JP6604775B2 - 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、位相差検出方式の焦点検出を行う制御装置に関する。

従来から、位相差検出方式の焦点検出において、偽合焦により焦点検出の精度が低下するという課題がある。偽合焦とは、合焦近傍であるも関わらず誤ったデフォーカス量を検出することや、合焦近傍から離れて被写体がボケている状態でも合焦近傍のデフォーカス量を検出するなどの現象である。このような現象（偽合焦）により、焦点検出の精度が低下してしまう。

ところで、位相差検出方式の焦点検出の他に、ボケ量の異なる二つの画像からデフォーカス量を検出するＤＦＤ方式の焦点検出が知られている。特許文献１には、位相差検出方式によりデフォーカス量を算出する第一の演算処理、および、ＤＦＤ方式によりデフォーカス量を算出する第二の演算処理を行い、より信頼性の良い結果を利用する撮像装置が開示されている。特許文献２には、異なるボケ量を有する複数の画像を同時に撮影可能な撮像装置が開示されている。これにより、フォーカス位置、焦点距離、絞りなどの撮影条件を変更することなく、異なるボケ量を有する複数の画像を取得することができる。

特開２０１４−６３１４２号公報 特開２０１５−４６７７７号公報

ところで、位相差検出方式の焦点検出では、被写体ボケ、繰り返しパターン、または、遠近競合などの様々な要因により、正しい合焦位置とは異なる位置において合焦であると判定してしまうことがある。特に撮像面位相差検出方式では、被写体のピントボケや、撮像面の中心から離れた周辺像高での光量ケラレにより、焦点検出に用いる像信号の像崩れが生じやすく、偽合焦が顕著に発生しうる。

しかしながら、特許文献１、２においては、位相差検出方式の焦点検出結果により合焦位置として複数の候補位置が得られた場合、偽合焦を効果的に回避して焦点検出の精度を向上させることは困難である。

そこで本発明は、焦点検出の精度を向上させた制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。

本発明の一側面としての制御装置は、互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する第１の信号と第２の信号とに基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、複数の像信号のボケ情報に関する評価値に基づいて、前記焦点検出手段による前記焦点検出の結果を判定する判定手段と、前記評価値を算出する算出手段と、を有し、前記算出手段は、前記複数の像信号として、前記第１の信号および前記第２の信号を合成した合成信号と、該第１の信号および該第２の信号の少なくとも一つとを用いて、前記評価値を算出する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する第１の信号と第２の信号とを出力する撮像手段と、前記第１の信号と前記第２の信号とに基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、複数の像信号のボケ情報に関する評価値に基づいて、前記焦点検出手段による前記焦点検出の結果を判定する判定手段と、前記評価値を算出する算出手段と、を有し、前記算出手段は、前記複数の像信号として、前記第１の信号および前記第２の信号を合成した合成信号と、該第１の信号および該第２の信号の少なくとも一つとを用いて、前記評価値を算出する。

本発明の他の側面としての制御方法は、互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する第１の信号と第２の信号とに基づいて焦点検出を行うステップと、複数の像信号のボケ情報に関する評価値に基づいて、前記焦点検出の結果を判定するステップと、前記評価値を算出するステップと、を有し、前記評価値は、前記複数の像信号として、前記第１の信号および前記第２の信号を合成した合成信号と、該第１の信号および該第２の信号の少なくとも一つとを用いて算出される。

本発明の他の側面としてのプログラムは、互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する第１の信号と第２の信号とに基づいて焦点検出を行うステップと、複数の像信号のボケ情報に関する評価値に基づいて、前記焦点検出の結果を判定するステップと、前記評価値を算出するステップと、をコンピュータに実行させ、前記評価値は、前記複数の像信号として、前記第１の信号および前記第２の信号を合成した合成信号と、該第１の信号および該第２の信号の少なくとも一つとを用いて算出される。

本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、焦点検出の精度を向上させた制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。

第１実施形態における撮像システムの概略構成図である。 第１実施形態におけるフォーカス制御に用いられる撮像システムのシステム構成を示すブロック図である。 第１実施形態において、合焦近傍状態とボケ状態のそれぞれにおける像信号の説明図である。 第１実施形態における偽合焦の説明図である。 第１実施形態における撮像システムの基本的動作を示すフローチャートである。 第１実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。 第１実施形態における相関点演算を示すフローチャートである。 ＤＦＤ方式の焦点検出の流れを示す図である。 ＤＦＤ方式において抽出された波形からパワーＰを算出する過程の説明図である。 第１実施形態において、Ａ＋Ｂ像およびＡ像を結像する光路を示す図である。 第１実施形態において、コントラストの高いバーチャートから得られるＡ＋Ｂ像、Ａ像、および、Ｂ像を示す図である。 第１実施形態において、コントラストの低いバーチャートから得られるＡ＋Ｂ像、Ａ像、および、Ｂ像を示す図である。 第１実施形態におけるパラメータＤとデフォーカス量との関係図である。 第１実施形態における合焦度判定を示すフローチャートである。 第１実施形態における撮像システムの動作を示すフローチャートである。 第２実施形態における偽合焦の説明図である。 第２実施形態における相関点演算を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態における撮像装置について説明する。図１は、本実施形態における撮像システム１０の概略構成図である。本実施形態の撮像システム１０は、撮像装置１００と、撮像装置１００に着脱可能なレンズ装置１１７（交換レンズ）とを備えて構成される。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、撮像装置とレンズ装置とが一体的に構成された撮像システムにも適用可能である。

