JP6463207B2 - 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、コントラスト検知方式の焦点検出を行う撮像装置に関するものである。

従来からデジタルカメラのような撮像素子を有した撮像装置においては、自動的に焦点調整を行うようなオートフォーカス方法として、コントラスト検知方式が知られている。コントラスト検知方式では、撮像素子に結像される被写体像の画像信号から、指定された焦点検出範囲の一方向に走査を行い、高周波信号成分を抽出し、コントラスト値を算出する。そして、焦点検出範囲内でのコントラスト値の総和をコントラスト評価値とする。このようなコントラスト評価値を、フォーカス移動に伴うデフォーカス状態を変化させて順次算出することで、コントラスト評価値が最大となる焦点位置を最も画像の鮮鋭度が高い状態と判断して、合焦位置とする。

また、近年のデジタルカメラは様々な撮影シーンに応じた機能が備わってきている。その一つとして、天体を撮影するための星空撮影モードのような撮影シーンモードが備わった機種も普及してきている。

星空は物体距離が無限遠であるため、通常は撮影光学系のフォーカス位置を無限遠の位置に設定して撮影を行えば良い。特許文献１には、そのような星空撮影を行う場合に、焦点位置を無限遠状態にするような特定の撮影条件を設定することが提案されている。

しかしながら、星空の撮影は夜間に屋外で行うため、例えば撮像装置を暖かい室内から低温である屋外へ持ち出すことにより、撮像装置に急激な温度変化が生じる場合がある。そのような場合、温度変化に起因して、撮影光学系の鏡筒の膨張、収縮が起こり、無限遠のフォーカス位置が変化してしまう。また、連続した星空撮影では露光時間が長くなるため、イメージセンサの駆動による発熱等により、撮影光学系の鏡筒の経時的な温度変化が生じる。これを防止するため、特許文献２には、撮像装置内に温度計を配置して、その温度情報に基づいて無限遠へのフォーカス位置補正を行うような焦点位置補正方法が提案されている。

しかし、通常は焦点検出装置により正確な合焦位置を得ることが望ましく、星空の撮影に関しても焦点検出を行って高精度な合焦状態とすることが望まれている。特に天体撮影の専門家では無い一般ユーザーが星空の撮影を行う場合には、室内やカメラケースから温度環境の異なる屋外に撮像装置を取り出し、鏡筒温度の安定を待たずに直ぐに撮影を開始することが多い。この場合、温度変化により流動的に鏡筒が変形する状態で焦点位置補正を行っても、正確な無限遠状態にならないことになる。そのため、星空の撮影においても、なるべく本撮影時に近い状態でコントラスト検知方式による焦点調節を行うことが望まれる。

特開平４−１５６２９号公報 特許第４０４３２５０号公報

低輝度である星像に対してコントラスト検知方式のフォーカス制御を行う場合、デフォーカス量の変化に対して山形状になるようなコントラスト評価値を取得するためには、長時間露光が必要となる。しかしながら、長時間露光を行っている最中に、高輝度の飛行機や流星や人工衛星等の飛翔物体が焦点検出範囲内を通過する場合がある。また、天候があまり良くない場合には、長時間露光の最中に星が雲に覆われたり、雲形状が変形するようなこともある。星像の焦点検出動作中に、デフォーカス状態の飛翔物体が焦点検出範囲を横切ると、その飛翔物体の輝度が高い場合には高コントラストを有した被写体として認識されてしまう。すなわち、合焦位置とは異なるフォーカス状態で、コントラスト評価値に極大値（部分的なピーク）が発生してしまう。

また焦点検出領域に雲が発生していると、星像で取得されるコントラスト評価値と雲の輪郭で取得されるコントラスト評価値との競合が発生する。特に雲の輪郭はボケ状態（グラデーション状態）の輪郭成分を有しているため、雲の僅かな輪郭変化でコントラスト評価値が変動してしまう。そのため、コントラスト評価値の形状はノイズのように波を打った形状となる可能性が大きく、合焦位置が定まらない問題を生じる。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、星空に対してコントラスト検知方式の焦点検出を行う場合に、突発的に発生する高輝度の飛翔物体や雲が原因となる誤焦点検出を防止することである。

本発明に係わる撮像装置は、星空に対して無限遠のピント位置の近傍でコントラスト検知方式により焦点検出を行う撮像装置であって、被写体像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の画面内に複数の焦点検出範囲を設定する設定手段と、撮影光学系のフォーカスレンズを、ピント位置を変化させる方向に移動させながら、それぞれのフォーカスレンズの位置で前記撮像手段により画像を撮像し、前記複数の焦点検出範囲ごとに、前記フォーカスレンズの位置に対応する前記画像のコントラスト評価値を算出する算出手段と、前記複数の焦点検出範囲ごとに、前記フォーカスレンズの位置と前記コントラスト評価値の関係を表わす曲線の形状に基づいて、前記コントラスト評価値の極大値を求め、前記曲線が複数の極大値を有するか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記曲線が複数の極大値を有することが検出された焦点検出範囲については、該焦点検出範囲のコントラスト評価値を焦点検出に用いず、前記曲線が複数の極大値を持たない焦点検出範囲のコントラスト評価値を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、星空に対してコントラスト検知方式の焦点検出を行う場合に、突発的に発生する高輝度の飛翔物体や雲が原因となる誤焦点検出を防止することが可能となる。

