JP2007286474A - 焦点検出装置および撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 点光源が有った場合の合焦精度の向上を図ることができる焦点検出装置。
【解決手段】複数の焦点検出領域Ａ１〜Ａ５毎に撮像信号に基づく焦点評価値をそれぞれ算出し、算出された焦点評価値に基づいて合焦位置を算出する焦点検出装置において、撮像信号に飽和信号が含まれているか否かを焦点検出領域Ａ１〜Ａ５毎に判定する飽和判定手段と、飽和判定手段により飽和信号が含まれていないと判定された非飽和焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ５の焦点評価値に基づいて、合焦位置を算出する合焦位置算出手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、焦点検出装置、および、その焦点検出装置を備える撮影装置に関する。

ＣＣＤなどの撮像素子を用いて被写体像を撮像し、その撮像信号に基づいてコントラスト法によりオートフォーカス（ＡＦ）を行うカメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２４６０１３号公報

しかしながら、ＡＦエリアに点光源などの高輝度被写体があると、高輝度被写体に関する撮像信号が飽和して焦点評価値の信頼性が低下し、合焦位置を正しく検出できなくなる場合がある。

請求項１の発明は、撮像信号に基づく焦点評価値を複数の焦点検出領域毎にそれぞれ算出し、算出された焦点評価値に基づいて合焦位置を算出する焦点検出装置に適用され、撮像信号に飽和信号が含まれているか否かを前記焦点検出領域毎に判定する飽和判定手段と、飽和判定手段により飽和信号が含まれていないと判定された非飽和焦点検出領域の焦点評価値に基づいて、合焦位置を算出する合焦位置算出手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、非飽和焦点検出領域の焦点評価値に基づく合焦位置算出が不能であった場合に、飽和判定手段により飽和信号が含まれていると判定された飽和焦点検出領域の焦点評価値に基づいて、合焦位置を算出するようにしたものである。
請求項３の発明によるカメラは、請求項１または２に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、非飽和焦点検出領域の焦点評価値に基づいて合焦動作を行うようにしたので、信頼性の低い飽和信号による影響を受けることなく合焦動作を行うことができ、合焦精度の向上を図ることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る撮影装置を説明する図である。図１はオートフォーカス（ＡＦ）電子カメラの要部構成を示すブロック図であり、電子カメラは、レンズユニット１と、撮像素子２と、Ａ／Ｄ変換器３と、メモリ４と、画像処理回路５と、コントロール回路８と、ＣＰＵ１４と、モータ１２と、フォーカス制御機構１３とを備えている。

レンズユニット１はフォーカスレンズを含んでおり、単一焦点距離（固定焦点）のレンズでも良いし、ズームレンズやステップズームレンズのように焦点可変のものでも良い。フォーカスレンズは、レンズユニット１を通過した被写体光が撮像素子２の撮像面上に結像するように、焦点位置を調節するレンズである。モータ１２でフォーカス制御機構１３を駆動することにより、フォーカスレンズが光軸方向に進退移動する。モータ１２は、ＣＰＵ１４から出力されるレンズ駆動信号によって駆動される。

撮像素子２は、例えば、二次元ＣＣＤイメージセンサなどによって構成される。撮像素子２は、撮像面上の被写体像を撮像し、各画素に対応する撮像信号を出力する。撮像素子２から出力される撮像信号は、各画素に入射される光の強さに応じてその信号レベルが異なる。本実施形態では撮像素子２としてＣＣＤ撮像素子を用いているが、ＣＣＤの代わりにＣＭＯＳセンサやＣＩＤなどを用いて構成してもよい。コントロール回路８は、撮像素子２に対するタイミング信号を生成して撮像素子２へ送出する。

撮像素子２から出力された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器３によってディジタル信号に変換された後に、メモリ４に格納される。画像処理回路５は、メモリ４に格納された画像データに対して所定の方式（例えば、ＪＰＥＧ）で圧縮処理を施し、圧縮処理後の画像データを外部記憶回路６に記憶させる。画像処理回路５は、外部記憶回路６に記録されている圧縮データを読み出して伸長する際の伸長処理も行う。外部記憶回路６は、例えば、メモリカードなどのデータストレージ部材によって構成される。

