JP2008185823A - 焦点検出装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】点光源被写体による飽和の有無を低コストで検出する焦点検出装置を得る。
【解決手段】焦点検出装置は、撮影レンズ１を通して被写体像を撮像する撮像素子２と、所定周波数以下の信号成分を除去するフィルタ手段９と、フィルタ手段９が信号成分を除去した後の撮像素子２からの撮像信号を用いて、信号成分を除去する前の撮像信号における信号飽和の有無を判定する判定手段１７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラの焦点検出装置に関する。

ＣＣＤなどの撮像素子を用いて被写体像を撮像し、撮像素子から出力される撮像信号に基づいて撮影レンズによる焦点位置の調節状態を検出するカメラの焦点検出方法が知られている。中でも山登り方式と呼ばれる焦点検出方法は、フォーカスレンズを光軸方向に進退駆動させながら、撮像信号の高周波数成分によるデータ、すなわち、鮮鋭度（コントラスト）を示す焦点評価値が極大値をとるように合焦位置を検出する。

被写体に高輝度の光源などが含まれている場合、光源に対応する撮像信号が飽和する。飽和した撮像信号は、飽和レベルとして一様な値で観測される。一般に、一様なレベルの撮像信号には高周波数成分が少ないので、撮像信号が飽和した状態で合焦位置を正しく検出することは困難である。そこで、特許文献１には、飽和している点光源被写体の場合と飽和していない被写体の場合とで合焦位置の検出方式を切替える技術が開示されている。

特開２００５−３４５６９５号公報

飽和している点光源被写体か否かを素早く判定するため、画像信号の最大値が飽和レベル以上であるか否かを判定する回路と、飽和レベル以上となる画像信号の数をカウントする回路とを追加すると、コストアップの要因となる。

（１）本発明による焦点検出装置は、撮影レンズを通して被写体像を撮像する撮像素子と、所定周波数以下の信号成分を除去するフィルタ手段と、フィルタ手段が信号成分を除去した後の撮像素子からの撮像信号を用いて、信号成分を除去する前の撮像信号における信号飽和の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項１に記載の焦点検出装置はさらに、フィルタ手段が信号成分を除去した後の撮像信号を積算する積算手段を備えてもよい。この場合の撮像素子は、撮影レンズを構成するフォーカスレンズが所定位置の状態で被写体像を撮像し、判定手段は、積算手段による積算値が所定値を超える場合に信号飽和有を判定することが好ましい。
（３）請求項２に記載の焦点検出装置において、撮像素子はさらに、フォーカスレンズの位置が異なる状態でそれぞれ被写体像を撮像し、積算手段はさらに、フォーカスレンズの異なる位置ごとに積算を行うとよい。この場合、異なる位置ごとの積算値を用いてフォーカスレンズの合焦位置を決定する決定手段と、判定手段により判定された信号飽和の有無に応じて、決定手段による決定方式を異ならせる制御手段とをさらに備えることが好ましい。
（４）請求項３に記載の焦点検出装置において、積算手段はさらに、フォーカスレンズの異なる位置ごとに、フィルタ手段が信号成分を除去する前の撮像信号を積算し、制御手段は、信号飽和有が判定されている場合、フィルタ手段が信号成分を除去した後の撮像信号の第１積算値とフィルタ手段が信号成分を除去する前の撮像信号の第２積算値とに基づいてフォーカスレンズの合焦位置を決定させることが好ましい。
（５）請求項４に記載の焦点検出装置において、制御手段は、第１積算値と第２積算値との比に基づいてフォーカスレンズの合焦位置を決定させることが好ましい。
（６）請求項４に記載の焦点検出装置において、制御手段は、第１積算値と第２積算値との差に基づいてフォーカスレンズの合焦位置を決定させることが好ましい。
（７）請求項３に記載の焦点検出装置において、制御手段は、信号飽和無しが判定されている場合、フィルタ手段が信号成分を除去した後の撮像信号の第１積算値に基づいてフォーカスレンズの合焦位置を決定させることが好ましい。
（８）請求項３に記載の焦点検出装置において、フィルタ手段は、判定手段が信号飽和の有無を判定する場合の第１フィルタ特性と、決定手段がフォーカスレンズの合焦位置を決定する場合の第２フィルタ特性とを切替えることが好ましい。
（９）請求項８に記載の焦点検出装置において、第１フィルタ特性は差分フィルタに対応し、第２フィルタ特性はバンドパスフィルタに対応することが好ましい。
（１０）請求項８または９に記載の焦点検出装置はさらに、フィルタ手段が信号成分を除去した後の撮像信号のうち、所定の信号レベル以上の信号のみを積算手段に積算させるレベル制限手段を備えてもよい。
（１１）請求項１０に記載の焦点検出装置において、レベル制限手段は、判定手段が信号飽和の有無を判定する場合の第１制限レベルと、決定手段がフォーカスレンズの合焦位置を決定する場合の第２制限レベルとを切替えることが好ましい。
（１２）請求項１１に記載の焦点検出装置において、レベル制限手段は、第１制限レベルを第２制限レベルより大きくすることが好ましい。
（１３）請求項１２に記載の焦点検出装置において、レベル制限手段は、撮影範囲の輝度に応じて第１制限レベルを可変にすることが好ましい。
（１４）請求項１２または１３に記載の焦点検出装置において、第１制限レベルは、撮像信号の信号飽和レベルより小さく、かつ該信号飽和レベルの半分のレベルより大きい範囲に設定されることが好ましい。
（１５）請求項２に記載の焦点検出装置において、フォーカスレンズの所定位置は、被写体までの距離を無限遠に対応させることが好ましい。
（１６）請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、判定手段は、撮影範囲の輝度が所定値より高い場合には判定の動作を行わないことが好ましい。
（１７）本発明によるカメラは、請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、点光源被写体による飽和の有無を低コストで検出する焦点検出装置が得られる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態によるオートフォーカス（ＡＦ）電子カメラの要部構成を説明するブロック図である。図１において、電子カメラは、レンズユニット１と、撮像素子２と、Ａ／Ｄ変換器３と、メモリ４と、画像処理回路５と、コントロール回路８と、ＣＰＵ１７と、モータ１５と、フォーカス制御機構１６と、操作部材１８とを有する。

