JP2005338633A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大ボケの合焦状態であるときや被写体のコントラストが低い場合でも、高い信頼性で焦点検出が可能か否かを判定する焦点検出装置を提供する。
【解決手段】 ＡＦセンサ２５は、基線長をもって結像された第１画像と第２画像の信号を出力する。コントローラ３５は、このＡＦセンサ２５の出力に基づき、第１画像から切り出すブロックと第２画像から切り出すブロックとの相対的な間隔を変更しながら一致度の高い組み合わせを求め、最も一致度の高い組み合わせの相関値を算出する。さらに、第１または第２画像が低周波画像であるか否かを判別する。そして、低周波画像であるときは、そうでないときよりも高い信頼性を要求する判定値を設定して、この判定値と相関値とを比較することにより焦点検出が可能であるか否かを判定し、焦点検出が可能であるときにのみ、撮影レンズの合焦位置からのズレ量を検出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、焦点検出装置、より詳しくは、基線長をもつ２つの異なる光路を介してそれぞれ結像された第１画像と第２画像との相対的な間隔に応じて、撮影レンズの合焦位置からのズレ量を検出するようにした焦点検出装置に関する。

撮影レンズの合焦位置からのズレ量を検出する焦点検出装置は、従来より種々のものが提案されている。

このような焦点検出装置の一例として、基線長をもつ２つの異なる光路を介して第１画像と第２画像とをそれぞれ結像し、これらの画像の相対的な間隔に応じて、焦点検出を行うようにしたものが知られている。

例えば、特開昭６０−２４７２１０号公報には、撮影レンズの光軸を挟む、該撮影レンズの第１の部分と第２の部分とをそれぞれ通過した被写体光束から作成される第１の部分と第２の部分とをそれぞれ通過した被写体光束から作られる第１と第２の二つの像の相対的な間隔を検出して、撮影レンズの合焦位置からのずれ量を検出する焦点検出装置において、各被写体光束をそれぞれ受光するように配置された、多数のホトダイオードセルが一列に配置されたホトダイオードアレイからなる第１および第２の受光手段と、両受光手段の出力を互いに比較して、最も一致度の高い組み合わせにおける相関値を求め、この相関値と一方の受光手段の出力から求めた被写体のコントラスト値とを比較して、この比較結果に応じて焦点検出が可能であるか否かを判定する手段と、を備えた焦点検出装置が記載されている。そして、このような構成により、被写体コントラストに依存しない量によって、焦点検出の可、不可を判定することができるとしている。
特開昭６０−２４７２１０号公報

しかし、撮影レンズが大ボケの合焦状態であるときや被写体のコントラストが低い場合には、上記相関値と一方の受光手段の出力から求めた被写体のコントラスト値とを比較して、この比較結果に応じて焦点検出が可能であるか否かを判定しても、必ずしも正しい判定を行うことができるとは限らなかった。

すなわち、ピントが大ボケである場合には、本来の特徴部分が欠落してしまうために、被写体像データは緩やかカーブとなり、異なる被写体部分でも比較的似ている形状となり易い。このような場合に、上記特開昭６０−２４７２１０号公報に記載の技術では、異なる被写体像に対して相関値が比較的小さい値となって、つまり相関度が高いと判断してしまうからである。

こうした課題について、図１３から図１５を参照して説明する。図１３は被写体の一例と測距エリアとの関係を示す図、図１４は上記図１３に示した被写体に合焦しているときのＡＦセンサデータを示す線図、図１５は上記図１３に示した被写体に対して前ピンでかつ大ボケとなっているときのＡＦセンサデータを示す線図である。

被写体９２は、図１３に示すように、中央部縦方向の白部９２ａの中央に、縦方向の帯状をなす黒ライン部９２ｂがあり、また白部９２ａの左側および右側はグレー部９２ｃとなっているものとする。

そして、このような被写体９２に対して、測距エリア９１は、該図１３に示すように、黒ライン部９２ｂを中央にして白部９２ａ内に収まるように位置しているものとする。

このような被写体９２に対して、合焦しているときのＡＦセンサからの出力データは、例えば図１４に示すようになる。ここに、図１４（Ａ）は左側のセンサデータを示し、図１４（Ｂ）は右側のセンサデータを示している。なお、この図１４および次の図１５においては、上へ行くほど像の明るい部分に対応したセンサ出力となり、下へ行くほど像の暗い部分に対応したセンサ出力となっている。

すなわち、左側のセンサデータにおいては、上記黒ライン部９２ｂに対応するセンサ出力９３ｂＬが得られ、その左右に上記白部９２ａに対応するセンサ出力９３ａＬが得られていて、グレー部９２ｃに対応するセンサ出力は得られていない。

同様に、右側のセンサデータにおいても、上記黒ライン部９２ｂに対応するセンサ出力９３ｂＲが得られ、その左右に上記白部９２ａに対応するセンサ出力９３ａＲが得られていて、グレー部９２ｃに対応するセンサ出力は得られていない。

