(57)【要約】【課題】位相差検出方式の焦点調節制御を行う撮像装置において、繰り返しパターンをもつ焦点検出が困難な被写体について、真の合焦点を検出すること。【解決手段】撮像装置１００は、撮像素子１０６から焦点検出用像信号を読み出し、デフォーカス量を算出する撮像制御回路１１２を備える。レンズ制御回路２０１はデフォーカス量に応じて、レンズ駆動回路によりフォーカスレンズを駆動する。撮像制御回路１１２は、被写体が周期的なパターンをもつことを検出した場合、複数の候補となる合焦点までのデフォーカス量を算出し、複数の候補から真の合焦点を検出するための評価値を算出する。レンズ制御回路２０１は複数の候補の各デフォーカス量に従ってフォーカスレンズの駆動を制御し、撮像制御回路１１２は各候補の評価値を取得し、最も評価値が高い候補を真の合焦点として選択する。【選択図】  図１
2015055635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子からの焦点検出用信号を用いて位相差検出により撮像光学系の焦点調節を行う撮像装置であって、
前記撮像素子から前記焦点検出用信号を取得し、前記撮像光学系を構成する焦点調節用レンズの合焦点までのデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
被写体像の周期的なパターンを検出した場合、複数の合焦点の候補のデフォーカス量を前記焦点検出手段から取得し、前記複数の候補の評価値を算出して前記複数の候補から１つの合焦点を選択する制御手段と、
前記制御手段により選択された前記合焦点までのデフォーカス量に従って前記焦点調節用レンズを駆動するレンズ駆動手段を備え、
前記制御手段は、レンズ駆動手段によって前記複数の候補のデフォーカス量に対応する位置へ前記焦点調節用レンズを移動させて、各々の候補の評価値を算出し、前記複数の候補のうちで最も評価値が高い合焦点を選択することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
撮像素子からの焦点検出用信号を用いて位相差検出により撮像光学系の焦点調節を行う撮像装置であって、
前記撮像素子から前記焦点検出用信号を取得し、前記撮像光学系を構成する焦点調節用レンズの合焦点までのデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
被写体像の周期的なパターンを検出した場合、複数の合焦点の候補のデフォーカス量を前記焦点検出手段から取得し、前記複数の候補の評価値を算出して前記複数の候補から１つの合焦点を選択する制御手段と、
前記制御手段により選択された前記合焦点までのデフォーカス量に従って前記焦点調節用レンズを駆動するレンズ駆動手段を備え、
前記制御手段は、レンズ駆動手段によって第１ないし第３の候補のデフォーカス量にそれぞれ対応する位置へ前記焦点調節用レンズを移動させて、前記第１ないし第３の候補の評価値を算出し、第２の候補の評価値が隣接する第１および第３の候補の評価値よりも高い場合、前記第２の候補を合焦点に選択することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記焦点検出用信号が周期的な極値を有する場合、被写体像が周期的なパターンを有していると検出することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記レンズ駆動手段は、前記制御手段により前記被写体像の周期的なパターンが検出された場合、前記焦点調節用レンズを至近端の方向に駆動した後に、無限遠端の方向に駆動することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、焦点検出演算に用いる２像の相関量の変化または被写体のコントラストの大きさから前記評価値を算出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
撮像素子からの焦点検出用信号を用いて位相差検出により撮像光学系の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、
前記撮像素子から前記焦点検出用信号を取得し、前記撮像光学系を構成する焦点調節用レンズの合焦点までのデフォーカス量を算出する焦点検出ステップと、
被写体像の周期的なパターンを検出した場合、複数の合焦点の候補のデフォーカス量を取得し、前記複数の候補の評価値を算出して前記複数の候補から１つの合焦点を選択する制御ステップと、
前記制御ステップで選択された前記合焦点までのデフォーカス量に従って前記焦点調節用レンズを駆動するレンズ駆動ステップを有し、
