焦点状態検出装置、撮像装置、およびその制御方法
【課題】 １つのクロス測距点において、クロスを構成する縦ラインと横ラインのうちのいずれかが隣の測距点と演算範囲が重なっている場合、撮影者が選択したクロス測距点でなく、隣の測距点でピントが合う場合がある。結果として撮影者が意図しない撮影結果となる。
【解決手段】 本発明は、クロス測距点内の縦の焦点状態検出領域と横の焦点状態検出領域のうちのいずれかが隣の測距点と演算範囲が重なっている焦点状態検出領域を持つ焦点検出装置において、撮影者が選択したクロス測距点の隣の測距点枠内の被写体に合焦させることなく、撮影者の意図通りの撮影結果を得るようにしたものである。
【解決手段】 本発明は、クロス測距点内の縦の焦点状態検出領域と横の焦点状態検出領域のうちのいずれかが隣の測距点と演算範囲が重なっている焦点状態検出領域を持つ焦点検出装置において、撮影者が選択したクロス測距点の隣の測距点枠内の被写体に合焦させることなく、撮影者の意図通りの撮影結果を得るようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、異なる瞳領域を通過した像の位相差からデフォーカス量を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＡＦセンサの光電変換素子群の蓄積領域を変えて光学系の焦点状態を検出する技術が知られている。たとえば、蓄積領域を変えて信号を出力することで、焦点状態検出領域の数を確保又は増やしつつデフォーカス量が大きい場合でも検出時間の短縮を図る技術思想について開示がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２０６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、焦点状態検出領域の数を増やしたいというニーズがある。このニーズに応えようとした場合、隣の焦点状態検出領域が近づくことにより、どのようにＡＦセンサを制御し、又どのようにＡＦセンサからの出力を使ってデフォーカス量を検出するかという課題があった。特に、２つのＡＦフレームに対して、少なくとも焦点状態検出領域の一部を兼用するような場合、ＡＦフレームを視認しながら、所望するＡＦフレームを選択するユーザに、所望したＡＦフレームと異なるＡＦフレームの被写体にピントが合うケースを少なくするような焦点状態検出技術を提供するという技術的課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、上記課題を解決するために、被写体空間からの光束を受光する複数の画素からなる光電変換素子の焦点状態検出領域と、該焦点状態検出領域からの出力に基づいて被写体に対する光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出装置において、複数のＡＦフレームにそれぞれに対応した焦点状態検出領域を持ち、当該焦点状態検出領域の出力の中から、前記光学系を制御するための焦点状態検出領域の出力を選択する選択手段と、前記選択された焦点状態検出領域の出力に基づいて前記光学系を駆動を制御する制御手段とを有し、前記選択手段は、複数の焦点状態検出領域のうち、焦点状態検出領域の一部が対応するＡＦフレームとは別のＡＦフレームに１次結像面上において重なる焦点状態検出領域の出力を、重ならない焦点状態検出領域の出力よりも選択されにくくする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、ユーザが合焦を所望していないＡＦフレームに対応した被写体にピントがあうような不具合を軽減するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態である撮像装置を説明する図である。
【図２】焦点状態の検出を説明する図である。
【図３】光電変換素子の配置を説明する図である。
【図４】光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図５】光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図６】実施形態である一対の光電変換素子と測距点の位置関係を説明する図である。
【図７】実施形態であるＡＦフレームと焦点状態検出領域を説明する図である。
【図８】実施形態である焦点状態検出領域とＡＦフレームの重なりを説明する図である。
