JP2013218082A

JP2013218082A - 撮像装置及びその制御方法

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Publication number: JP2013218082A
Application number: JP2012087933A
Authority: JP
Inventors: Keita Funatsu; 慶大船津
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】偽合焦を回避して、より高精度な焦点検出を行うこと。
【解決手段】位相差方式の焦点検出を行う撮像装置であって、視差を有する一対の画像信号を出力する焦点検出領域を含む撮像素子（１０６）と、焦点検出領域から得られた一対の画像信号の相関演算の結果に基づいて、焦点検出領域内に設定された部分領域及び焦点検出領域のそれぞれにおいて、合焦状態を示す像ずれ量を求める算出手段（１０９）と、部分領域における像ずれ量と焦点検出領域における像ずれ量との差が予め決められた閾値以上の場合に、部分領域の合焦状態が偽合焦であると判断する判断手段（１０９）と、差が前記閾値よりも低い場合に、前記部分領域の前記像ずれ量に基づいて、合焦制御を行う合焦制御手段（１０９）とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明はカメラ等に用いられる焦点検出装置に関するものである。

従来、撮像装置の焦点検出の方法として、焦点検出素子を用いた位相差方式の焦点検出（位相差ＡＦ）や、撮像素子の画像のコントラスト成分を用いたコントラスト方式（コントラストＡＦ）など、様々な方式が提案されている。また、撮像素子中の画素が撮像レンズの異なる瞳領域を通過した光を受光するような構成とすることによって、撮像と同時に位相差方式の焦点検出を行う技術がある（撮像面位相差ＡＦ）。

特許文献１においては、１つの画素の中にある、１つのマイクロレンズで集光されるフォトダイオード（ＰＤ）を画素内で分割することによって、各々のＰＤが撮像レンズの異なる瞳領域を通過した光を受光するように構成されている。このような構成により、２つのＰＤの出力を比較することで上記の撮像面位相差ＡＦが可能となる。撮像面位相差ＡＦは従来の焦点検出素子を用いた位相差ＡＦに比べて、被写体の状況に応じて測距範囲の位置を自由に設定できることや、測距範囲の広さを自由に設定できることから、焦点検出の自由度の面で優れている。

測距範囲を自由に変更するものとして、例えば、特許文献２に以下の発明が開示されている。ＡＦ補助光を焚いてＡＦを行う時、複数の焦点検出領域において補助光の明るさが異なるために、領域によっては得られる信号の出力が小さくなり、偽合焦が生じることがある。そこで特許文献２では、ＡＦ補助光を使用するとき、ＡＦエリアが特定の焦点検出領域に属する場合、仮の演算範囲として演算範囲を広く取り、焦点検出を行うことで、コントラストの低い信号による周期ずれ波形がもたらす偽合焦を回避している。

特開２００１−０８３４０７号公報特開２０１０−００８７８５号公報

位相差ＡＦにおいて、繰り返しパターンの画像信号が得られたとき、偽合焦が起こることがある。図１６（ａ）は繰り返しパターン時の画像信号を示した図であり、Ａ像の画像信号１６０１とＢ像の画像信号１６０２の２つの画像信号を示している。１６０１Ａ及び１６０１Ｂは、画像信号１６０１の２つの極大値を示し、１６０２Ａ及び１６０２Ｂは、画像信号１６０２の２つの極大値を示している。画像信号１６０１と画像信号１６０２を指定された方向にシフトしていき、領域１６０３において最も相関量の良いシフト量を算出する。

図１６（ｂ）は、領域１６０３において最も相関が高いときのシフト状態を表した図である。正しいシフト量は極大値１６０１Ａと１６０２Ａ、極大値１６０１Ｂと１６０２Ｂが重なるときであるが、図１６（ｂ）のように極大値１６０１Ｂと１６０２Ａが重なるときにも相関が良くなっている。このように正しいシフト量とは異なるシフト量でも相関が高くなり、焦点を誤検出してしまう現象を偽合焦と呼ぶ。

さらに撮像面位相差ＡＦでは、デフォーカス量に応じて、取得した画像信号の像崩れが起きる。図１７はデフォーカス量に応じた像崩れの例を示した図である。図１７において、（ａ）がデフォーカス量１ｍｍ、（ｂ）がデフォーカス量３ｍｍ、（ｃ）がデフォーカス量５ｍｍの時のＡ像の画像信号１７０１及びＢ像の１７０２の例を表す。特に図１７（ｃ）のように画像信号１７０１、１７０２が非対象に像崩れを起こす場合、上述した偽合焦が起こりやすくなってしまう。

