JP2009181024A - 合焦装置、光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】好適に合焦を行うことができる合焦装置及び光学機器を提供する。
【解決手段】合焦装置（１０）を、光学系（１１）を通過した被写体光を電気信号に変換して出力する光電変換部（１３）と、前記光電変換部の出力に基づいて生成される画像データを用いて点像分布関数を求め、該点像分布関数を用いて前記光学系の合焦状態を求める処理部（１８）と、前記処理部の出力に基づいて前記光学系の焦点距離を制御する制御部（１９）とを備える構成とした。
【選択図】図７

Description

本発明は、合焦装置及び光学機器に関するものである。

従来、カメラ等の光学機器としては、被写体像のコントラストに基づいてオートフォーカス制御を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１１９６２３号公報

上述したコントラスト検出式のオートフォーカス制御を行うためには、被写体像のコントラストがある程度高い必要があり、被写体の種類や撮影条件によっては合焦精度が低下する可能性がある。
本発明の課題は、好適に合焦を行うことができる合焦装置及び光学機器を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、光学系（１１）を通過した被写体光を電気信号に変換して出力する光電変換部（１３）と、前記光電変換部の出力に基づいて生成される画像データを用いて点像分布関数を求め、該点像分布関数を用いて前記光学系の合焦状態を求める処理部（１８）と、前記処理部の出力に基づいて前記光学系の焦点距離を制御する制御部（１９）とを備える合焦装置（１０）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の合焦装置において、前記制御部（１９）の出力に基づいて前記光学系（１１）を駆動する駆動部（１２）を有することを特徴とする合焦装置（１０）である。
請求項３の発明は、請求項２に記載の合焦装置において、前記処理部（１８）は、前記点像分布関数を用いて前記光電変換部（１３）に結像される被写体像のデフォーカス量を演算し、前記駆動部（１２）は、前記デフォーカス量が所定の閾値よりも大きい場合に前記光学系（１１）を駆動することを特徴とする合焦装置（１０）である。
請求項４の発明は、請求項３に記載の合焦装置において、前記処理部（１８）は、前記被写体像のデフォーカス量に基づいて前記光学系（１１）の駆動量を演算することを特徴とする合焦装置（１０）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の合焦装置において、前記処理部（１８）は、指定された焦点検出領域（Ｆ）に対応する領域の画像データを用いて前記点像分布関数を求めることを特徴とする合焦装置（１０）である。
請求項６の発明は、請求項５に記載の合焦装置において、前記処理部（１８）は、前記焦点検出領域（Ｆ）内に該焦点検出領域よりも狭い領域（Ｂ）を設定するとともに、前記狭い領域に対応する位置の画像データを用いて前記点像分布関数を求めることを特徴とする合焦装置（１０）である。
請求項７の発明は、請求項６に記載の合焦装置において、前記処理部（１８）は、前記焦点検出領域（Ｆ）内に複数の前記狭い領域（Ｂ）を設定するとともに、該複数の狭い領域のそれぞれについて前記点像分布関数を求め、前記制御部（１９）は、前記処理部が演算した複数の演算結果のうち、２つ以上の演算結果に基づいて前記光学系（１１）を制御することを特徴とする合焦装置（１０）である。
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の合焦装置において、前記画像データから被写体像のコントラストを演算するコントラスト演算部（２３）を備え、前記制御部（１１９）は、前記コントラストが高くなるように前記光学系（１１）の焦点距離を制御することを特徴とする合焦装置（１１０）である。
請求項９の発明は、請求項８に記載の合焦装置において、前記制御部（１１９）は、前記コントラスト演算部（２３）の出力に基づいて前記光学系を制御しても前記コントラストを所定の閾値よりも高くできない場合に前記処理部（１８）の出力に基づいて前記光学系を制御することを特徴とする合焦装置（１１０）である。
請求項１０の発明は、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の合焦装置を備えることを特徴とする光学機器（１０）である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

本発明によれば、好適に合焦を行うことができる合焦装置及び光学機器を提供することができる。

［第１実施形態］
以下、図面等を参照して、本発明を適用した合焦装置を含む光学機器の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、光学機器としてカメラを例にとって説明する。
図１は、第１実施形態のカメラの構造を示すブロック図である。

