(57)【要約】【課題】本発明は、合焦位置の誤検出を防止し、精度良く焦点検出を可能にする撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１では、フォーカスレンズ群３を所定量ずつ移動させた複数のレンズ位置での、ＡＦ枠から得られる画像信号から複数の周波数ごとの焦点評価値を算出する。そして、算出された焦点評価値のレンズ位置ごとの変化が閾値以上の周波数が特定され、且つレンズ位置ごとの前記焦点評価値の増減が複数の周波数間で一致するレンズ位置が特定された場合、算出された焦点評価値の極大値から合焦位置を算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を透過した被写体像が結像する撮像素子と、前記光学系に含まれるフォーカスレンズを光軸方向に駆動させる駆動手段とを備える撮像装置において、
前記撮像素子から出力された被写体像に対して被写体を含むようにＡＦ枠を設定する枠設定手段と、
前記駆動手段により前記フォーカスレンズを所定量ずつ移動させた複数のレンズ位置での、前記枠設定手段により設定されたＡＦ枠から得られる画像信号から複数の周波数ごとの焦点評価値を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記焦点評価値のレンズ位置ごとの変化が閾値以上である周波数を判定する第一の判定手段と、
前記レンズ位置ごとの前記焦点評価値の増減が複数の周波数間で一致するレンズ位置を判定する第二の判定手段と、
前記第一の判定手段で前記閾値以上の周波数が判定され、且つ前記第二の判定手段で前記焦点評価値の増減が一致するレンズ位置が判定された場合、前記算出手段により算出された前記焦点評価値の極大値から合焦位置を算出する制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記焦点評価値が極大値をとるレンズ位置を合焦位置とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記複数の周波数での前記焦点評価値の極大値をとるレンズ位置の平均値を合焦位置とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記複数の周波数での前記焦点評価値の極大値をとるレンズ位置の差が閾値以上の場合には、いずれかの周波数での前記焦点評価値の極大値をとるレンズ位置を合焦位置とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
光学系を透過した被写体像が結像する撮像素子と、前記光学系に含まれるフォーカスレンズを光軸方向に駆動させる駆動手段とを備える撮像装置の制御方法において、
前記撮像素子から出力された被写体像に対して被写体を含むようにＡＦ枠を設定する枠設定工程と、
前記駆動手段により前記フォーカスレンズを所定量ずつ移動させた複数のレンズ位置での、前記枠設定工程にて設定されたＡＦ枠から得られる画像信号から複数の周波数ごとの焦点評価値を算出する算出工程と、
前記算出工程にて算出された前記焦点評価値のレンズ位置ごとの変化が閾値以上である周波数を判定する第一の判定工程と、
前記レンズ位置ごとの前記焦点評価値の増減が複数の周波数間で一致するレンズ位置を判定する第二の判定工程と、
前記第一の判定工程で前記閾値以上の周波数が判定され、且つ前記第二の判定工程で前記焦点評価値の増減が一致するレンズ位置が判定された場合、前記算出工程にて算出された前記焦点評価値の極大値から合焦位置を算出する制御工程とを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の制御方法を撮像装置に実行させるためのコンピュータに読み取り可能なプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置およびその制御方法、並びにプログラムに関し、特に、光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子から出力される画像信号を利用して焦点検出を行う撮像装置の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置では、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子の出力信号を利用し、被写体の焦点評価値に応じた信号を検出して合焦させるコントラスト検出式のオートフォーカス（以下、「ＡＦ」と呼ぶ）方法が一般的である。この方法では、フォーカスレンズを所定の移動範囲にわたって光軸方向に移動させながら被写体の焦点評価値を順次検出（ＡＦスキャン動作）し、焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を合焦位置として検出する。
