JP5961929B2 - カメラ - Google Patents

Description

本発明は、複数の焦点調節方式を有するカメラに関する。

撮像素子上の撮影画面全域に、被写体像を撮像する撮像用画素を配置するとともに、位相差検出方式の焦点検出用画素を規則的に配置し、撮像用画素の出力を用いてコントラスト方式の焦点検出（以下、コントラストＡＦという）を行うとともに、焦点検出用画素の出力を用いて位相差検出方式の焦点検出（以下、像面位相差ＡＦという）を行うようにしたカメラが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−２４４４２９号公報

しかしながら、上述した従来のカメラでは、光学的な制約により光量が低下する撮影画面の周辺でも撮像用画素の代わりに焦点検出用画素が配置されるので、撮像用画素からの画像情報が減少するという問題がある。

本発明の第１の態様によると、カメラは、撮像面に撮像用画素と焦点検出用画素とを二次元状に配置した撮像素子であって、撮像面の全体に亘って撮像用画素を配列するとともに、撮像面の一部分に設定された焦点検出領域に焦点検出用画素を配列した撮像素子と、撮像素子の撮像面に被写体像を結像する撮影光学系と、焦点検出用画素の出力信号に基づいて位相差検出方式により撮影光学系の焦点調節を行う第一焦点調節手段と、撮像用画素の出力信号に基づいてコントラスト方式により撮影光学系の焦点調節を行う第二焦点調節手段と、撮像素子により撮像された画像を処理して主要被写体を認識する画像処理手段と、画像処理手段により認識された主要被写体と焦点検出領域との位置関係に基づいて、第一焦点調節手段と第二焦点調節手段とのうちの一方の焦点調節手段から他方の焦点調節手段への切り換えを予測する切換予測手段と、切換予測手段により切り換えが予測されたときに、切り換え先である他方の焦点調節手段を起動する起動手段と、起動手段による切り換え先の他方の焦点調節手段の起動後に、一方の焦点調節手段から他方の焦点調節手段への切り換えを行う切換手段を有し、切換予測手段は、第二焦点調節手段による撮影光学系の焦点調節が行われているときに、主要被写体が焦点検出領域の端部で検出された場合は、第二焦点調節手段から第一焦点調節手段への切り換えを予測する。
本発明の第２の態様によると、カメラは、カメラは、撮影光学系による被写体像が結像される撮像面に撮像用画素と焦点検出用画素とが備えられた撮像素子と、第１の焦点検出領域について焦点検出用画素の出力を用いて位相差検出方式による撮影光学系の焦点調節制御である第１制御を行い、第１の焦点検出領域よりも広い第２の焦点検出領域について撮像用画素の出力を用いてコントラスト方式による撮影光学系の焦点調節制御である第２制御を行う焦点調節制御部と、撮像素子により撮像された画像を用いて主要被写体を認定する画像処理部とを有し、第２制御が行われている場合に、主要被写体が第１の焦点検出領域の端部で検出されたとき第２制御から第１制御への切り換えを予測する予測部と、予測部により第２制御から第１制御への切り換えが予測されたとき第２制御から第１制御への切り換えを行う切換部とを有する。

本発明によれば、画像情報の低下を補正が容易な撮影画面の中央部に制限しながら、像面位相差ＡＦとコントラストＡＦとを切り換えて実行することができる。

一実施の形態のハイブリッドＡＦカメラの構成を示す図 撮影画面に設定された焦点検出領域の一例を示す図 撮影画面の長辺方向の焦点検出領域における撮像用画素と焦点検出用画素の配列例を示す図 撮影画面の短辺方向の焦点検出領域における撮像用画素と焦点検出用画素の配列例を示す図 一実施の形態のＡＦ制御プログラムを示すフローチャート 図５に続く、一実施の形態のＡＦ制御プログラムを示すフローチャート 人物の顔の領域と焦点検出領域との位置関係に基づく像面位相差ＡＦとコントラストＡＦとの切り換えを説明する図

図１は、一実施の形態のハイブリッドＡＦカメラ（以下、単にカメラという）の構成を示すブロック図である。なお、図１ではハイブリッドＡＦ機能と直接、関係のないカメラの機器および回路の図示と説明を省略する。図１において、カメラ１は撮影レンズ２、撮像素子３、ＡＦＥ(Analog Front End)回路４、画像処理回路５、コントラストＡＦ回路６、位相差ＡＦ回路７、レンズ駆動回路８、メモリ９、モニター１０、メモリカード１１、インターフェース１２、操作部材１３、バッテリー１４、コントローラー１５などを備えている。

撮影レンズ２は単レンズとして図示しているが、ズーミングレンズやフォーカシングレンズを含む複数のレンズ群で構成され、被写体像を撮像素子３の撮像面上に結像させる。撮像素子３は、受光面に複数の画素が二次元状に配列されたＣＭＯＳイメージセンサなどから構成され、撮影レンズ２により結像された被写体像を光電変換してアナログ画像信号を出力する。

図２はカメラ１の撮影画面３ａを示す図である。撮影画面３ａに対応する撮像素子３の撮像面には、複数の撮像用画素と焦点検出用画素とが二次元状に配列され、これらの画素はそれぞれマイクロレンズと受光部を備えている。この一実施の形態では、撮影画面３ａの中央部の１１カ所に撮影画面３ａの長辺方向に沿ってライン状の焦点検出領域ａ〜ｋが設定されている。

