JP6338347B2 - 撮像装置、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置及びその制御方法に関し、より詳しくは撮像素子から出力される画像信号を用いて焦点調節を行う撮像装置及びその制御方法に関する。

デジタルスチルカメラ等の撮像装置におけるオートフォーカス（以下、ＡＦ）方式として、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子からの出力信号を利用し、被写体のコントラスト値に応じたＡＦ評価値信号を検出して合焦させるコントラストＡＦ方式がある。

しかし、コントラストＡＦ方式では、被写体が低照度であったり、低コントラストであったりする場合に、ＡＦ評価値が小さくなり、また、撮像素子の出力信号に含まれるノイズ成分の割合が大きくなるため、焦点検出性能が低下する問題がある。

そこで、ＡＦ評価値を算出する撮像素子上の領域である測距領域を複数に分割し、個々の測距領域ごとにエッジ判別評価値を算出する技術が提案されている（特許文献１）。エッジ判別評価値は、フォーカスレンズを光軸方向にスキャン駆動しながら検出したＡＦ評価値の総和であり、値が大きい場合には、分割された測距領域内に高精度な焦点検出を可能とする被写体のエッジ部が存在することを示す。

その後、個々の測距領域ごとのエッジ判別評価値を用いて、個々の測距領域のＡＦ評価値を測距に用いるか否かを判定し、用いると判定された測距領域のＡＦ評価値を積算し、総合的なＡＦ評価値とする。

これにより、ＡＦ評価値の情報量を増やすことができ、被写体が低照度であったり、低コントラストであったりする場合の焦点検出性能を向上させることができる。

特開２０１０−７８８１０号公報

しかし、上記特許文献の技術では、フォーカスレンズのスキャン駆動中に被写体が動いたり、撮影光学系のレンズ駆動によるボケ状態の変化や像倍率の変化により撮像素子に結像する光学像が移動したりすると、個々の測距領域の使用可否の判定精度が悪化し、正確なエッジ判定や信頼性の高いＡＦ評価値の算出を行うことが難しい。

また、上記特許文献１のように、水平及び垂直方向に格子状に設定された複数の測距領域から焦点検出に用いる測距領域を選択して焦点検出に用いる場合、垂直方向や水平方向にコントラスト値が高い一般的な被写体の動きやボケ状態の変化による影響を受けやすい。そのため、垂直方向や水平方向にコントラスト値が高い被写体に対して、多くの測距領域でエッジ判定が不可能になったり、信頼性の高いＡＦ評価値を得られなかったりして、焦点検出精度が悪化することがある。

そこで、本発明は、焦点検出動作中に被写体が動いたりボケ状態が変化した場合でも、高精度な焦点検出を実現する仕組みを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮影光学系を介して入射した光により形成された光学像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、撮像素子に対して第１の方向及び第１の方向と異なる第２の方向に格子状に複数の測距領域を設定する設定手段と、複数の測距領域の各々の測距領域に対応する撮像素子の複数の画素の画像信号の第２の方向に関するコントラスト焦点評価値を生成する生成手段と、画像信号を用いて複数の測距領域の各々の信頼性を判定する信頼性判定手段と、複数の測距領域のうち信頼性が所定の閾値よりも高い測距領域の画像信号に基づいたコントラスト焦点評価値に基づいて撮影光学系の焦点を調節する焦点調節手段とを備え、前記設定手段は、第１の方向に設定された複数の測距領域に含まれる第１、第２の測距領域のうち、第１の測距領域の第２の方向の２つの境界の少なくとも一方の境界が、第２の測距領域の第２の方向の領域内に含まれるよう複数の測距領域を設定し、第１、第２の測距領域が第１の方向に対して互いにずれていることを特徴とする。

本発明によれば、焦点検出動作中に被写体が動いたりボケ状態が変化した場合でも、高精度な焦点検出を実現することができる。

本発明の第１の実施形態である撮像装置の一例であるデジタルスチルカメラの概略構成例を示すブロック図である。 図１に示すデジタルスチルカメラのＡＦ動作を示すフローチャートである。 （ａ）は、図１に示すデジタルスチルカメラが備える焦点調節装置に設定された測距領域の撮影画面内での設定を示す図である。（ｂ）は、（ａ）の比較例の焦点調節装置に設定された測距領域の撮影画面内での設定を示す図である。 （ａ）は図３（ａ）の全測距領域の拡大図、（ｂ）は図３（ｂ）の全測距領域の拡大図である。 図２のステップＳ３における各測距領域の信頼性評価の具体的処理を示すフローチャートである。 図１に示すデジタルスチルカメラの撮影画面上に形成される画像を示し、（ａ）は最も遠側にピントがあった状態を示す図、（ｂ）は（ａ）より至近側にピントが合った状態を示す図である。 図１に示すデジタルスチルカメラの撮影画面上に形成される画像を示し、（ａ）は図６（ｂ）より至近側にピントが合った状態を示す図、（ｂ）は（ａ）より至近側にピントが合った状態を示す図である。 （ａ）は図１に示すデジタルスチルカメラにおけるフォーカスレンズ群の位置と焦点評価値との関係を示すグラフ、（ｂ）は図１に示すデジタルスチルカメラにおけるフォーカスレンズ群の位置と輝度信号差分値との関係を示すグラフである。 図２のステップＳ４における各測距領域群の遠近競合判定の具体的処理を示すフローチャートである。 図１に示すデジタルスチルカメラにおける測距領域群のＡＦ評価値とフォーカスレンズ群の位置との関係を示すグラフである。 （ａ）は図３（ａ）に対して図２のステップＳ３及びステップＳ４で抽出されない測距領域を示す図、（ｂ）は図３（ｂ）に対して図２のステップＳ３及びステップＳ４で抽出されない測距領域を示す図である。 図１に示すデジタルスチルカメラにおける測距領域の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態である焦点調節装置を備えるデジタルスチルカメラにおける測距領域の撮影画面内での設定を示す図である。 本発明の第３の実施形態である焦点調節装置を備えるデジタルスチルカメラのＡＦ動作を示すフローチャートである。 （ａ）は本発明の第４の実施形態である焦点調節装置を備えるデジタルスチルカメラにおける測距領域の撮影画面内での設定の一例を示す図、（ｂ）は測距領域の撮影画面内での設定の比較例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタルスチルカメラの概略構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態では、撮像装置として、デジタルスチルカメラを例示するが、デジタルビデオカメラの他、撮像素子から出力される画像信号を用いて焦点調節を行うものであれば、特に限定されない。

図１に示すように、デジタルスチルカメラ１は、ズームレンズ群２、フォーカスレンズ群３及び絞り４等からなる撮影光学系が格納されたレンズ鏡筒３１を備える。

撮像素子５は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等で構成され、撮影光学系を介して入射した光学像を光電変換して画像信号を出力する。

撮像回路６は、撮像素子５によって光電変換された画像信号に対し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。Ａ／Ｄ変換回路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化する。

ＶＲＡＭ８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。Ｄ／Ａ変換回路９は、ＶＲＡＭ８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。

表示部１０は、ＬＣＤ等で構成され、撮影画像を表示するとともに、後述するＡＦ時に測距領域を示す測距枠を表示する。記憶用メモリ１２は、半導体メモリ等で構成され、画像データを記憶する。

圧縮伸長回路１１は、ＶＲＡＭ８に一時記憶された画像信号を読み出して、記憶用メモリ１２に対する記憶に適した形態にするために画像データに圧縮処理や符号化処理を施す。また、圧縮伸長回路１１は、記憶用メモリ１２に格納された画像データを読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理後の画像データを再び記憶用メモリ１２に書き込む。

ＡＥ処理回路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。スキャンＡＦ処理回路１４は、Ａ／Ｄ変換回路７からの出力を受けてＡＦ処理を行う。ＣＰＵ１５は、演算用のメモリを内蔵し、カメラ全体の制御を司る。ＴＧ（タイミングジェネレータ）１６は、撮像回路６、及び撮像素子ドライバ１７に対して所定のタイミング信号を供給する。

