JP5320937B2 - 焦点検出装置および撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、焦点検出装置および撮像装置に関するものである。

複数の焦点検出エリアが設定された撮像素子の撮像信号に基づいて光学系の合焦位置を検出する焦点検出装置が知られている（特許文献１）。この焦点検出装置では、焦点検出領域に対して得られる撮像信号が飽和していない場合は、撮像信号から抽出した高周波成分による第１焦点評価値に基づいて合焦位置を検出し、撮像信号が飽和している場合は、飽和している焦点検出エリアを合併し、当該合併エリアの撮像信号による第２焦点評価値と前記第１焦点評価値の差分に基づいて合焦位置を検出する。

特開２００７−１７１８０７号公報

しかしながら、従来の焦点検出装置では、焦点検出中に手振れなどによって飽和した画素の割合が変動すると、飽和した焦点検出エリアの検出精度が低下するという問題がある。

この発明が解決しようとする課題は、焦点検出精度が高い焦点検出装置および撮像装置を提供することである。

この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。

本発明に係る焦点検出装置は、複数の第１領域（Ａ１〜Ａ５）のそれぞれから第１信号を出力し、前記第１領域とは異なる第２領域（Ｂ１−（Ａ１〜Ａ５））から第２信号を出力する撮像素子（１１）と、前記第１信号を用い、かつ、前記第２信号を用いないで前記撮像素子の出力が飽和しているか否かを判定する飽和判定部（１５４）と、前記第１信号及び前記第２信号を用いて焦点評価値（ＡＦｖ１〜ＡＦｖ３）を演算する演算部（１５２，１５３，１５５）と、前記複数の第１領域の何れも飽和していないと前記飽和判定部により判定された場合には、前記第１信号を用い、かつ、前記第２信号を用いないで前記焦点評価値を演算するように前記演算部を制御し、前記複数の第１領域の何れかが飽和していると前記飽和判定部により判定された場合には、前記第１信号及び前記第２信号を用いて前記焦点評価値を演算するように前記演算部を制御する制御部（１５５）と、入力された信号の低周波数成分を除去するフィルタと、を含み、前記演算部は、前記フィルタを介して入力された前記第１信号及び前記第２信号の積算演算を行う第１積算演算部と、前記フィルタを介さずに入力された前記第１信号及び前記第２信号の積算演算を行う第２積算演算部と、を有し、前記複数の第１領域の何れかが飽和していると前記飽和判定部により判定された場合において、前記制御部は、飽和していないと判定された前記第１領域については、前記第１積算演算部の出力を用いて前記焦点評価値を演算するように前記演算部を制御し、前記複数の第１領域の何れかが飽和していると前記飽和判定部により判定された場合において、前記制御部は、飽和していると判定された前記第１領域については、前記第１積算演算部の出力及び前記第２積算演算部の出力を用いて前記焦点評価値を演算するように前記演算部を制御することを特徴とする。

また上記焦点検出装置において、前記第１積算演算部の出力を用いて演算された前記焦点評価値に対応する合焦位置、及び、前記第２積算演算部の出力を用いて演算された前記焦点評価値に対応する合焦位置から、光学系の駆動制御に用いられる合焦位置を選択する選択部を有するように構成することができる。

また上記焦点検出装置において、前記制御部は、前記複数の第１領域の何れも飽和していないと前記飽和判定部により判定された場合には、前記フィルタを介して入力された前記第１信号の積算演算を行うように前記第１積算演算部を制御するように構成することができる。

上記焦点検出装置を備えた撮像装置（１）によっても上記課題を解決することができる。

上記発明によれば、焦点検出精度が向上する。

以下、上記発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態に係るデジタルカメラ１を示すブロック図であり、本例のデジタルカメラ１は、撮影レンズ２１と絞り２２を備えている。

撮影レンズ２１は、１枚または複数枚のレンズで構成され、固定焦点距離のレンズまたはズームレンズのような可変焦点距離のレンズを用いることができる。撮影レンズ２１には、当該撮影レンズ２１を通過した被写体像が撮像素子１１の撮像面上に結像するように焦点位置を調節するフォーカスレンズが含まれている。このフォーカスレンズは、カメラ側の至近端から被写体側の無限端までの間を撮像素子１１の光軸Ｌに沿って移動可能に設けられ、不図示のエンコーダによりその位置が検出されつつ、レンズ駆動部２３によりその位置が調節される。