本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図。 飛翔物体が出現した状態の星空の観念図。 図２における各焦点検出範囲でのコントラスト評価値形状を示した図。 雲が掛った状態の星空の観念図。 図４における各焦点検出範囲でのコントラスト評価値形状を示した図。 図５のコントラスト評価値において雲が掛った焦点検出範囲での複数極大値判断の説明を行うための図。 コントラスト評価値を加算して極大値を求める例を示した図。 各焦点検出範囲での合焦位置の平均を求める例を示した図。 焦点検出から合焦に至るまでの動作のフローチャート。 第１の複数極大値検出方法を示すフローチャート。 第２の複数極大値検出方法を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成を示すブロック図である。

図１において、撮像装置１００は、撮像素子を有した撮像装置本体と撮影光学系とが一体となったデジタルカメラである。この撮像装置１００は、コントラスト検知方式の焦点検出装置を有しており、公知の山登り方式の焦点検出を行う。そして、以下の説明におけるコントラスト評価値とは、設定した焦点検出範囲内で被写体画像を一定方向に走査したときの、被写体画像のエッジ成分から生成されるコントラスト値の積分量とする。

図１において、１０１は撮影光学系を示している。１０２は光彩絞りで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なうとともに、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッターとしても機能する。１０３はフォーカスレンズ群で、光軸方向の移動により、焦点調節を行なう。１０４はＣ−ＭＯＳセンサやＣＣＤで構成され、光電変換により画像信号を取得する撮像素子である。１０５は画像信号抽出部であり、撮像素子１０４の光電変換信号から画像信号を抽出する。

測光部１０６は、画像信号抽出部１０５により抽出された信号から指定された画像領域の測光評価を行う。露光量決定部１０７は、測光部１０６による測光の結果から、撮影のための適正な露光量の演算を行う。そして撮影画像が適正な露光状態になるようにゲイン調整部１０８により撮像素子の出力信号の強度を調整する。また同時に、絞り制御部１０９により光彩絞り１０２の開口径を制御する。そして、再び撮像素子１０４からの光電変換信号の変化に対して最適な露光量になるように上記の処理を繰り返し、フィードバック制御を行う。そして、最適な露光量の条件が決定された後に、記録用画像生成部１１０により、保存するための記録画像が生成され、画像記録部１１１でフラッシュメモリーやハードディスク等の記録媒体に記録される。

次に焦点検出を行って合焦動作を行うまでの手順について説明する。先ず画像信号抽出部１０５で得られた画像信号について、焦点検出範囲決定部１１２によって焦点検出を行う焦点検出範囲を決定する。焦点検出範囲は、撮像装置に組み込まれているアルゴリズムに沿って自動的に決定する方法でも良く、撮影者が手動により指定する方法でも良い。なお、本実施形態における星空の焦点検出時には、焦点検出範囲として、特定の分割領域が設定されるものとして以下説明する。

焦点検出範囲が決定された後に、設定された焦点検出範囲について、コントラスト評価値算出部１１３によりコントラスト評価値の算出を行う。この時、フォーカスレンズ群１０３の走査によるコントラスト評価値の変化数が規定数分得られている場合には、合焦判定を行うためのコントラスト評価値の情報が整ったと判断する。そして、コントラスト評価値形状判定部１１４により、コントラスト評価値の変化形状の極大値となるようなフォーカス位置を判定するとともに、複数極大値検出方法を用いてコントラスト評価値の変化形状に極大値が複数存在していないかを検出する。なお、複数極大値検出方法が必要である理由とその内容に関しては後述する。

そして、コントラスト評価値が極大値となるフォーカス位置が探索された場合には、合焦位置決定部１１５により各フォーカス位置で得られているコントラスト評価値の補間計算を行って正確なコントラスト評価値の最大値を算出する。この最大値に対応するフォーカス位置を探索した後に、フォーカス駆動設定部１１６により合焦のためのフォーカス駆動量を求めて、フォーカス駆動部１２１によりフォーカスレンズ群１０３を駆動して合焦状態にする。

一方、コントラスト評価値の変化形状に明確な最大値が見つからなかった場合には、合焦位置決定部１１５で合焦位置を決定する動作は行わない。ここで明確な最大値を判別する方法としては、例えばコントラスト評価値の最大値と最小値の差分値に閾値を設けてその比較結果で判定するような方法がある。そして、フォーカス駆動設定部１１６において現状のフォーカス状態に応じて引き続きフォーカス駆動を継続してコントラスト評価値計算を行うか、またはフォーカス域の全体駆動により被写体をサーチする状態に移行するかを決定する。

