(57)【要約】【課題】  ＡＦ中の被写体の変化の影響を受けずに短時間でＡＦ処理を実行することを可能にした焦点調節装置を提供すること。【解決手段】  そこで、本発明では、手振れ量予測手段により予測される手振れ量が所定値より大きい場合、設定手段は、設定された複数の測距領域の各々の面積を大きくし、信頼性評価値判定手段にて信号差分値の変化量が所定値より大きいと判定された測距領域を除く測距領域で取得されたＡＦ評価値に基づき、焦点調節手段にて焦点調節を行う構成とした。【選択図】  図５
2014077976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系を透過した光束を受光し画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子上に分割された複数の測距領域を設定する設定手段と、前記測距領域の画像信号の高周波成分を用いて合焦状態を評価する焦点評価値を生成する焦点評価値生成手段と、前記測距領域の少なくとも一部の前記画像信号の出力値の最大値と最小値の差分を用いて算出される信号差分値を生成する差分値生成手段と、複数の合焦状態で得られた前記測距領域内の前記焦点評価値の和であるＡＦ評価値が最大になるように前記合焦状態を調節する焦点調節手段と、前記複数の合焦状態の少なくとも２つの合焦状態で得られた前記差分値生成手段が生成する信号差分値の変化量を少なくとも用いて前記複数の測距領域のうち前記焦点調節に用いる測距領域を判定する信頼性評価値判定手段と、手振れ量を予測する手振れ予測手段と、を有する焦点調節装置であって、
前記手振れ量予測手段により予測される手振れ量が所定値より大きい場合、前記設定手段は、前記設定された複数の測距領域の各々の面積を大きくし、
前記信頼性評価値判定手段にて前記信号差分値の変化量が所定値より大きいと判定された測距領域を除く測距領域で取得された前記ＡＦ評価値に基づき、前記焦点調節手段にて焦点調節を行うことを特徴とする焦点調節装置。
【請求項２】
前記信頼性評価値判定手段は、前記複数の合焦状態の少なくとも２つの合焦状態で得られた前記差分値生成手段が生成する信号差分値の変化量及び前記複数の合焦状態の少なくとも２つの合焦状態で得られた焦点評価値の変化量を少なくとも用いて前記複数の測距領域のうち前記焦点調節に用いる測距領域を判定しており、
前記信頼性評価値判定手段にて前記信号差分値の変化量が所定値より大きいと判定され、かつ、前記信号差分値の変化量が所定値より大きいと判定された合焦状態で得られた前記焦点評価値の変化量が所定値より大きいと判定された測距領域を除く測距領域で取得された前記ＡＦ評価値に基づき、前記焦点調節手段にて焦点調節を行うことを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
【請求項３】
前記信頼性評価値判定手段にて生成された信号差分値の変化量と前記信号差分値の変化量が生成された前記焦点評価値の変化量を乗じた値が所定値より大きいと判定された測距領域を除く測距領域で取得された前記ＡＦ評価値に基づき、前記焦点調節手段にて焦点調節を行うことを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
【請求項４】
前記複数の測距領域を複数の測距領域群に分割し、前記分割された測距領域群ごとの前記焦点評価値が最大となる合焦状態を比較し、前記焦点調節手段にて焦点調節を行う測距領域群を選択する遠近競合判定手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の焦点調節装置。
【請求項５】
前記ＡＦ評価値は、前記焦点評価値の総和を前記焦点調節に用いると判定された前記測距領域の領域数で除算することで正規化されてい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。
【請求項６】
前記撮影光学系に含まれるフォーカスレンズ位置の光軸方向への移動と前記撮像素子の光軸方向への移動の少なくとも一方により前記複数の合焦状態を実現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。
【請求項７】
前記手振れ量予測手段により予測される手振れ量が所定値より大きい場合、前記設定手段は、前記設定された複数の測距領域の面積の総和を保ちながら前記測距領域の数を減らすことを特徴とする請求項１乃至６に記載の焦点調節装置。
【請求項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を有する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点調節装置、詳しくは撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子により取得される画像信号を使用して、焦点調節を行う焦点調節装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやビデオカメラにおいては、ＣＣＤやＣＭＯＳ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に応じた信号を検出して合焦させるオートフォーカス（以下、ＡＦ）方法が一般的である。
【０００３】
しかしながら、上記の方法では、フォーカスレンズを所定範囲にわたってスキャン駆動しながら被写体のコントラストを順次検出する必要があるため、コントラスト検出信号を得るための時間が長くかかってしまう。
【０００４】
特に、被写体の動きやボケ状態の変化に伴いＡＦの評価範囲内に被写体が出たり入ったりすると、ＡＦ中に被写体が変化してしまうため、正確に合焦させることは難しかった。
【０００５】
ＡＦ中の被写体の変化がある場合に対応するものとして、
例えば、特許文献１にあるように、サイズの異なる２個の評価範囲を撮影範囲内に重畳して配し、より大きい評価範囲のみで大きな評価値変化がある場合に、被写体の動きがあったと判定して、測距枠の位置やサイズを変更するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−０１８７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、ＡＦ中に被写体の変化があることを検出した後に、ＡＦ評価範囲の変更を行うため、再度、ＡＦ処理を行う必要があり、ＡＦ時間が長くなってしまう。また、被写体の動きがある場合には、ＡＦ時間が長くなることは、ＡＦ結果の信頼性も損ねてしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ＡＦ中の被写体の変化の影響を受けずに短時間でＡＦ処理を実行することを可能にした焦点調節装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、撮影光学系を透過した光束を受光し画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子上に分割された複数の測距領域を設定する設定手段と、前記測距領域の画像信号の高周波成分を用いて合焦状態を評価する焦点評価値を生成する焦点評価値生成手段と、前記測距領域の少なくとも一部の前記画像信号の出力値の最大値と最小値の差分を用いて算出される信号差分値を生成する差分値生成手段と、複数の合焦状態で得られた前記測距領域内の前記焦点評価値の和であるＡＦ評価値が最大になるように前記合焦状態を調節する焦点調節手段と、前記複数の合焦状態の少なくとも２つの合焦状態で得られた前記差分値生成手段が生成する信号差分値の変化量を少なくとも用いて前記複数の測距領域のうち前記焦点調節に用いる測距領域を判定する信頼性評価値判定手段と、手振れ量を予測する手振れ予測手段と、を有する焦点調節装置であって、
前記手振れ量予測手段により予測される手振れ量が所定値より大きい場合、前記設定手段は、前記設定された複数の測距領域の各々の面積を大きくし、
