(57)【要約】【課題】低輝度の被写体等の撮影時に、より精度の高い位相差検出方式の焦点検出および焦点調節の制御を実現すること。【解決手段】撮像装置は、撮像素子２０１から被写体像の焦点状態に応じた位相差を有する複数の像信号を用いて、フォーカスレンズ部１０３の位置制御を行うためのデフォーカス量およびその標準偏差、信頼性評価値を算出する。デフォーカス量は複数の周波数帯域（低域、中低域、中域、高域）のフィルタを用いた相関演算によって算出される。カメラ制御部２１２のＡＦ制御部２１３は、複数の周波数帯域のうちで中低域のフィルタにより算出されるデフォーカス量が選択された場合、像信号の相関量の変化量から算出されたデフォーカス量の標準偏差を閾値と比較し、現在のデフォーカス量に対して過去に算出されたデフォーカス量を用いた加算平均処理を行うか否かを判定する。【選択図】  図１
2019204041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子から位相差を有する複数の像信号を取得する取得手段と、
前記複数の像信号に対して、複数の周波数帯域を有するフィルタを用いて相関演算を行い、複数の焦点検出情報および該焦点検出情報の標準偏差を算出する算出手段と、
前記複数の焦点検出情報および標準偏差を用いて焦点調節の制御を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記複数の周波数帯域のうち、第１の周波数帯域での相関演算により算出された第１の焦点検出情報の標準偏差が閾値より大きい場合の当該第１の焦点検出情報、または前記複数の周波数帯域のうち、第２の周波数帯域での相関演算により算出された第２の焦点検出情報を用いて前記焦点調節の制御を行い、
前記第１の焦点検出情報の標準偏差が前記閾値以下である場合、前記第１の焦点検出情報および前記第１の焦点検出情報よりも過去に前記第１の周波数帯域での相関演算により得られた焦点検出情報から算出された第３の焦点検出情報を用いて前記焦点調節の制御を行う
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記複数の周波数帯域を有するフィルタを用いてそれぞれ相関演算を行って前記算出手段が算出した前記複数の焦点検出情報のいずれかを決定し、前記焦点検出情報の標準偏差に対する閾値を変更する制御を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１の焦点検出情報の標準偏差が前記閾値以下である場合、前記第１の焦点検出情報と、前記第１の焦点検出情報よりも過去に前記第１の周波数帯域での相関演算で算出された焦点検出情報との加算平均によって得られた前記第３の焦点検出情報を用いて前記焦点調節の制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記算出手段は、前記焦点検出情報の信頼性評価値を算出し、
前記制御手段は、前記撮像素子によって低輝度の被写体を撮像する場合、前記信頼性評価値を用いて前記複数の焦点検出情報からひとつの焦点検出情報を決定する
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、決定した前記焦点検出情報と、当該焦点検出情報よりも過去に算出された焦点検出情報から算出された焦点検出情報を用いて前記焦点調節の制御を行うか否かを判定する
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記複数の周波数帯域ごとに取得される前記焦点検出情報の標準偏差に対する閾値を輝度条件またはコントラスト条件によって変更する制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記像信号から算出される輝度評価値が第１の値である場合の前記閾値を、前記輝度評価値が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合の前記閾値よりも大きく設定する
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記算出手段または制御手段は、前記像信号の最大値もしくは最小値、または前記像信号の最大値および最小値から前記輝度評価値を算出する
ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記像信号から算出されるコントラスト評価値が第１の値である場合の前記閾値を、前記コントラスト評価値が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合の前記閾値よりも大きく設定する
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記算出手段または制御手段は、前記像信号の振幅を前記像信号の最大値で正規化した前記コントラスト評価値を算出する
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記算出手段は、前記像信号の相関量の変化量から算出される前記焦点検出情報の標準偏差を用いて前記信頼性評価値を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記像信号に係る像の暈け度を表す第１の評価値および像のコントラストを表す第２の評価値を算出し、前記第１の評価値が第１の閾値以上であって、かつ前記第２の評価値が第２の閾値以下であり、前記第１の焦点検出情報の標準偏差が前記閾値以下である場合に、前記第３の焦点検出情報を用いて前記焦点調節の制御を行う
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記第１の周波数帯域は前記第２の周波数帯域よりも高い周波数帯域である
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