これに対して、いわゆる前ピンの状態（すなわち、被写体像の結像位置が、本来の結像面よりも撮影レンズ側に位置している状態）となっているときには、被写体の同一部位に対応するセンサ上の結像位置は、左側センサと右側センサとで互いに近付くことになる（本発明の実施例に係る図３等参照）。従って、このときには、図１５に示すように、黒ライン部９２ｂに対応する右側のセンサ出力９４ｂＲと左側のセンサ出力９４ｂＬとが互いに近接して、両センサの間となる中央部に寄っている。なお、上記図１４と同様に、図１５（Ａ）は左側のセンサデータを示し、図１５（Ｂ）は右側のセンサデータを示している。そして、白部９２ａに対応する右側のセンサ出力９４ａＲおよび左側のセンサ出力９４ａＬは、各センサ毎のほぼ中央部に位置している。さらに、センサの両側、つまり左側センサの左側と右側センサの右側とには、グレー部９２ｃに対応するセンサ出力９４ｃＬ，９４ｃＲがそれぞれ出現している。このようなケースでは、左側のセンサ出力と右側のセンサ出力との何れも、中央部の輝度が高く、両側の輝度が低い山型のカーブとなっており、類似した輝度分布となってしまう。その結果、従来の焦点検出装置では、左側センサのセンサ出力部分９５Ｌと、右側センサのセンサ出力部分９５Ｒとに、互いに相関があると判断されてしまうことがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、撮影レンズの焦点位置によることなく、または、被写体のコントラストによることなく、より高い信頼性で焦点検出が可能か否かを判定することができる焦点検出装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、第１の発明による焦点検出装置は、基線長をもつ２つの異なる光路を介してそれぞれ結像された第１画像と第２画像との相対的な間隔に応じて、撮影レンズの合焦位置からのズレ量を検出するようにした焦点検出装置であって、上記第１画像と上記第２画像との最も一致度の高い組み合わせにおける相関値を求める演算手段と、上記第１画像と第２画像との少なくとも一方が低周波画像であるか否かを判別する判別手段と、上記判別手段の判別結果に応じて判定値を設定しこの判定値と上記相関値とを比較することにより焦点検出が可能であるか否かを判定する判定手段と、を具備したものである。

また、第２の発明による焦点検出装置は、基線長をもつ２つの異なる光路を介してそれぞれ結像された第１画像と第２画像との相対的な間隔に応じて、撮影レンズの合焦位置からのズレ量を検出するようにした焦点検出装置であって、上記第１画像と上記第２画像との最も一致度の高い組み合わせにおける相関値を求める演算手段と、上記第１画像と第２画像との少なくとも一方におけるピントボケ量の大きさを判別する判別手段と、上記判別手段の判別結果に応じて判定値を設定しこの判定値と上記相関値とを比較することにより焦点検出が可能であるか否かを判定する判定手段と、を具備したものである。

さらに、第３の発明による焦点検出装置は、上記第１または第２の発明による焦点検出装置において、上記判別手段が、上記第１画像と第２画像との少なくとも一方における、隣接する２つの画素の差分の大きさの最大値に基づいて、上記判別を行うものである。

第４の発明による焦点検出装置は、上記第１の発明による焦点検出装置において、上記判定手段が、上記判別手段により上記第１画像と第２画像との少なくとも一方が低周波画像であると判別されたときには、相関性があるか否かをより高い信頼性で判定するような判定値を設定するものである。

第５の発明による焦点検出装置は、上記第２の発明による焦点検出装置において、上記判定手段が、上記判別手段により上記第１画像と第２画像との少なくとも一方におけるピントボケ量が大きいと判別されたときには、相関性があるか否かをより高い信頼性で判定するような判定値を設定するものである。

第６の発明による焦点検出装置は、上記第４または第５の発明による焦点検出装置において、上記判定手段が、上記判別手段の判別結果に応じて、判定値を適応的に設定するものである。

本発明の焦点検出装置によれば、撮影レンズの焦点位置によることなく、または、被写体のコントラストによることなく、より高い信頼性で焦点検出が可能か否かを判定することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１から図１２は本発明の実施例１を示したものであり、図１は焦点検出装置の概要を示すブロック図である。

まず、図１を参照して、焦点検出装置の概要について説明する。

この焦点検出装置は、光電変換手段１と、演算手段たる相関値演算手段２と、判別手段たる低周波被写体判別手段３と、判定手段４と、を有して構成されている。

上記光電変換手段１は、基線長を有する２系統の光学系を備えた焦点検出光学系（後述するように、焦点検出装置の光学系のことである。）により、異なる２つの光路を介して結像された２つの光学像を、電気的な信号に変換して出力するものであり、後述するＡＦセンサ２５（図５参照）に対応している。

上記相関値演算手段２は、光電変換手段１から出力される信号に基づいて、焦点検出光学系により結像された２つの光学像の最も一致度の高い組み合わせにおける相関値を求めるものである。

上記低周波被写体判別手段３は、ピントボケ量大きさ判別手段を兼ねたものであり、焦点検出光学系により結像された２つの光学像が低周波画像であるか否かを判別し、あるいは、該２つの光学像のピントボケ量の大きさを判別するものである。この低周波被写体判別手段３は、後述するように、２つの光学像における隣接する２つの画素の差分の最大値の大きさを判別するものともなっている。

上記判定手段４は、上記低周波被写体判別手段３の判別結果に応じて判定値を設定し、この判定値と上記相関値演算手段２により演算された相関値とを比較することにより、焦点検出が可能であるか否かを判定するものである。

ここに、上記相関値演算手段２、低周波被写体判別手段３、および判定手段４は、後述するコントローラ３５（図５参照）に対応している。

続いて、図２から図１２を参照して、焦点検出装置についてより具体的に説明する。図２は、焦点検出装置が適用されたカメラの構成を示す断面図である。

このカメラ１０は、ＴＴＬ位相差検出方式が採用された一眼レフレックスタイプのデジタルカメラとなっている。

カメラ１０は、カメラ本体１１内の被写体側に、撮影レンズ１２を配置して構成されている。この撮影レンズ１２による撮影光束の光路上には、メインミラー１３が配設されている。

このメインミラー１３は、撮影光束の一部を上方へ反射するとともに、他の一部を透過させるようになっている。

上記メインミラー１３により上方に反射された光束の光路上には、フォーカシングスクリーン１４が配設されている。このフォーカシングスクリーン１４は、上記撮影レンズ１２による結像面の位置に配設されたものとなっている。