【図９】実施形態である撮像装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】実施形態である出力の選択を説明するフローチャートである。
【図１１】実施形態である信頼性判定を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜撮像装置としてのカメラの構成＞
図１は本発明を実施するために最良の形態として撮像装置としてのカメラに具体化した例である。
【０００９】
図１の１０１は撮影レンズで、説明を簡単にするため一枚のレンズとして記載したものである。撮影レンズ１０１は、撮像装置に対して括り付けられた鏡筒にあっても良いし、撮像装置に対して交換可能な鏡筒にあってもよい。１０７は撮影レンズ１０１を通過した被写体光学像を結像させる、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子であり、結像された被写体光学像の光量に応じて電荷に変換し電気信号として出力する。
【００１０】
１０２は、半透過部を有する主ミラーであり、撮影の際、撮影レンズ１０１を通過した光束をケラないように撮影光束外へ退避し、後述する焦点検出の際には、撮影光束が通る光路内に斜設される。なお、図１では撮影光束が通る光路中に主ミラー１０２が挿入された状態（ミラーダウン状態）を示している。
【００１１】
また、主ミラー１０２は、撮影光束の光路内に斜設された状態で、撮影レンズ１０１を通過した光束の一部をピント板１０３、ペンタプリズム１０４および接眼レンズ１０５から構成されるファインダ光学系に導く。
【００１２】
１０６は、主ミラー１０２の動作に同期して主ミラー１０２に対して展開された状態から折り畳まれ、あるいは折り畳まれた状態から展開することが可能なサブミラーである。主ミラー１０２の半透過部を通過した光束の一部は、サブミラー１０６によって下方へ反射され、後述する位相差方式の焦点検出装置１０８に入射し、撮影レンズ１０１の被写体に対するデフォーカス量が検出される。
【００１３】
さらに、撮像装置は、カメラ全体の制御を行うＣＰＵ、記憶装置であるＲＡＭなどから構成されるシステムコントローラ１１２を備え、後述する各部の動作を適宜制御する。
【００１４】
１１３は、システムコントローラ１１２に接続され、撮影レンズ１０１と通信を行う通信回路と、焦点調節を行うためにレンズ駆動を行うレンズ駆動機構と、その駆動回路を備えたレンズ駆動装置である。
【００１５】
１１４は、システムコントローラ１１２に接続され、主ミラー１０２を撮影レンズ１０１の撮影光束外へ駆動するためのミラー駆動回路である。１１５は、システムコントローラ１１２に接続され、焦点検出装置１０８を制御するためのセンサ制御回路である。１１６は、システムコントローラ１１２に接続され、撮像素子１０７を駆動するための撮像素子駆動装置である。
【００１６】
１１１は、システムコントローラ１１２に接続され、撮像素子１０７に結像された被写体光学像の光量に応じた電気信号がアナログ信号処理回路１０９に入力される。アナログ信号処理回路１０９に入力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器１１０によりアナログ信号からデジタル信号に変換された信号をシェーディング補正やガンマ補正などの画像処理を施して画像データとして出力するデジタル信号処理回路である。
【００１７】
また、撮像素子１０７には撮影レンズ１０１の射出瞳領域から一対の一部の領域の光束を受光する焦点検出用画素が設けられている。そして、デジタル信号処理回路１１１には、当該焦点検出用画素から出力される電気信号より撮影レンズ１０１の被写体に対するデフォーカス量などの合焦状態を検出する検出回路が備えている。
【００１８】
１１７は、デジタル信号処理回路１１１に接続され、撮像素子１０７で撮像された複数フレーム分のデータを記憶することができるフレームメモリであり、Ａ／Ｄ変換された信号は一旦このバッファメモリ１１７に記憶される。
【００１９】
デジタル信号処理回路１１１ではバッファメモリ１１７に記憶されたデータを読み込んで上述した各処理を行い、処理後の画像データは再びバッファメモリ１１７に記憶される。
【００２０】
１１８は、デジタル信号処理回路１１１に接続され、デジタル信号処理回路１１１で各種処理が施された画像データを一旦バッファメモリ１１７に記憶した後、メモリカード等の外部記憶媒体１１１に画像ファイルとして記録する記録・再生信号処理回路である。なお、ここでは、外部記憶媒体１１１に記録するようにしたが、別途通信手段を設けて、インターネットへ画像データを送信するようにしてもよい。