第１モータ駆動回路１８は、絞り４を駆動する絞り駆動モータ２１を制御する。第２モータ駆動回路１９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２２を制御する。第３モータ駆動回路２０は、ズームレンズ群２を駆動するズーム駆動モータ２３を制御する。

ＥＥＰＲＯＭ２５は、各種制御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。スイッチング回路２７は、ストロボ発光部２８の閃光発光を制御する。電池２６は、ＣＰＵ１５及びストロボ発光部２８に電源を供給する。表示素子２９は、ＬＥＤ等で構成され、ＡＦ動作のＯＫ・ＮＧを表示する。

操作スイッチ群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、及び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、カメラを起動させ、電池２６から電源を供給するためのスイッチである。レリーズスイッチは、撮影動作（記憶動作）等を開始させる。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ストロークとの二段スイッチにより構成される。再生スイッチは、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を移動させる。

図２は、デジタルスチルカメラ１のＡＦ動作を示すフローチャートである。図２での各処理は、ＲＯＭ等に記憶された制御プログラムがＲＡＭにロードされてＣＰＵ１５によって実行される。

ＣＰＵ１５は、図２のＡＦ動作処理を開始すると、ステップＳ１で被写体に対する焦点調節を行うための測距領域および測距領域群を設定し、ステップＳ２に進む。このステップＳ１の処理では、撮像画面内にＭ＝ｍ＿ｈ×ｍ＿ｖ個（ｍ＿ｈ＝１，２，…、ｍ＿ｖ＝１，２，…）からなる複数の矩形の測距領域が格子状に設定される（設定手段、設定ステップ）。測距領域群の設定については後述する。なお、本明細書における「格子状」とは、複数の領域が隙間なく設定されている状態を意味し、行あるいは列間で境界線がずれている場合を含む。

各々の測距領域内には、複数の撮影画素が列方向及び行方向に二次元状に配列されている。各々の測距領域に配列された撮影画素の画素数は同一である。

図３（ａ）は、デジタルスチルカメラ１が備える焦点調節装置に設定された測距領域の撮影画面内での設定を示す図である。この例では、撮影画面５００内の中央にＭ＝５×５個に分割された全測距領域５０４が設定され、かつ各行毎にＸ方向（水平方向）に位置をずらして設定されている。Ｘ方向のずらし量は、異なる行の間で一つの測距領域の幅を行数５で割った幅の整数倍となるよう設定されている。

全測距領域５０４は、後述するＡＦ処理により、焦点調節を行うための画像信号を評価する範囲であり、ＡＦ処理の目的は、撮影者が全測距領域５０４内の意図する被写体に焦点を合わせることである。ここで、測距領域の位置、大きさ、数は、図３（ａ）の例に限らず、任意に設定されてよい。

なお、ずらし量、および分割数（測距領域の数）は、被写体に応じて変更してもよい。被写体の大きさが小さい場合に、分割数を保つと、1つの測距領域が小さくなり、得られる焦点評価値のS/N比が悪化する恐れがある。そのため、測距領域の最小面積を設定し、それ以上の面積となるよう分割数を設定してもよい。設定された分割数に応じて、ずらし量も変更すればよい。

図３（ｂ）は、比較例として、上記特許文献１と同様に、撮影画面５００内の中央にＭ＝５×５個に分割された全測距領域５０４が設定された状態を示す図である。なお、図３（ａ）と図３（ｂ）との比較については、後述する。

図４（ａ）は、図３（ａ）の全測距領域５０４の拡大図である。図４（ｂ）は、図３（ｂ）の全測距領域５０４の拡大図である。図４（ａ）において、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］（但し、ｈ＝１，２，…，ｍ＿ｈ、ｖ＝１，２，…，ｍ＿ｖ）は、全測距領域５０４を分割した面積の小さい測距領域を示している。

ここで、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］のうち、垂直方向（Ｙ方向）に位置の異なる測距領域は、本発明の第１の方向に並設される複数の測距領域に含まれる第１、第２の測距領域に相当する。図４（ａ）の垂直方向（Ｙ方向（列方向））は、本発明の第１の方向に相当し、水平方向（Ｘ方向（行方向））は、本発明の第１の方向と異なる（直交する）第２の方向に相当する。

第１の測距領域をＡ［１，１］とし、第２の測距領域をＡ［２，１］とした場合に、Ａ［１，１］のＸ方向左側の境界は、Ａ［２，１］のＸ方向の幅の範囲内に含まれる。即ち、第１の測距領域の第２の方向の２つの境界の少なくとも一方の境界が、第２の測距領域の第２の方向の領域内に含まれる。

また、ステップＳ１では、ＣＰＵ１５は、図４（ａ）に示すように、斜線でハッチングされた外周部の測距領域群５０６と格子状にハッチングされた中央部の測距領域群５０７とを設定する。これらの測距領域群５０５，５０７は、全測距領域５０４内でカメラからの距離が異なる被写体の存在の有無を判定する遠近競合判定を行うために用いる。詳細については、後述する。

一般に、全測距領域５０４の中央部に撮影者が焦点を合わせたい被写体が存在する確率が高いため、本実施形態では、中央部と外周部とで測距領域群を設定したが、設定方法はこれに限らない。例えば、被写体検出により顔のサイズがわかっている場合には、それに対応した位置、サイズに測距領域群を設定すればよい。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ２でステップＳ１で設定した各測距領域でＡＦスキャン（焦点検出動作）を行い、ステップＳ３に進む。ＡＦスキャンでは、ＣＰＵ１５は、フォーカスレンズ群３をスキャン開始位置からスキャン終了位置まで所定量ずつ移動させ、各位置で焦点検出動作を実行する。そして、ＣＰＵ１５は、スキャンＡＦ処理回路１４によりフォーカスレンズ群３の位置におけるコントラスト焦点評価値及び輝度信号差分値を生成して記憶する（生成手段、生成ステップ）。

ここで、焦点評価値は、Ｅ［ｎ］［ｈ，ｖ］（但し、ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１、ｈ＝１，２，…，ｍ＿ｈ、ｖ＝１，２，…，ｍ＿ｖ）とする。また、輝度信号差分値は、Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］（但し、ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１、ｈ＝１，２，…，ｍ＿ｈ、ｖ＝１，２，…，ｍ＿ｖ）とする。

焦点評価値Ｅ［ｎ］［ｈ，ｖ］は、ＡＦスキャン開始位置からｎ番目のフォーカスレンズ群３の位置での測距領域Ａ［ｈ，ｖ］の焦点評価値を示す。また、ＡＦスキャン開始から終了までの焦点検出動作の回数（スキャン点数）をＮとする。

焦点評価値Ｅは、スキャンＡＦ処理回路１４で入力された画像信号を受けて、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］内の画像信号の高周波成分がハイパスフィルタなどを介して抽出され、更に累積加算などの演算処理を行い算出される。このように算出される焦点評価値Ｅは、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］内の画像信号において、空間周波数が高域の輪郭成分量に対応し、デフォーカスすると減少し、合焦状態で最大となる。

なお、焦点評価値Ｅは、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］内の代表的な１行の高周波成分の値を用いてもよい。代表的な１行としては、例えば、最も高周波成分の値が大きい行の値を用いる。また、焦点評価値Ｅは、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］内の全ての行の高周波成分の積分値を用いてもよい。

輝度信号差分値Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］は、ＡＦスキャン開始位置からｎ番目のフォーカスレンズ群３の位置での測距領域Ａ［ｈ，ｖ］の輝度信号差分値を示す。また、ＡＦスキャン開始から終了まで輝度信号差分値の検出回数（スキャン点数）をＮとする。輝度信号差分値Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］は、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］内のＡＦスキャン中の被写体の動きを検出するための評価値である。

