JP5211680B2 - オートフォーカス装置、オートフォーカス方式選択方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、オートフォーカス装置、オートフォーカス方式選択方法及びプログラムに関するものである。

被写体に合焦（ピント合わせ）する処理を行うオートフォーカス装置がある（例えば、特許文献1参照）。

特許文献１で開示されたデジタルカメラは、オートフォーカス方式としてコントラストオートフォーカス方式（コントラストＡＦ方式）とＴＴＬ（through the lens）位相差オートフォーカス方式（ＴＴＬ位相差ＡＦ方式）とを使い分けてオートフォーカス処理を行う機能を備える。

コントラストＡＦ方式は、被写体の輝度データに基づいてＡＦ処理を行う方式であり、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式は、三角測量の原理を利用してＡＦ処理を行う方式である。

この特許文献１で開示されたデジタルカメラは、上記の２つのオートフォーカス方式による合焦処理を略同時に開始する。

そして、特許文献１で開示されたデジタルカメラでは、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式による測定距離と、コントラストＡＦ方式のＡＦ処理によって検出された合焦位置に対応する撮影距離と、を比較することによって２つのＡＦ方式のいずれか一方を選択する。
特開２００１−２６４６２２号公報（第９項、図３）

しかし、コントラストＡＦ方式は、被写体の輝度データを利用してＡＦ処理を行う方式であるため、コントラストが小さい場合、測距誤差が大きくなる。一方、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式は、三角測量の原理を利用した方式であるため、被写体までの距離が遠くなるに従って分解能が低下する。

このように、コントラストＡＦ方式にしても、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式にしても、短所があるため、被写体までの距離を正しく測定できたか否かを判別することができず、被写体に精度良く焦点を合わせることができない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、より正確に、被写体に焦点を合わせることが可能なオートフォーカス装置、オートフォーカス方式選択方法及びプログラムを提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るオートフォーカス装置は、
少なくともコントラストオートフォーカス方式と位相差オートフォーカス方式との二つの合焦方式を備えたオートフォーカス装置であって、
撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された被写体の輝度画像を取得する第１の画像取得手段と、
前記撮像素子により撮像された前記被写体の距離画像を取得する第２の画像取得手段と、
前記第１の画像取得手段により取得された輝度画像に複数のフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定手段と、
前記輝度画像と前記フォーカスエリア設定手段により設定された複数のフォーカスエリアとに基づいて、当該複数のフォーカスエリアにおける複数のフォーカス評価値を取得するフォーカス評価値取得手段と、
前記フォーカス評価値取得手段により取得された複数のフォーカス評価値に基づいて、前記被写体までの第１の距離情報を取得する第１の距離情報取得手段と、
前記第２の画像取得手段により取得された距離画像に基づいて、前記複数のフォーカスエリアに対応する前記被写体までの複数の距離情報を取得する被写体距離取得手段と、
前記被写体距離取得手段により取得された複数の距離情報に基づいて、前記被写体までの第２の距離情報を取得する第２の距離情報取得手段と、
前記第１の距離情報取得手段により取得された第１の距離情報と前記第２の距離情報取得手段により取得された第２の距離情報とを比較する距離情報比較手段と、
前記距離情報比較手段による比較結果に基づいて、前記被写体の合焦のための選択として、前記コントラストオートフォーカス方式又は前記位相差オートフォーカス方式のいずれかを選択する合焦方式選択手段と、
を備えることを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のオートフォーカス装置であって、
前記第１の距離情報取得手段により取得された第１の距離情報と前記第２の距離情報取得手段により取得された第２の距離情報とを比較するためのスケールを設定するスケール設定手段と、
前記スケール設定手段により設定されたスケールに基づいて、前記第１の距離情報及び前記第２の距離情報における距離レベルを夫々取得する距離レベル取得手段と、
前記距離レベル取得手段により取得された夫々の距離レベルの差を取得する距離レベル差取得手段と、を更に備え、
前記距離情報比較手段は、前記距離レベル差取得手段により取得された前記距離レベルの差と予め設定された閾値とを比較することを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、請求項２に記載のオートフォーカス装置であって、
前記合焦方式選択手段は、前記距離レベル差取得手段により取得された前記第１の距離情報における距離レベルと前記第２の距離情報における距離レベルの差が前記閾値未満のときは、前記コントラストオートフォーカス方式を選択し、前記距離レベル差取得手段により取得された前記第１の距離情報における距離レベルと前記第２の距離情報における距離レベルの差が前記閾値以上のときは、前記位相差オートフォーカス方式を選択することを特徴とする。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のオートフォーカス装置であって、
前記フォーカス評価値取得手段により夫々取得されたフォーカス評価値の平均値を算出する平均フォーカス値算出手段と、
前記被写体距離取得手段により取得された前記複数の被写体までの距離情報の平均値を算出する平均距離情報算出手段と、を更に備え、
前記第１の距離情報取得手段は、前記平均フォーカス値算出手段により算出された平均値に基づいて、前記第１の距離情報を取得し、
前記第２の距離情報取得手段は、前記平均距離情報算出手段により算出された平均値を前記第２の距離情報として取得することを特徴とする。

