JP2014153509A - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相差検出可能な撮像手段を有する撮像装置において、複数の測距領域での合焦時間を短縮することができる撮像装置を提供すること。
【解決手段】 そこで、本発明の撮像装置は、撮像手段と、前記撮像手段から出力された出力信号から得られた一対の被写体像のずれ量を検出する位相差方式の焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、前記撮像手段から出力された出力信号から得られた被写体像のコントラスト情報を検出するコントラスト方式の焦点検出を行う第２の焦点検出手段と、前記第２の焦点検出手段にて焦点検出された複数の測距領域の前記コントラスト情報を生成するコントラスト情報生成手段と、前記コントラスト情報に基づいて前記第１の焦点検出手段にて焦点検出を行う測距領域を判定する領域判定手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はオートフォーカス機能を有する撮像装置に関する。

従来、撮像装置のオートフォーカス（以下、ＡＦ）方法に用いられている一般的な方式として、位相差検出方式とコントラスト検出方式がある。位相差検出方式では、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、２分割した光束を１組の焦点検出用センサによりそれぞれ受光し、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで撮影レンズのピント方向のずれ量を直接求めるものである。

したがって、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行えばピントずれの量と方向が得られ、高速な焦点調節動作が可能となっている。但し、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、それぞれの光束に対応する信号を得る為には、焦点検出用光学系とセンサを２系統設けるのが一般的であり、更には、検出した信号のずれ量からピントずれ量への変換も必要となる。

もう１つの方式であるコントラスト方式は上記位相差検出方式と異なり、撮像素子が焦点検出用センサとして用いられているものである。撮像素子の出力信号、特に高周波成分の信号に着目し、被写体の明暗差（コントラスト）を指標としたコントラスト評価値が最も大きくなる撮影レンズの位置を合焦位置とする方式である。

しかし、山登り方式とも言われるように、撮影レンズを駆動させながらコントラスト評価値を取得し、そのコントラスト評価値が最大となる位置を探索する必要があるため、高速な焦点調節動作には不向きとされている。しかし、撮像素子から得られる信号を用いて評価されるので、合焦精度が高いという利点がある。

近年、撮像素子に焦点検出部を設けることによって、撮像素子で位相差検出方式が特許文献１に記載されている。

特開２００３−１５６６７７

特許文献１に記載された技術においては、撮像素子の各画素が２つの光電変換領域と、複数の光電変換領域から得られる信号を、光電変換毎に出力可能な出力系を有する固体撮像素子と、複数の光電変換領域それぞれから出力された信号から、位相差及び被写体のコントラスト評価値をそれぞれ演算する演算手段を有して、位相差に基づいてフォーカスレンズを駆動して合焦制御を行った後に、コントラスト評価値に基づくフォーカスレンズ駆動をして合焦制御する。

しかしながら、特許文献１では測距領域が１領域に固定された場合には合焦制御しやすいが、複数の測距領域の場合での撮像面の位相差検出方式において、撮像光学系のピントずれ量であるデフォーカス量を検出するためには、複数の測距領域の各画素の２つの光電変換領域から出力された信号を別々に読み出し、かつ同時に演算処理する必要があるため、演算負荷と回路規模の増大を招く恐れがある。そのため、測距領域が複数の場合に撮像面での位相差検出するためには各測距領域を１つずつ演算処理せざるをえず、合焦するまでに時間がかかってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位相差検出可能な撮像素子を有する撮像装置において、複数の測距領域の場合でも合焦時間を短縮することができる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為に、本発明では、撮像手段と、前記撮像手段から出力された出力信号から得られた一対の被写体像のずれ量を検出する位相差方式の焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、前記撮像手段から出力された出力信号から得られた被写体像のコントラスト情報を検出するコントラスト方式の焦点検出を行う第２の焦点検出手段と、前記第２の焦点検出手段にて焦点検出された複数の測距領域の前記コントラスト情報を生成するコントラスト情報生成手段と、前記コントラスト情報に基づいて前記第１の焦点検出手段にて焦点検出を行う測距領域を判定する領域判定手段と、を有する撮像装置の構成とした。

本発明によれば、位相差検出可能な撮像素子を有する撮像装置において複数の測距領域での合焦時間を短縮することが可能となる。

本発明のカメラの構成図 本実施例における撮像素子の画素配列図 本実施例における撮像素子の回路図 本実施例の測距領域を説明する図 （ａ）本実施例の各測距領域のコントラスト情報を説明する図。（ｂ）本実施例の測距領域の判定方法を説明する図。（ｃ）本実施例の各測距領域のコントラスト情報を説明する図。 （ａ）本実施例の各測距領域のコントラスト情報を説明する図。（ｂ）本実施例の測距領域の判定方法を説明する図。（ｃ）本実施例の重み付けしたコントラスト情報を説明する図。 （ａ）本実施例の各測距領域のコントラスト情報を説明する図。（ｂ）本実施例の測距領域の判定方法を説明する図。 （ａ）本実施例の各測距領域のコントラスト情報を説明する図。（ｂ）本実施例の測距領域の判定方法を説明する図。 本実施例の顔を含む場合の測距領域の判定方法を説明する図 本実施例のフローチャート 本実施例のサブフローチャート

