JP2010113130A - 焦点検出装置、撮像装置、焦点検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】追尾対象の位置を正常に検出できなかった場合であっても、光学系の焦点調節状態を適切に検出する。
【解決手段】焦点検出装置は、追尾対象の基準情報を記憶する記憶手段１８と、光学系１により結像される結像面の画像情報を繰り返し撮像する撮像手段１６と、結像面における追尾対象の位置を結像面の画像情報と基準情報との比較に基づいて検出し、第１の検出結果と第２の検出結果とを順次出力する位置検出手段９と、少なくとも第１の検出結果に基づいて、結像面内に設定された複数の焦点検出位置から少なくとも一つの焦点検出位置を選択する選択手段９と、選択手段により選択された焦点検出位置に対して光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦点検出装置、撮像装置および焦点検出方法に関する。

従来、追尾対象に設定された被写体を撮影画像中で追尾し、その追尾対象の位置における光学系の焦点調節状態を検出して光学系の焦点調節を行うカメラが知られている。特許文献１には、このような焦点調節を行うカメラにおいて、追尾対象の位置を正常に検出できなかった場合に、その旨を撮影者に通知するものが提案されている。

特開２００６−２５８９４３号公報

特許文献１に開示されるカメラでは、追尾対象の位置を正常に検出できなかった場合に、光学系の焦点調節状態を適切に検出することができない。

本発明による焦点検出装置は、追尾対象の基準情報を記憶する記憶手段と、光学系により結像される結像面の画像情報を繰り返し撮像する撮像手段と、結像面における追尾対象の位置を結像面の画像情報と基準情報との比較に基づいて検出し、第１の検出結果と第２の検出結果とを順次出力する位置検出手段と、少なくとも第１の検出結果に基づいて、結像面内に設定された複数の焦点検出位置から少なくとも一つの焦点検出位置を選択する選択手段と、選択手段により選択された焦点検出位置に対して光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備える。
本発明による撮像装置は、焦点検出装置と、選択手段により選択された焦点検出位置の焦点調節状態に基づいて光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備える。
本発明による焦点検出方法は、追尾対象の基準情報を記憶し、光学系により結像される結像面の画像情報を繰り返し撮像し、結像面における追尾対象の位置を、結像面の画像情報と基準情報との比較に基づいて検出し、第１の検出結果と第２の検出結果とを順次出力し、少なくとも第１の検出結果に基づいて、結像面内に設定された複数の焦点検出位置から少なくとも一つの焦点検出位置を選択し、選択された焦点検出位置に対して光学系の焦点調節状態を検出する。

本発明によれば、追尾対象の位置を正常に検出できなかった場合であっても、光学系の焦点調節状態を適切に検出することができる。

本発明の一実施形態による焦点調節装置を備えた一眼レフ方式のデジタルカメラについて、以下に説明する。図１は、カメラの要部構成を示すブロック図である。カメラは、カメラボディとレンズ鏡筒を有しており、カメラボディにレンズ鏡筒が交換可能に装着されている。レンズ鏡筒内には、レンズ光学系１と、レンズ駆動用モータ１４が設けられている。レンズ光学系１は、被写体像を結像面に結像させるための光学系であり、焦点調節レンズを含む複数のレンズによって構成される。焦点調節レンズは、レンズ駆動用モータ１４の動作により光軸方向に移動可能である。

カメラボディの内部には、クイックリターンミラー２、ファインダースクリーン３、ペンタプリズム４、接眼レンズ５、撮像素子６、サブミラー７、位相差ＡＦ検出素子８、ＡＦ−ＣＣＤ制御部９、デフォーカス演算部１０、フォーカスエリア位置決定部１１、レンズ駆動量演算部１２、レンズ駆動制御部１３、測光用レンズ１５、測光センサ１６、操作部材１７および制御装置１８が設けられている。なお、ＡＦ−ＣＣＤ制御部９、デフォーカス演算部１０、フォーカスエリア位置決定部１１、レンズ駆動量演算部１２およびレンズ駆動制御部１３は、制御装置１８の機能により実現されるものである。

撮像素子６には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各画素が所定の配列パターンで配列されている。撮像素子６は、レンズ光学系１によって結像される結像面の画像情報を撮像し、各画素に対応する色情報や輝度情報に応じた画像信号を出力する。撮像素子６から出力された画像信号は、制御装置１８の制御によって画像データに変換される。これにより、カメラにおいて撮像画像が取得される。撮像素子６には、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳ等が使用される。なお、撮像素子６の撮像面の前には、赤外光をカットするための赤外カットフィルタや、画像の折り返しノイズを防止するための光学ローパスフィルタなどが配置されている。

レンズ光学系１と撮像素子６との間には、レンズ光学系１を通過した被写体からの入射光束をファインダー光学系へと反射するクイックリターンミラー２が配設されている。入射光束の一部はクイックリターンミラー２の半透過領域を透過し、サブミラー７にて下方に反射された後に位相差ＡＦ検出素子８へ入射される。

