(57)【要約】【課題】  ハイブリッドＡＦで、複数のフォーカスエリアをグループ化するものにおいて、焦点検出方式を切り替えた場合でも適切にフォーカスエリアを設定することができるようにする。【解決手段】  グループＧｒ１が選択された場合、まず位相差検出方式によりグループ内のフォーカスエリアＡｒ８〜Ａｒ１１の焦点検出がなされ、それらの焦点検出結果に基づいて合焦レンズが駆動される。合焦レンズが合焦位置に達する前にコントラストＡＦに切換わり、コントラストＡＦでは、エリアＡｒ８〜Ａｒ１１を内包するゾーンＺｎ１がフォーカスエリアとなる。【選択図】        図２
2006350188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の被写界画面内に設定された複数の焦点検出領域における前記撮影光学系の焦点調節状態を、互いに異なる方式で検出する第１の焦点検出手段と第２の焦点検出手段と、前記第１，第２の焦点検出手段の少なくとも一方による焦点調節状態に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備えた焦点調節装置において、
前記複数の焦点検出領域の一部をグループとして選択可能な選択手段と、
前記第１の焦点検出手段を使用する際には、前記選択手段により選択されたグループに属する各焦点検出領域について前記焦点調節状態を検出するとともに、前記第２の焦点検出手段を使用する際には、前記選択されたグループに属する各焦点検出領域を内包する領域について前記焦点調節状態を検出するよう制御する制御手段とを備えたことを特徴とする焦点調節装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記選択手段により選択されたグループに属する焦点検出領域の一部の焦点検出領域を優先領域として重み付けして前記第１の焦点検出手段によって前記焦点調節状態を検出するとともに、前記第２の焦点検出手段によって前記焦点調節状態を検出する際には、前記内包する領域のうち前記優先領域に対応する部分について検出される焦点調節状態に前記重み付け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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの方式で焦点調節が可能なオートフォーカス（自動焦点調節）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラの焦点調節手法として、主に一眼レフカメラで採用されている位相差検出方式と、ビデオカメラなどで採用されているコントラスト方式とがある。コントラスト方式は、位相差検出方式と比べて合焦精度が高い反面、合焦までに時間がかかるという欠点がある。そこで、最初は位相差検出方式による焦点調節を行い、合焦レンズが目標位置に達する直前にコントラスト方式に切換えることで、高速かつ高精度のＡＦ制御を実現したカメラがある（例えば、特許文献１）。このように２つの方式で行う焦点調節をハイブリッドＡＦと呼ぶ。
【０００３】
【特許文献１】特開2004-109690号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ハイブリッドＡＦにおいて、位相差検出方式からコントラスト方式に移行する際、選択エリアが相対的に小さい、あるいは被写体がエリアから外れてしまうなどの状況では適切なＡＦができなくなるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、撮影光学系の被写界画面内に設定された複数の焦点検出領域における撮影光学系の焦点調節状態を、互いに異なる方式で検出する第１の焦点検出手段と第２の焦点検出手段と、第１，第２の焦点検出手段の少なくとも一方による焦点調節状態に基づいて撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備えた焦点調節装置において、複数の焦点検出領域の一部をグループとして選択可能な選択手段と、第１の