JP2018031916A - 焦点調節装置、その制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】輝度条件やコントラスト条件による、合焦精度の低下を低減できるようにする。【解決手段】撮像素子２０１からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点調節を行う焦点調節装置において、撮像素子２０１の出力信号から生成されて被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する一対の像信号を用いてデフォーカス量を生成する。そして、一対の像信号の相関変化量を用いてデフォーカス量の標準偏差を算出し、標準偏差の閾値を用いて、デフォーカス量の信頼性に関する信頼性評価値を段階的に算出する。この場合に、輝度条件及びコントラスト条件に基づいて、標準偏差の閾値を変更することにより、低輝度条件下や低コントラスト被写体の撮影時に合焦条件を緩和し、合焦状態を正しく判定できるようになる。【選択図】図４

Description

本発明は、撮像素子からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点調節を行う焦点調節装置、その制御方法及びプログラムに関する。

デジタルカメラ等の撮像装置には、一対の視差画像信号の位相差を検出することで焦点検出及び焦点調節を行う、位相差検出方式のオートフォーカスを行うものがある。特に、被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号を用いた位相差検出方式の焦点検出方式を、撮像面位相差検出方式と呼ぶ。

位相差検出方式を採用する撮像装置に関する技術として、特許文献１には、焦点検出精度を向上させることを目的として、像信号のコントラスト情報に基づく評価値に基づいて過去に算出されたデフォーカス量を加味すると判定された場合には、過去に算出されたデフォーカス量を含む複数のデフォーカス量に基づいて最終的なデフォーカス量を算出する構成が開示されている。

特開２０１６−５７５４６号公報

撮像面位相差検出方式を含む位相差検出方式では、例えば夜景や室内等の低輝度条件下や人物の顔のような低コントラスト被写体の撮影時に、高輝度時や高コントラスト被写体の撮影時と比較して、得られる像信号が小さくなるため、フォーカシングの精度が低下する可能性がある。
しかしながら、特許文献１では、輝度条件やコントラスト条件に適応した処理に関しては言及されておらず、高輝度時や高コントラスト被写体の撮影時を基準として合焦制御を行うと、低輝度条件下や低コントラスト被写体の撮影時に、好適な合焦制御が行えず、合焦精度が低下する場合が存在しうる。一方、低輝度条件下や低コントラスト被写体の撮影時を基準として合焦制御を行うと、高輝度時や高コントラスト被写体の撮影時に、好適な合焦制御が行えず、合焦精度が低下する場合が存在しうる。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、輝度条件や被写体のコントラスト（コントラスト条件と呼ぶ）による、合焦精度の低下を低減できるようにすることを目的とする。

本発明の焦点調節装置は、被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点調節を行う焦点調節装置であって、前記撮像素子の出力信号から生成されて被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する一対の像信号を用いて焦点検出情報を生成する生成手段と、前記生成手段で生成する前記焦点検出情報の信頼性に関する信頼性評価値を算出する算出手段とを備え、前記算出手段は、輝度条件及びコントラスト条件のうち少なくともいずれか一方に基づいて、前記信頼性評価値の算出条件を変更することを特徴とする。

本発明によれば、輝度条件やコントラスト条件による、合焦精度の低下を低減できるようになる。

実施形態に係るレンズ交換式カメラの構成を示すブロック図である。 撮像素子の画素構成を説明するための図である。 実施形態に係るレンズ交換式カメラによる撮影処理を示すフローチャートである。 図３における自動焦点検出処理の詳細を示すフローチャートである。 図４におけるフレーム加算判定演算の詳細を示すフローチャートである。 ボケと、相関変化量との関係の例を示す特性図である。 撮影感度と、デフォーカス量の標準偏差の閾値との関係の例を示す特性図である。 像信号の振幅と、デフォーカス量の標準偏差の閾値との関係の例を示す特性図である。 コントラスト評価値と、デフォーカス量の標準偏差の閾値との関係の例を示す特性図である。 鮮鋭度評価値と、像のボケ度を表わす評価値の閾値との関係の例を示す特性図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係るレンズ交換式カメラ（以下、単にカメラと呼ぶ）の構成を示すブロック図である。実施形態に係るカメラは、本発明を適用した焦点調節装置を搭載した撮像装置の例であり、被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号を用いた撮像面位相差検出方式による焦点調節を行う。
カメラは、レンズユニット１０と、カメラ本体２０とにより構成される。レンズユニット１０がカメラ本体２０に装着されると、レンズユニット１０の動作を統括制御するレンズ制御部１０６と、カメラ全体の動作を統括制御するカメラ制御部２１２とが相互に通信可能となる。

