JP2011007867A - 焦点検出装置、および、カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】対象によらず、高精度に焦点検出精度な焦点検出装置を提供する。
【解決手段】焦点検出装置が、複数のマイクロレンズが二次元状に配列されているマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズ毎に設けられた複数の受光素子とを有し、前記マイクロレンズアレイを介して光学系からの光束を受光する受光素子アレイと、前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に基づいてパンフォーカス像を生成する画像生成部と、前記パンフォーカス像のうち、特定の対象を検出する検出部と、前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に対し、前記検出部により検出された前記対象に応じた処理を行って前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦点検出装置、および、カメラに関する。

複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイの各マイクロレンズに対して複数の受光素子を有する受光素子アレイを用いて光学系の瞳の互いに異なる部分領域からの光束を、各マイクロレンズアレイを介して複数の受光素子のそれぞれで受光する焦点検出装置が知られている。特許文献１では、少なくとも３つの部分領域を透過した光束の像に対応する少なくとも３つの信号列のうち、２つの信号列のずれ量を複数組の部分領域ごとに求めて加算することにより、周期パターンを有する被写体に対して偽合焦を発生させることなく、焦点検出することができる。

特開２００８−３０４８０８号公報

しかしながら、周期パターンを有する被写体以外にも、たとえば、低コントラスト被写体、遠近競合する被写体、または、低輝度の被写体などの場合には、偽合焦が生じる可能性がある。特許文献１に示す焦点検出装置にあっては、低コントラスト被写体、遠近競合する被写体、または、低輝度の被写体などの場合には、偽合焦が生じる可能性があるという問題があった。

このように、従来においては、焦点検出の対象によっては、焦点検出精度が低下するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、対象によらず、高精度に焦点検出精度な焦点検出装置および焦点検出装置を備えるカメラを提供することにある。

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、複数のマイクロレンズが二次元状に配列されているマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズ毎に設けられた複数の受光素子とを有し、前記マイクロレンズアレイを介して光学系からの光束を受光する受光素子アレイと、前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に基づいてパンフォーカス像を生成する画像生成部と、前記パンフォーカス像のうち、特定の対象を検出する検出部と、前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に対し、前記検出部により検出された前記対象に応じた処理を行って前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、を備えることを特徴とする焦点検出装置である。

この発明によれば、対象によらず、高精度に焦点検出精度できる。

この発明の一実施形態による焦点検出装置を備えたデジタル一眼レフカメラの構成を示すブロック図である。 本実施形態による図１の焦点検出センサーの詳細な構成を示す構成図である。 本実施形態による図１および図２の焦点検出センサーの構成を示す構成図である。 本実施形態による図１から図３の焦点検出センサーにおいてパンフォーカス像を生成する場合に用いられる撮像素子を示す説明図である。 本実施形態によるデジタル一眼レフカメラの動作を示す第１のフローチャートである。 本実施形態による図５の第１のフローチャートにおけるＡＦパラメータ変更処理の詳細な動作の一例を示す第２のフローチャートである。 本実施形態による焦点検出センサーからの出力データの例を示す説明図である。 本実施形態による相関演算とシフト量の一例を示す説明図である。 本実施形態による焦点検出センサーが有する複数の受光素子を複数のブロックに分割した際の一例を示す説明図である。

図１は、一実施の形態による焦点検出装置１００を備えたデジタル一眼レフカメラ（以下、カメラという）の構成を示す断面図である。なお、本発明の焦点検出装置１００および撮像装置に関わる機器および装置以外のカメラの一般的な機器および装置については図示と説明を省略する。一実施の形態のカメラはカメラボディ１にレンズ鏡筒２０が装着され、レンズ鏡筒２０は各種の撮影レンズに交換可能である。なお、この一実施の形態ではレンズ交換式カメラを例に上げて説明するが、本発明はレンズ交換式カメラに限定されず、レンズ固定式カメラに対しても適用できる。

レンズ鏡筒２０は、ズーミングレンズ２１、フォーカシングレンズ２２、絞り２４、レンズおよび絞り駆動用アクチュエーター２５、レンズメモリ２６などを備えている。なお、図１ではズーミングレンズ２１とフォーカシングレンズ２２を一つの撮影レンズ２３で代表して表す。ズーミングレンズ２１はアクチュエーター２５により光軸方向に駆動され、撮影レンズ２３の焦点距離を変えるレンズである。また、フォーカシングレンズ２２はアクチュエーター２５により光軸方向に駆動され、撮影レンズ２３の焦点調節を行うレンズである。絞り２４はアクチュエーター２５に駆動されて絞り開口径を変化させる。レンズメモリ２６には、撮影レンズ２３の開放Ｆ値、射出瞳位置（撮像面と等価な面から射出瞳までの距離）ＰＯ、焦点距離などのレンズ鏡筒２０および撮影レンズ２３に関する情報が記憶されている。

