(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の焦点検出視野に対応する複数対の受光部を有し、各対の受光部上に形成された一対の物体像を光電変換するセンサと、
前記複数の焦点検出視野のうち特定焦点検出視野に対応する一対の受光部からの信号に基づいて焦点調節に用いる焦点検出情報を生成する演算手段とを有し、
前記演算手段は、前記焦点検出視野ごとに演算した、前記一対の物体像の一致度と、前記一対の物体像の相対位置関係を合焦状態から所定の受光画素数分シフトさせた場合の相関量の変化量と、前記一対の物体像のシャープネスと、前記一対の物体像の明暗比とをパラメータとした評価値に基づいて、前記特定焦点検出視野を選択し、
前記評価値は、前記一致度をＵ、前記相関量の変化量をΔＶ、前記シャープネスをＳＨ、前記明暗比をＰＢＤとしたときに、以下の式で表されることを特徴とする焦点検出装置。
評価値＝Ｕ／（ΔＶ×ＳＨ×ＰＢＤ）
【請求項２】
前記被写体像のシャープネスは、前記受光部における隣接画素の出力の絶対和と二乗和との比であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記被写体像の明暗比は、前記受光部の画素出力のピーク値をＰＥＡＫ、画素出力のボトム値をＢＯＴＴＯＭ、ダーク値をＤＡＲＫとしたときに、以下の式で表されることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
明暗比＝（ＰＥＡＫ−ＢＯＴＴＯＭ）／（ＰＥＡＫ−ＤＡＲＫ）
【請求項４】
前記一致度は、前記一対の物体像の差分の絶対値の和であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記複数の焦点検出視野のうち、同一視野領域を含む複数の前記焦点検出視野のそれぞれに対して演算を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の焦点検出装置を備え、前記焦点検出情報に基づいて焦点調節制御を行う制御手段を有することを特徴とする光学機器。
【請求項７】
複数の焦点検出視野に対応する複数対の受光部を有し、各対の受光部上に形成された一対の物体像を光電変換するセンサから信号を得る第１のステップと、
前記複数の焦点検出視野のうち特定焦点検出視野に対応する一対の受光部からの信号に基づいて焦点調節に用いる焦点検出情報を生成する第２のステップとを有し、
前記第２のステップにおいて、前記焦点検出視野ごとに演算した、前記一対の物体像の一致度と、前記一対の物体像の相対位置関係を合焦状態から所定の受光画素数分シフトさせた場合の相関量の変化量と、前記一対の物体像のシャープネスと、前記一対の物体像の明暗比とをパラメータとした評価値に基づいて、前記特定焦点検出視野を選択し、
前記評価値は、前記一致度をＵ、前記相関量の変化量をΔＶ、前記シャープネスをＳＨ、前記明暗比をＰＢＤとしたときに、以下の式で表されることを特徴とする焦点検出方法。
評価値＝Ｕ／（ΔＶ×ＳＨ×ＰＢＤ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数対の受光部のうち、一対の受光部から得られる一対の物体像の光電変換結果に基づいて、いわゆる位相差検出方式による焦点検出を行う焦点検出装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフカメラ等の光学機器に用いられる焦点検出装置として、位相差検出方式を用いたものがある。この方式では、撮影レンズにおける互いに異なる瞳領域を通過した光束が形成する一対の被写体像を一対のセンサ列により光電変換し、その出力である（像信号）の相対変位（位相差）を求め、該位相差から撮影レンズのデフォーカス量を検出する方式である。この方式では、一対のセンサ列は被写体空間の特定領域や特定方向での輝度分布のみを抽出するため、その領域に輝度分布を有しない被写体ではデフォーカス量を検出することができない。
【０００３】
そこで、特許文献１，２には、一対のセンサ列とそれに対応する焦点検出光学系を複数用意して、被写体の複数領域や複数方向での輝度分布を抽出し、より多くの被写体に対する焦点検出を可能とする方法が開示されている。
【０００４】
ところで、特許文献１，２にて開示されているように焦点検出結果（デフォーカス量）が複数得られた場合、その中から実際の焦点調節に使用する焦点検出結果を１つ選択する必要がある。
【０００５】
特許文献１に開示されている焦点検出装置では、デフォーカス量と被写体のコントラストから焦点検出結果の信頼性を求め、該信頼性に基づいて焦点検出結果を選択する。また、特許文献２にて開示された焦点検出装置では、複数対のセンサ列から先に蓄積動作が終了したセンサ列を選択することで、焦点検出のスピードの向上を図っている。
【特許文献１】特開平１１−８４２２２号公報（段落００５０〜００７１、図１２〜１６）
【特許文献２】特開平２−６４５１６号公報（９頁左上欄２行〜１３頁右下欄８行、第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２に開示されている焦点検出装置では、デフォーカス量と被写体のコントラストだけで焦点検出結果の信頼性を決めているため、一対の被写体像の一致度は全く考慮されていない。この一致度を考慮しないと、一対の被写体像のうち一方にのみゴースト光が入って被写体像が崩れた場合に、焦点検出結果が実際の焦点状態に対してずれてしまう。そして、そのずれた焦点検出結果を選んでしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている焦点検出装置では、複数対のセンサ列による焦点検出結果を比較するような処理を行わない。このため、精度がより良好な焦点検出結果を選択することができない。
【０００８】
このように、従来の焦点検出装置では、複数の焦点検出結果から精度の高い適切な情報を選択することができず、結果として焦点検出精度が落ちてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、複数の焦点検出視野から焦点調節に用いる焦点検出情報を生成するための焦点検出視野を適切に選択し、精度の高い焦点検出を行えるようにした焦点検出装置および焦点検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面としての焦点検出装置は、複数の焦点検出視野に対応する複数対の受光部を有し、各対の受光部上に形成された一対の物体像を光電変換するセンサと、複数の焦点検出視野のうち特定焦点検出視野に対応する一対の受光部からの信号に基づいて焦点調節に用いる焦点検出情報を生成する演算手段とを有する。そして、演算手段は、焦点検出視野ごとに演算した、一対の物体像の一致度と、一対の物体像の相対位置関係を合焦状態から所定の受光画素数分シフトさせた場合の相関量の変化量と、一対の物体像のシャープネスと、一対の物体像の明暗比とをパラメータとした評価値に基づいて、特定焦点検出視野を選択する。
評価値は、一致度をＵ、相関量の変化量をΔＶ、シャープネスをＳＨ、明暗比をＰＢＤとしたときに、以下の式で表される。
評価値＝Ｕ／（ΔＶ×ＳＨ×ＰＢＤ）
【００１１】
また、本発明の他の側面としての焦点検出方法は、複数の焦点検出視野に対応する複数対の受光部を有し、各対の受光部上に形成された一対の物体像を光電変換するセンサから信号を得る第１のステップと、複数の焦点検出視野のうち特定焦点検出視野に対応する一対の受光部からの信号に基づいて焦点調節に用いる焦点検出情報を生成する第２のステップとを有する。そして、第２のステップにおいて、焦点検出視野ごとに演算した、一対の物体像の一致度と、一対の物体像の相対位置関係を合焦状態から所定の受光画素数分シフトさせた場合の相関量の変化量と、一対の物体像のシャープネスと、一対の物体像の明暗比とをパラメータとした評価値に基づいて、特定焦点検出視野を選択する。
評価値は、一致度をＵ、相関量の変化量をΔＶ、シャープネスをＳＨ、明暗比をＰＢＤとしたときに、以下の式で表される。
評価値＝Ｕ／（ΔＶ×ＳＨ×ＰＢＤ）
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の焦点検出視野のうち、より精度の高い適切な焦点検出情報が得られる焦点検出視野を選択することができる。したがって、焦点検出精度の向上を図ることができる。そして、このような焦点検出情報を用いて焦点調節制御を行えば、より高い合焦精度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１から図１９を用いて、本発明の実施例１である焦点検出方法について説明する。まず、図１には、本実施例の焦点検出装置を搭載した光学機器としてのカメラの構成を示している。
【００１５】
本実施例のカメラは、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子である撮像素子を用いた単板式のデジタルカラーカメラである。撮像素子を連続的又は単発的に駆動することにより、動画像又は静止画像を表わす画像信号を得ることができる。撮像素子は、画素ごとに受けた光を電気信号に変換して、受光量に応じた電荷を蓄積し、その電荷が読み出されるタイプのエリアセンサである。
【００１６】
図１において、１は撮影光学系、２は撮影光学系からの被写体光束を分割する主ミラーである。主ミラー２の一部はハーフミラーになっており、一部の被写体光束を透過し、残りの被写体光束を上方に反射する。３は主ミラー２を透過した被写体光束を下方に反射する。サブミラー３の下方には、撮影光学系１の焦点状態を検出する焦点検出装置２０が配置されている。サブミラー３での反射光は焦点検出装置２０に導かれる。４は撮像素子であり、撮影光学系１により形成された被写体光束を受光して画像信号に変換する。
【００１７】
