JP6224995B2 - 焦点調節装置、撮像装置、焦点調節方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、焦点調節装置、撮像装置、焦点調節方法、及びプログラムに関する。

デジタルカメラやビデオカメラにおいては、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のセンサからの出力信号を利用し、被写体の焦点評価値に応じた信号を検出して合焦させるコントラスト検出式のオートフォーカス（以下、ＡＦ）方法が一般的に利用されている。この方法では、フォーカスレンズを所定の移動範囲にわたって光軸方向に移動させながら、被写体の焦点評価値を順次検出（ＡＦスキャン動作）し、焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を合焦位置として検出する。

また、焦点評価値を得る際のデジタルフィルタの評価帯域や、合焦位置の内挿計算を行うためのサンプリング間隔を選択することで、より高精度な合焦制御を行う撮像装置が知られている。

特許文献１では、焦点評価値を計算する際のデジタルフィルタの評価帯域を複数設け、それぞれの焦点評価値を計算する。そして、信頼性の高い評価値に対応するデジタルフィルタの中から、最も高帯域のデジタルフィルタを選択することで、ベストピント補正量が小さくなり、高精度な焦点検出が可能である。

特許文献２では、光学データと撮影時の設定パラメータ（Ｆナンバー等）、デジタルフィルタの評価帯域から、最適なサンプリング間隔を設定することで、内挿計算時の合焦精度を高めることが可能である。

特開２００９−１７５１８４号公報 特許第３１０３５８７号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、最も高帯域のデジタルフィルタを選択するため、サンプリング間隔に比して、評価値形状が急峻過ぎ、合焦精度が低下してしまう可能性がある。

また、特許文献２に開示された従来技術では、サンプリング間隔の設定を行う際に予測する評価値形状が、光学設計値とデジタルフィルタの評価帯域から行われるため、実測で得られる評価値形状と一致せず、十分に高精度な焦点検出ができない可能性がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、焦点調節制御の精度を向上させる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、焦点調節部材の位置を移動させることにより焦点調節を行う焦点調節手段と、撮像素子の出力信号に基づいて焦点評価値を取得する評価値取得手段と、前記焦点調節手段に前記焦点調節部材の位置を第１のサンプリング間隔で移動させ、前記評価値取得手段に各位置に対応する焦点評価値を取得させる制御手段と、前記各位置に対応する焦点評価値に基づき、前記評価値取得手段により取得される焦点評価値の最大値からの変化の急峻性の指標となる、前記焦点調節部材の位置の移動量を取得する移動量取得手段と、前記移動量に基づいて第２のサンプリング間隔を決定する決定手段と、前記焦点調節部材の前記第２のサンプリング間隔での各位置に対応する焦点評価値に基づいて、合焦位置を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする焦点調節装置を提供する。

なお、その他の本発明の特徴は、添付図面及び以下の発明を実施するための形態における記載によって更に明らかになるものである。

本発明によれば、焦点調節制御の精度を向上させることが可能となる。

第１の実施形態に係る撮像装置１のＡＦ動作手順を示すフローチャート。 レンズ位置距離ｉの算出手順を示すフローチャート。 焦点調節装置を有する撮像装置１の概略構成を示すブロック図。 顔検知モードにおけるＡＦ枠を示す図。 焦点評価値を取得した際のサンプリング間隔Ｐよりも、内挿計算を行う際のサンプリング間隔Ｐ’が大きい場合の処理の概念図。 焦点評価値及びその微分値を示す図。 フォーカスレンズ位置と焦点評価値との関係を示す図。 合焦位置の直線近似による内挿計算の概念図。 焦点評価値の最大値から三番目に大きい値までが一列に並んでいる場合の、合焦位置の概念図。 第２の実施形態に係る撮像装置１のＡＦ動作手順を示すフローチャート。 複数帯域で算出された焦点評価値を示す図。 直線近似による内挿計算時のサンプリング間隔と合焦精度の関係を示す図。 最も合焦精度の良いサンプリング間隔での焦点評価値形状を示す図。 サンプリング位相と内挿計算により得られる合焦位置との関係を示す図。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが、本発明に必須とは限らない。

［第１の実施形態］
以下に、第１の実施形態を、図１Ａ〜図８及び図１１〜図１３に基づいて詳細に説明する。図２は、焦点調節装置を有する撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラであってもよいが、これに限るものではない。例えば、入射する光学像をエリアセンサなどの２次元配列された固体センサを用いて光電変換により電気的な画像として取得するものであれば、いかなる装置に対しても本発明を適用することが可能である。

図２において、２はズームレンズ群、３はフォーカスレンズ群（焦点調節部材）であり、これらで撮影光学系を構成している。４は撮影光学系を透過する光束の量を制御する光量調節機能（露出制御機能）を有する絞りである。３１はズームレンズ群２、フォーカスレンズ群３、及び絞り４などを含むレンズ鏡筒である。