【０００３】
また、光学系のデフォーカス特性とＣＣＤより得られる出力信号の空間周波数情報から合焦位置を予測し、合焦制御を行う撮像装置が知られている。例えば、特許文献１では、被写体の持つ周波数成分を２つの異なる特定周波数で算出し、周波数成分の増加する方向にレンズ駆動を行う。これにより、光学系の持つ遮断周波数領域における誤検出を防止でき、高精度な焦点検出が可能である。また、特許文献２では、光学系の持つ遮断周波数から焦点位置までのデフォーカス量を算出し、高速に焦点検出が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−１９４９２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しながら、上記特許文献１では、２つの特定周波数での焦点検出結果が異なる場合や、特定周波数が被写体の遮断周波数の場合には、高精度に焦点検出が出来ないおそれがある。
【０００６】
また、上記特許文献２では、数回のフォーカスレンズの駆動により合焦位置を予測して高速に焦点検出が可能だが、光学系のもつ遮断周波数なのか、被写体の周波数成分が存在しないことによる遮断周波数なのか判別がつかず、合焦位置を誤検出するおそれがある。
【０００７】
また、特定周波数による焦点検出では、理想光学系のボケ関数はベッセル関数の絶対値で表されるので、焦点検出評価値の極大値が複数検出され、本来の合焦位置では無い位置にフォーカスレンズが停止してしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、合焦位置の誤検出を防止し、精度良く焦点検出が可能となる撮像装置の制御技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、光学系を透過した被写体像が結像する撮像素子と、前記光学系に含まれるフォーカスレンズを光軸方向に駆動させる駆動手段とを備える撮像装置において、前記撮像素子から出力された被写体像に対して被写体を含むようにＡＦ枠を設定する枠設定手段と、前記駆動手段により前記フォーカスレンズを所定量ずつ移動させた複数のレンズ位置での、前記枠設定手段により設定されたＡＦ枠から得られる画像信号から複数の周波数ごとの焦点評価値を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記焦点評価値のレンズ位置ごとの変化が閾値以上である周波数を判定する第一の判定手段と、前記レンズ位置ごとの前記焦点評価値の増減が複数の周波数間で一致するレンズ位置を判定する第二の判定手段と、前記第一の判定手段で前記閾値以上の周波数が判定され、且つ前記第二の判定手段で前記焦点評価値の増減が一致するレンズ位置が判定された場合、前記算出手段により算出された前記焦点評価値の極大値から合焦位置を算出する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フォーカスレンズを所定量ずつ移動させた複数のレンズ位置での、ＡＦ枠から得られる画像信号から複数の周波数ごとの焦点評価値を算出する。そして、算出された焦点評価値のレンズ位置ごとの変化が閾値以上の周波数が特定され、且つレンズ位置ごとの前記焦点評価値の増減が複数の周波数間で一致するレンズ位置が特定された場合、算出された焦点評価値の極大値から合焦位置を算出する。これにより、合焦位置の誤検出を防止し、高精度な焦点検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）撮像装置におけるＡＦ動作処理を示すフローチャート、（ｂ）図２（ａ）のステップＳ４における焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］の算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【図３】顔検知モードで人間の顔に合わせてＡＦ枠が設定された画像の一例を示す図である。