前記信頼性評価値判定手段にて前記信号差分値の変化量が所定値より大きいと判定された測距領域を除く測距領域で取得された前記ＡＦ評価値に基づき、前記焦点調節手段にて焦点調節を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＡＦ中の被写体の変化の影響を受けずに短時間でＡＦ処理を実行することを可能にした焦点調節装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施例における焦点調節装置のＡＦ動作手順を示すフローチャートである。
【図２】第１の実施例における焦点調節装置を有する撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。
【図３】Ａ、Ｂは第１の実施例における測距領域の設定について示した図である。
【図４】第１の実施例における各測距領域の信頼性評価のサブルーチンである。
【図５】Ａ〜Ｄは第１の実施例におけるＡＦスキャン中の撮影範囲の変化を、模式的に示した図である。
【図６】Ａ、Ｂは第１の実施例における図５Ａ〜Ｄの状況における測距領域の焦点評価値Ｅと輝度信号差分値Ｄを示す図である。
【図７】第１の実施例における各測距領域群の遠近競合判定のサブルーチンである。
【図８】第１の実施例における各測距領域群のＡＦ評価値の変化を示した図である。
【図９】第１の実施例におけるステップＳ３、ステップＳ４で選択されない測距領域を示した図である。
【図１０】Ａ、Ｂは第２の実施例における図５Ａ〜Ｄの状況における測距領域の焦点評価値Ｅと輝度信号差分値Ｄを示す図である。
【図１１】第３の実施例における焦点調節装置のＡＦ動作手順を示すフローチャートである。
【図１２】第３の実施例における測距領域の設定について示した図である。
【図１３】第４の実施例における焦点調節装置のＡＦ動作手順を示すフローチャートである。
【図１４】Ａ、Ｂは第４の実施例におけるＡＦスキャン中の撮影範囲の変化を、模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施例１）
以下に、本発明の好ましい第１の実施例を、図１〜図９に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の実施例にかかわる焦点調節装置を有する撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。撮像装置は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラを含むが、これに限るものではなく、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撮像素子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、本発明を適用することが可能である。
【００１３】
図２において、１は撮像装置である。２はズームレンズ群、３はフォーカスレンズ群で、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手段であり露出手段である絞りである。３１はズームレンズ群２、焦点調節手段としてのフォーカスレンズ群３、絞り４、等からなるレンズ鏡筒である。
【００１４】
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等の固体撮像素子（以下ＣＣＤ）である。固体撮像素子は、撮影光学系を透過した光束を受光し画像信号を出力する。固体撮像素子は、ＣＭＯＳでも良い。
【００１５】
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化するＡ／Ｄ変換回路である。
【００１６】
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（ＶＲＡＭ）である。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Ｄ／Ａ変換回路である。
【００１７】
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憶する記憶用メモリである。１１は、復号化処理や伸長処理等を施す伸長回路とからなる圧縮伸長回路である。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の圧縮処理や符号化処理を施す圧縮回路及び記憶用メモリ１２に記憶された画像データの再生表示等をするのに最適な形態とする。
【００１８】
また、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は撮像装置の制御を行う演算用のメモリを内蔵したＣＰＵ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。
【００１９】
ＣＰＵ１５は、固体撮像素子上に分割された複数の測距領域を設定する設定手段としての機能がある。
【００２０】
ＣＰＵ１５は、測距領域の画像信号の高周波成分を用いて合焦状態を評価する焦点評価値を生成する焦点評価値生成手段としての機能がある。
【００２１】
ＣＰＵ１５は、測距領域の少なくとも一部の画像信号の出力値の最大値と最小値の差分を用いて算出される信号差分値を生成する差分値生成手段としての機能がある。
【００２２】
ＣＰＵ１５は、複数の合焦状態の少なくとも２つの合焦状態で得られた差分値生成手段が生成する信号差分値の変化量を少なくとも用いて複数の測距領域のうち焦点調節に用いる測距領域を判定する信頼性評価値判定手段としての機能がある。
【００２３】
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はズームスレンズ群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。
【００２４】
更に、２４は各種のスイッチ群からなる操作スイッチである。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。
【００２５】
なお、画像データ等の記憶媒体である記憶用メモリは、フラッシュメモリ等の固定型の半導体メモリで、カード形状やスティック形状から成りたつ。また、装置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憶媒体等、様々な形態のものが適用される。
【００２６】
また、操作スイッチ２４としては、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。
【００２７】
また、レリーズスイッチは、撮影動作（記憶動作）等を開始させる。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を移動させズームを行わせる。
【００２８】
そして、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。
【００２９】
次に、図１を参照して、上記構成を有する撮像装置の本発明の実施例による合焦動作（ＡＦ動作）について説明する。図１は、撮像装置の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、ＣＰＵ１５によって実行される。
【００３０】
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。
【００３１】
複数の測距領域の各々の測距領域内には、複数の撮影画素が二次元に配列されている。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。
【００３２】
図３Ａ，Ｂは、測距領域の設定について示した図である。図３Ａは、例として撮影画面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。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動作の目的は、全測距領域５０４内の撮影者が意図する被写体に焦点調節を行うことである。後に、これらの各領域がＡＦ動作中に被写体の移動の影響を受けているか否かの判別を行う。ここで、測距領域の位置、大きさ、数は、図３Ａ，Ｂの例に限らず、任意に設定されてよい。
【００３３】
図３Ｂは、図３Ａの全測距領域５０４の拡大図である。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を分割する、より面積の小さい測距領域を示している。
