JP2019095594A - 焦点検出装置及び方法、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 予め決められた主被写体を撮影する際に、位相差ＡＦで主被写体に焦点検出できない場合に、周辺領域に存在する被写体を利用して高精度に焦点調整を行えるようにすること。【解決手段】 主被写体を撮影する際に、第１の焦点検出領域と、画面周辺の第２の焦点検出領域とを含む、予め決められた複数の焦点検出領域のうちのいずれかを選択して設定する設定手段と、撮像素子により得られる、視差を有する一対の焦点検出信号の位相差に基づいて、設定された焦点検出領域における合焦位置の算出を行う第１の算出手段と、撮像素子から出力された画像信号のコントラストに基づいて、設定された焦点検出領域における合焦位置の算出を行う第２の算出手段と、を有し、第１の焦点検出領域が設定された場合に、第１の算出手段により合焦位置の算出を行い、第２の焦点検出領域が設定された場合に、第２の算出手段により合焦位置の算出を行う。【選択図】 図１

Description

本発明は焦点検出装置及び方法、及び撮像装置に関し、特に天体にピントを合わせる技術に関するものである。

近年のカメラやビデオ等の撮像装置は高画素化しており、些細なピントずれでも目立つようになり、より高精度なピント合わせが要望されている。この要望は夜空における天体（星、月など）を撮影する場合も同様である。

天体のピント合わせは、各天体を点光源と見立てて高輝度信号の面積が厳密に最小になるようなフォーカス位置を算出することで行われる。夜間の天体の撮影において撮影対象となる星や月は、ほぼ無限遠に位置する被写体であり、露出も天体固有の設定があるため、他のシーンモードとは独立したモードが存在する。以下、月を主な被写体として撮影するモードを「月撮影モード」と呼ぶ。

通常、ほぼ無限遠に位置する被写体にピントが合うフォーカス位置は、撮像装置それぞれの個体毎に行われる無限ピント調整において一意に決まる位置である。しかしながら、調整時の温度と実際に天体を撮影するときの撮像装置の温度との温度差や姿勢差等により、撮影中にピントがずれていくことがある。そのため、撮影中に撮像装置との距離がほぼ変わることのない天体の撮影をしている最中であっても、度々ピント合わせを行う必要がある。

従来より、ピント合わせを行う代表的な自動焦点調整方法として、コントラストＡＦと位相差ＡＦがある。コントラストＡＦでは、撮像素子から得られた輝度信号に対してフィルタ処理を行い、特定周波数成分を抽出して得られたコントラスト評価値を用いて自動焦点調整を行う。一方、位相差ＡＦは、撮像光学系における互いに異なる射出瞳領域を通過した被写体からの光束を一対のラインセンサ上に結像させ、その一対のラインセンサから得られた像信号の位相差から撮像光学系のデフォーカス量を算出することで自動焦点調整を行う。一般的に位相差ＡＦの方がコントラストＡＦと比較して自動焦点調整を行う時間は短いという利点がある。

ここで、例えば月撮影モードにおいて、月を画面中央に配置するようにズームが駆動され、ピントを合わせようとしたときに、状況によってはピントを合わせることができないことがある。例えば、月の形状が新月に近い状態に変化しているとき（図１３（a））や、月に雲が掛っているとき（図１３（b））等である。

特許文献１には、位相差ＡＦを行っているときに、被写体が画面中央を外れて画面周辺に移動した場合に、位相差ＡＦよりもコントラストＡＦの方が検出精度の点で適しているため、被写体の移動した位置に応じてＡＦ方式を切り替える手法が提案されている。

特開２０１３−３５０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、画面中央付近の被写体に対して位相差ＡＦにより合焦させておき、被写体が画面中央を外れて画面周辺部に近付いたときにコントラストＡＦに切り替える手法である。従って、月撮影モードにおいて画面中央に月が検出できなかったときに、この手法を用いて合焦位置を見つけることには繋がらない。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、予め決められた主被写体を撮影する際に、位相差ＡＦで主被写体に焦点検出できない場合に、周辺領域に存在する被写体を利用して高精度に焦点調整を行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、予め決められた主被写体を撮影する撮影モードにおいて、第１の焦点検出領域と、画面周辺の第２の焦点検出領域とを含む、予め決められた複数の焦点検出領域のうちのいずれかを選択して設定する設定手段と、撮像光学系を介して入射する光に基づいて、視差を有する一対の焦点検出信号を出力する焦点検出画素を含む複数の画素からなる撮像素子により光電変換して得られる、前記一対の焦点検出信号の位相差に基づいて、前記設定手段により設定された焦点検出領域における合焦位置の算出を行う第１の算出手段と、前記撮像素子から出力された画像信号のコントラストに基づいて、前記設定手段により設定された焦点検出領域における合焦位置の算出を行う第２の算出手段と、を有し、前記設定手段により前記第１の焦点検出領域が設定された場合に、前記第１の算出手段により合焦位置の算出を行い、前記設定手段により前記第２の焦点検出領域が設定された場合に、前記第２の算出手段により合焦位置の算出を行う。

本発明によれば、予め決められた主被写体を撮影する際に、位相差ＡＦで主被写体に焦点検出できない場合に、周辺領域に存在する被写体を利用して高精度に焦点調整を行うことができる。