５は撮影光学系を透過した被写体像が結像し、これを光電変換するＣＣＤ等の固体センサ（以下ＣＣＤ）である。固体センサは、ＣＭＯＳでも良い。ＣＣＤは、本実施形態では、撮像素子を形成する。

６はＣＣＤ５によって光電変換された電気信号を受けて各種の画像処理を施すことにより所定の画像信号を生成する撮像回路を示している。７は撮像回路６により生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路である。

８はＡ／Ｄ変換回路７から出力されるデジタル画像信号を一時的に記憶するバッファメモリ等のメモリ（ＳＤＲＡＭ）である。ＳＤＲＡＭ８は、本実施形態での、記憶部を形成する。ＳＤＲＡＭ８は、ＣＣＤ５の撮像領域の一部領域の出力信号を記録することができる。後述するスキャンＡＦ処理回路１４は、ＳＤＲＡＭ８で記録された出力信号をＭＰＵ１５を介して取得することにより、焦点検出を行うことができる。９はＳＤＲＡＭ８に記憶された画像信号を読み出してこれをアナログ信号に変換するとともに再生出力に適する形態の画像信号に変換するＤ／Ａ変換回路である。

１０は画像信号を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）等の画像表示装置（以下ＬＣＤ）である。１２は半導体メモリ等からなる画像データを記録する記録用メモリである。１１は、復号化処理や伸長処理等を施す伸長回路を含む圧縮伸長回路である。圧縮伸長回路１１は、ＳＤＲＡＭ８に一時記憶された画像信号を読み出して、記録用メモリ１２に対する記録に適した形態にするために画像データの圧縮処理や符号化処理を施す圧縮回路も含む。また、圧縮伸長回路１１は、記録用メモリ１２に記録された画像データの再生表示等をするのに必要な処理を行うように構成される。

１３はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて自動露出（ＡＥ）処理を行うＡＥ処理回路である。１４はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けてオートフォーカス（ＡＦ）処理を行うスキャンＡＦ処理回路である。

１５は撮像装置１の制御を行う演算用のメモリを内蔵したＭＰＵである。１６は所定のタイミング信号を発生するタイミングジェネレータ（以下、ＴＧ）である。

１７はＣＣＤドライバである。２１は絞り４を駆動する絞り駆動モータである。１８は絞り駆動モータ２１を駆動制御する第１モータ駆動回路である。２２はフォーカスレンズ群３を駆動するフォーカス駆動モータである。１９はフォーカス駆動モータ２２を駆動制御する第２モータ駆動回路である。２３はズームレンズ群２を駆動するズーム駆動モータである。２０はズーム駆動モータ２３を駆動制御する第３モータ駆動回路である。

２４は各種のスイッチ群からなる操作スイッチ（ＳＷ）である。２５は各種制御等を行うプログラムや各種動作を行わせるために使用するデータ等が予め記憶されている電気的に書き換え可能な読み出し専用メモリであるＥＥＰＲＯＭである。２６は電池、２８はストロボ発光部、２７はストロボ発光部２８の閃光発光を制御するスイッチング回路、２９はＡＦ動作のＯＫ・ＮＧを表示するためのＬＥＤなどの表示素子である。

なお、画像データ等の記録媒体である記録用メモリは、フラッシュメモリ等の固定型の半導体メモリであり、カード形状やスティック形状を持つ。また、撮像装置１に対して着脱自在に形成されるカード型フラッシュメモリ等の半導体メモリの他、ハードディスクやフレキシブルディスク等の磁気記録媒体等、様々な形態のものが採用可能である。

また、操作スイッチ２４は、主電源スイッチ、レリーズスイッチ、再生スイッチ、ズームスイッチ、ＡＦ評価値信号のモニターへの表示をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ等を含む。主電源スイッチは、撮像装置１を起動させ、電源供給を行うためのものである。レリーズスイッチは、撮像装置１に撮影動作（記録動作）等を開始させる。再生スイッチは、撮像装置１に再生動作を開始させる。ズームスイッチは、撮影光学系のズームレンズ群２を移動させズームを行わせる。レリーズスイッチは、撮影動作に先立って行われるＡＥ処理、ＡＦ処理を開始させる指示信号を発生する第１ストローク（以下、ＳＷ１）と実際の露光動作を開始させる指示信号を発生する第２ストローク（以下、ＳＷ２）との二段スイッチにより構成される。

次に、図１Ａを参照して、上記構成を有する撮像装置１による合焦動作（ＡＦ動作）について説明する。図１Ａは、撮像装置１のＡＦ動作手順を示すフローチャートである。この動作に関する制御プログラムは、ＭＰＵ１５によって実行される。撮像装置１がＡＦ動作を開始すると、本フローチャートの処理が開始する。