以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。

本発明では、撮像手段から出力された出力信号から得られた一対の被写体像のずれ量を検出する位相差方式の焦点検出を行う第１の焦点検出工程と、前記撮像手段から出力された出力信号から得られた被写体像のコントラスト情報を検出するコントラスト方式の焦点検出を行う第２の焦点検出工程と、前記第２の焦点検出工程にて焦点検出された複数の測距領域の前記コントラスト情報を生成するコントラスト情報生成工程と、前記コントラスト情報に基づいて前記第１の焦点検出工程にて焦点検出を行う測距領域を判定する領域判定工程と、を有することを特徴とする撮像方法とした。

（実施形態）
図１は本発明に係る撮像装置の構成図で、撮像素子を有したカメラ本体と撮影光学系が一体となった電子カメラを示しており、動画及び静止画が記録可能である。同図において、１０１は撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群で、光軸方向に移動可能に保持される。１０２は絞り手段で、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ほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。

１０３は第２レンズ群である。そして絞り手段１０２及び第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に駆動され、第１レンズ群１０１の移動動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。

１０５は第３レンズ群で、光軸方向の移動により、焦点調節を行なう。１０６は光学的ローパスフィルタで、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。

１０７は焦点検出可能な画素を有する撮像手段としての撮像素子で、ＣＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。撮像素子は、横方向にＭ画素、縦方向にＮ画素の受光ピクセルが正方配置され、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサが用いられる。

１１１はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を手動もしくはアクチュエータで回動することにより、第１レンズ群１０１ないし第３レンズ群１０３を光軸方向に駆動し、変倍操作を行なう。１１２は絞りアクチュエータで、絞り手段１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。１１４はフォーカスアクチュエータで、第３レンズ群１０５を光軸方向に駆動して焦点調節を行なう。

１２１はＣＰＵで、カメラ本体の種々の制御を司るために、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。そしてＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、焦点調節（ＡＦ：オートフォーカス）、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。

（回路構成）
１２２は撮像素子駆動回路で、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２３は画像処理回路で、撮像素子１０７が取得した画像のカラー補間、γ変換、画像圧縮等の処理を行なう。

１２４は焦点検出手段としての位相差演算処理回路で、撮像素子１０７の各画素の２つの光電変換領域から得られる信号を別々に取り込むことでＡＦ用Ａ像信号とＡＦ用Ｂ像信号を読み出して、Ａ像とＢ像の像ずれ量を相関演算で求め、ピントずれ量を算出する回路である。１２５はコントラスト情報生成手段としてのコントラスト信号処理回路で、撮像素子１０７からの出力信号（撮像信号）に対してγ処理や各種フィルタ処理を行うことで高周波成分を判定することによって、コントラスト評価値を生成する回路である。

１２６はフォーカス駆動回路で、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に駆動して焦点調節を行なう。１２８は絞り駆動回路で、絞りアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り手段１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路で、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。

１３１はＬＣＤ等の表示器で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影時のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像を表示する。１３２は操作スイッチ群で、電源スイッチ、撮影開始スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリで、動画及び静止画を含む撮影済み画像を記録する。

１４１はコントラスト情報に基づいて測距領域を絞り込む領域判定手段であり、複数の測距領域のコントラスト情報を基に撮像手段から出力された出力信号から得られた一対の被写体像のずれ量を検出する撮像面位相差検出方式ので焦点検出する測距領域を絞り込む。

（画素配列）
図２は本発明の実施例１における撮像手段としての撮像素子１０７の画素配列を示したもので、２次元ＣＭＯＳエリアセンサの縦（Ｙ方向）６行と横（Ｘ方向）８列の範囲を、撮影光学系側から観察した状態を示している。カラーフィルタはベイヤー配列が適用され、奇数行の画素には、左から順に緑（Ｇｒｅｅｎ）と赤（Ｒｅｄ）のカラーフィルタが交互に設けられる。また、偶数行の画素には、左から順に青（Ｂｌｕｅ）と緑（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタが交互に設けられる。円２１１ｉはオンチップマイクロレンズを表わす。オンチップマイクロレンズの内側に配置された複数の矩形はそれぞれ光電変換部である。

本発明では、すべての画素の光電変換部はＸ方向に２分割され、分割された各々の領域の光電変換信号は独立して読み出しできる構成となっている。そして、独立して読み出しされた信号は、後述する方法で撮像面位相差式の焦点検出に用いられるほか、視差情報を有した複数画像から構成される３Ｄ（３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）画像を生成することもできる。一方で、分割された光電変換部の出力を加算した情報は、通常の撮影画像として用いられる。