本発明の実施形態におけるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図。 （ａ）実施形態における撮像素子の画素の回路図、及び、（ｂ）撮像素子の画素の配列を示す模式図。 本実施形態における像ずれ量の算出処理を説明するための図。 第１の実施形態における月撮影モードにおける焦点調整処理を示すフローチャート。 第１の実施形態におけるＡＦ枠表示処理を示すフローチャート。 第１の実施形態におけるリトライ処理１を示すフローチャート。 変形例におけるリトライ処理２を示すフローチャート。 第１の実施形態における焦点検出領域の設定例を説明する図。 第１の実施形態における焦点検出領域の設定例を説明する図。 第１の実施形態における焦点検出領域の設定例を説明する図。 第２の実施形態における月撮影モードにおける焦点調整処理を示すフローチャート。 第２の実施形態における焦点検出領域の設定例を説明する図。 月撮影モードでピント合わせができない例を説明する図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置の一例として、デジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。

レンズユニット１０１（撮像光学系）は、その内部にズームレンズ１０２、フォーカスレンズ１０４等の複数のレンズを含むレンズ群、及び、絞り・シャッタ１０３を保持し、それぞれの駆動を行う。なお、レンズユニット１０１は交換可能なレンズユニットであっても、カメラ一体型のレンズユニットであっても、どちらでもよい。ズームレンズ１０２は焦点距離を調整することで光学的に画角を変更する。絞り・シャッタ１０３は光量を調整する露出制御に使用する。フォーカスレンズ１０４はピント位置を調整する。

レンズユニット１０１を介して入射した光は、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）等を用いた撮像素子１０５にて受光され、受光量に応じた電気信号へと光電変換される。

ここで、図２を参照して、撮像素子１０５の構成について説明する。図２（ａ）は、撮像素子１０５内の画素２００の構成を示す回路図である。画素２００は、フォトダイオード（ＰＤ）２０１ａ，２０１ｂ、転送スイッチ２０２ａ，２０２ｂ、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域２０３、増幅部２０４、リセットスイッチ２０５及び選択スイッチ２０６を有する。また、各スイッチはＭＯＳトランジスタ等により構成され得る。なお、各スイッチは一例としてＮ型のＭＯＳトランジスタであるものとするが、各スイッチはＰ型のＭＯＳトランジスタであってもよく、その他のスイッチング素子であってもよい。

このように、本実施形態における撮像素子１０５は、１つの画素２００内に、２つのＰＤ２０１ａ，２０１ｂを有する。ただし、各画素２００に設けられるフォトダイオードの個数は２つに限定されず、３つ以上（例えば、４つ）設けられてもよい。本実施形態においてＰＤ２０１ａ，２０１ｂは、後述するように、焦点検出画素として機能するとともに、撮像画素としても機能する。

ＰＤ２０１ａ，２０１ｂは、図２（ｂ）に示す同一のマイクロレンズ２３６を通過した光を受光し、光電変換によりその受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部として機能する。ＰＤ２０１ａにより得られる信号をＡ信号、ＰＤ２０１ｂにより得られる信号をＢ信号と呼ぶ。

転送スイッチ２０２ａはＰＤ２０１ａとＦＤ領域２０３との間に接続され、転送スイッチ２０２ｂはＰＤ２０１ｂとＦＤ領域２０３との間に接続される。転送スイッチ２０２ａ，２０２ｂは、それぞれＰＤ２０１ａ，２０１ｂで発生した電荷を共通のＦＤ領域２０３に転送する素子であり、それぞれ制御信号ＴＸ＿Ａ，ＴＸ＿Ｂによって制御される。

ＦＤ領域２０３は、ＰＤ２０１ａ，２０１ｂから転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。

増幅部２０４は、ソースフォロワＭＯＳトランジスタである。増幅部２０４のゲートは、ＦＤ領域２０３に接続され、増幅部２０４のドレインは電源電位ＶＤＤを供給する共通電源２０８に接続される。増幅部２０４は、ＦＤ領域２０３に保持された電荷に基づく電圧信号を増幅して、画像信号として出力する。

リセットスイッチ２０５は、ＦＤ領域２０３と共通電源２０８との間に接続される。リセットスイッチ２０５は、制御信号ＲＥＳによって制御され、ＦＤ領域２０３の電位を電源電位ＶＤＤにリセットする機能を有する。

選択スイッチ２０６は、増幅部２０４のソースと垂直出力線２０７の間に接続される。選択スイッチ２０６は、制御信号ＳＥＬによって制御され、増幅部２０４で増幅された画像信号を垂直出力線２０７に出力する。

図２（ｂ）は、撮像素子１０５の一部の画素の配列を示す模式図であり、図２（ａ）に示す構成を有する画素が、水平方向にｎ画素、垂直方向にm画素並べられた状態を示している。そして、図２（ｂ）に示すように、各画素のＰＤ２０１ａ，２０１ｂは、１つのマイクロレンズ２３６に対応している。

本実施形態では、図２に示す構成を有する画素から、Ａ信号と、Ａ信号とＢ信号を撮像素子１０５内で加算した（Ａ＋Ｂ）信号とを読み出すものとする。なお、Ａ信号及びＢ信号をそれぞれ別々に読み出しても良い。

