JP2013218062A

JP2013218062A - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP2013218062A
Application number: JP2012087484A
Authority: JP
Inventors: Junji Sugawara; 淳史菅原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】連写時など限られた処理時間しかない状況下においても、高精度に焦点検出動作を行う焦点検出装置を提供すること。
【解決手段】構図内の任意の対象物の位置を特定し、時間的に連続して取得した画像信号に対して、それぞれその位置を特定する事により前記対象物を追尾する追尾手段と、前記追尾手段が出力する追尾結果の信頼性を算出する、追尾結果信頼性算出手段と、構図内に複数の焦点検出ポイントを持ち、各焦点検出ポイントの焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを有し、前記追尾結果信頼性に応じ、前記複数の焦点検出ポイントの中から、焦点検出演算を行う焦点検出ポイントの範囲を切り替えることを特徴とする構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置における自動焦点検出に関し、特に追尾機能を有する焦点検出方法に関するものである。

従来より、撮影画面内の複数ポイントに設定された焦点検出エリア（以下、測距点と記す）での撮影レンズのデフォーカス量を求め、その中のいずれか1点の測距点を選択し、そのデフォーカス量に応じて焦点検出動作を行う、測距点自動選択方式の焦点検出方法がある。

また、被写体をテンプレート画像として記憶し、逐次得られる画像信号の中から、前記テンプレートと同一、もしくは類似のエリアを検索することにより、画面内での被写体の位置を追尾する機能を有するものがある。

この、被写体を追尾する機能と測距点自動選択機能を連動させると、被写体が存在するポイントを測距点自動選択にて選択できるようになるため、動体などを撮影した際も、簡単に被写体にピントのあった写真を撮影することができる。

このような撮像装置において、特に連写時など、コマ毎の処理時間が限られた状況下においては、追尾機能によって被写体の位置が特定された後のみならず、位置特定前にも焦点検出演算を行うことによって、演算処理時間を効率化する方法が開示されている（特許文献１）。

特開２００９−１０９８３９号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、追尾結果の信頼性を考慮していない。そこで、本発明の目的は、連写中など処理時間が限られた状況下で、追尾結果の信頼性を考慮することにより、さらに効率的に焦点検出演算を行うことを可能にした焦点検出装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る焦点検出装置は、
構図内の任意の対象物の位置を特定し、時間的に連続して取得した画像信号に対して、それぞれその位置を特定する事により前記対象物を追尾する追尾手段と、
前記追尾手段が出力する追尾結果の信頼性を算出する、追尾結果信頼性算出手段と、
構図内に複数の焦点検出ポイントを持ち、各焦点検出ポイントの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と
を有し、
前記追尾結果信頼性に応じ、前記複数の焦点検出ポイントの中から、焦点検出演算を行う焦点検出ポイントの範囲を切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、連写時など限られた処理時間しかない状況下においても、高精度に焦点検出動作を行う焦点検出装置を提供することができる。

第一の実施の形態に係るデフォーカス量決定ルーチンのフローチャートである。第一の実施の形態に係るデジタル一眼レフカメラの断面図を表す図である。第一の実施の形態に係るデジタル一眼レフカメラのブロック図を表す図である。本第一の実施の形態に係る撮像装置の測距点配置、測光範囲、AFラインセンサーレイアウトを表す図である（その１）。本第一の実施の形態に係る撮像装置の測距点配置、測光範囲、AFラインセンサーレイアウトを表す図である（その２）。第一の実施の形態に係るフローチャートである。第一の実施の形態に係るタイミングチャートである。追尾結果位置が中央測距点付近にある場合の、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その１）。追尾結果位置が中央測距点付近にある場合の、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その２）。追尾結果位置が中央測距点付近にある場合の、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その３）。追尾結果位置が中央測距点付近にある場合の、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その４）。追尾結果位置が画面周辺測距点付近にある場合の、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その１）。追尾結果位置が画面周辺測距点付近にある場合の、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その２）。追尾結果位置が画面周辺測距点付近にある場合の、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その３）。追尾結果位置が画面周辺測距点付近にある場合の、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その４）。 AFの蓄積が早く終わった場合の焦点検出演算を行うラインを表す図である（その１）。 AFの蓄積が早く終わった場合の焦点検出演算を行うラインを表す図である（その２）。 AFの蓄積が早く終わった場合の焦点検出演算を行うラインを表す図である（その３）。第二の実施の形態に係るデフォーカス量決定ルーチンのフローチャートである。第二の実施の形態での、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その１）。第二の実施の形態での、焦点検出演算を行うラインを表す図である（その２）。

［第一の実施の形態］
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図２はデジタル一眼レフカメラの断面図である。

