JP5446720B2 - 焦点検出装置、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は焦点検出技術に関する。

焦点調節レンズを光軸方向に移動させながら被写体像を撮像し、所定の領域（焦点検出領域）内の撮像信号に基づいて焦点評価値を算出し、焦点評価値がピークとなる焦点調節状態を合焦状態として検出する焦点検出技術がある。このような焦点検出技術では、焦点調節レンズの移動に伴う像倍率変化によって焦点検出領域に含まれる被写体の範囲が変化する。この場合、高コントラストの被写体が焦点検出領域に入ってしまうと焦点評価値が影響を受けることになり、正確な焦点調節ができなくなる。

このような問題を解決するための技術として、焦点評価値履歴をフォーカスエリア（焦点検出領域）および真偽判定エリアのそれぞれで得る技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術では、真偽判定エリアはフォーカスエリアを完全に含み、フォーカスエリアより広く設けられる。カメラは、フォーカスエリアによる焦点評価値履歴の極大位置、真偽判定エリアによる焦点評価値履歴の極大位置が合致するか否かを判定し、合致の場合に合焦レンズ位置を算出し、合致しない場合には合焦レンズ位置を算出しない。

特開２００５−２０８２７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、焦点検出領域を増やす必要があり、コストの増加を招いてしまうという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、焦点検出領域を増やすことなく、焦点検出領域の外側にある高コントラストの被写体に対して焦点が合ってしまうことを抑止できる焦点検出装置および撮像装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、焦点検出装置であって、光学系の像面における所定領域内の像を撮像して得られる撮像信号の所定周波数以上の出力を複数の画素から検出する処理により単位評価値を算出して、当該単位評価値を積算した焦点評価値と、前記所定領域内における前記所定周波数以上の出力の最大値が得られる位置とを、前記光学系の焦点調節状態に対応付けて検出する検出部と、前記焦点評価値がピークとなる焦点調節状態に対応する前記出力の最大値が得られる位置が前記所定領域内の周縁部である場合に、前記焦点評価値がピークとなる焦点調節状態を偽合焦と判定する判定部と、を備える。

本発明の一態様は、上記の焦点検出装置であって、前記判定部は、前記出力の最大値が得られる位置が前記所定領域内の周縁部でない場合であって、且つ前記ピークとなる焦点調節状態が前記光学系の焦点調節範囲の至近端部にある場合には、前記ピークとなる焦点調節状態を偽合焦と判定することを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の焦点検出装置であって、前記焦点調節状態の変化に対応する前記焦点評価値の変化に基づいて、前記光学系の焦点調節方向を判定するとともに、前記出力の最大値が得られる位置が前記所定領域内の周縁部である場合には、前記焦点調節状態の変化に対応する前記焦点評価値の変化に基づく焦点調節方向の判定を禁止する方向判定部をさらに備えることを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の焦点検出装置であって、前記検出部は、前記光学系の像面内の複数の位置に設定された複数の前記所定領域毎に前記焦点評価値と前記出力の最大値が得られる位置とを検出することを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の焦点検出装置であって、前記判定部によって偽合焦と判定されない前記焦点調節状態が複数ある場合、前記光学系の焦点調節範囲の最も至近端側に対応する焦点調節状態を選択する選択部をさらに備えることを特徴とする。

本発明の一態様は、上記の焦点検出装置であって、前記判定部は、偽合焦と判定した場合に、前記光学系の像面における前記所定領域の位置と大きさの少なくとも一方を変更することを特徴とする。

本発明の一態様は、撮像装置であって、上記の焦点検出装置と、前記光学系による像を撮像する撮像部と、を備える。

本発明により、焦点検出領域を増やすことなく、焦点検出領域の外側にある高コントラストの被写体に対して焦点が合ってしまうことを抑止することが可能となる。

撮像装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 コントラストＡＦ装置の第一実施形態の構成を表す概略ブロック図である。 検出部による焦点評価値の検出方法の概略を表す図である。 焦点評価値テーブルの概略を表す図である。 コントラストＡＦ装置の第一実施形態を備える撮像装置の動作を表すフローチャートである。 正しく合焦状態が検出される場合の例を示す図である。 偽合焦が検出される場合の例を示す図である。 合焦状態及び偽合焦がそれぞれ検出される場合の焦点評価値の遷移を示す図である。 図７の場合の焦点調節レンズの移動を表す図である。 コントラストＡＦ装置の第二実施形態の構成を表す概略ブロック図である。 コントラストＡＦ装置の第二実施形態における焦点検出領域の概略を表す図である。 図１１の各焦点検出領域において検出された焦点評価値の遷移を示す図である。 コントラストＡＦ装置の第二実施形態を備える撮像装置の動作を表すフローチャートである。 コントラストＡＦ装置の第三実施形態の構成を表す概略ブロック図である。 コントラストＡＦ装置の第三実施形態における方向判定処理の動作を表すフローチャートである。 コントラストＡＦ装置の第四実施形態を備える撮像装置の動作を表すフローチャートである。

