JP2016218206A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボケ状態の異なる複数の画像のデータを用いる焦点検出において、ボケ状態の評価値とデフォーカス量との関係を表す相関テーブルの範囲を拡大し、焦点検出時間を短縮する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、フォーカスレンズ１０４を含む撮像光学系によって結像された被写体像を光電変換する撮像素子１２２を備える。焦点検出部１２９はボケ状態の異なる複数の画像の輝度情報から、所定の周波数帯域成分を抽出してボケ評価値を算出する。カメラＭＰＵ１２５は、ボケ評価値とデフォーカス量との対応関係を示す相関テーブルを参照し、算出したボケ評価値に対応する複数のデフォーカス量の候補が得られる場合、フォーカスレンズ１０４の駆動を行ってボケ評価値の変化を判定して候補から１つのデフォーカス量を決定する。決定されたデフォーカス量に対応する駆動量に基づき、フォーカス駆動部１１６はフォーカスレンズ１０４の駆動を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子により取得される画像信号を用いて焦点調節を行う技術に関する。

撮像装置の焦点検出および焦点調節方式として、コントラスト検出式ＡＦ（ＡｕｔｏＦｏｃｕｓ）と位相差検出式ＡＦがある。コントラスト検出式ＡＦ（以下、コントラストＡＦという）では、撮像素子の出力信号から、特に高周波成分を抽出してコントラスト情報を示すＡＦ評価値が最も大きくなるフォーカスレンズの位置を合焦位置とする。コントラストＡＦでは、合焦位置の探索時に合焦位置を通り過ぎる必要があるため、焦点調節に時間がかかる。更には、焦点調節を行うためのフォーカスレンズの駆動方向が判別できていない場合、方向検知に時間がかかると、合焦時間が延びてしまうという問題がある。

また、位相差検出式ＡＦのひとつに、撮像面位相差検出式ＡＦ(以下、撮像面位相差ＡＦという)がある。撮像面位相差ＡＦでは撮像信号に基づいて位相差検出を行う。しかし撮像画素を特殊な形状としなければならないため、構造が複雑化するという問題がある。

一方、Ｄｅｐｔｈ Ｆｒｏｍ Ｄｅｆｏｃｕｓ（以下、ＤＦＤと略記する）法と称する技術がある。ＤＦＤ法は、ボケ状態の異なる２つの画像に対して演算処理を行うことでボケ評価値を取得し、現在のデフォーカス量を検出する方法である。ＤＦＤ方式のＡＦ方法（以下、ＤＦＤ方式ＡＦという）では、撮像画素を特殊な形状とする必要がないため、撮像面位相差ＡＦよりも構造が簡易である。ＤＦＤ方式ＡＦでは、具体的には、ボケ評価値とデフォーカス量との相関関係を表すデータが参照テーブル（以下、相関テーブルという）として記憶部に記憶されている。相関テーブルの参照により、ボケ評価値からデフォーカス量を求めることができる。ＤＦＤ方式ＡＦの場合、ボケが著しい状態になるにつれてノイズの影響を大きく受ける。このため、正確なボケ評価値が算出できなくなると、焦点検出が破綻してしまうという問題がある。この問題に対しては、ノイズの多い領域を除外し、焦点検出可能なデフォーカス領域を限定することにより、良好な焦点検出を行うことが可能である（特許文献１）。

特開２００６−３８０３号公報

特許文献１に開示された従来技術では、相関テーブルにより、ボケ評価値とデフォーカス量とが１対１対応の範囲に限定されるため、焦点検出可能なデフォーカス領域が狭い。すなわち、焦点検出可能な範囲が狭いことに起因して、焦点検出が可能でない範囲からＡＦ動作が開始された場合に、焦点検出が終了するまでの時間（以下、焦点検出時間という）が長くなってしまうという問題があった。
本発明は、ボケ状態の異なる複数の画像のデータを用いる焦点検出において、ボケ状態の評価値とデフォーカス量との関係を表す相関テーブルの範囲を拡大し、焦点検出時間を短縮することを目的とする。

本発明に係る装置は、フォーカスレンズを含む撮像光学系と、前記撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子と、ボケ状態の異なる複数の画像のデータを前記撮像素子の出力信号から取得してボケ状態の評価値を算出する算出手段と、前記評価値とデフォーカス量との対応関係を示す相関データを記憶する記憶手段と、前記算出手段により算出された評価値を、前記記憶手段に記憶されている前記相関データと照合することによりデフォーカス量を決定する決定手段と、前記決定手段により決定されたデフォーカス量に対応する前記フォーカスレンズの駆動量にしたがって前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、を備える。前記決定手段は、前記照合によって複数のデフォーカス量の候補が検出される場合、前記駆動手段により前記フォーカスレンズの駆動を行って前記評価値の変化を判定して前記候補から１つのデフォーカス量を決定する。

本発明によれば、ボケ状態の異なる複数の画像のデータを用いる焦点検出において、ボケ状態の評価値とデフォーカス量との関係を表す相関テーブルの範囲を拡大し、焦点検出時間を短縮することができる。

本発明の実施形態に係わる撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係わる撮像装置のＡＦ動作を例示するフローチャートである。 図２に続く処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるボケ評価値とデフォーカス量との相関関係を示す図である。

以下に、本発明の実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。本発明は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話等に搭載される撮像装置に適用可能である。本実施形態では、レンズ装置がカメラ本体部に装着された状態で撮影動作を行う装置例を説明するが、レンズ部がカメラ本体部と一体化された装置に適用可能である。