なお、撮像素子１０５を構成する配列や画素数はこれに限られるものではなく、撮像素子１０５を構成する少なくとも一部の画素が、図２（ａ）に示す構成を有する画素であれば良い。また、画素の光電変換部の互いに異なる一部領域（例えば半分）を遮光した複数対の画素（焦点検出画素）を離散的に配し、得られた一対の信号を焦点検出信号として用いても良い。その場合、焦点検出画素は、画像信号を得るための画素としては欠陥画素となるため、焦点検出画素に対応する信号を補間する必要があるが、当該処理は公知技術であるため、詳細な説明は省略する。

ＡＤコンバータ１０６は、撮像素子１０５から読み出されたＡ信号及び（Ａ＋Ｂ）信号に対してノイズ除去処理、ゲイン調整、デジタル化を行い、処理した電気信号を出力する。タイミングジェネレータ１０８はカメラ制御部１４０の指令に従い、撮像素子１０５における電気信号への変換タイミングと、ＡＤコンバータ１０６の出力タイミングを制御する。

ＡＤコンバータ１０６から出力された（Ａ＋Ｂ）信号は、そのまま画像信号として用いることができ、画像処理回路１１１及びカメラ制御部１４０内の輝度信号検出部１２５に入力される。なお、Ａ信号及びＢ信号をそれぞれ別々に読み出した場合には、例えば、画像処理回路１１１においてＡ信号及びＢ信号を加算することで、画像信号を生成し、生成した画像信号を輝度信号検出部１２５に入力すればよい。画像処理回路１１１は、画像信号に対して、画素補間処理や色変換処理等を施した後、画像データとして内部メモリ１１２に送る。表示部１１３は内部メモリ１１２に保持されている画像データと共に、撮影情報などを表示する。圧縮伸長処理部１１４は内部メモリ１１２に保存されている画像データを画像フォーマットに応じて圧縮伸長を行う。圧縮した画像データは、不図示の記憶媒体に記憶される。

一方、Ａ信号及び（Ａ＋Ｂ）信号は位相差ＡＦ信号処理部１１０に入力される。位相差ＡＦ信号処理部１１０では、（Ａ＋Ｂ）信号からＡ信号を差し引くことでＢ信号を取得し、撮像面位相差ＡＦを行うための視差を有する一対の焦点検出信号（Ａ信号とＢ信号）を得る。位相差ＡＦ信号処理部１１０で生成された一対の焦点検出信号は、カメラ制御部１４０内の相関演算部１２７へ出力され、相関演算部１２７において像ずれ量を算出する。なお、像ずれ量の算出処理の詳細については後述する。なお、Ａ信号及びＢ信号をそれぞれ別々に読み出す場合には、位相差ＡＦ信号処理部１１０を介さずに、相関演算部１２７に直接出力してもよい。

記憶メモリ１１５は、パラメータなどの様々なデータを記憶する。操作部１１６は、各種のメニュー操作、モード切り換え操作を行うユーザインタフェースである。カメラ制御部１４０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算装置で構成され、操作部１１６によるユーザの操作に応じて、内部メモリ１１２に記憶されている各種の制御プログラムを実行する。制御プログラムは、例えば、自動露出制御、ズーム制御、自動合焦制御、等を行うためのプログラムを含む。

輝度信号検出部１２５は、ＡＤコンバータ１０６から出力された画像信号に基づいて、被写体及び場面の輝度を検出する。露出制御部１２４は、輝度信号検出部１２５により得られた輝度情報に基づいて露出値（絞り値及びシャッタ速度）の制御を行い、その演算結果を絞りシャッタ駆動部１２１へ通達し、絞りシャッタ駆動部１２１は絞り・シャッタ１０３の駆動を行う。また露出制御部１２４は、ＡＤコンバータ１０６から出力された画像信号を増幅する制御も同時に行う。これにより自動露出制御（ＡＥ制御）が行われる。

ズーム制御部１３４は、操作部１１６によるズーム操作指示に従ってズームレンズ位置の制御を行い、ズームレンズ駆動部１２３は、ズーム制御部１３４からのズームレンズ位置に基づいて、ズームレンズ１０２の駆動を行う。

位相差ＡＦデフォーカス量算出部１３０は、相関演算部１２７で算出された像ずれ量に基づいて、位相差ＡＦ方式におけるデフォーカス量を算出する。フォーカス制御部１３３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１０４の駆動方向及び駆動量の制御を行う。フォーカスレンズ駆動部１２２は、フォーカス制御部１３３からの駆動方向及び駆動量に基づいて、フォーカスレンズ１０４の駆動を行う。

評価値算出部１２６は、輝度信号検出部１２５により得られた輝度情報から特定周波数成分を抽出した後、コントラスト評価値として算出を行う。走査制御部１２９は、フォーカス制御部１３３に対して、フォーカスレンズ１０４を所定範囲を所定駆動量で駆動する指令を行うと同時に、複数のフォーカスレンズ位置における評価値算出部１２６の算出結果であるコントラスト評価値を取得する。そして、コントラスト評価値の形状を求める。

コントラストＡＦデフォーカス量算出部１３２は、走査制御部１２９で求められたコントラスト評価値の形状が頂点となるフォーカス位置から、コントラストＡＦ方式におけるデフォーカス量を算出する。そして、位相差ＡＦデフォーカス量算出部１３０により算出されたデフォーカス量、またはコントラストＡＦデフォーカス量算出部１３２により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１０４を駆動する。これにより、撮像素子１０５面上で光束が合焦する自動合焦制御（ＡＦ制御）が行われる。

