JP6071574B2

JP6071574B2 - 撮像装置

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Publication number: JP6071574B2
Application number: JP2013007566A
Authority: JP
Inventors: 功刀　和正; 和正功刀; 芳信小俣; 橋本　幸恵; 幸恵橋本; 哲央菊地
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: JP2014137567A

Description

本発明は、撮像素子の一部を位相差方式の焦点検出用素子として用いる撮像素子を有する撮像装置に関する。

撮像素子の一部を位相差方式の焦点検出用素子に兼用する撮像素子は従来から知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示の撮像装置は、図１４に示すように、撮像素子の撮像面に、複数の位相差ＡＦエリア１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ・・・を配置している。また、焦点検出エリア１０３が決まると、焦点検出エリア１０３内において重複面積が最大となる位相差ＡＦエリア１０１ｈを位相差ＡＦ焦点検出領域として決定し、この位相差ＡＦエリア１０１ｈによって検出されたデフォーカス量を用いて、焦点調節を行う。

特許第４８５３０７１号公報

前述したように、特許文献１に記載の撮像装置では、被写体の検出領域と測距エリアの重複する面積の大きさのみで位相差ＡＦの測距エリアを選択している。しかし、単に重複面積の大小だけで選択すると、低コントラストの測距エリアや被写体の輪郭成分の無い測距エリアを選択してしまう場合があり、この場合には、所望のピント位置に合焦しないおそれがある。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、注目する被写体に最適な位相差ＡＦの測距エリアを選択し、精度よく合焦点を検出することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の発明に係る撮像装置は、撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素を備え、上記複数の画素は、上記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と、上記画素へ入射する光束が上記焦点検出用画素よりも制限されないように構成された撮像用画素と、を含み、上記複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、上記撮像素子の出力する画素信号に基づいて注目被写体の位置を検出する注目被写体検出手段と、上記注目被写体の位置に基づいて、上記焦点検出用画素の位置に対応する複数の測距点を設定する測距点設定手段と、上記複数の測距点に対応する上記焦点検出用画素の出力に基づいて複数のデフォーカス量を演算する演算手段と、上記設定された測距点の優先順位を決定する優先順位決定手段と、上記設定された測距点に対応して検出されるデフォーカス量の信頼性を判別する信頼性判定手段と、上記優先順位決定手段の出力と上記信頼性判定手段の出力に基づいて上記設定された複数の測距点のうちから測距点を選択する選択手段と、を有し、上記注目被写体検出手段は、顔に相当する領域を検出し、上記測距点設定手段は、上記顔に相当する領域の内部の特定の領域について、顔に相当する領域の他の領域に比較して測距点をより密に配置する。

第２の発明に係る撮像装置は、上記第１の発明において、上記優先順位決定手段は、上記複数の測距点のうち上記注目被写体の特定の位置により近い測距点の優先順位を高くする。

第３の発明に係る撮像装置は、上記第１または第２の発明において、上記信頼性判定手段は、上記デフォーカス量の信頼性を示す信頼性評価値を出力し、上記選択手段は、上記優先順位決定手段の決定する複数の測距点の優先順位に、上記信頼性判定手段の出力する信頼性評価値に重み付けした結果に基づいて測距点を選択する。

第４の発明に係る撮像装置は、上記第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、上記注目被写体検出手段は、顔の器官に相当する領域を検出し、上記測距点設定手段は、上記器官に相当する領域について、器官に相当しない領域に比較して測距点をより密に配置する。

本発明によれば、注目する被写体に最適な位相差ＡＦの測距エリアを選択し、精度よく合焦点を検出することが可能な撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るカメラのＡＦ演算部の詳細を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るカメラの撮像素子の位相差ＡＦ検出用画素と撮像用画素からなる画素の配置を示す図である。本発明の一実施形態に係るカメラの撮像素子の１つの測距エリアの拡大図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおける測距方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおける測距方法を説明する図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、相関演算結果を示すグラフである。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、測距エリアの設定例を示す図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、測距エリアの設定例を示す図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、測距エリアの優先順位付けの例を示す図である。本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、測距エリアの優先順位付けの例を示す図である。本発明の一実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。撮像素子の一部を焦点検出用フォトダイオードに兼用する撮像素子の従来例を示す図である。

以下、図面に従って本発明を適用したデジタルカメラ（以下、「カメラ」と略記する）を用いて好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。本実施形態に係るカメラは、交換レンズ鏡筒１０とカメラ本体２０から構成されている。本実施形態においては、交換レンズ鏡筒１０とカメラ本体２０を別体に構成しているが、一般的なコンパクトカメラのように一体に構成しても勿論かまわない。