前記制御ステップでは、前記複数の候補のデフォーカス量に対応する位置へ前記焦点調節用レンズを移動させて、各々の候補の評価値を算出し、前記複数の候補のうちで最も評価値が高い合焦点を選択することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項７】
撮像素子からの焦点検出用信号を用いて位相差検出により撮像光学系の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、
前記撮像素子から前記焦点検出用信号を取得し、前記撮像光学系を構成する焦点調節用レンズの合焦点までのデフォーカス量を算出する焦点検出ステップと、
被写体像の周期的なパターンを検出した場合、複数の合焦点の候補のデフォーカス量を取得し、前記複数の候補の評価値を算出して前記複数の候補から１つの合焦点を選択する制御ステップと、
前記制御ステップで選択された前記合焦点までのデフォーカス量に従って前記焦点調節用レンズを駆動するレンズ駆動ステップを有し、
前記制御ステップでは、第１ないし第３の候補のデフォーカス量にそれぞれ対応する位置へ前記焦点調節用レンズを移動させて、前記第１ないし第３の候補の評価値を算出し、第２の候補の評価値が隣接する第１および第３の候補の評価値よりも高い場合、前記第２の候補を合焦点に選択することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像面位相差検出方式の自動焦点調節技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の焦点検出法には、焦点検出用素子を用いる方式（以下、第１方式という）と、撮像素子を用いる方式（以下、第２方式という）が知られている。第１方式では、焦点検出用の２種類の波形を取得して波形同士の相関演算により焦点検出を行う。また第２方式では、いわゆるコントラストＡＦ（オートフォーカス）が採用されている。画像のコントラスト成分を用いた評価値によって焦点検出が行われる。第１方式は第２方式に比べＡＦ処理の速度は速いが、撮像素子とは別の位相差焦点検出用素子を使用する場合、撮像装置の大型化やコスト面でデメリットがある。またミラーアップ時やミラーレスカメラのような構造のカメラでは、焦点検出用素子を用いてＡＦが行えない。そこで、撮像面位相差ＡＦでは、撮像素子の画素により撮像レンズの異なる瞳面の光を受光する構成として、撮像と同時に位相差方式の焦点検出を行う。
【０００３】
特許文献１では、位相差ＡＦにて繰り返しパターンのような被写体に対する焦点検出が記載されている。被写体の繰り返しパターンを検知した際に、焦点検出の優先度を下げることが開示されている。また特許文献２では、位相差ＡＦにて被写体のパターンが周期的であることを検知して相関量を求める際、シフト量を制限する手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５２２０５号公報
【特許文献２】特開平６−９４９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１や特許文献２に開示された位相差ＡＦ制御では、被写体が繰り返しパターンをもつことを検知した場合、焦点検出の優先度を下げたり、シフト量を制限したりしている。これは、従来の位相差ＡＦでは繰り返しパターンにおいて真の合焦位置を見つけることが原理的に難しいからであり、最終的に非合焦となることもある。例えば、撮像面位相差ＡＦにて、フォーカスレンズが合焦点付近にない場合に、撮像センサから取得する焦点検出演算用の波形が像崩れを起こした際、当該波形から相関量を算出すると、合焦点を決めるための評価値の信頼度が低下する可能性がある。
本発明の目的は、位相差検出方式の焦点調節制御を行う撮像装置において、繰り返しパターンをもつ焦点検出が困難な被写体について、真の合焦点を検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の側面に係る装置は、撮像素子からの焦点検出用信号を用いて位相差検出により撮像光学系の焦点調節を行う撮像装置であって、前記撮像素子から前記焦点検出用信号を取得し、前記撮像光学系を構成する焦点調節用レンズの合焦点までのデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、被写体像の周期的なパターンを検出した場合、複数の合焦点の候補のデフォーカス量を前記焦点検出手段から取得し、前記複数の候補の評価値を算出して前記複数の候補から１つの合焦点を選択する制御手段と、前記制御手段により選択された前記合焦点までのデフォーカス量に従って前記焦点調節用レンズを駆動するレンズ駆動手段を備える。前記制御手段は、レンズ駆動手段によって前記複数の候補のデフォーカス量に対応する位置へ前記焦点調節用レンズを移動させて、各々の候補の評価値を算出し、前記複数の候補のうちで最も評価値が高い合焦点を選択する。
