補正量に応じて設定する。具体的には、パララクス補正量が大きい場合には、所定の焦点距離は短く（大きな画角）、パララクス補正量が小さい場合には、所定の焦点距離は長く（小さな画角）に設定する。さらに、この条件を満たしながら、ラインセンサ上の中心画素位置を中心に予め定められた画素数の測距エリアを１つ設定した場合に、設定した測距エリアの全体がＡＦ枠内に含まれるような焦点距離を所定の焦点距離として設定する。なお、ズームレンズ１２０が交換できない場合、設定する測距エリアの画素数に対応する所定の焦点距離を予めテーブルとして記憶しておいてもよい。この場合、制御部１１４は測距エリアの画素数に応じた所定の焦点距離をテーブルを参照して取得することができる。また、ズームレンズ１２０が交換式の場合も、いくつかのズームレンズの機種に対するテーブルを記憶しておくことができる。
【００４０】
Ｓ２０４で制御部１１４は、ズームレンズ１２０の現在の焦点距離が所定の焦点距離よりも長いかどうかを判定する。現在の焦点距離が所定の焦点距離よりも長い場合、制御部１１４は処理をＳ２０５へ移行し、測距モードを第１の測距モードに設定する。ここで、第１の測距モードとは、図１４（ｂ）に示したように、ラインセンサ上の任意の位置に設定された、任意の大きさ（画素数）を有する１つの測距エリア（Ｃエリア）に対して測距を行うモードである。なお、本実施形態では説明及び理解を容易にするため、第１のモードで設定する測距エリアの画素数は、第２の測距モードにおける各測距エリアの画素数と同じであるとする。Ｓ２０７で制御部１１４は、Ｓ２０２で取得したパララクス補正量を用い、外部測距ユニット１１７の第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５に、撮像光学系の視野の中心に対応する画素位置を中心とした所定画素数の測距エリア（Ｃエリア）を設定する。
【００４１】
一方、Ｓ２０４で、現在の焦点距離が所定の焦点距離以下であると判定された場合、制御部１１４は処理をＳ２０６へ移行し、測距モードを第２の測距モードに設定する。ここで、第２の測距モードとは、図１４（ａ）に示したように、ラインセンサに対し、全画素を所定数に分割した複数の固定測距エリア（ここでは、Ｌエリア、Ｃエリア、Ｒエリアの３エリア）を設定し、測距エリア毎に測距を行うモードである。なお、各測距エリアの画素数は固定であるが、各エリアが等しい画素数である必要はない。ただし、本実施形態では説明及び理解を容易にするため、第２のモードで設定する各測距エリアの画素数が等しいものとする。
【００４２】
図３を用いて、測距モードに応じた測距エリアの設定方法と、撮像光学系の視野（撮像素子の領域）に設定されているＴＶ−ＡＦ方式のＡＦ枠との関係についてさらに説明する。図３において、図１５と共通する要素には同じ参照数字を付してある。
【００４３】
図３（ａ）は、ズームレンズ１２０の焦点距離が所定の焦点距離より長い場合の、撮像光学系の視野と、第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５の視野の位置関係を示している。上述の通り、本実施形態では、機械的なパララクスの補正を行っていないので、ラインセンサの中心と撮像光学系の視野の中心がずれる。さらに、焦点距離が大きいため、測距エリアの、ＡＦ枠に対する相対的な大きさが大きくなる。そのため、第２の測距モードを設定した場合にはＴＶ−ＡＦ方式で焦点検出している被写体と外部測距センサが焦点検出している被写体が異なってしまう可能性が出てくる。そのため、測距エリアの位置が可変な第１の測距モードを設定し、ＡＦ枠の中心と測距エリアの中心が合致するように測距エリアを設定することで、ＴＶ−ＡＦ方式で焦点検出している被写体と外部測距センサが焦点検出している被写体の相違を起こりにくくする。
【００４４】
図３（ｂ）は、ズームレンズの焦点距離が所定の焦点距離未満であるが、所定の焦点距離に近い場合の、撮像光学系の視野と、第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５の視野の位置関係を示している。
【００４５】
この場合、第２の測距モードで設定される３つの測距エリアのうちＲエリアはＡＦ枠に包含されないが、Ｌエリア、ＣエリアはＡＦ枠に包含され、Ｃエリアは撮像光学系の視野の中心近くに対応する。なお、本明細書で「ＡがＢに包含される」とは、「Ａの全てがＢに含まれる」ことを意味する。一方、第１の測距モードを設定した場合、第２の測距モードにおける１つの測距エリアしかＡＦ枠内に包含されない。従って、第２の測距モードを設定することで、外部測距ユニット１１７により検出される被写体距離を利用したハイブリッドＡＦ方式の利点（例えばＡＦ応答性の向上）をより高い確率で享受することができる。
【００４６】
図３（ｃ）は、、ズームレンズの焦点距離が所定の焦点距離よりもずっと短い（例えばワイド端）である場合の、撮像光学系の視野と、第１及び第２のラインセンサ２０３及び２０５の視野の位置関係を示している。
【００４７】
この場合には、第２の測距モードを設定すれば、Ｌ、Ｃ、Ｒエリア全てにおける測距結果を使用することが可能となるため、図３（ｂ）の場合よりもさらに第２の測距モードを設定することの利点が大きい。
【００４８】
図２に戻り、Ｓ２０８で制御部１１４は、各モードで設定された測距エリア毎に蓄積制御を行う。Ｓ２０９で制御部１１４は、設定されている全測距エリアの蓄積が終了したかを判断し、蓄積が終了していない場合には、Ｓ２０８へ処理を戻し、蓄積の終了を待つ。全測距エリアの蓄積が終了した場合、制御部１１４は処理をＳ２１３へ移行する。
【００４９】
Ｓ２１３で制御部１１４は、各測距エリアのＡ像信号（第１のラインセンサ２０３で得られる像信号）及びＢ像信号（第２のラインセンサ２０５で得られる像信号）を読み出す。そして、Ｓ２１４で制御部１１４は、対応する測距エリアから読み出したＡ像信号とＢ像信号に対し、公知の相関演算を行い、位相差を算出する。この相関演算は、公知のＭｉｎ法やＭａｘ法等の手法を用いて行うことができる。但し、Ａ像信号とＢ像信号の位相差が得られればどのような演算を用いてもよい。
【００５０】
Ｓ２１５で制御部１１４は、Ｓ２１４の相関演算で得られた位相差から被写体距離を算出す。そして、制御部１１４は、Ｓ２１６で被写体距離をフォーカスレンズ位置へ換算する。
【００５１】
次に、Ｓ２１７で制御部１１４は、後述する優先エリア設定処理を実行する。そして制御部１１４は、Ｓ２１６、Ｓ２１７で得られた優先エリアのフォーカスレンズ位置を、外測ＡＦ方式による焦点検出結果である位相差フォーカスレンズ位置として、後述するハイブリッドＡＦとしてのＡＦ制御で用いる。
【００５２】
＜ＡＦ制御処理＞
次に、図４に示すフローチャートを用いて、本実施形態において制御部１１４が実施するＡＦ制御の全体の流れを説明する。なお、図４に示す処理は、例えば１フィールド画像を生成するための撮像素子１０６からの撮像信号の読み出し周期で繰り返し実行される。
【００５３】
Ｓ４０２で制御部１１４は、ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理を実行する。この処理には、ＡＦ評価値の算出と、フォーカスレンズ１０５の駆動が含まれる。また、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出処理には、焦点検出の再実施要否を判断するためのＡＦ評価値の算出と低下有無の判定など、合焦状態を維持するための処理も含まれる。ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理については、図５を用いて後述する。