例えば、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］内の輝度信号差分値Ｄは、スキャンＡＦ処理回路１４で、入力された画像信号を用いて、次式（１）により算出される。

上式（１）において、ｍａｘ［ｈ，ｖ］（ｌ）、ｍｉｎ［ｈ，ｖ］（ｌ）は、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］を構成するＬ行の画素配列の内のｈｌ行目の輝度信号の最大値と最小値を示す。

上式（１）では、各行ごとに、輝度信号の最大値と最小値の差分を算出し、算出された差分を測距領域内の全ての行の総和を算出し、輝度信号差分値Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］としている。ここで、輝度信号としては、画像信号をそのまま用いてもよいし、画像信号にローパスフィルタ処理を施し、高周波数のノイズを除去してから用いてもよい。

本実施形態では、各行の輝度信号の最大値と最小値の差分の積算値を輝度信号差分値Ｄとしたが、算出方法は、これに限らない。例えば、各行ごとに輝度信号の最大値と最小値との差分を算出し、全ての行の差分値の最大値を輝度信号差分値Ｄとしてもよい。また、焦点評価値Ｅとして高周波成分を抽出する方向に、輝度信号差分値Ｄも算出を行う。

上式（１）を用いて算出される輝度信号差分値Ｄは、被写体の輪郭部の合焦状態の変化による影響は小さく、ＡＦスキャン中に新たに測距領域内の輝度信号の最小値、最大値が変化した際に影響を受ける。

測距領域Ａ［ｈ，ｖ］内の輝度信号の最小値、最大値は、被写体の移動やボケ状態の変化により変化する。すなわち、輝度信号差分値Ｄは、被写体の移動やボケ状態の変化により測距領域内の輝度信号が変化したときに変化する。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ３で各測距領域の信頼性評価値を算出し、ステップＳ４に進む。ここで算出する信頼性評価値は、ステップＳ２で行ったＡＦスキャン中の被写体の移動がＡＦに与える影響や、像倍率の変化やボケの変化に伴う測距領域外の被写体のＡＦに与える影響を排除するために用いる評価値である。

信頼性評価値が大きい場合、ＡＦスキャン中の上述のような事象のＡＦに与える影響が大きい（測距領域の信頼性が低い）ことを示す。なお、測距領域の信頼性評価値算出の方法の詳細については後述する。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ４で各測距領域群の遠近競合判定を行い、ステップＳ５に進む。ここでは、ＣＰＵ１５は、図４（ａ）で説明した測距領域群５０６，５０７のそれぞれで焦点評価値がピーク（最大）となるフォーカスレンズ群３の位置、すなわち合焦位置を算出する。

そして、ＣＰＵ１５は、各測距領域群５０６，５０７ごとの合焦位置を比較することにより全測距領域５０４内の遠近競合の有無を判定し、主被写体が存在する測距領域群を判定する。なお、各測距領域群の遠近競合判定の方法の詳細については後述する。

ステップＳ５では、ＣＰＵ１５は、ステップＳ３で信頼性が高いと評価され、かつ、ステップＳ４で主被写体が存在すると判定された測距領域群を構成する測距領域が存在するか否かを判定する（信頼性判定手段、信頼性判定ステップ）。なお、測距領域の数が所定の閾値に対して多い場合に、測距領域が存在すると判定してもよい。そして、ＣＰＵ１５は、ＡＦ評価可能な測距領域が存在する場合、ステップＳ６に進む。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ６で測距領域のＡＦ評価値の算出を行い、ステップＳ８に進む。ＣＰＵ１５は、フォーカスレンズ群３を再度駆動することなく、ステップＳ２で取得した焦点評価値Ｅを用いて、ＡＦ評価値を算出する。

ＡＦ評価値ＡＦ＿Ｖ［ｎ］は、ＡＦスキャン開始位置からｎ番目のフォーカスレンズ群３の位置での全測距領域５０４の合焦状態を示す値であり、合焦状態に近づけば近づくほど、大きくなる。

本実施形態では、全測距領域５０４は、複数の測距領域に分割され、各々の測距領域で焦点評価値Ｅを算出する。焦点評価値Ｅは、上述の通り、デフォーカスすると減少し、合焦状態で最大となる評価値であるため、焦点評価値Ｅの総和として算出されるＡＦ評価値ＡＦ＿Ｖ［ｎ］も、同様の性質を持つ。

また、ＡＦスキャン開始から終了までスキャン点数をＮ点とし、例えば、ステップＳ５で判定したＡＦ評価可能な測距領域の数をＡＦ＿Ｎｕｍとすると、ＡＦ評価値ＡＦ＿Ｖ［ｎ］は、次式（２）で算出される。

上式（２）において、ステップＳ３で信頼性が有ると評価され、かつ、ステップＳ４で使用可能な測距領域群に含まれる測距領域以外の焦点評価値Ｅ［ｎ］［ｈ，ｖ］は、０として演算を行う。更に、焦点評価値の総和をＡＦ評価可能な測距領域の数ＡＦ＿Ｎｕｍで正規化している。これにより、ＡＦ評価可能な測距領域の数ＡＦ＿Ｎｕｍによらず、安定したＡＦ評価値を得ることができる。

つまり、ＡＦ評価値は、焦点評価値Ｅの総和を焦点調節に用いると判定された測距領域の領域数で除算することで正規化されている。

また、本実施形態では、ＡＦ評価値の算出に当たり、焦点評価値の積算を行ったが、算出方法はこれに限らない。例えば、全測距領域内の中央部の測距領域を重視して、中央部の測距領域の焦点評価値に対して、他の測距領域の焦点評価値より値が大きくなるように重みづけを行ってもよい。本発明では、焦点評価値の和をＡＦ評価値とするが、和の算出方法は、上記のような重みづけを行った後の和も含む。

一方、ＣＰＵ１５は、ステップＳ３で信頼性が高いと評価され、かつ、ステップＳ４で主被写体が存在する測距領域群に含まれる測距領域が存在しないとステップＳ５で判定された場合、ステップＳ７に進む。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ７で全測距領域５０４内の所定の領域においてＡＦ評価値を算出し、ステップＳ８に進む。ここでは、ＣＰＵ１５は、例えば、図４（ａ）の２５個の測距領域の全ての焦点評価値Ｅ［ｎ］［ｈ，ｖ］の総和をＡＦ評価値として算出する。周辺部より中央を重視する場合には、中央近傍の３×３の計９個の測距領域を用いるなど、使用する測距領域は、これに限らない。

ステップＳ８では、ＣＰＵ１５は、合焦判定を行い、ステップＳ９に進む。ここでは、ＣＰＵ１５は、フォーカスレンズ群３の位置に対するＡＦ評価値の極大値の有無を判定し、極大値が存在する場合のフォーカスレンズ群３の位置を算出する。更に、ＣＰＵ１５は、極大値近傍のＡＦ評価値の変化曲線の信頼性を評価する。この信頼性評価は、求められたＡＦ評価値が、被写体の光学像が撮像素子５に結像したために極大値をとったのか、その他の外乱により極大値をとったのかを判定する。

合焦判定の具体的方法としては、公知（例えば、上記特許文献１の図１０〜図１３参照）の方法を用いればよい。つまり、合焦状態を示すＡＦ評価値が山状になっているか否かを、ＡＦ評価値の最大値と最小値の差、一定値（ＳｌｏｐｅＴｈｒ）以上の傾きで傾斜している部分の長さ、および傾斜している部分の勾配から判断する。これにより、合焦判定を行うことができる。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ８での合焦判定の結果、合焦可能であるか否かをステップＳ９で判定し、合焦可能であると判定した場合は、ステップＳ１０に進み、合焦可能でないと判定した場合は、ステップＳ１２に進む。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ１０でＡＦ評価値に基づいてピーク位置を演算し、ピーク位置にフォーカスレンズ群３を駆動し（焦点調節手段、焦点調節ステップ）、ステップＳ１１に進む。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ１１で合焦表示を行い、本ＡＦ動作処理を終了する。