撮像用画素は撮影画面３ａの全域にベイヤー配列され、撮影レンズ２（図１参照）の射出瞳を通る光を受光して被写体像に応じた画像信号を出力する。一方、図３（ａ）の斜線部に示すように、焦点検出用画素は、撮影画面３ａの中央に各焦点検出領域ａ〜ｋに対応して撮影画面３ａの長辺方向に沿ってライン状に配列され、撮影レンズ２の一部の領域を通る光を受光して撮影レンズ２の焦点調節状態を示す焦点検出信号を出力する。

図３（ｂ）は、焦点検出領域の内の横（撮影画面３ａの長辺方向）領域における撮像用画素Ｒ、Ｇ、Ｂと焦点検出用画素Ｓ１、Ｓ２の受光領域の配置を示す部分拡大図である。図３（ｂ）において、縦横のラインで囲まれた各“マス”は撮像用画素の領域を示す。各マスの中の実線で示す正方形はマスク開口部を示し、これらのマスク開口部を通って光が受光部に到達する各画素の受光領域を示す。また、図３（ｂ）において、半円形で囲まれた領域は焦点検出画素のマスク開口部を示し、これらのマスク開口部を通って光が受光部に到達する各画素の受光領域を示す。また、Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれ撮像用赤画素、撮像用緑画素、撮像用青画素を表す。なお、図３では各画素のマイクロレンズおよび受光部の図示を省略する。

この一実施の形態では撮像用画素Ｒ、Ｇ、Ｂの受光領域（マスク開口部）の形状を正四角形とした例を示すが、撮像用画素Ｒ、Ｇ、Ｂの受光領域の形状は正四角形に限定されず、例えば円形としてもよい。

また、この一実施の形態では焦点検出用画素Ｓ１〜Ｓ４の受光領域（マスク開口部）の形状を半円形とした例を示す。さらに、図３（ｂ）に示す横方向の対の焦点検出用画素Ｓ１とＳ２では、受光領域を画素中心に対し左と右に偏って配置する。

なお、焦点検出用画素の受光領域の形状は半円形に限定されず、例えば撮像用画素のＲ，Ｇ，Ｂの受光領域（マスク開口部）を縦または横に略二分した長方形としてもよい。

撮像面に撮像用画素と焦点検出用画素を二次元状に配列した撮像素子はすでに周知であり、これらの画素の詳細な図示と説明を省略する。

焦点検出領域の横領域では、焦点検出用画素Ｓ１とＳ２が一対になり、撮影レンズ２の射出瞳の一対の領域を通過した光を受光し、撮影レンズ２の横方向（撮影画面３ａの長辺方向）の焦点調節状態を示す焦点検出信号を出力する。

なお、撮影画面３ａの焦点検出領域は、撮影画面３ａの中央部に設定される限りこの一実施の形態の配置に限定されない。また、焦点検出領域の個数および形状についても、この一実施の形態の個数および形状に限定されるものではない。さらに、各焦点検出領域に対応して配列される焦点検出用画素の配置もこの一実施の形態の配置に限定されるものではない。

図１に戻り、ＡＦＥ回路４はアナログ画像信号に対して相関二重サンプリングやゲイン調整などのアナログ処理を行うとともに、アナログ処理後の画像信号をデジタル画像データに変換する。画像処理回路５はデジタル画像データに対して各種の画像処理（色補間処理、階調変換処理、輪郭強調処理、ホワイトバランス調整処理、画像圧縮処理、画像伸張処理など）を施す。

コントラストＡＦ回路６は、撮像用画素Ｒ、Ｇ、Ｂから出力される画像信号のコントラストがピークとなるフォーカシングレンズ位置を検出する回路である。また、位相差ＡＦ回路７は、対の焦点検出用画素(Ｓ１，Ｓ２)から出力される焦点検出信号に基づいて、フォーカシングレンズの焦点調節状態を示すデフォーカス量を演算する。

レンズ駆動回路８は、撮影レンズ２のフォーカシングレンズを駆動して焦点調節を行うとともに、ズーミングレンズを駆動して焦点距離を変える。メモリ９は各種プログラムや各種情報を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭなどの記憶素子である。モニター１０は、撮像素子３により撮像したスルー画像や撮影した画像と各種情報を表示するＬＣＤである。インターフェース１２は、メモリカード１１に対する画像や各種情報データの書き込みや、メモリカード５１からの画像や各種情報データの読み込みを行う。

操作部材１３には、レリーズ半押しおよび全押しスイッチ、ズームスイッチ、モードスイッチ、メニュースイッチ、十字スイッチ、ＯＫスイッチなどの各種スイッチ類が含まれる。バッテリー１４はカメラ１の機器および回路に電力を供給する。コントローラー１７はＣＰＵとその周辺部品から構成され、撮像、露出、焦点調節（ＡＦ）、画像表示などのカメラ１の各種動作を制御するとともに、後述するＡＦプログラムを実行してコントラストＡＦと像面位相差ＡＦとを切り換え制御する。

＜ポートレート撮影モードの動作について＞
図５および図６は、一実施の形態のハイブリッドＡＦ制御を示すフローチャートである。カメラ１のコントローラー１５は、カメラ１の操作部材１３の電源スイッチが投入されモードセレクターにより撮影モードが設定されると、図５および図６に示すハイブリッドＡＦ制御プログラムの実行を開始する。

