JP2024073200A - フォーカス制御装置、撮像装置およびフォーカス制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位相差検出方式による焦点調節において、適切なサーチ動作を行う。
【解決手段】フォーカス制御装置は、位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段１２９と、焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいて光学系に含まれるフォーカスレンズ１０４の駆動を制御する制御手段１２５とを有する。制御手段は、フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ焦点検出結果を取得するサーチ動作において、サーチ方向とフォーカスレンズの位置とに基づいてフォーカスレンズの駆動可能範囲を設定し、駆動可能範囲内の位置に対する焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズを駆動し、駆動可能範囲外の位置に対する焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果を用いずにサーチ方向にフォーカスレンズを駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦点調節（フォーカス）制御に関する。

撮像装置には、合焦位置をサーチするためにフォーカスレンズを移動させるサーチ動作を行うものがある。特許文献１には、サーチ動作の開始位置としてユーザが現在のレンズ位置を近距離側端点または遠距離側端点として指定することに応じてそれぞれ、近距離側端点よりも遠距離側または遠距離側端点よりも近距離側に限定してサーチ動作を行う方法が開示されている。

特開２００７－１６４０５１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法はコントラスト検出方式の焦点調節を前提とするものである。仮に特許文献１の方法を位相差検出方式の焦点調節に適用すると、サーチ動作の開始位置近傍では該開始位置近傍でのデフォーカス量を検出し、該デフォーカス量に基づいてサーチ動作の開始位置に再合焦するおそれがある。このため、ユーザが望む被写体に対して迅速に合焦するための適切なサーチ動作を行うことができない。

本発明は、位相差検出方式による焦点調節において、適切なサーチ動作を行えるようにしたフォーカス制御装置を提供する。

本発明の一側面としてのフォーカス制御装置は、位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段と、焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいて光学系に含まれるフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段とを有する。制御手段は、フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ焦点検出結果を取得するサーチ動作において、サーチ方向とフォーカスレンズの位置とに基づいてフォーカスレンズの駆動可能範囲を設定し、駆動可能範囲内の位置に対する焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズを駆動し、駆動可能範囲外の位置に対する焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果を用いずにサーチ方向にフォーカスレンズを駆動することを特徴とする。

また本発明の他の一側面としてのフォーカス制御装置は、位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段と、焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段とを有する。制御手段は、フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ焦点検出結果を取得するサーチ動作において、フォーカスレンズの位置とサーチ動作の開始位置との差が閾値より大きく、かつ焦点検出結果の方向がサーチ方向と同方向である場合は焦点検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを駆動し、焦点検出結果の方向がサーチ方向と逆方向である場合は焦点検出結果を用いずにサーチ方向にフォーカスレンズを駆動することを特徴とする。なお、上記フォーカス制御装置と、光学系を通して被写体を撮像する撮像素子とを有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。

また本発明の他の一側面としてのフォーカス制御方法は、位相差検出方式による焦点検出を行うステップと、焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいて光学系に含まれるフォーカスレンズの駆動を制御するステップとを有する。フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ焦点検出結果を取得するサーチ動作において、サーチ方向とフォーカスレンズの位置とに基づいてフォーカスレンズの駆動可能範囲を設定し、駆動可能範囲内の位置に対する焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズを駆動し、駆動可能範囲外の位置に対する焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果を用いずにサーチ方向にフォーカスレンズを駆動することを特徴とする。

さらに本発明の他の一側面としてのフォーカス制御方法は、位相差検出方式による焦点検出を行うステップと、焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御するステップとを有する。フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ焦点検出結果を取得するサーチ動作において、フォーカスレンズの位置とサーチ動作の開始位置との差が閾値より大きく、かつ焦点検出結果の方向がサーチ方向と同方向である場合は焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズを駆動し、焦点検出結果の方向がサーチ方向と逆方向である場合は焦点検出結果を用いずにサーチ方向にフォーカスレンズを駆動することを特徴とする。なお、コンピュータに上記フォーカス制御方法に従う処理を実行させるプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、位相差検出方式による焦点調節において、適切なサーチ動作を行うことができる。

実施形態１の撮像装置の構成を示すブロック図。 実施形態１における撮像素子の画素配列を示す図。 実施形態１における画素の平面図と断面図。 実施形態１における瞳分割を説明する図。 実施形態１における撮像素子と瞳分割との関係を説明する図。 実施形態１におけるデフォーカス量と像ずれ量との関係を説明する図。 実施形態１における撮像処理を示すフローチャート。 実施形態１におけるサーチＡＦ処理を示すフローチャート。 実施形態１のフォーカスレンズ駆動可能範囲を算出する処理を示すフローチャート。 実施形態１における被写体と背景との位置関係を示す図。 実施形態１における被写体と背景の信号を示す図。 実施形態１におけるフォーカスレンズ位置とデフォーカス量との関係を示す図。 実施形態１におけるサーチ方向、サーチ開始位置、フォーカスレンズ位置、フォーカス駆動可能範囲、デフォーカス量およびフォーカスレンズ駆動量の関係を示す図。 実施形態２におけるサーチＡＦ処理を示すフローチャート。 実施形態２におけるサーチ方向、サーチ開始位置、フォーカスレンズ位置、デフォーカス量およびフォーカスレンズ駆動量の関係を示す図。

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。

（実施形態１）
図１に示す実施形態１の撮像システム１０は、撮像面位相差検出方式のオートフォーカス（以下、撮像面位相差ＡＦという）を行えるレンズ交換式一眼レフデジタルカメラシステムである。なお、本実施形態および後述する実施形態２は、レンズ一体型デジタルカメラやデジタルビデオカメラに適用可能であり、さらにタブレットやスマートフォン等の端末デバイス、監視カメラ、車載カメラおよび医療用カメラ等の各種撮像装置に適用可能である。

＜装置構成＞
撮像システム１０は、レンズユニット１００と撮像装置としてのカメラ本体１２０とにより構成される。レンズユニット１００は図の中央の点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０に対して着脱可能に接続される。

レンズユニット１００は、第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ群（以下、フォーカスレンズという）１０４を含む撮像光学系を有する。

第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の最も物体側に配置され、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。以下では、光軸方向ＯＡをＺ方向とし、カメラ側から被写体側を見る方向を正方向とする。また、本実施形態において、Ｚ方向の軸の原点０は、後述するカメラ本体１２０における撮像素子１２２の位置に対応するものとする。

絞り１０２は、その開口径を変化させることで光量調節を行う。また絞り１０２は、静止画撮像時には露出時間を制御するメカニカルシャッタとしても機能する。絞り１０２および第２レンズ群１０３は一体で光軸方向ＯＡに進退可能であり、第１レンズ群１０１と連動して移動することによりズーム機能を実現する。

フォーカスレンズ１０４は、光軸方向ＯＡに進退可能であり、その位置に応じてレンズユニット１００が合焦する被写体距離（合焦距離）が変化する。本実施形態では、フォーカスレンズ１０４の光軸方向ＯＡの位置を制御することによりオートフォーカスを実現する。

レンズユニット１００は、駆動／制御系（機器、回路、プログラムコードその他のものを含む）を有する。駆動／制御系のうち駆動系は、ズームアクチュエータ１１１、絞り／シャッターアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動部１１４、絞り／シャッター駆動部１１５およびフォーカス駆動部１１６を含む。また、駆動系を制御する制御系は、レンズＭＰＵ１１７とレンズメモリ１１８を含む。