図2において201はカメラ本体であり、その前面には撮影レンズ202が装着される。撮影レンズ202は交換可能であり、またカメラ本体201と撮影レンズ202は、不図示のマウント接点群を介して電気的にも接続される。撮影レンズ202の中には、フォーカシングレンズ213と絞り214があり、前記マウント接点群を介した制御により、カメラ内に取り込む光量を調整し、ピントを調整できるようになっている。

203はメインミラーであり、ハーフミラーとなっている。メインミラー203はファインダー観測状態では撮影光路上に斜設され、撮影レンズ202からの撮影光束をファインダー光学系へと反射する一方、透過光はサブミラー204を介してAFユニット205へと入射する。
AFユニット205は位相差検出方式のAFセンサーである。位相差方式による焦点検出については公知の技術であるため、具体的な制御に関してはここでは省略するが、撮影レンズ202の二次結像面を焦点検出ラインセンサー上に形成することによって、撮影レンズ202の焦点調節状態を検出し、その検出結果をもとにフォーカシングレンズ213を駆動して自動焦点調節を行う。ここでは、AFユニット205は図4(a)に記したような番号で示される測距点レイアウトを持ち、また各測距点は図4(b)のようなライン配置を持つとする。すなわち、全ての測距点が基本的に縦／横のラインセンサーを１本ずつ持つクロス測距点であり、中央の測距点1は、これに加え、斜め方向に×印のようにレイアウトされたラインを加えた4ラインから構成されるようになっている。

206はファインダー光学系を構成する撮影レンズ202の予定結像面に配置されたピント板であり、207はファインダー光路変更用のペンタプリズムである。209はアイピースであり、撮影者はここからピント板206を観察することによって、撮影画面を確認することができる。また208はAEユニットであり、被写体の明るさを観測するため、ファインダ−画面内を、複数画素を持つAEセンサーにて検知し、各画素出力より被写体輝度に関する出力を得ることができる。本発明において測光センサーは図4(a)、図4(b)の点線で示される領域を観測しており、この点線の領域内にH320×V240の画素がベイヤー配列状に存在するものである。本実施の形態においては、AEセンサー208にて被写体の明るさを観測すると同時に、ここで得られる像信号を用い、被写体の追尾処理を行う。

210はフォーカルプレーンシャッター、211は撮像素子である。露光を行う際は、メインミラー203、およびサブミラー204は撮影光束上から退避し、フォーカルプレーンシャッター210が開くことにより、撮像素子211が露光される。

また、212はディスプレイユニットであり、撮影情報や撮影画像を表示し、ユーザーが確認できるようにするものである。

次に、本発明の実施形態のカメラの機能について、図3のブロック図を用いて説明する。なお、図2と同じ部材については、同一符号を付すことにする。

図3において、撮影レンズ202から入射した光線は、絞り214を通過し、ミラーボックス301に到達する。ミラーボックス301は前述のメインミラー203とサブミラー204で構成され、入射光を透過光と反射光に分割しそれぞれをAFセンサー205、及びAEセンサー208へと導く状態（通常時）と、メインミラー203とサブミラー204を入射光路から退避させる状態（露光時）と、で切り替えられる。

露光時においては、メインミラー203とサブミラー204を入射光路から退避させ、またシャッター210も開いている構成となっているため、入射光はそのまま撮像素子211に到達する。

撮像素子211から出力される映像信号は、A/D変換手段307によりデジタル信号に変換されて信号処理手段308に入力される。信号処理手段308においては、輝度信号や色信号を形成するなどの信号処理を行って、カラー映像信号が形成される。また、表示手段309と記録手段310は、それぞれ撮影した画像を表示、記録保存する個所であり、撮影処理が行われた際は、信号処理手段308で形成されたカラー映像信号を表示、および保存する。更に、信号処理手段308で得られた信号や情報は、撮影制御手段302へと送られる。

一方、通常時にあるときは、AFセンサー205、およびAEセンサー206に被写体からの光が到達するため、両ユニットからの出力は撮影制御手段302に送られる。

撮影制御手段302は、AFセンサー205より得られた情報より、撮影レンズ202内にあるフォーカシングレンズ213を、レンズ駆動手段306により駆動して合焦動作を行う。また、AEセンサー208の出力から、被写体の輝度を算出し、これより露光時の絞り値、シャッタースピードといった露出条件を決定する。また、AEセンサー208の出力は、被写体の画像信号でもあり、取得した時間の異なる2枚の画像信号に対して2次元の相関演算を行うことにより、被写体の追尾を行う。追尾演算に関しては後述する。この後、不図示のボタン操作等によって、ユーザーからレリーズ指示が出された場合には、ミラー駆動手段304によってメインミラー203、およびサブミラー204が撮影光路中から退避される。そして、絞り駆動手段305によって絞り214を所定の位置まで駆動した後、シャッター駆動手段303によって所定の時間だけ撮像素子211が露光されるようシャッター210を動作させる。