このフォーカシングスクリーン１４に結像された被写体像は、ペンタプリズム１５により正立正像に変換されて、接眼レンズ１６から撮影者の眼に投影されるようになっている。これにより、撮影者は、後述する撮像素子２６に結像される被写体像と実質的に同一の像を観察することができるようになっている。

一方、上記メインミラー１３の背面側には、サブミラー１７が配設されており、該メインミラー１３を透過した光束を下方へ向けて反射するようになっている。

このメインミラー１３は、例えばクイックリターンミラーとして構成されていて、撮影レンズ１２の光路上から退避することができるようになっている。該メインミラー１３がサブミラー１７とともに光路上から退避すると、撮影レンズ１２からの光束は、被写体像を光電変換するための撮像素子２６上に結像されるようになっている。この撮像素子２６は、光学的な被写体像を電気信号に変換して、画像データを出力するものである。

また、上記サブミラー１７により反射された光束の光路上には、カメラ本体１１の底面側となる部分に、焦点検出装置１８が配設されている。

この焦点検出装置１８は、上記サブミラー１７により反射された光束の通過範囲を規定するための視野マスク１９と、該視野マスク１９を通過した光束から赤外光成分を除去するための赤外カットフィルタ２０と、この赤外カットフィルタ２０を通過した光束を集光するためのコンデンサレンズ２１と、このコンデンサレンズ２１を通過した光束の光路を例えばカメラ前方側（被写体側）へ向けて曲折するための全反射ミラー２２と、この全反射ミラー２２により反射された光束を分割するためのセパレータ絞り２３と、このセパレータ絞り２３により分割された光束をそれぞれ再結像するためのセパレータレンズ２４と、このセパレータレンズ２４により結像された被写体像を光電変換して焦点検出用の電気信号として出力するための光電変換手段たるＡＦセンサ２５と、を有して構成されている。

次に、図３は、焦点検出装置の光学系の構成を示す図である。なお、この図３においては、説明を簡単にするために、上記メインミラー１３、サブミラー１７、赤外カットフィルタ２０、および全反射ミラー２２の図示を省略している。

この焦点検出装置の光学系（上述したように、適宜、焦点検出光学系と称する。）は、上述したように、撮影レンズ１２、視野マスク１９、コンデンサレンズ２１、セパレータ絞り２３、セパレータレンズ２４を含んで構成されていて、これらの内の撮影レンズ１２は、撮影光学系を兼ねたものとなっている。

上記視野マスク１９は、上記撮像素子２６および上記フォーカシングスクリーン１４と光学的に等価な結像面Ｇの近傍に配設されていて、後述する図４に示すような焦点検出領域３１を規定するためのものである。

上記セパレータ絞り２３は、２つの開口部２３ａ，２３ｂを有して構成されていて、これらの開口部２３ａ，２３ｂは、上記撮影レンズ１２の光軸に対して略対称に配置されている。

上記セパレータレンズ２４は、上記セパレータ絞り２３の開口部２３ａ，２３ｂに各対応して配置された一対のセパレータレンズ２４ａ，２４ｂを有して構成されている。

このような焦点検出光学系において、被写体光束が入射したときの光路は、次のようになっている。

まず、撮影レンズ１２の領域１２ａを介して入射された被写体光束は、視野マスク１９、コンデンサレンズ２１、セパレータ絞り２３の開口部２３ａ、およびセパレータレンズ２４ａを介して、ＡＦセンサ２５内の光電変換素子アレイ２７上に再結像される。

上記光電変換素子アレイ２７は、上記セパレータレンズ２４ａ，２４ｂに各対応した複数の光電変換素子アレイを有して構成されていて、これらは、後述する図５等に示すように、光電変換素子アレイ２７Ｌ，２７Ｒとなっている。なお、光電変換素子アレイの符号に付された英字Ｌ，Ｒは、それぞれ左右を示しており、図３に示した符号に付された英字ａ，ｂは、これらＬ，Ｒの何れかに一対一に対応するようになっている。

また、撮影レンズ１２の領域１２ｂを介して入射された被写体光束についても、光軸Ｏを挟んで対称の光路を介して、上述と同様に、光電変換素子アレイ２７上に再結像されるようになっている。

このような構成において、撮影レンズ１２が合焦状態になったとき、すなわち被写体像Ｉが結像面Ｇ上に形成されるときには、この被写体像Ｉは、コンデンサレンズ２１およびセパレータレンズ２４ａ，２４ｂによって、光軸Ｏに対して垂直な２次元結像面である光電変換素子アレイ２７上に再結像されて、一方が第１像Ｉａ、他方が第２像Ｉｂとなる。

これに対して、撮影レンズ１２が前ピンの状態になったとき、すなわち、結像面Ｇの前方（撮影レンズ１２に近い側）に被写体像Ｆが形成されるときには、この被写体像Ｆは、お互いに近接するように、つまり、より光軸Ｏに近接するように、光軸Ｏに対して垂直な面内で再結像されて、一方が第１像Ｆａ、他方が第２像Ｆｂとなる。

また、撮影レンズ１２が後ピンの状態になったとき、すなわち、結像面Ｇの後方（撮影レンズ１２から遠い側）に被写体像Ｒが形成されるときには、この被写体像Ｒは、お互いに離隔するように、つまり、より光軸Ｏから離隔するように、光軸Ｏに対して垂直な面内で再結像されて、一方が第１像Ｒａ、他方が第２像Ｒｂとなる。

従って、これら第１像と第２像との間隔を検出することにより、撮影レンズ１２の合焦状態を、前ピンであるか後ピンであるかを含めて、検出することができる。このとき、具体的には、第１像の光強度分布と第２像の光強度分布とを、光電変換素子アレイ２７の出力信号に基づき求めて、後で詳しく説明するように両像の間隔を測定することになる。