ズームアクチュエータ１１１は、第１レンズ群１０１や第２レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに進退駆動し、撮像光学系の画角を変更するズーム制御を行う。絞り／シャッターアクチュエータ１１２は、絞り１０２の開口径を制御して光量を調節するとともに、絞り１０２の開閉動作を制御して撮像時の露光時間を制御する。フォーカスアクチュエータ１１３は、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動してオートフォーカスを行うとともに、フォーカスレンズ１０４の現在位置（実位置）を検出する機能も有する。

ズーム駆動部１１４は、ユーザのズーム操作またはレンズＭＰＵ１１７の制御値に応じて、ズームアクチュエータ１１１を駆動する。絞り／シャッター駆動部１１５は、絞り／シャッターアクチュエータ１１２を駆動する。フォーカス駆動部１１６は、フォーカスアクチュエータ１１３を駆動する。

レンズＭＰＵ１１７は、撮像光学系に関する演算を行うとともに、ズーム駆動部１１４、絞り／シャッター駆動部１１５、フォーカス駆動部１１６およびレンズメモリ１１８を制御する。レンズＭＰＵ１１７は、マウントＭを介してカメラＭＰＵ１２５との間でコマンドやデータの通信が可能である。例えば、レンズＭＰＵ１１７は、フォーカスレンズ１０４の現在の位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５からの要求に対してレンズ位置情報をカメラＭＰＵ１２５に通知する。レンズ位置情報は、フォーカスレンズ１０４の光軸方向ＯＡにおける位置、射出瞳の光軸方向ＯＡにおける位置や直径および射出瞳の光束を制限するレンズ枠の光軸方向ＯＡにおける位置や直径等の情報を含む。

またレンズＭＰＵ１１７は、カメラＭＰＵ１２５からの要求に応じて、ズーム駆動部１１４、絞り／シャッター駆動部１１５およびフォーカス駆動部１１６を制御する。レンズメモリ１１８には、本実施形態の撮像面位相差ＡＦに必要な光学情報が予め記憶されている。またレンズメモリ１１８には、例えば、フォーカスレンズ１０４の位置や移動量とデフォーカス量との対応関係を示すデフォーカスマップが格納されている。デフォーカスマップは、後述する撮像素子１２２の各画素位置においてデフォーカス量を算出することで生成される。レンズＭＰＵ１１７は、カメラＭＰＵ１２５からデフォーカス量を所定量だけ変更する要求を受けると、レンズメモリ１１８に記憶されたデフォーカスマップを参照する。そして所定量に対応する距離だけフォーカスレンズ１０４を移動するようにフォーカスアクチュエータ１１３を制御する。

カメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａやレンズメモリ１１８等に格納されているプログラムを実行することで、レンズユニット１００の動作を制御する。レンズメモリ１１８には、撮像光学系の光学情報等も格納されている。

カメラ本体１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、撮像素子１２２および後述する駆動／制御系を有する。光学的ローパスフィルタ１２１は、撮影画像の偽色やモアレを軽減する。

撮像素子１２２は、例えばＣＭＯＳイメージセンサとその周辺回路で構成されている。ＣＭＯＳイメージセンサは、光を受光する各画素に光電変換素子が設けられており、各画素を単位画素として複数の単位画素が二次元状に配列された画素群（撮像面）を有する。撮像素子１２２は、撮像光学系の異なる瞳領域をそれぞれ通過する光束を受光する複数の焦点検出画素を有し、画素ごとに独立した信号出力が可能である。これにより、撮像面位相差ＡＦによるデフォーカス量の検出（算出）が可能である。また、撮像素子１２２は、被写体の像を形成する撮像光学系の射出瞳の全域を通る光束を各画素で受光して被写体の画像信号を生成する複数の撮像画素を有する。

カメラ本体１２０の駆動／制御系は、撮像素子駆動部１２３、画像処理部１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示部１２６、操作スイッチ１２７、メモリ１２８および位相差ＡＦ部１２９を有する。さらにＡＥ部１３０、ホワイトバランス調整部１３１および被写体検出部１３２を有する。

撮像素子駆動部１２３は、撮像素子１２２の電荷蓄積動作を制御するとともに、撮像素子１２２から読み出した画像信号をデジタル信号に変換してカメラＭＰＵ１２５に送出する。画像処理部１２４は、撮像素子１２２から読み出された画像信号にガンマ変換、色補間、およびＪＰＥＧ圧縮等の各種画像処理を行う。また画像処理部１２４は、後述する撮像面位相差ＡＦ用の信号（焦点検出信号）、露光調節用の信号、ホワイトバランス調整用の信号および被写体検出用の信号を生成する。

制御手段としてのカメラＭＰＵ１２５は少なくとも１つのマイクロプロセッサを有するコンピュータである。カメラＭＰＵ１２５は、カメラ本体１２０に関する演算を行うとともに、撮像素子駆動部１２３、画像処理部１２４、表示部１２６、操作スイッチ１２７、メモリ１２８および位相差ＡＦ部１２９を制御する。カメラＭＰＵ１２５は、マウントＭに配置された信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と通信可能である。これにより、レンズＭＰＵ１１７に対して、レンズ位置を取得する要求を発行したり、所定の駆動量でのズーム駆動や絞り駆動やレンズ駆動の要求を発行したり、レンズユニット１００に固有の光学情報を取得する要求を発行したりする。

カメラＭＰＵ１２５には、カメラの動作を制御するためのプログラムを格納したＲＯＭ１２５ａ、変数を記憶するＲＡＭ１２５ｂ、各種パラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃが内蔵されている。カメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに格納されたプログラムを読み出してＲＡＭ１２５ｂに展開し、プログラムに従って焦点調節処理、被写体検出処理、露光調節処理およびホワイトバランス調整処理を実行する。

表示部１２６は、ＬＣＤ（液晶）パネルや有機ＥＬ等の表示デバイスを有し、カメラ本体１２０において設定された動作モードに関する各種情報を表示する。動作モードには、静止画撮像モードや動画撮像モード、メモリ１２８に格納されている撮像済み画像を再生する再生モードを含む。

操作スイッチ１２７は、シャッタースイッチ、電源スイッチ、ズームスイッチ、モード切替えスイッチ、サーチスイッチ（指示手段）等を含む。メモリ１２８は、カメラに着脱可能なフラッシュメモリであり、撮像済み画像を記録する。

焦点検出手段としての位相差ＡＦ部１２９は、撮像素子１２２および画像処理部１２４から得られる焦点検出用の互いに視差を有する一対の像信号としての焦点検出信号に基づいて撮像面位相差検出方式による焦点検出を行う。具体的には、画像処理部１２４が一対の焦点検出信号から生成した一対の位相差像データに対して相関演算を行って該一対の位相差像データ間の像ずれ量（位相差）を算出する。そして、像ずれ量をデフォーカス量に変換することでデフォーカス量を検出する。位相差ＡＦ部１２９は、検出されたデフォーカス量（焦点検出結果）を用いてフォーカスレンズ１０４の位置を制御する焦点調節（ＡＦ）処理を行う。なお、位相差ＡＦ部１２９は、撮像面位相差検出方式ではなく、撮像素子１２２とは別の焦点検出センサを用いた位相差検出方式の焦点検出を行ってもよい。