交換レンズ鏡筒１０内には、撮影レンズ１１が配置されている。撮影レンズ１１は、被写体Ｓの光学像を形成するための複数の光学レンズから構成される。また、交換レンズ鏡筒１０内には、アクチュエータ１２およびレンズ制御部１３が設けられている。レンズ制御部１３は、カメラ本体２０内のＡＦ演算部２３から、デフォーカス量を受信し、これらの情報に基づいて、アクチュエータ１２の制御を行う。アクチュエータ１２は、撮影レンズ１１を光軸方向に移動し、ピント合わせを行う。

カメラ本体２０内には、撮像素子２１、画像処理部２２、ＡＦ演算部２３、記録部２４が設けられている。撮像素子２１は、撮影レンズ１１の光軸上であって、被写体像の結像位置付近に配置されている。撮像素子２１は、被写体像（光学像）を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素を備えている。複数の画素は、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された位相差ＡＦ検出用画素（焦点検出用画素とも称す）と、画素へ入射する光束が位相差ＡＦ検出用画素よりも制限されないように構成された撮像用画素を含み、複数の画素は２次元的に配列されている。撮像素子２１の位相差ＡＦ検出用画素および撮像用画素の配置については、図３および図４を用いて後述する。

撮像素子２１は、位相差ＡＦ検出用画素と撮像用画素から出力される画素値を画像処理部２２およびＡＦ演算部２３に出力する。画像処理部２２は、画素値の内、撮像用画素からの画素値を入力し、ライブビュー表示用画像および記録用画像のための画像処理を行う。また、画像処理部２２は、記録用に処理された画像データを記録部２４に出力する。記録部２４は、電気的書き換え可能な不揮発性メモリを有し、記録用の画像データを入力し、記録する。また、画像処理部２２は、画素値を用いて、被写体の顔を検出し、この顔の中心座標位置を出力し、また顔の中の目等の器官を検出し、この器官の特定座標位置を出力する。

ＡＦ演算部２３は、画素値の内、位相差ＡＦ検出用画素からの画素値を入力し、位相差ＡＦに基づくＡＦ演算を行う。ＡＦ演算にあたって、画像処理部２２から取得した中心座標位置、特定座標位置に基づいて、位相差ＡＦ検出用画素の位置に対応する複数の測距点を設定し、この設定した測距点のそれぞれについて、デフォーカス量を演算する。そして、設定された測距点の優先順位を決定し、さらに測距点のデフォーカス量の信頼性を判別し、優先順位と信頼性に基づいて、複数の測距点の中から、撮影レンズ１１のピント合わせのための測距点を選択する。

次に、図２を用いてＡＦ演算部２３の詳細について説明する。画素値２１ａは、撮像素子２１から出力された画素値であり、ＳＤＲＡＭ（不図示）等に一時記憶される。

また、画像処理部２２内には、顔検出部２２ａが設けられている。この顔検出部２２ａは、撮像素子２１からの撮像用画素の画素値に基づいて、被写体像の中に顔があるか否かを判定し、顔が含まれている場合には、その位置（中心座標位置）や大きさ等を検出する。さらに、右目、左目、鼻等の器官の検出を行い、その器官の特定座標位置も検出する。顔検出部２２ａは、撮像素子の出力する画素信号に基づいて注目被写体の位置を検出する注目被写体検出手段として機能する。顔検出部２２ａで検出された中心座標や特定座標位置は、ＡＦ演算部２３内のＡＦ測距点設定部３３に出力する。

ＡＦ測距点設定部３３は、顔検出部２２ａで検出された中心座標位置や特定座標位置に基づいて、これに対応する複数の測距点を設定する。後述するように、撮像素子２１には複数の測距点の設定が可能であり、この複数の測距点から、中心座標位置や特定座標位置の近傍にある測距点を設定し、設定した各測距エリアの中心座標を、測距エリア優先順位設定部３５および信頼性評価部３６に出力する。このＡＦ測距点設定部３３は、注目被写体の位置について、焦点検出用画素の位置に対応する複数の測距点を設定する測距点設定手段として機能する。測距エリアの設定については、図８および図９を用いて後述する。

位相差画素生成部３４は、画素値２１ａの内、位相差ＡＦ検出用画素の画像データを入力し、位相差ＡＦ検出用の画素列を生成し、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７に出力する。

デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、位相差ＡＦ検出用の画素列の画像データを入力し、位相差ＡＦ法によってデフォーカス量を演算し、各測距エリアのデフォーカス量を測距点決定部３８に出力する。また、位相差ＡＦ検出用の画素列の画像データを用いて各測距エリアのコントラスト値Ａを算出し、測距点決定部３８に出力する。また、位相差ＡＦ演算の際の値より、各測距エリアの信頼性評価値（相関値傾きＦｓ）も求め、測距点決定部３８に出力する。デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、複数の測距点に対応する上記焦点検出用画素の出力に基づいて複数のデフォーカス量を演算する演算手段として機能する。また、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、設定された測距点に対応して検出されるデフォーカス量の信頼性を判別する信頼性判定手段としても機能する。位相差ＡＦによるデフォーカス量の演算および信頼性の判定については、図５ないし図７を用いて後述する。

測距エリア優先順位設定部３５は、ＡＦ測距点設定部３３からの各測距エリアの中心座標を入力し、測距エリアの優先順位を決定し、各測距エリア優先順位リストを測距点決定部３８に出力する。測距エリアの優先順位の決定の仕方については、図１０を用いて後述する。この測距エリア優先順位設定部３５は、設定された測距点の優先順位を決定する優先順位決定手段として機能する。

信頼性評価部３６は、画素値２１ａから撮像用画素からの画素値を入力し、また、ＡＦ測距点設定部３３から各測距エリアの中心座標を入力する。これらの情報を用いて、コントラスト値演算を行い、測距点決定部３８に各測距エリアのコントラスト値Ｂを出力する。すなわち、顔検出部２２ａによって検出された顔や器官の座標とその近傍の測距エリアについて、撮像用画素からの画素値を用いてコントラスト値を演算する。デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７においてもコントラスト値Ａを演算しているが、コントラストＢは撮像用画素からの画素値を用いて演算するため、演算時間はかかるが精度のより高いコントラスト値を求めることができる。信頼性評価部３６は、設定された測距点に対応して検出されるデフォーカス量の信頼性を判別する信頼性判定手段として機能する。

測距点決定部３８は、前述したように、各測距エリア優先順位リスト、各測距エリアコントラスト値Ｂ、各測距エリアデフォーカス量、各測距エリアコントラスト値Ａ、各測距エリア相関値傾きＦｓを入力し、測距点の選択を行う。測距点の選択については、図１１を用いて説明する。測距点決定部３８は、選択した測距点のデフォーカス量を出力する。測距点決定部３８は、優先順位決定手段の出力と上記信頼性判定手段の出力に基づいて上記設定された複数の測距点のうちから測距点を選択する選択手段として機能する。なお、測距エリアの選択にあたっては、従来技術のように、測距エリアにかかる被写体の面積に、コントラスト値や相関値傾きＦｓ等の信頼性評価値を重み付けるようにしてもよい。

次に、撮像素子２１について、図３および図４を用いて説明する。撮像素子２１は、図３に示す例では、列方向Ｘ１−Ｘ７、行方向Ｙ１−Ｙ７に分割され、これらの４９エリアの１つ１つが、測距エリアになる。符号２１ｂで示すエリアは、（Ｘ１、Ｙ１）で表す。各エリアの各測距エリアの中心点２１ｃを測距エリアの中心座標とする。

図４は、１つの測距エリアの画素の配置例を示す。図３に示した各測距エリアの内部は、図４に示すように、位相差ＡＦ検出用画素と撮像用画素から構成されている。

図４に示す測距エリアの中に、左開口位相差ＡＦ検出用画素２１ｄ、撮像用画素２１ｅ、右開口位相差ＡＦ用画素２１ｆが交互に並んでいる。すなわち、一番左側の列では、Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１、Ｌ４１が左開口位相差ＡＦ用画素２１ｄであり、Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ４１が右開口位相差ＡＦ画素２１ｆであり、これらの間に撮像用画素２１ｅが並んでいる。そして、一番左側から２列目は、撮像用画素２１ｅのみである。以後、位相差ＡＦ検出用画素を含む列と、撮像用画素のみからなる列が交互に繰り返して配置される。

なお、本実施形態においては、位相差ＡＦ検出用画素を含む列と撮像用画素のみからなる列が１列おきであったが、位相差ＡＦ検出用画素を含む列と位相差ＡＦ検出用画素を含む列の間に２列以上の撮像用画素のみからなる列を配置するようにしても勿論かまわない。

位相差画素生成部３４（図２参照）によって生成されるＡＦ画素列は、各画素列毎に、左開口ＡＦ検出用画素からの画素値の平均値、または右開口ＡＦ検出用画素からの画素値の平均値を算出する。すなわち、以下のような演算によって生成される。