レンズユニット１０の構成について説明する。レンズユニット１０は、固定レンズ１０１、絞り１０２、フォーカスレンズ１０３、絞り駆動部１０４、フォーカスレンズ駆動部１０５、レンズ制御部１０６、レンズ操作部１０７を備える。
固定レンズ１０１、絞り１０２、フォーカスレンズ１０３により撮影光学系が構成される。絞り１０２は、絞り駆動部１０４によって駆動され、カメラ本体２０の撮像素子２０１への入射光量を制御する。フォーカスレンズ１０３は、フォーカスレンズ駆動部１０５によって駆動され、後述する撮像素子２０１に結像する焦点調節を行う。絞り駆動部１０４及びフォーカスレンズ駆動部１０５は、レンズ制御部１０６によって制御され、絞り１０２の開口量やフォーカスレンズ１０３の位置を決定する。レンズ制御部１０６は、レンズ操作部１０７によってユーザ操作があった場合、ユーザ操作に応じた制御を行う。レンズ制御部１０６は、カメラ制御部２１２から受信した制御命令・制御情報に応じて絞り駆動部１０４やフォーカスレンズ駆動部１０５の制御を行い、また、レンズ制御情報をカメラ制御部２１２に送信する。

次に、カメラ本体２０の構成について説明する。カメラ本体２０は、レンズユニット１０の撮影光学系を通過した光束から撮像信号を取得できるように構成される。カメラ本体２０は、撮像素子２０１、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２、画像入力コントローラ２０３、ＡＦ（自動焦点調節）信号処理部２０４を備える。また、カメラ本体２０は、表示制御部２０５、表示部２０６、記録媒体制御部２０７、記録媒体２０８、ＳＤＲＡＭ２０９、ＲＯＭ２１０、フラッシュＲＯＭ２１１を備える。また、カメラ本体２０は、ＡＦ制御部２１３を備えたカメラ制御部２１２、カメラ操作部２１４、タイミングジェネレータ２１５、バス２１６を備える。

撮像素子２０１は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより構成され、その受光面上にレンズユニット１０の撮影光学系を通過した光束が結像し、フォトダイオードによって入射光量に応じた信号電荷に変換する。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部２１２の指令に従って、タイミングジェネレータ２１５から与えられる駆動パルスに基づいて信号電荷に応じた電圧信号として順次読み出される。
撮像素子２０１は、撮像面位相差検出方式による焦点調節を行うために、図２（ｂ）に示すように、１つの画素に２つのフォトダイオードを保持している。図２（ａ）は、撮像面位相差検出方式を採用しない場合の画素構成を示し、（ｂ）は撮像面位相差検出方式を採用する場合の画素構成を示す。光束をマイクロレンズで分離し、各画素の２つのフォトダイオードで結像することで、撮像信号及びＡＦ用の像信号（以下、ＡＦ用信号と呼ぶ）が取り出せるようになっている。２つのフォトダイオードの信号を加算したもの（Ａ＋Ｂ像信号）が撮像信号になる。また、個々のフォトダイオードの信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）がそれぞれＡＦ用信号になり、一対のＡＦ用信号は被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する。

ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、撮像素子２０１から読み出された撮像信号及び一対のＡＦ用信号に対して、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング、ゲインの調節、信号のデジタル化を行う。ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２は、撮像信号を画像入力コントローラ２０３に、一対のＡＦ用信号をＡＦ信号処理部２０４にそれぞれ出力する。
画像入力コントローラ２０３は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２から出力された撮像信号をＳＤＲＡＭ２０９に格納する。ＳＤＲＡＭ２０９に格納された画像信号は、バス２１６を介して、表示制御部２０５によって表示部２０６に表示され、また、撮像信号の記録を行うモードのときは、記録媒体制御部２０７によって記録媒体２０８に記録される。
ＲＯＭ２１０は、カメラ制御部２１２が実行する制御プログラム及び制御に必要な各種データ等を格納する。
フラッシュＲＯＭ２１１は、ユーザ設定情報等のカメラの動作に関する各種設定情報等を格納する。

ＡＦ信号処理部２０４は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ２０２から出力された一対のＡＦ用信号に対して相関演算を行い、像ずれ量、各種情報（二像一致度、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等）を算出する。ＡＦ信号処理部２０４は、算出した像ずれ量や各種情報をカメラ制御部２１２に出力する。

カメラ制御部２１２は、カメラの各部と情報をやり取りして制御を行う。また、カメラ操作部２１４からの入力に応じて、電源のＯＮ／ＯＦＦ、設定の変更、記録の開始、ＡＦ制御の開始、記録映像の確認等の、ユーザが操作したさまざまなカメラ機能を実行する。また、レンズユニット１０のレンズ制御部１０６と通信し、レンズの制御命令・制御情報を送ったり、レンズユニット１０側の情報を取得したりする。
また、カメラ制御部２１２のＡＦ制御部２１３は、詳細は後述するが、被写体に対しての合焦制御を行う。ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から取得した像ずれ量や各種情報に基づいて、これらを算出する設定の変更をＡＦ信号処理部２０４に通知する。例えば像ずれ量が大きい場合に相関演算を行う領域を広く設定したり、コントラスト情報に応じてバンドパスフィルタの種類を変更したりする。
カメラ操作部２１４は、シャッターボタン、モード切替スイッチ、電子ダイヤル、電源スイッチ等の操作部を含む。