本発明の第２の側面に係る装置は、撮像素子からの焦点検出用信号を用いて位相差検出により撮像光学系の焦点調節を行う撮像装置であって、前記撮像素子から前記焦点検出用信号を取得し、前記撮像光学系を構成する焦点調節用レンズの合焦点までのデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、被写体像の周期的なパターンを検出した場合、複数の合焦点の候補のデフォーカス量を前記焦点検出手段から取得し、前記複数の候補の評価値を算出して前記複数の候補から１つの合焦点を選択する制御手段と、前記制御手段により選択された前記合焦点までのデフォーカス量に従って前記焦点調節用レンズを駆動するレンズ駆動手段を備える。前記制御手段は、レンズ駆動手段によって第１ないし第３の候補のデフォーカス量にそれぞれ対応する位置へ前記焦点調節用レンズを移動させて、前記第１ないし第３の候補の評価値を算出し、第２の候補の評価値が隣接する第１および第３の候補の評価値よりも高い場合、前記第２の候補を合焦点に選択する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、繰り返しパターンをもつ焦点検出が困難な被写体について、真の合焦点を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るカメラの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における撮像素子の画素配列を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るカメラの回路部の構成例を示すブロック図である。
【図４】従来の位相差ＡＦセンサにおける焦点検出を説明する図である。
【図５】撮像面位相差ＡＦにおける焦点検出を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る繰り返しパターン検出時の焦点検出アルゴリズムを説明する図である。
【図７】本発明の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８】本発明の実施形態に係る焦点検出処理例を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第１実施形態に係る繰り返しパターン検出時の焦点検出を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る繰り返しパターン検出時の焦点検出アルゴリズムを説明する図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る繰り返しパターン検出時の焦点検出を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態で用いる評価値の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の各実施形態について、添付図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明の実施形態に係る撮像システムの概略を示す構成図である。まず、カメラ本体部の構成を説明する。
撮像装置１００は、ファインダ光学系を構成する正立正像光学系１０１と接眼レンズ１０２を備える。ファインダスクリーン１０３と第１ミラー１０４が設けられており、第１ミラー１０４は撮像光束の一部をファインダ光学系に偏向させる半透明光学素子である。第１ミラー１０４を通過した撮像光束は、第２ミラー１０５で反射することにより焦点検出装置１０９へと偏向される。
撮像素子１０６は、被写体を撮像して光電変換により電気信号を出力するイメージセンサである。撮像素子１０６は、レンズ装置２００を通過した被写体からの光束を受光して電気信号を出力する。また撮像素子１０６は焦点検出機能を有する。シャッタ装置１０７は撮像素子１０６への光を遮光する。内蔵ストロボ１０８は撮像装置１００の内部に収納されている発光装置であり、フレネルレンズ１１４を備える。
【００１０】
焦点検出装置１０９は、複数の受光部により構成される複数のセンサを有し、位相差検出方式の焦点検出を行う。具体的には、レンズ装置２００に含まれる焦点調節用レンズ（フォーカスレンズ）の射出瞳を通過した光束を２分割し、これら２分割した光束を一組のラインセンサがそれぞれ受光する。本実施形態では、２分割した光束から得られる像信号をそれぞれ像信号Ａ、像信号Ｂとする。各ラインセンサの受光量に応じて出力された信号のずれ量、すなわち光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで、フォーカスレンズのデフォーカス量が算出される。したがって、焦点検出装置１０９のラインセンサにより一度蓄積動作を行えば、フォーカスレンズを移動すべき量と方向が得られ、レンズ駆動が行われる。