図１を参照して、撮像装置全体の概略構成を説明する。図１は、本実施形態に係わる焦点調節装置を適用した撮像装置として、デジタルカメラの構成例を示すブロック図である。本実施形態で例示するデジタルカメラは交換レンズ式の一眼レフカメラであり、レンズユニット１００とカメラ本体部１２０を有する。レンズユニット１００は、図１の中央に点線で示すマウントＭを介して、カメラ本体部１２０と着脱可能に接続される。

レンズユニット１００は、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ群（以下、単に「フォーカスレンズ」という）１０４、及び、後述する制御部を備える。レンズユニット１００の撮像光学系はフォーカスレンズ１０４を含み、被写体の像を形成する。以下では、被写体側を前側と定義して、各部の位置関係を説明する。

第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の前端部に配置され、光軸方向ＯＡに沿って進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は第１レンズ群１０１の後方に位置し、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行う他、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとして機能する。絞り兼用シャッタ１０２及びその後方の第２レンズ群１０３は、一体として光軸方向ＯＡに進退可能であり、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によりズーム機能を実現する。

フォーカスレンズ１０４は第２レンズ群１０３の後方に位置し、光軸方向ＯＡに沿って移動することにより焦点調節を行う。本実施形態においてフォーカスレンズ１０４が移動可能な範囲の両端のうち、無限遠側のフォーカスレンズ位置を無限端と称し、至近側のフォーカスレンズ位置を至近端と称する。

レンズユニット１００の制御部はレンズＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）１１７とレンズメモリ１１８を有する。レンズＭＰＵ１１７は、ズーム駆動部１１４、絞りシャッタ駆動部１１５、フォーカス駆動部１１６を制御する。ズームアクチュエータ１１１は、第１レンズ群１０１や第２レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに移動させて、ズーム動作を行う。ズームアクチュエータ１１１は、撮影者のズーム操作に応じて、レンズＭＰＵ１１７の制御指令にしたがってズーム駆動部１１４により駆動される。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間を制御する。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、レンズＭＰＵ１１７の制御指令にしたがって絞りシャッタ駆動部１１５により駆動される。フォーカスアクチュエータ１１３は、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに移動させて焦点調節を行う。フォーカスアクチュエータ１１３は、フォーカスレンズ１０４の現在位置を検出する位置検出部の機能を備える。フォーカス駆動部１１６は、焦点検出結果に基づき、レンズＭＰＵ１１７の制御指令にしたがってフォーカスアクチュエータ１１３を駆動する。

レンズＭＰＵ１１７は、撮像光学系に係る全ての演算および制御を行う。レンズＭＰＵ１１７は、現在のレンズ位置情報を取得し、後述するカメラＭＰＵ１２５からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。レンズメモリ１１８は、自動焦点調節に必要な様々な光学情報を記憶する記憶部である。具体的には、レンズメモリ１１８は例えば、フォーカスレンズ１０４の位置情報とデフォーカス量との対応関係のデータを記憶している。レンズＭＰＵ１１７は、後述のカメラＭＰＵ１２５からデフォーカス量を所定量だけ変更するように要求された場合に、レンズメモリ１１８に記憶された前記対応関係のデータを参照する。レンズＭＰＵ１１７は所定のデフォーカス量に対応する距離だけフォーカスレンズ１０４を駆動するように、フォーカス駆動部１１６に制御指令を送り、フォーカスアクチュエータ１１３を制御する。

カメラ本体部１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、撮像素子１２２、制御部を有する。光学的ローパスフィルタ１２１は、撮影画像の偽色やモアレを軽減する光学素子である。撮像素子１２２は撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する。撮像素子１２２は、例えばＣ−ＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサとその周辺回路部で構成される。Ｃ−ＭＯＳセンサは横方向にｍ画素、縦方向にｎ画素の受光ピクセル上に光電変換素子がそれぞれ配置された画素配列を有する。撮像素子１２２は、画素配列の画素ごとに独立な信号の出力が可能な構成をもつ。より具体的には、撮像素子１２２の画素配列は、被写体の像を形成する撮像光学系の射出瞳の全域を通る光束を各々が受光して被写体の像を生成する複数の撮影用画素を有する。また、画素配列は、撮像光学系の異なる射出瞳の領域を通る光束をそれぞれ受光する複数の焦点検出用画素を更に有する。複数の焦点検出用画素は全体として撮像光学系の射出瞳の全域を通る光束を受光することができ、１つの撮影用画素に対応する。例えば、２行×２列の画素配列において、対角に配置される一対のＧ（緑色）画素を撮影用画素とし、他の２つのＲ（赤色）画素とＢ（青色）画素が焦点検出用画素に置き換えられる。

撮像素子駆動部１２３は、撮像素子１２２の駆動制御を行うとともに、撮像素子１２２から取得した画像信号をＡ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変換した上でカメラＭＰＵ１２５に送信する。画像処理部１２４は、撮像素子１２２から取得した画像データのγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）圧縮等を行う。

カメラＭＰＵ１２５は、カメラ本体部１２０に係る全ての演算と制御を行う。カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子駆動部１２３、画像処理部１２４、表示部１２６、操作部１２７、メモリ１２８、焦点検出部１２９を制御する。カメラＭＰＵ１２５は、マウントＭの信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と接続されている。これにより、カメラＭＰＵ１２５はレンズＭＰＵ１１７に対してレンズ位置の取得や所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行したり、レンズユニット１００に固有の光学情報を取得したりする。カメラＭＰＵ１２５は、カメラ動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）１２５ａと、データや変数等を記憶するＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１２５ｂを備える。カメラＭＰＵ１２５には諸パラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）１２５ｃが内蔵されている。更に、カメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに格納されたプログラムをロードして実行することで焦点検出状態に基づいて焦点調節処理を実行する。

