JP6234144B2 - 焦点検出装置および焦点検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出装置に関し、詳しくは、フォーカスレンズを含む撮影レンズを有し、この撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を受光して像データを生成し、この像データに基づいて焦点検出を行う焦点検出装置および焦点検出方法に関する。

撮影レンズを介して瞳分割した被写体像を受光して像データを生成し、この像データを用いて相関演算を行い、位相差を求め合焦位置に駆動する位相差ＡＦ方式の焦点検出装置が知られている。この位相差ＡＦ方式では、デフォーカス量が大きい状態（大ボケ状態）では位相差ＡＦ検出が困難である。そこで、特許文献１に開示の焦点検出装置においては、レンズ位置を第１の位置から第２の位置に駆動し、このとき取得したコントラスト評価値に基づいて、駆動方向を判断している。

特開２０１０−１３９９４２号公報

上述の特許文献１に開示の焦点検出装置では、適切な合焦駆動方向を決定することができる。しかし、駆動方向を決定するにあたって、レンズ位置を第１の位置から第２の位置に駆動する必要があるため、その分だけ合焦までの時間が増加してしまう。特に、位相差ＡＦ法が苦手とする低コントラスト被写体やデフォーカス量が大きい被写体に対して合焦までの時間がかかってしまうという問題があった。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、大ボケの被写体であっても、迅速に合焦可能な焦点検出装置および焦点検出方法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の発明に係る焦点検出装置は、入射光束の入射方向を制限された焦点検出用画素と入射光束入射方向を制限されていない撮像用画素を有する撮像素子を有し、上記焦点検出用画素の出力に基づく所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する焦点検出装置において、異なる周波数特性を有し、上記画素データに対してフィルタ処理を行う複数のフィルタ手段と、上記基準部と参照部の複数の画素データよりなる被写体像データのコントラストを検出する検出手段と、上記検出手段の出力に応じて上記複数のフィルタ手段のうちのいずれか１個を選択し、上記基準部と参照部の画素データに対して選択したフィルタ手段によりフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する演算手段と、上記撮像用画素の出力に基づいて、被写体が動体か否かを判別する動体判別手段と、上記演算手段の出力の信頼性を判定する信頼性判定手段と、を具備し、上記複数のフィルタ手段は、所定の周波数特性を有する第１のフィルタ処理手段と、上記第１のフィルタ処理手段の周波数特性よりも低周波成分により大きい利得を持つ周波数特性を有する第２のフィルタ処理手段を有し、上記撮像素子による撮像動作を繰り返し実行して取得した画素データに基づき上記演算出願による相関演算と上記信頼性判定手段による信頼性の判定を繰り返し実行している際に、上記動体判別手段が動体と判定し、かつ上記演算手段が上記第１のフィルタ処理手段を選択して演算を行っている場合に、上記信頼性判定手段により信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、上記演算手段は、上記第２のフィルタ処理手段を選択して演算を行う。

第２の発明に係る焦点検出装置は、入射光束の入射方向を制限された焦点検出用画素と入射光束の入射方向を制限されていない撮像用画素を有する撮像素子を有し、上記焦点検出用画素の出力に基づく所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する焦点検出装置において、異なる周波数特性を有し、上記画素データに対してフィルタ処理を行う複数のフィルタ手段と、上記基準部と参照部の複数の画素データよりなる被写体像データのコントラストを検出する検出手段と、上記検出手段の出力に応じて上記複数のフィルタ手段のうちのいずれか１個を選択し、上記基準部と参照部の画素データに対して選択したフィルタ手段によりフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する演算手段と、上記焦点検出装置のパンまたはチルト動作を検出するパン・チルト検出手段と、上記演算手段の出力の信頼性を判定する信頼性判定手段と、を有し、上記複数のフィルタ手段は、所定の周波数特性を有する第１のフィルタ処理手段と、上記第１のフィルタ処理手段の周波数特性よりも低周波成分により大きい利得を持つ周波数特性を有する第２のフィルタ処理手段を有し、上記撮像素子による撮像動作を繰り返し実行して取得した画素データに基づき上記演算手段による相関演算と上記信頼性判定手段による信頼性の判定を繰り返し実行している際に、上記パン・チルト検出手段がパン・チルト動作と判定し、かつ上記演算手段が上記第１のフィルタ処理手段を選択して演算を行っている場合に、上記信頼性判定手段により信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、上記演算手段は上記第２のフィルタ処理手段を選択して相関演算を行う。

第３の発明に係る焦点検出装置は、上記第１または第２の発明において、上記検出手段は、上記基準部の複数の画素データのうちの最大値と最小値の差と上記参照部の複数の画素データのうちの最大値と最小値の差との加算値を検出する。
第４の発明に係る焦点検出装置は、上記第１ないし上記第３の発明において、上記ＡＦエリアに対応する基準部と参照部に対応する複数の上記焦点検出用画素の出力のうちで、基準部と参照部の配列方向と垂直な方向に配列される焦点検出画素の配列毎にそれぞれの配列の焦点検出画素の出力の平均値を算出して上記画素データとする。
上記第５の発明に係る焦点検出装置は、上記第１ないし上記第４の発明において、上記信頼性判定手段は、上記演算手段の出力する複数の相関値から最小値と該最小値に隣接する相関値を求め、上記最小値と隣接する相関値の差のうち大きい方の差を、所定の閾値と比較することにより信頼性を判定する。