図１は、撮像装置１の機能構成を表す概略ブロック図である。図１は、撮像装置１が一眼レフレックス・デジタルスチルカメラとして構成される場合の機能構成を表すが、撮像装置１はコンパクトデジタルカメラやビデオカメラ等の各種撮像装置として構成されても良いし、レンズ交換式であるか否かを問わない。

撮像装置１は、撮影光学系１０１、クイックリターンミラー１０２、ファインダースクリーン１０３、ペンタプリズム１０４、接眼レンズ１０５、測光用レンズ１０６、測光センサー１０７、撮像素子１０９、操作部１１０、位相差ＡＦ装置１１１、コントラストＡＦ装置１１２、レンズ駆動用モーター１１３、レンズ駆動制御部１１４、画像記録部１１５を備える。

撮影光学系１０１（光学系１０１ａ〜１０１ｃ）は、撮像対象となる被写体像を撮像素子１０９の撮像面上に結像させる。光学系１０１ａ及び光学系１０１ｃは、レンズ鏡筒内に固定して設置される。光学系１０１ｂは、レンズ駆動用モーター１１３の動力によって光軸方向に移動可能な焦点調節レンズである。このような撮影光学系１０１の構成は一例にすぎず、撮影光学系１０１は焦点調節可能に構成されればその他どのように構成されても良い。

クイックリターンミラー１０２は、露光前は図示されるように撮像素子１０９に対する入光を塞ぎ、ペンタプリズム１０４に対して光を反射する。一方、クイックリターンミラー１０２は、露光時は上方に移動することによってファインダースクリーン１０３の下側に移動し、撮影光学系１０１を通過した光を撮像素子１０９に導入させる。

ファインダースクリーン１０３は、クイックリターンミラー１０２によって反射された被写体からの光による被写体像を結像する。
ペンタプリズム１０４は、ファインダースクリーン１０３上に結像した被写体像の光束を接眼レンズ１０５と測光用レンズ１０６に対して反射する。

接眼レンズ１０５は、ペンタプリズム１０４によって反射されたファインダースクリーン１０３上の被写体像の光を透過させる。撮像者は、接眼レンズ１０５を覗くことによって、ペンタプリズム１０４を介し、ファインダースクリーン１０３上に結像した被写体像を視認することができる。

測光用レンズ１０６は、ペンタプリズム１０４によって反射されたファインダースクリーン１０３上の被写体像の光を測光センサー１０７上に結像する。
測光センサー１０７は、ＣＭＯＳセンサー（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の複数の受光素子が配列されて構成され、測光用レンズ１０６を透過した光を受光して電気信号に変換し、撮像素子１０９によって撮像される被写体と同じ被写体像の撮像信号を生成する。測光センサー１０７は、撮像された撮像信号をコントラストＡＦ装置１１２に対して出力する。

サブミラー１０８は、撮影光学系１０１及びクイックリターンミラー１０２のハーフミラー部分を透過した光を位相差ＡＦ装置１１１へ反射させる。
撮像素子１０９は、ＣＭＯＳセンサーやＣＣＤ等の受光素子が配列されて構成され、撮影光学系１０１を透過した被写体からの光を受光して電気信号に変換し撮像する。撮像素子１０９は、撮像面の前面に赤外光をカットするための赤外カットフィルタや、画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタ等を備えても良い。

操作部１１０は、焦点を合わせる被写体に対応するオートフォーカスエリア（焦点検出領域）を選択するための選択スイッチや、オートフォーカスモードを位相差オートフォーカスモードかコントラストオートフォーカスモードのいずれかに設定するためのＡＦ設定ボタンや、撮像モードを選択するためのモード選択スイッチや、撮像指示を入力するためのレリーズボタン等を有する。

位相差ＡＦ装置１１１は、撮像装置１のボディ底面側に設置され、位相差検出方式に基づいてオートフォーカス処理を行う。具体的には、位相差ＡＦ装置１１１は、マスク、セパレーターレンズ、ＣＣＤセンサーユニット等を備えたいわゆるオートフォーカスモジュールを用いて構成される。位相差ＡＦ装置１１１は、撮影光学系１０１を直進する一対の光束を受光して得られる受光信号に基づいて、複数の焦点検出領域それぞれにおけるデフォーカス量を算出する。そして、位相差ＡＦ装置１１１は、算出されたデフォーカス量に基づいて、レンズ駆動に用いられるデフォーカス量（レンズ駆動用デフォーカス量）を決定し、決定されたレンズ駆動用デフォーカス量をレンズ駆動制御部１１４に通知する。