【００５４】
Ｓ４０３で制御部１１４は、図２の位相差ＡＦ制御処理で算出された位相差フォーカスレンズ位置を取得する。
【００５５】
Ｓ４０４で制御部１１４は、現在、位相差ＡＦ使用モードであるか否かを判別する。制御部１１４は、現在位相差使用モードである場合にはＳ４０８へ、位相差使用モードでない場合はＳ４０５へ、それぞれ処理を移行する。なお、位相差使用モードとは、後述するＳ４１０において特定の条件を満たす場合に限り、フォーカスレンズ１０５を位相差フォーカスレンズ位置に移動させる外測ＡＦを行うことが許されるモードである。
【００５６】
Ｓ４０５で制御部１１４は、後述するＳ４０６においてコントラスト情報及び被写体距離情報の変化が大きいか否かを判別するためのしきい値を設定する。
【００５７】
Ｓ４０６で制御部１１４は、位相差使用モードへ切り替えるか否かを決定するために、被写体に関する変化をコントラスト情報及び被写体距離情報を用いて判別する。すなわち、前回の処理で取得したコントラスト情報に対する今回の処理で取得したコントラスト情報の変化量が、Ｓ４０５で設定したしきい値より大きいか否かを判別する。また、制御部１１４は、前回の位相差ＡＦ制御処理で取得した被写体距離情報（被写体距離又は位相差）に対する、今回の同処理で取得した被写体距離情報の変化量がしきい値より大きいか否かを判別する。あるいは、Ｓ４０３で取得する位相差フォーカスレンズ位置を被写体距離情報として用い、その変化量がしきい値より大きいか否か判別してもよい。
【００５８】
本実施形態で制御部１１４は、ＡＦ信号処理回路１１３から得られる、ＡＦゲート１１２を通過した信号の各画素ラインでの輝度レベルの最大値と最小値との差を求め、差の最大値をコントラスト情報として用いることができる。なお、このコントラスト情報に代えて、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出処理で得られるＡＦ評価値をコントラスト情報として用いてもよい。Ｓ４０５において設定するしきい値は、使用するコントラスト情報の種類に応じて設定する。
【００５９】
Ｓ４０６で制御部１１４は、コントラスト情報の変化量と被写体距離情報の変化量の両方ともしきい値より大きいと判断された場合には、Ｓ４０７で位相差使用モードに切り替える。一方、コントラスト情報の変化量及び被写体距離情報の変化量のうち少なくとも一方がしきい値以下であると判断された場合、制御部１１４は位相差使用モードへの切り替えを行わず、処理をＳ４０２に戻してＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理を行う。
【００６０】
つまり、コントラスト情報の変化量及び被写体距離情報の変化量のうち少なくとも一方がしきい値以下と判断される場は、外部測距ユニット１１７による測距結果を用いずに、ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理のみが撮像信号の読み出し周期で繰り返し行われる。
【００６１】
Ｓ４０６での判断は、被写体距離情報（又は位相差フォーカスレンズ位置）を用いてフォーカスレンズ１０５を移動させる、すなわちＴＶ−ＡＦ方式から外測ＡＦ方式に切り替えるか否かの第１段階の判断である。この判断により、外測ＡＦ方式によってフォーカスレンズ１０５を駆動させる条件（タイミング）を、被写体のコントラスト状態が大きく変化した場合であって、かつ被写体距離が大きく変化した場合に限定している。
【００６２】
従来のハイブリッドＡＦ方式では、コントラストが大きく変化すると外測ＡＦ方式に切り替え、位相差フォーカスレンズ位置へフォーカレンズを移動させていた。そのため、被写体距離は大きく変化しておらず合焦状態から外れていなくても、被写体の見かけが変わってコントラストが大きく変化した場合に外測ＡＦ方式への切り替えが起こり、不要な映像のぼけが発生することがあった。しかし、本実施形態では、被写体距離の変化が大きくない場合にはコントラストの変化が大きくても外測ＡＦ方式に切り替えないので、このような問題を回避できる。
【００６３】
また、ＴＶ−ＡＦ方式で合焦状態が得られているにも関わらず、外測ＡＦ方式で得られた被写体距離が誤った情報である可能性が高い場合に、位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズを移動させてしまうことも防止できる。
【００６４】
Ｓ４０４において現在位相差使用モードであると判別された場合、Ｓ４０８で制御部１１４は、位相差駆動モードか否かを判別する。位相差駆動モードに設定され、位相差フォーカスレンズ位置に向かってフォーカスレンズ１０５を駆動している最中であれば、制御部１１４は処理をＳ４０２に戻す。
【００６５】
一方、位相差駆動モードでないと判別された場合、制御部１１４は処理をＳ４０９に進め、フォーカスレンズ１０５を位相差フォーカスレンズ位置に移動させる（外測ＡＦ方式に切り替える）べきかどうかを判断するためのフォーカス移動量しきい値を設定する。このフォーカス移動量しきい値は、外部測距ユニット１１７による位相差検出のばらつきを考慮して決定される。そして、このフォーカス移動量しきい値は、位相差検出のばらつきで取り得るフォーカスレンズ位置のばらつきより大きい値に設定する。また、位相差検出のばらつきは、図１６における基線長Ｂと焦点距離ｆ、およびラインセンサの画素ピッチに基づき、例えば、１／４画素分ずらした場合に取り得る位相差の変化量を位相差検出のばらつき範囲と設定する。
【００６６】
Ｓ４１０で制御部１１４は、Ｓ４０３で取得した位相差フォーカスレンズ位置と、現在のフォーカスレンズ位置との差（絶対値）を求め、差がＳ４０９で設定したフォーカス移動量しきい値よりも大きいか否かを判別する。制御部１１４は、この差がフォーカス移動量しきい値よりも大きい場合にはＳ４１１へ、フォーカス移動量しきい値以下の場合にはＳ４１３へ処理を進める。
【００６７】
Ｓ４１０での判断は、外測ＡＦ方式に切り替えるか否かの第２段階の判断である。この判断により、外測ＡＦ方式によってフォーカスレンズ１０５を駆動させる条件（タイミング）を、位相差フォーカスレンズ位置と現在のフォーカスレンズ位置との差が大きい場合に限定している。
【００６８】
この第２段階の条件を満たさない場合に外測ＡＦ方式への切り替えを行わないのは、外測ＡＦ方式による焦点検出精度がＴＶ−ＡＦ方式より劣るためである。そのため、ＴＶ−ＡＦ方式による合焦位置と外測ＡＦ方式による合焦位置との間に差があると、２つの合焦位置間でフォーカスレンズが往復するハンチングが生じたり、映像にぼけが生じたりする。従って、本実施形では、フォーカス移動量がフォーカス移動量しきい値以下の場合には位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５を移動させないようにし、この問題の発生を抑制している。
【００６９】
Ｓ４１１で制御部１１４は、位相差駆動モードに移行する。そして、Ｓ４１２で、フォーカスレンズ１０５を位相差フォーカスレンズ位置に向かって移動させる。次に、Ｓ４１５に進む。
【００７０】
Ｓ４１３で制御部１１４は、位相差使用モードへ切り替わってから所定時間を経過したか判別する。所定時間経過したか否かは、図４の処理１回（１ルーチン）ごとにＳ４１６で時間経過カウンタを加算し、所定時間に対応するカウンタ値に達したか否かを判別することで判別できる。所定時間を経過しても、外測ＡＦ方式への切り替えが行われない場合、制御部１１４はＳ４１４へ処理を移行して位相差使用モードを解除し、Ｓ４１５で時間経過カウンタをクリアする。なお、時間経過カウンタは例えば制御部１１４が有するメモリの任意のアドレスであってよい。