第６の発明に係る焦点検出方法は、入射光束の入射方向を制限された焦点検出用画素と入射光束の入射方向を制限されていない撮像用画素を有する撮像素子を有し、上記焦点検出用画素の出力に基づいて、所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する焦点検出装置の制御方法において、上記焦点検出用画素の出力に基づいて所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の焦点検出用画素データを生成し、上記基準部と参照部の複数の画素データよりなる被写体像データのコントラストを検出し、上記基準部と参照部の画素データに対して、検出したコントラストに応じた周波数特性を有するフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算し、上記撮像素子による撮像動作を繰り返し実行して取得した画素データに基づき上記相関演算と相関演算の信頼性の判定を繰り返し実行している際に、上記撮像用画素の出力する撮像データに基づいて被写体が動体であると判定され、かつ、上記演算を行った結果の信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、上記基準部と参照部の画素データに対して、上記フィルタ処理の周波数特性よりも低周波成分により大きな利得を有する第２のフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行う。

第７の発明に係る焦点検出方法は、入射光束の入射方向を制限された焦点検出用画素と入射光束の入射方向を制限されていない撮像用画素を有する撮像素子を有し、上記焦点検出用画素の出力に基づいて、所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する焦点検出装置の制御方法において、上記焦点検出用画素の出力に基づいて所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の焦点検出用画素データを生成し、上記基準部と参照部の複数の画素データよりなる被写体像データのコントラストを検出し、上記基準部と参照部の画素データに対して、検出したコントラストに応じた周波数特性を有するフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算し、上記撮像素子による撮像動作を繰り返し実行して取得した画素データに基づき上記相関演算と相関演算の信頼性の判定を繰り返し実行している際に、上記焦点検出装置のパン・チルト動作と判定され、かつ、上記演算を行った結果の信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、上記基準部と参照部の画素データに対して上記フィルタ処理の周波数特性よりも低周波成分により大きな利得を有する第２のフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行う。

本発明によれば、大ボケの被写体であっても、迅速に合焦可能な焦点検出装置および焦点検出方法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、フィルタＡを示す図であって、（ａ）はフィルタＡの構成を示すブロック図、（ｂ）はフィルタＡの周波数特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、フィルタＢを示す図であって、（ａ）はフィルタＢの構成を示すブロック図、（ｂ）はフィルタＢの周波数特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、フィルタＣの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において、フィルタＣの周波数特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、大デフォーカス状態の低コントラスト被写体像を、位相差ＡＦによって瞳分割した画像データを示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１２に示す画像データに対して、フィルタＡによってフィルタ処理を行った画像データを示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、図１２に示す画像データに対して、フィルタＢによってフィルタ処理を行った画像データを示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、合焦位置が遠い場合の相関演算結果の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、合焦位置が近い場合の相関演算結果の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、レンズスキャン駆動の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、動体を撮影する様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、位相差ＡＦ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において、位相差ＡＦの動作を示すフローチャートである。

以下、図面に従って本発明に係る焦点検出装置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。このデジタルカメラは、２像に分割された被写体像を受光して光電変換し（後述する図４等参照）、所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する（後述する図５、図２のデフォーカス量演算部／信頼性評価部３７等参照）。

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フォーカスレンズを含む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内のフォーカスレンズを光軸方向に移動し、ピント合わせを行う。なお、フォーカスレンズの位置は、レンズ位置検出部（不図示）によって検出され、通信部（不図示）を介してカメラ本体２０に送信される。

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（通常画素とも称す）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。また、画像処理部２２は、画素値を用いて、被写体追尾を行う。

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測距エリアを設定し、この設定した測距エリアについて、デフォーカス量やコントラスト評価値を演算する。この演算されたデフォーカス量やコントラスト評価値に基づいて、撮影レンズ１１内のフォーカスレンズを合焦位置に駆動させる。また、ＡＦ演算部２３は、被写体が周期性の場合には、真の合焦位置に駆動できるようにデフォーカス量を演算するための相関値の極値の選択を行う。

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（通常画素）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。

また、画像処理部２２内には、追尾部２２ｂが設けられている。この追尾部２２ｂは、撮像素子２１からの撮像用画素の画素値に基づいて、被写体の追尾を行う。例えば、顔検出部２２ａによって検出された顔の位置や、撮影者によって指定された被写体の位置について、撮像素子２１から画素値が出力されるたびに、画素値を比較することにより、同一の被写体がどこに移動したかを検出し、これによって追尾を行う。追尾部２２ｂによって検出された追尾対象の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または追尾部２２ｂで検出された中心座標位置や特定座標位置に基づいて、これに対応する測距点を設定する。撮像素子２１は複数の測距点に分けられており、この複数の測距点の中から、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、設定した各測距点の中心座標を、測距エリア設定部３５に出力する。

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。

測距エリア設定部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、測距エリアを設定し、コントラスト値判定部／フィルタ選択部３６に出力する。本実施形態においては複数の測距エリアが設けられており、各測距エリアの位置は予め固定されている。ＡＦ測距点設定部３３からの中心エリアや主被写体（例えば、顔）のサイズ等の情報に基づいて、最も適切な測距エリアを設定する。但し、中心エリアや主被写体のサイズ等によっては、主被写体が複数の測距エリアに跨る場合があり、その場合には複数の測距エリアが設定される。

コントラスト値判定部／フィルタ選択部３６は、画素値２１ａから焦点検出用画素の画素値を入力し、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、設定されている測距エリアのコントラスト評価値を演算し、このコントラスト値の判定を行う。そして、この判定結果を用いて、後述するようにフィルタ処理に使用するフィルタの選択を行う。このコントラスト値判定部／フィルタ選択部３６は、基準部と参照部の複数の画素データよりなる被写体像データのコントラストを検出する検出手段として機能する。コントラスト評価値の判定結果とフィルタの選択結果は、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法によるデフォーカス量の演算にあたって、コントラスト値判定部／フィルタ選択部３６によって選択されたフィルタを用いて、位相差画素生成部３４からの位相差ＡＦ検出用画素列の画像データに対してフィルタ処理を行う。このため、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、複数のフィルタを有する。この複数のフィルタは、異なる周波数特性を有し、画素データに対してフィルタ処理を行う複数のフィルタ手段として機能する。フィルタについては、図８ないし図１１を用いて後述する。

デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、フィルタ処理された画像データを用いて、位相差ＡＦ法によってデフォーカス量を演算し、各測距エリアの相関演算結果やデフォーカス量をレンズ駆動選択部３８に出力する。このデフォーカス量演算部／信頼性評価部３７は、検出手段の出力に応じて複数のフィルタ手段のうちのいずれか１個を選択し、基準部と参照部の画素データに対して選択したフィルタ手段によりフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行い、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、演算手段の出力の信頼性を判定する信頼性判定手段として機能する。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。

レンズ駆動選択部３８は、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７から相関演算結果とデフォーカス量を入力し、レンズ駆動方法の選択と、レンズ駆動方向の選択を行う。レンズ駆動方法としては、本実施形態においては、入力したデフォーカス量に対応したレンズ位置にフォーカスレンズを駆動するデフォーカス駆動と、フォーカスレンズを至近端と無限遠端の間でスキャンしながらコントラスト評価値を取得するレンズスキャン駆動がある。レンズ駆動選択部３８は、相関演算結果等に基づいて、いずれかのレンズ駆動方法を選択する。また、レンズ駆動方向としては、至近端方向と無限遠方向があり、相関演算結果に基づいて決定する。レンズ駆動選択部３８は、デフォーカス量を出力し、レンズ制御部１３（図１参照）は、このデフォーカス量を用いて撮影レンズ１１内のフォーカスレンズの駆動制御を行う。

次に、撮像素子２１および測距エリアについて、図３および図４を用いて説明する。図３に示す例では、撮像素子２１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が列方向に交互に並んでいる。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。本実施形態においては、各画素列は４画素となることから、各画素列毎に加算した上で、４で除算している。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（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）。また図５（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、左開口の画素列に対応するウインドウを固定し、右開口の画素列に対応するウインドウを１画素ずつずらし、右開口の画素列に対応するウインドウについて移動し終わると、次に、右開口の画素列に対応するウインドウを固定し、左開口の画素列に対応するウインドウを１画素ずつずらす。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は下記式（１）により算出できる。すなわち、図６に示した関係から、
Ｇ：ＺＲ＝（Ｆ＋ｄ）：ｄ
（Ｆ＋ｄ）＊ＺＲ−ｄＧ＝０
ｄ＝Ｆ＊ＺＲ／（Ｇ−ＺＲ） ・・・（１）
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［ｋ］を、信頼性を表す評価値として演算し、出力する。傾きＦｓ［ｋ］で近似した極小値ａｎｓ１が、左開口と右開口の２像が最も相関が高くなるシフト量を示し、この値が２像間値となる。上記（１）式のＺＲにシフト量ａｎｓ１を代入し、デフォーカス量ｄを算出する。

次に、図８ないし図１１を用いて、本実施形態におけるフィルタについて説明する。図８（ａ）はフィルタＡの構成を示すブロック図であり、図８（ｂ）はフィルタＡの周波数特性を示す図である。フィルタＡは、図８（ａ）に示すように、遅延回路Ｄｅｌａｙ１〜Ｄｅｌａｙ５、ゲイン１／３のアンプ０〜５、３つの加算回路から構成される。入力Ｉｎに位相差画素生成部３４からの位相差ＡＦ検出用画素列の画像データを入力すると、フィルタ処理がなされ、出力Ｏｕｔ１から、図８（ｂ）に示す周波数特性を作用された信号を出力する。

このフィルタＡは、高周波成分だけを強調しており、測距精度を重視する場合に使用する。すなわち、フィルタＡは、図８（ｂ）において、高周波領域Ｒにおけるゲインが０ｄＢ（１倍）を超えている。

図９（ａ）はフィルタＢの構成を示すブロック図であり、図９（ｂ）はフィルタＢの周波数特性を示す図である。フィルタＢは、図９（ａ）に示すように、遅延回路Ｄｅｌａｙ１〜Ｄｅｌａｙ２、ゲイン１／３のアンプ０〜２、１つの加算回路から構成される。入力Ｉｎに位相差画素生成部３４からの位相差ＡＦ検出用画素列の画像データを入力すると、フィルタ処理がなされ、出力Ｏｕｔ１から、図９（ｂ）に示す周波数特性が作用された信号を出力する。

フィルタＢは、高周波だけではなく、低周波の成分を残すことで、測距精度は不足するが、広いデフォーカス範囲でデフォーカス量を検出することができる。すなわち、フィルタＢは、図９（ｂ）に示すように、ゲインが０ｄＢ（１倍）で低周波から高周波にかけて略フラットの周波数特性を有している。

図１０はフィルタＣの構成を示すブロック図であり、図１１はフィルタＣの周波数特性を示す図である。フィルタＣは、図１０に示すように、遅延回路Ｄｅｌａｙ１〜Ｄｅｌａｙ１４、ゲイン１／３のアンプ０〜５、３つの加算回路から構成される。入力Ｉｎに位相差画素生成部３４からの位相差ＡＦ検出用画素列の画像データを入力すると、フィルタ処理がなされ、出力Ｏｕｔ１から、図１１に示す周波数特性が作用された信号を出力する。

フィルタＣは、フィルタＡと同様に、高周波成分をより強調しており、測距精度を重視する場合に使用する。ただし、フィルタＣは、フィルタＡとは違った周波数特性であり、異なる周波数領域においてゲイン０ｄＢ（１倍）を超えている。

このように、本実施形態においては、フィルタＡ〜Ｃのように、複数のフィルタを備えている。これらの複数のフィルタは、所定の周波数特性を有する第１のフィルタ処理手段（例えば、フィルタＡ、Ｃ）と、第１のフィルタ処理手段の周波数特性よりも低周波成分により大きい利得を持つ周波数特性を有する第２のフィルタ処理手段（例えば、フィルタＢ）として機能する。