次に、撮影モード選択部１１８により、本実施形態における星空の撮影モードが選択された場合での合焦動作に関して説明を行う。まず、撮影モード選択部１１８により星空の撮影モードが選択されると、露出方法選択部１１７により星空での焦点検出のための最適な露出方法を決定する。

露出方法選択部１１７で得られた露出条件に基づいて、露光量決定部１０７がゲイン調整部１０８と絞り・シャッター制御部１０９とを制御する。ここでゲイン調整部１０８は、ゲインを上げ過ぎることで画像信号にノイズが発生して星空への合焦精度に支障をきたさないようにして、ゲイン量を調整する。そして、絞り・シャッター制御部１０９は、光彩絞り１０２を開放状態に設定するとともに、星像に対して合焦検知が行えるような露光時間になるようにシャッターの開放時間を調整する。

なお、星空を撮影する場合は、山登り方式のコントラスト検知を行うためのフォーカスレンズの走査幅は、無限遠の近傍のピント位置を中心にして設定すれば良い。しかしながら、前述したように撮影光学系の鏡筒に温度変化が生じると、鏡筒の膨張や収縮により撮影レンズ群の相対位置が変化し、ピント変化が起きる。そのため、鏡筒内に設置された鏡筒温度取得部１１９（温度計）により鏡筒温度を取得し、その温度情報に基づいて、無限フォーカス位置補正部１２０により、物体距離を無限遠とする補正情報を取得する。そして、その補正情報をフォーカス駆動設定部１１６に送り、補正された無限遠の位置がフォーカスレンズの走査範囲の中心になるようにフォーカスレンズの走査範囲を決定する。そして決定したフォーカス走査範囲を用いて、予め設定されている焦点検出範囲におけるコントラスト評価値を取得する動作を行う。

次に、取得したフォーカスレンズ１０３の位置変化に対してのコントラスト評価値の変化の形状を、コントラスト評価値形状判定部１１４で判定し、合焦位置決定部１１５により、有効となる焦点検出範囲を選択する。この詳細については後述する。以上の動作により、有効とした焦点検出範囲でのコントラスト評価値の結果を用いることで、星空への精度の良い合焦動作を行うことができる。

次に予め設定されている複数の焦点検出範囲において、得られたコントラスト評価値を用いる場合とそうでない場合の判定に関して説明する。

図２は、星空に対してコントラスト検知方式での焦点検出動作を行った場合の被写体の状況を示す図である。ここでは、コントラスト検知方式の焦点検出を行うためにフォーカス位置を変化させながら、各フォーカス位置で長秒露光を行ってコントラスト評価画像を取得している最中に、画面内に高輝度光源を有した飛行機（飛行体）が通過した状況を表している。

図２において、ＳＴで示した十字形状は星像を表している。Ｆ１〜Ｆ９は設定されている焦点検出範囲を示し、ＰＬは飛行機を、Ｌは飛行機が画面内に通過した際の飛行機の翼灯の軌跡を示している。具体的には、コントラスト評価値を取得中に、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ６で示した焦点検出範囲を飛行機が通過して、翼灯の軌跡が写り込んでいる状態を示している。

図３は、図２の焦点検出状態において、各焦点検出範囲Ｆ１〜Ｆ９に対応したコントラスト評価値の変化形状のグラフを曲線Ｃで示したものである。ここで図３のグラフの縦軸はコントラスト評価値を示し、グラフの横軸はフォーカスレンズ群１０３を走査してコントラスト評価値を取得した時のフォーカス位置を示している。

ここで、図２においては、フォーカスレンズが図３のグラフの横軸の４番目のフォーカス位置にある場合に、星空が最良の合焦状態になるものとする。そして、フォーカスレンズが図３のグラフの横軸の６番目のフォーカス位置にある場合に、露光動作中に飛行機がＦ２、Ｆ３、Ｆ６の焦点検出範囲を通過したものとする。

図３のコントラスト評価値の形状の説明を続けると、各焦点検出範囲Ｆ１〜Ｆ９において星像ＳＴのみが存在している焦点検出範囲Ｆ１、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ７〜Ｆ９はグラフの横軸の４番目のフォーカス位置でコントラスト評価値が極大値となっている。そのため、星像への正確な合焦位置の検知を行なえる。しかしながら、フォーカスレンズが合焦状態から外れた６番目のフォーカス位置にいるときに飛行機が通過した焦点検出範囲Ｆ２、Ｆ３、Ｆ６では、星像に対して輝度が高い翼灯が線状の軌跡として画像記録される。そのため、この翼灯は焦点が合っていない画像であるにも関わらず、エッジ成分の多さと背景との輝度差が大きいことにより、コントラスト評価値が高くなる。すなわち、星像が合焦状態の画像のコントラスト評価値よりも、ボケ状態の翼灯軌跡がある画像のコントラスト評価値の方が高くなる。