ＣＰＵ１４は、ＡＥ／ＡＷＢ回路７と、バンドパスフィルタ９と、積算回路１０と、ＡＦ回路１１と、飽和判定部１５とを含む。ＡＥ／ＡＷＢ回路７は、周知の露出演算やホワイトバランス調整処理を行う。ホワイトバランス調整処理は、メモリ４に格納されている画像データに対して行われる。

ＣＰＵ１４はコントロール回路８およびメモリ４などと接続され、電子カメラの焦点検出(ＡＦ)や測光(ＡＥ)、ホワイトバランス調整(ＡＷＢ)などの各種演算とカメラ動作のシーケンス制御とを行う。ＣＰＵ１４には、不図示の操作部材から各種操作信号が入力される。ＣＰＵ１４は、操作部材から入力される操作信号に応じて、電子カメラの焦点検出制御、露出制御、カラーバランス制御などを総括的に管理する。

バンドパスフィルタ９は、メモリ４に格納されている画像処理前の画像データのうち、焦点検出用領域（フォーカスエリア）に対応する撮像領域の画像データから高周波数成分を抽出するフィルタである。バンドパスフィルタ９によるフィルタ処理後の画像データは、フィルタ処理前の画像データに比べて、低周波数成分、特に、直流成分が除去されている。本実施の形態のカメラでは、図２に示すように被写界内に複数のフォーカスエリアＡ１〜Ａ５が設定されており、バンドパスフィルタ９はフォーカスエリア毎にフィルタ処理を行う。

積算回路１０は、バンドパスフィルタ９でフィルタ処理した後の画像データに基づく積算処理を行う。ＡＦ回路１１は、積算回路１０による積算値に基づいて焦点評価値を得る。飽和判定部１５は、メモリ４から各ＡＦエリアＡ１〜Ａ５の画像データを読み込み、輝度信号が飽和レベル以上か否かを判定する。本実施の形態では、バンドパスフィルタ９，積算回路１０によるフィルタ処理および積算処理をＣＰＵ１４によるソフトウェアで処理しているが、これらの機能をハードウェアで実現するように構成しても良い。

図３は、フォーカスレンズの位置と焦点評価値との関係の一例を示す図である。図３において、横軸はフォーカスレンズの位置であり、縦軸は焦点評価値である。焦点評価値が最大となるレンズ位置Ｄ１は、被写体に対するフォーカスレンズの合焦位置である。ところで、図２に示すように、ツリーに飾られたライトのような点光源Ｌ１がＡＦエリア内にあると、点光源Ｌ１を撮像している画素からの出力が飽和してしまう場合がある。その場合、取得される焦点評価値のプロファイルは図４に示す曲線４１のようになる。

曲線４１で示すように、本来の合焦レンズ位置Ｄ１における焦点評価値は減少し、その前後のレンズ位置に焦点評価値のピークが現れる。そのため、最至近優先でＡＦを行う場合、至近側のピーク位置Ｄ２が主要被写体Ｓ１よりも至近側であると、ピーク位置Ｄ２を合焦位置と誤判定してしまうおそれがあった。本実施の形態では、このような不具合を回避できるようなアルゴリズムで合焦判定を行うようにした。

《ＡＦ処理の説明》
図５は、本実施の形態におけるＡＦ動作の一例を示すフローチャートであり、ＣＰＵ１４で行われるＡＦ処理を示している。図５による処理は、例えば、不図示のレリーズスイッチから半押し操作信号がＣＰＵ１４に入力されると開始される。ステップ＃１において、ＡＦ処理に必要なデータやフラグ類を初期化する。フラグの一例としては、ＡＦエリアが飽和していることを示す飽和フラグがある。

