(57)【要約】【課題】高輝度評価値が飽和してしまうか否かに関わらず、また複数の星が存在するような撮影シーンであっても好適に合焦することが可能な撮像装置および焦点調節方法を提供する。【解決手段】ひとつあるいは複数の点光源に合焦させるために、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら複数の画像データを取得し、上記画像データに基づいて焦点調節を行う撮像装置において、画像データに基づいて所定の評価領域内の画素の輝度値を検出する輝度値検出手段と、輝度値に基づいて高輝度評価値Ｙｍａｘを算出する評価値算出手段と、フォーカスレンズの移動に対する高輝度評価値の対称性Ｙｍａｘ＿ｓｙｍを算出する対称性算出手段と、記対称性に基づいて算出される極値に基づいて焦点調節を行う制御手段を具備する。【選択図】  図４
2018072554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひとつあるいは複数の点光源に合焦させるために、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら複数の画像データを取得し、上記画像データに基づいて焦点調節を行う撮像装置において、
上記画像データに基づいて所定の評価領域内の画素の輝度値を検出する輝度値検出手段と、
上記輝度値に基づいて高輝度評価値を算出する評価値算出手段と、
上記フォーカスレンズの移動に対する上記高輝度評価値の対称性を算出する対称性算出手段と、
上記対称性に基づいて算出される極値に基づいて焦点調節を行う制御手段と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記高輝度評価値は、上記評価領域内の最大の輝度を示す輝度値であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記高輝度評価値は、上記評価領域内で所定の輝度値を越える画素の数であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記高輝度評価値は、上記評価領域内で所定の輝度値を越える画素の輝度値の積算値であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
上記高輝度評価値は、上記積算値を、上記所定の輝度値を越える画素の数で除算した値であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
上記評価領域内で複数の上記高輝度評価値の最大値と最小値の比率に基づいて、および／または対称性算出手段で算出した対称性の最大値と最小値の比率に基づいて、複数の画像データを取得する上記フォーカスレンズの移動範囲を設定する移動範囲設定手段を有し、
上記制御部は、上記設定された移動範囲に基づいて上記フォーカスレンズの移動と画像データの取得を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
上記輝度値に基づいて飽和状態を判定する飽和状態判定手段を有し、
上記対称性算出手段は、
非飽和状態と判定された場合は、上記高輝度評価値を上記評価領域内の最大の輝度を示す輝度値とし、
飽和状態と判定された場合は、上記高輝度評価値を上記評価領域内で所定の輝度値を越える画素の数とすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
上記飽和状態判定手段は、上記評価領域内の最大の輝度を示す輝度値を所定値と比較して判定することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
上記飽和状態判定手段は、上記評価領域内で所定の輝度値を越える画素の数に基づいて判定することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
ひとつあるいは複数の点光源に合焦させるために、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら複数の画像データを取得し、上記画像データに基づいて焦点調節を行う撮像装置の焦点調節方法において、
上記画像データに基づいて所定の評価領域内の画素の輝度値を検出し、
上記輝度値に基づいて高輝度評価値を算出し、
上記フォーカスレンズの移動に対する上記高輝度評価値の対称性を算出し、
上記対称性に基づいて算出される極値に基づいて焦点調節を行う、
ことを特徴とする焦点調節方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、星空のように無限遠にある点光源のような被写体にピントを合わせることが可能な撮像装置および焦点調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
星にピントを合わせるための焦点検出装置が従来より種々提案されている。例えば、特許文献１には、撮影領域の天体画像の中から特定の星の位置を検出・追跡し、特定の星の大きさや輝度の変化から合焦位置を算出する自動焦点調節装置が開示されている。また、特許文献２には、撮影領域を複数の小さな領域に分割し、それぞれの領域内の星のコントラストの変化より、合焦処理で使用する領域を選択したり除外したりして合焦位置を算出する焦点検出装置が開示されている。さらに、特許文献３には、画像の評価領域全体の積算値の変化より飽和状態を判別し、判別内容により演算処理に使用するデータを選択するカメラが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１８４６１４号公報
【特許文献２】特許第４６９２２７３号公報
【特許文献３】特許第４５９５３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、星等の天体撮影に適した焦点調節装置が提案されているが、下記のような解決すべき課題がある。
（１）  合焦付近で飽和する高輝度評価値
合焦位置を検出するためにＡＦスキャン（ＡＦ走査）をしながら撮像を行う（ＡＦスキャン撮影）が、ＡＦスキャン前に適正露光条件を設定することは困難であり、スキャン撮影途中で合焦点付近となった場合に、輝度値が飽和してしまい、合焦点位置を正確に検出することができない。すなわち、合焦位置付近で輝度信号が飽和するか否かは、ＡＦスキャンを行ってみないと分からず、このため、合焦点前後で輝度値が飽和している場合には、３点補間等によって補間位置を算出することができない。
【０００５】
（２）  手ブレや瞬きの影響
高輝度画素データから算出した評価値(高輝度評価値)の中の最大輝度値は瞬きの影響を受けやすく、フォーカスレンズ位置に対する評価値特性値のピークと前後のデータから補間処理で合焦点を算出する場合、誤差が生じることがある。また、高輝度評価値の中の高輝度画素数を用いて検出する場合には、評価領域内の複数の天体の画素の積算値を算出することから、瞬きの影響は少なくなる。しかし、手ブレによる画像ブレの影響を受け、評価値が変動することがあり、合焦点算出に誤差が生じることがある。従って、手ブレや星の瞬きなどの影響により、高輝度評価値の特性が変動し、合焦位置の算出に誤差が生じてしまう。
【０００６】
（３）  複雑なフォーカスレンズ位置特性カーブ
評価領域内に一つの星だけでなく、明るい星や肉眼では見えにくい複数の暗い星などを撮影すると、高輝度画素数などのレンズ位置特性は単調な極値を持った特性とはならず、複雑な特性となってしまう。すなわち、複数の星が観察される撮影シーンでは、高輝度評価値のレンズ位置特性は、それぞれの星の特性カーブが合成されることから、複雑なカーブとなり、合焦位置を検出するのが困難となる。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、高輝度評価値が飽和してしまうか否かに関わらず、また複数の星が存在するような撮影シーンであっても好適に合焦することが可能な撮像装置および焦点調節方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため第１の発明に係る撮像装置は、ひとつあるいは複数の点光源に合焦させるために、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら複数の画像データを取得し、上記画像データに基づいて焦点調節を行う撮像装置において、上記画像データに基づいて所定の評価領域内の画素の輝度値を検出する輝度値検出手段と、上記輝度値に基づいて高輝度評価値を算出する評価値算出手段と、上記フォーカスレンズの移動に対する上記高輝度評価値の対称性を算出する対称性算出手段と、上記対称性に基づいて算出される極値に基づいて焦点調節を行う制御手段と、を具備する。
【０００９】
第２の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記高輝度評価値は、上記評価領域内の最大の輝度を示す輝度値である。
第３の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記高輝度評価値は、上記評価領域内で所定の輝度値を越える画素の数である。
【００１０】
第４の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記高輝度評価値は、上記評価領域内で所定の輝度値を越える画素の輝度値の積算値である。
第５の発明に係る撮像装置は、上記第４の発明において、上記高輝度評価値は、上記積算値を、上記所定の輝度値を越える画素の数で除算した値である。
【００１１】
第６の発明に係る撮像装置は、上記第１ないし第５のいずれかの発明において、上記評価領域内で複数の上記高輝度評価値の最大値と最小値の比率に基づいて、および／または対称性算出手段で算出した対称性の最大値と最小値の比率に基づいて、複数の画像データを取得する上記フォーカスレンズの移動範囲を設定する移動範囲設定手段を有し、上記制御部は、上記設定された移動範囲に基づいて上記フォーカスレンズの移動と画像データの取得を制御する。
【００１２】
第７の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記輝度値に基づいて飽和状態を判定する飽和状態判定手段を有し、上記対称性算出手段は、非飽和状態と判定された場合は、上記高輝度評価値を上記評価領域内の最大の輝度を示す輝度値とし、飽和状態と判定された場合は、上記高輝度評価値を上記評価領域内で所定の輝度値を越える画素の数とする。
【００１３】
第８の発明に係る撮像装置は、上記第７の発明において、上記飽和状態判定手段は、上記評価領域内の最大の輝度を示す輝度値を所定値と比較して判定する。