表示部１２６はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等を備え、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時における合焦状態の表示画像等を表示する。操作部１２７は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等を備え、ユーザの操作指示信号をカメラＭＰＵ１２５に出力する。レリーズスイッチは、ユーザによる第１ストロークの操作でオン状態となる第１スイッチ（ＳＷ１と記す）と、さらに第２ストロークの操作でオン状態となる第２スイッチ（ＳＷ２と記す）を有する二段スイッチで構成される。撮影動作に先立って行われるＡＥ（自動露出）処理、ＡＦ（自動焦点調節）処理を開始させる指示信号は、第１スイッチＳＷ１のオン信号である。実際の露光動作を開始させる指示信号は、第２スイッチＳＷ２のオン信号である。メモリ１２８は、例えば、カメラ本体部１２０に着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済み画像のデータ等を記録する。

焦点検出部１２９はＤＦＤ方式の焦点検出を行う。すなわち、画像処理部１２４により得られた画像情報から算出されるボケ評価値に基づいて焦点検出が行われる。画像処理部１２４により得られた画像情報は、例えば所定のデフォーカス量だけ異なる２つの画像の情報である。これらの画像情報に対して演算処理を行うことでボケ評価値が算出される。演算処理とは、例えば画像の輝度情報から特定の周波数帯域成分を抽出する処理である。本実施形態に係わるボケ評価値とは、撮像画像のボケ状態を示す値であり、撮像光学系の点像強度分布関数の分散と相関をもつ値である。点像強度分布関数とは点像がレンズを通過した後の広がり具合の関数のことである。撮像光学系の点像強度分布関数の分散は、デフォーカス量とも相関がある。以上のことから、ボケ評価値とデフォーカス量との間には相関関係がある。この相関関係を、ボケ評価値・デフォーカス量相関と称する。ボケ評価値・デフォーカス量相関については後で詳述する。

焦点検出部１２９は、ＤＦＤ方式ＡＦに用いる所定のデフォーカス量だけ異なる２つの画像を取得する必要がある。このためにカメラＭＰＵ１２５は、撮像画像のボケ状態に影響を与える、フォーカスレンズの位置、絞り量、焦点距離等の撮影パラメータを変更して撮影動作を制御する。撮影パラメータの変更については、１つ以上のパラメータの変更であれば、どれを変更してもよい。本実施形態では光軸上でのフォーカスレンズ１０４の位置を変更することで、デフォーカス量が所定量異なる２つの画像を得る場合を説明する。

図２および図３を参照して合焦位置の判定処理を説明する。図２および図３は、本実施形態に係わる焦点調節装置を適用した撮像装置のＡＦ処理を例示するフローチャートである。以下に示す合焦動作（ＡＦ動作）の処理はカメラＭＰＵ１２５が実行する制御プログラムにしたがって行われる。なお、図２および図３にて「Ｓ」はステップの略である。

図２のＳ２００でＡＦ動作が開始すると、カメラＭＰＵ１２５が行う領域設定処理にて、被写体に対する焦点調節を行うためのＡＦ評価範囲が設定される（Ｓ２０１）。Ｓ２０１の処理では、例えば画像内に１つのＡＦ評価範囲が設定される。ＡＦ評価範囲は、ＡＦ動作によって焦点調節を行うための画像信号を評価する範囲である。ＡＦ動作の目的は、焦点状態検出領域としてのＡＦ評価範囲内にて、撮影者が意図する被写体に対して焦点を合わせることである。

次に撮像素子１２２への露光が行われ、撮像画像のデータがＲＡＭ１２５ｂに蓄積される（Ｓ２０２）。これにより、焦点検出に用いる出力信号、およびＡＦ評価範囲を含む近傍の被写体の情報を得ることができる。焦点検出部１２９が焦点検出用に画像データを取得する場合、必要な焦点調節精度に合わせて、撮像画素の出力信号の数を間引いて用いてもよい。また、撮像素子１２２への露光はフォーカスレンズ１０４が連続して移動している最中に行ってもよいし、フォーカスレンズ１０４が止まっている状態で行ってもよい。

Ｓ２０３でカメラＭＰＵ１２５は露光の回数を判定する。露光回数が２回以上である場合、Ｓ２０５へ進み（Ｓ２０３でＹｅｓ）、露光回数が１回以下である場合（Ｓ２０３でＮｏ）にはＳ２０４に移行する。Ｓ２０５で焦点検出部１２９は、焦点検出に用いるボケ評価値（Ｃと記す）の算出処理を行う。そして、Ｓ２０６へ進む。

ボケ評価値Ｃを算出するためには、ボケ状態の異なる２回以上の露光による画像データがＲＡＭ１２５ｂに蓄積されている必要がある。すなわち、露光回数が１回以下の場合はボケ評価値を算出できないため、もう１回以上露光を繰り返すためにＳ２０４の処理が実行される。レンズＭＰＵ１１７は、所定駆動量でフォーカスレンズ１０４の駆動制御を行い（Ｓ２０４）、露光ステップ（Ｓ２０２）に戻る。具体的には、レンズＭＰＵ１１７は、例えば事前に設定した方向（通常は至近方向）に、所定駆動量に相当する距離だけフォーカスレンズ１０４を移動させる。レンズ駆動方向を至近方向に設定する理由は、焦点調節の対象とする被写体が至近側に存在する場合が多いことによる。但し、この方向に限らなくてもよい。Ｓ２０４における所定駆動量とは、ＤＦＤ方式ＡＦを行うために必要な、ボケ状態の異なる２画像のボケ状態の違いに対応している。本実施形態では、フォーカスレンズ１０４の駆動制御に係る駆動量を常に一定として説明するが、Ｓ２０４が実行されるごとに変更してもよい。その場合には、所定駆動量ごとに対応する相関テーブルをメモリに記憶しておく必要がある。以下では、フォーカスレンズ１０４の駆動制御に係る所定駆動量をＬｋと記す。