カメラ１０は、フォーカスレンズ１１、レンズ駆動部１２、撮像素子１３、入力部１４、表示部１５、制御部１６等を備えている。
カメラ１０は、複数のレンズ群によって形成される撮影レンズを備えており、フォーカスレンズ１１は、撮影レンズの一部を形成している。撮影レンズは、フォーカスレンズ１１が光軸方向に進退動作を行うことによって、後述するＡＦ（Auto Focus）エリアに対応する位置の被写体に対して合焦動作（フォーカシング）を行うようになっている。

レンズ駆動部１２は、例えば、電動モータ等のアクチュエータを備えており、フォーカスレンズ１１を光軸方向に進退動作させる。レンズ駆動部１２は、制御部１６に備えられた後述するＡＦ制御部１９からの指示信号に応じてフォーカスレンズ１１を進退動作させるようになっている。
撮像素子１３は、前述の撮影レンズによって導かれた被写体光が露光されると、この被写体光を電気信号に変換して出力する複数の光電変換素子（以下、光電変換素子を適宜、画素と称して説明する）を備えたイメージセンサである。撮像素子１３には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device Image Sensor）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を使用することができる。
撮像素子１３から出力された電気信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄコンバータ２０によってデジタル信号に変換され、このデジタル信号は、メモリ２１に一時的に記録される。

入力部１４は、撮影者等のカメラのユーザ（以下、撮影者等という）がカメラ１０を操作する際に使用するものである。撮影者等は、この入力部１４を操作することによって、制御部１６に対して各種の入力指示を発するようになっている。

表示部１５は、例えば、液晶パネル等を含んでおり、撮影済み画像や各種設定を行うメニュー画面を表示する。
また、本実施形態のカメラ１０は、撮影時において、前述の撮像素子１３から出力される電気信号に基づいて生成されるスルー画像を、略リアルタイムで表示部１５に表示するライブビュー機能を備えている。撮影者等は、このスルー画像を確認しながらフレーミングを行うことができ、表示部１５は、ファインダ装置としても機能する。

制御部１６は、カメラ１０に備えられた各要素を統括的に制御する部分であり、ＣＰＵ等の演算装置を備えている。
制御部１６は、フォーカスエリア情報取得部１７、ＰＳＦ（Point Spread Function）演算部１８、ＡＦ制御部１９等を備えている。

フォーカスエリア情報取得部１７は、制御部１６がＡＦ制御を行う際に自動的に選択したフォーカスエリアの位置情報、又は、撮影者等が手動で設定したフォーカスエリアの位置情報を取得する部分である。
図２は、図１に示すカメラに備えられた表示部の表示画面の一例を示す図であり、表示画面にフォーカスエリアが表示された状態を示している。

図２に示すように、フォーカスエリアＡは、表示画面の複数箇所（本実施形態では、例えば９箇所）に配置され、制御部１６は、例えば、これらのフォーカスエリアＡに対応する位置の被写体のうち最も至近距離の被写体を主要被写体と見なし、この主要被写体に対応するフォーカスエリアＡを用いてＡＦ制御を行う。また、撮影者が手動でフォーカスエリアＡを設定する場合には、表示画面を確認しながら入力部１４を操作して、所望のフォーカスエリアＡを選択する。なお、フォーカスエリアＡの数や配置は、図２に示すものに限らず、適宜変更が可能である。

ＰＳＦ演算部１８は、撮像素子１３の出力に基づいて生成される画像データの自己相関値に基づいて点広がり関数（ＰＳＦ）を演算する部分である。ＰＳＦは、点像強度分布等とも称されており、理想的な点像が光学系を通過した場合にどのように光線が広がるかを示している。ＰＳＦ演算部１８が行うＰＳＦ演算の手法については、後に詳しく説明する。

制御部１６は、撮影画像データに対してＰＳＦ演算部１８が演算するとともに、ＡＦ制御部１９がＰＳＦに基づいて前述のレンズ駆動部１２を制御し、フォーカスエリアＡのうち、撮影時に選択されたフォーカスエリアＡ（以下、ＡＦエリアＦと称する）に対応する位置の被写体に対して撮影レンズを合焦させる。なお、ＡＦエリアＦは、ＡＦ制御に使用しない他のフォーカスエリアＡと区別するために、これらの他のフォーカスエリアＡとは異なる色で表示される（図２参照）。