ステップ１において、操作部材１３のモードセレクターによりポートレート撮影モードが選択されているか否かを確認する。ポートレート撮影モードでは、主要被写体を撮影画面中央部に設定してそのまま撮影するか、あるいは主要被写体を撮影画面中央部に設定して主要被写体に撮影レンズ２を合焦させた後、構図を変更して主要被写体を撮影画面周辺部に設定し直し、建物や風景などともに撮影を行う場合が多い。

前者の場合には、図２に示す撮影画面３ａの中央部に設定された焦点検出領域ａ〜ｋのいずれかで検出されたデフォーカス量により撮影レンズ２の焦点調節を行い、像面位相差ＡＦにより撮影レンズ２を主要被写体に合焦させて撮影を行う。

一方、後者の場合には、いったん主要被写体を撮影画面中央部に設定し、像面位相差ＡＦにより撮影レンズ２を主要被写体に合焦させた後、撮影者の画角変更にともなって主要被写体が撮影画面中央の焦点検出領域ａ〜ｋを外れる。この場合、主要被写体に対する像面位相差ＡＦができなくなるため、コントラストＡＦに切り換えて主要被写体に対するＡＦ制御を継続することになる。

ここで、本実施形態におけるポートレート撮影モードにおいて、カメラが主要被写体を認識する手法としては、ユーザーのマニュアル設定動作に従う方法と、カメラが自動的に認識する方法と、がある。まずマニュアル操作によって決定される方法の一例について説明する。ユーザーがマニュアル選択操作によって複数のＡＦエリアの中から任意のＡＦエリアを選択し、その選択されたＡＦエリアをＡＦで使用するＡＦエリアとして決定する。そしてその決定されたＡＦエリア内に存在する被写体に対して合焦動作を行った場合に、その被写体を主要被写体としてカメラは認識する。一方、カメラが自動的に主要被写体を認識する方法の一例を説明する。カメラは、撮影視野内（スルー画像内）に存在する「顔」を周知の顔認識技術を用いて検出する。そしてカメラは、その検出された「顔」を主要被写体として認識する。
以下の説明では、カメラが主要被写体を自動認識する方法を採用するものとして説明を続ける。

ステップＳ１でポートレート撮影モードが設定されていない場合はステップＳ２へ進み、位相差ＡＦ用の予め指定されている（或いは最至近位置被写体に対応する）ＡＦエリア内に存在する被写体を主要被写体として設定した上で、位相差ＡＦ回路７（図１参照）による像面位相差ＡＦ制御を実行して撮影レンズ２をその主要被写体に合焦させる。その後、ステップＳ３で操作部材１３のレリーズボタンの押下操作によりステップＳ４へ進む。ステップＳ４では撮像素子３により撮像を行い、画像処理を行って画像をメモリカード１１に記録する。

一方、ステップＳ１でポートレート撮影モードが設定されている場合はステップＳ５へ進み、撮影画面中央部のいずれかの焦点検出領域ａ〜ｋで捕捉した主要被写体に対して、位相差ＡＦ回路７により像面位相差ＡＦ制御を行う。像面位相差ＡＦ制御による合焦後のステップＳ６において、画像処理回路５により画像を処理して人物の顔を検出し、顔の範囲と焦点検出領域ａ〜ｋとの位置関係を確認する。顔認識処理により人物の顔が検出されると、ステップＳ７で、人物の顔の範囲を示す顔認識枠をモニター１０に表示されているスルー画像に重畳して表示する。

ここで、図７は、モニター１０に表示された人物の顔に顔認識枠２１を重畳表示した一例を示す。なお、図７では図２に示す焦点検出領域ａ〜ｋの符号を省略する。図７(ａ)は、人物の顔がほぼ撮影画面の中央に捕捉されており、図２に示す焦点検出領域ａ〜ｋの内の領域ａ、ｂ、ｆ、ｇで人物の顔が検出されている。また、図７(ｂ)は、人物の顔が撮影画面の左側で捕捉されており、焦点検出領域ａ〜ｋの内の左端の領域ｄで人物の顔が検出されている。なお図７（ｂ）では、主要被写体（人物の顔）が、焦点検出領域ｄだけでなく、図中において焦点検出領域ｄの左側に配置されている画像要画素においても検出されている。つまり図７（ｂ）の状態は、焦点検出領域ｄの出力を使った位相差ＡＦ回路７によるＡＦ演算が可能であり、且つ主要被写体（顔）を撮像している画像用画素の出力を使ったコントラストＡＦ回路６によるＡＦ演算も可能である。

図７(ａ)および図７(ｂ)において、焦点検出領域ａ〜ｋの内の人物の顔が検出されている焦点検出領域では、モニター１０の当該領域を示すライン状のマーク（ＡＦエリアマークａ〜ｋの何れか）が点灯され、アクティブ表示される。

一方、図７(ｃ)は、人物の顔が撮影画面の左端で捕捉されており、焦点検出領域ａ〜ｋの内のいずれの領域でも人物の顔は検出されていない。つまり、人物の顔が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋを外れており、この状態では像面位相差ＡＦを行うことはできない。つまり図７（ｃ）では、主要被写体（顔）を撮像している画像用画素の出力を使ったコントラストＡＦ回路６によるＡＦ演算のみ可能である。

図５に戻って、ステップＳ８で操作部材１３のレリーズボタンが押下操作されたか否かを判別し、レリーズされた場合はステップ４へ進む。ステップ４では撮像素子３により撮像を行い、画像処理を行って画像をメモリカード１１に記録する。一方、レリーズされていない場合はステップＳ９へ進む。