撮像素子から位相差を有する複数の像信号を取得して焦点調節を行う撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記複数の像信号に対して、複数の周波数帯域を有するフィルタを用いて相関演算を行い、複数の焦点検出情報および該焦点検出情報の標準偏差を算出する算出工程と、
前記複数の焦点検出情報および標準偏差を用いて焦点調節の制御を行う制御工程と、を有し、
前記制御工程では、
前記複数の周波数帯域のうち、第１の周波数帯域での相関演算により算出された第１の焦点検出情報の標準偏差が閾値より大きい場合の当該第１の焦点検出情報、または前記複数の周波数帯域のうち、第２の周波数帯域での相関演算により算出された第２の焦点検出情報を用いて前記焦点調節の制御が行われ、
前記第１の焦点検出情報の標準偏差が前記閾値以下である場合、前記第１の焦点検出情報および前記第１の焦点検出情報よりも過去に前記第１の周波数帯域での相関演算により得られた焦点検出情報から算出された第３の焦点検出情報を用いて前記焦点調節の制御が行われる
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差検出方式の焦点検出および焦点調節制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像面位相差検出方式では、撮像素子を構成する複数の光電変換部から位相差情報を取得可能であるが、低輝度または低コントラストの被写体の撮影時に課題がある。例えば、夜景や室内等の低輝度環境において人物の顔等を撮影する場合、高輝度または高コントラストの被写体を撮影する場合と比較して像信号のレベルが小さくなり、焦点検出精度が低下する可能性がある。
【０００３】
特許文献１には、輝度条件およびコントラスト条件に基づいて、デフォーカス量の標準偏差の閾値を変更する方法が開示されている。過去に算出されたデフォーカス量に基づいて最終的なデフォーカス量を算出する処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−３１９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には相関演算に用いるフィルタの周波数帯域条件およびデフォーカス量の標準偏差に基づく適応的な処理に関する言及がなく、低輝度の被写体等の撮影時に、高精度な焦点調節制御を行えないと合焦性能が低下する可能性がある。
本発明の目的は、低輝度の被写体等の撮影時に、より精度の高い位相差検出方式の焦点検出および焦点調節の制御を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の撮像装置は、撮像素子から位相差を有する複数の像信号を取得する取得手段と、前記複数の像信号に対して、複数の周波数帯域を有するフィルタを用いて相関演算を行い、複数の焦点検出情報および該焦点検出情報の標準偏差を算出する算出手段と、前記複数の焦点検出情報および標準偏差を用いて焦点調節の制御を行う制御手段と、を備える。前記制御手段は、前記複数の周波数帯域のうち、第１の周波数帯域での相関演算により算出された第１の焦点検出情報の標準偏差が閾値より大きい場合の当該第１の焦点検出情報、または前記複数の周波数帯域のうち、第２の周波数帯域での相関演算により算出された第２の焦点検出情報を用いて前記焦点調節の制御を行い、前記第１の焦点検出情報の標準偏差が前記閾値以下である場合、前記第１の焦点検出情報および前記第１の焦点検出情報よりも過去に前記第１の周波数帯域での相関演算により得られた焦点検出情報から算出された第３の焦点検出情報を用いて前記焦点調節の制御を行う。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、低輝度の被写体等の撮影時に、より精度の高い位相差検出方式の焦点検出および焦点調節の制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の画素構成を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る撮影処理例を説明するフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る自動焦点検出処理を説明するフローチャートである。
【図５】２像の相関変化量に関する説明図である。
【図６】撮影感度に対するデフォーカス量の標準偏差の閾値を示す図である。
【図７】像信号の振幅に対するデフォーカス量の標準偏差の閾値を示す図である。
【図８】コントラスト評価値に対するデフォーカス量の標準偏差の閾値を示す図である。
【図９】本実施形態に係るフレーム加算判定演算処理を説明するフローチャートである。
【図１０】図９に続く処理を示すフローチャートである。
【図１１】鮮鋭度評価値に対する暈け度の評価値ＤＦＤの閾値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態ではレンズ装置およびカメラ本体部からなるレンズ交換式カメラを説明するが、本発明はレンズ部がカメラ本体部と一体化された構成の撮像装置にも適用可能である。
【００１０】
図１は、本実施形態の撮像システムの構成例を示すブロック図である。本実施形態の撮像システムは、レンズ装置１０およびカメラ本体部２０から構成される。レンズ装置１０の動作を制御するレンズ制御部１０６と、撮像システム全体の動作制御を統括するカメラ制御部２１２は、相互に情報を送受可能である。
【００１１】
まず、レンズ装置１０の構成について説明する。固定レンズ部１０１、絞り１０２、フォーカスレンズ部１０３は撮像光学系を構成する。固定レンズ部１０１は第１群レンズ部である。絞り１０２は絞り駆動部１０４によって駆動され、後述する撮像素子２０１への入射光量を制御する。フォーカスレンズ部１０３はフォーカスレンズ駆動部１０５によって駆動され、撮像光学系の焦点調節を行う。絞り駆動部１０４、フォーカスレンズ駆動部１０５はレンズ制御部１０６によって制御される。