コントラストＡＦ装置１１２は、撮像信号に応じて焦点評価値を算出し、焦点評価値がピークとなる焦点調節状態を合焦状態として検出する。撮像装置１に搭載されるコントラストＡＦ装置１１２には複数の態様があり、例えば後述する第一実施形態〜第三実施形態がある。
レンズ駆動用モーター１１３は、撮影光学系１０１の焦点調節レンズを光軸方向に駆動するためのアクチュエーターであり、レンズ駆動制御部１１４による制御に従って駆動する。

レンズ駆動制御部１１４は、位相差ＡＦ装置１１１によって算出されたデフォーカス量に基づいて、又はコントラストＡＦ装置１１２によって合焦状態として検出された焦点調節状態となるように、レンズ駆動用モーター１１３を制御する。
以下、コントラストＡＦ装置１１２の第一実施形態〜第三実施形態についてそれぞれ説明する。

［第一実施形態］
図２は、コントラストＡＦ装置１１２の第一実施形態の構成を表す概略ブロック図である。コントラストＡＦ装置１１２は、検出部２０１、焦点評価値記憶部２０２、焦点検出部２０３、判定部２０４を備える。コントラストＡＦ装置１１２は、操作部１１０においてオートフォーカスモードがコントラストオートフォーカスモードに設定されている場合に動作する。なお、オートフォーカスモードが位相差オートフォーカスモードに設定されている場合は位相差ＡＦ装置１１１が動作する。

検出部２０１は、焦点調節レンズが光軸上で移動している最中に、異なる複数の焦点調節状態において、撮像信号の所定周波数以上の出力を積算した焦点評価値を検出する。例えば、焦点調節レンズが無限端から至近端まで移動している最中に、検出部２０１は異なる複数の焦点評価値を検出する。

図３は、検出部２０１による焦点評価値の検出方法の概略を表す図である。図３において、Ｐ（ｘ−１）、Ｐ（ｘ）、Ｐ（ｘ＋１）はそれぞれ横に並んだ各画素ｘ−１、ｘ、ｘ＋１における撮像信号の値を表す。例えば、検出部２０１は、画素ｘにおける単位評価値ｆ（ｘ）を以下に示す式１によって求める。

ｆ（ｘ）＝｜Ｃ０・Ｐ（ｘ−１）
＋Ｃ１・Ｐ（ｘ）＋Ｃ２・Ｐ（ｘ＋１）｜ ・・・式１

式１において、Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２の値はパラメータであり、コントラストＡＦ装置１１２に予め設定されている値である。この場合、単位評価値ｆ（ｘ）は、撮像信号のコントラストを表す値であり、横方向３画素分の撮像信号からエッジ（所定以上の周波数成分）を検出する処理によって算出される。検出部２０１は、撮像面における所定の領域（焦点検出領域）内の全画素について単位評価値ｆ（ｘ）を算出し、算出された全ての単位評価値を積算することによって焦点評価値を検出する。このとき、検出部２０１は、最大の単位評価値（以下、「最大単位評価値」という）が算出された画素（以下、「最大単位評価画素」という）の位置を検出する。そして、検出部２０１は、焦点評価値と最大単位評価画素の位置と焦点調節状態とを対応付けて焦点評価値記憶部２０２に書き込む。

焦点評価値記憶部２０２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成され、焦点評価値テーブルを記憶する。図４は、焦点評価値テーブルの概略を表す図である。焦点評価値テーブルは、焦点評価値と、最大単位評価画素の位置と、焦点調節状態とを対応付けて有する。

焦点検出部２０３は、検出部２０１によって検出された焦点評価値に基づいて、焦点評価値がピークとなる焦点調節状態を合焦状態として検出する。例えば焦点検出部２０３は、複数の焦点評価値に基づいて内挿処理を行うことによって、焦点評価値がピークとなる焦点調節状態を検出する。

判定部２０４は、焦点評価値記憶部２０２に記憶されるデータを参照し、焦点検出部２０３によって検出された合焦状態が偽合焦であるか否かについて判定する。具体的には、判定部２０４は、合焦状態として検出された焦点調節状態に対応付けて焦点評価値記憶部２０２に記憶される最大単位評価画素の位置が、焦点検出領域の周縁部であるか否か判定する。そして、最大単位評価画素の位置が周縁部である場合には、判定部２０４はその焦点調節状態を偽合焦と判定する。焦点検出領域の周縁部とは、焦点検出領域の境界線付近の内側の部分であり、予め設計者や使用者によってその範囲が設定される。また、偽合焦の判定に用いられる周縁部の範囲は、撮影光学系１０１の構成やズーム位置や絞り制御に応じて、複数の範囲の中から一つが動的に選択されても良い。