焦点検出手段を使用する際には、選択手段により選択されたグループに属する各焦点検出領域について焦点調節状態を検出するとともに、第２の焦点検出手段を使用する際には、選択されたグループに属する各焦点検出領域を内包する領域について焦点調節状態を検出するよう制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、選択手段により選択されたグループに属する焦点検出領域の一部の焦点検出領域を優先領域として重み付けして第１の焦点検出手段によって焦点調節状態を検出するとともに、第２の焦点検出手段によって焦点調節状態を検出する際には、内包する領域のうち優先領域に対応する部分について検出される焦点調節状態に重み付けを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、複数の焦点検出領域の一部をグループとして選択可能とし、第１の焦点検出手段を使用する際には、選択されたグループに属する各焦点検出領域について焦点調節状態を検出するとともに、第２の焦点検出手段を使用する際には、選択されたグループに属する各焦点検出領域を内包する領域について焦点調節状態を検出するようにしたので、ピントを合わせるべき被写体が当初のフォーカスエリアから外れてしまった場合でもその被写体にピントを合わせることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１〜図５により本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本実施形態におけるデジタルカメラシステムの構成図である。撮影レンズ１０は、合焦レンズ１２を含む複数のレンズ群１１〜１３から成る。撮影レンズ１０を透過した被写体光束は、一部がメインミラー２１で反射され、ファインダ光学系２２に導かれる。メインミラー２１を透過した光束の一部はサブミラー２３で反射され、焦点検出装置２４に導かれる。
【０００８】
ミラー２１，２３の後部にはＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の撮像素子２５が設けられ、ミラーがアップすると、撮像素子２５による撮像が可能となる。撮像素子２５は、撮影レンズ１０の透過光束を受光して光電変換し、電気的画像信号を出力する。画像信号は、画像処理回路２６にて種々の処理（Ａ／Ｄ変換を含む）が施された後、デジタル画像データとして不図示の記録媒体に記録される。
【０００９】
次に、本実施形態における自動焦点調節制御について説明する。
図２は撮影画面にフォーカスエリアを重ね合わせて示す図である。図示の如く１１個のフォーカスエリアＡｒ１〜Ａｒ１１が設定され、選択されたいずれかのエリアの焦点調節状態に基づいて合焦レンズ１２が駆動される。エリアの選択は、撮影者が手動操作によって行ってもよいし、カメラが自動的に決定してもよい。
【００１０】
また本実施形態では、１１個のフォーカスエリアを図２（ｂ）〜（ｈ）に示す複数のエリアで構成するエリア群（グループ）Ｇｒ１〜Ｇｒ７のようにグループ分けし、いずれかのグループを選択できるようになっている。図１のグループ選択部２９は、撮影者の操作に応じていずれかのグループを選択し、選択情報を後述する演算部２４ｃおよび画像処理部２６に送る。以下、このモードをグループ選択モードと呼び、選択されたグループを選択グループと呼ぶ。
【００１１】
グループが選択されると、その選択グループに属するフォーカスエリアのみが焦点検出の対象となる。例えば図２（ｂ）のグループＧｒ１が選択された場合は、４エリアＡｒ８〜Ａｒ１１に対して焦点検出がなされ、それらの検出結果から所定のアルゴリズムに基づいていずれかのエリアが選択され、その選択エリアの焦点検出結果に基づいて焦点調節が行われる。
【００１２】
焦点調節は、位相差検出方式およびコントラスト方式によるハイブリッドＡＦである。図１の焦点検出装置２４は位相差検出方式のもので、フォーカスエリアに対して設けられる一対のラインセンサ２４ａと、入射光束を各一対に分割して各ラインセンサ２４ａ上に再結像させる再結像光学系２４ｂと、ラインセンサ２４ａの出力（焦点検出信号）に基づいてピントずれ量に相当するデフォーカス量をエリア毎に演算する演算部２４ｃとを有する。図３に示すように、本実施形態では、１１個のフォーカスエリアＡｒ１〜Ａｒ１１の各々に対応して一対のラインセンサ２４ａが設けられる。