レンズユニット１は、不図示のフォーカスレンズを含む。フォーカスレンズは、レンズユニット１を通過した被写体像が撮像素子２の撮像面上に結像するように、焦点位置を調節するレンズである。モータ１５がフォーカス制御機構１６を駆動することにより、フォーカス制御機構１６がフォーカスレンズを光軸方向に進退移動させる。モータ１５は、ＣＰＵ１７から出力されるレンズ駆動信号によって駆動される。

撮像素子２は、たとえば、二次元ＣＣＤイメージセンサなどによって構成される。撮像素子２は、撮像面上の被写体像を撮像し、各画素に対応する撮像信号を出力する。撮像素子２から出力される撮像信号は、各画素に入射される光の強さに応じてその信号レベルが異なる。被写体の輝度が高く、入射される光が画素を構成するフォトダイオードの飽和受光レベルを超える、または当該画素から出力される撮像信号が後述するＡ／Ｄ変換器３の許容信号入力レベルを超える場合には、該撮像信号は飽和レベルの信号として扱われる。このような飽和レベルの信号は、入射光レベルに関係なくほぼ共通な飽和信号としてＡ／Ｄ変換器３から出力される。なお、撮像素子２は、ＣＣＤの代わりにＭＯＳセンサやＣＩＤなどを用いて構成してもよい。コントロール回路８は、撮像素子２に対するタイミング信号を生成して撮像素子２へ送出する。

撮像素子２から出力された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器３によってディジタル信号に変換された後でメモリ４に格納される。画像処理回路５は、メモリ４に格納された画像データに対して所定の方式（たとえば、ＪＰＥＧ）で圧縮処理を施し、圧縮処理後の画像データを外部記憶回路６に記憶させる。画像処理回路５は、外部記憶回路６に記録されている圧縮データを読み出して伸長する際の伸長処理も行う。外部記憶回路６は、たとえば、メモリカードなどのデータストレージ部材によって構成される。

ＣＰＵ１７は、ＡＥ／ＡＷＢ回路７と、バンドパスフィルタ９と、レベルゲート回路１０と、積算回路１１および１２と、演算回路１３と、ＡＦ回路１４とを含む。ＣＰＵ１７は、コントロール回路８、メモリ４などと接続され、電子カメラの焦点検出(ＡＦ)や測光(ＡＥ)、ホワイトバランス調整(ＡＷＢ)などの各種演算とカメラ動作のシーケンス制御とを行う。ＣＰＵ１７には、操作部材１８から各種操作信号が入力される。ＣＰＵ１７は、操作部材１８から入力される操作信号に応じて、電子カメラの焦点検出制御、露出制御、およびカラーバランス制御を総括的に管理する。

ＡＥ／ＡＷＢ回路７は、周知の露出演算やホワイトバランス調整処理を行う。ホワイトバランス調整処理は、メモリ４に格納されている画像データに対して行われる。

バンドパスフィルタ９は、メモリ４に格納されている画像処理前の画像データのうち、焦点検出用の領域（フォーカスエリア）に対応する画像データから差分成分を抽出したり、高周波数成分を抽出したりするフィルタである。バンドパスフィルタ９によるフィルタ処理後の画像データは、フィルタ処理前の画像データに比べて、低周波数成分、とくに直流成分が除去されている。

レベルゲート回路１０は、バンドパスフィルタ９によるフィルタ処理後のデータのうち、所定値以上の値を有するデータのみを通過させて積算回路１１へ送出する。レベルゲート回路１０がデータ通過を制限する閾値は、ＡＦ回路１４から指示される。

積算回路１１および１２は、それぞれフォーカスエリアに含まれる画素に対応する画像データの積算値を演算する。積算回路１１は、バンドパスフィルタ９によってフィルタ処理され、かつレベルゲート回路１０を通過した画像データを積算する。積算回路１２は、フィルタ処理されていない生の画像データを積算する。各積算回路は、高周波数成分による差分を積算するために、画像データの絶対値を積算する。積算回路１２による積算値（生積算値と呼ぶ）は、撮像素子による撮像信号をそのまま積算した値と等価であり、当該積算値には被写体輝度を示す情報が含まれている。