左開口ＡＦ検出用画素列：
Ｌ１＝（Ｌ１１＋Ｌ２１＋Ｌ３１＋Ｌ４１）／４
Ｌ２＝（Ｌ１２＋Ｌ２２＋Ｌ３２＋Ｌ４２）／４
Ｌ３＝（Ｌ１３＋Ｌ２３＋Ｌ３３＋Ｌ４３）／４
・・・
Ｌｎ＝（Ｌ１（ｎ）＋Ｌ２（ｎ）＋Ｌ３（ｎ）＋Ｌ４（ｎ））／４

右開口ＡＦ検出用画素列：
Ｒ１＝（Ｒ１１＋Ｒ２１＋Ｒ３１＋Ｒ４１）／４
Ｒ２＝（Ｒ１２＋Ｒ２２＋Ｒ３２＋Ｒ４２）／４
Ｒ３＝（Ｒ１３＋Ｒ２３＋Ｒ３３＋Ｒ４３）／４
・・・
Ｒｎ＝（Ｒ１（ｎ）＋Ｒ２（ｎ）＋Ｒ３（ｎ）＋Ｒ４（ｎ））／４

また、図４に示す例では、左上座標は（Ｘ１，Ｙ１）であり、右下座標は（Ｘｒ，Ｙｒ）であり、測距エリア中心座標２１ｃは（Ｘｋ，Ｙｋ）である。測距エリアの中心座標（Ｘｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］）は、顔中心座標／特定座標（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ）から各々測距エリア毎に任意の長さ（ａ［ｋ］，ｂ［ｋ］）を付加した位置（本実施形態においては、ｋ＝１〜７）となるので、
Ｘｃ［ｋ］＝Ｘｃｏ＋ａ［ｋ］、Ｙｃ［ｋ］＝Ｙｃｏ＋ｂ［ｋ］
となる。なお、ｋは測距エリアの番号であり、ｋ＝０、１、２、・・・・、Ａｒｅａ＿ｎｕｍ−１（Ａｒｅａ＿ｎｕｍ：測距エリア数）とする。

デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、測距エリアの中心（Ｘｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］）から（ｃ［ｋ］，ｄ［ｋ］）（ｃ［ｋ］、ｄ［ｋ］は、各エリアごとに予め決めた数値、相関演算のｘ、ｙ方向範囲）加減算し、左上座標（Ｘ１［ｋ］，Ｙ１［ｋ］）＝（Ｘｃ［ｋ］−ｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］−ｄ［ｋ］）、右下座標（Ｘｒ［ｋ］，Ｙｒ［ｋ］）＝（Ｘｃ［ｋ］＋ｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］＋ｄ［ｋ］）を定義し、この範囲内において、図５ないし図７を用いて説明する位相差ＡＦに基づくデフォーカス量を求める演算を行う。

図６は、位相差ＡＦの測距原理を示す図である。撮影レンズ１１の光束中に右開口Ｒと左開口Ｌを設け、撮像素子２１上で右開口Ｒのみの光束に基づく画素出力に相当する像ＯＲと、左開口Ｌのみの光束に基づく画素出力に相当する像ＯＬを比較すると、ピントが合っていない場合には、両像ＯＲ、ＯＬはシフト量ＺＲ分だけずれている。また、デフォーカス量ｄだけ離れた合焦位置では、両像ＩＮは一致している。したがって、シフト量ＺＲを求め、シフト量ＺＲに基づいてデフォーカス量ｄを求め、デフォーカス量ｄに基づいて撮影レンズ１１を合焦位置に移動させればよい。なお、図６中の符号Ｇは、左右開口の重心間の距離を示し、Ｆは、撮像面から瞳までの距離を示す。

図５において、（ａ）（ｂ）は、左開口位相差ＡＦ検出用画素列Ｌ１〜Ｌ（ｎ）の配列位置と対応する画素値（画素エッジ成分）を示す（図６の像ＯＬに相当する）。また（ｃ）（ｄ）は、右開口位相差ＡＦ検出用画素列Ｒ１〜Ｒ（ｎ）の配列位置と対応する画素値（画素エッジ成分）を示す（図６の像ＯＲに相当する）。これから、左右開口の画素列に投影された被写体像の相関を求める。被写体像の形状が最も類似している位相差ＡＦ検出用画素位置の差がシフト量（視差）ＺＲとなる。