飛行機の翼灯軌跡が画像信号として取得された焦点検出範囲Ｆ２、Ｆ３、Ｆ６では、６番目もしくは６番目に近いフォーカス位置でコントラスト評価値が極大値をとるため、星像に対してはピントが外れた状態を合焦状態と誤判定してしまうことになる。つまり、全ての焦点検出範囲におけるコントラスト評価値や合焦位置判定結果を用いて最終的な星空への合焦位置を決定すると、合焦精度を低下させる場合がある。

この問題を回避するためには、複数極大値検出方法を用いて、設定した各焦点検出範囲におけるフォーカス位置変化に対するコントラスト評価値の変化形状が複数の極大値を持つか否かの検出を行う。そして、極大値を複数有している焦点検出範囲については、その焦点検出範囲でのコントラスト評価値結果は、誤焦点検出を招くものとして合焦位置検出には用いない。そして、残った焦点検出範囲でのコントラスト評価値を用いて、星空に対する合焦状態となるようなフォーカス位置を探索し、星空撮影を行うための最終合焦位置とする。

以上により、コントラスト検知方式の焦点検出動作中に、突発的な高輝度の飛翔物体の侵入による誤合焦現象を防止することが可能となる。また以上説明したようなコントラスト評価値の変化形状から複数の極大値を検出する方法を、第１の複数極大値検出方法と呼ぶことにする。なお、飛行機の他に露光中に画面内を通過して星像への合焦の妨げになる飛翔物体としては、流星や人工衛衛星等が考えられる。

次に、星空への合焦動作を行うにあたり、コントラスト評価値の変化形状を乱す要因として、飛翔物体の他に雲が考えられる。雲の形状はエッジ成分がボケたような輪郭形状であるものが大部分である。そのため、雲に対してのコントラスト評価値は、デフォーカスを大きくしても、デフォーカスの変化によるボケ成分と、もともと雲が有している輪郭形状のボケ成分とが混在して、大きなボケ状態変化が発生し難くなり、コントラスト評価値の変化は鈍くなる。そのため、コントラスト検知を行う際にデフォーカス量の変化を与えても、コントラスト評価値の変化形状が、明確な極大値を有する山形状を形成し難くなる。

また、コントラスト評価値を取得している最中に雲の形状が変化することで、雲の輪郭像特性が変化してしまい、そのエッジ成分変化によって、コントラスト評価値の変化形状に乱れが生じることもある。特に画面全体に薄雲が掛った状態においては、星空のコントラスト状態が時間的に変化するため、コントラスト評価値の変化形状がノイズ成分に近いような形状となってしまい、波打つような複数の極大値を有するようになる場合もある。

そして、このような状態においては、先に説明した第１の複数極大値検出方法で複数極大値を検出すると、全ての焦点検出範囲において複数極大値が存在するとの検出結果を得てしまう。そのため、結果として全ての焦点検出範囲でのコントラスト評価値を用いないことになってしまい、星空に対して焦点検出動作が行えないことになってしまう。

そこで、星像で得られるコントラスト評価値と雲の輪郭によって得られるコントラスト評価値が混在するような焦点検出範囲においては、第１の複数極大値検出方法とは判定基準が異なる第２の複数極大値検出方法を用いる。これにより、雲の輪郭によって得られるコントラスト評価値は用いないようにして、星像で得られるコントラスト評価値結果のみで合焦位置を取得するようにする。

図４は、星空への焦点検出時に雲が焦点検出範囲の一部分に掛った状態を示したものである。さらに、雲の形状は焦点検出を行うための露光中に変形するものとする。図２と同様に、ＳＴは星像を示し、Ｆ１〜Ｆ９は分割した焦点検出範囲を示す。また、ＣＬは雲を表しており、図４の状態は雲ＣＬが焦点検出範囲Ｆ５、Ｆ６、Ｆ８、Ｆ９に侵入している状態を示している。

図５は、図２と図３の関係と同様に、図４で設定されている各焦点検出範囲Ｆ１〜Ｆ９に対応したコントラスト評価値の変化形状Ｃを示している。またＰ１、Ｐ２は、詳細内容については後述するが、星空の真の合焦位置Ｐ１と雲が原因となる偽の極大値位置Ｐ２を示している。ここで、図３と同様に、縦軸はコントラスト評価値を示し、横軸はフォーカスレンズが走査されるフォーカス位置を示している。また、フォーカス位置が４の位置が、星像ＳＴに対して最良の合焦状態になるものとする。

焦点検出範囲Ｆ１〜Ｆ４、Ｆ７は、雲が侵入していない状態の焦点検出範囲であり、焦点検出範囲に存在している星像ＳＴのみのコントラスト評価値の変化が検知されるため、明瞭な山形状のコントラスト評価値の変化形状が取得されている。