演算回路１３は、積算回路１１および１２による各演算値を用いて第２焦点評価値を算出する。第２焦点評価値については後述する。

ＡＦ回路１４は、積算回路１１による積算値を用いて第１焦点評価値（コントラスト値）を得る。図２は、撮影レンズ１内の不図示のフォーカスレンズの位置と焦点評価値との関係の一例を示す図である。図２において、横軸はフォーカスレンズの位置であり、縦軸は焦点評価値である。焦点評価値を最大にするレンズ位置Ｄ１は、主要被写体に対するフォーカスレンズの合焦位置である。

第１焦点評価値の演算は、たとえば、フォーカスレンズを∞（無限遠）端から至近端に向けて移動させながら行う。ＡＦ回路１４が繰り返し第１焦点評価値を算出する場合の算出レートは、撮像素子２による撮像時間、フィルタ処理および積算値演算に要する時間によって決定される。したがって、図２において黒丸で示すように、第１焦点評価値は算出レートごとの離散データとしてプロットされる。ＡＦ回路１４は、焦点評価値カーブの最大点Ｐ２およびその両隣のＰ１、Ｐ３の３点について、いわゆる３点内挿演算を行って焦点評価値カーブの極大点に対応するレンズ位置Ｄ１を算出する。レンズ位置Ｄ１は、最大点Ｐ２と点Ｐ３とを通る傾きαの直線と、点Ｐ１を通る傾き−αの直線との交点に対応する。このレンズ位置Ｄ１は、撮像素子２によって撮像される被写体像のエッジのボケをなくし、画像のコントラストを最大にする位置である。

本実施形態のＡＦ回路１４（ＣＰＵ１７）は、
１．点光源によって飽和レベルに達したデータが焦点検出処理に用いる撮像信号に含まれていない場合に、上記第１焦点評価値に基づいて合焦位置を得る。
２．点光源によって飽和レベルに達したデータが焦点検出処理に用いる撮像信号に含まれている場合に、積算回路１１による積算値および積算回路１２による生積算値を用いて算出される第２焦点評価値に基づいて合焦位置を得る。

ＡＦ電子カメラのＣＰＵ１７が行うＡＦ処理について、図３および図４のフローチャートを参照して説明する。図３による処理は、たとえば、操作部材１８を構成するレリーズスイッチから半押し操作信号がＣＰＵ１７に入力されると開始される。ステップ＃１において、ＣＰＵ１７は、処理に必要なフラグ類を初期化してステップ＃２へ進む。

ステップ＃２において、ＣＰＵ１７は、サーチ位置を設定してステップ＃３へ進む。本実施形態では、サーチ開始位置を無限遠端に、サーチ終了位置を至近端に、それぞれ設定する。なお、サーチ開始位置を至近端に、サーチ終了位置を無限遠端に設定してもよい。ステップ＃３において、ＣＰＵ１７は、モータ１５に駆動信号を出力し、フォーカスレンズ（不図示）をサーチ開始位置へ移動させてステップ＃４へ進む。図５は、ＡＦ処理の経過時間（横軸）およびフォーカスレンズ位置（縦軸）の関係を示す図である。図５において、タイミングｔ１からモータ１５が駆動開始され、タイミングｔ２においてフォーカスレンズがサーチ開始位置（ここでは無限遠端）に到達する。

図３のステップ＃４において、ＣＰＵ１７は点光源飽和判定設定処理を行う。図６は、このステップ＃４における点光源飽和判定設定処理の詳細を説明するフローチャートである。点光源飽和判定設定処理では、バンドパスフィルタ９のフィルタ係数およびレベルゲート回路１０の判定閾値を、それぞれ点光源飽和判定用の値に設定する。図６のステップ＃１０１において、ＣＰＵ１７は、バンドパスフィルタ９を差分フィルタに設定してステップ＃１０２へ進む。バンドパスフィルタ９をFIR（Finite Impulse Responce）型のディジタルフィルタとして構成する場合、フィルタ係数を｛h0,h1,h2,h3,h4｝で表すと、その伝達関数はH(z)=h0+h1z^−１+h2z^−２+h3z^−３+h4z^−４で表される。ＣＰＵ１７は、当該フィルタに対する設定値を変更することにより、フィルタ特性の切換を行う。差分フィルタの設定値BPF-SATは、たとえば、｛１,−１｝とする。

なお、バンドパスフィルタ９をIIR（Infinite Impulse Responce）型のディジタルフィルタとして構成してもよい。

ステップ＃１０２において、ＣＰＵ１７は、レベルゲート回路１０の判定閾値（レベルゲート）を合焦位置検出用の判定閾値（レベルゲートN：図１２参照）より大きく設定し（レベルゲートSAT：図１２参照）し、図３のステップ＃５へ進む。たとえば、Ａ／Ｄ変換器３が１０bit構成の場合、１０bitのフルスケール（１０２３）に対応させて判定閾値（レベルゲートSAT）を１０００とする。点光源飽和判定用の判定閾値（レベルゲートSAT）は、後述する合焦位置検出用の判定閾値（レベルゲートN）の６４倍以上の値にするのが好ましい（一般的にダイナミックレンジが２の６乗程度であるため）。なお、上述のレベルゲートSATは、撮像信号が飽和する飽和信号レベルより小さく、かつその飽和信号レベルの半分のレベルより大きい範囲内に設定されるのが、正確に点光源飽和を判定するのに適している。