シフト量は、例えば、左開口の像の画素列に対応するウインドウを固定し、右開口の像の画素列に対応するウインドウを１画素ずつずらし、このときのウインドウ内の左開口位相差ＡＦ検出用画素値と右開口位相差ＡＦ検出用画素の差分の累積値から評価値Ｆｍを求める。この評価値Ｆｍが最小値となるときのずらし量がシフト量ＺＲである。図７は、評価値Ｆｍが最小値となる付近における位相差ＡＦ検出用画素の位置とＦｍを示すグラフである。このグラフで位相差ＡＦ検出用画素の位置がｍｉｎにおいて評価値Ｆｍは最小となっている。ここで、評価値Ｆｍは離散的なデータであるので、最小値近傍の複数の評価値Ｆｍを用いて補間処理を行い、真の最小値を求めてシフト量ＺＲを算出する。

シフト量ＺＲを求めると、シフト量ＺＲからデフォーカス量ｄを下記式により演算できる。
ｄ＝Ｆ＊ＺＲ／（Ｇ−ＺＲ）
ここで、ｄ：デフォーカス量
Ｆ：撮像素子から瞳までの距離
ＺＲ：シフト量
Ｇ：左右開口の重心間の距離

デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、位相差ＡＦの信頼値として、評価値Ｆｍの相関値傾きＦｓを使用する。すなわち、図７に示す例において、評価値Ｆｍの最小値（ＦＭＩＮ）とこの最小値の前後の２個のＦｍのうちで大きい方の評価値ＦＭを通る直線の傾きＦｓを、信頼性を表す評価値として演算し、出力する。

次に、顔検出部２２ａによって検出された顔と、ＡＦ測距点設定部３３によって設定される測距エリアの関係について、図８および図９を用いて説明する。図８は、各測距エリアがオーバラップしないように配置した例である。図８において、撮像素子２１の測距エリアのうち、顔検出部２２ａによって検出された顔Ｆａの顔中心Ｆｃ（中心座標位置）から所定範囲にある測距エリアａ１〜ｄ４が、ＡＦ測距点設定部３３によって設定される。前述したように、測距エリアａ１〜ｄ４は、互いに重複しないように設定される。なお、Ｆｅは、顔検出部２２ａによって検出された顔器官としての目である。

図９は、各測距エリアの配置の他の例を示す。図９においては、顔の中心付近に測距エリアａ１〜ｄ４と同じ大きさのｅ１〜ｅ５の測距エリアを密に配置している。測距エリアｂ２、ｂ３、ｃ２、ｃ３の範囲は、図８と同様である。測距エリアｅ１は、測距エリアｂ２の右半部と測距エリアｂ３の左半分に重畳して設定されている。測距エリアｅ２は、測距エリアｂ２の下半分と測距エリアｃ２の上半分に重畳して設定されている。測距エリアｅ３は、測距エリアｂ２の右下の４半分と測距エリアｂ３の左下の４半分と測距エリアｃ２の右上の４半分と測距エリアｃ３の左上の４半分に重畳して設定されている。測距エリアｅ４は、測距エリアｂ３の下半分と測距エリアｃ３の上半分に重畳して設定されている。測距エリアｅ５は、測距エリアｃ２の右半分と測距エリアｃ３の左半分に重畳して設定されている。

なお、図９は、顔の中心付近に測距エリアを密に配置している。しかし、これに限らず、目や鼻や口等の器官の中心付近に測距エリアを密に配置するようにしても勿論かまわない。

このように、ＡＦ測距点設定部３３は、顔検出部２２ａによって検出された注目被写体の位置（顔の中心位置、または目等の器官の特定位置）に基づいて、この近傍に複数の測距エリアを設定する。また、ＡＦ測距点設定部３３は、図９に示すように、顔に相当する領域の内部の特定の領域について、顔に相当する領域の他の領域に比較して測距点をより密に配置する測距点設定部としての機能を有する。また、ＡＦ測距点設定部３３は、器官に相当する領域について、器官に相当しない領域に比較して測距点をより密に配置する測距点設定部としての機能も有する。

次に、図１０を用いて、測距エリア優先順位設定部３５によって行われる測距エリアの優先順位のリスト作成について説明する。図１０は、測距エリアの優先順位のリストの一例を示している。図１０（ａ）は、顔検出部２２ａにおいて検出された器官検出の特定座標からの距離が近い順に、優先順位をつけた例である。ここでｂ２、ｅ１、ｅ２、・・・は、図９に示した測距エリアの位置を示す。このように、測距エリア優先順位設定部３５は、複数の測距点のうち注目被写体の特定の位置により近い測距点の優先順位を高くする優先順位設定手段としての機能を有する。

図１０（ｂ）は、被写体中心座標との距離が近い順に優先順位をつけた例である。また、図１０（ｃ）は、デフォーカス位置の順（最至近順）に優先順位を付けた例である。デフォーカス位置は、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７が各測距エリアについて演算するので、その情報を得て順位付けを行う。この場合には、カメラに近い被写体のある測距エリアほど優先順位が高くなる。