そして、エンコーダで検出されたフォーカスレンズの現在位置情報は、レンズ駆動制御部２６を介してカメラ制御部１５へ送信される一方で、カメラ制御部１５はこの情報を参照しつつフォーカスレンズの焦点調節位置を演算し、レンズ駆動制御部２６を介してレンズ駆動部２３にレンズ駆動信号を送信する。オートフォーカスの制御手順は後述する。

絞り２２は、撮影レンズ２１を通過して撮像素子１１に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸Ｌを中心にした開口径を調節する。たとえば自動露出モードにおいては、撮像素子１１に至る光束に基づいて目標とする開口径を演算し、演算された開口径に相当する絞り駆動信号を、カメラ制御部１５から絞り駆動制御部２５を介して絞り駆動部２４へ送信することにより、絞り２２による開口径の調節が行われる。また、開口径の調節は、カメラ１に設けられた操作部１９をマニュアル操作することによっても行われ、操作部１９で設定された開口径がカメラ制御部１５から絞り駆動制御部２５を介して絞り駆動部２４に入力される。

本例のデジタルカメラ１は、撮像素子１１と、Ａ／Ｄ変換部１２と、メモリ制御部１３と、画像処理部１４と、カメラ制御部１５と、メモリ１６とを備える。

撮像素子１１は、カメラボディの被写体からの光軸Ｌ上であって、撮影レンズ２１の予定焦点面となる位置に固定されている。撮像素子１１は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤ（電荷注入デバイス）などで構成することができる。なお、撮像素子１１は、各画素に蓄積される電荷の蓄積時間、すなわちシャッタースピードをシャッターゲートパルスによって制御する電子シャッター機能を備える。

撮像素子１１の撮像面に被写体像が投影されると、その入射光量に応じた量の信号電荷に光電変換され、撮像出力信号として順次読み出される。この光電変換されたアナログ画像信号は、図示しないアナログ信号処理部においてクランプ処理およびゲイン処理が施されたのち、Ａ／Ｄ変換部１２によってデジタル画像信号に変換され、画像処理部１４およびメモリ制御部１３へ出力される。

画像処理部１４は、Ａ／Ｄ変換部１２から出力されたデジタル画像信号またはメモリ制御部１３から出力されたデジタル画像信号に対して画素補間処理や色変換処理を施すとともに、撮像した画像情報を用いてＡＥ（自動露光調節）評価値、ＡＦ(自動焦点調節)評価値およびＡＷＢ（自動ホワイトバランス調節）評価値の算出処理を含む演算処理を実行し、所定の形式、たとえばＪＰＥＧの画像データに変換し、インターフェース２０を介して外部の記憶媒体やメモリ１６に記憶させる。

カメラ制御部１５は、画像処理部１４の演算結果に基づいて、絞り駆動制御部２５およびレンズ駆動制御部２６に対する制御を実行する。ここでは、ＴＴＬ（Through the Lens）方式のオートフォーカス処理、自動露出処理、ストロボプリ発光処理を実行する。

メモリ制御部１３は、Ａ／Ｄ変換部１２、画像処理部１４、メモリ１６およびＤ／Ａ変換部１７を制御する。そして、Ａ／Ｄ変換部１２で変換された撮影画像のデジタル画像信号は、画像処理部１４およびメモリ制御部１３を介してメモリ１６に書き込まれる。なお、Ａ／Ｄ変換部１２で変換された撮影画像のデジタル画像信号を、直接メモリ制御部１３を介してメモリ１６に書き込むこともできる。

メモリ１６は、表示部１８に表示する画像信号を記憶する記憶装置であり、この画像信号は、メモリ制御部１３に読み出され、Ｄ／Ａ変換部１７にてアナログ画像信号に変換されたのち表示部１８に出力される。またメモリ１６は、撮像した静止画像や動画像の画像信号を格納するとともに、画像処理部１４およびカメラ制御部１５の作業領域としても用いられる。

本例のデジタルカメラ１は、Ｄ／Ａ変換部１７、表示部１８、操作部１９およびインターフェース（Ｉ／Ｆ）２０を備える。

表示部１８は、液晶ディスプレイなどで構成され、撮像素子１１により撮像した画像を逐次表示する電子ファインダとして機能し、当該表示部１８に表示される被写体を観察しながら撮影操作を行うことができる。また表示部１８には、画像処理部１４やカメラ制御部１５のプログラムの実行に応じた動作状態やメッセージなどが、文字や画像を用いて表示される。この表示は、カメラ制御部１５からの駆動信号により、撮像画像に重畳して表示される。