Ｓ２０５で得られるボケ評価値Ｃは、例えばＲＡＭ１２５ｂに蓄積されている、ボケ状態の異なる２回の露光分の画像データから算出される。ボケ評価値Ｃの算出処理では、ボケ状態の異なる２画像のデータに対してそれぞれ同様のフィルタ処理が行われ、所定の周波数帯域成分が抽出される。例えば実空間での畳み込み演算または周波数空間での乗算後に二乗和演算が行われ、周波数空間における画像信号のパワー（以下、Ｐと称する）が算出される。２画像のＰ値を比較することで、２画像のボケ具合の違いを評価するためのボケ評価値Ｃを算出することができる。ボケ状態の異なる２画像とは、フォーカスレンズ１０４を所定駆動量Ｌｋだけ駆動する際に、その前後の位置で撮像される画像を指す。所定駆動量Ｌｋに対応する真のデフォーカス量の変化をＤｋと記す。つまりボケ状態の異なる２画像の、真のデフォーカス量の変化量はＤｋとなる。

本実施形態では、被写体に焦点が合った合焦状態のときにボケ評価値Ｃがゼロになるものとする。ボケ評価値Ｃの算出処理については公知の方法を用いる。例えば、第１の画像信号と第２の画像信号とのＰ値の差を、第１および第２の画像信号のＰ値の和で除算した値に係数を乗算することでボケ評価値Ｃを算出できる。この場合、ボケ評価値Ｃは正値もしくは負値、またはゼロのいずれかである。

次にＳ２０６でカメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２０５で算出されたボケ評価値の信頼性判定を行う。Ｓ２０６ではボケ評価値に信頼性があるか否かについて判定される。ボケ評価値Ｃは２画像のボケ具合の違いを評価するための指標である。ところで、無限端や至近端の付近のように画像のコントラストが大きく減少しているボケの大きい状態では、２画像のボケ具合の違いがほとんど無くなってしまう。このため、Ｓ／Ｎ比（信号対ノイズ比）が低下する。そこでＳ２０６でカメラＭＰＵ１２５は、ボケが大きい状態であるか否かを判定し、ボケが大きい状態で得られた２画像から算出されたボケ評価値Ｃについては信頼性が低いと判定する。ボケ評価値Ｃの信頼性判定処理については公知の方法を用いる。ボケ評価値Ｃに信頼性があると判定された場合（Ｓ２０６でＹｅｓ）、Ｓ２０８へ進み、ボケ評価値Ｃに信頼性がないと判定された場合（Ｓ２０６でＮｏ）にはＳ２０７に移行する。

Ｓ２０７では、ボケ評価値Ｃを再度算出するためのフォーカスレンズ１０４の駆動が行われる。レンズＭＰＵ１１７はフォーカスレンズ１０４を駆動制御して、所定駆動量Ｌｋ以上の駆動を行う。さらにカメラＭＰＵ１２５は露光回数をリセットした上で、Ｓ２０２へ戻り、１回目の露光を開始させる（Ｓ２０２）。Ｓ２０７において、所定駆動量Ｌｋ以上でフォーカスレンズ１０４を駆動する目的は、より高速に、ボケ評価値Ｃに関して信頼性のあるレンズ位置に到達させることである。なお、必要に応じてＳ２０４の場合と同様に、所定駆動量Ｌｋでフォーカスレンズ１０４を駆動してもよい。また、露光回数をリセットする目的は、ボケ評価値Ｃを、Ｓ２０７におけるフォーカスレンズ１０４の駆動後の位置で再度算出するためである。Ｓ２０７でレンズＭＰＵ１１７は、例えば事前に設定した方向（通常は至近方向）へフォーカスレンズ１０４を駆動制御する。レンズ駆動方向を至近方向に設定する理由は前述のとおりである。

Ｓ２０８においてカメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２０６にて信頼性があると判定されたボケ評価値Ｃを、ＲＡＭ１２５ｂが記憶している相関テーブルのデータ（相関データ）と照合し、デフォーカス量を決定する。その詳細は後述するが、Ｓ２０８におけるテーブル参照の結果、デフォーカス量が複数得られる場合がある。そこで、本ステップにおいて得られるデフォーカス量を、「真のデフォーカス量」とは区別し、用語の混同を避けるために、以下では、相関テーブルの参照によって得られるデフォーカス量を「検出デフォーカス量」と称する。また、フォーカスレンズ１０４の位置と対応する、正しいデフォーカス量については、真のデフォーカス量と称する。つまりレンズメモリ１１８は、フォーカスレンズ１０４の位置情報と真のデフォーカス量との対応関係を表すデータを記憶している。

図４を参照して、Ｓ２０８における処理を説明する。図４は、ボケ評価値Ｃと真のデフォーカス量との相関関係を例示する図である。横軸は真のデフォーカス量を表し、右側を無限側とする。縦軸はボケ評価値Ｃを表す。グラフ線は相関テーブルのデータ（相関データ）を表している。図４に示すＤｓは至近側の真のデフォーカス量であり、Ｄｍは無限側の真のデフォーカス量である。ＤｓとＤｍの各値は、至近端と無限端にそれぞれ対応する真のデフォーカス量以下の値であるとする。また図４に示すＤｏは合焦位置に対応する真のデフォーカス量であり、本実施形態ではＤｏ＝０とする。ボケ評価値Ｃｏは、合焦位置での真のデフォーカス量Ｄｏに対応しており、本実施形態ではＣｏ＝０とする。

