CN105593737A - 焦点检测装置和焦点检测方法 - Google Patents

Abstract

提供即使是非常模糊的被摄体也能够迅速对焦的焦点检测装置和焦点检测方法。焦点检测装置接收分割为像的被摄体像并进行光电转换，根据与规定AF区域对应的基准部和参照部的像素数据进行相关运算，运算散焦量，该焦点检测装置具有多个滤波器部，该多个滤波器部具有不同的频率特性，对像素数据进行滤波处理，检测由多个像素数据构成的被摄体像数据的对比度(S7)，根据该检测结果选择多个滤波器部中的任意一方(S9～S13)，根据由选择出的滤波器部对基准部和参照部的像素数据进行滤波处理后得到的像素数据进行相关运算，运算散焦量(S15)。

Description

焦点检测装置和焦点检测方法

技术领域

本发明涉及焦点检测装置和焦点检测方法，详细地讲，涉及如下的焦点检测装置和焦点检测方法：具有包含对焦镜头的摄影镜头，经由该摄影镜头接收光瞳分割后的被摄体像并生成像数据，根据该像数据进行焦点检测。

背景技术

公知有如下的相位差AF方式的焦点检测装置：经由摄影镜头接收光瞳分割后的被摄体像而生成像数据，使用该像数据进行相关运算，求出相位差并驱动到对焦位置。在该相位差AF方式中，在散焦量较大的状态(非常模糊(大ボケ)状态)下很难进行相位差AF检测。因此，在专利文献1所公开的焦点检测装置中，将镜头位置从第1位置驱动到第2位置，根据此时取得的对比度评价值来判断驱动方向。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-139942号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述专利文献1所公开的焦点检测装置中，能够决定适当的对焦驱动方向。但是，在决定驱动方向时，需要将镜头位置从第1位置驱动到第2位置，所以，对焦之前的时间相应增加。特别是针对相位差AF法难以实现的低对比度被摄体或散焦量较大的被摄体，存在到成为对焦之前花费时间的问题。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供即使是非常模糊的被摄体也能够迅速对焦的焦点检测装置和焦点检测方法。

用于解决课题的手段

本发明的第1方式的焦点检测装置具有：摄像元件，其具有限制了入射光束的入射方向的焦点检测用像素；像素数据生成部，其根据上述焦点检测用像素的输出，生成与规定的AF区域对应的基准部和参照部的焦点检测用的像素数据；多个滤波器部，它们具有不同的频率特性，对上述像素数据进行滤波处理；检测部，其检测由上述基准部和参照部的多个像素数据构成的被摄体像数据的对比度；以及运算部，其根据上述检测部输出的对比度从上述多个滤波器部中选择滤波器部，根据由选择出的滤波器部对上述基准部和参照部的像素数据进行滤波处理后得到的像素数据来进行相关运算，运算散焦量。

在本发明的第2方式的焦点检测装置的焦点检测方法中，该焦点检测装置具有：摄像元件，其具有限制了入射光束的入射方向的焦点检测用像素；以及多个滤波器部，它们具有不同的频率特性，对上述像素数据进行滤波处理，所述焦点检测方法具有以下步骤：根据上述焦点检测用像素的输出，生成与规定的AF区域对应的基准部和参照部的焦点检测用像素数据；检测由上述基准部和参照部的多个像素数据构成的被摄体像数据的对比度；以及根据检测到的对比度从上述多个滤波器部中选择滤波器部，根据由选择出的滤波器部对上述基准部和参照部的像素数据进行滤波处理后得到的像素数据来进行相关运算，运算散焦量。

发明效果

根据本发明，能够提供即使是非常模糊的被摄体也能够迅速对焦的焦点检测装置和焦点检测方法。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的照相机的主要电气结构的框图。

图2是示出本发明的一个实施方式的照相机的AF运算部的详细情况的框图。

图3是示出由本发明的一个实施方式的照相机的摄像元件的相位差AF检测用像素和摄像用像素构成的像素的配置的图。

图4是本发明的一个实施方式的照相机的摄像元件的一个测距区域的放大图。

图5是说明本发明的一个实施方式的照相机中的测距方法的图。

图6是说明本发明的一个实施方式的照相机中的测距方法的图。

图7是示出本发明的一个实施方式的照相机中、相关运算结果的曲线图。

图8是示出本发明的一个实施方式的照相机中、滤波器A的图，(a)是示出滤波器A的结构的框图，(b)是示出滤波器A的频率特性的图。

图9是示出本发明的一个实施方式的照相机中、滤波器B的图，(a)是示出滤波器B的结构的框图，(b)是示出滤波器B的频率特性的图。

图10是示出本发明的一个实施方式的照相机中、滤波器C的结构的框图。

图11是示出本发明的一个实施方式的照相机中、滤波器C的频率特性的图。

图12是示出本发明的一个实施方式的照相机中、通过相位差AF对大散焦状态的低对比度被摄体像进行光瞳分割后的图像数据的图。

图13是示出本发明的一个实施方式的照相机中、通过滤波器A对图12所示的图像数据进行滤波处理后的图像数据的图。

图14是示出本发明的一个实施方式的照相机中、通过滤波器B对图12所示的图像数据进行滤波处理后的图像数据的图。

图15是示出本发明的一个实施方式的照相机中、对焦位置较远的情况下的相关运算结果的一例的图。

图16是示出本发明的一个实施方式的照相机中、对焦位置较近的情况下的相关运算结果的一例的图。

图17是示出本发明的一个实施方式的照相机中、镜头扫描驱动的一例的图。

图18是示出本发明的一个实施方式的照相机中、对运动体进行拍摄的状况的图。

图19是示出本发明的一个实施方式的照相机中、相位差AF的动作的流程图。

图20是示出本发明的一个实施方式的照相机中、相位差AF的动作的流程图。

具体实施方式

下面，根据附图，使用应用了本发明的焦点检测装置的数字照相机(以下简记为“照相机”)对优选实施方式进行说明。该数字照相机接收分割为2个像的被摄体像并进行光电转换(参照后述图4等)，根据与规定的AF区域对应的基准部和参照部的像素数据进行相关运算，运算散焦量(参照后述图5、图2的散焦量运算部/可靠性评价部37等)。