第９の発明に係る撮像装置は、上記第７の発明において、上記飽和状態判定手段は、上記評価領域内で所定の輝度値を越える画素の数に基づいて判定する。
【００１４】
第１０の発明に係る焦点調節方法は、ひとつあるいは複数の点光源に合焦させるために、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら複数の画像データを取得し、上記画像データに基づいて焦点調節を行う撮像装置の焦点調節方法において、上記画像データに基づいて所定の評価領域内の画素の輝度値を検出し、上記輝度値に基づいて高輝度評価値を算出し、上記フォーカスレンズの移動に対する上記高輝度評価値の対称性を算出し、上記対称性に基づいて算出される極値に基づいて焦点調節を行う。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高輝度評価値が飽和してしまうか否かに関わらず、また複数の星が存在するような撮影シーンであっても好適に合焦することが可能な撮像装置および焦点調節方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、高輝度評価値を算出するためのＡＦ評価領域を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、ＡＦ評価領域において、レンズ位置と最大輝度値の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、対称性マッチング処理を説明するためのグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、対称性変換処理を説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、高輝度評価値と対称性評価値を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、高輝度評価値と対称性評価値を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、最大輝度値がレンズの移動中に飽和する場合の対称性評価値を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、最大輝度値がレンズの初期位置において既に飽和している場合の高輝度評価値を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、１つの点光源の輝度レベルによる特性変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、高輝度評価値と対称性評価値を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態に係るカメラのマウント処理の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態に係るカメラの撮影シーケンスを示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態に係るカメラのＡＦ動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の一実施形態に係るカメラの初期画像処理を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の一実施形態に係るカメラのＡＦ画像処理を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の一実施形態に係るカメラのＡＦ処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態として撮像装置としてデジタルカメラ（以下、「カメラ」と称す）に適用した例について説明する。このカメラは、撮像部を有し、この撮像部によって被写体像を画像データに変換し、この変換された画像データに基づいて、被写体像を本体の背面に配置した表示部にライブビュー表示する。撮影者はライブビュー表示を観察することにより、構図やシャッタタイミングを決定する。レリーズ操作時には、画像データが記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像データは、再生モードを選択すると、表示部に再生表示することができる。
【００１８】
また、本実施形態においては、ひとつあるいは複数の点光源に合焦させるために、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら複数の画像データを取得し、この画像データに基づいて焦点調節を行う（例えば、図１６のＳ９１、Ｓ９３参照）。
【００１９】
図１は、本実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。このカメラは、カメラ本体１１とレンズ鏡筒１２は別体で構成され、レンズ鏡筒１２はカメラ本体１１に着脱自在である。なお、カメラ本体１１とレンズ鏡筒１２を一体に構成しても勿論かまわない。
【００２０】
レンズ鏡筒１２内には、焦点調節および焦点距離調節用の撮影レンズ２１と、開口径を調節するための絞り２２が配置されている。撮影レンズ２１はレンズ枠２３に保持され、レンズ枠２３はレンズ駆動機構２４およびレンズ駆動回路２５によって光軸方向に駆動され、絞り２２は絞り駆動機構２７によって駆動される。レンズ鏡筒１２は、撮影レンズを含むレンズ部として機能する。
【００２１】
レンズ駆動回路２５および絞り駆動機構２７は、レンズ制御用マイクロコンピュータ（以下、「ＬＣＰＵ」と称する）３０に接続され、ＬＣＰＵ３０によって駆動制御される。ＬＣＰＵ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と不図示のレンズ駆動パルス生成部等の周辺回路を有し、メモリ３１に記憶されたプログラムに従い、カメラ本体１１からの制御命令に応じて、レンズ鏡筒１２内の各部を制御する。
【００２２】
ＬＣＰＵ３０は、メモリ３１に接続されている。このメモリ３１は、フラッシュＲＯＭ等の電気的に書き換え可能な不揮発性メモリである。メモリ３１は、前述のＬＣＰＵ３０用のプログラムの他に、撮影レンズ２１の光学的特性、絞り２２の特性等の種々の特性を記憶しており、また各種調整値も記憶する。撮影レンズ２１の光学的特性として、撮影レンズ２１の歪曲収差等に関する情報を焦点距離毎に有している。ＬＣＰＵ３０は、カメラ本体１１からの要求に応じて、これらの情報を読み出して送信する。
【００２３】
メモリ３１は、撮影レンズの歪曲収差データを記憶する記憶部として機能する。この記憶部は、撮影レンズの複数の光学状態（例えば、焦点距離やフォーカスレンズ位置ごと）に対応する歪曲収差データに応じた複数のＡＦエリア配置情報を記憶する。
【００２４】
ＬＣＰＵ３０は、通信コネクタ３５に接続されており、この通信コネクタ３５を通じて、カメラ本体１１内の本体制御用マイクロコンピュータ（以下、「ＢＣＰＵ」と称する）６０と通信を行う。また、通信コネクタ３５は、カメラ本体１１からレンズ鏡筒１２に電源を供給するための給電端子を有する。
【００２５】
カメラ本体１１にあって、撮影レンズ２１の光軸上には、露出時間制御用のシャッタ５２が設けられている。本実施形態においては、シャッタ５２は先幕および後幕を有するフォーカルプレーンシャッタである。シャッタ５２は、シャッタチャージ機構５７によってシャッタチャージされ、またシャッタ制御回路５６によってシャッタ５２の開閉制御が行われる。
【００２６】
シャッタ５２の後方であって、撮影レンズ２１の光軸上には、撮像素子ユニット５４が配置されており、撮影レンズ２１によって結像される被写体像を画素信号に光電変換する。なお、撮像素子ユニット５４内の撮像素子としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の二次元撮像素子を使用できることは言うまでもない。撮像素子ユニット５４は、撮影レンズにより集光される被写体光を受光し光電変換して画素信号を出力する撮像素子として機能する。
【００２７】
前述のシャッタ５２と撮像素子５４の間には、被写体光束から赤外光成分と、高周波成分を除去するための光学フィルタである光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）５３が配置されている。
【００２８】
撮像素子ユニット５４は、手ブレ補正ユニット７５によって、撮影レンズ２１の光軸と垂直な面内で、手ブレを打ち消す方向に移動する。すなわち、カメラ本体１１が撮影者の手ブレ等によって動くと、この動きをジャイロ等（不図示）のブレ検出部によってブレの量と方向を検出し、手ブレ補正ユニット７５は、ＢＣＰＵ６０からの制御に従って、検出された動きを打ち消すように撮像素子ユニット５４を移動させる。
【００２９】
撮像素子ユニット５４は撮像素子インターフェース回路６１に接続されている。撮像素子インターフェース回路６１は、ＢＣＰＵ６０からの制御命令に従って、撮像素子ユニット５４内の撮像素子から画素信号を読み出し、増幅処理やＡＤ変換処理等の前処理を施した後、画像処理コントローラ６２に出力する。
【００３０】
画像処理コントローラ６２は、画像データのデジタル的増幅（デジタルゲイン調整処理）、色補正、ガンマ（γ）補正、コントラスト補正、ライブビュー表示用画像生成等の各種の画像処理を行なう。また画像データをＪＰＥＧやＴＩＦＦ等の圧縮方式で圧縮し、また圧縮画像データを伸張する。なお、画像圧縮はＪＰＥＧやＴＩＦＦに限らず、他の圧縮方式でもよい。
【００３１】
画像処理コントローラ６２には、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）６３、フラッシュＲＯＭ６４、記憶メディア６５が接続されている。
【００３２】
ＳＤＲＡＭ６３は、電気的に書き換え可能な揮発性メモリであり、撮像素子ユニット５４から読み出された画像データを一時的に書き込み、読み出しを行う。フラッシュＲＯＭ６４は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリであり、ＢＣＰＵ６０用のプログラムや、各種調整値等を記憶し、読み出す。フラッシュＲＯＭ６４は、メモリ３１からの歪曲収差データ等のレンズ特性を記憶する。
【００３３】
記憶メディア６５は、コンパクトフラッシュ(登録商標)、ＳＤメモリカード(登録商標)またはメモリスティック（登録商標）等の書換え可能な記録媒体のいずれかが装填可能となるように構成され、カメラ本体１１に対して着脱自在となっている。その他、通信接点を介してハードディスクを接続可能に構成してもよい。