参照テーブルとしての相関テーブルは、ボケ評価値Ｃから真のデフォーカス量を求める際に使用される。例えば、図２のＳ２０６で信頼性があると判定されたボケ評価値をＣｏ＝０とする。この場合、図４に示す相関テーブルを参照すると、Ｄｏ＝０が導かれる。つまり、現在のフォーカス状態が合焦状態であることがわかる。このように図４の縦軸であるボケ評価値Ｃの値を、図４に示すグラフ線と照合し、図４の横軸である真のデフォーカス量の値を読み取ればよい。横軸上での読み取り値は、カメラがボケ評価値Ｃを用いて検出した値であり、検出デフォーカス量となる。

次に、図４に示すボケ評価値Ｃと真のデフォーカス量のそれぞれの符号について説明する。
真のデフォーカス量の符号については、Ｄｏよりも至近側における真のデフォーカス量の符号をマイナスとし、Ｄｏよりも無限側における真のデフォーカス量の符号をプラスと定義する。また、ボケ評価値Ｃの符号については、Ｃｏ＝０よりも小さい値をマイナスと定義する。真のデフォーカス量Ｄｂに対応するＣｂはボケ評価値の最小値を示し、マイナス符号である。Ｃｏ＝０よりも大きいボケ評価値Ｃの符号をプラスと定義する。真のデフォーカス量Ｄａに対応するＣａはボケ評価値の最大値を示し、プラス符号である。

このように、図４には、ボケ評価値Ｃの符号と真のデフォーカス量の符号とが一致している相関テーブルを例示する。本実施形態では、ボケ評価値Ｃの符号と真のデフォーカス量の符号が一致していることを前提に説明する。但し、図２のＳ２０５においてボケ評価値Ｃを算出する際に用いる算出式に依存してボケ評価値Ｃの符号は変化する。算出式によっては、ボケ評価値Ｃの符号と真のデフォーカス量の符号が必ずしも一致しない場合がある。

一般的に、ボケ評価値Ｃと真のデフォーカス量との関係において、真のデフォーカス量の絶対値が合焦位置であるＤｏ＝０から大きくなるにつれて、ボケ評価値Ｃの絶対値も大きくなる。例として、図４において真のデフォーカス量がＤｂより大きく、且つＤａよりも小さい範囲（第３のＤｅｆ範囲参照）がこの関係を示している。また一般的に、デフォーカス量の絶対値が合焦位置であるＤｏ＝０から所定値以上離れると、真のデフォーカス量の絶対値が大きくなるにつれて、ボケ評価値Ｃの絶対値は小さくなる。例として、図４において真のデフォーカス量がＤｂ以下またはＤａ以上の範囲（第２のＤｅｆ範囲参照）がこの関係を示している。このような関係となる理由は、ボケ評価値Ｃの算出の際に用いる、デフォーカス量がＤｋだけ異なる２画像のパワーＰに違いがあることによる。デフォーカス量がＤｋだけ異なる２画像のパワーＰの変化量をΔＰと記す。合焦近傍ではΔＰは小さいが合焦位置から離れるにつれてΔＰは徐々に大きくなり、合焦位置から所定以上離れてボケの大きい状態になるにつれてΔＰは再び小さくなる。一般的に、合焦近傍での状態と、ボケの大きい状態では、デフォーカス量を同じＤｋだけ変化させたとしても、パワーＰはほとんど変化しない。このような性質をもつパワーＰを用いてボケ評価値Ｃが算出される場合、ボケ評価値Ｃと真のデフォーカス量との関係は図４に示す関係となる。

以下では、説明の便宜のため、本実施形態に係わる真のデフォーカス量を複数のデフォーカス領域に分類する。その分類方法を、図４を用いて説明する。
（１）第１のデフォーカス（Ｄｅｆ）範囲
第１のデフォーカス範囲は、図２のＳ２０６で説明した、ボケ評価値の信頼性判定において、ボケが大きい状態と判定された真のデフォーカス量のとり得る範囲として定義される。図４に示すように、第１のデフォーカス範囲は、無限端または至近端の近傍領域である（Ｄｓ未満の範囲およびＤｍを超える範囲）。ボケ評価値の信頼性が無いかまたは低い第１のデフォーカス範囲の場合、相関テーブルの参照は行われない。ゆえに図４では、第１のデフォーカス範囲に対応するボケ評価値Ｃはプロットせず、信頼性のあるデフォーカス範囲に対応するボケ評価値Ｃのみ表記している。
（２）第２のデフォーカス（Ｄｅｆ）範囲
第２のデフォーカス範囲は、Ｄｓ以上であってＤｂ以下の範囲、またはＤａ以上であってＤｍ以下の範囲として定義される。つまり、第２のデフォーカス範囲は図４のグラフ線における２つの変曲点に相当する位置よりも外側（合焦位置から離れる側）の範囲である。
（３）第３のデフォーカス（Ｄｅｆ）範囲
第３のデフォーカス範囲は、Ｄｂより大きく且つＤａよりも小さい範囲であり、合焦位置Ｄｏを含む範囲として定義される。

着目すべき点は、図４に示すように、第２のデフォーカス範囲と第３のデフォーカス範囲を合わせた範囲において、ボケ評価値Ｃと真のデフォーカス量との符号が一致している点である。すなわち、第２のデフォーカス範囲および第３のデフォーカス範囲を含む範囲では、ボケ評価値の符号について信頼性が有るといえる。換言すれば、ボケ評価値の符号の信頼性が有るということは、至近側と無限側のうちでどちらの方向に合焦位置があるかを、ボケ評価値が算出された時点で判別できるということに他ならない。

