JP6914988B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、焦点調節機能を有する装置、及びその制御方法に関するものである。

被写体に高輝度の光源などが含まれている場合、光源に対応する撮像信号が飽和する。飽和した撮像信号は、飽和レベルとして一様な値で観測される。

特許文献１には、点光源被写体による飽和の有無を低コストで検出するために、所定周波数以下の信号成分を除去した後の撮像素子からの撮像信号を用いて、信号成分を除去する前の撮像信号における信号飽和の有無を判定する焦点検出装置が開示されている。

特開２００８−１８５８２３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、飽和信号の有無しか見ていないため、精度よく飽和被写体か否かを判定することができない場合があった。

そこで、本発明は、精度よく飽和被写体を検出することを目的とする。

本発明の技術的特徴として、フォーカスレンズを備えた撮像光学系の異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の焦点検出のための信号を出力することが可能な撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、前記焦点検出のための信号に基づいてデフォーカス量を検出する焦点検出工程と、前記検出されたデフォーカス量がゼロもしくはゼロ付近になる位置を目標位置とする前記フォーカスレンズの駆動を制御する制御工程と、前記焦点検出の対象像が、飽和被写体であるか否かを判定する飽和判定工程と、を有し、前記飽和判定工程では、前記検出されたデフォーカス量の変化量が、所定より小さい状態が、所定回数または所定期間続いた場合に、前記焦点検出の対象像が飽和被写体であると判定することを特徴とする。

本発明によれば、精度よく飽和被写体を検出することができる。

レンズ交換式カメラシステムのブロック図である。 （Ａ）非撮像面位相差方式および（Ｂ）撮像面位相差方式の画素構成例を示す図である。 撮像装置の処理を示すフローチャートである。 ＡＦ処理を示すフローチャートである。 焦点検出処理を示すフローチャートである。 焦点検出領域の説明図である。 飽和被写体を含まない場合と含む場合のＡＦ用信号（一対の像信号）の違いを説明する概念図である。 飽和被写体を含む場合の、レンズ位置とデフォーカス量との関係を説明する概念図である。 飽和被写体を含む場合の、レンズ位置ごとのＡＦ用信号（一対の像信号）を示した概念図である。 第１の実施形態におけるレンズ駆動を示すフローチャートである。 飽和被写体判定を示すフローチャートである。 第１の見切り合焦駆動を示すフローチャートである。 レンズ駆動を示すフローチャートである。 第２の見切り合焦駆動を示すフローチャートである。 第２の実施形態におけるレンズ駆動を示すフローチャートである。 第３の実施形態におけるレンズ駆動を示すフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

＜撮像装置の構成＞
本実施形態では、レンズ交換式の撮像装置において、本発明を適用した場合の例を示す。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る撮像装置の構成について説明する。図１は、レンズ交換式カメラシステム１０のブロック図である。レンズ交換式カメラシステム１０は、カメラ本体２００（撮像装置本体）と、カメラ本体２００に着脱可能なレンズ装置１００（撮影光学系）とを備えて構成されている。レンズ装置１００は、電気接点ユニットを有する不図示のマウント部を介して、カメラ本体２００に着脱可能（交換可能）に取り付けられている。なお本実施形態は、レンズ装置とカメラ本体とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。

レンズ装置１００は、撮影レンズ１０１と、絞り及びシャッター１０２と、フォーカスレンズ１０３と、ズームアクチュエータ１０７と、絞りシャッタアクチュエータ１０８と、フォーカスアクチュエータ１０４と、レンズコントローラ１０５とを備える。撮影レンズ１０１は、ズーム機構を含む。絞り及びシャッター１０２は、光量を制御する。フォーカスレンズ１０３は、後述する撮像素子２０１上に焦点を合わせるためのレンズである。ズームアクチュエータ１０７は、不図示のカム筒を回動することで、撮影レンズ１０１に含まれるズーム機構を光軸方向に移動させて変倍動作を行う。絞りシャッタアクチュエータ１０８は、絞り兼用シャッター１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ１０４は、フォーカスレンズ１０３を光軸方向に移動させて焦点調節動作を行う。レンズコントローラ１０５は、レンズ装置１００の全体を制御し、通信バス１０６を介してカメラ本体２００と接続する。

カメラ本体２００は、撮像素子２０１と、Ａ／Ｄ変換部２０２と、画像処理部２０３と、ＡＦ信号処理部２０４と、フォーマット変換部２０５とを備える。撮像素子２０１は、被写体からの反射光を電気信号に変換する受光手段（光電変換素子）として機能する。Ａ／Ｄ変換部２０２は、撮像素子２０１の出力ノイズを除去するＣＤＳ回路やＡ／Ｄ変換前に行う非線形増幅回路を含む。本実施形態において、ＡＦ信号処理部２０４は、取得手段２０４ａおよび算出手段２０４ｂを有する。また、カメラ本体２００は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの高速な内蔵メモリ（ＤＲＡＭ）２０６を備え、一時的な画像記憶手段としての高速バッファとして、または、画像の圧縮伸張における作業用メモリとして用いる。

さらに、カメラ本体２００は、画像記録部２０７と、システム制御部２０９と、レンズ通信部２１０と、ＡＥ処理部２１１と、画像表示用メモリ（ＶＲＡＭ）２１２と、画像表示部２１３とを備える。画像記録部２０７は、メモリーカードなどの記録媒体とそのインターフェースとを備えて構成される。システム制御部２０９は、撮影シーケンスなどシステムを制御する。レンズ通信部２１０は、通信バス１０６を介してレンズコントローラ１０５と接続されることで、カメラ本体２００とレンズ装置１００との通信を行う。画像表示部２１３は、画像の表示、操作補助のための表示、およびカメラ状態の表示に加え、撮影の際に撮影画面および焦点検出領域を表示する。