次に、図１２ないし図１４を用いて、位相差ＡＦ検出用画素列の画像データを入力した際のフィルタ処理について説明する。

図１２は、大デフォーカス状態（大ボケ状態）の低コントラスト被写体を撮像素子している際に、左右位相差ＡＦ画素データ（位相差画素生成部３４から出力される左右開口画素列）の一例を示す。図１２において、横軸は画素座標であり、縦軸は画素値であり、右開口画素ＤＲと左開口画素ＤＬの画素値は、フォーカスレンズが合焦状態でないことから、一致していない。ＡＦ測距エリア範囲Ｒａｆは、測距エリア設定部３５によって設定される測距エリアを示す。コントラスト値判定部／フィルタ選択部３６は、ＡＦ測距エリア範囲Ｒａｆ内の右開口画素ＤＲの最大値と最小値の差分Ｄ１と、ＡＦ測距エリア範囲Ｒａｆ内の左開口画素ＤＬの最大値と最小値の差分Ｄ２を算出し、Ｄ１とＤ２の加算値を、コントラスト値Ｄｃとして取得する。

図１３は、図１２に示す左右位相差ＡＦ画素データに対して、フィルタＡによってフィルタ処理を施した画像データを示す。フィルタＡは高域成分が強調され、低域成分は抑圧されることから、図１２の画素データにおける低周波の成分が除去され、逆に高周波の成分のみとなり、被写体像のエッジが判別できなくなっている。このため、フィルタＡによってフィルタ処理を行う場合は、現在のフォーカスレンズ位置が被写体の合焦位置に近く高周波成分が大きい画像データの場合には、高精度の測距を行うことができる。しかし、図１２に示したような大デフォーカス状態の被写体の画像データに対しては、効果が小さく測距することができない。

図１４は、図１２に示す左右位相差ＡＦ画素データに対して、フィルタＢによってフィルタ処理を施した画像データを示す。フィルタＢはフィルタＡに比較すると低域成分に対しても画像データを通過させることから、図１２の画素データにおける低周波の成分も残り、被写体像のエッジの判別を行うことができ、測距が可能である。このため、フォーカスレンズ位置が被写体の合焦位置に近い場合の測距精度は、フィルタＡの場合より劣るが、図１２に示したような大デフォーカス状態の被写体に対しては十分に測距することができる。

本実施形態においては、複数のフィルタを備え、被写体像に応じて、フィルタを切り換えている。フィルタの切り換え方法としては、左右位相差ＡＦ画素列の画像データのコントラスト値Ｄｃが、所定の閾値１より下回れば、通常使用するフィルタＡからフィルタＣに変更する。さらに、閾値２より下回れば、通常使用するフィルタＡからフィルタＢに変更する。

このように、本実施形態においては、画像データのコントラスト値に応じて、フィルタの切り換えを行っている。すなわち、演算手段（例えば、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７）は、検出手段（例えば、コントラス値判定部／フィルタ選択部３６）の出力するコントラストが所定値よりも小さい場合に、低周波成分により大きい利得を持つ周波数特性を有する第２のフィルタ処理手段（例えば、フィルタＢ）を選択して演算を行う。

なお、本実施形態においては、コントラスト値Ｄｃとして、ＡＦ測距エリア範囲Ｒａｆの範囲内における左右位相差ＡＦ画素列の最大値と最小値の差分の加算値としている（Ｄｃ＝Ｄ１＋Ｄ２）。すなわち、位相差ＡＦの相関演算の際、撮像素子２１の基準部の複数の画素データのうちの最大値と最小値の差と参照部の複数の画素データのうちの最大値と最小値の差との加算値を検出している。しかし、これに限らず、他の方法によって求めてもよい。例えば、Ｄｃ＝Ｄ１＋Ｄ２の代わりに、Ｄ１、またはＤ２を使用してもよい。また、ＡＦ測距エリア内の中央部分（両端画素を除く）の最大値と最小値の差を使用してもよい。

次に、図１５ないし図１７を用いて、レンズ駆動選択部３８におけるレンズ駆動方法の選択について説明する。図１５は、現在のフォーカスレンズ位置が合焦位置から遠い場合の相関演算の結果の一例を示し、横軸はシフト量、縦軸は相関値を示す。この例では、シフト量Ｓ１において、相関値は最小値であるＦＭＩＮとなり、また、ＦＭＩＮにおける左右の傾きの内、右側の傾きＦｓ［ｋ］の方が左側の傾きよりも大きい。

本実施形態においては、相関値の最小値ＦＭＩＮにおける左右の傾きの内、大きい方の傾き（Ｆｓ［ｋ］）に基づいて、レンズ駆動方法を選択する。すなわち、大きい方の傾き（Ｆｓ［ｋ］）と、所定の閾値を比較し、傾きＦｓ［ｋ］が所定の閾値を下回れば、合焦位置まで遠いと判断し、レンズスキャンを行う。レンズスキャンについては、図１７を用いて後述する。

図１６は、合焦位置が近い場合の相関演算の結果の一例を示す。この例では、シフト量Ｓ２において、相関値は最小値であるＦＭＩＮとなり、また、ＦＭＩＮにおける左右の傾きの内、右側の傾きＦＳ（ｋ）の方が左側の傾きよりも大きい。図１６に示す例では、大きい方の傾き（ＦＳ（ｋ））と、所定の閾値を比較し、傾きＦＳ（ｋ）が所定の閾値を上回れば、合焦位置まで近いと判断し、デフォーカス駆動を行う。デフォーカス駆動は、相関演算により算出したデフォーカス量分だけ、フォーカスレンズを駆動することをいう。