なお、本実施形態では、撮像素子２０１から撮像信号及び一対のＡＦ用信号を取り出すようにしたが、この方式に限定されるものではない。撮像素子２０１の負荷を考慮し、例えば撮像素子から撮像信号及び１つのＡＦ用信号を取り出し、撮像信号とＡＦ用信号との差分を取ることにより、もう１つのＡＦ用信号を生成するようにしてもよい。

図３を参照して、実施形態に係るカメラによる撮影処理を説明する。図３のフローチャートは、例えばカメラ制御部２１２がＲＯＭ２１０に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
ステップＳ１で、カメラ制御部２１２は、第１スイッチ（ＳＷ１）がオン状態であるか否かを判定する。ＳＷ１はシャッターボタンの操作途中（例えば半押し）でオンとなり、これを受けてカメラ制御部２１２は、自動焦点検出処理の開始を指示する。ＳＷ１がオン状態の場合、ステップＳ２に処理を進め、ＳＷ１がオフ状態の場合、ステップＳ１の判定処理を繰り返す。
ステップＳ２で、カメラ制御部２１２は、自動焦点検出処理を行う。自動焦点検出処理の詳細については、図４のフローチャートを用いて後述する。

ステップＳ３で、カメラ制御部２１２は、ステップＳ２において生成した焦点検出情報であるデフォーカス量を取得し、デフォーカス量が合焦範囲に入っているか否かを判定する。合焦範囲に入っているか否かの判定は、後述するデフォーカス量の信頼性に関する信頼性評価値Ｒｅｌを用いて行う。本判定の詳細はデフォーカス量の信頼性の説明と共に説明する。合焦範囲に入っている場合、ステップＳ５に処理を進め、合焦範囲外である場合、ステップＳ４に処理を進める。
ステップＳ４で、カメラ制御部２１２は、ステップＳ２において生成したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０３の駆動制御を行うべく、レンズユニット１０のレンズ制御部１０６にフォーカスレンズ１０３の駆動命令を送信する。その後、ステップＳ２に処理を戻す。

ステップＳ５で、カメラ制御部２１２は、第２スイッチ（ＳＷ２）がオン状態であるか否かを判定する。ＳＷ２はシャッターボタンの操作完了（例えば全押し）でオンとなり、これを受けてカメラ制御部２１２は、撮影準備処理、記録処理といった一連の処理の動作開始を指示する。ＳＷ２がオン状態の場合、ステップＳ６に処理を進め、ＳＷ２がオフ状態の場合、ステップＳ７に処理を進める。
ステップＳ６で、カメラ制御部２１２は、撮影準備処理を行い、次のステップＳ８で撮像した画像データの記録処理を行った後、撮影処理を終了する。
ステップＳ７で、カメラ制御部２１２は、ＳＷ１がオン状態であるか否かを判定する。ＳＷ１がオン状態の場合、ステップＳ５に処理を戻し、ＳＷ１がオフ状態の場合、撮影処理を終了する。

図４を参照して、図３のステップＳ２の自動焦点検出処理の詳細を説明する。図４のフローチャートは、カメラ制御部２１２のＡＦ制御部２１３の制御下で実行される。
ステップＳ２１で、ＡＦ制御部２１３は、焦点検出演算を行う。
具体的には、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４に撮像素子２０１から取得した一対のＡＦ用信号に対する相関演算を行うよう指示する。そして、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から受け取った相関量が極小値となるシフト量である像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出、生成する。このとき、周波数帯域の異なる３種類のフィルタ（低域用・中域用・高域用）を用いた相関演算を行い、それぞれのフィルタを用いた相関演算により取得された、低域用・中域用・高域用の３種類のデフォーカス量を生成する。なお、低域用・中域用・高域用のフィルタとは、抽出する周波数帯域を相対的に示すものであり、抽出する周波数帯域の絶対値は特に問わない。
また、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４に一対のＡＦ用信号の相関量をシフト量ごとに算出するよう指示する。そして、ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から受け取ったシフト量ごとの相関量の波形を生成する。