一方、ＣＰＵ１５は、ステップＳ１２であらかじめ設定された定点と呼ばれるレンズが被写体に合焦する確率が高い位置にフォーカスレンズ群３を駆動し、ステップＳ１３に進む。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ１３で非合焦表示を行い、本ＡＦ動作処理を終了する。

次に、図５を参照して、図２のステップＳ３における各測距領域の信頼性評価の具体的処理について説明する。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ３１で信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］を算出し、ステップＳ３２に進む。ここで、信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］は、各測距領域が、ＡＦスキャン中の被写体の移動がＡＦに与える影響や、像倍率の変化やボケの変化に伴う測距領域外の被写体のＡＦに与える影響を受けているか否かを判定する評価値である。信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］は、ＡＦスキャン中の測距領域Ａ［ｈ，ｖ］の輝度信号差分値Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］の変化量として算出され、次式（３）で得ることができる。

上式（３）により算出される信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］は、ＡＦスキャン中のフォーカスレンズ群３の位置の変化による輝度信号差分値Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］の変化量の最大値である。

上述の信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］によって、各測距領域がＡＦスキャン中の被写体の移動がＡＦに与える影響や、像倍率の変化やボケの変化に伴う測距領域外の被写体のＡＦに与える影響を受けているか否かを判定する理由について、図６及び図７を用いて説明する。

図６及び図７は、ＡＦスキャン中のフォーカスレンズ群３の移動による図３の撮影画面５００の変化を模式的に示した図である。

図６（ａ）は、図６及び図７において最も遠側にピントがあった状態を示しており、主被写体である人物５０１や家屋５０２，５０３はボケた状態となっている。

図６（ｂ）は、図６（ａ）より至近側にピントが合った状態を示しており、人物５０１がボケているのに対して、家屋５０２，５０３はおおむねピントが合った状態となっている。

図７（ａ）は、図６（ｂ）より至近側にピントが合った状態を示しており、主被写体である人物５０１に概ねピントが合っているのに対して、家屋５０２，５０３はボケた状態となっている。

図７（ｂ）は、図７（ａ）より至近側にピントが合った状態を示しており、被写体によってボケ状態は異なるが、撮影範囲５００内の全ての被写体がボケた状態となっている。

図６（ａ）〜図７（ｂ）のように、遠側から至近側にピントが合った状態が変化するのに合わせて、撮影光学系の像倍率の変化により家屋５０２，５０３は、徐々に撮影範囲の中央に移動している。このようなＡＦスキャン中の被写体の移動は、測距領域で得られる焦点評価値の信頼性を損ねる。本実施形態では、測距領域の設定を工夫することにより、このような被写体の移動による影響を低減する。以下、詳述する。

図８に、図６（ａ）〜図７（ｂ）の状況における測距領域Ａの焦点評価値Ｅと輝度信号差分値Ｄを示す。本実施形態では、測距領域の代表例として、図６及び図７に示したＡ［２，４］、Ａ［３，３］、Ａ［４，２］の焦点評価値Ｅを図８（ａ）に示し、輝度信号差分値Ｄを図８（ｂ）に示している。

図８（ａ）は、フォーカスレンズ群３の位置と焦点評価値Ｅとの関係を示すグラフ図である。図８（ａ）中のＥ［２，４］、Ｅ［３，３］、Ｅ［４，２］は、それぞれ測距領域Ａ［２，４］、Ａ［３，３］、Ａ［４，２］の焦点評価値Ｅの変化を示す曲線である。また、レンズポジションＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４は、それぞれ図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）に示したフォーカスレンズ群３の位置と対応している。

図８（ｂ）は、フォーカスレンズ群３の位置と輝度信号差分値Ｄとの関係を示すグラフ図である。図８（ｂ）中のＤ［２，４］、Ｄ［３，３］、Ｄ［４，２］は、それぞれ測距領域Ａ［２，４］、Ａ［３，３］、Ａ［４，２］の輝度信号差分値Ｄの変化を示す曲線である。また、レンズポジションＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４は、それぞれ図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）に示したフォーカスレンズ群３の位置と対応している。

測距領域Ａ［２，４］では、図６（ａ）の状態では、人物５０１、家屋５０２のいずれも輪郭が領域内にないため、焦点評価値Ｅ［２，４］は、非常に小さい値を取る。しかし、より至近側にピントが合った状態になるにつれ、家屋５０２の輪郭が、測距領域Ａ［２，４］内に侵入することにより、焦点評価値Ｅ［２，４］は、急激に増加する。

家屋５０２の輪郭が測距領域Ａ［２，４］内に侵入し始めるのは、家屋５０２が合焦状態である図６（ｂ）の状態である。そのため、焦点評価値Ｅ［２，４］は、本来、家屋５０２が合焦状態であるレンズポジションＬＰ２で極大値とならず、家屋５０２の輪郭が測距領域Ａ［２，４］内に十分に侵入し終えたレンズポジションＬＰ３近傍で極大値を取っている。その後、家屋５０２の輪郭がボケるに従い、焦点評価値Ｅ［２，４］は減少している。

一方、測距領域Ａ［２，４］の輝度信号差分値Ｄ［２，４］は、家屋５０２の輪郭が測距領域Ａ［２，４］に侵入していない間は、輝度信号の最大値と最小値の差が、どの行でも概ね小さいため、小さい値となる。しかし、家屋５０２の輪郭が測距領域Ａ［２，４］内に侵入した後は、測距領域Ａ［２，４］内に家屋５０２の輪郭により、輝度信号の最大値と最小値の差は増加し、輝度信号差分値Ｄ［２，４］も増加する。

次に、測距領域Ａ［３，３］では、人物５０１がレンズポジションＬＰ３で概ね合焦状態となるため、焦点評価値Ｅ［３，３］は、レンズポジションＬＰ３の近傍で極大値を取る。

一方、測距領域Ａ［３，３］の輝度信号差分値Ｄ［３，３］は、人物５０１の輪郭がフォーカスレンズ群３の位置によらず、常に測距領域Ａ［３，３］にあるため、輝度信号の最大値と最小値がどのレンズ位置でも変化が少なく一定値となる。

次に、測距領域Ａ［４，２］では、領域内に若干入っている人物５０１がレンズポジションＬＰ３で概ね合焦状態となるため、焦点評価値Ｅ［４，２］は、レンズポジションＬＰ３近傍に向かうにつれ増大する。しかし、合焦状態に向うにつれ、家屋５０３の扉の輪郭が測距領域Ａ［４，２］に接近し、レンズポジションＬＰ３より至近側では、家屋５０３の扉の輪郭が測距領域Ａ［４，２］内に侵入している。

ここでは、人物５０１の輪郭に比べて家屋５０３の扉の輪郭の方が輝度が明るく、コントラストも高いと想定している。そのため、レンズポジションＬＰ３より至近側で人物５０１がボケるに従い焦点評価値Ｅ［４，２］は一旦減少するが、家屋５０３の扉の輪郭が測距領域Ａ［４，２］内に侵入することに伴い、焦点評価値Ｅ［４，２］は再び増加する。

その後、家屋５０３の扉の輪郭がさらにボケるに従い、焦点評価値Ｅ［４，２］は減少する。このような場合には、人物５０１の影響による極大値がレンズポジションＬＰ３の近傍に形成され、家屋５０３の扉の輪郭の影響による極大値がレンズポジションＬＰ４より至近側に形成される。

一方、測距領域Ａ［４，２］の輝度信号差分値Ｄ［４，２］は、人物５０１のみが測距領域Ａ［４，２］内に存在する場合は、低い値を取るが、家屋５０３の扉の輪郭が測距領域Ａ［４，２］内に侵入することに伴い、増加する。家屋５０３の扉の輪郭が完全に測距領域Ａ［４，２］内に侵入し終えると、輝度信号差分値Ｄ［４，２］は、安定した値となる。