次に、コントラストＡＦ装置１１２の第一実施形態を備える撮像装置１の動作について説明する。図５は、コントラストＡＦ装置１１２の第一実施形態を備える撮像装置１の動作を表すフローチャートである。まず、コントラストＡＦ装置１１２の検出部２０１及び焦点検出部２０３は山登りＡＦサーチを実行し（ステップＳ１０１）、合焦状態となる焦点調節状態を検出する（ステップＳ１０２）。合焦状態となる焦点調節状態を検出できなかった場合（ステップＳ１０２−ＮＯ）、焦点検出部２０３は合焦状態となる焦点調節状態を検出できなかったことをレンズ駆動制御部１１４等の撮像装置１の機能部に対して出力する。そして、撮像装置１は検出不能処理を実行する（ステップＳ１０７）。検出不能処理には既存の技術が適用される。例えば、不図示の撮像装置１の表示部が、撮像者に対して、合焦状態となる焦点調節状態を検出できなかったことを通知する。また、レンズ駆動制御部１１４が、焦点調節レンズを移動させることによって、予め決められている所定の状態（例えば過焦点距離の状態）に焦点調節状態を合わせる。

ステップＳ１０２において、合焦状態となる焦点調節状態を検出できた場合（ステップＳ１０２−ＹＥＳ）、判定部２０４は焦点評価値記憶部２０２を参照し、この焦点調節状態に対応付けて記憶されている最大単位評価画素の位置を読み出す（ステップＳ１０３）。そして、判定部２０４は、合焦状態として検出された焦点調節状態において、最大単位評価画素の位置が焦点検出領域の周縁部であるか否か判定する（ステップＳ１０４）。画素の位置が焦点検出領域の周縁部である場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、判定部２０４は偽合焦状態であると判定し、判定結果をレンズ駆動制御部１１４等の撮像装置１の機能部に対して出力する。そして、撮像装置１はステップＳ１０７と同様に検出不能処理を実行する（ステップＳ１０５）。

一方、画素の位置が焦点検出領域の周縁部でない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）、判定部２０４は偽合焦状態ではないと判定し、焦点検出部２０３によって合焦状態として検出された焦点調節状態をレンズ駆動制御部１１４等の撮像装置１の機能部に対して出力する。そして、撮像装置１は合焦処理を実行する（ステップＳ１０６）。合焦処理には既存の技術が適用される。例えば、不図示の撮像装置１の表示部が、撮像者に対して、合焦状態となる焦点調節状態を検出できたことを通知する。また、レンズ駆動制御部１１４が、焦点調節レンズを移動させることによって、焦点調節状態を合焦状態に合わせる。その後、撮像者が操作部１１０のレリーズボタンを押下すると、撮像素子１０９が撮像を行い、画像記録部１０９が撮像された画像のデータを記憶する。

次に、コントラストＡＦ装置１１２の第一実施形態が奏する効果について説明する。一般的に、コントラストＡＦ方式では、上述したように焦点調節レンズを光軸上で移動させ、複数の焦点調節状態で焦点評価値を算出して合焦状態を検出する。このとき、焦点調節レンズの位置が光軸上で移動することにより、焦点距離が変化してしまう。そのため、当初は焦点検出領域に入っていなかった物体が、焦点距離の変化に応じて焦点検出領域に入ってしまい、この物体に焦点が合うような合焦状態が誤って検出されることがある。このような合焦状態を偽合焦という。

図６は、正しく合焦状態が検出される場合の例を示す図である。図７は、偽合焦が検出される場合の例を示す図である。図６では、予め焦点検出領域Ａ１内全体に木の枝や葉の画像が入っており、焦点距離が変化しても木の枝と葉の画像は焦点検出領域Ａ１内に存在する。このような場合は、木の枝と葉に対して焦点が合うように、正しく合焦状態が検出される。これに対し、図７Ａでは、焦点検出領域Ａ１内には木の枝や葉の画像が入っていないが、焦点距離が変化することに応じて図７Ｂでは焦点検出領域Ａ１内に木の枝や葉の画像が入っている。この場合、木の枝や葉の画像は、当初から焦点検出領域Ａ１内を占めている山の中腹の画像よりも周波数成分が高い。そのため、本来ならば予め焦点検出領域Ａ１内を占めている山の中腹の画像に焦点が合う状態が合焦状態となるべきであるにもかかわらず、図７Ｂのときの焦点調節状態において焦点評価値がピークとなってしまう。