図４は、撮影画面３０内における焦点検出領域３１の様子を示す図である。

図示のように、撮像素子２６による撮影領域となる撮影画面３０に対して、上記視野マスク１９により規定される焦点検出領域３１は、中心部における左右にやや長い矩形状の領域となっている。

図５は、カメラの電気的な構成を示すブロック図である。

このカメラ１０は、制御装置としてコントローラ３５を有している。このコントローラ３５は、より詳しくは、ＣＰＵ（中央処理装置）３６と、ＲＯＭ３７と、ＲＡＭ３８と、ＥＥＰＲＯＭ３９と、Ａ／Ｄコンバータ４０と、を有して構成されていて、相関値演算手段、低周波被写体判別手段、ピントボケ量大きさ判別手段、判定手段を兼ねたものとなっている。

上記ＲＯＭ３７は、カメラのシーケンスプログラムや、カメラに設定するための初期値、カメラ固有の補正値、などを格納するものである。

上記ＣＰＵ３６は、上記ＲＯＭ３７に格納されたカメラのシーケンスプログラムに従って、カメラに関する一連の動作を制御するためのものである。

上記ＲＡＭ３８は、ＣＰＵ３６による作業用メモリである。

上記ＥＥＰＲＯＭ３９は、ＡＦ制御や測光等に関して取得したデータを、適宜記憶するものである。従って、該ＥＥＰＲＯＭ３９に記憶されているデータは、一般的には、カメラ１０の個体毎に異なっている。

上記Ａ／Ｄコンバータ４０は、上記ＡＦセンサ２５から出力されるアナログのセンサ信号を、デジタル信号に変換するためのものである。従って、このコントローラ３５内においては、該Ａ／Ｄコンバータ４０により処理された後のデジタル信号を用いて、各種の演算や処理が行われるようになっている。

上記コントローラ３５には、ＡＦセンサ２５と、レンズ駆動部４５と、エンコーダ４８と、ズーム駆動部５０と、測光部５３と、ストロボ部５４と、絞り駆動部５５と、シャッタ駆動部５６と、表示部５８と、ファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）６１およびセカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）６２と、がそれぞれ接続されている。

上記ＡＦセンサ２５は、上記光電変換素子アレイ２７Ｌ，２７Ｒと、センサアレイ処理回路２８と、を有して構成されている。ここに、光電変換素子アレイ２７Ｌ，２７Ｒは、フォトダイオード等の光電変換素子を例えば一ライン方向に配列して構成されたものであり、形成される被写体像に応じて電荷を蓄積するようになっている。また、センサアレイ処理回路２８は、コントローラ３５に含まれるＣＰＵ３６の制御に基づいて、これら光電変換素子アレイ２７Ｌ，２７Ｒに蓄積された電荷を読み出し、該コントローラ３５のＡ／Ｄコンバータ４０へ出力するものである。

上記レンズ駆動部４５には、レンズモータ（図中では、「ＭＬ」と記載している。）４６が接続されている。そして、該レンズ駆動部４５は、コントローラ３５の制御に基づいて、このレンズモータ４６を駆動することにより、上記撮影レンズ１２に含まれるフォーカシングレンズ４７を光軸方向に移動させるようになっている。

上記エンコーダ４８は、フォーカシングレンズ４７の移動を検出して、その検出結果をコントローラ３５へ出力するものである。コントローラ３５は、このエンコーダ４８から受けた情報に基づいて、上記レンズ駆動部４５を介してフォーカシングレンズ４７の位置を制御するようになっている。

上記ズーム駆動部５０は、コントローラ３５の制御に基づいて、撮影レンズ１２に含まれるズーム系レンズ４９を駆動するものである。また、このズーム駆動部５０は、ズーム系レンズ４９の移動量（これは、撮影レンズ１２の焦点距離ｆに対応した量である。）を検出して、その検出信号をコントローラ３５へ出力するようになっている。

上記測光部５３は、被写体の輝度に応じた検出信号を発生して、コントローラ３５へ出力するものである。コントローラ３５は、この測光部５３から受けたアナログの測光出力を、上記Ａ／Ｄコンバータ４０によりデジタル信号に変換してから、測光値としてＲＡＭ３８に格納し、その後の露出演算等に用いるようになっている。

上記ストロボ部５４は、被写体が低輝度であるときに、該被写体に対して照明光を照射するために用いられるものである。このストロボ部５４は、コントローラ３５によって、充電、発光タイミング、発光量の制御が行われるようになっている。該ストロボ部３５は、さらに、ＴＴＬ位相差検出方式で被写体までの距離を測定しようとする際に、該被写体が低輝度となっていると、ＡＦ用補助光を照射するものとなっている。このときには、ストロボ部５４は、ＡＦセンサ２５の蓄積タイミングに同期して、所定の発光量で間欠発光する。

上記絞り駆動部５５は、コントローラ３５の制御に基づき、撮影レンズ１２に内蔵される図示しない絞りを駆動して、該コントローラ３５から指令された絞り値となるように駆動するものである。コントローラ３５は、上記測光部５３から得られた測光値等に基づいて、該絞り値を演算するようになっている。

上記シャッタ駆動部５６は、コントローラ３５の制御に基づき、撮像素子２６の露光時間を制御するものである。すなわち、このカメラ１０に光学シャッタが設けられている場合には、該シャッタ駆動部５６は、該光学シャッタを制御することにより、被写体光束の通過時間を制御して、露光時間の制御を行う。一方、いわゆる素子シャッタのみとなっている場合には、該シャッタ駆動部５６は、撮像素子２６を図示しない撮像素子制御回路を介して制御することにより、電荷の蓄積時間を制御し、すなわち露光時間の制御を行う。