以上のように、測距領域により、焦点評価値Ｅ、及び輝度信号差分値Ｄは、様々な変化をする。上述した測距領域Ａ［２，４］、Ａ［３，３］、Ａ［４，２］は、いずれも焦点評価値Ｅは極大値をとるが、合焦位置として正しく極大値を示しているのは、測距領域Ａ［３，３］のみである。

測距領域Ａ［２，４］は、像倍率の変化により、ＡＦスキャン中に測距領域内に侵入する家屋５０２の輪郭の影響を受け、レンズポジションＬＰ３近傍で焦点評価値Ｅ［２，４］は極大値を取っている。また、測距領域Ａ［４，２］は、像倍率の変化により、ＡＦスキャン中に測距領域内に侵入する家屋５０３の扉の輪郭の影響を受け、レンズポジションＬＰ４より至近側で焦点評価値Ｅ［４，２］は極大値を取っている。

このように、焦点評価値Ｅの変化曲線のみでは、正しい合焦位置を示している極大値を判別することは困難である。

そこで、本実施形態では、輝度信号差分値Ｄの変化を用いて、正しい合焦位置を示している極大値を判別する。測距領域Ａ［２，４］、Ａ［３，３］、Ａ［４，２］のうち、測距領域Ａ［２，４］、Ａ［４，２］の輝度信号差分値Ｄ［２，４］、Ｄ［４，２］は、大きく変化している。

これは、測距領域Ａ［２，４］では、家屋５０２の輪郭の像倍率の変化による移動が原因であり、測距領域Ａ［４，２］では、家屋５０３の扉の輪郭の像倍率の変化による移動が原因である。上式（３）に示した信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］を用いて、これらの測距領域の焦点評価値Ｅの極大値の信頼性の高さを判定する。

信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］は、フォーカスレンズ群３の位置の変化による輝度信号差分値Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］の変化量であるため、図８（ｂ）で示される輝度信号差分値Ｄの曲線の傾き成分と対応する。この傾き成分に対して閾値を設けることにより、測距領域Ａ［３，３］は、焦点評価値Ｅの極大値の信頼性が高い測距領域と判定する。

一方、測距領域Ａ［２，４］、Ａ［４，２］は、焦点評価値Ｅの極大値の信頼性が低い測距領域と判定する。上式（３）では、連続したフォーカスレンズ群３の位置の輝度信号差分値Ｄの変化量を信頼性評価値Ｒとした。しかし、輝度信号差分値Ｄの高周波なノイズの影響を避けるため、適度にローパスフィルタ処理を行った後の輝度信号差分値を用いて、信頼性評価値Ｒを算出してもよい。

図５に戻って、ＣＰＵ１５は、全測距領域５０４について信頼性評価値の算出を行ったか否かをステップＳ３２で判断し、全測距領域５０４について信頼性評価値の算出を行った場合は、ステップＳ３３に進み、そうでない場合は、ステップＳ３１に戻る。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ３３で測距領域の信頼性評価を行うための閾値を設定し、ステップＳ３４に進む。ここでの閾値は、ステップＳ２で得られる測距領域内の輝度信号の最大値の大きさに基づいて、測距領域ごとに設定する。なお、この閾値は、測距領域内の輝度信号の総和の大きさに基づいて設定されてもよいし、予め定められた固定値に設定されてもよい。

ステップＳ３４では、ＣＰＵ１５は、ステップＳ３１で算出された信頼性評価値ＲがステップＳ３３で算出された閾値未満か否かを判定する。そして、ＣＰＵ１５は、ステップＳ３１で算出された信頼性評価値ＲがステップＳ３３で算出された閾値未満の場合は、ステップＳ３５に進み、閾値以上の場合は、ステップＳ３６に進む。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ３５で当該測距領域を信頼性高い測距領域として設定し、ステップＳ３７に進む。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ３６で当該測距領域を信頼性低い測距領域として設定し、ステップＳ３７に進む。

ＣＰＵ１５は、全測距領域の判定を完了したか否かをステップＳ３７で判断し、完了していない場合は、ステップＳ３４に戻り、完了した場合は、各測距領域の信頼性評価の処理を終了する。

次に、図９を参照して、図２のステップＳ４における各測距領域群の遠近競合判定の具体的処理について説明する。

図９において、ＣＰＵ１５は、ステップＳ４１で各測距領域群のＡＦ評価値を算出し、ステップＳ４２に進む。本実施形態では、上述したように、測距領域群として、外周部の測距領域群５０６、及び中央部の測距領域群５０７が設定されている（図４（ａ））。各々の測距領域群５０６，５０７のＡＦ評価値は、フォーカスレンズ群３の位置ごとの測距領域群を構成する測距領域の焦点評価値Ｅの総和として算出される。

図１０は、測距領域群５０６，５０７のＡＦ評価値とフォーカスレンズ群３の位置との関係を示すグラフである。図１０において、レンズポジションＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４は、それぞれ図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）に示したフォーカスレンズ群３の位置と対応している。

外周部の測距領域群５０６のＡＦ評価値ＡＦ＿Ｓは、図６及び図７の家屋５０２、５０３の影響を受け、レンズポジションＬＰ２の近傍に最も大きい極大値を取る。中央部の測距領域群５０７のＡＦ評価値ＡＦ＿Ｃは、測距領域群５０７に概ね人物５０１しか存在しないので、人物５０１の合焦位置であるレンズポジションＬＰ３で極大値を取る。

ＣＰＵ１５は、ステップＳ４２で各測距領域群のＡＦ評価値を用いて合焦判定を行い、ステップＳ４３に進む。ステップＳ４２での処理は、図２のステップＳ８と同様であり、合焦するフォーカスレンズ群３の位置の算出とＡＦ評価値曲線の信頼性を評価する。

ステップＳ４３では、ＣＰＵ１５は、ステップＳ４２での合焦判定の結果に基づき、合焦可能な測距領域群の数が複数であるか否かを判定する。そして、ＣＰＵ１５は、合焦可能な測距領域群の数が１ないし０である場合は、ステップＳ４５に進み、合焦可能な測距領域群の数が複数の場合は、ステップＳ４４に進む。

ステップＳ４５では、ＣＰＵ１５は、合焦可能な測距領域群が１つか否かを判定する。そして、ＣＰＵ１５は、合焦可能な測距領域群が１つであると判定した場合は、ステップＳ４７に進み、１つでないと判定した場合は、合焦可能な測距領域群が存在しないとして、いずれの測距領域群も使用可能な測距領域として設定することなく、処理を終了する。

ステップＳ４７では、ＣＰＵ１５は、ステップＳ４５で判定した１つの合焦可能な測距領域群のすべての測距領域を使用可能と設定し、処理を終了する。

一方、ステップＳ４４では、ＣＰＵ１５は、複数の測距領域群の各々の合焦位置の差が大きいか否かを判定する。そして、ＣＰＵ１５は、複数の測距領域群間で、合焦位置の差が小さい場合は、ステップＳ４７に進み、複数の合焦可能な測距領域群のすべての測距領域を使用可能と設定して処理を終了し、合焦位置の差が大きい場合は、ステップＳ４６に進む。

ステップＳ４６では、ＣＰＵ１５は、優先測距領域群と優先測距領域群の合焦位置に近い測距領域群に含まれる測距領域を使用可能と設定し、処理を終了する。

ここで、図６、図７及び図１０を参照して、優先測距領域群について説明する。上述したように、図１０において、レンズポジションＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４は、それぞれ図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）に示したフォーカスレンズ群３の位置と対応している。

図６及び図７の状況では、中央部の測距領域群５０７と外周部の測距領域群５０６のＡＦ評価値は、図１０に示すようになり、合焦状態となるフォーカスレンズ群３の位置が異なる。しかし、いずれの測距領域群も極大値を有しており、極大値近傍のＡＦ評価値形状に信頼性がある。

