JP2018194607A

JP2018194607A - 撮像装置およびその制御方法

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Publication number: JP2018194607A
Application number: JP2017096415A
Authority: JP
Inventors: 門原　輝岳; Terutake Kadohara; 輝岳門原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2018-12-06

Abstract

【課題】位相差検出方式のＡＦ機能を有する撮像装置において、より正確な合焦判定を行うこと。【解決手段】撮像装置は、撮像光学系を介して入射される被写体からの光を瞳分割して得られる一対の被写体像から、位相差に基づく焦点検出を行う。撮像装置の制御部は、ＡＦセンサの出力に基づいて焦点検出演算を行う（Ｓ１０３）。焦点検出処理と並行して測光センサを用いた測光処理が行われる。合焦判定（Ｓ１０４）において合焦状態であると判定された場合、測光センサから読み出された信号に基づく評価値の判定処理が行われる（Ｓ１０５）。Ｓ１０６で制御部は、Ｓ１０４での合焦判定の適否を判断する。Ｓ１０６で撮像画像の暈けが大きい状態であることが判定された場合、制御部はＳ１０４での合焦判定の結果を無効とし（Ｓ１０７）、またＳ１０６で撮像画像の暈けが大きい状態でないことが判定された場合、制御部はＳ１０４での合焦判定の結果を有効とする。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像光学系の焦点調節制御に関する。

撮像装置のオートフォーカス（ＡｕｔｏＦｏｃｕｓ、以下「ＡＦ」と記す）機能は焦点検出および調節を自動で行う機能であり、ＡＦ用センサの出力に基づいて合焦判定処理が行われる。撮像装置が複数の異なるＡＦ方式を有する場合、どちらを用いるかの判断処理が行われる。特許文献１に開示の装置は、主にファインダ撮影時に用いられる位相差検出方式と、主に撮像面ＡＦで用いられるコントラスト検出方式を使用する。コントラスト検出用センサにより、撮像画像のコントラストに応じた評価値を算出して合焦状態を判定し、方式選択の判断処理が行われる。

特許文献２では、複数のＡＦ方式による焦点検出を同時に行える、「ハイブリッドＡＦ」式のカメラが開示されている。位相差検出方式による複数回の焦点検出時に、コントラスト検出方式による焦点検出の評価値を算出し、位相差検出方式による合焦位置にて合焦状態であるかどうかを判断する処理が実行される。

特開２００９−０３７２６２号公報特開２００８−１４７８２１号公報

主に光学ファインダ撮影時に用いられる位相差検出方式では、例えば、一眼レフ構造のカメラにおいて光学ファインダとは反対側に導かれた光束を、ＡＦ専用のラインセンサが受光して撮像面でのピントずれ量（デフォーカス量）が検出される。この方式は、撮像面ＡＦで用いられるコントラスト検出方式に比べて精度面では劣ることがあるが、合焦に至る応答性が良い等の利点を有する。ただし、位相差検出方式の場合、いわゆる「大ボケ合焦」という課題がある。これはファインダ上で観察すると撮像画像が大きく暈けた状態であっても、ピントが合った状態であるとカメラが判断した場合に発生し得る。ＡＦ専用のラインセンサの出力から得られる情報には限界があるため、根本的な防止は難しいとされる。

特許文献１に開示された従来技術では、一眼レフ構造のカメラにおいて異なるＡＦ方式による排他的な動作が行われるため、レフレックスミラー（主ミラーとも言われる）を上下させる等の動作制御が必要である。また特許文献２に開示された従来技術は、「ハイブリッドＡＦ」のカメラに適用されるが、光学ファインダを備えた一眼レフ構造のカメラでは成立しない。
本発明の目的は、位相差検出方式のＡＦ機能を有する撮像装置において、より正確な合焦判定を行うことである。

本発明の一実施形態の装置は、撮像光学系を介して被写体を撮像する撮像装置であって、前記撮像光学系を介して入射される光を受光して位相差による焦点検出を行う焦点検出手段と、前記被写体を撮像して撮像信号を取得する取得手段と、前記撮像信号から撮像状態を示す状態信号を出力する信号処理手段と、前記焦点検出による合焦判定が行われた後に、前記状態信号を用いて前記合焦判定が有効であるか否かを判断して前記撮像光学系の焦点調節の制御を行う制御手段と、を有する。

本発明によれば、位相差検出方式のＡＦ機能を有する撮像装置において、より正確な合焦判定を行うことができる。

本発明の実施形態のＡＦ制御を説明するフローチャートである。本実施形態に係る撮像装置を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る焦点検出ユニットの構成を示す概略説明図である。本実施形態に係る測光センサの測光領域の説明図である。本実施形態に係る測光制御を説明するフローチャートである。第３実施例におけるＡＦ制御を説明するフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１に示す基本動作を説明する前に、図２を参照して本実施形態の撮像装置の構成を説明する。図２は、本実施形態にかかわるレンズ交換式デジタル一眼レフカメラの光学配置を説明するための断面図である。本実施形態では撮像素子２１０８を備えたデジタルカメラを説明する。カメラ本体部２１００には、レンズ装置２２００を装着可能である。