本発明の第２の観点に係るオートフォーカス方式選択方法は、
撮像素子と、少なくともコントラストオートフォーカス方式と位相差オートフォーカス
方式との二つの合焦方式を備える撮像装置のオートフォーカス方式選択方法であって、
前記撮像素子により撮像された被写体の輝度画像を取得する第１の画像取得ステップと、
前記撮像素子により撮像された前記被写体の距離画像を取得する第２の画像取得ステップと、
前記第１の画像取得ステップにて取得された輝度画像に複数のフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定ステップと、
前記輝度画像と前記フォーカスエリア設定ステップにて設定された複数のフォーカスエリアとに基づいて、当該複数のフォーカスエリアにおける複数のフォーカス評価値を取得するフォーカス評価値取得ステップと、
前記フォーカス評価値取得ステップにて取得された複数のフォーカス評価値に基づいて、前記被写体までの第１の距離情報を取得する第１の距離情報取得ステップと、
前記第２の画像取得ステップにて取得された距離画像に基づいて、前記複数のフォーカスエリアに対応する前記被写体までの複数の距離情報を取得する被写体距離取得ステップと、
前記被写体距離取得ステップにより取得された複数の距離情報に基づいて、前記被写体までの第２の距離情報を取得する第２の距離情報取得ステップと、
前記第１の距離情報取得ステップにより取得された第１の距離情報と前記第２の距離情報取得ステップにより取得された第２の距離情報とを比較する距離情報比較ステップと、
前記距離情報比較ステップによる比較結果に基づいて、前記被写体の合焦のための選択として、コントラストオートフォーカス方式又は位相差オートフォーカス方式のいずれかを選択する合焦方式選択ステップと、
を含むことを特徴とする。

本発明の第３の観点に係るプログラムは、
撮像素子と、少なくともコントラストオートフォーカス方式と位相差オートフォーカス方式との二つの合焦方式を備える撮像装置のコンピュータを、
前記撮像素子により撮像された被写体の輝度画像を取得する第１の画像取得手段、
前記撮像素子により撮像された前記被写体の距離画像を取得する第２の画像取得手段、
前記第１の画像取得手段により取得された輝度画像に複数のフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定手段、
前記輝度画像と前記フォーカスエリア設定手段により設定された複数のフォーカスエリアとに基づいて、当該複数のフォーカスエリアにおける複数のフォーカス評価値を取得するフォーカス評価値取得手段、
前記フォーカス評価値取得手段により取得された複数のフォーカス評価値に基づいて、前記被写体までの第１の距離情報を取得する第１の距離情報取得手段、
前記第２の画像取得手段により取得された距離画像に基づいて、前記複数のフォーカスエリアに対応する前記被写体までの複数の距離情報を取得する被写体距離取得手段、
前記被写体距離取得手段により取得された複数の距離情報に基づいて、前記被写体までの第２の距離情報を取得する第２の距離情報取得手段、
前記第１の距離情報取得手段により取得された第１の距離情報と前記第２の距離情報取得手段により取得された第２の距離情報とを比較する距離情報比較手段、
前記距離情報比較手段による比較結果に基づいて、前記被写体の合焦のための選択として、コントラストオートフォーカス方式又は位相差オートフォーカス方式のいずれかを選択する合焦方式選択手段、
として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、より正確に、被写体に焦点を合わせることができる。

以下、本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置について図面を参照して説明する。尚、本実施形態では、オートフォーカス装置を撮像装置に適用して説明する。

本実施形態に係る撮像装置の構成を図１に示す。
本実施形態に係る撮像装置１は、レンズ１０と、レンズ駆動部１１と、センサ部１２と、フラッシュ（距離画像用）１３と、撮像制御部１４と、フラッシュ（輝度画像用）１５と、フラッシュ制御部１６と、フレームメモリ１７と、メモリコントローラ１８と、データ処理部１９と、光センサアレイ２０と、演算部２１と、操作部２２と、制御部２３と、を備える。

この撮像装置１は、距離画像から取得した距離情報に基づいてコントラストＡＦ方式によるＡＦ（オートフォーカス）評価値又はＴＴＬ位相差ＡＦ方式によるＡＦ評価値を選択し、選択したＡＦ評価値に基づいて被写体２に合焦させるように構成されたものである。

尚、図２に示すように、壁５を背景として撮影範囲３内の人物４を撮影した場合、この人物４，壁５を被写体２として、例えば、人間の視覚で得られるようなＲＧＢ成分、輝度情報で表した図３（ａ）に示すような画像３ｉを、輝度画像とする。この図３（ａ）に示す人物画像４ｉ、壁画像５ｉは、それぞれ、この輝度画像３ｉに含まれる被写体画像である。

これに対して、撮像装置１から人物４、壁５までの距離情報を画像で表した図３（ｂ）に示すような画像３ｄを距離画像とする。この図３（ｂ）に示す人物画像４ｄ、壁画像５ｄは、それぞれ、距離画像３ｄに含まれる被写体画像である。

図１に戻り、レンズ１０は、撮像素子１２０と光センサアレイ２０との撮像面上に位置し、被写体２で反射した光による画像を結像させるためのものである。

レンズ１０は、撮影レンズ、フォーカスレンズ、（図示せず）、ズームレンズ（図示せず）によって構成される。レンズ１０は、撮像装置１の前面に設けられる。

レンズ駆動部１１は、レンズ１０を移動させる。

レンズ駆動部１１は、ステッピングモータ等のアクチュエータから構成される。レンズ駆動部１１は、制御部２３とレンズ１０とに接続され、制御部２３から制御信号が供給され、供給された制御信号に基づいて、アクチュエータを駆動し、レンズ１０を移動させる。