【００３４】
また、ステップＳ１では、測距領域群の設定を行うが、測距領域群の例として、図３Ｂでは、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が設定されている。これらの測距領域群は、全測距領域５０４内で撮像装置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。詳細の処理は後述する。
【００３５】
本実施例では、全測距領域５０４のより中央部に撮影者が焦点調節を行いたい被写体がいる確率が高いため、中央部と周辺部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の設定を行えばよい。
【００３６】
図１に戻りフローチャートの説明を続ける。
【００３７】
ステップＳ２では、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）を行う。ＡＦスキャンでは、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ながら、スキャンＡＦ処理回路１４により各フォーカスレンズ群位置における焦点評価値Ｅ［ｎ］［ｈ，ｖ］（但し、ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１、ｈ＝１，２，…，ｍ＿ｈ、ｖ＝１，２，…，ｍ＿ｖ）及び輝度信号差分値Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］（但し、ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１、ｈ＝１，２，…，ｍ＿ｈ、ｖ＝１，２，…，ｍ＿ｖ）をＣＰＵ１５に記憶していく。
【００３８】
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位置での測距領域Ａ［ｈ，ｖ］の焦点評価値を表す。
【００３９】
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ー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、ピントがあった状態で最大となる評価値となる。
【００４０】
高周波成分を抽出する方向は、行方向、列方向のいずれか、もしくは両方の方向として、焦点評価値Ｅを算出すればよい。
【００４１】
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もよい。
【００４２】
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位置での測距領域Ａ［ｈ，ｖ］の輝度信号差分値を表す。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。
【００４３】
例えば、測距領域Ａ［ｈ，ｖ］内の輝度信号差分値は、スキャンＡＦ処理回路１４で、入力された画像信号を受けて、下記式で算出される。
【００４４】
【数１】
2014077976.tif 000003
【００４５】
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ｌ行目の輝度信号の最大値と最小値を示すものである。上記の数式では、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。
【００４６】
本実施例では、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を算出し、各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高周波成分を抽出する方向に合わせた方向に、輝度信号差分値Ｄも算出を行う。
【００４７】
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。測距領域内の輝度信号の最小値、最大値の変化は、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の最小値、最大値が更新された際に発生する。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の変化により変化する。なお、焦点評価値Ｅ、輝度信号差分値Ｄの求め方としては、フォーカスレンズを移動しながら求める方法でもよい。
【００４８】
次に、ステップＳ３で、各測距領域の信頼性評価を行う。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。信頼性評価値の値が大きい場合、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。
【００４９】
次に、ステップＳ４では、各測距領域群の遠近競合判定を行う。図３Ｂ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。ここで、各測距領域群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。
【００５０】
続いて、ステップＳ５では、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。ここでは、存在するか否かで判定してもよいし、存在する数が、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。測距領域が存在する場合、ステップＳ６に進み、ＡＦ評価値の算出を行う。
【００５１】
この際、フォーカスレンズ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、大きな値を取る評価値である。本実施例では、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。
【００５２】
焦点評価値Ｅは、上述の通り、デフォーカスすると減少し、ピントがあった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、同様の性質を持っている。
【００５３】
また、ＡＦスキャン開始から終了までスキャン点数をＮ点とする。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、下記の数式で算出される。
【００５４】
【数２】
2014077976.tif 000004
【００５５】
式２において、焦点評価値Ｅ［ｎ］［ｈ，ｖ］は、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。
【００５６】
つまり、ＡＦ評価値は、焦点評価値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。
【００５７】
また、本実施例では、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。本発明において、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。
【００５８】
一方、ステップＳ５で、ステップＳ３で信頼性が有ると評価され、かつ、ステップＳ５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判定された場合、ステップＳ７に進み全測距領域５０４内の所定の領域においてＡＦ評価値の算出を行う。例えば、図３Ｂ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。
【００５９】
ステップＳ６、Ｓ７でＡＦ評価値を算出した後、ステップＳ８では合焦判定を行う。ここでは、フォーカスレンズ群位置に対する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位置を算出する。更に、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ＣＣＤ５上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。