【００１１】
焦点検出に関する第２方式には、撮像素子に焦点検出用画素を配置して焦点検出情報を取得する形態（撮像面位相差検出方式）がある。この形態では、撮像素子を構成する各マイクロレンズに対して複数の光電変換部が配置されている。撮像光学系の異なる瞳領域を通過した複数の光束から像ずれ量を検出することにより、デフォーカス量が算出される。
【００１２】
図２は本実施形態における撮像素子の画素配列を示す。図２は、２次元ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサの縦（Ｙ方向）６行と横（Ｘ方向）８列の範囲を、撮像光学系側から観察した状態を示している。カラーフィルタについてはベイヤー配列が適用され、奇数行の画素には、左から順に緑（Green）と赤（Red）のカラーフィルタが交互に設けられる。また、偶数行の画素には、左から順に青（Blue）と緑（Green）のカラーフィルタが交互に設けられる。画素２１１において、円形枠２１１ｉで示すオンチップマイクロレンズの内側に配置された複数の矩形枠は、光電変換部２１１ａ，２１１ｂをそれぞれ示している。光電変換された画素データに基づいて、瞳分割による２像の信号の相関演算により像ずれ量が算出され、デフォーカス量に換算される。図２では焦点検出用画素を全ての画素部に亘って配置した形態を示すが、焦点検出用画素を分散配置した形態もある。
【００１３】
図１の測光装置１１０は露出測定を行う。レンズ１１１は測光装置１１０に被写体からの光束を結像させる光学素子である。撮像装置１００の制御を司る撮像制御回路１１２は、マイクロプロセッサ等を備えており、焦点調節制御や露出制御等を行う。
カメラ本体には外部ストロボ等を装着するためのアクセサリシュー１１３が設けられている。ファインダ表示部１１５は、光学ファインダに画像情報を重ねて表示する。外部表示部１１６は撮像装置１００の外筐部の表示画面に各種情報を表示する。
【００１４】
次にレンズ装置２００の構成を説明する。レンズ装置２００は、撮像光学系を構成する交換式のレンズ（いわゆる交換レンズ）である。レンズ制御回路２０１はマイクロプロセッサ等を備え、通信部により撮像装置１００の撮像制御回路１１２と通信する。撮像光学系２０２は、撮像を行うための複数のレンズを備えるが、図１には簡略化して示す。撮像光学系２０２はフォーカスレンズ等の可動光学素子を含み、また、図示は省略するがレンズ駆動機構や駆動回路が設けられている。絞り装置２０３はレンズ制御回路２０１からの制御指令に従って光量調節を行う。
【００１５】
図３は、撮像システムを構成する撮像装置１００及びレンズ装置２００の回路構成例を示すブロック図である。まず撮像装置１００について説明する。
撮像制御回路１１２を構成するマイクロプロセッサ１１２Ｍは、撮像装置１００の制御を司る中枢部である。モータ駆動回路１は撮像装置１００の可動部材を駆動するための回路である。測光部２は、被写体の輝度を測定する（図１の測光装置１１０に含まれる）。焦点検出部３は、レンズ装置２００の焦点状態を検出する。図１の焦点検出装置１０９を用いる位相差ＡＦの場合、焦点検出部３は当該装置から焦点検出用信号を取得して焦点検出を行う。また、撮像面位相差ＡＦの場合、焦点検出部３は撮像素子１０６の焦点検出用画素から焦点検出用信号を取得して焦点検出を行う。シャッタ制御回路４は、図１のシャッタ装置１０７の駆動制御により撮像装置１００の露光量を制御する。絞り制御回路５は、図１の絞り装置２０２の駆動制御により、撮像装置１００に取り込む光束を制御する。
【００１６】
表示装置６は撮像装置１００の状態や画像等を表示し、図１のファインダ表示部１１５及び外部表示部１１６を含む。ストロボ制御回路７は、図１の内蔵ストロボ１０８を制御する。記憶装置８は、撮像装置１００の設定状態等のデータを格納するメモリを備える。撮像回路９は撮像素子１０６による撮像処理を行う。レンズ通信回路１０は、撮像装置１００に装着されるレンズ装置２００と通信処理を行う。通信回路１１は外部ストロボ（不図示）と通信する。第１スイッチ１２（ＳＷ１）は撮像準備動作の開始を指示するための操作スイッチである。第２スイッチ１３（ＳＷ２）は撮像動作の開始を指示するための操作スイッチである。レリーズボタンの第１ストローク（半押し）操作でＳＷ１がオンし、第２ストローク（全押し）操作でＳＷ２がオンする。内蔵ストロボ１０８は、外部ストロボが未装着の撮像時に被写体を照明するのみでなく、焦点検出時において被写体を照射する補助光としての機能を有する。
【００１７】