本実施例の撮像素子４は、パッケージ化されたものであり、増幅型固体撮像素子の１つであるＣＭＯＳプロセスコンパチブルのセンサ（ＣＭＯＳセンサ）である。ＣＭＯＳセンサの特長の１つに、エリアセンサ部のＭＯＳトランジスタと、撮像素子駆動回路、ＡＤ変換回路、画像処理回路といった周辺回路を同一工程で形成できるというものがある。これにより、マスク枚数、プロセス工程がＣＣＤセンサと比較して大幅に削減できる。また、任意の画素へのランダムアクセスが可能といった特長も有する。これにより、ディスプレイ用に間引いた電荷蓄積信号の読み出しも容易であり、高い表示レートでリアルタイム表示が行える。撮像素子４は、この特長を利用し、ディスプレイ画像の出力動作や高精細画像の出力動作を行う。
【００１８】
焦点検出装置２０は、位相差検出方式による焦点検出を行う。位相差検出方式では、撮影光学系１の一対の異なる瞳領域を透過した光束で形成される２つの被写体像の相対位置関係（位相差）を検出し、これを撮影光学系１の焦点状態を表す情報として用いる。撮影光学系の一対の異なる瞳領域から得られる２つの被写体像の位相差によって撮影光学系の焦点状態を検出する技術は、特開昭５２−１３８９２４号公報等に開示されているように良く知られた技術である。
【００１９】
主ミラー２は、図示しないカメラ本体に軸部２ａによって支持され、カメラ本体に対して回転可能である。また、サブミラー３は、主ミラー２の保持部材に軸部３ａで支持され、主ミラー２に対して回転可能である。このため、主ミラー２が軸部２ａ回りで、またサブミラー３が軸部３ａ回りで回転することにより、主ミラー２は撮影光学系１の光軸に対して４５度傾斜した位置に、サブミラー３が下方に約４５度傾斜した位置に配置される（以下、この状態をミラーダウン状態という）。また、主ミラー２およびサブミラー３をともに上方に格納することによって、被写体光束の光路から退避した状態に配置される（以下、この状態をミラーアップ状態という）。
【００２０】
ミラーダウン状態では、撮影光学系１からの被写体光束は上方のファインダー光学系と下方の焦点検出装置の二つに分割される。一方、ミラーアップ状態では、撮影光学系１からの被写体光束はすべて撮像素子４に導かれる。
【００２１】
撮影光学系１から撮像素子４に至る光路中には、撮像素子４上に物体像の必要以上に高い空間周波数成分が伝達されないように撮影光学系１のカットオフ周波数を制限する光学ローパスフィルター２２が設けられている。また、光学ローパスフィルター２２には赤外線カットフィルターも形成されている。
【００２２】
光学ローパスフィルター２２の光入射面側には、撮像素子４に入射する被写体光束の露光秒時を制限するシャッターユニット２１が配置されている。それぞれ複数のシャッタ羽根で構成される先幕２１ａと後幕２１ｂが、撮像素子４の短辺方向に走行し、先幕２１ａと後幕２１ｂの走行間隔でシャッター秒時を制御する。
【００２３】
５はサブミラー３で反射した被写体光束を制限する遮光部材（以下、カバーという）である。カバー５は、被写体光束のうち焦点検出に必要な光束だけを透過する開口を有する。該開口は撮影光学系１の結像面付近に配置され、必要な被写体光束を以下に述べる焦点検出光学系に導き、不必要な被写体光束を遮光する。カバー５の上面は、カメラ本体の内壁に露出するため、反射光が撮像素子４に到達しないように遮光線が施されている。
【００２４】
６はカバー５の開口を透過した光束をさらに制限する遮光シート、７は後述する焦点検出光学系の瞳を撮影光学系の瞳に投影するフィールドレンズである。８は焦点検出装置２０の各部品を保持する保持部材、９は保持部材８をカメラ本体に取り付けるプレートである。
【００２５】
１１はＩＲ−ＣＵＴフィルターである。ＩＲ−ＣＵＴフィルター１１では、ガラス表面に赤外成分の光を反射する多層蒸着膜が形成されている。
【００２６】
１２は折り返しミラーである。折り返しミラー１２では、ガラス表面にアルミの蒸着膜が形成され、該ミラー１２は、波長４００〜８００ｎｍの光をほぼ同じ反射率で反射する。カメラ下部の限られたスペースに焦点検出装置２０を収納するために、折り返しミラー１２は被写体光束を折り返し、焦点検出装置２０の小型化を図っている。
【００２７】
１３は再結像光学系の絞りである。絞り１３には一対の開口が形成され、再結像レンズ１４の一対のレンズ部に入射する光束を制限している。
【００２８】
１４は再結像レンズである。絞り１３の一対の開口に対応して一対のレンズを備え、撮影光学系１の異なる瞳領域からの光束をそれぞれ焦点検出センサ１７上に結像させる。
１６は焦点検出センサ１７を保持するセンサホルダー、１５はセンサホルダー１６と保持部材８の間に介在して、焦点検出センサ１７の傾き調整機構を構成する当接部材である。
【００２９】
センサホルダー１６は、焦点検出センサ１７を保持する部材である。焦点検出センサ１７とセンサホルダーは瞬間接着剤や溶着剤などにより固定される。
【００３０】
４０は焦点検出センサ１７からの信号に基づいて、後述する評価値の演算を行い、該評価値に基づいて焦点検出情報を生成する演算回路である。また、演算回路４０は、焦点検出情報に基づいて撮影光学系１に含まれるフォーカスレンズ（図示せず）の合焦位置への駆動方向と駆動量を演算し、不図示のレンズ制御回路を通じて焦点調節動作を制御する。すなわち、演算回路４０は焦点調節制御を行う制御回路としても機能する。但し、焦点検出演算を行う演算回路と、焦点調節制御を行う制御回路とをカメラ内で分けて設けてもよい。
【００３１】
カバー５、遮光シート６、フィールドレンズ７、保持部材８、プレート９、偏心カム１０、ＩＲ−ＣＵＴ１１、折り返しミラー１２、絞り１３、再結像レンズ１４、当接部材１５、センサホルダー１６、焦点検出センサ１７および演算回路４０によって、焦点検出装置２０が構成される。
【００３２】
ここで、ＩＲ−ＣＵＴフィルター１１は、折り返しミラー１２で折り返された後の光軸に対して垂直に配置されず、所定角度だけ傾いて配置されている。これは、焦点検出センサ１７の受光面で反射した光がＩＲ−ＣＵＴフィルター１１の表面で反射して再び焦点検出センサ１７の受光面に到達してしまうことによるゴーストの発生を防止するためである。ＩＲ−ＣＵＴフィルター１１を所定角度だけ傾けることで、焦点検出センサ１７から戻ってきた光はＩＲ−ＣＵＴフィルター１１の表面で反射して焦点検出センサ１７の受光面から外れたところに到達するため、ゴーストとして観測されない。
【００３３】
図２には、本実施例の焦点検出装置２０を分解して示している。カバー５は、被写体光束のうち焦点検出に必要な光束だけを透過する開口を有し、該開口は撮影光学系１の結像面付近に配置されている。これにより、焦点検出に必要な被写体光束だけが焦点検出光学系に導かれ、不必要な被写体光束は遮光される。
【００３４】
カバー５には穴部５ａが２箇所に形成されている。保持部材８は、突起部８ｅをこれらの穴部５ａに挿入してカバー５を固定している。カバー５の上面は、カメラ本体の内壁に露出するため、反射光が撮像素子４に到達しないように遮光線が施されている。
【００３５】
遮光シート６は、カバー５の開口を透過した光束をさらに制限する。フィールドレンズ７は、絞り１３を撮影光学系の瞳に投影する。保持部材８は、焦点検出装置２０を構成する各部品を保持する。
【００３６】
プレート９は、保持部材８をカメラ本体に取り付けるために用いられる。偏心カム１０は、保持部材８の軸部８ａに回転可能に保持されている。
【００３７】
保持部材８は、前述したカバー５、遮光シート６、フィールドレンズ７、偏心カム１０、ＩＲ−ＣＵＴフィルター１１、折り返しミラー１２、絞り１３、再結像レンズ１４、当接部材１５、センサホルダー１６、焦点検出センサ１７およびセパレータ１８，１９を保持している。
【００３８】
保持部材８はプレート９を介してカメラ本体に取り付けられる。カメラ本体と保持部材８とで材質が異なる場合、線膨張係数も異なることが多い。この場合、温度変化でカメラ本体と保持部材８で伸縮率が異なり、カメラ本体の変形により保持部材８が歪んでしまう恐れがある。焦点検出光学系の各部品は保持部材８に保持されているため、保持部材８の歪みは焦点検出結果の誤差に直結してしまう。そこで本実施例では、保持部材８をカメラ本体に直接固定するのではなく、保持部材８と線膨張係数が近い材質でできているプレート９を介して固定する。これにより、カメラ本体とプレート９とで線膨張係数が異なる場合には、プレート９でその変形を吸収し、保持部材８には歪みを生じさせない。
【００３９】
プレート９は、カメラ本体の変形を保持部材８に伝えにくくするために、ヤング率が大きい材質であることが望ましい。このため、ステンレスや鉄などの金属製のプレートをプレス加工により曲げて製作したものが用いられる。
【００４０】
さらに、プレート９の強度を保つためには、環状につながった形状であることが望ましい。このため、プレート９は、全体としてはＬ字形状でありながらも、保持部材８を囲むような環状につながった形状に形成されている。これにより、カメラ本体の変形を吸収するのに十分な強度を保つことができ、保持部材８の歪みを防ぐことができる。
【００４１】
プレート９には、撮像素子４の短辺方向に当接部を有するＵ字穴形状の軸受け部９ａ，９ｂが形成されている。軸受け部９ａ，９ｂは、カメラ前後方向（被写体−像面方向）の幅が軸部８ａ，８ｂを係合させることができる寸法に設定されている。軸部８ａ，８ｂが軸受け部９ａ，９ｂに係合している状態では、保持部材８のプレート９に対するカメラ前後方向の位置が一意的に決まる。軸受け部９ａのＵ字穴は、軸受け９ｂのＵ字穴より長い。このため、保持部材８をプレート９に対して設計値の位置に配置すると、軸部８ａと軸受け部９ａは撮像素子４の短辺方向においては当接しないが、軸部８ｂと軸受け部９ｂは当接した状態となる。つまり、軸部８ｂと軸受け部９ｂは、カメラ前後方向および撮像素子４の短辺方向に当接して一意的に位置が決まり、軸部８ａと軸受け部９ａは、撮像素子４の短辺方向にだけ移動可能である。
【００４２】
保持部材８の軸部８ａに保持された偏心カム１０は、その外周でプレート９と当接してプレート９に対する軸部８ａの高さ位置を決めている。これにより、前述のように撮像素子４の短辺方向に移動可能である軸部８ａの位置は、偏心カム１０の回転角度によって一意的に決まる。
【００４３】