次に、制御部１６が行うＡＦ制御について説明する。
図３は、図１に示すカメラに備えられた制御部が行うＡＦ制御を示すフローチャートである。
以下、ステップごとに説明する。

（ステップＳ０１：画像データ取得）
撮影者等からＡＦを実行する旨の指示が入力されると、制御部１６は、ＰＳＦ演算部１８がフォーカスエリア情報取得部１７の出力に基づいてＡＦエリアＦを判定し、このＡＦエリアＦに対応する位置の画像データをメモリ２１から取得してステップＳ０２に進む。
なお、複数のフォーカスエリアＡを用いてＡＦを行う場合には、複数のフォーカスエリアＡがＡＦエリアＦとして選択されるが、ＰＳＦ演算部１８は、複数のＡＦエリアＦに対応する画像データをそれぞれ取得し、制御部１６は、以下に説明する処理を各画像データに対して並行して行う。

（ステップＳ０２：Ｇ成分抽出）
撮像素子１３の出力に基づいて生成される画像データは、例えば、ＲＢＧ等の色情報を含んでいるが、ＰＳＦの演算に色情報は不要であるため、ＰＳＦ演算部１８は、画像データからＧ成分のみ抽出してステップＳ０３に進む。ＰＳＦ演算部１８は、Ｇ成分のみに基づいてＰＳＦの演算を行うので、演算速度が高速化する。

（ステップＳ０３：画像縮小）
ＰＳＦ演算部１８は、ステップＳ０１出取得した画像データをダウンサンプリングし、画像のサイズを小さくする処理を行って、ステップＳ０４に進む。ＰＳＦ演算部１８は、これによって演算速度が高速化する。以下、このステップＳ０３で生成した画像に符号ｇを付して説明する。

（ステップＳ０４：ブロック分割）
ＰＳＦ演算部１８は、ステップＳ０３で生成した画像ｇを、例えば、マトリクス状に分割することによって４９個（７×７）のブロックを設定し、ステップＳ０５に進む。
図４は、画像ｇに対してＰＳＦ演算部が設定したブロックを模式的に表す図である。
図４に示すように、ＰＳＦ演算部１８が設定した４９個のブロックは、全て同じ形状及び面積を有している。

（ステップＳ０５：飽和ブロック除去）
ＰＳＦ演算部１８は、ステップＳ０４で設定した４９個のブロックのうち、画素値が飽和している画素を含むブロックをＰＳＦの演算対象から除去してステップＳ０６に進む。
（ステップＳ０６：ラプラシアン処理）
ＰＳＦ演算部１８は、画像データに対してラプラシアン処理を施すことによって、画像の輪郭を強調する処理を行いステップＳ０７に進む。

（ステップＳ０７：無模様ブロック除去）
ＰＳＦ演算部１８は、ラプラシアン処理を行っても実質的にテクスチャ（模様）がないと認められるブロックをＰＳＦの演算対象から除去してステップＳ０８に進む。画像にテクスチャがない場合には、ＰＳＦの演算を行うことが困難だからである。
ステップＳ０４において画像ｇに対して設定した４９個のブロックは、ステップＳ０５からステップＳ０７の処理が行われることによって、画素値が飽和しておらず、かつ、テクスチャが存在するブロックのみが残る。ＰＳＦ演算部１８は、これらのブロックをＰＳＦの演算対象とする。なお、本実施形態においては、例えば、４個のブロックをＰＳＦ演算の演算対象とするが、ＰＳＦ演算の演算対象とするブロックの数はこれに限られず、場合によっては、例えば、１つでもよい。また、全てのブロックをＰＳＦの演算対象とすることもできる。

図５は、図１に示すＰＳＦ演算部が自己相関値の演算を行う際の手法を説明する図である。
図５（ａ）は、図４に示す画像ｇに設定された４９個のブロックのうち、ＰＳＦの演算対象となるブロックのみを太線で囲って示している。以下、ＰＳＦの演算対象となるブロックを画像Ｂと称して説明する。図５（ｂ）に示すように、ＰＳＦ演算部１８は、画像Ｂに対して、さらに、例えば、２５個（５×５）のブロックを設定する。この２５個のブロックのそれぞれには、複数の画素が含まれている。