图1是示出本发明的一个实施方式的照相机的主要电气结构的框图。本实施方式的照相机由更换镜头镜筒10和照相机主体20构成。在本实施方式中，分开构成更换镜头镜筒10和照相机主体20，但是，当然也可以如一般的小型照相机那样一体构成。

在更换镜头镜筒10内配置有摄影镜头11。摄影镜头11由用于形成被摄体S的光学像的多个光学镜头构成，包含对焦镜头。并且，在更换镜头镜筒10内设置有致动器12和镜头控制部13。镜头控制部13从照相机主体20内的AF运算部23接收散焦量，根据这些信息进行致动器12的控制。致动器12使摄影镜头11内的对焦镜头在光轴方向上移动，进行对焦。另外，对焦镜头的位置由镜头位置检测部(未图示)检测，经由通信部(未图示)发送到照相机主体20。

在照相机主体20内设置有摄像元件21、图像处理部22、AF运算部23、记录部24。摄像元件21配置在摄影镜头11的光轴上的、被摄体像的成像位置附近。摄像元件21具有多个像素，该多个像素具有将被摄体像(光学像)转换为电信号的光电转换部。多个像素包含构成为对入射到像素的光束的入射方向进行限制的相位差AF检测用像素(也称为焦点检测用像素)、以及构成为与相位差AF检测用像素相比不对入射到像素的光束进行限制的摄像用像素(也称为通常像素)，多个像素二维排列。使用图3和图4在后面叙述摄像元件21的相位差AF检测用像素和摄像用像素的配置。

摄像元件21将从相位差AF检测用像素和摄像用像素输出的像素值输出到图像处理部22和AF运算部23。图像处理部22输入像素值内的来自摄像用像素的像素值，进行实时取景显示用图像和记录用图像用的图像处理。并且，图像处理部22将进行了记录用的处理后的图像数据输出到记录部24。记录部24具有可电改写的非易失性存储器，输入记录用的图像数据并进行记录。并且，图像处理部22使用像素值检测被摄体的面部，输出该面部的中心坐标位置，并且检测面部中的眼睛等器官，输出该器官的特定坐标位置。并且，图像处理部22使用像素值进行被摄体跟踪。

AF运算部23输入像素值内的来自相位差AF检测用像素的像素值，进行基于相位差AF的AF运算。在AF运算时，根据从图像处理部22取得的中心坐标位置、特定坐标位置，设定与相位差AF检测用像素的位置对应的测距区域，针对该设定的测距区域运算散焦量(包含散焦方向)和对比度评价值。根据该运算出的散焦量和对比度评价值，将摄影镜头11内的对焦镜头驱动到对焦位置。并且，在被摄体为周期性的情况下，AF运算部23进行用于运算散焦量的相关值的极值的选择，以使得能够驱动到真正的对焦位置。

接着，使用图2对AF运算部23的详细情况进行说明。像素值21a是从摄像元件21输出的像素值，暂时存储在SDRAM(未图示)等中。

并且，在图像处理部22内设置有面部检测部22a。该面部检测部22a根据来自摄像元件21的摄像用像素(通常像素)的像素值，判定被摄体像中是否存在面部，在包含面部的情况下，检测其位置(中心坐标位置)和大小等。进而，进行右眼、左眼、鼻子等器官的检测，还检测该器官的特定坐标位置。由面部检测部22a检测到的中心坐标或特定坐标位置输出到AF运算部23内的AF测距点设定部33。

并且，在图像处理部22内设置有跟踪部22b。该跟踪部22b根据来自摄像元件21的摄像用像素的像素值进行被摄体的跟踪。例如，针对由面部检测部22a检测到的面部的位置或由拍摄者指定的被摄体(跟踪对象)的位置，每当从摄像元件21输出像素值时，通过对像素值进行比较，检测相同被摄体(跟踪对象)移动到何处，由此进行跟踪。由跟踪部22b检测到的跟踪对象的中心坐标或特定坐标位置输出到AF运算部23内的AF测距点设定部33。

AF测距点设定部33根据由面部检测部22a或跟踪部22b检测到的中心坐标位置或特定坐标位置，设定与其对应的测距点。摄像元件21被划分为多个测距区域，从该多个测距区域中设定位于中心坐标位置或特定坐标位置的附近的测距点，将所设定的各测距点的中心坐标输出到测距区域设定部35。

相位差像素生成部34输入像素值21a内的相位差AF检测用像素的图像数据，生成相位差AF检测用的像素列，将其输出到散焦量运算部/可靠性评价部37。相位差像素生成部34作为如下的像素数据生成部发挥功能：根据相位差AF检测用像素(焦点检测用像素)的输出，生成与规定的AF区域对应的基准部和参照部(参照图5的窗口WL和WR)的焦点检测用的像素数据。

测距区域设定部35输入来自AF测距点设定部33的各测距区域的中心坐标，设定测距区域，将其输出到对比度值判定部/滤波器选择部36。在本实施方式中，设置多个测距区域，各测距区域的位置预先固定。根据来自AF测距点设定部33的中心区域或主被摄体(例如面部)的尺寸等信息，设定最适当的测距区域。但是，根据中心区域或主被摄体的尺寸等，有时主被摄体跨越多个测距区域，该情况下设定多个测距区域。

对比度值判定部/滤波器选择部36从像素值21a输入焦点检测用像素的像素值，并且从AF测距点设定部33输入各测距区域的中心坐标。使用这些信息运算所设定的测距区域的对比度评价值，进行该对比度值的判定。然后，使用该判定结果，如后所述，进行滤波处理中使用的滤波器的选择。该对比度值判定部/滤波器选择部36作为检测由基准部和参照部的多个像素数据构成的被摄体像数据的对比度的检测部发挥功能。对比度评价值的判定结果和滤波器的选择结果输出到散焦量运算部/可靠性评价部37。