Ｓ１０１で、ＭＰＵ１５は、ＡＦ枠を設定する。例えば、ＭＰＵ１５は、図３に示すように、画像全領域の中で、ＡＦを行う枠の位置と大きさを設定する。ＡＦ枠の位置と大きさは、撮影モードに応じて、任意に決められてよい。図３は、顔検知モードで人間の顔に合わせてＡＦ枠が設定された時の概念図である。ＭＰＵ１５は、この時のＡＦ枠の位置と大きさを記憶する。

Ｓ１０２で、ＭＰＵ１５は、Ｓ１０１で設定したＡＦ枠でＡＦスキャン（焦点検出動作）を行うための、サンプリング間隔Ｐ（フォーカスレンズ群３のスキャン間隔）と、スキャン回数Ｎを決定する。

なお、一般的に、複数回、サンプリング間隔を変化させて合焦位置探索を行う場合は、始めにサンプリング間隔を広く設定し、おおまかな合焦位置を見つける（粗スキャン）。そして、その後に、粗スキャンで見つけた合焦位置付近を粗スキャン時よりも細かなサンプリング間隔でスキャンする（密スキャン）。

Ｓ１０３で、ＭＰＵ１５は、スキャン回数をカウントするための変数ｎを１に初期化する。

Ｓ１０４で、ＭＰＵ１５は、第２モータ駆動回路１９を制御することにより、フォーカスレンズ群３をスキャン開始位置に移動させる。そして、ＭＰＵ１５は、スキャンＡＦ処理回路１４を用いることにより現在のスキャン位置における焦点評価値Ｅｖ［１］を算出して記憶する。

Ｓ１０５で、ＭＰＵ１５は、ｎに１を加算する。Ｓ１０６で、ＭＰＵ１５は、ｎ＞Ｎであるか否かを判定する。ｎ＞Ｎでない場合、処理はＳ１０４に戻り、ＭＰＵ１５は、第２モータ駆動回路１９を制御することにより、フォーカスレンズ群３をサンプリング間隔Ｐだけ移動させ、焦点評価値Ｅｖ［ｎ］を算出する。これにより、スキャン開始位置からスキャン終了位置までの各スキャン位置における焦点評価値Ｅｖ［ｎ］（ｎ＝１，２，３，．．．，Ｎ）が得られる。

各スキャン位置に対応するフォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］と、焦点評価値Ｅｖ［ｎ］との関係を図６に示す。図６は、フォーカスレンズ群３をフォーカスレンズ位置ＬＰ１からＬＰ１０までサンプリング間隔Ｐで移動させた時の、焦点評価値Ｅｖ［ｎ］の変化を表している。焦点評価値Ｅｖは、合焦状態に近いほど大きい値をとるパラメータであり、図６では、フォーカスレンズ位置ＬＰ６が最も合焦位置に近い。この場合、内挿計算（詳細は後述）によって求められたＬＰ６付近の位置ＬＰ＿Ｐにフォーカスレンズ群３を駆動させることで、ピントの合った画像を取得することができる。

Ｓ１０７で、ＭＰＵ１５は、焦点評価値の最大値に対応するフォーカスレンズ位置と、焦点評価値の変曲点に対応するフォーカスレンズ位置との間の距離（レンズ位置距離ｉ）を算出する。算出処理（レンズ位置距離ｉは２つの位置間でのレンズの移動量に相当するため、「移動量取得処理」とも呼ぶ）の詳細については、図１Ｂを参照して後述する。

Ｓ１０８で、ＭＰＵ１５は、Ｐ’＝（ｉ×Ｍ）Ｐにより、サンプリング間隔Ｐ’を算出する。ここで、サンプリング間隔Ｐ’は、最終的な合焦位置であるフォーカスレンズ位置ＬＰ＿Ｐを算出するためのサンプリング間隔である。また、Ｍは係数である。係数Ｍの大きさは、フォーカスレンズ位置ＬＰ＿Ｐの内挿計算方法（後述）に応じて変化してもよいし、実験的に、最も合焦精度の良くなるサンプリング間隔とその時のレンズ位置距離ｉの大きさから求められる値でもよい。また、ｉ×Ｍの値が実際のサンプリング間隔で実現不可能な時には、ｉ×Ｍの四捨五入（［ｉ×Ｍ＋０．５］）によりＰ’をＰの整数倍にしてもよい。或いは、フォーカスレンズ群３を再度駆動することにより、（ｉ×Ｍ）Ｐにより算出されたサンプリング間隔Ｐ’で焦点評価値を取得し直してもよい。