（ステップＳ０８：自己相関演算）
ＰＳＦ演算部１８は、ステップＳ０５〜Ｓ０７の処理で演算対象から除外されずに残っている４つのブロックについて、それぞれ２次元の自己相関値を演算する。
ＰＳＦ演算部１８は、図５（ｂ）に示すように、画像Ｂをずらしながら重なり合っている領域の画素同士の積の結果を加算して得られた値を、重なり合った領域の面積（図５（ｂ）の場合は４画素×４画素）で除することによって自己相関値を求める。
２次元の自己相関関数値は、以下の（数１）によって定義される。

この（数１）において、ａ、ｂは、それぞれＸ、Ｙ方向の画素間距離、Ｎ、Ｍは、それぞれ自己相関を演算する領域のＸ方向、Ｙ方向の長さを示している（ステップＳ０９に進む）。

（ステップＳ０９：自己相関画像作成）
ＰＳＦ演算部１８は、ステップＳ０８において演算した各ブロックの自己相関値に基づいて、自己相関画像を作成する。
（数１）によって求められる自己相関値は、ａ＝０、ｂ＝０のとき、すなわち画素が完全に重なっているときに最大となるので、（数１）における、Ｒ_ｆｆ（０，０）のときの自己相関値を基に正規化を行い、自己相関値を８ビットのグレースケール（０〜２５５（白〜黒）の２５６階調）に対応させてモノクロ画像（自己相関画像）を作成する。

図６は、図１に示すＰＳＦ演算部が作成した自己相関画像の一例を示す図である。この図６において（ａ）は、画像ｇを示し、（ｂ）は、画像ｇに含まれる画像Ｂを拡大して示している。
ＰＳＦ演算部１８は、図６（ａ）に示すように、ＰＳＦの演算対象となる画像ｇの全てに対して自己相関画像を作成する。モノクロ画像である自己相関画像において、自己相関が高い画素ほど白く表示される。ＰＳＦ演算部１８は、グレースケールの階調に予め閾値を設定し、この閾値よりも白く表示された領域の幅によって、画像のぼけ幅（ぼけ量）を求める（図６（ｂ）参照）。なお、図６に示す自己相関画像において、白く表示される画素は、例えば、４５°程度斜めの方向に分布しているが、これは、画像がこの方向にブレていることを示している。

（ステップＳ１０：ぼけ幅の平均化）
ＡＦ制御部１９は、ＰＳＦ演算部１８が求めた各ブロックのぼけ幅（ぼけ量）を平均化することによって画像ｇの全体的なぼけ量を演算し、ステップＳ１１に進む。

（ステップＳ１１：ぼけ量と閾値の比較）
ＡＦ制御部１９は、ステップＳ１０で求めたぼけ量と、予め設定された閾値とを比較する。ぼけ量がこの閾値未満である場合（Ｙｅｓ判定）、すなわち、ぼけ量が実質的に無視できる程度に小さい場合には、ＡＦエリアＦ対応する領域の被写体に合焦していると見なして処理を終了する。
これに対し、ＡＦ制御部１９は、ぼけ量が前述した閾値以上である場合には、ステップＳ１２に進む。

（ステップＳ１２：フォーカスレンズ駆動量決定）
制御部１６にはフォーカスレンズ１１を駆動量とぼけ量の変化度合いとの相関を示すデータが予めテーブル化されて用意されており、ＡＦ制御部１９は、ステップＳ１０で求めたぼけ量を前述した閾値未満にすることができるフォーカスレンズ１１の駆動量を、このテーブルを参照することによって決定してステップＳ１３に進む。