撮像装置１００において、１０１はファインダ光学系を構成する正立正像光学系、１０２は接眼レンズである。１０３はファインダスクリーン、１０４は撮像光束の一部をファインダ光学系に偏向するミラーである。１０５はミラー１０４を通過した撮像光束を後述する焦点検出装置１２１に向けて偏向するサブミラーである。１０６は、ＣＭＯＳセンサなどの撮像素子である。撮像素子１０６は、レンズ装置１１７（撮像光学系１１９）を介して形成された被写体像（光学像）を光電変換して画像データ（電気信号）を出力する。本実施形態において、撮像素子１０６は、撮像光学系１１９の互いに異なる瞳領域を通過した光束それぞれに対応する第１の信号（像信号Ａ）と第２の信号（像信号Ｂ）とを出力可能である。また撮像素子１０６は、後述の位相差検出装置１０９と同様に、位相差検出方式（撮像面位相差検出方式）の焦点検出を行うことができる。

１０７は撮像素子１０６を遮光するシャッタ装置、１０８は撮像装置１００の内部に収納されている内蔵ストロボである。１０９は、複数の受光部により構成される複数のセンサを有し、位相差検出方式の焦点検出を行う位相差検出装置である。具体的には、レンズ装置１１７に含まれるフォーカスレンズの射出瞳を通過した光束を二分割し、位相差検出装置１０９は、二分割した光束を一組のラインセンサにおいてそれぞれ受光する。本実施形態では、二分割した光束から得られる像信号をそれぞれ像信号Ａ（第１の信号）および像信号Ｂ（第２の信号）とする。そして位相差検出装置１０９は、その受光量に応じて出力された信号のずれ量、すなわち光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出する。後述の焦点検出装置１２１は、このずれ量に基づいて、フォーカスレンズのデフォーカス量を算出する。このように、撮像素子１０６または位相差検出装置１０９のセンサ（焦点検出センサ）により一度蓄積動作を行えば、フォーカスレンズを移動すべき量と方向とが得られ、レンズ駆動を行うことができる。

１１０は撮像装置１００の露出の測定を行う測光装置、１１１は測光装置１１０に被写体光束を結像させるレンズ、１１２は撮像装置１００の制御を司る撮像制御装置である。１２１は、位相差検出装置１０９または撮像素子１０６から出力される第１の信号および第２の信号（焦点検出用信号）に基づいてデフォーカス量を算出する焦点検出装置である。なお本実施形態において、撮像制御装置１１２および焦点検出装置１２１は、マイクロプロセッサ（制御装置）から構成されている。

１１３は、外部ストロボなどを装着するためのアクセサリシューである。１１４は、内蔵ストロボ１０８のフレネルレンズ、１１５は撮像装置１００に設けられている光学ファインダに情報を重ねて表示するファインダ表示部、１１６は撮像装置１００の外部に各種情報を表示するための外部表示部である。

レンズ装置１１７は、レンズ制御装置１１８、撮像光学系１１９、および、絞り装置１２０を有する。レンズ制御装置１１８は、マイクロプロセッサから構成されており、撮像装置１００の通信部（撮像制御装置１１２）と通信を行う。撮像光学系１１９は、撮像を行うためのレンズであり、フォーカスレンズを含む。絞り装置１２０は、光量調節を行う。

次に、図２を参照して、本実施形態におけるフォーカス制御のシステム構成について説明する。図２は、フォーカス制御に用いられる撮像システム１０のシステム構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、撮像手段２０１、焦点検出手段２０２、評価値算出手段２０３、合焦度判定手段２０４、および、フォーカス制御手段２０５を有する。焦点検出手段２０２、評価値算出手段２０３、合焦度判定手段２０４、および、フォーカス制御手段２０５は、焦点検出装置１２１に含まれる。

撮像手段２０１は、撮像素子１０６を有し、レンズ装置１１７を通過した光束を電気信号として蓄える。また撮像手段２０１は、互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する複数の焦点検出用信号（第１の信号および第２の信号）を出力する。焦点検出手段２０２は、撮像素子１０６から出力された複数の焦点検出用信号（第１の信号および第２の信号）に基づいて焦点検出を行い、デフォーカス量を算出する。評価値算出手段２０３は、ボケ量に関する評価値、すなわちボケ量の異なる二つの画像からデフォーカス量を算出するための評価値を算出する。合焦度判定手段２０４は、評価値算出手段２０３により算出された評価値に基づいて、焦点検出手段２０２により検出（算出）されたデフォーカス量が偽合焦でないか否かを判定する。フォーカス制御手段２０５は、レンズ制御手段２０６（レンズ制御装置１１８）とともに、デフォーカス量に従って撮像光学系１１９に含まれるフォーカスレンズを駆動する。

次に、図３および図４を参照して、偽合焦について説明する。図３（ａ）は、撮像手段２０１により受光した合焦近傍状態での像信号（Ａ像信号３０１およびＢ像信号３０２）を示す。図３（ｂ）は、ボケ状態（非合焦状態）での像信号（Ａ像信号３０３およびＢ像信号３０４）を示す。図３（ａ）、（ｂ）において、横軸は撮像面（撮像素子１０６）上の位置（Ｘ座標）、縦軸は各像信号の出力値をそれぞれ示している。図３（ａ）に示されるように、合焦近傍状態でのＡ像信号３０１およびＢ像信号３０２はコントラストが高く、Ａ像信号３０１とＢ像信号３０２との一致度は高い。一方、図３（ｂ）に示されるように、ボケ状態でのＡ像信号３０３およびＢ像信号３０４はコントラストが低く、Ａ像信号３０３とＢ像信号３０４との一致度は低く、それらの重なりもなだらかである。