ステップ＃２では、合焦動作を行う際のサーチ初期値の設定を行う。サーチ初期値としては、フォーカスレンズのサーチ開始位置およびサーチ終了位置、サーチ時のレンズ移動速度などがある。なお、サーチ開始位置からサーチ終了位置までのフォーカスレンズの移動時間は、移動速度によって決定される。図６はサーチ動作におけるレンズ位置を示す図であり、縦軸はレンズ位置を、横軸は時間を表している。図６のサーチ動作におけるサンプリング点（図の黒丸）の数はレンズ移動速度に依存し、レンズ移動速度を遅くすると、サンプリング点の数が多くなる。

また、本実施の形態では、図６に示すようにサーチ開始位置を至近端に、サーチ終了位置を無限（∞）端にそれぞれ設定する。なお、サーチ開始位置を無限端に、サーチ終了位置を至近端に設定しても良いし、ＡＦ動作開始時のレンズ位置や撮影モードに応じて最適な値に設定するようにしても良い。ステップ＃３において、ＣＰＵ１４はモータ１２に駆動信号を出力し、レンズユニット１のフォーカスレンズ（不図示）をサーチ開始位置（至近端）に移動させる。

続くステップ＃４からステップ＃７までが、サーチ動作の処理を示している。ステップ＃４では、メモリ４に記憶された画像データに基づいて、各ＡＦエリアＡ１〜Ａ５の焦点評価値を算出する。算出された焦点評価値は、評価値履歴として画像データ取得時のレンズ位置と関連付けられてＡＦエリアＡ１〜Ａ５毎に記憶される。

なお、本実施の形態では、一旦メモリ４に格納した画像データを、ＣＰＵ１４に読み込んで評価値を計算するようにしているが、Ａ／Ｄ変換器３から出力された画像データを逐次バンドパスフィルタ９へ送り、データ転送と同時に評価値を算出するようにしても良い。逐次バンドパスフィルタ９にデータ転送する構成とすることにより、メモリ４に一旦記憶する場合に比べて、評価値の計算遅れを低減することができる。

ステップ＃５では、メモリ４に記憶された画像データに基づく飽和判定をＡＦエリアＡ１〜Ａ５毎に行う。飽和判定部１５は、ＡＦエリア内の輝度信号を求め、輝度信号の最大値が予め設定された飽和レベル以上か否かを判定する。飽和レベル以上と判定された場合には、飽和フラグを立てる。飽和レベルとしては、例えば、輝度信号が１２BitでＡＤ変換されている場合には、信号レベル３８００を飽和レベルとして設定すれば良い。

飽和判定レベルは撮像素子２の特性により最適な値に設定する。例えば、撮像素子２がＣＣＤのとき、各画素の出力の加算方法が異なる転送方式を設定可能な場合がある。転送方式によって飽和電荷量が異なる場合には飽和判定レベルも異なるので、このような場合には転送方式に応じて、飽和レベルを個別に判定するようにしても良い。

ステップ＃６では、ステップ＃２で設定した移動速度でフォーカスレンズを移動させる。ステップ＃７では、フォーカスレンズのレンズ位置がステップ＃２で設定したサーチ終了位置に達したか否かを判定し、達したと判定されるとステップ＃８へ進み、達していないと判定されるとステップ＃４へ戻ってサーチ動作を継続する。

ステップ＃８では、飽和エリアの判定を行う。すなわち、各ＡＦエリアＡ１〜Ａ５に関して、飽和フラグが立っているか否かを判定し、飽和フラグが立っているＡＦエリアを飽和エリアと判定する。例えば、図２に示す例では、点光源Ｌ１が含まれているＡＦエリアＡ３，Ａ４が飽和エリアと判定される。

上述した飽和フラグを立てるステップ＃５の処理は、サーチ動作中の各サンプリング点で各々行われるので、本実施の形態の場合には、複数のサンプリングのいずれか一つにおいて輝度信号の最大値が飽和レベル以上と判定されると、そのＡＦエリアは飽和エリアと判定されることになる。なお、サーチ動作中に１回でも輝度信号の最大値が飽和レベル以上となったならば、飽和エリアと判定する代わりに、飽和レベル以上となる回数が所定回数以上の場合に飽和エリアと判定しても良い。