【００１２】
レンズ制御部１０６はＣＰＵ（中央演算処理装置）を備え、レンズ操作部１０７によるユーザの操作指示を受け付けた場合に操作指示に応じた制御を行う。レンズ制御部１０６は、例えば、後述するカメラ制御部２１２から受信した制御命令や制御情報に応じて絞り１０２の開口量や、フォーカスレンズ部１０３の位置を決定し、絞り駆動部１０４やフォーカスレンズ駆動部１０５の制御を行う。またレンズ制御部１０６は、レンズ制御情報をカメラ制御部２１２に送信する。レンズ操作部１０７はユーザが操作するスイッチ等の操作部材を有する。
【００１３】
次に、カメラ本体部２０の構成について説明する。カメラ本体部２０は撮像光学系を通過した光から撮像信号を取得する。撮像素子２０１はＣＣＤ（電荷結合素子）型イメージセンサやＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）型イメージセンサである。撮像光学系を通過した光は撮像素子２０１の受光面上に結像し、撮像素子２０１の画素部を構成する光電変換部によって、入射光量に応じた信号電荷への変換が行われる。光電変換部を構成するフォトダイオードに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部２１２の指令に従ってタイミングジェネレータ２１５から与えら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。撮像素子２０１の画素構成については図２を用いて後述する。
【００１４】
ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ（以下、撮像信号処理部という）２０２は、撮像素子２０１から読み出された撮像信号およびＡＦ（自動焦点調節）用信号を取得する。ここではリセットノイズを除去するためのＣＤＳ（相関二重サンプリング）、ＡＧＣ（自動ゲイン制御）、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換が行われ、デジタル信号が出力される。撮像信号処理部２０２は、画像入力コントローラ２０３へ撮像信号を出力し、ＡＦ信号処理部２０４へ撮像面位相差ＡＦ用の信号を出力する。
【００１５】
画像入力コントローラ２０３は、撮像信号処理部２０２から出力された撮像信号を取得し、バス２１を介してメモリ２０９に記憶する。メモリ２０９は、例えばＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）である。ＳＤＲＡＭから読み出された信号はバス２１を介して表示制御部２０５に送られて処理される。表示制御部２０５は表示用の画像信号を表示部２０６に出力する。表示部２０６は液晶パネル等の表示デバイスを備え、画像信号にしたがって画面に画像を表示する。
【００１６】
また、撮像信号の記録モード時に記録媒体制御部２０７はメモリ２０９から読み出された信号を、バス２１を介して取得して記録媒体２０８に記録する制御を行う。バス２１に接続されたＲＯＭ（Read Only Memory）２１０は、カメラ制御部２１２が実行する制御プログラム、および制御に必要な各種データ等を記憶している。フラッシュＲＯＭ２１１には、撮像装置の動作に関する各種の設定情報（ユーザ設定情報等）が格納されている。
【００１７】
ＡＦ信号処理部２０４は撮像信号処理部２０２から出力されたＡＦ用像信号の相関演算を行い、像ずれ量および信頼性情報を算出する。信頼性情報は２像の一致度を表す情報、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等である。ＡＦ信号処理部２０４は算出した像ずれ量および信頼性情報を、カメラ制御部２１２へ出力する。
【００１８】
カメラ制御部２１２は撮像システムの制御を行う中枢部であり、ＣＰＵを備える。カメラ制御部２１２は、ＡＦ信号処理部２０４から取得した像ずれ量や信頼性情報に基づき、これらを算出する際の設定の変更をＡＦ信号処理部２０４に通知する。例えば、像ずれ量が閾値より大きい場合に相関演算を行う領域を広く設定する処理や、撮像画像のコントラスト情報に応じてバンドパスフィルタの特性を変更する処理等が行われる。カメラ制御部２１２は、レンズ制御部１０６との間で情報の送受を行い、各種の処理を実行する。カメラ操作部２１４は、ユーザが操作に使用する操作部材や表示画面上のタッチパネル等を備え、ユーザによる操作指示をカメラ制御部２１２に通知する。カメラ制御部２１２は、カメラ操作部２１４からの入力信号に応じて、電源のＯＮ／ＯＦＦ、設定の変更、記録の開始、ＡＦ制御の開始、記録画像の確認等のカメラ機能に関わる処理を実行する。またカメラ制御部２１２はレンズ制御部１０６に対して可動レンズの制御命令および制御情報を送信し、レンズ制御部１０６からの情報を受信する。
【００１９】
カメラ制御部２１２はＡＦ制御部２１３を備え、レンズ制御部１０６と協働して撮像光学系の焦点調節制御を行う。ＡＦ制御部２１３は本発明の特徴的な構成要素であり、所定の被写体に対して焦点を合わせるために合焦制御を行う。
【００２０】
図２を参照して、撮像素子の画素構成について説明する。図２（Ａ）は撮像面位相差検出方式ではない通常の画素構成を示す模式図である。Ｒ，Ｇｒ，Ｇｂ，Ｂはカラーフィルタの色を表し、４画素でひと組を成している。
【００２１】