クイックリターンミラー２で反射された入射光束は、撮像素子６と光学的に等価な位置に設けられたファインダースクリーン３上に被写体像を結像する。ファインダースクリーン３上に結像された被写体像は、ペンタプリズム４および接眼レンズ５を通って撮影者の目へと導かれ、撮影者によって視認される。

ファインダースクリーン３上に結像された被写体像はまた、ペンタプリズム４および測光用レンズ１５を通って測光センサ１６へと導かれる。測光センサ１６は、撮像素子６と同様に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各画素が所定の配列パターンで配列されており、レンズ光学系１により結像される結像面の画像情報を撮像する。そして、各画素に対応する色情報や輝度情報に応じた測光信号を制御装置１８へ出力する。制御装置１８は、この測光センサ１６からの測光信号に基づいて、結像面の明るさを検出したり、予め追尾対象に設定された被写体像の結像面における位置を認識し、その被写体像の位置を追尾する被写体追尾を行ったりする。

カメラが撮影を行う際には、クイックリターンミラー２およびサブミラー７が光路上から光路外へと移動され、入射光束により撮像素子６上に被写体像が結像される。この被写体像を撮像素子６により撮像することで撮像画像が取得され、不図示のメモリーカードに記録される。こうしたクイックリターンミラー２およびサブミラー７の動作は、制御回路１８により制御される。

位相差ＡＦ検出素子８は、不図示のマスク部、再結像レンズ、複数位置に配置されたＡＦ用のＣＣＤラインセンサなどを有している。この位相差ＡＦ検出素子８には、レンズ光学系１を通して入射され、クイックリターンミラー２を透過してサブミラー７により反射された被写体からの光束が入力される。この入射光束をマスク部により撮影レンズの異なる領域を通過する２つの光束に分けた後、再結像レンズにより一対の被写体像をＣＣＤラインセンサ上に再結像し、その像位置の検出結果を表す像信号をＣＣＤラインセンサから出力する。

位相差ＡＦ検出素子８においてＣＣＤラインセンサ上に再結像される一対の被写体像は、レンズ光学系１が予定焦点面よりも前に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに近づき、逆に予定焦点面より後ろに被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互いに遠ざかる。また、レンズ光学系１が予定焦点面において被写体の鮮鋭像を結ぶ合焦状態では、一対の被写体像が相対的に一致する。したがって、上記のように一対の被写体像を再結像し、その像位置をＣＣＤラインセンサによって検出することにより、レンズ光学系１からの入射光束に基づいて、レンズ光学系１の焦点調節状態が検出される。

ＡＦ−ＣＣＤ制御部９は、位相差ＡＦ検出素子８に設けられたＣＣＤラインセンサのゲイン量や蓄積時間を制御する。また、前述の被写体追尾の結果に基づいて、レンズ光学系１による結像面内に設定された複数の焦点検出エリアの中から、いずれかの焦点検出エリアを選択する。本実施形態では、被写体追尾の結果、被写体像の位置と認識範囲に含まれる位置にある焦点検出エリアを選択するようになっている。そして、選択した焦点検出エリアにおける像信号を位相差ＡＦ検出素子８のＣＣＤラインセンサから読み出し、デフォーカス演算部１０へ出力する。

デフォーカス演算部１０は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部９によって読み出されたＣＣＤラインセンサの出力値に基づいて、レンズ光学系１の焦点調節状態（ピントのずれ量）を表すデフォーカス量を算出する。

フォーカスエリア位置決定部１１は、デフォーカス演算部１０によって算出されたデフォーカス量に基づいて、レンズ光学系１を最終的にフォーカスさせる焦点検出エリアの位置を決定する。

レンズ駆動量演算部１２は、デフォーカス演算部１０によって算出されたデフォーカス量のうち、フォーカスエリア位置決定部１１によって決定された焦点検出エリアのデフォーカス量に基づいて、レンズ光学系１が有する焦点調節レンズの駆動量を演算する。ここでは、焦点調節レンズの駆動位置の目標となるレンズ目標位置を演算することにより、レンズ駆動量の演算を行う。なお、レンズ目標位置は、当該デフォーカス量が０となる焦点調節レンズの位置に相当する。

レンズ駆動制御部１３は、レンズ駆動量演算部１２によって演算されたレンズ駆動量、すなわち焦点調節レンズに対するレンズ目標位置に基づいて、レンズ駆動用モータ１４へ駆動制御信号を出力する。この駆動制御信号に応じて、レンズ駆動用モータ１４が焦点調節レンズを駆動してレンズ目標位置へ移動させることにより、レンズ光学系１の焦点調節が行われる。