測距結果の信頼性が低いためにＡＦできない場合や、周期性被写体が検出された場合には、レンズスキャンを実施する。レンズスキャンは、フォーカスレンズの駆動範囲の端点から端点に向けて、フォーカスレンズを一定速度で動かす動作である。図１７に示す例は、現在位置Ｐａから至近端点Ｐｎに向けてフォーカスレンズを駆動し、さらに至近端点（至近位置）Ｐｎから無限端点（無限位置）Ｐｆに向けて駆動する様子を示している。フォーカスレンズを駆動しながら、位相差ＡＦ検出用画素や撮像用画素から画素値を取得し、位相差ＡＦによる測距結果やコントラスト評価値をレンズ位置に関連付けて取得し記憶しておく。例えば、図１１中、逆三角形を付した位置において、画素値を取得して、測距結果やコントラスト評価値を取得する。測距結果の信頼性が高い位置でフォーカスレンズを停止して、再測距する。

次に、図１８を用いて、被写体が動体時の撮影の際、またはカメラを動かしての撮影の際におけるフィルタの切り換えについて説明する。

図１８（ａ）は、動体の被写体を撮影している様子を示す。すなわち、カメラのフレームＦは固定した状態で、動く被写体Ｏｂに対して位置Ｏ１で合焦させた後、被写体Ｏｂは位置Ｏ２に移動している。一定時間、測距不能状態が続いた場合、デフォーカス量が大きいため位相差ＡＦが困難になってしまう。このような場合には、フィルタＡからフィルタＢに変更することにより、再び測距可能とすることができる。

また、レンズスキャン駆動は、何度も繰り返すと、撮影者に不快感を与えることから、一般には、レンズスキャンは一度完了すると、その状態を示すフラグをセットし、再度、レンズスキャンを行わないようにしている。しかし、図１８（ａ）に示すような状態では、一度完了している場合だとしても、その状態を示すフラグをクリアすることにより、もう一度レンズスキャンを可能とするようにしてもよい。

図１８（ｂ）は、動体の被写体Ｏｂを撮影している時に、被写体Ｏｂの動きに合わせてカメラをパンし、フレームＦ１からフレームＦ２に変化させている。このような場合には、合焦できずに測距不能が続く場合がある。一定時間、測距不能が続いた場合は、被写体が低コントラストであるか、デフォーカス量が大きいために位相差ＡＦが困難になっていると考えられる。このような場合には、フィルタＡからフィルタＢに変更することで、再び、測距可能とすることができる場合がある。

また、フィルタを変更してからも、一定時間、測距不能となる場合は、レンズスキャン完了状態を示すフラグをクリアすることにより、もう一度レンズスキャンを可能とするようにしてもよい。なお、フラグクリアまでに、一定時間待つのは、ユーザを不愉快にさせないためである。

次に、本実施形態における位相差ＡＦの動作について、図１９および図２０を用いて説明する。なお、このフローは、不揮発性メモリ（不図示）に記憶されたプログラムに基づいて図示しないＣＰＵ等が図１、２に示す各部を制御することにより実行する。

図１９に示す位相差ＡＦのフローに入ると、まず、１Ｒがオンか否かの判定を行う（Ｓ１）。１Ｒは、レリーズ釦の半押し操作に応じてオンとなるスイッチである。このステップでは、このスイッチの状態に基づいて判定する。この判定の結果、１Ｒがオンでない場合には、位相差ＡＦのフローを終了する（Ｓ３）。

ステップＳ１における判定の結果、１Ｒがオンとなると、位相差ＡＦ画素の取得を行う（Ｓ５）。前述したように、撮像素子２１は、位相差ＡＦ検出用画素と撮像用画素を有している。このステップでは、位相差ＡＦ検出用画素からの画素値を取得する。

位相差ＡＦ画素を取得すると、次に、コントラスト値の判定を行う（Ｓ７）。ここでは、コントラスト値判定部／フィルタ選択部３６が、位相差画素生成部３４からの位相差ＡＦ検出用画素の画素値を用いて、コントラスト値を算出する。コントラスト値としては、例えば、図１２を用いて説明したように、測距エリア内の、最大値と最小値の差分の和Ｄｃを算出してもよく、その他にも、例えば、隣接画素の差分の累積和等、公知の方法によって算出してもよい。

ステップＳ７においてコントラスト値を取得すると、次に、コントラスト値が所定の閾値未満か否かを判定する（Ｓ９）。ここでは、ステップＳ７において取得したコントラスト値と所定の閾値を比較して判定する。この判定は、フィルタＡ、Ｂの選択をするために、行うことから、フィルタの特性に応じて閾値を設定すればよい。

なお、図１９に示すフローでは、フィルタＡとフィルタＢの２種類を選択するために、閾値は１つであるが、図１０、１１を用いて説明したフィルタＣも選択可能であれば、閾値は２つ用意する。すなわち、用意できるフィルタの数に合わせればよい。また、ステップＳ９では、「未満」か否かを判定しているが、これに限らず、「以下」でもよい。この点については、後述するステップＳ１７においても同様である。

ステップＳ９における判定の結果、コントラスト値が所定の閾値未満であった場合には、フィルタＢに変更する（Ｓ１１）。コントラスト値が所定の閾値未満であったことから、コントラストが低く、大ボケ（大デフォーカス量）の場合であることから、図９に示したような周波数特性を有するフィルタＢに変更する。フィルタＢは、フィルタＡに比較して画像データの低周波成分も残すことから、大ボケの被写体であっても、位相差ＡＦによってデフォーカス量を算出しやすくなる。