ここで、第１の焦点検出手段である撮像手段から出力された出力信号から得られた一対の被写体像のずれ量を検出する撮像面位相差方式の焦点検出を行なう場合の画素信号について説明する。本発明においては、図２のマイクロレンズ２１１ｉと、分割された光電変換部２１１ａ及び２１１ｂで、撮影光学系の射出光束を瞳分割する。そして、同一行上に配置された所定範囲内の複数の撮影用画素２１１において、光電変換部２１１ａの出力をつなぎ合わせて編成したものをＡＦ用Ａ像、同じく光電変換部２１１ｂの出力をつなぎ合わせて編成したものをＡＦ用Ｂ像とする。このように生成したＡＦ用Ａ像とＢ像の相対的な像ずれ量を相関演算により検出することで、所定領域の焦点ずれ量、すなわちデフォーカス量を検出することができる。

図３は本発明の撮像素子１０７における読み出し回路の構成を示したものである。１５１は水平走査回路、１５３は垂直走査回路である。そして各画素の境界部には、水平走査ライン１５２ａ及び１５２ｂと、垂直走査ライン１５４ａ及び１５４ｂが配線され、各光電変換部は前記走査ラインを介して信号が外部に読み出される。

なお、本発明の撮像素子１０７は以下の２種類の読み出しモードを有する。第１の読み出しモードは全画素読み出しモードと称するもので、高精細静止画を撮像するためのモードである。この場合は、全画素の信号が読み出される。

第２の読み出しモードは間引き読み出しモードと称するもので、動画記録、もしくはプレビュー画像の表示のみを行なうためのモードである。この場合に必要な画素数は全画素よりも少ないため、画素群はＸ方向及びＹ方向ともに所定比率に間引いた画素のみ読み出す。

通常の撮影用画像ではＡ＋Ｂ像を読み出せば良いが、複数の測距領域で位相差検出を行う場合にはＡＦ用Ａ像信号とＡＦ用Ｂ像信号を読み出して、Ａ像とＢ像の像ずれ量を相関演算で求め、デフォーカス量を算出する。そのため、常にＡ像とＢ像の２つの像を同時に演算する必要があるため、複数の測距領域を同時に演算することができない。撮像素子の読み出しタイミングに応じて複数の測距領域１つずつ演算処理することになる。

ただし、測距領域が任意１枠に設定されている場合には相関演算処理が可能なため、デフォーカス量を算出し、フォーカスレンズを合焦位置までもっていくことができる。

図４は本発明の撮像装置において、撮影光学系の射出瞳面と、像高０すなわち像面中央近傍に配置された撮像素子１０７の光電変換部の共役関係を説明する図である。撮像素子内の光電変換部２１１ａ、２１１ｂと撮影光学系の射出瞳面は、オンチップマイクロレンズによって共役関係となるように設計される。そして撮影光学系の射出瞳は、一般的に光量調節用の虹彩絞りが置かれる面とほぼ一致する。一方、本発明の撮影光学系は変倍機能を有したズームレンズであるが、光学タイプによっては変倍操作を行なうと、射出瞳の像面からの距離や大きさが変化する。図４における撮影光学系は、焦点距離が広角端と望遠端の中間、すなわちＭｉｄｄｌｅの状態を示している。この状態での射出瞳距離をＺｍｉｄとし、これを標準的な射出瞳距離Ｚｎｏｒｍと仮定して、オンチップマイクロレンズの形状設計がなされる。

図４は画素と撮影光学系の共役関係を示した図である。同図において、１０１は第１レンズ群、１０１ｂは第１レンズ群を保持する鏡筒部材、１０５は第３レンズ群、１０５ｂは第３レンズ群を保持する鏡筒部材である。１０２は絞り手段で、１０２ａは絞り開放時の開口径を規定する開口板、１０２ｂは絞り込み時の開口径を調節するための絞り羽根である。なお、撮影光学系を通過する光束の制限部材として作用する１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、及び１０５ｂは、像面から観察した場合の光学的な虚像を示している。また、絞り手段１０２の近傍における合成開口をレンズの射出瞳と定義し、前述したように像面からの距離をＺｍｉｄとしている。

２１１は画素で、最下層より、２１１ａないし２１１ｂの光電変換部、２１１ｅないし２１１ｇの配線層、色フィルタ２１１ｈ、及びオンチップマイクロレンズ２１１ｉの各部材で構成される。光電変換部２１１ａ、２１１ｂはオンチップマイクロレンズ２１１ｉによって撮影光学系の射出瞳面に投影され、その投影像はＥＰ１ａないしＥＰ１ｂとなる。