次にレンズ装置２００を説明する。レンズ制御回路２０１を構成するマイクロプロセッサ２０１Ｍは、レンズ装置２００の制御を司る。レンズ駆動回路２１はレンズ装置２００内の可動光学素子を駆動する。レンズ位置検出回路２２はレンズ装置２００の位置検出を行う。レンズ焦点距離検出回路２３はレンズ装置２００の焦点距離を検出する。記憶回路２４は、レンズ装置２００の設定値や光学情報等を記憶するメモリを備える。絞り駆動回路２５は図１の絞り装置２０３に含まれ、絞りを駆動する。レンズ通信回路２６は撮像装置１００のレンズ通信回路１０と通信する。
【００１８】
図４を参照して、位相差ＡＦセンサにおける繰り返しパターンの特性について説明する。
図４は、３通りのフォーカスレンズ位置において、繰り返しパターンのような被写体から得られる相関量を波形で例示したグラフである。グラフ３−１は像の暈けが大きい場合、グラフ３−２は像の暈けが小さい場合、グラフ３−３はピントが合った合焦点付近での相関波形をそれそれ例示する。真の合焦点をＡとする。横軸はシフト量Ｓｈｉｆｔを表し、縦軸は相関量ＣＯＲを表す。シフト量Ｓｈｉｆｔは、その値が大きいほど２像の波形のずれが大きく、被写体像の暈けが大きいことを表す。また相関量ＣＯＲは、その値が小さいほどＡＦセンサから出力される焦点検出演算に用いる２像の波形の一致度が良いことを表す。焦点検出の際には、相関量が極小になる部分から合焦点となるシフト量が算出される。また、極小値となる位置が複数存在する場合には、その時の相関量の変化の急峻性を表す相関変化量と被写体のコントラストの大きさを表すコントラスト値と、２像の波形の一致度を表す２像一致度等の評価値を用いる。これらの値から真の合焦点を検出し、シフト量を算出することができる。合焦点は、合焦状態でのフォーカスレンズ位置に対応する。本来、図４に例示する複数の合焦点の候補が見つかった場合には、上記の評価値を用いて真の合焦点が検出されるが、繰り返しパターンをもつ被写体の場合、相関量が極小になる部分が周期的に現れる。また極小値となる部分の相関変化量にも差がない。この場合、暈けの程度が異なるフォーカス状態に関わらず波形の変化がないため、フォーカスレンズ駆動を行ったとしても真の合焦点を検出することは困難である。
【００１９】
次に、図５を参照して、撮像面位相差ＡＦにおける繰り返しパターンの特性について説明する。図５は、３通りのレンズ位置において、繰り返しパターンのような被写体から得られる相関量を波形で例示したグラフである。グラフ４−１は像の暈けが大きい場合、グラフ４−２は像の暈けが小さい場合、グラフ４−３はピントが合った合焦点付近の相関波形をそれぞれ例示する。真の合焦点をＢとする。横軸はシフト量Ｓｈｉｆｔを表し、縦軸は相関量ＣＯＲを表す。各量の意味は図４にて説明した通りである。
【００２０】
撮像面位相差ＡＦを用いた焦点検出において、繰り返しパターンをもつ被写体の相関量を示す波形には、相関量が極小となる部分が周期的に現れる。グラフ４−１ないし４−３に示す各フォーカス状態によって相関波形が変化し、合焦点付近に近づくにつれて極値となる部分の傾きが急峻になる。従って、実際にレンズを駆動させてフォーカス状態を変えることで、最も相関変化量が高くなるときが合焦点付近であると判断できるので、真の合焦点を検出することができる。
【００２１】
図６を参照して、本実施形態に係る撮像面位相差ＡＦにおける繰り返しパターン検出時の合焦点選択に係る第１アルゴリズムについて説明する。図６に示す各グラフの横軸はシフト量Ｓｈｉｆｔを表し、縦軸は相関量ＣＯＲを表す。
グラフ５−１は、焦点検出部が繰り返しパターンを検出したときの相関量を示す。この場合、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが極小値の位置を示し、５つの候補となる合焦点が見つかる。
まず、候補となる合焦点のシフト量Ｓａ〜Ｓｅが算出され、デフォーカス量への換算処理が行われる。これは、デフォーカス量に基づいてレンズ駆動を行えるようにするためである。デフォーカス量へ換算後の値をそれぞれ、Ｄａ〜Ｄｅとする。
次に、至近端側で現在のレンズ位置から最もシフト量が近い合焦点の候補ａまでフォーカスレンズを駆動する制御が実行される。この駆動後の波形をグラフ５−２に示す。この時点で、真の合焦点を選択するための評価値ＦＮＣ（ａ）が算出され、メモリに記憶される。なお、評価値の求め方については後述する。
【００２２】
続いて、合焦点の候補ｂに相当する位置までフォーカスレンズが駆動される。駆動後の波形をグラフ５−３に示す。この時点で、真の合焦点を選択するための評価値ＦＮＣ（ｂ）が算出され、メモリに記憶される。以下、同様にして、合焦点の候補ｃの場合、レンズ駆動後の波形をグラフ５−４に示す。評価値ＦＮＣ（ｃ）が算出されてメモリに記憶される。さらに、合焦点の候補ｄの場合、駆動後の波形をグラフ５−５に示す。評価値ＦＮＣ（ｄ）が算出されてメモリに記憶される。最後に、合焦点の候補ｅまでフォーカスレンズが駆動され、駆動後の波形をグラフ５−６に示す。評価値ＦＮＣ（ｅ）が算出されてメモリに記憶される。