ステップＳ９において、人物の顔領域が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋを外れるか否かを予測する。例えば今、図７(ａ)に示すように人物の顔を画面中央に捕捉して像面位相差ＡＦで合焦させた後、ユーザーによるカメラの向き（姿勢）調整操作（構図の変更操作）により、図７(ｂ)に示すように人物の顔を撮影画面の左に配置し、画面中央に富士山を入れる構図に設定する場合を想定する。このとき、ユーザーによるカメラの向き（姿勢）調整操作（構図変更操作）が行き過ぎてしまうと、人物の顔が撮影画面の左端に移動してしまって、図７(ｃ)に示す状態になる。この場合は既述のように、人物の顔が焦点検出領域ａ〜ｋから外れ、像面位相差ＡＦができなくなる。

このように、当初、撮影画面中央の１１点の焦点検出領域ａ〜ｋの内の複数の焦点検出領域で検出していた人物の顔（主要被写体）が、上下左右端の焦点検出領域、例えば領域ｄ、領域ｅ、あるいは領域ａ〜ｃのいずれか、または領域ｉ〜ｋのいずれかで検出された場合には（換言すれば、主要被写体が、像面位相差ＡＦ用の焦点検出領域とコントラストＡＦ用の焦点検出領域との境界近傍に存在する場合には）、いずれ近い将来に人物の顔領域が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋを外れる、とカメラは予測する。

人物の顔領域が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋを外れると予測される場合には（図７の例であれば図７（ｂ）の状態のときに）、ステップＳ１０へ進み、コントラストＡＦ回路６は、入力した画像信号（顔枠内に含まれる画像用画素の出力）を用いてコントラストＡＦ回路６による演算を開始する。本実施形態では、このステップＳ１０の手前まで（すなわちステップＳ９まで）は、コントラストＡＦ回路６は給電を受けているがＡＦ演算動作が停止している状態である。なお、省エネのためにステップＳ９まではコントラストＡＦ回路６への給電自体を遮断しておき、ステップＳ１０からコントラストＡＦ回路６に電源を投入してＡＦ演算を起動するように構成してもよい。ただし、人物の顔領域が焦点検出領域ａ〜ｋの内のいずれかで検出されている間（換言すれば、主要被写体が像面位相差ＡＦの実行が優先されているエリアに存在している間）は、主要被写体（顔）を検出した像面位相差ＡＦの焦点検出領域の焦点検出結果により像面位相差ＡＦを実行し、コントラストＡＦは実行しない（換言すれば、この場面では、コントラストＡＦ回路６によるコントラスト演算（ＡＦ演算）は行うが、そのＡＦ演算結果を使った合焦動作（ＡＦレンズの駆動制御）は行わない）。
即ち、主要被写体（顔）が、像面位相差ＡＦの検出エリアとコントラストＡＦの検出エリアとの境界近傍に近づくと、それまで行っていなかったコントラストＡＦ回路による演算動作を開始させる。このように、両ＡＦ方式の検出エリア間の境界近傍においては、両ＡＦ回路（コントラストＡＦ回路６と位相差ＡＦ回路７）の動作を重複させる。これにより、像面位相差ＡＦによって主要被写体に対する合焦が得られている状態におけるコントラストＡＦ回路７からの出力値（即ち主要被写体に対して合焦状態にあるときのコントラストＡＦ回路７の出力値）を得ることが出来る。

ステップＳ１１において、人物の顔領域が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋのいずれの領域でも検出されず、人物の顔領域が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋから外れたか否かを確認する。人物の顔領域がいずれかの焦点検出領域ａ〜ｋで検出されている場合にはステップＳ９へ戻り、上述した処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１１において、主要被写体が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋを外れたと判断した場合（人物の顔領域が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋを外れると予測された後、図７(ｃ)に示すように、実際に人物の顔領域が焦点検出領域ａ〜ｋから外れた場合）には、ステップＳ１２へ進み、既に（ステップＳ１０において）起動されているコントラストＡＦ回路６からの出力に基づいて、コントラストＡＦを実行するとともに、像面位相差ＡＦを停止する。すなわち、このステップＳ１２において、主要被写体に対するＡＦ動作を、像面位相差ＡＦからコントラストＡＦに完全に移行する（切り替える）。

像面位相差ＡＦからコントラストＡＦへ移行するときには、ステップＳ１０で既述したようにコントラストＡＦ回路６による演算動作は既に起動している。そして移行期間中（位相差ＡＦ回路７とコントラストＡＦ回路６とが並行して演算している期間）は、主要被写体に対してＡＦ追従して位相差ＡＦ回路７の出力に基づいて合焦し続けている。このため像面位相差ＡＦからコントラストＡＦへ移行する時には、その起動中（ＡＦ演算中）のコントラストＡＦ回路６の出力をそのまま引き継いで、コントラストＡＦへの移行を行えば良い。そして、この移行降のコントラストＡＦ動作としては、通常の（周知の）コントラストＡＦ動作を行う。

本実施形態では、このコントラストＡＦ（コントラストＡＦ回路６の出力に基づく、主要被写体に対する合焦動作）が行われている期間、位相差ＡＦ回路７への電源供給は継続されるが、位相差ＡＦ回路７での演算動作は行われない。なお、このステップ１２で、省エネのために位相差ＡＦ回路７への給電自体を止めるように構成しても良い。