一方、焦点検出範囲Ｆ５、Ｆ６、Ｆ８、Ｆ９には雲が侵入しているため、前述したように、雲のボケ形状のエッジ成分についてコントラスト評価値を取得することになり、コントラスト評価値が明瞭な山形状にならない。

その中で、焦点検出範囲Ｆ５では雲に掛っていない星像が存在しているため、星像に対して合焦状態にあるフォーカス位置４でコントラスト評価値形状が極大値Ｐ１をとる。しかしながら、星像が合焦状態から外れてデフォーカス量が大きくなってくると、星像がボケ状態になりコントラスト評価値が低くなる。他方、雲が時系列的な変形によってエッジ成分量の多い状態になると雲が要因となるコントラスト評価値の影響が大きくなってくる。そのため、星像の合焦位置とは異なる図５のＰ２のフォーカス位置で、Ｐ１とは異なる雲が要因の第２のコントラスト評価値の極大値を発生してしまう。

特に薄曇り状態のように、画面一面に雲が掛っていて星像に雲が掛ったり外れたりするような状態では、全ての焦点検出範囲が上記のＦ５のような複数極大値を有したコントラスト評価値の変化形状になる可能性が高い。そのため、単純に複数極大値が検出された焦点検出範囲のコントラスト評価値を用いないことは晴天状態である星空に対しては有効であるが、雲が発生している星空に適用すると、全ての焦点検出範囲でのコントラスト評価値を用いないことになる可能性が高くなる。

そこで、焦点検出範囲Ｆ６、Ｆ８、Ｆ９は信頼性の低いコントラスト評価値として合焦位置検出に用いないことが望ましいが、焦点検出範囲Ｆ５のように完全には雲に掛っていない星像が含まれるコントラスト評価値は合焦位置検出に用いることが望ましい。

そのためには、星像が存在している状態においては、星像の合焦状態近辺のコントラスト評価値は、同一焦点検出範囲内の雲によるコントラスト評価値よりも大きな値を発生すると想定する。そして、コントラスト評価値の変化形状に複数極大値があった場合でも、星像のコントラスト成分によってコントラスト評価値の変化形状に極大値を得ていると想定し、そのコントラスト評価値を用いて最終合焦位置を判定することが望ましい。

そのための方法として、本実施形態では、複数極大値がある場合に、コントラスト評価値の上位値の抽出を行う。そして抽出された上位値のコントラスト評価値の間に上位抽出されていないコントラスト評価値が存在するか否かを判定する。抽出された上位値のコントラスト評価値の間に上位抽出されていないコントラスト評価値が存在する状態であった場合には、複数極大値を有すると判定する。

次に上記の判定を行う方法に関して図６を用いて説明する。図６は図５において、雲が侵入している焦点検出範囲Ｆ５、Ｆ６、Ｆ８、Ｆ９のコントラスト評価値の変化特性を詳細に示したものである。以下に、上記の第２の複数極大値検出方法による各焦点検出範囲での複数極大値の有無判定方法について説明する。

まず、図６ではコントラスト評価値の上位値を全７箇所のフォーカス位置中の第４位まで抽出し、上記の複数極大値判定を行うものとする。なお、上位値の個数は、フォーカス移動幅によるデフォーカス量の変化量や、事前に星空の状態が検知可能である場合にはその状態によって変更してもかまわない。また、図６において、各フォーカス位置で得られたコントラスト評価値は丸形状のマーカーで示されており、マーカーに記した数値はコントラスト評価値の上位第４位までの順位を示している。

上記の方法に則って複数極大値の有無判定を行うと、焦点検出範囲Ｆ５はコントラスト評価値の上位第１位〜４位におけるフォーカス位置は隣接した状態となっている。そして、この状態の場合、第２の複数極大値検出方法では、複数極大値は無いものと判定する。そして、この焦点検出範囲でのコントラスト評価値は用いるものとする。他方、焦点検出範囲Ｆ６、Ｆ８、Ｆ９はコントラスト評価値の上位第１位〜４位でのフォーカス位置間には順位第５位以下のコントラスト評価値が入り込んでいる状態となっている。よって、第２の複数極大値検出方法では、それぞれの焦点検出範囲において複数極大値が有るものと判断する。そのため、この焦点検出範囲におけるコントラスト評価値は合焦評価対象として用いないものとする。

また、図６の焦点検出範囲Ｆ５において合焦位置を求めるには、コントラスト評価値の極大値を単純に合焦位置としても良いが、多項式近似補間で極大値を求めても良い。また、図中Ｇで示した位置を合焦位置とするようなコントラスト評価値の重心位置を求める方式を採用しても良い。この場合は星像の真の合焦位置である４番目のフォーカス位置に対して若干ズレを生じるが、ほぼ問題の無い位置を合焦位置と判断することになる。以上のような方法を用いることで、星空に雲が掛った状態においても、星像に対して精度の良い合焦を行うことが可能となる。