操作部材１７は、カメラの操作を行うための各種スイッチ類によって構成される。たとえば、カメラの動作モードを選択するためのモード選択スイッチ、ＡＦエリアを選択するためのエリア選択スイッチ、焦点調節の開始および撮影を指示するためのレリーズボタンなどが操作部材１７に含まれる。

制御装置１８は、マイコンやメモリ等によって構成されており、上記のＡＦ−ＣＣＤ制御部９、デフォーカス演算部１０、フォーカスエリア位置決定部１１、レンズ駆動量演算部１２およびレンズ駆動制御部１３の各機能を実現するための処理を実行したり、カメラの動作制御を行ったりする。また、これらの処理や制御において必要な情報を一時的に記憶する。

レンズ光学系１からの入射光束による像面内には、図２に示すように、５１点の焦点検出エリア（焦点検出位置）a1〜a51が設定されている。レンズ光学系１の焦点調節を行う際には、この焦点検出エリアa1〜a51のいずれか少なくとも１つがＡＦ−ＣＣＤ制御部９によって選択され、その焦点検出エリアのデフォーカス量がデフォーカス演算部１０によって算出される。そして、フォーカスエリア位置決定部１１により、デフォーカス量が算出された焦点検出エリアのうちいずれかが最終的なフォーカス対象の焦点検出エリアとして決定される。

以上説明したような方法で決定された焦点検出エリアに対応するデフォーカス量に基づいて、レンズ駆動量演算部１２により、レンズ光学系１の焦点調節レンズの駆動量が演算される。そして、レンズ駆動制御部１３からレンズ駆動用モータ１４へ駆動制御信号が出力される。これにより、レンズ光学系１の焦点調節が行われ、レンズ光学系１が被写体に対して合焦状態となる。

焦点調節時に実行される処理のフローチャートを図３に示す。このフローチャートは、所定の開始条件を満たすことにより、制御装置１８において実行される。たとえば、操作部材１７のレリーズボタンがユーザによって半押し操作されたときや、操作部材１７のモード選択スイッチにより所定の動作モードが設定されたときに、図３のフローチャートが実行される。

ステップＳ１０において、制御装置１８は、追尾対象とする被写体を設定する。この追尾対象の設定は、たとえば、スルー画に対するユーザの焦点検出エリアの選択に応じて行われる。具体的には、撮像素子６または測光センサ１６により撮像した画像を図示しない表示装置にスルー画として表示する。ユーザは、操作部材１７のエリア選択スイッチを操作することにより、スルー画上で追尾対象としたい被写体の位置に対応する焦点検出エリを選択する。その後、制御装置１８は、選択された焦点検出エリアに対応する画像情報を追尾対象の画像情報として設定する。あるいは、撮像素子６または測光センサ１６により撮像した画像に基づいて、制御装置１８が自動的に主要被写体を判別し、その主要被写体を追尾対象に設定してもよい。こうして設定された追尾対象の画像情報は、基準情報として制御装置１８内のメモリに記憶される。

ステップＳ２０において、制御装置１８は、測光センサ１６から出力される測光信号を取得する。ステップＳ３０において、制御装置１８は、ステップＳ２０で取得した測光信号に基づいて、ステップＳ１０で設定した追尾対象の位置を結像面において検出する。ここでは、ステップＳ２０で取得した測光信号が表す結像面の画像情報と、ステップＳ１０でメモリに記憶された基準情報とを比較する。この比較結果に基づいて、測光センサ１６の各画素に対応する色情報または輝度情報が基準情報と最も類似する部分を結像面において特定し、その部分を追尾対象の位置として検出する。

以上説明したステップＳ２０およびＳ３０の処理は、制御装置１８において図３のフローチャートが実行されている間は、所定の処理周期で繰り返し実行される。すなわち、レンズ光学系１により結像される結像面の画像情報が測光センサ１６により繰り返し撮像され、測光センサ１６から出力される測光信号が制御装置１８によりステップＳ２０において取得される。そして、ステップＳ３０の処理が繰り返し実行され、各時点における追尾対象位置の検出結果が制御装置１８により順次出力される。これ以降では、特に断りのない限り、追尾対象位置の検出結果が少なくとも３回以上出力されているものとして説明を行う。

ステップＳ４０において、制御装置１８は、ステップＳ３０で得られた最新の位置検出結果、すなわち最後に実行したステップＳ３０による追尾対象位置の検出結果が適当であるか否かを判定する。ここでは、様々な判定条件に基づいて最新の位置検出結果が適当であるか否かを判定することができる。たとえば、測光センサ１６がレンズ光学系１による結像面の画像情報を取得して測光信号を制御装置１８へ出力したときの時刻に基づいて、最新の検出結果が適当であるか否かを判定する。具体的には、ステップＳ２０において制御装置１８が測光センサ１６から測光信号を取得する度に、その取得時刻を記録しておく。そして、ステップＳ４０において、最後に測光信号を取得した時刻と、その前に測光信号を取得した時刻との差を求める。この取得時刻の差が所定時間未満であれば最新の位置検出結果が適当であると判定し、所定時間以上であれば最新の位置検出結果が適当ではないと判定することができる。なお、前回の測光信号の取得時刻は、前回の処理においてデフォーカス量を検出するために用いられた（つまり、前回のステップＳ３０で最新の位置検出結果が適当であると判定された）画像情報の取得時刻を表している。