コントラストＡＦに移行した後のステップＳ１３において、操作部材１３のレリーズボタンが押下操作されたか否かを判別し、レリーズされた場合はステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では撮像素子３により撮像を行い、画像処理を行って画像をメモリカード１１に記録する。一方、レリーズされていない場合は図６のステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、主要被写体（人物の顔領域）が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋの範囲内に入ったか否かを確認する。つまりここでは上記ステップＳ９で述べたのとは逆の場合、即ち主要被写体がコントラストＡＦ用の焦点検出領域から、像面位相差ＡＦ用の焦点検出領域ａ〜ｋの何れかの領域内へ移動したのか否か、換言すればコントラストＡＦから像面位相差ＡＦへの移行のための準備動作（ステップＳ１６にて後述する動作）に入る必要があるか否か、について判断する。人物の顔領域が焦点検出領域ａ〜ｋの内の少なくとも１つの領域で検出された場合はステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６で位相差ＡＦ回路７を起動する、すなわち位相差ＡＦ回路７による演算動作を開始する（もしこのステップＳ１６以前に位相差ＡＦ回路７の給電を停止していたとしたら、その給電を開始した上で演算動作を開始する）。このとき、位相差ＡＦ回路７により人物の顔を検出した焦点検出領域の焦点検出信号を用いて焦点検出演算を実行するが、その演算結果を用いてフォーカシングレンズを駆動しない。

なお上記ステップＳ１５では、焦点検出領域ａ〜ｋの何れかに主要被写体が存在している場合に、位相差ＡＦ回路７による演算動作（ＡＦ演算）を開始するようにしている。しかしながら、位相差ＡＦ回路７による演算開始をもう少し早いタイミングから行うようにしても良い。例えば主要被写体が焦点検出領域ａ〜ｋに至る少し手前の領域（焦点検出領域ａ〜ｋの画素領域内から１画素手前又は所定数画素手前の画素領域）に主要被写体が存在するか否かを検出し、当該手前の領域に主要被写体が存在したら位相差ＡＦ回路７による演算開始を行うようにしても良い。

ステップ１７においてコントラストＡＦから像面位相差ＡＦへ切り換えるか否かの判定を行う。本実施形態では、像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋに主要被写体が完全に存在していれば（図７（ａ）の状態であれば）、既に（ステップＳ１６において）起動されている位相差ＡＦ回路７からの出力に基づいて、位相差ＡＦを実行するとともに、コントラストＡＦを停止する。すなわち、このステップＳ１７において、主要被写体に対するＡＦ動作を、コントラストＡＦから像面位相差ＡＦに完全に移行する（切り替える）。
なお、このＡＦ動作の切り替えを、もう少し早い段階（手前の領域）、例えば図７（ｂ）の状態のように主要被写体の一部がまだ像面位相差ＡＦのエリアに入りきっていない状態のときに行うようにしても良い。

なお、コントラストＡＦから像面位相差ＡＦへの切り換え判定はこの一実施の形態の判定方法に限定されず、例えばコントラストＡＦを行っているときに像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋのいずれかで人物の顔を捕捉してから所定時間が経過したら、コントラストＡＦから像面位相差ＡＦへ切り換えるようにしてもよい。

コントラストＡＦから像面位相差ＡＦへの切り換えが決定された場合はステップＳ１８へ進み、位相差ＡＦ回路７により像面位相差ＡＦを実行するとともに、コントラストＡＦ回路６による演算が停止される。なお、ステップＳ１０でコントラストＡＦ回路６に電源を供給する構成とした場合には、ステップＳ１８においてコントラストＡＦ回路６への電源の供給を停止してコントラストＡＦを停止してもよい。その後、図５のステップ６へ戻って上述した処理を繰り返す。

この一実施の形態によれば、像面位相差ＡＦを行うための焦点検出用画素は撮影画面の中央部とその周辺（中央部近傍）に配置され、撮影画面周辺部はほぼ撮像用画素のみとなる。この場合、撮影画面中央部では生の画像情報が得られないが、撮影画面周辺部では生の画像情報が得られるため画像情報の低下はない。しかしながら撮影画面中央部は撮影画面周辺部に比べて収差や入射光量などの面で有利である。このため、焦点検出用画素の位置周辺の撮像用画素の出力を用いた周知の補間処理（例えば周知の画素欠陥補正の技術など）を用いて、焦点検出用画素の位置に対応する画像情報を得ることにより、画像の画質低下を最小限に抑制することができる。

また、ハイブリッドＡＦでありながら、ポートレート撮影時のように比較的被写体の動きが小さい場合には、コントラストＡＦと像面位相差ＡＦとを切り換えて行うため、コントラストＡＦと像面位相差ＡＦとを同時に実行する従来のハイブリッドＡＦカメラに比べて演算にともなうバッテリー１４の消費電力を抑制することができる。

一実施の形態のハイブリッドＡＦカメラによれば、撮影画面中央部で被写体にピントを合わせた後、構図を変更してＡＦを追従させることによって、始めから撮影画面周辺部に人物の顔がある場合に、コントラストＡＦではフォーカシングレンズを広範囲にわたってサーチ駆動しなければならないが、この一実施の形態では撮影画面中央部で像面位相差ＡＦにより粗調を行った後、構図を変えてコントラストＡＦに切り換えるので、コントラストＡＦにおけるピーク検出に要する時間を短縮できる。特に、一眼レフカメラにおけるＡＦロック機能と同様な機能を実現できる。