【００２１】
画像データを外部記録媒体１１９に記録したり、インターネットへ送信する際には、画像データの圧縮、例えば、ＪＰＥＧ方式でデータ圧縮が行われる。一方、画像データを外部記録媒体１１９から読み込むだり、インターネットからダウンロードする際、記録・再生信号処理回路１１８は、画像データの伸長処理を行う。記録・再生信号処理回路１１８には記憶媒体１１９とデータ通信を行うためのインタフェースも含まれている。
【００２２】
１２１は、撮像された画像を表示するための表示装置であり、記憶媒体１１９に記録されている画像データを再生表示する際にも用いられる。
【００２３】
表示装置１２１に画像を表示する場合には、バッファメモリ１１７に記憶された画像データを読み出し、Ｄ／Ａ変換器１２０によりデジタル画像データをアナログ映像信号に変換する。
【００２４】
そして、そのアナログ映像信号を用いて表示装置１２１に画像を表示する。
【００２５】
撮像素子１０７で撮像された画像を表示装置１２１で表示する形態には２つの形態がある。一つは、レリーズ操作が行われないときの表示形態であり、撮像素子１０７で繰り返し撮像される画像を逐次更新表示するスルー画と呼ばれる表示形態である。
【００２６】
もう一つは、カメラのレリーズ操作後に、撮像素子１０７で撮像された画像を所定時間表示するフリーズ画と呼ばれる表示形態である。
【００２７】
１２２は、システムコントローラ１１２に接続され、カメラの姿勢を検知する姿勢検知回路である。
【００２８】
カメラの姿勢検知には、物体の角度や角速度を計測するジャイロスコープを用いても良い。
【００２９】
１２３は、システムコントローラ１１２に接続され、カメラの電源をオン・オフするための電源スイッチ、レリーズボタン、人物撮影モードなどの撮影モードを選択するための設定ボタンなど、カメラを操作するための操作部材が設けられた操作部である。
【００３０】
これらのスイッチやボタンを操作すると、その操作に応じた信号がシステムコントローラ１１２に入力される。
【００３１】
なお、レリーズボタンには、撮影者により操作されるレリーズボタンの第１ストローク操作（半押し操作）によりＯＮするＳＷ１と、レリーズボタンの第２ストローク操作（全押し操作）によりＯＮするＳＷ２とが接続されている。
【００３２】
図２は、焦点検出装置１０８を用いてシステムコントローラ１１２が焦点状態を検出する原理を説明するための光路図であり、構成要素を撮影レンズ１０１の光軸上に展開して示したものである。ただし、主ミラー１０２およびサブミラー１０６は省略している。なお、図２において、図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付している。
【００３３】
＜焦点状態検出装置１０８＞
図２の焦点状態検出装置１０８内において、１０９は撮影レンズ１０１の予定焦点面、即ちフィルム面と共役な面付近に配置された視野マスクである。２０１は同じく予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズ、２０２は２つのレンズ２０２ａと２０３ｂからなる２次結像系である。２０３は２次結像系２０２の２つレンズ２０２ａと２０２ｂに対応してその後方に配置された２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを含む光電変換素子である。２０４は２次結像系２０２の２つのレンズ２０２ａと２０２ｂに対応して配置された２つの開口部２０４ａと２０４ｂを有する絞りである。２０５は分割された２つの領域２０５ａと２０５ｂを含む撮影レンズ１０１の射出瞳を示している。
【００３４】
このような構成において、例えば撮影レンズ１０１を図中左方に繰り出して、撮像素子１０７より左方に光束が結像すると、光電変換素子２０３上の一対の像は矢印Ａの方向に変位する。この一対の像の相対的なずれ量を光電変換素子２０３で検出することで、撮影レンズ１０１の被写体に対する合焦状態としてのデフォーカス量を検出し、当該検出結果に基づいて撮影レンズ１０１の焦点調節駆動を行うことが可能である。なお、撮影レンズ１０１を図中右方に繰り込んだ場合、光電変換素子２０３上の一対の像は、図中矢印Ａの方向とは反対方向に変位する。
【００３５】
＜光電変換素子２０３の構成＞