保持部材８は、軸部８ａ，８ｂを中心としてプレート９に対して回動可能である。さらに保持部材８は、偏心カム１０の回転により軸部８ａの高さ位置を変えることにより、撮影光学系１の光軸を中心軸とするような回転動作も可能である。
【００４４】
焦点検出装置２０は、前述した軸８ａ，８ｂを中心軸とする回転と、偏心カム１０の回転による軸部８ａの高さ位置の調整とにより、２方向の傾き調整が可能である。この２方向の傾き調整によって、焦点検出光学系の光軸と撮影光学系１の光軸とのずれを修正する、いわゆる瞳出し調整を行うことができる。瞳出し調整完了後は、保持部材８とプレート９と偏心カム１０の当接面に瞬間接着剤や溶着剤を流し込み、これらを固定する。
【００４５】
なお、プレート９の軸受け部９ａ，９ｂと保持部材８の軸部８ａ，８ｂとが当接している状態でカバー５を取り付けると、カバー５がプレート９の抜けを防ぐ。このため、接着していなくても保持部材８からプレート９が外れない。
【００４６】
ＩＲ−ＣＵＴフィルター１１は、前述したように、ガラス表面に赤外成分の光を反射する多層蒸着膜が形成されたものである。焦点検出センサ１７は、可視光より波長が長い光に対しても感度を有する。一方、撮像素子４の光入射面側には赤外カットフィルターも備えた光学ローパスフィルター２２が配置されているため、可視光よりも波長が長い光はカットされてしまい、撮像素子４に到達しない。焦点検出センサ１７と撮像素子４とで受光する光の分光特性が異なると、これらの合焦位置が変わってしまう。この場合、焦点検出装置２０によって得られる合焦位置に撮影光学系１のフォーカスレンズを駆動すると、撮像素子４ではピントがずれているという現象が生じてしまう。このため、ＩＲ−ＣＵＴフィルター１１は、撮像素子４と焦点検出センサ１７に到達する光の分光特性を揃え、前述のような不具合を防ぐ役目を果たしている。
【００４７】
折り返しミラー１２は、前述したように、ガラス表面にアルミの蒸着膜が形成されたものであり、波長４００〜８００ｎｍの光をほぼ同じ反射率で反射する。
【００４８】
再結像光学系の絞り１３には一対の開口が形成され、再結像レンズ１４の一対のレンズ部に入射する光束を制限する。絞り１３は、フィールドレンズ７により撮影光学系１の瞳上に投影される。投影された絞り１３の一対の開口により、撮影光学系１の瞳における一対の異なる瞳領域からの光束を透過する。絞り１３の材料は、リン青銅などの金属板や遮光用樹脂シートを用いることが好ましい。リン青銅板を用いる場合には、まず型で打ち抜き、打ち抜いた後のリン青銅板に黒色メッキを施し、絞り１３を製作する。遮光用樹脂シートの場合には、型で打ち抜くだけ製作が可能である。
【００４９】
再結像レンズ１４は、絞り１３の一対の開口に対応した一対のレンズを備え、撮影光学系１の異なる瞳領域からの光束をそれぞれ焦点検出センサ１７上に結像させる。再結像レンズ１４は２つの位置決めダボを備え、該ダボが保持部材８に設けられた基準穴と絞り１３に設けられた基準穴とに係合することで、再結像レンズ１４が保持部材８と絞り１３に対して位置決めされる。保持部材８の受け面で絞り１３を挟んで保持部材８と当接することで、再結像レンズ１４の光軸方向の位置も決まる。
【００５０】
絞り１３と再結像レンズ１４は、接着剤で保持部材８に固定される。再結像レンズ１４は透明樹脂により、射出成型によって製作される。再結像レンズ１４の材料である透明樹脂と、保持部材８の材料である樹脂とでは線膨張係数が異なり、温度変化で伸縮率が異なる。このため、保持部材８と再結像レンズ４を強固に接着してしまうと、温度変化が生じたときに再結像レンズ１４が歪んでしまう恐れがある。再結像レンズ１４の変形は焦点検出結果に大きく影響してしまうため、焦点検出精度の低下を引き起こす恐れがある。このため、絞り１３と再結像レンズ１４を保持部材８に接着する際には、ヤング率が１０ｋｇｆ／ｍｍ２以下の柔らかい接着剤を用い、温度下での再結像レンズ１４の変形を防いでいる。
【００５１】
センサホルダー１６は、焦点検出センサ１７を保持し、当接部材１５は、センサホルダー１６と保持部材８の間に介在して焦点検出センサ１７の傾き調整機構を構成する。当接部材１５には、被写体光束を透過させるための開口部１５ａと、保持部材８に当接するための一対の球面部１５ｂが形成されている。開口部１５ａは、被写体光束を制限する役割を持たないため、被写体光束の有効径より大きな開口として形成されている。球面部１５ｂは、当接部材１５の両端に形成されており、それぞれ球面の一部を切り出したような形を有する。つまり、当接部材１５の両端に球が２つ設けられて、これらが保持部材８と当接する。
【００５２】
焦点検出センサ１７とセンサホルダー１６は、瞬間接着剤や溶着剤などにより固定される。センサホルダー１６には、被写体光束を透過させるための開口部１６ａが形成されている。開口部１６ａは、被写体光束を制限する役割を持たないため、被写体光束の有効径より大きな開口として形成されている。
【００５３】
次に、図３を用いて、再結像レンズ１４と焦点検出センサ１６の５軸調整機構について説明する。図３は図１におけるＡ−Ａ断面を示している。再結像レンズ１４は、２つの位置決めダボ１４ａを備え、該ダボ１４ａが保持部材８に設けられた位置決め穴８ｆに係合することで、再結像レンズ１４の保持部材８に対する位置が決まる。さらに再結像レンズ１４は、保持部材８の再結像レンズ受け面で絞り１３を挟んで保持部材８と当接することで、その光軸方向の位置も決められる。
【００５４】
当接部材１５には一対の球面部１５ｂが形成されている。球面部１５ｂは当接部材１５の両端に設けられ、それぞれ球面の一部を切り出したような形をしている。つまり、当接部材１５の両端に球が２つ設けられ、これらが保持部材８と当接する。
一方、保持部材８には、所定の曲率半径を有する球面状の一対の当接部８ｃが形成されている。このときの曲率半径は、当接部材１５の球面部１５ｂの曲率半径と同じである。保持部材８の当接部８ｃと当接部材１５の球面部１５ｂとが摺動することで、当接部材１５は保持部材８に対して３０ａの方向と３０ｂの方向に回転可能である。３０ａの方向に回転する場合には、当接部材１５は、その球面部１５ｂの曲率中心を回転中心として回転する。一方、３０ｂの方向に回転する場合には、保持部材８の当接面８ｃに沿って当接部材１５が移動するため、当接面８ｃの球面の曲率中心を回転中心として回転する。
【００５５】
センサホルダー１６は、焦点検出センサ１７を保持する。焦点検出センサ１７はセラミックパッケージである。１７ｂが積層タイプのセラミックパッケージ、１７ｃがカバーガラスであり、チップ１７ａをセラミックパッケージ１７ｂの中に置き、カバーガラス１７ｃで蓋をして周囲を接着剤で固定および封止することでパッケージが構成される。
【００５６】
焦点検出センサ１７とセンサホルダー１６は、セラミックパッケージ１７ｂの光入射面側のカバーガラス１７ｃで覆われていない箇所で、瞬間接着剤などにより固定される。２３はその接着箇所である。接着箇所２３を確保するために、セラミックパッケージ１７ｂは、カバーガラス１７ｃよりも大きめに設定されている。これにより、接着箇所２３がカバーガラス１７ｃの光束透過領域から遠ざかるため、接着剤による白化などによりカバーガラス１７ｃの光束透過領域が汚れてしまうのを防ぐことができる。
【００５７】
当接部材１５とセンサホルダー１６は互いに当接しており、光軸を中心として回転可能であるとともに、光軸に垂直な面上を移動可能である。
【００５８】
再結像レンズ１４は保持部材８に固定されている。一方、焦点検出センサ１７はセンサホルダー１６と一体となって、当接部材１５に対して光軸を中心とする回転と、光軸に垂直な面上を移動が可能となっている。さらに、焦点検出センサ１７とセンサホルダー１６と当接部材１５は一体となって、保持部材８に対して３０ａと３０ｂの向きに回転可能となっている。
【００５９】
上述のような回転機構と、光軸を法線とする面上でのシフト機構を設けることで、再結像レンズ１４と焦点検出センサ１７の５軸調整機構を実現できる。５軸調整完了後は、瞬間接着剤やモールド溶着剤などを摺動面に流し込み、保持部材８と当接部材１５とセンサホルダー１６を固定する。
【００６０】
図２において、１８，１９は中央視野の被写体光束と周辺視野の被写体光束とが混ざることを防ぐセパレータである。フィールドレンズ７の中央レンズ部を透過した光束が絞り１３の周辺視野用の開口を透過して焦点検出センサ１７に到達してしまうと、ゴースト光となって検出誤差を招く。そこで、フィールドレンズ７とＩＲ−ＣＵＴフィルター１１との間の光路で、中央視野用の光束と周辺視野用の光束の隙間にセパレータ１８，１９を介在させ、これらの光束が混ざることを防いでいる。
図４は、撮影画面における焦点検出視野のレイアウトを示している。２４は撮像素子４による撮影範囲を示している。それぞれがライン状の焦点検出視野（以下、焦点検出ラインという）は２１ライン存在する。１ラインに対して一対の被写体像が焦点検出センサ１７の受光面上に形成されるため、４２個の被写体像が再結像レンズ１４により焦点検出センサ１７の受光面上に形成される。撮影画面の中央には、縦方向に長い焦点検出ライン（以下、縦目という）がＬ１，Ｌ２の２ラインあり、横方向に長い焦点検出ライン（以下、横目という）がＬ３，Ｌ４の２ラインある。縦目は、相関方向が縦方向（撮像素子４の短辺方向）であり、縦方向の輝度分布から撮影光学系１の焦点状態を検出する。一方、横目は、相関方向が横方向（撮像素子４の長辺方向）であり、横方向の輝度分布から撮影光学系１の焦点状態を検出する。
【００６１】
縦方向に２ライン並んだ焦点検出ラインＬ１，Ｌ２は、縦方向に微小量だけずれて配置されている。このずれ量は、相関方向に並ぶ画素のピッチの半分である。画素ピッチの半分量だけずれて配置された焦点検出ラインＬ１，Ｌ２から得られる２つの焦点検出結果の両方を加味して検出結果を算出することで、検出のバラツキを軽減している。横方向に２ライン並んだ焦点検出ラインＬ３，Ｌ４についても、焦点検出ラインＬ１，Ｌ２と同様に画素ピッチの半分量だけずれて配置することで、検出バラツキを軽減している。
【００６２】