以上、星空へのコントラスト検知方式の焦点検出に関して、個々の焦点検出範囲でのコントラスト評価値から複数極大値を検出し、その結果から焦点検出範囲でのコントラスト評価値を用いるかどうかの判定を行う２種類の複数極大値検出方法について説明した。ここで、実際に２種類の複数極大値検出方法を用いる場合、星空の状態に応じて、この２種類を使い分ける必要がある。そのためには、まず星空を測光して、星空の状態を推定すると良い。なお、測光時のフォーカス状態は、撮像装置が無限遠とするプリセットされたフォーカス位置に設定すれば良いものとする。

測光値を用いて星空の状態を推測する場合、次のようなことが考えられる。例えば、晴天の星空に対し、雲が存在している星空には雲の白色成分が多く存在しているため、空全体の輝度値が高くなる傾向がある。そこで、所定の測光閾値を設定しておき、閾値以上の測光値であった場合には、測光を行った焦点検出領域には雲が存在していると判断することができる。

そのため、閾値よりも測光値が小さい場合は、その焦点検出範囲の星空は晴天状態であり、コントラスト評価値に発生する複数極大値は飛翔物体以外の要素が無いと判断して、前述した第１の複数極大値検出方法を選択する。他方、測光値が閾値よりも大きい場合は、星空に雲が掛った状態であると判断して、前述した第２の複数極大値検出方法を選択する。

このように、星空の状態に対して最適な複数極大値検出方法を選択することで、精度の良い合焦を行うことが可能となる。なお、測光を行う領域は撮影画面全体でも良いが、焦点検出範囲に対応した複数領域毎で行うようにして、各焦点検出範囲毎に複数極大値検出方法を選択するようにすれば、より多様な星空の状態に対応した焦点検出を行うことができる。

次に、取得された各焦点検出範囲でのコントラスト評価値を用いて、最終的に全体の焦点検出範囲での合焦位置を得る合焦位置取得方法について説明する。

１番目の方法としては、採用された焦点検出範囲のコントラスト評価値を、設定されているフォーカス位置毎に加算して、新たなコントラスト評価値形の変化状を生成し、新たに得られたコントラスト評価値から極大値となるようなフォーカス位置を探索してその位置を最終合焦位置とするものである。

図７（Ａ）は、図２で示した状態の星空で有効と判断された焦点検出範囲Ｆ１、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ７〜Ｆ９のコンラスト評価値を加算して新たなコントラスト評価値としたものである。図７（Ｂ）は、図４で示した状態の星空で有効と判断された焦点検出範囲Ｆ１〜Ｆ５、Ｆ７のコンラスト評価値を加算して新たなコントラスト評価値としたものである。

両図でのＰは、コントラスト評価値が極大値となるフォーカス位置を示していて、複数極大値を有すると判断されたコントラスト評価値は用いないようにしたものである。これにより、コントラスト評価値の変化形状が平滑な山形状になって、その極大値位置でのフォーカス位置を合焦状態とすることにより、星空に対して精度の良い合焦を行うことができる。

また、第２の方法は、各焦点検出範囲での合焦位置を平均化することで星空に対して精度の良い合焦を行う方法である。

図８（Ａ）は、図２で示したコントラスト評価値が有効であると判断された焦点検出範囲Ｆ１、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ７〜Ｆ９において、合焦状態のフォーカス位置を平均して最終的な合焦位置とする計算を示した図である。同様に、図８（Ｂ）は、図４で示した状態の星空で有効であると判断された焦点検出範囲Ｆ１〜Ｆ５、Ｆ７において、合焦状態のフォーカス位置を平均して最終的な合焦位置とする計算を示した図である。以上の平均化して得られた新たなフォーカス位置を最終合焦状態とすることで、星空に対して精度の良い合焦を行うことができる。

以上説明した方法を用いることで、星空に対して精度の良い焦点調節を行うことが可能となる。

次に、図１の撮像装置１００に関して、撮影モード選択部１１８で星空撮影モードが選択された場合における処理の流れについて、図９を参照して説明する。ここで、図９のフローチャートは、予め設定されている複数の焦点検出範囲において、各焦点検出範囲毎に測光を行い、得られた測光結果に応じて、コントラスト評価値の複数極大値検出方法を変更する方式であるものとする。

図９において、まず、ステップＳ１において、設定されている複数焦点検出範囲から順次焦点検出範囲を選択する。そして、ステップＳ２において、選択された焦点検出範囲について測光処理を行い、ステップＳ３において、取得した測光値を予め設定されている閾値と比較する。そして、測光値が閾値以上であった場合には、ステップＳ５において、選択されている焦点検出範囲に後に第２の複数極大値検出方法を適用するためのフラグを立てる。一方、取得した測光値が閾値未満であった場合には、ステップＳ４において、選択されている焦点検出範囲に後に第１の複数極大値検出方法を適用するためのフラグを立てる。上記のステップＳ１〜Ｓ５の処理を全ての焦点検出範囲について行うように繰り返す。