【図４】フォーカスレンズ位置と焦点評価値の関係を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）被写体と光学系の空間周波数分布の関係を示す図である。
【図６】（ａ）特殊被写体の一例を示す図、（ｂ）特殊被写体の空間周波数分布を示す図である。
【図７】（ａ）輝度信号の空間周波数分布の一例を示す図、（ｂ）焦点評価値とフォーカスレンズ位置の関係を示す図である。
【図８】フォーカスレンズ位置ごとの焦点評価値の変化と閾値Ｋとの関係を示す図である。
【図９】特定周波数の数ｔがＰ１，Ｐ２のときの焦点評価値とフォーカスレンズ位置の関係を示す図である。
【図１０】（ａ）特定周波数の数ｔがＰ１，Ｐ２のときの焦点評価値とフォーカスレンズ位置の関係を示す図、（ｂ）図１０（ａ）に示すグラフの合焦位置付近を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、撮像装置１は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等から成り、以下に示す各部を備える。
【００１５】
レンズ鏡筒３１は、ズームレンズ群２、フォーカスレンズ群３、絞り４等からなる。ズームレンズ群２およびフォーカスレンズ群３で光学系を構成する。絞り４は、光学系を透過する光束の量を制御する光量調節手段であり、露出手段である。
【００１６】
ＣＣＤ５は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等で構成され、光学系を透過した被写体像が結像し、これを光電変換する撮像素子である。
【００１７】
撮像回路６は、ＣＣＤ５によって光電変換された電気信号を受けて各種の画像処理を施すことにより所定の画像信号を生成する。Ａ／Ｄ変換回路７は、撮像回路６により生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。
【００１８】
ＳＤＲＡＭ８は、Ａ／Ｄ変換回路７から出力されるデジタル画像信号を一時的に記憶するバッファメモリである。また、ＳＤＲＡＭ８は、ＣＣＤ５の撮像領域の一部から出力される部分デジタル画像信号も記録することができる。ＳＤＲＡＭ８に記憶されたデジタル画像信号は、ＭＰＵ１５を介して、スキャンＡＦ処理回路１４に送信され、焦点検出に利用される。
【００１９】
Ｄ／Ａ変換回路９は、ＳＤＲＡＭ８に記憶されたデジタル画像信号を読み出してアナログ画像信号に変換すると共に、表示に適する形態の画像信号に変換して、ＬＣＤ１０に出力する。
【００２０】
ＬＣＤ１０は、ＬＣＤ（液晶表示装置）等で構成され、Ｄ／Ａ変換回路９からの画像信号を表示する画像表示装置である。メモリ１２は、半導体メモリ等からなり、画像データを記憶する。
【００２１】
圧縮伸長回路１１は、復号化処理や伸長処理等を施す。圧縮伸長回路１１は、ＳＤＲＡＭ８に一時記憶されたデジタル画像信号を読み出して、メモリ１２への記憶に適した形態にするために画像データの圧縮処理や符号化処理を施したり、メモリ１２に記憶された画像データを表示に適した形態に変換することもできる。
【００２２】
ＡＥ処理回路１３は、Ａ／Ｄ変換回路７からの出力信号に基づいて自動露出（ＡＥ）処理を行う。スキャンＡＦ処理回路１４は、Ａ／Ｄ変換回路７からの出力信号に基づいてオートフォーカス（ＡＦ）処理を行う。
【００２３】
ＭＰＵ１５は、撮像装置１の制御を行う演算用のメモリを内蔵した超小型演算装置である。ＴＧ１６は、所定のタイミング信号を発生するタイミングジェネレータである。
【００２４】
絞り駆動モータ２１は、絞り４を駆動する。第１モータ駆動回路１８は、絞り駆動モータ２１を駆動制御する。フォーカス駆動モータ２２は、フォーカスレンズ群３を駆動する。第２モータ駆動回路１９は、フォーカス駆動モータ２２を駆動制御する。ズーム駆動モータ２３は、ズームレンズ群２を駆動する。第３モータ駆動回路２０は、ズーム駆動モータ２３を駆動制御する。
【００２５】
操作スイッチ２４は、各種のスイッチ群からなる。ＥＥＰＲＯＭ２５は、各種制御を行うためのプログラムや各種動作を行うために使用するデータ等が予め記憶されている電気的に書き換え可能な読み出し専用メモリである。
【００２６】
電池２６は、ＭＰＵ１５、ストロボ発光部２８等に電力を供給する電源である。スイッチング回路２７は、ストロボ発光部２８の閃光発光を制御する。ＬＥＤ２９は、ＭＰＵ１５からの信号に応じて、ＡＦ動作のＯＫ／ＮＧを表示する。
【００２７】