カメラ本体部２１００は、主ミラー２１０１を備える。主ミラー２１０１は、光学ファインダ観察状態では撮影光路上に斜設され、撮影状態では撮影光路外に退避する。主ミラー２１０１はハーフミラーであり、撮影光路上に斜設された状態において、被写体からの光線の約半分を透過させ、後述する焦点検出光学系へ導く。

ピント板２１０２はファインダ光学系の一部を構成し、レンズ装置２２００の予定結像面に配置される。ペンタプリズム２１０３は光路変更用の光学部材である。ファインダ光学系の接眼レンズ２１０４は観察窓に対向して配置され、撮影者は接眼レンズ２１０４を通して観察窓からピント板２１０２を見ることで撮影画面を観察できる。

結像レンズ２１０５は測光光学系を構成し、測光センサ２１０６はファインダ観察画面内の被写体輝度を測定する。結像レンズ２１０５は、ペンタプリズム２１０３内の反射光路を介してピント板２１０２と測光センサ２１０６とを共役に関係付けている。フォーカルプレーンシャッタ２１０７は露光時間を調整する光学部材である。

撮像素子２１０８は、ＣＣＤ（電荷結合素子）型やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）型等のイメージセンサである。撮像素子２１０８はレンズ装置２２００の予定結像面に配置され、撮像光学系を通過して結像される被写体からの光を受光し、光電変換によって電気信号を出力する。

サブミラー２１０９は、主ミラー２１０１と同様に、ファインダ観察状態では撮影光路上に斜設され、撮影状態では撮影光路外に退避する。サブミラー２１０９は、斜設された主ミラー２１０１を透過した光を下方に反射させて、焦点検出ユニット２１１０へ導く。

焦点検出ユニット２１１０は焦点検出用の光センサを備える。焦点検出ユニット２１１０は、位相差検出方式によってレンズ装置２２００の焦点調節状態を検出し、その検出結果は撮像レンズの焦点調節機構を制御するカメラ用のマイクロコンピュータ（図３：３１２２）に送られる。マイクロコンピュータは撮像システム全体の制御を統括する制御部を構成し、所定のプログラムを実行することで各種処理を実現する。

次に、レンズ装置２２００の構成について説明する。
図２に示すように撮像光学系は複数のレンズ群により構成される。１群レンズ２２０１は焦点調節用のフォーカスレンズであり、光軸上を前後に移動可能である。２群レンズ２２０２は画角変更を行う変倍レンズであり、光軸上を前後に移動することでレンズ装置２２００の焦点距離を変更可能である。３群レンズ２２０３は光軸上で所定位置とされる固定レンズである。絞り２２０４は露光量を調整する光学部材である。

ＡＦ駆動回路２２０５は、フォーカスレンズである１群レンズ２２０１を光軸方向に移動させる。ＡＦ駆動回路２２０５は、ＤＣ（直流）モータやステッピングモータの駆動によってＡＦ動作を行う。ズーム駆動回路２２０６は２群レンズ２２０２を光軸方向に移動させる。ズーム駆動回路２２０６は、ＤＣモータやステッピングモータの駆動によって２群レンズ２２０２を光軸方向に移動させて画角を変更する。絞り駆動回路２２０７は、ＤＣモータやステッピングモータの駆動によって絞り２２０４の開口径を変化させる。

レンズマウント接点群２２０８は、カメラ本体部２１００とレンズ装置２２００との通信インターフェイス部である。レンズ装置２２００がカメラ本体部２１００に装着された状態にて、レンズマウント接点群２２０８を介して両者は通信を行うことができる。

図３は、本実施形態のデジタル一眼レフカメラの構成例を示すブロック図である。図２と同様の構成要素については同じ符号を使用する。図３のレンズ装置２２００に関して、複数のレンズ群を含む撮像光学系を単レンズで簡略化して示し、絞り２２０４との位置関係のみ示している。

マイクロコンピュータ３１２２は撮像システム全体を司る制御部であり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を備え、各構成部の動作を制御する。ＡＦ駆動回路２２０５は、マイクロコンピュータ３１２２の制御指令にしたがってレンズ装置２２００のフォーカスレンズ位置を変化させることにより焦点調節動作を行う。ズーム駆動回路２２０６は、マイクロコンピュータ３１２２の制御指令にしたがってレンズ装置２２００の変倍レンズ位置を変化させることによりレンズ装置２２００の焦点距離を変化させる。絞り駆動回路２２０７は、絞り２２０４を駆動する。マイクロコンピュータ３１２２は絞り２２０４の駆動量を算出して絞り値を変化させる。即ち、絞り値はカメラ本体部２１００が決定し、レンズ装置２２００はカメラ本体部２１００から受信されるコマンドにしたがって絞り値を設定する。

主ミラー２１０１は、マイクロコンピュータ３１２２の制御指令にしたがって駆動制御される不図示の機構部により姿勢制御が行われ、レンズ装置２２００から入射した光束をファインダ側と撮像素子側とに切り替える。主ミラー２１０１は、ファインダ観察状態にてファインダへ光束を導く位置にあるが、撮影状態では撮像素子２１０８へ光束を導くように撮影光路から退避する。また主ミラー２１０１はハーフミラーとなっており、中央部の光束の一部は透過して、焦点検出用のセンサに入射する。