また、カメラ本体２００は、カメラ本体２００をユーザーが操作するための操作部２１４を備える。そして、レンズ交換式カメラシステム１０の撮影機能や画像再生の際の設定などの各種設定を行うメニュースイッチ、および撮影モードと再生モードの動作モード切換えスイッチなどを含む。撮影モードスイッチ２１５は、マクロモードやスポーツモードなどの撮影モードを選択するためのスイッチである。メインスイッチ２１６は、カメラ本体２００に電源を投入するためのスイッチである。スイッチ（ＳＷ１）２１７は、自動焦点調節（ＡＦ）や自動露出（ＡＥ）などの撮影スタンバイ動作を行うためのスイッチであり、スイッチ（ＳＷ２）２１８は、スイッチＳＷ１の操作後に撮影を行うためのスイッチである。

撮像素子２０１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどを備え、レンズ装置１００の撮像光学系を介して形成された被写体像（光学像）を光電変換して画素信号（画像データ）を出力する。すなわち、撮像光学系から入射した光束は、撮像素子２０１の受光面上に結像し、撮像素子２０１において配列された画素（フォトダイオード）により、入射光量に応じた信号電荷に変換される。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、システム制御部２０９の指令に従い、タイミングジェネレータ２０８から出力される駆動パルスに基づいて、信号電荷に応じた電圧信号として撮像素子２０１から順次読み出される。

本実施形態で用いられる撮像素子２０１の各画素は、２つ（一対）のフォトダイオードＡ、Ｂとこれら一対のフォトダイオードＡ、Ｂに対して設けられた（フォトダイオードＡ、Ｂを共有する）１つのマイクロレンズとを備えて構成されている。すなわち、撮像素子２０１は、１つのマイクロレンズに対し一対のフォトダイオード（第１光電変換部および第２光電変換部）を有し、複数のマイクロレンズが２次元状に配列されている。各画素は、入射する光をマイクロレンズで分割して一対のフォトダイオードＡ、Ｂ上に一対の光学像を形成し、この一対のフォトダイオードＡ、Ｂから後述するＡＦ用信号に用いられる一対の画素信号（Ａ像信号およびＢ像信号）を出力する。また、一対のフォトダイオードＡ、Ｂの出力を加算することにより、撮像用信号（Ａ＋Ｂ像信号）を得ることができる。

そして、複数の画素から出力された複数のＡ像信号と複数のＢ像信号とをそれぞれ合成することにより、撮像面位相差検出方式によるＡＦ（撮像面位相差ＡＦ）に用いられるＡＦ用信号（焦点検出のための信号）としての一対の像信号が得られる。後述するＡＦ信号処理部２０４は、一対の像信号に対する相関演算を行って、一対の像信号のずれ量である位相差（像ずれ量）を算出し、さらに像ずれ量から撮像光学系のデフォーカス量（デフォーカス方向を含む）を算出する。

このように、撮像素子２０１は、レンズ装置１００の撮像光学系を通過した光束を受光して形成された光学像を電気信号に光電変換して画像データ（像信号）を出力する。本実施形態の撮像素子２０１は、１つのマイクロレンズに対して２つのフォトダイオードが設けられており、撮像面位相差ＡＦ方式による焦点検出に用いる像信号を生成可能である。なお、１つのマイクロレンズに対して４つのフォトダイオードを設けるなど、１つのマイクロレンズを共有するフォトダイオードの個数を変更してもよい。

次に、図２（Ａ）は、撮像面位相差ＡＦ方式に対応していない画素の構成例を模式的に示し、図２（Ｂ）は、撮像面位相差ＡＦ方式に対応した画素の構成例を模式的に示している。図２（Ａ）、（Ｂ）のいずれの画素構成でも、ベイヤー配列が用いられており、Ｒは赤のカラーフィルタを、Ｂは青のカラーフィルタを、Ｇｒ、Ｇｂは緑のカラーフィルタをそれぞれ示している。撮像面位相差ＡＦに対応する図２（Ｂ）の画素構成では、図２（Ａ）に示される撮像面位相差ＡＦ方式に非対応の画素構成における１画素（実線で示される画素）内に、図２（Ｂ）の水平方向に２分割された２つのフォトダイオードＡ、Ｂが設けられている。フォトダイオードＡ、Ｂ（第１光電変換部、第２光電変換部）は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束を受光する。

このように、フォトダイオードＡとフォトダイオードＢは、撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束を受光するため、Ｂ像信号はＡ像信号に対して視差を有している。また、上述の撮像用信号（Ａ＋Ｂ像信号）と一対の視差画像信号のうち、一方の像信号（Ａ像又はＢ像信号）も視差を有する。なお、図２（Ｂ）に示される画素の分割方法は一例であり、図２（Ｂ）の垂直方向に分割した構成や、水平方向および垂直方向に２分割ずつ（合計４分割）した構成などの他の構成を採用してもよい。また、同じ撮像素子内において互いに異なる分割方法で分割された複数種類の画素が含まれてもよい。