ステップＳ２２で、ＡＦ制御部２１３は、二像の相関変化量を算出する。
図６は、撮像面位相差検出方式による焦点調節において、ボケの度合が大きい状態から合焦付近までフォーカスレンズ１０３を駆動する際の相関変化量の例を示す特性図である。横軸は被写体のボケの度合を表わし、縦軸は相関変化量ＭＡＸＤＥＲを表わす。相関変化量ＭＡＸＤＥＲは、式（１）で算出することができる。式（１）のｋは位置を特定するための整数の変数である。このとき、ステップＳ２１と同様に、低域用・中域用・高域用の３種類の相関変化量ＭＡＸＤＥＲを算出する。図６に示すように、撮像面位相差検出方式による焦点調節では、ボケの度合が大きい状態から合焦点付近に近づくにつれて、相関変化量ＭＡＸＤＥＲが大きくなることが分かる。
ＭＡＸＤＥＲ（ｋ）＝（ＣＯＲ［ｋ‐３］−ＣＯＲ［ｋ‐１］）
−（ＣＯＲ［ｋ‐２］−ＣＯＲ［ｋ］）・・・（１）

ステップＳ２３で、ＡＦ制御部２１３は、ステップＳ２２において算出した相関変化量ＭＡＸＤＥＲを用いて、デフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σを算出する。デフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σは、式（２）で算出することができる。式（２）のＫは像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数であり、Ａ及びＢは相関変化量ＭＡＸＤＥＲから像ずれ量の標準偏差に変換する変換係数である。ステップＳ２２において算出した低域用・中域用・高域用の３種類の相関変化量ＭＡＸＤＥＲを代入することにより、３種類のデフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σを算出する。
Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ＝Ｋ×（Ａ×ＭＡＸＤＥＲ＾Ｂ）・・・（２）

ステップＳ２４で、ＡＦ制御部２１３は、輝度条件及びコントラスト条件に基づいて、デフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σの閾値を設定する。
次のステップＳ２５においてデフォーカス量の信頼性に関する信頼性評価値を算出するが、そのときに、ステップＳ２４において設定したデフォーカス量の標準偏差の閾値が用いられる。信頼性評価値は、デフォーカス量の標準偏差の閾値を用いることにより段階的（本実施形態では後述する信頼性評価値Ｒｅｌ３〜Ｒｅｌ０の４段階）に算出される。このとき、輝度条件及びコントラスト条件に基づいて閾値を変更し、すなわち信頼性評価値の算出条件を変更することにより、輝度条件やコントラスト条件によって合焦条件を変更することができる。本実施形態では、低輝度条件下又は低コントラスト条件下（低輝度且つ低コントラスト条件下を含む）において、デフォーカス量の標準偏差の閾値を大きくすることにより、合焦条件を緩和する。これにより、本来は合焦と判定してもよい撮影シーンを非合焦と判定してしまうケースを低減することができ、輝度条件やコントラスト条件による、合焦精度の低下を低減できるようになる。

ステップＳ２４のデフォーカス量の標準偏差の閾値の設定について説明をする。
輝度条件に関しては、図７に示すように、撮影シーンにおける撮影感度に基づいて、デフォーカス量の標準偏差の閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮを取得する。図７では、撮影感度がＳＶ１のときはデフォーカス量の標準偏差の閾値をＴｈ１、ＳＶ２のときはＴｈ２、ＳＶ３のときはＴｈ３とし、ＳＶ１以上ＳＶ２未満のときはデフォーカス量の標準偏差の閾値をＴｈ１とＴｈ２の間で感度が高いほど閾値も大きくなるように関係式が設定されている。同様に、ＳＶ２以上ＳＶ３未満のときはデフォーカス量の標準偏差の閾値をＴｈ２とＴｈ３の間で感度が高いほど閾値も大きくなるように関係式が設定されている。
低輝度条件下の撮影時には撮影感度を上げて露光を適正にするために、輝度と撮影感度には相関があることが多いが、撮影感度が上がる場合、ノイズが増加してデフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σが大きくなる。そこで、図７に示すように、撮影感度（Ｓｖ１＜Ｓｖ２＜Ｓｖ３）が上がるに従って閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮを大きくすることにより、撮影感度が高い場合であっても最も信頼性の高いことを表わす信頼性評価値が得られやすいようにする。これにより合焦条件が緩和されるので、高感度撮影時でも合焦しやすくなる。ここで、閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮの算出は、合焦条件を緩和するために、最も信頼性の高いことを表わす信頼性評価値（本実施形態ではＲｅｌ３）を算出するのに用いられる閾値について行われる。信頼性評価値の高低順の詳細については後述する。
また、図７に示す閾値Ｔｈ２とＴｈ３は、図８に示すように、輝度評価値である像信号の振幅ＰＢに基づいて可変にすることが好ましい。振幅ＰＢは、像信号の最大値と最小値の差分であり、被写体輝度に応じて値が変わり、被写体輝度が低い場合には値が小さくなる。そこで、図８（ａ）に示すように、振幅ＰＢ１以下では閾値を大きく（Ｔｈ２＿１）、振幅ＰＢ２（＞ＰＢ１）以上では閾値を小さく（Ｔｈ２＿０）する。そして、ＰＢ１〜ＰＢ２の領域では、振幅ＰＢが小さいほど、閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮが大きくなるようにする。図８（ｂ）でも同様である。なお、輝度評価値は、像信号の振幅ＰＢに限らず、像信号の最大値、像信号の最小値、被写体輝度としてもよい。
また、例えば撮影感度が高いとき（Ｓｖ３）の閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮは、Ｆ値（絞り値）に応じて可変にしてもよい。