なお、撮像面位相差ＡＦでは測距範囲を自由に設定することができる。焦点検出領域を広く取ったときは繰り返しパターンの影響を受けることが少ないが、焦点検出領域内で遠近競合が生じやすくなる。一方、遠近競合の影響を考慮して焦点検出領域を狭くすると、特に被写体が繰り返しパターンの場合などには、上記偽合焦が起こりやすくなる。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、偽合焦を回避して、より高精度な焦点検出を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、位相差方式の焦点検出を行う本発明の撮像装置は、視差を有する一対の画像信号を出力する焦点検出領域を含む撮像素子と、前記焦点検出領域から得られた一対の画像信号の相関演算の結果に基づいて、前記焦点検出領域内に設定された部分領域及び前記焦点検出領域のそれぞれにおいて、合焦状態を示す像ずれ量を求める算出手段と、前記部分領域における前記像ずれ量と前記焦点検出領域における前記像ずれ量との差が予め決められた閾値以上の場合に、前記部分領域の合焦状態が偽合焦であると判断する判断手段と、前記差が前記閾値よりも低い場合に、前記部分領域の前記像ずれ量に基づいて、合焦制御を行う合焦制御手段とを有する。

本発明によれば、偽合焦を回避して、より高精度な焦点検出を可能にすることができる。

本発明の実施の形態に係る撮像システムの概略構成を示す図。実施の形態における撮像システムの電気的構成を示すブロック図。実施の形態における撮影処理の手順を示すフローチャート。第１の実施形態における焦点検出処理の手順を示すフローチャート。第１の実施形態における焦点検出領域を示す図。第１の実施形態における焦点検出領域から得られる画像信号を示す図。第１の実施形態における相関量の変化を表した図。第１の実施形態における相関変化量の変化を表した図。図８に示す相関変化量の一部を示す図である。図７に示す相関量の一部を示す図である。第１の実施形態における偽合焦判定処理の手順を示すフローチャート。第１の実施形態における偽合焦時の処理の手順を示すフローチャート。第１の実施形態における偽合焦であると判定される場合の一例を示す図。第１の実施形態における偽合焦でないと判定される場合の一例を示す図。第２の実施形態における偽合焦判定処理の手順を示すフローチャート。偽合焦の例を示す図。デフォーカス量によるＡＢ像崩れの例を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図であり、主に撮像装置１００と交換レンズ２００とから構成される。

撮像装置１００は、ファインダ光学系を構成する正立正像光学系１０１、接眼レンズ１０２、ファインダスクリーン１０３を含む。また、ファインダ表示部１１５により、ファインダ光学系を介して観察される画像に各種情報を重ねて表示することができる。また、各種情報は外部表示部１１６にも表示される。

交換レンズ２００を通過した被写体からの入射光の一部は、光路に挿入されたミラー１０４によりファインダ光学系に偏向されるとともに、ミラー１０４を通過した入射光の一部は、ミラー１０５により、後述する焦点検出回路１０９に偏向される。ミラー１０４及び１０５は、撮影時には光路から退避し、交換レンズ２００を通過した被写体からの入射光は、撮像素子１０６を遮光するシャッタ装置１０７を介して、撮像素子１０６に結像され、光電変換されて電気信号が出力される。なお、本第１の実施形態においては、撮像素子１０６は、視差を有する一対の画像信号を出力することが可能な画素から構成された焦点検出領域を含み、焦点検出領域の画素から出力される画像信号に基づいて、位相差方式の焦点検出を行うことができる。なお、これらの視差を有する一対の画像信号の画像を、以下、Ａ像、Ｂ像と呼ぶ。また、撮像装置１００は内部に収納されている内蔵ストロボ１０８を有する。

焦点検出回路１０９は複数の受光部により構成される複数のセンサ部を有し、位相差検出方式にて焦点検出を行う。具体的には、交換レンズ２００に含まれるフォーカスレンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、これら２分割した光束を一組のラインセンサにそれぞれ受光させる。そして、その受光量に応じて出力された２つの画像信号のずれ量、すなわち光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで、フォーカスレンズのデフォーカス量を求める。したがって、焦点検出回路１０９により一度蓄積動作を行えば、フォーカスレンズを移動すべき量と方向が得られ、レンズ駆動を行うことができる。

また、レンズ１１１は測光回路１１０に被写体光束を結像させ、測光回路１１０は露出の測定を行う。撮像制御回路１１２（マイクロプロセッサ）は、撮像装置１００全体の制御を司る。外部ストロボ等は、アクセサリシュー１１３を介して装着することができる。