図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図３（ａ）、（ｂ）の像信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）に基づいて算出された相関波形４０１、４０２（相関量ＣＯＲ）を示す図（偽合焦の説明図）である。図４（ａ）、（ｂ）において、横軸はシフト量（合焦制御のためのシフト量）、縦軸は相関量ＣＯＲをそれぞれ示している。相関波形４０１、４０２のいずれに関しても、相関量ＣＯＲが最小となるシフト量（図４（ａ）中の点Ａ、図４（ｂ）中の点Ｂ）は、シフト量が０付近となる。これは、合焦近傍状態であることを示し、そのときのフォーカスレンズの焦点位置で被写体にピントが合っていることを意味している。しかし、前述のように、図４（ｂ）はボケ状態の相関波形４０２を示しており、合焦近傍状態の相関波形ではない。このため、ピントが合っていないにも関わらず、合焦を示すことになる。これが偽合焦である。本実施形態では、このような偽合焦（誤った合焦判定）を回避または低減することを目的とする。

次に、図５乃至図７を参照して、オートフォーカス（以下、ＡＦ）制御における撮像システム１０の基本的動作について説明する。図５は、ＡＦ制御の際の撮像システム１０の基本的動作を示すフローチャートである。図５の各ステップは、主に、撮像制御装置１１２の指令に基づいて、焦点検出装置１２１の各部により実行される。

まずステップＳ５０１において、撮像制御装置１１２は、スイッチＳＷ１が押下されているか否か（レリーズボタンが半押しされているか否か）を判定する。スイッチＳＷ１が押下されている場合、ステップＳ５０２へ進む。一方、スイッチＳＷ１が押下されていない場合、本フローを終了する。ステップＳ５０２において、焦点検出装置１２１は、焦点検出処理を行ってデフォーカス量を算出し、焦点検出の結果に応じた信頼性を判定する。続いてステップＳ５０３において、焦点検出装置１２１は、ステップＳ５０２での焦点検出の結果に基づいて合焦であるか否かを判定する（合焦判定）。ステップＳ５０３にて合焦状態の場合、ステップＳ５０６へ進む。一方、ステップＳ５０３にて合焦状態でない場合（非合焦状態である場合）、ステップＳ５０４へ進む。

ステップＳ５０４において、撮像制御装置１１２は、非合焦として焦点検出処理を終了するか否かを判定する。非合焦として終了する場合、ステップＳ５０７へ進む。ステップＳ５０７において、撮像制御装置１１２は、外部表示部１１６を用いて合焦表示を行い、本フローを終了する。一方、非合焦として終了しない場合、ステップＳ５０５へ進む。ステップＳ５０５において、焦点検出装置１２１は、ステップＳ５０２にて算出された焦点検出の結果の信頼性を判定する。ステップＳ５０５にて信頼性が高いと判定された場合、ステップＳ５０８進む。ステップＳ５０８において、フォーカス制御手段２０５は、焦点検出結果のデフォーカス量（検出デフォーカス量）に基づいて、フォーカスレンズを駆動する（レンズ駆動）。一方、ステップＳ５０５にて信頼性が低いと判定された場合、ステップＳ５０９へ進む。ステップＳ５０９において、フォーカス制御手段２０５は、サーチ動作によるレンズ駆動を行う。

ステップＳ５０３にて合焦状態の場合、ステップＳ５０６において、撮像制御装置１１２は、外部表示部１１６を用いて合焦表示を行う。続いてステップＳ５１０において、撮像制御装置１１２は、スイッチＳＷ２が押下されているか（レリーズボタンが全押しされているか否か）を判定する。スイッチＳＷ２が押下されている場合、ステップＳ５１２へ進む。一方、スイッチＳＷ２が押下されていない場合、ステップＳ５１１へ進む。ステップＳ５１１において、撮像制御装置１１２は、スイッチＳＷ１が押下されているかを判定する。スイッチＳＷ１が押下されている場合、ステップＳ５１０へ戻り、スイッチＳＷ２が押下されるのを待つ。一方、ステップＳ５１１にてスイッチＳＷ１が押下されていない場合、本フローを終了する。

ステップＳ５１０にてスイッチＳＷ２が押下されている場合、撮像制御装置１１２は撮影を行い（撮像処理）、本フローを終了する。以上が、ＡＦの際における撮像システム１０の基本的動作である。ただし、図５のフローでは、ステップＳ５０２の焦点検出の際に偽合焦が発生すると、焦点検出装置１２１は、合焦近傍状態でないにも関わらず合焦近傍状態であると誤って認識し、撮像制御装置１１２はステップＳ５０６にて合焦表示を行ってしまう場合がある。このため本実施形態では、偽合焦であると判定した場合、非合焦状態であるとして本フローを終了するか、再度、レンズ駆動を行う。この詳細に関しては、図１５を参照して後述する。

次に、図６を参照して、本実施形態における焦点検出処理（ステップＳ５０２）について詳述する。図６は、本実施形態における焦点検出処理のフローチャートである。図６の各ステップは、撮像制御装置１１２の指令に基づいて、焦点検出装置１２１の各部により実行される。

まずステップＳ６０１において、焦点検出装置１２１は、焦点検出のためのＡＦ信号（焦点検出用信号、すなわち、Ａ像信号およびＢ像信号）を取得する。続いてステップＳ６０２において、焦点検出装置１２１は、相関演算を行い、ステップＳ６０１にて取得したＡＦ信号の相関波形を取得する。続いてステップＳ６０３において、焦点検出装置１２１は、相関波形に基づいて相関点を算出する（相関点演算）。続いてステップＳ６０４において、焦点検出装置１２１は、ステップＳ６０３にて算出された相関点に基づいて、デフォーカス量を検出（算出）する。続いてステップＳ６０５において、焦点検出装置１２１は、ステップＳ６０４にて算出したデフォーカス量の信頼性を算出する（信頼性判定）。続いてステップＳ６０６において、焦点検出装置１２１は、ステップＳ６０４にて算出したデフォーカス量、および、ステップＳ６０５にて算出した信頼性に基づいて、合焦状態であるか否かを判定する（合焦判定）。