（ステップＳ１３：レンズ駆動）
ＡＦ制御部１９は、レンズ駆動部１２に対してフォーカスレンズ１１の駆動量に関する情報を含む指示信号を発信してステップＳ０１に戻る。レンズ駆動部１２は、制御部１６から発信された指示信号に応じてフォーカスレンズ１１を駆動する。
ここで、撮影レンズが主要被写体に対して合焦していない場合、カメラ１０から見て被写体より手前のものに合焦している場合と、カメラ１０から見て被写体よりも遠いものに合焦している場合が考えられる。これらの違いによって、ＡＦ制御時のフォーカスレンズ１１の駆動方向は異なるが、ＡＦ制御部１９は、合焦前の状態を判定することができないので、最初にフォーカスレンズ１１を駆動するときの方向は、一定の方向とする。
制御部１６は、この後、再度ステップＳ０１〜Ｓ１２の処理を繰り返し、ステップＳ１１でぼけ量が閾値未満になっていないと判定した場合には、フォーカスレンズ１１を逆の方向に駆動する。

以上説明したＡＦ制御について、具体的な画像を用いて説明する。
図７は、図１に示す表示部に表示された被写体像（スルー画像）と自己相関画像との関係を示す図である。この図７において、（ａ）が合焦前、（ｂ）が合焦後のスルー画像をそれぞれ示している。また、図７において、（ｃ）及び（ｄ）は、自己相関画像を模式的に表した図であり、（ｃ）は、図７（ａ）の自己相関画像、（ｄ）は、図７（ｂ）の自己相関画像を示している。

図７では、中央の１点のフォーカスエリアＡを用いて主要被写体である人物Ｐに対してＡＦ制御を行う場合を示している。また、スルー画像には、主要被写体である人物Ｐの他、ＡＦエリアＦと対応しない位置に背景として木Ｗが写っている。
図７（ａ）に示すＡＦを行う前の状態において、撮影レンズは、木Ｗに対して合焦した状態になっている。人物Ｐに対応するＡＦエリアＦの画像データに基づいて生成された自己相関画像Ａ１は、図７（ｃ）に示すように、ぼけの影響によってある程度の幅（ぼけ幅）を有している。これに対し、この図７（ａ）の状態では、背景の木Ｗに合焦しているので、木Ｗに対応する画像データに基づいて生成された自己相関画像Ｂ１は、ぼけ幅が小さくなっている。なお、実際のＡＦ制御時において、自己相関画像は、ＡＦエリアＦに対応する領域の画像データに基づいて生成されるので、背景である木Ｗに対応する領域の自己相関画像は生成されない。
これに対し、図７（ｄ）に示す合焦後における自己相関画像Ａ２は、人物Ｐに対応する自己相関画像Ａ１のぼけ幅が狭く、木Ｗに対応する自己相関画像Ｂ２のぼけ幅が広くなっている。

以上説明した第１実施形態のカメラ１０によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ＡＦエリアＦ内の一部の領域の画像（点像）を用いてピンポイントでぼけ量を演算するので、全体的に被写体がコントラストが低い場合であっても、精度よくＡＦを行うことができる。また、画像ｇの自己相関値に基づいてＰＳＦを演算するので、演算速度が高速である。
（２）自己相関画像のぼけ量に基づいてフォーカスレンズ１１の駆動量を予め求めることができるので、ＡＦ動作を高速で行うことができる。
（３）ＡＦエリアＦを４９個の狭いブロックに分割してＰＳＦを演算するので、演算処理を高速化できる。
（４）ＡＦエリアＦに含まれる複数のブロックについてＰＳＦを演算し、これによって得られたぼけ量の平均値に基づいてフォーカスレンズ１１の駆動量を決定するので、ＡＦエリアＦの全体に対してピントが合った画像を撮影することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明を適用した合焦装置の第２実施形態を含む光学機器（カメラ）について説明する。この第２実施形態において、上述した第１実施形態と同様な機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に統一した符号を付して、重複する説明や図面を適宜省略する。
図８は、第２実施形態のカメラの構造を示すブロック図である。

第２実施形態のカメラ１１０に備えられた制御部１１６は、第１実施形態で説明したＰＳＦに基づくＡＦ制御（以下、ＰＳＦ−ＡＦ制御と称する）に加え、画像データのコントラストに基づいてＡＦ制御を行うコントラストＡＦ制御の２種類のＡＦ制御を行うことが可能になっている。
そして、ＡＦ制御部１１６は、コントラストＡＦ制御行っても主要被写体にピント合わせができなかった場合に、ＰＳＦ−ＡＦ制御を行うようになっている。