【００７１】
Ｓ４１４において位相差使用モードを解除するのは、被写体のコントラスト情報と被写体距離情報の両方に大きな変化が生じて位相差使用モードへ切り替わったものの、位相差フォーカスレンズ位置が現在のフォーカスレンズ位置に近い場合である。
【００７２】
外部測距ユニット１１７による被写体距離の検出動作のタイミングは、被写体の状態や撮影条件によってＴＶ−ＡＦ方式による合焦位置の検出タイミングに対してずれることがある。そのため、被写体距離が得られた時点で、ＴＶ−ＡＦ方式で得られた合焦位置近傍にフォーカスレンズ１０５を駆動している場合が考えられる。このような状態で位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５を移動させると、映像にぼけが発生する。このため、本実施形態では、位相差使用モードに切り替わった後、外測ＡＦ方式への切換がなされることなく所定時間が経過した場合には、位相差使用モードを解除する。これにより、不用意に外測ＡＦ方式に基づくフォーカスレンズ駆動が行われて映像にぼけが生じるのを回避したり、ＡＦ方式による合焦精度の差に起因したフォーカスレンズ位置のハンチングを防止したりすることができる。
【００７３】
次に、Ｓ４０２におけるＴＶ−ＡＦ制御処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。
Ｓ５０２で制御部１１４は、ＡＦ信号処理回路１１３から出力されるＡＦ評価値を取得する。
【００７４】
Ｓ５０３で制御部１１４は、ＴＶ−ＡＦが微小駆動モードか否かを判別し、微小駆動モードであればＳ５０４へ、そうでなければＳ５１１へ処理を進める。
Ｓ５０４で制御部１１４はフォーカスレンズ駆動回路１１１を通じてフォーカスレンズ１０５の微小駆動動作を行う。そして、制御部１１４は、合焦状態か否かと、合焦状態でない場合は現在のフォーカスレンズ位置に対して合焦位置が光軸に沿った前後方向のどちらにあるかを判別する。ここでの詳細な動作については、後に図６を用いて説明する。
【００７５】
なお、ＡＦ評価値の変化から合焦状態か否かを判別するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動動作させる制御は、合焦確認制御ということもできる。また、ＡＦ評価値の変化からフォーカスレンズ１０５の合焦方向を判別するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動動作させる制御は、合焦方向判別制御ということもできる。
【００７６】
Ｓ５０５で制御部１１４は、Ｓ５０４で合焦判定ができたかどうかを判別し、合焦判定ができた場合はＳ５０８へ進み、フォーカスレンズ１０５の駆動を停止する。そして、Ｓ５０９に制御部１１４は合焦位置におけるＡＦ評価値を不図示のメモリに記憶する。
【００７７】
制御部１１４は、Ｓ５１０でＴＶ−ＡＦ制御を再起動モードに移行させたのち、Ｓ５２５で位相差使用モードを解除する。これは、ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出処理によって合焦状態が判定されてフォーカスレンズ１０５が停止した状態で外測ＡＦ方式への切り替えが生じると、フォーカスレンズ１０５が位相差フォーカスレンズ位置へ移動されて不要な映像のぼけを生じるためである。
【００７８】
Ｓ５０５において、合焦判定ができていないと判別した場合、制御部１１４は処理をＳ５０６へ進め、Ｓ５０４での合焦方向の判別ができているかどうかを判別する。合焦方向が判別できている場合、制御部１１４は処理をＳ５０７へ進めてＴＶ−ＡＦ制御を山登り駆動モードへ移行させ、合焦方向の判別ができていない場合は、微小駆動動作を継続する。
【００７９】
Ｓ５１１で制御部１１４は、ＴＶ−ＡＦ制御が山登り駆動モードか否かを判別し、山登り駆動モードであればＳ５１２へ、そうでなければＳ５１７へ処理を進める。
Ｓ５１２で制御部１１４は、所定の速度でフォーカスレンズ１０５を山登り駆動（合焦位置検出制御）する。山登り駆動の詳細については、後に図７を用いて説明する。
【００８０】
Ｓ５１３で制御部１１４は、山登り駆動において、ＡＦ評価値がピークを越えたかどうかを判別し、ピークを越えたと判別されればＳ５１４へ処理を移し、ピークを越えていなと判別される場合は山登り駆動を継続する。
【００８１】
Ｓ５１４で制御部１１４は、山登り駆動中にＡＦ評価値がピークとなった位置（以下、ピーク位置という）にフォーカスレンズ１０５を戻す。
Ｓ５１５で制御部１１４は、フォーカスレンズ１０５がピーク位置に戻ったか否かを判別し、ピーク位置に戻ったと判別された場合はＳ５１６でＴＶ−ＡＦ制御を微小駆動モードに移行させる。フォーカスレンズ１０５がまだピーク位置に戻っていないと判別された場合、制御部１１４は継続してフォーカスレンズ１０５ピーク位置方向に駆動する。
【００８２】
Ｓ５１６でＴＶ−ＡＦ制御を微小駆動モードに移行させた後、制御部１１４はＳ５２４で位相差使用モードを解除する。これは、山登り駆動モードで合焦位置（ピーク位置）が判別され、合焦位置へフォーカスレンズ１０５を移動させたにも関わらず、位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５が動かされて不要な映像のぼけを生じさせないようにするためである。
【００８３】
Ｓ５１７で制御部１１４は、ＴＶ−ＡＦ制御が再起動判定モードか否かを判別し、再起動判定モードであればＳ５１８へ、そうでなければＳ５２１へ処理を進める。
Ｓ５１８で制御部１１４は、Ｓ５０９で記憶したＡＦ評価値と最新のＡＦ評価値とを比較し、これらの差、すなわちＡＦ評価値の変化が所定値より大きいか否かを判定する。そして、制御部１１４は、ＡＦ評価値が所定値より大きく変化した場合はＳ５２０でＴＶ−ＡＦ制御を微小駆動モードに移行させる。一方、ＡＦ評価値の変動が所定値より小さい場合、制御部１１４は処理をＳ５１９に進め、フォーカスレンズ１０５を停止させる。
【００８４】
Ｓ５１７でＴＶ−ＡＦ制御が再起動モードでないと判別されるのは、位相差駆動モードによって、フォーカスレンズ１０５を位相差フォーカスレンズ位置に向かって移動させている場合である。この場合、Ｓ５２１で制御部１１４は、位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５が到達したか否かを判別する。位相差フォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０５が到達したと判別されれば、制御部１１４は処理をＳ５２２へ進めてＴＶ−ＡＦ制御を微小駆動モードへ移行させる。そして、Ｓ５２３で制御部１１４は位相差使用モードを解除し、外測ＡＦ制御からＴＶ−ＡＦ制御（微小駆動モード：Ｓ５０４の合焦確認制御又は合焦方向判別制御）に切り替える。一方、Ｓ５２１においてフォーカスレンズ１０５が位相差フォーカスレンズ位置に到達していないと判別された場合、制御部１１４は位相差フォーカスレンズ位置へのフォーカスレンズ１０５の駆動をフォーカスレンズ駆動回路１１１を通じて継続する。
【００８５】
次に、図６を参照して、図５のＳ５０４におけるフォーカスレンズ１０５の微小駆動動作を説明する。
図６において、横軸は時間を、縦軸はフォーカスレンズ１０５の位置を示している。また、図中上部に映像信号の垂直同期信号を示している。
【００８６】