焦点検出領域設定部１３１は、デフォーカス量の算出を行う領域（以下、「焦点検出領域」と呼ぶ。）の数、位置、及び大きさの設定を行う。露出／ＡＦ方式変更部１２８は、焦点検出領域設定部１３１で設定した焦点検出領域における、位相差ＡＦデフォーカス量算出部１３０、及びコントラストＡＦデフォーカス量算出部１３２から得られた結果に応じて、露出設定の変更とＡＦ方式の変更を行う。

ここで、相関演算部１２７において行われる像ずれ量の算出処理の詳細について、図３を参照して説明する。図３（ａ）のｐ，ｑ，ｓ，ｔはそれぞれ、水平方向（ｘ軸方向）の座標を表しており、ｐとｑはそれぞれ画素領域の始点と終点、ｓとｔはそれぞれ焦点検出領域の始点と終点とする。実線６０１はフィルタ処理を行った焦点検出信号の一方（例えば、Ａ信号）であり、破線６０２は他方の焦点検出信号（例えば、Ｂ信号）である。

一対の焦点検出信号６０１，６０２の相関量を算出する際には、焦点検出信号６０１，６０２の両方を矢印の方向に任意の定数ビットずつシフトし、シフト後の焦点検出信号６０１，６０２の差の絶対値の和を算出する。以下、説明を簡略化するためにシフトするビット幅を１とする。この時、マイナス方向の最大シフト量はｐ−ｓ、プラス方向の最大シフト量はｑ−ｔである。また、相関量ＣＯＲを算出する対象の部分領域の開始座標をｘ、終了座標をｙ、シフト量をｉとすると、相関量ＣＯＲは、以下の式（１）により算出することができる。

図３（ｂ）は、シフト量ｉと相関量ＣＯＲとの関係を示す例である。横軸はシフト量ｉを、縦軸は相関量ＣＯＲを表している。相関量ＣＯＲの波形６０３の極値における、１シフトおきの相関量の差を相関変化量ΔＣＯＲとして算出する。上述したように、シフト量をｉ、マイナス方向の最大シフト量をｐ−ｓ、プラス方向の最大シフト量をｑ−ｔとすると、相関変化量ΔＣＯＲは、以下の式（２）により算出することができる。このとき、ｐ−ｓ＋１＜ｑ−ｔ−１の関係が成り立つ。
ΔＣＯＲ［ｉ］＝ΔＣＯＲ［ｉ−１］−ΔＣＯＲ［ｉ＋１］
（ｐ−ｓ）＜ｉ＜（ｑ−ｔ） …（２）

図３（ｃ）はシフト量ｉと相関変化量ΔＣＯＲとの関係の例である。横軸はシフト量ｉを、縦軸は相関変化量ΔＣＯＲを表している。シフト量ｉに対して変化する相関変化量ΔＣＯＲの波形６０４は、プラスからマイナスに変化している。この相関変化量が０となる状態をゼロクロスと呼び、一対の焦点検出信号６０１，６０２の一致度が最も高くなる。したがって、ゼロクロスを与えるシフト量が像ずれ量となる。

ゼロクロスを与えるシフト量（ｋ−１＋α）は、整数部分β（＝ｋ−１）と小数部分αとに分けられる。小数部分αは、図３（ｃ）の三角形ＡＢＣと三角形ＡＤＥとの相似の関係から、以下の式（３）により算出することができる。

整数部分βは、以下の式（４）により算出することができる。
β＝ｋ−１ …（４）
これらαとβの和から像ずれ量を算出することができる。

次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、月を主被写体として撮影する月撮影モードにおける第１の実施形態の焦点調整処理について説明する。

まず、Ｓ１０１において、撮像装置で使用する変数の初期化等の初期化処理全般を行う初期化処理を行う。次にＳ１０２において、ユーザが操作部１１６により撮影モードとして月撮影モードを選択しているかどうかを判定する。月撮影モードでなければ、本処理を終了する。月撮影モードである場合にはＳ１０３に進み、ズーム制御部１３４からズームレンズ駆動部１２３へ指令を行い、予め決められた焦点距離になる位置まで、ズームレンズ１０２を駆動する。次に、Ｓ１０４においてＡＦ枠表示処理を行う。

ここで、Ｓ１０４で行われるＡＦ枠表示処理の詳細について、図５のフローチャートを用いて説明する。Ｓ２０１において、撮像装置に設定された現在の日付を取得する。次にＳ２０２において、Ｓ２０１で取得した日付が新月の前後（月齢０前後）、所定日数以内であるか否かを判定する。なお、新月の日付は予め分かっているため、例えば、撮像装置の製造時に記憶メモリ１１５に記憶しておいてもよいし、外部から着脱可能な記憶媒体や通信を介して、新月の情報を取得するようにしてもよく、本発明は情報の取得方法に限定されない。また、所定日数としては、月が画面中央の焦点検出領域にかかる場合には画面中央の焦点検出領域で焦点検出を行うことができるため、月が画面中央の焦点検出領域にかからない程度の日数が考えられるが、適宜設定すれば良い。新月に近い日付の場合にはＳ２０３に進む。