あるいは、制御装置１８が前回の位置検出結果を得てから最新の位置検出結果を得るまでの時間、すなわち、前回ステップＳ３０の処理を実行してから今回ステップＳ３０の処理を実行するまでの時間に基づいて、最新の検出結果が適当であるか否かを判定してもよい。具体的には、制御装置１８がステップＳ３０において追尾対象位置を検出する度に、その検出時刻を記録しておく。そして、ステップＳ４０において、今回の検出時刻と前回の検出時刻との差を求め、この差が所定時間未満であれば最新の位置検出結果が適当であると判定し、所定時間以上であれば最新の位置検出結果が適当ではないと判定することができる。

また、最新の位置検出結果を得たときの測光信号が表す結像面の画像情報と基準情報との類似度に基づいて、その検出結果が適当であるか否かを判定してもよい。具体的には、制御装置１８がステップＳ３０において追尾対象位置を検出する際に、当該位置に対応する部分の画像情報が基準情報とどの程度一致するかを表す類似度を演算し、その演算結果を記録しておく。こうして記録された類似度が所定値以上であれば、ステップＳ４０において最新の位置検出結果が適当であると判定し、所定値未満であれば適当ではないと判定することができる。

さらに、最新の位置検出結果を得たときの測光信号が表す結像面の輝度や、前回の位置検出結果と最新の位置検出結果との差分などに基づいて、最新の位置検出結果が適当であるか否かを判定してもよい。すなわち、これらの値が予め定められた撮影時に想定される通常の範囲を超えていなければ、ステップＳ４０において最新の位置検出結果が適当であると判定し、当該範囲を超えていれば適当ではないと判定することができる。

以上説明したような判定条件に基づいて、ステップＳ４０の判定が行われる。その結果、最新の位置検出結果が適当であると判定された場合はステップＳ５０へ進み、適当でないと判定された場合はステップＳ６０へ進む。このとき複数の判定条件を組み合わせて用いてもよい。なお、ステップＳ３０において最新の位置検出結果が得られなかった場合もステップＳ６０へ進む。一方、ステップＳ３０の処理が実行された回数が３回に満たない場合、すなわち１回または２回である場合は、後で説明するステップＳ６０の処理を実行することができない。したがってこの場合は、ステップＳ４０の判定結果に関わらずステップＳ５０へ進む。あるいは、ステップＳ３０の処理が実行された回数が３回に満たず、かつステップＳ４０において最新の位置検出結果が適当ではないと判定された場合には、それ以降の処理を実行せずにステップＳ２０へ戻るようにしてもよい。

ステップＳ５０において、制御装置１８は、図２に示す焦点検出エリアa1〜a51の中から、最新の位置検出結果に応じた焦点検出エリアを選択する。たとえば、最新の位置検出結果として、図５に示す縦４画素、横４画素の合計１６画素からなる範囲５１が得られたとする。この場合、範囲５１に対応するa4,a5,a6,a9,a10,a11,a14,a15およびa16の各焦点検出エリアがステップＳ５０において選択される。ステップＳ５０を実行したらステップＳ７０へ進む。

なお、ステップＳ５０において、最新の位置検出結果に加えて、前回の位置検出結果を加味して焦点検出エリアを選択することもできる。たとえば、前回の位置検出結果に基づいて、最新の位置検出結果が表す範囲よりも若干広めの範囲を設定し、その範囲に対応する焦点検出エリアを選択する。このようにして、前回の位置検出結果および最新の位置検出結果に基づいて焦点検出エリアを選択してもよい。

ステップＳ６０において、制御装置１８は、過去の位置履歴に基づく焦点検出エリアの選択処理を行う。この処理の内容を図４のフローチャートにより説明する。

図４のステップＳ６１〜Ｓ６３において、制御装置１８は、追尾対象の移動方向を予測するための判定を行う。ここでは、前回の位置検出結果による追尾対象位置を代表する点の座標値と、前々回の位置検出結果による追尾対象位置を代表する点の座標値とを、それぞれ（x1,y1）および（x2,y2）とする。ステップＳ６１において、制御装置１８は、x1≠x2かつy1＝y2の条件を満たすか否かを判定する。この条件を満たす場合、制御装置１８は、追尾対象が横方向に移動していると判断してステップＳ６４へ進む。条件を満たさない場合はステップＳ６２へ進む。