なお、本実施形態では、１つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部が配置され、瞳分割された光束が各光電変換部に入射される構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、焦点検出用画素の構成は、マイクロレンズ下に１つのフォトダイオードを有し、遮光層により左右または上下を遮光することで瞳分割を行う構成でもよい。また、複数の撮像用画素の配列の中に一対の焦点検出用画素を離散的に配置し、その一対の焦点検出用画素から一対の像信号を取得する構成でもよい。

撮像素子２０１から読み出された撮像用信号およびＡＦ用信号は、Ａ／Ｄ変換部２０２に入力される。Ａ／Ｄ変換部２０２は、撮像用信号およびＡＦ用信号に対して、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング、ゲインの調節、およびデジタル化を行う。Ａ／Ｄ変換部２０２は、撮像用信号を画像処理部２０３に出力し、ＡＦ用信号をＡＦ信号処理部２０４に出力する。

ＡＦ信号処理部２０４（取得手段２０４ａ）は、Ａ／Ｄ変換部２０２から出力されたＡＦ用信号（一対の像信号としての第１信号（Ａ像信号）および第２信号（Ｂ像信号））を取得する。またＡＦ信号処理部２０４（算出手段２０４ｂ）は、ＡＦ用信号に基づいて相関演算を行って像ずれ量を算出し、像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。また、ＡＦ信号処理部２０４（算出手段２０４ｂ）は、ＡＦ用信号の信頼性情報（２像の一致度、２像の急峻度、コントラスト情報、飽和情報、およびキズ情報など）により信頼度をランク付けする。ＡＦ信号処理部２０４により算出されたデフォーカス量および信頼性情報（信頼度）は、システム制御部２０９へ出力される。

＜撮影処理＞
次に、図３を参照して、本実施形態におけるカメラ本体２００の動作について説明する。図３は、カメラ本体２００の動作を示すフローチャートである。図３の各ステップは、主にシステム制御部２０９の指令に基づいて各部により実行される。

まず、ステップＳ３０１において、システム制御部２０９は、画像処理部２０３の出力信号に対してＡＥ処理を行うようにＡＥ処理部２１１を制御する。次に、ステップＳ３０２において、システム制御部２０９は、スイッチ２１７（ＳＷ１）がオンであるか否かを判定する。スイッチ２１７（ＳＷ１）がオンの場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ３０３へ進む。一方、スイッチ２１７（ＳＷ１）がオフの場合（Ｎｏ）、ステップＳ３０１へ戻る。

次に、ステップＳ３０３において、システム制御部２０９は、ＡＦ動作を行う。なお、ＡＦ動作の詳細については後述する。次に、ステップＳ３０４において、システム制御部２０９は、スイッチ２１７（ＳＷ１）がオンであるか否かを判定する。スイッチ２１７（ＳＷ１）がオンの場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ３０５へ進む。一方、スイッチ２１７（ＳＷ１）がオフの場合（Ｎｏ）、ステップＳ３０１へ戻る。

次に、ステップＳ３０５において、システム制御部２０９は、スイッチ２１８（ＳＷ２）がオンであるか否かを判定する。スイッチ２１８（ＳＷ２）がオフの場合（Ｎｏ）、ステップＳ３０４へ戻る。一方、スイッチ２１８（ＳＷ２）がオンの場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ３０６へ進む。ステップＳ３０６において、システム制御部２０９は撮影動作を行う。その後、ステップＳ３０１へ戻る。

＜ＡＦ処理（ステップＳ３０３）の詳細＞
次に、図４を参照して、本実施形態におけるＡＦ処理（ステップＳ３０３）について詳述する。

図４の各ステップは、主に、ＡＦ信号処理部２０４およびシステム制御部２０９により実行される。

まず、ステップＳ４０１において、システム制御部２０９は、画像処理部２０３の出力信号に対してＡＥ処理を行うようにＡＥ処理部２１１を制御する。次に、ステップＳ４０２において、ＡＦ信号処理部２０４は、一対の像信号を用いて焦点検出処理を行い、デフォーカス量および信頼度を算出する。なお、焦点検出処理の詳細については後述する。

次に、ステップＳ４０３で、ステップＳ４０２にて算出されたデフォーカス量と信頼度に基づいてフォーカスレンズ１０３を駆動する。なお、レンズ駆動の詳細については後述する。

次に、ステップＳ４０４において、合焦状態（合焦／非合焦）が判定されているかを判断し、判定されていない場合、ステップＳ４０２に戻る。判定されていればステップＳ４０５に進み、合焦／非合焦の表示をし、本フローを終了する。

＜焦点検出処理（ステップＳ４０２）の詳細＞
次に、図５を参照して、焦点検出処理（ステップＳ４０２）について詳述する。図５の各ステップは、主に、システム制御部２０９、または、システム制御部２０９の指令に基づいてＡＦ信号処理部２０４により実行される。

まず、ステップＳ５０１において、ＡＦ信号処理部２０４（システム制御部２０９）は、撮像素子２０１内の任意の範囲の焦点検出領域を設定する。次に、ステップＳ５０２において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０１にて設定した焦点検出領域に関し、撮像素子２０１から焦点検出用の一対の像信号（Ａ像信号およびＢ像信号）を取得する。次に、ステップＳ５０３において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０２にて取得した一対の像信号に対して、垂直方向に行加算平均処理を行う。行加算平均処理により、像信号のノイズの影響を軽減することができる。次に、ステップＳ５０４において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０３にて行加算平均処理を行った一対の像信号から、所定の周波数帯域の信号成分を取り出すフィルタ処理を行う。