一方、ステップＳ９における判定の結果、コントラスト値が所定の閾値以上であった場合には、フィルタＡのままとする（Ｓ１３）。コントラスト値が所定の閾値以上であったことから、被写体像にコントラストがあることから、図８に示したような周波数特性を有するフィルタＡを引き続き使用する。フィルタＡは、フィルタＢに比較して画像データの高周波成分が強調されることから、デフォーカス量を高精度で算出することができる。

ステップＳ１１またはＳ１３においてフィルタの選択を行うと、次に、相関演算を行う（Ｓ１５）。ここでは、デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７が、ステップＳ１１、Ｓ１３において選択されたフィルタによって、位相差画素生成部３４からの位相差ＡＦ検出用画素列の画像データ（画素値）に対してフィルタ処理を施した後に、相関演算を行う。

相関演算を行うと、次に、所定の閾値未満か否かを判定する（Ｓ１７）。ここでは、ステップＳ１５における相関演算の際に演算した信頼性を表す傾きＦｓ［ｋ］が、所定の閾値未満か否かを判定する。図７を用いて上述したように、相関演算値の最小値の前後の傾きの内の最大値を、信頼性を表わす傾きＦｓ［ｋ］とする。また、図１５および図１６を用いて説明したように、傾きＦｓ［ｋ］と、所定の閾値を比較し、傾きＦｓ［ｋ］が所定の閾値を下回れば、現在のフォーカスレンズ位置が合焦位置まで遠いと判断し、一方、傾きＦｓ［ｋ］が所定の閾値を下回れば、合焦位置まで近いと判断する。なお、相関演算の信頼性を表わす指標は様々な検出方法があり、複数の相関演算値の差分を採用したり、さらに、この差分を相関演算値の最小値Ｆｍｉｎで除算して正規化した数値を採用してもよい。

ステップＳ１７における判定の結果、所定の閾値以上の場合には、デフォーカス駆動を行う（Ｓ１９）。ここでは、ステップＳ１５における相関演算で求めたデフォーカス量に基づいて、レンズ制御部１３がデフォーカス量分、撮影レンズ１１内のフォーカスレンズの駆動を行う。

ステップＳ１７における判定の結果、所定の閾値未満であった場合には、レンズスキャン駆動済みか否かを判定する（Ｓ２１）。相関演算の結果、傾きＦｓ［ｋ］が所定値未満であることから、現在のフォーカスレンズ位置が合焦位置まで遠いと判断される場合である。この場合には、レンズスキャンによって合焦位置を探すが、レンズスキャンを繰り返すことは、撮影者にとって不快である。そこで、本実施形態においては、動体被写体の場合とカメラを動かした場合を除いて、レンズスキャンは１Ｒオン後、１回のみ行うことにしている。

ステップＳ２１における判定の結果、レンズスキャン駆動済でなかった場合には、レンズスキャン駆動を行う（Ｓ２３）。ここでは、例えば、図１７を用いて説明したように、フォーカスレンズの駆動範囲の端点から端点に向けて、フォーカスレンズを一定速度で動かしながら、位相差ＡＦ検出用画素や撮像用画素から画素値を取得し、位相差ＡＦによる測距結果やコントラスト評価値をレンズ位置に関連付けて取得し記憶する動作を行う。

一方、ステップＳ２１における判定の結果、レンズスキャン駆動済でなかった場合には、動体か否か判定する（Ｓ４１）。ここでは、画像処理部２２が撮像用画素（通常画素）の画素列を用いて、被写体が動体であるか否かを判定する。上述の図１８（ａ）に示す被写体Ｏｂは動体の例である。

ステップＳ４１における判定の結果、動体でなかった場合には、パン・チルトであるか否かを判定する（Ｓ４３）。パンは、カメラを横に振る動作を言い、チルトはカメラを上下に振る動作をいう。カメラ内には、ジャイロセンサ（不図示）等、カメラの動きを検出するセンサを設けておき、このセンサからの出力に基づいて、パンまたはチルト操作を行っているか否かを判定する。上述の図１８（ｂ）は、パン・チルトの例である。

ステップＳ４１において動体と判定された場合、またはステップＳ４３においてパン・チルトと判定された場合には、信頼性の低い状態が所定時間継続したか否かを判定する（Ｓ４５）。図１８を用いて説明したように、動体被写体の場合やパン・チルト操作を行っている場合には、測距不能が続くおそれがある。そこで、このステップでは、相関演算における傾Ｆｓ［ｋ］に基づいて、このような信頼性の低い状態が所定時間の間、継続しているか否かを判定する。

ステップＳ４３における判定の結果、パン・チルトでなかった場合、またはステップＳ４５における判定の結果、信頼性の低い状態が所定時間の間、続いていない場合には、ステップＳ１に戻り、前述の動作を行う。

一方、ステップＳ４５における判定の結果、信頼性の低い状態が所定時間の間、続いていた場合には、ステップＳ１１と同様に、フィルタＢに変更する（Ｓ４７）。フィルタＢによる処理は、フィルタＡによる処理に比較して位相差ＡＦ検出画素列の画像データ（画素値）に低周波成分も十分残すことから、大ボケの被写体であっても、位相差ＡＦによってデフォーカス量を算出しやすくなる。

ステップＳ４７においてフィルタＢに変更すると、ステップＳ２３に進み、レンズスキャン駆動を行う。前述したように、動体被写体の場合と、パン・チルト操作を行っている場合には、レンズスキャン駆動を繰り返すことを許容している。

ステップＳ２３においてレンズスキャン駆動を行うと、またはステップＳ１９においてデフォーカス駆動を行うと、次に、ステップＳ１と同様に、１Ｒオンか否かを判定する（Ｓ２５）。この判定の結果、１Ｒがオフであった場合には、レリーズ釦から指が離れた状態であり、位相差ＡＦのフローを終了する（Ｓ２９）。