図８は、合焦状態及び偽合焦がそれぞれ検出される場合の焦点評価値の遷移を示す図である。図９は、図７の場合の焦点調節レンズの移動を表す図である。図８において、縦軸は焦点評価値を表し、横軸は焦点調節状態を表し、横軸の左側が無限端を表し、横軸の右側が至近端を表す。図９において、縦軸は焦点調節状態を表し、横軸は時間を表す。

図６の場合、どのような焦点調節状態においても焦点検出領域Ａ１内に木の枝や葉の画像が入っているため、木の枝や葉の画像に焦点が合う焦点調節状態において焦点評価値がピークとなり、正しく合焦状態が検出される。

これに対し、図７の場合、当初は山の中腹の画像が焦点検出領域Ａ１内に入っている。ただし、山の中腹の画像は周波数成分が低いため、たとえ合焦状態となっても焦点評価値は低いままである。その後、焦点検出領域Ａ１内に木の枝や葉の画像が入ってきた時点の焦点調節状態Ｐｅｒｒにおいて焦点評価値がピークとなる。このとき、焦点調節状態は、木の枝や葉の画像に焦点が合う状態ではない。それにもかかわらず、そもそも木の枝や葉の画像の周波数成分が高いため、たとえぼやけた木の枝や葉の画像であっても、その焦点評価値は、焦点が合った山の中腹の画像よりも高い。そのため、図７の場合は、図６の場合よりも至近端側にずれた位置に焦点評価値のピークが現れるとともに、ピークとなる焦点評価値は図６の場合よりも小さい。このような図７の偽合焦の状態では、そもそも焦点検出領域Ａ１内に入っている山の中腹の画像と、偽合焦の原因となった木の枝や葉の画像と、どちらにも焦点が合わない状態であり、全体として焦点のぼけた画像が撮像されてしまう。以上が、従来の偽合焦の問題である。

このような問題に対し、コントラストＡＦ装置１１２の第一実施形態では、焦点検出部２０３によって合焦状態が検出されたとしても、そのときの最大単位評価画素の位置が焦点検出領域の周縁部である場合には偽合焦であると判定され、検出不能処理の実行により偽合焦とは異なる所定の状態に焦点調節状態が合わせられる。そのため、焦点検出領域の数の増大を行うことなく、偽合焦の状態で撮像が行われることを防止することができる。

＜変形例＞
検出部２０１は、焦点検出領域内で最も大きい単位評価値が所定の閾値(以下、「単位評価閾値」という)を超えているか否か判定し、単位評価閾値を超えている場合に、最大単位評価値と最大単位評価画素の位置と焦点調節状態とを焦点評価値記憶部２０２に書き込むように構成されても良い。

ここで、単位評価閾値について説明する。図６Ａの時点では、焦点検出領域Ａ１には高周波成分を持つ画像が含まれていないため、単位評価値は焦点検出領域全体として非常に低い値となる。しかしながら、希に焦点検出領域内にノイズ成分が含まれていると、ノイズ成分によって単位評価値が他の部分に比べて高い値をとり、最大単位評価値となってしまう場合がある。このようにノイズ成分に起因した最大単位評価値及び最大単位評価画素の位置を焦点評価値記憶部２０２に記憶してしまうと、判定部２０４における処理の精度を低下させてしまうおそれがある。これに対し、単位評価閾値を用いて上述したような処理を行うことによって、ノイズ成分に起因した最大単位評価値を記憶することや、判定部２０４の処理精度が低下してしまうことを抑止できる。

なお、単位評価閾値の値は、単位評価値の算出に用いられるパラメータの値、撮像素子１０９の出力特性、露光制御量、撮影光学系１０１の特性などの撮像装置１の特定に依存する値であり、これらの特性に応じて適宜設定される。例えば、単位評価閾値は、単位評価値が取得されたときの撮像素子１０９の制御感度値ＳＶ値（オートフォーカス中の感度）に応じて変化するように設定されても良い。この場合、ＳＶ値が高いほど単位評価閾値が高くなるように設定される。より具体的には、単位評価閾値とＳＶ値とを対応付けたテーブルを予め記憶しておくことによってＳＶ値に応じて単位評価閾値が選択されても良いし、ＳＶ値を変数とした評価式を予め記憶しておくことによってＳＶ値に応じて単位評価閾値が算出されても良い。