散焦量运算部/可靠性评价部37在基于相位差AF法的散焦量的运算时，使用由对比度值判定部/滤波器选择部36选择出的滤波器，对来自相位差像素生成部34的相位差AF检测用像素列的图像数据进行滤波处理。因此，散焦量运算部/可靠性评价部37具有多个滤波器。该多个滤波器作为具有不同的频率特性、对像素数据进行滤波处理的多个滤波器部发挥功能。滤波器使用图8～图11在后面叙述。

散焦量运算部/可靠性评价部37使用进行滤波处理后的图像数据，通过相位差AF法运算散焦量，将各测距区域的相关运算结果和散焦量输出到镜头驱动选择部38。该散焦量运算部/可靠性评价部37作为如下的运算部发挥功能：根据检测部输出的对比度而从多个滤波器部中选择滤波器部，根据由选择出的滤波器部对基准部和参照部的像素数据进行滤波处理后得到的像素数据来进行相关运算，运算散焦量。并且，散焦量运算部/可靠性评价部37作为判定运算部的输出的可靠性的可靠性判定部发挥功能。基于相位差AF的散焦量的运算和可靠性的判定使用图5～图7在后面叙述。

镜头驱动选择部38从散焦量运算部/可靠性评价部37输入相关运算结果和散焦量，进行镜头驱动方法的选择以及镜头驱动方向的选择。作为镜头驱动方法，在本实施方式中，存在向与所输入的散焦量对应的镜头位置驱动对焦镜头的散焦驱动、以及在最近端与无限远端之间扫描对焦镜头并取得对比度评价值的镜头扫描驱动。镜头驱动选择部38根据相关运算结果等，选择任意一个镜头驱动方法。并且，作为镜头驱动方向，存在最近端方向和无限远方向，根据相关运算结果来决定。镜头驱动选择部38输出散焦量，镜头控制部13(参照图1)使用该散焦量进行摄影镜头11内的对焦镜头的驱动控制。

接着，使用图3和图4对摄像元件21和测距区域进行说明。在图3所示的例子中，摄像元件21被分割为列方向X1-X7、行方向Y1-Y7，这些49个区域中的每一个成为测距区域。标号21b所示的区域用(X1、Y1)表示。设各区域的各测距区域的中心点21c为测距区域的中心坐标。

图4示出一个测距区域的像素的配置例。如图4所示，图3所示的各测距区域的内部由相位差AF检测用像素和摄像用像素构成。

在图4所示的测距区域中，在列方向上交替排列有左开口相位差AF检测用像素21d、摄像用像素21e、右开口相位差AF用像素21f。即，在最左侧的列中，L11、L21、L31、L41是左开口相位差AF用像素21d，R11、R21、R31、R41是右开口相位差AF像素21f，在它们之间排列有摄像用像素21e。而且，从最左侧起的第2列仅为摄像用像素21e。此后，交替反复配置包含相位差AF检测用像素的列和仅由摄像用像素构成的列。

另外，在本实施方式中，包含相位差AF检测用像素的列和仅由摄像用像素构成的列隔开1列，但是，当然也可以在包含相位差AF检测用像素的列与包含相位差AF检测用像素的列之间配置2列以上的仅由摄像用像素构成的列。

关于由相位差像素生成部34(参照图2)生成的AF像素列，按照各像素列计算来自左开口AF检测用像素的像素值的平均值或来自右开口AF检测用像素的像素值的平均值。在本实施方式中，各像素列为4像素，所以，按照各像素列进行相加后除以4。即，是通过以下的运算而生成的。

左开口AF检测用像素列：

L1＝(L11+L21+L31+L41)/4

L2＝(L12+L22+L32+L42)/4

L3＝(L13+L23+L33+L43)/4

···

Ln＝(L1(n)+L2(n)+L3(n)+L4(n))/4

右开口AF检测用像素列：

R1＝(R11+R21+R31+R41)/4

R2＝(R12+R22+R32+R42)/4

R3＝(R13+R23+R33+R43)/4

···

Rn＝(R1(n)+R2(n)+R3(n)+R4(n))/4

并且，在图4所示的例子中，左上坐标是(X1,Y1)，右下坐标是(Xr,Yr)，测距区域中心坐标21c是(Xk,Yk)。由于测距区域的中心坐标(Xc[k],Yc[k])成为从面部中心坐标/特定坐标(Xco,Yco)起分别按照测距区域附加任意长度(a[k],b[k])后的位置(在本实施方式中k＝1～7)，所以，

Xc[k]＝Xco+a[k]、Yc[k]＝Yco+b[k]

另外，k是测距区域的编号，设为k＝0、1、2、····、Area_num-1(Area_num：测距区域数)。

散焦量运算部/可靠性评价部37从测距区域的中心(Xc[k],Yc[k])加减(c[k],d[k])(c[k]、d[k]是按照各区域预先决定的数值、相关运算的x、y方向范围)，定义左上坐标(X1[k],Y1[k])＝(Xc[k]-c[k],Yc[k]-d[k])、右下坐标(Xr[k],Yr[k])＝(Xc[k]+c[k],Yc[k]+d[k])，在该范围内进行求出使用图5～图7说明的基于相位差AF的散焦量的运算。

图6是示出相位差AF的测距原理的图。在来自摄影镜头11的光束中设置右开口R和左开口L，当在摄像元件21上对与基于仅右开口R的光束的像素输出相当的像OR和与基于仅左开口L的光束的像素输出相当的像OL进行比较时，在未对焦的情况下，两个像OR、OL偏移移位量ZR。并且，在分开散焦量d的对焦位置，两个像IN一致。因此，求出移位量ZR，根据移位量ZR求出散焦量d，根据散焦量d使摄影镜头11移动到对焦位置即可。另外，图6中的标号G表示左右开口的重心间的距离，F表示从摄像面到光瞳的距离。

图5的(a)(b)示出与左开口相位差AF检测用像素列L1～L(n)的排列位置对应的像素值(像素边缘成分)(相当于图6的像OL)。并且，图5的(c)(d)示出与右开口相位差AF检测用像素列R1～R(n)的排列位置对应的像素值(像素边缘成分)(相当于图6的像OR)。根据这些求出投影到左右开口的像素列的被摄体像的相关性。被摄体像的形状最相似的相位差AF检测用像素位置的差成为移位量(视差)ZR。