コントラスト条件に関しては、図９に示すように、像信号の最大値Ｐｅａｋに対する振幅ＰＢの比で表わされるコントラスト評価値ＰＢ／Ｐｅａｋに基づいて、デフォーカス量の標準偏差の閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＣＮＴを取得する。コントラスト評価値ＰＢ／Ｐｅａｋが小さくなる場合、被写体コントラストが下がる。そこで、図９に示すように、コントラスト評価値ＰＢ／Ｐｅａｋ１以下では閾値を大きく（Ｔｈ５）、コントラスト評価値ＰＢ／Ｐｅａｋ２（＞ＰＢ／Ｐｅａｋ１）以上では閾値を小さく（Ｔｈ４）する。そして、ＰＢ／Ｐｅａｋ１〜ＰＢ／Ｐｅａｋ２の領域では、コントラスト評価値ＰＢ／Ｐｅａｋが小さいほど、閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＣＮＴが大きくなるようにする。これにより、最も信頼性の高いことを表わす信頼性評価値（本実施形態ではＲｅｌ３）が得られやすいようにして合焦条件を緩和し、合焦しやすいようにしている。ここで、閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＣＮＴの算出は、合焦条件を緩和するために、最も信頼性の高いことを表わす信頼性評価値を算出するのに用いられる閾値について行われる。信頼性評価値の高低順の詳細については後述する。

このようにして取得した閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮと閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＣＮＴとの大小を比較し、大きい方を、デフォーカス量の標準偏差の閾値Ｄｅｆ３σＴＨ３として設定する。

ステップＳ２５で、ＡＦ制御部２１３は、デフォーカス量の信頼性を表わす信頼性評価値Ｒｅｌを算出する。信頼性評価値Ｒｅｌは、信頼性の高い順に信頼性評価値Ｒｅｌ３、信頼性評価値Ｒｅｌ２、信頼性評価値Ｒｅｌ１、信頼性評価値Ｒｅｌ０の４段階で決定され、式（３）で算出することができる。式（３）のＤｅｆ３σＴＨ３、Ｄｅｆ３σＴＨ２、Ｄｅｆ３σＴＨ１はデフォーカス量の標準偏差の閾値であり、そのうちの最も信頼性の高いことを表わす信頼性評価値を算出するのに用いられる閾値Ｄｅｆ３σＴＨ３がステップＳ２４において取得、設定されたものである。なお、閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮの最大値（本実施形態ではＴｈ３）及び閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＣＮＴの最大値（本実施形態ではＴｈ５）としては、Ｄｅｆ３σＴＨ２よりも小さい値が設定されている。
Ｒｅｌ＝Ｒｅｌ３ ｉｆ（Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ≦Ｄｅｆ３σＴＨ３）
Ｒｅｌ２ ｉｆ（Ｄｅｆ３σＴＨ３＜Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ≦Ｄｅｆ３σＴＨ２）
Ｒｅｌ１ ｉｆ（Ｄｅｆ３σＴＨ２＜Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ≦Ｄｅｆ３σＴＨ１）
Ｒｅｌ０ ｉｆ（Ｄｅｆ３σＴＨ１≦Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ）・・・（３）

信頼性評価値Ｒｅｌ３は、デフォーカス量の信頼性が高く、合焦してよいという意味を持ち、合焦可能な条件となる。また、信頼性評価値Ｒｅｌ２は、後述するデフォーカス量のフレーム加算処理時のみ合焦してもよいという意味を持ち、合焦可能な条件となる。一方、信頼性評価値Ｒｅｌ１は、デフォーカス量の方向は合っていることを意味し、信頼性評価値Ｒｅｌ０は、デフォーカス量としての信頼性が最も低いことを意味し、それぞれ合焦できない条件となる。但し、本実施形態では、ステップＳ３における合焦判定において、高域用デフォーカス量と中域用デフォーカス量の少なくともいずれかの信頼性がＲｅｌ３のとき又はＲｅｌ２でフレーム加算処理を行ったときのみ合焦範囲にあると判定する。つまり、高域用デフォーカス量と中域用デフォーカス量の信頼性がＲｅｌ１以下のとき又はＲｅｌ２でフレーム加算処理を行わなかったときは、低域用デフォーカス量の信頼性にかかわらず、合焦範囲ではないと判定しステップＳ４に進む。言い換えると、本実施形態では、ステップＳ３における合焦判定に低域用デフォーカス量の信頼性は用いない。これは、高域用及び中域用のデフォーカス量と比較して、低域用のデフォーカス量の合焦近傍でのデフォーカス量の精度が低いためである。
式（３）を用いて、ステップＳ２１において生成した低域用・中域用・高域用の３種類のデフォーカス量に対する信頼性評価値をそれぞれ算出する。