センサ部１２は、輝度画像と距離画像とを取得するものである。センサ部１２は、撮像素子１２０と、素子駆動部１２１，１２２とによって構成される。

撮像素子１２０は、図４に示すように、画素回路１２０Ｌと，１２０Ｇと，１２０Ｒと，１２０Ｂが各１個ずつから構成される画素回路ユニットが行列配置されて構成される。

画素回路１２０Ｌは、距離画像を取得するためのものである。画素回路１２０Ｌは、素子駆動部（距離画像）１２１に接続され、フラッシュ１３から照射されて被写体２で反射した近赤外光を受光して電気信号に変換し、素子駆動部１２１に供給する。

画素回路１２０Ｇ，１２０Ｒ，１２０Ｂは、輝度画像を取得するためのものである。画素回路１２０Ｇ，１２０Ｒ，１２０Ｂは、素子駆動部１２２に接続され、被写体２で反射した可視光を受光して、受光した可視光のＧ（Green）成分、Ｒ（Red）成分、Ｂ（Blue）成分を電気信号に変換し、素子駆動部１２２に供給する。

素子駆動部１２１は、距離画像データを生成する。

素子駆動部１２１は、マイクロプロセッサ等から構成される。素子駆動部１２１は、撮像素子１２０と撮像制御部１４とフレームメモリ１７と制御部２３とに接続される。

素子駆動部１２１は、フラッシュ１３が近赤外光のパルス光を照射してから画素回路１２０Ｌが受光するまでの光の飛行時間に基づいて、画像距離データを生成する。そして、素子駆動部１２１は、生成した距離画像データをフレームメモリ１７に出力する。

画素回路１２０Ｌから構成される距離画像取得用の画素アレイと素子駆動部１２１とを含んで構成された距離画像取得部は、例えば、特開２００４−２９４４２０号公報に記載されたものが用いられる。

素子駆動部１２２は、輝度画像用のデータを生成する。

素子駆動部１２２は、マイクロプロセッサ等から構成される。素子駆動部１２２は、撮像素子１２０を構成する画素回路１２０Ｇ，１２０Ｒ，１２０Ｂと制御部２３とフレームメモリ１７とに接続され、画素回路１２０Ｇ，１２０Ｒ，１２０Ｂが供給する電気信号に基づいて輝度画像用のデータを生成し、フレームメモリ１７に出力する。

フラッシュ１３は、被写体２に向けて近赤外光のパルス光を照射する。

フラッシュ１３は、撮像制御部１４に接続され、撮像制御部１４から供給されたタイミング信号を取得すると、近赤外光のパルス光を照射する。

撮像制御部１４は、距離画像を取得するために、フラッシュ１３が照射するパルス光の点滅制御を行うとともに、素子駆動部１２１にタイミング信号を供給する。

撮像制御部１４は、制御部２３とフラッシュ１３と素子駆動部１２１とに接続され、制御部２３から供給された制御信号を取得して、フラッシュ１３と素子駆動部１２１とにタイミング信号を供給する。

フラッシュ１５は、被写体２に向けて可視光を照射する。

フラッシュ１５は、フラッシュ制御部１６に接続され、フラッシュ制御部１６から供給されたタイミング信号を取得して、可視光を照射する。

フラッシュ制御部１６は、輝度画像を取得するために、フラッシュ１５を点灯させる。

フラッシュ制御部１６は、制御部２３とフラッシュ１５とに接続され、制御部２３から供給された制御信号を取得して、フラッシュ１５にタイミング信号を供給する。

フレームメモリ１７は、ＨＤＤ（Hard disk drive）等から構成され、素子駆動部１２１から出力されたデータと、素子駆動部１２２から出力されたデータとを記憶する。フレームメモリ１７は、輝度画像用のデータを記憶する輝度画像領域１７ａと、距離画像用のデータを記憶する距離画像領域１７ｂとを有する。

メモリコントローラ１８は、素子駆動部１２１が出力した輝度画像用のデータを輝度画像領域１６ａに格納し、素子駆動部１２２が出力した距離画像用のデータを距離画像領域１６ｂに格納する。

メモリコントローラ１８は、制御部２３とフレームメモリ１７とに接続され、制御部２３の制御信号に従って、フレームメモリ１７への記憶処理を実行する。

データ処理部１９は、マイクロプロセッサ等から構成され、制御部２３とフレームメモリ１７とに接続される。データ処理部１９は、フレームメモリ１７に記憶された距離画像用のデータに基づいて、画素ごとに、色、明度を設定して距離画像を生成する。また、データ処理部１９は、輝度画像用のデータに基づいて、画素ごとにＧ，Ｒ，Ｂ成分の輝度画像を生成する。

光センサアレイ２０は、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式によるＡＦ処理を行うために用いられる。光センサアレイ２０は、ライン上に配置された複数の光電変換素子（画素）で構成される。また、光センサアレイ２０は、間隔をもって配置された２つのレンズ（図示せず）を備え、２つのレンズを通して被写体２の複数の画像を取得する。

光センサアレイ２０は、演算部２１に接続され、各画素から当該画素上に結像された被写体２の複数の画像の光量に対応する電気信号をそれぞれ演算部２１に供給する。

演算部２１は、マイクロプロセッサ等から構成され、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式による方法で被写体２と撮像装置１との距離を算出する。

演算部２１は、光センサアレイ２０と制御部２３とに接続され、光センサアレイ２０を構成する各画素が供給する電気信号を取得し、取得した電気信号に基づいて、被写体２の複数の画像の位相差情報を取得する。

そして、演算部２１は、取得した位相差情報に基づいて、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式による算出方法で撮像装置１と被写体２との距離を算出する。演算部２１は、算出した距離データを制御部２３に出力する。