本実施形態における位相差ＡＦ部１２９は、後述する第１および第２焦点検出信号を生成する信号生成ブロック１２９ａと該第１および第２焦点検出信号の位相差を算出し、さらに位相差からデフォーカス量を算出する算出ブロック１２９ｂとを有する。なお、位相差ＡＦ部１２９の少なくとも一部（信号生成ブロック１２９ａまたは算出ブロック１２９ｂの一部）を、カメラＭＰＵ１２５に設けてもよい。カメラＭＰＵ１２５と位相差ＡＦ部１２９が実行するＡＦ処理（フォーカス制御処理）については後述する。カメラＭＰＵ１２５と位相差ＡＦ部１２９によりフォーカス制御装置が構成される。

被写体検出部１３２は、画像処理部１２４により生成される被写体検出用の信号に基づいて、被写体の種類や部位や状態（検出タイプ）、被写体の位置やサイズ（検出領域）等を検出する被写体検出処理を行う。

ＡＥ部１３０は、撮像素子１２２および画像処理部１２４から得られる露光調節用の信号に基づいて測光を行うことで露光条件を制御する。具体的には、現に設定されている絞り値、シャッタースピードおよびＩＳＯ感度での露光量を算出し、算出した露光量と予め定められた適正露光量との差に基づいて撮像時の適切な絞り値、シャッタースピードおよびＩＳＯ感度を演算して露光条件として設定する。これにより、自動露出調節（ＡＥ）が実現される。

ホワイトバランス調整部１３１は、撮像素子１２２および画像処理部１２４から得られるホワイトバランス調整用の信号に基づいてホワイトバランス調整処理を行う。具体的には、ホワイトバランス調整用の信号から取得したホワイトバランスのパラメータと予め定められた適切なホワイトバランスのパラメータとの差に基づいて色の重み付けを調整する。れにより、自動ホワイトバランス調整（ＡＷＢ）が実現される。

本実施形態のカメラ本体１２０は、ＡＦ、ＡＥおよびＡＷＢと被写体検出とを組み合わせて実行可能であり、被写体検出結果に応じて、撮像する範囲のうちＡＦ、ＡＥおよびＡＷＢを行う位置を選択することができる。

＜撮像素子の構成＞
図２は、２次元ＣＭＯＳセンサとしての撮像素子１２２における撮像画素の配列を４列×４行の範囲で示し、焦点検出画素の配列を８列×４行の範囲で示している。図２に示した２列×２行の撮像画素群２００は、Ｒ（赤）の分光感度を有する撮像画素２００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する撮像画素２００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する撮像画素２００Ｂが右下に配置されている。さらに各撮像画素は、２列×１行に配列された第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２により構成されている。

このような撮像画素群２００を撮像面上に多数配置することで撮像画像や焦点検出信号の取得が可能である。

図３（ａ）は、図２に示した撮像素子１２２の１つの撮像画素（以下、単に画素という）２００Ｇを、撮像素子１２２の受光面側（＋ｚ側）から見て示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）のａ－ａ断面を－ｙ側から見た断面を示している。

画素２００Ｇには、入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５と、ｘ方向に２分割された光電変換部３０１および光電変換部３０２とが設けられている。光電変換部３０１と光電変換部３０２がそれぞれ、図２に示した第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２に相当する。

光電変換部３０１と光電変換部３０２は、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードとしてもよいし、イントリンシック層を省略してｐｎ接合フォトダイオードとしてもよい。画素２００Ｇには、マイクロレンズ３０５と光電変換部３０１および光電変換部３０２との間にカラーフィルタ３０６が設けられている。なお、光電変換部ごとにカラーフィルタの分光透過率を変えてもよいし、カラーフィルタを省略してもよい。

画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルタ３０６で分光された後光電変換部３０１と光電変換部３０２で受光される。光電変換部３０１と光電変換部３０２では、受光量に応じて電子とホールの対が生成され、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層に蓄積され、一方、ホールは不図示の定電圧源に接続されたｐ型層を通じて撮像素子１２２の外部へ排出される。

光電変換部３０１と光電変換部３０２のｎ型層に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換される。

図４は、図３に示した撮像素子１２２の画素構造と瞳分割との対応関係を示している。図４は、図３（ａ）に示した撮像素子１２２の画素構造を＋ｙ側から見た断面と撮像素子１２２の瞳面（瞳距離Ｄｓ）を示している。なお、図４では、撮像素子１２２の瞳面の座標軸と対応を取るために、撮像素子１２２の断面のｘ軸とｙ軸を図３に対して反転させて示している。

図４において、第１瞳部分領域５０１は、重心が－ｘ方向に偏心している光電変換部３０１の受光面とマイクロレンズ３０５によって概ね共役関係とされた、第１焦点検出画素２０１で受光可能な領域である。第２瞳部分領域５０２は、重心が＋ｘ方向に偏心している光電変換部３０２の受光面とマイクロレンズによって概ね共役関係とされた、第２焦点検出画素２０２で受光可能な領域である。また、図４において、第１および第２瞳部分領域５０１、５０２を含む瞳領域５００は、光電変換部３０１、３０２（第１および第２焦点検出画素２０１、２０２）を合わせた画素２００Ｇ全体で受光可能な領域である。

図５に示すように、撮像光学系の瞳領域５００における互いに異なる第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２を通過した光束はそれぞれ、撮像面８００上の各画素に互いに異なる角度で入射して第１焦点検出画素２０１と第２焦点検出画素２０２で受光される。図５は、瞳領域が水平方向に２つに瞳分割されている例を示しているが、垂直方向に瞳分割を行ってもよい。また、瞳領域５００を通過した光束は、各画素において第１および第２焦点検出画素２０１、２０２で受光される。

複数の画素の第１焦点検出画素２０１からの光電変換信号が合成されることで第１焦点検出信号が生成され、第２焦点検出画素２０２からの光電変換信号が合成されることで第２焦点信号が生成される。また各画素において第１および第２焦点検出画素２０１、２０２からの光電変換信号を加算し、全画素からの光電変換信号を合成することで、有効画素数Ｎの解像度の撮像信号が生成される。なお、撮像信号から第１焦点検出信号を差し引くことで第２焦点検出信号を生成してもよい。

＜デフォーカス量と像ずれ量の関係＞
図６は、デフォーカス量と第１および第２焦点検出信号間の像ずれ量との関係を示している。図５にも示したように、撮像光学系の瞳領域が第１瞳部分領域５０１と第２瞳部分領域５０２に２分割されている。デフォーカス量ｄは、被写体像の結像位置から撮像面８００までの距離を｜ｄ｜とし、被写体像の結像位置が撮像面８００より被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）で示す。また被写体像の結像位置が撮像面８００より被写体側とは反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）で示す。被写体像の結像位置が撮像面８００上にある合焦状態ではｄ＝０である。図６において、被写体８０１は合焦状態（ｄ＝０）での被写体を示し、被写体８０２は前ピン状態（ｄ＜０）での被写体を示している。前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）を合わせてデフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）という。

前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体８０２からの光束のうち第１および第２瞳部分領域５０１、５０２を通過した光束はそれぞれ、一度、集光した後に光束の重心位置Ｇ１、Ｇ２を中心として幅Γ１、Γ２に広がり、撮像面８００でぼけた像となる。ぼけた像が第１および第２焦点検出画素２０１、２０２により受光されることで第１および第２焦点検出信号が生成される。よって、第１および第２焦点検出信号はそれぞれ、撮像面８００上の重心位置Ｇ１、Ｇ２に被写体８０２が幅Γ１、Γ２にぼけた被写体像として記録される。被写体像のぼけ幅Γ１、Γ２は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴って概ね比例して増加する。同様に、第１及び第２焦点検出信号間の像ずれ量ｐ（光束の重心位置の差Ｇ１－Ｇ２）の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴って概ね比例して増加する。後ピン状態（ｄ＞０）でも、第１および第２焦点検出信号間の像ずれ方向が前ピン状態と反対となるだけで同様である。