２００は撮像光学系である交換式のレンズであり、撮像装置１００と通信を行うレンズ制御回路２０１（マイクロプロセッサ）、撮像を行うためのレンズ２０２（撮像光学系）、光量調節を行う絞り２０３を含む。なお、図１において、レンズ２０２は１枚のレンズにより表されているが、通常は複数のレンズにより構成され、フォーカスレンズを含む。

図２は、上記構成を有する撮像システムの撮像装置１００及び交換レンズ２００の回路構成を示すブロック図である。図２において、撮像装置１００は、撮像装置１００の制御を司る撮像制御回路１１２、可動部分の駆動を行うためのモータ駆動回路１を含む。また、被写体の輝度を測定するための測光部２は、図１の測光回路１１０に含まれ、交換レンズ２００の焦点状態を検出する焦点検出部３は図１の焦点検出回路１０９に含まれ、露光量の制御を行うシャッタ制御回路４は、図１のシャッタ装置１０７に含まれる。絞り制御回路５は、図１の絞り２０３を制御し、撮像装置１００に取り込む光束を制御する。表示装置６は撮像装置１００の状態を表示し、図１のファインダ表示部１１５および外部表示部１１６を含む。ストロボ制御回路７は、図１の内蔵ストロボ１０８を制御する。記憶回路８は撮像装置１００の設定状態を格納する。撮像回路９は撮像処理を行う。レンズ通信回路１０は撮像装置１００に装着される交換レンズ２００と通信を行うための回路であり、通信回路１１は外部ストロボ３００と通信するための回路である。スイッチ１２（ＳＷ１）は撮像準備動作を開始するためのスイッチで、スイッチ１３（ＳＷ２）は撮像を開始するためのスイッチである。内蔵ストロボ１０８は、外部ストロボが未装着の撮像時に被写体を照明するのみでなく、焦点検出時にも、被写体を照射する補助光としての機能も持っている。

交換レンズ２００は、交換レンズ２００の制御を司るレンズ制御回路２０１、交換レンズ２００の駆動を行うレンズ駆動回路２１を含む。また、レンズ位置検出回路２２は交換レンズ２００の位置検出を行い、レンズ焦点距離検出回路２３は交換レンズ２００に設定されている焦点距離を検出する。記憶回路２４は交換レンズ２００の設定値を保持する。絞り駆動回路２５は図１の絞り２０３に含まれ、絞り２０３を駆動する。レンズ通信回路２６は撮像装置１００との通信を行うための回路である。

図３は本発明の第１の実施形態における撮影処理の手順を示すフローチャートである。まず、Ｓ３０１で撮像装置１００のスイッチ１２（ＳＷ１）がオンの場合はＳ３０２へ進み、そうでない場合は再びＳ３０１の処理を行う。この処理をスイッチ１２がオンになるまで繰り返す。続いてＳ３０２で焦点検出回路１０９、３により焦点検出処理を行う。焦点検出処理の詳細については後述する。そしてＳ３０３で、レンズ通信回路１０、２６を通じて、Ｓ３０２の焦点検出処理より算出したデフォーカス量に基づいてレンズ２０２のフォーカスレンズを駆動することで、合焦制御を行う。

次に、Ｓ３０４でスイッチ１３（ＳＷ２）がオンの場合はＳ３０５へ進み、そうでない場合Ｓ３０７へ進む。Ｓ３０５でＳ３０３のレンズ駆動により現在のピント位置が合焦位置にいる場合はＳ３０６へ進み、そうでない場合はＳ３０７へ進む。Ｓ３０６へ進むとシャッタ制御回路４で撮影準備を行い、Ｓ３０８で撮像回路９で撮像処理を行う。またＳ３０７でスイッチ１２（ＳＷ１）がオンの場合はＳ３０２に戻って再び焦点検出を行うが、オフの場合は処理を終了する。

図４は、図３のＳ３０２で行われる、第１の実施形態における焦点検出処理の手順を示すフローチャートである。まず、Ｓ４０１において、撮像素子１０６内に任意に設定した焦点検出領域から視差を有する一対の画像信号を取得する。次に、取得した画像信号について相関演算を行う。Ｓ４０２において、Ｓ４０１で取得した一対の画像信号間の相関量を算出する。続いて、Ｓ４０３において、Ｓ４０２で算出した相関量から相関変化量を算出する。そしてＳ４０４において、Ｓ４０３で算出した相関変化量から、合焦状態を示すシフト量（像ずれ量）を求める。またＳ４０５でＳ４０４より算出した像ずれ量がどれだけ信頼できるのかを表す信頼性を算出する。これらの処理を、焦点検出領域内に存在する全ての部分領域について行う。