次に、ステップＳ５０５において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０４にてフィルタ処理後の一対の像信号に基づいて相関量を算出する。次に、ステップＳ５０６において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０５にて算出した相関量に基づいて相関変化量を算出する。次に、ステップＳ５０７において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０５にて算出した相関変化量に基づいて像ずれ量を算出する。次に、ステップＳ５０８において、ＡＦ信号処理部２０４は、ステップＳ５０７にて算出した像ずれ量の信頼度を算出する。次に、ステップＳ５０９において、ＡＦ信号処理部２０４は、像ずれ量をデフォーカス量に変換する。

次に、ステップＳ５１０において、システム制御部２０９は、ステップＳ５０４にて行われたフィルタ処理に関し、フィルタの種類分だけ演算したか否かを判定する。フィルタの種類分だけフィルタ処理の演算が完了している場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ５１１へ進む。一方、フィルタの種類分だけフィルタ処理の演算が完了していない場合（Ｎｏ）、ステップＳ５０４へ戻る。本実施形態において、ステップＳ５０４のフィルタ処理では、例えば、行加算平均処理を行った一対の像信号に対して、帯域の異なる３つの周波数帯域（低域、中域、高域）のバンドパスフィルタを用いた処理（フィルタ処理）を水平方向に行う。但し、低域フィルタ、中域フィルタ、高域フィルタとは、各フィルタが取り出す周波数成分の相対的な高低を示すものであり、絶対的な高低を示すものではない。ステップＳ５１０において、システム制御部２０９は、ステップＳ５０４〜Ｓ５０９の一連の処理を３つの周波数帯域の全てに関して行ったか否かを判定する。

次に、ステップＳ５１１において、システム制御部２０９は、合焦判定を行う。この合焦判定とは、フィルタを用いて算出されたデフォーカス量を選択する処理である。すなわち、システム制御部２０９（決定手段）は、ステップＳ５０４〜Ｓ５０９の一連の処理により算出された３つのデフォーカス量と信頼度との組み合わせのうち、いずれのデフォーカス量と信頼度との組み合わせを用いるかを選択（決定）する。

＜飽和被写体の課題＞
次に、図６を参照して、図５のステップＳ５０１にて設定された焦点検出領域（ＡＦ領域）について詳述する。図６は、撮像素子２０１の画素アレイ６０１上での焦点検出領域６０２の説明図である。焦点検出領域６０２の両側のシフト領域６０３は、相関演算に必要な領域である。このため、焦点検出領域６０２とシフト領域６０３とを合わせた領域６０４が相関演算に必要な画素領域である。図６中のｐ、ｑ、ｓ、ｔはそれぞれ、水平方向（ｘ軸方向）での座標であり、ｐとｑはそれぞれ領域６０４（画素領域）の始点と終点のｘ座標、ｓとｔはそれぞれ焦点検出領域６０２の始点と終点のｘ座標をそれぞれ示している。

図７は、図６の焦点検出領域６０２に飽和被写体を含まない場合（図７（ａ）、（ｂ））と含む場合（図７（ｃ）、（ｄ））のＡＦ用信号（一対の像信号）の違いを概念的に説明する図である。図７において、実線７０１、７１１は一対の像信号のうちの一方（Ａ像信号）、破線７０２、７１２は一対の像信号のうち他方（Ｂ像信号）である。また、二点鎖線は各像信号の重心、一点鎖線は撮像素子の飽和レベル（フォトダイオードの電荷蓄積容量の限界）を示している。

図７（ａ）は、焦点検出領域６０２に、デフォーカス量Ｄだけボケた点光源があり、その点光源が適露光で、非飽和状態（像信号が飽和レベルに達していない）にある場合のＡ像信号７０１およびＢ像信号７０２を示している。図７（ｂ）は、説明上簡単のために、Ｂ像信号７０２を図７（ａ）の状態からＤだけシフトし、相関が最も良い状態を示している。

図７（ｃ）は、図７（ａ）の点光源の出力が高輝度になり、フォトダイオードへの入射光量が飽和レベルを超えた場合を示している。つまり、図７（ｃ）の像信号は、図７（ａ）の像信号に比べ、信号レベルが全体的に高くなる。たとえば、図７（ａ）の図中横点線で示される点光源の端（図中縦点線）におけるＢ像信号７０２の信号レベルは、図７（ｃ）のＢ像信号７１２では信号レベルが高くなり、飽和レベルと一致している。

つまり、図７（ｃ）は、焦点検出領域６０２に、デフォーカス量Ｄだけボケた点光源があり、その点光源が高輝度で、飽和状態にある場合のＡ像信号７１１およびＢ像信号７１２を示している。図７（ｃ）では、図中一点鎖線で示した飽和レベルを超える出力領域でＡ像信号７１１およびＢ像信号７１２の出力が、飽和レベルで一定値にクリップされる。この場合、図７（ｄ）に示すように、Ｂ像信号７１２を図７（ｃ）の状態からｄ（Ｄ ＞ ｄ）だけシフトした状態が、最も相関が良い状態になる。

図７（ａ）では、視差によるＡ像信号とＢ像信号の像ずれが顕著に出るピーク部分の信号により、相関演算の結果、正しいデフォーカス量Ｄが算出される。一方、図７（ｃ）では、飽和のためピーク部分が検出できず（飽和レベルで一定値にクリップされる）、相関演算の結果、実際のデフォーカス量Ｄよりも小さいｄしかボケていないように誤検出される。