図２（Ｂ）は撮像面位相差検出方式の画素構成を示す模式図である。撮像素子２０１は、撮像面位相差ＡＦを行うために、画素部ごとに２つのフォトダイオードを備える。図２（Ｂ）の例は、図２（Ａ）の画素構成に対して２分割された光電変換部を有する画素部を示す。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配置された例である。撮像光学系を通過した光はマイクロレンズによって分離されて、２つのフォトダイオードの受光面上に結像する。Ｒ，Ｇｒ，Ｇｂ，ＢについてＡおよびＢの記号を付加することによって、２つのフォトダイオードを区別している。２つのフォトダイオードの信号を加算した信号（Ａ＋Ｂ信号）が撮像信号である。例えば、ＲＡとＲＢにそれぞれ対応するフォトダイオードの信号から得られる加算信号により、撮像用のＲ信号を取得できる。また個々のフォトダイオードの信号（Ａ信号、Ｂ信号）がＡＦ用の２つの像信号である。例えば、ＲＡに対応するフォトダイオードの信号（Ａ信号）と、ＲＢに対応するフォトダイオードの信号（Ｂ信号）とにより、ＡＦ用の２つの像信号を取得できる。
【００２２】
このようにＡ＋Ｂ信号から撮像用の信号を取得するとともに、Ａ信号とＢ信号からＡＦ用の２つの信号を取得することができる。ＡＦ信号処理部２０４はＡＦ用の信号に基づく２つの像信号に対して相関演算を行い、像ずれ量および信頼性情報を算出する。
【００２３】
本実施形態では撮像信号およびＡＦ用の２つの像信号、つまり合計３つの信号を撮像素子２０１から取り出す例を示すが、本発明はこのような例に限定されない。例えば撮像素子２０１の処理負荷を考慮して、Ａ＋Ｂ信号とＡ信号（またはＢ信号）を取得してもよい。この場合、２つの信号が撮像素子から読み出され、Ａ＋Ｂ信号とＡ信号（またはＢ信号）との差分を算出することで、Ｂ信号（またはＡ信号）を生成できる。また瞳分割型撮像素子として、１つのマイクロレンズに対して、３以上に分割された光電変換部を有する画素構成の撮像素子を使用してもよい。この場合、複数の光電変換部のうちで視差を有する一対の光電変換部の出力から位相差情報を取得することができる。
【００２４】
図３を参照して、本実施形態の撮影処理について説明する。図３は撮影処理の概要を説明するフローチャートである。以下の処理はカメラ制御部２１２のＣＰＵがＲＯＭ２１０から読み出した制御プログラムを実行することにより実現される。まず、Ｓ５０１でカメラ制御部２１２は、撮影のための第１スイッチ（ＳＷ１と記す）がオン状態であるか否かを判定する。カメラ操作部２１４は、レリーズボタンによって操作される２段階式のスイッチを備える。ユーザは第１スイッチＳＷ１の操作によって撮影準備の指示を行い、第２スイッチ（ＳＷ２と記す）の操作によって撮像動作の開始指示を行うことができる。ＳＷ１がオン状態であると判定された場合、Ｓ５０２へ処理を進め、ＳＷ１がオフ状態であると判定された場合には、待機状態でＳ５０１の判定処理が繰り返される。
【００２５】
Ｓ５０２でカメラ制御部２１２は自動焦点検出処理を行う。自動焦点検出処理の詳細については図４を用いて後述する。Ｓ５０３でカメラ制御部２１２は焦点検出情報（像ずれ量、デフォーカス量）を取得し、Ｓ５０２で算出された焦点検出情報が予め定められた合焦範囲に入っているか否かを判定する。焦点検出情報が合焦範囲内であると判定された場合、Ｓ５０５の処理に進む。また焦点検出情報が合焦範囲外であると判定された場合にはＳ５０４に処理を進める。
【００２６】
Ｓ５０４でカメラ制御部２１２はレンズ制御部１０６に対し、フォーカスレンズ部１０３の駆動命令を送信する。レンズ制御部１０６は、Ｓ５０２で算出された焦点検出情報に基づいてフォーカスレンズ部１０３の駆動制御を行う。Ｓ５０４の後、Ｓ５０２の処理に戻る。
【００２７】
Ｓ５０５でカメラ制御部２１２は、第２スイッチＳＷ２がオン状態であるか否かを判定する。ＳＷ２がオン状態であると判定された場合、Ｓ５０６の処理に進み、ＳＷ２がオフ状態であると判定された場合にはＳ５０７の処理に進む。Ｓ５０６では撮像動作が行われた後、次のＳ５０８で撮像後の画像データの記録処理が行われる。記録処理の終了後に処理を終了する。またＳ５０７でカメラ制御部２１２は、ＳＷ１がオン状態であるか否かを判定する。ＳＷ１がオン状態であると判定された場合、Ｓ５０５に処理を戻す。またＳＷ１がオフ状態であると判定された場合には処理を終了する。
【００２８】
次に、図４を参照して自動焦点検出処理について説明する。図４は、図３のＳ５０２に示す処理を説明するフローチャートである。以下の処理はＡＦ制御部２１３およびＡＦ信号処理部２０４が行う。
【００２９】
Ｓ６０１にてＡＦ制御部２１３は焦点検出演算を行うために、ＡＦ信号処理部２０４に対して相関演算を指示する。ＡＦ信号処理部２０４は撮像素子２０１から取得した一対の位相差像信号の相関演算を行う。そしてＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から取得した相関量が極小値となるシフト量である像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。相関演算は帯域特性が異なる複数のフィルタを用いて行われる。例えば低域用、中低域用、中域用、高域用といった周波数帯域の異なる４種類のフィルタが使用される。これらのフィルタにより、低域用、中低域用、中域用、高域用の４種類のデフォーカス量が算出される。各フィルタの構成は公知であるため、詳細な説明を割愛する。またＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４に対して、一対の位相差像信号の相関量をシフト量ごとに算出するよう指示する。ＡＦ制御部２１３は、ＡＦ信号処理部２０４から取得したシフト量ごとの相関量の波形を生成する。
【００３０】
Ｓ６０２では、２像の相関変化量を算出する処理が行われる。図５を用いて算出処理について説明する。図５は、撮像面位相差ＡＦにおいて、暈けの度合が大きい状態から合焦位置付近までフォーカスレンズを駆動する際の、相関変化量（相関量の変化量）を例示したグラフである。横軸は被写体の暈けの度合を表す。合焦位置から離れるにつれて暈けが大きくなる。縦軸は相関変化量（以下、ＭＡＸＤＥＲと記す）を表す。相関変化量ＭＡＸＤＥＲは、下式（１）で算出することができる。
ＭＡＸＤＥＲ（ｋ）＝（ＣＯＲ［ｋ−３］−ＣＯＲ［ｋ−１］）
−（ＣＯＲ［ｋ−２］−ＣＯＲ［ｋ］）  ・・・（１）
【００３１】