ステップＳ６２において、制御装置１８は、x1＝x2かつy1≠y2の条件を満たすか否かを判定する。この条件を満たす場合、制御装置１８は、追尾対象が縦方向に移動していると判断してステップＳ６５へ進む。条件を満たさない場合はステップＳ６３へ進む。

ステップＳ６３において、制御装置１８は、x1≠x2かつy1≠y2の条件を満たすか否かを判定する。この条件を満たす場合、制御装置１８は、追尾対象が斜め方向に移動していると判断してステップＳ６６へ進む。一方、ステップＳ６１〜６３においていずれの条件を満たさないと判定された場合は、追尾対象が移動していないと判断してステップＳ６７へ進む。

ステップＳ６４において、制御装置１８は、前回の追尾対象位置に対応する座標値（x1,y1）と、前々回の追尾対象位置に対応する座標値（x2,y2）とに基づいて、追尾対象の横方向の移動量を予測する。その方法を図６により説明する。たとえば、前々回の位置検出結果として図６に示す範囲６１が得られたとする。この範囲６１を代表する点（ここでは左下の点）の座標値を（x2,y2）とする。同様に、前回の位置検出結果を代表する点の座標値を（x1,y1）と表す。ここで、y2＝y1である。

図６において、前回の追尾対象位置から今回の追尾対象位置までの横方向の移動量を示す矢印６３は、（x1,y1）を始点としており、（x2,y2）から（x1,y1）へ向かう矢印６２と同じ向きおよび長さを有するものと予測される。したがって、今回の追尾対象位置に対応する点の座標値を（x0,y0）とすると、x0，y0の予測値は、それぞれx0＝x1＋（x1−x2）、y0＝y1＝y2と求められる。このようにして追尾対象の横方向の移動量を予測し、その予測結果に基づいて今回の追尾対象位置に対応する座標値（x0,y0）を求めたら、制御装置１８はステップＳ６７へ進む。

ステップＳ６５において、制御装置１８は、前回の追尾対象位置に対応する座標値（x1,y1）と、前々回の追尾対象位置に対応する座標値（x2,y2）とに基づいて、追尾対象の縦方向の移動量を予測する。その方法を図７により説明する。たとえば、前々回の位置検出結果として図７に示す範囲７１が得られたとする。この範囲７１を代表する点（ここでは左下の点）の座標値を（x2,y2）とする。同様に、前回の位置検出結果を代表する点の座標値を（x1,y1）と表す。ここで、x2＝x1である。

図７において、前回の追尾対象位置から今回の追尾対象位置までの縦方向の移動量を示す矢印７３は、（x1,y1）を始点としており、（x2,y2）から（x1,y1）へ向かう矢印７２と同じ向きおよび長さを有するものと予測される。したがって、今回の追尾対象位置に対応する点の座標値を（x0,y0）とすると、x0，y0の予測値は、それぞれx0＝x1＝x2、y0＝y1＋（y1−y2）と求められる。このようにして追尾対象の縦方向の移動量を予測し、その予測結果に基づいて今回の追尾対象位置に対応する座標値（x0,y0）を求めたら、制御装置１８はステップＳ６７へ進む。

ステップＳ６６において、制御装置１８は、前回の追尾対象位置に対応する座標値（x1,y1）と、前々回の追尾対象位置に対応する座標値（x2,y2）とに基づいて、追尾対象の斜め方向の移動量を予測する。その方法を図８により説明する。たとえば、前々回の位置検出結果として図８に示す範囲８１が得られたとする。この範囲８１を代表する点（ここでは左下の点）の座標値を（x2,y2）とする。同様に、前回の位置検出結果を代表する点の座標値を（x1,y1）と表す。

図８において、前回の追尾対象位置から今回の追尾対象位置までの斜め方向の移動量を示す矢印８３は、（x1,y1）を始点としており、（x2,y2）から（x1,y1）へ向かう矢印８２と同じ向きおよび長さを有するものと予測される。したがって、今回の追尾対象位置に対応する点の座標値を（x0,y0）とすると、x0，y0の予測値は、それぞれx0＝x1＋（x1−x2）、y0＝y1＋（y1−y2）と求められる。このようにして追尾対象の斜め方向の移動量を予測し、その予測結果に基づいて今回の追尾対象位置に対応する座標値（x0,y0）を求めたら、制御装置１８はステップＳ６７へ進む。