カメラボディ１は、撮像素子２、シャッター３、焦点検出センサー（受光素子アレイ）５、画像生成部６１、パターンマッチング処理部６２、ＡＦパラメータ設定部６３、焦点検出演算部６４、レンズ駆動量演算部６５、制御回路７、駆動回路８、クイックリターンミラー９、サブミラー１０、ファインダースクリーン１１、透過型液晶表示器１２、ペンタプリズム１３、測光レンズ１４、測光センサー１５、接眼レンズ１６、および、操作部材１７を備えている。なお、焦点検出センサー５は、後述するように、たとえば、焦点検出光学系（マイクロレンズアレイ）４０と光電変換アレイ素子（複数の受光素子）５０とを備えている。

撮像素子２はＣＣＤやＣＭＯＳなどから構成され、レンズ鏡筒２０内の撮像レンズ２３により結像した被写体像を電気信号に変換して出力する。シャッター３は、シャッターボタン（不図示）の全押し時（シャッターレリーズ時）に露出演算結果または撮影者が手動で設定したシャッター秒時だけ開放され、撮像素子２を露光する。

焦点検出センサー５、画像生成部６１、パターンマッチング処理部６２、ＡＦパラメータ設定部６３、および、焦点検出演算部６４は、焦点検出装置１００を構成し、撮影レンズ（結像光学系）２３の焦点調節状態を示すデフォーカス量を検出する。この焦点検出装置１００についての詳細は後述する。

レンズ駆動量演算部６５は、焦点検出装置１００の焦点検出演算部６４が検出したデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズのフォーカス位置までのレンズ駆動量を算出する。

制御回路７は図示しないマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、測光、焦点検出、撮影などのシーケンス制御や、露出演算などの演算制御を行う。また、制御回路７は、レンズ駆動量演算部６５が算出したレンズ駆動量に基づいて、駆動回路８を介してアクチュエーター２５を駆動して、フォーカシングレンズ２２を合焦駆動する。

駆動回路８は、レンズ鏡筒２０内に設けられるレンズおよび絞り駆動用アクチュエーター２５を駆動制御する。測光センサー１５は、撮影画面を複数の領域に分割して各領域ごとの輝度に応じた測光信号を出力する。

また、カメラボディ１には、撮影者が操作する操作部材１７が配置される。操作部材１７には、シャッターボタンの半押し時にオンするレリーズ半押しスイッチ、シャッターボタンの全押し時オンするレリーズ全押しスイッチなどが含まれる。レリーズ半押しスイッチが押されると、ＡＦの開始を示す信号が制御回路７に入力される。レリーズ全押しスイッチが押されると、撮像の開始を示す信号が制御回路７に入力される。

撮影時以外は、クイックリターンミラー９とサブミラー１０が図１に示すように撮影光路中に置かれる。このとき、撮影レンズ２３を透過した被写体からの光の一部は、クイックリターンミラー９に反射されてファインダースクリーン１１へ導かれ、スクリーン１１上に被写体像を結像する。透過型液晶表示器１２は、スクリーン１１上の被写体像に焦点検出エリアマークを重畳して表示するとともに、被写体像外にシャッター速度、絞り値、撮影枚数などの撮影に関する情報を表示する。

スクリーン１１上の被写体像は、ペンタプリズム１３と接眼レンズ１６を介して撮影者の目へ導かれるとともに、ペンタプリズム１３と測光レンズ１４を介して測光用センサー１５へ導かれる。制御回路７は、測光用センサー１５から出力される測光領域ごとの測光信号に基づいて露出演算を行い、被写体の輝度に応じたシャッター速度と絞り値を算出する。なお、手動露出撮影モード設定時には、撮影者が操作部材１７を操作して設定したシャッター速度と絞り値を用いる。

一方、撮影レンズ２３を通過した被写体からの光の他の一部は、クイックリターンミラー９を透過してサブミラー１０により反射され、焦点検出センサー５へ導かれる。上述した焦点検出装置１００は、この被写体からの光の他の一部に基づいて、撮影レンズ（結像光学系）２３の焦点調節状態を示すデフォーカス量を検出する。

撮影時は、クイックリターンミラー９とサブミラー１０が撮影光路から退避（ミラーアップ）され、シャッター３が開放されて撮影レンズ２３を透過した被写体からの光束が撮像素子２へ導かれ、撮像素子２の撮像面に結像された被写体像が撮像される。