図６に示すように、制御部１１４は、期間Ａの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷（図中、斜線楕円で示す）に対するＡＦ評価値ＥＶＡを時刻ＴＡで取得す。同様に、制御部１１４は、期間Ｂの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷に対するＡＦ評価値ＥＶＢを時刻ＴＢに取得する。さらに制御部１１４は、期間Ｃの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷に対するＡＦ評価値ＥＶＣを時刻ＴＣに取得する。そして、時刻ＴＤで制御部１１４は、ＡＦ評価値ＥＶＡ、ＥＶＢ、ＥＶＣを比較して、ＥＶＡ＞ＥＶＢかつＥＶＢ＞ＥＶＣであれば、微小駆動の駆動（振動）中心をＡＦ評価値が増加する方向に移動させる。一方、ＥＶＡ＜ＥＶＢまたはＥＶＢ＜ＥＶＣであれば、制御部１１４は振動中心を移動させない。このように、フォーカスレンズ１０５を移動させながらＡＦ評価値が増加する方向を判定したり、ＡＦ評価値が最も大きくなるフォーカスレンズ１０５の位置（ピーク位置）を探したりするのが微小駆動動作である。
【００８７】
なお、ＡＦ評価値の変化から合焦状態か否かを判定するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動させる制御は、合焦確認制御ということもできる。
また、ＡＦ評価値の変化から合焦方向を判定するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動させる制御は、合焦方向判別制御ということもできる。
【００８８】
次に、図７を参照して、図５のＳ５１２におけるフォーカスレンズ１０５の山登り駆動動作を説明する。図７において、横軸はフォーカスレンズ１０５の位置を、縦軸はＡＦ評価値を示している。
【００８９】
図７に示すように、山登り駆動開始時点からフォーカスレンズ１０５を横軸の右方向に微小駆動させた場合、矢印Ａで示すように、ＡＦ評価値がピークを越えてから減少するので、ピーク位置（合焦位置）の存在を確認することができる。この場合、フォーカスレンズ１０５をピーク位置近傍に戻してから山登り駆動を終了して、微小駆動に移行する。一方、山登り駆動開始時点からフォーカスレンズ１０５を横軸の左方向に微小駆動させた場合、矢印Ｂで示すように、ＡＦ評価値が単調減少するだけでピークを検出することができないので、フォーカスレンズ１０５の駆動方向が誤りであると判定することができる。この場合、フォーカスレンズ１０５の駆動方向を反転して山登り駆動を継続する。このように、フォーカスレンズ１０５を駆動して、その間に得られたＡＦ評価値がピークとなるピーク位置又はその近傍を判定するのが山登り駆動動作であり、制御部１１４がＡＦ評価値の変化を監視しながらフォーカスレンズ１０５の駆動を制御する。
【００９０】
次に、図２のＳ２１７における優先エリア設定処理について、図８のフローチャートを参照して説明する。
Ｓ８０１で制御部１１４は、現在、ラインセンサ２０３及び２０５が第１の測距モードに設定されているかどうかを判別し、第１の測距モードが設定されていればＳ８０２へ、第２の測距モードが設定されていればＳ８０３へ処理を移行させる。
【００９１】
第１の測距モードでは、測距エリアがＣエリア１つであるため、Ｓ８０２で制御部１１４は有効エリア及び優先エリアをいずれもＣエリアに設定する。ここで、有効エリアは、ＴＶ−ＡＦ方式での焦点検出処理において設定されている焦点検出領域（ＡＦ枠）に包含され、測距結果を使用可能な測距エリアである。撮像光学系の視野の中心に最も近い有効エリアを優先エリアとする。なお、優先エリアは１つに限定されず、撮影光学系の視野の中心に近い順に高い優先度を有するように複数の優先エリアを設定してもよい。
【００９２】
また、第２の測距モードが設定されている場合、Ｓ８０３で制御部１１４は、ＡＦ枠に含まれる測距エリアをズームレンズ１２０の焦点距離（画角）と被写体距離とから判別して有効エリアとする。
【００９３】
そして、Ｓ８０４で制御部１１４は、撮像光学系の視野の中心に最も近い有効エリアを優先エリアとする。なお、優先エリアは１つに限定されず、撮影光学系の視野の中心に近い順に高い優先度を有するように複数の優先エリアを設定してもよい。
【００９４】
さらにＳ８０５で制御部１１４は、測距結果が得られた優先エリアのうち、最も優先度が高い優先エリアで得られた測距結果から換算されたフォーカスレンズ位置を位相差フォーカスレンズ位置とする。
【００９５】
次に、図２のＳ２０３で設定する所定の焦点距離、および図８のＳ８０２及びＳ８０３で設定する有効エリアの一例について、図９を用いて説明する。
図９（ａ）は、ズームレンズ１２０の焦点距離（画角）と外部測距ユニット１１７の有するラインセンサ２０３及び２０５に設定された測距エリアがＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域（ＡＦ枠）に含まれる割合の変化の例を示している。
【００９６】
図９（ａ）における実線は、第２の測距モードが設定されている際に、Ｌ、Ｃ、Ｒエリア全体のうちＡＦ枠に含まれる部分の割合を示しており、点線は、Ｌ、Ｃエリア、または、Ｒ、Ｃエリア２エリアの測距エリアのうちＡＦ枠に含まれる部分の割合を示している。つまり、図９（ａ）において、ズームレンズ１２０の最短焦点距離（ワイド端）から（Ｂ）までの区間では３エリアが１００％ＡＦ枠に包含され、（Ｂ）から（Ａ）の区間はＬＣまたはＲＣの２エリアが１００％ＡＦ枠に包含されることを示している。従って、（Ａ）より長い焦点距離では１エリアしかＡＦ枠に包含されない。
【００９７】
図９（ａ）および図３より、焦点距離が長いほどＡＦ枠に含まれる測距エリアの割合が少なくなっていくことがわかる。また、焦点距離が長いほど、撮像光学系の視野に対する測距エリアの大きさが大きくなり、パララクスの影響が大きくなる。
【００９８】
そこで、図２のＳ２０３で設定する所定の焦点距離は、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出処理で用いる焦点検出領域（ＡＦ枠）に１エリアしか包含されなくなる図９（ａ）の（Ａ）に対応する焦点距離とする。このような焦点距離を設定することで、複数の測距エリアが有効エリアとなる場合には第２の測距モードとして、外測ＡＦ方式による測距結果を使用可能な頻度を向上させることができる。また、有効エリアが１つしかなく、パララクスの影響が大きい区間では第１の測距モードに設定し、外測ＡＦ方式による測距結果を使用することによる誤動作を軽減することができる。
【００９９】
また、図９（ａ）の（Ｂ）から短い焦点距離の区間では、Ｌ、Ｃ、Ｒエリア全てがＡＦ枠内に含まれることになる。制御部１１４は、焦点距離が（Ａ）〜（Ｂ）の区間では、ＬエリアまたはＲエリアのどちらかを有効エリアに設定しないようにする。また制御部１１４は、（Ｂ）より短い焦点距離なら、Ｌ、Ｃ、Ｒエリアすべてを有効エリアと設定する。
【０１００】
図９（ｂ）は、図９（ａ）の実線を、被写体距離に応じて示したものである。つまり、図９（ｂ）は、Ｌ、Ｃ、Ｒエリアのうち、ＡＦ枠内に含まれる部分の割合とズームレンズ１２０の焦点距離との関係が、被写体距離によってどう変化するかを示している。また、図１０は、図９（ｂ）における（Ｃ）に対応する焦点距離での撮像光学系の視野と測距エリアの位置関係が、被写体距離によってどう変化するかの一例を示している。図１０において、図３と同じ要素には同じ参照数字を付した。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）はそれぞれ被写体距離が３ｍ、１ｍ、∞（無限遠）の場合を示している。この例の場合、被写体距離が至近になるにつれて、ＡＦ枠に含まれる測距エリアの割合が小さくなっていくことがわかる。