続いてＳ４０６の信頼性判定で、焦点検出領域内に存在する、後述する複数の部分領域の中から、信頼できる部分領域を選択する。信頼できる領域があれば、その中で最も信頼できる領域を選択し、Ｓ４０７へ進む。信頼できる領域がなければ焦点検出処理を終了する。

Ｓ４０７へ進むと、偽合焦判定を行う。偽合焦判定の処理については後述する。Ｓ４０８ではＳ４０７における偽合焦判定の結果を基に、選択した部分領域の像ずれ量が偽合焦によるものである場合はＳ４０９へ進み、偽合焦でない場合はＳ４１０へ進む。Ｓ４０９へ進むと、偽合焦時の処理を行う。偽合焦時処理のフローについては後述する。そしてＳ４０６へ進み、再び信頼性判定を行う。最後に、偽合焦でない場合はＳ４１０においてＳ４０６で選択した部分領域の像ずれ量をデフォーカス量に変換する。以上が、焦点検出処理のフローである。

続いて図５から図１４を参照して、Ｓ４０１からＳ４１０における各処理の説明を行う。まず、図５は本第１の実施形態における焦点検出処理で取り扱う画像信号を取得する領域を表した図である。図５（ａ）は、撮像素子１０６の画素アレイ５０１上の焦点検出領域５０２を示す図である。また領域５０３は相関演算に必要なシフト領域である。領域５０４は焦点検出領域５０２とシフト領域５０３とを合わせたもので、相関演算を行う為に必要な領域である。図中のｐ、ｑ、ｓ、ｔはそれぞれｘ軸方向の座標を表し、ｐからｑは領域５０４のｘ座標を表し、ｓからｔは焦点検出領域５０２のｘ座標を表す。

図５（ｂ）は本第１の実施形態における、焦点検出領域５０２を５つに分割した部分領域５０５〜５０９を示す図である。本第１の実施形態では、この部分領域単位で像ずれ量を算出し、焦点検出を行っていく。そして部分領域５０５〜５０９の中から最も信頼できる領域を選び、その領域で像ずれ量を算出し、ピントを合わせる。なお、ｘからｙは、分割した１つの部分領域５０８のｘ座標を表している。また、本第１の実施形態では、後述するように、焦点検出領域５０２を併用して偽合焦を判定する。

図６は図５で設定した焦点検出領域５０２から取得した画像信号を示す図である。図６において、横軸のｐ、ｓ、ｘ、ｙ、ｔ、ｑはそれぞれ図５（ａ）、（ｂ）に示すｘ座標に対応し、５０５から５０９は図５の部分領域をそれぞれ表し、縦軸は信号値を示している。

図６（ａ）はシフト前の画像信号の一例を示す図であり、実線６０１はＡ像の画像信号、破線６０２はＢ像の画像信号を示す（Ｓ４０１）。図６（ｂ）は図６（ａ）に示すシフト前の画像信号６０１、６０２と、それぞれプラス方向にシフトした画像信号６０１’、６０２’を示す図である。また、図６（ｃ）は図６（ａ）に示すシフト前の画像信号６０１、６０２と、それぞれマイナス方向にシフトした画像信号６０１”、６０２”を示す図である。相関量ＣＯＲを算出する際には、それぞれ矢印の方向に画像信号６０１、６０２を１画素ずつシフトながら、各シフト位置において相関量ＣＯＲを求める。

続いて相関量ＣＯＲの算出法について説明する。まず、図６（ｂ）及び（ｃ）で説明した通りに、画像信号６０１、６０２を１ビットずつシフトしていき、その時の画像信号６０１と画像信号６０２の差の絶対値の和を算出する。この時、最小シフト数は図６中のｐ−ｓ、最大シフト数は図６中のｑ−ｔである。また、相関量ＣＯＲを算出する対象を部分領域５０７とすると、ｘが開始座標、ｙが終了座標となる。シフト数をｉで表すと、以下の式（１）によって相関量ＣＯＲを算出することができる。

図７は、シフト数に対する相関量ＣＯＲの変化を表すグラフ７０１を示しており（Ｓ４０２）、横軸はシフト数、縦軸は相関量ＣＯＲを示している。ここでは、上述したように、部分領域５０７の相関量ＣＯＲとする。また、７０２、７０３は極小値周辺を示している。相関量が小さいほど、Ａ像とＢ像の一致度が高いといえる。