判定部２０４は、合焦状態として検出された焦点調節状態が所定の状態よりも至近端側の状態である場合に、偽合焦であると判定するように構成されても良い。一般的に、山登りＡＦサーチでは、無限端側から至近端側へ焦点調節状態が遷移する。このとき、無限端側に焦点調節状態がある場合に比べて、至近端側に焦点調節状態がある場合の方が、焦点検出領域外の被写体が焦点検出領域内に入り込む可能性が高い。そのため、上記のように偽合焦との判定を行うことによって、偽合焦の判定の精度を高くすることが可能となる。例えば、合焦状態として検出された焦点調節状態が、山登りＡＦサーチにおいて焦点調節レンズが駆動する焦点調節範囲の半分から至近端側の状態である場合に、判定部２０４は偽合焦であると判定するように構成される。

［第二実施形態］
図１０は、コントラストＡＦ装置１１２の第二実施形態の構成を表す概略ブロック図である。コントラストＡＦ装置１１２の第二実施形態は、選択部２０５をさらに備える点で第一実施形態と異なり、他の構成は第一実施形態と同様である。以下、コントラストＡＦ装置１１２の第二実施形態に関し、第一実施形態と異なる点について説明する。

図１１は、コントラストＡＦ装置１１２の第二実施形態における焦点検出領域の概略を表す図である。コントラストＡＦ装置１１２の第二実施形態は、複数の焦点検出領域（図１１のＡ１１、Ａ１２、Ａ１３）に対応し、各焦点検出領域について合焦状態となる焦点調節状態を検出し、各焦点検出領域について偽合焦であるか否か判定する。すなわち、検出部２０１は、各焦点検出領域について焦点評価値を検出し、焦点検出領域毎に焦点評価値と最大単位評価画素の位置と焦点調節状態とを対応付けて焦点評価値記憶部２０２に書き込む。焦点評価値記憶部２０２は、焦点検出領域毎に、焦点評価値と最大単位評価画素の位置と焦点調節状態とを対応付けて記憶する。焦点検出部２０３は、焦点検出領域毎に、焦点評価値がピークとなる焦点調節状態を合焦状態として検出する。判定部２０４は、焦点検出領域毎に、偽合焦であるか否か判定する。

選択部２０５は、判定部２０４によって偽合焦ではない正しい合焦状態であると判定された複数の焦点検出領域の中から、合焦状態として最適な一つの焦点検出領域を選択する。例えば、選択部２０５は、複数の焦点検出領域において合焦状態が検出された場合、合焦状態として検出された各焦点調節状態のうち、焦点調節範囲の最も至近端側に対応する焦点調節状態を選択する。なお、選択部２０５は、合焦状態が検出された焦点検出領域が一つである場合には、その焦点検出領域において検出された焦点調節状態を選択する。

図１２は、図１１の各焦点検出領域において検出された焦点評価値の遷移を示す図である。図１２において、縦軸は焦点評価値を表し、横軸は焦点調節状態を表し、横軸の左側が無限端を表し、横軸の右側が至近端を表す。この場合、焦点検出領域Ａ１２では、焦点検出領域のすぐ外側にある木の枝や葉の画像により偽合焦が生じている。これに対し、焦点検出領域Ａ１１及びＡ１３では偽合焦が生じていない。この場合、選択部２０５は、偽合焦が生じていない焦点検出領域Ａ１１及びＡ１３の中から一つの焦点検出領域を選択する。例えば、選択部２０５は、上記のように焦点調節範囲の最も至近端側に対応する焦点調節状態を選択するように構成された場合、焦点検出領域Ａ１１及びＡ１３のうち、焦点検出領域Ａ１３を選択する。

図１３は、コントラストＡＦ装置１１２の第二実施形態を備える撮像装置１の動作を表すフローチャートである。図１３において、第一実施形態を備える撮像装置１と同じ動作については、図５と同じ符号を付して説明を省略する。

まず、焦点検出領域毎にステップＳ１０１〜ステップＳ１０４の処理が実行される。このとき、ステップＳ１０２において合焦状態となる焦点調節状態を検出できなかった場合（ステップＳ１０２−ＮＯ）、焦点検出部２０３は合焦不能と判定する（ステップＳ２０１）。また、ステップＳ１０４において画素の位置が焦点検出領域の周縁部である場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、判定部２０４は偽合焦状態であると判定する（ステップＳ２０２）。一方、画素の位置が焦点検出領域の周縁部でない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）、判定部２０４は偽合焦状態ではないと判定する（ステップＳ２０３）。検出部２０１、焦点検出部２０３、判定部２０４は、全ての焦点検出領域について上記の処理を実行する（ステップＳ２０４）。全ての焦点検出領域について上記の処理が完了すると（ステップＳ２０４−ＹＥＳ）、選択部２０５は、最適な焦点検出領域を選択する（ステップＳ２０５）。そして、ステップＳ２０５において選択された焦点検出領域の合焦状態に基づいて撮像装置１が合焦処理を実行する（ステップＳ１０６）。