操作部２２は、電源キー、シャッターキー等から構成される（いずれも図示せず）。操作部２２は、制御部２３に接続され、ユーザによって入力された操作情報を制御部２３に供給する。

シャッターキーは、２段階のストローク操作で動作する。第１のストローク位置まで押下されると、シャッターキーは、一般にハーフシャッタと呼ばれる状態となり、撮像装置１は、ＡＦ処理及びＡＥ（Automatic Exposure）処理を実行して合焦（ピント合わせ）と露出を設定する。

また、シャッターキーが第２のストローク位置まで押下されると、シャッターキーは、全押し状態となり、撮像装置１は、ハーフシャッタ時に合焦した状態、露出で撮影を行う。

制御部２３は、ＣＰＵ２４（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ２５（Read Only Memory）と、ＲＡＭ２６（Random Access Memory）とを備え、ＲＯＭ２５に格納されたプログラムに従って、撮像装置１全体を制御する。

ＲＯＭ２５は、撮像装置１を制御するプログラムのプログラムデータ等を記憶するメモリである。ＲＯＭ２５は、プログラムデータとして、後述する撮像処理のプログラムのデータを記憶する。

ＲＡＭ２６は、ＣＰＵ２４が作業に必要なデータを記憶するためのメモリである。

ＣＰＵ２４は、各部の動作を制御する。具体的には、ＣＰＵ２４は、操作部２２から操作情報が供給されると、その操作情報に基づいて操作の内容を判別する。

電源キーが押下されると、ＣＰＵ２４は、操作部２２から供給された操作情報に基づいて、この操作を判別し、電源キーが押下される毎に、撮像装置１の電源をオン、オフする。

ＣＰＵ２４は、操作部２２から供給された操作情報に基づいて、電源がオン状態と判別すると、撮像装置１の電源をオンする。

次に、シャッターキーが第１のストローク位置まで押下されると、ＣＰＵ２４は、操作部２２から供給された操作情報に基づいて、ハーフシャッタ状態と判別する。

尚、撮像装置１は、低解像度撮影と高解像度撮影とが可能なものであり、ＣＰＵ２４は、ハーフシャッタ状態と判別すると、低解像度撮影を行うように各部を制御し、コントラストＡＦ方式又はＴＴＬ位相差ＡＦ方式を選択してＡＦ処理を行う。

ＣＰＵ２４は、コントラストＡＦ方式に従って取得した被写体２までの距離データと距離画像に基づいて取得した被写体２までの距離データとを比較することにより、ＡＦ方式を選択する。

コントラストＡＦ方式に従って距離データを取得するため、ＣＰＵ２４は、ＡＦ評価値を取得する。ＣＰＵ２４は、まず、レンズ駆動部１１を駆動して、レンズ１０の位置を予め設定されたある位置に設定する。ＣＰＵ２４は、素子駆動部１２２とフラッシュ制御部１６とに制御信号を供給し、データ処理部１９から輝度画像を取得する。

ＣＰＵ２４は、データ処理部１９から図３（ａ）に示すような輝度画像３ｉを取得した場合、例えば、図５（ａ）に示すように、取得した輝度画像３ｉに、複数のＡＦ領域Ａ１〜Ａ７を設定する。ＣＰＵ２４は、精度よくＡＦ評価値を取得するため、人物画像４ｉと壁画像５ｉとの境界部分のような輝度差の大きい位置にＡＦ領域Ａ１〜Ａ７を設定する。

ここで、ＣＰＵ２４は、ＲＧＢ信号をＹＵＶ信号に換算し、Ｙ信号の強度から輝度（データ）を算出する。換算式は、例えば、以下のような式を用いる（係数は、文献によって異なる）。
Ｙ＝０．２９９００×Ｒ＋０．５８７００×Ｇ＋０．１１４００×Ｂ
Ｕ＝−０．１６８７４×Ｒ−０．３３１２６×Ｇ＋０．５００００×Ｂ
Ｖ＝０．５００００×Ｒ−０．４１８６９×Ｇ−０．０８１３１×Ｂ

ＣＰＵ２４は、この式に基づいて取得した各ＡＦ領域Ａｊにおける各画素の輝度データ（情報）を取得し、この輝度データを積分する。

ＣＰＵ２４は、レンズ１０を光軸方向に移動させつつ、このような処理を行い、図６に示すような撮像素子１２０に像が結像したときの撮像素子１２０とレンズ１０との距離Ｄ_lenseと、積分値と、の関係をＡＦ領域Ａ１〜Ａ７毎に取得する。そして、ＣＰＵ２４は、この積分値の極大値をＡＦ評価値Ｖafとして、各ＡＦ領域Ａ１〜Ａ７のＡＦ評価値Ｖafを取得する。

この距離Ｄ_lenseと積分値との関係を示すＡＦカーブは、輝度差が大きくなるに従ってＡＦカーブは急峻となる。このため、ＡＦ評価値Ｖafの誤差は小さくなる。従って、ＡＦカーブの傾斜は、ＡＦ評価値Ｖafの精度に関わってくる。

また、距離Ｄ_lenseは、ＡＦ評価値Ｖafによって決定されるので、ＡＦ評価値Ｖafと距離Ｄ_lenseとは対応している。さらに、距離Ｄ_lense、レンズ１０と被写体２との距離Ｄ１、レンズ１０の焦点距離ｆとは、周知の下記式（１）の関係を有しているため、距離Ｄ_lenseに基づいて各ＡＦ領域Ａ１〜Ａ７における距離Ｄ１１〜Ｄ１７を求めることができる。
（１／Ｄ１）＋（１／Ｄ_lense）＝（１／ｆ） ・・・（１）