図３（Ａ）は、一対の焦点状態検出領域としてのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを備えた光電変換素子２０３の配置を示したものである。また、焦点状態検出領域としてのラインセンサ列２０３ｃと２０３ｄ、２０３ｅと２０３ｆ、２０３ｇと２０３ｈ、２０３ｉと２０３ｊはそれぞれ一対の関係にある。さらに、焦点状態検出領域としてのラインセンサ列５０１ａと５０１ｂ、５０１ｃと５０１ｄ、５０１ｅと５０１ｆとが一対の関係にある。
【００３６】
これら、光電変換素子２０３の一対の焦点状態検出領域としてのラインセンサ列より出力される信号からそれぞれ像ずれ量を検出することが可能である。
【００３７】
こうした２次結像面上にある１対の焦点状態検出領域群は、それぞれ上述した１次結像面上にあるピント板１０３でユーザが視認可能なＡＦフレーム４０１〜４１１に対応している。なお、本実施例では１１個のＡＦフレームを有する例を用いて説明するがこれに限らない。
【００３８】
＜光電変換素子２０３の制御＞
図４は、光電変換素子２０３の制御を代表として一対のラインセンサ２０３ａと２０３ｂを使って説明するための図である。
【００３９】
まず、この光電変換素子２０３での蓄積制御について説明する。まず、出力ＶＤとＶＰについて説明する。出力ＶＤとは、２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに対して共通な遮光されたダーク画素３０１の出力である。また、出力ＶＰとは、２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに共通な最大値検出回路３０２の出力の最大値を示す画素の出力である。出力（ＶＤ）と出力（ＶＰ）との差が作動アンプ３０３により検出・出力される。
【００４０】
この出力ＶＤと出力ＶＰとの差が所定レベル（ＶＲ）に到達するまで蓄積を行い、到達時点で蓄積動作の終了となる。そして、蓄積容量への読み出し信号となるΦＲが蓄積制御部３０４からラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに送られる。
【００４１】
ここで最大値ＶＰとダーク出力ＶＤとの差を取るのはダーク出力ＶＤを基準とし、所定レベルＶＲに最大値ＶＰが到達するまで蓄積することにより、焦点検出の位相差検出処理において、十分精度が出るレベルであると判断できるためである。
【００４２】
この最大値ＶＰ以上に蓄積時間を増加すれば、出力信号が飽和して適切な焦点検出が行えなくなるので、読み出し信号となるΦＲをラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに帰還する。
【００４３】
図５は、２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの像信号をダーク画素３０１の出力ＶＤを基準として示したものである。これは、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂのそれぞれの像信号であるＡ像とＢ像に対して共通の最大値出力ＶＰ（図ではＡ像側）が設定レベルＶＲとなっている。
【００４４】
焦点状態の検出は、各ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂのうちラインセンサ画素のいずれかが設定レベルＶＲを含む所定間隔内に収まったときの像信号を用いてＡ像、Ｂ像の相対的な位相差を演算することで行う。
【００４５】
＜焦点ずれ量の演算＞
ここで、焦点ずれ量を演算する信号処理方法について、上記のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂからそれぞれ出力されるＡ像とＢ像を代表例として説明する。
【００４６】
焦点検出用画素を構成する画素数をＬとし、画素番号ｉ（ｉ＝０，・・・，Ｌ）としたときのＡ像信号をＡ（ｉ）、Ｂ像信号をＢ（ｉ）とするとき、式（１）、あるいは式（２）をｋ１≦ｋ≦ｋ２について演算する。
【００４７】
【数１】
・・・ （１）
【００４８】
【数２】
・・・ （２）
【００４９】
なお、Ｍは（Ｍ＝Ｌ−｜ｋ｜）で表される演算画素数であり、ｋは相対変移量と呼ばれ、ｋ１，ｋ２は通常−Ｌ／２、Ｌ／２にとらえることが多い。
【００５０】