关于移位量，例如，固定与左开口的像素列对应的窗口WL，使与右开口的像素列对应的窗口WR一个像素一个像素地偏移，当与右开口的像素列对应的窗口WR的移动结束后，接着，固定与右开口的像素列对应的窗口WR，使与左开口的像素列对应的窗口WL一个像素一个像素地偏移。根据此时的窗口WL内的左开口相位差AF检测用像素值与窗口WR内的右开口相位差AF检测用像素的差分的累积值求出评价值Fm。该评价值Fm成为最小值时的偏移量成为移位量ZR。

图7是示出评价值Fm成为最小值的附近的相位差AF检测用像素的位置和Fm的曲线图。在该曲线图中，在相位差AF检测用像素的位置为min处，评价值Fm最小。这里，由于评价值Fm是离散的数据，所以，使用最小值附近的多个评价值Fm进行插值处理，求出真正的最小值，计算移位量ZR。

求出移位量ZR后，能够根据移位量ZR，通过下述式(1)计算散焦量d。即，根据图6所示的关系，

G：ZR＝(F+d)：d

(F+d)*ZR-dG＝0

d＝F*ZR/(G-ZR)···(1)

其中，d：散焦量

F：从摄像元件到光瞳的距离

ZR：移位量

G：左右开口的重心间的距离

散焦量运算部/可靠性评价部37使用评价值Fm的相关值斜率Fs作为相位差AF的可靠值。即，在图7所示的例子中，运算穿过评价值Fm的最小值(FMIN)和该最小值的前后2个Fm中的较大一方的评价值FM的直线的斜率Fs[k]作为表示可靠性的评价值，进行输出。用斜率Fs[k]近似的极小值ans1表示左开口和右开口的2个像的相关性最高的移位量，该值成为2个像中间值。在上述(1)式的ZR中代入移位量ans1，计算散焦量d。

接着，使用图8～图11对本实施方式中的滤波器进行说明。图8(a)是示出滤波器A的结构的框图，图8(b)是示出滤波器A的频率特性的图。如图8(a)所示，滤波器A由延迟电路Delay1～Delay5、增益1/3的放大器0～5、3个加法电路构成。当对输入In输入来自相位差像素生成部34的相位差AF检测用像素列的图像数据时，进行滤波处理，从输出Out1输出作用有图8(b)所示的频率特性的信号。

在仅强调高频成分、重视测距精度的情况下使用该滤波器A。即，关于滤波器A，在图8(b)中，高频区域R中的增益超过0dB(1倍)。

图9(a)是示出滤波器B的结构的框图，图9(b)是示出滤波器B的频率特性的图。如图9(a)所示，滤波器B由延迟电路Delay1～Delay2、增益1/3的放大器0～2、一个加法电路构成。当对输入In输入来自相位差像素生成部34的相位差AF检测用像素列的图像数据时，进行滤波处理，从输出Out1输出作用有图9(b)所示的频率特性的信号。

关于滤波器B，不仅是高频，由于保留低频成分，测距精度不足，但是，能够在较宽的散焦范围内检测散焦量。即，关于滤波器B，如图9(b)所示，增益为0dB(1倍)，从低频到高频具有大致平面的频率特性。

图10是示出滤波器C的结构的框图，图11是示出滤波器C的频率特性的图。如图10所示，滤波器C由延迟电路Delay1～Delay14、增益1/3的放大器0～5、3个加法电路构成。当对输入In输入来自相位差像素生成部34的相位差AF检测用像素列的图像数据时，进行滤波处理，从输出Out1输出作用有图11所示的频率特性的信号。

与滤波器A同样，在进一步强调高频成分、重视测距精度的情况下使用滤波器C。但是，滤波器C是与滤波器A不同的频率特性，在不同的频率区域中超过增益0dB(1倍)。

这样，在本实施方式中，如滤波器A～C那样具有多个滤波器。这多个滤波器作为具有规定频率特性的第1滤波处理部(例如滤波器A、C)、以及与第1滤波处理部的频率特性相比具有在低频成分中具有更大增益的频率特性的第2滤波处理部(例如滤波器B)发挥功能。

接着，使用图12～图14对输入了相位差AF检测用像素列的图像数据时的滤波处理进行说明。

图12示出对大散焦状态(非常模糊状态)的低对比度被摄体进行摄像时、左右相位差AF像素数据(从相位差像素生成部34输出的左右开口像素列)的一例。在图12中，横轴是像素坐标，纵轴是像素值，由于对焦镜头不是对焦状态，所以，右开口像素DR和左开口像素DL的像素值不一致。AF测距区域范围Raf表示由测距区域设定部35设定的测距区域。对比度值判定部/滤波器选择部36计算AF测距区域范围Raf内的右开口像素DR的最大值与最小值的差分D1以及AF测距区域范围Raf内的左开口像素DL的最大值与最小值的差分D2，取得D1与D2的相加值作为对比度值Dc。

图13示出通过滤波器A对图12所示的左右相位差AF像素数据实施滤波处理后的图像数据。由于滤波器A对高域成分进行强调、对低域成分进行抑制，所以，去除了图12的像素数据中的低频成分，相反，仅成为高频成分，无法判别被摄体像的边缘。因此，在通过滤波器A进行滤波处理的情况下，在当前的对焦镜头位置接近被摄体的对焦位置且高频成分较大的图像数据的情况下，能够进行高精度的测距。但是，针对图12所示的大散焦状态的被摄体的图像数据，效果减小，无法进行测距。

图14示出通过滤波器B对图12所示的左右相位差AF像素数据实施滤波处理后的图像数据。滤波器B与滤波器A相比，还使低域成分也能够通过图像数据，所以，保留图12的像素数据中的低频成分，能够进行被摄体像的边缘的判别，能够进行测距。因此，与滤波器A的情况相比，对焦镜头位置接近被摄体的对焦位置的情况下的测距精度恶劣，但是，针对图12所示的大散焦状态的被摄体，能够充分进行测距。

在本实施方式中，具有多个滤波器，根据被摄体像来切换滤波器。作为滤波器的切换方法，如果左右相位差AF像素列的图像数据的对比度值Dc低于规定的阈值1，则从通常使用的滤波器A变更为滤波器C。进而，如果低于阈值2，则从通常使用的滤波器A变更为滤波器B。