次に、図４を用いて、相関テーブルの参照によりボケ評価値Ｃから真のデフォーカス量を決定する処理の具体例を説明する。図２のＳ２０５で算出されたボケ評価値ＣがＣｘであった場合を想定する。図４に例示する相関テーブルを参照すると、Ｄｘ１とＤｘ２という２つの検出デフォーカス量が得られる。Ｄｘ１は第３のデフォーカス範囲に属し、Ｄｘ２は第２のデフォーカス範囲に属する。図４にて検出デフォーカス量が２つであるのに対し、真のデフォーカス量は、検出デフォーカス量Ｄｘ１とＤｘ２のどちらか一方である。

このように、１つのボケ評価値Ｃに対して、相関テーブルを参照した結果、検出デフォーカス量が２つ得られる。言い換えれば、相関テーブルにおいて、１つのボケ評価値Ｃに対して、２つの検出デフォーカス量が対応していること（つまり、１対２対応）が特徴である。この特徴がもつ、従来技術に対する優位性については後で詳述する。なお、本実施形態では説明の便宜上、１対２対応の相関テーブルを例示するが、１つのボケ評価値Ｃに対して３つ以上の複数のデフォーカス量が得られる相関テーブルを用いても焦点検出が可能である。要は、１つのボケ評価値Ｃに対応して複数の検出デフォーカス量が得られる相関テーブルを用いることが特徴であり、以下ではこれを１対多対応と称する。

１対２対応の相関テーブルを用いる場合には、参照によって２つの検出デフォーカス量が得られる。２つのうち、第３のデフォーカス範囲に含まれる方、すなわち合焦位置に近い方の検出デフォーカス量(図４のＤｘ１)を、第１の検出デフォーカス量と称する。また、第２のデフォーカス範囲に含まれる方、すなわち合焦位置から遠い方の検出デフォーカス量（図４のＤｘ２）を、第２の検出デフォーカス量と称する。一般化すると、１対多対応の相関テーブルを用いる場合には、最も合焦位置に近い位置のデフォーカス量を第１の検出デフォーカス量とし、合焦位置から離れるにつれて第ｎの検出デフォーカス量を順次に定義すればよい（ｎ≧２）。

ここで、第１の検出デフォーカス量と第２の検出デフォーカス量が一致する場合も存在するので説明する。第１の検出デフォーカス量と第２のデフォーカス量が一致する場合とは例えば、図４のＣａとＤａとの対応関係や、ＣｏとＤｏとの対応関係である。つまり、１つのボケ評価値Ｃに対して１つの検出デフォーカス量が対応する１対１対応の場合である。この場合も、図２および図３のフローチャートに示す処理を実行することで焦点検出が可能である。よって、１対１対応の場合でも、１対２対応の場合と同様な処理が行われるものとする。

次に、１対多対応の相関テーブルを使用することが、従来技術に対してもつ優位性について説明する。
従来技術の場合、ＲＡＭ１２５ｂの記憶する相関テーブルは、図４に示す第３のデフォーカス範囲内のデータのみを有する。この場合、第２のデフォーカス範囲でボケ評価値Ｃが算出されると、至近側と無限側どちらの方向に合焦位置があるか判別できないので、焦点検出に時間を要してしまう。これに対し、本実施形態では、ＲＡＭ１２５ｂが記憶している相関テーブルは、第３のデフォーカス範囲だけでなく、第２のデフォーカス範囲をも含む相関テーブルである。この場合、ボケ評価値Ｃとデフォーカス量とが１対１対応ではなく１対多対応となるため、テーブル参照の結果、複数の検出デフォーカス量が得られることとなる。つまり、真のデフォーカス量に対して、複数の候補が得られるが、候補の選択については後述の処理により解決される。したがって、本実施形態では、従来技術ではデフォーカス量の検出が不可能であった第２のデフォーカス範囲においてデフォーカス量の検出が可能となるため、ＤＦＤ方式ＡＦの高速化を実現できる。

図２のＳ２０９でレンズＭＰＵ１１７はカメラＭＰＵ１２５の制御指令にしたがい、第１の検出デフォーカス量Ｄｘ１に対応するレンズ位置から、所定駆動量Ｌｋを減算した量だけ、合焦位置の方向に向けてフォーカスレンズ１０４を移動させる。所定駆動量Ｌｋに対応する、真のデフォーカス量の変化はＤｋである。つまり、Ｓ２０９での処理において、真のデフォーカス量の変化は、Ｄｘ１からＤｋを差し引いた量「Ｄｘ１−Ｄｋ」である。本ステップの処理の目的については後述するが、真のデフォーカス量の変化の様子を、図４を用いて説明する。図４にて第１の検出デフォーカス量Ｄｘ１の場合、「Ｄｘ１−Ｄｋ」に相当する量だけ、合焦位置（Ｄｏ）の方向に向けてフォーカスレンズ１０４が駆動される。これにより真のデフォーカス量はＤｘ３に移動する。また、図４にて第２の検出デフォーカス量Ｄｘ２の場合には、同様のレンズ駆動が行われる結果、真のデフォーカス量はＤｘ４へ移動する。以下、Ｄｘ３を第３の検出デフォーカス量と称し、Ｄｘ４を第４の検出デフォーカス量と称する。フォーカスレンズ１０４の駆動後に、図３のＳ２１０へ進む。