次に、図７を参照して、本実施形態における相関点演算（ステップＳ６０３）について詳述する。図７は、本実施形態における相関点演算のフローチャートである。図７の各ステップは、撮像制御装置１１２の指令に基づいて、焦点検出装置１２１の各部により実行される。

まずステップＳ７０１において、焦点検出装置１２１は、Ａ像信号とＢ像信号との相関波形に基づいて、相関点の候補（極値となる候補値）を検出する。続いてステップＳ７０２において、焦点検出装置１２１は、相関点の候補（候補点）の数Ｎを判定し、その数Ｎに応じたステップへ分岐する。

ステップＳ７０２にて相関波形から１つの候補点が検出された場合（Ｎ＝１）、ステップＳ７０３へ進む。ステップＳ７０３において、焦点検出装置１２１は、検出された１つの候補点を相関点として決定する。一方、ステップＳ７０２にて相関波形から１つの候補点も検出されない場合（Ｎ＝０）、ステップＳ７０４へ進む。ステップＳ７０４において、焦点検出装置１２１は、相関点はないと決定する。

また、ステップＳ７０２にて相関波形から複数の候補点が検出された場合（Ｎ＞１）、ステップＳ７０５へ進む。ステップＳ７０５において、焦点検出装置１２１は、複数の候補点の中から１つの点を相関点として選択する。焦点検出装置１２１は、相関量ＣＯＲが最も小さい点、または、極小値の近傍における変化量（相関変化量）が最も大きい点を、相関点として選択することができる。このように、相関波形から相関点が検出された場合には１つの相関点を決定し、一方、１つの相関点も検出されない場合には相関点なしとする。

次に、図８乃至図１３を参照して、ＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ ｆｒｏｍ Ｄｅｆｏｃｕｓ）方式の焦点検出のためのパラメータの算出方法について説明する。まず、図８を参照して、公知の技術であるＤＦＤ方式の焦点検出の概念について説明する。図８は、ＤＦＤ方式の焦点検出の流れを示す図である。ＤＦＤとは、ボケ量の互いに異なる複数の画像から、奥行、すなわちデフォーカス量（Ｄｅｆ量）を算出する技術である。焦点検出装置１２１（評価値算出手段２０３）は、撮像素子１０６（撮像手段２０１）から、画像Ａ（Ａ像信号からなる画像）と画像Ｂ（Ｂ像信号からなる画像）を取得する（ステップＳ８０１）。続いて焦点検出装置１２１は、画像Ａおよび画像Ｂに対して帯域抽出を行う（ステップＳ８０２）。そして焦点検出装置１２１は、抽出した波形からパワーＰを算出する（ステップＳ８０３）。ここで焦点検出装置１２１は、画像Ａおよび画像Ｂのそれぞれの波形から、パワーＰ１（ω_０）、Ｐ２（ω_０）を算出する。続いて焦点検出装置１２１は、パワーＰ１、Ｐ２から評価値Ｃを算出し（ステップＳ８０４）、評価値Ｃをデフォーカス量（Ｄｅｆ量）に変換する（ステップＳ８０５）。本実施形態では、ＤＦＤ方式の焦点検出においてデフォーカス量を算出する過程で用いられるパワーＰに着目し、偽合焦を回避または低減するための合焦度判定手段２０４が設けられる。

次に、図９を参照して、図８のステップＳ８０２にて抽出された波形からステップＳ８０３にてパワーＰを算出する過程について詳述する。図９は、ＤＦＤ方式において抽出された波形からパワーＰを算出する過程の説明図である。

まずステップＳ９０１において、焦点検出装置１２１（評価値算出手段２０３）は、ボケ量の互いに異なる二つの画像Ａおよび画像Ｂから、デジタル信号を抽出する（画像のデジタル信号化）。続いてステップＳ９０２において、焦点検出装置１２１は、ステップＳ９０１にてデジタル化した信号（デジタル信号）に対してガウシアンフィルタ処理を行い、デジタル信号を平滑化する。続いてステップＳ９０３において、焦点検出装置１２１は、ラプラシアンフィルタを用いて信号のエッジ検出を行う。続いてステップＳ９０４において、焦点検出装置１２１は、全てのフィルタ処理後の各信号を二乗した信号（波形）を算出する（図９に示されるように、例えば、画像Ａ、Ｂの振幅α、βはそれぞれ振幅α^２、β^２となる）。そして焦点検出装置１２１は、二乗した信号（波形）の総和（二乗和）を取ることにより、パワーＰ１、Ｐ２が得られる。

本実施形態において、焦点検出装置１２１（評価値算出手段２０３）は、パワーＰに基づいて、偽合焦判定の際の評価値として用いられるパラメータＤを算出する。パラメータＤ（評価値Ｄ）を算出するには、Ａ像信号、Ｂ像信号、および、Ａ＋Ｂ像信号の３つのパワーＰ［Ａ］、Ｐ［Ｂ］、Ｐ［Ａ＋Ｂ］が必要である。ここで、Ａ像信号およびＢ像信号は、それぞれ、第１の瞳分割領域および第２の瞳分割領域を通過した光束に対応する像信号である。Ａ＋Ｂ像信号は、第１の瞳分割領域および第２の瞳分割領域を通過した光束（すなわち、全瞳領域を通過した光束）に対応する像信号である。以下の式（１）で表されるように、焦点検出装置１２１は、パワーＰ［Ａ＋Ｂ］を、Ｐ［Ａ］とＰ［Ｂ］との和（Ｐ［Ａ］＋Ｐ［Ｂ］）で割ることにより、評価値Ｄ（パラメータＤ）を算出することができる。そして焦点検出装置１２１（合焦度判定手段２０４）は、式（１）に基づいて算出されたパラメータＤを用いて、合焦度を判定する。