ここで、絞り１０２が開放（例えばＦ２．８）の場合、撮影光学系を通過する光束の最外部をＬ（Ｆ２．８）で示すが、上記投影像ＥＰ１ａないしＥＰ１ｂは絞り開口でけられることが無い。一方、絞り１０２が小絞り（例えばＦ５．６）の場合、撮影光学系を通過する光束の最外部をＬ（Ｆ５．６）で示すが、上記投影像ＥＰ１ａないしＥＰ１ｂの外側は絞り開口でけられる。ただし、像面中央では各投影像ＥＰ１ａないしＥＰ１ｄのけられ状態は光軸に対して対称となり、各光電変換部２１１ａないし２１１ｄが受光する光量は等しい。

本発明は位相差演算処理回路１２４以外にコントラスト情報を生成するコントラスト信号処理回路１２５も備えている。

（コントラスト方式）
第２の焦点検出手段であるコントラスト方式について説明する。コントラスト信号処理回路１２５は測距領域の画像信号に対してフィルタを適用して高周波成分を判定し、コントラスト評価値を生成する。本実施例のコントラスト信号処理回路１２５は複数の周波数特性を有するフィルタもしくは周波数特性が可変なフィルタを有している。また、被写体輝度の高周波成分のピークや被写体輝度の最大値および最小値の差も生成することができる。

コントラスト方式では、撮像信号をすぐにフィルタを介した信号処理を施し、コントラスト情報を生成するため、撮像信号をメモリする必要がなく、演算負荷も軽い。そのため、測距領域の範囲に依存せず、複数の測距領域を同時に信号処理することが可能である。

コントラスト信号処理回路１２５で生成されたコントラスト評価値は撮像素子１０７からの出力信号に基づいて生成される映像の鮮鋭度（コントラストの大きさ）を表す値であるが、ピントが合った画像の鮮鋭度は高く、ぼけた画像の鮮鋭度は低いので、撮像光学系の焦点状態を表す値として利用できる。ただし、撮像面位相差検出方式のようにデフォーカス量がわからないため、コントラスト評価値がピークをとるフォーカスレンズの位置を探索する必要がある。

コントラスト検出方式による合焦動作はフォーカスレンズ１０５をある方向に移動させ、コントラスト評価値が増加する方向を探索し、その方向へフォーカスレンズ１０５を移動させることコントラスト評価値のピークを取得し、かつ、その後減少に転じるまでのコントラスト評価値を取得する。合焦判定はコントラスト評価値の値が大きい上位３点または４点を用い、それと対応したフォーカスレンズ位置から補間計算を行うことでコントラスト評価値が最大となるフォーカスレンズ位置（合焦位置）を算出することによって、合焦位置へフォーカスレンズ１０５を移動させることができる。

このように、コントラスト検出方式は複数の測距領域を同時に評価することは可能であるが、デフォーカス量がわからないために合焦位置を探索するまでに時間がかかってしまう。

また、本実施例ではコントラスト情報としてコントラスト評価値の他に、高周波成分のピーク値や被写体輝度の最大値および最小値の差を求めることができる。これらの情報は被写体の色や模様に左右されにくい性質を有するという利点があるが、欠点としてコントラスト評価値のように平均化された値ではなく、ノイズ成分を多く含んでいるため、合焦位置を求めるデータとしては適さない。

次に、本発明の測距領域について図５を用いて説明する。本実施例では縦５領域、横７領域の合計３５領域を測距領域とし、各領域に対して測距領域を設定できる。

（第１の測距領域判定方法）
次に本実施例での複数の測距領域の焦点検出方法について説明する。本発明では複数の測距領域を同時評価することができるコントラスト検出方式によって複数の測距領域のコントラスト情報をまず取得する。その後、複数の測距領域のコントラスト情報をもとに各測距領域に目的とする被写体の有無を推定する。

例えば、コントラスト評価値が高い測距領域を判定し、判定された測距領域のみに対して撮像面の位相差検出方式による焦点検出を行い、その中から至近側のデフォーカス量となる測距領域を撮影者が意図する領域と判断し、その測距領域に対して合焦させる。このようにコントラスト検出方式を複数の測距領域から焦点検出する測距領域を判定する手段として用い、判定された測距領域のみを撮像面位相差検出方式を用いて焦点検出する。このような焦点検出方法により複数の測距領域がある場合でもすばやく目的とする測距領域を判定でき、撮像面位相差検出方式によるデフォーカス量を用いて合焦位置へすばやくフォーカスレンズの移動できるので、合焦時間を短縮できる。

図５を用いて本実施例での焦点検出を行う測距領域を判定する第１の測距領域判定方法について説明する。図６（ａ）は横軸がフォーカスレンズ位置、縦軸がコントラスト評価値のグラフであり、図６（ｂ）は図６（ａ）の各評価値が算出される測距領域の位置を示している。図６（ａ）ではＡ１〜Ａ４の評価値形状を示している。Ａ１が最も至近側にピーク位置がある被写体のため、撮影者はＡ１の評価値と対応づけられた測距領域にピントを合わせたいと推定できる。