ペンタプリズム２１０３はファインダ光学系を構成する。ファインダ光学系は、ペンタプリズム２１０３、ピント板２１０２、接眼レンズ２１０４等によって構成される。測光センサ２１０６はファインダ光学系に導かれた光束の一部を受光して明るさを測定する検出部である。本実施形態では、測光センサ２１０６での蓄積信号から得られる情報に基づいて焦点調節状態が判断される。

フォーカルプレーンシャッタ２１０７は、シャッタ駆動回路３１１１により駆動される。マイクロコンピュータ３１２２はシャッタ駆動回路３１１１を制御し、フォーカルプレーンシャッタ２１０７の開閉動作を制御して露光時間を調整する。

撮像素子２１０８は、レンズ装置２２００によって結像される被写体像を電気信号に変換する。本実施形態の目的のひとつは、撮像素子２１０８における大きな暈け画像を、予め測光センサ２１０６による撮像画像から得られる情報で未然に防ぐ事である。

サブミラー２１０９は、主ミラー２１０１を透過した光束を反射させて、焦点検出ユニット２１１０内にある焦点検出回路３１１０のセンサに導く。焦点検出回路３１１０は内部に光電変換を行うセンサを有する。焦点調節に用いるデフォーカス量は、センサの出力の相関量を演算することによって算出される。マイクロコンピュータ３１２２は相関演算の演算結果を評価し、ＡＦ駆動回路２２０５に指示してフォーカスレンズの駆動制御を行う。

クランプ回路３１１２およびＡＧＣ（自動利得制御）回路３１１３は、Ａ／Ｄ変換前の基本的なアナログ信号処理を行う。映像信号処理回路３１１５を通して、マイクロコンピュータ３１２２により、クランプレベルやＡＧＣ基準レベルの変更が行われる。Ａ／Ｄ変換器３１１４は撮像素子２１０８のアナログ出力信号をデジタル信号に変換する。変換後のデジタル信号は撮像画像の信号となる。映像信号処理回路３１１５はゲートアレイ等のロジックデバイスにより構成され、Ａ／Ｄ変換器３１１４の出力を取得して信号処理を行う。

ＴＦＴ（Thin Film Transistor）駆動回路３１１６はＴＦＴ液晶モニタ３１１７を駆動し、画面に画像を表示させる。メモリコントローラ３１１８はメモリ３１１９とバッファメモリ３１２１を制御する。インターフェイス部３１２０はコンピュータ等の外部装置と接続可能である。

映像信号処理回路３１１５は、デジタル化された画像データに対し、フィルタ処理、色変換処理、ガンマ処理等を施すと共に、ＪＰＥＧ圧縮処理等を行い、メモリコントローラ３１１８に出力する。ＪＰＥＧは“Joint Photographic Experts Group”の略号である。映像信号処理回路３１１５は、撮像素子２１０８からの映像信号や、メモリコントローラ３１１８から入力される画像データを取得し、ＴＦＴ駆動回路３１１６を通してＴＦＴ液晶モニタ３１１７に出力可能である。これらの機能切り替えはマイクロコンピュータ３１２２の指示により行われる。映像信号処理回路３１１５は、必要に応じて撮像素子２１０８の信号の露出情報やホワイトバランス等の情報をマイクロコンピュータ３１２２に出力する。それらの情報に基づいてマイクロコンピュータ３１２２はホワイトバランスやゲイン調整等の指示を行う。例えば連続撮影動作の場合、一旦、未処理画像のままバッファメモリ３１２１に画像データが格納された後、映像信号処理回路３１１５はメモリコントローラ３１１８を通して未処理の画像データを読み出して、画像処理や圧縮処理を行う。なお、連続撮影可能な画像枚数はバッファメモリ３１２１の大きさに依存する。

映像信号処理回路３１１５は、測光センサ２１０６による撮像信号に基づいて、撮像状態を示す状態信号をマイクロコンピュータ３１２２に出力する。状態信号とは、その信号値が、焦点検出センサから読み出された信号による合焦判定の適否を判断するための評価値を表し、撮像信号のコントラスト情報または空間周波数情報に基づく信号である。具体的な説明は後述の実施例で行う。

メモリコントローラ３１１８は、映像信号処理回路３１１５から入力された未処理のデジタル画像データをバッファメモリ３１２１に格納し、処理済みのデジタル画像データをメモリ３１１９に格納する。また、メモリコントローラ３１１８は逆にバッファメモリ３１２１やメモリ３１１９から画像データを読み出して映像信号処理回路３１１５に出力する。メモリ３１１９は、例えばカメラ本体部２１００から取り外し可能である。メモリコントローラ３１１８は、インターフェイス部３１２０を介して、メモリ３１１９に記憶されている画像データを外部装置へ出力可能である。