Ｄ＝Ｐ［Ａ＋Ｂ］／（Ｐ［Ａ］＋Ｐ［Ｂ］） … （１）
次に、図１０を参照して、Ａ＋Ｂ像信号およびＡ像信号を結像する光路について説明する。図１０（ａ）、（ｂ）は、Ａ＋Ｂ像信号およびＡ像信号を結像する光路をそれぞれ示す図である。図１０（ａ）において、１００１はレンズ（撮像光学系１１９の全瞳領域）、１００２は撮像面（撮像素子１０６）である。図１０（ｂ）において、１００４はレンズ（撮像光学系１１９の瞳分割領域）、１００５は撮像面（撮像素子１０６）である。図１０（ａ）はＡ＋Ｂ像信号の結像を示しており、レンズ１００１を通過した光束は、撮像面１００２において、範囲１００３で入射する。一方、図１０（ｂ）はＡ像信号の結像を示しており、レンズ１００４を通過した光束は、撮像面１００５において、範囲１００６で入射する。

図１０（ａ）、（ｂ）に示されるように、Ａ＋Ｂ像信号とＡ像信号を結像するレンズ（瞳領域）の大きさは互いに異なり、Ａ＋Ｂ像信号のほうがＡ像に比べ広い範囲で受光される。すなわち、Ａ＋Ｂ像信号はＡ像信号に対し、レンズが開放に近く、Ａ＋Ｂ像信号はＡ像信号に比べてボケの影響を受けやすい。従って、Ａ像信号単体のほうが、Ａ＋Ｂ像信号に比べてボケ状態でも像がシャープになり、コントラストの低下も少ない。この特性が、パラメータＤを算出する際に効果的に作用する。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、コントラストの高いバーチャートから得られるＡ＋Ｂ像信号、Ａ像信号、および、Ｂ像信号を示す図である。図１１（ａ）〜（ｃ）において、横軸はセンサ（撮像面）上の位置（Ｘ座標）を示し、縦軸は像信号の大きさを示す。図１１（ａ）は、合焦近傍状態で得られる各波形を示している。１１０１はＡ＋Ｂ像信号、１１０２はＡ像信号、１１０３はＢ像信号である。このように合焦近傍では、Ａ像信号１１０２およびＢ像信号１１０３の波形は略一致する。このとき、Ａ＋Ｂ像信号１１０１の大きさは、Ａ像信号１１０２およびＢ像信号１１０３のそれぞれの約２倍となる。

図１１（ｂ）は、ボケ状態で得られる各波形を示している。１１０４はＡ＋Ｂ像信号、１１０５はＡ像信号、１１０６はＢ像信号である。このようにボケ状態では、Ａ像信号１１０５とＢ像信号１１０６の重心がずれる。このときＡ＋Ｂ像信号１１０４の大きさは、Ａ像信号１１０５およびＢ像信号１１０６に比べて、やや小さくなる。特に、像信号の裾野のケラレが大きくなる。これは、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、Ａ＋Ｂ像信号はＡ像信号やＢ像信号に比べて光束の通過範囲が広く、絞りが開いている状態に近く、ボケの影響を受けやすいためである。従って、合焦近傍状態でのＡ＋Ｂ像信号：Ａ像信号＝２：１の関係は、ボケ量が大きくなるにつれて、２：１．１、２：１．２、…のようにＡ像信号の割合が高くなる。

図１１（ｃ）は、大ボケ状態で得られる波形を示している。１１０７はＡ＋Ｂ像信号、１１０８はＡ像信号、１１０９はＢ像信号である。このように大ボケ状態では、各波形はほとんど捉られず、ノイズのような振幅が発生する。ノイズによる振幅は、Ａ＋Ｂ像信号とＡ像信号（Ｂ像信号）で√２：１の比率となる。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、コントラストの低いバーチャートから得られるＡ＋Ｂ像信号、Ａ像信号、および、Ｂ像信号を示す図である。図１２（ａ）〜（ｃ）において、横軸はセンサ（撮像面）上の位置（Ｘ座標）を示し、縦軸は像信号の大きさを示す。図１２（ａ）は、合焦近傍状態で得られる各波形を示している。１２０１はＡ＋Ｂ像信号、１２０２はＡ像信号、１２０３はＢ像信号である。このように合焦近傍では、Ａ像信号１２０２およびＢ像信号１２０３の波形は略一致する。このとき、Ａ＋Ｂ像信号１２０１の大きさは、Ａ像信号１２０２およびＢ像信号１２０３のそれぞれの約２倍となる。

図１２（ｂ）は、ボケ状態で得られる各波形を示している。１２０４はＡ＋Ｂ像信号、１２０５はＡ像信号、１２０６はＢ像信号である。このようにボケ状態では、Ａ像信号１２０５とＢ像信号１２０６の重心がずれる。このときＡ＋Ｂ像信号１２０４の大きさは、Ａ像信号１２０５およびＢ像信号１２０６に比べて、やや小さくなる。特に、像信号の裾野のケラレが大きくなる。これは、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、Ａ＋Ｂ像信号はＡ像信号やＢ像信号に比べて光束の通過範囲が広く、絞りが開いている状態に近く、ボケの影響を受けやすいためである。従って、合焦近傍状態でのＡ＋Ｂ像信号：Ａ像信号＝２：１の関係は、ボケ量が大きくなるにつれて、２：１．１、２：１．２、…のようにＡ像信号の割合が高くなる。

図１２（ｃ）は、大ボケ状態で得られる波形を示している。１２０７はＡ＋Ｂ像信号、１２０８はＡ像信号、１２０９はＢ像信号である。このように大ボケ状態では、各波形はほとんど捉られず、ノイズのような振幅が発生する。ノイズによる振幅は、Ａ＋Ｂ像信号とＡ像信号（Ｂ像信号）で√２：１の比率となる。