本実施例ではまずピントが合っていない場合のコントラスト評価値を参照し、複数の測距領域から目的とする被写体がいる測距領域を推定する。図６（ａ）の縦の点線の位置をフォーカスレンズの初期位置Ｌ０とした場合に、この位置でのコントラスト評価値が大きい順番はＡ２＞Ａ１＞Ａ３＞Ａ４となるので、コントラスト評価値が大きいＡ２、Ａ１を焦点検出する測距領域として判定する。

領域判定手段１４１は、コントラスト情報であるコントラスト評価値が最も大きい測距領域を用いて焦点検出を行う。

判定されたＡ１、Ａ２の測距領域に対して撮像面位相差検出方式によって測距領域Ａ１、Ａ２について１つずつ位相差演算処理回路１２４で演算処理を行い、デフォーカス量を算出する。

測距領域Ａ１とＡ２を比較し、デフォーカス量がより至近側の被写体（図６（ａ）ではＡ２）を撮影者が意図する被写体と判断し、そのデフォーカス量をもとにフォーカスレンズを合焦位置へ移動させる。ただし、この場合ではフォーカスレンズの初期位置により、至近側の被写体を取得できない場合がある。

図６（ｃ）を用いてフォーカスレンズの初期位置が図６（ａ）の場合より無限側である場合について述べる。

全測距領域のコントラスト評価値を参照し、複数の測距領域から目的とする被写体がいる測距領域を推定する。図６（ｃ）の縦の点線の位置を初期位置Ｌ１とした場合に、この位置でのコントラスト評価値が大きい順番はＡ４＞Ａ３＞Ａ２＞Ａ１となるので、コントラスト評価値が大きいＡ３、Ａ４を焦点検出する測距領域として判定する。判定されたＡ３、Ａ４の測距領域に対して撮像面の位相差検出方式によって測距領域Ａ３、Ａ４について１つずつ位相差演算処理回路１２４で演算処理を行い、デフォーカス量を算出する。

測距領域Ａ３とＡ４を比較し、デフォーカス量がより至近側の被写体（図６（ｃ）ではＡ３）をより至近側の被写体と判断し、そのデフォーカス量をもとにフォーカスレンズを合焦位置Ｌ２へ移動させる。合焦位置Ｌ２で再度全測距領域のコントラスト評価値を取得する。

この合焦位置Ｌ２で判定した測距領域Ａ３よりコントラスト評価値が大きい測距領域はＡ１、Ａ２であるので、Ａ１、Ａ２を焦点検出する測距領域として判定する。判定されたＡ１、Ａ２の測距領域に対して撮像面位相差検出方式によって測距領域Ａ１、Ａ２について１つずつ位相差演算処理回路１２４で演算処理を行い、デフォーカス量を算出する。測距領域Ａ１とＡ２を比較し、デフォーカス量がより至近側の被写体（図６（ｃ）ではＡ１）をより至近側の被写体と判断し、そのデフォーカス量をもとにフォーカスレンズを合焦位置Ｌ３へ移動させる。

フォーカスレンズの位置Ｌ３で再度全測距領域のコントラスト評価値を取得し、測距領域Ａ１より大きいコントラスト評価値がない場合にはその位置を合焦位置とする。

次に、測距領域の位置に応じて重み付けを変える方法について説明する。今まで、撮影者の意図にかかわらず、最も至近側の被写体に合焦させる方法について述べてきたが、必ずしも撮影者は最も至近側の被写体に撮影したいとは限らない。例えば、撮影者が撮影したい主被写体が中央の測距領域に位置しているが、最下部左の測距領域に主被写体より至近側に物体が存在した場合には、至近側の物体に合焦させてしまう。そこで、撮影者の意図をとらえるためには、最至近の被写体に合わせるだけでなく、測距領域の位置によって重み付けを変えることが必要になる。以下に具体例を記述する。

図６（ａ）は横軸がフォーカスレンズ位置、縦軸がコントラスト評価値のグラフであり、図６（ｂ）は図６（ａ）の各評価値が算出される測距領域の位置を示している。図６（ａ）ではＣ１〜Ｃ４の評価値形状を示している。本実施例ではまずピントが合っていない場合のコントラスト評価値を参照し、複数の測距領域から目的とする被写体がいる測距領域を推定する。図６（ａ）の縦の点線の位置をフォーカスレンズの初期位置Ｌ０とした場合に、この位置でのコントラスト評価値が大きい順番はＣ１＞Ｃ２＞Ｃ３＞Ｃ４となる。また、図６（ａ）に示すように測距領域Ｃ１が最も至近側にピーク位置がある被写体ではあるが、測距領域Ｃ１は図６（ｂ）に示すように、Ｃ１の測距領域の位置は最下部左に位置し、撮影者の意図とは異なる場合がある。