直線近似による内挿計算時のサンプリング間隔と合焦精度の関係を図１１に示した。図１１では、図６のように焦点評価値Ｅｖが得られていた場合を想定しており、点線はノイズが無い場合のサンプリング間隔と合焦精度の関係を示し、実線はノイズがある場合のサンプリング間隔と合焦精度の関係を示す。図１１のグラフにおいて、縦軸は、下に行くほど合焦精度が高い。実際の焦点評価値Ｅｖは、ＣＣＤ５に乗るセンサノイズの影響を受け、関数的な変化にはならないので、実際に得られる評価値形状は、図１１の実線に近い形状をとる。また、サンプリング間隔が小さい程、一点一点の焦点評価値Ｅｖのバラつきに、内挿計算結果が影響を受け易くなるので、図１１の実線に示すように、サンプリング間隔が狭い場合に合焦精度が悪化する。図１１において、極小値に対応するサンプリング間隔Ｐ’は、ノイズ量によって変化しない。そのため、サンプリング間隔Ｐ’で内挿計算を行うことにより、合焦精度を向上させることができる。

一般的に、直線近似による内挿計算では、最も合焦精度の良くなるサンプリング間隔は、前述したレンズ位置距離ｉの大きさと相関があり、そのサンプリング間隔の大きさは、レンズ位置距離ｉの１．４倍程度である。即ち、前述の係数Ｍは１．４とすることができる。図１２に示すように、レンズ位置距離ｉから設定されたサンプリング間隔Ｐ’を用いる場合、通常、十字と三角で示した位相の他に、円で示した位相でも、算出されるフォーカスレンズ位置ＬＰ＿Ｐが実際の合焦位置に近くなる。このように、レンズ位置距離ｉのＭ倍の大きさのサンプリング間隔Ｐ’を用いると、直線近似によって作られる３点の重心が常に合焦位置付近を捉えるので、図１１に示すように合焦精度が良くなる。

図１Ａに戻り、Ｓ１０９で、ＭＰＵ１５は、Ｓ１０８で算出されたサンプリング間隔Ｐ’で内挿計算を行い、フォーカスレンズ位置ＬＰ＿Ｐを求める。直線近似による内挿計算の方法の一例を、図７を参照しながら説明する。直線近似による方法は、高次近似による合焦点検出方法よりも演算負荷が少ない。また、直線近似による方法は、合焦位置付近の焦点評価値形状にバラつきが多い場合でも、焦点評価値の最大値付近のレンズ位置を検出できるため、ノイズに強いという利点がある。

図７は、図６の合焦位置付近を拡大した図である。この時、フォーカスレンズ位置ＬＰ＿Ｐを求める方法は種々あるが、本実施形態は、直線近似によるフォーカスレンズ位置ＬＰ＿Ｐの算出方法に関するものである。以下、直線近似により得られるフォーカスレンズ位置ＬＰ＿Ｐを、合焦位置ＬＰ＿Ｐ又は補間合焦位置ＬＰ＿Ｐと呼ぶ場合もある。

直線近似によって、補間合焦位置ＬＰ＿Ｐを求める一例について説明する。補間合焦位置ＬＰ＿Ｐを求める際には、まず、ＭＰＵ１５は、焦点評価値の最大値（図７ではＥｖ［６］）、２番目に大きい値（Ｅｖ［５］）、３番目に大きい値（Ｅｖ［７］）と、そのレンズ位置ＬＰ６、ＬＰ５、Ｌ７を検出する。この時、まず、Ｅｖ［６］とＥｖ［７］を通る直線Ｌ１の式を求める。Ｌ１は、横軸をｘ、縦軸をｙとすると、Ｌ１は、

Ｌ１：ｙ＝（（Ｅｖ［７］−Ｅｖ［６］）／（ＬＰ７−ＬＰ６））×ｘ＋（（ＬＰ７×Ｅｖ［６］−ＬＰ６×Ｅｖ［７］）／（ＬＰ７−ＬＰ６））

で求めることができる。

次に、Ｌ１と傾きの符合が逆で、Ｅｖ［５］を通る直線Ｌ２の式を求める。同様に、横軸をｘ、縦軸をｙとすると、Ｌ２は、

Ｌ２：ｙ＝−（（Ｅｖ［７］−Ｅｖ［６］）／（ＬＰ７−ＬＰ６））×ｘ＋Ｅｖ［５］＋（（Ｅｖ［７］−Ｅｖ［６］）／（ＬＰ７−ＬＰ６））×ＬＰ５

で求めることができる。

この時の、Ｌ１とＬ２の交点のｘ座標が補間合焦位置ＬＰ＿Ｐとなる。つまり、

ＬＰ＿Ｐ＝（Ｅｖ［５］＋（（Ｅｖ［７］−Ｅｖ［６］）／（ＬＰ７−ＬＰ６））×ＬＰ５−（（ＬＰ７×Ｅｖ［６］−ＬＰ６×Ｅｖ［７］）／（ＬＰ７−ＬＰ６）））／（２×（（Ｅｖ［７］−Ｅｖ［６］）／（ＬＰ７−ＬＰ６）））