【００１３】
演算部２４ｃは、演算したデフォーカス量に基づいて、合焦レンズ１２を合焦位置にもたらすためのレンズ駆動信号を演算し、これをレンズ駆動部２８に送る。レンズ駆動部２８は、フォーカスモータやモータ駆動回路などから成り、レンズ駆動信号に基づいて合焦レンズ１２を光軸方向に駆動し、焦点調節を行う。
【００１４】
一方、コントラスト方式の焦点調節（以下、コントラストＡＦ）は、像のボケの程度とコントラストとの間に相関があることに着目し、焦点が合ったときに像のコントラストが最大になることを利用して焦点合わせを行うものである。このため撮像素子２５によって撮像された画像信号を取得し、その画像信号の高周波成分の大小によりコントラストの大小を評価する。評価値演算部２７は、撮像によって得られた画像信号のうちフォーカスエリアに対応する部分の信号からデジタルフィルタによって所定帯域の高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分の絶対値を積分し、これを焦点評価値とする。
【００１５】
焦点評価値は、像のコントラスト、換言すれば合焦レンズ１２の焦点調節状態に応じて変化する量であり、合焦してコントラストが最大となったときに最大値（ピーク値）となる。そこで、焦点評価値がピークとなるレンズ位置を求め、その位置に合焦レンズ１２をもたらすことで、フォーカスエリア内の被写体に合焦させることができる。
【００１６】
図４は合焦レンズ１２の位置に応じた焦点評価値の変位を示す図である。ピーク位置（合焦点）を見つけだす手法として、山登り方式が知られている。山登り方式では、合焦レンズ１２を移動させながら所定のサンプリングピッチごとに焦点評価値を演算し、演算のたびにその焦点評価値を前回サンプリング時の同評価値（記憶値）と比較する。今回の評価値が前回の評価値よりも増加していれば、ピークに近づいていることになるので、同方向に合焦レンズ１２を移動させつつサンプリングを続ける。今回の評価値が前回の評価値よりも減少していれば、ピークから遠ざかっていることになるので、逆方向に合焦レンズ１２を移動させる。かかる動作を繰り返すことで、最終的にピーク位置（山の頂上）に合焦レンズ１２をもたらすことができる。
【００１７】
このようにコントラストＡＦは、撮像素子２５によって実際に撮像された画像信号を用いて焦点調節を行うため、合焦精度が高い反面、ピーク位置を探すのに時間がかかる。特に当初のレンズ位置がピーク位置から離れていると、麓から山登りを開始しなければならず、合焦までに多大な時間を要する。これに対して上述した位相差検出方式は、撮像素子２５とは異なる位置に配置された焦点検出装置２４ｃで焦点検出を行うため、コントラスト方式と比べて合焦精度は低いが、焦点検出結果から合焦レンズの目標位置を事前に把握できるため、高速で合焦レンズを目標位置にもたらすことができる。
以上の点に鑑み、本実施形態では、上記２方式を用いたハイブリッドＡＦを行うことで焦点調節における精度と速度の両立を図る。以下、具体的に説明する。
【００１８】
図５はグループ選択モードにおける焦点調節制御を示し、これは演算部２４ｃ，画像処理部２６，評価値演算部２７などによって実行されるものである。フォーカスエリアのグループは既に選択されているものとする。
【００１９】
レリーズボタンの半押し操作がなされるとこのプログラムが起動され、まず位相差検出方式による焦点調節が行われる。すなわち、選択グループ内の全フォーカスエリアに対して焦点検出装置２４による焦点検出を行い（ステップＳ１）、その結果から各エリアのデフォーカス量を演算する（ステップＳ２）。そして、これらのデフォーカス量から所定のアルゴリズムに基づいて特定のエリアを選択し（ステップＳ３）、その選択エリアのデフォーカス量に基づいて合焦レンズ１２の移動量および移動方向を演算し（ステップＳ４）、合焦レンズ１２の駆動を開始する（ステップＳ５）。例えば至近優先のアルゴリズムであれば、選択グループ内のフォーカスエリアのデフォーカス量を比較して最至近の被写体が存在するエリアを求め、そのエリアのデフォーカス量に基づいて合焦レンズ１２を駆動する。