次に、焦点検出装置１００の詳細について説明する。まず、図２から図４を用いて、焦点検出装置１００の構成のうち、焦点検出センサー５の構成の一例について説明する。

図２は焦点検出センサー５の詳細な構成の一例を示す構成図であり、この図２に示されるように焦点検出センサー５は、焦点検出光学系４０と光電変換アレイ素子５０とを備えている。図２において、焦点検出光学系４０は、複数のマイクロレンズ４１を二次元状に配列したマイクロレンズアレイであり、撮影レンズ２３のピントを合わせようとする面すなわち撮像素子２の撮像面と等価な面の近傍に配置される。なお、図２ではマイクロレンズの数を少なく描いているが、実際のマイクロレンズは１００ミクロンもしくはそれ以下のピッチで配列されるので、マイクロレンズアレイが例えば５ｍｍ角の広さであれば、マイクロレンズの数は非常に大きな数となる。

光電変換アレイ素子５０は、複数の受光素子（光電変換素子）を二次元状に配列した受光素子アレイ５１であり、クイックリターンミラー９に対して、焦点検出光学系４０の背後に配置される。なお、図２と後述する図３および図４とでは、マイクロレンズ４１ごとに５行、５列の合計２５個の受光素子を正方配列にした受光素子アレイ５１を例に上げて説明するが、マイクロレンズごとの受光素子の数はこの一実施の形態の数に限定されない。また、マイクロレンズごとに複数の受光素子をまとめて配置せずに、複数の受光素子を二次元状に配列した受光素子アレイとしてもよい。

図３に、光電変換アレイ素子５０の二次元状に配列された複数の受光素子を示す。この複数の受光素子は、それぞれ光電変換素子である。二次元状に配列された複数の受光素子であって、マイクロレンズに対応する複数の受光素子のうち、図３に黒く示した受光素子のように、２列の受光素子をラインセンサとして用いて、ピントのズレ量を検出することができる（後述する図７を参照）。すなわち、この２列のラインセンサを用いて、位相差検出法により、ピントのズレ量を検出することができる。なお、複数のマイクロレンズに対応する受光素子のうち、一部のマイクロレンズに対応する受光素子において、図３に示すように、２列の受光素子をラインセンサとして用いるようにしてもよい。

また、光電変換アレイ素子５０の二次元状に配列された複数の受光素子のうち、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子（図４の中央の黒く示した受光素子を参照）のみから出力される信号を合成すると、パンフォーカス像を生成することができる。このパンフォーカス像とは、カメラの近景から遠景まで明快にピントが合った像である。すなわち、パンフォーカス像は、被写界深度が深い像である。
ここでは、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子のみを用いる場合について説明しているが、マイクロレンズの中央部に対応する受光素子から出力される出力信号を合成しても、同様に、パンフォーカス画像を生成することができる。

次に、焦点検出装置１００の構成のうち、画像生成部６１、パターンマッチング処理部６２、ＡＦパラメータ設定部６３、および、焦点検出演算部６４について説明する。

この画像生成部６１は、焦点検出センサー５が有する受光素子アレイの受光素子から出力される出力信号に基づいて、パンフォーカス像を生成する。たとえば、画像生成部６１は、上述したように、焦点検出センサー５の二次元状に配列された複数の受光素子であって、マイクロレンズ４１に対応する複数の受光素子のうち、マイクロレンズの中央部に対応する受光素子から出力される出力信号を合成してパンフォーカス像を生成する（図４参照）。

パターンマッチング処理部６２は、画像生成部６１が生成したパンフォーカス像のうち、特定の対象を検出する。たとえば、パターンマッチング処理部６２は、パンフォーカス像に含まれる像のコントラスト、輝度、周期性、および、距離差のうちの少なくとも１つに該当する対象を、特定の対象として検出する。

ＡＦパラメータ設定部６３は、パターンマッチング処理部６２の検出した特定の対象に基づいて、焦点検出演算部６４に対して、光学系の焦点状態を検出するためのパラメータを設定する。このパラメータとしては、後述するように、相関演算を行う際の検出精度の指標となるコントラスト値の閾値の設定や、焦点検出センサー５を制御する場合のゲインの設定がある。これにより焦点検出演算部６４は、受光素子アレイの受光素子から出力される出力信号に対し、パターンマッチング処理部６２により検出された対象に応じた処理を行って光学系の焦点状態を検出することができる。

焦点検出演算部６４は、焦点検出センサー５からの焦点検出信号に基づいて、撮影レンズ２３の焦点調節状態を示すデフォーカス量を算出する。なお、焦点検出演算部６４は、デフォーカス量を算出する場合に、ＡＦパラメータ設定部６３により設定されたパラメータに基づいて、デフォーカス量を算出する。