となる。ここでは、３点から直線近似を行う方法を示したが、４点から行ってもよい。或いは、図８に示すように、最大値から三番目に大きい値までが一列に並んでいる場合には、最大値Ｅｖ［６］をとるレンズ位置ＬＰ６の位置をＬＰ＿Ｐとするような、場合分けを行ってもよい。

図４は、焦点評価値Ｅｖ［ｎ］を取得した際のサンプリング間隔Ｐよりも、内挿計算を行う際のサンプリング間隔Ｐ’が大きい場合の処理の概念図である。この例では、各フォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］での焦点評価値Ｅｖ［ｎ］が取得されている。従来では、各レンズ位置ＬＰ５、ＬＰ６、ＬＰ７とその評価値Ｅｖ［５］、Ｅｖ［６］、Ｅｖ［７］を使用して、図７のように内挿計算が行われていた。それに対し、本実施形態では、レンズ位置距離ｉの定数倍（もしくは、それに一番近い整数）であるサンプリング間隔Ｐ’で内挿計算を行うことにより、ＬＰ＿Ｐを求める。図４では、各レンズ位置ＬＰ１、ＬＰ５、ＬＰ９とその評価値Ｅｖ［１］、Ｅｖ［５］、Ｅｖ［９］を用いる。この時、位相違いの各レンズ位置ＬＰ２、ＬＰ６、ＬＰ１０とその評価値Ｅｖ［２］、Ｅｖ［６］、Ｅｖ［１０］を用いてもよい。或いは、位相違いで算出された複数のＬＰ＿Ｐの平均値を最終的なＬＰ＿Ｐとしてもよい。なお、位相が異なるということは、サンプリング間隔Ｐ’でのサンプリング（評価値取得）の開始位置が異なるということである。

位相違いの内挿計算結果の平均値を用いることで、より合焦精度が向上する理由を、図１３を用いて説明する。一般に、最初に焦点評価値を取得する際のサンプリング間隔をＰ、内挿計算により合焦位置を算出する際のサンプリング間隔をＰ’とすると、ｎ＝Ｐ’／Ｐ通りの位相で合焦位置ＬＰ＿Ｐ’を算出することができる。この時の、サンプリング位相ｎと、ＬＰ＿Ｐ’の関係を、図１３に示した。縦軸が０の位置が実際の合焦位置を示しているので、複数位相での内挿計算結果を平均すると、より実際の合焦位置に近づく可能性を高めることができる。

図１Ａに戻り、Ｓ１１０で、ＭＰＵ１５は、第２モータ駆動回路１９を制御することにより、Ｓ１０９で求めた合焦位置ＬＰ＿Ｐへフォーカスレンズ群３を移動させる。これにより、一連のＡＦ動作が終了する。

次に、図１Ｂ及び図５を参照して、レンズ位置距離ｉの算出方法について詳細に説明する。Ｓ１５１で、ＭＰＵ１５は、ｄｘ［１］＝Ｅｖ［２］−Ｅｖ［１］により、焦点評価値Ｅｖ［１］の微分値ｄｘ［１］を計算する。

Ｓ１５２で、ＭＰＵ１５は、微分値の最大値Ｍａｘ＿ｄｘ及び最小値０＿ｄｘを共に｜ｄｘ［１］｜に初期化する。また、ＭＰＵ１５は、Ｍａｘ＿ｄｘ及び０＿ｄｘに対応するフォーカスレンズ位置を示す変数Ｍａｘ＿ｘｄｘ及び０＿ｘｄｘを１に初期化する。Ｓ１５３で、ＭＰＵ１５は、変数ｎを２に初期化する。

Ｓ１５３からＳ１６０で、ＭＰＵ１５は、ｄｘ［ｎ］＝Ｅｖ［ｎ＋１］−Ｅｖ［ｎ］により、ｄｘ［２］からｄｘ［Ｎ−１］を計算する。ここで、Ｎは図１ＡのＳ１０２で決定した値であり、本実施形態では１０である。また、ＭＰＵ１５は、Ｍａｘ＿ｄｘ及び０＿ｄｘを随時更新する（Ｓ１５５及びＳ１５７の条件分岐参照）。

図５の上側は、図１ＡのＳ１０４で算出されたＥｖ［１］からＥｖ［１０］を示し、図５の下側は、図１ＢのＳ１５１及びＳ１５４で算出されたｄｘ［１］からｄｘ［９］を示す。図５の下側に示すようなｄｘ［１］からｄｘ［９］が得られた場合、最終的に、Ｍａｘ＿ｄｘ＝｜ｄｘ［３］｜、０＿ｄｘ＝｜ｄｘ［６］｜となる。また、図１ＢのＳ１５６及びＳ１５８に示すように、ＭＰＵ１５は、Ｍａｘ＿ｄｘ及び０＿ｄｘを更新する際に、Ｍａｘ＿ｘｄｘ及び０＿ｘｄｘもその時点のｎで更新する。従って、最終的には、Ｍａｘ＿ｘｄｘ＝３、０＿ｘｄｘ＝６となる。