次に、本発明の実施の形態である一眼レフカメラのフローチャートについて図５を用いて説明する。ここでは、処理時間が限られた状況の例として、連写時の動作に関してとりあげる。

連写モードでは、まずステップS102においてユーザーによってレリーズボタンが半押しさせるのを待つ状態になる。図2では示していないが、本実施の撮像装置においては、2段押し込み式のレリーズボタンを有している。2段押し込み式のため、半押しされるとAE、AFといった撮影準備動作がなされ、全押しされると撮影動作が行われるようになっている。以下ではレリーズボタンを半押しした状態をSW1 ONの状態、全押しした状態をSW2 ONの状態と表記する。ステップS102はユーザーによってSW1がONされるのを待つステップであり、半押しされるとステップS103以降で撮影準備動作に入る。

撮影準備動作では、まずステップS103にてAEセンサー208、AFセンサー205の蓄積を開始し、一定時間の後にステップS104にてAEセンサー208より画像信号を読み出す。前述のように、AEセンサー208は、H320×V240の画素を持ち、図4(a)の点線に示されるように、全ての測距点が含まれる範囲の画像信号を得ることができる。S104にて被写体の画像信号取得したら、ステップS105へ進む。

ステップS105は被写体である追尾対象のロックを行うステップである。被写体のロックに関してはいくつか方法があるが、例えばSW1をONする前に、予めユーザーによって測距点1〜19のいずれか1点を追尾スタート測距点として登録してもらう方法がある。その後、追尾スタート測距点に被写体が来たタイミングで、ユーザーにSW1をONしてもらう。このような動作を行えば、SW1をONした直後は、追尾スタート測距点近傍に必ず追尾対象の被写体が存在することになる。よって、AEセンサー208の画像信号の中から、追尾スタート測距点近傍の画像信号を取得し、追尾用のテンプレート画像としてカメラ本体内に記録する。なお、AEセンサー208はH320H×V240の画素のベイヤー配列を持つカラーセンサーであるが、ここでは、のちの追尾演算の負荷を軽減するため、RGBのカラー信号を輝度信号Yに変換して用いるとする。ベイヤー配列を有するため、ある特定の画素に着目すると、R,G,Bのいずれか１色の情報しかもたない。よって、不足している２色の情報に関しては近傍の画素などから補間し、全ての画素に関してR,G,Bの3色のデータを算出する。その後、

などの数式を用いて、輝度情報Yへ変換を行う。すなわち、ロックした追尾用のテンプレート画像も輝度情報となり、テンプレート画像は追尾スタート測距点の座標を中心とした水平方向M画素、垂直方向N画素の長方形領域とする。

このような方法以外にも、カメラが静止している間に、時間的に異なるタイミングで得られた複数枚のAEセンサー208の画像信号を比較し、差があるところは『動体』とカメラ側で自動的に判定し、その領域をカメラ側で自動的に追尾対象として、テンプレート画像としてもよい。

また、全ての測距点に関して測距を行い、最も距離が近い測距結果を得た測距点近傍の画像信号を、追尾用のテンプレート画像としてもよい。
追尾対象の被写体のロックに関しては、方法はこれらに限らず、別の方法で追尾用のテンプレート画像を設定してもよい。追尾用のテンプレート画像を設定できたら、ステップS106に進む。

ステップS106は、ステップS104で得たAEセンサー208の画像信号を元に、被写体輝度を求めるステップである。ステップS105でロックした追尾対象の画像信号より、追尾対象の輝度に関する情報が得られるので、本撮影画像が適切な明るさになるように、撮影時の絞り値、シャッタースピード、ISO感度の露出条件を決定する。露出条件が演算されたら、ステップS107に進む。

ステップS107は、AFユニット205のラインセンサーの出力を読み出すステップである。SW1がONした直後は、追尾スタート測距点に被写体が存在するので、ステップS107では追尾スタート測距点にあるラインのみを読み出す。本実施の形態においては、各測距点は図4(b)のようなラインレイアウトを持つため、全ての測距点が最低2本以上のラインセンサーで構成される。よって、読み出した追尾スタート測距点の複数ラインに対して測距演算を行い、最も信頼性の高い演算結果を得られたラインの算出デフォーカスをもって、レンズ駆動を行う（ステップS108〜S109）。なお、この際、最も信頼性の高い演算結果を得られたラインのコントラスト検出方向をカメラ内に記憶する。

ここまでが、SW1をONしてから最初の１回のAF、AE動作であり、1回目で追尾する被写体をロックして、これ以降は被写体追尾結果を用いて測距点自動選択を行う。

ステップS110〜S111は、ステップS103〜104と同様、AFユニット205、AEセンサー208が蓄積を行い、AEセンサー208で得られたが画像信号を読み出すステップである。被写体の画像信号を読み出したら、ステップS112にて追尾演算を行う。