Ｓ２０３では、新月前後の細い月用に焦点検出領域を選択し、選択した焦点検出領域を示すように、ＡＦ枠の形状を変更するが、この処理について図８を参照して説明する。第１の実施形態では、図８に示すように画面全体に、縦に７、横に７の、計４９の位置に焦点検出領域を設定可能であるものとする。図８（ａ）に示す例では、月を画面中央に捉えているが、三日月であるため、画面中央の９個の焦点検出領域を設定して位相差ＡＦを実行したとしても、三日月の合焦位置を検出することができない。そこで、この場合、図８（ｂ）に示すように、画面中央近傍の１６個の焦点検出領域を用いることで、画面中央近傍の右側の一部の焦点検出領域において三日月の合焦位置を検出することができる。そのため、Ｓ２０３では、図８（ｂ）に示す領域にＡＦ枠を表示する。

なお、ＡＦ枠の形状は、各焦点検出領域をそれぞれ示すような形状としても、選択した複数の焦点検出領域をまとめて示すような形状としても良い。また、図１０（ａ）に示すように、細い月の形に合わせるように変形した形状としても良い。

次にＳ２０４において、ＡＦ枠の色を、所定日数以内ではない場合の月のときと異なる色（例えば、より淡い色）に設定する。

一方、Ｓ２０２において、Ｓ２０１で取得した日付が新月（月齢０）の前後、所定日数以内ではないと判定された場合には、Ｓ２０５に進む。Ｓ２０５では、図１０（ｂ）に示すように、新月前後を除く太い月用に画面中央の焦点検出領域を選択し、選択した焦点検出領域を示すように、ＡＦ枠の形状を変更する。なお、ＡＦ枠の形状は、各焦点検出領域をそれぞれ示すような形状としても、選択した複数の焦点検出領域をまとめて示すような形状としても良い。

次にＳ２０６において、ＡＦ枠の色を細い月のときと異なる色（例えば、より鮮やかな色）に設定する。

Ｓ２０７において、設定された形状と色のＡＦ枠の表示を行い、図４の処理に戻る。

なお、上述した図５に示すＡＦ枠表示処理は、撮像装置から取得した日付に基づいて行われるため、撮像装置に設定された日付が実際の日付と異なっていた場合には、適切なＡＦ枠の表示が行われない場合もある。

Ｓ１０５において、ユーザが操作部１１６への予め決められた操作により、月撮影モードにおけるピント合わせの実行を指示したか否かを判定する。上述したように、通常、撮像装置は個体毎に無限距離に位置する被写体に対してピント調整を行うが、そのピント位置は温度変化、姿勢変化、経時変化によりずれることがある。そのため、撮像装置との距離がほぼ変ることのない月の撮影をしている最中であっても、ユーザは月に対してピント合わせを実行させたいことがある。月へのピントが現状で十分に合っている場合など、ピント合わせの実行が指示されない場合は、ピント合わせが実行されるまで監視を続け、ピント合わせの実行が支持されると、Ｓ１０６に進む。

Ｓ１０６では、月撮影用の露出設定を行う。ここでの露出設定は月撮影モードにおけるピント合わせに特化したものであり、通常撮影時の露出とは異なり、デフォーカス量の算出に適した露出を設定している。そのため、通常撮影では白飛び（画素が飽和）することがない明るさの被写体であっても、月撮影モードにおける焦点調整処理時には白飛び（画素が飽和）することがある。

Ｓ１０７では、焦点検出領域を設定する。Ｓ１０５で設定したＡＦ枠は、撮影者が視認することができる枠であるのに対して、焦点検出領域はデフォーカス量を算出する内部処理のための領域である。

Ｓ１０８では、ＡＦ方式を位相差ＡＦ方式に設定し、Ｓ１０９において、図３を参照して上述したようにしてデフォーカス量を算出する。この時に、デフォーカス量とともに、信頼性を求めておく。なお、信頼性は、公知の方法により求めれば良いが、例えば、コントラストが低かったり、相関量の極値が複数存在するような場合等には、低くなる。例えば、日付の設定が正しくなく、図８（ａ）のように焦点検出領域が設定された場合や、図９（ａ）に示すように満月であっても焦点検出領域が雲で覆われている場合には、コントラストが低いために、デフォーカス量が求められなかったり、信頼性が低くなる。

次にＳ１１０において、Ｓ１０９で算出されたデフォーカス量及び信頼性に基づいて、得られたデフォーカス量により合焦可能であるか否かを判定する。例えば、得られたデフォーカス量に応じてフォーカスレンズ１０４を駆動した場合のフォーカスレンズ１０４の位置が、所定の被写体距離より短い距離に対応している場合や、信頼性が予め決められた信頼性よりも低い場合に、合焦可能ではないと判定する。なお、信頼性による判定は必ずしも必要ではなく、デフォーカス量のみに基づいて判定しても良い。

合焦可能である場合には、Ｓ１１１に進んでフォーカスレンズ１０４を合焦位置へ駆動する。合焦可能でない場合には、Ｓ１１２に進んでリトライ処理１を行う。

ここで、Ｓ１１２で行われるリトライ処理１について、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、リトライ処理１の開始に伴って、Ｓ１０４で表示したＡＦ枠を非表示にしても良く、非表示にすることで、Ｓ１０４で表示したＡＦ枠で、焦点検出ができなかったことをユーザに知らせることができる。まず、Ｓ３０１において、図１０（ｃ）の画面中央にある領域１（測光領域）の輝度値を取得し、次のＳ３０２において、Ｓ３０１で取得した輝度値が所定の閾値以上であるか否かを判定する。輝度値が閾値以上である場合は、太い月が存在する可能性がある。この判定では、例えば、図９（ａ）に示すように、月を画面中央に捉えているが、月の中央付近が雲で覆われているため、満月であるためにある程度の明るさはあるが、焦点検出できなかった場合も含まれることになる。このときはＳ３０３に進んで、図１０（ｃ）に示す領域１の周辺の領域２を選択し直す。これにより、選択された焦点検出領域は図９（ｂ）に示すようになる。