【０１０１】
このように、焦点距離と被写体距離との対応ごとの有効エリアをテーブル等の形式で例えば制御部１１４が有する不図示の不揮発性のメモリ等に予め記憶しておけば、第２の測距モードの場合の有効エリアを焦点距離と被写体距離とから設定することができる。
【０１０２】
図１１は、図２における優先エリア設定処理（Ｓ２１７）の変形例を示すフローチャートである。図１１において、図８と共通する動作については図８と同じ参照数字を付して説明を省略し、異なる動作についてのみ説明する。
【０１０３】
本変形例は、図１２（ａ）に示すように、外部測距ユニット１１７が有するラインセンサ２０３及び２０５が２段の単位ラインセンサ１２０１及び１２０２が、画素が千鳥配列されるように配置された構成を有する。具体的には、上段の単位ラインセンサ１２０１と下段の単位ラインセンサ１２０２とが、上下方向に隣接し、かつ上段の単位ラインセンサ１２０１の画素と、下段の単位ラインセンサ１２０２の画素の並びが０．５画素ずれるように配置されている。なお、段数は２段に限定されず、複数の画素を有する単位ラインセンサを、画素の並び方向と直交する方向に、かつ隣接する単位ラインセンサ間において画素の並びがずれるように複数隣接配置したラインセンサを利用できる。
【０１０４】
このように、上下２段の単位ラインセンサで１つのラインセンサを構成することにより、単位ラインセンサ毎に測距エリア数を増やすことができ、外測ＡＦ方式での測距結果を利用できる頻度を増やすことができる。また、上段と下段を０．５画素ずらした位置に配置することにより、測距エリアの境界と被写体画像のエッジの位置関係に起因した測距誤差を、上段と下段の対応する測距エリアで得られた測距結果の平均値を用いることによって軽減することができる。
【０１０５】
Ｓ８０１からＳ８０４までは説明を省略する。Ｓ１１０６で制御部１１４は、上下段使用しているかどうかを判定する。上下段のいずれかを使用していない場合は、使用されている一方のラインセンサについての処理となるため、制御部１１４はＳ１１０５で図８のＳ８０５と同様にして位相差フォーカスレンズ位置を決定する。
【０１０６】
一方、上下段とも使用している場合、制御部１１４はＳ１１０７において、測距結果が得られている段の測距エリアがＡＦ枠に包含されているかどうかを判別する。これは、外ラインセンサの配置によっては、上下方向におけるパララクスの影響により、焦点距離や被写体距離によってＡＦ枠に含まれない場合が存在するためである。
【０１０７】
例えば、デジタルビデオカメラ１００の筐体において、外部測距ユニット１１７の光軸がズームレンズ１２０の光軸より下となるような位置関係の場合を考える。この場合、焦点検出光学系の視野（ラインセンサ２０３及び２０５の視野）と撮像光学系の視野との関係は、被写体距離が至近の場合には図１２（ｂ）、被写体距離が無限遠の場合には図１２（ｃ）に示すようになる。図１２（ｂ）の場合には下段の単位ラインセンサ１２０２の測距エリア、図１２（ｃ）の場合には上段の単位ラインセンサ１２０１の測距エリアはそれぞれＡＦ枠に包含されない。測距結果が得られている段の測距エリアがＡＦ枠に包含されていない場合、制御部１１４はＳ１１１２で測距結果を無効として、処理を終了する。
【０１０８】
一方、測距結果が得られている段の測距エリアがＡＦ枠に包含されている場合には、Ｓ１１０８へ移行する。
Ｓ１１０８で制御部１１４は、上下段の両方の測距エリアで測距結果が得られているかどうかを判定する。上下段の片方のみ測距結果が得られている場合には、得られている測距結果だけを用いるため、Ｓ１１０５へ移行する。
【０１０９】
逆に、上下段の両方の測距エリアで測距結果が得られている場合、制御部１１４はＳ１１０９において上下段の測距エリアで得られた測距結果の差が所定範囲内かどうかを判定する。測距結果の差が所定範囲内である場合、制御部１１４はＳ１１１０で測距結果を平均してＳ１１０５へ処理を移行させ、測距結果の精度を向上させる。一方、測距結果の差が所定範囲を超えている場合、制御部１１４はＳ１１１１において撮像光学系の視野の中心に近い段の測距エリアで得られた測距結果を選択してＳ１１０５へ処理を移行させる。ここで、撮像光学系の視野の中心に近い段の測距エリアは、例えば、図１２（ｂ）の場合には上段のＣ１エリア、図１２（ｃ）の場合では下段のＣ２エリアとなる。どちらの段が撮像光学系の視野の中心に近くなるかについても、焦点距離と被写体距離に関連付けてテーブル等の形式で不図示の不揮発性のメモリに記憶しておくことができる。
【０１１０】
なお、Ｓ１１０９において上下段で得られている測距結果の差が所定範囲内かどうか判定したのは、各測距エリアが異なる被写体に対して測距している可能性があるためである。異なる被写体に対する測距結果を平均してしまうと誤った位置へフォーカスレンズ１０５を移動させてしまう。
【０１１１】
また、Ｓ１１０９における所定範囲は、外部測距ユニットの測距精度に応じて決定すればよく、例えばある既知の距離の被写体を測距した場合に通常生じる測距結果の例えば最大のばらつきに対応する値を所定範囲として設定すれば良い。
【０１１２】
＜第１の実施の形態に係る利点＞
本実施形態では、測距エリア数が１つであるが撮像光学系の視野と焦点検出光学系の視野のパララクスを電気的に補正可能な第１の測距モードと、パララクス補正しないが複数の測距エリアを利用可能な第２の測距モードとが設定可能な外部測距ユニットを用いる。そして、パララクスの影響が大きく、撮像光学系の視野に外部測距ユニットの測距エリアが１つしか包含されない場合には第１の測距モードを設定して電気的にパララクス補正を行うことで、機械的補正を行う場合に要するコストを軽減することができる。また、パララクスの影響が小さく、撮像光学系の視野に複数の測距エリアが包含される場合には第２の測距モードを設定することで、複数の測距エリアでの測距結果を用いてハイブリッドＡＦの応答性を向上させることができる。どちらの測距モードを設定するかは、撮像光学系の焦点距離（画角）に応じて決定することができる。
【０１１３】
また、第２の測距モードが設定される場合や、ラインセンサが複数の単位ラインセンサからなる場合のように、複数の測距エリアでの測距結果を利用可能な場合には、ＴＶ−ＡＦ方式の焦点検出領域（ＡＦ枠）に包含される測距エリアの測距結果を活用する。これにより、外部測距ユニットの測距結果を用いることによるＡＦ制御の誤動作を軽減することができる。また、ＡＦ枠に包含される測距エリアは、撮像光学系の焦点距離（画角）や被写体距離に応じて判定することができる。
【０１１４】
また、複数の測距エリアで測距結果が得られた場合には、撮像光学系の視野の中心に近い測距エリアの測距結果を最も優先して活用することで、コストを増加することなく、ハイブリッドＡＦとしての応答性を向上でき、安定したＡＦ制御を実現できる。
【０１１５】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係る焦点検出装置についても、第１の実施形態と同様に、図１に示したデジタルビデオカメラ１００を用いて説明する。
【０１１６】
本実施形態は、位相差ＡＦ制御動作のみ第１の実施形態と異なるため、図１３に示すフローチャートを用いて本実施形態の制御部１１４が実行する位相差ＡＦ制御処理について説明する。また、図１３において、図２と共通する動作については同じ参照数字を付して説明を省略する。
【０１１７】