ここで、追尾演算に関して簡単に説明する。追尾演算は、ステップS105にてロックし、カメラ本体内に記憶されている追尾用のテンプレート画像と、ステップS111にて読み出した画像信号を用い、両画像の2次元相関演算を用いて行う。すでに説明したように、両画像ともに輝度情報Yへの変換をなされており、追尾用のテンプレート画像は水平M×垂直N画素、ステップS111で取得した画像信号はH320×V240の大きさを持つとする。追尾演算は、両画像の相対的な位置をずらしながら、各位置にて両画像のYの差分の絶対値の和Sを算出する。追尾用テンプレート画像と、ステップS111で取得した画像信号が仮に完全に一致した位置あるとすれば、Sは0となる。よって、追尾演算は両画像の相対的な位置をずらしながら、各位置にてSの値を算出し、Sが最小となる値の位置を探す演算となる。ステップS111で得られたAEセンサー208の画像信号をA_i,j（1≦i≦320, 1≦j≦240）、追尾用テンプレート画像をB_x,y（1≦x≦M,1≦y≦N）とそれぞれ表現すると、両画像がある相対位置(i,j)にあるときのSは

で表されるので、このSが最小となる(i,j)が最も相関の出たポイントとなり、追尾対象が存在する位置だと考えられる。また、ある相対位置で最小となったS_minは、小さい数値であるほど両画像の一致度が高い（0であれば完全に両画像が一致した状態）ので、そのまま追尾演算の信頼性を表すパラメーターであると考えられる。更に追尾演算を終えたら、追尾用テンプレート画像を、新たに算出して最も相関が出た位置の画像に更新する。このように追尾用テンプレート画像を随時更新することによって、追尾対象の向き等が変わることによる追尾演算への影響を軽減することができる。追尾演算を終えるとステップS113に進む。なお、ここでは輝度情報Yのみを用いた2次元相関演算に関して述べたが、色情報などを用いて、同様の演算を行っても良い。

ステップS113は、ステップS106と同様であり、被写体の輝度を算出し、本画像撮影時の露出条件を決定するステップである。露出条件が定まったら、ステップS114に進む。

ステップS114は、追尾演算で求めた被写体の位置に応じて、最適なAFラインセンサーから読み出しを行い、最適な測距結果を得られたラインを選択してデフォーカス量を求めるステップである。このステップは複数の手順からなるため、図1に詳細なフローチャートを示す。

図1のフローチャートの説明の前に、AFラインセンサーの読み出し本数に関して説明する。

特にデジタル一眼レフなどにおいては、連写モードでのコマ速が高速であり、AFやAEに使える時間が非常に限られている。例えば、秒間10コマの連写を行えるカメラの場合、１コマにかけられる時間は100msとなる。この100msは、主に
・メインミラー、サブミラーのアップ／ダウン動作時間
・AE、AFの蓄積時間
・AF、AEの読み出し／演算時間
・フォーカシングレンズ駆動時間
・本画像露光時間
からなるが、どの要素もある一定の時間がかかるので、AFの読み出し／演算に使用できる時間は、コマ速を維持しようとすると当然有限となる。例えば、被写体が暗い状況であれば、AFの蓄積には長い時間を要するので、AEで追尾演算結果が算出される直前までAFの蓄積を行う方が望ましい。この時のタイミングチャートは図6(a)のようになり、AEの蓄積、読み出し、演算時間が固定であると仮定すれば、AFの処理に費やせる時間が固定となるため、演算できるAFのライン数も固定値（m本）となる。一方、図6(b)のように、被写体が明るいなど、AFの蓄積に時間がかからない場合は、AEで追尾演算結果が求まるまでに時間的な余裕があるので、追尾結果が出る前に先行してAFの演算処理を行う事が出来る。先行して演算処理できるAFのライン数は、AFの蓄積時間によって変化するので、可変値(n本)である。すなわち、条件によって違いはあるものの、1コマの間に読み出し、演算を行えるAFラインセンサーの本数は、限られることとなり、その本数は、AFの蓄積時間のほかにも、カメラのコマ速、AFセンサーの読み出し速度、AF演算処理を行うCPUの演算処理速度など、様々な要素に依存する。