以上の処理により、設定されている全ての焦点検出範囲に対して、後に第１か第２の複数極大値検出方法のどちらの処理を行うかの処理方法指定フラグを設定する。そして、ステップＳ６において、星空撮影モード用に設定されているフォーカス移動動作とコントラスト評価値取得動作を行って各焦点検出範囲毎でのコントラスト評価値情報を取得する。

その後、ステップＳ７において、上記のフラグが第１の複数極大値検出方法を行うものか第２の複数極大値検出方法を行うものかに応じて、各焦点検出範囲において複数極大値検出方法を変更する。なお、第１の複数極大値検出方法と第２の複数極大値検出方法に関しては個別のフローチャートを用いて説明する。

図１０は第１の複数極大値検出方法に関してのフローチャートである。第１の複数極大値検出方法が開始されると、まずステップＳ３１において、図９のステップＳ６で得られているコントラスト評価値情報を取得する。そして、ステップＳ３２において、フォーカスレンズを移動したフォーカス開始位置から終了位置までのコントラスト評価値の変化形状を走査して、評価値に極大値がいくつ存在したかをカウントする。

ステップＳ３３では、上記のカウント処理により極大値が１つだけカウントされている場合は、コントラスト評価値の変化形状は単一山形状であって複数極大値を有していないと判断する。そして、選択されている焦点検出範囲での合焦位置を正確に求める処理を進めるために、ステップＳ３４において、コントラスト評価値が最大値となるフォーカス位置を補間処理等で求める処理を行う。そのフォーカス位置情報からステップＳ３５で合焦位置を取得し、第１の複数極大値検出方法を終了する。なお、ステップＳ３４とＳ３５は、コントラスト評価値を加算してコントラスト評価値形状の最大値を探索するような方法を後処理で用いる際には、省略してもよい。

説明を戻して、ステップＳ３２のカウント数からステップＳ３３で極大値が複数存在すると判定された場合には、ステップＳ３６において、現在設定している焦点検出範囲のコントラスト評価値は用いない処理を行って、第１の複数極大値検出方法を終了する。

次に、図９のステップＳ７において、第２の複数極大値検出方法を行うフラグが立っている焦点検出範囲については、第２の複数極大値検出方法を行う。図１１のフローチャートを用いて、第２の複数極大値検出方法での処理の流れについて説明する。

図１１において、まず、第２の複数極大値検出方法を行うに際しては、定数Ｎは設定フォーカス位置数（コントラスト評価値を取得する点数）未満の２以上の整数であり、コントラスト評価値の複数極大値検出条件を変更するための定数として予め設定されているものとする。

ステップＳ４１では、図１０のステップＳ３１と同様に、図９のステップＳ６で得られたコントラスト評価値情報を取得する。次に、ステップＳ４２では、取得したコントラスト評価値を降順（値の大きい順）にソートする。そして、ステップＳ４３では、ステップＳ４２でソートされたコントラスト評価値の上位Ｎ位を取得する。ここでＮは、上記のように予め設定された定数である。

次にステップＳ４４では、上位Ｎ位のコントラスト評価値の各フォーカス位置が隣接状態であるかを判定する。ここで言う隣接状態とは、図６で説明したように、取得された上位Ｎ位以外のコントラスト評価値のフォーカス位置が上位Ｎ位でのフォーカス位置間に割り込んでいない状態である。

ステップＳ４４において、上位Ｎ位のフォーカス位置が隣接状態であると判断された場合には、設定されている焦点検出範囲でのコントラスト評価値の変化形状は複数極大値では無いと判定して以後の処理を続ける。そして、ステップＳ４５とＳ４６において、図１０のステップＳ３４とＳ３５と同様に、コントラスト評価値が極大値となるようなフォーカス位置を補間処理等で正確に求めた合焦位置を取得して終了する。なお、ステップＳ４５とＳ４６に関しても、前述したようにコントラスト評価値を加算して極大値を探索するような方法を後処理で用いる際には省略してもよい。

説明を戻して、ステップＳ４４において、コントラスト評価値形状が複数極大値を有していると判断された場合には、ステップＳ４７において、現在設定している焦点検出範囲のコントラスト評価値は用いない処理を行って、第２の複数極大値検出方法を終了する。

以上が第１の複数極大値検出方法と第２の複数極大値検出方法の詳細説明である。

説明を図９に戻して、ステップＳ８では、ステップＳ７の処理で、全ての焦点検出範囲のコントラスト評価値を用いない状態になっていないかを判定する。ここで、全ての焦点検出範囲でのコントラスト評価値を用いない場合には、コントラスト検知方式での焦点検出は行なえないため、予めプリセットされている無限遠位置にフォーカスレンズを移動させて、一連の星空への合焦処理を終了する。