Ｓ２１０でカメラＭＰＵ１２５は撮像素子駆動部１２３を制御し、撮像素子１２２への露光を行う。Ｓ２０９におけるフォーカスレンズ１０４の駆動前後における２画像を用いて、再びボケ評価値を取得するために、撮像素子１２２に関し、第１の露光が行われる。その後にフォーカスレンズ１０４を所定駆動量Ｌｋで駆動することでボケ状態が変更され（Ｓ２１１）、撮像素子１２２への第２の露光が行われる（Ｓ２１２）。Ｓ２１０とＳ２１２でそれぞれ撮像された２画像のデータはＲＡＭ１２５ｂに蓄積される。これにより、焦点検出用の出力信号だけでなく、ＡＦ評価範囲を含む近傍の被写体の情報を得ることができる。その際には焦点検出用に、必要な焦点調節精度に合わせて、撮像画素の出力信号の数を間引いて用いてもよい。以上の処理を終えると、Ｓ２１３に進む。

Ｓ２１３で焦点検出部１２９はボケ評価値Ｃを算出する。Ｓ２０９におけるフォーカスレンズ１０４の駆動の前後に露光を行うことで得られた２画像のデータから、ボケ評価値Ｃが算出される。Ｓ２０８で説明したように、真のデフォーカス量は、第１の検出デフォーカス量Ｄｘ１または第２の検出デフォーカス量Ｄｘ２のどちらかである。Ｓ２０８の処理時点で真のデフォーカス量が第１の検出デフォーカス量Ｄｘ１であった場合、Ｓ２０９でのフォーカスレンズ駆動後には、第３の検出デフォーカス量Ｄｘ３に相当する状態である。つまりフォーカスレンズ１０４は、Ｄｏで示す合焦位置の近傍に相当する位置にいるので、ボケ評価値Ｃの値はゼロに近い。一方、Ｓ２０８の処理時点で真のデフォーカス量が第２の検出デフォーカス量Ｄｘ２であった場合、Ｓ２０９でのフォーカスレンズ駆動後には、第４の検出デフォーカス量Ｄｘ４に相当する状態である。つまりフォーカスレンズ１０４は、Ｄｏで示す合焦位置に相当する位置から離れた位置にいるので、ボケ評価値Ｃはゼロとならない。

次のＳ２１４でカメラＭＰＵ１２５は、ボケ評価値Ｃの絶対値を所定の閾値と比較する。ボケ評価値Ｃの絶対値に対して設定される閾値は、撮影画像の観賞者が最も合焦していると感じるボケ状態となる範囲に基づいて予め決定される。Ｓ２１４にてボケ評価値の絶対値｜Ｃ｜が閾値以下である場合（Ｓ２１４でＹｅｓ）、Ｓ２１６に進み、｜Ｃ｜が閾値より大きい場合（Ｓ２１４でＮｏ）には、Ｓ２１５に移行する。

ボケ評価値Ｃの絶対値が閾値以下の場合、ボケ評価値Ｃはゼロに近い値であり、合焦状態と判定される。Ｓ２１６にて合焦表示が行われ、表示部１２６は合焦状態であることを表示し、ユーザに提示する。例えば、Ｓ２０８の処理時点で第１の検出デフォーカス量Ｄｘ１であり、Ｓ２０９の処理時点で第３の検出デフォーカス量Ｄｘ３である場合、Ｄｘ３でのボケ評価値（Ｃ３と記す）はゼロに近い。よって、絶対値｜Ｃ３｜は閾値以下であると判定され、真のデフォーカス量は図４に示すＤｏを含む閾値範囲内にある。Ｓ２１６の処理後、Ｓ２１７に進む。

また、ボケ評価値Ｃの絶対値が閾値よりも大きい場合、合焦状態ではないと判定されて、Ｓ２１５へ進んでフォーカスレンズ１０４が駆動される。例えば、Ｓ２０８の処理時点で第２の検出デフォーカス量Ｄｘ２であり、Ｓ２０９の処理時点で第４の検出デフォーカス量Ｄｘ４である場合、Ｄｘ４でのボケ評価値（Ｃ４と記す）の絶対値｜Ｃ４｜は閾値よりも大きい。Ｓ２１５でレンズＭＰＵ１１７は、第４の検出デフォーカス量Ｄｘ４に対応するレンズ位置から所定駆動量Ｌｋを減算した量だけ、フォーカスレンズ１０４を合焦位置の方向（合焦方向）に向けて移動させる制御を行う。Ｓ２１５の処理は、第４の検出デフォーカス量Ｄｘ４の場合（Ｓ２１４でＮｏ）にのみ実行される。この場合、合焦位置Ｄｏまでの残りデフォーカス量はＤｘ４となる。つまり、Ｄｘ４に対応するフォーカス駆動量分だけフォーカスレンズ１０４を合焦方向に向けて駆動すれば、フォーカスレンズ１０４を合焦位置へ移動させることが可能である。しかし本実施形態では、フォーカスレンズ１０４の駆動誤差や検出デフォーカス量の検出誤差を考慮して、合焦位置Ｄｏよりも僅かにボケの大きい状態であるＤｘ３に対応する位置へフォーカスレンズ１０４が駆動される。そしてＳ２１０に戻って再び露光処理が実行される。Ｓ２１３でボケ評価値Ｃを再度算出された上で、Ｓ２１４にて合焦判定が再度行われる。Ｓ２１６での合焦表示を終えると、Ｓ２１７へ進んでＡＦ動作を終了する。