这样，在本实施方式中，根据图像数据的对比度值来进行滤波器的切换。即，在检测部(例如对比度值判定部/滤波器选择部36)输出的对比度小于规定值的情况下，运算部(例如散焦量运算部/可靠性评价部37)选择具有在低频成分中具更大增益的频率特性的第2滤波处理部(例如滤波器B)进行运算。

另外，在本实施方式中，作为对比度值Dc，设为AF测距区域范围Raf的范围内的左右相位差AF像素列的最大值与最小值的差分的相加值(Dc＝D1+D2)。即，在相位差AF的相关运算时，检测摄像元件21的基准部的多个像素数据中的最大值与最小值之差和参照部的多个像素数据中的最大值与最小值之差的相加值。但是，不限于此，也可以通过其他方法求出。例如，代替Dc＝D1+D2，也可以使用D1或D2。并且，也可以使用AF测距区域内的中央部分(除了两端像素以外)的最大值与最小值之差。

接着，使用图15～图17对镜头驱动选择部38中的镜头驱动方法的选择进行说明。图15示出当前的对焦镜头位置与对焦位置较远的情况下的相关运算的结果的一例，横轴表示移位量，纵轴表示相关值。在该例子中，在移位量S1，相关值为最小值即FMIN，并且，在连结FMIN和位于FMIN左右的相关值的直线的斜率内，右侧的直线的斜率Fs[k]大于左侧的直线的斜率。

在本实施方式中，根据与相关值的最小值FMIN对应的左右的直线的斜率内的较大一方的斜率(Fs[k])来选择镜头驱动方法。即，对较大一方的斜率(Fs[k])和规定的阈值进行比较，如果斜率Fs[k]低于规定的阈值，则判断为当前的对焦镜头位置与对焦位置较远，进行镜头扫描。镜头扫描使用图17在后面叙述。

图16示出当前的对焦镜头位置与对焦位置较近的情况下的相关运算的结果的一例。在该例子中，在移位量S2，相关值为最小值即FMIN，并且，在与FMIN对应的左右的直线的斜率内，右侧的直线的斜率FS(k)大于左侧的直线的斜率。在图16所示的例子中，对较大一方的斜率(FS(k))和规定的阈值进行比较，如果斜率FS(k)高于规定的阈值，则判断为当前的对焦镜头位置与对焦位置较近，进行散焦驱动。散焦驱动是指，以通过相关运算而计算出的散焦量对对焦镜头进行驱动。

在由于测距结果的可靠性较低而无法检测对焦点的情况下、或检测到周期性被摄体的情况下，实施镜头扫描。镜头扫描是使对焦镜头以一定速度从对焦镜头的驱动范围的端点侧朝向另一个端点侧移动的动作。图17所示的例子示出如下状况：从当前位置Pa朝向最近端点(最近位置)Pn驱动对焦镜头，进而从最近端点(最近位置)Pn朝向无限远端点(无限远位置)Pf进行驱动。一边驱动对焦镜头一边从相位差AF检测用像素或摄像用像素取得像素值，与对焦镜头位置相关联地取得基于相位差AF的测距结果和对比度评价值并进行存储。例如，在图11中，在标注了倒三角形的位置处取得像素值，取得基于相位差AF的测距结果和对比度评价值。在测距结果的可靠性较高的位置处停止对焦镜头，再次进行测距。

接着，使用图18对被摄体为运动体时的拍摄时或移动照相机的拍摄时的滤波器的切换进行说明。

图18(a)示出对运动体的被摄体进行拍摄的状况。即，在照相机的框架F固定的状态下，针对运动的被摄体Ob在位置O1处进行对焦后，被摄体Ob移动到位置O2。在无法测距状态持续一定时间的情况下，由于散焦量较大，所以很难进行相位差AF。这种情况下，通过从滤波器A变更为滤波器B，能够再次进行测距。

并且，当反复进行多次镜头扫描驱动时，对拍摄者造成不快感，所以，一般情况下，当一次镜头扫描完成后，设置表示该状态的标志，不会再次进行镜头扫描。但是，在图18(a)所示的状态下，即使在一次完成的情况下，也可以通过清除表示该状态的标志，能够再次进行镜头扫描。

在图18(b)中，在对作为运动体的被摄体Ob进行拍摄时，结合被摄体Ob的运动对照相机进行摇摄，从帧F1变化为帧F2。这种情况下，有时无法对焦且持续无法测距。在持续一定时间无法测距的情况下，认为由于被摄体为低对比度或散焦量较大，所以很难进行相位差AF。这种情况下，通过从滤波器A变更为滤波器B，由此能够再次进行测距。

并且，在变更滤波器后也在一定时间内无法测距的情况下，也可以通过清除表示镜头扫描完成状态的标志，能够再次进行镜头扫描。另外，在标志清除之前待机一定时间是为了不使用户不愉快。

接着，使用图19和图20对本实施方式中的相位差AF的动作进行说明。另外，根据存储在非易失性存储器(未图示)中的程序，未图示的CPU等对图1、2所示的各部进行控制，由此执行该流程。

进入图19所示的相位差AF的流程后，首先，判定1R是否接通(S1)。1R是根据释放按钮的半按操作而接通的开关。在该步骤中，根据该开关的状态进行判定。在该判定结果为1R未接通的情况下，结束相位差AF的流程(S3)。

在步骤S1中的判定结果为1R接通时，取得相位差AF像素(S5)。如上所述，摄像元件21具有相位差AF检测用像素和摄像用像素。在该步骤中，取得来自相位差AF检测用像素的像素值。

在取得相位差AF像素后，接着，进行对比度值的判定(S7)。这里，对比度值判定部/滤波器选择部36使用来自相位差像素生成部34的相位差AF检测用像素的像素值计算对比度值。作为对比度值，例如可以如使用图12说明的那样计算测距区域内的最大值与最小值的差分的和Dc，除此以外，例如，也可以通过相邻像素的差分的累积和等公知方法进行计算。