図３のステップ＃５において、ＣＰＵ１７は、フォーカスレンズの位置がサーチ開始位置か否かを判定する。ＣＰＵ１７は、フォーカスレンズ位置がサーチ開始位置の場合にステップ＃５を肯定判定してステップ＃６へ進み、フォーカスレンズ位置がサーチ開始位置に到達していない場合にはステップ＃５を否定判定し、当該判定処理を繰り返す。フォーカスレンズの位置は、たとえば、フォーカス制御機構１６からレンズ位置を示す情報を入力して取得する。

ステップ＃６において、ＣＰＵ１７は、積算回路１１による積算値（第１焦点評価値）を取得する。このときに取得される積算値は、レベルゲートSATに設定されたレベルゲート回路１０を経て出力されたものである。そしてこの積算値を、フォーカスレンズの位置（ここでは無限遠端）を示す情報に関連づけてＡＦ回路１４内に記憶し（SATVal）、ステップ＃７へ進む。記憶値SATValを飽和判定値と呼ぶ。

ステップ＃７において、ＣＰＵ１７は合焦位置検出設定処理を行う。図７は、このステップ＃７における合焦位置検出設定処理の詳細を説明するフローチャートである。合焦位置検出設定処理では、バンドパスフィルタ９のフィルタ係数およびレベルゲート回路１０の判定閾値を、それぞれ合焦位置検出用の値に設定する。図７のステップ＃２０１において、ＣＰＵ１７は、バンドパスフィルタ９をバンドパスフィルタ（微分フィルタ）に設定してステップ＃２０２へ進む。微分フィルタの設定値BPF-Nは、たとえば、｛−０．５，０，１,０，−０．５｝とする。

ステップ＃２０２において、ＣＰＵ１７は、レベルゲート回路１０の判定閾値（レベルゲート）を点光源飽和判定用の判定閾値(レベルゲートSAT)より小さく設定し（レベルゲートN）、図３のステップ＃８へ進む。たとえば、Ａ／Ｄ変換器３が１０bit構成の場合、判定閾値（レベルゲートN）を９〜２０のいずれかの値（たとえば２０）とする。

図３のステップ＃８において、ＣＰＵ１７は、レンズ移動速度を設定してステップ＃９へ進む。サーチ開始位置からサーチ終了位置までのフォーカスレンズの移動時間は、この移動速度によって決定される。レンズ移動速度を遅くすると図２におけるプロット数が多くなり、レンズ移動速度を速くするとプロット数が少なくなる。レンズ移動速度は、焦点評価値カーブの「山」を構成するプロット数が少なくとも３点以上になるように設定するのが好ましい。

ステップ＃９において、ＣＰＵ１７は、レベルゲートNに設定されたレベルゲート回路１０から出力されて積算回路１１で積算された積算値（第１焦点評価値）を取得し、フォーカスレンズの位置を示す情報に関連づけて履歴データAFvalHis［n］としてＡＦ回路１４内にそれぞれ記憶し、ステップ＃１０へ進む。nは取得順を表し、サーチ開始位置に近いものから順に1,2,…とする。

ステップ＃１０において、ＣＰＵ１７は、積算回路１２による生積算値を取得し、フォーカスレンズの位置を示す情報に関連づけて履歴データIvalHis［n］としてＡＦ回路１４内にそれぞれ記憶し、ステップ＃１１へ進む。生積算値は、上述したように輝度信号の積算値に対応する。nは取得順を表し、サーチ開始位置に近いものから順に1,2,…とする。

ステップ＃１１において、ＣＰＵ１７は、第２焦点評価値を次式（１）によって計算する。実際の計算は演算回路１３で行う。
AFval2＝AFval／Ival （１）
ただし、AFval2は第２焦点評価値、AFvalは第１焦点評価値、Ivalは生積算値である。ＣＰＵ１７はさらに、算出した第２焦点評価値AFval2を、フォーカスレンズの位置を示す情報に関連づけて履歴データAFval2His［n］としてＡＦ回路１４内にそれぞれ記憶し、ステップ＃１２へ進む。nは取得順を表し、サーチ開始位置に近いものから順に1,2,…とする。

ステップ＃１２において、ＣＰＵ１７は、モータ１５に駆動信号を出力してステップ＃１３へ進む。これにより、フォーカスレンズが上記レンズ移動速度で駆動開始される。ステップ＃１３において、ＣＰＵ１７は、フォーカスレンズの位置がサーチ終了端か否かを判定する。ＣＰＵ１７は、フォーカスレンズ位置がサーチ終了端の場合にステップ＃１３を肯定判定して図４のステップ＃１４へ進み、フォーカスレンズ位置がサーチ終了端に到達していない場合にはステップ＃１３を否定判定し、ステップ＃９へ戻る。

以上のステップ＃９〜ステップ＃１３の処理により、フォーカスレンズの位置がサーチ開始端からサーチ終了端まで移動する間（図５のタイミングｔ３〜タイミングｔ４）に、第１焦点評価値カーブを表す複数の第１焦点評価値、第２焦点評価値カーブを表す複数の第２焦点評価値、生積算値（輝度信号の積算値）、およびレンズ位置が得られる。ここでは、それぞれの焦点評価値カーブを構成する複数の焦点評価値を、それぞれ第１焦点評価値履歴AFvalHis［n］および第２焦点評価値履歴AFval2His［n］と呼ぶ。また、輝度信号の履歴をIvalHis［n］と呼び、レンズ位置履歴をLPav［n］と呼ぶ。nは取得順を表し、サーチ開始位置に近いものから順に1,2,…とする。