カメラ１１０は、被写体像のコントラストを検出するための専用のＡＦセンサ２２を備えている。このＡＦセンサ２２には、撮像素子１３と同様に撮影レンズを通過した被写体光が露光される。コントラストＡＦ制御を行う場合、ＡＦセンサ２２の出力は、制御部１１６に備えられたコントラスト演算部２３に入力され、コントラスト演算部２３は、ＡＦセンサ２２の出力と、フォーカスエリア情報取得部１７の出力とに基づいて、ＡＦエリアＦに対応する位置の被写体のコントラストを演算する。

そして、コントラストが所定の閾値以下である場合、ＡＦ制御部１９は、被写体に対して合焦していないとみなしてレンズ駆動部１２に対して指示信号を発信し、フォーカスレンズ１１を駆動する。ＡＦ制御部１９は、フォーカスレンズ１１の駆動と被写体のコントラスト検出とを並行して行い、コントラストに応じて変化する焦点評価値がピークとなる位置でフォーカスレンズ１１の駆動を停止する。なお、本実施形態のカメラ１１０は、専用のＡＦセンサ２２によって被写体のコントラストを検出するが、これに限らず、撮像素子１３の出力に基づいて被写体のコントラストを検出してもよい。

図９は、第２実施形態のカメラに備えられた制御部が行うＡＦ制御を示すフローチャートである。
（ステップＳ２０：画像データ取得）
制御部１１６は、図３のステップＳ０１と同様にＡＦエリアＦに対応する位置の画像データをメモリ２１から取得してステップＳ２１に進む。
（ステップＳ２１：コントラストＡＦ実行）
制御部１１６は、ステップＳ２０で取得した画像データのコントラストに基づいてコントラストＡＦ制御を行いステップＳ２２に進む。
（ステップＳ２２：合焦判定）
制御部１１６は、ステップＳ２１によるコントラスト検出ＡＦによって、被写体に対するピント合わせが完了した場合には、処理を終了する。また、ステップＳ２１の処理によってピント合わせができなかった場合（フォーカスレンズ１１を動かしてもコントラストを所定値以上にできなかった場合）には、ステップＳ２３に進む。

（ステップＳ２３：コントラストＡＦ回数判定）
制御部１１６は、コントラストＡＦ制御によるピント合わせが不調に終わった場合には、第１実施形態と同様にＰＳＦ−ＡＦ制御を行う。ただし、１回目のコントラストＡＦが不調に終わった場合であっても、すぐにＰＳＦ−ＡＦ制御を行わず、コントラストＡＦ制御を所定の回数（以下、この回数に符号Ｎを付して説明する）、繰り返す（ステップＳ２０に戻る）。コントラストＡＦ制御を繰り返す回数Ｎは、特に限定されない。
コントラストＡＦ制御をＮ回繰り返してもピント合わせがうまくいかない場合、制御部１１６は、ステップＳ２４に進んでＰＳＦ−ＡＦ制御を実行する。

（ステップＳ２４：ＰＳＦ−ＡＦ実行）
制御部１１６は、ステップＳ２０で取得した画像データに基づいてＰＳＦ−ＡＦ制御を実行する。ＰＳＦ−ＡＦ制御については、第１実施形態と実質的に同じであるので、説明を省略する（図３のステップＳ０２〜Ｓ１３参照）。

以上説明した第２実施形態のカメラ１１０によれば、以下の効果を得ることができる。
ＰＳＦ−ＡＦ制御とコントラストＡＦ制御とを比較した場合、ＰＳＦ−ＡＦ制御の方が低コントラストの被写体であってもピント合わせに成功する確率が高いが、コントラストＡＦ制御に比べてＰＳＦの演算やぼけ幅の平均か処理等によってＡＦ速度が遅くなる可能性がある。本第２実施形態では、最初に処理速度で有利なコントラストＡＦ制御を行い、このコントラストＡＦ制御での合焦ができない場合にＰＳＦ−ＡＦ制御を行うので、合焦速度の低下を防止しつつ、低コントラストの被写体であっても精度よく合焦を行うことができる。