図１１（ａ）および図１２（ａ）に示されるように、合焦近傍状態におけるＡ＋Ｂ像、Ａ像、および、Ｂ像の振幅の比は、２：１：１となる。図９を参照して説明したように、パワーＰは波形の２乗和であるため、Ｐ［Ａ＋Ｂ］、Ｐ［Ａ］、および、Ｐ［Ｂ］の比は４：１：１となり、それに基づいて算出されるパラメータＤは２となる。図１１（ｂ）および図１２（ｂ）に示されるように、ボケ状態におけるＡ＋Ｂ像、Ａ像、および、Ｂ像の振幅の比は、ボケ量が大きくなるに従って、２：１．１：１．１、２：１．２：１．２、２：１．３：１．３…のように変化する。すなわちボケ量が大きくなるにつれて、Ａ＋Ｂ像の振幅に対して、Ａ像およびＢ像のそれぞれの振幅の割合が大きくなる。これらに基づいてパラメータＤを算出すると、合焦近傍状態におけるパラメータＤである２を最大として、ボケ量が大きくなるにつれてパラメータＤの値は少しずつ小さくなる。図１１（ｃ）および図１２（ｃ）に示されるように、大ボケ状態におけるＡ＋Ｂ像、Ａ像、および、Ｂ像の振幅の比は、√２：１：１となる。このとき、Ｐ［Ａ＋Ｂ］、Ｐ［Ａ］、および、Ｐ［Ｂ］の比は２：１：１となり、それに基づいて算出されるパラメータＤは１となる。

次に、図１３を参照して、パラメータＤ（評価値Ｄ）とデフォーカス量との関係について説明する。図１３は、パラメータＤとデフォーカス量との関係図である。図１３において、横軸はデフォーカス量（Ｄｅｆ量）を示し、縦軸はパラメータＤを示す。横軸の中心は合焦近傍状態（デフォーカス量は０）を示し、デフォーカス量の絶対値が大きくなるにつれて被写体のボケも大きくなる。

１３０１はパラメータＤの推移を示すグラフである。パラメータＤは、合焦近傍状態において、最大値２を示す。ボケ量が大きくなるにつれてパラメータＤは小さくなる。さらに大ボケ状態に近づくと、パラメータＤは１に収束する。この傾向から、評価値Ｄが２に近いほど合焦状態に近い（合焦近傍状態である）ことがわかる。従って、被写体が合焦近傍にあることを判定するための閾値Ｔｈを設定し、パラメータＤが閾値Ｔｈ以上の場合、被写体が合焦近傍状態にあると判定する。閾値Ｔｈは、大ボケ状態の場合における１よりも大きい値とし、状況や被写体に応じて調整することが好ましい。

次に、図１４を参照して、合焦度判定について説明する。図１４は、合焦度判定を示すフローチャートである。図１４の各ステップは、主に、撮像制御装置１１２の指令に基づいて、焦点検出装置１２１（合焦度判定手段２０４）により実行される。本実施形態において、焦点検出手段２０２による焦点検出結果が合焦近傍状態を示す場合、合焦度判定手段２０４は、その焦点検出結果が偽合焦であるか否かを判定する。

まずステップＳ１４０１において、合焦度判定手段２０４は、焦点検出手段２０２による焦点検出結果が合焦近傍状態を示しているか否かを判定する。合焦近傍状態であるか否かは、デフォーカス量の絶対値の大きさに基づいて判定可能である。焦点検出結果が合焦近傍状態を示していない場合、ステップＳ１４０５へ進む。ステップＳ１４０５において、合焦度判定手段２０４は、偽合焦であるか否かを判定することができない。

一方、焦点検出結果が合焦近傍状態を示している場合、ステップＳ１４０２へ進む。ステップＳ１４０２において、合焦度判定手段２０４は、評価値Ｄと閾値Ｔｈとを比較し、評価値Ｄが閾値Ｔｈ未満の場合、ステップＳ１４０３へ進む。ステップＳ１４０３において、合焦度判定手段２０４は、焦点検出手段２０２による焦点検出結果は偽合焦であると判定し、焦点検出手段２０２により算出されたデフォーカス量の信頼性は低いと判定する。一方、評価値Ｄが閾値Ｔｈ以上である場合、ステップＳ１４０４へ進む。ステップＳ１４０４において、合焦度判定手段２０４は、焦点検出手段２０２による焦点検出結果は偽合焦でないと判定し、焦点検出手段２０２により算出されたデフォーカス量の信頼性は高いと判定する。

次に、図１５を参照して、図１４の合焦度判定を実行する撮像システム１０の動作について説明する。図１５は、本実施形態における撮像システム１０の動作を示すフローチャートである。図１５の各ステップは、主に、撮像制御装置１１２の指令に基づいて、焦点検出装置１２１の各部により実行される。図１５は、ステップＳ１５１３、Ｓ１５１４が付加されている点で、図５とは異なる。図１５のステップＳ１５０１〜Ｓ１５１２は、図５のステップＳ５０１〜Ｓ５１２とそれぞれ同じであるため、それらの説明を省略する。

ステップＳ１５０３にて焦点検出装置１２１（焦点検出手段２０２）により検出された焦点検出結果が合焦状態（合焦近傍状態）である場合、ステップＳ１５１３へ進む。ステップＳ１５１３において、焦点検出装置１２１（合焦度判定手段２０４）は、合焦度判定を行う。すなわち合焦度判定手段２０４は、評価値算出手段２０３により算出された評価値Ｄと閾値Ｔｈとを比較する。