ステップＳ２６で、ＡＦ制御部２１３は、ステップＳ２１において生成した低域用・中域用・高域用の３種類のデフォーカス量のうち、ステップＳ２５において算出した信頼性評価値に基づいて一部のデフォーカス量を選択する。例えば低域用・中域用・高域用の３種類のデフォーカス量のうち、最も高い信頼性評価値をとる一のデフォーカス量を選択する。

ステップＳ２７で、ＡＦ制御部２１３は、フレーム加算判定演算を行う。フレーム加算判定演算の詳細については、図５のフローチャートを用いて後述する。

ステップＳ２８で、ＡＦ制御部２１３は、ステップＳ２７において得た判定結果に基づいて、フレーム加算を行うか否かを決定する。フレーム加算を行う場合、ステップＳ２９に処理を進め、フレーム加算を行わない場合、本処理を終了する。

ステップＳ２９で、ＡＦ制御部２１３は、現在のフレームで算出したデフォーカス量と過去ｍフレーム分のフレームで算出したデフォーカス量との加算平均を行うよう制御する。これにより、現在のフレームで算出したデフォーカス量に過去に算出したデフォーカス量を加味したものを最終デフォーカス量として、図３のステップＳ３で、最終デフォーカス量が合焦範囲に入っている場合、合焦状態であると判定される。その後、本処理を終了する。

図５を参照して、図４のステップＳ２７のフレーム加算判定演算の詳細を説明する。
ステップＳ２７１で、ＡＦ制御部２１３は、ステップＳ２６において選択したデフォーカス量が、低域用のデフォーカス量であるか否かを判定する。低域用のデフォーカス量が選択されている場合、ステップＳ２７９に処理を進め、低域用のデフォーカス量が選択されていない場合、ステップＳ２７２に処理を進める。本実施形態では、低域用のフィルタ周波数帯域で算出されたデフォーカス量に対しては一律にフレーム加算を行わないものとしている。これは、上述のように低域用デフォーカス量は、ステップＳ３で合焦判定に用いず、フレーム加算の必要がないためである。

ステップＳ２７２で、ＡＦ制御部２１３は、ステップＳ２５において選択したデフォーカス量の信頼性評価値Ｒｅｌが、信頼性評価値Ｒｅｌ２であるか否かを判定する。上述したように、信頼性評価値Ｒｅｌ２は、デフォーカス量のフレーム加算処理時のみ合焦してもよいという意味を持つ。判定が真である場合、ステップＳ２７３に処理を進め、偽である場合、ステップＳ２７９に処理を進める。

ステップＳ２７３で、ＡＦ制御部２１３は、ステップＳ２６において選択したデフォーカス量が、高域用のデフォーカス量であるか否かを判定する。高域用のデフォーカス量が選択されている場合、ステップＳ２７８に処理を進め、高域用のデフォーカス量が選択されていない場合、ステップＳ２７４に処理を進める。本実施形態では、高域用のフィルタ周波数帯域で算出されたデフォーカス量であって、信頼性評価値Ｒｅｌ２が与えられたものに対しては一律にフレーム加算を行うものとしている。これは、高域用デフォーカス量は中域用デフォーカス量よりも合焦近傍でのデフォーカス量の精度が高いため、ＤＦＤ、鮮鋭度評価値にかかわらずフレーム加算を行えば合焦可能であるとすることができるためである。このように、高域用デフォーカス量においてはＤＦＤ、鮮鋭度評価値にかかわらずフレーム加算を行うことで、ステップＳ３において合焦範囲にあると判定される確率を上げることができる。
そして、本実施形態では、中域用のフィルタ周波数帯域で算出されたデフォーカス量であって、信頼性評価値Ｒｅｌ２が与えられたものを判定対象として、ステップＳ２７４以降でフレーム加算を行うか否かを判定するようにしている。

ステップＳ２７４で、ＡＦ制御部２１３は、像信号から算出される像信号評価値として、像のボケ度を表わす評価値ＤＦＤ、及び振幅ＰＢに対する像の鮮鋭度Ｓｈａｒｐｎｅｓｓの比で表わされる鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢを算出する。

像のボケ度を表わす評価値ＤＦＤは、式（４）で算出することができる。式（４）のｋは位置を特定するための整数の変数であり、Ａ［ｋ］、Ｂ［ｋ］はそれぞれ位置ｋにおけるＡ像信号とＢ像信号の信号値である。
ＤＦＤ
＝Σ（Ａ［ｋ］＋Ｂ［ｋ］）²／（（Σ（Ａ［ｋ］）²＋Σ（Ｂ［ｋ］）²）／２）
・・・（４）