次に、図５を用いて、本実施形態のカメラによる合焦の動作について説明する。
まずステップＳ１０１で、画像生成部６１は、画像合成処理により、パンフォーカス像を生成する。パンフォーカス像を生成するためには、画像生成部６１は、図４を用いて説明したように、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成する。このようにパンフォーカス像を生成することにより、通常のカメラの場合とは異なり、後述するステップＳ１０２において、パターンマッチング処理部６２は、近景から遠景の被写体にほぼピントがあった画像であるパンフォーカス像を基に、パターンマッチングなどのシーン解析が可能となる。なお、このステップＳ１０１で、焦点検出センサー５を用いて撮像する場合に、光量にあわせて、焦点検出センサー５のゲインを調整するようにしてもよい。

次にステップＳ１０２で、パターンマッチング処理部６２は、パターンマッチングなどのシーン解析処理により、生成されたパンフォーカス像から被写体を判別する。ここでいうパターンマッチングは、ある入力された画像から、特徴を抽出し、テンプレート情報から、被写体を判別する技術である。テンプレートとする情報は、焦点検出演算部６４が苦手とする予め定められている複数の情報である。

次にステップＳ１０３で、ＡＦパラメータ設定部６３は、ステップＳ１０２で判別された被写体に基づいて、焦点検出演算部６４に対してのＡＦパラメータを変更ないし設定する処理をする。この焦点検出演算部６４に対してのＡＦパラメータを変更ないし設定する処理として、ＡＦパラメータ設定部６３は、たとえば、判別された被写体に見合ったＡＦ処理を焦点検出演算部６４に行わせるためのセンサー制御方法やデフォーカス量を算出する際に用いる閾値等の設定を変更する。このステップＳ１０３における処理については、図６を用いて後述する。

次にステップＳ１０４で、制御回路７は、スイッチＳＷ１がＯＮされたか否かを判定する。ここで、スイッチＳＷ１とは、上述した操作部材１７に含まれるレリーズ半押しスイッチのことである。このステップＳ１０４でスイッチＳＷ１がＯＮされていないと判定された場合には、制御回路７は、ステップＳ１０１からの処理を繰り返させる。

一方、ステップＳ１０４でスイッチＳＷ１がＯＮされたと判定された場合には、制御回路７は、次にステップＳ１０５で、焦点検出センサー５に電荷蓄積を行わせる。このステップＳ１０５で、一部の処理は、ステップＳ１０３から得られた設定を反映して、すなわち、認識された被写体に基づいて、制御が行われる。

図７に、焦点検出センサー５からの出力データの例を示す。この図７において、横軸はラインセンサを構成する画素を識別する識別番号を示し、縦軸は識別番号で示されるラインセンサを構成する画素からの出力値を示す。たとえば、図７（ａ）は、図３に示す２列のラインセンサのうち第１のラインセンサの場合を示す。また、たとえば、図７（ｂ）は、図３に示す２列のラインセンサのうち第２のラインセンサの場合を示す。ここでδは、ステップＳ１０７のデフォーカス演算（相関演算）にて算出される像ズレ量に相当する。この像ズレ量δに基づいて、後述するステップＳ１０７で、焦点検出演算部６４はデフォーカス量を算出する。

次にステップＳ１０６で、焦点検出演算部６４は、蓄積制御を行った焦点検出センサー５のセンサー列から信号を読み出す。

次にステップＳ１０７で、焦点検出演算部６４は、ステップＳ１０６で読み出した信号に基づいて、デフォーカス量を算出する。なお、上述したステップＳ１０２で認識されたシーンによっては、このデフォーカス量を算出における一部の処理は、上述したステップＳ１０３で設定された閾値などを反映して実行されてもよい。

図８に、このステップＳ１０７における相関演算（デフォーカス量を算出する際に行う演算）とシフト量の一例を示す。この図８で、横軸はシフト量Ｌを示し、縦軸はシフト量に応じた相関量（信頼度）Ｃ［Ｌ］を示す。上述したステップＳ１０７において、焦点検出演算部６４は、この相関量Ｃ［Ｌ］が最小（または極小）となるように、デフォーカス量を算出する。

この相関量Ｃ［Ｌ］は、たとえば、次のようにして算出される。たとえば、図３で説明した２列のラインセンサから出力される信号列を{ａ(i)}と{ｂ(i)}とする。ここで、ｉは、ラインセンサの第１の端部と第２の端部との間の画素を示す識別番号である。そして、この２列のラインセンサから算出される相関量Ｃ［Ｌ］は、次の（式１）で示される。

Ｃ［Ｌ］＝Σ｜ａ(ｉ)−ｂ(ｊ)｜ ・・・（式１）

この（式１）において、Ｌはシフト量でｊ−ｉ＝Ｌであり、Σはラインセンサを構成する画素における総和演算、すなわち、上述したラインセンサの第１の端部と第２の端部との間の総和演算を表す。