そのため、図６及び図７の状況では、図９のステップＳ４３においては、合焦可能な測距領域群として、複数（２つ）の測距領域群５０６，５０７が存在すると判定される。また、ステップＳ４４では、２つの測距領域群５０６，５０７の合焦位置の差は、レンズポジションＬＰ３とＬＰ２との差であるため、大きいと判断される。その結果、ステップＳ４６において、一般的に撮影者が意図する主被写体の存在確率の高い中央部の測距領域群５０７が優先測距領域群として設定される。

また、図６及び図７の状況では、優先測距領域群の合焦状態となるレンズポジションＬＰ３の近傍に極大値を有する他の測距領域群が存在しない。このため、中央部の測距領域群５０７を構成する測距領域のみを使用可能と設定し、各測距領域群の遠近競合判定処理を終了する。

本実施形態では、測距領域をグルーピングした測距領域群を作成して遠近競合判定を行っているが、遠近競合の判定方法はこれに限らない。例えば、一つの測距領域で十分な合焦位置評価ができる場合には、各々の測距領域で遠近競合判定を行ってもよい。また、優先測距領域群を中央部としたが、測距領域内の被写体検出結果や、焦点評価値が大きい測距領域を優先するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態では、図２のステップＳ３において、各測距領域の信頼性評価をすることで、ＡＦスキャン中の被写体の移動がＡＦに与える影響や、像倍率変化やボケの変化に伴う測距領域外の被写体のＡＦに与える影響の少ない測距領域を抽出する。また、ステップＳ４において、全測距領域５０４内の遠近競合が発生している測距領域を除外することにより、撮影者が意図する被写体を含む測距領域を抽出する。

次に、図１１を用いて、図２のステップＳ３及びステップＳ４の両方で抽出される測距領域を図３（ａ）（本実施形態）と図３（ｂ）（比較例）との比較において説明する。

図１１（ａ）は、図３（ａ）に対して、図２のステップＳ３及びステップＳ４で抽出されない測距領域を説明する図である。

図１１（ａ）では、ステップＳ３で抽出されない測距領域を縦線のハッチングで図示し、ステップＳ４で抽出されない測距領域を横線のハッチングで図示している。また、ステップＳ３及びステップＳ４の両方で抽出されない測距領域を格子状のハッチングで図示している。この結果、図６及び図７の状況では、図１１（ａ）でハッチングされていない７つの測距領域の焦点評価値を用いて、合焦判定などの処理を行う。

一方、図１１（ｂ）は、図３（ｂ）に対して、図２ステップＳ３及びステップＳ４で抽出されない測距領域を説明する図である。

図１１（ａ）と同様に、図１１（ｂ）では、ステップＳ３で抽出されない測距領域を縦線のハッチングで図示し、ステップＳ４で抽出されない測距領域を横線のハッチングで図示している。また、ステップＳ３及びステップＳ４の両方で抽出されない測距領域を格子状のハッチングで図示している。この結果、図６及び図７の状況では、図１１（ｂ）でハッチングされていない３つ（３列目の２行目〜４行目）の測距領域の焦点評価値を用いて、合焦判定などの処理を行う。

以上から明らかなように、本実施形態では、焦点評価値を算出するために用いる信頼性の高い測距領域が７つであるのに対して、比較例では、３つしか残らない。これは、一般的な被写体として存在する水平方向にコントラストを持つ被写体が、図６及び図７の状況で多いためである。

具体的には、家屋５０２の輪郭や家屋５０３の扉の輪郭は、垂直方向の境界を境に、水平方向にコントラストをもつ。これらのコントラスト差のある境界が全測距領域５０４の中で、１列目、２列目、４列目、５列目の個々の測距領域に影響を与え、信頼性の低い測距領域として判定される。

これに対し、本実施形態では、上述したように、撮影画面５００内の中央にＭ＝５×５個の測距領域に分割した全測距領域５０４を設定し、かつ各行毎にＸ方向（水平方向）に位置をずらして設定している。そのため、家屋５０２の輪郭や家屋５０３の扉の輪郭のような垂直方向の境界線の影響を受ける測距領域の数を減らすことができる。これにより、信頼性の高い測距領域を多く確保することができ、結果として焦点検出精度を高めることができる。

次に、図１２を参照して、全測距領域における測距領域の設定の変形例を説明する。図１２（ａ）は、Ｍ＝６×７個の測距領域に分割された全測距領域５０４を示す図である。

図１２（ａ）では、図３（ａ）と同様に、異なる行の間で、一つの測距領域の幅を行数６で割った幅の整数倍、Ｘ方向（水平方向）にずらして設定している。図３（ａ）の全測距領域５０４が、平行四辺形状に設定されているのに対して、図１２（ａ）では、全測距領域５０４が略長方形状に設定されている点が異なっている。

図３（ａ）の場合も、図１２（ａ）の場合も、異なる行の間で、測距領域がずらされていることによる被写体の水平方向のコントラストに対する影響低減効果は変わらない。ただし、撮影者は意識している測距領域は、表示部１０に表示される測距枠であり、測距枠は、一般的に長方形をしている。そのため、図１２（ａ）のように測距領域を設定することにより、撮影者が意識する測距領域と、実際に測距を行う領域の差を減らすことができる。

図１２（ｂ）は、Ｍ＝５×５個に分割された測距領域に対して、Ｍ＝２×２個に分割された測距領域が重畳されている全測距領域５０４を示す図である。このように測距領域を設定すると、測距領域間の境界を被写体の輪郭などが移動し乗り移った場合でも、重畳された測距領域は、影響を受けない。そのため、Ｍ＝５×５個に分割された測距領域とＭ＝２×２個に分割された測距領域が、互いに補完しながら、信頼性の高い測距領域を多く得ることができ、焦点検出精度の向上につながる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、高周波成分を抽出する方向を水平方向として説明したが、これに限らない。第２の実施形態では、高周波成分を抽出する方向を垂直方向とし、各列の測距領域をＹ方向にずらして設定する。図１３に、各列の測距領域をＹ方向にずらして設定した例を示す。図１３において、撮影画面５００内の中央にＭ＝７×４個に分割された全測距領域６０４が設定され、かつ各列毎にＹ方向（垂直方向）に位置をずらして設定されている。このように設定することにより、上述と同様に家屋５０２の下辺の輪郭や家屋５０３の扉の上辺の輪郭などの水平方向の境界の影響を受けにくくし、信頼性の高い測距領域の数を、より多くすることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第１、第２の実施形態では、高周波成分を抽出する方向が水平方向、もしくは垂直方向の１方向である場合を説明したが、これに限らない。第３の実施形態では、高周波成分を抽出する方向を、水平方向と垂直方向とから選択可能としている。また、高周波成分を水平方向と垂直方向の両方向で抽出してもよい。

図１４は、本発明の第３の実施形態である焦点調節装置を備えるデジタルスチルカメラのＡＦ動作を示すフローチャートである。図１４での各処理は、ＲＯＭ等に記憶された制御プログラムがＲＡＭにロードされてＣＰＵ１５によって実行される。

なお、図１４で行う処理で、図２で説明した処理と同様の処理をするものについては、同じ番号を付している。図１４で図２と異なる点は、ステップＳ１の後に、高周波成分の抽出方向を選択して設定するステップＳ１０１の処理が追加されている点である。

図１４において、ステップＳ１では、ＣＰＵ１５は、ＡＦ動作を開始すると、まず、被写体に対する焦点調節を行うための測距領域および測距領域群を設定し、ステップＳ１０１進む。このステップＳ１の処理では、水平方向の高周波成分を抽出するために、画像内にＭ＝ｍ＿ｈ×ｍ＿ｖ個（ｍ＿ｈ＝１，２，…、ｍ＿ｖ＝１，２，…）からなる複数の測距領域が設定される。さらに、垂直方向の高周波成分を抽出するために、画像内にＮ＝ｎ＿ｈ×ｎ＿ｖ個（ｎ＿ｈ＝１，２，…、ｎ＿ｖ＝１，２，…）からなる複数の測距領域が設定される。