操作部１９は、シャッターレリーズボタンやユーザがカメラの各種動作モードを設定するための入力スイッチを含み、使用者の設定操作によりオートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモード等の切換が行えるようになっている。なお、シャッターレリーズボタンのスイッチは、ボタンの半押しでＯＮとなる第１スイッチＳＷ１と、ボタンの全押しでＯＮとなる第２スイッチＳＷ２とを含む。この操作部１９により設定されたシャッターレリーズボタンのスイッチＳＷ１，ＳＷ２および各種モードは、メモリ制御部１３を介してカメラ制御部１５へ送信され、当該カメラ制御部１５によりカメラ１全体の動作が制御される。

インターフェース２０は、メモリカードやハードディスクなどの記憶媒体に接続するための入出力装置であり、さらに外部コンピュータやプリンタなどの周辺機器との間で画像データおよび管理情報を転送することができる。またインターフェース２０は、ＰＣＭＣＩＡカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）カードの規格に準拠したものを用いることができ、この場合は、ＬＡＮカード、モデムカード、ＵＳＢカード、ＩＥＥＥ１３８４カード、Ｐ１２８４カード、ＳＣＳＩカード、ＰＨＳ等の通信カードなどの各種通信カードを接続することができる。

なお、本例では、メモリ制御部１３、画像処理部１４、カメラ制御部１５、絞り駆動制御部２５およびレンズ駆動制御部２６をそれぞれ別の構成として説明したが、これらのうちの幾つかまたは全部を一つのマイクロプロセッサで構成することができる。

カメラ制御部１５は、メモリ制御部１３、絞り駆動制御部２５、およびレンズ駆動制御部２６などと接続され、電子カメラの焦点検出(ＡＦ)、測光(ＡＥ)、ホワイトバランス調整(ＡＷＢ)などの各種演算とカメラ動作のシーケンス制御とを行う。またカメラ制御部１５には、操作部１９から各種操作信号が入力され、カメラの焦点検出制御、露出制御、およびカラーバランス制御を総括的に管理する。

図２は、図１のカメラ制御部１５の要部およびその周辺の構成を示すブロック図であり、同図に示すように、カメラ制御部１５は、バンドパスフィルタ１５１と、第１積算回路１５２と、第２積算回路１５３と、飽和判定部１５４と、演算部１５５と、選択部１５６とを備える。

バンドパスフィルタ１５１は、メモリ１６に格納されている画像処理前の画像データのうち、焦点検出領域（フォーカスエリア）に対応する撮像領域の画像データから高周波数成分を抽出するフィルタである。バンドパスフィルタ１５１によるフィルタ処理後の画像データは、フィルタ処理前の画像データに比べて、低周波数成分、特に直流成分が除去されている。本例では、バンドパスフィルタ１５１によって低周波数成分が除去された画像データの周波数帯域を帯域１と呼び、フィルタ処理前の画像データの周波数帯域を帯域２と呼ぶことにする。

第１積算回路１５２および第２積算回路１５３は、焦点検出領域に対応する撮像領域の画像データの積算処理を行う回路である。本例のカメラでは、被写界内に複数の焦点検出領域が設定されている。

図３は撮像素子１１の撮像領域Ｘ内における焦点検出領域の設定例を示す図である。図３に示すように、本例で設定されている焦点検出領域は、撮像領域Ｘの中央に設定された焦点検出領域Ａ１と、その左右それぞれに設定された焦点検出領域Ａ２，Ａ３と、焦点検出領域Ａ１の上下それぞれに設定された焦点検出領域Ａ４，Ａ５と、これら５つの焦点検出領域Ａ１〜Ａ５を完全に包含する焦点検出領域Ｂ１と、からなる。

なお、焦点検出領域Ａ１〜Ａ５の設定数と設定位置は図示する例に限定されることなく適宜の箇所および数量で設定することができ、また焦点検出領域Ｂ１は、同図に示すように全ての焦点検出領域Ａ１〜Ａ５を包含する以外にも、これら焦点検出領域Ａ１〜Ａ５のうち幾つかの焦点検出領域を包含するように設定することもできる。

第１積算回路１５２は、バンドパスフィルタ１５１でフィルタ処理した後の画像データ、すなわち帯域１の画像データに対して積算処理を行う。この積算処理は焦点検出領域Ａ１〜Ａ５及びＢ１ごとに実行され、演算部１５５および選択部１５６へ送出される。

一方、第２積算回路１５３は、バンドパスフィルタ１５１を通さない帯域２の画像データに対して積算処理を行う。この積算処理は焦点検出領域Ｂ１についてのみ実行され、演算部１５５へ送出される。