【００６０】
合焦判定の詳細な方法としては、例えば、特開２０１０−０７８８１０号公報の図１０Ａ，Ｂから図１３で説明されているような方法を用いればよい。
【００６１】
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。
【００６２】
次にステップＳ９では、合焦判定の結果、ＣＰＵ１５は合焦可能であるか否かを判定する。合焦可能であると判定された場合、ステップＳ１０で、ＣＰＵ１５は、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を駆動する。そして、ステップＳ１１で、ＣＰＵ１５は、合焦表示を行い、本ＡＦ動作を終了する。
【００６３】
一方、ステップＳ９で合焦可能であると判定されなかった場合、ステップＳ１２で、ＣＰＵ１５は、あらかじめ設定された定点と呼ばれる被写体の存在確率が高い位置にフォーカスレンズ群３を駆動する。そして、ステップＳ１３で、ＣＰＵ１５は、非合焦表示を行い、本ＡＦ動作を終了する。
【００６４】
以下、図４を参照して、上記構成を有する撮像装置の本発明の第１の実施例による図１のステップＳ３で行う各測距領域の信頼性評価のサブルーチンについて説明する。図４は、各測距領域の信頼性評価の処理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、ＣＰＵ１５によって実行される。
【００６５】
まず、ステップＳ３１で、ＣＰＵ１５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信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］を算出する。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、下記の式で表される。
【００６６】
【数３】
2014077976.tif 000005
【００６７】
式３により得られる信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］は、ＡＦスキャン中のフォーカスレンズ位置の変化による輝度信号差分値Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］の変化量を示している。
【００６８】
上述の信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］によって、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に与える影響を受けているか否かを判定する理由について、図５Ａ〜Ｄを用いて説明する。
【００６９】
図５Ａ〜Ｄは、図３Ａ，Ｂで示した撮影画面５００内のＡＦスキャン中のフォーカスレンズ移動による変化を、模式的に示した図である。
【００７０】
図５Ａは、図５Ａ〜Ｄ中では、最も遠側にピントがあった状態を示している。主被写体である人物５０１や、樹木５０３はボケている。一方、撮像装置から距離が遠い人物５０５や、樹木５０２には、概ねピントがあっている。
【００７１】
図５Ｂは、図５Ａより至近側にピントが合った状態を示している。人物５０１、５０５や樹木５０２がボケているのに対して、樹木５０３はおおむねピントが合った状態を示している。また、図５Ａに対して、人物５０５が撮影画面５００内で左上方向に移動している。更に、人物５０１が左腕の位置を移動している。
【００７２】
図５Ｃは、図５Ｂより至近側にピントが合った状態を示している。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、樹木５０２、５０３や人物５０５はボケた状態を示している。また、図５Ｂに対して、人物５０５が撮影画面５００内で左上方向に移動している。
【００７３】
図５Ｄは、図５Ｃより至近側にピントが合った状態を示している。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を示している。
【００７４】
図６Ａ，Ｂに、図５Ａ〜Ｄのような状況における測距領域の焦点評価値Ｅと輝度信号差分値Ｄを示す。本実施例では、測距領域の代表例として、図５Ａ〜Ｄに示したＡ［１，５］、Ａ［３，１］、Ａ［３，３］の焦点評価値Ｅと輝度信号差分値Ｄを示している。
【００７５】
図６Ａは、フォーカスレンズ群３の位置と焦点評価値Ｅの関係を示した図である。図中のＥ［１，５］、Ｅ［３，１］、Ｅ［３，３］は、それぞれ測距領域Ａ［１，５］、Ａ［３，１］、Ａ［３，３］の焦点評価値Ｅの変化を示す曲線である。また、ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４は、それぞれフォーカスレンズ位置を示すもので、図５Ａ〜Ｄに示したフォーカスレンズ位置と対応している。
【００７６】
また、図６Ｂは、フォーカスレンズ群３の位置と輝度信号差分値Ｄの関係を示した図である。図中のＤ［１，５］、Ｄ［３，１］、Ｄ［３，３］は、それぞれ測距領域Ａ［１，５］、Ａ［３，１］、Ａ［３，３］の輝度信号差分値Ｄの変化を示す曲線である。また、ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４は、それぞれフォーカスレンズ位置を示すもので、図５Ａ〜Ｄに示したフォーカスレンズ位置と対応している。
【００７７】
測距領域Ａ［１，５］では、人物５０５がフォーカスレンズ位置ＬＰ１で概ね合焦状態となるため、焦点評価値Ｅ［１，５］は、ＬＰ１近傍で極大値を取る。また、測距領域Ａ［１，５］内の主な被写体である人物５０５は、フォーカスレンズ位置ＬＰ３で画像信号を取得する時には、測距領域Ａ［１，５］の外側に移動している。そのため、フォーカスレンズ位置ＬＰ３近傍で、焦点評価値Ｅ［１，５］は、大きく減少する。
【００７８】
一方で、測距領域Ａ［１，５］の輝度信号差分値Ｄ［１，５］は、人物５０５の輪郭が測距領域Ａ［１，５］にある間は、輝度信号の最大値と最小値が、どの行でも概ね同じであるため、一定値となる。しかし、人物５０５の輪郭が測距領域Ａ［１，５］の外側に移動するフォーカスレンズ位置ＬＰ３以降は、測距領域Ａ［１，５］内に主な被写体がいないため、輝度信号の最大値と最小値の差は減少し、輝度信号差分値Ｄ［１，５］も減少する。
【００７９】
次に、測距領域Ａ［３，１］では、樹木５０３が、フォーカスレンズ位置ＬＰ２で概ね合焦状態となるため、焦点評価値Ｅ［３，１］は、ＬＰ２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、樹木５０３の輪郭の幅がボケの減少に伴い減少し、樹木５０３の輪郭は、測距領域Ａ［３，１］の外側に移動している。測距領域Ａ［３，１］内には、樹木５０３以外にコントラストを有する被写体が存在しないため、焦点評価値Ｅ［３，１］は、フォーカスレンズ位置ＬＰ２近傍で、減少する。フォーカスレンズ位置ＬＰ２を通り過ぎ、樹木５０３の輪郭が、ボケにより測距領域Ａ［３，１］内に侵入すると、再び焦点評価値Ｅ［３，１］は増加する。
【００８０】
一方で、測距領域Ａ［３，１］の輝度信号差分値Ｄ［３，１］は、樹木５０３の輪郭が測距領域Ａ［３，１］にある間は、輝度信号の最大値と最小値が、どの行でも概ね同じであるため、一定値となる。しかし、樹木５０３が合焦状態となるフォーカスレンズ位置ＬＰ２近傍では、測距領域Ａ［３，１］内に主な被写体がいないため、輝度信号の最大値と最小値の差は減少し、輝度信号差分値Ｄ［３，１］も減少する。
【００８１】
次に、測距領域Ａ［３，３］では、人物５０１が、フォーカスレンズ位置ＬＰ３で概ね合焦状態となるため、焦点評価値Ｅ［３，３］は、ＬＰ１近傍で極大値を取る。
【００８２】
一方で、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、どの行でも変化が少なく一定値となる。
【００８３】
以上のように、測距領域により、焦点評価値、輝度信号差分値は、様々な変化をする。上述した測距領域Ａ［１，５］、Ａ［３，１］、Ａ［３，３］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［１，５］、Ａ［３，３］のみである。