複数の測距領域の各々の測距領域内には、複数の撮影画素が列方向及び行方向に二次元状に配列されている。そして、複数の測距領域の各々の測距領域に配列された複数の撮影画素の画素数は同一である。

水平方向の高周波成分を抽出するＭ個の測距領域については、図３（ａ）を用いて、上述した通りである。また、垂直方向の高周波成分を抽出するＮ個の測距領域については、図１３を用いて説明した通りである。すなわち、第３の実施形態では、画像信号を第２の方向（水平方向）に評価したコントラスト焦点評価値を生成するために、図３（ａ）に示すように複数の測距領域のうち第１の方向（垂直方向）に隣接する第１の測距領域と第２の測距領域とを第２の方向にずらして設定する。また、第３の実施形態では、画像信号を第１の方向（垂直方向）に評価したコントラスト焦点評価値を生成するために、図１３に示すように複数の測距領域のうち第２の方向（水平方向）に隣接する第１の測距領域と第２の測距領域とを第１の方向（水平方向）にずらして設定する。測距領域群についても、上述の説明と同様に、設定する。

次に、ステップＳ１０１では、高周波成分を抽出する方向の設定を行う。ここでは、焦点評価値、及び、輝度信号差分値を、水平方向の高周波成分を抽出するＭ個の測距領域と垂直方向の高周波成分を抽出するＮ個の測距領域について算出する。そして、各測距領域から得られる焦点評価値や輝度信号差分値の平均値が、より大きい方向の高周波成分を抽出する測距領域を選択する。

ここでは、高周波成分を抽出する方向の設定を、ＡＦ動作中に行ったが、事前に行ってもよい。ＡＦ動作開始以前に、表示部１０に撮影画像を表示するライブビュー状態である場合には、ライブビュー状態で、適当な水平方向、垂直方向の高周波成分を抽出する測距領域を設定し、焦点評価値や輝度信号差分値を得て、高周波成分の抽出方向を設定してもよい。

また、高周波成分の抽出方向の設定の際には、以後のＡＦ動作と異なる測距領域の分割状態でもよい。例えば、測距領域を分割せず、水平方向、垂直方向の高周波成分を抽出する各１個の測距領域を設定してもよい。

また、高周波成分の抽出方向の設定方法は、これに限らず、例えば、カメラの姿勢に応じて設定するなどの方法を用いてもよい。ステップＳ１０１以降の処理は、図２を用いた説明と同様の処理を行う。

このように、高周波成分を抽出する方向を選択可能とすることにより、被写体がブラインドのように１方向のコントラストしか持たない場合にも、適切な測距領域の設定が行え、高精度な焦点調節を行うことができる。

次に、高周波成分を抽出する方向を、水平方向と垂直方向の両方とする場合の説明をする。このような場合には、図２のステップＳ１で、図３（ａ）のような水平方向の高周波成分を抽出するＭ個の測距領域と、図１３のような垂直方向の高周波成分を抽出するＮ個の測距領域の両方を設定する。その後の処理は、Ｍ個の測距領域とＮ個の測距領域に関して、個別に図２と同様の処理を行い、ステップＳ８で、２種類のＡＦ評価値を用いて合焦判定を行う。

ステップＳ８では、水平方向の高周波成分を抽出するＭ個の測距領域から得られたＡＦ評価値の極大値の有無の判定、信頼性評価を上述した通り行う。その後、垂直方向の高周波成分を抽出するＮ個の測距領域から得られたＡＦ評価値の極大値の有無の判定、信頼性評価を上述した通り行う。

この結果、いずれか片方の方向の測距領域からのみ、信頼性のあるＡＦ評価値の極大値を得られた場合には、その方向の極大値に対応するフォーカスレンズ群３の位置を算出し、ステップＳ９に進む。

一方で、両方の方向の測距領域で、信頼性のあるＡＦ評価値の極大値を得られた場合には、各々の極大値に対応するフォーカスレンズ群３の位置を算出した後、２つのフォーカスレンズ群３の位置の重みづけ平均処理を行い、１つのフォーカスレンズ群３の位置を得る。重みづけ平均処理としては、高周波成分を抽出する各方向の極大値の大きさの比に合わせて、フォーカスレンズ群３の位置を重みづけしてから、平均値を求める。

このように高周波成分を抽出する方向を複数設定することにより、１方向のみにコントラストを有する被写体に対して焦点調節を行うことを可能とする。また、一般に、撮影光学系の非点収差などの収差により、被写体のコントラスト方向によって、結像位置が異なる。上述のように、２つの方向の高周波成分を抽出し得られたＡＦ評価値の極大値の重みづけ平均を行うことにより、複数の方向にコントラストを有する被写体に対しても、結像位置の差の影響を低減させた焦点調節を行うことができる。

なお、両方の方向の測距領域で、信頼性のあるＡＦ評価値の極大値を得られた場合には、より大きい極大値が得られた測距領域を採用し、フォーカスレンズ群３の位置を算出してもよい。これにより、より簡易的に、複数の方向にコントラストを有する被写体に対しても、結像位置の差の影響を低減させた焦点調節を行うことができる。

（第４の実施形態）
次に、図１５を参照して、本発明の第４の実施形態である焦点調節装置を備えるデジタルスチルカメラについて説明する。

なお、上記第１の実施形態と重複する部分については、その説明を省略し、図及び符号を流用しつつ相違点についてのみ説明する。

上記第１の実施形態では、一般的に、水平方向、垂直方向のコントラストを有する被写体が多いという前提で測距領域を設定したが、ずらして設定した測距領域の境界に沿って被写体の境界が存在する場合は、焦点検出精度が低下する場合がある。

本実施形態では、被写体のコントラストのある境界の方向に合わせて測距領域を設定することにより、被写体のパターンに合わせてより多くの信号量を得られるようにしている。そのため、より精度よく測距領域の信頼性を判定することができ、不必要に測距領域を除外することによるＡＦ評価値のＳ／Ｎ悪化を防ぐことができる。

本実施形態では、上記第１の実施形態に対して図２のステップＳ１での測距領域の設定処理が相違する。以下、詳述する。

図２のステップＳ１では、ＣＰＵ１５は、被写体に対する焦点調節を行うための測距領域および測距領域群を設定する。このステップＳ１の処理では、画像内にＭ＝ｍ＿ｈ×ｍ＿ｖ個（ｍ＿ｈ＝１，２，… 、ｍ＿ｖ＝１，２，…）からなる複数の測距領域が設定される。複数の測距領域には、複数の撮影画素が二次元状に配列され、各々の測距領域に配列された複数の撮影画素の画素数は同一である。

図１５（ａ）は、撮影画面５００内の中央にＭ＝５×５個に分割された全測距領域５０４が設定されている状態を示す図である。図１５（ａ）では、被写体は、図３と同様であるが、撮影者の意図によりカメラの傾けた構図となっている。図１５（ａ）では、図３（ａ）と同様に、測距領域は各行毎にＸ方向に位置をずらして設定されている。

図１５（ａ）では、意図的に傾けられた被写体の輪郭が、測距領域のずらし量と重なっている。このような状況で焦点調節を行うと、図３（ｂ）と同様に、多くの測距領域で、被写体移動やボケ状態の変化の影響を受けてしまい、信頼性の高い測距領域の数が減ってしまう。

これに対し、測距領域の境界が被写体の輪郭のエッジ方向に対して非平行となるように各行の測距領域のずらし量を設定した場合、上述のような影響を受けることがなく、信頼性の高い測距領域を多く得ることができる。なお、図１５Ｂに示す例は、測距領域間のずらし量が零となる比較例である。

そこで、本実施形態では、図２のステップＳ１において、全測距領域５０４内の被写体のエッジ方向の検出を行い（検出手段、検出ステップ）、検出したエッジ方向に応じて測距領域を設定する。