位相差ＡＦ部１２９は、デフォーカス量が増加するのに伴って第１および第２焦点検出信号間の像ずれ量が増加する関係性から、第１および第２焦点検出画素２０１、２０２間の距離（基線長）に基づいて算出された変換係数により像ずれ量をデフォーカス量ｄに変換する。

＜撮像処理＞
図７のフローチャートは、本実施形態においてカメラＭＰＵ１２５がプログラムに従って実行する撮像処理を示している。

ステップＳ７０１では、カメラＭＰＵ１２５は、位相差ＡＦ部１２９に焦点検出を行わせて焦点検出結果としてのデフォーカス量を取得する。

次にステップＳ７０２では、カメラＭＰＵ１２５は、ＡＦ指示があったか否かを判定し、ＡＦ指示があった場合はステップＳ７０３に進み、ＡＦ指示がない場合はステップＳ７０４に進む。

ステップＳ７０３では、カメラＭＰＵ１２５は、通常ＡＦ（撮像面位相差ＡＦ）処理を実行し、ステップＳ７０１で取得したデフォーカス量に応じたフォーカスレンズ１０４の駆動量（以下、フォーカス駆動量という）を設定する。そしてステップＳ７０６に進む。

ステップＳ７０４では、カメラＭＰＵ１２５は、操作スイッチ１２７のサーチスイッチがユーザに操作されることによりサーチ指示がなされたか否を判定する。サーチ指示には、サーチＡＦ処理の開始指示とサーチ方向（フォーカスレンズ１０４の駆動方向）の指示とが含まれる。サーチ指示がなされた場合はステップＳ７０５に進み、サーチ指示がなされていない場合はステップＳ７０１に進む。

ステップＳ７０５では、カメラＭＰＵ１２５は、サーチＡＦ処理を実行し、その後ステップＳ７０６に進む。サーチＡＦ処理については後述する。

ステップＳ７０６では、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ７０３またはステップＳ７０５にて設定されたフォーカス駆動量をレンズＭＰＵ１１７に送信してフォーカスレンズ１０４を駆動させる。

ステップＳ７０７では、カメラＭＰＵ１２５は、撮像光学系が被写体に対して合焦したか否かを判定し、合焦と判定した場合はステップＳ７０８に進み、合焦でないと判定した場合はステップＳ７０１に進む。

ステップＳ７０８では、カメラＭＰＵ１２５は、記録用の撮像を実行する。撮像が終了すると本処理を終了する。

＜サーチＡＦ処理＞
図８のフローチャートは、ステップＳ７０５で実行されるサーチＡＦ処理（フォーカス制御方法）を示している。サーチＡＦ（処理）では、フォーカスレンズ１０４の合焦位置を探索するためにフォーカスレンズ１０４を移動させつつ所定の周期で焦点検出を行うサーチ動作（以下、単にサーチともいう）を行う。そして、サーチにより特定された合焦位置にフォーカスレンズ１０４を移動させる。

ステップＳ８０１では、カメラＭＰＵ１２５は、図７のステップＳ７０４で判定したサーチ指示におけるサーチ方向を取得する。

次にステップＳ８０２では、カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７からフォーカスレンズ１０４の現在位置（サーチ開始位置）を取得する。

次にステップＳ８０３では、カメラＭＰＵ１２５は、フォーカスレンズ１０４の駆動可能範囲（以下、フォーカス駆動可能範囲という）を算出する。フォーカス駆動可能範囲の算出については後述する。

次にステップＳ８０４では、カメラＭＰＵ１２５は、図７のステップＳ７０１で取得したデフォーカス量がステップＳ８０３で算出したフォーカス駆動可能範囲内の位置に対するデフォーカス量か否かを判定する。言い換えれば、デフォーカス量に基づくフォーカス駆動量でフォーカスレンズ１０４を駆動する場合のフォーカスレンズ１０４の目標位置がフォーカス駆動可能範囲内か否かを判定する。フォーカス駆動可能範囲内の位置に対するデフォーカス量が得られた（目標位置がフォーカス駆動可能範囲内である）場合はステップＳ８０５に進み、フォーカス駆動可能範囲内の位置に対するデフォーカス量でない場合はステップＳ８０６に進む。ここで、デフォーカス量の信頼性が低くて使用可能でない場合には、フォーカス駆動可能範囲内のデフォーカス量ではないと判定される。

ステップＳ８０５では、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ７０１で取得したデフォーカス量に基づいてフォーカス駆動量を設定する。そして本処理を終了する。

ステップＳ８０６では、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ７０１で取得したデフォーカス量は用いずに、ステップＳ８０１で取得したサーチ方向に所定のフォーカス駆動量を設定する。所定のフォーカス駆動量は、サーチ時の駆動量であり、焦点検出の周期、撮影距離、絞り値および撮像モード等に応じて設定してもよい。ステップＳ８０６の後、本処理を終了する。

＜フォーカス駆動可能範囲の算出＞
図８のステップＳ８０３におけるフォーカス駆動可能範囲の算出について説明する。図１０は、被写体と背景の位置関係を示している。撮像システム１０の近い位置に被写体が位置しており、撮像システム１０から十分遠い位置に背景が位置している。

図１１（ａ）、（ｂ）は、被写体と背景が図１０に示す位置関係にあるときに撮像素子１２２から取得される被写体を示す信号（以下、被写体信号という）と背景を示す信号（以下、背景信号という）を示している。図１１（ａ）は、撮像光学系が背景に合焦しているときの被写体信号１１０２と背景信号１１０１を示す。図１１（ｂ）は、撮像光学系が被写体に合焦しているときの被写体信号１１０４と背景信号１１０３を示す。実際には、被写体信号と背景信号はこれらが加算された信号として撮像素子１２２から取得されるが、ここでは被写体信号と背景信号を分離して示している。

図１１（ａ）の背景合焦状態では、背景信号１１０１のコントラストが高く、被写体信号１１０２のコントラストが非常に低い。このため、背景合焦状態では背景信号１１０１の影響を大きく受け、焦点検出結果として背景に対するデフォーカス量が検出される。一方、図１１（ｂ）の被写体合焦状態では、被写体信号１１０４のコントラストが高く、背景信号１１０３のコントラストが非常に低い。このため、被写体合焦状態では、被写体信号１１０４の影響を大きく受け、焦点検出結果としては被写体に対するデフォーカス量が検出される。

図１２は、被写体と背景が図１０の位置関係にあるときのフォーカスレンズ位置と焦点検出結果との関係を示している。横軸はフォーカスレンズ位置を示し、縦軸はデフォーカス量を示している。サーチ方向は、合焦する撮影距離が長い（背景）側から短い（被写体）側になる方向である。

フォーカスレンズ位置が背景合焦位置の近傍（１２０１、１２０２）にあるときは、前述したように背景信号の影響を大きく受けて背景に対するデフォーカス量が検出される。一方、フォーカスレンズ位置が被写体合焦位置の近傍（１２０３、１２０４）にあるときは、被写体信号の影響を大きく受けて被写体に対するデフォーカス量が検出される。背景合焦位置の近傍と被写体合焦位置の近傍との間の区間では、背景信号および被写体信号ともにコントラストが低くなるため、デフォーカス量の信頼性が低くなり、ＡＦに使用可能なデフォーカス量を検出することができない。