以上で得られた結果、つまりＦＮＣ（ａ）〜ＦＮＣ（ｅ）のうちで最も評価値の高い位置を探索し、閾値以上の差がある場合、その時のシフト量を合焦点とする判定処理が実行される。至近端側にてこのような合焦点が見つからない場合、レンズ駆動回路２１はフォーカスレンズの移動方向を反転させる。無限遠端側にて候補となる合焦点へフォーカスレンズを駆動し、前記と同様の方法で合焦点を検出してシフト量を算出する処理が実行される。
【００２３】
次に、図１２を参照して、真の合焦点を検出するための評価値について説明する。図１２（Ａ）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点付近までレンズ駆動を行う際の、コントラスト値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し、縦軸はコントラスト値ＳＱＲＣＮＴを表す。図中の５−２ないし５−６に示す各位置は、図６のグラフ５−２ないし５−６とそれぞれ対応する。各位置でのコントラスト値は、焦点検出部３が焦点検出用の２像の波形より算出する。図１２（Ａ）において、合焦点付近に近づくにつれてコントラスト値ＳＱＲＣＮＴが高くなることが分かる。図６のグラフ５−４に対応する候補ｃが、真の合焦点として検出される。
【００２４】
図１２（Ｂ）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点付近までフォーカスレンズを駆動する際の、相関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し、縦軸は相関変化量ＭＡＸＤＥＲを表す。図中の５−２ないし５−６に示す各位置は、図６のグラフ５−２ないし５−６とそれぞれ対応する。相関変化量ＭＡＸＤＥＲは、下式（１）で算出することができる。
【００２５】
【数１】
2015055635.tif 000003
上式中のｋは位置を特定するための整数の変数である。
図１２（Ｂ）に示すように、撮像面位相差ＡＦでは暈けの度合が大きい状態から合焦点での状態に近づくにつれて、相関変化量の値が大きくなることが分かる。図６のグラフ５−４に対応する候補ｃが、真の合焦点として検出される。
以上のように、撮像面位相差ＡＦでは、コントラスト値や相関変化量を評価値として使用し、評価値が最も高くなる合焦点を真の合焦点として検出することができる。
【００２６】
次に、図７のフローチャートを参照して、本実施形態の撮影処理を説明する。本処理はマイクロプロセッサ１１２Ｍ（以下、ＭＰＵと記す）がメモリから制御プログラムを読み出して実行し、図３の各部を制御することで実現される。
まず、Ｓ６０１でＭＰＵは、撮像装置１００の第１スイッチ１２（ＳＷ１）がオン状態であるか否かを判定する。ＳＷ１がオン状態の場合、Ｓ６０２へ処理を進め、ＳＷ１がオフ状態の場合には、待ち状態でＳ６０１の判定処理が繰り返される。Ｓ６０２で焦点検出部３は焦点検出処理を行う。焦点検出処理の詳細については後述する。
Ｓ６０３でＭＰＵは焦点検出部３から焦点検出情報を取得し、Ｓ６０２で算出された焦点検出結果が合焦範囲に入っているか否かを判定する。焦点検出結果が合焦範囲に入っている場合、Ｓ６０５へ移行するが、焦点検出結果が合焦範囲外である場合にはＳ６０４に処理を進める。Ｓ６０４でＭＰＵは、レンズ通信回路１０から、レンズ装置２００のレンズ通信回路２６を通じてフォーカスレンズの駆動命令を送信する。これによりレンズ制御回路２０１は駆動命令に従い、Ｓ６０２で算出した焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズの駆動制御を行う。
【００２７】
Ｓ６０５でＭＰＵは、第２スイッチ１３（ＳＷ２）がオン状態であるか否かを判定する。ＳＷ２がオン状態の場合、Ｓ６０６へ移行し、ＳＷ２がオフ状態の場合にはＳ６０７へ処理を進める。Ｓ６０６でＭＰＵは撮影準備処理を行い、次のＳ６０８で撮像回路９により撮像した画像データの記録処理を行ってから撮影処理を終了する。また、Ｓ６０７でＭＰＵは第１スイッチ１２（ＳＷ１）がオン状態であるか否かを判定する。ＳＷ１がオン状態の場合、Ｓ６０５に処理を戻し、ＳＷ１がオフ状態の場合には処理を終了する。
【００２８】
図８は本実施形態の焦点検出処理例を示すフローチャートである。この処理は図７のＳ６０２に相当する定義済み処理であり、焦点検出部３が行う。
Ｓ７０１で焦点検出演算により、センサから読み出した２種類の波形から相関量が算出され、相関波形からシフト量が算出される。次にＳ７０２で繰り返しパターンの検出処理が行われる。Ｓ７０１で算出した焦点状態の検出結果について、繰り返しパターンをもつ被写体の場合、信頼性が低いため、Ｓ７０２では信頼度が判定される。信頼度が閾値以下の場合、つまり焦点検出結果の信頼性が十分でない場合、Ｓ７０４へ移行し、信頼性が高い場合にはＳ７０３へ進む。