＜飽和被写体を含む場合の、レンズ位置とデフォーカス量との関係＞
図８は、図６の焦点検出領域６０２に飽和被写体を含む場合の、レンズ位置とデフォーカス量との関係を概念的に説明する図である。図８中、領域Ｓで示した領域が合焦近傍で、点線で示したレンズ位置とデフォーカスの関係がリニアな状態とほぼ一致している。つまり、この領域Ｓでは、算出されたデフォーカス量の信頼度が高く、そのままレンズ駆動して問題ないことが分かる。それに対し、領域Ｌで示した領域は像がボケている領域で、点線で示したレンズ位置とデフォーカス量の関係がリニアな状態と大きく乖離して、レンズ位置に関わらず、デフォーカス量はほぼ一定になっている。

図９に、図８の領域Ｌの（ａ）、（ｂ）、領域Ｓの（ｃ）、（ｄ）のポイントのそれぞれのＡＦ用信号（一対の像信号）を示した。図９において、実線９１１は一対の像信号のうちの一方（Ａ像信号）、破線９１２は一対の像信号のうち他方（Ｂ像信号）である。

図９（ａ）、（ｂ）で示したボケ状態（図８の領域Ｌ）では、Ａ像信号９１１およびＢ像信号９１２の半値幅が広くなり、出力が飽和レベルで一定になる幅が広くなる。そのため、出力が一定になる部分の相関演算への影響が支配的になるため、図８の領域Ｌに示したようにデフォーカス量の変動が小さくなる。

一方、図９（ｃ）、（ｄ）で示した近傍（図８の領域Ｓ）では、Ａ像信号９１１およびＢ像信号９１２の半値幅が狭くなり、出力が飽和レベルで一定になる幅も狭くなる。そのため、Ａ像信号９１１およびＢ像信号９１２の裾の部分のずれ量の相関演算への影響が支配的になるため、図８の領域Ｓに示したようにレンズ位置に応じてデフォーカス量も変動する。

つまり、飽和被写体の場合、ボケ状態では本来のピーク部分の出力が一定になる部分の相関演算への影響が支配的になり、デフォーカス変動量が小さくなる。

以上より、飽和被写体を含む枠でオートフォーカスする場合は、実際のボケ量よりもデフォーカスが小さく算出され、またボケ状態でのデフォーカスの変動が小さいことを考慮して、合焦判定基準を変えたり、駆動方法を工夫したりする必要がある。

なお、図７、図８、図９は概略的な説明図であり、飽和による相関演算への上記影響の度合いは、飽和被写体の輝度、大きさ、形状や、センサ特性などにより変化する。さらに、一般的なシーンでは、焦点検出領域６０２内に飽和被写体のほかの高コントラスト被写体等が含まれることがある。その場合は、その高コントラスト被写体の像の相関により、特性が変化することもある。

［第１の実施形態］
＜第１の実施形態のレンズ駆動（ステップＳ４０３）の詳細＞
ここで、図１０を参照して、第１の実施形態のレンズ駆動（ステップＳ４０３）について説明する。図１０の各ステップは、主にシステム制御部２０９により実行される。

まず、ステップＳ１００１で、ステップＳ５１１で選択されたデフォーカス量をレンズ駆動量（Ｄｒｉｖｅ量）に設定する。次に、ステップＳ１００２で、ステップＳ１００１で設定したＤｒｉｖｅ量だけレンズを駆動する。次に、ステップＳ１００３において、ステップＳ４０２の焦点検出処理を行う。

次に、ステップＳ１００４で図７〜９で説明したように、焦点検出の対象像が、誤検出されるような飽和被写体であるかどうかの判定を行う。飽和判定については、後で詳説する。次に、ステップＳ１００５では、ステップ１００３（ステップＳ５０８）で算出した信頼度を参照し、信頼度が高いか判定する。信頼度が低ければ、ステップＳ１００１に戻り、信頼度が高ければステップＳ１００６に進む。

次に、ステップＳ１００６では、ステップＳ１００３（ステップＳ５０７）で算出したデフォーカス量から判断される目標位置が合焦管理幅の範囲内であるか判定する。そして、合焦管理幅の範囲内であれば、ステップＳ１００７に進み、合焦判定をして、本フローを終了する。これは、焦点検出の対象像の位相差がゼロもしくはゼロ付近になるためである。合焦管理幅としては、像の合焦判定をする閾値になるため、±１Ｆδ以下の値を設定することが望ましい。また、合焦管理幅は図８の領域Ｓ（合焦近傍）内に設定される。図８で説明したように、この領域Ｓではレンズ位置とデフォーカスの関係がリニアで信頼度が高いため、そのまま合焦判定をし、レンズ駆動を終了する（合焦動作を終了する）ことができる。

一方、デフォーカス量が合管理幅の範囲外であれば、ステップＳ１００８に進む。このときは、フォーカスレンズの駆動完了後に再度焦点検出を行うことになる。

図８の領域Ｌのように、飽和被写体の影響でデフォーカス量が誤検出されている可能性があるため、ステップＳ１００８では、Ｓ１００４で判定した飽和被写体フラグの状態を判定する。飽和被写体フラグがｏｆｆであれば（飽和被写体でなければ）、デフォーカス量が誤検出されていないと判断できるので、ステップＳ１００９で、ステップ１００３（ステップＳ５０７）で算出したデフォーカス量が第１の見切り合焦幅以下であるか判定する。第１の見切り合焦幅より大きい場合は、ステップＳ１００１に戻る。第１の見切り合焦幅以下である場合は、Ｓ１０１１の第１の見切り合焦駆動に進み、本フローを終了する。