ステップ＃９では、ステップ＃４で取得したＡＦエリア毎の評価値履歴に基づいて、各ＡＦエリアＡ１〜Ａ５の合焦位置PosIF Area[A1]〜PosIF Area[A5]を算出する。ステップ＃１０では、ステップ＃８における飽和エリアの判定に基づいて、飽和エリアでないＡＦエリアＡ１，Ａ２，Ａ５で構成される優先１グループと、飽和エリアと判定されたＡＦエリアＡ３，Ａ４で構成される優先２グループとにグループ分けする。

ステップ＃１１では、ステップ＃１０のグループ分けに従って最終的な合焦位置PosInfocusを算出する。図７は、ステップ＃１１の詳細処理を示すフローチャートである。最終合焦位置PosInfocusの決定に際して、優先１グループは優先２グループよりも高い優先順位を持つ。ステップ＃１０１では、優先１グループに含まれる全てのＡＦエリアＡ１，Ａ２，Ａ５に関して合焦位置の検出が不能か否かを調べ、全てのＡＦエリアが検出不能となっているか否かを判定する。例えば、ＡＦエリアの焦点評価値のピーク値が合焦とみなせる閾値よりも小さかったり、焦点評価値の最大値と最小値との差が所定値より小さかったりした場合には、そのＡＦエリアは検出不能とされる。

ステップ＃１０１において全て検出不能と判定されるとステップ＃１０３へ進み、優先１グループに含まれるいずれかのＡＦエリアにおいて合焦位置が検出可能な場合にはステップ＃１０２へ進む。ステップ＃１０２へ進んだ場合、各ＡＦエリアＡ１，Ａ２，Ａ５の合焦位置の内で最も至近側にある合焦位置を最終合焦位置PosInfocusに設定する。

一方、ステップ＃１０１で全て検出不能と判定されてステップ＃１０３へ進んだ場合には、ステップ＃１０３において、優先２グループに含まれる全てのＡＦエリアＡ３，Ａ４に関して合焦位置の検出が不能か否かを調べ、全てのＡＦエリアが検出不能となっているか否かを判定する。なお、優先２グループに含まれるＡＦエリアＡ３，Ａ４には点光源Ｌ１が含まれているので、図４に示すように本来の合焦位置の両側にピークが生じる場合がある。そのような場合には、高い方のピーク（レンズ位置Ｄ２）に対して上述したような検出不能判定を行う。

ステップ＃１０３で全て検出不能と判定されるとステップ＃１０５へ進み、優先２グループに含まれるいずれかのＡＦエリアＡ３，Ａ４において合焦位置が検出可能な場合にはステップ＃１０４へ進む。ステップ＃１０４では、優先２グループのＡＦエリアＡ３，Ａ４の検出可能とされる合焦位置の内で、最も至近側にある合焦位置を最終合焦位置PosInfocusに設定する。この場合、優先１グループと同様の方法で各ＡＦエリアの合焦位置を算出するようにしても良いし、本発明者による出願特許（特開２００４−２４６０１３号公報）に記載されているような飽和信号を考慮した方法で合焦位置を算出するようにしても良い。

ここでは、点光源Ｌ１を含み飽和信号が存在するＡＦエリアＡ３，Ａ４における合焦位置の算出方法について、概略の説明を行う。飽和信号が存在するＡＦエリアに関しては、上述した焦点評価値（ここでは、焦点評価値AFv1記す）と共に、バンドパスフィルタ９を通さない撮像信号を積算処理して得られる第２の評価値AFv2を用いて、各ＡＦエリア毎の合焦位置を算出する。

評価値AFv2は、上述したサーチ動作処理の際に焦点評価値AFv1と同一タイミングで取得され、記憶される。図４の曲線４２は評価値AFv2のプロファイルを示したものであり、合焦位置Ｄ１において極小を有している。さらに、サンプリング点毎に評価値AFv2と焦点評価値AFv1との差分Δ＝AFv2−AFv1を求め、それらの差分Δの中から最大値のものを選びΔmaxとする。そして、最大値Δmaxと各差分Δとの差を、評価値AFv3（＝Δmax−Δ）とする。この評価値AFv3が極大となるレンズ位置は合焦位置Ｄ１と一致するので、評価値AFv3が極大となるレンズ位置（合焦位置）を各ＡＦエリアＡ３，Ａ４に関して算出する。そして、これらの合焦位置の内で、最も至近側にある合焦位置を最終合焦位置PosInfocusに設定する。