式（１）中のｋは位置を特定するための変数であり、整数値をとる。ＣＯＲ［ｋ］は、変数ｋが示す位置での２像の相関量を表す。周波数帯域が異なる４種類のフィルタにそれぞれ対応する低域用、中低域用、中域用、高域用の相関変化量ＭＡＸＤＥＲが算出される。撮像面位相差検出方式のＡＦにおいて、暈けの度合が大きい状態から合焦状態（被写体に焦点が合った状態）に近づくにつれて、相関変化量ＭＡＸＤＥＲの値が大きくなることが分かる。
【００３２】
図４のＳ６０３でＡＦ制御部２１３は、相関変化量ＭＡＸＤＥＲに基づいてデフォーカス量の標準偏差を算出する処理を行う。デフォーカス量の標準偏差をＤｅｆｏｃｕｓ３σと表記すると、これは下式（２）で算出することができる。
Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ＝ Ｋ ×（Ａ×ＭＡＸＤＥＲ＾Ｂ）  ・・・（２）
【００３３】
式（２）中のＫは、像ずれ量をデフォーカス量に変換するための変換係数である。ＡとＢは相関変化量ＭＡＸＤＥＲから像ずれ量の標準偏差に変換するための変換式の係数である。「＾」はべき乗を表す。Ｓ６０３で算出された、周波数帯域の異なる４種類のフィルタにそれぞれ対応する低域用、中低域用、中域用、高域用の相関変化量ＭＡＸＤＥＲを式（２）に代入することで、４種類のデフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σが算出される。
【００３４】
Ｓ６０４では、デフォーカス量の信頼性を表す信頼性評価値を算出するために、デフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σの閾値を算出する処理が行われる。Ｄｅｆｏｃｕｓ３σの閾値は、輝度条件およびコントラスト条件に基づいて算出される。図６を参照して具体的に説明する。
【００３５】
図６は、輝度条件に関して撮影感度とデフォーカス量の標準偏差の閾値との関係を示すグラフである。横軸は撮影感度を表し、Ｓｖ１、Ｓｖ２、Ｓｖ３をそれぞれ示している。縦軸はデフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σの閾値（Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮと記す）を表し、Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３をそれぞれ示している。閾値Ｔｈ１〜３はＳｖ１〜３にそれぞれ対応する閾値であり、Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３とする。
【００３６】
図６に示すように、撮影シーンにおける撮影感度に基づき、閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮが算出される。撮影輝度が低い場合に撮影輝度と撮影感度には相関があり、撮影感度を上げて露光を適正にする処理が行われる。撮影感度が高い場合にはノイズが増加してデフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σが大きくなる。そのため、撮影感度が高くなるにつれて閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮが大きく設定される。本実施形態では信頼性評価値を大きくして合焦条件を緩和し、合焦しやすい設定としている。ここで、閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮの算出は、合焦条件を緩和するために、合焦条件を決定する最も信頼性の高い信頼性評価値（後述のＲｅｌ３）に対して行われる。信頼性評価値の高低順の詳細については後述する。
【００３７】
図６に示す閾値Ｔｈ２とＴｈ３は、像信号の最大値と最小値との差分である振幅（ＰＢと記す）に基づいて決定される。図７を用いて具体的に説明する。図７は横軸に振幅ＰＢをとり、縦軸に閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮをとって両者の関係を示すグラフである。振幅ＰＢはＡＦ信号処理部２０４またはＡＦ制御部２１３によって算出される。
【００３８】
図７（Ａ）は撮影感度がＳｖ２である場合を示し、振幅ＰＢ１に対応する閾値Ｔｈ２＿１と、振幅ＰＢ２に対応する閾値Ｔｈ２＿０を示している。ＰＢ１＜ＰＢ２とし、Ｔｈ２＿１＞Ｔｈ２＿０とする。振幅ＰＢがＰＢ１未満である場合、閾値はＴｈ２＿１である。また振幅ＰＢがＰＢ２より大きい場合、閾値はＴｈ２＿０である。振幅ＰＢがＰＢ１以上であってＰＢ２以下である場合には、Ｔｈ２＿１からＴｈ２＿０の範囲内で、振幅ＰＢの増加につれて閾値が線形的に減少する。図７（Ｂ）は撮影感度がＳｖ３である場合を示し、振幅ＰＢ３に対応する閾値Ｔｈ３＿１と、振幅ＰＢ４に対応する閾値Ｔｈ３＿０を示している。ＰＢ３＜ＰＢ４とし、Ｔｈ３＿１＞Ｔｈ３＿０とする。振幅ＰＢがＰＢ３未満である場合、閾値はＴｈ３＿１である。また振幅ＰＢがＰＢ４より大きい場合、閾値はＴｈ３＿０である。振幅ＰＢがＰＢ３以上であってＰＢ４以下である場合には、Ｔｈ３＿１からＴｈ３＿０の範囲内で、振幅ＰＢの増加につれて閾値が線形的に減少する。
【００３９】
図７に示すように、閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮは像信号の最大値と最小値との差分である振幅ＰＢに応じて可変設定される。振幅ＰＢは被写体の輝度に応じて変わる値であり、ＰＢ値が小さい場合（ＰＢ１、ＰＢ３参照）には被写体の輝度が低いので、閾値Ｔｈ２とＴｈ３を相対的に大きくして合焦条件を緩和する処理が行われる。
【００４０】
図７では、ＰＢ１からＰＢ２までの範囲やＰＢ３からＰＢ４までの範囲においてＰＢ値に対して閾値Ｔｈ２、Ｔｈ３が線形関係を有する例を示した。これに限らず、ＰＢ値と閾値とを非線形関係に設定する方法や両者を段階的に対応付ける方法を採用してもよい。また輝度評価値については、像信号の振幅ＰＢに限らず、像信号の最大値または最小値、被写体の輝度値を用いることができる。