一方、輝度値が閾値未満である場合は、細い月が存在する可能性がある。このときはＳ３０４に進んで、図１０（ｃ）に示す領域３を選択し直す。これにより、選択された焦点検出領域は図８（ｂ）に示すようになる。

Ｓ３０５では、Ｓ３０３またはＳ３０４で選択し直された焦点検出領域で、Ｓ１０９と同様に、位相差ＡＦ方式におけるデフォーカス量及び信頼性の算出を行う。

Ｓ３０６では、Ｓ１１０と同様にして、Ｓ３０５で算出されたデフォーカス量及び信頼性に基づいて、得られたデフォーカス量により合焦可能であるか否かを判定する。合焦可能である場合には、Ｓ３０７に進んで合焦表示を行う。なお、合焦表示は撮影者に合焦を知らせる合図であり、例えば、画面中央近傍でＡＦ枠の色を変更する、合焦音を鳴らす、などの通知を行う。Ｓ３０８ではフォーカスレンズ１０４を合焦位置へ駆動する。

一方、合焦できない場合には、月を対象にする状態から月の周辺に存在する星を対象にする状態へ切り替える。このとき、月と星は輝度が異なるため、Ｓ３０９において、月の露出設定から星の露出設定に切り替える。そしてＳ３１０において、ピント合わせとして月を対象にする状態から、月の周辺に存在する星を対象にするために、焦点検出領域を図１０（ｃ）に示す領域４へ切り替える。これにより、選択された焦点検出領域は図８（ｃ）や図９（ｃ）に示すようになる。次のＳ３１１では、焦点検出領域として使用する領域を画面中央から画面周辺に切り替えたことにより、ＡＦ方式を、位相差ＡＦ方式から、検出精度が有利なコントラストＡＦ方式へ切り替える。このようにＡＦ方式を変更するのは、画面周辺に配置された焦点検出領域では光学的要因（コマ収差、シェーディング）により、位相差ＡＦでは正しい像ずれ量が算出されない傾向にあるためである。

そしてＳ３１２において、コントラストＡＦ方式により領域４のデフォーカス量及び信頼性の算出を行う。具体的には、走査制御部１２９による所定のフォーカス位置における評価値算出部１２６の算出結果である評価値を取得し、コントラスト形状が頂点となるフォーカス位置から、コントラストＡＦデフォーカス量算出部１３２によりデフォーカス量を算出する。また、コントラスト形状から、信頼性を求めることができる。

Ｓ３１３において、Ｓ３１２で算出されたデフォーカス量及び信頼性に基づいて、Ｓ１１０と同様にして、得られたデフォーカス量により合焦可能であるか否かを判定する。合焦可能である場合には、Ｓ３１４に進んで合焦表示を行う。被写体のターゲットは月であるため、何らかの要因により月を検出できなかった場合であっても、地上からは月と同じ無限遠の距離である星を検出できたため、月にもピントが合うことを知らせるために、通知時は画面中央近傍にＡＦ枠を配置する。そして、Ｓ３１５で、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４を合焦位置へ駆動する。

合焦できない場合にはＳ３１６に進んで、フォーカスレンズ１０４を調整された被写体距離無限でピントが合う位置へ駆動する。上記処理が終了すると、第１の実施形態における月撮影モードでの焦点調整処理を終了する。

上記の通り第１の実施形態によれば、天体を撮影するモードおいて、位相差ＡＦで焦点検出できなかった被写体に対して、周辺に存在する被写体を利用して高精度に焦点調整を行うことができる。

＜変形例＞
上述した第１の実施形態におけるリトライ処理１の代わりに、別のリトライ処理２を行っても良い。図７は、本変形例におけるリトライ処理２を示すフローチャートである。リトライ処理２は、図４のＳ１１２で行われるリトライ処理１の代わりに行われ、それ以外の処理は上述した第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図７に示すリトライ処理２と、図６に示すリトライ処理１との違いは、リトライ処理２では、リトライ処理１のＳ３０９〜Ｓ３１６の処理のみを行う点である。従って、図７において、図６と同じ処理には同じ参照番号を付し、説明を省略する。

このように、図４のＳ１０４で選択されたＡＦ枠に対応する焦点検出領域で得られたデフォーカス量及び信頼性から、Ｓ１１０において合焦可能ではないと判定された場合に、すぐに被写体を星に変更して焦点検出を行う。これにより、図６に示す処理と比較して、焦点調整の精度が低くなる可能性はあるものの、より早く焦点調整を行うことが可能となる。

以上、撮像装置として、デジタルカメラを例にして説明してきたが、本発明はデジタルカメラに限定されるものではなく、本発明は撮像装置を有する様々な機器に適用することができる。

なお、上述した説明では、リトライ処理２は、リトライ処理１の代わりに実行するものとして説明したが、ユーザ指示や、予め決められた条件等に応じて選択的に実行可能な構成としても良い。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態においても、図１及び図２を参照して説明した構成を有するデジタルカメラを用いるものとして説明する。図１１は、第２の実施形態における月撮影モードにおける焦点調整処理を示すフローチャート、図１２は、第２の実施形態における焦点検出領域の設定例を説明する図である。なお、図１１において、図４に示す処理と同様の処理には同じ参照番号を付して、適宜説明を省略する。