図９のフローチャートは、フォーカス駆動可能範囲の算出処理を示している。ステップＳ９０１において、カメラＭＰＵ１２５は、サーチＡＦの開始（サーチ開始）時にステップＳ８０２で取得したフォーカスレンズ１０４のサーチ開始位置と現在のフレームにてステップＳ８０２で取得したフォーカスレンズ１０４の現在位置との差ｘを算出する。

次にステップＳ９０２では、カメラＭＰＵ１２５は、差ｘが所定の第１閾値Ｔｈ１以下か否かを判定し、第１閾値Ｔｈ１以下の場合にはステップＳ９０３に進み、第１閾値Ｔｈ１以下でない場合にはステップＳ９０５に進む。

ステップＳ９０３では、カメラＭＰＵ１２５は、位相差ＡＦ部１２９の焦点検出可能範囲を取得し、さらにレンズＭＰＵ１１７から設定中の絞り値やフォーカス敏感度（撮像光学系の光学情報）を取得する。焦点検出可能範囲は、位相差ＡＦ部１２９が検出可能な像ぼけ量（被写体像の広がり量）である。フォーカス敏感度は、フォーカスレンズ１０４の単位駆動量とデフォーカス量の変化量との関係（比）を示す。

次にステップＳ９０４では、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ９０１で算出した差ｘとステップＳ９０３で取得した焦点検出可能範囲Ｒ、絞り値Ｆおよびフォーカス敏感度Ｓに基づいて、ステップＳ８０１で取得したサーチ方向と同方向へのオフセット量を算出する。オフセット量は、サーチ開始位置が背景合焦位置よりもサーチ方向と逆方向にあった場合を考慮して算出されるフォーカスレンズ１０４の駆動量であり、例えば、以下の式（１）により算出される。αは所定のゲイン値である。

オフセット量＝α（Ｒ／ｘ）ＦＳ
サーチ開始位置近傍の被写体に対して焦点検出可能範囲を超える像ぼけ量が発生すると該被写体に対する焦点検出結果が得られないため、焦点検出可能範囲を超える像ぼけ量が発生するようなオフセット量を設定する必要はない。このため、このような場合は焦点検出可能範囲を基準としてオフセット量を設定する。

また、フォーカスレンズ１０４の現在位置がサーチ開始位置から離れるにしたがって、現在位置が背景合焦位置を超えている可能性が高くなる。このため、サーチ開始位置と現在位置との差ｘに反比例するように、サーチ開始位置から現在位置が離れるほどオフセット量を小さくすることで、大きすぎるオフセット量が設定されないようにする。なお、絞り値Ｆは像ぼけ量からデフォーカス量への変換のために用いられ、フォーカス敏感度はデフォーカス量からフォーカス駆動量への変換のため用いられる。また、式（１）はオフセット量を算出する式の例であり、他の方法でオフセット量を算出してもよい。ステップＳ９０４からはステップＳ９０９に進む。

ステップＳ９０９では、カメラＭＰＵ１２５は、フォーカスレンズ１０４の現在位置、ステップＳ９０４で算出したオフセット量およびステップＳ８０１で取得したサーチ方向に基づいて、フォーカス駆動可能範囲を算出する。フォーカス駆動可能範囲は、現在位置からオフセット量だけサーチ方向にずれた（離れた）位置からサーチ方向でのフォーカスレンズ１０４の駆動端（制御上の端または機械端）までの範囲である。フォーカス駆動可能範囲を算出したカメラＭＰＵ１２５は本処理を終了する。

図１３（ａ）～（ｄ）は、本実施形態におけるサーチ方向、サーチ開始位置、フォーカスレンズ位置、フォーカス駆動可能範囲、デフォーカス量およびフォーカス駆動量の関係を示している。なお、図中のフォーカス位置（現在位置）１２０１～１２０４は、図１２に示した位置１２０１～１２０４に対応する。

図１３（ａ）は、サーチ開始時の状態を示しており、フォーカスレンズ１０４は現在位置１２０１としてのサーチ開始位置に位置している。この状態ではｘ（＝０）≦Ｔｈ１であるため、オフセット量１３０２ａは、焦点検出可能範囲、絞り値、フォーカス敏感度およびｘに基づいて、サーチ方向と同方向に設定される（ステップＳ９０４）。フォーカス駆動可能範囲１３０３ａは、サーチ開始位置からオフセット量１３０２ａだけサーチ方向にずれた位置からサーチ方向に設定される。この状態では、背景合焦位置までのデフォーカス量１３０１ａが検出される。ただし、デフォーカス量１３０１ａに基づくフォーカスレンズ１０４の目標位置としての背景合焦位置はフォーカス駆動可能範囲１３０３ａ外となる。このため、デフォーカス量１３０１ａは用いられず、サーチのための所定量がフォーカス駆動量１３０４ａとして設定される（ステップＳ８０６）。

このように、サーチ開始位置（現在位置）からサーチ方向にオフセット量だけずれたフォーカス駆動可能範囲を設定する。これにより、サーチ開始位置が背景合焦位置よりもサーチ方向と逆方向にあっても、背景に合焦することなく被写体合焦位置をサーチすることが可能となる。

図１３（ｂ）は、フォーカスレンズがサーチ開始位置から背景合焦位置よりも被写体合焦位置側の現在位置１２０２に移動した状態を示している。この状態でもｘ（＞０）≦Ｔｈ１であるため、オフセット量１３０２ｂは、焦点検出可能範囲、絞り値、フォーカス敏感度およびｘに基づいてサーチ方向と同方向に設定される（ステップＳ９０４）。フォーカス駆動可能範囲１３０３ｂは、現在位置１２０２からオフセット量１３０２ｂだけずれた位置からサーチ方向に設定されている。なお、ｘが図１３（ａ）の状態よりも大きいため、オフセット量１３０２ｂはオフセット量１３０２ａよりも小さい量となっている。この状態でも、背景合焦位置までのデフォーカス量１３０１ｂが検出される。ただし、デフォーカス量１３０１ｂに基づくフォーカスレンズ１０４の目標位置としての背景合焦位置はフォーカス駆動可能範囲１３０３ｂ外となる。このため、デフォーカス量１３０１ｂは用いられず、サーチのための所定量がフォーカス駆動量１３０４ｂとして設定される（ステップＳ８０６）。なお、フォーカス駆動量１３０４ｂは、図１３（ａ）に示したフォーカス駆動量１３０４ａと同じであるが、より小さくする等、異なってもよい。

このように、サーチ開始後のフォーカスレンズ位置からオフセット量だけずれたフォーカス駆動可能範囲を設定する。これにより、検出されたデフォーカス量１３０１ａがサーチ開始時に設定したフォーカス駆動可能範囲（１３０３ａ）内の位置に対するものであっても、背景に合焦することなく被写体合焦位置をサーチすることが可能となる。

図９のステップＳ９０５では、カメラＭＰＵ１２５は、差ｘが所定の第２閾値Ｔｈ２（＞Ｔｈ１）以上か否かを判定し、閾値Ｔｈ２以上の場合はステップＳ９０６に進み、閾値Ｔｈ２以上でない場合はステップＳ９０８に進む。