図1のステップS202においては、カメラにて設定されているモードを判定するステップである。本実施の形態のカメラにおいては、連写時のコマ速を高速に保ったまま撮影を行う『コマ速優先モード』と、コマ速よりも測距精度を優先する『精度優先モード』の2種類のモードを設定できるものである。前述のように、コマ速を維持しようとすると、読み出し、演算を行えるAFラインセンサーの本数は限られるので、コマ速を維持できる範囲の時間内でAFラインセンサーの演算処理を行うのが『コマ速優先モード』である。一方、時間がかかっても精度を重視して、より多くの本数のラインセンサーの演算処理を行うのが『精度優先モード』である。ステップS202にて、カメラ内に設定されたモードにより、それぞれステップS203、S204へと分岐する。

ステップS203からは、コマ速優先モードに設定されていた場合の処理である。例えば、本実施の形態のカメラで、図6(a)のようにAFの蓄積に時間がかかる場合は、コマ速を維持するには、時間的な制約から8本のラインセンサーの読み出し、演算しか行えないと仮定する(m=8)。本実施の形態のカメラにおいては、図4(b)に示すように計40のラインセンサーからなる19の測距点を持つ。そのため、正確な測距を行うためには、追尾演算による被写体の位置情報に加え、40本全てのラインセンサーの測距情報を総合的に用い、最終的に合焦動作に使用するラインを決定するのが望ましい。しかし、コマ速維持のためには8ラインしか読み出し、演算処理が出来ないため、以下のような処理を行う。

まずステップS203では、ステップS112にて演算したS_minの値によって処理を変える。S_minの値が所定量S₁より小さい場合（追尾信頼性が高い場合）は、ステップS112の追尾演算で検出された位置に被写体が存在する可能性が高いため、追尾演算結果のごく近傍の8ラインについて読み出し、演算処理を行う。例えば、被写体追尾結果が図7(a)に示すような、中央の測距点1付近にあった場合、追尾結果位置付近により近い測距点は、近い方から測距点1,4,2となり、これらの測距点に関して全てのラインを読み出し、演算処理を行うと、8本になる。（図7(a)にてグレーで示されたライン）。同様に、被写体追尾結果が図8(a)に示すような画面周辺部にある場合は、追尾結果位置に近い測距点は、近い方から測距点13,5,15,17となり、これらの測距点に関して全てのラインを読み出し、演算処理を行うと、やはり8本になる。（図8(a)にてグレーで示されたライン）このように、追尾信頼性が高い場合は、追尾結果から近い順番に、各測距点の全てのラインを合計8本まで読み出し、AF演算処理を行う。

一方、S_minの値が所定量S₁より大きく、S₂より小さい場合（S₁<S₂、追尾信頼性が低い場合）は、追尾結果の位置に被写体が実際にはいない可能性が高くなるので、より広い範囲のラインを読み出した方がよい。そのため、ステップS206では、追尾結果の近傍のみならず、その周辺部の測距点までの広い範囲を読み出す。例えば、被写体追尾結果が中央の測距点1付近にある場合は、追尾結果位置から近い測距点は、順に測距点1,4,2,3,6,5,8,7となり、これらの測距点に関して各1本ずつのラインを読み出し、演算処理を行うと8本になる。なお、その際に読み出すラインのコントラスト検出方向は、1コマ前にAF動作を行ったラインと同じ方向を持つものとする。例えば連写2コマ目であれば、1コマ目にAFに使用したラインはステップS108にて記憶しているので、この記憶されたラインと同じコントラスト検出方向のラインについて読み出し、演算処理を行う。1コマ前のAFが縦ラインを用いて行われていた場合は、図7(b)にてグレーで示されたラインのように、読み出し該当測距点の縦ラインを8本処理する。一方、1コマ前のAFが横ラインを用いて行われていた場合は、図7(c)の様に該当測距点の横ラインを8本読み出し、処理する。また同様に、被写体追尾結果が画面周辺部にある場合も、追尾結果位置から近い順番に測距点13,5,15,17,7,19,9,1に対してそれぞれ1ラインずつ読み出し、演算処理を行う。縦、横のどちらのラインを読み出すかは、やはり1コマ前のAF動作を行ったラインと同じ方向であり、縦ラインだった場合は図8(b)、横ラインだった場合は図8(c)にてグレーで示されたラインを読み出すことになる。このように、追尾信頼性が低い場合は、追尾結果から近い順番に各測距点とも1本のラインを読み出し、AF演算処理を行う。

更に信頼性S_minの値が所定量S₂より大きい場合（追尾信頼性がない場合）は、追尾演算結果とは無関係に、AFの読み出し、演算ラインを行う。追尾演算結果位置には追尾対象が存在しない可能性が高いため、例えば１コマ前にAF動作を行ったラインを中心に、コントラスト検出方向が同じ周辺ラインをAF演算処理する。この場合も、追尾で見失った被写体に対してAFできるように、広い範囲に対してAF演算を行った方が良いので、図7(d)、図8(d)のように、それぞれ1コマ前のAFに選択されたラインを中心に、その周辺の測距点に関して、各1ラインを読み出し、演算を行う。なお、ここでは1コマ前のAFは縦ラインが用いられた場合を示したが、横ラインだった場合は、同様の測距点に対してそれぞれ横ラインを読み出すことになる。また、信頼性S_minの値が所定量S2より大きい場合は、1コマ前のAFで選択されたラインではなく、例えば追尾スタート測距点を中心にAF演算を行っても良い。