以上説明したステップＳ６４、Ｓ６５またはＳ６６のいずれかの処理が実行されることにより、制御装置１８は、前回の追尾対象位置の検出結果に基づいて、追尾対象の移動方向および移動量を予測することができる。なお、本実施形態においては、ステップＳ６０で過去の位置履歴として前回の位置検出結果と前々回の位置検出結果とを用いることとしたが適宜変更可能である。例えば、前回の位置検出結果も適当でないと判断されている場合、前々回の位置検出結果とその一つ前の位置検出結果とを用いることとしてもよい。この場合、前々回の位置検出結果による追尾対象位置を代表する点の座標値を（x2,y2）とし、その一つ前の位置検出結果による追尾対象位置を代表する点の座標値を（x3,y3）とし、ステップＳ６４ではx0＝x2＋2（x2−x3）、y0＝y2＝y3と予測され、ステップＳ６５ではx0＝x2＝x3、y0＝y2＋2（y2−y3）と予測され、ステップＳ６６ではx0＝x2＋2（x2−x3）、y0＝y2＋2（y2−y3）と予測される。また、前回の位置検出結果は適当であるが前々回の位置検出結果が適当でない場合、前回の位置検出結果と前々回の一つ前の位置検出結果とを用いることとしてもよい。この場合、前回の位置検出結果による追尾対象位置を代表する点の座標値を（x1,y1）とし、前々回の一つ前の位置検出結果による追尾対象位置を代表する点の座標値を（x3,y3）とし、ステップＳ６４ではx0＝x1＋（x1−x3）/2、y0＝y1＝y3と予測され、ステップＳ６５ではx0＝x1＝x3、y0＝y1＋（y1−y3）/2と予測され、ステップＳ６６ではx0＝x1＋（x1−x3）/2、y0＝y1＋（y1−y3）/2と予測される。このように、制御装置１８は、各回での位置検出結果が適当であるか否かの判定結果を記憶しておき、適当と判定された位置検出結果のみを用いて追尾対象の移動方向および移動量を予測するのが好ましい。

ステップＳ６７において、制御装置１８は、ステップＳ６４、Ｓ６５またはＳ６６のいずれかにおいて予測した移動量に応じた焦点検出エリアを選択する。たとえばステップＳ６４において横方向の移動量を予測した場合は、その移動方向および移動量に基づいて、図６に示すように結像面内に範囲６４を設定し、この範囲６４内に位置する焦点検出エリアを選択する。また、ステップＳ６５において縦方向の移動量を予測した場合は、その移動方向および移動量に基づいて、図７に示すように結像面内に範囲７４を設定し、この範囲７４内に位置する焦点検出エリアを選択する。さらに、ステップＳ６６において斜め方向の移動量を予測した場合は、その移動方向および移動量に基づいて、図８に示すように結像面内に範囲８４を設定し、この範囲８４内に位置する焦点検出エリアを選択する。なお、ステップＳ６４〜Ｓ６６のいずれも実行しなかった場合、すなわち追尾対象が移動していないと判断された場合は、前回の位置検出結果に応じた範囲内に位置する焦点検出エリアを選択する。いずれの場合においても、前回の位置検出結果が表す範囲よりも若干広めの範囲を設定し、その範囲に対応する焦点検出エリアを選択するようにしてもよい。ステップＳ６７を実行したら、制御装置１８は図４のフローチャートを終了して図３のステップＳ７０へ進む。

ステップＳ７０において、制御装置１８は、ステップＳ５０またはＳ６０の処理によって選択した焦点検出エリアにおける像信号を位相差ＡＦ検出素子８のＣＣＤラインセンサから読み出す。ステップＳ８０において、制御装置１８は、ステップＳ７０で読み出した像信号に基づいて、レンズ光学系１の焦点調節状態を表すデフォーカス量を算出する。

ステップＳ９０において、制御装置１８は、ステップＳ５０またはＳ６０の処理によって選択した全ての焦点検出エリアに対して、ステップＳ８０におけるデフォーカス量の演算が終了したか否かを判定する。まだデフォーカス量を演算していない焦点検出エリアが存在する場合はステップＳ７０へ戻り、当該焦点検出エリアに対してステップＳ７０およびＳ８０の処理を行うことでデフォーカス量を演算する。選択された全ての焦点検出エリアに対してデフォーカス量の演算が終了した場合はステップＳ１００へ進む。

ステップＳ１００において、制御装置１８は、ステップＳ５０またはＳ６０の処理によって選択した焦点検出エリアの中から、レンズ光学系１を合焦させる対象とする焦点検出エリア（合焦エリア）を決定する。ここでは、ステップＳ８０で各焦点検出エリアに対して算出したデフォーカス量に基づいて合焦エリアを決定することができる。たとえば、最小のデフォーカス量が得られた焦点検出エリアを合焦エリアとする。これ以外の方法で合焦エリアを決定してもよい。

ステップＳ１１０において、制御装置１８は、ステップＳ１００で決定した合焦エリアに対して算出されたデフォーカス量に基づいて、レンズ光学系１の焦点調節レンズを駆動するための駆動量を決定する。ステップＳ１２０において、制御装置１８は、ステップＳ１１０で決定した駆動量に基づいて、レンズ駆動用モータ１４に対して駆動制御信号を出力する。これにより、レンズ駆動用モータ１４が焦点調節レンズを駆動し、レンズ光学系１の焦点調節が行われる。