図４のステップ＃１４において、ＣＰＵ１７は、合焦位置計算処理を行ってステップ＃１５へ進む。合焦位置計算処理の詳細については後述する。

ステップ＃１５において、ＣＰＵ１７は、合焦位置計算に用いた焦点評価値履歴（第１焦点評価値履歴もしくは第２焦点評価値値歴）の中の最大値が所定レベル以上か否かを判定する。ＣＰＵ１７は、焦点評価値履歴に所定レベル以上の焦点評価値が含まれる場合にステップ＃１５を肯定判定してステップ＃１６へ進み、焦点評価値履歴に所定レベル以上の焦点評価値が含まれていない場合にはステップ＃１５を否定判定し、ステップ＃１７へ進む。ステップ＃１６へ進む場合は、焦点検出処理に必要なコントラスト情報が得られている場合である。ステップ＃１７へ進む場合は、被写体が白壁や黒壁などのためコントラストが低い場合である。この場合には、焦点評価値の最大点がノイズなどによって生じるため、擬合焦のおそれがある。

ステップ＃１７において、ＣＰＵ１７は、焦点調節不能とみなしていわゆるローコントラスト処理を行う。ＣＰＵ１７は、モータ１５にレンズ駆動信号を出力し、フォーカスレンズ（不図示）をサーチ終了位置から所定のレンズ位置（たとえば、撮影距離２ｍ）に移動させ、図４による処理を終了する。

ステップ＃１６において、ＣＰＵ１７は、モータ１５にレンズ駆動信号を出力し、フォーカスレンズをサーチ終了位置から合焦レンズ位置Ｄ１へ移動させ、図４による処理を終了する。図５において、タイミングｔ５からモータ１５が駆動開始され、フォーカスレンズが合焦レンズ位置Ｄ１に到達する（タイミングｔ６）。

ここで上述のステップ＃１４における合焦位置計算処理の詳細について、図８のフローチャートを参照して説明する。図８のステップ＃３０１において、ＣＰＵ１７は、飽和している点光源の被写体が存在するか否かを判定する。ＣＰＵ１７は、ステップ＃６で記憶した飽和判定値SATValが所定値以上であれば飽和点光源被写体とみなす。この場合は当該画素データを飽和しているデータとして扱う。

ＣＰＵ１７は、飽和判定値SATValが所定値以上の場合にステップ＃３０１を肯定判定してステップ＃３０３へ進み、飽和判定値SATValが所定値未満の場合にはステップ＃３０１を否定判定してステップ＃３０２へ進む。

ステップ＃３０２において、ＣＰＵ１７は、第１焦点評価値履歴のうち、最大値およびその両隣りの３点について、３点内挿演算を行って第１焦点評価値履歴カーブの極大点に対応するレンズ位置Ｄ１を算出する。ＣＰＵ１７は、レンズ位置Ｄ１を算出すると図４のステップ＃１５へ進む。

ステップ＃３０３において、ＣＰＵ１７は、第２焦点評価値履歴のうち、最大値およびその両隣りの３点について、３点内挿演算を行って第２焦点評価値履歴カーブの極大点に対応するレンズ位置Ｄ１を算出する。ＣＰＵ１７は、レンズ位置Ｄ１を算出すると図４のステップ＃１５へ進む。

＜飽和する高輝度被写体を含む場合の積算値＞
図９は、ステップ＃９〜ステップ＃１３の処理で取得された第１焦点評価値カーブおよび生積算値（輝度信号の積算値）カーブであって、飽和被写体が存在する（主要被写体を示すデータが飽和している）場合の第１焦点評価値カーブ６１および生積算値（輝度信号の積算値）カーブ６２の一例を示す図である。横軸はフォーカスレンズの位置を表し、縦軸は焦点評価値レベルを表す。図９において、第１焦点評価値カーブ６１は、合焦レンズ位置Ｄ１から外れた位置で「山」のピークが得られる（合焦位置Ｄ１より∞端側のピーク６１ｐａと、合焦位置Ｄ１より至近側のピーク６１ｐｂ）。これは、撮像信号が飽和して合焦位置Ｄ１近傍で一様な飽和レベルとして観測されたため、画像データに含まれる高周波数成分が減少したことに起因する。生積算値カーブ６２は、合焦位置において「谷」を有する。これも、撮像信号が一様な飽和レベルとして観測されたことにより、画像データの高周波数成分が減少したためである。図９は、第１焦点評価値カーブ６１の極大値が合焦位置に対応しないことを意味する。

＜高輝度被写体を含まない場合の積算値＞
一方、飽和被写体が存在しない（通常被写体と呼ぶ）場合の第１焦点評価値カーブ７１および生積算値（輝度信号の積算値）カーブ７２の一例を図１０に示す。図９と同様に、横軸はフォーカスレンズの位置を表し、縦軸は焦点評価値レベルを表す。図１０において、第１焦点評価値カーブ７１は、合焦位置Ｄ１で「山」のピークが得られる。生積算値７２はフォーカスレンズ位置によらず一定であり、生積算値カーブ６２のような「谷」は存在しない。図１０は、第１焦点評価値カーブ７１の極大値を求めれば、合焦位置が得られることを意味する。