ここまでは、図6(a)に示すように、蓄積に時間がかかり、AF演算処理が固定値で8本である場合（m=8の場合）に関して説明してきたが、図6(b)のように、AFの蓄積が早く終わり、追尾演算結果が出るまでに時間的な余裕がある場合は、先行してAF演算処理を始める。例えば、AFの蓄積が早く終わり、追尾結果が出る前にAFの演算処理を2本出来るだけの時間があった場合(n=2)を考える。この際は、追尾演算結果が出ていないため、先行のAF処理は1コマ前のAFで選択されたラインから近い順番に処理を始める。よって、追尾結果が出る前は、図9(a)の斜線で示される2ラインについてAF処理を行い、追尾結果算出後に読み出す8本は、先行して処理した2ラインを除く追尾結果位置近傍のラインとなる。よって、S_minの値が所定量S₁より小さい場合（追尾信頼性が高い場合）は、図9(a)、S_minの値が所定量S₁より大きく、S₂より小さい場合（S₁<S₂、追尾信頼性が低い場合）は図9(b)、
S_minの値が所定量S₂より大きい場合（追尾信頼性がない場合）は図9(c)のようなラインについてAF処理を行う事になる。

次に、ステップS202において精度優先モードに設定されていた場合の処理について説明する。S_minの値が所定量S₁より小さい場合（追尾信頼性が高い場合）は、コマ速優先モードと同様に、図7(a)、図8(a)のような、追尾演算結果の近傍の8ラインについて読み出し、演算処理を行い、コマ速を保つ。しかしS_minの値が所定量S₁より大きく、S₂より小さい場合（S₁<S₂、追尾信頼性が低い場合）や、S_minの値が所定量S₂より大きい場合（追尾信頼性がない場合）は、コマ速が遅くなっても測距精度を重視するために、より多くの本数のラインセンサーに関してAF演算処理を行う。S_minの値が所定量S₁より大きく、S₂より小さい場合（S₁<S₂、追尾信頼性が低い場合）は、追尾結果位置を中心とした広い範囲の測距点のラインを、S_minの値が所定量S2より大きい場合（追尾信頼性がない場合）は、前回測距したラインを中心とした広い範囲の測距点のラインをそれぞれ読み出し、演算処理する。ただしここでは読み出し範囲を最大に考え、どちらの場合も、全てのラインセンサーの読み出し、演算処理を行うとする。よってステップS204にてS_minの値が所定量S₁より小さい場合（追尾信頼性が高い場合）は、ステップS205と同様に、追尾結果位置から近い測距点の順番に全てのラインを読み出し、演算処理を行う（ステップS208）。一方、S_minの値が所定量S₁より大きく、S₂より小さい場合（S₁<S₂、追尾信頼性が低い場合）や、S_minの値が所定量S2より大きい場合（追尾信頼性がない場合）は、それぞれステップS209、S210にて全てのラインセンサーに関して読み出し、演算処理を行う。なお、AFの蓄積が早く終わった場合は、コマ速優先モードと同様に1コマ前のAFで選択されたAFラインなどから先行して読み出すことを行う。

ステップS205〜210でAFラインセンサーの読み出し、演算処理を終えたら、ステップS211に進む。

ステップS211では、演算された複数ラインの測距結果の中から、測距結果として採用するものを選択するステップである。選択のアルゴリズムに関しては様々な考え方があるが、ここでは、まず測距結果の信頼性が所定量よりも高いラインのみに絞り、その上で1コマ前の測距結果との差が最も小さい測距結果を採用する。測距ラインが選択されたら、その選択ラインをカメラ内部に記憶し、ステップS212に進む。

ステップS212では、ステップS211にて選択されたラインの測距結果と、1コマ前の測距結果の差を求める。差が所定量より小さい場合は、被写体を追尾できた測距結果が得られていると思われるので、そのままステップS215に進み、Flg=0としてデフォーカス量決定ルーチンであるステップS114を終える。一方、差が所定量より大きい場合は、突然測距結果が大きく変動した事になるので、ピントが背景に抜けてしまった状況などが考えられる。よって、この場合は追尾に失敗したと考えられるので、ステップS213、S214にて、例外処理を行う。追尾に失敗した場合は、一旦このコマではレンズを駆動させずにおき、次のコマで測距が出来る可能性を期待すれば良い。もしくは、過去数コマの測距結果から時間と被写体距離の関係をn次の多項式など近似し、このコマの適切な測距結果を予測する事も出来る。いずれにしても、ステップS213では、このコマの実際の測距結果は利用せず、測距結果をデフォーカス0、もしくは過去の測距結果から演算した予測値とする。そして、実際の測距結果を利用しなかったマークとして、Flg＝1として、デフォーカス量決定ルーチンであるステップS114を終える。