操作部材３１２３は、マイクロコンピュータ３１２２に操作指示を伝え、マイクロコンピュータ３１２２は操作部材３１２３による操作指示信号に応じて各構成部を制御する。一例として、レリーズスイッチは第１スイッチ（ＳＷ１と記す）３１２４および第２スイッチ（ＳＷ２）３１２５を有する。ＳＷ１とＳＷ２は、レリーズボタンの操作に応じてオン・オフするスイッチである。レリーズボタンの半押し操作により、ＳＷ１がオン状態となり、ＡＦ動作や測光動作が行われる。レリーズボタンの全押し操作により、ＳＷ１，ＳＷ２が共にオン状態となり、撮影動作が開始して撮影後の画像データの記録処理が実行される。またユーザがレリーズボタンを操作してＳＷ１およびＳＷ２のＯＮ状態が継続している間、連続撮影動作が行われる。操作部材３１２３には、この他にＩＳＯ設定ボタン、画像サイズ設定ボタン、画質設定ボタン、情報表示ボタン等に対応する複数のスイッチが接続されており、各スイッチの状態が検出される。

液晶駆動回路３１２６は、マイクロコンピュータ３１２２の表示命令に従って、外部液晶表示部３１２７やファインダ内液晶表示部３１２８を駆動する。ファインダ内液晶表示部３１２８には、ＬＥＤ等で構成されたバックライトが配置されており、ＬＥＤは液晶駆動回路３１２６により駆動される。マイクロコンピュータ３１２２は、撮影前に設定されているＩＳＯ感度、画像サイズ、画質に応じた、画像サイズの予測値データに基づき、メモリコントローラ３１１８を通して、メモリの容量を確認した上で撮影可能残数を演算する。撮影可能残数の情報は、必要に応じて外部液晶表示部３１２７、ファインダ内液晶表示部３１２８に表示される。

不揮発性メモリ３１２９は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の記憶デバイスである。不揮発性メモリ３１２９はカメラに電源が供給されていない状態でも、データを保持することができる。電源部３１３０は、カメラ内の各制御部や信号処理部、駆動系機構部等に必要な電源を供給する。

次に図４を参照して、焦点検出センサを備えた焦点検出ユニット２１１０の構成について説明する。図４（Ａ）は焦点検出ユニット２１１０の概略構成を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は概略断面図である。図示は省略するが、図４（Ａ）および（Ｂ）の左端には、撮像素子２１０８と共役な一次結像面、即ち、レンズ装置２２００の予定結像面が存在する。一次結像面から順に、視野マスク４００１、フィールドレンズ４００２、多孔絞り４００３、二次結像レンズユニット４００４、焦点検出センサ４００５が配設されている。一点鎖線で示すＯＡは焦点検出光学系の光軸である。

視野マスク４００１は薄板状の部品であり、その中央に開口部４００１Ａが形成されている。開口部４００１Ａの形状により、焦点検出センサ４００５に結像する像視野が定められる。フィールドレンズ４００２は凸レンズであり、視野マスク４００１の近傍に位置する。図４の右側を被写体側と仮定した場合、フィールドレンズ４００２は多孔絞り４００３の像をレンズ装置２２００の射出瞳近傍に結像させる役割をもつ。射出瞳の大きさは、通常Ｆ５．６の領域であり、より高い精度を求める明るい（焦点深度の浅い）レンズに対応する場合にはＦ２．８の領域にして、基線長が長く設定される。多孔絞り４００３は薄板状の部品であり、２か所に開口部４００３ＡおよびＢが形成されている。開口部４００３ＡおよびＢはフィールドレンズ４００２から入射する被写体光束を横方向に分割する。

二次結像レンズユニット４００４は略板状の部品であり、焦点検出センサ４００５との対向面に複数の凸レンズ形状部を備える。これらの凸レンズ形状部を二次結像レンズ４００４ＡおよびＢと呼称する。本実施形態では２つの二次結像レンズ４００４ＡおよびＢが、多孔絞り４００３の開口部４００３ＡおよびＢにそれぞれ対応して配置されている。二次結像レンズ４００４ＡおよびＢは、レンズ装置２２００によって結像された一次結像面上の被写体像を、焦点検出センサ４００５上に再結像させる。多孔絞り４００３の開口部４００３Ａを通過した光束は、二次結像レンズ４００４Ａによって焦点検出センサ４００５上に結像する。同様に、多孔絞り４００３の開口部４００３Ｂを通過した光束は、二次結像レンズ４００４Ｂによって焦点検出センサ４００５上に結像する。

焦点検出センサ４００５は、その表面に結像した被写体像から光量分布を電気信号として検出する。焦点検出センサ４００５には、画素部を構成する光電変換素子が２つのライン状に配置されており、これらをラインセンサ４００５ＡおよびＢと呼称する。本実施形態では、焦点検出センサ４００５の画素部は被写体像が結像する範囲の中心部分、つまりＯＡで示す光軸上において焦点検出を行うようにラインセンサ４００５ＡおよびＢが配設されている。また、撮影前のファインダ観察状態では通常、レンズ装置２２００の絞りは開放状態であるので、多孔絞り４００３を備える焦点検出ユニット２１１０は、撮像素子２１０８や測光センサ２１０６よりも焦点深度が深い状態となる。なお、焦点検出センサ４００５としては、ＣＣＤ型センサまたはＣＭＯＳ型センサを使用する。焦点検出センサ４００５の画素配置の形態としては、本実施例のようなラインセンサの組み合わせに限らず、同一のセンサアレイを配置してもよい。