上記表示部５８は、例えばＬＣＤやＬＥＤ等を有して構成されており、このカメラ１０に係る撮影モード、シャッタ速度、絞り値等を表示するためのものである。

上記１ＲＳＷ６１および２ＲＳＷ６２は、図示しないレリーズボタンの押し下げに連動して動作するスイッチとなっており、具体的には、レリーズボタンの第１段階の押し下げによって１ＲＳＷ６１がオンし、引き続く第２段階の押し下げにより２ＲＳＷ６２がオンするようになっている。コントローラ３５は、１ＲＳＷ６１がオンしたことが検出されると、測光動作およびＡＦ動作を行う。さらに、コントローラ３５は、２ＲＳＷ６２がオンしたことが検出されると、露出動作、つまり撮像素子２６への電荷の蓄積および蓄積後の電荷の読み出し、さらにその後の記録媒体への記録等を行うようになっている。

次に、図６は、カメラの動作を示すフローチャートである。この図６は、上記コントローラ３５によりメインルーチンとして実行される動作を示したものとなっている。

図示しない電源スイッチがオンする等により、コントローラ３５の動作が開始されると、この図６に示すような動作が実行されるようになっている。

すなわち、メインコントローラ３５は、動作を開始すると、ＥＥＰＲＯＭ３９に予め記憶されているＡＦ用あるいは測光用等の各種補正データを読み込んで、ＲＡＭ３８に展開する（ステップＳ１）。

次に、１ＲＳＷ６１がオンされているか否かを判断する（ステップＳ２）。ここで、１ＲＳＷ６１がオンである場合には、露出量を決定するために、測光部５３を動作させて被写体輝度を測定する測光を行わせる（ステップＳ３）。

続いて、被写体に対する焦点状態が検出されて、その検出結果に基づいて撮影レンズ１２内のフォーカシングレンズ４７を合焦位置へ駆動させ、被写体にピントを合わせるＡＦが行われる（ステップＳ４）。

そして、このＡＦ動作の結果、合焦したか否かを判断する（ステップＳ５）。ここで、合焦している場合には、さらに、２ＲＳＷ６２がオンしているか否かを判断する（ステップＳ６）。

２ＲＳＷ６２がオンしている場合には、露出動作を行う（ステップＳ７）。すなわち、まず、メインミラー１３およびサブミラー１７を撮影レンズ１２の光路上から退避させる。そして、絞り駆動部５５により、撮影レンズ１２内の絞りを、上記ステップＳ３で求めた測光値に基づいて決定された絞り値に絞り込む。次に、シャッタ駆動部５６によりシャッタを制御して、上記ステップＳ３で求めた測光値に基づいて決定された所定時間だけシャッタを開く。続いて、シャッタが開かれている所定時間だけ撮像素子２６により電荷の蓄積を行い、その後に画像データとして読み出して記録する。なお、この露出時には、上記ステップＳ３で求めた測光値に基づいて、ストロボ発光が必要であるか否かを判断し、必要であると判断した場合には、シャッタが全開となったときにストロボ部５４に発光信号を出力して、発光を行わせるようになっている。また、上記シャッタ動作が終了したら、絞りを開放状態に戻し、メインミラー１３およびサブミラー１７を初期状態に戻した後に、一連の撮影動作を終了する。

一方、上記ステップＳ２において、１ＲＳＷ６１がオンでない場合には、他のスイッチが操作されてオンになっているか否かを判定する（ステップＳ９）。これは、露出動作に関わる１ＲＳＷ６１や２ＲＳＷ６２以外のスイッチ、例えば図示しないズームスイッチや撮影モード設定スイッチ等が操作されている可能性があるためである。

ここで、オンになっているスイッチがある場合には、そのスイッチに応じた処理（例えばズーム処理など）を実行する（ステップＳ１０）。

上記ステップＳ７の処理が終了した場合、このステップＳ１０の処理が終了した場合、上記ステップＳ９において他のスイッチがオンになっていない場合、上記ステップＳ５において合焦していない場合、または上記ステップＳ６において２ＲＳＷ６２がオンしていない場合には、表示部５８のＬＣＤやＬＥＤ等により各種の表示を行って（ステップＳ８）、次の撮影のために上記ステップＳ２へ移行する。

図７は、上記図６のステップＳ４におけるＡＦ動作の詳細を示すフローチャートである。

この図７に示す処理は、該図６に示すメインルーチンからコールされるサブルーチンとなっている。

動作を開始すると、まず、ＡＦセンサ２５の蓄積動作の制御が行われる（ステップＳ１１）。このときには、前回の焦点検出時のデータや、上記ステップＳ３で求めた測光値などの情報に基づいて、補助光が必要となる低輝度の被写体であるか否かの判断も行う。ここで、補助光が必要であると判断された場合には、ＡＦセンサ２５の蓄積動作を行っている最中に、上記ストロボ部５４を複数回、間欠的に発光させることにより、ＡＦ用補助光を被写体に照射する。

こうしてＡＦセンサ２５において信号が蓄積されたら、該信号をセンサデータとして読み出す（ステップＳ１２）。すなわち、コントローラ３５から読出クロックがＡＦセンサ２５へ供給されると、この読出クロックに同期して、ＡＦセンサ２５からセンサデータが出力される。コントローラ３５は、ＡＦセンサ２５からセンサデータを受信すると、上記Ａ／Ｄコンバータ４０によりデジタル信号に変換し、変換後のセンサデータをＲＡＭ３８に格納する。

こうしてＲＡＭ３８にセンサデータが格納されたら、後述するようなサブルーチン「焦点検出演算」を実行する（ステップＳ１３）。

その後、焦点検出が不能であったか否かを判定する（ステップＳ１４）。ここで、焦点検出が可能であった場合には、上記ステップＳ１３により求められ、最終的に採用された後述するようなデフォーカス量が、合焦許容範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１５）。