【００４１】
図８を参照して、コントラスト条件に関して説明する。図８は、コントラスト評価値に基づいてＤｅｆｏｃｕｓ３σの閾値を決定する方法を説明するグラフである。横軸は、像信号の最大値Ｐｅａｋで振幅ＰＢの値を除算することにより正規化した比ＰＢ／Ｐｅａｋを表し、ＰＢ＿Ｐｅａｋ１とＰＢ＿Ｐｅａｋ２を示している。正規化した比ＰＢ／Ｐｅａｋとして表現されるコントラスト評価値はＡＦ信号処理部２０４またはＡＦ制御部２１３によって算出される。縦軸は、コントラスト評価値に対応するＤｅｆｏｃｕｓ３σの閾値（Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＣＮＴと記す）を表し、Ｔｈ４、Ｔｈ５を示している。ＰＢ＿Ｐｅａｋ１＜ＰＢ＿Ｐｅａｋ２とする。ＰＢ＿Ｐｅａｋ１に対応する閾値Ｔｈ５と、ＰＢ＿Ｐｅａｋ２に対応する閾値Ｔｈ４との関係は、Ｔｈ５＞Ｔｈ４である。ＰＢ／ＰｅａｋがＰＢ＿Ｐｅａｋ１未満である場合、閾値はＴｈ５である。またＰＢ／ＰｅａｋがＰＢ＿Ｐｅａｋ２より大きい場合、閾値はＴｈ４である。ＰＢ／ＰｅａｋがＰＢ＿Ｐｅａｋ１以上であってＰＢ＿Ｐｅａｋ２以下である場合には、Ｔｈ５からＴｈ４の範囲内で、ＰＢ／Ｐｅａｋの増加につれて閾値が線形的に減少する。
【００４２】
ＰＢ／Ｐｅａｋの値が小さい場合、被写体のコントラストが低いため、閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＣＮＴは大きい値に設定される。本実施形態では信頼性評価値を大きくして合焦条件を緩和し、合焦しやすい設定としている。閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＣＮＴの算出は、合焦条件を緩和するために、合焦条件を決定する最も信頼性の高いコントラスト評価値に対して行われる。なお、図８の例に限らず、ＰＢ／Ｐｅａｋと閾値とを非線形関係に設定する方法や両者を段階的に対応付ける方法を採用してもよい。
【００４３】
ＡＦ信号処理部２０４またはＡＦ制御部２１３は、図７から得られる閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＬＭＮの値と、図８から得られる閾値Ｄｅｆｏｃｕｓ３σＣＮＴの値との間で大小を比較する。２つのうちで大きい方の閾値が、標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σの閾値Ｄｅｆ３σＴＨ３として決定される。
【００４４】
図４のＳ６０５では、デフォーカス量の信頼性を表す信頼性評価値（Ｒｅｌと記す）を算出する処理が行われる。信頼性評価値Ｒｅｌについては、例えば４段階で決定される。信頼性が高い順に、４種類の信頼性評価値をＲｅｌ３、Ｒｅｌ２、Ｒｅｌ１、Ｒｅｌ０と表記する。これらは下式（３）によって算出することができる。
Ｒｅｌ
＝  Ｒｅｌ３  ｉｆ（Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ≦Ｄｅｆ３σＴＨ３）
Ｒｅｌ２  ｉｆ（Ｄｅｆ３σＴＨ３＜Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ≦Ｄｅｆ３σＴＨ２）
Ｒｅｌ１  ｉｆ（Ｄｅｆ３σＴＨ２＜Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ≦Ｄｅｆ３σＴＨ１）
Ｒｅｌ０  ｉｆ（Ｄｅｆ３σＴＨ１≦Ｄｅｆｏｃｕｓ３σ）
・・・（３）
【００４５】
式（３）中のＤｅｆ３σＴＨ３、Ｄｅｆ３σＴＨ２、Ｄｅｆ３σＴＨ１は、算出されたデフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σに対する閾値である。Ｄｅｆ３σＴＨ３は、図４のＳ６０４で算出された閾値である。ｉｆ（）内の不等式は条件式を示す。
【００４６】
信頼性評価値Ｒｅｌ＝Ｒｅｌ３である場合には、算出されたデフォーカス量の信頼性が高い。これは合焦してよいことを意味し、合焦可能な条件に相当する。また、信頼性評価値Ｒｅｌ＝Ｒｅｌ２である場合には、後述するデフォーカス量のフレーム加算処理時のみ合焦してもよいことを意味し、合焦可能な条件に相当する。
【００４７】
信頼性評価値Ｒｅｌ＝Ｒｅｌ１である場合には、算出されたデフォーカス量の方向が合っていることを意味し、合焦できない条件に相当する。また信頼性評価値Ｒｅｌ＝Ｒｅｌ０である場合には、デフォーカス量としての信頼性が最も低いことを意味し、合焦できない条件に相当する。上式（３）を用いて、Ｓ６０１で算出された低域用、中低域用、中域用、高域用のデフォーカス量に対する信頼性評価値がそれぞれ算出される。
【００４８】
Ｓ６０６では、Ｓ６０１で算出された４種類のデフォーカス量と、Ｓ６０５で算出された信頼性評価値を用いて、１つのデフォーカス量を選択する処理が実行される。例えば、低域用、中低域用、中域用、高域用の各デフォーカス量のうち、最も高い信頼性評価値を有するデフォーカス量が選択される。
【００４９】
Ｓ６０７でＡＦ制御部２１３は、フレーム加算判定演算を行う。フレーム加算判定演算の詳細については後述する。Ｓ６０８でＡＦ制御部２１３は、Ｓ６０７で得られた判定結果に基づいて、過去のフレームにおいて算出されたデフォーカス量に対して、フレーム加算を行うか否かを判定する。フレーム加算を行うことが判定された場合、Ｓ６０９へ処理を進め、フレーム加算を行わないことが判定された場合には図４に示す一連の処理を終了する。
【００５０】
Ｓ６０９でＡＦ制御部２１３はデフォーカス量の加算平均処理を行う。現在のフレームで算出されたデフォーカス量と、過去のフレームで算出されたデフォーカス量との加算平均値が算出される。例えば、過去に取得されたｍフレーム分のデフォーカス量を用いて算出されたデータと、現在のフレームで算出されたデフォーカス量のデータとの加算平均処理を行うことにより、最終的なデフォーカス量が算出された後、処理を終了する。