即ち、撮像素子１２０に像が結像したときの各ＡＦ領域ＡｊにおけるＡＦ評価値Ｖafを取得すれば、図６に示す距離Ｄ_lenseとＡＦ評価値Ｖafの関係から、距離Ｄ_lenseを取得できる。そして、取得した距離Ｄ_lense及びレンズ１０の焦点距離ｆに基づいて上記式（１）より、各ＡＦ領域Ａｊにおける距離Ｄ１を取得することができる。なお、レンズ１０の焦点距離ｆの値は、ＲＯＭに予め格納されている。

このため、ＲＯＭ２５は、撮像素子１２０に像が結像したときのＡＦ評価値Ｖafと距離Ｄ１との関係を示すテーブル（データ）を記憶し、ＣＰＵ２４は、このテーブルを参照して、ＡＦ評価値Ｖafから、各ＡＦ領域Ａ１〜Ａ７における距離Ｄ１１〜Ｄ１７を取得する。

ＣＰＵ２４は、コントラストＡＦ方式に従って得られた距離Ｄ１１〜Ｄ１７を、誤差も含めて評価するため、取得した距離Ｄ１１〜Ｄ１７の和を求め、求めた和をＡＦ領域Ａ１〜Ａ７の個数で割って、距離Ｄ１１〜Ｄ１７の代表値として平均距離Ｄave1を算出する。

また、ＣＰＵ２４は、コントラストＡＦ方式に従って得られたこの平均距離Ｄave1の正否を判定する。このため、距離ＡＦ領域Ａ１〜Ａ７毎に、距離画像に基づく距離Ｄ２ｊを取得する。

このため、ＣＰＵ２４は、フラッシュ１３が近赤外光のパルス光を照射するように、撮像制御部１４を制御し、データ処理部１９が距離画像を生成すると、ＣＰＵ２４は、データ処理部１９から、図３（ｂ）に示すような距離画像３ｄを取得する。

ＣＰＵ２４は、図５（ｂ）に示すように、距離画像３ｄについても、輝度画像３ｉと同様、ＡＦ領域Ａ１〜Ａ７を設定し、取得した距離画像３ｄに基づいて、各ＡＦ領域Ａ１〜Ａ７における距離Ｄ２１〜Ｄ２７を取得する。

ＣＰＵ２４は、距離Ｄ２１〜Ｄ２７の和をＡＦ領域Ａ１〜Ａ７の個数で割って、距離Ｄ２１〜Ｄ２７の代表値として平均距離Ｄave2を算出する。

次に、ＣＰＵ２４は、平均距離Ｄave1と平均距離Ｄave2とを比較する。ＣＰＵ２４は、誤差を含めて比較するため、スケールを設定し、距離レベルを取得する。

ＣＰＵ２４は、平均距離Ｄave1とこのスケールとを比較してコントラストＡＦ方式による距離レベルＬcを取得する。また、ＣＰＵ２４は、平均値Ｄave2とこのスケールとを比較して距離画像に基づく距離レベルＬdを取得する。

ＣＰＵ２４は、コントラストＡＦ方式に従って得られた距離レベルＬcと距離画像に基づく距離レベルＬdとの差δ（絶対値）を取得する。

輝度画像３ｉのコントラストが大きい場合、コントラストＡＦ方式に従って得られた距離レベルＬcの測距誤差は、小さくなり、距離Ｄ１１とＤ２１、・・・、Ｄ１７とＤ２７とが近似するため、差δは小さくなる。

一方、輝度画像３ｉのコントラストが小さい場合、コントラストＡＦ方式に従って得られた距離Ｄ１１〜Ｄ１７の測距誤差は、大きくなり、距離Ｄ１１とＤ２１、・・・、Ｄ１７とＤ２７とは、近似しなくなるため、差δは大きくなる。

ＣＰＵ２４は、閾値δthを設定し、この差δと閾値δthとを比較することにより、この差δが大小を判別し、この判別結果に基づいて、ＡＦ方式を選択する。

即ち、ＣＰＵ２４は、差δが閾値未満となった場合、コントラストＡＦ方式を選択し、差δは閾値δth以上となった場合、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式を選択する。

ＣＰＵ２４は、コントラストＡＦ方式を選択すると、この方式によるレンズ１０の繰り出し量を決定する。

ＣＰＵ２４は、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式を選択すると、演算部２１で撮像装置１と被写体２との距離を算出して合焦位置を決定し、レンズ１０の繰り出し量を決定する。

ＣＰＵ２４は、選択したＡＦ方式に従ってレンズ１０の繰り出し量を決定すると、レンズ駆動部１１を駆動してレンズ１０の焦点が合焦位置に位置するようにレンズ１０を移動する。

ＣＰＵ２４は、シャッターボタンが第２のストローク位置まで押下されると、操作部２２から供給された操作情報に基づいて、シャッターボタンが全押し状態であると判別する。

ＣＰＵ２４は、シャッターキーが全押し状態であると判別すると、決定した繰り出し量だけレンズ１０を繰り出して被写体２に合焦させ、高解像度撮影を行うように、フラッシュ制御部１６と素子駆動部１２２とに制御信号を供給し、データ処理部１９で高解像度画像を生成させる。

そして、ＣＰＵ２４は、データ処理部１９から生成した高解像度画像を取得して図示せぬ表示部に表示する。

次に、本実施形態に係る撮像装置１の動作を説明する。

操作部２２の電源キーが押下されると、ＣＰＵ２４は、操作部２２から供給された操作情報に基づいて撮像装置１の電源をオンする。

シャッターキーが第１のストローク位置まで押下されると、ＣＰＵ２４は、操作部２２から供給された操作情報に基づいて、シャッターキーがハーフシャッタ状態であると判別し、図７に示すフローチャートに従って撮影処理を実行する。