メモリ１２は、装置に対して着脱自在に構成されたカード型またはスティック型のフラッシュメモリ等から成る。なお、メモリ１２は、ハードディスク（ＨＤＤ）やフレキシブルディスク等の磁気記憶媒体等であってもよく、その形態については問わない。
【００２８】
操作スイッチ２４には、不図示の主電源スイッチ、レリーズスイッチ、再生スイッチ、ズームスイッチ、ＡＦ評価値信号のＬＣＤ１０への表示をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ等が含まれる。例えば、主電源スイッチは、撮像装置１を起動させ、電源供給を行うためのメインスイッチである。レリーズスイッチは、撮影動作（記憶動作）等を開始させるためのスイッチである。すなわち、レリーズスイッチは、撮影動作に先立って行われるＡＥ処理、ＡＦ処理を開始させる指示信号を発生する第１ストロークと、実際の露光動作を開始させる指示信号を発生する第２ストロークとの二段スイッチにより構成される。再生スイッチは、再生動作を開始させる。
【００２９】
次に、図１の撮像装置１における合焦動作（ＡＦ動作）について図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して説明する。
【００３０】
図２（ａ）は、撮像装置１におけるＡＦ動作処理を示すフローチャートである。本処理は、ＭＰＵ１５が制御プログラムを実行することにより実現される。
【００３１】
ＡＦ動作を開始すると、ステップＳ１では、ＭＰＵ１５は、スキャンＡＦ処理回路１４を制御し、ＳＤＲＡＭ８に記憶されたデジタル画像信号に基づく画像に対してＡＦ枠を設定させる。例えば、図３に示すように、画像の全領域に対して、複数周波数をもつ被写体を含む（エッジを含む）ように、所定の位置に所定の大きさのＡＦ枠を設定させる。空のような一律の輝度しかもたない被写体や、高周波な繰り返しパターンのみの被写体をＡＦ枠に含めるのは避けた方がよいからである。なお、ＡＦ枠の位置と大きさについては、図示例では被写体の顔に設定されているが、各種撮影モードに応じて任意の位置、大きさに設定されてもよい。ステップＳ１では、ＭＰＵ１５は枠設定手段として機能する。
【００３２】
次に、ステップＳ２では、ＭＰＵ１５は、ステップＳ１で設定されたＡＦ枠に対する特定周波数の周波数成分の数ｔのループ処理を開始する。ｔは予め設定される任意の数である。本実施形態では、ｔ＝１のときの特定周波数をＰ１、ｔ＝２のときの特定周波数をＰ２、・・・と表記する。
【００３３】
次に、ステップＳ３では、ＭＰＵ１５は、フォーカスレンズ群３をｎ回動作させるループ処理を開始し、スキャンＡＦ処理回路１４にＡＦスキャン（焦点検出動作）を行わせる。すなわち、ＭＰＵ１５は、フォーカスレンズ群３を光軸方向に駆動させることで、フォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］、スキャン回数ｎ回でのＡＦスキャンを行わせる。
【００３４】
ステップＳ４では、ＭＰＵ１５は、フォーカスレンズ群３をスキャン開始位置からスキャン終了位置まで所定量ずつ一方向に移動させながら、スキャンＡＦ処理回路１４により各フォーカスレンズ位置における、特定周波数の焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］を算出する。ステップＳ４では算出手段として機能する。ステップＳ４における焦点評価値Ｍの算出処理の詳細については後述する。
【００３５】
ステップＳ５では、ＭＰＵ１５は、フォーカスレンズ群３をｎ回動作させた後、ステップＳ３からのループを終了する。
【００３６】
次に、ステップＳ６では、ＭＰＵ１５は、フォーカスレンズ駆動による焦点評価値の変化があるか否かを判定する。ここで、焦点評価値変化の原理について図５（ａ）〜図５（ｄ）を用いて説明する。
【００３７】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、被写体と光学系の空間周波数の関係を示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示す被写体ｆに対する空間周波数分布Ｆの一例を示す図である。なお、図５（ｂ）および図５（ｄ）に示すグラフの縦軸は、周波数空間上での振幅特性｜Ｆ（ω）｜となる。
【００３８】
周波数ωにおける振幅特性Ｆ（ω）は、次の（式１）で表される。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