このように構成されたコントラストＡＦ装置１１２の第二実施形態では、複数の焦点検出領域の合焦状態の中から、最適な焦点検出領域の合焦状態を選択し、焦点調節状態を合わせることが可能となる。

［第三実施形態］
図１４は、コントラストＡＦ装置１１２の第三実施形態の構成を表す概略ブロック図である。コントラストＡＦ装置１１２の第三実施形態は、方向判定部２０６をさらに備える点で第一実施形態と異なり、他の構成は第一実施形態と同様である。以下、コントラストＡＦ装置１１２の第三実施形態に関し、第一実施形態と異なる点について説明する。

方向判定部２０６は、レンズ駆動制御部１１４を制御することによって、焦点調節レンズを光軸に沿って前後に移動させウォブリングサーチを実行する。そして、方向判定部２０６は、サーチ方向を設定する。なお、サーチ方向とは、検出部２０１及び焦点検出部２０３が山登りＡＦサーチを行う際に、焦点調節レンズを移動させるべき方向である。

図１５は、コントラストＡＦ装置１１２の第三実施形態における方向判定処理の動作を表すフローチャートである。まず、方向判定部２０６はレンズ駆動制御部１１４を制御することによってウォブリングサーチを実行する（ステップＳ３０１）。このとき、方向判定部２０６が焦点調節レンズを光軸に沿って前後に移動させ、検出部２０１が複数の焦点調節状態で焦点評価値を検出する。そして、方向判定部２０６は、焦点評価値がより高い方向をサーチ方向であると判定する。このとき、検出部２０１は、各焦点調節状態において、焦点評価値と最大単位評価画素の位置と焦点調節状態とを対応付けて焦点評価値記憶部２０２に書き込む。

方向判定部２０６は、ステップＳ３０１の処理によってサーチ方向が判明しなかった場合（ステップＳ３０２−ＮＯ）、検出不能処理を行う（ステップＳ３０７）。検出不能処理には既存の技術が適用される。例えば、方向判定部２０６は、サーチ方向が判明しなかったことを検出部２０１に通知し、検出部２０１は焦点調節レンズを無限端又は至近端の一方に移動させた後に山登りＡＦサーチを行う。

一方、ステップＳ３０１の処理によってサーチ方向が判明した場合、方向判定部２０６は、ウォブリングサーチにおいて焦点評価値がピークとなる焦点調節状態の最大単位評価画素の位置が、焦点検出領域の周縁部であるか否か判定する（ステップＳ３０３）。最大単位評価画素の位置が焦点検出領域の周縁部である場合（ステップＳ３０４−ＹＥＳ）、サーチ方向の判定結果が誤判定であると判断し（ステップＳ３０５）、ステップＳ３０７と同様の検出不能処理を行う。

一方、最大単位評価画素の位置が焦点検出領域の周縁部でない場合（ステップＳ３０４−ＮＯ）、サーチ方向の判定が正確な判定であると判断し、このサーチ方向を検出部２０１に通知する。この場合、検出部２０１は、通知されたサーチ方向に山登りＡＦサーチを実行する。

このように構成されたコントラストＡＦ装置１１２の第三実施形態では、ウォブリングサーチにおいて、方向判定部２０６がサーチ方向を判定する。その際に、方向判定部２０６は、サーチ方向の判定の基準となった焦点評価値のピークについて、最大単位評価画素の位置が焦点検出領域の周縁部であるか否かに基づき、偽合焦の場合と同様に誤ったピークであるか否か判定する。そのため、ウォブリングサーチにおいて、より正確にサーチ方向を検出し、誤った方向へ山登りＡＦサーチが実行されることを抑止することが可能となる。

［第四実施形態］
次に、コントラストＡＦ装置１１２の第四実施形態について説明する。コントラストＡＦ装置１１２の第四実施形態の機能構成は第一実施形態と同様であるため、概略ブロック図は省略する。コントラストＡＦ装置１１２の第四実施形態は、最大単位評価画素の位置が焦点検出領域の周縁部であった場合に、焦点検出領域を変更して再度山登りＡＦサーチ処理を行う点で第一実施形態と異なる。