続いて相関変化量ΔＣＯＲの算出法について説明する（Ｓ４０３）。まず、図７の相関量ＣＯＲから、１シフト飛ばした相関量（即ち、相関量ＣＯＲの前後の相関量）の差から、相関変化量を算出する。この時、上述したように、最小シフト数は図６中のｐ−ｓ、最大シフト数は図６中のｑ−ｔである。シフト数をｉで表すと、以下の式（２）によって相関変化量ΔＣＯＲを算出する事ができる。

図８は、シフト数に対する相関変化量ΔＣＯＲの変化を表すグラフ８０１を示しており、グラフの横軸はシフト数、縦軸は相関変化量ΔＣＯＲを示している。また、８０２、８０３は相関変化量ΔＣＯＲがプラスからマイナスに変化する点（以下、「ゼロクロス」と呼ぶ。）の周辺を示している。このゼロクロス（図７の相関量ＣＯＲの極小値に当たり、合焦状態を示す可能性があるシフト数）ではＡ像とＢ像の一致度が高く、その時のシフト数が像ずれ量となる。

図９は図８に示す範囲８０２を拡大したもので、９０１は相関変化量ΔＣＯＲを表すグラフ８０１の一部分である。これより、像ずれ量ＰＲＤの算出法について説明する（Ｓ４０４）。まず、像ずれ量ＰＲＤは、整数部分βと小数部分αに分けられる。小数部分αは、図中の三角形ＡＢＣと三角形ＡＤＥの相似の関係から、以下の式（３）によって算出することができる。

続いて小数部分βは、図９より以下の式（４）によって算出することができる。

そして、αとβの和から像ずれ量ＰＲＤを算出する事ができる。
また図８のように複数のゼロクロスが存在する場合（即ち、極小値が２回以上ある場合）は、ゼロクロスでの相関量変化の急峻性ｍａｘｄｅｒ（以下、急峻性と呼ぶ）が大きいところを第１のゼロクロスとする。この急峻性はＡＦのしやすさを示す指標で、値が大きいほど輝度変化がより顕著であり、ＡＦしやすい点であることを示す。急峻性は以下の式（５）によって算出する事ができる。

以上のように、ゼロクロスが複数存在する場合は、急峻性によって第１のゼロクロスを決定する。

続いて像ずれ量ＰＲＤの信頼性の算出法について説明する（Ｓ４０５）。信頼性は、上述した急峻性と、画像信号６０１と６０２の一致度ｆｎｃｌｖｌ（以下、「２像一致度」と呼ぶ。）によって算出する。２像一致度は像ずれ量ＰＲＤの精度を表す指標で、値が小さいほど精度が良いことを示す。

図１０は図７に示す範囲７０２の部分を拡大したもので、１００１は相関量ＣＯＲのグラフ７０１の一部分である。図１０を参照して、急峻性と２像一致度の算出法について説明する。２像一致度は以下の式（６）によって算出する。

また、信頼性判定では、急峻性と２像一致度の他に、二次コンとPeak-Bottomを用いる。二次コンは、得られた画像信号の隣接した値どうしの差分をとり、それらを２乗和して得られる。Ａ像とＢ像それぞれの二次コンを算出し、それらを平均した値を信頼性判定の指標として扱う。また、Peak-Bottomは、得られた画像信号の最大値をPeak、最小値をBottomとし、PeakとBottomとの差分から得られる。Ａ像とＢ像それぞれのPeak-Bottomを算出し、それらを平均した値を信頼性判定の指標として扱う。

急峻性は値が大きいほど信頼性の評価が高く、２像一致度は値が小さいほど信頼性の評価が高い。２次コンは値が大きいほど信頼性の評価が高い。Peak-Bottomは値が大きいほど信頼性が高い。

以上のようにして２像一致度、二次コン、Peak-Bottomを算出し、Ｓ４０６の信頼性判定では急峻性と２像一致度、二次コン、Peak-Bottomの指標を用いて、各部分領域５０５〜５０９の像ずれ量ＰＲＤのうち、最も信頼できる像ずれ量Ｐ_Ｂを持つ部分領域を選択する（Ｓ４０６）。