図５（ｃ）に示すような光学系ｏのデフォーカスによる空間周波数分布Οを図５（ｄ）に示す。図５（ｄ）に示すグラフは、一般的に光学系のＭＴＦ特性と呼ばれるものである。
【００４１】
図５（ｂ）に示す被写体ｆの空間周波数分布Ｆと図５（ｄ）に示す光学系ｏの空間周波数分布Οの掛け算が撮像素子から出力される像信号の空間周波数分布となる。
【００４２】
上述した焦点評価値Ｍは、ステップＳ２で設定される特定周波数Ｐ２とすると、Ｆ２に各ｄｅｆ状態（ｄｅｆ０，ｄｅｆ１，ｄｅｆ２，ｄｅｆ３）でのゲインを乗算した値のことである。この値（焦点評価値Ｍ［Ｐ２］［ｎ］）を縦軸にとり、横軸にｄｅｆ（＝フォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］）をとると、図４のような曲線Ｃ（一点鎖線）を描くことが出来、焦点評価値Ｍが最大となる位置を合焦と呼ぶ。なお、デフォーカス変化はフォーカスレンズ群３の光軸方向の移動によって作られる。
【００４３】
また、焦点評価値Ｍは、図４のように、合焦位置（フォーカスレンズ位置ＬＰ０）の値で最大値をとり、フォーカスレンズ位置の変化に対して、曲線Ｃのような関数変化を示す。すなわち、この曲線Ｃは、ステップＳ２で設定された特定周波数Ｐでの光学系のもつボケ特性（ＭＴＦ）によって決定される。
【００４４】
そこで、フォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］に対応する焦点評価値Ｍ［ｎ］が、曲線Ｃのどの位置に相当するのかがわかれば、合焦位置までのフォーカスレンズ駆動量を求めることが出来、高速に焦点検出が可能となる。
【００４５】
上述したように、ステップＳ４で得られる焦点評価値の変化は、光学系によるＭＴＦ（ボケ特性）の変化と、被写体の周波数成分が掛け合わされた状態で判定される。つまり、被写体が特定周波数の周波数成分を持たない場合、焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］は変化を示さない。例えば、図６（ａ）のように、繰り返しパターンの被写体の空間周波数分布Ｆは図６（ｂ）のようになる。
【００４６】
図６（ａ）のような被写体は周波数Ｐｓしか持たない。そのため、図６（ａ）のような被写体のみがＡＦ枠に含まれている場合は、図５（ａ）〜図５（ｄ）を用いて説明した通り、被写体の空間周波数分布Ｆ×光学系の空間周波数分布ＯがＰ＝Ｐｓでしか得られない。つまり、ステップＳ２で設定される特定周波数Ｐｓ以外では、焦点評価値Ｍの変化が得られず、合焦位置検出を行うことが出来ない。
【００４７】
このように、合焦位置検出を行うことが出来ない周波数ｔを除くため、図２（ａ）のステップＳ６では、フォーカスレンズ駆動による焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］の変化が、閾値Ｋ以上であるか否かの判定が行われる。
【００４８】
ここで、ステップＳ２において特定周波数の周波数成分の数ｔ＝３（特定周波数Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と設定されたときの焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］が、図８のように得られた場合の信頼性判定方法を説明する。なお、図８に示すグラフの横軸は、フォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］、縦軸は焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］を表している。
【００４９】
図８において、特定周波数Ｐ１，Ｐ２の曲線Ｐ１＿Ｃ，Ｐ２＿Ｃでは、被写体の周波数成分が含まれていて、焦点検出が可能である。一方、特定周波数Ｐ３の曲線Ｐ３＿Ｃでは、被写体の周波数成分が含まれておらず、焦点検出ができない。そこで、上述した閾値Ｋと焦点評価値Ｍとの関係が次の（式２）となるフォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］がある特定周波数Ｐには信頼性有りと判断し、無い場合には信頼性無しと判定する。
【００５０】
Ｍ［ｔ］［ｎ］＞Ｋ                      ・・・（式２）
図８に示すグラフで明らかなように、Ｐ１，Ｐ２では、閾値Ｋ以上の焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］が存在するのに対して、Ｐ＝Ｐ３では存在しない。なお、閾値Ｋは、特定周波数Ｐの値によって変化させてもよい。