ステップＳ１３０において、制御装置１８は、処理を終了するか否かを判定する。所定の終了条件を満たす場合、たとえばユーザによるレリーズボタンの半押し操作が解除された場合や、レリーズボタンがユーザによって全押し操作されることにより撮像を指示された場合に、制御装置１８は図３のフローチャートを終了する。一方、このような終了条件を満たさない場合、制御装置１８はステップＳ２０へ戻って前述のような処理を繰り返し実行する。

なお、以上説明した図３および４のフローチャートにおいて、ステップＳ１０〜Ｓ７０およびＳ６１〜Ｓ６７の処理はＡＦ−ＣＣＤ制御部９の動作に、ステップＳ８０の処理はデフォーカス演算部１０の動作に、ステップＳ１００の処理はフォーカスエリア位置決定部１１の動作に、ステップＳ１１０の処理はレンズ駆動量演算部１２の動作に、ステップＳ１２０の処理はレンズ駆動制御部１３の動作に、それぞれ対応している。

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏することができる。
（１）制御装置１８は、追尾対象の基準情報を記憶し（ステップＳ１０）、その後、レンズ光学系１により結像される結像面の画像情報を測光センサ１６が繰り返し撮像することで測光センサ１６から出力される測光信号を取得する（ステップＳ２０）。この測光信号に基づいて、結像面の画像情報と基準情報との比較を行い、その比較に基づいて結像面における追尾対象の位置を順次検出して出力する（ステップＳ３０）。こうして出力した前回の位置検出結果に基づいて、結像面内に設定された複数の焦点検出エリアから少なくとも一つの焦点検出エリアを選択し（ステップＳ６０）、選択された焦点検出エリアに対して、レンズ光学系１の焦点調節状態を示すデフォーカス量を検出する（ステップＳ８０）。このようにしたので、追尾対象の位置を正常に検出できなかった場合であっても、光学系の焦点調節状態を適切に検出することができる。

（２）制御装置１８は、最新の位置検出結果が適当であるか否かを判定し（ステップＳ４０）、適当でないと判定した際には、ステップＳ６０において過去の位置履歴に基づく焦点検出エリアの選択処理を実行することにより、最新の位置検出結果を用いずに焦点検出エリアを選択する。このようにしたので、最新の位置検出結果が適当でない場合に、誤った焦点検出エリアが選択されるのを防ぐことができる。

（３）制御装置１８は、ステップＳ４０において、最新の位置検出結果を出力するために用いられた結像面の画像情報を測光センサ１６が取得した時刻に基づいて、最新の位置検出結果が適当であるか否かを判定することができる。より具体的には、最新の位置検出結果を出力するために用いられた結像面の画像情報を測光センサ１６が取得した時刻と、前回の処理においてデフォーカス量を検出するために用いられた画像情報を測光センサ１６が取得した時刻とに基づいて、最新の位置検出結果が適当であるか否かを判定することができる。さらに制御装置１８は、ステップＳ４０において、ステップＳ３０で追尾対象位置を検出した際の結像面の画像情報と基準情報との類似度に基づいて、最新の位置検出結果が適当であるか否かを判定することもできる。これにより、最新の位置検出結果が適当であるか否かを簡単な処理で正しく判定することができる。

（４）制御装置１８は、ステップＳ６０で実行する過去の位置履歴に基づく焦点検出エリアの選択処理において、前回の位置検出結果に基づいて追尾対象の移動方向および移動量を予測し（ステップＳ６１〜Ｓ６６）、予測した移動方向および移動量に基づいて結像面内に選択範囲を設定し、その選択範囲内に位置する焦点検出エリアを選択する（ステップＳ６７）。このようにしたので、今回の追尾対象の位置を正常に検出できなかった場合に、前回の位置検出結果に基づいて今回の追尾対象の位置を予測することで、適切に焦点検出エリアを選択することができる。

なお、上記実施の形態では、測光センサ１６により結像面の画像情報を撮像し、この画像情報に基づいて追尾対象の位置を検出することとしたが、測光センサ１６とは別に被写体追尾用の撮像素子を設け、これを用いて撮像した画像情報に基づいて追尾対象の位置を検出してもよい。あるいは、撮像素子６により結像面の画像情報を撮像し、この画像情報に基づいて追尾対象の位置を検出するようにしてもよい。