また、飽和信号が存在するＡＦエリアＡ３，Ａ４を一つのエリアとみなして、その中で最至近合焦位置を求めるようにしても良い。この場合の差分Δは、Δ＝ΣAFv2−ΣAFv1で算出される。Σは、ＡＦエリアＡ３の評価値およびＡＦエリアＡ４の評価値に関して和を取る。

一方、ステップ＃１０３において全て検出不能と判定されてステップ＃１０５へ進んだ場合には、ステップ＃１０５において、予め決められた所定位置を最終合焦位置PosInfocusに設定する。所定位置はズーム位置や輝度に応じて変化させても良く、例えば、被写体距離２ｍ程度に選ばれる。

図５に戻って、ステップ＃１２では、モータ１２を駆動して、フォーカスレンズをステップ＃１１で算出された最終合焦位置PosInfocusへ移動し、図５に示す合焦動作処理を終了する。

以上説明した実施の形態においては、次のような作用効果を奏する。
（１）撮像信号に飽和信号が含まれているか否かを焦点検出領域Ａ１〜Ａ５毎に判定し、飽和信号が含まれていないと判定された非飽和焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ５の焦点評価値に基づいて、合焦動作を行うようにした。すなわち、焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ５毎に合焦位置を算出し、それらの内で最至近側の合焦位置を最終合焦位置PosInfocusとしたので、信頼性の低い飽和信号による影響を受けることなく合焦動作を行うことができ、合焦精度の向上を図ることができる。
（２）また、非飽和焦点検出領域Ａ１，Ａ２，Ａ５の焦点評価値に基づく合焦位置算出が不能であった場合には、飽和信号が含まれていると判定された飽和焦点検出領域Ａ３，Ａの焦点評価値に基づいて、合焦位置を算出するようにしたので、合焦不能という事態が発生するのを極力避けることができる。

なお、上述した実施の形態では、カメラを例に説明したが、本発明はカメラに限らず種々の撮影装置に適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明の一実施の形態に係るカメラを説明する図である。 画面上のＡＦエリアＡ１〜Ａ５と主要被写体Ｓ１および点光源Ｌ１との関係を示す図である。 フォーカスレンズの位置と焦点評価値との関係の一例を示す図である。 飽和信号がある場合の焦点評価値AFv1および評価値AFv2を示す図である。 本実施の形態におけるＡＦ動作の一例を示すフローチャートである。 サーチ動作におけるレンズ位置を示す図である。 図５のステップ＃１１の詳細動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１：レンズユニット、２：撮像素子、３：Ａ／Ｄ変換器、４：メモリ、９：バンドパスフィルタ、１０：積算回路、１１：ＡＦ回路、１４：ＣＰＵ、１５：飽和判定部、Ａ１〜Ａ５：ＡＦエリア、Ｌ１：点光源

Claims (3)

1. 撮像信号に基づく焦点評価値を複数の焦点検出領域毎にそれぞれ算出し、前記算出された焦点評価値に基づいて合焦位置を算出する焦点検出装置において、
   前記撮像信号に飽和信号が含まれているか否かを前記焦点検出領域毎に判定する飽和判定手段と、
   前記飽和判定手段により飽和信号が含まれていないと判定された非飽和焦点検出領域の焦点評価値に基づいて、合焦位置を算出する合焦位置算出手段とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記合焦位置算出手段は、前記非飽和焦点検出領域の焦点評価値に基づく合焦位置算出が不能であった場合に、前記飽和判定手段により飽和信号が含まれていると判定された飽和焦点検出領域の焦点評価値に基づいて、合焦位置を算出することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または２に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする撮影装置。

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