ここで、デフォーカス量が合焦範囲内になく、非合焦状態であると判断された場合には、該デフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を計算し、レンズ駆動部４５を介してフォーカシングレンズ４７を駆動する（ステップＳ１６）。このレンズ駆動後は、上記ステップＳ１１へ戻って、上述したような動作を、上記ステップＳ１５において合焦したと判断されるまで繰り返して行う。

こうして、上記ステップＳ１５において、デフォーカス量が合焦範囲内にあって、合焦状態であると判断された場合には、合焦表示を行ってから（ステップＳ１７）、上記図６に示したメインルーチンへリターンする。なお、このステップＳ１７の合焦表示においては、表示部５８により例えばファインダ内のＬＥＤを点灯させることにより合焦となったことを表示するようになっている。このときには、該表示とともに、あるいは該表示に代えて、図示しないＰＣＶを発音することにより、合焦となったことを告知するようにしても構わない。

一方、上記ステップＳ１４において、焦点検出が不能であると判断された場合には、上記表示部５８により検出が不能である旨を表示を行い、あるいは上記ＰＣＶの発音によりその旨を告知してから（ステップＳ１８）、上記図６に示したメインルーチンへリターンする。

続いて、図８は、上記図７のステップＳ１３における焦点検出演算の処理の詳細を示すフローチャートである。

この処理においては、左側の光電変換素子アレイ２７ＬからのセンサデータをＬ（ｉ）（ここに、ｉ＝０〜６４）、右側の光電変換素子アレイ２７ＲからのセンサデータをＲ（ｉ）（同様に、ｉ＝０〜６４）として、それぞれ表している。

まず、変数ＳＬに初期値として０を、また、変数ＳＲに初期値として１４を、それぞれ設定する（ステップＳ２１）。ここに、変数ＳＬ，ＳＲは、それぞれ、センサデータＬ（ｉ），Ｒ（ｉ）の内の相関演算を行うブロック画素列の先頭番号を記憶する変数である。

次に、変数Ｊに初期値として６を設定する（ステップＳ２２）。この変数Ｊは、センサデータＲ（ｉ）におけるブロックのシフト回数をカウントするための変数である。

その後、Ｌ（ＳＬ＋ｉ）（ｉ＝０〜２６）で表される２７画素の画素値の内の、最大値ＣＭＡＸおよび最小値ＣＭＩＮを抽出し（ステップＳ２３）、（ＣＭＡＸ−ＣＭＩＮ）が所定の閾値Ｃｔｈ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２４）。

ここで、閾値Ｃｔｈ以上である場合には、次の数式１に示すような計算を行う（ステップＳ２５）。
［数１］

ただし、ｓ＝ＳＲ−ＳＬであり、相関を計算するブロックの画素数は上記ステップＳ２３と同様に２７画素としている。

次に、相関出力Ｆ（ｓ）の最小値を検出するために、上記ステップＳ２５で算出したＦ（ｓ）と、過去に算出したＦ（ｓ）の内の最小値を保持するＦｍｉｎと、を比較する（ステップＳ２６）。ここで、ステップＳ２５で算出したＦ（ｓ）がＦｍｉｎよりも小さい場合には、このＦ（ｓ）をＦｍｉｎに代入するとともに、そのときのＳＬ，ＳＲをＳＬＭ、ＳＬＲとしてそれぞれ記憶する（ステップＳ２７）。なお、このステップＳ２７の処理を少なくとも１度行うまでは、ＦｍｉｎにはＦ（ｓ）の最小値は記憶されないが、このようなときには、Ｆｍｉｎに予め所定の初期値が設定されているものとする。

このステップＳ２７が終了するか、上記ステップＳ２６においてＦ（ｓ）がＦｍｉｎ以上である場合、または上記ステップＳ２４において（ＣＭＡＸ−ＣＭＩＮ）が所定の閾値Ｃｔｈ未満であった場合には、上述した変数ＳＲ，Ｊをそれぞれデクリメントして、次のセンサデータＲ（ｉ）のブロックを指定する（ステップＳ２８）。

その後、ＳＲが０であるか否かを判定する（ステップＳ２９）。ここで、ＳＲが０でない場合には、さらに、Ｊが０に達したか否か（Ｊが０以下であるか否か）を判定する（ステップＳ３０）。

ここで、Ｊが０に達しておらず、０よりも大きい場合には、上記ステップＳ２３へ戻って、上述したような相関演算を繰り返して行う。つまり、上述したようなステップＳ２３〜Ｓ３０の処理を行うことにより、図９に示すように、センサデータＬ（ｉ）のブロック位置を固定したまま、センサデータＲ（ｉ）のブロック位置を１画素ずつシフトさせながら、相関演算を行う動作が回数Ｊ回だけ繰り返して行われる。なお、図９は、左右の光電変換素子アレイにおけるブロックの対応関係を示す図である。

こうして、上記ステップＳ３０においてＪが０に達したと判断された場合には、ＳＬに４を加算して、センサデータＬ（ｉ）上に新しいブロックを設定するとともに、次のシフト量Ｓが（ＳＲ−ＳＬ−１）となるように、ＳＲに３を加算して、センサデータＲ（ｉ）上に新しいブロックを設定する（ステップＳ３１）。

そして、ＳＲ−ＳＬ（つまり、シフト量ｓ）が所定値ＳＬＭＴ（この所定値ＳＬＭＴは、シフト量ｓに係るリミット値となっている。）に等しいか否かを判定する（ステップＳ３２）。ここで、等しくない場合には、上記ステップＳ２２へ戻って、上述したような相関演算を繰り返して行う。一方、所定値ＳＬＭＴに等しい場合には、相関に係る全ての演算が終了する。