さらに画面中央には、基線長が長い（これについては図６に示す）、Ｆ２．８の光束を用いて焦点検出を行う焦点検出ラインＬ１９を横方向に１ライン備えている。焦点検出ラインＬ１９は、焦点検出ラインＬ３やＬ４に比べて基線長が長いため、焦点検出センサ１７の受光面上での像の移動量が大きい。このため、焦点検出ラインＬ３，Ｌ４よりも高精度な検出を実現することができる。ただし、焦点検出ラインＬ１９はＦ２．８光束を用いているため、Ｆ２．８以上の明るいレンズが装着されたときのみ動作する。また、像の移動量が大きいため、焦点検出ラインＬ３，Ｌ４に比べて、大きいデフォーカスを検出する能力は劣る。上述のようにＦ２．８用の焦点検出ライン（以下、Ｆ２．８目という）Ｌ１９を備えることで、高い検出精度が要求されるＦ２．８以上の明るいレンズが装着されたときに、それに応じた高精度の検出を実現することができる。
【００６３】
本実施例の焦点検出装置２０では、画面中央については焦点検出ラインを縦横クロス形態で配置することで、縦横両方向の輝度分布を検出することができる。縦横両方向の輝度分布を得ることで、輝度分布があまりない被写体で無理に焦点検出を行う必要がなくなるため、検出バラツキを軽減することができる。これにより、焦点検出可能な被写体の種類を広げると共に、検出精度の向上を実現することができる。
【００６４】
次に、画面上下方向に配置された焦点検出ラインについて説明する。画面上部には、横目Ｌ５，Ｌ１１が配置されており、画面上部に位置する被写体像の横方向の輝度分布から、撮影光学系１の焦点状態を検出する。また、下部には横目Ｌ６，Ｌ１２が配置されており、画面下部に位置する被写体像の横方向の輝度分布から、撮影光学系１の焦点状態を検出する。また、焦点検出ラインＬ５の同じ位置にＦ２．８用の横目Ｌ２０が、横目Ｌ６と同じ位置にＦ２．８の横目Ｌ２１がそれぞれ配置されている。これにより、高い検出精度が要求されるＦ２．８以上の明るいレンズが装着するときに、高精度の焦点検出を実現することができる。
【００６５】
焦点検出ラインＬ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ１１，Ｌ１２の左端に接するように焦点検出ラインＬ７，Ｌ９が、焦点検出ラインＬ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ１１，Ｌ１２の右端に接するように焦点検出ラインＬ８，Ｌ１０が、それぞれ縦方向に並んで配置されている。焦点検出ラインＬ７，Ｌ９，Ｌ１４，Ｌ１６は縦目であり、縦方向の輝度分布から撮影光学系１の焦点状態を検出する。
【００６６】
焦点検出ラインＬ７，Ｌ９の左側には焦点検出ラインＬ１３，Ｌ１５が、焦点検出ラインＬ８，１０の外側には焦点検出ラインＬ１４，１６が縦方向に並んで配置されている。焦点検出ラインＬ１３，Ｌ１４，Ｌ１５，Ｌ１６も縦目であり、縦方向の輝度分布から撮影光学系１の焦点状態を検出する。
【００６７】
画面の横方向の一番外側に焦点検出ラインＬ１７，Ｌ１８が配置されている。焦点検出ラインＬ１７，Ｌ１８は縦方向の中央が光軸上にあり、撮影画面の横方向に位置する被写体像の縦方向の輝度分布から撮影光学系１の焦点検出状態を検出する。
【００６８】
図５には、再結像レンズ１４をその光射出面側から見て示している。光射出面側には一対の被写体像を再結像するための一対のレンズ部が複数組形成されている。それぞれのレンズ部は球面レンズであり、光射出方向に凸の形状を有する。
【００６９】
レンズ部１４−１Ａ，１４−１Ｂは、画面中央の縦目の焦点検出光束を再結像するためのものであり、図４の焦点検出ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０に対応している。焦点検出ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０の光束はそれぞれ、レンズ部１４−１Ａ，１４−１Ｂで再結像され、焦点検出センサ１７の受光面上に縦方向に並んだ一対の被写体像を形成する。
【００７０】
レンズ部１４−２Ａ，１４−２Ｂは、画面中央の横目の焦点検出光束を再結像するためのものであり、焦点検出ラインＬ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ１１，Ｌ１２に対応している。焦点検出ラインＬ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ１１，Ｌ１２に対応する光束はそれぞれ、レンズ部１４−２Ａ，１４−２Ｂで再結像され、焦点検出センサ１７の受光面上に横方向に並んだ一対の被写体像を形成する。
レンズ部１４−３Ａ，１４−３Ｂは、Ｆ２．８の焦点検出光束を再結像するためのものであり、焦点検出ラインＬ１９，Ｌ２０，Ｌ２１に対応している。Ｆ２．８目は基線長が長いため、レンズ部１４−３Ａ，１４−３Ｂの間隔はレンズ部１４−１Ａ，１４−１Ｂに比べて長く、レンズ部１４−３Ａ，１４−３Ｂはレンズ部１４−１Ａ，１４−１Ｂの外側に配置されている。
【００７１】
レンズ部１４−４Ａ，１４−４Ｂは焦点検出ラインＬ１３，Ｌ１５に対応し、レンズ部１４−５Ａ，１４−５Ｂは焦点検出ラインＬ１４，Ｌ１６に対応している。さらにこれらレンズ部の外側に配置されたレンズ部１４−６Ａ，１４−６Ｂは、焦点検出ラインＬ１７に対応し、レンズ部１４−７Ａ，１４−７Ｂは焦点検出ラインＬ１８に対応している。これら焦点検出ラインの光束も、対応するレンズ部によって再結像され、焦点検出センサ１７の受光面上に縦方向に並んだ一対の被写体像を形成する。
【００７２】
図６は、焦点検出センサ１７のチップ（受光面）を、その光入射面側から見て示している。図５で説明した再結像レンズ１４で再結像された一対の被写体像の各結像位置に対応して、複数対の受光部が配置されている。
【００７３】
焦点検出ラインＬ１の光束は、図５のレンズ部１４−１Ａと１４−１Ｂにより、図６の受光部Ｌ１Ａ，Ｌ１Ｂ上に再結像される。また、焦点検出ラインＬ２の光束は、レンズ部１４−１Ａと１４−１Ｂにより、受光部Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ上に再結像される。同様に、焦点検出ラインＬ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０の光束は、レンズ部１４−１Ａにより受光部Ｌ７Ａ，Ｌ８Ａ，Ｌ９Ａ，Ｌ１０Ａ上に再結像され、レンズ部１４−１Ｂにより受光部Ｌ７Ｂ，Ｌ８Ｂ，Ｌ９Ｂ，Ｌ１０Ｂ上に再結像される。
【００７４】
横目についても同様である。焦点検出ラインＬ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ１１，Ｌ１２の光束は、レンズ部１４−２Ａにより受光部Ｌ３Ａ，Ｌ４Ａ，Ｌ５Ａ，Ｌ６Ａ，Ｌ１１Ａ，Ｌ１２Ａ上に再結像される。また、レンズ部１４−２Ｂにより受光部Ｌ３Ｂ，Ｌ４Ｂ，Ｌ５Ｂ，Ｌ６Ｂ，Ｌ１１Ｂ，Ｌ１２Ｂ上に再結像される。
【００７５】
Ｆ２．８横目についても同様である。焦点検出ラインＬ１９，Ｌ２０，Ｌ２１の光束は、レンズ部１４−３Ａにより受光部Ｌ１９Ａ，Ｌ２０Ａ，Ｌ２１Ａ上に再結像され、レンズ部１４−３Ｂにより受光部Ｌ１９Ｂ，Ｌ２０Ｂ，Ｌ２１Ｂ上に再結像される。
【００７６】
画面周辺の縦目についても同様である。焦点検出ラインＬ１３，Ｌ１５の光束は、レンズ部１４−４Ａにより受光部Ｌ１３Ａ，Ｌ１５Ａ上に再結像され、レンズ部１４−４Ｂにより受光部Ｌ１３Ｂ，Ｌ１５Ｂ上に再結像される。焦点検出ラインＬ１４，Ｌ１６の光束は、レンズ部１４−５Ａにより受光部Ｌ１４Ａ，Ｌ１６Ａ上に再結像され、レンズ部１４−５Ｂにより受光部Ｌ１４Ｂ，Ｌ１６Ｂ上に再結像される。
【００７７】
焦点検出ラインＬ１７の光束は、レンズ部１４−６Ａにより受光部Ｌ１７Ａ上に再結像され、またレンズ部１４−６Ｂにより受光部Ｌ１７Ｂ上に再結像される。
【００７８】
焦点検出ラインＬ１８の光束は、レンズ部１４−７Ａにより受光部Ｌ１８Ａ上に再結像され、レンズ部１４−７Ｂにより受光部Ｌ１８Ｂ上に再結像される。
【００７９】
焦点検出センサ１７の各受光部は画素列で構成されており、各対の受光部の出力信号波形の間には、焦点検出ライン上に撮像光学系１によって形成された物体像の結像状態に応じて、相対的に横シフトした状態が観測される。前ピン、後ピンでは出力信号波形のシフト方向が逆になり、相関演算などの手法を用いてこの位相差（シフト量）を、方向を含めて検出するのが焦点検出の原理である。
【００８０】
図７Ａと図７Ｂは焦点検出センサ１７の出力信号波形を表す図である。横軸は画素の並びを、縦軸は出力値を表している。図７Ａは物体像にピントが合っていない状態での出力信号波形、図７Ｂは物体像にピントが合った状態での出力信号波形である。相関演算を用いた公知の手法、例えば特公平５−８８４４５号公報に開示されている手法を用いて位相差を検出することにより、デフォーカス方向の情報を含むデフォーカス量を求めることができる。得られた焦点検出結果（焦点調節情報）としてのデフォーカス量を撮像光学系１のフォーカスレンズを駆動すべき量（および方向）に換算すれば、自動焦点調節が可能である。この位相差検出方式によれば、フォーカスレンズを駆動すべき量と方向がフォーカスレンズを駆動する前に分かるので、通常、合焦位置までのレンズ駆動は１回で済み、極めて高速な焦点調節が可能である。
【００８１】
図４、図５および図６で説明したように、画面中央には、縦目（Ｌ１，Ｌ２）と、横目（Ｌ３，Ｌ４）と、Ｆ２．８目（Ｌ１９）による３つの焦点検出結果を得ることができる。しかし、画面中央という同一視野領域に存在するこれら３つの検出結果からどのように最終の検出結果、すなわち実際に焦点調節に使用する焦点検出結果を導くかが非常に重要になる。導き方が悪いと、検出精度を向上させるどころか、検出バラツキを増大させてしまうおそれがある。
【００８２】