【００２０】
レンズ駆動開始後、被写体が被写界深度内に入るまで位相差検出方式による焦点調節を行う。被写界深度は、撮影レンズ１０の情報（焦点距離や絞り値）と測距データからから予め演算によって求めておき、レンズ位置がその範囲内になるまでレンズ駆動を続ける。なお、デフォーカス量が予め決められた一定値以内になるまでレンズ駆動を続けるようにしてもよい。
【００２１】
その後、レリーズボタンが全押し操作されるまで待ち（ステップＳ７）、全押し操作されるとミラー２１，２３をアップさせる（ステップＳ８）。これによって撮像素子２５による撮像が可能な状態となるので、コントラスト方式（山登り方式）の焦点調節を開始する。まず撮像素子２５による撮像を行い（ステップＳ９）、フォーカスゾーンに相当する部分の画像信号を得る（ステップＳ１０）。
【００２２】
ここでいうフォーカスゾーンとは、コントラストＡＦにおける焦点評価値を演算する領域を意味する。つまり本実施形態では、コントラストＡＦにおいては位相差検出方式においてデフォーカス量を検出したフォーカスエリアのグループ（選択グループ）をそのまま引き継ぐのではなく、図２において破線で囲まれたような選択エリア内の各フォーカスエリアを内包するゾーンＺｎ１〜Ｚｎ７・・・として設定し直してこの領域内の画像信号に基づいて焦点評価値を求めるものである。フォーカスゾーンは、当該選択グループに属するフォーカスエリア（位相差検出方式におけるエリア）を全て含み、かつそれ以外のフォーカスエリアを含まない単一の部分領域となる。例えば選択グループが、エリアＡｒ８〜Ａｒ１１で構成されるグループＧｒ１（図２（ｂ））であれば、Ｔ字状の部分領域Ｚｎ１がフォーカスゾーンとなる。また選択グループが、エリアＡｒ３，Ａｒ５〜Ａｒ７，Ａｒ９から構成されるグループＧｒ２（図２（ｃ））であれば、十字状の部分領域Ｚｎ２がフォーカスゾーンとなる。
【００２３】
またフォーカスゾーン相当部分の画像信号を得るには、例えばＣＭＯＳなどのアドレス読み出し型の撮像素子であれば、ゾーン相当部分のアドレスを指定して読み出し、Ａ／Ｄ変換すればよい。またＣＣＤなどの逐次読み出し型の撮像素子であれば、ゾーン相当部分の信号のみをＡ／Ｄ変換し、残りは読み捨てにすればよい。いずれにしても画像全体を扱う必要がなく、ゾーン相当部分の信号のみでよいため、処理を短時間で行える。
【００２４】
次に、抽出したフォーカスゾーンの画像信号の焦点評価値を演算し（ステップＳ１１）、これを前回の評価値と比較することで合焦レンズ１２の移動方向を決定し、その方向に所定ピッチだけレンズ駆動する（ステップＳ１２）。評価値の演算もゾーン相当部分の信号のみが対象なので、演算時間を短縮できる。
【００２５】
上記ステップＳ９〜Ｓ１２の処理は、合焦レンズ１２がピーク位置に達するまで繰り返し行われ、ピーク位置に達すると、合焦と判断して撮影を行い、画像データを記録媒体に記録する（ステップＳ１３→Ｓ１４）。
【００２６】
上述したように本実施形態では、最初に位相差検出方式による焦点調節を行っているので、コントラストＡＦの開始時には既に合焦レンズ１２は合焦位置近傍（山の頂上付近）にある。したがって、ピーク位置に合焦レンズ１２をもたらすまでのレンズ駆動範囲を最小限に短くでき、それだけ焦点評価値の演算回数や比較回数を減らすことができる。したがって、合焦までに要する時間を大幅に短縮できる。また最終的にコントラストＡＦで合焦させるため、合焦精度も高い。
【００２７】
加えて本実施形態では、コントラストＡＦにおけるフォーカスゾーンを、選択グループ内のフォーカスエリアを内包する、すなわいこれらを全て含み、かつ他のエリアを含まない単一の（離数的ではない）部分領域としたので、レンズ駆動中に被写体がエリアから逸脱した場合でもゾーン内には存在する被写体にピントを合わせることが可能となり、被写体の移動あるいはカメラの動きによるピンぼけ防止に大いに貢献する。