ラインセンサ４００５Ａと４００５Ｂの出力は、合焦状態、前ピン状態、および後ピン状態の何れであるかによりに受光する２像の間隔が異なる。像間隔が合焦状態での間隔になるように、フォーカスレンズを移動させて焦点調節動作が行われることで、被写体のピント合わせが行われる。つまりフォーカスレンズの移動量は、２像のずれ量から計算して求めることができる。なお、２像のずれ量からレンズ駆動量を求める処理である「焦点検出演算」については、公知の方法で行われるので、その詳細な説明を省略する。

一方、測光センサ２１０６は、撮像素子２１０８と共役な一次結像面の位置にあるピント板２１０２に対し、結像レンズ２１０５により再結像される光を受光し、ファインダ観察画面内の被写体輝度を測定する。本実施形態では、測光センサ２１０６に撮像素子２１０８と同様のカラーフィルタを備えたカラーエリアセンサが用いられる。また測光センサ２１０６の場合、焦点検出センサ４００５における多孔絞り４００３のような絞り部材は無く、撮像素子２１０８と同様、レンズ装置２２００の絞り２２０４に左右される光学配置である。従って、ピント板２１０２を介して撮像動作が行われることとなるが、ピントの推移としては測光センサ２１０６の方が焦点検出センサ４００５よりも撮像素子２１０８に近いものとなる。

図５を参照して、測光センサ２１０６がファインダ観察画面内で被写体輝度を測定する範囲を説明する。この範囲は、測光動作に伴う蓄積信号の積分範囲に対応する。図５（Ａ）に示すファインダ観察画面５０１において、破線枠で示す範囲５０２は測光センサ２１０６が被写体輝度を測定する範囲である。括弧記号で示す表示指標は、焦点検出センサ４００５が焦点検出している領域５０３を示すファインダ内表示の指標である。これは図４の視野マスク４００１の開口部４００１Ａで定められているファインダ視野内での像視野となる。

図５（Ｂ）の測定範囲５０４は、カラーフィルタを備えたカラーエリアセンサである測光センサ２１０６が測定を行う範囲を示す。カラーフィルタは一般的なベイヤーフィルタであり、グリーンフィルタの画素出力が明るさの基準となる。また、測光センサ２１０６がカラーフィルタを備えることにより、色情報を取得して活用することができ、多数の焦点検出領域を備えるカメラの場合には、ＡＦ動作における追尾動制御にも利用できる。

図５（Ｃ）の範囲５０５は、測光センサ２１０６による測光動作における蓄積信号の積分範囲を示し、ファインダ観察画面内の被写体輝度の測定範囲５０４に対応する。図５の例では、水平方向および垂直方向において９×７＝６３分割の範囲（第０〜第６２の分割範囲）が設定される。各分割範囲で蓄積信号を積分し、ファインダ観察画面内の輝度分布を算出する処理が行われる。例えば、ファインダ観察画面の中央を重視する測光動作の場合、焦点検出センサ４００５での焦点検出領域５０３に対して、適切な露出制御が行われる。図５（Ｃ）の範囲５０５における６３個の分割範囲にて、左上隅の配置位置を基準として第０の分割範囲とすれば、３１番目の範囲が中央の分割範囲となる。この位置での被写体輝度に対して撮像素子２１０８の露光量が適切になるように制御される。

図５（Ｄ）の範囲５０６には、５つの焦点検出領域５０７〜５１１の配置例を示す。焦点検出領域５０７を中央として、左右に焦点検出領域５０８、５０９がそれぞれ位置し、上下に焦点検出領域５１０、５１１がそれぞれ位置する。各焦点検出領域は当該領域の位置に応じた分割範囲にそれぞれ対応している。

［第１実施例］
以下、図１および図６を参照して、本実施形態に係る第１実施例について説明する。図１は本実施例におけるＡＦ制御を説明するフローチャートである。以下の処理はマイクロコンピュータ３１２２が所定のプログラムを実行することにより実現される。ユーザがレリーズボタンを操作し、第１スイッチ３１２４がオンすると、Ｓ１００からＡＦ制御が開始される。

まず、Ｓ１０１で焦点検出センサ４００５の蓄積が開始され、Ｓ１０２の処理に進む。Ｓ１０２では焦点検出センサ４００５の蓄積動作が行われて、必要な信号が得られた時点で焦点検出信号が読み出される。続くＳ１０３では、焦点検出センサ４００５から読み出された信号を用いて位相差検出方式による焦点検出演算が行われる。なお、図１には図示していないが、Ｓ１０１からＳ１０３の処理と並行して測光センサ２１０６の蓄積動作が行われ、読み出した信号を用いて被写体輝度が測定されるものとする。

次のＳ１０４では、Ｓ１０３での焦点検出演算結果に基づいて合焦状態であるか否か、即ち、ピントが合っている状態かどうかについて合焦判定処理が行われる。Ｓ１０４で合焦状態でないと判定された場合、Ｓ１０１へ処理を戻して焦点検出動作を続行する。一方、Ｓ１０４にて合焦状態であると判定された場合、Ｓ１０５に処理を進める。