【００５１】
図９および図１０に示すフローチャートを用いて、図４のＳ６０７のフレーム加算判定演算について説明する。Ｓ９０１でＡＦ制御部２１３は、図４のＳ６０６で選択されたデフォーカス量が、低域用のフィルタを用いて算出されたデフォーカス量、つまり低域用のデフォーカス量であるか否かの判定処理を行う。低域用のデフォーカス量の合焦位置近傍での精度は、高域用、中域用、中低域用のデフォーカス量の精度よりも低いので、低域用のデフォーカス量が選択された場合、Ｓ９１１へ処理を進める。低域用のデフォーカス量が選択されていない場合、Ｓ９０２へ処理を進める。
【００５２】
Ｓ９０２では、図４のＳ６０６で選択されたデフォーカス量の信頼性評価値Ｒｅｌが、４種類の信頼性評価値のうちのＲｅｌ２に等しいか否かが判定される。信頼性評価値Ｒｅｌ２は、デフォーカス量に関するフレーム加算処理時のみ合焦可能であることを意味する。Ｒｅｌ＝Ｒｅｌ２である場合（判定結果が真）、Ｓ９０３へ処理を進め、Ｒｅｌ＝Ｒｅｌ２でない場合（判定結果が偽）、Ｓ９１１へ処理を進める。Ｓ９０３では、図４のＳ６０６で選択されたデフォーカス量が、高域用のフィルタを用いて算出されたデフォーカス量、つまり高域用のデフォーカス量であるか否かの判定処理が実行される。高域用のデフォーカス量であって信頼性評価値がＲｅｌ２である場合には、中域用のデフォーカス量よりも合焦位置近傍でのデフォーカス量の精度が高いので、フレーム加算処理を行うことで合焦可能であると判断される。高域用のデフォーカス量が選択されている場合、Ｓ９１０へ処理を進める。高域用のデフォーカス量が選択されていない場合、Ｓ９０４へ処理を進める。
【００５３】
Ｓ９０４でＡＦ制御部２１３は、像の暈け度を表す評価値ＤＦＤ、および像の鮮鋭度Ｓｈａｒｐｎｅｓｓを算出する処理を行う。評価値ＤＦＤは下式（４）で算出することができる。
ＤＦＤ＝Σ（Ａ［ｋ］＋Ｂ［ｋ］）２／（（Σ（Ａ［ｋ］）２＋Σ（Ｂ［ｋ］）２）／２）
・・・（４）
【００５４】
式（４）中のｋは位置を特定するための変数であり、整数値をとる。Ａ［ｋ］とＢ［ｋ］はそれぞれ、変数ｋが示す位置におけるＡ像とＢ像の信号値である。Σはｋに関する総和演算の記号である。
【００５５】
像の鮮鋭度Ｓｈａｒｐｎｅｓｓは、下式（５）で算出することができる。
Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ＝Σ（Ｓ［ｋ＋１］−Ｓ［ｋ］）２／Σ（Ｓ［ｋ＋１］−Ｓ［ｋ］）
・・・（５）
【００５６】
式（５）中のｋは位置を特定するための変数であり、整数値をとる。Ｓ［ｋ］は、変数ｋが示す位置における位相差像信号の信号値である。Σはｋに関する総和演算の記号である。式（５）から算出されたＳｈａｒｐｎｅｓｓを像信号の振幅ＰＢで除算して、鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢが算出される。
【００５７】
Ｓ９０５では、Ｓ９０４で算出された評価値ＤＦＤが所定の閾値以上であるか否か、またはＳ９０４で算出された鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢが所定の閾値以上であるか否かの判定処理が実行される。評価値ＤＦＤに対する閾値（ＤＦＤ閾値）を、ＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿ＴＨと表記し、Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢに対する閾値をＳＨＡＲＰＮＥＳＳ_ＴＯ_ＰＢ_ＴＨと表記する。Ｓ９０５における第１判定条件は以下のとおりである。
（Ｉ）ＤＦＤ≧ＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿ＴＨ、または、Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢ≧ＳＨＡＲＰＮＥＳＳ_ＴＯ_ＰＢ_ＴＨ
【００５８】
判定条件（Ｉ）を満たす場合、ＡＦ制御部２１３はフォーカスレンズ位置が合焦位置の近傍であり、合焦可能な条件であると判断してＳ９１０へ処理を進める。また判定条件（Ｉ）を満たさない場合にはＳ９０６へ処理を進める。
【００５９】
Ｓ９０６でＡＦ制御部２１３は、低輝度または低コントラストの被写体の撮影時における合焦条件を緩和するために、鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢに基づいてＤＦＤ閾値を更新する。図１１を用いて具体的に説明する。図１１は、横軸に鮮鋭度評価値Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢをとり、縦軸にＤＦＤ閾値をとって両者の関係を示すグラフである。図１１は撮影感度が異なるＳｖ１、Ｓｖ２、Ｓｖ３についてのグラフ線を例示しており、Ｓｖ１＜Ｓｖ２＜Ｓｖ３とする。
【００６０】
Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢがＳＨＡＲＰＮＥＳＳ_ＴＯ_ＰＢ_ＴＨより大きい場合、ＤＦＤ閾値はＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿ＴＨに示す一定値となる。Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢがＳＨＡＲＰＮＥＳＳ_ＴＯ_ＰＢ_ＲＬＸ＿ＴＨより小さい場合には、撮影感度ごとに異なるＤＦＤ閾値となる。つまり、撮影感度Ｓｖｊ（ｊ＝１−３）の場合、ＤＦＤ閾値はＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿ＲＬＸ＿Ｓｖｊ＿ＴＨである。ＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿ＲＬＸ＿Ｓｖ１＿ＴＨ＞ＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿ＲＬＸ＿Ｓｖ２＿ＴＨ＞ＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿ＲＬＸ＿Ｓｖ３＿ＴＨである。