そこで、測距領域の位置に応じて重み付けを変更する。例えば中央位置の測距領域のコントラスト評価値にかける係数を１とした場合に、周辺になるに従い段階的に０．８〜０．６等に係数を小さくする。図６（ｃ）は重み付け後のコントラスト評価値の結果である。図６（ｃ）の縦の点線の位置をフォーカスレンズの初期位置Ｌ０とした場合に、この位置でのコントラスト評価値が大きい順番はＤ２＞Ｄ３＞Ｄ１＞Ｄ４となる。測距領域の位置による重み付け後のコントラスト評価値が大きいＤ２、Ｄ３を焦点検出する測距領域として判定する。判定されたＤ２、Ｄ３の測距領域に対して撮像面位相差検出方式によって測距領域Ｄ２、Ｄ３について１つずつ位相差演算処理回路１２４で演算処理を行い、デフォーカス量を算出する。

以上のように、測距領域の位置に応じて、コントラスト評価値に重み付けを加えてから、撮像面位相差検出方式によって焦点検出する測距領域を判定することによって、より撮影者の意図に沿う主被写体に素早く合焦させることができる。

領域選択する際の重み付けについて別の方法を説明する。上記では、焦点検出する測距領域を選択する前に重み付けを行ったが、領域選択後、撮像面位相差検出方式によって検出されたデフォーカス量に対して重み付けしてもよい。図７（ａ）は横軸がフォーカスレンズ位置、縦軸がコントラスト評価値のグラフであり、図７（ｂ）は図７（ａ）の各評価値が算出される測距領域の位置を示している。

図７（ａ）ではコントラスト評価値が大きい順番はＥ１＞Ｅ２＞Ｅ３＞Ｅ４となり、焦点検出を行う測距領域としてＥ１、Ｅ２が選択される。測距領域Ｅ１とＥ２に対して撮像面位相差検出方式によってデフォーカス量が検出される。デフォーカス量のみで合焦検出を行ってしまうと、測距領域が中央測距領域の位置が最下部左であるＥ１に対して合焦させてしまう。そこで、測距領域の位置に応じてデフォーカス量に係数掛けをした修正デフォーカス値を用いて各測距領域を比較する。

重み付けをかける係数を１とした場合に、測距領域が周辺位置になるに従い、０．８〜０．６等に係数を小さくする。これにより、測距領域Ｅ１は最も至近側の被写体であるため、デフォーカス量が大きいが、測距領域の位置は最下部左のため係数は最も小さい値となる。そのため、デフォーカス量に係数をかけた修正でデフォーカス量は小さくなる。逆に測距領域Ｅ２はデフォーカス量が測距領域Ｅ１よりわずかに小さいが、測距領域の位置は中央領域のため係数が測距領域Ｅ１より大きくなるため、修正デフォーカス量で比較した場合には測距領域Ｅ２の方が大きい値となる。

つまり、領域判定手段は、測距領域の位置が中央であるコントラスト情報が測距領域の位置が周辺であるコントラスト情報に比べて重み付けを大きくして撮像手段から出力された出力信号から得られた一対の被写体像のずれ量を検出する位相差方式の焦点検出を行う測距領域の判定を行う。

以上のように、測距領域の位置に応じて、デフォーカス量に係数掛けによる重み付けを加えてから、各測距領域を比較することによって領域選択を行うことで、より撮影者の意図に沿う主被写体に素早く合焦させることができる。

（第２の測距領域判定方法）
次に、撮像面位相差検出方式で一度に演算処理できる測距領域が１枠以上（本実施例では４枠）である場合の第２の測距領域判定方法について図８を用いて説明する。

図８（ａ）は横軸がフォーカスレンズ位置、縦軸がコントラスト評価値のグラフであり、図８（ｂ）は図８（ａ）の各評価値が算出される測距領域の位置を示し、図６のＢ１〜Ｂ４は評価値形状を示している。Ｆ２が最も至近側にピーク位置がある被写体のため、撮影者はＢ２の評価値と対応づけられた測距領域にピントを合わせたいと推定できる。

本実施例では、まず、ピントが合っていない場合のコントラスト評価値を参照して、複数の測距領域から被写体の存在確率の高い測距領域を推定する。図８（ａ）の縦の点線の位置をフォーカスレンズの初期位置とした場合に、コントラスト評価値が高い順番はＦ３＞Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ４となるので、焦点検出する測距領域をコントラスト評価値の高いＦ３、Ｆ１として判定する。

ただし、本実施例では、撮像面位相差検出方式によって測距領域４枠分を同時に焦点検出できるため、測距領域を選択する場合には、測距領域Ｆ３に隣接し、３番目にコントラスト評価値が大きい測距領域Ｆ２を含むように測距領域Ｇ１を選択する。さらに、測距領域Ｆ１とＦ４も隣接した測距領域なので、測距領域Ｆ１、Ｆ４を含むように焦点検出する測距領域Ｇ２として判定する。