また、ｍａｘ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから大なるものを抽出することを表し、ｍｉｎ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから小なるものを抽出することを表す。
【００５１】
したがって、前記式（１）、（２）におけるＸ１（ｋ）、Ｘ２（ｋ）、Ｙ１（ｋ）、Ｙ２（ｋ）は広義の相関量と考えることができる。
【００５２】
更に前記式（１）、（２）を詳細に見ると、Ｘ１（ｋ），Ｙ１（ｋ）は現実には（ｋ−１）の変位における相関量を、Ｘ２（ｋ），Ｙ２（ｋ）は（ｋ＋１）の変位における相関量を、それぞれ表している。
【００５３】
それゆえ、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）の差である評価量Ｘ（ｋ）は相対変位量ｋにおける被写体像信号Ａ（ｉ），Ｂ（ｉ）の相関量の変化量を意味する。
【００５４】
Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いときに最小となる。よって、その変化量であるＸ（ｋ）は相関最高のときに「０」で、かつ傾きは負となるはずである。
【００５５】
ところが、Ｘ（ｋ）は離散データであるから、実際には、式（３）かつ、Ｘ（ｋｐ）−（ｋｐ＋１）が最大なる相対変位の区間［ｋｐ，ｋｐ＋１］に相関量のピークが存在すると考えて、式（４）の補間演算を行う。これにより、画素単位以下の焦点ずれ量ＰＲを検出することができる。
Ｘ（ｋｐ）≧０，Ｘ（ｋｐ＋１）＜０ ・・・ （３）
ＰＲ＝ｋｐ＋Ｘ（ｋｐ）／｛Ｘ（ｋｐ）−Ｘ（ｋｐ＋１）｝・・・ （４）
一方、Ｙ１（ｋ），Ｙ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いとき、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）とは逆に最大となる。
【００５６】
よって、その変化量であるＹ（ｋ）は相関最高のときに「０」で、かつ傾きは正となるはずである。Ｙ（ｋ）もＸ（ｋ）と同様に式（５）で且つＹ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）が最大のとき式（６）の補間演算を行うことにより、画素単位以下の焦点ずれ量ＰＲを検出することができる。
Ｙ（ｋｐ）≦０，Ｙ（ｋｐ＋１）＞０ ・・・ （５）
ＰＲ＝ｋｐ＋｜Ｙ（ｋｐ）／｛Ｙ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）｝｜・・・ （６）
式（４）、或いは式（６）で求めた焦点ずれ量ＰＲより、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量ＤＥＦを下記式（７）で求めることができる。
【００５７】
式（７）において、Ｋは一対の測距瞳を通過する光束の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
【００５８】
＜光電変換素子２０３と各焦点状態検出領域の位置関係＞
図６は、光電変換素子２０３と各焦点状態検出領域、およびＡＦフレームの位置関係を説明する図である。また、図７は各焦点状態検出領域で焦点ずれ量を検出する範囲を説明する図である。
【００５９】
図６は、１次結像面上のピント板１０３でユーザが視認可能なＡＦフレームのうち、代表として３つのＡＦフレームである４０１、４０２、および４０３を使って説明する。なお、ＡＦフレームは、１次結像面上に定義される領域で、ユーザはピント板１０３や表示装置１２１を使って撮像画面上のＡＦフレームの位置を把握することができる。
【００６０】
ＡＦフレーム４０１に対応する焦点状態検出領域としては、例えば、図３で説明した、光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂの一対、および５０１ａと５０１ｂの一対の領域である。これは、１次結像面上で５０１となる（図６から８）。光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂの一対、および５０１ａと５０１ｂの一対の領域とは、いわゆるクロスタイプといわれるもので、横ライン、縦ラインに対応する。同様に、ＡＦフレーム４０２に対応する焦点状態検出領域としては、光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂの一対、および５０１ｃと５０１ｄの一対の領域である。