【００３４】
ストロボ７２は、電源回路８０からの電源電圧を昇圧し、昇圧した高圧電圧を充電するコンデンサや、閃光発光用のキセノン管や、トリガ回路等を有し、低輝度の被写体に対する照明機器として使用される。ストロボ制御回路７１は、ＢＣＰＵ６０からの制御命令に従って、ストロボ７２に対して充電やトリガ等の制御を行う。
【００３５】
ＥＶＦ（Electric Viewfinder）６６は、カメラ本体１１内に内蔵された表示パネルを接眼部を介して撮影者が観察することができる。ＥＶＦ６６には、ライブビュー表示や記録画像の再生表示等を行う。動作表示用ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）７７は、カメラ本体１１の外装部に設けられ、カメラの動作状態を表示し、また、ライブビュー表示や記録画像の再生表示も行う。
【００３６】
カメラ操作スイッチ（ＳＷ）７８は、電源釦、レリーズ釦、メニュー釦、ＯＫ釦等の操作部材の操作に連動するスイッチである。レリーズ釦には、レリーズ釦の半押し操作を検出する１Ｒスイッチ（１ＲＳＷ）や、レリーズ釦の全押しを検出する２Ｒスイッチ（２ＲＳＷ）が設けられている。
【００３７】
電源回路８０は、カメラ本体１１に装填された電源電池を有し、カメラ本体１１やレンズ鏡筒１２内の各回路ユニット等に電源電圧を供給する。
【００３８】
本体制御用マイクロコンピュータ（ＢＣＰＵ）６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とその周辺回路等を有する。ＣＰＵはフラッシュＲＯＭ６４に記憶されたプログラムに従って、カメラ本体１１内の各部と、ＬＣＰＵ３０を介して、レンズ鏡筒１２内の各部を制御することによってカメラの全体の処理を実行する。
【００３９】
ＢＣＰＵ６０は、撮像素子インターフェース６１を介して入力する画像データに基づいて、後述するＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内の画素の輝度値を検出する（例えば、図５の輝度画像１０３、図１６のＳ９３等参照）。ＢＣＰＵ６０は、画像データに基づいて所定の評価領域内の画素の輝度値を検出する輝度値検出手段として機能する。なお、入力画像データから輝度画像データへの変換方法は後述する。
【００４０】
ＢＣＰＵ６０は、フォーカスレンズを移動させ、それぞれのレンズ位置で取得した輝度値に基づいて高輝度評価値を算出する（例えば、図５の高輝度評価値１０５、図１６のＳ９７等参照）。ＢＣＰＵ６０は、輝度値に基づいて高輝度評価値を算出する評価値算出手段として機能する。
【００４１】
ＢＣＰＵ６０は、複数のフォーカスレンズ位置で取得した高輝度評価値に対称性処理を施し対称性評価値を算出する（例えば、図５の対称性評価値１０７、図１６のＳ９７等参照）。ＢＣＰＵ６０は、フォーカスレンズの移動に対する高輝度評価値の対称性を算出する対称性算出手段として機能する。
【００４２】
ＢＣＰＵ６０は、対称性評価値の極値の位置に基づいて、合焦位置を求め、この合焦位置にフォーカスレンズを移動させる（例えば、図４（ｂ）のＹｍａｘ＿ｓｙｍの極値、図１７のＳ１１３、Ｓ１１５等参照）。ＢＣＰＵ６０は、対称性に基づいて算出される極値に基づいて焦点調節を行う制御手段として機能する。
【００４３】
また、ＢＣＰＵ６０は、初期位置に移動後（図１５のＳ７１、Ｓ７３等参照）、輝度値に基づいて、飽和状態となるか否かについて予測を行う（例えば、図３の飽和判定値、図５の判定値Ｔｈ０、Ｔｈ１（Ｔｈ０＜Ｔｈ１）、図１５のＳ７７等参照）。ＢＣＰＵ６０は、輝度値に基づいて飽和状態を判定する飽和状態判定手段として機能する。この場合、上述した対称性算出手段は、非飽和状態と判定された場合は、高輝度評価値を評価領域内の最大の輝度を示す輝度値（最大輝度値）とし、飽和状態と判定された場合は、高輝度評価値を上記評価領域内で所定の輝度値を越える画素の数（高輝度画素数）とする（例えば、後述する図１５のＳ７７〜Ｓ８１、図１６のＳ９５、Ｓ９７等参照）。これにより、最低限必要なデータを処理するだけでよく、計算負荷を低減することが出来る。
【００４４】
上述の飽和状態判定手段は、評価領域内の最大の輝度を示す輝度値を所定値と比較して判定してもよく、また価領域内で所定の輝度値を越える画素の数に基づいて判定してもよい（例えば、図１５のＳ７７参照）。
【００４５】
本実施形態においては、上述の輝度値検出手段、評価値算出手段、対称性算出手段、制御手段、飽和状態判定手段は、ＢＣＰＵ６０によってソフト的に実現されている。しかし、これらの機能の全部または一部をハードウエア回路によって実現してもよく、また、ヴェリログ（Verilog）によって記述されたプログラム言語に基づいて生成されたゲート回路等のハードウエア構成でもよく、またＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のソフトを利用したハードウエア構成を利用してもよい。これらは適宜組み合わせてもよいことは勿論である。
【００４６】
次に、本実施形態における撮像素子ユニット５４内の撮像素子からの画素取り込みモードについて説明する。
【００４７】
星等の無限遠にある点光源に対して、焦点検出を行う場合には、本実施形態においては、撮像素子からの画素取り込みは、全画素取り込みモードによって行う。画素取り込みモードとしては、とびとびの画素位置で画素データを取り込む間引き取り込みモードがある。しかし、フォーカスレンズを移動させていくと、合焦付近で星の輝度が高くなるが、とびとびの画素位置の画素データしか取り込まない間引き取り込みモードでは、合焦付近で星像を取りこぼすおそれがある。そこで、本実施形態においては、星像についてピント合わせを行う際には、全画素取り込みモードを実行する。
【００４８】
また撮像素子はカラーフィルタの配列として例えばベイヤー配列でありＲ画素、Ｇｂ・Ｇｒ画素、Ｂ画素を有し、それぞれの画素からの出力に基づいてＲＡＷ（ＲＧｂＧｒＢ）画像データを生成する。焦点検出用の画像データは、ＲＡＷ画像データからの輝度画像データに変換することによって取得する。輝度画像への変換方法としては、例えば、４画素加算平均画像データ（Ｙ＝（Ｒ＋Ｇｂ＋Ｇｒ＋Ｂ）／４）等によって算出すればよい。また、全画素取り込みモードから処理した４画素加算平均画像データであれば、水平・垂直を１／２に間引きした輝度情報としてもよい。また、撮像素子の露光時間としては、本実施形態においては、１／３０ｓ（フレームレート３０ｆｐｓ）とするが、これに限らず、１／６０ｓ、１／１２０ｓ等、異なる露光時間であってもよい。なお、ＡＦ画像取得中の露光条件は一定とする（図１６のＳ９３）。
【００４９】
次に、図２乃至図１１を用いて、本実施形態における高輝度評価値と、この高輝度評価値に対称性処理を施すことによって得られる対称性評価値を用いた合焦位置の検出について説明する。本実施形態は、星のように、無限遠ある点光源にピント合わせを行う際に焦点検出に適している。高輝度評価値の詳細については、図３、図５等を用いて、また対称性評価値については図４、図５等を用いて後述する。
【００５０】
図２は、カメラ等の撮像装置によって取得された星等の画像を示す。高輝度評価値は、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡの画像データに基づいて算出する。この領域の大きさや位置は、撮影者が手動で設定してもよく、また自動的にデフォルト値に従って設定してもよい。
【００５１】
図３は、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内の最大輝度値に基づく高輝度評価値を示すグラフである。図３において、横軸は撮影レンズ２１の内のフォーカスレンズの位置を示し、縦軸は輝度値を示す。この輝度値は、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡにおける最大輝度値を示している。高輝度評価値の特性変化は、（ａ）星の種類（等級や点光源の大きさ等）と数、（ｂ）露光条件（シャッタ速度、絞り値、感度）、（ｃ）レンズの焦点距離、（ｄ）撮影条件（天候、時刻）、（ｅ）評価領域等によって、変化する。ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内の点光源の明るさの順番はフォーカスレンズ位置に関わらず、基本的には変わらない。図３に示すグラフは、上述の（ｂ）〜（ｄ）の条件を一定とした場合であって、異なる明るさの星ごとの輝度特性を示す。
【００５２】
まず、図３中、Ｙｍａｘ＿１で示すラインは、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡにおいて、フォーカスレンズの位置を変えながら、撮像素子ユニット５４内の撮像素子からの画像データに基づいて、最大輝度値の変化をプロットしたものである。すなわち、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内には図２に示すように多数の星があり、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内で最も輝度の高い星の輝度値を検出し、フォーカスレンズの位置毎にデータをプロットすることにより得たものである。ひとつの星のフォーカスレンズ位置に応じた最大輝度値の変化の特性は、フォーカスレンズが合焦位置付近で最大輝度値がピークとなり、合焦位置から離れるに従って最大輝度値が低下する。
【００５３】
また、図３において、Ｙｍａｘ＿２で示すラインは、別のＡＦ評価領域ＡＦＶＡにおいて、フォーカスレンズの位置を変えながら、最大輝度値の変化をプロットしたものである。この場合には、Ｙｍａｘ＿１よりも明るい星がＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内にあることから、Ｙｍａｘ＿２はＹｍａｘ＿１よりも上側にある。図３には、Ｙｍａｘ＿１、Ｙｍａｘ＿２と同様に、異なるＡＦ評価領域ＡＦＶＡについて、Ｙｍａｘ＿３、Ｙｍａｘ＿４をプロットした例を示す。
【００５４】
図３に示すＹｍａｘ＿５は、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内に一等星のような明るい星や月などがある場合の輝度値である。この場合には、極度に明るいことから、フォーカスレンズ位置に係りなく、輝度値は飽和している。
【００５５】