上記の実施の形態では、撮像素子６とは独立した位相差ＡＦ検出素子８を用いてレンズ光学系１の焦点調節状態を検出するようにしたが、撮像素子６の撮像画素配列中に焦点検出用の画素を混在して設けたものの出力に基づいて焦点検出してもよい。すなわち、撮像素子６は、レンズ光学系１を介した光を受光して画像信号を出力する撮像画素と、レンズ光学系１を介した光を受光して焦点検出信号を出力する焦点検出画素とを含む複数の画素を有する。そして、デフォーカス演算部１０は、焦点検出画素から出力される焦点検出信号に基づいてデフォーカス量を検出する。このようにしてもよい。なお、この場合に撮像素子６の焦点検出画素は、たとえばマイクロレンズと一つまたは複数の光電変換部からなり、レンズ光学系１の瞳の異なる領域を通過した一対の光束を受光するよう構成されている。そしてこの一対の光束の受光信号により、瞳分割方式の焦点検出を行うものである。あるいは、コントラスト方式による焦点調節を行ってもよい。コントラスト方式による焦点調節は、レンズ光学系１の焦点調節レンズを移動させ、複数の焦点位置において撮像素子６により撮像を行う。こうして撮像された各画像に基づいて、選択された焦点検出エリア内の画像部分のコントラストに応じた焦点評価値を演算し、最も焦点評価値の高い焦点調節レンズの位置を合焦位置としてレンズ光学系１の焦点調節を行うものである。

本発明の一実施形態による焦点調節装置を備えたデジタルカメラのブロック図である。 焦点検出エリアを示す図である。 焦点調節時に実行される処理のフローチャートである。 過去の位置履歴に基づく焦点検出エリアの選択処理を示すフローチャートである。 最新の位置検出結果に応じた焦点検出エリアの選択例を示す図である。 追尾対象の横方向の移動量を予測する方法を説明するための図である。 追尾対象の縦方向の移動量を予測する方法を説明するための図である。 追尾対象の斜め方向の移動量を予測する方法を説明するための図である。

符号の説明

１ レンズ光学系
６ 撮像素子
８ 位相差ＡＦ検出素子
９ ＡＦ−ＣＣＤ制御部
１０ デフォーカス演算部
１１ フォーカスエリア位置決定部
１２ レンズ駆動量演算部
１３ レンズ駆動制御部
１６ 測光センサ
１８ 制御装置

Claims (9)

1. 追尾対象の基準情報を記憶する記憶手段と、
   光学系により結像される結像面の画像情報を繰り返し撮像する撮像手段と、
   前記結像面における前記追尾対象の位置を、前記結像面の画像情報と前記基準情報との比較に基づいて検出し、第１の検出結果と第２の検出結果とを順次出力する位置検出手段と、
   少なくとも前記第１の検出結果に基づいて、前記結像面内に設定された複数の焦点検出位置から少なくとも一つの前記焦点検出位置を選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択された前記焦点検出位置に対して前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出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、
   前記第２の検出結果が適当であるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記選択手段は、前記判定手段により前記第２の検出結果が適当でないと判定された際には、前記第２の検出結果を用いずに前記焦点検出位置を選択することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
   前記選択手段は、前記第１の検出結果に基づいて前記追尾対象の移動方向および移動量を予測し、予測した移動方向および移動量に基づいて前記結像面内に選択範囲を設定し、前記選択範囲内に位置する前記焦点検出位置を選択することを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項２または３に記載の焦点検出装置において、
   前記判定手段は、前記第２の検出結果を出力するために用いられた前記結像面の画像情報を前記撮像手段が取得した時刻に基づいて、前記第２の検出結果が適当であるか否かを判定す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、
   前記判定手段は、前記第２の検出結果を出力するために用いられた前記結像面の画像情報を前記撮像手段が取得した時刻と、前記焦点調節状態を検出するための情報を前記焦点検出手段が取得した時刻とに基づいて、前記第２の検出結果が適当であるか否かを判定することを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項２〜５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、前記結像面の画像情報と前記基準情報との類似度に基づいて前記第２の検出結果が適当であるか否かを判定することを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記位置検出手段は、前記第２の検出結果を出力した後の前記結像面における前記追尾対象の位置を検出して第３の検出結果として出力し、
   前記判定手段は、前記第３の検出結果が適当であるか否かを判定し、
   前記選択手段は、前記判定手段により前記第２の検出結果と前記第３の検出結果とが適当でないと判定された際には、前記第２の検出結果と前記第３の検出結果とを用いずに前記焦点検出位置を選択することを特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   前記選択手段により選択された前記焦点検出位置の前記焦点調節状態に基づいて前記光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
9. 追尾対象の基準情報を記憶し、
   光学系により結像される結像面の画像情報を繰り返し撮像し、
   前記結像面における前記追尾対象の位置を、前記結像面の画像情報と前記基準情報との比較に基づいて検出し、第１の検出結果と第２の検出結果とを順次出力し、
   少なくとも前記第１の検出結果に基づいて、前記結像面内に設定された複数の焦点検出位置から少なくとも一つの前記焦点検出位置を選択し、
   選択された前記焦点検出位置に対して前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出方法。

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