５０１ｃと５０１ｄの一対の領域は、１次結像面上では、５０２となる（図６から８）。ＡＦフレーム４０１に対応する焦点状態検出領域としては、光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂの一対、および５０１ｅと５０１ｆの一対の領域である。５０１ｅと５０１ｆの一対の領域は、１次結像面上では５０３となる（図６から８）。なお、光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂは、後述するように出力から３つの焦点状態検出領域を切り出す。これにより領域を切り出した信号を用いて、システムコントローラ１１２は、対応する被写体空間での３つの異なる領域であるＡＦフレーム４０１、４０２および４０３での光学系の被写体に対する焦点状態を検出するものである。
【００６１】
すなわち、ＡＦフレーム４０１、４０２、４０３は、いずれも、いわゆるクロスタイプの焦点状態検出領域に対応するものである。これは、光電変換素子２０３ａと２０３ｂ（いずれも横ライン）と直交する３本の光電変換素子５０１ａと５０１ｂ、５０１ｃと５０１ｄ、５０１ｅと５０１ｆ（いずれも縦ライン）を持つ焦点検出装置である。なお、クロスタイプとしては、Ｘ型のもの、Ｘ型と＋型の併存タイプもあるが、ここでは簡単のため＋型で説明する。
【００６２】
この例では、図７（ａ）に示すように、ＡＦフレーム４０１に対しては光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａ、２０３ｂおよび焦点状態検出領域５０１ａと５０１ｂとが対応付けられている。同様に、図７（ｂ）に示すように、ＡＦフレーム４０２に対しては光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａと２０３ｂ、および焦点状態検出領域５０１ｃと５０１ｄとが対応付けられている。同様に、図７（ｃ）に示すように、ＡＦフレーム４０３に対しては光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａと２０３ｂ、および焦点状態検出領域５０１ｅと５０１ｆとが対応付けられている。
【００６３】
したがって、所定のときは、光電変換素子５０１ｅと５０１ｆの焦点状態検出領域からの出力、および光電変換素子２０３ａと２０３ｂの所定範囲の領域ｃの焦点状態検出領域からの出力を用いて焦点状態を検出する。この所定のときとは、例えばＡＦフレーム４０３で撮影レンズ１０１のピントを被写体に合わせたいときである。同様に測距点４０１、４０２についても前述の対応付けられた光電変換素子２０３ａと２０３ｂの所定範囲の領域ａ，ｂの出力を用いて焦点状態を検出する。
【００６４】
ここで図７（ａ）において、領域ａは、対応付けられたＡＦフレーム４０１でないＡＦフレーム４０２に焦点状態検出領域が一次結像面上において重なっている。同様に図７（ｃ）において、領域ｃは、対応付けられたＡＦフレームでないＡＦフレーム４０２に焦点状態検出領域が一次結像面上において重なっている。
【００６５】
ここで図８の塗りつぶした領域ｃ１は、領域ｃ（領域ｃはＡＦフレーム４０３に対応した領域）におけるＡＦフレーム４０２の焦点状態検出領域と重なった部分領域を示している。このようにすることで、ＡＦフレーム４０１および４０３において、光電変換素子２０３の切り出し領域を広げることができるので、領域を広げない場合よりも大きなデフォーカス量（焦点のボケ量）を検出できる。
【００６６】
ところでこの場合、仮にＡＦフレーム４０３の１点でＡＦするとき、光電変換素子５０１ａとｂの焦点状態検出領域（縦ライン）からの出力および光電変換素子２０３ａとｂの領域ｃ（横ライン）の出力をどのように使って、レンズを制御するかが問題となる。ここでは、それぞれの出力のうちでコントラスト評価値やＡ像とＢ像の一致度等による信頼性の高い出力を選択してレンズを制御することになる。この点については、後述する。
【実施例１】
【００６７】
＜フローチャート＞