【００２８】
なお、１回のコントラストＡＦではピーク位置を見つけられないことがある。この場合、再度のコントラストＡＦを行うが、その際のレンズ駆動範囲は、位相差検出方式の焦点検出結果によって演算された合焦位置の前後領域とする。そして、この前後領域の幅は、上記合焦位置（距離）と撮影レンズ２０の情報（焦点距離や絞り値）とで決まる深度範囲に限定する。ピーク位置がこの範囲内に存在する可能性が最も高いからである。これにより再度のコントラストＡＦにおける時間の短縮が図れる。
【００２９】
ここで、選択グループ内のフォーカスエリアのうちいずれかを優先エリアに設定できるようにしてもよい。図６はその例を示し、太線で示したエリアが優先エリアである。優先エリアは撮影者が自由に設定できる。焦点調節開始が指令されると（例えば、半押し操作がなされると）、位相差検出方式により選択グループ内の優先エリアに対して重み付けして焦点検出を行い、焦点検出が可能であればその焦点検出結果に基づいて合焦レンズを駆動する。コントラストＡＦに移行後は、フォーカスゾーンに関する画像信号のうち優先エリアに相当する画像信号に同様の重み付けを行って焦点評価値を演算し、これに基づいてレンズ駆動を行って合焦させる。
【００３０】
一方、優先エリアにおいて位相差検出方式の焦点検出が不能であった場合は、当該選択グループ内の他のエリアを選択エリアとして焦点検出およびレンズ駆動を行う。この場合は、コントラストＡＦに移行後は、上述したフォーカスゾーンに相当する画像信号全体から焦点評価値を演算し、レンズ駆動を行う。
【００３１】
このように優先エリアを設定することで、レンズ駆動中に優先エリア外に主要被写体以外の物体が入り込んでも、それに影響されることなく優先エリア内の物体（主要被写体）にピントを合わせることができる。
【００３２】
また、優先エリアを選択する場合においても、１回のコントラストＡＦでピーク位置を見つけられない場合に再度のコントラストＡＦを行うが、その際のレンズ駆動範囲は、優先エリアに対する位相差検出方式の焦点検出結果によって演算された合焦位置の前後領域（深度範囲内）とする。
【００３３】
さらに、コントラストＡＦでピーク位置を見つけられない場合の措置としては、優先エリアに隣接する幾つかのフォーカスエリアの焦点検出結果から各エリアに対する深度情報を演算し、そのうちの最大値（遠側被写界深度の最大値）から最小値（近側被写界深度の最大値）との間を再度のコントラストＡＦのレンズ駆動範囲とすることが考えられる。この間にピントを合わせるべき被写体が存在する可能性が極めて高いからである。このようにコントラストＡＦのレンズ駆動範囲を限定することで、合焦までの時間を短縮することができる。
【００３４】
以上では、半押し操作で位相差検出方式による焦点検出およびそれに基づく焦点調節を行い、全押し操作でコントラストＡＦを行うようにしたが、ミラーアップなしに撮像が可能なカメラであれば、半押し操作中にコントラストＡＦに移行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】一実施形態におけるカメラシステムの構成図。
【図２】フォーカスエリアのグループ分け、およびコントラストＡＦにおけるフォーカスゾーンを説明する図。
【図３】焦点検出用イメージセンサの配置例を示す図。
【図４】レンズ位置と焦点評価値との関係を示す図。
【図５】焦点調節制御の一例を示すフローチャート。
【図６】フォーカスゾーン内に優先エリアを設定した例を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１０  撮影レンズ
２５  撮像素子
２４  焦点検出装置
２６  画像処理回路
２７  評価値演算部
２８  レンズ駆動部
２９  グループ選択部
Ａｒ１〜Ａｒ１１  フォーカスエリア
Ｚｎ１〜Ｚｎ７  フォーカスゾーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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