続いて選択した部分領域の合焦状態が偽合焦であるかを判定する。図１１は、図４のＳ４０７の偽合焦判定の手順を示すフローチャートである。Ｓ１１０１で、Ｓ４０６で選択された部分領域を含む焦点検出領域５０２を設定し、焦点検出領域５０２の像ずれ量Ｐ_Ｗを算出する。続いてＳ１１０２において、Ｓ４０６で選択された部分領域の像ずれ量Ｐ_Ｂと、Ｓ１１０１で算出した像ずれ量Ｐ_Ｗの差の絶対値を算出し、閾値ｌよりも低ければＳ１１０３へ進み、閾値ｌ以上であればＳ１１０４へ進む。Ｓ１１０３へ進むと偽合焦でないと判断し、Ｓ１１０４へ進むと偽合焦であると判断する。以上が、偽合焦判定処理である。

続いて偽合焦である時の処理について説明する。図１２は、図１１で説明した処理に基づく図４のＳ４０８の判断の結果、偽合焦であった時のＳ４０９における処理の手順を示すフローチャートである。

Ｓ１２０１で選択した部分領域内に、偽合焦判定を行っていないゼロクロスが存在するかを判定する。例えば、図８に示す例では、範囲８０２と範囲８０３に対応するシフト値でゼロクロスが発生しており、範囲８０２が偽合焦で、範囲８０３の偽合焦判定が未だ行われていない場合にＹＥＳとなり、両方とも偽合焦であればＮＯとなる。このように、偽合焦判定を行っていないゼロクロスが存在する場合はＳ１２０２へ進み、存在しない場合はＳ１２０４へ進む。

Ｓ１２０２では、図４のＳ４０６で選択した部分領域における、次に急峻性の大きいゼロクロスの像ずれ量を算出する。続いてＳ１２０３でＳ１２０２より算出した像ずれ量の信頼性を算出し処理を終了する。一方、Ｓ１２０４へ進んだ場合、Ｓ４０６で選択した部分領域を次の信頼性判定から除外するように設定し、処理を終了する。

以上が、偽合焦時の処理である。偽合焦時の処理を抜けると、この偽合焦時の処理で算出した信頼性を基に再び信頼性判定を行う。

図１３は本第１の実施形態で偽合焦であると判定された時の例を示した図である。図６において、横軸のｐ、ｓ、ｘ、ｙ、ｔ、ｑはそれぞれ図５（ａ）、（ｂ）に示すｘ座標に対応し、５０５から５０９は図５の部分領域をそれぞれ表し、縦軸は信号値を示している。

図１３（ａ）はシフト前の画像信号の一例を示す図であり、実線１３０１はＡ像の画像信号、破線１３０２はＢ像の画像信号を示す。図１３（ｂ）は選択された部分領域５０７において相関量ＣＯＲが最小となる像ずれ量Ｐ_Ｂ分シフトした状態のＡ像及びＢ像を示す。また、図１３（ｃ）は焦点検出領域５０２において相関量ＣＯＲが最小となる像ずれ量Ｐ_Ｗ分シフトした状態のＡ像及びＢ像を示す。信頼性判定により部分領域５０７の像ずれ量Ｐ_Ｂが最も信頼できるものとして選択されたものとする。しかし、図１３（ｂ）と（ｃ）では像ずれ量は大きく異なり、閾値以上となる。このような場合に偽合焦であると判断し、Ｓ４０９の偽合焦時の処理に従って新たな信頼性を算出する。

続いて図１４は図１３で偽合焦であると判定され、Ｓ４０９で新たに信頼性を算出し、再び信頼性判定によって選択した部分領域に対して偽合焦判定を行った時の例を示した図である。Ｓ４０９では選択された部分領域５０７に複数のゼロクロスが存在するため、第２のゼロクロスで像ずれ量、信頼性を算出する。

図１４（ａ）はシフト前の画像信号の一例を示した図であり、実線１４０１はＡ像の画像信号、破線１４０２はＢ像の画像信号を示す。図１４（ｂ）は１４０３の部分領域５０７において、相関量ＣＯＲが他の極小値をとる像ずれ量Ｐ_Ｂ分シフトした状態のＡ像及びＢ像を示す。また、図１４（ｃ）は焦点検出領域５０２において相関量ＣＯＲが最小となる像ずれ量Ｐ_Ｗ分をシフトした状態のＡ像及びＢ像を示す。この場合、図１４（ｂ）と（ｃ）から分かるように、像ずれ量の差が小さく閾値未満となる。このような場合、偽合焦でないと判断し、部分領域５０７の像ずれ量Ｐ_Ｂをデフォーカス量に変換して、フォーカスレンズを駆動することにより、焦点調節を行う。

以上のように、第１の実施形態では、信頼性判定によって選択された部分領域の像ずれ量（シフト量）と、その領域を含む広い焦点検出領域との像ずれ量とを比較し、偽合焦判定を行う。これにより課題であった偽合焦を判定し、回避することができる。