＜追尾撮影モードの動作について＞
＜第２の実施形態＞
上記第１実施形態では、ポートレートモードについて記載したが、ＡＦ動作の切り替えは、他の撮影モードでも実施可能である。第２実施形態では、追尾撮影モードの際の動作について、上記第１実施形態の説明を流用しながら説明する。
追尾撮影モードでは、まずスルー画像において、主要被写体の識別を、既知の被写体認識技術、例えば上述の顔認識技術を用いて検出する。
スルー画像において認識された主要被写体が像面位相差ＡＦのＡＦエリア内に存在する場合には像面位相差ＡＦを用いて主要被写体に対するＡＦを行い、コントラストＡＦのＡＦエリア内に存在する場合にはコントラストＡＦを用いて主要被写体に対するＡＦを行う。
次いで、主要被写体に対する周知の追尾ＡＦを行う。その際に、像面位相差ＡＦのＡＦエリアとコントラストＡＦのＡＦエリアとの境界領域に主要被写体が移動した場合には、図５，６にて既述したＡＦ動作の切り替えを行うようにする。

《一実施の形態の変形例１》
上述した一実施の形態では、人物の顔領域が像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋを外れたら像面位相差ＡＦを停止する例を示した。しかしながら、像面位相差ＡＦを停止させず、これを利用する方法も考えられる。主要被写体である撮影画面周辺部の人物（の顔）に対してはコントラストＡＦで焦点検出を行うように構成し、それと並行して撮影画面中央部に位置する背景に対しては像面位相差ＡＦで焦点検出を行って、人物の顔と背景の両方にピントが合うような絞りを決定し、撮像を行うようにしてもよい。

例えば、図７(ｃ)に示すように、像面位相差ＡＦの焦点検出領域ａ〜ｋをはずれた人物の顔はコントラストＡＦにより焦点検出を行うとともに、背景の富士山に対しては焦点検出領域ａ〜ｋのいずれかで像面位相差ＡＦにより焦点検出を行い、人物の顔と背景の富士山の両方にピントが合うような絞りを決定して撮像を行う。あるいは、人物の顔と背景の富士山との中間にピントを合わせてＡＦをおこなってもよい。

《一実施の形態の変形例２》
上記実施形態では、像面位相差ＡＦとコントラストＡＦとの間のＡＦ動作の切り替えを、主要被写体の存在する領域に応じて決定するようにした。
他の実施の形態としては、コントラストＡＦによる目標位置Ｘにおいて像面位相差ＡＦによる焦点検出演算を行い、コントラストＡＦによる演算結果の目標位置と、像面位相差ＡＦによる演算結果の目標位置との差が予め設定した基準値以下となる場合が連続して所定回数続いたら、コントラストＡＦから像面位相差ＡＦへの切り換えを決定するようにしても良い。

《一実施の形態の変形例３》
上記変形例２では、像面位相差ＡＦかコントラストＡＦへの移行の際の、最初のコントラストＡＦの目標位置としては、移行時のコントラストＡＦ回路６の出力をそのまま用いるように構成した。これとは別の実施形態として、最初のコントラストＡＦのレンズ目標位置Ｘには、最後の像面位相差ＡＦのレンズ目標位置Ｘlastを設定するという手法も考えられる。

コントラストＡＦ制御時には、まず目標位置Ｘ時点における画像を表示し、目標位置Ｘの前後の位置Ｘ−σとＸ＋σの間で微小にフォーカシングレンズを移動させ（サーチ駆動またはウォブリングという）、３位置Ｘ−σ、Ｘ、Ｘ＋σで撮像してコントラスト演算を行う。コントラスト演算の結果、位置Ｘにおけるコントラストがその前後の位置Ｘ−σ、Ｘ＋σにおけるコントラストより高い場合は目標位置Ｘにフォーカシングレンズを移動させる。位置Ｘ−σまたはＸ＋σのコントラストが高い場合には、コントラストが高い位置を新しい目標位置Ｘとしてその前後のＸ−σとＸ＋σの間で上記と同様に微小にフォーカシングレンズを移動させ、３位置Ｘ−σ、Ｘ、Ｘ＋σで撮像してコントラスト演算を行う。

３位置Ｘ−σ、Ｘ、Ｘ＋σの間で微小にフォーカシングレンズを移動してコントラストＡＦにおけるサーチ駆動を行う際に、３位置Ｘ−σ、Ｘ、Ｘ＋σで撮像した画像をその都度、モニター１０にスルー画像として表示するのではなく、目標位置Ｘにおいて撮像した画像のみをモニター１０にスルー画像として表示する。これにより、コントラストＡＦ時に頻繁にスルー画表示が切り換わってモニター画面が見づらいという問題を解決できる。

なお、上述した実施の形態とそれらの変形例において、実施の形態どうし、または実施の形態と変形例とのあらゆる組み合わせが可能である。

上述した実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。まず、主要被写体である人物の顔の領域と撮影画面中央に設定された焦点検出領域との位置関係に基づいて、像面位相差ＡＦからコントラストＡＦへ、またはコントラストＡＦから像面位相差ＡＦへの切り換えを予測する。そして、切り換え先の像面位相差ＡＦまたはコントラストＡＦによる演算を行った後、像面位相差ＡＦとコントラストＡＦの切り換えを行うようにしたので、画像情報2の低下を補正が容易な撮影画面中央のみに制限することができ、像面位相差ＡＦとコントラストＡＦとを切り換えて実行することができる。