【００５１】
Ｍ［ｔ］［ｎ＋１］−Ｍ［ｔ］［ｎ］＞Ｋ                （式３）
また、上記（式３）となるフォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］がある特定周波数Ｐには信頼性有りと判断し、ない場合には信頼性無しと判断してもよい。すなわち、フォーカスレンズ位置ＬＰの変化による焦点評価値Ｍの変化がある否かを判定することが出来れば、その方法は問わない。図２（ａ）のステップＳ６では、ＭＰＵ１５は第一の判定手段として機能する。
【００５２】
図２（ａ）に戻り、ステップＳ６にて焦点評価値の変化があると判定されると、信頼性有りと判断して、ステップＳ７に進む。一方、フォーカスレンズ駆動による焦点評価値の変化がないと判定されると、信頼性無しと判断して、ステップＳ３に戻る。
【００５３】
ステップＳ７では、ＭＰＵ１５は、フォーカスレンズ駆動による焦点評価値の変化が複数の周波数間で一致するか否かの判定を行う。ここでは、フォーカスレンズ駆動による焦点評価値の変化が複数の周波数間で一致するか否かの判定により信頼性判定を行う。例えば、ステップＳ２にて特定周波数の周波数成分の数ｔ＝２（特定周波数Ｐ＝Ｐ１，Ｐ２）と設定されたときの焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］が、図９のように得られた場合の信頼性判定方法を説明する。なお、図９に示すグラフの横軸は、フォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］、縦軸は焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］の大きさを表している。
【００５４】
本実施形態では、次の（式４）であるフォーカスレンズ位置ＬＰ［ｎ］の範囲は信頼性有りと判定し、そうでない場合には信頼性無しと判断する。
（Ｍ［Ｐ２］［ｎ＋１］−Ｍ［Ｐ２］［ｎ］）×（Ｍ［Ｐ１］［ｎ＋１］−Ｍ［Ｐ１］［ｎ］）＞０                                    （式４）
【００５５】
図９において、特定周波数Ｐ１，Ｐ２の曲線Ｐ１＿Ｃ，Ｐ２＿Ｃでは、上記（式４）により、焦点評価値Ｍの変化量の符合が異なるｎ＝２〜４の範囲では信頼性無しと判断する。一方、ｎ＝０〜１の範囲では信頼性有りと判断する。このように、ステップＳ７では、焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］の増減が、ステップＳ２で設定される周波数間で一致するか否かの判定が行われる。
【００５６】
なお、上記式において乗算による判定方法を説明したが、除算で行ってもよいし、焦点評価値Ｍの増減が一致するか否かの判定が可能であれば、その方法は問わない。つまり、各周波数で焦点評価値Ｍの増減が一致しないフォーカスレンズ位置ＬＰでは、焦点評価値Ｍが極大値をとるフォーカスレンズ位置ＬＰが検出されても偽合焦である可能性が高いので、そのエリアでは後述する合焦位置検出を行わないようにする。図２（ａ）のステップＳ７では、ＭＰＵ１５は第二の判定手段として機能する。
【００５７】
図２（ａ）に戻り、ステップＳ７で信頼性有りと判断された場合には、ステップＳ８に進む。一方、信頼性無しと判断された場合には、ステップＳ３に戻る。
【００５８】
ステップＳ８では、ＭＰＵ１５は、ステップＳ２で設定された特定周波数ごとに、焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］が極大値をとるフォーカスレンズ位置ＬＰ［ｔ］を算出する。ステップＳ８の処理の詳細について図１０（ａ）、図１０（ｂ）を用いて説明する。
【００５９】
図１０（ａ）に示すグラフは、横軸にフォーカスレンズ位置ＬＰ、縦軸に焦点評価値Ｍをとったときに、特定周波数Ｐ１，Ｐ２のときの曲線Ｐ１＿Ｃ，Ｐ２＿Ｃである。
【００６０】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すグラフの合焦位置付近を拡大した図である。
【００６１】
特定周波数Ｐ１のとき、焦点評価値Ｍの極大値はＭ［Ｐ１］［０］であるし、特定周波数Ｐ２のとき、焦点評価値Ｍの極大値はＭ［Ｐ２］［０］である。つまり、ＬＰ［Ｐ１］＝ＬＰ０，ＬＰ［Ｐ２］＝ＬＰ０となる。
【００６２】