また、像の鮮鋭度Ｓｈａｒｐｎｅｓｓは、式（５）で算出することができる。式（５）のｋは位置を特定するための整数の変数であり、Ｓ［ｋ］は位置ｋにおける撮像信号（Ａ＋Ｂ像信号）
の信号値である。
Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ
＝Σ（Ｓ［ｋ＋１］−Ｓ［ｋ］）²／Σ（Ｓ［ｋ＋１］−Ｓ［ｋ］）・・・（５）

ステップＳ２７５で、ＡＦ制御部２１３は、ステップＳ２７４において算出した像のボケ度を表わす評価値ＤＦＤが閾値（以下、ＤＦＤ閾値と呼ぶ）ＤＦＤ＿ＰＡＲＡＭ＿ＴＨ以上であるか、又はステップＳ２７４において算出した鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢが所定の閾値ＳＨＡＲＰＮＥＳＳ＿ＴＯ＿ＰＢ＿ＴＨ以上であるか否かを判定する。判定が真である場合、フォーカスレンズ位置が合焦近傍であると判定し、合焦可能な条件であるとしてステップＳ２７８に処理を進め、偽である場合、ステップＳ２７６に処理を進める。

ステップＳ２７６で、ＡＦ制御部２１３は、低コントラスト条件下又は低輝度条件下における合焦条件を緩和するため、鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢに基づいて、ＤＦＤ閾値を変更する。鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢは、低コントラスト条件下又は低輝度条件下において小さくなるため、この変更は鮮鋭度評価値が小さい時にＤＦＤ閾値も小さくなるように行う。本実施形態では、図１０に示すように、鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢ１以下ではＤＦＤ閾値を小さく、鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢ２（＞Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢ１）以上ではＤＦＤ閾値を大きくする。そして、Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢ１〜Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢ２の領域では、鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢが小さいほど、ＤＦＤ閾値が小さくなるようにする。
また、撮影感度に応じてＤＦＤ閾値を可変にし、撮影感度が高いほどＤＦＤ閾値を小さくしてもよい。また、撮影感度が閾値以上の場合のみ、鮮鋭度評価値に基づくＤＦＤ閾値の更新を行ってもよい。その場合、ステップＳ２７５とステップＳ２７６の間に、撮影感度が撮影感度の閾値以上であるか否かを判定するステップを挿入し、閾値以上のときはステップＳ２７６に、閾値未満のときにはステップＳ２７９に進むようにすればよい。このように、鮮鋭度評価値に基づくＤＦＤ閾値の更新をすることで、低コントラスト被写体に対して低輝度条件下で撮影する場合に、適切に合焦条件を変化することが可能となる。

ステップＳ２７７で、ＡＦ制御部２１３は、ステップＳ２７５とは判定条件を変更して、フレーム加算を行うか否かを判定する。ここでは、ステップＳ２７４において算出された像のボケ度を表す評価値ＤＦＤが、ステップＳ２７６において変更されたＤＦＤ閾値以上であるか、又はコントラスト評価値ＰＢ／Ｐｅａｋが所定の閾値ＰＢ＿ＴＯ＿ＰＥＡＫ以下であるか否かを判定する。閾値ＰＢ＿ＴＯ＿ＰＥＡＫは、被写体が高コントラストか否かを判定するための閾値である。判定が真である場合、フォーカスレンズ位置が合焦近傍であると判定し、合焦可能な条件であるとしてステップＳ２７８に処理を進め、偽である場合、ステップＳ２７９に処理を進める。

ステップＳ２７８で、ＡＦ制御部２１３は、デフォーカス量のフレーム加算を行うために、フレーム加算判定演算用のフラグを立てて、本処理を終了する。
ステップＳ２７９で、ＡＦ制御部２１３は、デフォーカス量のフレーム加算を行わないために、フレーム加算判定演算用のフラグを立てずに、本処理を終了する。

以上のように、低輝度条件下や低コントラスト被写体の撮影時に、合焦条件を緩和することにより、合焦と判定してもよい撮影シーンを非合焦と判定してしまうことが少なくなり、合焦状態を正しく判定できるようになる。これにより、非合焦となってしまう撮影シーンを減らし、画像がボケたまま合焦してしまう弊害を防ぎつつ、精度良く合焦できる撮影シーンを増やすことが可能となる。

以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば上記実施形態では、ステップＳ２４で、輝度条件及びコントラスト条件に基づいてデフォーカス量の標準偏差を変更したが、輝度条件のみに基づいて変更してもよいし、コントラスト条件のみに基づいて変更してもよい。
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０：レンズユニット
２０：カメラ本体
１０６：レンズ制御部
２０１：撮像素子
２０４：ＡＦ信号処理部
２１０：ＲＯＭ
２１２：カメラ制御部
２１３：ＡＦ制御部

Claims (21)