【００６１】
Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢがＳＨＡＲＰＮＥＳＳ_ＴＯ_ＰＢ_ＲＬＸ＿ＴＨ以上であって、ＳＨＡＲＰＮＥＳＳ_ＴＯ_ＰＢ_ＴＨ以下である場合には、Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ／ＰＢの増加に伴ってＤＦＤ閾値が増加する。例えばＤＦＤ閾値は、撮影感度Ｓｖｊ（ｊ＝１−３）に応じて、ＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿ＲＬＸ＿Ｓｖｊ＿ＴＨからＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿ＴＨの範囲で線形的に変化する。
【００６２】
図１１に示すように、撮影感度に応じてＤＦＤ閾値が可変設定される。撮影感度が高いほどＤＦＤ閾値が小さくなる。こうすることで、コントラストが低い被写体に対して低輝度条件下で撮影する場合に、輝度条件の変化に応じて適切に合焦条件を変化させることが可能となる。
【００６３】
図９のＳ９０６の後、図１０のＺ９０７の処理に進む。Ｓ９０７でＡＦ制御部２１３は、以下に示す第２判定条件に関する判定処理を実行する。
（ＩＩ）ＤＦＤ≧ＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿Ｓｖｊ＿ＴＨ、かつ、ＰＢ／Ｐｅａｋ≦ＰＢ_ＴＯ_ＰＥＡＫ＿ＴＨ
ＤＦＤ_ＰＡＲＡＭ＿Ｓｖｊ＿ＴＨはＳ９０６で更新されたＤＦＤ閾値である。また閾値ＰＢ_ＴＯ_ＰＥＡＫ＿ＴＨは、被写体が高コントラストであるか否かを判定するための、コントラスト評価値ＰＢ／Ｐｅａｋに対する閾値である。
【００６４】
判定条件（ＩＩ）を満たす場合、つまり、像の暈け度を表す評価値ＤＦＤが、変更後のＤＦＤ閾値以上であって、かつＰＢ／Ｐｅａｋが閾値以下である場合、フォーカスレンズ位置が合焦位置の近傍であると判断される。この場合、Ｓ９０８へ処理を進める。判定条件（ＩＩ）を満たさない場合にはＳ９１１へ処理を進める。
【００６５】
Ｓ９０８では、図４のＳ６０６で選択されたデフォーカス量が、中低域用のフィルタを用いて算出されたデフォーカス量、つまり中低域用のデフォーカス量であるか否かの判定処理が実行される。中低域用のデフォーカス量が選択されている場合、Ｓ９０９へ処理を進める。中低域用のデフォーカス量が選択されていない場合（つまり中域用のデフォーカス量が選択されている場合）には合焦可能と判断され、Ｓ９１０へ処理を進める。
【００６６】
Ｓ９０９では、図４のＳ６０３で算出された中低域用のデフォーカス量の標準偏差Ｄｅｆｏｃｕｓ３σが所定の閾値と比較される。閾値をＤｅｆ３σＴＨ２ＬＯＷと表記する。これは、中低域用のフィルタを用いて算出されたデフォーカス量に関して、フレーム加算処理を行うことで合焦可能かどうかを判定するための閾値である。閾値Ｄｅｆ３σＴＨ２ＬＯＷは、Ｓ６０４で算出された閾値Ｄｅｆ３σＴＨ３と同様に、撮影感度、被写体の輝度、被写体のコントラストに応じて算出される。あるいは、撮影感度や被写体の輝度のみから閾値を算出してよいし、また被写体のコントラストに基づく閾値の変更による合焦条件の緩和を行わない構成でもよい。Ｓ９０９でＤｅｆｏｃｕｓ３σが閾値Ｄｅｆ３σＴＨ２ＬＯＷ以下であると判定された場合、合焦可能と判断されてＳ９１０へ処理を進める。Ｓ９０９でＤｅｆｏｃｕｓ３σが閾値Ｄｅｆ３σＴＨ２ＬＯＷより大きいと判定された場合にはＳ９１１へ処理を進める。
【００６７】
Ｓ９１０でＡＦ制御部２１３は、フレーム加算判定演算用のフラグをＯＮに設定する。すなわちデフォーカス量に係るフレーム加算を行うことが判定され、判定結果を示すフラグがＯＮに設定された後で処理を終了する。一方、Ｓ９１１では、デフォーカス量に係るフレーム加算を行わないと判定され、フレーム加算判定演算用のフラグがＯＦＦに設定された後で処理を終了し、リターン処理へ移行する。
【００６８】
本実施形態では、低輝度条件での撮影時や低コントラストの被写体の撮影時に、相関演算用フィルタの周波数帯域およびデフォーカス量の標準偏差に基づいて適応的に合焦条件を緩和する。本来は合焦と判定してもよいにもかかわらず非合焦と判定される可能性のある撮影シーンの発生確率を低減し、被写体の画像が暈けた状態で撮影されてしまうという弊害を抑制しつつ、精度良く合焦可能な撮影シーンを増やすことが可能となる。本実施形態によれば、位相差検出方式（撮像面位相差検出方式を含む）のＡＦ制御において、低輝度の被写体等の撮影時に、より精度の高い焦点検出および焦点調節を実現できる。
【符号の説明】
【００６９】
１０３‥‥‥フォーカスレンズ部
１０５‥‥‥フォーカスレンズ駆動部
１０６‥‥‥レンズ制御部
２０１‥‥‥撮像素子
２０４‥‥‥ＡＦ信号処理部
２１２‥‥‥カメラ制御部
２１３‥‥‥ＡＦ制御部
【図１】
2019204041.tif 000003
【図２】
2019204041.tif 000004
【図３】
2019204041.tif 000005
【図４】
2019204041.tif 000006
【図５】
2019204041.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019204041.tif 000009
【図８】
2019204041.tif 000010
【図９】
2019204041.tif 000011
【図１０】
2019204041.tif 000012
【図１１】
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