ステップＳ２５における判定の結果、１Ｒがオンであった場合には、次に、２Ｒがオンか否かを判定する（Ｓ２７）。２Ｒは、レリーズ釦の全押し操作に応じてオンとなるスイッチである。このステップでは、このスイッチの状態に基づいて判定する。この判定の結果、２Ｒがオンでない場合には、ステップＳ１に戻り、前述の動作を行う。

一方、ステップＳ２７における判定の結果、２Ｒがオンの場合には、撮影動作を行う（Ｓ３１）。ここでは、シャッタ速度で決まる露光時間の間、撮像素子２１は被写体像を露光し、露光時間の経過後に撮像素子２１から撮像用画素（通常画素）の画素値を読み出し、画像処理部２２において画像処理を行った後、記録部２４に画像処理を施した画像データを記録する。

このように、本実施形態における位相差ＡＦのフローにおいては、コントラスト値に基づいて、複数のフィルタの中から最適なフィルタを選択している（Ｓ７〜Ｓ１３）。すなわち、コントラスト値が所定値よりも小さい場合には、低周波成分により大きい利得を持つ周波数特性のフィルタＢを選択している。このため、被写体像の状態に応じて、十分な精度を確保しつつ、最適な相関演算用の画素データを生成することができる。

また、本フローにおいては、相関演算結果の信頼性に応じて、デフォーカス駆動を行うか、レンズスキャン駆動を行うかを切り換えている（Ｓ１５〜Ｓ２３)。すなわち、信頼性の高い場合にはデフォーカス駆動を行い（Ｓ１９）、信頼性が低い場合にはレンズスキャン駆動を行うようにしている（Ｓ２３）。このため、信頼性に応じたレンズ駆動を行うことができ、精度と合焦速度を最適化している。

また、本フローにおいては、動体被写体の場合やパン・チルト操作を行っている場合には、低周波成分により大きな利得を持つ周波数特性のフィルタＢを選択している。

すなわち、本実施形態においては、被写体が動体であるか否かを判別する動体判別手段と、焦点検出装置のパンまたはチルト動作を検出するパン・チルト検出手段を有し、動体被写体であるか否か（図１８（ａ）の例）、またパン・チルト操作のようにカメラが動いている（図１８（ｂ）の例）か否かを判定する。本実施形態においては、動体判別手段によって、動体と判定し、かつ第１のフィルタ処理手段（例えば、フィルタＡ）を選択して演算を行っている場合に、信頼性判定手段（デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７）により信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、第２のフィルタ処理手段（例えば、フィルタＢ）を選択して演算を行うようにしている（例えば、Ｓ４１、Ｓ４５、Ｓ４７)。

また、本実施形態においては、焦点検出装置のパンまたはチルト動作を検出するパン・チルト検出手段を有し、パン・チルト操作のようにカメラが動いている（図１８（ｂ）の例）か否かを判定する。本実施形態においては、パン・チルト検出手段がパン・チルト動作と判定し、かつ第１のフィルタ処理手段（例えば、フィルタＡ）を選択して演算を行っている場合に、信頼性判定手段（デフォーカス量演算部／信頼性評価部３７）により信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、第２のフィルタ処理手段（例えば、フィルタＢ）を選択して演算を行うようにしている（例えば、Ｓ４３〜Ｓ４７)。

このように、本実施形態においては、被写体が動体の場合や、カメラが動いている場合であっても、測距不能となり難くすることができる。また、この場合には、レンズスキャン駆動を行うことにより、合焦点を探し易くしている。

以上説明したように、本発明の一実施形態においては、画素データのコントラスト値に基づいて複数のフィルタ手段のうちのいずれか１個を選択し、この選択されたフィルタ手段によってフィルタ処理された画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算している。このため、大ボケの被写体であっても、フィルタが適切に選択されることから、迅速に合焦を可能とすることができる。すなわち、デフォーカス量を演算するために、一旦、フォーカスレンズを移動させる必要がなく、この分、焦点検出に掛かる時間を短縮することができる。

なお、本発明の一実施形態においては、判定用のコントラスト値は位相差ＡＦ検出用画素の画素値を使用していたが、これに限らず、例えば、撮像用画素（通常画素）の画素値を用いて算出しても勿論かまわない。また、２像に分割した被写体像を生成するために、撮像素子２１面上に位相差ＡＦ検出用画素を設けていたが、これに限らず、ハーフミラー等を用いて、被写体光束を分割し、この分割した被写体光束を２像に分割するようしても勿論かまわない。

また、本発明の一実施形態においては、フィルタＡ〜Ｃは、遅延回路等の回路素子を用いて構成していたが、異なる周波数特性を有する回路であれば、図８〜図１０に示した回路に限られない。また、フィルタとしては、ハードウエアに限らず、ソフトウエアによって構成しても勿論かまわない。さらに、フィルタの数は、複数であればよく、３以上でも構わない。

また、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、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assist）、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型コンピュータ、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、位相差ＡＦ方式を採用する機器であれば、本発明を適用することができる。

また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。

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、２２ｂ・・・追尾部、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・・・測距エリア設定部、３６・・・コントラスト値判定部／フィルタ選択部、３７・・・デフォーカス量演算部／信頼性評価部、３８・・・レンズ駆動選択部、ＤＬ・・・左開口画素値、ＤＲ・・・右開口画素値、Ｄ１・Ｄ２・Ｄｃ・・・コントラスト値、ｄ・・・デフォーカス量、Ｒａｆ・・・ＡＦエリア範囲、Ｒｈ・・・高周波成分、Ｓ・・・被写体、ＺＲ・・・シフト量

Claims (7)