その後、撮像面位相差検出方式によりデフォーカス量を算出、比較し、より至近側の測距領域であるＦ２のデフォーカス量に対してフォーカスレンズを移動することで合焦させる。再度コントラスト評価値を取得し、測距領域Ｆ２よりコントラスト評価値が大きい測距領域がない場合には合焦動作を終了し、或いは、測距領域を再度判定する。

つまり、コントラスト情報に基づいて第２の測距領域判定方法にて焦点検出を行う測距領域と判定された測距領域及び測距領域と近接する測距領域を第２の測距領域判定方法にて焦点検出を行う測距領域と判定する。

このようにコントラスト情報をもとに焦点検出する測距領域を判定し、撮像面位相差検出方式で判定された測距領域のデフォーカス量を比較することで、より至近側の目的の被写体の位置をすばやく特定できるので、複数の測距領域の場合でも合焦時間を短縮することができる。

本実施例ではコントラスト情報の一例としてコントラスト評価値を用いたが、被写体輝度の最大値および最小値の差や被写体輝度のピーク値を用いても良い。

被写体輝度の最大値と最小値の輝度差は合焦位置で最も大きくなるが、大ボケ時でも、輝度差は生じているため、大ボケの被写体でも輝度差として検出できる。

つまり、測距領域に被写体輝度の明暗差があるどうかで被写体の有無を推定できる。これにより、全測距領域から被写体輝度の明暗差が大きい領域のみを選択し、撮像面位相差検出方式で焦点検出する領域とすることができる。

本実施例では撮像面位相差検出方式で焦点検出を行う測距領域の判定方法について述べたが、被写体に人の顔が有る場合の測距領域判定方法について述べる。

顔の領域は顔検出により、デフォーカス時でも顔の領域を判定することができる。

図９（ａ）に示すように、測距領域の１枠に顔が収まっている場合には、上述の第１の測距領域判定方法と同様に、測距領域を選択する。図９（ｂ）に示すように顔の大きさが複数の測距領域にまたがる場合には、上述の第２の測距領域判定方法に従い、焦点検出を行う測距領域が顔の全体を覆うように測距領域を選択する。このように、顔の大きさに応じて、焦点検出を行う測距領域を判定する方法を変更することによって、主被写体が顔の場合には顔全体が測距領域となるように測距領域を選択することによって、より撮影者の意図に沿う主被写体に素早く合焦させることができる。

つまり、撮像手段から出力された出力信号から得られた被写体情報に基づいて被写体検出領域を特定する被写体検出領域特定手段であるＣＰＵ１２１を有し、被写体検出領域が複数の測距領域にまたがる場合、複数の測距領域を用いて第２の測距領域判定方法にて焦点検出を行う。

（測距領域選択のフローチャート）
次に図１０を用いて、図５の第１の測距領域判定方法及び、図８の第２の測距領域判定方法のフローチャートを説明する。Ｓ１０１からスタートし、Ｓ１０２では領域選択手段１４１によって測距領域が複数ある場合か１つの測距領域であるかを撮影者が選択する。測距領域が１つである場合にはＳ１０４へ、測距領域が複数ある場合にはＳ１０３へ進む。

Ｓ１０３ではレリーズスイッチが半押しした状態であるＳＷ１をＯＮしたかどうかを判断する。ＳＷ１がＯＮでない場合にはＳ１０３に戻り、ＯＮした場合にはＳ１０６へ進む。Ｓ１０４もＳ１０３と同様でＳＷ１がＯＮでない場合にはＳ１０４に戻り、ＯＮした場合にはＳ１０５へ進む。Ｓ１０５では測距領域が１つであるため、撮像面位相差検出方式によって１つの領域のデフォーカス量を算出し、Ｓ１１２へ進む。

Ｓ１０６では撮像手段で１回の読み出しを行い、Ｓ１０７へ進む。Ｓ１０７では複数の測距領域に対してコントラスト検出方式により各測距領域のコントラスト情報を取得し、Ｓ１０８へ進む。Ｓ１０７の詳細は後述する。Ｓ１０８ではＳ１０７で取得した各測距領域のコントラスト情報を比較し、Ｓ１０９へ進む。Ｓ１０８の詳細は後述する。Ｓ１０９ではＳ１０８で比較した各測距領域のコントラスト情報をもとに位相差検出方式で行う測距領域を複数判定し、Ｓ１１０へ進む。

Ｓ１１０では撮像手段で複数回の読み出しを行い、Ｓ１１１へ進む。Ｓ１１０の詳細は後述する。Ｓ１１１ではＳ１０９で判定された複数の測距領域に対してＳ１１０で行った複数回の読み出しによって焦点検出を行い、Ｓ１１２へ進む。Ｓ１１２ではＳ１１１で算出した各測距領域のデフォーカス量を比較し、Ｓ１１３へ進む。Ｓ１１３ではＳ１１２で比較した各測距領域のデフォーカス量を最も至近側となる測距領域を１つに決定し、Ｓ１１４へ進む。Ｓ１１４ではＳ１１４で決定された測距領域のデフォーカス量をもとにフォーカスレンズを合焦位置へ移動させ、Ｓ１１５へ進む。Ｓ１１５では合焦位置でレンズを停止させ、Ｓ１１６へ進む。