ステップＳ９０６では、カメラＭＰＵ１２５は、フォーカスレンズ１０４の駆動速度および焦点検出周期を取得する。

次にステップＳ９０７では、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ９０６で取得した駆動速度と焦点検出周期、さらにはステップＳ９０１で算出した差ｘに基づいて、ステップＳ８０１で取得したサーチ方向とは逆方向のオフセット量を算出する。ここでのオフセット量は、フォーカスレンズ１０４の駆動速度ｖと焦点検出周期Ｔの関係で、サーチ中に被写体合焦位置を行き過ぎてしまった場合を考慮して設定され、例えば、以下の式（２）により算出される。βは所定のゲイン値である。

オフセット量＝βｖＴｘ
駆動速度ｖと焦点検出周期Ｔの積によって、焦点検出が行われるフレーム間でのフォーカスレンズ１０４の駆動量が算出される。上記フレーム間でのフォーカスレンズ１０４の駆動量が被写体合焦位置を行き過ぎる量の最大量となるため、この駆動量を基準としてオフセット量を設定する。また、サーチ開始位置から離れるほどフォーカスレンズ１０４の位置が被写体合焦位置に対して行き過ぎる可能性が高くなる。このため、サーチ開始位置とフォーカスレンズ１０４の現在位置との差ｘに比例してオフセット量を大きくすることで、行き過ぎた場合にも被写体合焦位置を駆動可能範囲に捉えやすくしている。つまり、サーチ開始時は行き過ぎる可能性が低いので、駆動可能範囲を狭くして背景に戻るリスクを低くしておく。そして、開始位置から離れたら背景に戻るリスクは下がり、行き過ぎのリスクが上がるため、駆動可能範囲をサーチ開始方向に広げることで、行き過ぎたときにも駆動可能範囲内に被写体合焦位置が入りやすくしている。以上のオフセット量の算出方法は例にすぎず、他の方法で算出してもよい。例えは、フォーカスレンズ１０４の駆動速度と焦点検出周期のうち一方のみに基づいてオフセット量（つまりはフォーカス駆動可能範囲）を設定してもよい。

一方、ステップＳ９０８では、カメラＭＰＵ１２５は、オフセット量を０に設定する。そしてステップＳ９０９に進んで、前述したようにフォーカス駆動可能範囲を算出し、本処理を終了する。

図１３（ｃ）は、フォーカスレンズ１０４が図１３（ｂ）の状態よりも被写体合焦位置に近い現在位置１２０３まで移動した状態を示している。この状態では、ｘ≧Ｔｈ２であるため、オフセット量１３０２ｃは、フォーカスレンズ１０４の駆動速度、焦点検出周期および差ｘに基づいて、サーチ方向とは逆方向に設定される（ステップＳ９０７）。フォーカス駆動可能範囲１３０３ｃは、現在位置１２０３からサーチ方向とは逆方向にオフセット量１３０２ｃだけずれた位置からサーチ方向に設定される。この状態では、被写体合焦位置までのデフォーカス量１３０１ｃが検出され、デフォーカス量１３０１ｃに基づくフォーカスレンズ１０４の目標位置としての被写体合焦位置はフォーカス駆動可能範囲１３０３ｃ内となる。このため、デフォーカス量１３０１ｃに基づいてフォーカス駆動量１３０４ｃが設定される（ステップＳ８０５）。

このようにフォーカスレンズ１０４の現在位置からサーチ方向とは逆方向にオフセット量だけずれた位置からサーチ方向にフォーカス駆動可能範囲を設定する。これにより、被写体合焦位置がフォーカス駆動可能範囲内に含まれるタイミングで検出されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動して被写体に合焦させることが可能となる。

図１３（ｄ）は、フォーカスレンズ１０４が被写体合焦位置を行き過ぎた現在位置１２０４に移動した状態を示している。この状態でも、ｘ≧Ｔｈ２であるため、オフセット量１３０２ｄは、フォーカスレンズ１０４の駆動速度、焦点検出周期および差ｘに基づいてサーチ方向とは逆方向に設定される（ステップＳ９０７）。フォーカス駆動可能範囲１３０３ｄは、現在位置１２０４からサーチ方向とは逆方向にオフセット量１３０２ｄだけずれた位置からサーチ方向に設定される。なお、差ｘが図１３（ｃ）の状態よりも大きいため、オフセット量１３０２ｄはオフセット量１３０２ｃよりも大きい量となっている。この状態では、サーチ方向とは逆方向に位置する被写体合焦位置までのデフォーカス量１３０１ｄが検出され、デフォーカス量１３０１ｄに基づくフォーカスレンズ１０４の目標位置としての被写体合焦位置はフォーカス駆動可能範囲１３０３ｄ内となる。このため、デフォーカス量１３０１ｄに基づいてフォーカス駆動量１３０４ｄが設定される（ステップＳ８０６）。

このようにフォーカスレンズ１０４の現在位置からサーチ方向とは逆方向にオフセット量だけずれた位置からサーチ方向にフォーカス駆動可能範囲を設定する。これにより、フォーカスレンズ１０４がサーチ方向において被写体合焦位置を行き過ぎた場合でも、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動して被写体に合焦させることが可能となる。

以上説明したように本実施形態では、フォーカスレンズ１０４の現在位置からオフセット量だけずれた位置からフォーカス駆動可能範囲を設定する。そして、フォーカス駆動可能範囲内の位置に対する焦点検出結果が得られたか否かに応じてフォーカス駆動量を設定する。これにより、ユーザが望む被写体に対して適切なサーチＡＦを行うことができ、迅速に被写体に対する合焦状態を得ることができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２について説明する。実施形態２では、焦点検出結果としてのデフォーカス量の方向（以下、デフォーカス方向という）を判定し、デフォーカス方向がサーチ方向と同方向か否かに応じてフォーカスレンズの駆動量を設定してサーチを行う。

実施形態２の撮像システム１０および撮像素子１２２の構成や撮像処理については実施形態１と同様である。また、被写体と背景との位置関係、被写体信号と背景信号、さらにはフォーカスレンズ位置と焦点検出結果の関係についても、実施形態１と同様である。

＜サーチＡＦ処理＞
図１４は、本実施形態において図７のステップＳ７０５で実行されるサーチＡＦ処理を示している。ステップＳ１４０１では、カメラＭＰＵ１２５は、図７のステップＳ７０４で判定したサーチ指示におけるサーチ方向を取得する。

次にステップＳ１４０２では、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ７０１で取得した焦点検出結果のデフォーカス方向を判定する。

次にステップＳ１４０３では、カメラＭＰＵ１２５は、サーチ開始時にステップＳ８０２で取得したフォーカスレンズ１０４のサーチ開始位置と現在のフレームにてステップＳ８０２で取得したフォーカスレンズ１０４の現在位置との差ｘを算出する。

次にステップＳ１４０４では、カメラＭＰＵ１２５は、差ｘが第３閾値Ｔｈ３以下か否かを判定する。差ｘが第３閾値Ｔｈ３以下の場合にはステップＳ１４０８に進み、第３閾値Ｔｈ３以下でない場合はステップＳ１４０５に進む。