Ｓ１０５でマイクロコンピュータ３１２２は、測光センサ２１０６から読み出した信号に基づく評価値の判定を行い、次のＳ１０６で、焦点検出センサ４００５から読み出した信号による合焦判定の適否を判断する。つまり、Ｓ１０４の合焦判定に関し、判定結果が有効であるか否かについて判断処理が行われる。Ｓ１０６において、画像の暈けが大きい非合焦状態であると判断された場合、Ｓ１０７の処理に進む。Ｓ１０７でマイクロコンピュータ３１２２は焦点検出センサ４００５から読み出した信号による合焦判断を無効にし、Ｓ１０１の処理に戻す。一方、Ｓ１０６において非合焦状態でないと判断された場合には、Ｓ１０４の合焦判定の結果は有効とされ、Ｓ１０８にてＡＦ制御が終了する。

図１のＳ１０５に示す評価値判定処理を説明する前に、図６のフローチャートを参照して、測光制御について説明する。レリーズボタンの操作により第１スイッチ３１２４がオンすると、Ｓ６００から測光制御が開始される。

まず、Ｓ６０１にて、測光センサ２１０６の蓄積が開始される。Ｓ６０２では所定の蓄積動作の後、必要な信号が得られた時点で測光センサ２１０６の信号が読み出される。続くＳ６０３にて、測光センサ２１０６から読み出された信号を用いて、ファインダ観察画面内の被写体輝度の測定が行われる。例えば、図５に示す各分割範囲での蓄積信号の積分値が算出され、ファインダ観察画面の中央を重視する測光値を求める処理が行われる。具体的には、焦点検出領域５０３に対応する分割領域を重視する重み付けの係数を設定する処理が実行され、重み付けの係数と各分割範囲での蓄積信号の積分値とを乗算した演算値（加重加算値）が算出される。この場合、ファインダ観察画面の周辺領域での積分値が大きくても、中央領域での積分値が小さいと、中央領域の輝度（この場合には低輝度、すなわち暗さ）をより反映した演算値となる。その結果、中央領域に対して露光動作が適切に行われることになる。

その後、Ｓ６０４に処理を進め、ＡＦ制御での合焦判断の適否が判定される。合焦状態との判断が得られている場合、Ｓ６０５に処理を進める。合焦状態でないと判断された場合にはＳ６０６に移行して処理を終了する。

Ｓ６０５でマイクロコンピュータ３１２２は、測光センサ２１０６から読み出した信号に基づく評価値を算出する。算出方法の詳細は後述する。Ｓ６０４にてＡＦ制御での合焦判断が得られない場合には、通常の測光動作が行われ、測光センサ２１０６の出力に基づく評価値の算出処理は行われない。

次に、図６のＳ６０５で行われる評価値の算出処理を説明する。本実施例では、隣接する画素について画素信号の差分絶対値の積分値（積算値）と最大値を用い、積分値を最大値で除算して規格化した評価値を求めて判断処理に用いる。

測光センサ２１０６により取得される画像の設定座標として（ｘ，ｙ）の座標系を設定し、ｘ座標値を横軸方向（水平方向）の座標値とし、ｙ座標値を縦軸方向（垂直方向）の座標値と定義する。測光センサ２１０６により取得される画像信号を、Ｉ（ｘ，ｙ）と表記する。例えば、座標（ｌ，ｍ）はｘ＝ｌおよびｙ＝ｍに対応する画素の位置を表す。座標（ｌ，ｍ）を左上端の位置とし、縦方向および横方向にｎ画素の範囲を有する矩形領域での評価値をＨ（ｌ，ｍ，ｎ）と表記する。評価値Ｈ（ｌ，ｍ，ｎ）は下記式１により算出される。

式１中、「０≦ｌ，０≦ｍ，０＜ｎ」である。｜｜は絶対値記号、max（）は最大値関数である。

座標（ｌ，ｍ）は、焦点検出に用いる領域に応じて決定される。具体的には、焦点検出領域が図５の領域５０３である場合、測光センサ２１０６の中央領域の位置、つまり、６３個の積分範囲のうちで３１番目の範囲に対応する矩形領域の座標（ｌ，ｍ）が決定される。マイクロコンピュータ３１２２は決定した座標（ｌ，ｍ）に対応する評価値Ｈ（ｌ，ｍ，ｎ）を算出する。

図５（Ｃ）の焦点検出領域５０３は中央位置に対応する１点の測定例であるが、図５（Ｄ）の範囲５０６にて多点の測定を行う場合には、焦点検出領域５０７〜５１１にそれぞれ対応する積分範囲の矩形領域で評価値Ｈ（ｌ，ｍ，ｎ）が算出される。多点の焦点検出領域５０７〜５１１は、左上隅を基準位置０として、それぞれ１３、２９、３１、３３、４９番目の範囲に対応する。