このため、本実施例の焦点検出装置２０では、焦点検出ラインごとに、１）一対の被写体像の一致度、２）被写体像のエッジの数、３）被写体像のシャープネス、および４）被写体像の明暗比をパラメータとした評価値であるＳレベル（ＳＥＬＥＣＴ ＬＥＶＥＬ）を算出する。そして、焦点検出ラインごとの該Ｓレベルの値に基づいて、画面中央においては、縦目（Ｌ１，Ｌ２）、横目（Ｌ３，Ｌ４）およびＦ２．８目（Ｌ１９）のうち、最終検出結果とすべき焦点検出結果を得る焦点検出ラインを決定する。なお、焦点検出ラインを決定することは、焦点検出センサ１７上での一対の受光部を決定すること、および最終的に焦点調節に用いる焦点検出結果を決定するという意味でもある。これにより、上記４つの要素（パラメータ）を考慮した焦点検出ラインの選択が可能になるため、焦点検出バラツキの少ない適切な焦点検出ラインを選ぶことができる。以下の説明において、最終検出結果とすべき焦点検出結果を得る焦点検出ラインを、特定焦点検出ライン（特定焦点検出視野）という。
【００８３】
まず、１）一対の被写体像の一致度について、図８を用いて説明する。一対の被写体像を、図６で説明した焦点検出センサ１７の一対の受光部で光電変換すると、一対の像信号が得られる。この一対の像信号を、以下、Ａ像およびＢ像という。ここでは、図８に示すようなＡ像、Ｂ像が得られたとする。図８では、一致度の説明を分かりやすくするため、Ａ像、Ｂ像のどちらかにゴースト光等が入射し、２像が同じ波形にならなかった場合を示している。Ａ像、Ｂ像は形状が異なるため、合焦状態でも一致しない部分が生じる。この一致しない部分の面積を、一致度として定義する。
【００８４】
受光部を構成する画素列の数をＮ、合焦時のＡ像、Ｂ像のｉ番目の画素の出力をａ［ｉ］，ｂ［ｉ］すると、一致度Ｕは下記のように表せる。
【００８５】
【数１】
0004773767.tif 000002
【００８６】
図８および式（１）に示すように、Ａ像とＢ像の画素出力差（一対の物体像の差分）の絶対値の和を一致度Ｕと定義することで、Ａ像とＢ像の一致度合いを的確に表現することができる。Ａ像とＢ像の一致度が低い場合には一致度Ｕは大きくなり、Ａ像とＢ像の一致度が高い場合には、一致度Ｕは小さくなる。
【００８７】
このように定義された一致度Ｕを考慮して特定焦点検出ラインを決定することで、ＡＢ像の一致度が良好で信頼性の高い焦点検出ラインを選びやすくすることが可能となる。また、ゴースト光の入射などでＡＢ像が異なり、信頼性の低い焦点検出ラインを選びにくくすることが可能となる。これにより、焦点検出精度の向上を図ることができる。
【００８８】
次に、２）被写体像のエッジの数について、図９Ａおよび図９Ｂを用いて説明する。本実施例の焦点検出装置２０では、エッジの数を示すパラメータとして、相関演算において算出される相関変化量を用いる。図９Ａは、合焦状態のＡ像、Ｂ像である。これに対し図９Ｂは、Ａ像、Ｂ像の相対位置関係を、合焦状態から１画素ずらした（所定の画素数分シフトさせた）場合のＡ像、Ｂ像である。それぞれの状態における相関量を算出し、その変化量を計算ことで、相関変化量を求める。図９Ａの相関量をＶ１、図９Ｂの相関量をＶ２、相関変化量をΔＶとすると、それぞれ下記の通り求まる。
【００８９】
【数２】
0004773767.tif 000003
【００９０】
相関変化量ΔＶは、合焦状態から１画素分ずれて、Ａ像とＢ像のエッジが一致した状態からずれた状態に移行したことにより生じる一致しない部分の面積である。このため、Ａ像とＢ像のエッジの数が増えると、ずれたことにより生じる一致しない部分の面積も増える。このことから相関変化量ΔＶはエッジの数を表すパラメータとして適切であることが分かる。なお、ずらし量は、１画素より多くてもよい。
【００９１】
相関演算では、相関変化量がゼロになるシフト量を算出し、撮影光学系１のデフォーカス量を検出する。そのため相関変化量が大きい程、シフト量の算出の誤差が小さくなり、検出バラツキを抑えられる。このことからも、最終結果に選ぶラインを決定する際に、相関変化量ΔＶを用いるというのは理に適っている。
【００９２】
このように定義された相関変化量ΔＶを考慮して特定焦点検出ラインを決定することで、エッジの数が多くて情報量が多く、より信頼性の高い被写体に対応した焦点検出ラインを選びやすくすることができる。これにより、焦点検出精度の向上を図ることができる。
【００９３】
次に、３）被写体像のシャープネスについて、図１０を用いて説明する。本実施例でいうシャープネスとは、Ａ像、Ｂ像（信号値）があるボトム値からピーク値に変化するときに、急峻に値が変わるか、徐々に値が変わっていくかを表している。本実施例では、シャープネスをＡ像、Ｂ像から得られる１次コントラスト評価値Ｃ１と２次コントラスト評価値Ｃ２の比とする。１次コントラスト評価値とは、ＡＢ像における隣接画素の出力差の絶対値の和を、２次コントラスト評価値とはＡＢ像における隣接画素の出力差の二乗和とする。焦点検出センサ１７の受光部を構成する画素列の数をＮ、合焦時のＡ像、Ｂ像のｉ番目の画素出力をａ［ｉ］，ｂ［ｉ］すると、一次コントラスト評価値Ｃ１、二次コントラスト評価値Ｃ２は下記のように表せる。
【００９４】
【数３】
0004773767.tif 000004
【００９５】
一次コントラスト評価値Ｃ１は、隣接画素出力差の絶対和であるため、波形のエッジ部分から得られる一次コントラスト評価値Ｃ１は、エッジ部の階調変化が急峻であってもなだらかであっても、エッジ部のピーク値とボトム値が同じであれば同じとなる。例えば、半分が白、半分が黒、境界線で白と黒が接しているような被写体から得られる一次コントラスト評価値Ｃ１と、一方端が白、他方端が黒、白端から黒端にかけてなだらかに色味が変化するような被写体から得られる１次コントラスト評価値Ｃ１とは同じである。
【００９６】
一方、二次コントラスト評価値Ｃ２は、隣接画素出力差の二乗和であるため、階調変化が急峻なエッジ部から得られるものは、階調変化がなだらかなエッジ部から得られるものよりも大きくなる。これは式（６）からも明らかである。このため、二次コントラスト評価値Ｃ２に基づいてエッジ部の階調変化の大きさを推定することは適切である。
【００９７】
被写体像のシャープネスをＳＨとすると、シャープネスＳＨは、一次コントラスト評価値Ｃ１、二次コントラスト評価値Ｃ２の比として下記のように表せる。
【００９８】
【数４】
0004773767.tif 000005
【００９９】
ここで、二次コントラスト評価値Ｃ２でシャープネスＳＨを表現せず、一次コントラスト評価値Ｃ１で割った値とするのは、エッジの数の影響を排除するためである。例えば、半分が白、半分が黒、境界線で白と黒が接しているような被写体から得られる二次コントラスト評価値をＣ２＿１、両端が黒、中央が白、白と黒が２つの境界線で接しているような被写体から得られる二次コントラスト評価値をＣ２＿２とする。シャープネスとは、ＡＢ像があるボトム値からピーク値に変化するときに、急峻に値が変わるか、徐々に値が変わっていくかを表しているものであるため、エッジの数が１本であろうと２本であろうと、同じ値になるべきである。今、エッジチャートの二次コントラスト評価値Ｃ２＿１と１本バーチャートの二次コントラスト評価値Ｃ２＿２との間には以下の関係が成り立つ。
【０１００】
【数５】
0004773767.tif 000006
【０１０１】
式（８）に示すように、二次コントラスト評価値Ｃ２は、エッジの数が増えると、その分だけ増えてしまう。そのため、二次コントラスト評価値Ｃ２だけでシャープネスを表現するのは不適切である。そこでエッジの数の影響をなくすため、一次コントラスト評価値Ｃ１で割って正規化する。半分が白、半分が黒、境界線で白と黒が接しているような被写体から得られる一次コントラスト評価値をＣ１＿１、両端が黒、中央が白で白と黒が２つの境界線で接しているような被写体から得られる一次コントラスト評価値をＣ１＿２とすると、以下の関係が成り立つ。
【０１０２】
【数６】
0004773767.tif 000007
【０１０３】
また、半分が白、半分が黒で境界線で白と黒が接しているような被写体から得られるシャープネスをＳＨ＿１、両端が黒、中央が白、白と黒が２つの境界線で接しているような被写体から得られるシャープネスをＳＨ＿２とすると、以下の通り表せる。
【０１０４】
【数７】
0004773767.tif 000008
【０１０５】
式（１１）に式（８）、式（９）を代入すると、ＳＨ＿２は以下の通り表せる。
【０１０６】
【数８】
0004773767.tif 000009
【０１０７】
式（１２）から、半分が白、半分が黒で境界線で白と黒が接しているような被写体から得られるシャープネスＳＨ＿１と、両端が黒、中央が白で白と黒が２つの境界線で接しているような被写体から得られるシャープネスＳＨ＿２は、同じであることがわかる。同様に考えることで、エッジの数がいくつ増えても、シャープネスＳＨの値は変わらないことが分かる。
【０１０８】
以上のことから、１次コントラスト評価値と２次コントラスト評価値の比をシャープネスとすることで、被写体像のシャープネスを的確に表現することができる。そして、シャープネスを考慮して特定焦点検出ラインを決定することで、バラツキの多いなだらかに色味が変化するような被写体などに対応する焦点検出ラインを選びにくくすることが可能となる。これにより、焦点検出精度の向上を図ることができる。
【０１０９】
次に、４）被写体像の明暗比について、図１１を用いて説明する。本実施例にいう明暗比とは、被写体像の濃淡がはっきりしているかどうかを表すパラメータである。具体的には、被写体像（信号値）のボトム値からピーク値までの高さが、センサ出力のダーク値からピーク値までの高さに比べてどれだけの大きさになっているかを表している。
【０１１０】
合焦状態でのＡ像のダーク値、ボトム値、ピーク値をそれぞれ、ＤＡＲＫ＿Ａ，ＢＯＴＴＯＭ＿Ａ，ＰＥＡＫ＿Ａとし、Ｂ像のダーク値、ボトム値、ピーク値をＤＡＲＫ＿Ｂ，ＢＯＴＴＯＭ＿Ｂ，ＰＥＡＫ＿Ｂとする。この場合、Ａ像から得られる明暗比ＰＢＤ＿Ａと、Ｂ像から得られる明暗比ＰＢＤ＿Ｂは下記の通りに表せる。
【０１１１】
【数９】
0004773767.tif 000010
【０１１２】
上記のようにＡ像、Ｂ像それぞれから得られた明暗比のうち、大きい方を明暗比ＰＢＤとして定義する。
【０１１３】
【数１０】
0004773767.tif 000011
【０１１４】