ステップＳ１４０５では、カメラＭＰＵ１２５は、ｘ＞Ｔｈ３の範囲での過去（例えば前回）のフレーム（信頼性あるデフォーカス量が取得できたフレーム）でサーチ方向とデフォーカス方向とが同方向であったか否かを判定する。同方向であった場合にはステップＳ１４０７に進み、同方向でなかった場合にはステップＳ１４０６に進む。ここでの判定はサーチ中にフォーカスレンズ１０４が被写体合焦位置を行き過ぎた場合を考慮したものである。すなわち、過去フレームでサーチ方向とデフォーカス方向が同方向であり（後述する図１５（ｃ）参照）、現在フレームでサーチ方向とデフォーカス方向が逆方向である場合（図１５（ｄ）参照）は、被写体合焦位置を行き過ぎとみなしてステップＳ１４０７に進む。また過去フレームでサーチ方向とデフォーカス方向が同方向であり、現在フレームでもサーチ方向とデフォーカス方向が同方向である場合（図１５（ｃ）のような状態が継続している場合）もステップＳ１４０７に進む。

ステップＳ１４０６では、カメラＭＰＵ１２５は、現在フレームにおいてステップＳ１４０１で取得したサーチ方向とステップＳ１４０１で判定したデフォーカス方向とが同方向であるか否かを判定する。同方向である場合にはステップＳ１４０７に進み、同方向でない場合にはステップＳ１４０８に進む。すなわち、過去フレームでサーチ方向とデフォーカス方向が逆方向であり（図１５（ｂ）参照）、現在フレームでサーチ方向とデフォーカス方向が同方向である場合（図１５（ｃ）参照）は、ステップＳ１４０７に進む。また、現在フレームでサーチ方向とデフォーカス方向が逆方向であり、現在フレームでもサーチ方向とデフォーカス方向が逆方向である場合（図１５（ｂ）のような状態が継続している場合）はステップＳ１４０８に進む。

ステップＳ１４０７では、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ７０１で取得した現在フレームのデフォーカス量に基づいてフォーカス駆動量を設定する。そして本処理を終了する。

一方、ステップＳ１４０８では、カメラＭＰＵ１２５は、ステップＳ７０１で取得したデフォーカス量を用いずに、ステップＳ８０１で取得したサーチ方向に所定のフォーカス駆動量を設定する。所定のフォーカス駆動量は、実施形態１と同様にサーチのための駆動量であり、焦点検出周期、撮影距離、絞り値および撮像モード等に応じて設定してもよい。そしてカメラＭＰＵ１２５は本処理を終了する。

図１５（ａ）～（ｄ）は、本実施形態におけるサーチ方向、サーチ開始位置、フォーカスレンズ位置、フォーカス駆動可能範囲、デフォーカス量およびフォーカス駆動量の関係を示している。

図１５（ａ）は、サーチ開始時の状態を示しており、フォーカスレンズ１０４は現在位置１２０１としてのサーチ開始位置に位置している。この状態ではｘ（＝０）≦Ｔｈ３であるため、背景合焦位置までのデフォーカス量１５０１ａが検出されるが、デフォーカス量１５０１ａは用いられず、サーチのための所定量がフォーカス駆動量１５０４ａとして設定される（ステップＳ１４０８）。

このように、ｘ≦Ｔｈ３の場合は検出されたデフォーカス量を用いずにサーチのためのフォーカス駆動量を設定する。これにより、サーチ開始位置が背景合焦位置よりもサーチ方向とは逆方向に位置していても、背景に合焦することなく被写体合焦位置をサーチすることが可能となる。

図１５（ｂ）は、フォーカスレンズがサーチ開始位置から背景合焦位置よりも被写体合焦位置側の現在位置１２０２に移動した状態を示している。この状態は、ｘ＞Ｔｈ３であり、ｘ＞Ｔｈ３の範囲の過去フレームと現在フレームのそれぞれにおいてサーチ方向とデフォーカス方向とが逆方向である状態（ステップＳ１４０５とＳ１４０６でｎｏ）を示している。このため、背景合焦位置までのデフォーカス量１５０１ｂが検出されるが、デフォーカス量１５０１ｂは用いられず、サーチのための所定量がフォーカス駆動量１５０４ｂとして設定される（ステップＳ１４０８）。

このように、サーチ方向とデフォーカス方向とが逆方向の場合は、検出されたデフォーカス量を用いずにサーチのためのフォーカス駆動量を設定する。これにより、背景合焦位置までのデフォーカス量が検出された場合でも、背景に合焦することなく被写体合焦位置のサーチを行うことが可能となる。

図１５（ｃ）は、フォーカスレンズ１０４が図１５（ｂ）の状態よりも被写体合焦位置に近い現在位置１２０３まで移動した状態を示している。この状態ではｘ＞Ｔｈ３であり、ｘ＞Ｔｈ３の範囲の過去フレーム（図１５（ｂ））においてはサーチ方向とデフォーカス方向とが逆方向となっているが（ステップＳ１４０５でｎｏ）、現在フレームでは同方向となっている（ステップＳ１４０６でｙｅｓ）。このため、現在フレームにて検出された被写体合焦位置までのデフォーカス量１５０１ｃに基づいてフォーカス駆動量１５０４ｃが設定される（ステップＳ１４０７）。

このように、サーチ方向と検出方向とが同方向である場合は検出されたデフォーカス量に基づいてフォーカス駆動量を設定する。これにより、デフォーカス方向がサーチ方向と同方向となったタイミングで検出されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動して被写体に合焦させることが可能となる。

図１５（ｄ）は、フォーカスレンズ１０４が被写体合焦位置を行き過ぎた現在位置１２０４に移動した状態を示している。この状態では、ｘ＞Ｔｈ３であり、現在フレームではサーチ方向とデフォーカス方向とが逆方向となっているが、ｘ＞Ｔｈ３の範囲での過去フレーム（図１５（ｃ））においてはサーチ方向とデフォーカス方向とが同方向である（ステップＳ１４０５でｙｅｓ）。このため、現在フレームにて検出されたデフォーカス量１５０１ｄに基づいてフォーカス駆動量１５０４ｄが設定される（ステップＳ１４０７）。

このように、過去フレームにてサーチ方向とデフォーカス方向とが同方向となっている場合は、検出されたデフォーカス量に基づいてフォーカス駆動量を設定する。これにより、フォーカスレンズ１０４が被写体合焦位置を行き過ぎた場合でも、サーチ方向とは逆方向に位置する被写体合焦位置までのデフォーカス量が検出され、該デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動して被写体に合焦させることが可能となる。

以上説明したように、実施形態２によれば、サーチ方向とデフォーカス方向とが同方向か否かの判定結果に応じてフォーカス駆動量を設定する。またｘ＞Ｔｈ３において、過去レームにおいてデフォーカス方向がサーチ方向と同方向になった後は、その後の現在フレームでのデフォーカス方向によらず現在フレームでのデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４を駆動する。これにより、ユーザが望む被写体に対して適切なサーチＡＦを行うことができる、迅速に被写体に対する合焦状態を得ることが可能となる。

なお、上記各実施形態では、サーチ方向を合焦する撮影距離が長い側から短い側に向かう方向に設定して、背景に合焦するのを回避しつつ被写体に合焦させる場合について説明した。これに対して、サーチ方向を撮影距離が短い側から長い方向に設定して各実施形態と同様のサーチＡＦを行ってもよい。例えば、檻の中に入っている動物を撮像する場合に、手前（撮影距離が短い側）の檻への合焦を回避しつつ檻の中（撮影距離が長い側）の動物に合焦させることができる。