また、上述した実施の形態によれば、像面位相差ＡＦによる撮影レンズの焦点調節が行われているときに、人物の顔の領域が焦点検出領域の端部に移動した場合は、像面位相差ＡＦからコントラストＡＦへの切り換えを予測し、コントラストＡＦによる演算を実行するようにした。その結果、撮影画面中央部の焦点検出領域における像面位相差ＡＦから撮影画面周辺部におけるコントラストＡＦへの切り換えを確実にスムーズに実行することができる。

上述した実施の形態によれば、切り換え先のコントラストＡＦによる演算の実行後に、人物の顔の領域が焦点検出領域から外れたときに、像面位相差ＡＦからコントラストＡＦへ切り換えるとともに、像面位相差ＡＦによる演算を停止するようにした。そのため、像面位相差ＡＦとコントラストＡＦとのいずれか一方のＡＦを合理的に動作させることができる。

上述した実施の形態によれば、像面位相差ＡＦからコントラストＡＦへの切り換え時に、像面位相差ＡＦによる最後の撮影レンズの目標位置をコントラストＡＦの目標位置に設定し、コントラストＡＦは、目標位置の前後に撮影レンズをサーチ駆動してコントラストがピークとなる撮影レンズの位置を検出するようにしたので、像面位相差ＡＦからコントラストＡＦへの切り換えをスムーズに実行することができる。

上述した実施の形態によれば、コントラストＡＦによる撮影レンズの焦点調節が行われているときに、人物の顔の領域が焦点検出領域の端部で検出された場合は、コントラストＡＦから像面位相差ＡＦへの切り換えを予測し、像面位相差ＡＦによる演算を実行するようにした。したがって、撮影画面周辺部におけるコントラストＡＦから撮影画面中央部の焦点検出領域における像面位相差ＡＦへの切り換えを確実にスムーズに実行することができる。

上述した実施の形態によれば、切り換え先の像面位相差ＡＦの演算を行った後に、コントラストＡＦの目標位置と像面位相差ＡＦの目標位置とが所定の条件を満たしたときに、コントラストＡＦから像面位相差ＡＦへ切り換えるとともに、コントラストＡＦによる演算を停止するようにした。したがって、像面位相差ＡＦとコントラストＡＦとのいずれか一方のＡＦを合理的に動作させることができる。

上述した実施の形態によれば、コントラストＡＦの目標位置と像面位相差ＡＦの目標位置との差が所定値以内となる焦点検出が所定回数連続して発生した場合にコントラストＡＦから像面位相差ＡＦへ切り換えるとともに、コントラストＡＦを停止するようにしたので、コントラストＡＦから像面位相差ＡＦへの切り換えを確実にかつスムーズに実行することができる。

上述した実施の形態によれば、焦点検出用画素は撮影画面３ａの長辺方向に沿ってライン形状に配列されるものとしたが、撮影画面３ａの短辺方向に沿ってライン形状に配列されてもよい。この場合、焦点検出領域ａ〜ｋが撮影画面３ａの短辺方向に沿ってライン状に設定され、焦点検出用画素は、図４（ａ）の斜線部に示すように、撮影画面３ａの短辺方向に沿ってライン状の領域に配列される。図４（ｂ）は、焦点検出領域の内の縦（撮影画面３ａの短辺方向）領域における撮像用画素Ｒ、Ｇ、Ｂと焦点検出用画素Ｓ３、Ｓ４の受光領域の配置を示す部分拡大図である。

図４（ｂ）において、図３（ｂ）の場合と同様に、縦横のラインで囲まれた各“マス”は撮像用画素の領域を示す。各マスの中の実線で示す正方形はマスク開口部を示し、これらのマスク開口部を通って光が受光部に到達する各画素の受光領域を示す。また、図４（ｂ）において、図３（ｂ）の場合と同様に、半円形で囲まれた領域は焦点検出画素のマスク開口部を示し、これらのマスク開口部を通って光が受光部に到達する各画素の受光領域を示す。また、Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれ撮像用赤画素、撮像用緑画素、撮像用青画素を表す。なお、図４（ｂ）でも各画素のマイクロレンズおよび受光部の図示を省略する。なお、図４（ｂ）に示す縦方向の対の焦点検出用画素Ｓ３とＳ４では、受光領域を画素中心に対し上と下に偏って配置する。

図４（ｂ）に示す例では、焦点検出領域の縦領域では、焦点検出用画素Ｓ３とＳ４が一対になり、撮影レンズ２の縦方向（撮影画面３ａの短辺方向）の焦点調節状態を示す焦点検出信号を出力する。焦点検出用画素が上記のように配列された場合は、位相差ＡＦ回路７は、対の焦点検出用画素 (Ｓ３，Ｓ４)から出力される焦点検出信号に基づいて、フォーカシングレンズの焦点調節状態を示すデフォーカス量を演算する。

なお、焦点検出領域ａ〜ｋが十字型に設定されていてもよい。この場合、図３（ｂ）に示す焦点検出用画素の配列と、図４（ｂ）に示す焦点検出用画素の配列とを組み合わせればよい。

１；ハイブリッドＡＦカメラ、２；撮影レンズ、３；撮像素子、５；画像処理回路、６；コントラストＡＦ回路、７；位相差ＡＦ回路、８；レンズ駆動回路、１０；モニター、１５；コントローラー、Ｒ，Ｇ，Ｂ；撮像用画素、Ｓ１〜Ｓ４；焦点検出用画素、ａ〜ｋ；焦点検出領域

Claims (11)