ＣＰＵ２４は、低解像度撮影を行うように、撮像制御部１４、フラッシュ制御部１６、撮像素子１２０、素子駆動部１２１、１２２、メモリコントローラ１８、データ処理部１９を制御する（ステップＳ１１）。

ＣＰＵ２４は、データ処理部１９から、輝度画像を取得して複数のＡＦ領域Ａｊを設定し、設定した複数のＡＦ領域Ａ１〜Ａ７におけるＡＦ評価値Ｖafを取得する（ステップＳ１２）。

ＣＰＵ２４は、ＲＯＭ２５が記憶するテーブルを参照し、撮像素子１２０に像が結像したときのＡＦ評価値Ｖafと距離Ｄ１との関係に従い、ＡＦ評価値Ｖafから、各ＡＦ領域Ａ１〜A７における距離Ｄ１１〜Ｄ１７を取得する（ステップＳ１３）。

ＣＰＵ２４は、取得した距離Ｄ１１〜Ｄ１７の和を求め、求めた和をＡＦ領域の個数で割って、平均距離Ｄave1を取得する（ステップＳ１４）。

次に、ＣＰＵ２４は、データ処理部１９から、距離画像を取得し、取得した距離画像に基づいて、各ＡＦ領域Ａ１〜Ａ７における撮像素子１２０と被写体２との距離Ｄ２１〜Ｄ２７を取得する（ステップＳ１５）。

ＣＰＵ２４は、取得した距離Ｄ２１〜Ｄ２７の和を求め、求めた和をＡＦ領域の個数で割って、平均距離Ｄave2を取得する（ステップＳ１６）。

ＣＰＵ２４は、平均距離Ｄave1，Ｄave2を比較するためのスケールを設定する（ステップＳ１７）。

ＣＰＵ２４は、取得した平均距離Ｄave1とスケールとを比較してＡＦコントラストＡＦ方式による距離レベルＬcを取得する（ステップＳ１８）。

ＣＰＵ２４は、算出した平均距離Ｄave2とスケールとを比較して距離画像に基づく距離レベルＬdを取得する（ステップＳ１９）。

ＣＰＵ２４は、コントラストＡＦ方式による距離レベルＬcと距離画像に基づく距離レベルＬdとの差δを取得する（ステップＳ２０）。

ＣＰＵ２４は、取得した差δと予め設定された閾値δthとを比較し、差δが閾値δth未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。

差δが閾値δth未満と判定した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２４は、ＡＦ方式として、コントラストＡＦ方式を選択し、コントラストＡＦ方式によるＡＦ処理を実行し、レンズ１０の繰り出し量を決定する（ステップＳ２２）。

一方、差δが閾値δth以上と判定した場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、ＣＰＵ２４は、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式を選択し、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式によるＡＦ処理を実行し、レンズ１０の繰り出し量を決定する（ステップＳ２３）。

次に、ＣＰＵ２４は、操作部２２から供給された操作情報に基づいて、シャッターキーが全押し状態であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。

シャッターキーが第２のストローク位置に達して全押し状態であると判定した場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２４は、決定した繰り出し量だけレンズ１０を繰り出して被写体２に合焦させ、高解像度撮影を行うように各部を制御する（ステップＳ２５）。

一方、シャッターキーが全押し状態ではないと判別した場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、ＣＰＵ２４は、予め設定された時間経過後、輝度画像を取得せずに、この撮影処理を終了させる。

次に、本実施形態に係る撮像装置１の具体的な動作について説明する。
図８に示すように、撮像装置１から人物、壁までの距離を、それぞれ、３ｍ、５ｍとする

この場合に、コントラストＡＦ方式によって得られた各ＡＦ領域Ａ１〜Ａ３における距離Ｄ１１〜Ｄ１７が、図９（ａ）に示すように、それぞれ、２，２，２，４，４，４、４ｍとなった場合、平均距離Ｄave1は、約３．１ｍとなる（ステップＳ１３，Ｓ１４の処理）。

距離画像に基づく各ＡＦ領域Ａ１〜Ａ３における距離Ｄ２１〜Ｄ２７が、図９（ｂ）に示すように、それぞれ、３，３，３，５，５，５，５ｍとなった場合、平均距離Ｄave2は、約４．１ｍとなる（ステップＳ１５，Ｓ１６の処理）。

ＣＰＵ２４は、平均距離Ｄave1と平均距離Ｄave2とを比較するため、図１０に示すようなスケールを設定する（ステップＳ１７の処理）。

ＣＰＵ２４は、平均距離Ｄave1（＝３．１ｍ）とこのスケールとを比較して距離レベルＬc＝３ｍを取得する（ステップＳ１８の処理）。また、ＣＰＵ２４は、平均距離Ｄave2（＝４．１ｍ）とこのスケールとを比較して距離レベルＬd＝４ｍを取得する（ステップＳ１９の処理）。

この場合、距離レベルＬcと距離レベルＬdとの差δは１になる。閾値δthが２に設定されている場合、差δ（＝１）は、閾値δth未満となるため（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２４は、ＡＦ方式として、コントラストＡＦ方式を選択する（ステップＳ２１）。