なお、図３に示すグラフにおいて、飽和判定値ＳＪＶは、フォーカスレンズが合焦位置付近で飽和状態になるか否かを予測するための判定値である。この判定値は、フォーカスレンズをスキャンしながら、高輝度値のピークを検出するにあたって、輝度値が合焦位置付近で飽和するか否かを、スキャン開始位置で予測する際に使用する。
【００５６】
次に、図４を用いて、対称性マッチング処理（対称性処理）について説明する。図４（ａ）において、ラインＬＳは、フォーカスレンズ位置に応じた画像信号であり、図３のＹｍａｘ＿１〜Ｙｍａｘ＿４に対応する。この画像信号は、フォーカスレンズ位置をｉとすると、Ｇ（ｉ）で表す。また、ラインＬＩは、対称性の度合Ｓ（ｋ）（対称性評価値ともいう）を算出するフォーカスレンズ位置ｋを対称軸として、ラインＬＳを反転させて生成した反転信号である。この反転信号ＬＩは、対称性算定位置をｋとすると、ｋ＋ｉの位置の画像信号Ｇ（ｋ＋ｉ）に対して、反転信号ＬＩはＧ（ｋ−ｊ）で表される。また、ｉは対称性Ｓ（ｋ）を算出するために必要な幅±ｗの範囲内、すなわち、−ｗから＋ｗまで変化させる。ここで、図４（ａ）に示すように、画像データを取得したフォーカスレンズ位置ｉ、及び、各フォーカスレンズ位置ｉにて、撮影した画像の数を０からt_no−１とすると、対称性の算定位置ｋの範囲はｉ＝ｗからｉ＝t_no−ｗ−１までとなる。これは、対称性の算定に必要とする幅ｗの分だけ、対称性の算定値ｋを変化できる範囲が狭く制限されるためである。
【００５７】
図４（ａ）は、対称性算定位置ｉ＝ｋにあり、±ｗの範囲（窓範囲は２ｗ＋１）のラインＬＳを、ｉ＝ｋを対称軸として左右に反転し、反転信号ＬＩをプロットしたものである。領域Ｍ（ｋ）は、画像信号の変化を示すラインＬＳと反転信号の変化を示すラインＬＩの差分にあたる。この差分の面積（領域Ｍ（ｋ）に相当）より対称性Ｓ（ｋ）を算出する処理としては、下記（１）〜（３）によって表すことができる。
Ｍ（ｓ）＝Σ｛（Ｇ（ｋ＋ｊ）−Ｇ（ｋ−ｊ）｝２    ・・・（１）  （ｊ＝−ｗ〜ｗ）
Ｓ（ｋ）＝ΣABS｛（Ｇ（ｋ＋ｊ）−Ｇ（ｋ−ｊ）｝    ・・・（２）  （ｊ＝−ｗ〜ｗ）
Ｓ（ｋ）＝ΣABS｛（Ｇ（ｋ＋ｊ）−Ｇ（ｋ−ｊ）｝    ・・・（３）  （ｊ＝１〜ｗ）
式（２）は式（１）の基本式に対して、データのサイズを小さく抑えることができ、式（３）は計算範囲をさらに減らすことができる。なお、ＡＢＳは絶対値を意味する。
【００５８】
図４（ｂ）は、図３に示した高輝度値Ｙｍａｘに対して、図４（ａ）で説明した対称性マッチング処理（以下、対称性処理という）を施した場合の値を示す。すなわち、図４（ｂ）におけるＹｍａｘに対して、上述の式（３）によって対称性処理を施すと、Ｙｍａｘ＿ｓｙｍが得られる。Ｙｍａｘ＿ｓｙｍは、無限側のスキャン開始位置であるフォーカスレンズ位置から窓の片側ｗだけ離れた位置から算出が可能である。また、Ｙｍａｘ＿ｓｙｍは、図４（ｂ）に示すように、フォーカスレンズ位置が合焦位置に相当する位置で極値（ピーク値）となる。従って、高輝度値Ｙｍａｘに対して対称性処理が施された値（Ｙｍａｘ＿ｓｙｍ）の極値となる位置がフォーカスレンズの合焦位置となる。
【００５９】
次に、レンズ駆動動作について説明する。本実施形態においては、光学無限遠位置よりも更に無限側にフォーカスレンズの移動を制御するための制御用の位置（制御無限遠位置）を設け、この制御無限遠の位置から、至近側にフォーカスレンズを移動させながら、画像データを取得している。このときのフォーカスレンズの移動と撮影の方式については、レンズスキャン駆動動作とレンズステップ駆動動作があり、いずれかの方式によってレンズ駆動動作を行う。
【００６０】
レンズスキャン駆動動作では、フォーカスレンズをスキャン駆動開始位置に移動後、目標位置を設定し、一定の速度ＬＤｓｐｅｅｄで駆動させる。このときのＬＤｓｐｅｅｄは、以下の式（４）により設定する。
ＬＤｓｐｅｅｄ［ｍｍ／ｓ］＝Ｋｓｔｅｐ・Ｆδ［μｍ］・ＦｒａｍｅＲａｔｅ［ｆｐｓ］÷１０００  ・・・（４）
【００６１】
ここで、Ｆδは焦点深度であり、Ｆは絞り値、δは許容できるボケの直径（許容錯乱円）を表す。また、Ｋｓｔｅｐは１フレーム当たりの像面移動量を決める係数である。レンズスキャン駆動動作を行う場合には、撮像ユニットは一定フレームレートＦｒａｍｅＲａｔｅで画像を連続撮影する。フレームレートとしては、本実施形態においては、ＦｒａｍｅＲａｔｅ＝３０ｆｐｓを採用するが、これ以外のフレームレート、例えば、６０ｆｐｓ、１２０ｆｐｓ等であってもよい。
【００６２】
レンズステップ駆動動作は、フォーカスレンズを一定量移動させると、その位置で停止し、画像を撮影する。撮影後、フォーカスレンズを一定量移動させて画像を撮影する。この動作を繰り返し行いながら、フォーカスレンズの移動と撮影を行う。本実施形態においては、１ステップの像面移動量ＬＤｓｔｅｐ＝Ｋｓｔｅｐ・Ｆδ［μｍ］である。像面移動量ＬＤｓｔｅｐは、モータパルス量に変換されて、フォーカスレンズを駆動させる。このように、ステップ駆動動作と撮影動作を交互に行い、測定範囲内での撮影を行う。
【００６３】
レンズステップ駆動動作の駆動量は下記のようにして決める。すなわち、測定範囲を±３０Ｆδ［μｍ］と設定すると、測定範囲に対応するレンズ総ステップ数Ｎは、Ｎ＝６０／Ｋｓｔｅｐ［ｓｔｅｐ］となる。Ｋｓｔｅｐ＝２で駆動すると、合焦点を挟んで±１５［ｓｔｅｐ］が駆動ステップ数となる。
【００６４】
高輝度評価値の対称性を検出するためのデータ処理窓幅（片側）ｗは、測定範囲を±３０Ｆδとすると、±Ｆδの合焦精度を確保するために６〜９Ｆδ（２０〜３０％）程度に設定すればよい。この場合、ｗ＝Ｎ／５〜Ｎ／３となり、Ｋｓｔｅｐ＝１の場合はＮ＝６０であり、ｗは以下のように設定される。
ｗ＝１２〜２０［ｓｔｅｐ］（Ｋｓｔｅｐ＝１）
また、Ｋｓｔｅｐ＝２の場合はＮ＝３０であり、ｗは以下のように設定される。
ｗ＝６〜１０［ｓｔｅｐ］（Ｋｓｔｅｐ＝２）
【００６５】
フォーカスレンズの移動範囲は、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内で複数の高輝度評価値の最大値と最小値の比率に基づいて、および／または対称性算出手段で算出した対称性の最大値と最小値の比率に基づいて、複数の画像データを取得するフォーカスレンズの移動範囲を設定する移動範囲設定手段を設けるようにしてもよい。ＢＣＰＵ６０が、移動範囲設定手段としての機能を果たせばよい。例えば、対称性処理中に対称性の値の最大値と最小値を常に記録、更新する。極値である最小値が更新されなくなり、現在の値が増加し始め、さらに最大値と最小値の差分に所定の比率をかけた値を超えたら検出を完了するなどとしてもよい。また、ＢＣＰＵ６０は、設定された移動範囲に基づいてフォーカスレンズの移動と画像データの取得を制御する制御手段としての機能を果たす。
【００６６】
このような移動範囲設定手段を設けて設定された移動範囲内でフォーカスレンズの移動と画像データの取得を行うことにより、不用な範囲までの走査時間を減らすことができ、焦点調整までの制御時間をより高速化することができる。
【００６７】
次に、図５を用いて、高輝度評価値と対称性評価値の算出について説明する。前述したように、フォーカスレンズを移動させ、撮影を行うことにより、フォーカスレンズ位置に応じた点光源画像１０１の画像データを取得できる。この点光源画像１０１の画像データを輝度画像１０３の画像データに変換し、この画像データに基づいて、フォーカスレンズ位置毎に高輝度評価値１０５を算出する。
【００６８】
高輝度評価値としては、本実施形態においては、次の７種類、即ち、最大輝度値Ｙｍａｘ、高輝度画素数Ｙｃｎｔ［０］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ［０］、高輝度平均値Ｙａｖｒ［０］、高輝度画素数Ｙｃｎｔ［１］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ［１］、高輝度平均値Ｙａｖｒ［１］を算出する。
【００６９】
最大輝度値Ｙｍａｘは、図３を用いて説明したように、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内において最も明るい点光源の輝度である。すなわち、高輝度評価値は、評価領域内の最大の輝度を示す輝度値である。高輝度画素数Ｙｃｎｔ［０］は、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内において、判定値Ｔｈ０を超えた画素の数である。すなわち、高輝度評価値は、評価領域内で所定の輝度値を越える画素の数である。
【００７０】
高輝度積算値Ｙｓｕｍ［０］は、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内において、判定値Ｔｈ０を超えた画素について、各画素の画素値の積算値である。すなわち、高輝度評価値は、評価領域内で所定の輝度値を越える画素の輝度値の積算値がある。高輝度平均値Ｙａｖｒ［０］は、高輝度積算値Ｙｓｕｍ［０］を高輝度画素数Ｙｃｎｔ［０］で除算した値である。すなわち、高輝度評価値は、積算値を、上記所定の輝度値を越える画素の数で除算した値である。
【００７１】
同様に、高輝度画素数Ｙｃｎｔ［１］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ［１］、高輝度平均値Ｙａｖｒ［１］は、判定値をＴｈ０からＴｈ１に変更して算出した値である。Ｔｈ１はＴｈ０より高めの設定値とする。なお、高輝度評価値を算出する場合には、レンズ鏡筒１２内のメモリ３１から取得した歪曲収差データ等のレンズ特性情報を用いて、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡの位置、形状、大きさ等を適宜補正してもよい。
【００７２】
対称性評価値１０７は、フォーカスレンズ位置毎の高輝度評価値１０５が窓の幅分（２ｗ＋１）揃うと処理ができ、図４を用いて説明した対称性マッチング処理を施すことにより算出する。対称性評価値１０７としては、次の７種類、すなわち、最大輝度値Ｙｍａｘ＿Ｓｙｍ、高輝度画素数Ｙｃｎｔ＿Ｓｙｍ［０］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ＿Ｓｙｍ［０］、高輝度平均値Ｙａｖｒ＿Ｓｙｍ［０］、高輝度画素数Ｙｃｎｔ＿Ｓｙｍ［１］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ＿Ｓｙｍ［１］、高輝度平均値Ｙａｖｒ＿Ｓｙｍ［１］がある。対称性評価値１０７としての最大輝度値Ｙｍａｘ＿Ｓｙｍは、図４で説明したようにして算出する。他の対称性評価値も、同様に前述の式（１）〜（３）のいずれかに基づいて算出することができる。
【００７３】