【００２９】
Ｓ７０４では、繰り返しパターンをもつ被写体であることが検出された場合に、真の合焦点を算出するための処理が実行される。Ｓ７０１では算出できなかった焦点検出演算が再度行われる。この繰り返しパターン対策処理については、図９を参照して後述する。
Ｓ７０３では、Ｓ７０１またはＳ７０４で算出した焦点検出結果からデフォーカス量への変換処理が行われる。像ずれ量からデフォーカス量への換算結果に基づいてフォーカスレンズの駆動制御が行われる。次のＳ７０５では、Ｓ７０３で算出したデフォーカス量について、信頼性が判断される。信頼度については既知の方法で算出されて閾値との比較により判定処理が行われる。判定結果に応じて、図７のＳ６０４のレンズ駆動の制御方法が切り替えられる。焦点検出処理が終了し、フォーカスレンズの駆動に必要なデフォーカス量が得られる。
【００３０】
図９は、繰り返しパターン対策処理例を示すフローチャートである。この処理は図８のＳ７０４に相当する定義済み処理であり、焦点検出部３が行う。
まず、Ｓ８０１では、合焦点の候補を０〜ｎで表し、シフト量Ｓ０〜Ｓｎが算出される。「０〜ｎ」は、図６で説明したａ乃至e等に相当するｎ＋１個の候補を特定するために数値である。続いてＳ８０２では、Ｓ８０１で算出したシフト量Ｓ０〜Ｓｎを、デフォーカス量に換算する処理が実行され、Ｄ０〜Ｄｎが算出される。デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの駆動が可能となる。
【００３１】
Ｓ８０３ではまず、カウント変数ｉの値を初期値ゼロにセットし、Ｓ８０２で算出したデフォーカス量Ｄｉに相当する距離だけフォーカスレンズが駆動される。Ｓ８０４では、合焦点を選択する際に用いる評価値を算出する処理が実行される。図９に示す「評価値（Ｄｉ）」は、評価値がＤｉの関数であること（ＦＮＣ（Ｄｉ））を表す。カウント変数ｉの値はインクリメントにより１が加算され（ｉ＝ｉ＋１）、Ｓ８０３及びＳ８０４の処理は、Ｄ１、Ｄ２、・・・と繰り返し実行され、Ｄｎに到達するまで同様の処理が行われる。
Ｓ８０５では、すべての合焦点の候補０〜ｎについて、デフォーカス量に相当する距離をフォーカスレンズが移動されたか否かについて判定される。Ｄｎに相当する距離までフォーカスレンズの駆動が行われた場合にはＳ８０６へ移行するが、そうでない場合にはＳ８０３へ処理を戻す。未だ評価値を算出していない合焦点の候補について、レンズ駆動及び評価値の算出処理が行われる。
Ｓ８０６では、Ｓ８０４で算出した評価値のうちで、最も高い評価値をもつ候補を真の合焦点として選択する処理が行われ、そのデフォーカス量の情報が焦点検出結果として出力される。
【００３２】
第１実施形態では、繰り返しパターンをもつ被写体を検出した際、候補となる合焦点について、それぞれのデフォーカス量に従ってフォーカスレンズを駆動し、その時々に得られる評価値を用いて真の合焦点を検出することができる。よって、繰り返しパターンをもつ被写体に対して撮像光学系の焦点検出が可能となる。
【００３３】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態にて第１実施形態の場合と同様の構成要素については既に使用した符号を用いることにより、それらの詳細な説明を省略し、主に相違点を説明する。
図１０を参照して、第２実施形態における繰り返しパターン対策処理の第２アルゴリズムについて説明する。
グラフ９−１は、繰り返しパターンをもつ被写体を検出したときの相関量を示す。横軸がシフト量Ｓｈｉｆｔを表し、縦軸は相関量ＣＯＲを表す。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの５つの候補となる合焦点が検出される。
まず、候補となる合焦点ごとのシフト量Ｓａ〜Ｓｅを算出し、デフォーカス量へ換算する処理が行われる。デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズが駆動可能となる。デフォーカス量への換算後の値をそれぞれ、Ｄａ〜Ｄｅとする。
【００３４】
次に、現在の位置から最もシフト量が近い候補ａについて、レンズ駆動回路２１はＤａに相当する距離だけフォーカスレンズを駆動する。駆動後の波形をグラフ９−２に示す。ここで、焦点検出部３は、真の合焦点を選択するための評価値ＦＮＣ（ａ）を算出し、メモリに記憶する。第２アルゴリズムでは、下記の条件式（２）に示す通り、隣接する３つの候補の評価値から真の合焦点を検出する。
【数２】
2015055635.tif 000004