在步骤S7中取得对比度值后，接着，判定对比度值是否小于规定的阈值(S9)。这里，对步骤S7中取得的对比度值和规定的阈值进行比较来判定。由于该判定是为了选择滤波器A、B而进行的，所以，根据滤波器的特性来设定阈值即可。

另外，在图19所示的流程中，为了选择滤波器A和滤波器B这两种，阈值为一个，但是，如果还能够选择使用图10、11说明的滤波器C，则准备两个阈值。即，结合能够准备的滤波器的数量即可。并且，在步骤S9中判定是否“小于”，但是不限于此，也可以是“以下”。关于这点，在后述步骤S17中也是同样的。

在步骤S9中的判定结果为对比度值小于规定的阈值的情况下，变更为滤波器B(S11)。由于对比度值小于规定的阈值，所以是对比度较低、非常模糊(大散焦量)的情况，因此变更为具有图9所示的频率特性的滤波器B。与滤波器A相比，滤波器B还保留图像数据的低频成分，所以，即使是非常模糊的被摄体，也容易通过相位差AF来计算散焦量。

另一方面，在步骤S9中的判定结果为对比度值为规定的阈值以上的情况下，依然为滤波器A(S13)。由于对比度值为规定的阈值以上，所以被摄体像具有对比度，该情况下，继续使用具有图8所示的频率特性的滤波器A。与滤波器B相比，滤波器A对图像数据的高频成分进行强调，所以，能够高精度地计算散焦量。

在步骤S11或S13中选择滤波器后，接着，进行相关运算(S15)。这里，散焦量运算部/可靠性评价部37通过步骤S11、S13中选择出的滤波器对来自相位差像素生成部34的相位差AF检测用像素列的图像数据(像素值)实施滤波处理后，进行相关运算。

进行相关运算后，接着，判定是否小于规定的阈值(S17)。这里，判定步骤S15中的相关运算时运算出的表示可靠性的斜率Fs[k]是否小于规定的阈值。使用图7，如上所述，设与相关运算值的最小值对应的前后的直线的斜率内的最大值为表示可靠性的斜率Fs[k]。并且，如使用图15和图16说明的那样，对斜率Fs[k]和规定的阈值进行比较，如果斜率Fs[k]低于规定的阈值，则判断为当前的对焦镜头位置与对焦位置较远，另一方面，如果斜率Fs[k]高于规定的阈值，则判断为与对焦位置较近。另外，表示相关运算的可靠性的指标存在各种检测方法，也可以采用多个相关运算值的差分，进而，还可以采用该差分除以相关运算值的最小值FMIN并进行标准化的数值。

在步骤S17中的判定结果为规定的阈值以上的情况下，进行散焦驱动(S19)。这里，根据通过步骤S15中的相关运算而求出的散焦量，镜头控制部13以散焦量进行摄影镜头11内的对焦镜头的驱动。

在步骤S17中的判定结果为小于规定的阈值的情况下，判定镜头扫描驱动是否已完成(S21)。由于相关运算的结果为斜率Fs[k]小于规定值，所以，是判断为当前的对焦镜头位置与对焦位置较远的情况。该情况下，通过镜头扫描来探索对焦位置，但是，反复进行镜头扫描对于拍摄者来说很不快。因此，在本实施方式中，除了运动体被摄体的情况和移动照相机的情况以外，在1R接通后，仅进行一次镜头扫描。

在步骤S21中的判定结果为镜头扫描驱动未完成的情况下，进行镜头扫描驱动(S23)。这里，例如，如使用图17说明的那样，进行如下动作：使对焦镜头以一定速度从对焦镜头的驱动范围的端点侧朝向另一个端点侧移动，并且从相位差AF检测用像素或摄像用像素取得像素值，与镜头位置相关联地取得基于相位差AF的测距结果和对比度评价值并进行存储。

另一方面，在步骤S21中的判定结果为镜头扫描驱动未完成的情况下，判定是否是运动体(S41)。这里，图像处理部22使用摄像用像素(通常像素)的像素列判定被摄体是否是运动体。上述图18(a)所示的被摄体Ob是运动体的例子。

在步骤S41中的判定结果为不是运动体的情况下，判定是否是摇摄/倾斜(S43)。摇摄是指使照相机横向摆动的动作，倾斜是指使照相机上下摆动的动作。在照相机内设置陀螺仪传感器(未图示)等检测照相机的运动的传感器，根据来自该传感器的输出来判定是否进行了摇摄或倾斜操作。上述图18(b)是摇摄/倾斜的例子。

在步骤S41中判定为运动体的情况下、或步骤S43中判定为摇摄/倾斜的情况下，判定可靠性较低的状态是否持续了规定时间(S45)。如使用图18说明的那样，在运动体被摄体的情况下或进行了摇摄/倾斜操作的情况下，可能持续无法测距。因此，在该步骤中，根据相关运算中的斜率Fs[k]来判定这种可靠性较低的状态是否持续了规定时间。

在步骤S43中的判定结果为不是摇摄/倾斜的情况下、或步骤S45中的判定结果为可靠性较低的状态未持续规定时间的情况下，返回步骤S1，进行所述动作。

另一方面，在步骤S45中的判定结果为可靠性较低的状态持续了规定时间的情况下，与步骤S11同样，变更为滤波器B(S47)。基于滤波器B的处理与基于滤波器A的处理相比，在相位差AF检测像素列的图像数据(像素值)中还充分保留低频成分，所以，即使是非常模糊的被摄体，也容易通过相位差AF来计算散焦量。

在步骤S47中变更为滤波器B后，进入步骤S23，进行镜头扫描驱动。如上所述，在运动体被摄体的情况下、以及进行了摇摄/倾斜操作的情况下，容许反复进行镜头扫描驱动。

在步骤S23中进行镜头扫描驱动后、或步骤S19中进行散焦驱动后，接着，与步骤S1同样，判定1R是否接通(S25)。在该判定结果为1R断开的情况下，处于手指从释放按钮离开的状态，结束相位差AF的流程(S29)。