本実施形態では、設定する測距モードを、ＴＶ−ＡＦ方式による焦点検出の合焦状態に応じて切り替えることを特徴とする。具体的には、図２のフローチャートのＳ２０４とＳ２０６の間にＳ１３３１を追加したことを特徴とする。
【０１１８】
Ｓ２０４で、現在の焦点距離が所定の焦点距離以下と判定された場合、制御部１１４はＳ１３３１においてＴＶ−ＡＦ方式での焦点検出における合焦状態を判定する。そして制御部１１４は、合焦状態が低い（画像がボケている）と判定された場合にはＳ２０５で第１の測距モードを、合焦状態が高い（画像がボケていない）と判定された場合にはＳ２０６で測距モードを設定する。
【０１１９】
ＴＶ−ＡＦ方式でＡＦ評価値のピークを探索している際に、合焦状態が低い（画像がボケている状態である）場合、デフォーカス量が大きいため、ＴＶ−ＡＦ方式での焦点検出が完了するまでに時間がかかることが予想される。従って、このような場合には、高速な測距が可能な外測ＡＦ方式による測距結果を活用して焦点検出を行うことが望ましいため、外測ＡＦ方式による測距結果が利用できる可能性が大きな第２の測距モードを設定する。
【０１２０】
逆に、ＴＶ−ＡＦ方式によって合焦位置に近い位置までフォーカスレンズ１０５を駆動できており、合焦状態が高い（画像がボケていない状態である）場合には、外測ＡＦ方式による測距結果を用いることの誤動作軽減を優先すべきである。そのためには、測距結果の精度を重視し、撮像光学系の視野の中心に近い測距エリアで測距を行うことが望ましいため、第１の測距モードを設定する。
【０１２１】
例えば、ＴＶ−ＡＦ方式における焦点検出にはまだ時間がかかる場合には外測ＡＦ方式による測距結果に基く位置にフォーカスレンズ１０５を移動させることで素早くピント合わせを行うことができる。また、ＴＶ−ＡＦ方式で既に大凡合焦位置が得られている場合には、精度を重視した測距を行うため、外測ＡＦ方式による測距結果を利用することによる誤動作を抑制し、安定したピント合わせを行うことができる。
【０１２２】
なお、合焦状態が低いかどうか（あるいは高いかどうかでもよい）の判定は、ＴＶ−ＡＦ方式の１ルーチン毎に算出されるＡＦ評価値を用いて行うことができる。具体的には、ＡＦ枠内における高周波成分の水平方向ラインのピーク値を輝度差成分（ＡＦゲート１１２を通過した信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分）で割った値で判定することができる。この値が０．５以上の場合は合焦、０．２５以上０。５未満の場合は小ぼけ、０．２５未満の場合は大ぼけと判定することができ、例えば大ぼけと判定された場合には第２の測距モードを設定するように構成することができる。ただし、この合焦状態の判定方法とモードの切換基準は単なる一例であり、他の方法を用いてもよい。
【０１２３】
＜第２の実施の形態に係る利点＞
このように本実施形態によれば、ＴＶ−ＡＦ方式での合焦状態が低い場合には第２の測距モードを、高い場合には第１の測距モードを設定する。そのため、ＴＶ−ＡＦ方式での焦点検出を継続した場合に時間を要する場合に、外測ＡＦ方式で得られた被写体距離を用いることで、焦点検出に要する時間を短縮することができる。一方、既にＴＶ−ＡＦ方式により合焦に近い状態が得られている場合には、より精度の高い測距結果を得ることで安定した焦点検出を実現する。
【０１２４】
また、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、パララクスを機械的に補正しないので、パララクス補正用の機構が不要であり、コストを削減できる。また、応答性と安定性を両立したハイブリッドＡＦ方式を実現することができる。
【０１２５】
（その他の実施形態）
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【０１２６】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置であって、
前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサと、
前記一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定する設定手段と、
前記設定手段が設定した測距エリアのうち、前記一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を前記一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出手段と、
前記設定手段が、前記撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離より長い場合には、前記一対のラインセンサの、前記撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定し、前記撮像光学系の焦点距離が前記予め定めた焦点距離以下の場合には、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを前記一対のラインセンサに設定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記予め定められた焦点距離が、前記撮像光学系の視野と前記焦点検出光学系の視野のパララクスを補正するために必要な補正量が大きいほど短く設定されることを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記撮像光学系が結像する被写界像を撮像素子で撮像した画像のうち、焦点検出領域に含まれる画像のコントラストに基づいて前記撮像光学系のフォーカスレンズを駆動することにより前記被写体の焦点検出を行う焦点検出手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記焦点検出手段が、前記撮像光学系の合焦状態を示す評価値を算出し、
前記設定手段が、前記撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離以下の場合、前記撮像光学系の合焦状態が高いと前記評価値に基づいて判定される場合には前記複数の測距エリアを設定し、前記合焦状態が高くないと前記評価値に基づいて判定される場合には前記１つの測距エリアを設定することを特徴とする請求項３記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記一対のラインセンサに前記複数の測距エリアが設定されている場合、前記検出手段は、前記複数の測距エリアの前記焦点検出領域に包含される測距エリアのうち、前記撮像光学系の視野の中心に最も近い測距エリアで検出された被写体の距離を前記被写体距離情報として出力することを特徴とする請求項３又は請求項４記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記検出手段が、予め記憶された情報を、前記撮像光学系の焦点距離及び前記測距エリア毎に検出した被写体距離とを用いて参照することにより、前記複数の測距エリアのうち前記焦点検出領域に包含される測距エリアを判別することを特徴とする請求項５記載の焦点検出装置。
【請求項７】
前記一対のラインセンサの各々は、複数の画素を有する単位ラインセンサを、当該複数の画素の並び方向と直交する方向に、かつ隣接する単位ラインセンサ間において画素の並びがずれるように複数隣接配置した構成を有し、
前記設定手段は、前記単位ラインセンサごとに前記測距エリアを設定し、