次に、ステップＳ１０８で、焦点検出演算部６４は、ステップＳ１０７で演算されたデフォーカス量から焦点検出可能か否かを判定する。この判定は、相関演算結果のコントラスト値や信頼性に基づいて判定される。

このステップＳ１０８で焦点検出可能と判定された場合、次のステップＳ１０９で、レンズ駆動量演算部６５は、算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズのフォーカス位置までのレンズ駆動量を演算する。

次に、ステップＳ１１０で、ステップＳ１０９で演算されたレンズ駆動量に基づいて、制御回路７は、駆動回路８を介してアクチュエーター２５を駆動して、フォーカシングレンズ２２を合焦駆動する。

一方、上述したステップＳ１０８で焦点検出可能でない判定された場合、次のステップＳ１１１で、制御回路７は、フォーカシングレンズ２２を駆動中か否かを判定する。この判定は、まだフォーカシングレンズ２２が動き出していない場合はスキャン動作をし、既にフォーカシングレンズ２２を動かしていたが、途中で被写体を見失った場合は、先に検出できていたデフォーカス量に基づき、フォーカシングレンズ２２のレンズ駆動を継続させるための判定である。

ステップＳ１１１でフォーカシングレンズ２２を駆動中であると判定された場合は、制御回路７は、上述したステップＳ１１０に処理を進める。一方、ステップＳ１１１でフォーカシングレンズ２２を駆動中でないと判定された場合は、上述したステップＳ１０８でデフォーカス量検出不可と判定され、かつ、上述したステップＳ１１１でレンズはまだ駆動を行っていないと判定されたので、次のステップＳ１１２で、制御回路７は、スキャン動作を行い、焦点位置を探索する。

上述したステップＳ１１０またはステップＳ１１２に続いて、次のステップＳ１１３で、制御回路７は、フォーカスレンズが合焦位置に到達し終わったか否かを判定する。

ステップＳ１１３でフォーカシングレンズ２２が合焦位置に到達し終わっていないと判定された場合には、制御回路７は、上述したステップＳ１０４からの処理を繰り返す。一方、ステップＳ１１３でフォーカシングレンズ２２が合焦位置に到達し終わったと判定された場合には、制御回路７は、合焦の処理を終了する。

その後、上述した操作部材１７に含まれるレリーズ全押しスイッチが押されると、撮像の開始を示す信号が制御回路７に入力される。撮像の開始を示す信号が入力されたことに応じて、制御回路７は、クイックリターンミラー９とサブミラー１０とを撮影光路から退避させ、撮像素子２により被写体像を撮像する。

次に、図６を用いて、図５のステップＳ１０３におけるＡＦパラメータ設定部６３による処理の一例について説明する。

まず、ステップＳ２０１で、ＡＦパラメータ設定部６３は、図５のステップＳ１０２のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、低コントラストであるか否かを判定する。この低コントラストであるか否かの判定は、たとえば、フォーカスエリア位置にある被写体のコントラストが、予め定められているコントラストよりも低いか否かを判定することを指している。

このステップＳ２０１で低コントラストでないと判定された場合には、次にステップＳ２０２で、ＡＦパラメータ設定部６３は、ステップＳ１０２のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、周期パターンであるか否かを判定する。この周期パターンであるか否かの判定は、たとえば、図５のステップＳ１０２のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、周期パターンを判別するために予め定められているパターンと一致するか否かを判定されてもよいし、フォーカスエリア位置にある被写体をフーリエ変換した結果に基づいて判定されてもよい。このフーリエ変換は、たとえば、２次元フーリエ変換である。なお、演算速度を速くするために、２次元フーリエ変換として２次元高速フーリエ変換を用いてもよい。

このステップ２０２で周期パターンでないと判定された場合には、次にステップＳ２０３で、ＡＦパラメータ設定部６３は、図５のステップＳ１０２のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、低輝度であるか否かを判定する。この低輝度であるか否かの判定は、たとえば、フォーカスエリア位置にある被写体の輝度が、予め定められている輝度よりも低いか否かを判定することにより判定される。

このステップＳ２０３で低輝度でないと判定された場合には、次にステップＳ２０４で、ＡＦパラメータ設定部６３は、図５のステップＳ１０２のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、遠近競合しているか否かを判定する。この遠近競合している被写体であるか否かの判定は、たとえば、近景と遠景とが競合するか否かを判定するためのパターンが予め定められており、フォーカスエリア位置にある被写体
が、このパターンに該当するか否かを判定することにより行われる。