在步骤S25中的判定结果为1R接通的情况下，接着，判定2R是否接通(S27)。2R是根据释放按钮的全按操作而接通的开关。在该步骤中，根据该开关的状态来进行判定。在该判定结果为2R未接通的情况下，返回步骤S1，进行所述动作。

另一方面，在步骤S27中的判定结果为2R接通的情况下，进行拍摄动作(S31)。这里，在由快门速度决定的曝光时间内，摄像元件21对被摄体像进行曝光，在曝光时间经过后，从摄像元件21读出摄像用像素(通常像素)的像素值，在图像处理部22中进行图像处理后，在记录部24中记录实施了图像处理后的图像数据。

这样，在本实施方式的相位差AF的流程中，根据对比度值，从多个滤波器中选择最佳的滤波器(S7～S13)。即，在对比度值小于规定值的情况下，选择在低频成分中具有更大增益的频率特性的滤波器B。因此，根据被摄体像的状态，能够确保充分的精度，并生成最佳的相关运算用的像素数据。

并且，在本流程中，根据相关运算结果的可靠性来切换是进行散焦驱动还是进行镜头扫描驱动(S15～S23)。即，在可靠性较高的情况下进行散焦驱动(S19)，在可靠性较低的情况下进行镜头扫描驱动(S23)。因此，能够进行与可靠性对应的镜头驱动，能够使精度和对焦速度最佳化。

并且，在本流程中，在运动体被摄体的情况下或进行了摇摄/倾斜操作的情况下，选择在低频成分中具有更大增益的频率特性的滤波器B。

即，在本实施方式中，具有判别被摄体是否是运动体的运动体判别部、以及检测焦点检测装置的摇摄或倾斜动作的摇摄/倾斜检测部，判定是否是运动体被摄体(图18(a)的例子)，并且判定照相机是否如摇摄/倾斜操作那样移动(图18(b)的例子)。在本实施方式中，在由运动体判别部判定为运动体、且选择第1滤波处理部(例如滤波器A)进行运算的情况下，在由可靠性判定部(例如散焦量运算部/可靠性评价部37)在规定时间以上持续判定为可靠性较低的情况下，选择第2滤波处理部(例如滤波器B)进行运算(例如S41、S45、S47)。

并且，在本实施方式中，具有检测焦点检测装置的摇摄或倾斜动作的摇摄/倾斜检测部，判定照相机是否如摇摄/倾斜操作那样运动(图18(b)的例子)。在本实施方式中，在摇摄/倾斜检测部判定为摇摄/倾斜动作、且选择第1滤波处理部(例如滤波器A)进行运算的情况下，在由可靠性判定部(例如散焦量运算部/可靠性评价部37)在规定时间以上持续判定为可靠性较低的情况下，选择第2滤波处理部(例如滤波器B)进行运算(例如S43～S47)。

这样，在本实施方式中，在被摄体为运动体的情况下或照相机运动的情况下，也很难无法测距。并且，该情况下，通过进行镜头扫描驱动，容易探索对焦点。

如以上说明的那样，在本发明的一个实施方式中，根据像素数据的对比度值选择多个滤波器部中的任意一方，根据由该选择出的滤波器部进行了滤波处理后得到的像素数据进行相关运算，运算散焦量。因此，即使是非常模糊的被摄体，由于适当选择滤波器，所以，也能够迅速进行对焦。即，不需要暂时使对焦镜头移动以运算散焦量，相应地能够缩短焦点检测的时间。

另外，在本发明的一个实施方式中，判定用的对比度值使用相位差AF检测用像素的像素值，但是不限于此，例如，当然也可以使用摄像用像素(通常像素)的像素值进行计算。并且，为了生成分割为2个像的被摄体像，在摄像元件21上设置相位差AF检测用像素，但是不限于此，当然也可以使用半透半反镜等对被摄体光束进行分割，将该分割后的被摄体光束分割为2个像。

并且，在本发明的一个实施方式中，滤波器A～C使用延迟电路等电路元件构成，但是，只要是具有不同频率特性的电路，则不限于图8～图10所示的电路。并且，作为滤波器，不限于硬件，当然也可以通过软件构成。进而，滤波器的数量只要是多个即可，也可以是3个以上。

并且，在本发明的一个实施方式中，作为拍摄用的设备，使用数字照相机进行了说明，但是，作为照相机，可以是数字单反照相机，也可以是小型数字照相机，还可以是摄像机、摄影机这样的动态图像用的照相机，进而，还可以是内置于便携电话、智能手机、便携信息终端(PDA：PersonalDigitalAssist)、个人计算机(PC)、平板型计算机、游戏设备等中的照相机。任意情况下，只要是采用相位差AF方式的设备，则能够应用本发明。

并且，关于本说明书中说明的技术中主要利用流程图说明的控制，多数情况下能够利用程序进行设定，有时也收纳在记录介质或记录部中。关于记录在该记录介质、记录部中的记录方法，可以在产品出厂时进行记录，也可以利用发布的记录介质，还可以经由因特网进行下载。

并且，关于权利要求书、说明书和附图中的动作流程，为了简便而使用“首先”、“接着”等表现顺序的词语进行了说明，在没有特别说明的部位，不是必须按照该顺序进行实施。

本发明不限于上述实施方式，能够在实施阶段在不脱离其主旨的范围内对结构要素进行变形而具体化。并且，通过上述实施方式所公开的多个结构要素的适当组合，能够形成各种发明。例如，也可以删除实施方式所示的全部结构要素中的若干个结构要素。进而，还可以适当组合不同实施方式中的结构要素。

标号说明

10：更换镜头镜筒；11：摄影镜头；12：致动器；13：镜头控制部；20：照相机主体；21：摄像元件；21a：像素值；21c：测距区域中心点；21d：左开口相位差AF检测用像素；21e：摄像用像素；21f：右开口相位差AF检测用像素；22：图像处理部；22a：面部检测部；22b：跟踪部；23：AF运算部；24：记录部；33：AF测距点设定部；34：相位差像素生成部；35：测距区域设定部；36：对比度值判定部/滤波器选择部；37：散焦量运算部/可靠性评价部；38：镜头驱动选择部；DL：左开口像素值；DR：右开口像素值；D1、D2、Dc：对比度值；d：散焦量；Raf：AF区域范围；Rh：高频成分；S：被摄体；ZR：移位量。