Ｓ１６１で、ＭＰＵ１５は、ｉ＝｜Ｍａｘ＿ｘｄｘ−０＿ｘｄｘ｜により、焦点評価値の最大値に対応するフォーカスレンズ位置と、焦点評価値の変曲点に対応するフォーカスレンズ位置との間の距離である、レンズ位置距離ｉを算出する。図５の例では、ｉ＝３が得られる。

なお、上の説明では、Ｍａｘ＿ｘｄｘ及び０＿ｘｄｘは、Ｍａｘ＿ｄｘ及び０＿ｄｘの更新時のｎの値であるものとした。しかしながら、ＭＰＵ１５は、Ｍａｘ＿ｘｄｘ及び０＿ｘｄｘを、焦点評価値の最大値又は変曲点を含む複数の点に基づく線形補間等によって求めてもよい。例えば、図５の例では、焦点評価値の真の最大値は、ｎ＝６の位置ではなく、ｎ＝６とｎ＝７の間の位置にあると考えられる。そこで、ＭＰＵ１５は、ｄｘ［５］、ｄｘ［６］、及びｄｘ［７］と、これらに対応するｎ＝５，６，７とに基づき、高次近似や線形補間などにより０＿ｘｄｘの値を求めることができる。この場合、レンズ位置距離ｉは、整数ではなく小数の値になる可能性がある。

また、上の説明では、微分値を用いて焦点評価値の変曲点を算出する方法を挙げたが、二次微分の極小値を用いてもよい。また、評価値の裾野（合焦位置から遠い）部分では、微分値が小さい値をとるので、焦点評価値の変化量が一定以下と続く場合には、変曲点の演算から除外するなどしてもよい。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、撮像装置１は、サンプリング間隔Ｐ及びスキャン回数Ｎにより、Ｎ個の焦点評価値Ｅｖ［ｎ］を取得する。そして、撮像装置１は、焦点評価値の最大値に対応するフォーカスレンズ位置と、焦点評価値の変曲点に対応するフォーカスレンズ位置との間の距離である、レンズ位置距離ｉを算出する。そして、撮像装置１は、レンズ位置距離ｉ及び係数Ｍに基づいてサンプリング間隔Ｐ’を算出し、サンプリング間隔Ｐ’に基づく補間演算により最終的な合焦位置を算出する。

レンズ位置距離ｉは、焦点評価値の形状（急峻性）を示す指標であり、フォーカスレンズ群３の移動量（２つの位置間の距離）に相当する。このような性質を持つレンズ位置距離ｉに基づいてサンプリング間隔Ｐ’を決定することにより、合焦位置の補間演算の精度が向上する。従って、本実施形態によれば、焦点調節制御の精度を向上させることが可能となる。

なお、上記の説明では、焦点評価値の形状（急峻性）を示す指標として、焦点評価値の最大値に対応するフォーカスレンズ位置と、焦点評価値の変曲点に対応するフォーカスレンズ位置との間の距離である、レンズ位置距離ｉを用いた。しかしながら、代わりに、例えば焦点評価値の半値幅に対応するレンズ位置距離を指標として用いてもよい。合焦位置の補間演算の精度が向上するようなサンプリング間隔Ｐ’を決定する際に利用可能な指標であれば、いかなる指標を用いても構わない。

［第２の実施形態］
以下、図９及び図１０を参照して、第２の実施形態にについて説明する。第２の実施形態では、複数帯域での焦点評価値の計算が行われる。本実施形態において、撮像装置１の基本的な構成は、第１の実施形態と同様である（図２参照）。

図９を参照して、撮像装置１による合焦動作（ＡＦ動作）について説明する。図９は、撮像装置１のＡＦ動作手順を示すフローチャートである。図９において、図１Ａと同一又は同様の処理が行われるステップには図１Ａと同一の符号を付し、説明を省略する。

Ｓ９０１で、ＭＰＵ１５は、フィルタの番号を示す変数ｋを１に初期化する。撮像装置１は、通過帯域が異なるＫ個のフィルタを有し、焦点評価値の計算は、これらのフィルタのうちのいずれかによって処理された信号に基づいて行われる。本実施形態では、Ｋ＝３とする。

Ｓ９０２で、ＭＰＵ１５は、ｋ番目のフィルタ（フィルタ［ｋ］）を選択する。Ｓ９０３で、ＭＰＵ１５は、スキャンＡＦ処理回路１４を用いることにより、焦点評価値ＡＦ＿Ｃ［ｋ］［ｎ］を算出する。ここでの処理は、図１ＡのＳ１０４と概ね同じであるが、フィルタ［ｋ］により処理された信号に基づいて演算が行われる点がＳ１０４と異なる。