＜点光源被写体を含む場合の輝度変化＞
図１１は、飽和判定値SATValを得るためにステップ＃６において第１焦点評価値の取得用に用いた撮像信号（メモリ４に格納されているフォーカスエリアに対応する画像データ）であって、飽和レベルに達した信号を含む撮像信号の水平方向の輝度変化の例を示す図である。横軸は撮像素子２上の水平方向の画素位置を表し、縦軸は撮像信号レベルを表す。図１１において、高輝度の点光源などに対応する撮像信号が飽和レベルにてクリップされている。このクリップによって失われた部分が図９の生積算値カーブ６２の「谷」に相当する（比例する）。つまり、生積算値カーブ６２は合焦位置において最小値をとる。

図１２は、図１１に例示した撮像信号が点光源飽和判定用に差分フィルタ設定されたバンドパスフィルタ９によってフィルタ処理された後の水平方向の輝度変化の例を示す図である。横軸は撮像素子２上の水平方向の画素位置を表し、縦軸は撮像信号レベルを表す。上側の破線は既述のレベルゲートSATに対応し、下側の破線は既述のレベルゲートNに対応する。図１２において、高輝度の点光源などに対応する差分信号が、上述した判定閾値に対応するレベルゲートSATを超えている。点光源飽和判定用にレベルゲート回路１０のレベルゲートをレベルゲートSAT（信号レベルで１０００）にしたのは、このような飽和点光源被写体に対応する大きな差分信号のみを通過させるためである。上述したステップ＃６では、レベルゲートSATを超えた差分信号が積算され、飽和判定値SATValとして記憶される。

なお、合焦位置検出時は、合焦位置検出用にフィルタ設定されたバンドパスフィルタ９によってフィルタ処理された後の信号のうち、合焦位置検出用のレベルゲートNを超える信号を用いて第１焦点評価値が取得される。点光源飽和判定処理と合焦位置検出処理とでは、それぞれの処理に適した信号レベルが異なるので、レベルゲート回路１０のレベルゲートを異ならせることによって、処理に用いる信号レベルを切り替えている。

＜点光源被写体を含む場合の合焦レンズ位置＞
第２焦点評価値は、上式（１）が示すように第１焦点評価値を生積算値で正規化したものである。図１３は、第２焦点評価値の一例を示す図である。図１３において、横軸はフォーカスレンズの位置を表し、縦軸は焦点評価値レベルを表す。図１３によれば、第２焦点評価値カーブ９１は合焦位置Ｄ１で「山」のピークが得られる。つまり、飽和被写体が存在していても、第２焦点評価値履歴カーブの極大点が合焦レンズ位置Ｄ１に対応するので、第２焦点評価値カーブ９１の極大値を求めれば、合焦位置が得られることを意味する。

以上説明した実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）フォーカスエリアに対応する撮像信号を用いて焦点評価値を演算するオートフォーカス電子カメラは、フィルタ（ＢＰＦ９）で低周波数成分を除去した撮像信号を用いて、フィルタを通していない撮像信号が飽和しているか否かを判定する。フィルタを通すことによって点光源に対応する高周波数成分を抽出できるので、点光源被写体による飽和か否かを正しく判定できる。このフィルタ（ＢＰＦ９）は、焦点評価値を取得するためのフィルタを兼用するため、新たな回路を備える必要がない。

（２）上記抽出した点光源に対応する高周波数成分を積算回路１１で積算し、この積算値（飽和判定値SATVal）が所定値以上であれば、点光源被写体による飽和と判定する。これにより、飽和レベルに達しない信号成分を積算対象から除外できる。

（３）フォーカスレンズの位置を無限遠端と至近端との間で異ならせて焦点評価値（積算回路１１による積算値）を演算し、フォーカスレンズの位置ごとの焦点評価値履歴に基づいてフォーカスレンズの合焦位置を決定するオートフォーカス電子カメラは、点光源被写体による飽和か否かの判定結果に応じて合焦位置を決定する方式を異ならせる。これにより、点光源被写体によって撮像信号が飽和している場合でも合焦位置を正確に検出することができる。

（４）点光源被写体による飽和と判定した場合、フィルタ（ＢＰＦ９）で低周波数成分を除去した撮像信号の積算値（積算回路１１による積算値）と、フィルタ処理しない生の撮像信号の生積算値（積算回路１２による積算値）とを、それぞれ複数のレンズ位置に対応して得る。カメラはさらに、フィルタ処理後の積算値による第１焦点評価値と第２焦点評価値（＝第１焦点評価値／生積算値の比）とを得て、第２焦点評価値カーブの極値を３点内挿演算で求め、極値に対応するレンズ位置Ｄ１を算出する。第２焦点評価値カーブは、常に極大点が合焦レンズ位置Ｄ１に対応するので、点光源によって撮像信号が飽和している場合でも合焦位置を正確に検出することができる。

（５）点光源被写体による飽和と判定しない場合、第１焦点評価値カーブの極値を３点内挿演算で求め、極値に対応するレンズ位置Ｄ１を算出する。撮像信号が飽和していなければ、第１焦点評価値カーブは合焦位置で極大値を有するので、合焦位置を正確に検出することができる。

（６）フィルタ（ＢＰＦ９）に対し、点光源飽和判定用のフィルタ設定（たとえば差分フィルタ）と合焦位置検出用のフィルタ設定（たとえばバンドパスフィルタ）とを切替えるようにしたので、それぞれの処理に適した信号通過特性を与えることができる。