1. 撮像面に撮像用画素と焦点検出用画素とを二次元状に配置した撮像素子であって、前記撮像面の全体に亘って前記撮像用画素を配列するとともに、前記撮像面の一部分に設定された焦点検出領域に前記焦点検出用画素を配列した撮像素子と、
   前記撮像素子の前記撮像面に被写体像を結像する撮影光学系と、
   前記焦点検出用画素の出力信号に基づいて位相差検出方式により前記撮影光学系の焦点調節を行う第一焦点調節手段と、
   前記撮像用画素の出力信号に基づいてコントラスト方式により前記撮影光学系の焦点調節を行う第二焦点調節手段と、
   前記撮像素子により撮像された画像を処理して主要被写体を認識する画像処理手段と、
   前記画像処理手段により認識された前記主要被写体と前記焦点検出領域との位置関係に基づいて、前記第一焦点調節手段と前記第二焦点調節手段とのうちの一方の焦点調節手段から他方の焦点調節手段への切り換えを予測する切換予測手段と、
   前記切換予測手段により切り換えが予測されたときに、切り換え先である前記他方の焦点調節手段を起動する起動手段と、
   前記起動手段による切り換え先の前記他方の焦点調節手段の起動後に、前記一方の焦点調節手段から前記他方の焦点調節手段への切り換えを行う切換手段とを有し、
   前記切換予測手段は、前記第二焦点調節手段による前記撮影光学系の焦点調節が行われているときに、前記主要被写体が前記焦点検出領域の端部で検出された場合は、前記第二焦点調節手段から前記第一焦点調節手段への切り換えを予測するカメラ。
2. 請求項１に記載のカメラにおいて、
   前記切換予測手段は、前記第一焦点調節手段による前記焦点調節が行われているときに、前記主要被写体が前記焦点検出領域の端部に移動した場合は、前記第一焦点調節手段から前記第二焦点調節手段への切り換えを予測することを特徴とするカメラ。
3. 請求項２に記載のカメラにおいて、
   前記切換手段は、前記起動手段による切り換え先の前記第二焦点調節手段の起動後に、前記主要被写体が前記焦点検出領域から外れたときに、前記第一焦点調節手段から前記第二焦点調節手段へ切り換えるとともに、前記第一焦点調節手段の動作を停止することを特徴とするカメラ。
4. 請求項３に記載のカメラにおいて、
   前記第一焦点調節手段から前記第二焦点調節手段への切り換え時に、前記第一焦点調節手段による最後の前記撮影光学系の目標位置を前記第二焦点調節手段の最初の目標位置に設定し、前記第二焦点調節手段は、前記目標位置の前後に前記撮影光学系をサーチ駆動してコントラストがピークとなる前記撮影光学系の位置を検出することを特徴とするカメラ。
5. 請求項１に記載のカメラにおいて、
   前記切換手段は、前記起動手段による切り換え先の前記第一焦点調節手段の起動後に、前記第二焦点調節手段の目標位置と前記第一焦点調節手段の目標位置とが所定の条件を満たしたときに、前記第二焦点調節手段から前記第一焦点調節手段へ切り換えるとともに、前記第二焦点調節手段の動作を停止することを特徴とするカメラ。
6. 請求項５に記載のカメラにおいて、
   前記所定の条件は、前記第二焦点調節手段の目標位置と前記第一焦点調節手段の目標位置との差が所定値以内となる焦点検出が所定回数連続して発生した場合とすることを特徴とするカメラ。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のカメラにおいて、
   前記撮像素子により撮像された画像を表示する表示手段と備え、
   前記表示手段は、前記第二焦点調節手段が目標位置の前後に前記撮影光学系をサーチ駆動してコントラストがピークとなる前記撮影光学系の位置を検出する際に、前記目標位置において前記撮像素子により撮像した画像を表示手段に表示することを特徴とするカメラ。
8. 撮影光学系による被写体像が結像される撮像面に撮像用画素と焦点検出用画素とが備えられた撮像素子と、
   第１の焦点検出領域について前記焦点検出用画素の出力を用いて位相差検出方式による前記撮影光学系の焦点調節制御である第１制御を行い、前記第１の焦点検出領域よりも広い第２の焦点検出領域について前記撮像用画素の出力を用いてコントラスト方式による前記撮影光学系の焦点調節制御である第２制御を行う焦点調節制御部と、
   前記撮像素子により撮像された画像を用いて主要被写体を認定する画像処理部とを有し、
   前記第２制御が行われている場合に、前記主要被写体が前記第１の焦点検出領域の端部で検出されたとき前記第２制御から前記第１制御への切り換えを予測する予測部と、
   前記予測部により前記第２制御から前記第１制御への切り換えが予測されたとき前記第２制御から前記第１制御への切り換えを行う切換部とを有するカメラ。
9. 請求項８に記載のカメラにおいて、
   前記焦点調節制御部は、前記第２制御が行われている場合に、前記主要被写体が前記第１の焦点検出領域の端部で検出されたとき、前記第１制御を起動し、前記第１制御が起動した後に、前記第２制御から前記第１制御に変更するカメラ。
10. 請求項８または９に記載のカメラにおいて、
    前記画像処理部は、前記主要被写体として顔を認識するカメラ。
11. 請求項８乃至１０の何れか一項に記載のカメラにおいて、
    前記第１の焦点検出領域は、位相差検出方式により合焦位置の検出が可能な複数の焦点検出領域を含み、
    前記第１の焦点検出領域の端部は、前記複数の焦点検出領域のうちの端に備えられた前記焦点検出領域の位置であるカメラ。
    

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