なお、上述した例では、複数の部分領域が存在し、相関量の信頼性と急峻性とに応じて１つの部分領域を選択する場合について説明したが、本発明はこれに限るものではない。焦点検出領域５０２内に少なくとも１つのより狭い検出領域が設定されていれば良く、設定の仕方も、例えば、予め決められた領域であったり、ユーザーが焦点検出領域５０２内の任意の領域を選択できるようにするなど、どのように設定しても構わない。そして、検出領域が１つだけ設定された場合には、上述した第１の実施形態における部分領域の信頼性を算出する必要がない。また、設定された検出領域において検出されたすべてのゼロクロスにおける像ずれ量が偽合焦と判定された場合には、例えば、他の検出領域を設定するようにユーザーに促す表示や、合焦点が検出されなかった旨の表示を行うことが考えられる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上述した第１の実施形態とは、偽合焦判定処理が異なるが、それ以外は第１の実施形態と同様であるため、ここでは偽合焦判定処理以外の説明を省略する。

図１５は本第２の実施形態における偽合焦判定処理を示すフローチャートである。この処理は、第１の実施形態で説明した図１１の処理の代わりに行われる。

まずＳ１５０１で、選択された部分領域が偽合焦でないことを表すカウントｉ_１、偽合焦であることを表すカウントｉ_２を、それぞれ０に初期化する。次にＳ１５０２で、Ｓ４０６において選択した部分領域の像ずれ量Ｐ_Ｂと、選択された部分領域以外の部分領域の像ずれ量ＰＲＤとを比較する。比較の方法は第１の実施形態の図１１のＳ１１０２と同様で、Ｓ４０６によって選択された部分領域の像ずれ量Ｐ_Ｂと、選択された部分領域以外の部分領域の像ずれ量ＰＲＤの差の絶対値を算出し、閾値ｌと比較する。閾値ｌよりも低ければｉ_１に１を加え、高ければｉ_２に１を加える。これらを部分領域の数だけ行う。続いてＳ１５０３でｉ_１とｉ_２を比較し、ｉ_１のほうが大きい場合（閾値ｌ以上となる部分領域の数が、前記閾値未満となる部分領域の数よりも少ない場合）はＳ１５０４へ進んで偽合焦でないと判断する。一方、ｉ_２がｉ_１以上のとき（閾値ｌ以上となる部分領域の数が、前記閾値未満となる部分領域の数以上の場合）はＳ１５０５へ進んで偽合焦であると判断する。

以上のように本第２の実施形態では、選択した部分領域の像ずれ量と他の部分領域の像ずれ量とを比較し、多数決によって偽合焦判定を行う。これにより偽合焦を判定し、回避することができる。