続いてステップＳ１５１４において、焦点検出装置１２１（合焦度判定手段２０４）は、ステップＳ１５１３の焦度判定の結果に基づいて、偽合焦ではないか否かを判定する。偽合焦ではないと判定された場合、ステップＳ１５０６へ進み、撮像制御装置１１２は外部表示部１１６を用いて合焦表示を行う。一方、ステップＳ１５１４にて偽合焦であると判定された場合、ステップＳ１５０４へ進み、撮像制御装置１１２は、非合焦として焦点検出処理を終了するか否かを判定する。

以上のように、本実施形態の撮像システムによれば、ボケ量が互いに異なる複数の画像から評価値（パラメータＤ）を算出し、パラメータＤによる合焦度判定に基づいて、焦点検出結果が偽合焦であるかを判定することができる。このため本実施形態によれば、焦点検出の精度を向上させることが可能である。

（第２実施形態）
次に、図１６および図１７を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図１６は、本実施形態における偽合焦の説明図であり、相関波形１６０１（相関量ＣＯＲ）を示している。図１６において、横軸はシフト量、縦軸は相関量ＣＯＲをそれぞれ示している。

図１６に示されるように、相関波形１６０１には、相関量ＣＯＲが極小となるシフト量（相関点Ａ、Ｂ、Ｃ）が複数存在する。この場合、複数の相関点Ａ、Ｂ、Ｃから一つの相関点を選択する必要がある。しかし、図１６に示されるように相関点Ａ、Ｂ、Ｃの特徴が互いに類似し、選択すべき適切な相関点を決定することができない場合があり、誤った相関点を選択する可能性がある。誤った相関点を選択すると、合焦方向とは逆の方向へレンズを駆動することや、被写体がボケているのに合焦状態であると示すことなど、高精度な焦点検出を行うことが難しい。これらの現象は、繰り返し被写体に関して発生することが多い。

このような場合、第１実施形態にて説明した評価値（パラメータＤ）を用いて偽合焦を回避または低減することができる。パラメータＤの傾向から、パラメータＤが２に近い場合には合焦近傍状態であることがわかる。このため、パラメータＤが閾値Ｔｈ以上の場合、合焦近傍状態を示すシフト量の小さい相関点を優先して選択する。同様に、パラメータＤが閾値未満の場合、シフト量の小さい相関点を除く相関点から一つの相関点を選択する。

次に、図１７を参照して、本実施形態における相関点演算（ステップＳ６０３）について詳述する。図７は、本実施形態における相関点演算のフローチャートである。図７の各ステップは、撮像制御装置１１２の指令に基づいて、焦点検出装置１２１の各部により実行される。本実施形態の相関点演算は、合焦度判定の結果を利用する点で、図７を参照して説明した第１実施形態の相関点演算とは異なる。図１７のステップＳ１７０１〜Ｓ１７０４は、図７のステップＳ７０１〜Ｓ７０４とそれぞれ同じため、それらの説明を省略する。

ステップＳ１７０２にて相関波形から複数の候補点が検出された場合（Ｎ＞１）、ステップＳ１７０６へ進む。ステップＳ１７０６において、焦点検出装置１２１（評価値算出手段２０３）は、評価値（パラメータＤ）を算出する。続いてステップＳ１７０７において、焦点検出装置１２１（合焦度判定手段２０４）は、評価値（パラメータＤ）と閾値Ｔｈとを比較する。パラメータＤが閾値Ｔｈ以上の場合、ステップＳ１７０８へ進む。ステップＳ１７０８において、焦点検出装置１２１（焦点検出手段２０２）は、パラメータＤから合焦近傍状態であると判定できるため、複数の合焦点の中から、シフト量が０に近い相関点を一つの合焦点として選択する。一方、ステップＳ１７０７にてパラメータＤが閾値Ｔｈ未満である場合、ステップＳ１７０９へ進む。ステップＳ１７０９において、焦点検出装置１２１（焦点検出手段２０２）は、パラメータＤから合焦近傍状態ではないと判定できるため、複数の合焦点の中から、シフト量の小さい相関点を除く相関点を一つの合焦点として選択する。

以上のように、本実施形態の撮像システムによれば、相関点演算において複数の候補（相関点）が見つかった場合、評価値（パラメータＤ）に基づく合焦度判定を利用することにより、最適な相関点を選択して偽合焦を回避または低減することができる。

各実施形態において、制御装置（焦点検出装置１２１）は、焦点検出手段２０２、および、判定手段（合焦度判定手段２０４）を有する。焦点検出手段は、互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する第１の信号と第２の信号とに基づいて焦点検出を行う。判定手段は、複数の像信号のボケ情報に関する評価値（パラメータＤ）に基づいて、焦点検出手段による焦点検出の結果（合焦度）を判定する。

好ましくは、判定手段は、評価値に基づいて、焦点検出の結果が合焦状態を示すか否かを判定する。より好ましくは、判定手段は、焦点検出手段が合焦状態であると判定した場合、評価値に基づいて、焦点検出の結果が合焦状態を示すか否かを判定する。そして判定手段は、焦点検出の結果が合焦状態を示してないと判定した場合、非合焦状態であると判定する。

好ましくは、制御装置は、評価値を算出する算出手段（評価値算出手段２０３）を更に有する。算出手段は、複数の像信号のそれぞれに対してフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の複数の像信号のそれぞれを二乗して、複数の像信号のそれぞれのパワーを算出し、パワーに基づいて評価値を算出する。より好ましくは、算出手段は、複数の像信号として、第１の信号（Ａ像信号）および第２の信号（Ｂ像信号）を合成した合成信号（Ａ＋Ｂ像信号）と、第１の信号および第２の信号の少なくとも一つとを用いて評価値を算出する。より好ましくは、算出手段は、合成信号、第１の信号、および、第２の信号に基づいて、第１のパワー（Ｐ［Ａ＋Ｂ］）、第２のパワー（Ｐ［Ａ］）、および、第３のパワー（Ｐ［Ｂ］）をそれぞれ算出する。そして算出手段は、第１のパワーと、第２のパワーと第３のパワーとの和との比に基づいて、評価値を算出する。また好ましくは、判定手段は、評価値が所定の閾値（閾値Ｔｈ）よりも大きい場合、焦点検出の結果は合焦状態（合焦近傍状態）であると判定する。一方、判定手段は、評価値が所定の閾値よりも小さい場合、焦点検出の結果は非合焦状態であると判定する（Ｓ１５１３，Ｓ１５１４）。