本実施形態では、ＤＦＤ法での合焦判定において、ボケ評価値Ｃに対して１対多対応の場合に複数存在するデフォーカス量に関し、微小駆動を行ってボケ評価値の変化により真のデフォーカス量を判別可能である。この判別により、１つのボケ評価値に対応する複数のデフォーカス量の候補から１つが決定される。図４に示す１対２対応の例では、ボケ評価値Ｃｘに対応する２つの検出デフォーカス量Ｄｘ１とＤｘ２が存在する。この場合、Ｄｘ１ではＤｋに相当する微小駆動によってボケ評価値が減少するのに対し、Ｄｘ２ではＤｋに相当する微小駆動によってボケ評価値が増加することから両者の相違を判別できる。本実施形態によれば、従来の相関テーブルの範囲よりも広いデフォーカス範囲において、１つのボケ評価値に対応する１つのデフォーカス量を決定できる。よって、ＤＦＤ方式のＡＦ動作を高速化に行えるので、焦点検出時間を短縮することができる。

なお、本実施形態において、図２のＳ２０８で用いる相関テーブルについては、Ｓ２０４におけるフォーカスレンズ１０４の所定駆動量Ｌｋに対応して変化する。本実施形態では、所定駆動量Ｌｋの値を常に一定とする例を説明したが、駆動量Ｌｋを可変値として変更してもよい。その場合には、駆動量Ｌｋを変化させる数に相当する、複数の相関テーブルのデータを記憶部に記憶させておく必要がある。また本実施形態では、図３のＳ２１４でボケ評価値Ｃの絶対値が閾値より大きい場合、Ｓ２１５の処理を行ってからＳ２１０へ戻り、ボケ評価値を再度算出する例を説明した。これに限らず、Ｓ２１５にて第４の検出デフォーカス量Ｄｘ４に対応するフォーカス駆動量分だけフォーカスレンズ１０４を合焦方向に向けて移動させてから、Ｓ２１６の合焦表示へ処理を進めてもよい。

１０４ フォーカスレンズ
１１６ フォーカス駆動部
１２５ カメラＭＰＵ
１２９ 焦点検出部

Claims (7)

1. フォーカスレンズを含む撮像光学系と、
   前記撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子と、
   ボケ状態の異なる複数の画像のデータを前記撮像素子の出力信号から取得してボケ状態の評価値を算出する算出手段と、
   前記評価値とデフォーカス量との対応関係を示す相関データを記憶する記憶手段と、
   前記算出手段により算出された評価値を、前記記憶手段に記憶されている前記相関データと照合することによりデフォーカス量を決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定されたデフォーカス量に対応する前記フォーカスレンズの駆動量にしたがって前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、を備え、
   前記決定手段は、前記照合によって複数のデフォーカス量の候補が検出される場合、前記駆動手段により前記フォーカスレンズの駆動を行って前記評価値の変化を判定して前記候補から１つのデフォーカス量を決定することを特徴とする撮像装置。
2. 前記決定手段は、前記候補のうちで絶対値の小さいデフォーカス量を選択することにより、１つのデフォーカス量を決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記決定手段は、前記フォーカスレンズの駆動を行って前記評価値の変化を判定し、前記候補のうちで合焦方向への前記フォーカスレンズの駆動に伴って前記評価値の絶対値が減少するデフォーカス量を決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記算出手段は、第１および第２の画像の輝度情報から周波数帯域成分を抽出して前記評価値を算出し、
   前記決定手段は、前記第１の画像に係るデフォーカス量と前記第２の画像に係るデフォーカス量との差を、前記候補のデフォーカス量から減算した結果であるデフォーカス量に対応する駆動量で、前記駆動手段により前記フォーカスレンズを駆動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記記憶手段は、１つの前記評価値に対して複数のデフォーカス量が対応する前記相関データを記憶しており、
   前記相関データは、前記デフォーカス量がゼロである合焦位置から離れるほど前記評価値の絶対値が大きくなる第１の範囲内のデータ、および前記合焦位置から離れるほど前記評価値の絶対値が小さくなる第２の範囲内のデータを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. フォーカスレンズおよび該フォーカスレンズを駆動する駆動手段を備えるレンズ装置が本体部に装着された状態にて、前記フォーカスレンズの移動により焦点調節を行う撮像装置であって、
   前記フォーカスレンズを含む撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子と、
   ボケ状態の異なる複数の画像のデータを前記撮像素子の出力信号から取得してボケ状態の評価値を算出する算出手段と、
   前記評価値とデフォーカス量との対応関係を示す相関データを記憶する記憶手段と、
   前記算出手段により算出された評価値を、前記記憶手段に記憶されている前記相関データと照合することによりデフォーカス量を決定する決定手段と、を備え、
   前記決定手段は、前記照合によって複数のデフォーカス量の候補が検出される場合、前記駆動手段により前記フォーカスレンズの駆動を行って前記評価値の変化を判定して前記候補から１つのデフォーカス量を決定し、決定した該デフォーカス量に対応する制御指令を前記駆動手段に出力することを特徴とする撮像装置。
7. フォーカスレンズを含む撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子を備える撮像装置により実行される制御方法であって、
   ボケ状態の異なる複数の画像のデータを前記撮像素子の出力信号から取得してボケ状態の評価値を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップで算出された評価値を、前記評価値とデフォーカス量との対応関係を示す相関データと照合することによりデフォーカス量を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップで決定されたデフォーカス量に対応する前記フォーカスレンズの駆動量にしたがって前記フォーカスレンズを駆動する駆動ステップと、を有し、
   前記決定ステップにて、前記照合によって複数のデフォーカス量の候補が検出される場合、前記フォーカスレンズの駆動を行って前記評価値の変化を判定して前記候補から１つのデフォーカス量を決定することを特徴とする撮像装置の制御方法。
   
   

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