Claims

位相差方式の焦点検出を行う撮像装置であって、
視差を有する一対の画像信号を出力する焦点検出領域を含む撮像素子と、
前記焦点検出領域から得られた一対の画像信号の相関演算の結果に基づいて、前記焦点検出領域内に設定された部分領域及び前記焦点検出領域のそれぞれにおいて、合焦状態を示す像ずれ量を求める算出手段と、
前記部分領域における前記像ずれ量と前記焦点検出領域における前記像ずれ量との差が予め決められた閾値以上の場合に、前記部分領域の合焦状態が偽合焦であると判断する判断手段と、
前記差が前記閾値よりも低い場合に、前記部分領域の前記像ずれ量に基づいて、合焦制御を行う合焦制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
前記算出手段は、前記一対の画像信号をシフトしながら、各像ずれ量における前記一対画像信号の差を示す相関量を算出し、該相関量の極小値と該極小値の前後の相関量の変化量の急峻性とを求め、前記急峻性が最も高い極小値の像ずれ量を、前記合焦状態を示す像ずれ量として決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記判断手段により前記部分領域の合焦状態が偽合焦であると判断された場合、前記部分領域における前記相関量の極小値が２回以上ある場合には、前記算出手段は、前記判断手段により偽合焦であると判断された前記合焦状態を示す像ずれ量に対応する極小値を除く極小値と急峻性とに基づいて、前記合焦状態を示す像ずれ量を決定し直すことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記部分領域は、前記焦点検出領域内に複数が設定され、
前記算出手段は、前記複数の部分領域それぞれについて前記合焦状態を示す像ずれ量を求めると共に、該像ずれ量の信頼性を求め、
前記撮像装置は、前記合焦状態を示す像ずれ量と該像ずれ量の信頼性とに基づいて、前記複数の部分領域の１つを選択する選択手段を更に有し、
前記判断手段は、前記選択手段により選択された部分領域の前記像ずれ量の判断を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記判断手段により、前記選択手段により選択された部分領域における、極小値に対応する像ずれ量での合焦状態が全て偽合焦であると判断された場合、前記選択手段は、当該部分領域を除く他の部分領域から、１つの部分領域を選択し直すことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
位相差方式の焦点検出を行う撮像装置であって、
視差を有する一対の画像信号を出力する、複数の部分領域に分割された焦点検出領域を含む撮像素子と、
前記焦点検出領域から得られた一対の画像信号の相関演算の結果に基づいて、前記複数の部分領域それぞれにおいて、合焦状態を示す像ずれ量と該像ずれ量の信頼性とを求める算出手段と、
前記合焦状態を示す像ずれ量と該像ずれ量の信頼性とに基づいて、前記複数の部分領域の１つを選択する選択手段と、
前記選択された部分領域における前記像ずれ量と、前記選択された部分領域以外の部分領域それぞれにおける前記像ずれ量との差を予め決められた閾値と比較し、前記閾値以上となる部分領域の数が、前記閾値未満となる部分領域の数以上の場合に、前記選択された部分領域の合焦状態が偽合焦であると判断する判断手段と、
前記閾値以上となる部分領域の数が、前記閾値未満となる部分領域の数よりも少ない場合に、前記選択された部分領域の前記像ずれ量に基づいて、合焦制御を行う合焦制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
前記算出手段は、前記一対の画像信号をシフトしながら、各像ずれ量における前記一対の画像信号の差を示す相関量を算出し、該相関量の極小値と該極小値の前後の相関量の変化量の急峻性とを求め、前記急峻性が最も高い極小値の像ずれ量を、前記合焦状態を示す像ずれ量として決定することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
前記判断手段により前記選択された部分領域の合焦状態が偽合焦であると判断された場合、前記選択された部分領域における前記相関量の極小値が２回以上ある場合には、前記算出手段は、前記判断手段により偽合焦であると判断された前記合焦状態を示す像ずれ量に対応する極小値を除く極小値と急峻性とに基づいて、前記合焦状態を示す像ずれ量を決定し直すことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記判断手段により、前記選択手段により選択された部分領域における、極小値に対応する像ずれ量での合焦状態が全て偽合焦であると判断された場合、前記選択手段は、当該部分領域を除く他の部分領域から、１つの部分領域を選択し直すことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
視差を有する一対の画像信号を出力する焦点検出領域を含む撮像素子から得られた前記画像信号を用いて、位相差方式の焦点検出を行う撮像装置の制御方法であって、
算出手段が、前記焦点検出領域から得られた一対の画像信号の相関演算の結果に基づいて、前記焦点検出領域内に設定された部分領域及び前記焦点検出領域のそれぞれにおいて、合焦状態を示す像ずれ量を求める算出工程と、
判断手段が、前記部分領域における前記像ずれ量と前記焦点検出領域における前記像ずれ量との差が予め決められた閾値以上の場合に、前記部分領域の合焦状態が偽合焦であると判断する判断工程と、
合焦制御手段が、前記差が前記閾値よりも低い場合に、前記部分領域の前記像ずれ量に基づいて、合焦制御を行う合焦制御工程と
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
視差を有する一対の画像信号を出力する、複数の部分領域に分割された焦点検出領域を含む撮像素子とから得られた前記画像信号を用いて、位相差方式の焦点検出を行う撮像装置の制御方法であって、
算出手段が、前記焦点検出領域から得られた一対の画像信号の相関演算の結果に基づいて、前記複数の部分領域それぞれにおいて、合焦状態を示す像ずれ量と該像ずれ量の信頼性とを求める算出工程と、
選択手段が、前記合焦状態を示す像ずれ量と該像ずれ量の信頼性とに基づいて、前記複数の部分領域の１つを選択する選択工程と、
判断手段が、前記選択された部分領域における前記像ずれ量と、前記選択された部分領域以外の部分領域それぞれにおける前記像ずれ量との差を予め決められた閾値と比較し、前記閾値以上となる部分領域の数が、前記閾値未満となる部分領域の数以上の場合に、前記選択された部分領域の合焦状態が偽合焦であると判断する判断工程と、
合焦制御手段が、前記閾値以上となる部分領域の数が、前記閾値未満となる部分領域の数よりも少ない場合に、前記選択された部分領域の前記像ずれ量に基づいて、合焦制御を行う合焦制御工程と
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。