他方、コントラスト評価値が有効な焦点検出範囲が存在する場合には、ステップＳ９において、有効と判定した各焦点検出範囲でのコントラスト評価値をフォーカス位置毎に加算する。そして、必要であれば、ステップＳ１０において、コントラスト評価値が極大値になる正確なフォーカス位置を補間処理等で求め、そのフォーカス位置を最終合焦位置とする。そして、得られたフォーカス位置にフォーカスレンズの移動を行って、星空への合焦処理を終了する。

以上説明したように、星空撮影モードが選択された場合においては、上記の処理の流れによって星空への合焦動作を行う。

以上説明したように、本発明によれば、星空へのコントラスト検知方式の合焦を行う際に、飛翔物体や雲が存在して、コントラスト評価値にノイズが発生している焦点検出範囲のコントラスト評価値は用いない。これにより、星空への精度のよい合焦動作を行うことが可能となる。

（その他の実施形態）
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。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明は、デジタルカメラのようなコントラスト検知方法による焦点検出装置を備えた撮像装置に有効なものである。

１００：撮像装置、１０１：撮影光学系、１０２：光彩絞り、１０３：フォーカスレンズ群

Claims (12)

1. 星空に対して無限遠のピント位置の近傍でコントラスト検知方式により焦点検出を行う撮像装置であって、
   被写体像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段の画面内に複数の焦点検出範囲を設定する設定手段と、
   撮影光学系のフォーカスレンズを、ピント位置を変化させる方向に移動させながら、それぞれのフォーカスレンズの位置で前記撮像手段により画像を撮像し、前記複数の焦点検出範囲ごとに、前記フォーカスレンズの位置に対応する前記画像のコントラスト評価値を算出する算出手段と、
   前記複数の焦点検出範囲ごとに、前記フォーカスレンズの位置と前記コントラスト評価値の関係を表わす曲線の形状に基づいて、前記コントラスト評価値の極大値を求め、前記曲線が複数の極大値を有するか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記曲線が複数の極大値を有することが検出された焦点検出範囲については、該焦点検出範囲のコントラスト評価値を焦点検出に用いず、前記曲線が複数の極大値を持たない焦点検出範囲のコントラスト評価値を用いて焦点検出を行う焦点検出手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記算出手段は、前記フォーカスレンズを無限遠の近傍のピント位置を中心に移動させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記判定手段は、星空の状態に応じて、前記曲線が複数の極大値を有するか否かを判定する基準が異なる第１の判定方法と、第２の判定方法とを切り替えて用い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。
4. 前記第１の判定方法では、前記曲線が単純に複数の極大値を有する場合に、前記曲線が複数の極大値を有すると判定することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第２の判定方法では、前記曲線において、コントラスト評価値の大きさが上位Ｎ位（Ｎは予め定められた２以上の整数）までの値となる前記フォーカスレンズの位置が互いに隣接していない場合に、前記曲線が複数の極大値を有すると判定することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記判定手段は、前記星空の測光値が所定の閾値未満である場合に、前記第１の判定方法を用い、前記星空の測光値が前記所定の閾値以上である場合に、前記第２の判定方法を用いることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記星空を飛行体が通過する場合には、前記第１の判定方法を用い、前記星空に雲が存在する場合には、前記第２の判定方法を用いることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記焦点検出手段は、前記判定手段により前記曲線が複数の極大値を持たないと判定された焦点検出範囲のコントラスト評価値を加算し、加算したコントラスト評価値が最大となるフォーカスレンズの位置を合焦位置と判断することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記焦点検出手段は、前記判定手段により前記曲線が複数の極大値を持たないと判定された焦点検出範囲のコントラスト評価値からコントラスト評価値が最大となるフォーカス位置を算出し、算出されたフォーカス位置の平均を合焦位置と判断することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 被写体像を撮像する撮像手段を有し、星空に対して無限遠のピント位置の近傍でコントラスト検知方式により焦点検出を行う撮像装置を制御する方法であって、
    前記撮像手段の画面内に複数の焦点検出範囲を設定する設定工程と、
    撮影光学系のフォーカスレンズを、ピント位置を変化させる方向に移動させながら、それぞれのフォーカスレンズの位置で前記撮像手段により画像を撮像し、前記複数の焦点検出範囲ごとに、前記フォーカスレンズの位置に対応する前記画像のコントラスト評価値を算出する算出工程と、
    前記複数の焦点検出範囲ごとに、前記フォーカスレンズの位置と前記コントラスト評価値の関係を表わす曲線の形状に基づいて、前記コントラスト評価値の極大値を求め、前記曲線が複数の極大値を有するか否かを判定する判定工程と、
    前記判定工程において前記曲線が複数の極大値を有することが検出された焦点検出範囲については、該焦点検出範囲のコントラスト評価値を焦点検出に用いず、前記曲線が複数の極大値を持たない焦点検出範囲のコントラスト評価値を用いて焦点検出を行う焦点検出工程と、
    を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
11. 請求項１０に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
12. 請求項１０に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるため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。