前記検出手段は、隣接する前記単位ラインセンサに設定された対応する一対の測距エリアで検出された一対の被写体の距離の差が予め定められた所定範囲内であれば、前記一対の被写体の距離の平均値を、前記一対の被写体の距離の差が前記予め定められた所定範囲を超える場合には、前記一対の被写体の距離のうち前記撮像光学系の視野の中心に近い測距エリアで検出された被写体の距離を、当該一対の測距エリアにおける被写体距離の測距結果とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項８】
前記撮像光学系と、
前記撮像光学系が結像する被写界像を撮像する撮像素子と、
請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の焦点検出装置とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
前記画像のコントラスト及び前記被写体距離情報の変化がいずれも予め定められたしきい値より大きく、前記焦点検出装置によって得られた前記被写体距離情報に対応する前記撮像光学系のフォーカスレンズの位置と、現在のフォーカスレンズ位置との差が予め定められたしきい値よりも大きい場合に、前記焦点検出装置によって得られた前記被写体距離情報に対応する前記撮像光学系のフォーカスレンズの位置に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
【請求項１０】
撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置であって、
前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサと、
前記一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定する設定手段と、
前記設定手段が設定した測距エリアのうち、前記一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を前記一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出手段と、
前記設定手段が、前記一対のラインセンサの、前記撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定する第１のモードと、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを前記一対のラインセンサに設定する第２のモードを有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項１１】
前記設定手段は、前記撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離より長い場合には、第１のモードを設定し、前記撮像光学系の焦点距離が前記予め定めた焦点距離以下の場合には、第２のモードを設定することを特徴とする請求項１０に記載の焦点検出装置。
【請求項１２】
撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置の制御方法であって、
前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定手段が設定する設定工程と、
検出手段が、前記設定工程で設定された測距エリアのうち、前記一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を前記一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出工程と、
前記設定工程では、前記撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離より長い場合には、前記一対のラインセンサの、前記撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定し、前記撮像光学系の焦点距離が前記予め定めた焦点距離以下の場合には、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを前記一対のラインセンサに設定することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
【請求項１３】
撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置の制御方法であって、
前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定手段が設定する設定工程と、
検出手段が、前記設定工程で設定された測距エリアのうち、前記一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を前記一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出工程と、
前記設定工程では、前記一対のラインセンサの、前記撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定する第１のモードと、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを前記一対のラインセンサに設定する第２のモードを有することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
【請求項１】
撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置であって、
前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサと、
前記一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定する設定手段と、
前記設定手段が設定した測距エリアのうち、前記一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を前記一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出手段と、
前記設定手段が、前記撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離より長い場合には、前記一対のラインセンサの、前記撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定し、前記撮像光学系の焦点距離が前記予め定めた焦点距離以下の場合には、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを前記一対のラインセンサに設定することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記予め定められた焦点距離が、前記撮像光学系の視野と前記焦点検出光学系の視野のパララクスを補正するために必要な補正量が大きいほど短く設定されることを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記撮像光学系が結像する被写界像を撮像素子で撮像した画像のうち、焦点検出領域に含まれる画像のコントラストに基づいて前記撮像光学系のフォーカスレンズを駆動することにより前記被写体の焦点検出を行う焦点検出手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記焦点検出手段が、前記撮像光学系の合焦状態を示す評価値を算出し、