ステップS115では、ステップS114で求めたデフォーカス量に応じてフォーカシングレンズ213を駆動し、焦点調節動作を完了する。その後、ステップS116でSW2がONしていれば、ステップS117でレリーズを行い、ステップS120へ進む。SW２がOFFの場合はステップS118でSW1のON/OFFを判定する。SW1がOFFであれば、ユーザーによりレリーズボタンが離されている事になるので、シーケンスを終了する（ステップS119）が、SW1がONであればレリーズすることなくステップS120に戻る。

ステップS120は、Flgを判定するステップである。Flg＝0の場合は、ステップS211にて適切な測距点が選ばれ、追尾対象のAF結果が求められたと考えられるので、次のコマの処理を行うため、ステップS110へ戻る。

Flg=1の場合は、ステップS211にて実際に得られた測距結果を用いておらず、追尾に失敗していると思われるが、被写体の存在する位置にあるAFラインセンサーの読み出し、演算を行えていない可能性がある。よって、ステップ121では、この時点で読み出していない残り全てのラインの読み出し、演算処理を行い、これらのラインの中でステップS211と同様な処理を行う。この演算処理は、レリーズ動作が完了し、ミラーダウン中に行うため、コマ速には寄与しない。全てのラインの演算結果の中で、測距の信頼性が所定量以上あり、かつ1コマ前の測距結果との差が所定量以下のラインが見つかれば、追尾に復帰して被写体のサーチが成功したと考えられる。よって、そのラインの測距結果をこのコマの測距点として登録し、次のコマのシーケンスを行うため、ステップS110に戻る。一方、全てのラインの測距結果が条件を満たさなかった場合は、ステップS122に進む。

ステップS121で全てのラインの測距結果が条件を満たさなかった場合は、被写体がAFの測距可能な範囲外に移動してしまった場合などが考えられる。よって、S122〜S124にて、AE、AFの蓄積と全ラインセンサーの読み出し、演算処理を行う。仮に、これら全ラインセンサーの測距結果の中に、例えばカメラからの距離が所定量以内の測距結果を持つラインが存在し、かつその測距結果の信頼性が所定量以上あれば、最初に読み出した範囲以外のAF測距点の位置に被写体が存在していたか、もしくは別の被写体を新たに追尾し始める場合が考えられる。よって、ステップS125にて、カメラからの距離が所定量以内の測距結果を持ち、かつ測距結果の信頼性が所定量以上あるラインがあれば、ステップS126にてそのラインを選択測距点として記憶する。更に、新たな追尾対象を記憶するため、選択された測距点近傍のM×N画素のAE画像信号を追尾用テンプレート画像として更新し、Flg=0とする。この場合は、AF演算結果が得られたので、ステップS115に進み、得られたAF演算結果にもとづきフォーカシングレンズを駆動する。

一方、ステップS125で、適切な測距結果を持つラインが存在しなかった場合は、追尾すべき対象が見つからないため、Flg=1とし、フォーカシングレンズの駆動を行わずにステップS116に進む。

［第二の実施の形態］
第一の実施例とは異なる考え方で、追尾結果の信頼性に応じ焦点検出演算を行う測距点を切り替える例を、第二の実施の形態として説明する。

第一の実施例では、追尾演算結果の信頼性が高い場合は、追尾結果の位置に近い測距点の順に密にラインを読み出し／演算処理し、信頼性が低い場合は、疎に読み出す代わりに、追尾結果の周辺領域まで拡大して、焦点検出演算を行う例を示した。

一方、追尾信頼性の低い場合は、追尾結果近傍の測距点は精度を重視して、複数のラインに関して焦点検出演算を行う考え方がある。この場合の処理に関して、図10のフローチャートを用いて説明する。なお、本実施の形態においては、焦点検出演算を行うフローチャート部分以外は、第一の実施の形態と同様であるとし、また図6(a)と同様に、連写のコマ速を維持するため、8本の焦点検出ラインしか読み出せない場合を例として考える。