図１のＳ１０５でマイクロコンピュータ３１２２は、算出した評価値Ｈ（ｌ，ｍ，ｎ）を用いて評価値判定を行う。評価値Ｈ（ｌ，ｍ，ｎ）を、事前に定めた閾値（Ｈｓと記す）と比較する処理が実行される。その結果、「Ｈｓ＜Ｈ（ｌ，ｍ，ｎ）」と判定された場合、Ｓ１０６にて暈けの大きい状態では無いと判断され、ＡＦ動作を終了する（Ｓ１０８）。「Ｈｓ≧Ｈ（ｌ，ｍ，ｎ）」と判定された場合にはＳ１０７の処理に移行する。但し、閾値Ｈｓはあくまで画像の暈けが大きい状態であるか否かの判断基準として使用する値である。つまり、その値から合焦状態に移行する様な判断や制御を行うための閾値では無いという点で、一般的なコントラスト検出方式のＡＦとは異なる。閾値Ｈｓは単一の値でもよいが、使用するレンズ装置に応じて変更してもよく、あるいは、レンズの開放Ｆ値（明るさ）に応じて切り換えてもよいものとする。

なお、図１のＳ１０６の判断処理に関して、元々コントラストの無い被写体でも判断が出来るのかという点について説明する。一般的に、焦点検出センサを使用した位相差検出方式は、コントラストが低い被写体の場合にも有効な制御を行うが、そもそもコントラストが無い被写体の場合には合焦状態への制御が困難である。この場合、Ｓ１０６のように画像の暈けが大きい状態であるか否かの判断は必要無い事となる。

本実施例では、撮像信号のコントラスト情報に基づく規格化された評価値を表す状態信号を用いて、より正確な合焦判定を行うことができる。本実施例によれば、光学ファインダを備えた一眼レフ構造の撮像装置において、光学ファインダを用いて撮影する場合の、いわゆる「大ボケ合焦」を未然に防ぐことができる。

［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例を説明する。第１実施例では、図１のＳ１０６における判断処理において、隣接する画素信号の差分絶対値の積分値をその最大値で規格化した評価値（式１参照）を用いた。規格化を行う理由は、隣接する画素信号の差分絶対値の積分値が明るさの影響を受けるためである。つまり、画像の暈けが大きい状態であるか否かを判断する上で、規格化によって明るさの影響を軽減すれば十分である。

これに対し、第２実施例では明るさの影響を受け難い評価値を用いる点が第１実施例との相違点である。よって、以下では第１実施例と同様の構成や動作等の説明を省略し、相違点を説明する。このような説明の省略の仕方については後述の実施例でも同じである。

本実施例では、マイクロコンピュータ３１２２は測光センサ２１０６から読み出された信号を周波数領域に変換し、空間周波数のスペクトルでの判断処理を実行する。周波数領域への変換は離散フーリエ変換である。実際にはＦＦＴ（Ｆａｓt−Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、高速フーリエ変換）処理が二次元で行われる。

測光センサ２１０６により取得される画像信号Ｉ（ｘ，ｙ）は、縦横ｎ画素の矩形領域での二次元複素フーリエ係数をＣklと表記すると、下記式２により算出される。

式２中、「ｎ/2≦ｘ，ｎ/2≦ｙ」である。ｅｘｐ（）は指数関数であり、ｊは虚数単位である。

二次元複素フーリエ係数Ｃklは、一般的には複素数値であり、下記式３で表現される。
Ｃkl＝ａkl ＋ｊｂkl （ａkl、ｂklは実数値）（式３）
これより、二次元複素フーリエ係数Ｃklの振幅｜Ｃkl｜、つまりＣklの絶対値は下記式４となる。
｜Ｃkl｜＝√（ａkl^２＋ｂkl^２）（式４）

全ての次数について振幅だけに注目した分布は振幅スペクトルと呼ばれている。振幅スペクトルに基づく評価値をＦ（ｌ，ｍ，ｎ）と表記する。評価値Ｆ（ｌ，ｍ，ｎ）は下記式５により算出される。

具体的な演算方法は周知であるため省略するが、周波数領域での評価値Ｆ（ｌ，ｍ，ｎ）は、明るさの影響を受け難い評価値である。よって、第１実施例で用いた評価値Ｈ（ｌ，ｍ，ｎ）と比較すると、単一の閾値での判断が可能となる。但し、演算負荷が大きいので、より能力の高い処理回路が必要となる。

マイクロコンピュータ３１２２は、図１のＳ１０５で評価値Ｆ（ｌ，ｍ，ｎ）を用いて評価値判定を行い、事前に定めた閾値（Ｆｓと記す）と比較する。その結果、「Ｆｓ＜Ｆ（ｌ，ｍ，ｎ）」と判定された場合、Ｓ１０６にて画像の暈けが大きい状態では無いと判断され、ＡＦ制御を終了する。「Ｆｓ≧Ｆ（ｌ，ｍ，ｎ）」と判定された場合にはＳ１０７に進む。なお、測光センサ２１０６から読み出された信号を周波数領域へ変換する場合、対象画像については、いわゆるγ（ガンマ）処理前のリニアな状態が望ましい。また、色情報は不要であるので、処理回路の制約等により白黒、即ち濃淡情報だけをもつ画像でも本実施例の機能を十分に果たす。

本実施例によれば、撮像信号の空間周波数情報に基づく、明るさの影響を受け難い評価値を表す状態信号を用いることで正確な合焦判断を行い、より精度の高いＡＦ制御を実現できる。