Claims (14)

1.一种焦点检测装置，其特征在于，该焦点检测装置具有：

摄像元件，其具有限制了入射光束的入射方向的焦点检测用像素；

像素数据生成部，其根据上述焦点检测用像素的输出，生成与规定的AF区域对应的基准部和参照部的焦点检测用的像素数据；

多个滤波器部，它们具有不同的频率特性，对上述像素数据进行滤波处理；

检测部，其检测由上述基准部和参照部的多个像素数据构成的被摄体像数据的对比度；以及

运算部，其根据上述检测部输出的对比度从上述多个滤波器部中选择滤波器部，根据由选择出的滤波器部对上述基准部和参照部的像素数据进行滤波处理后得到的像素数据来进行相关运算，运算散焦量。

2.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其特征在于，

上述图像数据生成部计算与对应于上述AF区域的基准部和参照部对应的多个上述焦点检测用像素的输出各自的平均值，作为上述像素数据。

3.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其特征在于，

上述检测部检测上述基准部的多个像素数据中的最大值与最小值之差和上述参照部的多个像素数据中的最大值与最小值之差的相加值。

4.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其特征在于，

上述多个滤波器部具备具有规定的频率特性的第1滤波处理部、以及具有与上述第1滤波处理部的频率特性相比在低频成分中具有更大增益的频率特性的第2滤波处理部，

在上述检测部输出的对比度小于规定值的情况下，上述运算部选择上述第2滤波处理部进行运算。

5.根据权利要求4所述的焦点检测装置，其特征在于，

上述焦点检测装置具有：

运动体判别部，其判别被摄体是否是运动体；以及

可靠性判定部，其判定上述运算部的输出的可靠性，

在根据反复执行上述摄像元件的摄像动作而取得的像素数据反复执行上述运算部的相关运算和上述可靠性判定部的可靠性判定时，在上述运动体判别部判定为运动体、且上述运算部选择上述第1滤波处理部进行运算的情况下，在由上述可靠性判定部在规定时间以上持续判定为可靠性较低的情况下，上述运算部选择上述第2滤波处理部进行运算。

6.根据权利要求2所述的焦点检测装置，其特征在于，

上述焦点检测装置具有：

摇摄/倾斜检测部，其检测上述焦点检测装置的摇摄或倾斜动作；以及

可靠性判定部，其判定上述运算部的输出的可靠性，

在根据反复执行上述摄像元件的摄像动作而取得的像素数据反复执行上述运算部的相关运算和上述可靠性判定部的可靠性判定时，在上述摇摄/倾斜检测部判定为摇摄/倾斜动作、且上述运算部选择上述第1滤波处理部进行运算的情况下，在由上述可靠性判定部在规定时间以上持续判定为可靠性较低的情况下，上述运算部选择上述第2滤波处理部进行运算。

7.根据权利要求5或6所述的焦点检测装置，其特征在于，

上述可靠性判定部根据上述运算部输出的多个相关值求出最小值和与该最小值相邻的相关值，将上述最小值和相邻的相关值之差中的较大的差与规定的阈值进行比较，由此判定可靠性。

8.一种焦点检测装置的焦点检测方法，该焦点检测装置具有：摄像元件，其具有限制了入射光束的入射方向的焦点检测用像素；以及多个滤波器部，它们具有不同的频率特性，对上述像素数据进行滤波处理，其特征在于，上述焦点检测方法具有以下步骤：

根据上述焦点检测用像素的输出，生成与规定的AF区域对应的基准部和参照部的焦点检测用像素数据；以及

检测由上述基准部和参照部的多个像素数据构成的被摄体像数据的对比度，根据检测到的对比度从上述多个滤波器部中选择滤波器部，根据由选择出的滤波器部对上述基准部和参照部的像素数据进行滤波处理后得到的像素数据来进行相关运算，运算散焦量。

9.根据权利要求8所述的焦点检测方法，其特征在于，所述焦点检测方法还包括以下步骤：

在生成上述图像数据时，计算相当于与上述AF区域对应的基准部和参照部的多个上述焦点检测用像素的输出各自的平均值，作为上述像素数据。

10.根据权利要求9所述的焦点检测方法，其特征在于，

检测上述基准部的多个像素数据中的最大值与最小值之差和上述参照部的多个像素数据中的最大值与最小值之差的相加值。

11.根据权利要求8所述的焦点检测方法，其特征在于，

在上述焦点检测装置中，上述多个滤波器部具备具有规定的频率特性的第1滤波处理部、以及具有与上述第1滤波器部的频率特性相比在低频成分中具有更大增益的频率特性的第2滤波处理部，

在上述检测到的对比度小于规定值的情况下，选择上述第2滤波处理部进行运算。

12.根据权利要求11所述的焦点检测方法，其特征在于，

上述焦点检测装置具有判别被摄体是否是运动体的运动体判别部，

在根据反复执行上述摄像元件的摄像而取得的像素数据反复执行上述相关运算和上述相关运算的可靠性判定时，在上述运动体判别部判定为运动体、且选择上述第1滤波处理部进行相关运算的情况下，在规定时间以上持续判定为上述可靠性较低的情况下，选择上述第2滤波处理部进行相关运算。

13.根据权利要求11所述的焦点检测方法，其特征在于，

上述焦点检测装置具有检测上述焦点检测装置的摇摄或倾斜动作的摇摄/倾斜检测部，

在根据反复执行上述摄像元件的摄像而取得的像素数据反复执行上述相关运算和相关运算的可靠性判定时，在上述摇摄/倾斜检测部判定为摇摄/倾斜动作、且选择上述第1滤波处理部进行相关运算的情况下，在规定时间以上持续判定为上述可靠性较低的情况下，选择上述第2滤波处理部进行相关运算。

14.根据权利要求12或13所述的焦点检测方法，其特征在于，

在判定上述可靠性时，根据通过上述相关运算而计算出的多个相关值求出最小值和与该最小值相邻的相关值，将上述最小值和相邻的相关值之差中的较大的差与规定的阈值进行比较，由此判定可靠性。