このような処理を行うことにより、図９に示すように、検出ブロックがシフトされて、少ない演算量で効率的に全シフト量範囲の相関演算を行うことができ、相関出力の最小値Ｆｍｉｎと、この最小値Ｆｍｉｎが得られたブロックの位置ＳＬＭ，ＳＲＭと、を検出することができる。

その後、上記ステップＳ３２において、ＳＲ−ＳＬ＝ＳＬＭＴが成立している場合、または上記ステップＳ２９においてＳＲが０である場合には、次のような処理を行う。ここに、図１０は、最小値Ｆｍｉｎの近傍における相関量Ｆ（ｓ）の変化の様子を示す線図である。この最小値Ｆｍｉｎは、上述したように、シフト量ｓ＝ＳＲＭ−ＳＬＭのときの相関量Ｆ（ｓ）の値となっていて、左右のセンサデータの相関が高いことを示している。

上述したように検出された最も相関性の高いブロックにおける検出結果について、その信頼性を判定するために、信頼性指数ＳＫを計算する（ステップＳ３３）。

この信頼性指数ＳＫの計算は、具体的には、以下のような方法により行う。

まず、次に示すように、数式２によってＦＭを計算するとともに、数式３によってＦＰを計算する。
［数２］

［数３］

これらのＦＭ，ＦＰは、センサデータＲ（ｉ）に係る、最も相関性の高いブロック位置ＳＲＭの前後に１画素ずつずらせたブロック（ＳＲＭ−１、ＳＲＭ＋１）と、センサデータＬ（ｉ）に係る、最も相関性の高いブロック位置（ＳＬＭ）と、の相関を計算したものである。

このようにして求められたＦＭ，ＦＰを用いて、信頼性指数ＳＫを、次の数式４に示すように求める。
［数４］

この信頼性指数ＳＫは、最小相関値Ｆｍｉｎと２番目に小さい相関値ＦＰ（またはＦＭ）との和を、被写体データのコントラスト相当の値（ＦＭ−ＦｍｉｎまたはＦＰ−Ｆｍｉｎ）で規格化したものである。この信頼性指数ＳＫは、値が小さいほど信頼性が高いことを表し、逆に、値が大きいほど信頼性が低いことを表している。

その後、この信頼性指数ＳＫを、判定値となる所定の第１の閾値ＳＫｔｈと比較して、信頼性を判定する（ステップＳ３４）。

ここで、信頼性指数ＳＫが第１の閾値ＳＫｔｈよりも小さいと判定された場合には、検出ブロック内の隣接する画素間における画素値の差の絶対値の最大値△ＤＭＡＸを計算し（ステップＳ３５）（図１２参照）、計算した△ＤＭＡＸが所定の閾値△ＤＭＡＸｔｈ以下であるか否かを判断する（ステップＳ３６）。なお、図１２は、隣接する画素間における画素値の差の絶対値を算出する様子を示す図である。

ここで、最大値△ＤＭＡＸが閾値△ＤＭＡＸｔｈ以下であると判断されたときには、さらに、信頼性指数ＳＫが所定の第２の閾値ＳＫｔｈ２よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ３７）。ここに、第２の閾値ＳＫｔｈ２は、上記第１の閾値ＳＫｔｈよりも小さい値となるように設定されている。なお、この第２の閾値ＳＫｔｈ２は、固定的な値とするに限るものではなく、動的に設定するようにしても構わない。例えば、上記最大値△ＤＭＡＸに応じて、適応的に変更することが考えられる。

上記ステップＳ３６において△ＤＭＡＸが所定の閾値△ＤＭＡＸｔｈよりも大きい場合、または、上記ステップＳ３７において信頼性指数ＳＫが所定の第２の閾値ＳＫｔｈ２よりも小さい場合には、予めクリアされている検出可能フラグをセットする（ステップＳ３８）。

そして、検出可能フラグがセットされたら、デフォーカス量を、次のようにして計算する（ステップＳ３９）。

上記相関量Ｆｍｉｎは、画素単位での相関量Ｆ（ｓ）の最小値であるが、焦点検出をより精密に行うためには、画素単位での最小値では十分とはいえない。そこで、次の数式５に示すような３点補間の方法を用いて、連続的な相関量に対する最小値Ｆ（ｓ）ｍｉｎ＝Ｆ（ｘ０）を与えるシフト量ｘ０を求める（図１１参照）。なお、図１１は、３点補間により連続的な相関量に対する最小値を求める様子を示す線図である。
［数５］

こうして求めたシフト量ｘ０を用いて、被写体像面の予定焦点面に対するデフォーカス量ＤＦを、次の数式６に示すように求める。
［数６］

ここに、ａ，ｂ，ｃは、焦点検出光学系に応じて決まる定数であり、ｘｓは、合焦時のシフト量である。そして、これらのデータは、ＥＥＰＲＯＭ３９にそれぞれ記憶されている。

このステップＳ３９の処理が終了した場合、上記ステップＳ３４において信頼性指数ＳＫが第１の閾値ＳＫｔｈ以上である場合、または上記ステップＳ３７において信頼性指数ＳＫが第２の閾値ＳＫｔｈ２以上である場合には、このサブルーチンから抜けて、上記図７に示した処理に復帰する。

このような実施例１によれば、検出するブロック内において隣接する画素の画素値の差の絶対値が、所定値以下である場合には、焦点検出の信頼性を示す信頼性指数を判定するための閾値を小さくするようにした（より高い信頼性で判定するような判定値を設定するようにした）ために、ピントが大ボケとなっているときに間違って左右のセンサ出力に相関性があると判断してしまうのを低減することができ、焦点検出の信頼性を向上することができる。