ここでは、第１積算回路１５２による積算結果を評価値ＡＦｖ１と呼び、第２積算回路１５３による積算結果を評価値ＡＦｖ２と呼ぶことにする。

演算部１５５は、第１積算回路１５２で求められた焦点検出領域Ｂ１の評価値ＡＦｖ１と、第２積算回路１５３で求められた同じく焦点検出領域Ｂ１の評価値ＡＦｖ２に基づいて、焦点検出領域Ｂ１の評価値ＡＦｖ３を演算する。なお、評価値ＡＦｖ３については、後述するサーチ動作説明において詳述する。

飽和判定部１５４は、メモリ制御部１３を介してメモリ１６から各焦点検出領域Ａ１〜Ａ５の画像データを読み込み、各焦点検出領域の輝度信号が飽和レベル以上か否かを判定し、その判定結果を選択部１５６へ送出する。

選択部１５６は、飽和判定部１５４による飽和判定結果と、第１積算回路１５２による評価値ＡＦｖ１及び演算部１５５による評価値ＡＦｖ３とに基づいて、焦点検出領域Ａ１〜Ａ５，Ｂ１におけるフォーカスレンズの合焦位置を演算し、最終の合焦レンズ位置を選択する。この選択部１５６の処理については、後述するサーチ動作説明において詳述する。

ところで、撮影時において撮像素子１１の撮像領域Ｘ内に図４に示す点光源のような高輝度被写体Ｈが存在する場合は、高輝度被写体Ｈを撮像している画素の出力信号が飽和することがある。図４は、人物被写体Ｍの背景にクリスマスツリーの装飾ライトＨが存在する一例を示すが、この例では焦点検出領域Ａ１，Ａ２およびＡ５には装飾ライトＨは存在しないが、焦点検出領域Ａ３，Ａ４には装飾ライトが写り込んでいるのでこの領域Ａ３，Ａ４の画素の出力信号が飽和する。

図５は、フォーカスレンズのレンズ位置（横軸）に対する評価値レベル（縦軸）の関係を示すグラフであり、飽和した画素が存在する一つの焦点検出領域（たとえば図４のＡ３）におけるフォーカスレンズの位置と評価値ＡＦｖ１および評価値ＡＦｖ２との関係の一例を示す図である。

図５において、評価値ＡＦｖ１を示す曲線（実線）は、合焦位置から外れた位置、すなわち合焦位置Ｄ１より無限端側のピークと、合焦位置Ｄ１より至近端側のピークという２つのピークが観察される。また、評価値ＡＦｖ２を示す曲線（点線）は、合焦位置Ｄ１に極小ピークが観察される。これは、撮像素子１１の撮像面に投影された被写体像がぼけると高輝度被写体Ｈの像もぼけるので、より多くの画素の出力信号が飽和することになり、したがってレンズ位置が合焦位置Ｄ１から遠ざかるにつれて評価値ＡＦｖ２のレベルが大きくなる。

一方、図６は、図４に示す飽和画素が存在する焦点検出領域Ａ３，Ａ４における合焦位置Ｄ１付近の評価値ＡＦｖ２の変化を示したものである。曲線Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ焦点検出領域Ａ３およびＡ４における評価値ＡＦｖ２の変化を示したものであり、これらの評価値ＡＦｖ２はともに合焦位置Ｄ１で極小となる。

しかしながら、上述したとおり評価値ＡＦｖ２は輝度値にほぼ対応する特性値であり、撮像素子１１の撮像面に投影された被写体像がぼけると高輝度被写体Ｈの像もぼけて、より多くの画素の出力信号が飽和することになる。そのため、焦点検出領域Ａ４は焦点検出領域Ａ３に比べて高輝度被写体Ｈの数が少ないので、合焦位置Ｄ１から遠ざかった時の評価値ＡＦｖ２の増加の程度が、焦点検出領域Ａ３に比べて小さくなる。

このように、高輝度被写体Ｈの数が少ない焦点検出領域Ａ４では、レンズ位置の変化に対する評価値ＡＦｖ２の変化量が小さいので、例えば、手振れ等により焦点検出領域Ａ４内の高輝度被写体Ｈの数が変化すると、図６のＬ２０に示すように評価値ＡＦｖ２が減少（又は増加）することがある。この現象は高輝度被写体Ｈが存在しない焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ５に、手振れ等により高輝度被写体Ｈが入った場合にも生じ得る。そのため、上述した従来の技術のように、飽和していると判定された焦点検出領域を合併しただけでは、手振れにより差分が極大となったレンズ位置を合焦位置と検出してしまう、偽合焦が生じる場合がある。このような不都合は、マルチエリアＡＦのように、焦点検出領域の面積が小さくなるほど生じやすい。