次に、図６および図７を用いて、高輝度評価値と対称性評価値の例を示す。図６は、図４（ｂ）に示すような最大輝度値Ｙｍａｘを示すような星空の被写体の画像に基づいて、判定値Ｔｈ０を用いて、算出した高輝度評価値と対称性評価値を算出した例を示す。すなわち、図６（ａ）は、フォーカスレンズ位置に応じた、高輝度画素数Ｙｃｎｔ［０］と高輝度画素数Ｙｃｎｔ＿Ｓｙｍ［０］を示す。また、図６（ｂ）は、フォーカスレンズ位置に応じた、高輝度積算値Ｙｓｕｍ［０］と高輝度積算値Ｙｓｕｍ＿Ｓｙｍ［０］を示す。図６（ｃ）は、フォーカスレンズ位置に応じた、高輝度平均値Ｙａｖｒ［０］と高輝度平均値Ｙａｖｒ＿Ｓｙｍ［０］を示す。
【００７４】
図７は、図４（ｂ）に示すような最大輝度値Ｙｍａｘを示すような星空の被写体の画像に基づいて、判定値Ｔｈ１を用いて、算出した高輝度評価値と対称性評価値を算出した例を示す。すなわち、図７（ａ）は、フォーカスレンズ位置に応じた、高輝度画素数Ｙｃｎｔ［１］と高輝度画素数Ｙｃｎｔ＿Ｓｙｍ［１］を示す。また、図７（ｂ）は、フォーカスレンズ位置に応じた、高輝度積算値Ｙｓｕｍ［１］と高輝度積算値Ｙｓｕｍ＿Ｓｙｍ［１］を示す。図７（ｃ）は、フォーカスレンズ位置に応じた、高輝度平均値Ｙａｖｒ［１］と高輝度平均値Ｙａｖｒ＿Ｓｙｍ［１］を示す。
【００７５】
図４（ｂ）、図６および図７から分かるように、それぞれの対称評価値の極値は合焦位置と一致する。そこで、７種類の高輝度評価値（最大輝度値、高輝度画素数、高輝度積算値、高輝度平均値）のいずれかに基づいて、対称評価値を算出し、この対称評価値が極値となるフォーカスレンズ位置を合焦位置として求めることができる。本実施形態においては、７種類の対称評価値を算出しているが、いずれか１つでも十分であり、検証用に２つ以上の対称評価値を算出し、極値の信頼性について判断してもよい。
【００７６】
次に、図８を用いて、最大輝度値がフォーカスレンズの初期位置において不飽和であるが、スキャン移動中に飽和してしまう場合の合焦位置の検出について説明する。図３に示したＹｍａｘ＿３、Ｙｍａｘ＿４のように、フォーカスレンズの初期位置においては、最大輝度値は飽和していないが、フォーカスレンズが合焦位置に近づくにつれて、最大輝度値が飽和してしまう場合がある。フォーカスレンズの初期位置の撮影画像からでは、合焦付近で飽和するか否かの推定は難しい。
【００７７】
本実施形態においては、前述したように高輝度評価値を算出し、この高輝度評価値に基づいて対称性評価値を算出している。図８に、前述のＹｍａｘ＿３、Ｙｍａｘ＿４に相当する最大輝度値Ｙｍａｘを示し、これに基づいて対称性処理を施した最大輝度値Ｙｍａｘ＿Ｓｙｍも示す。図８から分かるように、フォーカスレンズ位置がＬ１〜Ｌ２の間では、最大輝度値が飽和状態となっている。最大輝度値が飽和してしまうと、３点補間等によって、最大輝度値の極値を求めることができない。しかし、本実施形態においては、最大輝度値Ｙｍａｘに対称性処理を施した対称性評価値Ｙｍａｘ＿ｓｙｍを算出することにより、飽和した部分の影響を軽減した評価値を対称性評価値として算出することができる。この対称性評価値Ｙｍａｘ＿ｓｙｍの極値に基づいて、精度よくフォーカスレンズの合焦位置を算出することができる。さらにＹｍａｘ＿ｓｙｍの極値と前後のデータの補間処理により合焦位置をより精度よく求めることができる。
【００７８】
図８に示すような移動中に飽和するか否かは、フォーカスレンズの初期位置において、最大輝度値と判定値を比較しても、正確に判断することはできない。よって、判定値を超えていないならば、図８を用いて説明したような対称性処理を行うことで、多少の飽和状態でも合焦位置を検出することができる（後述する図１５のＳ７７、Ｓ８１、図１６のＳ９５、Ｓ９７等参照）。
【００７９】
次に、図９を用いて、最大輝度値がフォーカスレンズの初期位置において判定値を超えている場合や、既に飽和している場合の合焦位置の検出について説明する。図３に示したＹｍａｘ＿５のように、フォーカスレンズの初期位置において、最大輝度値Ｙｍａｘが既に飽和しており、スキャン駆動中も継続して最大輝度値Ｙｍａｘが飽和している場合がある。このようなスキャン範囲全域において最大輝度値Ｙｍａｘが飽和している状態のときに対称性処理を施しても、対称性評価値Ｙｍａｘ＿ｓｙｍはフラットになってしまい、極値を検出することができない。そこで、前述の最大輝度値Ｙｍａｘ以外の高輝度評価値を利用して合焦位置の検出を行う。本実施形態においては、前述した高輝度評価値のうちの高輝度画素数Ｙｃｎｔに着目して合焦位置の検出を行う。
【００８０】
図９において、最大輝度値Ｙｍａｘがフォーカスレンズの初期位置において既に飽和しており、スキャン範囲全域においても飽和している状態である。このような状態では、フォーカスレンズ位置に応じて飽和する画素数が変化するので、高輝度画素数Ｙｃｎｔは、緩やかなカーブで凹のカーブを描き、極小値付近が合焦点となる。つまり、ピントがほけた状態では飽和する画素数が多く、合焦に近づくに従い飽和する画素数は減少し、合焦位置では飽和する画素数が最も小さくなる。しかし、手ぶれや天体の明るさに変動があると、高輝度画素数Ｙｃｎｔの極小値と前後のデータ値に大きな変動誤差がのり、補間処理で誤差が生じてしまう。そうすると、合焦点の検出精度が低下するという問題が生ずる。
【００８１】
そこで、図９に示すように、高輝度画素数Ｙｃｎｔに対して対称性処理を施し、高輝度画素数Ｙｃｎｔの対称性を評価し、対称性評価値Ｙｃｎｔ＿ｓｙｍを求める。これにより、フォーカスレンズ位置毎の天体の輝度の変化や手ぶれによる高輝度画素数の変動成分を平均化することができるので（ローパスフィルタ効果）、その影響を少なくすることができ、正しく極値を求めることができる。さらに前後のデータの補間処理による誤差も低減され合焦点の検出精度を向上させることができる。
【００８２】
次に、図１０および図１１を用いて、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡに明るさの異なる複数の天体（例えば星）が存在する場合の合焦点検出について説明する。フォーカスレンズが合焦点付近から離れている位置から合焦点に近づくと明るさの異なる星ごとに星像のぼやけ方が変化し、それに応じて輝度も変化する。
【００８３】
図１０は、５種類の異なる明るさの点光源（例えば星）について、フォーカスレンズ位置に応じて、それぞれ点光源の特性変化を示す。図１０（ａ）は最大輝度値Ｙｍａｘの変化を示し、図１０（ｂ）は所定の判定値を超えた高輝度画素数Ｙｃｎｔの変化を示し、図１０（ｃ）は所定の判定値を超えた高輝度積算値Ｙｓｕｍを示し、図１０（ｄ）は高輝度積算値Ｙｓｕｍを対応する高輝度画素数Ｙｃｎｔで除算した高輝度平均値Ｙａｖｒを示す。
【００８４】
ＡＦ評価領域ＡＦＶＡの領域内に、明るさの異なる複数の天体が存在する場合には、複数の天体のそれぞれの明るさに応じた図１０のような輝度変化を生じ、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡのそれぞれの高輝度評価値は、これらの明るさの異なる複数の天体に応じた変化が複合的に重畳した変化となる。このため、最大輝度以外の高輝度評価値の極値が有効であるか否かを判断するのが困難となる。
【００８５】
図１１は、明るさの異なる複数の天体が存在するシーンで、フォーカスレンズ位置毎に高輝度画素数Ｙｃｎｔをプロットしたグラフである。図から分かるように、図１０（ｂ）の明るい点光源と暗い点光源の特性が合成された形となっている。このため、図１０（ｂ）の高輝度画素数Ｙｃｎｔは複数のピーク値を有し、はっきりした極値を有していない。この高輝度画素数Ｙｃｎｔに対して対称性処理を施した対称性評価値Ｙｃｎｔ＿ｓｙｍは、合焦位置において極小値を示す特性となる。明るさの異なる複数の天体が存在するシーンにおける高輝度積算値Ｙｓｕｍ＿ｓｙｍ、高輝度平均値Ｙａｖｒ＿ｓｙｍについても、同様に対処性処理を施し対称性評価値を算出することにより合焦位置に対応する極小値を求めることができる。このように、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内に明るさの異なる複数の天体が存在し、高輝度評価値が複雑な特性を示しても、対称性処理を施すことにより、容易にかつ精度よく合焦位置を検出することができる。
【００８６】
このように、高輝度評価値に対して、対称性処理を施して極値を求め、これに基づいてフォーカスレンズの合焦位置を決めている。このため、合焦位置を挟んで凸形や凹型の特性に係わらず、また合焦点位置付近が極大になるか極小になるかに係わらず合焦位置を算定することができる。すなわち、高輝度評価値の特性カーブのオフセットやピークの数や形状（極大・極小など）に係わらず合焦位置に対応する極値の位置を算出することができる。
【００８７】
また、対称性処理で求めた結果は、フォーカスレンズ位置毎の特性データのノイズの影響が平均化され低減されるので、より精度良く合焦位置を算出することができる。高輝度評価値そのものを３点補間処理して合焦点を算出するより、対称性処理で窓幅分の画像データより算出したそれぞれの３点データ（極値と前後の点）を元に、補間して算出した合焦点の方がより多くの画像情報を加味したデータとなる。対称性処理を行うことにより、手ブレや天体の瞬きの影響が低減されるためである。
【００８８】
次に、図１２乃至図１７に示すフローチャートを用いて、本実施形態におけるカメラの動作について説明する。この動作は、ＢＣＰＵ６０がフラッシュＲＯＭ６４に記憶されたプログラムに従ってカメラの各部を制御することにより実行する。また、このフローチャートは、高輝度評価値またはコントラスト値を用いて行う自動焦点調節に関連する動作を主に示している。
【００８９】
図１２に示すマウント処理は、カメラの電源釦が操作されると開始する。マウント処理のフローがスタートすると、まず、本体の電源をオンにする（Ｓ１）。ここでは、電源回路８０によって、カメラ本体１１の各部に電源が給電される。
【００９０】
本体電源オンとなると、次に、カメラシステムの初期化を行う（Ｓ３）。ここでは、画像処理コントローラ６２への電源を供給し、ＯＳ（Operating System）を立ち上げ、撮像ユニット５４内の撮像素子に電源供給し、前回電源オフ時の状態に回復する等、カメラシステムの初期化を行う。
【００９１】
カメラシステムの初期化を行うと、次に、レンズ鏡筒の電源をオンにする（Ｓ５）。ここでは、電源回路８０によって、通信コネクタ３５を通じて、レンズ鏡筒１２内の各部に電源が供給される。
【００９２】
レンズ電源をオンにすると、次に、初期通信を行う（Ｓ７）。ここでは、カメラ本体１１から送信を行い、レンズ鏡筒１２からの返信に基づいて、通信プロトコル確認を行う。