被写体のエッジ方向の検出は、公知（例えば特開２０１１−１４５５５９号公報の図８）の技術を用いることができる。なお、エッジ方向の検出は、焦点検出用画素に代えて、焦点調節に用いる通常の撮像素子の出力信号を用いてもよい。

エッジ方向の検出した後、ＣＰＵ１５は、複数の測距領域のＸ方向の境界が検出されたエッジ方向に対して非平行となるように各行の測距領域のずらし量を設定する。

なお、ずらし量、および分割数は、被写体に応じて変更してもよい。被写体の大きさが小さい場合に、分割数を保つと、1つ当たりの測距領域が小さくなり、得られる焦点評価値のS/N比が悪化する恐れがある。そのため、測距領域の最小面積を設定し、それ以上の面積となるよう分割数を設定してもよい。また、検出されたエッジが曲線の場合などには、ずらし量を、曲線のエッジに合わせて変化させてもよい。

以上のように、本実施形態では、測距領域内の被写体のエッジ方向の検出を行い、検出されたエッジ方向に合わせて測距領域を設定することにより、被写体のパターンによらず、信頼性の高い測距領域の数を増やし、焦点検出精度の向上を図ることができる。その他の構成及び作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、本発明は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１ デジタルスチルカメラ
２ ズームレンズ群
３ フォーカスレンズ群
４ 絞り
５ 撮像素子
１４ スキャンＡＦ処理回路
１５ ＣＰＵ

Claims (11)

1. 撮影光学系を介して入射した光により形成された光学像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、
   前記撮像素子に対して第１の方向及び前記第１の方向と異なる第２の方向に格子状に複数の測距領域を設定する設定手段と、
   前記複数の測距領域の各々の測距領域に対応する前記撮像素子の複数の画素の画像信号の前記第２の方向に関するコントラスト焦点評価値を生成する生成手段と、
   前記画像信号を用いて前記複数の測距領域の各々の信頼性を判定する信頼性判定手段と、
   前記複数の測距領域のうち信頼性が所定の閾値よりも高い測距領域の画像信号に基づいたコントラスト焦点評価値に基づいて撮影光学系の焦点を調節する焦点調節手段とを備え、
   前記設定手段は、前記第１の方向に設定された複数の測距領域に含まれる第１、第２の測距領域のうち、第１の測距領域の前記第２の方向の２つの境界の少なくとも一方の境界が、第２の測距領域の前記第２の方向の領域内に含まれるよう前記複数の測距領域を設定し、前記第１、第２の測距領域が前記第１の方向に対して互いにずれていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の方向を列方向とし、前記第２の方向を行方向とした場合に、前記複数の測距領域は、各行毎に前記第２の方向に位置をずらして設定され、前記第２の方向のずらし量は、異なる行の間で１つの測距領域の前記第２の方向の幅を行数で割った幅の整数倍であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記光学像のエッジ方向を検出する検出手段を備え、前記複数の測距領域の各々は、矩形であり、前記設定手段は、前記複数の測距領域の前記第２の方向の境界が前記検出手段により検出された前記エッジ方向と非平行になるように測距領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記設定手段は、前記複数の測距領域の各々の測距領域に対応する前記撮像素子の複数の画素の画像信号の前記第２の方向に関するコントラスト焦点評価値を生成する場合、前記複数の測距領域のうち前記第１の方向に隣接する第１の測距領域と第２の測距領域とを前記第２の方向にずらして設定し、前記複数の測距領域の各々の測距領域に対応する前記撮像素子の複数の画素の画像信号の前記第１の方向に関するコントラスト焦点評価値を生成する場合、前記複数の測距領域のうち前記第２の方向に隣接する第１の測距領域と第２の測距領域とを前記第１の方向にずらして設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 撮影光学系を介して入射した光により形成された光学像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、
   前記撮像素子に対して第１の方向及び前記第１の方向と異なる第２の方向に格子状に複数の測距領域を設定する設定手段と、
   前記複数の測距領域の各々の測距領域に対応する前記撮像素子の複数の画素の画像信号の前記第２の方向に関するコントラスト焦点評価値を生成する生成手段と、
   前記画像信号を用いて前記複数の測距領域の各々の信頼性を判定する信頼性判定手段と、
   前記複数の測距領域のうち信頼性が所定の閾値よりも高い測距領域の画像信号に基づくコントラスト焦点評価値に基づいて撮影光学系の焦点を調節する焦点調節手段とを備え、
   前記複数の測距領域のうち前記第１の方向に隣接する第１の測距領域と第２の測距領域は、前記第２の方向に位置をずらして設定されていることを特徴とする撮像装置。
6. 前記第１の方向を列方向とし、前記第２の方向を行方向とした場合に、前記複数の測距領域は、各行毎に前記第２の方向に位置をずらして設定されていることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記第２の方向のずらし量は、異なる行の間で１つの測距領域の前記第２の方向の幅を行数で割った幅の整数倍であることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記光学像のエッジ方向を検出する検出手段を備え、前記複数の測距領域の各々は、矩形であり、前記設定手段は、前記複数の測距領域の前記第２の方向の境界が前記検出手段により検出された前記エッジ方向と非平行になるように測距領域を設定することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
9. 前記設定手段は、前記複数の測距領域の各々の測距領域に対応する前記撮像素子の複数の画素の画像信号の前記第２の方向に関するコントラスト焦点評価値を生成する場合、前記複数の測距領域のうち前記第１の方向に隣接する第１の測距領域と第２の測距領域とを、前記第２の方向にずらして設定し、前記複数の測距領域の各々の測距領域に対応する前記撮像素子の複数の画素の画像信号の前記第１の方向に関するコントラスト焦点評価値を生成する場合、前記複数の測距領域のうち前記第２の方向に隣接する第１の測距領域と第２の測距領域とを、前記第１の方向にずらして設定することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
10. 撮影光学系を介して入射した光により形成された光学像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子に対して第１の方向及び前記第１の方向と異なる第２の方向に格子状に複数の測距領域を設定する設定ステップと、
    前記複数の測距領域の各々の測距領域に対応する前記撮像素子の複数の画素の画像信号の前記第２の方向に関するコントラスト焦点評価値を生成する生成ステップと、
    前記画像信号を用いて前記複数の測距領域の各々の信頼性を判定する信頼性判定ステップと、
    前記複数の測距領域のうち信頼性が所定の閾値よりも高い測距領域の画像信号に基づいたコントラスト焦点評価値に基づいて撮影光学系の焦点を調節する焦点調節ステップとを備え、
    前記設定ステップでは、前記第１の方向に設定された複数の測距領域に含まれる第１、第２の測距領域のうち、第１の測距領域の前記第２の方向の２つの境界の少なくとも一方の境界が、第２の測距領域の前記第２の方向の領域内に含まれるよう前記複数の測距領域を設定し、前記第１、第２の測距領域が前記第１の方向に対して互いにずれていることを特徴とする撮像装置の制御方法。
11. 撮影光学系を介して入射した光により形成された光学像を光電変換して画像信号を出力する撮像素子に対して第１の方向及び前記第１の方向と異なる第２の方向に格子状に複数の測距領域を設定する設定ステップと、
    前記複数の測距領域の各々の測距領域に対応する前記撮像素子の複数の画素の画像信号の前記第２の方向に関するコントラスト焦点評価値を生成する生成ステップと、
    前記画像信号を用いて前記複数の測距領域の各々の信頼性を判定する信頼性判定ステップと、
    前記複数の測距領域のうち信頼性が所定の閾値よりも高い測距領域の画像信号に基づいたコントラスト焦点評価値に基づいて撮影光学系の焦点を調節する焦点調節ステップとを備え、
    前記複数の測距領域のうち前記第１の方向に隣接する第１の測距領域と第２の測距領域とを前記第２の方向に位置をずらして設定することを特徴とする撮像装置の制御方法。