ステップＳ１０１１の見切り合焦駆動は、図１２で後述するように、所定の駆動回数レンズを駆動させたら合焦判定を出してレンズ駆動を強制的に駆動終了する駆動制御処理である。見切り合焦駆動は、ワンショットＡＦ時に被写体が動いている場合にいつまでも合焦できない不具合や、経年劣化によるレンズの駆動精度の悪化によって合焦しにくくなる不具合に対応する一般的な技術である。詳細は後で説明する。

上述したように、ステップＳ１０１１の見切り合焦駆動は、レンズ駆動を強制終了するため、この駆動に入るには、焦点検出の信頼度が高く（ステップＳ１００５）ある程度合焦近傍にレンズがあることが必須である。そのため、この見切り合焦駆動に入るか否かを判定する第１の見切り合焦幅は、±５Ｆδ程度の値を設定するのが望ましい。

一方、ステップＳ１００８で、飽和被写体フラグがｏｎであれば（飽和被写体であれば）、デフォーカス量が誤検出されている可能性が高い。このため、ステップＳ１０１０で、ステップ１００３（Ｓ５０７）で算出したデフォーカス量が、第２の見切り合焦幅以下であるか判定する。飽和被写体である場合は、図７〜９で説明したように、実際のデフォーカス量よりも小さいデフォーカス量が誤検出され、かつ変動しない傾向があるため、第２の見切り合焦幅は、第１の見切り合焦幅よりも小さく設定することになる。

つまり、飽和被写体である場合、図８の領域Ｌ内で見切り合焦駆動に入りボケ合焦することを回避する必要があるため、第２の見切り合焦幅は、領域Ｌ内で誤検出されるデフォーカス量よりも小さく設定する必要がある。そのため、第２の見切り合焦幅は±２Ｆδ程度に設定することが望ましい。第２の見切り合焦幅より大きい場合は、ステップＳ１００１に戻る。第２の見切り合焦幅以下である場合は、Ｓ１０１１の第１の見切り合焦駆動に進み、本フローを終了する。

本実施形態において、見切り合焦幅｜Ａ｜と、第１の見切り合焦幅｜Ｂ｜と、第２の見切り合焦幅｜Ｃ｜の関係は、
｜Ａ｜ ＜ ｜Ｃ｜ ＜ ｜Ｂ｜ ・・・（１）
となっている。

このように、飽和被写体が検出された場合は、実際のボケ量よりも小さいデフォーカスが誤検出されることを考慮して、通常時（飽和被写体が検出されていない時）よりも、見切り合焦駆動に入る閾値を小さく設定する。これにより、ボケたまま合焦判定されることを抑制できる。

次に、図１１を参照して、飽和被写体判定（ステップＳ１００４）について説明する。

まず、ステップＳ１１０１でデフォーカスの変化量（Ｄｅｆｏｃｕｓ変化量）が所定の閾値（飽和被写体ΔｄｅｆｏｃｕｓＴｈ）以下であるかを判定する。Ｄｅｆｏｃｕｓ変化量は、ステップＳ５１１で選択されたデフォーカスと、前回のデフォーカスとの差分である。飽和被写体ΔｄｅｆｏｃｕｓＴｈは、ステップＳ５１１で選択されたデフォーカスに基づいて、ステップＳ１００２でレンズ駆動した前後のレンズ移動量、もしくは像面移動量から決められる閾値である。すなわち、レンズ駆動量もしくは像面移動量から期待されるデフォーカスの変化に対し、Ｓ５１１で算出されるデフォーカスがどの程度変化したかで、デフォーカスの変化の有無を判断する。

次に、ステップＳ１１０１でデフォーカスの変化が大きい（変化がある）と判断された場合は、Ｓ１１０５へ進み、飽和被写体フラグにｏｆｆを設定して本フローを終了する。一方、デフォーカスの変化が小さい（変化が無い）と判断すると、ステップＳ１１０２に進み、飽和被写体Ｃｏｕｎｔをカウントアップする。

次に、ステップＳ１１０３に進み、飽和被写体Ｃｏｕｎｔが所定の閾値（飽和被写体ＣｏｕｎｔＴｈ）以上かどうかを判断し、飽和被写体を検出する。すなわち、デフォーカスの変化が小さい（変化が無い）状態が所定回数続いたかを判断する。これは、相関演算のばらつきでデフォーカスの変化が無いと誤検出されたり、レンズ駆動の応答性が悪い時に誤検出されたりすることを防ぐためであり、飽和被写体Ｃｏｕｎｔは２以上を設定することが望ましい。また、ここでは回数で閾値を決めたが、時間（期間）で閾値（所定期間）を決めても、誤検出を防ぐことができる。ステップＳ１１０３で飽和被写体Ｃｏｕｎｔが閾値以上である（飽和被写体検出された）場合、ステップＳ１１０４に進み、飽和被写体フラグをｏｎにして、本フローを終了する。一方、飽和被写体Ｃｏｕｎｔが閾値より小さければ、ステップＳ１１０５に進み、飽和被写体フラグにｏｆｆを設定して本フローを終了する。

本フローでは、デフォーカスの変化の有無のみで飽和被写体検出を行った。しかしながら、画素単位で飽和している画素が閾値以上あるか判定した場合に限定して飽和被写体と判定したり、デフォーカスが小さく誤検出されることを鑑み、デフォーカスが所定の範囲内にあるかを判定したりするステップを加えてもよい。これにより、より精度良く飽和被写体を検出することができる。