（７）フィルタ（ＢＰＦ９）と積算回路１１との間にレベルゲート回路１０を設け、点光源飽和判定用に信号レベルを制限する（レベルゲートSAT）設定と、合焦位置検出用に信号レベルを制限する（レベルゲートN）設定とを切替えた。これにより、それぞれの処理に適した足切りレベルを設定できる。

（８）レベルゲートSAT＞レベルゲートNとしたので、点光源飽和判定時には輝度レベル（信号レベル）が高い信号を選択的に積算させ、合焦位置検出時にはノイズを除外した信号（ノイズより信号レベルが高いもの）を選択的に積算できる。

（９）飽和判定値SATValの取得は、フォーカスレンズの位置を無限遠端に対応させて取得するようにした。点光源は遠方（夜景の遠景）に含まれることが多いため、フォーカスレンズの位置が至近端の場合に比べてシャープな点光源像を取得できる。

（１０）飽和判定値SATValの取得は、フォーカスレンズをサーチ開始端からサーチ終了端まで移動（スキャン）させるステップ＃９〜ステップ＃１３の処理の前に行うようにした（ステップ＃６）。もし、スキャン途中で合焦位置を決定する構成とする場合には、合焦位置を決定した時点でスキャンを停止させることも可能である。この場合には、図８のステップ＃３０１の判定動作を図３のステップ＃６の直後に行っておき、第１焦点評価値、第２焦点評価値のいずれを用いて合焦位置を求めるのかを、ステップ＃９の前に決めておくことが好ましい。このようにすれば、スキャン途中で合焦位置を決定して、その後の無駄なスキャン動作を省くことができる。また、点光源を含まないと判定された場合には、第２焦点評価値に関する処理（＃１０、＃１１）を省くこともできる。

（変形例１）
ＣＰＵ１７は、一旦メモリ４に格納した画像データを用いてフィルタ処理および積算処理を行うようにしたが、Ａ／Ｄ変換器３から出力されるデータを逐次入力してフィルタ処理および積算処理を行うようにしてもよい。

（変形例２）
上述した説明では、点光源被写体による飽和と判定した場合、上記（３）のように第２焦点評価値として第１焦点評価値および生積算値の比を得て、この比を示すカーブに基づいて極値に対応するレンズ位置Ｄ１を算出するようにした。この代わりに、第１焦点評価値および生積算値の差を第２焦点評価値として得て、この差を示すカーブに基づいて極値に対応するレンズ位置Ｄ１を算出する構成にしてもよい。この場合にも、点光源によって撮像信号が飽和する場合の合焦位置を正確に検出することができる。

（変形例３）
レベルゲート回路１０の点光源飽和判定用の設定値（レベルゲートSAT）を、撮影範囲の輝度が低い場合に上げてもよい。すなわち、撮像素子２や不図示の測光素子によって測光された撮影被写体の輝度に応じて、ＣＰＵ１７がレベルゲートSATの設定値を可変にしてもよい。具体的には、撮影範囲内に明るい被写体が存在しないような暗黒状態におけるレベルゲートSATの設定値は、平均輝度が所定値を超える場合の設定値よりも高くする。換言すれば、平均輝度が所定値を超える場合のレベルゲートSATの設定値は、暗黒状態におけるレベルゲートSATの設定値より低くする。撮影範囲の輝度が低い場合は撮像感度が高く設定されることが多いため、この感度アップ分を考慮してレベルゲートSATを設定することにより、点光源飽和判定を適切に行うことができる。

（変形例４）
撮影範囲内に点光源が存在しないことが明らかな場合は、点光源飽和判定用の処理を省略してもよい。この場合の合焦位置検出処理では、第１焦点評価値カーブの極値に対応するレンズ位置Ｄ１を算出する。また、撮影範囲内が（撮影被写体が）高輝度（所定輝度値以上）状態であることを測光素子や撮像素子などで検出した場合には、点光源飽和判定用の処理を行わないようにしてもよい。この場合には、図３のステップ＃３とステップ＃４の間に輝度が所定輝度値以上か否かを判定するステップを設け、当該ステップを否定判定ならステップ＃４へ進むようにし、肯定判定ならステップ＃５へ進みかつステップ＃６、＃１０、＃１１、＃３０１、＃３０３を行わないようにすればよい。

（変形例５）
飽和判定値SATValの取得は、フォーカスレンズをサーチ開始端からサーチ終了端まで移動（スキャン）させた後で行うようにしてもよい。たとえばステップ＃２においてサーチ開始位置を至近端に、サーチ終了位置を無限遠端に設定した場合には、フォーカスレンズを上記のようにサーチ終了端までスキャンさせた後で、飽和判定値SATValを取得することが、上述した理由（点光源は遠方に含まれることが多い）から好ましい。

（変形例６）
以上の説明は、撮像素子２に入射される光レベルが高い場合だけでなく、長秒時撮影などのように、撮像素子２に対して電荷蓄積時間を長く設定した場合に有効である。すなわち、蓄積電荷量が所定の蓄積限界を超えると撮像信号が飽和するが、このような撮像素子２の飽和状態にも適用することができる。

電子カメラに限らず、銀塩カメラの焦点検出装置に本発明を適用してもよい。この場合には、撮影用の感光部材と別に焦点検出用の撮像素子を備えればよい。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