【００９３】
初期通信を行うと、次に、レンズ性能情報の取得のための通信を行う（Ｓ９）。ここでは、メモリ３１に記憶されているレンズ性能情報、例えば、ズームレンズか単焦点レンズのいずれであるか、焦点距離、絞り値（Ｆ値）等の情報を、ＬＣＰＵ３０に送信要求し、取得する。
【００９４】
レンズ性能情報を取得すると、次に、レンズ機能情報取得通信を行う（Ｓ１１）。ここでは、レンズ機能情報、例えば、通信速度、レンズ駆動速度、レンズ手ブレ補正機能の有無等の情報を、ＬＣＰＵ３０に送信要求し、取得する。
【００９５】
レンズ機能情報を取得すると、次に、レンズ光学情報取得通信を行う（Ｓ１３）。ここでは、メモリ３１に記憶されているレンズ光学情報、例えば、歪曲収差データ、分光透過率等の情報を、ＬＣＰＵ３０に送信要求し、取得する。ステップＳ９〜Ｓ１３において取得した各情報は、フラッシュＲＯＭ６４またはＳＤＲＡＭ６３に記憶され、高輝度評価値を用いたＡＦ処理またはコントラストＡＦ処理等の種々の処理の際に使用される。
【００９６】
レンズ光学情報を取得すると、次に、撮影情報表示を行う（Ｓ１７）。ここでは、動作表示部７７に、撮影モード、シャッタ速度、絞り値、ＩＳＯ感度等の撮影情報を表示する。
【００９７】
撮影情報表示を行うと、撮影待機状態となる（Ｓ１９）。ここでは、レリーズ釦の半押し等がなされるまで、撮影待機状態となる。撮影待機状態では、例えば、撮像素子からの画像データに基づいてライブビューを表示し、また撮影モード等の各種設定を受け付け、また電源釦がオフとなると、電源オフ処理を行う。
【００９８】
次に、図１３に示すフローチャートを用いて、撮影シーケンスについて説明する。撮影シーケンスは、撮影待機状態において、レリーズ釦の半押し操作等の操作がなされるとスタートする。
【００９９】
撮影シーケンスのフローがスタートすると、まず、撮影レンズ状態取得通信を行う（Ｓ２１）。ここでは、絞り２２の最新の絞り状態、撮影レンズ２１の最新のズーム状態（焦点距離を含む）等、最新のレンズ鏡筒の状態を、ＬＣＰＵ３０に送信要求し、取得する。
【０１００】
レンズ状態取得通信を行うと、次に、１ＲＳＷがオンか否かを判定する（Ｓ２３）。レリーズ釦が半押しされると、１ＲＳＷがオンとなる。ここでは、１ＲＳＷのオンオフ状態に基づいて判定する。この判定の結果、１ＲＳＷがオフの場合には、ステップＳ２１に戻り、前述の動作を周期的に繰り返す。
【０１０１】
一方、ステップＳ２３における判定の結果、１ＲＳＷがオンとなった場合には、高輝度評価値またはコントラスト値に基づくＡＦ動作を行う（Ｓ２５）。ここでは、コントラストＡＦまたは高輝度評価値に基づくＡＦ動作を行う。コントラストＡＦは、撮像素子からの画像データの高周波成分を抽出してコントラスト評価値を生成し、このコントラスト評価値がピークとなるように、フォーカスレンズの位置を調節する。また、高輝度評価値に基づくＡＦ動作は、図２ないし図１１を用いて説明したように、高輝度評価値と、この高輝度評価値に対称性処理を施した対称性評価値を用いて、合焦位置を検出する。ピントが正しく検出され、フォーカスレンズが合焦位置に駆動されると、合焦フラグに「１」がセットされる。このＡＦの詳しい動作については、図１４を用いて後述する。
【０１０２】
ＡＦ動作を行うと、次に、合焦フラグが「１」か「０」のいずれであるかを判定する（Ｓ２７）。合焦フラグは、デフォルト値は「０」であり、前述したように、フォーカスレンズが合焦位置に駆動されると、合焦フラグとして「１」がセットされる。
【０１０３】
ステップＳ２７における判定の結果、合焦フラグが「０」であった場合には、非合焦処理を行う（Ｓ４１）。非合焦処理としては、例えば、ＥＶＦ６６等に非合焦状態であることを表示する等、撮影者に合焦できないことを告知し、またフォーカスレンズの駆動を停止する。
【０１０４】
一方、ステップＳ２７における判定の結果、合焦フラグが「１」であった場合には、１ＲＳＷがオフか否かを判定する（Ｓ２９）。撮影者がレリーズ釦の半押し状態を解除すると、１ＲＳＷはオフ状態となる。ステップＳ２９における判定がオフであった場合には、ステップＳ２１に戻り、前述の動作を繰り返す。
【０１０５】
ステップＳ２９における判定の結果、１ＲＳＷがオフでなかった場合には、レンズ状態取得通信を行う（Ｓ３１）。ここでは、ステップＳ２１と同様に、最新のレンズ鏡筒の状態を、ＬＣＰＵ３０に送信要求し、取得する。
【０１０６】
レンズ状態取得通信を行うと、次に、２ＲＳＷがオンか否かを判定する（Ｓ３３）。レリーズ釦が全押しされると、２ＲＳＷがオンとなる。ここでは、２ＲＳＷのオンオフ状態に基づいて判定する。この判定の結果、２ＲＳＷがオフの場合には、ステップＳ３１に戻り、前述の動作を繰り返す。
【０１０７】
一方、ステップＳ３３における判定の結果、２ＲＳＷがオンの場合には、撮影動作に移る。まず、露光動作を行う（Ｓ３５）。ここでは、シャッタ５２を開放して撮像素子ユニット５４の撮像素子面上に被写体像を形成し、露光時間の経過後にシャッタ５２が閉鎖状態となり露光を終了する。露光が終了すると、撮像素子から画像データが読み出される。
【０１０８】
露光動作が終了すると、次に画像処理を行う（Ｓ３７）。ここでは、撮像素子から読み出された画像データに対して、画像処理コントローラ６２が画像記録用に種々の画像処理を施す。
【０１０９】
画像処理を行うと、次にカード記録を行う（Ｓ３９）。ここでは、ステップＳ３７において画像処理が施された画像データを記憶メディア６５に記録する。ステップＳ３９においてカード記録を行うと、またはステップＳ４１において非合焦処理を行うと、撮影シーケンスのフローを終了し、元のフローに戻る。
【０１１０】
次に、図１４に示すフローチャートを用いて、ステップＳ２５のＡＦ動作の詳しい動作について説明する。
【０１１１】
ＡＦ動作のフローに入ると、まず、星空ＡＦモードか否かの判定を行う（Ｓ５１）。星空ＡＦモードは、撮影者がカメラ操作ＳＷ７８中のメニュー釦やＯＫ釦等を操作することにより星空ＡＦモードを手動設定する。手動設定で星空ＡＦモードに設定された場合、交換レンズ毎の個体別情報としてメモリ３１に記録されている光学無限位置情報をもとにフォーカスレンズ位置を移動してもよい。また、撮像素子からの画像データを解析し、背景輝度のレベルや星等の天体が写っているかどうかなどを判定し、自動的に星空ＡＦモードを設定するようにしてもよい。また、星空ＡＦモードで合焦できなかった場合に、フォーカスレンズを光学無限位置に移動させてもよい。
【０１１２】
ステップＳ５１における判定の結果、星空ＡＦモードでない場合には、通常ＡＦを行う（Ｓ６１）。ここでは、コントラストＡＦ等によって、撮像素子からの画像データのコントラスト値を検出し、このコントラスト値がピークとなる位置にフォーカスレンズの位置を移動させる。なお、通常ＡＦ動作としては、コントラストＡＦ以外にも、例えば、位相差ＡＦ等、他のＡＦ動作を用いてもよい。
【０１１３】
一方、ステップＳ５１における判定の結果、星空ＡＦモードの場合には、ステップＳ５３以下において、図２乃至図１１を用いて説明した高輝度評価値および対称性評価値を用いて、ＡＦ動作を実行する。まず、星空撮影用に露光条件の設定を行う（Ｓ５３）。ここでは、星空撮影に適した露光条件、例えば、絞りを開放側の値とし、またシャッタ速度を長秒時シャッタ速度とし、ＩＳＯ感度も高感度側に設定する。
【０１１４】
続いて、初期画像処理を行う（Ｓ５５）。ここでは、フォーカスレンズを制御無限位置に移動させ、平均輝度を求めて平均輝度値が所定の値以上か否かを判定する。平均輝度が所定の値以上の場合、つまり、背景輝度が高すぎて、明る過ぎるシーンの場合、合焦フラグを「０」のまま、ＡＦ動作を終了する（不図示）。この初期画像処理の詳しい動作については、図１５を用いて後述する。
【０１１５】
初期画像処理を行うと、次に、ＡＦ画像処理を行う（Ｓ５７）。ここでは、スキャン駆動等によって画像データを取得し、この取得した画像データを輝度画像データに変換し、さらに高輝度評価値と対称性評価値を算出する。このＡＦ画像処理の詳しい動作については、図１６を用いて後述する。
【０１１６】
ＡＦ画像処理を行うと、次に合焦処理を行う（Ｓ５９）。ここでは、ＡＦ画像処理によって算出した対称評価値を用いて合焦位置を算出し、この算出した合焦位置にフォーカスレンズを移動させ、合焦フラグを「１」とする。しかし、ここで合焦位置が検出できなかった場合、交換レンズの個体情報の光学無限位置にフォーカスレンズを移動させ、合焦フラグを「０」とする。合焦処理の詳しい動作については、図１７を用いて後述する。
【０１１７】
ステップＳ５９において合焦処理を行うか、またはステップＳ６１において通常ＡＦを行うと、ＡＦ動作のフローを終了して、元のフローに戻る。
【０１１８】
次に、図１５に示すフローチャートを用いて、ステップＳ５５の初期画像処理の詳しい動作について説明する。
【０１１９】
初期画像処理のフローに入ると、まず、初期位置移動を行う（Ｓ７１）。ここでは、フォーカスレンズを初期位置として制御無限位置に移動させる。撮影レンズ２１の光学的な無限位置（光学無限位置）は、個々のレンズ鏡筒によって微妙に異なる。そのため、交換レンズの個体別情報としてメモリ３１には光学無限位置情報も記録されているが、カメラの撮影方向によるレンズの重力負荷の変化や、環境温度の変化などにより微妙に変動することがある。よって、想定される光学無限位置よりもさらに無限側の位置を被写界深度Ｆδと測定ステップ数をもとに初期位置として算出し、その位置に移動させる。このとき初期位置が制御無限位置よりさらに無限側になる場合、制御無限位置を初期位置としている。ここでは、ＢＣＰＵ６０は、ＬＣＰＵ３０を介してレンズ駆動回路２５によってフォーカスレンズを初期位置まで移動させる。
【０１２０】
初期位置移動を開始すると、フォーカスレンズが停止したか否かを判定する（Ｓ７３）。ここでは、フォーカスレンズが初期位置か制御無限位置に到達し、停止したか否かを判定する。フォーカスレンズが停止していない場合には、初期位置に到達し停止するのをまつ。
【０１２１】
ステップＳ７３における判定の結果、フォーカスレンズが停止すると、次に、平均輝度を算出する（Ｓ７５）。ここでは、撮像素子ユニット５４中の撮像素子からの画像データに基づいて、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡにおける平均輝度を算出する。平均輝度値はＡＦ評価領域ＡＦＶＡの背景を含めた全体の明るさ（単位画素あたりの積算輝度値）を求めている。この値が所定の明るさ以上の場合（Ｓ７６Ｙｅｓ）、背景輝度が高い、明るいシーンと判定し、ＡＦ動作を中止する。この場合、合焦フラグを０に設定して（Ｓ８２）、リターンし、ＡＦ動作の処理もリターンしてステップＳ４１にて非合焦処理を行う。また平均輝度値が所定の明るさ以下の場合は（Ｓ７６Ｎｏ）、その値に所定の値を加算するか、または係数を乗算した値を算定し、背景輝度値より僅かに高い値として判定値Ｔｈ０に設定する。