［第３実施例］
次に、本発明の第３実施例を説明する。前記実施例では、撮像画像が大きく暈けた状態であるか否かの判断に対するＡＦ動作上の制限を特に設けていない。しかし、図５（Ｄ）の範囲５０６内に示すように、多点の焦点検出領域５０７〜５１１が存在し、任意に選んだ１つの焦点検出領域を用いる場合（以下、任意選択という）と、多点（図５（Ｄ）では５点）の自動選択が行われる場合とがある。本実施例では、画面内の複数の焦点検出領域を選択する第１のモードと、画面内の複数の焦点検出領域から特定の領域を選択する第２のモードを説明する。例えば第１のモードは多点の自動選択が行われるモードであり、第２のモードは、任意選択が可能なモードである。

任意選択と多点の自動選択とでは、実際の焦点検出に用いるセンサの画素数が異なる場合がある。通常、任意選択の方が実際の焦点検出に用いるセンサの画素数が多くなり、いわゆる「大ボケ合焦」という現象の発生頻度が低くなる可能性もある。そこで、本実施例では、多点の焦点検出領域の場合、任意選択であるか自動選択であるかにしたがって、画像が大きく暈けた状態であるか否かの判断処理の有無を変更する。つまり、任意選択の場合、当該判断処理は行われず、多点の自動選択の場合に当該判断処理が実行される。図７を参照して、処理例を説明する。

図７は本実施例のＡＦ制御を説明するフローチャートである。Ｓ７００からＳ７０４のステップで示す各処理は、図１のＳ１００からＳ１０４の処理と同様であり、Ｓ７０６からＳ７０９のステップで示す各処理は、図１のＳ１０５からＳ１０８の処理と同様である。よって、Ｓ７０５の処理を説明する。

Ｓ７０５でマイクロコンピュータ３１２２は、現在の設定モードが複数の焦点検出領域の自動選択を行う第１のモードであるか否かを判定する。Ｓ７０５で第１のモードであると判定された場合、Ｓ７０６に進み、さらにＳ７０７の判断処理が実行される。また、Ｓ７０５で焦点検出領域の任意選択を行う第２モードであると判定された場合、Ｓ７０３での焦点検出演算結果についてＳ７０４で行った合焦判定の結果をそのまま採用し、ＡＦ制御を終了する（Ｓ７０９）。

本実施例によれば、明暗状態を検出する測光センサの出力信号に基づく評価値を用いて正確な合焦判断を行うことにより、いわゆる「大ボケ合焦」を未然に防ぐことが可能となる。焦点検出領域の任意選択または自動選択が判定され、自動選択の場合に図７のＳ７０７の判断処理が実行されるので、より精度の高いＡＦ制御を行うことができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

２１０１主ミラー
２１０６測光センサ
２１０８撮像素子
２１０９サブミラー
２１１０焦点検出ユニット
２２０５ＡＦ駆動回路
３１１０焦点検出回路
３１１５映像信号処理回路
３１２２マイクロコンピュータ

Claims

撮像光学系を介して被写体を撮像する撮像装置であって、
前記撮像光学系を介して入射される光を受光して位相差による焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記被写体を撮像して撮像信号を取得する取得手段と、
前記撮像信号から撮像状態を示す状態信号を出力する信号処理手段と、
前記焦点検出による合焦判定が行われた後に、前記状態信号を用いて前記合焦判定が有効であるか否かを判断して前記撮像光学系の焦点調節の制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
前記取得手段は測光センサを有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記信号処理手段は、前記撮像信号のコントラスト情報に基づく前記状態信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
前記状態信号は、前記コントラスト情報を規格化した信号であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記信号処理手段は、前記撮像信号における隣接する画素信号の差分絶対値の積分値および最大値を算出し、前記積分値を前記最大値で除算して規格化することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記信号処理手段は、前記撮像信号の空間周波数の情報に基づく前記状態信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
前記信号処理手段は、前記撮像信号に対するフーリエ変換を行い、フーリエ係数の大きさから振幅スペクトルを算出して前記状態信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記状態信号の値が閾値より大きい場合に前記合焦判定が有効であると判断することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記焦点検出手段による画面内の複数の焦点検出領域を選択する第１のモードである場合、前記合焦判定が有効であるか否かを判断し、前記複数の焦点検出領域から特定の領域を選択する第２のモードである場合、前記合焦判定が有効であるか否かを判断しないことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記撮像光学系を介して被写体を観察するためのファインダ光学系と、
前記被写体からの光を前記ファインダ光学系へ導く第１の光学部材と、
前記被写体からの光を前記焦点検出手段へ導く第２の光学部材を備え、
前記焦点検出手段は、複数の開口部を有する絞りを介して、前記第２の光学部材からの光を受光して焦点検出を行うことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置。
撮像光学系を介して被写体を撮像する撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記撮像光学系を介して入射される光を焦点検出手段が受光して位相差に基づく焦点検出を行う工程と、
前記被写体を撮像して撮像信号を取得手段が取得する工程と、
信号処理手段が前記撮像信号から撮像状態を示す状態信号を出力する工程と、
前記焦点検出による合焦判定が行われた後に、制御手段が前記状態信号を用いて前記合焦判定が有効であるか否かを判断して前記撮像光学系の焦点調節の制御を行う工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。