図１６は、コントラストＡＦ装置１１２の第四実施形態を備える撮像装置１の動作を表すフローチャートである。図１６において、第一実施形態を備える撮像装置１と同じ動作については、図５と同じ符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０４において、画素の位置が焦点検出領域の周縁部である場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、判定部２０４は偽合焦であると判定し、焦点検出領域の位置と大きさの少なくとも一方を変更する（ステップＳ４０１）。このとき、判定部２０４は、焦点検出領域の大きさを変更する場合には、領域がより大きくなるように変更する。また、判定部２０４は、焦点検出領域の位置を変更する場合には、最大単位評価画素の位置が周縁部とならないように位置を変更する。例えば、判定部２０４は、最大単位評価画素の位置がその中心となるように焦点検出領域を移動させる。また、判定部２０４は、焦点検出領域の大きさ及び位置を変更しても良い。

そして、検出部２０１及び焦点検出部２０３は、新たに設定された焦点検出領域に基づいて山登りＡＦサーチを実行し（ステップＳ４０２）、合焦状態となる焦点調節状態を検出する（ステップＳ４０３）。

合焦状態となる焦点調節状態を検出できなかった場合（ステップＳ４０３−ＮＯ）、焦点検出部２０３は合焦状態となる焦点調節状態を検出できなかったことをレンズ駆動制御部１１４等の撮像装置１の機能部に対して出力する。そして、撮像装置１は検出不能処理を実行する（ステップＳ１０７）。一方、合焦状態となる焦点調節状態が検出された場合（ステップＳ４０３−ＹＥＳ）、判定部２０４は、最大単位評価画素の位置に基づいた偽合焦の判定処理（Ｓ１０４）を行うことなく、検出された焦点調節状態をレンズ駆動制御部１１４等の撮像装置１の機能部に対して出力する。そして、撮像装置１は合焦処理を実行する（ステップＳ１０６）。

このように構成されたコントラストＡＦ装置１１２の第四実施形態では、偽合焦と判定された場合には、焦点検出領域の大きさ又は位置が変更され、新たな焦点検出領域に基づいて山登りＡＦサーチが再び実行される。そのため、たとえ偽合焦であったとしても、再度の山登りＡＦサーチによって、偽合焦とならない合焦状態が改めて検出される。
以上、この発明の実施形態について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。

１…撮像装置， １０１…撮影光学系， １１１…位相差ＡＦ装置， １１２…コントラストＡＦ装置， ２０１…検出部， ２０２…焦点評価値記憶部， ２０３…焦点検出部， ２０４…判定部， ２０５…選択部， ２０６…方向判定部

Claims (7)

1. 光学系の像面における所定領域内の像を撮像して得られる撮像信号の所定周波数以上の出力を複数の画素から検出する処理により単位評価値を算出して、当該単位評価値を積算した焦点評価値と、前記所定領域内における前記所定周波数以上の出力の最大値が得られる位置とを、前記光学系の焦点調節状態に対応付けて検出する検出部と、
   前記焦点評価値がピークとなる焦点調節状態に対応する前記出力の最大値が得られる位置が前記所定領域内の周縁部である場合に、前記焦点評価値がピークとなる焦点調節状態を偽合焦と判定する判定部と、
   を備える焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置であって、
   前記判定部は、前記出力の最大値が得られる位置が前記所定領域内の周縁部でない場合であって、且つ前記ピークとなる焦点調節状態が前記光学系の焦点調節範囲の至近端部にある場合には、前記ピークとなる焦点調節状態を偽合焦と判定することを特徴とする。
3. 請求項１又は２に記載の焦点検出装置であって、
   前記焦点調節状態の変化に対応する前記焦点評価値の変化に基づいて、前記光学系の焦点調節方向を判定するとともに、前記出力の最大値が得られる位置が前記所定領域内の周縁部である場合には、前記焦点調節状態の変化に対応する前記焦点評価値の変化に基づく焦点調節方向の判定を禁止する方向判定部をさらに備える
   ことを特徴とする。
4. 請求項１又は２に記載の焦点検出装置であって、
   前記検出部は、前記光学系の像面内の複数の位置に設定された複数の前記所定領域毎に前記焦点評価値と前記出力の最大値が得られる位置とを検出することを特徴とする。
5. 請求項１、２、４のいずれかに記載の焦点検出装置であって、
   前記判定部によって偽合焦と判定されない前記焦点調節状態が複数ある場合、前記光学系の焦点調節範囲の最も至近端側に対応する焦点調節状態を選択する選択部をさらに備えることを特徴とする。
6. 請求項１又は２に記載の焦点検出装置であって、
   前記判定部は、偽合焦と判定した場合に、前記光学系の像面における前記所定領域の位置と大きさの少なくとも一方を変更することを特徴とする。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の焦点検出装置と、
   前記光学系による像を撮像する撮像部と、
   を備える撮像装置。

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