さらに、信頼性指数を判定するための閾値を適応的に変化させることにより、被写体の状態に応じてより適切に相関性を判断することができ、さらに焦点検出の信頼性を向上することができる。

そして、相関量Ｆ（ｓ）は、ブロック内のセンサ出力の最大値と最小値との差が所定値以上であるときにのみ、算出するようにしたために、ある程度以上のコントラストが得られた状態のブロックの相関量を用いて焦点検出を行うことができ、信頼性の向上に寄与することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

本発明は、基線長をもつ２つの異なる光路を介してそれぞれ結像された第１画像と第２画像との相対的な間隔に応じて、撮影レンズの合焦位置からのズレ量を検出するようにした焦点検出装置に好適に利用することができる。

本発明の実施例１における焦点検出装置の概要を示すブロック図。 上記実施例１における焦点検出装置が適用されたカメラの構成を示す断面図。 上記実施例１における焦点検出装置の光学系の構成を示す図。 上記実施例１の撮影画面内における焦点検出領域の様子を示す図。 上記実施例１におけるカメラの電気的な構成を示すブロック図。 上記実施例１におけるカメラの動作を示すフローチャート。 上記図６のステップＳ４におけるＡＦ動作の詳細を示すフローチャート。 上記図７のステップＳ１３における焦点検出演算の処理の詳細を示すフローチャート。 上記実施例１において、左右の光電変換素子アレイにおけるブロックの対応関係を示す図。 上記実施例１において、最小値Ｆｍｉｎの近傍における相関量Ｆ（ｓ）の変化の様子を示す線図。 上記実施例１において、３点補間により連続的な相関量に対する最小値を求める様子を示す線図。 上記実施例１において、隣接する画素間における画素値の差の絶対値を算出する様子を示す図。 被写体の一例と測距エリアとの関係を示す図。 上記図１３に示した被写体に合焦しているときのＡＦセンサデータを示す線図。 上記図１３に示した被写体に対して前ピンでかつ大ボケとなっているときのＡＦセンサデータを示す線図。

符号の説明

１…光電変換手段
２…相関値演算手段（演算手段）
３…低周波被写体判別手段（ピントボケ量大きさ判別手段）（判別手段）
４…判定手段
１０…カメラ
１１…カメラ本体
１２…撮影レンズ
１３…メインミラー
１４…フォーカシングスクリーン
１５…ペンタプリズム
１６…接眼レンズ
１７…サブミラー
１８…焦点検出装置
１９…視野マスク
２０…赤外カットフィルタ
２１…コンデンサレンズ
２２…全反射ミラー
２３…セパレータ絞り
２４…セパレータレンズ
２５…ＡＦセンサ（光電変換手段）
２６…撮像素子
２７…光電変換素子アレイ
２７Ｌ…左側の光電変換素子アレイ
２７Ｒ…右側の光電変換素子アレイ
２８…センサアレイ処理回路
３５…コントローラ（相関値演算手段、低周波被写体判別手段、ピントボケ量大きさ判別手段、判定手段）
３６…ＣＰＵ
３７…ＲＯＭ
３８…ＲＡＭ
３９…ＥＥＰＲＯＭ
４０…Ａ／Ｄコンバータ
４５…レンズ駆動部
４６…レンズモータ
４７…フォーカシングレンズ
４８…エンコーダ
４９…ズーム系レンズ
５０…ズーム駆動部
５３…測光部
５４…ストロボ部
５５…絞り駆動部
５６…シャッタ駆動部
５８…表示部
６１…ファーストレリーズスイッチ（１ＲＳＷ）
６２…セカンドレリーズスイッチ（２ＲＳＷ）
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (6)

1. 基線長をもつ２つの異なる光路を介してそれぞれ結像された第１画像と第２画像との相対的な間隔に応じて、撮影レンズの合焦位置からのズレ量を検出するようにした焦点検出装置であって、
   上記第１画像と上記第２画像との最も一致度の高い組み合わせにおける相関値を求める演算手段と、
   上記第１画像と第２画像との少なくとも一方が低周波画像であるか否かを判別する判別手段と、
   上記判別手段の判別結果に応じて判定値を設定し、この判定値と上記相関値とを比較することにより、焦点検出が可能であるか否かを判定する判定手段と、
   を具備したことを特徴とする焦点検出装置。
2. 基線長をもつ２つの異なる光路を介してそれぞれ結像された第１画像と第２画像との相対的な間隔に応じて、撮影レンズの合焦位置からのズレ量を検出するようにした焦点検出装置であって、
   上記第１画像と上記第２画像との最も一致度の高い組み合わせにおける相関値を求める演算手段と、
   上記第１画像と第２画像との少なくとも一方におけるピントボケ量の大きさを判別する判別手段と、
   上記判別手段の判別結果に応じて判定値を設定し、この判定値と上記相関値とを比較することにより、焦点検出が可能であるか否かを判定する判定手段と、
   を具備したことを特徴とする焦点検出装置。
3. 上記判別手段は、上記第１画像と第２画像との少なくとも一方における、隣接する２つの画素の差分の大きさの最大値に基づいて、上記判別を行うものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 上記判定手段は、上記判別手段により上記第１画像と第２画像との少なくとも一方が低周波画像であると判別されたときには、相関性があるか否かをより高い信頼性で判定するような判定値を設定するものであることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
5. 上記判定手段は、上記判別手段により上記第１画像と第２画像との少なくとも一方におけるピントボケ量が大きいと判別されたときには、相関性があるか否かをより高い信頼性で判定するような判定値を設定するものであることを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
6. 上記判定手段は、上記判別手段の判別結果に応じて、判定値を適応的に設定するものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の焦点検出装置。

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