一方、上述したステップＳ２０１で低コントラストであると判定された場合には、次にステップＳ２０５で、ＡＦパラメータ設定部６３は、図５のステップＳ１０２のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、低コントラストであるか否かを判定する。この低コントラストであるか否かの判定は、上述したステップＳ２０３における低コントラストであるか否かの判定と同様である。

このステップＳ２０５で低コントラストでないと判定された場合には、次にステップＳ２０９で、ＡＦパラメータ設定部６３は、焦点検出演算部６４に対して第１の低コントラスト用設定を行う。
この第１の低コントラスト用設定として、ＡＦパラメータ設定部６３は焦点検出演算部６４に対して、たとえば、相関演算を行う際の検出精度の指標となるコントラスト値の閾値を上げつつ、偽合焦防止のため信頼性などを上げるなどの設定をする。
具体的には、ＡＦパラメータ設定部６３は焦点検出演算部６４に対して、図８に示すコントラストＥが、低コントラストの場合でも検出できる様に、コントラストＥを検出するための閾値を下げるなどの設定をする。また、低コントラストの場合でも可能な限り検出しやすくするため、焦点検出センサー５を制御する時のゲインの設定をＳ／Ｎの高い低ゲインの設定で制御するなどを行う設定をする。なお、ここでのゲインの設定は、後述するステップＳ２０７における低輝度用設定およびステップＳ２１０における第２の低コントラスト用設定に対比して、低めである。

一方、このステップＳ２０５で低コントラストであると判定された場合には、次にステップＳ２１０で、ＡＦパラメータ設定部６３は焦点検出演算部６４に対して、第２の低コントラスト用設定を行う。
この第２の低コントラスト用設定として、ＡＦパラメータ設定部６３は焦点検出演算部６４に対して、たとえば、相関演算を行う際の検出精度の指標となるコントラスト値の閾値を上げつつ、偽合焦防止のため信頼性などを上げるなどの設定をする。
具体的には、ＡＦパラメータ設定部６３は焦点検出演算部６４に対して、図８に示すコントラストＥが、低コントラストの場合でも検出できる様に、コントラストＥを検出するための閾値を下げるなどの設定をする。また、低コントラストの場合でも可能な限り検出しやすくするため、焦点検出センサー５を制御する時のゲインの設定をＳ／Ｎの高い高ゲインの設定で制御するなどを行う設定をする。なお、ここでのゲインの設定は、後述するステップＳ２０７における低輝度用設定よりも低めであり、かつ、上述したステップＳ２１０における第２の低コントラスト用設定よりも高めである。

一方、上述したステップ２０２で周期パターンであると判定された場合には、ステップＳ２０６で、ＡＦパラメータ設定部６３は焦点検出演算部６４に対して、周期パターン用設定を行う。この周期パターン用設定としては、たとえば、次の文献１に示されるような処理が行われるような設定を行えばよい。他の設定として、強い周期信号などの場合は、相関演算の演算範囲を狭めるようにする設定をしてもよい。

文献１「特開２００８−３０４８０８号公報」

一方、上述したステップ２０３で低輝度であると判定された場合には、次にステップＳ２０７で、ＡＦパラメータ設定部６３は焦点検出演算部６４に対して、低輝度用設定を行う。低輝度用設定として、上述したステップＳ２０９における第１の低コントラスト用設定またはステップＳ２１０における第２の低コントラスト用設定と同様に、相関演算を行う際の検出精度の指標となるコントラスト値や信頼性などを下げる設定をする。
また、低コントラストを可能な限り検出しやすくするため、焦点検出センサー５を制御する時のゲインの設定をＳ／Ｎの高い設定、かつ、なるべく高いゲインに設定するなどを行う。このように、高Ｓ／Ｎを保ちつつ、高ゲインにすることで、図７に示すように電荷出力のピーク値を少しでも大きくすることが可能になる。なお、ここでのゲインの設定は、上述したステップＳ２０７における低輝度用設定およびステップＳ２１０における第２の低コントラスト用設定よりも高めであり、最大となるゲインとしてもよい。また、ゲインとＳ／Ｎの最適なバランスは、焦点検出センサー５によって異なるようにしてもよい。

一方、上述したステップ２０４で遠近競合していると判定された場合には、次にステップＳ２０８で、ＡＦパラメータ設定部６３は焦点検出演算部６４に対して、遠近競合用設定を行う。たとえば、折の中にいる動物を撮影するような場合において、動物に焦点を合わせたいような場合、すなわち、手前に被写体がない場合であって、競合している場合は、遠近競合用設定として、エリア内のセンサーを複数のブロックに分割して、競合する被写体のデフォーカス量をそれぞれ算出するような設定にする。図９は、焦点検出センサー５が有する複数の受光素子を、複数のブロックに分割した際の例である。