このため本例では、フォーカスレンズの合焦位置を求めるにあたり、各焦点検出領域Ａ１〜Ａ５の合焦位置だけでなく、これらを包含する焦点検出領域Ｂ１の合焦レンズ位置を求める。そして、いずれかの焦点検出領域の撮像信号が飽和している（所定輝度以上の高輝度被写体Ｈが存在する）場合は、焦点検出領域Ｂ１について、当該焦点検出領域Ｂ１の評価値ＡＦｖ１及びＡＦｖ２に基づく評価値ＡＦｖ３を用いて合焦レンズ位置を求めるとともに、撮像信号が飽和していない焦点検出領域について、バンドパスフィルタ１５１でフィルタ処理された帯域１の積算値である評価値ＡＦｖ１を用いて合焦レンズ位置を求め、これらの合焦レンズ位置からフォーカスレンズの駆動位置を選択する。なお、いずれの焦点検出領域Ａ１〜Ａ５も撮像信号が飽和していない場合は、評価値ＡＦｖ１を用いて各焦点検出領域Ａ１〜Ａ５の合焦レンズ位置を求める。

次にオートフォーカス動作（以下、ＡＦ動作ともいう。）を説明する。

図７は、本例におけるＡＦ動作の一例を示すフローチャートであり、カメラ制御部１５で行われるオートフォーカス処理を示す。図７のフローチャートによる処理は、例えば、操作部１９のレリーズスイッチからの半押し操作信号がカメラ制御部１５に入力されると開始される。

ステップＳ１では、ＡＦ動作に必要なデータやフラグ等の初期化を行う。フラグの一例としては、焦点検出領域が飽和していることを示す飽和フラグがある。

ステップＳ２では、合焦動作を行う際のフォーカスレンズのサーチ開始位置およびサーチ終了位置を設定する。本例では、図８に示すようにサーチ開始位置（初期位置Ｐ０）を至近端に、サーチ終了位置（探索終了位置Ｐｍ）を無限端に、それぞれ設定する。なお、サーチ開始位置を無限端に、サーチ終了位置を至近端に設定してもよいし、ＡＦ動作開始時のレンズ位置や撮影モードに応じて最適な値に設定するようにしてもよい。

ステップＳ３において、カメラ制御部１５はレンズ駆動部２３に駆動信号を出力し、撮影レンズ２１のフォーカスレンズをサーチ開始位置（至近端）に移動させる。

ステップＳ４では、レンズ移動速度を設定する。サーチ開始位置からサーチ終了位置までのフォーカスレンズの移動時間は、この移動速度によって決定される。レンズ移動速度を遅くすると、図８のサーチ動作におけるサンプリング数（図の白丸，Ｐ１〜Ｐ８）、すなわち、後述する履歴データの数が多くなり、レンズ移動速度を速くすると、履歴データの数が少なくなる。

続くステップＳ５からステップＳ９までが、サーチ動作の処理を示している。ステップＳ５では、メモリ１６に記憶された画像データに基づいて、各焦点検出領域Ａ１〜Ａ５，Ｂ１の画像データをバンドパスフィルタ１５１でフィルタ処理する。そして、フィルタ処理された画像データを第１積算回路１５２で積算処理することにより、焦点検出領域Ａ１〜Ａ５，Ｂ１ごとに評価値ＡＦｖ１を算出する。算出された評価値ＡＦｖ１は、評価値１履歴の履歴データとして記憶される。このとき、評価値ＡＦｖ１は画像データ取得時のレンズ位置と関連付けられて焦点検出領域Ａ１〜Ａ５，Ｂ１ごとに記憶される。

なお、本例では、一旦メモリ１６に格納した画像データを、カメラ制御部１５に読み込んで評価値ＡＦｖ１を計算しているが、Ａ／Ｄ変換部１２から出力された画像データを逐次バンドパスフィルタ１５１へ送り、データ転送と同時に評価値ＡＦｖ１を算出するようにしてもよい。逐次バンドパスフィルタ１５１にデータ転送することにより、メモリ１６に一旦記憶する場合に比べて、評価値ＡＦｖ１の計算遅れを低減することができる。

続くステップＳ６では、メモリ１６に記憶された画像データに基づいて、焦点検出領域Ｂ１の画像データを第２積算回路１５３で積算処理することにより、焦点検出領域Ｂ１の評価値ＡＦｖ２を算出する。算出された評価値ＡＦｖ２は、評価値２履歴の履歴データとして記憶される。このとき、評価値ＡＦｖ２は画像データ取得時のレンズ位置と関連付けられて焦点検出領域Ｂ１の評価値として記憶される。なお、ステップＳ５と同様に、Ａ／Ｄ変換部１２から出力された画像データを逐次第２積算回路１５３へ送り、データ転送と同時に評価値ＡＦｖ２を算出するようにしてもよい。