Ｓ９０４で、ＭＰＵ１５は、ｋに１を加算する。Ｓ９０５で、ＭＰＵ１５は、ｋ＞Ｋであるか否かを判定する。ｋ＞Ｋでない場合、処理はＳ９０２に戻り、ＭＰＵ１５は、他のフィルタを選択して、同様の処理を繰り返す。

Ｓ９０１からＳ９０５、Ｓ１０５、及びＳ１０６の処理により、図１０に示すような焦点評価値が取得される。一般的に、低帯域のフィルタ処理を行うと、ＡＦ＿Ｃ［１］のように、焦点評価値の変化量が少なく、広いフォーカスレンズ位置で焦点評価値の変化を検出することができるなだらかな評価値形状が得られる。逆に、高帯域のフィルタ処理を行うと、ＡＦ＿Ｃ［３］のように、合焦位置付近で、焦点評価値の変化量が大きくなり、急峻な評価値形状が得られる。

Ｓ９０６で、ＭＰＵ１５は、レンズ位置距離ｉ［ｋ］（ｋ＝１〜Ｋ）を算出する。ここでの処理は、図１ＡのＳ１０７と概ね同じであるが、Ｋ個のフィルタそれぞれについて、対応する焦点評価値ＡＦ＿Ｃ［ｋ］［ｎ］（ｎ＝１〜Ｎ）に基づいてレンズ位置距離が算出される。図１０に示すように、高帯域で計算された評価値ほど形状が急峻になるので、レンズ位置距離ｉ［ｋ］は小さい値をとる。なお、第１の実施形態で説明した通り、線形補間などを行う場合はレンズ位置距離ｉ［ｋ］は小数になる場合もあり、図１０においては、ｉ［２］は小数である。

Ｓ９０７で、ＭＰＵ１５は、Ｓ９０６で算出されたレンズ位置距離ｉ［ｋ］に基づき、合焦位置の算出時に使用するフィルタ及びサンプリング間隔Ｐ’を決定する。この選択について、図１０を用いて説明する。図１０のように、サンプリング間隔Ｐで、３種類のフィルタ帯域での焦点評価値がそれぞれ得られたとする。この時、ｉ［１］、ｉ［２］、ｉ［３］は、それぞれ図１０の下に示す値になる。この時、第１の実施形態で述べたように、合焦位置計算に用いるサンプリング間隔Ｐ’は、
Ｐ’＝（ｉ［ｋ］×Ｍ）Ｐ （Ｍ＝定数）
であり、ｉ［ｋ］×Ｍは整数である方がよい。図１０の例では、Ｍ＝１．４の場合、ｋ＝２の時に、ｉ［ｋ］×Ｍ＝２（即ち、Ｐ’＝２Ｐ）となる。そこで、ＭＰＵ１５は、フィルタ［２］を選択し、サンプリング間隔Ｐ’＝２Ｐとする。より一般的に言えば、ＭＰＵ１５は、各フィルタに対応するＰ’のうち、Ｐの整数倍に最も近いものを最終的なＰ’として決定する。但し、Ｐの整数倍に最も近いものがＰの完全な整数倍でない場合は、ＭＰＵ１５は、Ｐの整数倍に最も近く、且つＰの完全な整数倍であるものを、最終的なＰ’として決定する。

Ｓ９０８で、ＭＰＵ１５は、Ｓ９０７で選択されたフィルタに対応して取得された焦点評価値を、Ｓ９０７で決定されたサンプリング間隔Ｐ’で内挿計算を行い、フォーカスレンズ位置ＬＰ＿Ｐを求める。ここでの具体的な計算方法は、図１ＡのＳ１０９と同様である。

このように、ＭＰＵ１５は、定数Ｍとレンズ位置距離ｉ［ｋ］の乗算の値が最も整数値に近くなるという条件に基づき、フィルタと、サンプリング間隔Ｐ’とを決定する。条件を満たすフィルタが複数存在する場合は、ＭＰＵ１５は、Ｐ’が最も小さくなるフィルタを選択してもよい。或いは、ＭＰＵ１５は、これら複数のフィルタそれぞれを用いてＳ９０８で合省位置の算出を行い、その平均値を最終的な合焦位置としてもよい。また、Ｐ’が２以上の場合には、第１の実施形態で述べたように、ＭＰＵ１５は、Ｓ９０８での合焦位置算出の際に、複数の位相で計算を行い、その平均値を最終的な合焦位置としてもよい。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、撮像装置１は、複数帯域で焦点評価値の計算を行い、合焦精度を最も向上させる帯域のフィルタを選択する。これにより、焦点調節制御の精度を向上させることが可能となる。

［その他の実施形態］
上記の実施形態では、被写体の合焦状態の変化を、フォーカスレンズ群３の移動により実現した。しかしながら、合焦状態の変化を実現する方法については、これに限らない。例えば、フォーカスレンズ群３ではなくＣＣＤ５を移動させることにより合焦状態の変化を実現してもよい。この場合、ＣＣＤ５が焦点調節部材としての役割を果たす。また、光線の入射角度情報（ライトフィールド情報）を取得できる撮像装置であれば、再構成処理により合焦状態の変化を実現してもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (10)