【０１２２】
平均輝度を算出し、ステップＳ７６における判定の結果が、Ｎｏであった場合には、次に、高輝度画素判定を行う（Ｓ７７）。ここでは、図３を用いて説明した飽和判定値よりも最大輝度値が高いか否かを判定する。なお、この判定は、最大輝度値以外にも、例えば、初期位置における高輝度画素数Ｙｃｎｔや高輝度積算値Ｙｓｕｍ等と、所定の判定値とに基づいて行ってもよい。例えば、高い側の設定値Ｔｈ１による高輝度画素数Ｙｃｎｔ［１］や高輝度積算値Ｙｓｕｍ［１］の高輝度評価値が所定値以上などとして判定する。
【０１２３】
ステップＳ７７における高輝度画素による判定の結果、最大輝度値が判定値以上の場合には、フラグＳＡＴｆｌａｇ＝ＯＮとする（Ｓ８１）。すなわち、初期位置で最大輝度値が既に飽和しているか、あるいは合焦付近で飽和すると予測し、フラグＳＡＴｆｌａｇをセットする。一方、高輝度画素が飽和しないと予測した場合には、フラグＳＡＴｆｌａｇ＝ＯＦＦとする（Ｓ７９）。すなわち、合焦位置付近でも最大輝度値が飽和することがないと予測して、フラグＳＡＴｆｌａｇをリセットする。
【０１２４】
ステップＳ７９またはＳ８１においてフラグＳＡＴｆｌａｇのセット又はリセットを行うと、初期画像処理のフローを終了し、元のフローに戻る。
【０１２５】
次に、図１６に示すフローチャートを用いて、ステップＳ５５（図１４）のＡＦ画像処理の詳しい動作について説明する。
【０１２６】
ＡＦ画像処理のフローに入ると、まず、スキャン駆動を開始する（Ｓ９１）。ここでは、前述したレンズスキャン速度ＬＤｓｐｅｅｄで、制御無限位置から至近側に向けてフォーカスレンズを移動させる。また、このとき目標位置も設定し、この位置までフォーカスレンズを移動させる。目標位置としては、前述したように、例えば、測定する範囲を合焦位置の前後±３０Ｆδ［μｍ］程度の範囲を測距できる程度の位置とする。
【０１２７】
次に、輝度画像を取得する（Ｓ９３）。ここでは、フォーカスレンズを移動させた状態で撮像素子により被写体像を露光し、１フレーム（３０ｆｐｓ）分の露光時間が経過すると、撮像素子から画像データを取得する。画像データはＲＡＷデータであるので、このＲＡＷデータを輝度画像データに変換する。
【０１２８】
輝度画像取得を行うと、次に、評価データに変換する（Ｓ９５）。ここでは、ステップＳ９３において取得した輝度画像データに基づいて、高輝度評価値を算出する。高輝度評価値としては、前述したように、本実施形態では、最大輝度値Ｙｍａｘ、高輝度画素数Ｙｃｎｔ［０］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ［０］、高輝度平均値Ｙａｖｒ［０］、高輝度画素数Ｙｃｎｔ［１］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ［１］、高輝度平均値Ｙａｖｒ［１］の７種類がある。しかし、これら全部を算出する必要がなく、少なくとも１つを算出すればよい。
【０１２９】
なお、高輝度評価の算出を行うにあたって、初期画像処理で飽和状態と判定された場合には（この場合には、ＳＡＴｆｌａｇ＝ＯＮ）、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内の最大輝度値Ｙｍａｘを用いた対称性評価を行わず高輝度画素数Ｙｃｎｔを用いて対称性評価を行う（図９）。一方、初期画像処理で非飽和状態と判定された場合には（この場合には、ＳＡＴｆｌａｇ＝ＯＦＦ）、ＡＦ評価領域ＡＦＶＡ内の最大輝度値Ｙｍａｘを用いて対称性評価を行う。また、他の高輝度評価値を用いて対称性評価を行ってもよい。
【０１３０】
評価データ変換を行うと、次に、対称性評価を行う（Ｓ９７）。ここでは、ステップＳ９５で求めた評価データに基づいて対称性評価を行う。対称性評価としては、前述したように本実施形態では、最大輝度値Ｙｍａｘ＿Ｓｙｍ、高輝度画素数Ｙｃｎｔ＿Ｓｙｍ［０］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ＿Ｓｙｍ［０］、高輝度平均値Ｙａｖｒ＿Ｓｙｍ［０］、高輝度画素数Ｙｃｎｔ＿Ｓｙｍ［１］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ＿Ｓｙｍ［１］、高輝度平均値Ｙａｖｒ＿Ｓｙｍ［１］の７種類がある。しかし、これら全部を算出する必要がなく、前記の評価データ変換処理により算出した高輝度評価値から対称性評価値を算出すればよい。また対称性を評価するには前述で説明した窓幅（２ｗ＋１）分の画像データが必要なため、そのデータ数が揃うまでのこの処理（Ｓ９７）は何もせず、通過する。
【０１３１】
対称性評価を行うと、次に、レンズ停止位置か否かを判定する（Ｓ９９）。ここでは、ステップＳ９１において設定した目標位置に到達したか否かを判定する。あるいは現在のフォーカスレンズ位置と前回のフォーカスレンズ位置の変位が設定値以下の場合、停止と判定する。
【０１３２】
ステップＳ９９における判定の結果、レンズ停止位置でない場合には、次に、対称性検出完了か否かを判定する（Ｓ１０１）。ステップＳ９７において対称性評価を行っているが、対称性評価は、極値を検出できればよく、ステップＳ９１において設定した目標位置に到達する前に信頼性の高い極値を検出することができれば、その時点で対称性評価の算出を完了してもよい。例えば、対称性評価中に対称性の値の最大値と最小値を常に記録、更新する。極値である最小値が更新されなくなり、現在の値が増加し始め、さらに最大値と最小値の差分に所定の比率をかけた値を超えたら検出を完了するなどとしてもよい。このステップＳ１０１の判定の結果、対称性検出が完了していなければ、ステップＳ９３に戻って前述の処理を行う。
【０１３３】
一方、ステップＳ９９における判定の結果、レンズ停止と判定されていれば、またはステップＳ１０１における判定の結果、対称性検出が完了した場合には、次に、スキャン駆動中か否かを判定する（Ｓ１０３）。この判定の結果、スキャン駆動中であれば、スキャン駆動を停止する（Ｓ１０５）。ここでは、ＢＣＰＵ６０は、ＬＣＰＵ３０を介してレンズ駆動回路２５によってフォーカスレンズの駆動を停止させる。
【０１３４】
ステップＳ１０５においてスキャン駆動を停止すると、またはステップＳ１０３における判定の結果、スキャン駆動中でない場合には、ＡＦ画像処理のフローを終了し、元のフローに戻る。
【０１３５】
なお、ＡＦ画像処理のフローにおいては、スキャン駆動を行いながら、輝度画像を取得していた。しかし、これに限らず、前述したレンズステップ駆動動作を行いながら、輝度画像を取得するようにしてもよい。この場合には、レンズステップ駆動を行い、フォーカスレンズを停止した位置で輝度画像を取得する。
【０１３６】
次に、図１７に示すフローチャートを用いて、ステップＳ５９（図１４）の合焦処理の詳しい動作について説明する。
【０１３７】
合焦処理のフローに入ると、まず、合焦範囲を算出する（Ｓ１１１）。合焦範囲は、合焦を許容する範囲を示し、算出された合焦点が合焦範囲外の場合は無効とするように用いられる。合焦範囲は、複数の対称性評価値を使う場合に、基準となる高輝度評価値や対称性評価値に基づき合焦範囲を求め、この合焦範囲を使用して他の対称性評価値の合焦位置範囲を限定するときに有効な処理となる。対称性評価の処理において、フォーカスレンズ位置に対応する撮影された画像データｉの中で、対称性を算定する範囲はｉ＝ｗからｉ＝t_no−ｗ−１までとなっている（ｗは対称性を算出する片側の計算幅、t_noは撮影画像数）。そして、高輝度評価値の最大輝度値Ｙｍａｘから対称性評価値Ｙｍａｘ＿ｓｙｍを算出する場合、それぞれの撮影画像位置（フォーカスレンズ位置）の高輝度評価値の最大値と最小値の差分の所定の比率（１より小さい）の値を算定する。たとえば、最大輝度値Ｙｍａｘの最大値を基準にしてこの算定値分の範囲を超える最大輝度値Ｙｍａｘの範囲を除いて合焦範囲とする。この場合、無限遠側のｗから至近側のt_no−ｗ−１の範囲より狭い範囲が合焦範囲として求められる。また、最大輝度値Ｙｍａｘの対称性評価値Ｙｍａｘ＿ｓｙｍの場合は、同様に算定値を算出し、対称性評価値Ｙｍａｘ＿ｓｙｍの最小値を基準として算定値分の範囲より小さくなる範囲を同様に求め、この範囲を合焦範囲と設定する。また、これらの複数の合焦範囲の中でより中心側にある合焦範囲を最終的な合焦範囲としてもよい。
【０１３８】
その他の最大輝度値Ｙｍａｘ以外の高輝度評価値の対称性評価値でも、同様の処理で合焦範囲を限定することができる。それぞれの対称性評価値の最大値と最小値の差分の所定の比率の値を算定し、無限遠側のｗから至近側のt_no−ｗ−１の範囲に対して、この算定値より小さくなる範囲を同様に求める。これらの中でより中心側にある範囲を合焦範囲とする。また設定値Ｔｈ０＜Ｔｈ１であるので、Ｔｈ１の評価値のほうがより合焦範囲が狭く限定することができる。それぞれのデータで最大値と最小値の差分が０の場合、その評価データは使用しない。
【０１３９】
合焦範囲を算出すると、次に、合焦位置を算出する（Ｓ１１３）。ここでは、ステップＳ９７において算出した対称性評価の極値に対応する位置がステップＳ１１１で算定された合焦範囲に入っているかを検証する。合焦範囲にある極値であれば、ここを合焦画像位置Ｆｃ＿ｉｄとする。高輝度評価値が最大輝度値Ｙｍａｘの場合、最大輝度値の対称性評価値Ｙｍａｘ＿Ｓｙｍの極値位置を合焦画像位置Ｆｃ＿ｉｄとして、この位置の対称度（対称性評価値）とこの前後のステップ位置の３点の対称度データ（対称性評価値）を使い、補間処理により、より高精度なピーク位置である補間画像位置Ｆｃ＿ｉｐを算定する。次に求められた補間画像位置Ｆｃ＿ｉｐの前後の撮影画像に対応したフォーカスレンズのパルス位置を求め、この補間画像位置Ｆｃ＿ｉｐをもとにフォーカスレンズのパルス位置を補間し、その位置をフォーカスレンズの合焦位置Ｆｃ＿ｐｏｓとして算出する。フォーカスレンズの位置に対応するパルス位置は、各輝度画像取得時にパルス位置情報として同時に記録されている（図１６のＳ９３）。
【０１４０】
高輝度評価値が最大輝度値以外の場合、例えば高輝度画素数Ｙｃｎｔと高輝度画素数の対称性評価値Ｙｃｎｔ＿Ｓｙｍをもとに前記同様求めることができる。対称性データの極値の位置を合焦範囲にあるか検証し、範囲内であれば、上記同様の極値の輝度値データとその前後の輝度値を用い補間処理により合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓを算出することが可能である。