【００８４】
測距領域Ａ［３，１］は、２か所のフォーカスレンズ位置で極大値を示しているが、これは、樹木５０３の輪郭のボケが測距領域内外で移動したことが原因である。このように、焦点評価値Ｅの変化曲線では、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。
【００８５】
そこで、本実施例では、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［１，５］、Ａ［３，１］、Ａ［３，３］のうち、測距領域Ａ［１，５］、Ａ［３，１］の輝度信号差分値Ｄ［１，５］、Ｄ［３，１］は、大きく変化している。これは、測距領域Ａ［１，５］では、人物５０５の移動が原因であり、測距領域Ａ［３，１］では、樹木５０３の輪郭のボケが測距領域内外で移動したことが原因である。上述の式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の極大値の信頼性の高さを判定する。
【００８６】
信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］は、フォーカスレンズ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６Ｂ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、焦点評価値の極大値の信頼性が高い測距領域と判定する。
【００８７】
一方で、測距領域Ａ［１，５］、Ａ［３，１］は、焦点評価値の極大値の信頼性が低い測距領域と判定する。式３では、連続したフォーカスレンズ位置の輝度信号差分値Ｄの変化量を、信頼性評価値Ｒとしたが、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。
【００８８】
再び、図４のフローチャートの説明に戻る。
【００８９】
ステップＳ３２では、全測距領域について信頼性評価値の算出を行ったか否かを判断する。まだ、信頼性評価値の算出を行っていない測距領域がある場合、ＣＰＵ１５は、ステップＳ３１に戻り、同様の処理を繰り返す。
【００９０】
一方、全ての測距領域で、信頼性評価値の算出を行った場合、ステップＳ３３で、ＣＰＵ１５は、測距領域の信頼性評価を行うための閾値を設定する。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。
【００９１】
次に、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で算出された閾値に対して、小さいか否かを判定する。上述した通り、信頼性評価値Ｒは、小さいほど信頼性の高い測距領域と判断されるため、信頼性評価値Ｒが閾値より小さい測距領域は、ステップＳ３５で信頼性高い測距領域として設定される。
【００９２】
一方、信頼性評価値Ｒが閾値より大きい測距領域は、ステップＳ３６で信頼性低い測距領域として設定される。請求項中の信号差分値変化量判定手段は、ＣＰＵ１５と対応する。
【００９３】
測距領域の信頼性が高いか低いかを設定した後、ステップＳ３７では、全測距領域の判定を終えたか否かを判断する。全ての測距領域を終えていない場合には、ステップＳ３４に戻り、測距領域の信頼性判定処理を続行する。一方、全測距領域の判定を終えた場合には、各測距領域の信頼性評価のサブルーチンは終了する。
【００９４】
つまり、本実施例では、信頼性評価値判定手段としてのＣＰＵ１５にて信号差分値の変化量が所定値より大きいと判定された測距領域を除く測距領域で取得されたＡＦ評価値に基づき、焦点調節手段としてのフォーカスレンズ群を光軸方向に移動させて焦点調節を行う。
【００９５】
次に、図７を参照して、上記構成を有する撮像装置の本発明の第１の実施例による図１のステップＳ４で行う各測距領域群の遠近競合判定のサブルーチンについて説明する。以下の処理は、ＣＰＵ１５により実行する。
【００９６】
まず、ステップＳ４１で、各測距領域群のＡＦ評価値の算出を行う。図３Ｂでは、測距領域群として、外周部の測距領域群５０６、中央部の測距領域群５０７が設定されている。各々の測距領域群のＡＦ評価値は、フォーカスレンズ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８に、図３Ｂで設定した測距領域群のＡＦ評価値を図示する。図８では、ＡＦスキャン中の撮影範囲の状況として、上述した図５Ａ〜５Ｄの状況を想定している。
【００９７】
外周部の測距領域群５０６のＡＦ評価値ＡＦ＿Ｓは、図５Ａ〜５Ｄ中の樹木５０２や人物５０５の影響を受け、フォーカスレンズ位置ＬＰ１近傍に最も大きい極大値を取る。これは、樹木５０３が、図６Ａの測距領域Ａ［３，１］の焦点評価値の変化と同様に、フォーカスレンズ位置ＬＰ１の近傍に極大値を取ることの影響も受けている。また、フォーカスレンズ位置ＬＰ３近傍にも、より小さい極値をとるが、これも、樹木５０３の影響を受けている。
【００９８】
中央部の測距領域群５０７のＡＦ評価値ＡＦ＿Ｃは、測距領域群内に、概ね人物５０１しか存在しないので、人物５０１の合焦位置であるフォーカスレンズ位置ＬＰ３で極大値を取る。
【００９９】
次に、ステップＳ４２では、各測距領域群のＡＦ評価値を用いて、合焦判定を行う。ここで行う処理は、図１のステップＳ８で行うものと同様で、合焦するフォーカスレンズ位置の算出と、ＡＦ評価値曲線の信頼性評価を行う。
【０１００】
次に、ステップＳ４３では、合焦判定結果に基づき、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。合焦可能な測距領域群の数が１個ないし０個である場合は、ステップＳ４５に進む。
【０１０１】
ステップＳ４５では、合焦可能な測距領域群が１個であるか否かを判定する。合焦可能な測距領域群が１個である場合は、ステップＳ４７に進み、この合焦可能な測距領域群内の測距領域を使用可能と設定する。一方、合焦可能な測距領域群が存在しない場合には、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、各測距領域群の遠近競合判定のサブルーチンを終了する。
【０１０２】
また、ステップＳ４３で、合焦可能な測距領域群の数が複数である場合には、ステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では、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。複数の測距領域群間で、合焦位置の差が小さい場合には、ステップＳ４７に進み、これらの複数の測距領域群内の測距領域を使用可能と設定する。
【０１０３】
一方、ステップＳ４４で、複数の測距領域群の各々の合焦位置の差が大きい場合には、ステップＳ４６に進み、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する。
【０１０４】
上述の優先測距領域群について、図５Ａ〜Ｄ、図８を用いて説明する。図８は、各測距領域群のＡＦ評価値の変化を示した図である。図５Ａ〜Ｄの状況では、中央部測距領域群５０７、外周部測距領域群５０６のＡＦ評価値は、上述の通り、図８のようになり、合焦状態となるフォーカスレンズ位置が異なる。しかしながら、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。
【０１０５】
そのため、図５Ａ〜Ｄの状況では、図７のフローチャートのステップＳ４３では、合焦可能な測距領域群として、２つの測距領域群５０６，５０７の複数が存在すると判定される。次に、ステップＳ４４で、２つの測距領域群５０６，５０７の合焦位置の差は、フォーカスレンズ位置ＬＰ３、ＬＰ１の差であり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を優先測距領域群として設定する。
【０１０６】
そして、図５Ａ〜Ｄの状況では、優先測距領域群の合焦状態となるフォーカスレンズ位置ＬＰ３の近傍に極大値をもつ他の測距領域群が存在しないため、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のサブルーチンを終了する。
【０１０７】