ステップＳ８における焦点評価値Ｍ［ｔ］［ｎ］が極大値をとるフォーカスレンズ位置ＬＰ［ｔ］の他の算出方法について図１０（ｂ）を用いて説明する。
【００６３】
本実施形態では、極大値をとるフォーカスレンズ位置演算を内挿計算によって求める。
【００６４】
特定周波数ＰのときのＬＰ［Ｐ］は、例えば、以下のように求める。
【００６５】
まず、焦点評価値Ｍの最大値（図１０（ｂ）中ではＭ［Ｐ］［０］）、２番目に大きい値（Ｍ［Ｐ］［１］）、３番目に大きい値（Ｍ［Ｐ］［−１］）とそのフォーカスレンズ位置（ＬＰ０，ＬＰ１，ＬＰ−１）を検出する。そして、最大値と３番目に大きい値を通る直線Ｌ１［Ｐ］を求める。
【００６６】
Ｌ１は、横軸ｘ、縦軸ｙとすると、次式（式５）で求めることが出来る。
【００６７】
Ｌ１：ｙ＝（（Ｍ［Ｐ］［−１］−Ｍ［Ｐ］［０］）／（ＬＰ−１−ＬＰ０））×ｘ＋（（ＬＰ−１×Ｍ［Ｐ］［０］−ＬＰ０×Ｍ［Ｐ］［−１］）／（ＬＰ−１−ＬＰ０））        （式５）
次に、Ｌ１と傾きの符合が逆で、Ｍ［Ｐ］［１］を通る直線Ｌ２を求める。
【００６８】
Ｌ２は、Ｌ１と同様に、横軸ｘ、縦軸ｙとすると、次式（式６）で求めることが出来る。
【００６９】
Ｌ２：ｙ＝−（（Ｍ［Ｐ］［−１］−Ｍ［Ｐ］［０］）／（ＬＰ−１−ＬＰ０））×ｘ＋Ｍ［Ｐ］［１］＋（（Ｍ［Ｐ］［−１］−Ｍ［Ｐ］［０］）／（ＬＰ−１−ＬＰ０））×ＬＰ１              （式６）
この結果、Ｌ１とＬ２の交点のｘ座標がＬＰ［Ｐ］となる。つまり、ＬＰ［Ｐ］を次式（式７）で求める。
【００７０】
ＬＰ［Ｐ］＝（Ｍ［Ｐ］［１］＋（（Ｍ［Ｐ］［−１］−Ｍ［Ｐ］［０］）／（ＬＰ−１−ＬＰ０））×ＬＰ１−（（ＬＰ−１×Ｍ［Ｐ］［０］−ＬＰ０×Ｍ［Ｐ］［−１］）／（ＬＰ−１−ＬＰ０）））／（２×（（Ｍ［Ｐ］［−１］−Ｍ［Ｐ］［０］）／（ＬＰ−１−ＬＰ０）））        （式７）
上記の方法で極大値をとるフォーカスレンズ位置ＬＰは、図１０（ｂ）のように、ＬＰ［Ｐ１］とＬＰ［Ｐ２］となる。
【００７１】
なお、本実施形態では、３点から直線近似を行う方法例を示したが、４点から行ってもよい。また、最大値から三番目に大きい値までが一列に並んでいる場合には、最大値Ｍ［Ｐ］［０］をとるフォーカスレンズ位置ＬＰ０の位置をＬＰ［Ｐ］とする場合分けを行ってもよい。他にも、高次近似による方法など、極大値をとるフォーカスレンズ位置が検出可能であれば方法は問わない。
【００７２】
図２（ｂ）に戻り、ステップＳ９では、ＭＰＵ１５は、ステップＳ２で設定された特定周波数の周波数成分の数ｔのループ処理を終了する。
【００７３】
ステップＳ１０では、ＭＰＵ１５は、ステップＳ８で周波数ごとに算出されたＬＰ［ｔ］から、最終的にフォーカスレンズ位置ＬＰ＿Ｐ（合焦位置）を算出して、本処理を終了する。
【００７４】
なお、次式（式８）から、周波数ごとに得られたフォーカスレンズ位置ＬＰ［ｔ］の平均値を求めてＬＰ＿Ｐとしてもよい。
【００７５】
また、焦点評価値Ｍ［ｔ］［ＬＰ［ｔ］］（図１０（ａ）における焦点評価値Ｍ［Ｐ］［０］）の値が最も大きくなるときの特定周波数Ｐｔを代表周波数として、ＬＰ＿Ｐ＝ＬＰ［Ｐｔ］としてもよい。
【００７６】
【数２】
2016065926.tif 000004
【００７７】
また、特定周波数Ｐ＝Ｐｗでのフォーカスレンズ位置ＬＰ［Ｐｗ］が他の周波数での検出結果ＬＰ［ｔ］と大きくずれる場合には、上記の平均値処理に用いないなどしてもよい。
【００７８】
さらに、周波数ごとに、ベストピントずれが考えられる場合には、その分をオフセットさせることで、ＬＰ＿Ｐを求めるなどしてもよい。ステップＳ８とステップＳ１０では、ＭＰＵ１５は制御手段として機能する。
【００７９】
次に、図２（ａ）のステップＳ４における焦点評価値Ｍの算出処理について図２（ｂ）を用いて詳細に説明する。
【００８０】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のステップＳ４における焦点評価値Ｍの算出処理の詳細を示すフローチャートである。
【００８１】
ステップＳ４１では、ＭＰＵ１５は、ＡＦ枠内で得られた撮像素子の出力信号に対してフーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、得られた輝度信号の各周波数成分におけるゲインを求める。上述したように、周波数ωにおける振幅特性Ｆ（ω）は、（式１）の絶対値で表される。
【００８２】