たとえば、図９に示すように、符号Ａ１、符号Ａ２、および、符号Ａ３に示すように、焦点検出センサー５が有する複数の受光素子を、複数のブロックに分割する第１の分割状態から、符号Ｂ１および符号Ｂ２に示すように、焦点検出センサー５が有する複数の受光素子を、第１の分割状態とは異なるように、複数のブロックに分割する第２の分割状態に変更する。なお図３で示した２列のラインセンサに対して、それぞれのラインセンサが、図９に示すように、分割状態が変更される。

一方、上述したステップ２０４で遠近競合していないと判定された場合には、ＡＦパラメータ設定部６３は焦点検出演算部６４に対して、たとえば、予め定められている標準的な設定を行う。これは、オートフォーカスにおいて苦手な被写体ではないため、標準的な設定でよいからである。

上記に図６を用いて説明したように、図５のステップＳ１０３におけるＡＦパラメータ設定部６３による処理によれば、図５のステップＳ１０２のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、低コントラストであり低輝度でない場合（ステップＳ２０９の場合に相等）、低コントラストであり低輝度である場合（ステップＳ２１０の場合に相等）、低コントラストでなく低輝度である場合（ステップＳ２０７の場合に相等）、周期パターンである場合（ステップＳ２０６の場合に相等）、または、遠近競合している場合（ステップＳ２０９の場合に相等）のいずれの場合であっても、焦点検出演算部６４には、それぞれの場合に適した設定がされる。そのため、焦点検出演算部６４は、上記いずれの場合であっても、光学系の焦点状態の検出を正常にできる。

なお、上述した図６のステップＳ２０１〜ステップＳ２０５における判定の処理に優先順位は無く、順不同でもよい。また、苦手な被写体に限らず、人物の顔などをパターンマッチングのテンプレートに従って、それに適したアルゴリズムを使ってもよい。

なお、低コントラストであるか否か、低輝度であるか否か、周期パターンであるか否か、遠近競合しているか否か、というそれぞれの条件を任意に組み合わせた条件に対して、焦点検出演算部６４に設定するパラメータが、予めカメラが有する記憶部に記憶されていてみよい。そして、ＡＦパラメータ設定部６３は、任意に組み合わせた条件に該当するパラメータを記憶部から読み出して、この読み出したパラメータを、焦点検出演算部６４に設定するようにしてもよい。

なお、上述した本実施形態の説明においては、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像（図４を参照）は、光学系の焦点距離や撮影距離に依存することなく、近景から遠景までピントが合って撮像されるものとして説明した。光学系の焦点距離が、たとえば３５ｍｍなどのように標準レンズよりも短く、被写界深度の深い広角系の場合には、光学系の焦点距離や撮影距離に依存することなく、近景から遠景までピントが合って撮像されることがある。

しかしながら、光学系の焦点距離が、たとえば２００ｍｍなどのように標準レンズよりも長く、被写界深度の浅い望遠系の場合には、近景から遠景までピントが合って撮像される範囲は、光学系の焦点距離や撮影距離に依存する可能性がある。たとえば、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像（図４を参照）は、撮影距離の前後数ｍの範囲にピントが合って撮像される可能性がある。

このような場合には、光学系の焦点距離に基づいて、たとえば、撮影距離を順に変更して、図５のステップＳ１０１で説明したように、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像を順に撮像してもよい。そして、図５のステップＳ１０２において、順に撮像したパンフォーカス像に基づいて、パターンマッチング処理部６２は、パターンマッチングなどのシーン解析処理により、生成されたパンフォーカス像から被写体を判別する。同様に、図５のステップＳ１０３において、順に撮像したパンフォーカス像に基づいて、ＡＦパラメータ設定部６３は、ステップＳ１０２で判別された被写体に基づいて、判別された被写体に見合ったＡＦ処理を焦点検出演算部６４に行わせるためのセンサー制御方法やデフォーカス量を算出する際に用いる閾値等の設定を変更する。

このようにすることにより、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像が、近景から遠景までの全てにピントが合っていない場合であっても、撮影距離を変更してパンフォーカス像を撮像することにより、図６を用いて説明したいずれの場合に対しても、焦点検出演算部６４には、適切なパラメータが設定される。よって、焦点検出演算部６４は、それぞれの場合に適して設定されるために、光学系の焦点状態の検出を正常にできる。

なお、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像は、光学系において被写界深度を深くするように単に絞りを絞って撮像した場合の像よりも、深い被写界深度である。そのため、パターンマッチング処理部６２は、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像に基づいて、パターンマッチングなどのシーン解析処理により、生成されたパンフォーカス像から被写体を判別しやすくなる。