本実施例では、遠近競合判定のために、測距領域をグルーピングした測距領域群を作成して対応したが、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ような場合には、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領域を優先するように構成してもよい。
【０１０８】
以上のように、図１のステップＳ３で、各測距領域の信頼性評価をすることにより、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で、全測距領域５０４内の遠近競合が発生している測距領域を排除することにより、撮影者が意図する被写体を含む測距領域を抽出する。
【０１０９】
図９を用いて、図５Ａ〜Ｄの状況で、ステップＳ３、ステップＳ４の両方で抽出される測距領域について説明する。図９は、図５Ａの図に対して、ステップＳ３、ステップＳ４で選択されない測距領域を示した図である。図９中では、ステップＳ３で選択されない測距領域を縦線にハッチングして示し、ステップＳ４で選択されない測距領域を横線にハッチングして示している。
【０１１０】
また、ステップＳ３、ステップＳ４の両方で選択されない測距領域を格子状にハッチングして示している。この結果、図５Ａ〜Ｄの状況では、ハッチングされていない８個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。
【０１１１】
これらのステップＳ３、ステップＳ４の両方で抽出された測距領域で得られる焦点評価値Ｅを用いて図１のステップＳ６以降の処理を行うことにより、ＡＦ中の被写体の変化の影響を受けずに短時間でＡＦ処理を実行することができる。
【０１１２】
（実施例２）
以下、図１０Ａ，Ｂを参照して、本発明の第２の実施例による、焦点調節装置について説明する。第１の実施例との主な違いは、信頼性評価値Ｒの算出方法の違いである。上述の実施例では、信頼性評価値Ｒとして、輝度信号差分値Ｄの変化量のみを用いていたため、合焦位置を算出する上では影響の小さいフォーカスレンズ位置での輝度信号差分値Ｄの変化によって、測距領域の信頼性が低いと判定されることがあった。第２の実施例では、信頼性評価値Ｒを、輝度信号差分値Ｄと焦点評価値Ｅの両方を用いて算出し、合焦位置を算出する上で影響の大きいフォーカスレンズ位置で輝度信号差分値Ｄが変化した場合のみ、測距領域の信頼性を低いと判定する。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、無用に測距領域を排除することによるＡＦ評価値のＳ／Ｎ悪化を防ぐことができる。
【０１１３】
なお、第１の実施例における焦点調節装置を有する撮像装置のブロック図（図２）、ＡＦ動作を説明する図（図１、図４、図７）、測距領域の設定について説明する図（図３Ａ，Ｂ）、に関しては、第２の実施例においても同様の構成であり、同様の動作を行うため、説明は省略する。
【０１１４】
第２の実施例で行う処理内容が、第１の実施例とは異なる図４の各測距領域の信頼性評価のサブルーチンのステップＳ３１について説明する。
【０１１５】
ステップＳ３１で、ＣＰＵ１５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信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］を算出する。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］の変化量と焦点評価値Ｅ［ｎ］［ｈ，ｖ］の変化量の積として算出され、下記の式で表される。
【０１１６】
【数４】
2014077976.tif 000006
【０１１７】
式３により得られる信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］は、ＡＦスキャン中のフォーカスレンズ位置の変化による輝度信号差分値Ｄ［ｎ］［ｈ，ｖ］の変化量と焦点評価値Ｅ［ｎ］［ｈ，ｖ］の変化量の積を示している。
【０１１８】
つまり、本実施例では、信頼性評価値判定手段としてのＣＰＵ１５にて信号差分値の変化量が所定値より大きいと判定され、かつ、信号差分値の変化量が所定値より大きいと判定された合焦状態で得られた焦点評価値の変化量が所定値より大きいと判定された測距領域を除く測距領域で取得されたＡＦ評価値に基づき、焦点調節手段としてのフォーカスレンズ群を光軸方向に移動させて焦点調節を行う。
【０１１９】
また、信頼性評価値判定手段としてのＣＰＵ１５にて生成された信号差分値の変化量と信号差分値の変化量が生成された焦点評価値の変化量を乗じた値が所定値より大きいと判定された測距領域を除く測距領域で取得されたＡＦ評価値に基づき、焦点調節手段としてのフォーカスレンズ群を光軸方向に移動させて焦点調節を行う。
【０１２０】
上述の信頼性評価値Ｒ［ｈ，ｖ］によって、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に与える影響を受けているか否かを判定する理由について、図５Ａ〜Ｄ、図１０Ａ，Ｂを用いて説明する。
【０１２１】
図５Ａ〜Ｄは、図３Ａ，Ｂで示した撮影画面５００内のＡＦスキャン中のフォーカスレンズ移動による変化を、簡易的に示した図である。
【０１２２】
図５Ａは、図５Ａ〜Ｄ中では、最も遠側にピントがあった状態を示している。主被写体である人物５０１は、左腕部を体の内側に配している。
【０１２３】
図５Ｂは、図５Ａより至近側にピントが合った状態を示している。人物５０１の左腕部は広げられ体の外側に配している。
【０１２４】
図５Ｃは、図５Ｂより至近側にピントが合った状態を示している。人物５０１の左腕部の位置は、図５Ｂの状態から変わっていない。
【０１２５】
図５Ｄは、図５Ｃより至近側にピントが合った状態を示している。人物５０１の左腕部の位置は、図５Ｄの状態から変わっていない。
【０１２６】
図１０Ａ，Ｂに、図５Ａ〜Ｄのような状況における測距領域の焦点評価値Ｅと輝度信号差分値Ｄを示す。本実施例では、測距領域の代表例として、図５Ａ〜Ｄに示したＡ［５，４］の焦点評価値Ｅと輝度信号差分値Ｄを示している。
【０１２７】
図１０Ａは、フォーカスレンズ群３の位置と焦点評価値Ｅの関係を示した図である。図中のＥ［５，４］は、それぞれ測距領域Ａ［５，４］の焦点評価値Ｅの変化を示す曲線である。また、ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４は、それぞれフォーカスレンズ位置を示すもので、図５Ａ〜Ｄに示したフォーカスレンズ位置と対応している。
【０１２８】
また、図１０Ｂは、フォーカスレンズ群３の位置と輝度信号差分値Ｄの関係を示した図である。図中のＤ［５，４］は、それぞれ測距領域Ａ［５，４］の輝度信号差分値Ｄの変化を示す曲線である。また、ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰ４は、それぞれフォーカスレンズ位置を示すもので、図５Ａ〜Ｄに示したフォーカスレンズ位置と対応している。
【０１２９】
測距領域Ａ［５，４］では、人物５０１がフォーカスレンズ位置ＬＰ１で、左腕部を体の内側に配しているため、焦点評価値Ｅ［５，４］は、ＬＰ１近傍で値が小さく、変化も小さい。また、測距領域Ａ［５，４］内の主な被写体である人物５０１は、フォーカスレンズ位置ＬＰ２で画像信号を取得する時には、左腕部は広げられ、測距領域Ａ［１，５］内に左腕部が侵入している。そのため、フォーカスレンズ位置ＬＰ１とＬＰ２の間で、焦点評価値Ｅ［５，４］は、変化している。但し、人物５０１が合焦するフォーカスレンズ位置はＬＰ３近傍であり、大きくボケているためその変化量は小さい。
【０１３０】
一方で、測距領域Ａ［５，４］の輝度信号差分値Ｄ［５，４］は、人物５０１の左腕部が体の内側に配している間は、輝度信号の変化を有する被写体が測距領域内に存在しないため、値が小さく変化も少ない。しかし、人物５０１の左腕部が広げられると、測距領域内に輝度信号の最大値と最小値の差が発生し、輝度信号差分値Ｄ［５，４］は、急激に増加する。
【０１３１】