なお、全ての測距エリアの昇順リストを作成しなくてもよい。また、図１０（ａ）（ｂ）に示した特定座標または被写体の中心座標から近い順のリスト作成においては、ある距離（距離の閾値）以上のエリアや、図１０（ｃ）に示したデフォーカス量（無限方向の距離の閾値）以下のエリアはリストから除外してもよい。

次に、図１１を用いて、測距点決定部３８によって行われる最適な測距エリアの選択について説明する。測距点決定部３８は、図１０に示した測距エリアの優先順位リストと、各エリアの信頼性評価の重み付けの結果を用いて測距エリアの選択を行い、選択された測距エリアのデフォーカス量を出力する。

図１１に示した例では、測距エリアの優先順位リストとして、図１０（ａ）の器官検出結果に基づく特定座標を用いている（図１１中の「測距エリアの優先順位」および「Ａ：特定座標に近い順」参照）。また、重み付けのための信頼性評価値は、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７で演算される各測距エリアのコントラスト値Ａを使用している（図１１中の「Ｂ：コントラスト値」参照）。図１１中のＡとＢを用いて、重み付け演算１／（Ａ＊Ｂ）を行い、この演算結果が一番大きいエリア、すなわち図１１では、測距エリアｅ１を選択している。

なお、図１１に示した例では、重み付けのための信頼性評価値としてコントラスト値Ａを使用しているが、これに限らず、信頼性評価部３６で演算されるコントラスト値Ａの代わりにコントラスト値Ｂを使用してもよく、またデフォーカス量演算部／信頼性評価部３７で演算される相関値傾きＦｓを使用してもよい。また、重み付けは、本実施形態においては、１／（Ａ＊Ｂ）のように乗算演算で行っているが、これに限らず、信頼性の値を複数重み付けしてもよい。

このように、本実施形態においては、測距エリア優先順位設定部３５によって設定された優先順位と、信頼性評価部３６またはデフォーカス量演算部／信頼性評価部３７によって演算された信頼性評価値（コントラスト値Ａ、コントラスト値Ｂ、相関値傾きＦｓ）を用いて、測距点決定部３８は測距点の選択を行っている。このため、注目被写体に近く、かつデフォーカス量の演算結果の信頼性の高い測距エリアを選択することができる。したがって、測距点決定部３８は、優先順位決定手段の決定する複数の測距点の優先順位に、信頼性判定手段の出力する信頼性に重み付けした結果に基づいて測距点を選択する選択手段としての機能を有する。

次に、本実施形態における動作について、図１２および図１３に示すフローチャートを用いて説明する。

測距動作を開始すると、先ず顔中心または特定座標を取得し、この座標を（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ）とする（Ｓ１）。ここでは、顔検出部２２ａによって顔を中心した場合には、中心座標を取得し、また顔の器官（右目、左目、鼻、口等）を検出した場合には、特定座標を取得し、この座標を（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ）とする。なお、顔の器官等については、予め撮影者がメニュー画面等により指定できる場合には、その指示に従う。

顔中心または特定座標を取得すると、次に、測距エリア数（Ａｒｅａ＿Ｎｕｍ）の設定を行う（Ｓ３）。ＡＦ測距点設定部３３が、図８、９を用いて説明したように、中心座標または特定座標の周囲に測距エリアを設定する。このステップでは、このとき設定された測距エリア数の設定を行う。

測距エリア数の設定を行うと、次に、変数ｋを０にリセットする（Ｓ７）。ｋは設定されている測距エリアの番号を示しており、このステップでは、測距エリアの番号をリセットする。

測距エリアの番号を示すｋを０にリセットすると、次に、ｋ＝Ａｒｅａ＿ｎｕｍか否かを判定する（Ｓ９）。Ａｒｅａ＿ｎｕｍは、測距エリアの数を示しており、このステップでは、ステップＳ１１〜Ｓ２１におけるデフォーカス量の算出を、全測距エリアについて行ったか否かを判定する。

ステップＳ９における判定の結果、ｋ＝Ａｒｅａ＿ｎｕｍでなかった場合には、各測距エリアの中心座標の設定を行う（Ｓ１１）。測距エリアの中心座標（Ｘｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］）は、顔中心座標または特定座標（Ｘｃｏ，Ｙｃｏ）から各々測距エリアごとに任意の長さａ［ｋ］，ｂ［ｋ］を付加した位置としているので、下記の式より求める。
（Ｘｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］）＝（Ｘｃｏ＋ａ［ｋ］，Ｙｃｏ＋ｂ［ｋ］）