式（１５）に示した明暗比ＰＢＤにより、被写体像のボトム値からピーク値までの高さが、センサ出力のダーク値からピーク値までの高さに比べて、どれだけの大きさになっているかを表現することができる。図１１と式（１５）から分かるように、明暗比ＰＢＤは０以上１以下の数字となる。明暗比ＰＢＤが１に近い場合は、被写体像のボトム値からピーク値までの高さとセンサ出力のダーク値からピーク値までの高さがほぼ同じであることを意味する。この場合は、濃淡のはっきりした被写体像であると判定する。
【０１１５】
逆に、明暗比が０に近い場合は、ボトム値からピーク値までの高さがダーク値からピーク値までの高さに比べて非常に小さいことを意味する。この場合は、濃淡がはっきりしない被写体であると判定する。
【０１１６】
以上のように、被写体像のダーク値、ボトム値、ピーク値に基づいて算出した明暗比ＰＢＤを用いることで、被写体像が濃淡のはっきりしたものであるかどうかを的確に判定できる。この明暗比ＰＢＤを考慮して特定焦点検出ラインを決定することで、バラツキの多い濃淡のはっきりしない被写体に対応した焦点検出ラインを選びにくくすることが可能となる。これにより、焦点検出精度の向上を図ることができる。
【０１１７】
本実施例の焦点検出装置では、以上のような４つのパラメータに基づいて、特定焦点検出ラインを選択するためのＳレベルを算出する。ここで、１）一致度Ｕは、値が小さいほど信頼性が高い。２）相関変化量ΔＶは、値が大きいほど信頼性が高い。３）シャープネスＳＨは、値が大きいほど信頼性が高い。４）明暗比ＰＢＤは、値が大きいほど信頼性が高い。そこで、Ｓレベルを下記のように定義する。
【０１１８】
【数１１】
0004773767.tif 000012
【０１１９】
ここで、一致度Ｕを分子とし、相関変化量ΔＶとシャープネスＳＨと明暗比ＰＢＤの積を分母とすることで、各パラメータから信頼性が高いと判定されると、Ｓレベルが小さくなるように定義している。このように定義したＳレベルを各焦点検出ラインについて算出し、このＳレベルが最も小さい焦点検出ラインを特定焦点検出ラインとし、そこでの焦点検出結果を最終結果として選ぶ。
【０１２０】
縦目（Ｌ１，Ｌ２）、横目（Ｌ３，Ｌ４）のように２ラインで構成される焦点検出ラインについては、２ラインの平均をとったり、大きい方もしくは小さい方のどちらかを採用したりすることで、Ｓレベルを確定する。一致度、エッジ数、シャープネスおよび明暗比の全てを考慮して特定焦点検出ラインを選択することができるため、信頼性が高く、バラツキの小さい焦点検出ラインを特定焦点検出ラインとして選択することが可能となる。このようなＳレベルに基づいて特定焦点検出ラインを選択することで、焦点検出精度の向上を図ることができる。
【０１２１】
次に、Ｓレベルに基づいてライン選択することで、従来に比べてどれだけ焦点検出バラツキが小さくなったかを、図１４〜１７を用いて説明する。
【０１２２】
図１４は、シャープネスＳＨだけを考慮して焦点検出ラインを選択した場合に、どれくらいの焦点検出バラツキが生じるかを示したグラフである。横軸は複数回焦点検出を行った場合のバラツキを示す３σ、縦軸は各種被写体を焦点検出した場合のシャープネスＳＨの値を示す。ここでは９種類の被写体について焦点検出を行い、バラツキ３σとシャープネスＳＨとの関係をプロットした。同じ被写体についてプロットが複数個存在するのは、輝度を変えてデータを複数個取ったためである。
【０１２３】
ここで、９種類の被写体について説明する。「白黒Ｅ１」の「白黒」とは、被写体に白い部分と黒い部分があるという意味であり、「Ｅ１」とは、白い部分と黒い部分が１つのエッジを境界線として接しているという意味である。つまり「白黒Ｅ１」とは、白部と黒部が１つの境界線で接しているような被写体であるという意味である。
【０１２４】
「白黒Ｅ２」の「白黒」とは、被写体には白い部分と黒い部分があるという意味であり、「Ｅ２」とは、白い部分と黒い部分が２つのエッジを境界線として接しているという意味である。つまり「白黒Ｅ２」とは、白部と黒部が２つの境界線で接しているような被写体であるという意味である。
【０１２５】
「白黒Ｅ２＿２」は、同様に、白部と黒部が２つの境界線で接しているような被写体であるが、模様が「白黒Ｅ２」とは異なるため別名をつけている。
【０１２６】
「白黒Ｅ４」の「白黒」とは、被写体には白い部分と黒い部分があるという意味であり、「Ｅ４」とは、白い部分と黒い部分が２つのエッジを境界線として接しているという意味である。つまり「白黒Ｅ４」とは、白部と黒部が２つの境界線で接しているような被写体であるという意味である。
【０１２７】
「白黒Ｅ０」の「白黒」とは、被写体には白い部分と黒い部分があるという意味であり、「Ｅ０」とは、白い部分と黒い部分の境界部はエッジではなく、白部から黒部にかけてなだらかに変化しているという意味である。つまり「白黒Ｅ０」とは、白部から黒部にかけてなだらかに変化している被写体であるという意味である。
【０１２８】
「白灰色Ｅ１」の「白灰色」とは、被写体には白い部分と灰色部分があるという意味であり、「Ｅ１」とは、白い部分と灰色部分が１つのエッジを境界線として接しているという意味である。つまり「白灰色Ｅ１」とは、白部と灰色部が１つの境界線で接しているような被写体であるという意味である。
【０１２９】
「白灰色Ｅ１＿２」は、同様に、白部と灰色部が１つの境界線で接しているような被写体であるが、模様が「白灰色Ｅ１」とは異なるため別名をつけている。
【０１３０】
「白灰色Ｅ２」の「白灰色」とは、被写体には白い部分と灰色部分があるという意味であり、「Ｅ２」とは、白い部分と灰色部分が２つのエッジを境界線として接しているという意味である。つまり、「白灰色Ｅ２」とは、白部と灰色部が２つの境界線で接しているような被写体であるという意味である。
【０１３１】
「黒に線傷」とは、全面黒の上に、細かい線傷が多数ついた被写体である。基本的には一様に黒色であるが、線傷の反射で低コントラストの細かい模様がついている。
【０１３２】
横軸をバラツキ３σ、縦軸をあるパラメータとしてデータをプロットした際に、あるパラメータがバラツキ３σを推定するのに適切なものであるならば、そのパラメータとバラツキ３σとは正の相関関係を有する。このため、プロットデータは右肩上がりの一直線上に分布する。このようなパラメータが探し出せれば、そのパラメータが小さい焦点検出ラインを特定焦点検出ラインとして選ぶことにより、バラツキ３σの小さい方を選ぶことが可能となる。
【０１３３】
図１４を見てみると、大まかには右肩上がりの分布になっているものの、その広がりはかなり大きい。被写体ごとの傾向を見てみると、「白黒Ｅ１」、「白灰色Ｅ１」、「白灰色Ｅ１＿２」などエッジを１箇所しか有さない被写体は、シャープネスＳＨが比較的小さい値となるが、バラツキ３σが大きい。これは、シャープネスＳＨというパラメータが、エッジ数に影響されないためである。エッジ数が多い方が相関演算する際の情報量が多いため、バラツキも小さくなるにもかかわらず、シャープネスＳＨはそのことを考慮してない。そのため、「白黒Ｅ２」や「白黒Ｅ４」の方がバラツキ３σが小さいにもかかわらず、バラツキ３σの大きい「白黒Ｅ１」、「白灰色Ｅ１」、「白灰色Ｅ１＿２」などエッジを１箇所しか有さない被写体が選ばれやすくなる。図１４の結果から、シャープネスＳＨを考慮しただけでは、焦点検出結果バラツキ３σの小さい焦点検出ラインを選択することはできないことが分かる。
【０１３４】
図１５は、明暗比ＰＢＤだけを考慮してライン選択した場合に、どれくらいの焦点検出バラツキが生じるかを示したグラフである。図１４と同様に、横軸は複数回焦点検出した場合のバラツキ３σを、縦軸は各種被写体を焦点検出した場合の明暗比ＰＢＤの値を示す。
【０１３５】
図１５から分かるように、明暗比は、「白灰色Ｅ１」、「白灰色Ｅ１＿２」「白灰色Ｅ２」、「黒に線傷」のように、黒い部分と白い部分の両方を有さない被写体に対して１より小さい値を取るだけで、黒い部分と白い部分の両方を有する被写体に対しては全てほぼ１になる。これは、明暗比というパラメータは、黒い部分と白い部分のセンサ出力値の差がダーク値と白い部分のセンサ出力値との差と比べて、どれくらいの大きさであるかというのを表しているだけだからである。このため、黒い部分と白い部分を有する被写体であれば、明暗比が全てほぼ１になるのは当然である。このことから、明暗比ＰＢＤと焦点検出バラツキ３σとは全く相関関係がなく、明暗比ＰＢＤのみから焦点検出バラツキ３σを推定することは難しい。
【０１３６】
図１６は、一致度Ｕと相関変化量ΔＶだけを考慮して焦点検出ラインを選択した場合に、どれくらい焦点検出バラツキが生じるかを示したグラフである。図１４と同様に、横軸は複数回焦点検出した場合のバラツキ３σを、縦軸は各種被写体を焦点検出した場合の一致度Ｕ／相関変化量ΔＶの値を示す。
【０１３７】
図１６から分かるように、大まかには右肩上がりの分布になっているものの、その広がりはかなり大きい。被写体ごとの傾向を見てみると、「白黒Ｅ０」や「黒に線傷」は、一致度Ｕ／相関変化量ΔＶの値が比較的小さいにもかかわらず、焦点検出バラツキ３σは大きい。「白黒Ｅ０」の一致度Ｕ／相関変化量ΔＶの値が小さいのは、図１２に示すように、位置関係によっては非常に一致度が高くなってしまい、パラメータとしての一致度Ｕの値が非常に小さくなってしまうためである。
【０１３８】
また、「黒に線傷」の一致度Ｕ／相関変化量ΔＶが小さいのは、焦点検出センサ１７に搭載されたピーク・ボトム処理機能の影響である。ピーク・ボトム処理機能とは、被写体像（像信号）のボトム値がセンサ出力の最小値になるように、ピーク値がセンサ出力の最高値になるように被写体像を引き伸ばし、明暗度の低い被写体でもセンサ出力の階調をフルに使用する機能である。これにより、明暗度の低い被写体の階調を上げることができる。「黒に線傷」は、黒地に細かい線傷が多数存在するため、明暗度は非常に低い。このような明暗度が非常に低い被写体は、ピーク・ボトム処理で引き伸ばしたとしても、ほとんど階調のないものを無理矢理に引き伸ばしているだけなので、非常に焦点検出バラツキが大きい。
【０１３９】