なお、本実施形態では、ＦＦＴによる周波数成分の抽出方法を記したが、離散コサイン変換（ＤＣＴ）によるものでもよいし、被写体の周波数成分が抽出できるものであれば方法は問わない。ステップＳ４１では、ＭＰＵ１５は変換手段として機能する。
【００８３】
次に、ステップＳ４２では、ＭＰＵ１５は、ステップＳ２で設定された特定周波数Ｐの焦点評価値Ｍを算出して、リターンする。ここで、特定周波数Ｐの焦点評価値Ｍの算出方法を図７（ａ）および図７（ｂ）を用いて説明する。
【００８４】
図７（ａ）に示すグラフは、横軸に空間周波数、縦軸に周波数ゲインを表した輝度信号の空間周波数分布である。
【００８５】
図示のｄｅｆ０，ｄｅｆ１，ｄｅｆ２，ｄｅｆ３は、ステップＳ４１で行われる、フォーカスレンズ位置ＬＰ０（＝ｄｅｆ０）、ＬＰ１（＝ｄｅｆ１）、ＬＰ２（＝ｄｅｆ２）、ＬＰ３（＝ｄｅｆ３）における撮像素子の出力信号をＦＦＴ処理した結果の一例である。図示の焦点評価値Ｍ０〜Ｍ３は、特定周波数Ｐでの各ＦＦＴ処理の結果のゲインそのものである。
【００８６】
図７（ａ）において、各フォーカスレンズ位置ＬＰ０，ＬＰ１，ＬＰ２，ＬＰ３における焦点評価値ＭはＭ０，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３となる。
【００８７】
図７（ｂ）に示すグラフは、横軸にフォーカスレンズ位置ＬＰ、縦軸に焦点評価値Ｍの値をプロットしたものである。
【００８８】
図７（ｂ）において、曲線Ｃは、特定周波数ＰでのフォーカスレンズのｄｅｆＭＴＦカーブであり、Ｍ０〜Ｍ３は各フォーカスレンズ位置での合焦状態を表すパラメータとして使用することが可能である。このようなパラメータＭを算出する方法としては、実信号３への畳み込み演算（特定周波数Ｐに対して感度の高いバンドパスフィルタでのフィルタ処理）でもよいし、合焦状態を表すものであれば、方法を問わない。但し、このときのバンドパスフィルタは、特定周波数Ｐの検出を行うために、できるだけ狭帯域の周波数を抽出できるものを選ぶことが望ましい。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態によれば、フォーカスレンズ群３を所定量ずつ移動させた複数のレンズ位置での、ＡＦ枠から得られる画像信号から複数の周波数ごとの焦点評価値を算出する。そして、算出された焦点評価値のレンズ位置ごとの変化が閾値以上の周波数が特定され、且つレンズ位置ごとの前記焦点評価値の増減が複数の周波数間で一致するレンズ位置が特定された場合、算出された焦点評価値の極大値から合焦位置を算出する。これにより、合焦位置の誤検出を防止し、精度良く焦点検出が可能となる。
【００９０】
また、上記実施形態では、被写体の合焦状態の変化をフォーカスレンズの移動により実現しているが、これに限らない。例えば、フォーカスレンズではなく、撮像素子を移動させることにより実現してもよい。また、光線の入射角度情報（ライトフィールド情報）を取得できる撮像装置では、再構成処理により合焦状態の変化を実現してもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、撮像装置１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等から成るが、これに限るものではない。すなわち、入射する光学像をエリアセンサなどの２次元配列された撮像素子を用いて光電変換により電気的な画像として取得するものであれば、本発明を適用することが可能である。
【００９２】
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。
【００９３】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【００９４】
１  撮像装置
３  フォーカスレンズ群
５  ＣＣＤ
８  ＳＤＲＡＭ
１５  ＭＰＵ
１９  第２モータ駆動回路
２２  フォーカス駆動モータ
３１  レンズ鏡筒
【図１】
2016065926.tif 000005
【図２】
2016065926.tif 000006
【図３】
2016065926.tif 000007
【図４】
2016065926.tif 000008
【図５】
2016065926.tif 000009
【図６】
2016065926.tif 000010
【図７】
2016065926.tif 000011
【図８】
2016065926.tif 000012
【図９】
2016065926.tif 000013
【図１０】
2016065926.tif 000014