各測距エリアの中心座標を設定すると、次に、ＡＦ測距点設定部３３は、各測距エリアの領域を設定する（Ｓ１３）。各測距エリアの領域は、測距エリアの中心座標（Ｘｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］）に、（ｃ［ｋ］，ｄ［ｋ］）加減算して、左上座標（Ｘ１［ｋ］，Ｙ１［ｋ］）と右下座標（Ｘｒ［ｋ］，Ｙｒ［ｋ］）を求めるので、各座標は以下の通りとなる。
（Ｘ１［ｋ］，Ｙ１［ｋ］）＝（Ｘｃ［ｋ］−ｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］−ｄ［ｋ］）
（Ｘｒ［ｋ］，Ｙｒ［ｋ］）＝（Ｘｃ［ｋ］＋ｃ［ｋ］，Ｙｃ［ｋ］＋ｄ［ｋ］）

各測距エリアの中心座標を設定すると、各測距エリアの領域設定と並行して、信頼性評価部３６は、コントラスト値Ｂを取得する（Ｓ２５）。ここでは、撮像用画素の画像データを入力し、この撮像用画素の画像データを用いてコントラスト値Ｂを算出する。

各測距エリアの領域を設定すると、次に、位相差画素生成部３４は、位相差画素列Ｌｋ、Ｒｋの生成を行う（Ｓ１５）。ここでは、測距エリア内の座標（Ｘ１［ｋ］，Ｙ１［ｋ］）から（Ｘｒ［ｋ］，Ｙｒ［ｋ］）の範囲内で位相差画素列ＬｋとＲｋを生成する。

各測距エリアの領域を設定すると、位相差画素列Ｌｋ，Ｒｋの生成と並行して、測距エリア優先順位設定部３５は、各測距エリア優先順位リストを生成する（Ｓ２７）。たとえば、図１０に示したように、所定の優先順位を付け、Ｌｉｓｔ［０］から順次、測距エリアを並べた優先順位リストを生成する。

位相差画素列Ｌｋ、Ｒｋを生成すると、次に、ＬまたはＲ列コントラスト値Ａを取得する（Ｓ１７）。ここでは、Ｌ列またはＲ列のエッジ成分の累積値を算出する。すなわち、隣接する位相差ＡＦ検出用画素の差分値の累積値を演算し、この値をコントラスト値Ａｃｏｎｔｒａｓｔ＿Ａ［ｋ］としてメモリに格納する。

Ｌ列またはＲ列のコントラスト値Ａを取得すると、次に、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、相関値の変化率（傾き）Ｆｓ［ｋ］を取得する（Ｓ１９）。図７に一例を示したように、左開口の位相差ＡＦ検出用画素列と、右開口の位相差ＡＦ検出用画素列の画像データの間で相関演算を行った結果、最小相関値ＦＭＩＮとその左右の相関値のうちで大きい方の相関値ＦＭを通る直線の傾きを変化率Ｆｓ［ｋ］とする。

相関値の変化率Ｆｓを取得すると、次に、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、デフォーカス量ｄ［ｋ］を取得する（Ｓ２１）。デフォーカス量ｄ［ｋ］は、図６を用いて説明したように、
ｄ＝Ｆ＊ＺＲ／（Ｇ−ＺＲ）
より算出する。
なお、ｄ：デフォーカス量、Ｆ：撮像素子から瞳までの距離、ＺＲ：シフト量、Ｇ：左右の開口の重心間の距離である。

ステップＳ２１にてデフォーカス量の算出を行うと次に、ステップＳ２３にて測距エリアの番号を示すｋに１を加算する。ステップＳ２３にてｋに１を加算し、またはステップＳ２５においてコントラスト値Ｂを取得し、またはステップＳ２７において各測距エリア優先順位リストを作成すると、ステップＳ９に戻る。

ステップＳ９における判定の結果、測距エリアの番号を示すｋが測距エリア数を示すＡｒｅａ＿ｎｕｍに達すると、信頼性評価値（Ｓ＿ｋ）を選択する（Ｓ３１）。信頼性評価値Ｓｋとしては、前述したように、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７が算出するコントラスト値Ａおよび相関値傾きＦｓと、信頼性評価部３６が算出するコントラスト値Ｂがある。ここでは、これらの３つの値の中から１つを選択してＳ［ｋ］とする。

信頼性評価値Ｓ＿ｋを選択すると、次に、測距点決定部３８は、優先度（Ｌｉｓｔ［ｋ］）＊信頼性Ｓ［ｋ］の演算を行う（Ｓ３３）。ここでは、図１１の例に示したように、最適な測距エリアを選択するために、優先度に対して信頼性の重み付けを行う。