Ｓ１０３でズームレンズの駆動を終えると、Ｓ１０５において、ユーザが操作部１１６への予め決められた操作により、月撮影モードにおけるピント合わせの実行を指示したか否かを判定する。ピント合わせの実行が支持されると、Ｓ１０６に進む。Ｓ１０６では、月撮影用の露出設定を行って、Ｓ５０１に進む。

Ｓ５０１では、画面中央に予め決められた焦点検出領域１を設定するとともに、選択した焦点検出領域１の位置にＡＦ枠５０１を表示する。図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、表示されたＡＦ枠５０１の例を示す図である。

Ｓ１０８では、ＡＦ方式を位相差ＡＦ方式に設定し、Ｓ１０９において、図３を参照して上述したようにしてデフォーカス量及び信頼性を算出する。次にＳ１１０において、Ｓ１１０で算出されたデフォーカス量及び信頼性に基づいて、得られたデフォーカス量により合焦可能であるか否かを判定する。例えば、図１２（ａ）に示すような場合には、合焦可能となると考えられる。合焦可能である場合には、Ｓ１１１に進んでフォーカスレンズ１０４を合焦位置へ駆動し、処理を終了する。

一方、例えば、図１２（ｂ）または図１２（ｃ）のような場合には、合焦可能とならないと考えられる。合焦可能でない場合には、Ｓ５０２に進んで、図１２（ｄ）または図１２（ｅ）に示すように、画面中央より左右の予め決められた焦点検出領域２を設定するとともに、選択した焦点検出領域２の位置にＡＦ枠５０２を表示する。そして、次のＳ５０３においてＡＦ方式を検出精度が有利なコントラストＡＦ方式へ切り替える。このようにＡＦ方式を変更するのは、画面の周辺寄りに配置された焦点検出領域では光学的要因（コマ収差、シェーディング）により、位相差ＡＦでは正しい像ずれ量が算出されない傾向にあるためである。

Ｓ５０４において、コントラストＡＦ方式によりＳ５０２で設定された焦点検出領域２のデフォーカス量及び信頼性の算出を行う。そして、Ｓ５０５において、Ｓ５０４で算出されたデフォーカス量及び信頼性に基づいて、得られたデフォーカス量により合焦可能であるか否かを判定する。例えば、図１２（ｄ）に示すような場合には、合焦可能となると考えられる。合焦可能である場合には、Ｓ１１１に進んでフォーカスレンズ１０４を合焦位置へ駆動し、処理を終了する。

一方、例えば、図１２（ｅ）のような場合には、合焦可能とならないと考えられる。合焦可能でない場合には、月を対象にする状態から月の周辺に存在する星を対象にする状態へ切り替える。Ｓ５０６では、図１２（ｆ）に示すように、画面周辺の予め決められた焦点検出領域３を設定するとともに、選択した焦点検出領域３の位置にＡＦ枠５０３を表示する。そして、次のＳ５０７において月の露出設定から星の露出設定に切り替える。

Ｓ５０８において、コントラストＡＦ方式によりＳ５０６で設定された焦点検出領域３のデフォーカス量及び信頼性の算出を行う。そして、Ｓ５０９において、Ｓ５０８で算出されたデフォーカス量及び信頼性に基づいて、得られたデフォーカス量により合焦可能であるか否かを判定する。

合焦可能である場合には、Ｓ５１０に進んで合焦表示を行う。被写体のターゲットは月であるため、何らかの要因により月を検出できなかった場合であっても、地上からは月と同じ無限遠の距離である星を検出できたため、月にもピントが合うことを知らせるために、通知時は画面中央近傍にＡＦ枠を配置する。そして、Ｓ１１１に進んで、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０４を合焦位置へ駆動する。

合焦できない場合にはＳ５１１に進んで、フォーカスレンズ１０４を調整された被写体距離無限でピントが合う位置へ駆動する。上記処理が終了すると、第２の実施形態における月撮影モードでの焦点調整処理を終了する。

上記の通り第２の実施形態によれば、天体を撮影するモードおいて、位相差ＡＦで焦点検出できなかった被写体に対して、周辺に存在する被写体を利用して高精度に焦点調整を行うことができる。

なお、上述した第２の実施形態では、予め決められた焦点検出領域を焦点検出領域１から焦点検出領域３の３種類としたが、本発明はこれに限られるものではなく、２種類であっても、４種類以上であっても良い。また、焦点検出領域２を設定した場合に、コントラストＡＦ方式を用いるものとしたが、位相差ＡＦ方式によりデフォーカス量を算出してもよく、焦点検出領域とＡＦ方式との組み合わせは、適宜変更しても良い。

＜他の実施形態＞
また、本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０１：レンズユニット、１０２：ズームレンズ、１０３：絞り・シャッタ、１０４：フォーカスレンズ、１０５：撮像素子、１０６：ＡＤコンバータ、１０８：タイミングジェネレータ、１１０：位相差ＡＦ信号処理部、１１１：画像処理回路、１１２：内部メモリ、１１３：表示部、１１６：操作部、１２２：フォーカスレンズ駆動部、１２３：ズームレンズ駆動部、１２４：露出制御部、１２５：輝度信号検出部、１２６：評価値算出部、１２７：相関演算部、１２８：露出／ＡＦ方式変更部１２９：走査制御部、１３０：位相差ＡＦデフォーカス量算出部、１３１：焦点検出領域設定部、１３２：コントラストＡＦデフォーカス量算出部、１３３：フォーカス制御部、１３４：ズーム制御部、１４０：カメラ制御部、２０１ａ，２０１ｂ：フォトダイオード