さらに、多数の細かい線傷は、高周波数成分からなる像信号であるが、そもそも画素開口から決まるナイキスト周波数以上の高周波数成分はセンサによって検出できないため、折り返し成分となって検出誤差の原因となる。それにもかかわらず、「黒に線傷」は、無数の線傷がピーク・ボトム処理により引き伸ばされ、図１３に示すように、明暗のくっきりしたエッジが沢山存在するような波形になってしまう。すると、相関変化量ΔＶが非常に大きな値となり、結果として一致度Ｕ／相関変化量ΔＶが非常に小さくなってしまう。
【０１４０】
このように汚れた「黒に線傷」は、ピーク・ボトム処理とナイキスト周波数以上の高周波数成分の影響により、一致度Ｕ／相関変化量ΔＶが小さいにもかかわらず、焦点検出バラツキ３σが大きくなってしまう。
【０１４１】
以上のような理由から、一致度Ｕ／相関変化量ΔＶは、焦点検出バラツキの大きい「白黒Ｅ０」や「黒に線傷」のときに値が小さくなってしまう。図１６の結果から、一致度Ｕ／相関変化量ΔＶを考慮しただけでは、焦点検出結果バラツキ３σの小さい焦点検出ラインを選択することは難しいことが分かる。
【０１４２】
そこで、図１７を用いて、本実施例のＳレベルに従ってライン選択を行えば、焦点検出バラツキが抑えられることを説明する。図１７の横軸は複数回焦点検出した場合のバラツキ３σ、縦軸は各種被写体を焦点検出した場合のＳレベルの値を示す。
【０１４３】
図１７の結果から分かるように、Ｓレベルに従って焦点検出ラインの選択を行えば、焦点検出バラツキ３σとＳレベルとの間には正の相関関係が成り立ち、プロットデータは右肩上がりの一直線上に分布している。前述したシャープネスＳＨおよび明暗比ＰＢＤを単独で焦点検出ラインの選択パラメータとした場合と一致度Ｕ／相関変化量ΔＶを焦点検出ラインの選択パラメータとした場合に比べて、分布の広がりもかなり小さくなっている。つまり、本実施例のＳレベルが小さい方の焦点検出ラインを特定焦点検出ライン（最終検出結果）として選ぶことにより、焦点検出バラツキ３σの小さい焦点検出ラインを選ぶことが可能となる。
【０１４４】
本実施例の焦点検出装置２０では、図４、図５および図６の説明で述べたように、同一視野領域である画面中央には、縦目（Ｌ１，Ｌ２）、横目（Ｌ３，Ｌ４）およびＦ２．８目（Ｌ１９）の３つの焦点検出ラインが存在する。そして、該３つの焦点検出ライン（言い換えれば、３つの焦点検出結果）のそれぞれについて、一致度Ｕ、エッジ数（相関変化量ΔＶ）、シャープネスＳＨおよび明暗比ＰＢＤのすべてをパラメータとしたＳレベル（ＳＥＬＥＣＴ ＬＥＶＥＬ）を算出する。さらに、該３つの焦点検出ライン（焦点検出結果）のうち、このＳレベルの値が最も小さいものを特定焦点検出ライン（最終検出結果）として選択する。これにより、焦点検出バラツキの少ない適切な焦点検出ラインを選択することが可能となる。
【０１４５】
以上説明したように、本実施例によれば、一致度Ｕ、エッジ数（相関変化量ΔＶ）、シャープネスＳＨおよび明暗比ＰＢＤのすべてをパラメータとしたＳレベルに基づいて特定焦点検出ラインを決定することにより、被写体の略同一部位に対する複数の焦点検出結果から精度の高い適切な結果を選択することができ、焦点検出精度の向上を図ることができる。
【０１４６】
以下、本実施例の焦点検出装置２０における演算回路４０での焦点検出動作および焦点調節と動作の流れの概要を、図２０に示したフローチャートを用いて簡単に説明する。この動作は、演算回路４０内又はその外部に設けられたメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。
【０１４７】
カメラのメイン撮影フロー（図示せず）において、カメラのレリーズスイッチの第１ストローク操作（いわゆる半押し操作）を検出すると、演算回路４０は、焦点検出装置２０を動作させる（ＳＴＡＲＴ）。
【０１４８】
ステップ（図では、「Ｓ」と略す）２０１では、画面内に設けられた２１の焦点検出ラインの中から、撮影者のマニュアル操作（若しくは視線検出結果）を受けて、又は所定のアルゴリズムに従って焦点検出ラインを指定する。
【０１４９】
次にステップ２０１では、指定された焦点検出ラインが画面中央に含まれる焦点検出ライン（Ｌ１〜Ｌ４およびＬ１９）か否かを判別する。画面中央の焦点検出ラインでなければ、ステップ２０３に進み、該指定された焦点検出ラインに対応するセンサ１７上の一対の受光部からの光電変換信号に基づいて、焦点検出結果（デフォーカス量）を算出する。そして、ステップ２０７に進む。一方、指定された焦点検出ラインが画面中央の焦点検出ラインであれば、ステップ２０４に進む。
【０１５０】
ステップ２０４では、画面中央に含まれる各焦点検出ラインに対応するセンサ１７上の各対の受光部からの光電変換信号に基づいて、該各焦点検出ラインでの焦点検出結果（デフォーカス量）を算出する。
【０１５１】
次に、ステップ２０５では、画面中央に含まれる各焦点検出ラインに対応するセンサ１７上の各対の受光部からの光電変換信号に基づいて、一致度Ｕ、エッジ数（相関変化量ΔＶ）、シャープネスＳＨおよび明暗比ＰＢＤを算出する。さらにこれら４つのパラメータの値からＳレベルを算出する。
【０１５２】
次にステップ２０６では、各焦点検出ラインのＳレベル値のうち最も小さい値に対応する焦点検出ラインを特定焦点検出ラインとして決定（選択）する。
【０１５３】
そして、ステップ２０７では、特定焦点検出ラインでのデフォーカス量から合焦状態を得るために必要なフォーカスレンズの駆動量（駆動方向を含む）を算出する。具体的には、フォーカスレンズを駆動するアクチュエータ（例えば、振動型モータ）の駆動パルス数を算出する。
【０１５４】
次に、ステップ２０８では、該算出された駆動量分、フォーカスレンズを駆動する。これにより、通常の場合は合焦状態を得ることができる。この後、所定の合焦判定を行い、合焦が得られていればカメラのメイン撮影フローに戻って、撮影動作を開始させるためのレリーズスイッチの第２ストローク操作（いわゆる全押し操作）を待つ。合焦が得られていなければ、ステップ２０２に戻り、焦点検出および焦点調節動作を繰り返す。
【０１５５】
なお、ここでは、まず画面中央の３つの焦点検出ラインでの焦点検出結果を算出し、次に特定焦点検出ラインを決定（Ｓレベル値の算出および比較）し、上記３つの焦点検出結果の中から決定された特定焦点検出ラインでの焦点検出情報を最終検出結果として選択するようにした。しかし、本発明においては、他の手順で特定焦点検出ラインを決定してもよい。例えば、まず画面中央の３つの焦点検出ライン中から特定焦点検出ラインを決定し、その後、決定された特定焦点検出ラインに対して焦点検出結果を求めるようにしてもよい。
【実施例２】
【０１５６】
実施例１では、一致度Ｕ、エッジ数（相関変化量ΔＶ）、シャープネスＳＨおよび明暗比ＰＢＤの４つのパラメータを考慮して複数の焦点検出ライン（焦点検出結果）から特定焦点検出ライン（最終検出結果）を導いた。本実施例では、一致度Ｕ、エッジ数（ΔＶ）およびシャープネスＳＨの３つのみを考慮して、複数の焦点検出ライン（焦点検出結果）から特定焦点検出ライン（最終検出結果）を導く。
【０１５７】
本実施例の焦点検出装置の構成は、実施例１と同じである。図４、図５および図６の説明で述べたように、画面中央では、縦目（Ｌ１，Ｌ２）、横目（Ｌ３，Ｌ４）およびＦ２．８目（Ｌ１９）から３つの焦点検出結果が得られる。本実施例では、一対の被写体像から得られる一致度Ｕ、エッジ数（ΔＶ）およびシャープネスＳＨをパラメータとしたＳレベル（ＳＥＬＥＣＴ  ＬＥＶＥＬ）＿２の値に基づいて特定焦点検出ライン（最終検出結果）を決定する。このように、上記３つの要素（パラメータ）を考慮した特定焦点検出ラインの選択を行うことで、焦点検出バラツキの少ない適切な焦点検出ラインを選ぶことができる。一致度Ｕ、エッジ数（ΔＶ）およびシャープネスＳＨは、実施例１で述べた通りである。
【０１５８】
本実施例では、一致度Ｕ、エッジ数（ΔＶ）、シャープネスＳＨの３つのパラメータに基づいてＳレベル＿２を算出する。１）一致度Ｕは、値が小さいほど信頼性が高い。２）相関変化量ΔＶは、値が大きいほど信頼性が高い。３）シャープネスＳＨは、値が大きいほど信頼性が高い。そこで、Ｓレベルを下記のように定義する。
【０１５９】
【数１２】
0004773767.tif 000013
【０１６０】
上記式（１７）において、一致度Ｕを分子に、相関変化量ΔＶとシャープネスＳＨの積を分母とすることで、各パラメータから信頼性が高いと判定されると、Ｓレベル＿２の値が小さくなるように定義している。このように定義したＳレベル＿２を各焦点検出ラインについて算出し、このＳレベル＿２の値が最も小さい焦点検出ライン（特定焦点検出ライン）の焦点検出結果を最終検出結果として選ぶ。
【０１６１】
このようして算出したＳレベル＿２に基づいて特定焦点検出ラインを選択することで、従来に比べてどれだけ焦点検出バラツキが小さくなったかを、図１８を用いて説明する。図１８において、横軸は複数回焦点検出した場合のバラツキ３σを、縦軸は各種被写体を焦点検出した場合のＳレベル＿２の値を示す。
【０１６２】
図１８から分かるように、Ｓレベル＿２に従って焦点検出ラインの選択を行えば、焦点検出バラツキ３σとＳレベル＿２との間には正の相関関係が成り立っており、プロットデータは右肩上がりの一直線上に分布している。そして、その分布の広がりも、図１４〜図１６に示した例に比べて、かなり小さい。つまり、本実施例のＳレベル＿２が最も小さい焦点検出ラインを特定焦点検出ライン（最終検出結果）として選ぶことにより、焦点検出バラツキ３σも小さい焦点検出ラインを選ぶことが可能となる。
【０１６３】
したがって、本実施例によれば、被写体の略同一部位に対する複数の焦点検出結果から精度の高い適切な結果を選択することができ、焦点検出精度の向上を図ることができる。
【実施例３】
【０１６４】
本実施例では、実施例１，２とさらに異なり、一致度Ｕ、エッジ数（相関変化量ΔＶ）および明暗比ＰＢＤの３つのパラメータのみを考慮して、複数の焦点検出ライン（焦点検出結果）から特定焦点検出ライン（最終検出結果）を導く。
【０１６５】