ステップＳ７では、メモリ１６に記憶された画像データに基づいて、飽和判定部１５４により次のような飽和判定を、焦点検出領域Ａ１〜Ａ５ごとに行う。

まず、ひとつの焦点検出領域内の輝度信号を求め、輝度信号の最大値が予め設定された飽和レベル以上か否かを判定する。そして、飽和レベル以上と判定された場合には、飽和フラグを立てる。飽和フラグに代えて各焦点検出領域の輝度信号の最大値を記憶してもよい。飽和レベルとしては、例えば、輝度信号が１２BitでＡＤ変換されている場合には、信号レベル３８００を飽和レベルとして設定すればよい。

ステップＳ８では、ステップＳ４で設定した移動速度でフォーカスレンズを移動させる。ステップＳ９では、フォーカスレンズのレンズ位置がステップＳ２で設定したサーチ終了位置に達したか否かを判定し、達したと判定されるとステップＳ１０へ進み、達していないと判定されるとステップＳ５へ戻ってサーチ動作を継続する。

ステップＳ１０では、飽和エリアの判定を行う。すなわち、各焦点検出領域Ａ１〜Ａ５に関して、飽和フラグが立っているか否かを判定し、飽和フラグが立っている焦点検出領域を飽和エリアと判定する。上述した飽和フラグを立てるステップＳ７の処理は、サーチ動作中の各サンプリング点で各々行われるので、本例の場合には、複数のサンプリングのいずれか一つにおいて輝度信号の最大値が飽和レベル以上と判定されると、その焦点検出領域は飽和エリアと判定されることになる。なお、サーチ動作中に１回でも輝度信号の最大値が飽和レベル以上となったならば、飽和エリアと判定する代わりに、飽和レベル以上となる回数が所定回数以上の場合に飽和エリアと判定してもよい。

ステップＳ１１において、演算部１２は、ステップＳ５，Ｓ６で求められた焦点検出領域Ｂ１の評価値ＡＦｖ１，ＡＦｖ２に基づいて、評価値ＡＦｖ３を次のように算出する。なお、評価値ＡＦｖ３の算出方法については、本発明者による出願特許（特開２００４−２４６０１３号公報）に詳しく記載されている。

まず、次式（１）により差分Δを算出する。この差分Δの算出は、画像データ取得時のレンズ位置毎に行われるので、図８のサンプリング数（白丸の数）と同数の差分Δが得られる。

［数１］
Δ＝ΣＡＦｖ２−ΣＡＦｖ１ …（１）
次に、複数の差分Δから最大値Δmaxを検出し、最大値Δmaxと各差分Δとの差を評価値ＡＦｖ３とする。このようにして、レンズ位置毎に得られた評価値ＡＦｖ３の集合を評価値３履歴と呼ぶことにする。

図４に示す例では、高輝度被写体Ｈが存在する焦点検出領域Ａ３，Ａ４は飽和エリアと判定されるが、本例では焦点検出領域Ｂ１の評価値ＡＦｖ３を算出する。図５から分かるように、差分Δは合焦位置Ｄ１から遠ざかるにつれて大きくなるので、最大値Δmaxから差分Δを差し引いた値である評価値ＡＦｖ３はＤ１で極大となる。

ステップＳ１２では、選択部１５６において、ステップＳ１０で飽和エリアと判定されなかった焦点検出領域に関して、評価値１履歴を用いて各焦点検出領域の合焦位置を算出する。たとえば図４に示す例でいえば、高輝度被写体Ｈが存在しない焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ５について、評価値１履歴に基づく合焦位置を算出する。

図８の上図は合焦位置の算出方法を説明する図であって、縦軸は評価値を、横軸はフォーカスレンズのレンズ位置をそれぞれ表している。破線で示す曲線がレンズ位置を変えた場合の評価値を表しており、曲線上の白丸Ｐ１〜Ｐ８がサーチ動作により得られた評価値ＡＦｖ１である。これらの評価値ＡＦｖ１が評価値１履歴である。上述したステップＳ１２においては、曲線の最大点を含むＰ４〜Ｐ６の３点について、いわゆる３点内挿演算を行って曲線の極大点に対応するレンズ位置Ｄ１を算出する。