1. 焦点調節部材の位置を移動させることにより焦点調節を行う焦点調節手段と、
   撮像素子の出力信号に基づいて焦点評価値を取得する評価値取得手段と、
   前記焦点調節手段に前記焦点調節部材の位置を第１のサンプリング間隔で移動させ、前記評価値取得手段に各位置に対応する焦点評価値を取得させる制御手段と、
   前記各位置に対応する焦点評価値に基づき、前記評価値取得手段により取得される焦点評価値の最大値からの変化の急峻性の指標となる、前記焦点調節部材の位置の移動量を取得する移動量取得手段と、
   前記移動量に基づいて第２のサンプリング間隔を決定する決定手段と、
   前記焦点調節部材の前記第２のサンプリング間隔での各位置に対応する焦点評価値に基づいて、合焦位置を検出する検出手段と、
   を備えることを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記検出手段は、前記焦点調節手段に前記焦点調節部材の位置を前記第２のサンプリング間隔で移動させ、前記評価値取得手段に各位置に対応する焦点評価値を取得させることにより、前記焦点調節部材の前記第２のサンプリング間隔での各位置に対応する焦点評価値を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記決定手段は、前記第２のサンプリング間隔が前記第１のサンプリング間隔の整数倍となるように、前記第２のサンプリング間隔を決定し、
   前記検出手段は、前記焦点調節部材の前記第１のサンプリング間隔での各位置に対応する焦点評価値から、前記焦点調節部材の前記第２のサンプリング間隔での各位置に対応する焦点評価値を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
4. 複数の帯域のうちの１つを選択し、前記撮像素子の出力信号の当該選択した帯域を通過させるフィルタ手段を更に備え、
   前記決定手段は、
   前記複数の帯域それぞれが選択された状態で前記評価値取得手段により取得された焦点評価値に基づいて前記移動量取得手段により取得された各移動量について、第２のサンプリング間隔を決定し、
   前記複数の帯域それぞれに対応する第２のサンプリング間隔のうち、前記第１のサンプリング間隔の整数倍に最も近いものを選択し、前記第１のサンプリング間隔の整数倍であって当該選択した第２のサンプリング間隔に最も近い値を、最終的な前記第２のサンプリング間隔として決定し、
   前記検出手段は、前記最終的な第２のサンプリング間隔に対応する帯域が選択された状態で前記評価値取得手段により取得された焦点評価値に基づいて、前記合焦位置を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
5. 前記検出手段は、
   異なる複数の位置を開始位置として、各開始位置について前記焦点調節部材の前記第２のサンプリング間隔での各位置に対応する焦点評価値を取得し、
   前記各開始位置について、前記焦点調節部材の前記第２のサンプリング間隔での各位置に対応する焦点評価値に基づいて、合焦位置を検出し、
   前記各開始位置に対応する合焦位置の平均値を最終的な前記合焦位置として検出する
   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. 前記移動量取得手段は、前記評価値取得手段により取得される焦点評価値の最大値に対応する前記焦点調節部材の位置と、当該焦点評価値の変化の変曲点に対応する前記焦点調節部材の位置との距離を、前記移動量として取得する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
7. 前記移動量取得手段は、前記評価値取得手段により取得される焦点評価値の半値幅に対応する前記焦点調節部材の位置間の距離を、前記移動量として取得する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点調節装置と、
   前記撮像素子と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
9. 焦点調節装置による焦点調節方法であって、
   前記焦点調節装置の焦点調節手段が、焦点調節部材の位置を移動させることにより焦点調節を行う焦点調節工程と、
   前記焦点調節装置の評価値取得手段が、撮像素子の出力信号に基づいて焦点評価値を取得する評価値取得工程と、
   前記焦点調節装置の制御手段が、前記焦点調節工程により前記焦点調節部材の位置を第１のサンプリング間隔で移動させ、前記評価値取得工程により各位置に対応する焦点評価値を取得する制御工程と、
   前記焦点調節装置の移動量取得手段が、前記各位置に対応する焦点評価値に基づき、前記評価値取得工程により取得される焦点評価値の最大値からの変化の急峻性の指標となる、前記焦点調節部材の位置の移動量を取得する移動量取得工程と、
   前記焦点調節装置の決定手段が、前記移動量に基づいて第２のサンプリング間隔を決定する決定工程と、
   前記焦点調節装置の検出手段が、前記焦点調節部材の前記第２のサンプリング間隔での各位置に対応する焦点評価値に基づいて、合焦位置を検出する検出工程と、
   を備えることを特徴とする焦点調節方法。
10. コンピュータを、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点調節装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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