一方、コントラストＡＦ方式によって得られた各ＡＦ領域Ａ１〜Ａ７における距離Ｄ１１〜Ｄ１７が、図１１に示すように、それぞれ、１，１，１，３，３，３，３ｍとなった場合、平均距離Ｄave1は、約２．５ｍとなる（ステップＳ１４の処理）。

ＣＰＵ２４は、図１２に示すように、平均距離Ｄave1とこのスケールとを比較して距離レベルＬc＝２ｍを取得する（ステップＳ１８の処理）。この場合、距離レベルＬcと距離レベルＬdとの差δは２になる。差δが２以上となるため（ステップＳ２１；Ｎｏ）、ＣＰＵ２４は、ＡＦ方式として、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式を選択する（ステップＳ２３）。

以上説明したように、本実施形態によれば、コントラストＡＦ方式に従って得られた距離レベルＬcと距離画像に基づく距離レベルＬdを比較し、比較結果に基づいてコントラストＡＦ方式又はＴＴＬ位相差ＡＦ方式を選択するようにした。

従って、被写体２までの距離を正しく測定できたか否かを判別することができ、より正確に被写体２に焦点を合わせることができる。即ち、コントラストが大きい被写体２を撮影する場合には、測距誤差が小さいコントラストＡＦ方式に従ってＡＦ処理を行うことができる。一方、コントラストが小さい被写体２を撮影する場合、コントラストＡＦ方式では、測距誤差が大きくなるため、より正確なＴＴＬ位相差ＡＦ方式に従ってＡＦ処理を行うことができる。

また、合焦位置を決定する前に、２つのオートフォーカス処理を実行しないので、より短時間でオートフォーカス処理を実行することができる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、ＡＦ領域を７つとして説明した。しかし、ＡＦ領域の数は、７つに限られるものではなく、２以上であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、コントラストＡＦ方式による距離と距離画像による距離の両方に基づき、ＡＦ方式を選択した。しかし、コントラストＡＦ方式による距離又は距離画像による距離の一方のみに基づき、ＡＦ方式を選択してもよい。即ち、平均距離Ｄave1又は平均距離Ｄave2の一方と所定の閾値とを比較し、比較結果に応じてＡＦ方式を選択してもよい。

上記実施形態では、コントラストＡＦ方式に従って得られた距離レベルＬcと距離画像に基づく距離レベルＬdとを比較することにより、ＡＦ方式を選択するようにした。

しかし、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式に従って距離レベルを取得して、この距離レベルと距離画像に基づく距離レベルＬdとを比較することによりＡＦ方式を選択するようにしてもよい。

また、ＴＴＬ位相差ＡＦ方式に従って距離レベルを取得して、この距離レベルとコントラストＡＦ方式に従って得られた距離レベルＬcとを比較することによりＡＦ方式を選択するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、プログラムが、それぞれメモリ等に予め記憶されているものとして説明した。しかし、オードフォーカス装置を、他の装置の全部又は一部として動作させ、あるいは、上述の処理を実行させるためのプログラムを、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical disk）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、これを別のコンピュータにインストールし、上述の手段として動作させ、あるいは、上述の工程を実行させてもよい。

さらに、インターネット上のサーバ装置が有するディスク装置等にプログラムを格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するものとしてもよい。

本発明の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。 撮像装置と人物、壁との位置関係の例を示す図である。 図２に示す位置関係に基づいて得られる画像を示し、（ａ）は、輝度画像を示し、（ｂ）は、距離画像を示す。 図１に示す撮像素子を構成する画素回路の配置を示す図である。 画像に複数のＡＦ領域を設定する例を示し、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、輝度画像、距離画像に複数のＡＦ領域を設定する例を示す。 撮像素子とレンズとの距離と、積分値と、の関係を示す図である。 図１に示すＣＰＵが実行する撮影処理のフローチャートである。 具体例として、撮像装置と人物との距離、撮像装置と壁との距離を示す図である。 複数のＡＦ領域において取得した距離を示す具体例（１）を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、輝度画像、距離画像に設定した複数のＡＦ領域における距離及びその平均距離を示す。 図９に示す平均距離と、設定したスケールと、を比較してＡＦ方式を選択する具体例を示す図である。 複数のＡＦ領域において取得した距離を示す具体例（２）を示す図である。 図１１に示す平均距離と、設定したスケールと、を比較してＡＦ方式を選択する具体例を示す図である。

符号の説明

１・・・撮像装置、１０・・・レンズ、１１・・・レンズ駆動部、１２・・・センサ部、１９・・・データ処理部、２０・・・光センサアレイ、２１・・・演算部、２３・・・制御部、２４・・・ＣＰＵ、２５・・・ＲＯＭ

Claims (6)