上述のような状況で、第１の実施例のように信頼性評価値Ｒを、輝度信号差分値Ｄのみで算出する場合、測距領域Ａ［５，４］は、図４のステップＳ３４において信頼性の低い測距領域として選択されない。しかしながら、図１０Ａの焦点評価値Ｅ［５，４］は、人物５０４の合焦位置であるフォーカスレンズ位置ＬＰ３近傍に極大値を持ち、極大値近傍の評価値曲線形状も信頼性が高い。
【０１３２】
このような測距領域の焦点評価値を活かすために、式４に示したように信頼性評価値Ｒを計算することにより、あるフォーカスレンズ位置変化で輝度信号差分値Ｄが変化しても、焦点評価値Ｅの変化が小さい場合には、信頼性評価値Ｒの値が小さくなる計算式を用いている。
【０１３３】
このように、輝度信号差分値Ｄの変化が、合焦位置を算出する際に影響が小さいフォーカスレンズ位置で発生した場合には、測距領域を合焦判定に用いた方が、正しい合焦位置を示すＡＦ評価値の信号量が増え、合焦精度を高めることができる。
【０１３４】
本実施例では、中央に１つの測距領域を設定した場合を説明したが、測距領域の位置、数は、これに限らない。例えば、複数の測距領域を設定し、それぞれの測距領域の信頼性を判定し、信頼性が高いと判定された測距領域ごとに合焦位置を算出してもよい。その場合には、複数算出された合焦位置から、撮影者が意図する合焦位置を選択して、レンズ駆動を行えばよい。
【０１３５】
（実施例３）
以下、図１１、図１２を参照して、本発明の第３の実施例による、焦点調節装置について説明する。第１の実施例との主な違いは、焦点調節に用いる測距領域の数の違いである。上述の実施例では、５×５の計２５個の測距領域を用いて焦点調節を行っていたため、各種評価値を記憶しておくメモリが多く必要であり、さらに、演算負荷も大きいという課題がある。
【０１３６】
第３の実施例では、焦点調節に用いる測距領域の数を１つにし、ＡＦスキャン中に、被写体の移動やボケ状態の変化などによりＡＦ評価値が影響を受ける場合には、合焦不能として、処理を続行する。そのため、評価値を記憶するメモリ容量や演算負荷を低減しながら、精度の悪い焦点調節を行う可能性を排除することができる。
【０１３７】
なお、第１の実施例における焦点調節装置を有する撮像装置のブロック図（図２）、各測距領域の信頼性評価のサブルーチン（図４）に関しては、第３の実施例においても第１の実施例と同様の構成であり、同様の動作を行うため、説明は省略する。
【０１３８】
第３の実施例で行う処理内容が、第１の実施例とは異なる図１の合焦動作（ＡＦ動作）のフローチャートについて、図１１を用いて説明する。
【０１３９】
図１１は、撮像装置の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、ＣＰＵ１５によって実行される。
【０１４０】
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を設定する。このステップＳ２１の処理では、画像内に１つの測距領域が設定される。
【０１４１】
図１２は、測距領域の設定について示した図である。図１２には、撮影画面５００の中央に測距領域６０４が設定されている。全測距領域６０４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動作の目的は、全測距領域６０４内の撮影者が意図する被写体に焦点調節を行うことである。後に、これらの各領域がＡＦ動作中に被写体の移動の影響を受けているか否かの判別を行う。
【０１４２】
図１１に戻りフローチャートの説明を続ける。
【０１４３】
ステップＳ２２では、ステップＳ２１で設定した各測距領域でＡＦスキャン（焦点検出動作）を行う。ＡＦスキャンでは、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ながら、スキャンＡＦ処理回路１４により各フォーカスレンズ群位置における焦点評価値Ｅ［ｎ］（但し、ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１）及び輝度信号差分値Ｄ［ｎ］（但し、ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１）をＣＰＵ１５に記憶していく。
【０１４４】
焦点評価値Ｅ［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位置での測距領域６０４の焦点評価値を表す。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６０４内の画像信号の高周波成分がハイパスフィルター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は、測距領域６０４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、ピントがあった状態で最大となる評価値となる。
【０１４５】
輝度信号差分値Ｄ［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位置での測距領域６０４の輝度信号差分値を表す。また、ＡＦスキャン開始から終了までスキャン点数をＮ点とする。輝度信号差分値Ｄ［ｎ］は、測距領域６０４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。
【０１４６】
例えば、測距領域６０４内の輝度信号差分値は、スキャンＡＦ処理回路１４で、入力された画像信号を受けて、下記式で算出される。
【０１４７】
【数５】
2014077976.tif 000007
【０１４８】
ｍａｘ（ｌ）、ｍｉｎ（ｌ）は、測距領域６０４を構成するＬ行の画素配列の内のｌ行目の輝度信号の最大値と最小値を示すものである。上記の数式では、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］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。
【０１４９】
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。測距領域内の輝度信号の最小値、最大値の変化は、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の最小値、最大値が更新された際に発生する。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の変化により変化する。
【０１５０】
なお、焦点評価値Ｅ、輝度信号差分値Ｄの求め方としては、フォーカスレンズを移動しながら求める方法でもよい。
【０１５１】
次に、ステップＳ３で、各測距領域の信頼性評価を行う。ステップＳ３で行う処理は、第１の実施例と同様の処理のため、説明を省略する。なお、ステップＳ３で行う測距領域の信頼性評価のサブルーチン（図４）のステップＳ３１で行う信頼性評価値の算出処理は、第１の実施例、第２の実施例のいずれの実施例で説明したものでもよい。
【０１５２】
次に、ステップＳ２３で、ステップＳ３で測距領域６０４が信頼性が有ると評価されたか否かを判定する。信頼性が有ると判定された場合には、ステップＳ２４に進み、ＡＦ評価値の算出を行う。
【０１５３】
この際、フォーカスレンズを再度駆動することなく、ステップＳ２２で取得した焦点評価値ＥをＡＦ評価値として用いる。第３の実施例では、測距領域が１つしかないため、焦点評価値ＥはＡＦ評価値と等しい。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位置での全測距領域６０４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、大きな値を取る評価値である。また、ＡＦスキャン開始から終了までスキャン点数をＮ点とする。上述した通り、ＡＦ評価値ＡＦ＿Ｖ［ｎ］は、下記の式で算出される。
【０１５４】
【数６】
2014077976.tif 000008
【０１５５】
ここで算出されるＡＦ評価値ＡＦ＿Ｖ［ｎ］は、ステップＳ２３において、信頼性評価を終えた値であるため、ＡＦスキャン中の被写体の移動やボケの影響はなく、高精度な焦点調節を行うことが可能な評価値となっている。
【０１５６】
ステップＳ２４以降のステップＳ８からステップＳ１３までの処理については、第１の実施例と同様の処理を行う。
【０１５７】