1. 入射光束の入射方向を制限された焦点検出用画素と入射光束入射方向を制限されていない撮像用画素を有する撮像素子を有し、上記焦点検出用画素の出力に基づく所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する焦点検出装置において、
   異なる周波数特性を有し、上記画素データに対してフィルタ処理を行う複数のフィルタ手段と、
   上記基準部と参照部の複数の画素データよりなる被写体像データのコントラストを検出する検出手段と、
   上記検出手段の出力に応じて上記複数のフィルタ手段のうちのいずれか１個を選択し、上記基準部と参照部の画素データに対して選択したフィルタ手段によりフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する演算手段と、
   上記撮像用画素の出力に基づいて、被写体が動体か否かを判別する動体判別手段と、
   上記演算手段の出力の信頼性を判定する信頼性判定手段と、
   を具備し、
   上記複数のフィルタ手段は、所定の周波数特性を有する第１のフィルタ処理手段と、上記第１のフィルタ処理手段の周波数特性よりも低周波成分により大きい利得を持つ周波数特性を有する第２のフィルタ処理手段を有し、
   上記撮像素子による撮像動作を繰り返し実行して取得した画素データに基づき上記演算出願による相関演算と上記信頼性判定手段による信頼性の判定を繰り返し実行している際に、上記動体判別手段が動体と判定し、かつ上記演算手段が上記第１のフィルタ処理手段を選択して演算を行っている場合に、上記信頼性判定手段により信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、上記演算手段は、上記第２のフィルタ処理手段を選択して演算を行うことを特徴とする焦点検出装置。
2. 入射光束の入射方向を制限された焦点検出用画素と入射光束の入射方向を制限されていない撮像用画素を有する撮像素子を有し、上記焦点検出用画素の出力に基づく所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する焦点検出装置において、
   異なる周波数特性を有し、上記画素データに対してフィルタ処理を行う複数のフィルタ手段と、
   上記基準部と参照部の複数の画素データよりなる被写体像データのコントラストを検出する検出手段と、
   上記検出手段の出力に応じて上記複数のフィルタ手段のうちのいずれか１個を選択し、上記基準部と参照部の画素データに対して選択したフィルタ手段によりフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する演算手段と、
   上記焦点検出装置のパンまたはチルト動作を検出するパン・チルト検出手段と、
   上記演算手段の出力の信頼性を判定する信頼性判定手段と、
   を具備し、
   上記複数のフィルタ手段は、所定の周波数特性を有する第１のフィルタ処理手段と、上記第１のフィルタ処理手段の周波数特性よりも低周波成分により大きい利得を持つ周波数特性を有する第２のフィルタ処理手段を有し、
   上記撮像素子による撮像動作を繰り返し実行して取得した画素データに基づき上記演算手段による相関演算と上記信頼性判定手段による信頼性の判定を繰り返し実行している際に、上記パン・チルト検出手段がパン・チルト動作と判定し、かつ上記演算手段が上記第１のフィルタ処理手段を選択して演算を行っている場合に、上記信頼性判定手段により信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、上記演算手段は上記第２のフィルタ処理手段を選択して相関演算を行うことを特徴とする焦点検出装置。
3. 上記検出手段は、上記基準部の複数の画素データのうちの最大値と最小値の差と上記参照部の複数の画素データのうちの最大値と最小値の差との加算値を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 上記ＡＦエリアに対応する基準部と参照部に対応する複数の上記焦点検出用画素の出力のうちで、基準部と参照部の配列方向と垂直な方向に配列される焦点検出画素の配列毎にそれぞれの配列の焦点検出画素の出力の平均値を算出して上記画素データとすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項
   に記載の焦点検出装置。
5. 上記信頼性判定手段は、上記演算手段の出力する複数の相関値から最小値と該最小値に隣接する相関値を求め、上記最小値と隣接する相関値の差のうち大きい方の差を、所定の閾値と比較することにより信頼性を判定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
6. 入射光束の入射方向を制限された焦点検出用画素と入射光束の入射方向を制限されていない撮像用画素を有する撮像素子を有し、上記焦点検出用画素の出力に基づいて、所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する焦点検出装置の制御方法において、
   上記焦点検出用画素の出力に基づいて所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の焦点検出用画素データを生成し、
   上記基準部と参照部の複数の画素データよりなる被写体像データのコントラストを検出し、
   上記基準部と参照部の画素データに対して、検出したコントラストに応じた周波数特性を有するフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算し、
   上記撮像素子による撮像動作を繰り返し実行して取得した画素データに基づき上記相関演算と相関演算の信頼性の判定を繰り返し実行している際に、上記撮像用画素の出力する撮像データに基づいて被写体が動体であると判定され、かつ、上記演算を行った結果の信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、上記基準部と参照部の画素データに対して、上記フィルタ処理の周波数特性よりも低周波成分により大きな利得を有する第２のフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行う、
   ことを特徴とする焦点検出方法。
7. 入射光束の入射方向を制限された焦点検出用画素と入射光束の入射方向を制限されていない撮像用画素を有する撮像素子を有し、上記焦点検出用画素の出力に基づいて、所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する焦点検出装置の制御方法において、
   上記焦点検出用画素の出力に基づいて所定のＡＦエリアに対応する基準部と参照部の焦点検出用画素データを生成し、
   上記基準部と参照部の複数の画素データよりなる被写体像データのコントラストを検出し、
   上記基準部と参照部の画素データに対して、検出したコントラストに応じた周波数特性を有するフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算し、
   上記撮像素子による撮像動作を繰り返し実行して取得した画素データに基づき上記相関演算と相関演算の信頼性の判定を繰り返し実行している際に、上記焦点検出装置のパン・チルト動作と判定され、かつ、上記演算を行った結果の信頼性が低いと所定時間以上判定され続けた場合に、上記基準部と参照部の画素データに対して上記フィルタ処理の周波数特性よりも低周波成分により大きな利得を有する第２のフィルタ処理を行った画素データに基づいて相関演算を行う、
   ことを特徴とする焦点検出方法。

Images