1. 少なくともコントラストオートフォーカス方式と位相差オートフォーカス方式との二つの合焦方式を備えたオートフォーカス装置であって、
   撮像素子と、
   前記撮像素子により撮像された被写体の輝度画像を取得する第１の画像取得手段と、
   前記撮像素子により撮像された前記被写体の距離画像を取得する第２の画像取得手段と、
   前記第１の画像取得手段により取得された輝度画像に複数のフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定手段と、
   前記輝度画像と前記フォーカスエリア設定手段により設定された複数のフォーカスエリアとに基づいて、当該複数のフォーカスエリアにおける複数のフォーカス評価値を取得するフォーカス評価値取得手段と、
   前記フォーカス評価値取得手段により取得された複数のフォーカス評価値に基づいて、前記被写体までの第１の距離情報を取得する第１の距離情報取得手段と、
   前記第２の画像取得手段により取得された距離画像に基づいて、前記複数のフォーカスエリアに対応する前記被写体までの複数の距離情報を取得する被写体距離取得手段と、
   前記被写体距離取得手段により取得された複数の距離情報に基づいて、前記被写体までの第２の距離情報を取得する第２の距離情報取得手段と、
   前記第１の距離情報取得手段により取得された第１の距離情報と前記第２の距離情報取得手段により取得された第２の距離情報とを比較する距離情報比較手段と、
   前記距離情報比較手段による比較結果に基づいて、前記被写体の合焦のための選択として、前記コントラストオートフォーカス方式又は前記位相差オートフォーカス方式のいずれかを選択する合焦方式選択手段と、
   を備えることを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 前記第１の距離情報取得手段により取得された第１の距離情報と前記第２の距離情報取得手段により取得された第２の距離情報とを比較するためのスケールを設定するスケール設定手段と、
   前記スケール設定手段により設定されたスケールに基づいて、前記第１の距離情報及び前記第２の距離情報における距離レベルを夫々取得する距離レベル取得手段と、
   前記距離レベル取得手段により取得された夫々の距離レベルの差を取得する距離レベル差取得手段と、を更に備え、
   前記距離情報比較手段は、前記距離レベル差取得手段により取得された前記距離レベルの差と予め設定された閾値とを比較することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
3. 前記合焦方式選択手段は、前記距離レベル差取得手段により取得された前記第１の距離情報における距離レベルと前記第２の距離情報における距離レベルの差が前記閾値未満のときは、前記コントラストオートフォーカス方式を選択し、前記距離レベル差取得手段により取得された前記第１の距離情報における距離レベルと前記第２の距離情報における距離レベルの差が前記閾値以上のときは、前記位相差オートフォーカス方式を選択することを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
4. 前記フォーカス評価値取得手段により夫々取得されたフォーカス評価値の平均値を算出する平均フォーカス値算出手段と、
   前記被写体距離取得手段により取得された前記複数の被写体までの距離情報の平均値を算出する平均距離情報算出手段と、を更に備え、
   前記第１の距離情報取得手段は、前記平均フォーカス値算出手段により算出された平均値に基づいて、前記第１の距離情報を取得し、
   前記第２の距離情報取得手段は、前記平均距離情報算出手段により算出された平均値を前記第２の距離情報として取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
5. 撮像素子と、少なくともコントラストオートフォーカス方式と位相差オートフォーカス方式との二つの合焦方式を備える撮像装置のオートフォーカス方式選択方法であって、
   前記撮像素子により撮像された被写体の輝度画像を取得する第１の画像取得ステップと、
   前記撮像素子により撮像された前記被写体の距離画像を取得する第２の画像取得ステップと、
   前記第１の画像取得ステップにて取得された輝度画像に複数のフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定ステップと、
   前記輝度画像と前記フォーカスエリア設定ステップにて設定された複数のフォーカスエリアとに基づいて、当該複数のフォーカスエリアにおける複数のフォーカス評価値を取得するフォーカス評価値取得ステップと、
   前記フォーカス評価値取得ステップにて取得された複数のフォーカス評価値に基づいて、前記被写体までの第１の距離情報を取得する第１の距離情報取得ステップと、
   前記第２の画像取得ステップにて取得された距離画像に基づいて、前記複数のフォーカスエリアに対応する前記被写体までの複数の距離情報を取得する被写体距離取得ステップと、
   前記被写体距離取得ステップにより取得された複数の距離情報に基づいて、前記被写体までの第２の距離情報を取得する第２の距離情報取得ステップと、
   前記第１の距離情報取得ステップにより取得された第１の距離情報と前記第２の距離情報取得ステップにより取得された第２の距離情報とを比較する距離情報比較ステップと、
   前記距離情報比較ステップによる比較結果に基づいて、前記被写体の合焦のための選択として、コントラストオートフォーカス方式又は位相差オートフォーカス方式のいずれかを選択する合焦方式選択ステップと、
   を含むことを特徴とするオートフォーカス方式選択方法。
6. 撮像素子と、少なくともコントラストオートフォーカス方式と位相差オートフォーカス方式との二つの合焦方式を備える撮像装置のコンピュータを、
   前記撮像素子により撮像された被写体の輝度画像を取得する第１の画像取得手段、
   前記撮像素子により撮像された前記被写体の距離画像を取得する第２の画像取得手段、
   前記第１の画像取得手段により取得された輝度画像に複数のフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定手段、
   前記輝度画像と前記フォーカスエリア設定手段により設定された複数のフォーカスエリアとに基づいて、当該複数のフォーカスエリアにおける複数のフォーカス評価値を取得するフォーカス評価値取得手段、
   前記フォーカス評価値取得手段により取得された複数のフォーカス評価値に基づいて、前記被写体までの第１の距離情報を取得する第１の距離情報取得手段、
   前記第２の画像取得手段により取得された距離画像に基づいて、前記複数のフォーカスエリアに対応する前記被写体までの複数の距離情報を取得する被写体距離取得手段、
   前記被写体距離取得手段により取得された複数の距離情報に基づいて、前記被写体までの第２の距離情報を取得する第２の距離情報取得手段、
   前記第１の距離情報取得手段により取得された第１の距離情報と前記第２の距離情報取得手段により取得された第２の距離情報とを比較する距離情報比較手段、
   前記距離情報比較手段による比較結果に基づいて、前記被写体の合焦のための選択として、コントラストオートフォーカス方式又は位相差オートフォーカス方式のいずれかを選択する合焦方式選択手段、
   として機能させることを特徴とするプログラム。

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