一方、ステップＳ２３で、ステップＳ３で測距領域６０４が信頼性が無いと判定された場合には、測距領域６０４により高精度な合焦が不可能であると判断し、ステップＳ１２に進み、非合焦時の処理を行う。この際のステップＳ１２以降の処理内容は、第１の実施例と同様の為、省略する。
【０１５８】
（実施例４）
以下、図１３、図１４を参照して、本発明の第４の実施例による、焦点調節装置について説明する。第１の実施例との主な違いは、焦点調節に用いる複数の測距領域の設定方法の違いである。上述の実施例では、常に、５×５の計２５個の測距領域を用いて焦点調節を行っていたため、撮影者の手振れの影響を受けやすい場合には、全ての測距領域が信頼性判定により使用不可能と判定されてしまうことがあった。
【０１５９】
本実施例では、手振れ量を予測する手振れ予測手段（ＣＰＵ１５）を備え、手振れ量予測手段により予測される手振れ量が所定値より大きい場合、設定手段（ＣＰＵ１５）は、設定された複数の測距領域の面積の総和を保ちながら測距領域の数を減らすことを特徴とする。よって、手振れ量予測手段により予測される手振れ量が所定値より大きい場合、設定手段（ＣＰＵ１５）は、設定された複数の測距領域の各々の面積を大きくなる。
【０１６０】
第４の実施例では、焦点調節に用いる測距領域を、手振れが起こりやすい状況か否かにより、測距領域全体の面積を保ちながら、各々の測距領域の面積を変更する。言い換えると、手振れが起こりやすい状況では、測距領域全体の面積を保ちながら、各々の測距領域の数を減らす。そのため、撮影者の手振れの影響を受けやすい場合には、各々の測距領域が信頼性判定により使用不可能と判定される可能性を低減することができ、焦点調節が行えない状況を減らすことができる。
【０１６１】
なお、第１の実施例における焦点調節装置を有する撮像装置のブロック図（図２）、各測距領域の信頼性評価のサブルーチン及び遠近競合判定のサブルーチン（図４、図７）に関しては、第４の実施例においても第１の実施例と同様の構成であり、同様の動作を行うため、説明は省略する。
【０１６２】
第４の実施例で行う処理内容が、第１の実施例とは異なる図１の合焦動作（ＡＦ動作）のフローチャートについて、図１３を用いて説明する。
【０１６３】
図１３は、撮像装置の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、ＣＰＵ１５によって実行される。
【０１６４】
ＣＰＵ１５は、ＡＦ動作を開始すると、まず、ステップＳ３１で、手振れ予測情報の取得を行う。本実施例では、手振れ予測情報として、撮影光学系の焦点距離情報、撮影光学系の手振れ補正機能が有効化されているか否か、撮像装置が固定されているか否かなどの手振れ情報などを用いる。
【０１６５】
撮影光学系の焦点距離情報は、ＥＥＰＲＯＭ２５に記憶されている。焦点距離が所定値よりも長い場合には、手振れが発生しやすい状況と判断する。
【０１６６】
手振れ補正機能が有効化されているか否かについては、図２では不図示の防振レンズが、防振動作を行っているか否かという情報である。手振れ補正機能が無効な場合には、手振れが発生しやすい状況と判断する。
【０１６７】
撮像装置が固定されているか否かについては、図２では不図示の手振れ検出センサを用いて、撮像装置が揺動しているか否かを判断する。手振れ検出センサとしては、例えば圧電素子を用いたジャイロ（角速度センサ）を用いればよく、各方向の振れの角速度を検出することができる。手振れ検出センサを用いて、撮像装置が固定されていないと検出された場合には、手振れが発生しやすい状況と判断する。ここでは、撮像装置が固定されているかによらず、手振れ検出センサの出力を記憶しておき、ＡＦ動作直前に記憶されている出力を用いて、ＡＦ中に手振れが発生しそうか否かを判断してもよい。
【０１６８】
次に、ステップＳ３２では、ステップＳ３１で取得した情報を用いて、ＡＦ中に手振れが発生しそうな状況か否かを判断する。本実施例では、上述の３つの情報の内、１つでも手振れが発生しやすい状況と判断される場合には、ステップＳ３２でＹｅｓとなり、ステップＳ３３に進む。但し、手振れが発生しやすい状況の判断方法は、これに限らない。それぞれの手振れ予測情報に重みづけし、その総和で、手振れが発生しやすい状況か否かを判断してもよい。
【０１６９】
ステップＳ３３に進むと、より小さめの測距領域の設定と測距領域群の設定を行う。また、ステップＳ３２でＮｏとなった場合には、ステップＳ３４に進み、より大きめの測距領域の設定と測距領域群の設定を行う。
【０１７０】
ステップＳ３３及びＳ３４で設定される測距領域の大きさについて、図１４を用いて説明する。
【０１７１】
図１４Ａは、ステップＳ３３で設定する測距領域を示している。図１４Ａは、図３Ａ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動作の目的は、全測距領域５０４内の撮影者が意図する被写体に焦点調節を行うことである。後に、これらの各領域がＡＦ動作中に被写体の移動の影響を受けているか否かの判別を行う。
【０１７２】
図１４Ｂは、ステップＳ３４で設定する測距領域を示している。図１４Ｂは、撮影画面５００内の中央にＭ＝３×３個に分割された全測距領域７０４が設定されている。
【０１７３】
図１４Ａの全測距領域５０４と図１４Ｂの全測距領域７０４は略同じ大きさの領域である。これは、全測距領域の大きさが大きくなると遠近競合の発生頻度が上がるため、手振れ量の大きさによらず、略一定としている。一方で、図１４Ａと図１４Ｂでは、測距領域の分割数が異なるため、図１４Ａに対して図１４Ｂでは各測距領域の面積が大きく設定されている。
【０１７４】
本実施例では、ＡＦ中の手振れ量が大きくなる懸念がある場合には、図１４Ｂのように、全測距領域の大きさは変えずに、個々の測距領域の数を減らすことにより、手振れによる輝度信号差分値の変化を抑え、測距領域の信頼性低下の頻度を低減させる。
【０１７５】
ステップＳ３３及びＳ３４では、測距領域群の設定も行う。これは、第１の実施例と同様に遠近競合判定を行うためのものである。ステップＳ３３では、図３Ｂと同様に設定すればよい。また、ステップＳ３４では、中央１領域とその周囲の８領域をわけて測距領域群として設定すればよい。
【０１７６】
ステップＳ３３もしくはＳ３４で、測距領域と測距領域群の設定を終えるとステップＳ２に進む。ステップＳ２以降で行う処理は、第１の実施例で説明したものと同様の為、説明は省略する。図１のＡＦ動作のフローチャートと図１３のＡＦ動作のフローチャートで同様の処理には、同じステップ番号が付与されている。
【０１７７】
以上の実施例では、被写体の合焦状態の変化を、フォーカスレンズを移動により実現したが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、フォーカスレンズではなく撮像素子を移動させることにより実現してもよい。また、特開２０１１−１１３１７４号公報のように、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、再構成処理により合焦状態の変化を実現してもよい。
【０１７８】
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。
【符号の説明】
【０１７９】
２  ズームレンズ群
３  フォーカスレンズ群
４  絞り
５  固体撮像素子（ＣＣＤ）
１４  スキャンＡＦ処理回路
１５  ＣＰＵ
【図１】
2014077976.tif 000009
【図２】
2014077976.tif 000010
【図３】
2014077976.tif 000011
【図４】
2014077976.tif 000012
【図５】
2014077976.tif 000013
【図６】
2014077976.tif 000014
【図７】
2014077976.tif 000015
【図８】
2014077976.tif 000016
【図９】
2014077976.tif 000017
【図１０】
2014077976.tif 000018
【図１１】
2014077976.tif 000019
【図１２】
2014077976.tif 000020
【図１３】
2014077976.tif 000021
【図１４】
2014077976.tif 000022