レンズ位置Ｄ１は、最大点Ｐ５と点Ｐ６とを通る傾きＫの直線と、点Ｐ４を通る傾き−Ｋの直線との交点に対応する。このレンズ位置Ｄ１は、撮像素子１１によって撮像される被写体像のエッジのボケをなくし、画像のコントラストを最大にする位置であり、ステップＳ１２で算出すべき合焦位置である。

ステップＳ１３では、選択部１５６において、焦点検出領域Ｂ１の評価値３履歴に基づいて合焦位置を算出する。合焦位置の算出方法は、上述したエリアＡ１，Ａ２，Ａ５の場合と同様であって、評価値ＡＦｖ１に代えて評価値ＡＦｖ３を用いて同様の計算を行えばよい。評価値ＡＦｖ３を用いることにより、撮像信号が飽和している飽和エリアがあっても合焦位置を正確に検出することができる。

上述した、ステップＳ１２およびステップＳ１３の処理により、各焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ５について合焦位置が得られるとともに、焦点検出領域Ｂ１に関して一つの合焦位置が得られる。

続くステップＳ１４では、選択部１５６において、ステップＳ１２およびステップＳ１３で得られた合計４つの合焦位置から、最終的にフォーカスレンズを移動すべき最終合焦位置を算出する。例えば、最も至近側の合焦位置を最終合焦位置とするモード設定になっている場合には、４つの合焦位置の内で最至近のものを最終合焦位置とする。またこれに代えて４つの合焦位置の分布に基づいて最終合焦位置を選択することもできる。さらにこれに代えて、４つの合焦位置の平均位置を最終合焦位置とすることもできる。

ステップＳ１５では、レンズ駆動部２３を駆動して、フォーカスレンズをステップＳ１４で算出された最終合焦位置へ移動し、合焦動作の処理を終了する。

図９は、各焦点検出領域Ａ１〜Ａ５，Ｂ１の撮像データから、上述した４つの合焦位置が算出されるまでのデータの流れを模式的に示したものである。飽和していない焦点検出領域Ａ１、Ａ２，Ａ５に関しては、各エリアの撮像データから評価値ＡＦｖ１をそれぞれ算出し、その評価値ＡＦｖ１に基づいて各エリアの合焦位置（エリア合焦位置）ＤＡ１，ＤＡ２，ＤＡ５が得られる。一方、焦点検出領域Ｂ１に関してはそれぞれ評価値ＡＦｖ１，ＡＦｖ２が算出され、さらに、それらの評価値ＡＦｖ１，ＡＦｖ２に基づいて評価値ＡＦｖ３が算出される。そして、評価値ＡＦｖ３に基づいて焦点検出領域Ｂ１の合焦位置（飽和合焦位置）ＤＢ１が算出される。

上述したように、本例では、焦点検出領域Ａ１〜Ａ５のいずれかに飽和エリアがあった場合は、焦点検出領域Ｂ１の評価値ＡＦｖ１，ＡＦｖ２から算出される評価値ＡＦｖ３に基づいて飽和エリアの合焦位置を求めるようにした。その結果、複数の焦点検出領域に分割されたマルチエリアのカメラにおいて、飽和していない焦点検出領域だけでなく、撮像信号が飽和している焦点検出領域においても合焦位置を正確に求めることができる。特に手ぶれ等によって、高輝度被写体Ｈが存在しない焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ５単独で合焦位置を算出した場合には偽合焦となるような状況であっても、焦点検出領域Ｂ１では高輝度被写体Ｈの数がほとんど変動しないため、合焦位置の算出をより正確に行うことができる。

さらに、そのようにして得られた複数の合焦位置から、最終的な合焦位置を一つ求めるようにしているので、偽合焦の発生を防止することができる。

なお、上述した実施形態では、焦点検出領域Ａ１〜Ａ５のいずれかに飽和エリアがあった場合は、焦点検出領域Ｂ１の評価値ＡＦｖ３を算出するとともに、飽和エリアではない焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ５の評価値ＡＦｖ１を算出するようにしているが、図１０に示すように飽和エリアＡ３，Ａ４を含めた焦点検出領域Ａ１〜Ａ５の評価値ＡＦｖ１を算出してもよい。

また、上述した実施形態では、最大値Δmaxから差分Δを差し引いた値である評価値ＡＦｖ３を用いて飽和エリアの合焦位置を検出したが、差分Δそのものを評価値ＡＦｖ３として用いてもよい。この場合、差分Δが極小となるレンズ位置が合焦位置となる。また、評価値ＡＦｖ２と評価値ＡＦｖ１との比を評価値ＡＦｖ３として用いることもできるし、評価値ＡＦｖ２を評価値ＡＦｖ３として用いることもできる。すなわち、飽和エリアに関しては、より低周波成分を含んだ評価値ＡＦｖ２を考慮することにより、飽和エリアでも正確な合焦位置算出を行うことができる。