ｋは合焦点を特定するための位置に相当する整数の変数である。ＦＮＣ（ｋ−２）は第１の候補の評価値、ＦＮＣ（ｋ−１）は第２の候補の評価値、ＦＮＣ（ｋ）は第３の候補の評価値である。つまり、第１ないし第３の候補の評価値が必要であるが、この時点では、ＦＮＣ（ｋ）と比較する評価値（ｋ−２及びｋ−１における評価値）が不足しているため、次へ進んでさらに評価値の取得処理を続行する。
【００３５】
次にシフト量が近い候補ｂについて、レンズ駆動回路２１はＤbに相当する距離だけフォーカスレンズを駆動する。駆動後の波形をグラフ９−３に示す。ここで評価値ＦＮＣ（ｂ）が算出され、メモリに記憶される。この時点でも比較する評価値が不足しているため、評価値の取得処理を続行する。
次にシフト量が近い候補ｃについて、レンズ駆動回路２１はＤｃに相当する距離だけフォーカスレンズを駆動する。駆動後の波形をグラフ９−４に示す。ここで評価値ＦＮＣ（ｃ）が算出され、メモリに記憶される。この時点で３つの評価値ＦＮＣ（ａ）、評価値ＦＮＣ（ｂ）、評価値ＦＮＣ（ｃ）が揃うため、条件式（２）を用いて真の合焦点の判定が行われる。しかし、ここでは条件式（２）を満たさないものとして、引き続き処理を進める。
次にシフト量が近い候補ｄについて、レンズ駆動回路２１はＤｄに相当する距離だけフォーカスレンズを駆動する。駆動後の波形をグラフ９−５に示す。ここで、評価値ＦＮＣ（ｄ）が算出され、メモリに記憶される。この時点で３つの評価値が揃っているので、条件式（２）によって真の合焦点の判定が行われる。条件式（２）より、
ＦＮＣ（ｃ）＞ＦＮＣ（ｂ）  かつ  ＦＮＣ（ｃ）＞ＦＮＣ（ｄ）
を満たすものとする。第１の候補ｂ、第２の候補ｃ、第３の候補ｄは隣接する３つの候補であり、候補ｃの評価値が候補ｂと候補ｄの各評価値よりも高いため、候補ｃが真の合焦点と判定される。
【００３６】
このように、繰り返しパターンの検出時に焦点検出部３は、相関変化量やコントラスト評価値を用いて真の合焦点を検出する。第１実施形態と第２実施形態の違いは、第２実施形態では評価値が極値となる真の合焦点が見つかった場合に処理を終了することである。図１０の例ではグラフ９−５について、Ｄｅに相当する距離のフォーカスレンズの移動は不要となる。よって、すべての合焦点を比較することなく真の合焦点を検出することができ、処理時間が短縮される。
【００３７】
図１１は、本実施形態における繰り返しパターン対策処理例を説明するフローチャートである。本処理は焦点検出部３が行う。
まず、Ｓ１００１で合焦点の候補に関し、現在のフォーカスレンズ位置に近い方から順に０〜ｍとして特定し、それらのシフト量Ｓ０〜Ｓｍを算出する処理が実行される。次のＳ１００２では、Ｓ１００１で算出したシフト量Ｓ０〜Ｓｍをそれぞれデフォーカス量に換算する処理が実行される。換算後のデフォーカス量を、Ｄ０〜Ｄｍとする。
Ｓ１００３では、カウント変数ｉの値をゼロにセットし、Ｓ１００２で算出したデフォーカス量Ｄｉに相当する距離でフォーカスレンズが駆動される。Ｓ１００４では、合焦点を選択する際に用いる評価値が算出される。図１１に示す「評価値（Ｄｉ）」は、評価値がＤｉの関数であること（ＦＮＣ（Ｄｉ））を表す。Ｓ１００５は、前記条件式（２）を満たすか否かの判定処理である。Ｓ１００５で前記条件式（２）を満たす場合、Ｓ１００６へ移行する。また前記条件式（２）を満たさない場合、Ｓ１００３へ進み、カウント変数ｉのインクリメント後に、評価値の算出処理を続行する。Ｓ１００６では、Ｓ１００５で前記条件式（２）を満たしたときのｉ値の示す候補が真の合焦点と判定され、シフト量Ｓｉに相当するデフォーカス量Ｄｉの情報が焦点検出結果として得られる。
【００３８】
本実施形態では、繰り返しパターンをもつ被写体を検出した際、フォーカスレンズを駆動しつつ、その時に得られる隣接した評価値を比較することで真の合焦点を検出できるので、検出に要する時間が短縮される。
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】
【００３９】
３  焦点検出部
２１  レンズ駆動回路
１０６  撮像素子
１１２Ｍ，２０１Ｍ  マイクロプロセッサ
【図１】
2015055635.tif 000005
【図２】
2015055635.tif 000006
【図３】
2015055635.tif 000007
【図４】
2015055635.tif 000008
【図５】
2015055635.tif 000009
【図６】
2015055635.tif 000010
【図７】
2015055635.tif 000011
【図８】
2015055635.tif 000012
【図９】
2015055635.tif 000013
【図１０】
2015055635.tif 000014
【図１１】
2015055635.tif 000015
【図１２】
2015055635.tif 000016