本発明の一実施の形態によるＡＦ電子カメラの要部構成を説明するブロック図である。 フォーカスレンズの位置と焦点評価値との関係の一例を示す図である。 ＣＰＵが行うＡＦ処理について説明するフローチャートである。 ＣＰＵが行うＡＦ処理について説明するフローチャートである。 ＡＦ処理の経過時間およびフォーカスレンズ位置の関係を示す図である。 点光源飽和判定設定処理の詳細を説明するフローチャートである。 合焦位置検出設定処理の詳細を説明するフローチャートである。 合焦位置計算処理の詳細を説明するフローチャートである。 飽和被写体が存在する場合の第１焦点評価値カーブおよび生積算値カーブの一例を示す図である。 飽和被写体が存在しない場合の第１焦点評価値カーブおよび生積算値カーブの一例を示す図である。 飽和レベルに達した信号を含む撮像信号の水平方向の輝度変化の例を示す図である。 図１１の撮像信号が点光源飽和判定用にフィルタ処理された後の水平方向の輝度変化の例を示す図である。 第２焦点評価値の一例を示す図である。

符号の説明

１…レンズユニット
２…撮像素子
９…バンドパスフィルタ
１７…ＣＰＵ

Claims (17)

1. 撮影レンズを通して被写体像を撮像する撮像素子と、
   所定周波数以下の信号成分を除去するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段が前記信号成分を除去した後の前記撮像素子からの撮像信号を用いて、前記信号成分を除去する前の前記撮像信号における信号飽和の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記フィルタ手段が前記信号成分を除去した後の前記撮像信号を積算する積算手段をさらに備え、
   前記撮像素子は、前記撮影レンズを構成するフォーカスレンズが所定位置の状態で前記被写体像を撮像し、
   前記判定手段は、前記積算手段による積算値が所定値を超える場合に前記信号飽和有を判定することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記撮像素子はさらに、前記フォーカスレンズの位置が異なる状態でそれぞれ前記被写体像を撮像し、
   前記積算手段はさらに、前記フォーカスレンズの前記異なる位置ごとに前記積算を行い、
   前記異なる位置ごとの積算値を用いて前記フォーカスレンズの合焦位置を決定する決定手段と、
   前記判定手段により判定された前記信号飽和の有無に応じて、前記決定手段による決定方式を異ならせる制御手段とをさらに備えることを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項３に記載の焦点検出装置において、
   前記積算手段はさらに、前記フォーカスレンズの前記異なる位置ごとに、前記フィルタ手段が前記信号成分を除去する前の前記撮像信号を積算し、
   前記制御手段は、前記信号飽和有が判定されている場合、前記フィルタ手段が前記信号成分を除去した後の撮像信号の第１積算値と前記フィルタ手段が前記信号成分を除去する前の撮像信号の第２積算値とに基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置を決定させることを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項４に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、前記第１積算値と前記第２積算値との比に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置を決定させることを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項４に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、前記第１積算値と前記第２積算値との差に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置を決定させることを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項３に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、前記信号飽和無しが判定されている場合、前記フィルタ手段が前記信号成分を除去した後の撮像信号の第１積算値に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置を決定させることを特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項３に記載の焦点検出装置において、
   前記フィルタ手段は、前記判定手段が前記信号飽和の有無を判定する場合の第１フィルタ特性と、前記決定手段が前記フォーカスレンズの合焦位置を決定する場合の第２フィルタ特性とを切替えることを特徴とする焦点検出装置。
9. 請求項８に記載の焦点検出装置において、
   前記第１フィルタ特性は差分フィルタに対応し、前記第２フィルタ特性はバンドパスフィルタに対応することを特徴とする焦点検出装置。
10. 請求項８または９に記載の焦点検出装置において、
    前記フィルタ手段が前記信号成分を除去した後の撮像信号のうち、所定の信号レベル以上の信号のみを前記積算手段に積算させるレベル制限手段をさらに備えることを特徴とする焦点検出装置。
11. 請求項１０に記載の焦点検出装置において、
    前記レベル制限手段は、前記判定手段が前記信号飽和の有無を判定する場合の第１制限レベルと、前記決定手段が前記フォーカスレンズの合焦位置を決定する場合の第２制限レベルとを切替えることを特徴とする焦点検出装置。
12. 請求項１１に記載の焦点検出装置において、
    前記レベル制限手段は、前記第１制限レベルを前記第２制限レベルより大きくすることを特徴とする焦点検出装置。
13. 請求項１２に記載の焦点検出装置において、
    前記レベル制限手段は、撮影範囲の輝度に応じて前記第１制限レベルを可変にすることを特徴とする焦点検出装置。
14. 請求項１２または１３に記載の焦点検出装置において、
    前記第１制限レベルは、前記撮像信号の信号飽和レベルより小さく、かつ該信号飽和レベルの半分のレベルより大きい範囲に設定されることを特徴とする焦点検出装置。
15. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
    前記フォーカスレンズの前記所定位置は、被写体までの距離を無限遠に対応させることを特徴とする焦点検出装置。
16. 請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
    前記判定手段は、撮影範囲の輝度が所定値より高い場合には前記判定の動作を行わないことを特徴とする焦点検出装置。
17. 請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えることを特徴とするカメラ。

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