Claims (17)

1. 予め決められた主被写体を撮影する撮影モードにおいて、第１の焦点検出領域と、画面周辺の第２の焦点検出領域とを含む、予め決められた複数の焦点検出領域のうちのいずれかを選択して設定する設定手段と、
   撮像光学系を介して入射する光に基づいて、視差を有する一対の焦点検出信号を出力する焦点検出画素を含む複数の画素からなる撮像素子により光電変換して得られる、前記一対の焦点検出信号の位相差に基づいて、前記設定手段により設定された焦点検出領域における合焦位置の算出を行う第１の算出手段と、
   前記撮像素子から出力された画像信号のコントラストに基づいて、前記設定手段により設定された焦点検出領域における合焦位置の算出を行う第２の算出手段と、を有し、
   前記設定手段により前記第１の焦点検出領域が設定された場合に、前記第１の算出手段により合焦位置の算出を行い、前記設定手段により前記第２の焦点検出領域が設定された場合に、前記第２の算出手段により合焦位置の算出を行うことを特徴とする焦点検出装置。
2. 測光手段を更に有し、
   前記第１の算出手段により前記第１の焦点検出領域の合焦位置が得られなかった場合に、前記測光手段により予め決められた測光領域の測光を行い、該測光領域の輝度値が閾値以上の場合に、前記設定手段は、前記測光領域の周辺の領域を第３の焦点検出領域として設定し、前記測光領域の輝度値が閾値未満の場合に、前記設定手段は、前記第３の焦点検出領域よりも画面周辺に近い領域を第４の焦点検出領域として設定し、前記第１の算出手段により前記第３の焦点検出領域または前記第４の焦点検出領域の合焦位置の算出を行い、合焦位置が得られなかった場合に、前記設定手段は、前記第２の焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記設定手段は、前記第１の算出手段により前記第１の焦点検出領域の合焦位置が得られなかった場合に、前記第２の焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
4. 前記設定手段は、前記第１の算出手段により前記第１の焦点検出領域の合焦位置が得られなかった場合に、前記第１の焦点検出領域よりも画面周辺に近い領域を第３の焦点検出領域として設定し、前記第１の算出手段または前記第２の算出手段により前記第３の焦点検出領域の合焦位置の算出を行い、合焦位置が得られなかった場合に、前記設定手段は、前記第２の焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
5. 前記第１の算出手段または前記第２の算出手段により合焦位置が得られた場合に、当該合焦位置にフォーカスレンズを駆動するように制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記主被写体は、月であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 前記主被写体は、月であることを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
8. 前記設定手段により前記第１の焦点検出領域が設定された場合に、前記主被写体に対応した露出となるように露出制御を行い、前記設定手段により前記第２の焦点検出領域が設定された場合に、前記主被写体の周辺の被写体に対応した露出となるように露出制御を行う露出制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
9. 前記周辺の被写体は、星であることを特徴とする請求項８に記載の焦点検出装置。
10. 日付を取得する取得手段を更に有し、
    前記設定手段は、前記取得した日付に基づいて、前記第１の焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項６に記載の焦点検出装置。
11. 前記設定手段は、前記日付が、月齢０前後の予め決められた日数を超えている場合に、画面中央を含む領域を前記第１の焦点検出領域として設定し、前記日付が、月齢０前後の予め決められた日数以内の場合に、前記画面中央と、前記画面周辺との間の領域を前記第１の焦点検出領域として設定することを特徴とする請求項１０に記載の焦点検出装置。
12. 前記第２の焦点検出領域の合焦位置が得られた場合に、前記主被写体に合焦したことを示す通知を行う通知手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
13. 前記主被写体を撮影する撮影モードにおいて、前記撮像光学系の焦点距離を月の撮影に適した焦点距離に制御するズーム制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
14. 視差を有する一対の焦点検出信号を出力する焦点検出画素を含む複数の画素からなる撮像素子と、
    請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の焦点検出装置と
    を有することを特徴とする撮像装置。
15. 設定手段が、予め決められた主被写体を撮影する撮影モードにおいて、第１の焦点検出領域と、画面周辺の第２の焦点検出領域とを含む、予め決められた複数の焦点検出領域のうちのいずれかを選択して設定する設定工程と、
    前記設定工程で前記第１の焦点検出領域が設定された場合に、第１の算出手段が、撮像光学系を介して入射する光に基づいて、視差を有する一対の焦点検出信号を出力する焦点検出画素を含む複数の画素からなる撮像素子により光電変換して得られる、前記一対の焦点検出信号の位相差に基づいて、前記設定手段により設定された焦点検出領域における合焦位置の算出を行う第１の算出工程と、
    前記設定工程で前記第２の焦点検出領域が設定された場合に、第２の算出手段が、前記撮像素子から出力された画像信号のコントラストに基づいて、前記設定手段により設定された焦点検出領域における合焦位置の算出を行う第２の算出工程と
    を有することを特徴とする焦点検出方法。
16. コンピュータを、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の焦点検出装置の各手段として機能させるためのプログラム。
17. 請求項１６に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。