前記設定手段が、前記撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離以下の場合、前記撮像光学系の合焦状態が高いと前記評価値に基づいて判定される場合には前記複数の測距エリアを設定し、前記合焦状態が高くないと前記評価値に基づいて判定される場合には前記１つの測距エリアを設定することを特徴とする請求項３記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記一対のラインセンサに前記複数の測距エリアが設定されている場合、前記検出手段は、前記複数の測距エリアの前記焦点検出領域に包含される測距エリアのうち、前記撮像光学系の視野の中心に最も近い測距エリアで検出された被写体の距離を前記被写体距離情報として出力することを特徴とする請求項３又は請求項４記載の焦点検出装置。
【請求項６】
前記検出手段が、予め記憶された情報を、前記撮像光学系の焦点距離及び前記測距エリア毎に検出した被写体距離とを用いて参照することにより、前記複数の測距エリアのうち前記焦点検出領域に包含される測距エリアを判別することを特徴とする請求項５記載の焦点検出装置。
【請求項７】
前記一対のラインセンサの各々は、複数の画素を有する単位ラインセンサを、当該複数の画素の並び方向と直交する方向に、かつ隣接する単位ラインセンサ間において画素の並びがずれるように複数隣接配置した構成を有し、
前記設定手段は、前記単位ラインセンサごとに前記測距エリアを設定し、
前記検出手段は、隣接する前記単位ラインセンサに設定された対応する一対の測距エリアで検出された一対の被写体の距離の差が予め定められた所定範囲内であれば、前記一対の被写体の距離の平均値を、前記一対の被写体の距離の差が前記予め定められた所定範囲を超える場合には、前記一対の被写体の距離のうち前記撮像光学系の視野の中心に近い測距エリアで検出された被写体の距離を、当該一対の測距エリアにおける被写体距離の測距結果とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項８】
前記撮像光学系と、
前記撮像光学系が結像する被写界像を撮像する撮像素子と、
請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の焦点検出装置とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
前記画像のコントラスト及び前記被写体距離情報の変化がいずれも予め定められたしきい値より大きく、前記焦点検出装置によって得られた前記被写体距離情報に対応する前記撮像光学系のフォーカスレンズの位置と、現在のフォーカスレンズ位置との差が予め定められたしきい値よりも大きい場合に、前記焦点検出装置によって得られた前記被写体距離情報に対応する前記撮像光学系のフォーカスレンズの位置に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
【請求項１０】
撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置であって、
前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサと、
前記一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定する設定手段と、
前記設定手段が設定した測距エリアのうち、前記一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を前記一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出手段と、
前記設定手段が、前記一対のラインセンサの、前記撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定する第１のモードと、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを前記一対のラインセンサに設定する第２のモードを有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項１１】
前記設定手段は、前記撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離より長い場合には、第１のモードを設定し、前記撮像光学系の焦点距離が前記予め定めた焦点距離以下の場合には、第２のモードを設定することを特徴とする請求項１０に記載の焦点検出装置。
【請求項１２】
撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置の制御方法であって、
前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定手段が設定する設定工程と、
検出手段が、前記設定工程で設定された測距エリアのうち、前記一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を前記一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出工程と、
前記設定工程では、前記撮像光学系の焦点距離が予め定めた焦点距離より長い場合には、前記一対のラインセンサの、前記撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定し、前記撮像光学系の焦点距離が前記予め定めた焦点距離以下の場合には、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを前記一対のラインセンサに設定することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
【請求項１３】
撮像光学系の光軸と独立した光軸を有する焦点検出光学系を有する焦点検出装置の制御方法であって、
前記焦点検出光学系が有する光軸が平行な一対の結像レンズが結像する一対の被写界像を光電変換するための、複数の画素を有する一対のラインセンサの各々について、１つ以上の測距エリアを設定手段が設定する設定工程と、
検出手段が、前記設定工程で設定された測距エリアのうち、前記一対のラインセンサで対応する一対の測距エリアに含まれる複数の画素により光電変換された一対の被写界像の信号の位相差から、焦点検出を行う被写体の距離を検出する処理を前記一対の測距エリア毎に行い、焦点検出結果としての被写体距離情報を出力する検出工程と、
前記設定工程では、前記一対のラインセンサの、前記撮像光学系の視野の中心に対応した領域に１つの測距エリアを設定する第１のモードと、予め定められた大きさ及び位置を有する複数の測距エリアを前記一対のラインセンサに設定する第２のモードを有することを特徴とする焦点検出装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１４１４３６（Ｐ２０１２−１４１４３６Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３８０７（Ｐ２０１０−２９３８０７）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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