優先度に信頼性の重み付け演算を行うと、次に、測距点決定部３８は、最適測距エリアを選択し、その最適測距エリアで演算されたデフォーカス量を選択する（Ｓ３５）。デフォーカス量を選択すると、このフローを終了する。

なお、ステップＳ３１において、信頼性評価値（Ｓ＿ｋ）を３種類の中から１つだけ選択していたが、これに限らず、３種類の全てまたは一部を用いて最適な測距エリアを選択するようにしても構わない。また、優先順位として、図１０に示したように、３種類の順位付けを行ったが、３種類の全てまたは一部を用いて、最適な測距エリアを選択するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の一実施形態においては、注目被写体を検出し（顔検出部２２ａ、図１２のＳ１）、この注目被写体の位置に基づいて複数の測距エリアを設定する（ＡＦ測距点設定部３３、図１２のＳ５）と共に測距エリアの優先順位を決定し（測距エリア優先順位設定部３５、図１２のＳ２７）、設定された測距エリアのデフォーカス量の信頼性を求めている（信頼性評価部３６、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７、図１２のＳ２５、Ｓ１７、Ｓ１９）。そして、測距エリアの優先順位とデフォーカス量の信頼性に基づいて最適な測距エリアを選択し（測距点決定部３８、図１２のＳ３５）、この選択された測距エリアのデフォーカス量に基づいて、ピント合わせを行うようにしている。このため、本実施形態においては、注目する被写体に最適な位相差ＡＦの測距エリアを選択し、精度よく合焦点を検出することが可能となる。

なお、本発明の一実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもミラーレスカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォーンや携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assist）、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、撮像素子の一部を位相差方式の焦点検出用素子として用いる撮像素子を有する機器であれば、本発明を適用することができる。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０・・・交換レンズ鏡筒、１１・・・撮影レンズ、１２・・・アクチュエータ、１３・・・レンズ制御部、２０・・・カメラ本体、２１・・・撮像素子、２１ａ・・・画素値、２１ｃ・・・測距エリア中心点、２１ｄ・・・左開口位相差ＡＦ検出用画素、２１ｅ・・・撮像用画素、２１ｆ・・・右開口位相差ＡＦ検出用画素、２２・・・画像処理部、２２ａ・・・顔検出部、２３・・・ＡＦ演算部、２４・・・記録部、３３・・・ＡＦ測距点設定部、３４・・・位相差画素生成部、３５・・・測距エリア順位設定部、３６・・・信頼性評価部、３７・・・デフォーカス量演算部／信頼性評価部、３８・・・測距点決定部、Ｆｃ・・・顔中心、Ｆｓ・・・相関値傾き、Ｓ・・・被写体、ＺＲ・・・シフト量、ｄ・・・デフォーカス量

Claims

撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素を備え、上記複数の画素は、上記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と、上記画素へ入射する光束が上記焦点検出用画素よりも制限されないように構成された撮像用画素と、を含み、上記複数の画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、
上記撮像素子の出力する画素信号に基づいて注目被写体の位置を検出する注目被写体検出手段と、
上記注目被写体の位置に基づいて、上記焦点検出用画素の位置に対応する複数の測距点を設定する測距点設定手段と、
上記複数の測距点に対応する上記焦点検出用画素の出力に基づいて複数のデフォーカス量を演算する演算手段と、
上記設定された測距点の優先順位を決定する優先順位決定手段と、
上記設定された測距点に対応して検出されるデフォーカス量の信頼性を判別する信頼性判定手段と、
上記優先順位決定手段の出力と上記信頼性判定手段の出力に基づいて上記設定された複数の測距点のうちから測距点を選択する選択手段と、
を有し、
上記注目被写体検出手段は、顔に相当する領域を検出し、
上記測距点設定手段は、上記顔に相当する領域の内部の特定の領域について、顔に相当する領域の他の領域に比較して測距点をより密に配置する、
ことを特徴とする撮像装置。
上記優先順位決定手段は、上記複数の測距点のうち上記注目被写体の特定の位置により近い測距点の優先順位を高くすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
上記信頼性判定手段は、上記デフォーカス量の信頼性を示す信頼性評価値を出力し、
上記選択手段は、上記優先順位決定手段の決定する複数の測距点の優先順位と、上記信頼性判定手段の出力する信頼性評価値に重み付けした結果に基づいて測距点を選択することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
上記注目被写体検出手段は、顔の器官に相当する領域を検出し、
上記測距点設定手段は、上記器官に相当する領域について、器官に相当しない領域に比較して測距点をより密に配置する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置。