ステップＳ301で、焦点検出演算を行うラインを選択する処理が始まると、ステップＳ302で追尾結果の信頼性に応じて分岐する。S_minの値が所定量S₁より小さい場合（追尾信頼性が高い場合）は、正確に追尾対象を補足できていると考えられるので、1コマ前の焦点検出演算において、最終的に選択されたラインと同じコントラスト検出方向のラインについてのみ焦点検出演算するだけでよいと思われる。そこで、ステップＳ303では、図11(a)にグレーで示されたラインのように、追尾結果の位置に近い測距点の順番に、8つの測距点に関して、焦点検出演算を行っている。ここでは、1コマ前の焦点検出演算において選択されたラインが、縦ラインであった場合の例である。1コマ前に選択されたラインが横ラインだった場合は、同様の測距点に関してそれぞれ横ラインを焦点検出演算する。

一方、ステップS302においてS_minの値が所定量S₁より大きく、S₂より小さい場合（S₁<S₂、追尾信頼性が低い場合）は、追尾演算結果の位置に被写体が存在するかを詳細にみるため、追尾演算結果の位置に最も近い測距点に関しては、複数ラインに関して焦点検出演算を行う。その他の測距点に関しては、1コマ前に選択されたラインと同一方向のラインに関して焦点検出演算を行うと、被写体が追尾演算結果の位置とは異なる位置に存在しても、補足できる確率が高くなると思われる。そこで、ステップＳ304では、図11(b)にグレーで示されたラインのように、追尾結果の位置に最も近い測距点に関しては、2本の測距ラインに関して焦点演算を行い、その他の6本のラインは1コマ前で選択されたライン（ここでも縦ラインとする）と同一方向のラインのみ、追尾結果の位置から近い測距点の順に焦点検出演算を行う。なお、ここでは追尾結果に最も近い測距点に関しては、縦、横の2ラインに関して焦点検出演算を行った例を示したが、測距点1であれば、斜め方向のラインも存在する。そのため、測距点1に関しては縦横斜めの計4ラインについて焦点検出演算を行い、残りの4ラインを追尾結果位置の周辺測距点に割り振っても良い。

またステップS302おいてS_minの値が所定量S₂より大きい場合（追尾信頼性がない場合）は、ステップS207と同様の処理を行う。

ステップS306〜S311は、ステップS211〜S216と同様である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

205 AFセンサー
208 AEユニット

Claims

時間的に連続して取得した複数画像信号に対して、構図内の任意の対象物の位置を特定する事により、前記対象物を追尾することができる追尾手段と、
前記追尾手段が出力する追尾結果の信頼性を算出する、追尾結果信頼性算出手段と、
構図内に複数の焦点検出ポイントを持ち、各焦点検出ポイントの焦点調節状態を検出する焦点検出手段と
を有し、
前記追尾結果信頼性に応じ、前記複数の焦点検出ポイントの中から、焦点検出演算を行う焦点検出ポイントの範囲を切り替えることを特徴とする焦点検出装置。
前記追尾結果信頼性が所定量より高い場合には、追尾結果で特定された被写体の位置の近傍にある第1の所定範囲にある焦点検出ポイントに関して焦点検出演算を行い、
前記追尾結果信頼性が所定量より低い場合には、追尾結果で特定された被写体の位置から、前記第1の所定範囲よりも広い第2の所定範囲にある焦点検出ポイントに関して焦点検出演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
前記第１の所定範囲にあって焦点検出演算を行う焦点検出ポイント数と、
前記第２の所定範囲にあって焦点検出演算を行う焦点検出ポイント数とが同じである速度優先モードと、
前記第１の所定範囲にあって焦点検出演算を行う焦点検出ポイント数より、
前記第２の所定範囲にあって焦点検出演算を行う焦点検出ポイント数の方が多い精度優先モードを有し、
前記速度優先モードと前記精度優先モードが切り替え可能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。
前記焦点検出ポイントは、それぞれコントラスト検出方向の異なる複数種類の焦点検出ラインを有し、
1コマ前の焦点検出動作で使用されたコントラスト検出方向と、同じコントラスト検出方向を持つ焦点検出ラインに関して、優先的に焦点検出演算を行うことを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
前記焦点検出ポイントは、それぞれコントラスト検出方向の異なる複数種類の焦点検出ラインを有し、
前記追尾結果信頼性が所定量より高い場合は、1コマ前の焦点検出動作で使用されたコントラスト検出方向と、同じコントラスト検出方向を持つ焦点検出ラインに関して、優先的に焦点検出演算を行い
前記追尾結果信頼性が所定量より低い場合は、コントラスト方向の異なる複数の焦点検出ラインに関して、焦点検出演算を行うことを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
焦点検出演算を行う焦点検出ポイントは、前記追尾結果算出前に焦点検出演算を行える焦点検出ポイント数と、前記追尾演算算出後に焦点検出演算を行える焦点検出ポイント数の和であって、前記追尾結果信頼性に応じて、全ての焦点検出ポイントの中から、前記和の数だけの焦点検出ポイント選択し、焦点検出演算を行うことを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。