【０１４１】
補間処理はガウス関数補間やラグランジェ補間などを使用すればよい。またフォーカスレンズの合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓは補間処理された補間画像位置Ｆｃ＿ｉｐをもとに算出しているが、補間処理でピーク位置の補間画像位置Ｆｃ＿ｉｐを算定する際に画像位置番号ではなくフォーカスレンズの位置であるパルス位置を代入することで、直接、合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓを算出することも可能である。
【０１４２】
前記、高輝度評価値が最大輝度値の場合で、最大輝度値の対称性Ｙｍａｘ＿Ｓｙｍが合焦範囲にない場合や合焦画像位置が見つからない場合、最大輝度値Ｙｍａｘの極値(最大値)の位置が合焦範囲にあるか検証し、範囲内であれば、上記同様の極値の輝度値データとその前後の輝度値を用い補間処理により合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓを算出することが可能である。
【０１４３】
その他の高輝度評価値の対称性データとして、高輝度画素数Ｙｃｎｔ＿ｓｙｍ［０］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ＿ｓｙｍ［０］、高輝度平均値Ｙａｖｒ＿ｓｙｍ［０］、高輝度画素数Ｙｃｎｔ＿ｓｙｍ［１］、高輝度積算値Ｙｓｕｍ＿ｓｙｍ［１］、高輝度平均値Ｙａｖｒ＿ｓｙｍ［１］など6種類算出することが可能であり、この中から合焦範囲内にあるもので優先順位をつけて選択して、合焦パルス位置を算出することも可能である。
【０１４４】
また、高輝度評価値の対称性データによるすべての合焦画像位置Ｆｃ＿ｉｄと補間画像位置Ｆｃ＿ｉｐ、合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓを求めてから、それらの合焦画像位置Ｆｃ＿ｉｄの最頻値を求め、最頻値と一致する高輝度評価値の対称性評価値の補間画像位置Ｆｃ＿ｉｐあるいは合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓを平均化して、最終的な合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓを算出することも可能である。
【０１４５】
合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓを算出すると、次に、合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓに移動する（Ｓ１１５）。ここでは、ステップＳ１１５において算出した合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓにフォーカスレンズを移動させる。すなわち、ＢＣＰＵ６０は、ＬＣＰＵ３０を介してレンズ駆動回路２５によってフォーカスレンズを合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓまで移動させる。
【０１４６】
合焦パルス位置移動を開始すると、次に、レンズ停止か否かを判定する（Ｓ１１７）。合焦パルス位置Ｆｃ＿ｐｏｓに到達すると、レンズ駆動回路２５によるフォーカスレンズの駆動を停止させる。このステップでは、レンズ駆動回路２５によるレンズ駆動が停止したか否かを判定する。この判定の結果、停止していない場合には、停止位置に到達するのを待つ。一方、レンズが停止した場合には、合焦処理のフローを終了し、元のフローに戻る。
【０１４７】
本実施形態において説明した焦点検出は、ＡＦ評価領域の画像の輝度値が低照度状態の時や、「星空モード」や「夜景モード」などが設定されているとき実施される。対象となるほぼ無限遠に近い焦点位置の点光源に対して合焦させるため、フォーカスレンズを設計上の光学無限位置から更に遠方側の制御無限位置まで駆動させる、ここで初期画像を撮影し、評価領域の輝度画像から高輝度評価値を算出する。ここで、算出する高輝度評価値としては、評価領域内の輝度値の最大値（最大輝度値）、所定値以上の高輝度画素の数（高輝度画素数）、高輝度積算値などがある。また、この初期位置では評価領域全体の平均輝度値（単位画素あたりの積算輝度値）より背景輝度を算出して、背景輝度が高い場合は処理を中止する（図１５のＳ７５）。
【０１４８】
暗い低等級の星から明るい高等級の星や天体のある星空まで、１回のＡＦスキャン処理で、画像の飽和・非飽和に係わらず、輝度データを取得しながら、点光源の高輝度評価値の対称性を検出することで、合焦点位置を高速に精度よく見つけることができる。
【０１４９】
以上説明したように、本発明の一実施形態においては、画像データに基づいて所定の評価領域内の画素の輝度値を検出し（例えば、図１６のＳ９３）、この輝度値に基づいて高輝度評価値を算出し（例えば、図１６のＳ９５）、フォーカスレンズの移動に対する高輝度評価値の対称性を算出し（例えば、図１６のＳ９７）、対称性に基づいて算出される極値に基づいて焦点調節を行っている（例えば、図１７のＳ１１５参照）。このため、高輝度評価値が飽和してしまうか否かに関わらず、また複数の星が存在するような撮影シーンであっても好適に合焦することができる。
【０１５０】
また、上述した（１）の課題については、本実施形態においては、対称性評価を用いて極値を検出していることから、輝度が飽和した場合であっても、合焦位置を精度よく検出することができる。また、（２）の課題については、本実施形態においては、対称性評価を用いて極値を検出していることから、最大輝度値や高輝度画素数が揺らいだとしても、合焦位置を精度よく検出することができる。また、輝度の異なる複数の星等がある場合であっても対称性評価を用いていることにより、極値がきれいな特性で出現し、合焦位置を精度よく検出することができる。
【０１５１】
なお、本発明の一実施形態においては、星空の天体に対して焦点調節する場合について説明したが、焦点調節の対象は、星空の天体に限らず、夜景の中で遠方にある点光源のような被写体等、種々の状況で使用することができる。
【０１５２】
また、本発明の一実施形態では、初期位置に移動後の輝度値に基づいて、飽和状態となるか否かについて予測を行い。飽和判定結果により処理する高輝度評価値を切り替えて、最低限必要なデータを処理し、計算負荷を低減している。しかし、このような処理データを限定することに限らず。上述した7つの高輝度評価値とそれから算定した対称性評価値処理を常に実施し、最後に不要な処理結果を除去し、有意なデータのみを利用して合焦位置を検出することも可能である。
【０１５３】
また、本発明の一実施形態においては、高輝度画素数等の算出にあたって判定値としてＴｈ０、Ｔｈ１の２種類の例について説明したが、判定値は３以上設けて判定するようにしても勿論かまわない。例えば、Ｔｈ０＜Ｔｈ１＜Ｔｈ２とした場合、初期画像の平均輝度値より算出した判定値Ｔｈ０は、低等級の暗い星を検出するのに有効な設定となるように、背景画像より少し高めの値に設定する。またＴｈ２は高等級の明るい星や天体を検出するために約５１２（信号輝度最大値＝１０２３の場合）と固定値を設定しておく。また判定値Ｔｈ１はその中間の天体を検出するように、Ｔｈ０とＴｈ２の中間値としてもよい。このような処理により、輝度信号のレベルが小さな撮影シーンからから大きなシーンまで信号を取りこぼす確立が減少し、複数の高輝度評価値と対称性の処理結果の中から信頼性の高いデータを選別することにより、合焦点の検出精度を高めることが出来る。
【０１５４】
また、ＡＦ画像処理（Ｓ５７）の中の対称性検出において（Ｓ１０１）、スキャン撮影中に対称性の極値を検出し、途中での検出完了処理（Ｓ１０１）を行っているが、この限りではなく、予め想定した走査範囲の撮影（Ｓ９３）と対称性の算出（Ｓ９７）を最後まで実行し、その後に走査範囲の全画像から合焦範囲算出（Ｓ１１１）と、合焦位置の算出（Ｓ１１３）を実行してもかまわない。
【０１５５】
また、本発明の一実施形態においては、静止画の撮影時に適用する場合について説明したが（例えば、図１３のＳ３３参照）。しかし、これに限らず、動画撮影時にも適用することができる。また、対称性評価の極値は、極小値となる例について説明したが、極大値となるような対称性評価であっても勿論かまわない。
【０１５６】
また、本発明の一実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもミラーレスカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型コンピュータ、ゲーム機器等に内蔵されるカメラ、医療用カメラ、顕微鏡等の科学機器用のカメラ、天体望遠鏡に取り付けられるカメラ、自動車搭載用カメラ、監視用カメラでも構わない。いずれにしても、無限遠等、遠方にある被写体の焦点調節を行う機器であれば、本発明を適用することができる。
【０１５７】
また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。
【０１５８】
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【０１５９】
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１６０】
１１・・・カメラ本体、１２・・・レンズ鏡筒、２１・・・撮影レンズ、２２・・・絞り、２３・・・レンズ枠、２４・・・レンズ駆動機構、２５・・・レンズ駆動回路、２７・・・絞り駆動機構、３０・・・レンズ制御用マイクロコンピュータ（ＬＣＰＵ）、３１・・・メモリ、３５・・・通信コネクタ、５２・・・シャッタ、５３・・・光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）、５４・・・撮像素子ユニット、５６・・・シャッタ制御回路、５７・・・シャッタチャージ機構、６０・・・本体制御用マイクロコンピュータ（ＢＣＰＵ）、６１・・・撮像素子インターフェース回路、６２・・・画像処理コントローラ、６３・・・ＳＤＲＡＭ、６４・・・フラッシュＲＯＭ、６５・・・記憶メディア、６６・・・電子ビューファインダ（ＥＶＦ）、７１・・・ストロボ制御回路、７２・・・ストロボ、７５・・・手ブレ補正ユニット、７７・・・動作表示用ＬＣＤ、７８・・・カメラ操作ＳＷ、８０・・・電源回路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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