次に、図１２を参照して、見切り合焦駆動（ステップＳ１０１１）について説明する。

まず、ステップＳ１２０１で見切り合焦駆動した回数のカウント（見切りＣｏｕｎｔ）を初期化する。次に、ステップＳ１２０２で、Ｓ１００３の焦点検出処理で算出したデフォーカス量をレンズ駆動量（Ｄｒｉｖｅ量）に設定する。続いて、ステップＳ１００２で、ステップＳ１００１で設定したＤｒｉｖｅ量だけレンズを駆動し、見切りＣｏｕｎｔをカウントアップする。

次に、ステップＳ１２０４で、ステップＳ４０２焦点検出処理フローに入り、デフォーカス量を算出する。ステップ１２０５では、ステップＳ１２０４で算出したデフォーカス量が合焦管理幅以下であるかを判定し、合焦管理幅以下であれば、ステップ１２０６に進み、合焦判定をして、本フローを終了する。一方、デフォーカス量が合管理幅より大きければ、ステップＳ１２０７に進み、ステップＳ１００４飽和被写体判定フローに入る。

次にＳ１２０８で、見切りＣｏｕｎｔがゼロでなければ、飽和被写体判定結果を確認し、飽和被写体フラグの状態が変化していたら、そのまま本フローを終了する。一方、見切りＣｏｕｎｔがゼロもしくは、見切りＣｏｕｎｔがゼロでなくかつ飽和被写体フラグの状態が変化していなければ、ステップＳ１２０９に進む。

次に、ステップＳ１２０９では、デフォーカスが合焦管理幅以下であるか判定し、合焦管理幅以下であれば、ステップＳ１２１０に進み、合焦判定をして、本フローを終了する。一方、デフォーカスが合焦管理幅より大きければ、ステップＳ１２１１に進み、ステップＳ４０２焦点検出処理フローに入り、その後ステップＳ１２０２に戻る。また、ステップＳ１２１１で信頼度が低くなった場合は、非合焦判定をして、本フローを終了する（不図示）。

また、上記では見切り合焦幅を変えることでボケ合焦を抑制したが、見切り合焦回数を変えることでも効果が得られることを、図１３と図１４を参照して説明する。図１３のステップＳ１３０１からＳ１３０７までは図１０のステップＳ１００１からＳ１００７と同じため説明は省略する。

ステップＳ１３０６でデフォーカスが合管理幅より大きければ、ステップＳ１３０８で、まずデフォーカス量が第１の見切り合焦幅以下であるか判定する。次に、ステップＳ１３０９で、ステップＳ１３０４で判定した飽和被写体フラグのｏｎ／ｏｆｆを判定し、ｏｆｆであれば、ステップＳ１３１１（ステップＳ１０１１）の第１の見切り合焦駆動に入り、その後本フローを終了する。一方、飽和被写体フラグがｏｎであれば、図１４に示す第２の見切り合焦駆動に入り、その後本フローを終了する。

図１４の第２の見切り合焦駆動は、第１の見切り合焦駆動（ステップＳ１０１１）と、ステップＳ１４０９の見切りＣｏｕｎｔの閾値のみが異なり、第１の見切りＣｏｕｎｔＴｈよりも大きい第２の見切りＣｏｕｎｔＴｈが設定される。つまり、飽和被写体検出された場合は、されなかった場合よりも、多く見切り合焦駆動を実行するようになる。

これにより、第１の見切りＣｏｕｎｔＴｈではレンズ駆動が足りず合焦まで駆動できなかったシーンでも、第２の見切りＣｏｕｎｔＴｈでは、よりレンズ駆動が継続されるため、合焦率が改善できる。

このように、飽和被写体検出がされた場合に、見切り合焦駆動の回数や時間を増やすことで合焦率を改善できる。また、見切り合焦駆動の制限回数や制限時間の制限をなくす（解除する）ことでも、本効果は得られる。

また、説明の簡単のために、図６で示したように、焦点検出領域（ＡＦ領域）をひとつだけ設定した場合について説明したが、複数のＡＦ領域の相関演算を実施し、その結果を用いてオートフォーカスする領域を自動選択する場合でも、本件の効果は得られる。

以上より、本実施形態によれば、誤検出している飽和被写体を検出し、レンズ駆動を終了させるまでの判定基準を適正に変更することで、高輝度被写体を含む画像での合焦率を改善できる。

［第２の実施形態］
＜第２の実施形態におけるレンズ駆動（ステップＳ４０３）の詳細＞
次に、図１５を参照して、本発明の第２の実施形態におけるレンズ駆動（ステップＳ４０３）について説明する。本実施形態に係る撮像装置１０において、上述した実施例１に係る撮像装置１０と同等の構成については説明を省略する。

まず、ステップＳ１５０１で飽和被写体フラグのｏｎ／ｏｆｆを判定し、ｏｆｆの場合、ステップＳ１５０３に進み、Ｓ５１１で選択されたデフォーカス量をレンズ駆動量（Ｄｒｉｖｅ量）に設定する。一方、飽和被写体フラグがｏｎの場合は、Ｓ５１１で選択されたデフォーカスをｍ倍（＞１）してレンズ駆動量（Ｄｒｉｖｅ量）に設定する。次に、ステップＳ１５０４で、ステップＳ１００１で設定したＤｒｉｖｅ量だけレンズを駆動する。