また、本実施の形態では、バンドパスフィルタ１５１，第１積算回路１５２，第２積算回路１５３によるフィルタ処理および積算処理をカメラ制御部１５によるソフトウェアで処理しているが、これらの機能をハードウェアで実現するように構成してもよい。さらにまた、撮像素子１１を用いた撮影を行う電子カメラを例に説明したが、撮像素子の出力信号を用いて焦点検出を行う焦点検出装置やカメラであれば、上記発明を適用することができる。たとえば、瞳分割位相差検出方式のＡＦとコントラストＡＦ（山登りＡＦ）とを併用するハイブリッドＡＦに適用してもよい。

発明の実施形態に係るデジタルカメラを示すブロック図である。 図１のカメラ制御部の要部およびその周辺の構成を示すブロック図である。 図１の撮像素子の撮像領域内における焦点検出領域を示す図である。 図１の撮像素子における飽和エリアを説明する図である。 図１のフォーカスレンズのレンズ位置に対する評価値レベルの関係を示すグラフである。 図４に示す飽和画素が存在する焦点検出領域Ａ３，Ａ４における合焦位置Ｄ１付近の評価値ＡＦｖ２の変化を示すグラフである。 図１に示すカメラのオートフォーカス動作を示すフローチャートである。 図７に示すオートフォーカス動作におけるサーチ動作と合焦位置の算出方法を示す図である。 図４に示す焦点検出領域の撮像データから合焦位置が算出されるまでのデータの流れを模式的に示すブロック図である。 図４に示す焦点検出領域の撮像データから合焦位置が算出されるまでのデータの流れの他例を模式的に示すブロック図である。

符号の説明

１…デジタルカメラ
１１…撮像素子
１２…Ａ／Ｄ変換部
１３…メモリ制御部
１４…画像処理部
１５…カメラ制御部
１６…メモリ
１７…Ｄ／Ａ変換器
１８…表示部
１９…操作部
２０…インターフェース
２１…撮影レンズ
２２…絞り
２３…レンズ駆動部
２４…絞り駆動部
２５…レンズ駆動制御部
２６…絞り駆動制御部

Claims (4)

1. 複数の第１領域のそれぞれから第１信号を出力し、前記第１領域とは異なる第２領域から第２信号を出力する撮像素子と、
   前記第１信号を用い、かつ、前記第２信号を用いないで前記撮像素子の出力が飽和しているか否かを判定する飽和判定部と、
   前記第１信号及び前記第２信号を用いて焦点評価値を演算する演算部と、
   前記複数の第１領域の何れも飽和していないと前記飽和判定部により判定された場合には、前記第１信号を用い、かつ、前記第２信号を用いないで前記焦点評価値を演算するように前記演算部を制御し、
   前記複数の第１領域の何れかが飽和していると前記飽和判定部により判定された場合には、前記第１信号及び前記第２信号を用いて前記焦点評価値を演算するように前記演算部を制御する制御部と、
   入力された信号の低周波数成分を除去するフィルタと、を含み、
   前記演算部は、前記フィルタを介して入力された前記第１信号及び前記第２信号の積算演算を行う第１積算演算部と、
   前記フィルタを介さずに入力された前記第１信号及び前記第２信号の積算演算を行う第２積算演算部と、を有し、
   前記複数の第１領域の何れかが飽和していると前記飽和判定部により判定された場合において、前記制御部は、飽和していないと判定された前記第１領域については、前記第１積算演算部の出力を用いて前記焦点評価値を演算するように前記演算部を制御し、
   前記複数の第１領域の何れかが飽和していると前記飽和判定部により判定された場合において、前記制御部は、飽和していると判定された前記第１領域については、前記第１積算演算部の出力及び前記第２積算演算部の出力を用いて前記焦点評価値を演算するように前記演算部を制御することを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載された焦点検出装置において、
   前記第１積算演算部の出力を用いて演算された前記焦点評価値に対応する合焦位置、及び、前記第２積算演算部の出力を用いて演算された前記焦点評価値に対応する合焦位置から、光学系の駆動制御に用いられる合焦位置を選択する選択部を有することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項２に記載された焦点検出装置において、
   前記制御部は、前記複数の第１領域の何れも飽和していないと前記飽和判定部により判定された場合には、前記フィルタを介して入力された前記第１信号の積算演算を行うように前記第１積算演算部を制御することを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載された焦点検出装置を備えたことを特徴とする撮像装置。

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