Ｓ１１６で再度各測距領域のコントラスト情報を取得しＳ１１７へ進む。Ｓ１１７ではＳ１１３で１つに決定した測距領域よりコントラストが大きい測距領域がある場合にはＳ１０６へ戻り、Ｓ１１３で１つに決定した測距領域よりコントラストが大きい測距領域がない場合にはＳ１１８へ進み終了となる。

図１０のＳ１０７の領域判定手段により測距領域を判定する処理についてのサブフローチャートについて図１１（ａ）を用いて説明する。Ｓ２０１で測距領域の位置に応じてコントラスト情報に重み付けを行い、Ｓ２０２へ進む。Ｓ２０２ではコントラスト情報が大きい順に測距領域を判定し、Ｓ２０３へ進み、領域判定手段により測距領域を判定する処理を終了する。

次に図１１（ｂ）を用いてＳ１０８の焦点検出する測距領域を判定する処理について説明する。Ｓ３０１では顔検出領域が複数の測距領域にまたがっている場合にはＳ３０２へ進む、は顔検出領域が複数領域にまたがっていない場合にはＳ３０３へ進む。Ｓ３０２では顔検出領域を含むように焦点検出する測距領域を判定し、Ｓ３０３へ進む。

Ｓ３０３は領域判定手段により判定された測距領域のなかで近接する測距領域があるかを判定し、近接する測距領域がある場合にはＳ３０４へ進み、近接する測距領域がない場合にはＳ３０５へ進む。Ｓ３０４では近接する測距領域を含むように焦点検出する測距領域を判定し、Ｓ３０５へ進み、焦点検出する測距領域を判定する処理を終了する。

次に図１１（ｃ）を用いてＳ１１０の焦点検出した測距領域のデフォーカス量を比較する処理について説明する。Ｓ４０１では測距領域の位置に応じてデフォーカス量に重み付けを行い、Ｓ４０２へ進む。Ｓ４０２では重み付けしたデフォーカス量に応じて測距領域を判定し、Ｓ４０３へ進み、焦点検出した測距領域のデフォーカス量を比較する処理を終了する。

１０１ 撮影光学系
１０７ 撮像素子
１２４ 位相差演算処理回路
１２５ コントラスト信号処理回路
１４１ 領域判定手段

Claims (7)

1. 撮像手段と、前記撮像手段から出力された出力信号から得られた一対の被写体像のずれ量を検出する位相差方式の焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、前記撮像手段から出力された出力信号から得られた被写体像のコントラスト情報を検出するコントラスト方式の焦点検出を行う第２の焦点検出手段と、前記第２の焦点検出手段にて焦点検出された複数の測距領域の前記コントラスト情報を生成するコントラスト情報生成手段と、前記コントラスト情報に基づいて前記第１の焦点検出手段にて焦点検出を行う測距領域を判定する領域判定手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記コントラスト情報生成手段で生成されるコントラスト情報はコントラスト評価値である請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記領域判定手段は、前記コントラスト情報であるコントラスト評価値が最も大きい測距領域を用いて前記第１の焦点検出手段にて焦点検出を行う請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記コントラスト情報に基づいて前記第１の焦点検出手段にて焦点検出を行う測距領域と判定された測距領域及び前記測距領域と近接する測距領域を前記第１の焦点検出手段にて焦点検出を行う測距領域と判定する請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像装置。
5. 前記領域判定手段は、前記測距領域の位置が中央であるコントラスト情報が前記測距領域の位置が周辺であるコントラスト情報に比べて重み付けを大きくして前記第１の焦点検出手段にて焦点検出を行う測距領域の判定を行う請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像装置。
6. 前記撮像手段から出力された出力信号から得られた被写体情報に基づいて被写体検出領域を特定する被写体検出領域特定手段を有し、前記被写体検出領域が前記複数の測距領域にまたがる場合、前記複数の測距領域を用いて前記第１の焦点検出手段にて焦点検出を行う請求項４に記載の撮像装置。
7. 撮像手段から出力された出力信号から得られた一対の被写体像のずれ量を検出する位相差方式の焦点検出を行う第１の焦点検出工程と、前記撮像手段から出力された出力信号から得られた被写体像のコントラスト情報を検出するコントラスト方式の焦点検出を行う第２の焦点検出工程と、前記第２の焦点検出工程にて焦点検出された複数の測距領域の前記コントラスト情報を生成するコントラスト情報生成工程と、前記コントラスト情報に基づいて前記第１の焦点検出工程にて焦点検出を行う測距領域を判定する領域判定工程と、を有することを特徴とする撮像方法。

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