本実施例の焦点検出装置の構成は、実施例１と同じである。図４、図５および図６の説明で述べたように、画面中央では、縦目（Ｌ１，Ｌ２）、横目（Ｌ３，Ｌ４）およびＦ２．８目（Ｌ１９）から３つの焦点検出結果が得られる。本実施例では、一対の被写体像から得られる一致度Ｕ、エッジ数（相関変化量ΔＶ）および明暗比ＰＢＤをパラメータとしたＳレベル（ＳＥＬＥＣＴ  ＬＥＶＥＬ）＿３の値に基づいて特定焦点検出ライン（最終検出結果）を決定する。このように、上記３つの要素（パラメータ）を考慮した特定焦点検出ラインの選択を行うことで、焦点検出バラツキの少ない適切な焦点検出ラインを選ぶことができる。一致度Ｕ、エッジ数（ΔＶ）および明暗比ＰＢＤは、実施例１で述べた通りである。
【０１６６】
本実施例では、一致度Ｕ、エッジ数（相関変化量ΔＶ）および明暗比ＰＢＤの３つのパラメータに基づいてＳレベル＿３を算出する。１）一致度Ｕは、値が小さいほど信頼性が高い。２）相関変化量ΔＶは、値が大きいほど信頼性が高い。４）明暗比ＰＢＤは、値が大きいほど信頼性が高い。そこで、Ｓレベル＿３を下記のように定義する。
【０１６７】
【数１３】
0004773767.tif 000014
【０１６８】
式（１８）において、一致度Ｕを分子に、相関変化量ΔＶと明暗比ＰＢＤの積を分母にもってくることで、各パラメータから信頼性が高いと判定されると、Ｓレベル＿３が小さくなるように定義している。このように定義したＳレベル＿３を各焦点検出ラインについて算出し、このＳレベル＿３の値が最も小さい焦点検出ライン（特定焦点検出ライン）の焦点検出結果を最終検出結果として選ぶ。
【０１６９】
このようして算出したＳレベル＿３に基づいて特定焦点検出ラインを選択することで、従来に比べてどれだけ焦点検出バラツキが小さくなったかを、図１６と図１９を用いて説明する。図１９において、横軸は複数回焦点検出した場合のバラツキ３σを、縦軸は各種被写体を焦点検出した場合のＳレベル＿３の値を示す。
【０１７０】
一致度Ｕ／相関変化量ΔＶの値を示す図１６と図１９を比べると、両者においてプロットデータは大まかには右肩上がりの分布になっている。しかし、図１６に対して図１９では、被写体像の明暗比を考慮しているため、「白灰色Ｅ１」、「白灰色Ｅ１＿２」、「白灰色Ｅ２」、「黒に傷線」のＳレベル＿３の値が大きくなっている。これにより、図１６に比べて、焦点検出バラツキの大きい「白灰色Ｅ１」、「白灰色Ｅ１＿２」、「白灰色Ｅ２」、「黒に傷線」を選びにくくすることが可能となる。
【０１７１】
つまり、本実施例のＳレベル＿３が最も小さい焦点検出ラインを特定焦点検出ライン（最終検出結果）として選ぶことにより、焦点検出バラツキ３σも小さい焦点検出ラインを選ぶことが可能となる。
【０１７２】
したがって、本実施例によれば、被写体の略同一部位に対する複数の焦点検出結果から精度の高い適切な結果を選択することができ、焦点検出精度の向上を図ることができる。
【実施例４】
【０１７３】
実施例１〜３では、画面中央の縦目（Ｌ１，Ｌ２）、横目（Ｌ３，Ｌ４）およびＦ２．８目（Ｌ１９）の３つの焦点検出ラインにおいて、Ｓレベル（ＳＥＬＥＣＴ  ＬＥＶＥＬ）を算出し、最終検出結果を選んだ。これに対して、本実施例では、図４に示した撮影範囲２４内の全ての焦点検出ラインについてＳレベル（ＳＥＬＥＣＴ  ＬＥＶＥＬ）を算出し、最終検出結果を選ぶ。
【０１７４】
本実施例の焦点検出装置の構成は、実施例１〜３と同じである。図４、図５および図６の説明で述べたように、撮影範囲２４には、合計２１個の焦点検出ラインがあり、２１個の焦点検出結果が得られる。２１個の焦点検出ラインとは、中央縦目（Ｌ１，Ｌ２）、中央横目（Ｌ３，Ｌ４）、中央Ｆ２．８目（Ｌ１９）、４つの上下横目（Ｌ５，Ｌ６，Ｌ１１，Ｌ１２）、２つの上下Ｆ２．８目（Ｌ２０，Ｌ２１）、４つの縦目（Ｌ７〜Ｌ１０）、６つの周辺縦目（Ｌ１３〜Ｌ１８）である。
【０１７５】
本実施例では、一対の被写体像から得られる一致度Ｕ、エッジ数（相関変化量ΔＶ）、シャープネスＳＨおよび明暗比ＰＢＤを考慮したＳレベル（ＳＥＬＥＣＴ  ＬＥＶＥＬ）の大きさに基づいて、２１個の焦点検出ライン（焦点検出結果）から特定焦点検出ライン（最終検出結果）を選択する。これにより、上記４つの要素（パラメータ）を考慮した特定焦点検出ラインの選択が可能になるため、焦点検出バラツキの少ない適切な焦点検出ラインを選ぶことができる。
【０１７６】
一致度Ｕ、エッジ数（ΔＶ）、シャープネスＳＨおよび明暗比ＰＢＤは、実施例１で述べた通りである。また、Ｓレベルの算出方法も実施例１のＳレベルの算出方法と同じである。このため、本実施例でのＳレベルの分布およびその効果も、実施例１で図１７を用いて説明した通りである。
【０１７７】
本実施例のＳレベルに従って焦点検出ラインの選択を行えば、焦点検出バラツキ３σとＳレベルとの間には正の相関関係が成り立っており、プロットデータは右肩上がりの一直線上に分布している。該分布の広がりも、図１４〜図１６に示した例に比べて、かなり小さくなっている。つまり、Ｓレベルが最も小さい焦点検出ラインを特定焦点検出ラインとして選ぶことにより、焦点検出バラツキ３σが小さい焦点検出ラインを選ぶことが可能となる。この結果、画面全体に存在する複数の焦点検出ラインから精度の高い適切な焦点検出結果が得られる焦点検出ラインを選択することができ、焦点検出精度の向上を図ることができる。
【０１７８】
なお、本実施例での演算回路４０の動作は、図２０に示したフローチャートのうち、ステップ２０１〜２０３を削除し、ステップ２０４，２０５にて、２１個のすべての焦点検出ラインでの焦点検出結果とＳレベル値の算出とを行えばよい。そして、ステップ２０６にて、２１個の焦点検出ラインから最もＳレベル値が小さい焦点検出ラインを特定焦点検出ラインとして選択すればよい。
【０１７９】
また、このように特定焦点検出ラインの選択対象を全焦点検出ラインとした場合でも、実施例２，３にて説明したように３つのパラメータのみを用いてＳレベルを算出し、該Ｓレベルを用いて特定焦点検出ラインを選択するようにしてもよい。
【０１８０】
また、上記各実施例で説明した一致度Ｕ、エッジ数（ΔＶ）、シャープネスＳＨおよび明暗比ＰＢＤの算出方法は例にすぎず、各パラメータと同じ意味を持った他の算出方法により得られた値を用いてもよい。また、Ｓレベルについても、実施例で説明した算出方法は例にすぎず、他の算出方法を用いて算出してもよい。
【０１８１】
さらに、上記各実施例では、一眼レフデジタルカメラについて説明したが、本発明は、レンズ一体型のカメラや交換レンズ等の他の光学機器に焦点検出装置を搭載する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８２】
【図１】本発明の実施例１である焦点検出装置を搭載したカメラの断面図。
【図２】実施例１の焦点検出装置の分解斜視図。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図。
【図４】実施例１の焦点検出装置における焦点検出視野のレイアウトを示す図。
【図５】実施例１の焦点検出装置における再結像レンズのレンズ配置を示す図。
【図６】実施例１の焦点検出装置における焦点検出センサ上での受光部配置を示す図。
【図７Ａ】実施例１の焦点検出センサからの出力信号波形を示す図。
【図７Ｂ】実施例１の焦点検出センサからの出力信号波形を示す図。
【図８】実施例１における一対の被写体像の一致度を説明する図。
【図９Ａ】実施例１における被写体像の相関変化量を示す図。
【図９Ｂ】実施例１における被写体像の相関変化量を示す図。
【図１０】実施例１における被写体像のシャープネスを説明する図。
【図１１】実施例１における一対の被写体像の明暗比を説明する図
【図１２】白部から黒部にかけて明暗がなだらかに変化している被写体の像進号の波形を示す図。
【図１３】黒地に多数の線傷を有する被写体の像信号の波形を示す図。
【図１４】焦点検出バラツキとシャープネスとの関係を示す図。
【図１５】焦点検出バラツキと明暗比との関係を示す図。
【図１６】焦点検出バラツキと像の一致度／相関変化量の値との関係を示す図。
【図１７】実施例１での焦点検出バラツキとＳレベルとの関係を示す図。
【図１８】本発明の実施例２での焦点検出バラツキとＳレベルとの関係を示す図。
【図１９】本発明の実施例３での焦点検出バラツキとＳレベルとの関係を示す図。
【図２０】実施例１での焦点検出装置の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０１８３】
１  撮影光学系
２  主ミラー
３  サブミラー
４  撮像素子
７  フィールドレンズ
８  保持部材
１０  偏心カム
１１  ＩＲ−ＣＵＴフィルター
１２  折り返しミラー
１３  絞り
１４  再結像レンズ
１４−１Ａ〜１４−７Ｂ  再結像レンズのレンズ部
１６  センサホルダー
１７  焦点検出センサ
２０  焦点検出装置
２１  シャッタ
２２  光学ローパスフィルター
２４  撮影範囲
Ｌ１〜Ｌ２１  焦点検出ライン
Ｌ１Ａ〜Ｌ２１Ｂ  焦点検出センサ上の受光部
【図１】
0004773767.tif 000015
【図２】
0004773767.tif 000016
【図３】
0004773767.tif 000017
【図４】
0004773767.tif 000018
【図５】
0004773767.tif 000019
【図６】
0004773767.tif 000020
【図７Ａ】
0004773767.tif 000021
【図７Ｂ】
0004773767.tif 000022
【図８】
0004773767.tif 000023
【図９Ａ】
0004773767.tif 000024
【図９Ｂ】
0004773767.tif 000025
【図１０】
0004773767.tif 000026
【図１１】
0004773767.tif 000027
【図１２】
0004773767.tif 000028
【図１３】
0004773767.tif 000029
【図１４】
0004773767.tif 000030
【図１５】
0004773767.tif 000031
【図１６】
0004773767.tif 000032
【図１７】
0004773767.tif 000033
【図１８】
0004773767.tif 000034
【図１９】
0004773767.tif 000035
【図２０】
0004773767.tif 000036