好ましくは、焦点検出手段は、焦点検出の際に複数の合焦候補点を検出した場合、評価値に応じて複数の合焦候補点の中から一つの合焦点（相関点）を選択する（Ｓ１７０６、Ｓ１７０７）。また好ましくは、焦点検出手段は、評価値が所定の閾値（閾値Ｔｈ）よりも大きい場合、デフォーカス量が最も小さい（合焦制御のためのシフト量がゼロに最も近い）合焦候補点を合焦点として（優先的に）選択する（Ｓ１７０８）。また好ましくは、焦点検出手段は、評価値が所定の閾値よりも小さい場合、デフォーカス量が最も小さい合焦候補点を除外して合焦点を選択する（Ｓ１７０９）。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

各実施形態の制御装置において、位相差方式による焦点検出結果が合焦を示す場合、焦点検出結果の信頼性を判定することにより、偽合焦の判定を効果的に低減することができる。また、相関波形から複数の合焦位置の候補が見つかった場合、正しい合焦位置を判定することができる。このため各実施形態によれば、焦点検出の精度を向上させた制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１２１ 焦点検出装置（制御装置）
２０２ 焦点検出手段
２０４ 合焦度判定手段（判定手段）

Claims (13)

1. 互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する第１の信号と第２の信号とに基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、
   複数の像信号のボケ情報に関する評価値に基づいて、前記焦点検出手段による前記焦点検出の結果を判定する判定手段と、
   前記評価値を算出する算出手段と、を有し、
   前記算出手段は、前記複数の像信号として、前記第１の信号および前記第２の信号を合成した合成信号と、該第１の信号および該第２の信号の少なくとも一つとを用いて、前記評価値を算出することを特徴とする制御装置。
2. 前記判定手段は、前記評価値に基づいて、前記焦点検出の結果が合焦状態を示すか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記判定手段は、前記焦点検出手段が合焦状態であると判定した場合、前記評価値に基づいて、前記焦点検出の結果が前記合焦状態を示すか否かを判定し、
   前記判定手段は、前記焦点検出の結果が前記合焦状態を示してないと判定した場合、非合焦状態であると判定する、ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記算出手段は、
   前記複数の像信号のそれぞれに対してフィルタ処理を行い、
   フィルタ処理後の前記複数の像信号のそれぞれを二乗して、該複数の像信号のそれぞれのパワーを算出し、
   前記パワーに基づいて前記評価値を算出する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記算出手段は、
   前記合成信号、前記第１の信号、および、前記第２の信号に基づいて、第１のパワー、第２のパワー、および、第３のパワーをそれぞれ算出し、
   前記第１のパワーと、前記第２のパワーと前記第３のパワーとの和との比に基づいて、前記評価値を算出することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記判定手段は、
   前記評価値が所定の閾値よりも大きい場合、前記焦点検出の結果は合焦状態であると判定し、
   前記評価値が前記所定の閾値よりも小さい場合、前記焦点検出の結果は非合焦状態であると判定する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記焦点検出手段は、前記焦点検出の際に複数の合焦候補点を検出した場合、前記評価値に応じて該複数の合焦候補点の中から一つの合焦点を選択する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 前記焦点検出手段は、前記評価値が所定の閾値よりも大きい場合、デフォーカス量が最も小さい合焦候補点を前記合焦点として選択する、ことを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
9. 前記焦点検出手段は、前記評価値が所定の閾値よりも小さい場合、デフォーカス量が最も小さい合焦候補点を除外して前記合焦点を選択する、ことを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
10. 互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する第１の信号と第２の信号とを出力する撮像手段と、
    前記第１の信号と前記第２の信号とに基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、
    複数の像信号のボケ情報に関する評価値に基づいて、前記焦点検出手段による前記焦点検出の結果を判定する判定手段と、
    前記評価値を算出する算出手段と、を有し、
    前記算出手段は、前記複数の像信号として、前記第１の信号および前記第２の信号を合成した合成信号と、該第１の信号および該第２の信号の少なくとも一つとを用いて、前記評価値を算出することを特徴とする撮像装置。
11. 互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する第１の信号と第２の信号とに基づいて焦点検出を行うステップと、
    複数の像信号のボケ情報に関する評価値に基づいて、前記焦点検出の結果を判定するステップと、
    前記評価値を算出するステップと、を有し、
    前記評価値は、前記複数の像信号として、前記第１の信号および前記第２の信号を合成した合成信号と、該第１の信号および該第２の信号の少なくとも一つとを用いて算出されることを特徴とする制御方法。
12. 互いに異なる瞳領域を通過した光束にそれぞれ対応する第１の信号と第２の信号とに基づいて焦点検出を行うステップと、
    複数の像信号のボケ情報に関する評価値に基づいて、前記焦点検出の結果を判定するステップと、
    前記評価値を算出するステップと、をコンピュータに実行させ、
    前記評価値は、前記複数の像信号として、前記第１の信号および前記第２の信号を合成した合成信号と、該第１の信号および該第２の信号の少なくとも一つとを用いて算出されることを特徴とするプログラム。
13. 請求項１２に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。