［変形形態］
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施形態のカメラは、（数１）に示す自己相関関数によってＰＳＦを算出したが、ＰＳＦの算出手法は、これに限られず、他の手法であってもよい。例えば、劣化画像のフーリエ変換の振幅スペクトルがゼロになる周波数と方向とを検出してブレの大きさと方向とを検出する方法や、動きベクトルを利用してＰＳＦを算出する方法等が知られており、これらの方法で用いられているＰＳＦの算出手法を用いてもよい。
（２）実施形態は、フォーカスレンズを撮像素子に対して動かすことによって光学系の焦点距離を制御したが、焦点距離の制御方法はこれに限らず、例えば、撮像素子を動かすことによって焦点距離を制御してもよい。
（３）本発明の合焦装置を備える光学機器は、実施形態のようなカメラに限らず、例えば、望遠鏡や顕微鏡等であってもよい。また、光学機器は、携帯電話のような電子機器に組み込まれたものも含むものとする。

第１実施形態のカメラの構造を示すブロック図である。 図１に示すカメラに備えられた表示部の表示画面の一例を示す図である。 図１に示すカメラに備えられた制御部が行うＡＦ制御を示すフローチャートである。 画像ｇに対してＰＳＦ演算部が設定したブロックを模式的に表す図である。 図４に示す画像ｇのうちＰＳＦの演算対象となる領域を示す図である。 図１に示すＰＳＦ演算部が作成した自己相関画像の一例を示す図である 図１に示す表示部に表示された被写体像（スルー画像）と自己相関画像との関係を示す図である。 第２実施形態のカメラの構造を示すブロック図である。 第２実施形態の制御部が行うＡＦ制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ カメラ ： １１ フォーカスレンズ ： １３ 撮像素子 ： １６ 制御部 ： １８ ＰＳＦ演算部 ： １９ ＡＦ制御部

Claims (10)

1. 光学系を通過した被写体光を電気信号に変換して出力する光電変換部と、
   前記光電変換部の出力に基づいて生成される画像データを用いて点像分布関数を求め、該点像分布関数を用いて前記光学系の合焦状態を求める処理部と、
   前記処理部の出力に基づいて前記光学系の焦点距離を制御する制御部と
   を備える合焦装置。
2. 請求項１に記載の合焦装置において、
   前記制御部の出力に基づいて前記光学系を駆動する駆動部を有すること
   を特徴とする合焦装置。
3. 請求項２に記載の合焦装置において、
   前記処理部は、前記点像分布関数を用いて前記光電変換部に結像される被写体像のデフォーカス量を演算し、
   前記駆動部は、前記デフォーカス量が所定の閾値よりも大きい場合に前記光学系を駆動すること
   を特徴とする合焦装置。
4. 請求項３に記載の合焦装置において、
   前記処理部は、前記被写体像のデフォーカス量に基づいて前記光学系の駆動量を演算すること
   を特徴とする合焦装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の合焦装置において、
   前記処理部は、指定された焦点検出領域に対応する領域の画像データを用いて前記点像分布関数を求めること
   を特徴とする合焦装置。
6. 請求項５に記載の合焦装置において、
   前記処理部は、前記焦点検出領域内に該焦点検出領域よりも狭い領域を設定するとともに、前記狭い領域に対応する位置の画像データを用いて前記点像分布関数を求めること
   を特徴とする合焦装置。
7. 請求項６に記載の合焦装置において、
   前記処理部は、前記焦点検出領域内に複数の前記狭い領域を設定するとともに、該複数の狭い領域のそれぞれについて前記点像分布関数を求め、
   前記制御部は、前記処理部が演算した複数の演算結果のうち、２つ以上の演算結果に基づいて前記光学系を制御すること
   を特徴とする合焦装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の合焦装置において、
   前記画像データから被写体像のコントラストを演算するコントラスト演算部を備え、
   前記制御部は、前記コントラストが高くなるように前記光学系の焦点距離を制御すること
   を特徴とする合焦装置。
9. 請求項８に記載の合焦装置において、
   前記制御部は、前記コントラスト演算部の出力に基づいて前記光学系を制御しても前記コントラストを所定の閾値よりも高くできない場合に前記処理部の出力に基づいて前記光学系を制御すること
   を特徴とする合焦装置。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の合焦装置を備えること
    を特徴とする光学機器。

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