1. 被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点調節を行う焦点調節装置であって、
   前記撮像素子の出力信号から生成されて被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する一対の像信号を用いて焦点検出情報を生成する生成手段と、
   前記生成手段で生成する前記焦点検出情報の信頼性に関する信頼性評価値を算出する算出手段とを備え、
   前記算出手段は、輝度条件及びコントラスト条件のうち少なくともいずれか一方に基づいて、前記信頼性評価値の算出条件を変更することを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記算出手段は、一対の像信号の相関変化量を用いて前記焦点検出情報の標準偏差を算出し、前記標準偏差に基づいて前記信頼性評価値を算出することを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記算出手段は、前記標準偏差の閾値を用いて前記信頼性評価値を段階的に算出し、
   前記輝度条件及び前記コントラスト条件のうち少なくともいずれか一方に基づいて、前記閾値を変更することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
4. 前記閾値は複数あり、そのうちの最も信頼性の高いことを表わす信頼性評価値を算出するのに用いられる閾値を変更することを特徴とする請求項３に記載の焦点調節装置。
5. 前記算出手段は、輝度評価値に基づいて、前記算出条件を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
6. 前記輝度評価値は、像信号の振幅、像信号の最大値、像信号の最小値、及び被写体輝度のうち少なくともいずれかで表わされることを特徴とする請求項５に記載の焦点調節装置。
7. 前記算出手段は、輝度評価値に基づいて、前記閾値を変更し、
   前記輝度評価値は、像信号の振幅で表わされ、
   所定の領域では、前記輝度評価値が小さいほど前記閾値を大きくすることを特徴とする請求項３又は４に記載の焦点調節装置。
8. 前記算出手段は、コントラスト評価値に基づいて、前記算出条件を変更することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
9. 前記コントラスト評価値は、像信号の最大値に対する像信号の振幅の値で表わされることを特徴とする請求項８に記載の焦点調節装置。
10. 前記算出手段は、コントラスト評価値に基づいて、前記閾値を変更し、
    前記コントラスト評価値は、像信号の最大値に対する像信号の振幅の値で表わされ、
    所定の領域では、前記コントラスト評価値が小さいほど前記閾値を大きくすることを特徴とする請求項３又は４に記載の焦点調節装置。
11. 前記算出手段は、撮影感度に基づいて、前記算出条件を変更することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
12. 前記生成手段は、複数のフィルタ周波数帯域ごとに前記焦点検出情報を生成し、
    前記信頼性評価値に基づいて、前記フィルタ周波数帯域ごとの前記焦点検出情報のうち一部を選択する選択手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
13. 前記生成手段で生成した前記焦点検出情報に過去に算出された前記焦点検出情報を加味するか否かを、前記信頼性評価値、及び像信号から算出される像信号評価値のうち少なくともいずれか一方に基づいて判定する判定手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
14. 前記像信号評価値は、鮮鋭度評価値、像のボケ度を表わす評価値、及びコントラスト評価値のうち少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１３に記載の焦点調節装置。
15. 前記判定手段は、前記像信号評価値として用いる鮮鋭度評価値、像のボケ度を表わす評価値、及びコントラスト評価値の組み合わせを変更することにより判定条件を可変にすることを特徴とする請求項１４に記載の焦点調節装置。
16. 前記鮮鋭度評価値は、像信号の振幅に対する像の鮮鋭度の比で表わされることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の焦点調節装置。
17. 前記判定手段は、前記鮮鋭度評価値に基づいて、前記像のボケ度を表わす評価値の閾値を変更することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
18. 前記判定手段は、撮影感度に基づいて、前記像のボケ度を表わす評価値の閾値を変更することを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
19. 前記判定手段は、所定のフィルタ周波数帯域で生成された前記焦点検出情報について、前記信頼性評価値、及び像信号から算出される像信号評価値に基づいて判定することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
20. 被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点調節を行う焦点調節装置の制御方法であって、
    前記撮像素子の出力信号から生成されて被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する一対の像信号を用いて焦点検出情報を生成する生成ステップと、
    前記生成ステップで生成する前記焦点検出情報の信頼性に関する信頼性評価値を算出する算出ステップとを有し、
    前記算出ステップでは、輝度条件及びコントラスト条件のうち少なくともいずれか一方に基づいて、前記信頼性評価値の算出条件を変更することを特徴とする焦点調節装置の制御方法。
21. 被写体像を撮像する撮像素子からの出力信号を用いた位相差検出方式による焦点調節を行うためのプログラムであって、
    前記撮像素子の出力信号から生成されて被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する一対の像信号を用いて焦点検出情報を生成する生成手段と、
    前記生成手段で生成する前記焦点検出情報の信頼性に関する信頼性評価値を算出する算出手段としてコンピュータを機能させ、
    前記算出手段は、輝度条件及びコントラスト条件のうち少なくともいずれか一方に基づいて、前記信頼性評価値の算出条件を変更することを特徴とするプログラム。

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