以上の実施形態には、以下の構成が含まれる。

（構成１）
位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいて光学系に含まれるフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ前記焦点検出結果を取得するサーチ動作において、前記サーチ方向と前記フォーカスレンズの位置とに基づいて前記フォーカスレンズの駆動可能範囲を設定し、
前記駆動可能範囲内の位置に対する前記焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを駆動し、前記駆動可能範囲外の位置に対する前記焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果を用いずに前記サーチ方向に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とするフォーカス制御装置。
（構成２）
前記制御手段は、前記フォーカスレンズの前記サーチ動作の開始位置と前記実位置との差に基づいて前記駆動可能範囲を設定することを特徴とする構成１に記載のフォーカス制御装置。
（構成３）
前記制御手段は、前記フォーカスレンズの位置から前記差に基づいて設定したオフセット量だけ離れた位置から前記駆動可能範囲を設定することを特徴とする構成２に記載のフォーカス制御装置。
（構成４）
前記制御手段は、前記差が第１閾値より小さい場合は前記オフセット量を前記サーチ方向と同方向に設定し、前記差が前記第１閾値より大きい第２閾値より大きい場合は前記オフセット量を前記サーチ方向とは逆方向に設定することを特徴とする構成３に記載のフォーカス制御装置。
（構成５）
前記制御手段は、前記焦点検出手段が検出可能な被写体像のぼけ量に基づいて前記駆動可能範囲を設定することを特徴とする構成１から４のいずれか１つに記載のフォーカス制御装置。
（構成６）
前記制御手段は、前記光学系の光学情報に基づいて前記駆動可能範囲を設定することを特徴とする構成１から５のいずれか１つに記載のフォーカス制御装置。
（構成７）
前記制御手段は、前記フォーカスレンズの駆動速度および前記焦点検出が行われる周期のうち少なくとも１つに基づいて前記駆動可能範囲を設定することを特徴とする構成１から６のいずれか１つに記載のフォーカス制御装置。
（構成８）
前記サーチ方向として、合焦する撮影距離が長い側から短くなる方向および前記撮影距離が短い側から長くなる方向のうち少なくとも一方をユーザが指示する指示手段を有することを特徴とする構成１から７のいずれか１つに記載のフォーカス制御装置。
（構成９）
位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ前記焦点検出結果を取得するサーチ動作において、
前記フォーカスレンズの位置と前記サーチ動作の開始位置との差が閾値より大きく、かつ前記焦点検出結果の方向が前記サーチ方向と同方向である場合は前記焦点検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを駆動し、
前記焦点検出結果の方向が前記サーチ方向と逆方向である場合は前記焦点検出結果を用いずに前記サーチ方向に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とするフォーカス制御装置。
（構成１０）
前記制御手段は、前記差が前記閾値より大きくなってから前記焦点検出結果の方向が前記サーチ方向と同方向になった後は、前記焦点検出結果の方向によらず前記焦点検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とする構成９に記載のフォーカス制御装置。
（構成１１）
前記サーチ方向として、合焦する撮影距離が長い側から短くなる方向および前記撮影距離が短い側から長くなる方向のうち少なくとも一方をユーザが指示する指示手段を有することを特徴とする構成９または１０に記載のフォーカス制御装置。
（構成１２）
構成１から１１のいずれか一項に記載のフォーカス制御装置と、
前記光学系を通して被写体を撮像する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。

（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。

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。

１００ レンズユニット
１０４ フォーカスレンズ
１２０ カメラ本体
１２５ カメラＭＰＵ
１２９ 位相差ＡＦ部

Claims (15)

1. 位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段と、
   前記焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいて光学系に含まれるフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前記フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ前記焦点検出結果を取得するサーチ動作において、前記サーチ方向と前記フォーカスレンズの位置とに基づいて前記フォーカスレンズの駆動可能範囲を設定し、
   前記駆動可能範囲内の位置に対する前記焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを駆動し、前記駆動可能範囲外の位置に対する前記焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果を用いずに前記サーチ方向に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とするフォーカス制御装置。
2. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズの前記サーチ動作の開始位置と前記実位置との差に基づいて前記駆動可能範囲を設定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。
3. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズの位置から前記差に基づいて設定したオフセット量だけ離れた位置から前記駆動可能範囲を設定することを特徴とする請求項２に記載のフォーカス制御装置。
4. 前記制御手段は、前記差が第１閾値より小さい場合は前記オフセット量を前記サーチ方向と同方向に設定し、前記差が前記第１閾値より大きい第２閾値より大きい場合は前記オフセット量を前記サーチ方向とは逆方向に設定することを特徴とする請求項３に記載のフォーカス制御装置。
5. 前記制御手段は、前記焦点検出手段が検出可能な被写体像のぼけ量に基づいて前記駆動可能範囲を設定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。
6. 前記制御手段は、前記光学系の光学情報に基づいて前記駆動可能範囲を設定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。
7. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズの駆動速度および前記焦点検出が行われる周期のうち少なくとも１つに基づいて前記駆動可能範囲を設定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。
8. 前記サーチ方向として、合焦する撮影距離が長い側から短くなる方向および前記撮影距離が短い側から長くなる方向のうち少なくとも一方をユーザが指示する指示手段を有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。
9. 位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出手段と、
   前記焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ前記焦点検出結果を取得するサーチ動作において、
   前記フォーカスレンズの位置と前記サーチ動作の開始位置との差が閾値より大きく、かつ前記焦点検出結果の方向が前記サーチ方向と同方向である場合は前記焦点検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを駆動し、
   前記焦点検出結果の方向が前記サーチ方向と逆方向である場合は前記焦点検出結果を用いずに前記サーチ方向に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とするフォーカス制御装置。
10. 前記制御手段は、前記差が前記閾値より大きくなってから前記焦点検出結果の方向が前記サーチ方向と同方向になった後は、前記焦点検出結果の方向によらず前記焦点検出結果に基づいて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９に記載のフォーカス制御装置。
11. 前記サーチ方向として、合焦する撮影距離が長い側から短くなる方向および前記撮影距離が短い側から長くなる方向のうち少なくとも一方をユーザが指示する指示手段を有することを特徴とする請求項９に記載のフォーカス制御装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のフォーカス制御装置と、
    前記光学系を通して被写体を撮像する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
13. 位相差検出方式による焦点検出を行うステップと、
    前記焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいて光学系に含まれるフォーカスレンズの駆動を制御するステップとを有し、
    前記フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ前記焦点検出結果を取得するサーチ動作において、前記サーチ方向と前記フォーカスレンズの位置とに基づいて前記フォーカスレンズの駆動可能範囲を設定し、
    前記駆動可能範囲内の位置に対する前記焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを駆動し、前記駆動可能範囲外の位置に対する前記焦点検出結果が得られた場合は該焦点検出結果を用いずに前記サーチ方向に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とするフォーカス制御方法。
14. 位相差検出方式による焦点検出を行うステップと、
    前記焦点検出により得られる焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御するステップとを有し、
    前記フォーカスレンズをサーチ方向に駆動しつつ前記焦点検出結果を取得するサーチ動作において、
    前記フォーカスレンズの位置と前記サーチ動作の開始位置との差が閾値より大きく、かつ前記焦点検出結果の方向が前記サーチ方向と同方向である場合は前記焦点検出結果に基づいて前記フォーカスレンズを駆動し、
    前記焦点検出結果の方向が前記サーチ方向と逆方向である場合は前記焦点検出結果を用いずに前記サーチ方向に前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とするフォーカス制御方法。
15. コンピュータに請求項１３または１４に記載のフォーカス制御方法に従う処理を実行させることを特徴とするプログラム。