なお、上記の実施形態の説明においては、焦点検出センサー５と撮像素子２とは、異なる構成であり、撮像素子２により撮像する場合について説明した。すなわち、焦点検出センサー５とは異なる撮像素子２が、受光系による像を撮像するものとして説明した。しかし、焦点検出センサー５と撮像素子２とを一体として、撮像素子２としての焦点検出センサー５により、受光系による像を撮像するようにしてもよい。すなわち、焦点検出センサー５は、オートフォーカスに用いる受光センサーとしてだけでなく、撮像に用いる受光センサーとして用いることも可能である。

なお、この場合には、クイックリターンミラー９およびサブミラー１０を省き、撮像素子２の位置に、撮像素子２と一体とされた焦点検出センサー５を配置することも可能である。また、カメラに設けられた液晶表示装置などの表示部に、焦点検出センサー５で撮像した画像を表示するようにして、ファインダースクリーン１１、透過型液晶表示器１２、ペンタプリズム１３、および、接眼レンズ１６を省くことも可能である。

なお、画像生成部６１は、光学系の焦点距離に応じてマイクロレンズ４１の中央部に対応する受光素子の数を決定するようにしてもよい。たとえば、上記実施形態の説明においては、図４を用いて説明したように、画像生成部６１はマイクロレンズ４１の中央１つの受光素子に基づいて、パンフォーカス像を生成する場合について説明した。しかし、たとえば、画像生成部６１はマイクロレンズ４１の中央９つの受光素子に基づいて、パンフォーカス像を生成してもよい。この受光素子の数は、光学系の焦点距離に応じて、たとえば、制御回路７が、画像生成部６１に設定するようにしてもよい。

なお、画像生成部６１は、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子を用いてパンフォーカス像を生成するものとして説明したが、画像生成部６１は、マイクロレンズ４１に対応する中央の受光素子として、複数の受光素子のうちの一部の受光素子から出力される出力信号を合成して前記パンフォーカス像を生成してもよい。たとえば、測光用センサー１５が複数のフォーカス位置を有している場合に、複数のフォーカス位置のうちから選択されたフォーカス位置に対応するように、複数の受光素子のうちの一部の受光素子から出力される出力信号を合成してパンフォーカス像を生成してもよい。このようにすることにより、複数のフォーカス位置のうちから選択されたフォーカス位置に対応するパンフォーカス像に基づいて、光学系の焦点状態の検出ができる。すなわち、撮影画面内の複数の位置に焦点検出エリアが設定されており、焦点検出センサー５は、各焦点検出エリアごとに撮影レンズ２３の焦点調節状態を示す焦点検出信号を出力することができる。

なお、図１における画像生成部６１、パターンマッチング処理部６２、ＡＦパラメータ設定部６３、焦点検出演算部６４、レンズ駆動量演算部６５、または、制御回路７の各処理部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、この各処理部はメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、各処理部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

５…焦点検出センサー、４０…焦点検出光学系、４１…マイクロレンズ、５０…光電変換アレイ素子、５１…受光素子アレイ、６１…画像生成部、６２…パターンマッチング処理部、６３…ＡＦパラメータ設定部、６４…焦点検出演算部、６５…レンズ駆動量演算部、１００…焦点検出装置

Claims (8)

1. 複数のマイクロレンズが二次元状に配列されているマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズ毎に設けられた複数の受光素子とを有し、前記マイクロレンズアレイを介して光学系からの光束を受光する受光素子アレイと、
   前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に基づいてパンフォーカス像を生成する画像生成部と、
   前記パンフォーカス像のうち、特定の対象を検出する検出部と、
   前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に対し、前記検出部により検出された前記対象に応じた処理を行って前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、
   を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置であって、
   前記画像生成部は、
   前記複数の受光素子のうち、前記マイクロレンズの中央部に対応する受光素子から出力される出力信号を合成して前記パンフォーカス像を生成する、
   ことを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置であって、
   前記画像生成部は、
   前記光学系の焦点距離に応じて前記マイクロレンズの中央部に対応する受光素子の数を決定する、
   ことを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の焦点検出装置であって、
   前記画像生成部は、
   前記複数の受光素子のうちの一部の受光素子から出力される出力信号を合成して前記パンフォーカス像を生成する、
   ことを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の焦点検出装置であって、
   前記検出部は、
   前記パンフォーカス像に含まれる像のコントラスト、輝度、周期性、および、距離差のうちの少なくとも１つを前記特定の対象として検出する、
   ことを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の焦点検出装置、
   を備えることを特徴とするカメラ。
7. 請求項６に記載のカメラであって、
   前記光学系による像を撮像する撮像部、
   を備えることを特徴とするカメラ。
8. 請求項７に記載のカメラであって、
   前記撮像部は、
   前記受光素子アレイからの出力信号に基づいて前記光学系による像を撮像する、
   ことを特徴とするカメラ。

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