このように、飽和被写体検出された場合は、相関演算で算出されたデフォーカスよりも大きくレンズを駆動することで、デフォーカスの変化の小さい（変化の無い）ボケ状態をより早く抜け、より早く合焦できるようになる。本実施形態では、Ｄｒｉｖｅ量にデフォーカスをｍ倍した値を設定したが、たとえば１０Ｆδといった所定値を設定しても本件の効果は得られる。

以上より、本実施形態によれば、誤検出している飽和被写体を検出し、レンズ駆動方法を適正に変更することで、高輝度被写体を含む画像での合焦率を改善できる。

［第３の実施形態］
＜第３の実施形態におけるレンズ駆動（ステップＳ４０３）の詳細＞
次に、図１６を参照して、本発明の第３の実施形態におけるレンズ駆動（ステップＳ４０３）について説明する。本実施形態に係る撮像装置１０において、上述した実施例１に係る撮像装置１０と同等の構成については説明を省略する。また、図１６のステップＳ１６０１からＳ１６０７までは図１０のステップＳ１００１からＳ１００７と同じため説明は省略する。

ステップＳ１６０６でデフォーカスが合管理幅より大きければ、ステップＳ１６０８で、飽和被写体フラグのｏｎ／ｏｆｆを判定する。飽和被写体フラグがｏｆｆの場合は、ステップＳ１６１０でデフォーカス量が第１の見切り合焦幅以下であるか判定し、第１の見切り合焦幅より大きい場合はステップＳ１６０１に戻る。デフォーカスが第１の見切り合焦幅以下の場合はステップＳ１６１１に進み、第１の見切り合焦駆動に入り、その後本フローを終了する。一方、ステップＳ１６０８で飽和被写体フラグがｏｎの場合は、ステップＳ１６０９に進み、非合焦判定をして、本フローを終了する。

このように、合焦管理幅に至っていない（ボケた）状態で飽和被写体を検出した場合は、非合焦判定を出すことで、ボケ状態で合焦判定してしまう不具合を回避できる。

また、合焦管理幅に至っていない（ボケた）状態で飽和被写体を検出した場合に、Ｓ４０５で、非合焦枠の色を変えたり、枠を点滅させたり、または飽和被写体フラグアイコンを別途表示するなど、ユーザーに通知する通知手段を備えることが好ましい。飽和被写体フラグのために非合焦になったことを通知することで、再度ＳＷ１を押し直し続けることで合焦できる、または手動で合焦近傍までレンズを動かしてからオートフォーカスすることで合焦できることをユーザーに知らせることができる。

また、システム制御部２０９は、撮影した画像を、「飽和被写体」を示す属性情報と関連付けて記録媒体に記録してもよい。これにより撮影画像を再生する際にも飽和被写体であることを示すアイコンを表示することができ、ユーザーは飽和被写体を撮影した画像であることを容易に識別することができる。

以上より、本実施形態によれば、誤検出している飽和被写体を検出し、レンズ駆動を終了させるまでの判定基準を適正に変更することで、高輝度被写体を含む画像での合焦率を改善できる。

上述の実施形態によれば、誤検出している飽和被写体を検出し、レンズ駆動を終了させるまでの判定基準やレンズ駆動方法を適正に変更することで、高輝度被写体を含む画像での合焦精度を改善できる。

［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。

１００ レンズ装置
１０３ フォーカスレンズ
２００ カメラ本体
２０４ ＡＦ信号処理部
２１３ 表示部
２１７ スイッチ（ＳＷ１）
２１８ スイッチ（ＳＷ２）

Claims (5)

1. フォーカスレンズを備えた撮像光学系の異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の焦点検出のための信号を出力することが可能な撮像手段と、
   前記焦点検出のための信号に基づいてデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、
   前記検出されたデフォーカス量がゼロもしくはゼロ付近になる位置を目標位置とする前記フォーカスレンズの駆動を制御する制御手段と、
   前記焦点検出の対象像が、飽和被写体であるか否かを判定する飽和判定手段と、を有し、
   前記飽和判定手段は、前記検出されたデフォーカス量の変化量が、所定より小さい状態が、所定回数または所定期間、続いた場合に、前記焦点検出の対象像が飽和被写体であると判定することを特徴とする撮像装置。
2. 前記焦点検出のための信号が飽和している画素を検出する検出手段を更に有し、
   前記飽和判定手段は、前記検出されたデフォーカス量の変化量が、所定より小さい状態が、所定回数または所定期間続いた場合であって、前記検出手段により、飽和している画素が所定数以上、検出された場合に飽和被写体として判定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記飽和判定手段は、前記検出されたデフォーカス量の変化量が、前記制御手段によって駆動される前記フォーカスレンズの移動量から期待される変化量に対し小さい状態が、所定回数または所定期間続いた場合に、飽和被写体として判定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. フォーカスレンズを備えた撮像光学系の異なる瞳領域を通過した光束を光電変換して、一対の焦点検出のための信号を出力することが可能な撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記焦点検出のための信号に基づいてデフォーカス量を検出する焦点検出工程と、
   前記検出されたデフォーカス量がゼロもしくはゼロ付近になる位置を目標位置とする前記フォーカスレンズの駆動を制御する制御工程と、
   前記焦点検出の対象像が、飽和被写体であるか否かを判定する飽和判定工程と、を有し、
   前記飽和判定工程では、前記検出されたデフォーカス量の変化量が、所定より小さい状態が、所定回数または所定期間続いた場合に、前記焦点検出の対象像が飽和被写体であると判定することを特徴とする撮像装置の制御方法。
5. 撮像装置が有するコンピュータを、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像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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