続いて、制御フローについて第１の実施形態として、図９を用いて説明する。ステップ１０１では、システムコントローラ１１２が操作部の一つであるレリーズボタンＳＷ１が押下されたかどうかを判断する。レリーズボタンＳＷ１が押下されていなければ、レリーズボタンＳＷ１が押下されるまで処理を繰り返す。一方、レリーズボタンＳＷ１が押されていればステップ１０２へ進む。ステップ１０２では、上述した光電変換素子２０３で必要な領域の電荷の蓄積制御を行う。必要な蓄積制御は、ラインセンサ列２０３ｃと２０３ｄ、２０３ｅと２０３ｆ、２０３ｇと２０３ｈ、２０３ｉと２０３ｊ、また、ラインセンサ列５０１ａと５０１ｂ、５０１ｃと５０１ｄ、５０１ｅと５０１ｆのうちから選択される。選択された焦点状態顕出領域の出力に基づいて焦点状態の検出を行う。ステップ１０３では、選択された複数の焦点状態検出領域のうち、焦点状態の検出を行った焦点状態検出領域（ラインセンサ列）の中から１つの焦点状態検出の結果を選択する。この焦点状態検出の結果の選択については後述する。
【００６８】
ステップ１０４では、ステップ１０３で選択した１つの焦点状態が合焦がどうかを判断する。合焦していなければ、ステップ１０５へ進む。一方、合焦していれば、ステップ１０６へ進む。
【００６９】
ステップ１０５では、システムコントローラ１１２がステップ１０３で検出した焦点状態を示すデフォーカス量をレンズの駆動量であるパルス数に変換し、レンズ駆動装置１１３を介して撮影レンズ１０１を駆動する。これにより、駆動前のデフォーカス量がほぼ無くなり、撮影レンズ１０１が被写体に対して合焦することになる。ステップ１０６では、システムコントローラ１１２が操作部の１つであるＳＷ２が押されているかどうかを判断する。レリーズボタンＳＷ２が押されていなければ、ステップ１０６を繰り返す。一方、ＳＷ２が押されていればステップ１０７へ進む。ステップ１０７では、システムコントローラ１１２がミラー駆動回路１１４を介して、主ミラー１０２を撮影光束外へ駆動させ、撮像素子駆動装置１１６を介して撮像素子１０７を駆動させる。これにより、被写体像が撮像されて既述のように画像ファイルとして記録されることになる。
【００７０】
＜焦点状態検出結果の選択について＞
ここで、図９のステップ１０３の焦点状態検出結果の選択について図１０のフローチャートを用いて説明する。
【００７１】
なお、ここでは、ユーザがクロスタイプのＡＦフレームであるＡＦフレーム４０３を選択したものを代表例として説明する。カメラは出力Ａ１と出力Ａ２のいずれかを選択する場合を想定している。出力Ａ１とは、図７（ｃ）における光電変換素子２０３の焦点状態検出領域５０１ｅと５０１ｆからの出力である。また出力Ａ２とは図７（ｃ）における光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａと２０３ｂの領域ｃからの出力である。なお、ここでは、出力をＡ１，Ａ２としたが、上述の光電変換素子２０３のように、８つのＡＦフレームに対応した焦点状態検出領域がある場合には、Ａ１〜Ａ８の出力がある場合があることになる。
【００７２】
まず、ステップ２０１において各ラインの信頼性判定を行う。ここで信頼性判定は図１１のフローチャートを用いて後述する。図１０において、ステップ２０１における信頼性判定の後、ステップ２０２で相対的に信頼性（Ｓｎ）の高い検出結果を選択する。ここでは、最も０に近い焦点状態検出結果を示す検出結果を選択することになる。
【００７３】
ここでステップ２０３で、最も信頼性の高いラインが複数存在するかどうかチェックし、そうであればステップ２０４において、最も信頼性の高いラインのうちの最も近距離側に合焦状態がある検出結果を選択する。なお、ここでは、簡単のため、ユーザがクロスタイプのＡＦフレームであるＡＦフレーム４０３を選択したものを代表例として説明したが、複数のＡＦフレームからレンズ１０１を制御するための焦点状態検出結果を選択する場合も、同様にして選択する。
【００７４】
＜信頼性判定＞
図１１を用いて、図１０におけるステップ２０１での信頼性判定について説明する。
【００７５】
ステップ３０１においてｎに初期値１を代入し、ステップ３０２で出力Ａｎの信頼性値をＳｎとする。ここでＳｎは該当する焦点状態検出領域からの出力におけるＡ像、Ｂ像の一致度や、センサ像のコントラストなどよる値であり、数値が０に近いほど信頼性が高いものとする。これは、Ａ像、Ｂ像の位相差を検出する際に、その検出結果における信頼度を表す数値であり、例えば、像の形状が一致するほど、位相差の検出が正確になるといった具合である。
【００７６】
ステップ３０３では、ある焦点状態検出領域が一次結像面上において対応するＡＦフレームの隣のＡＦフレームの焦点状態検出領域と重なっているかを判定する。例えば、図８で説明した領域ｃ１のような領域を有しているか否かの判定である。なお、ここでいう焦点状態検出領域が一次結像面上において重なっているとは、あるＡＦフレームに対応する焦点状態検出領域のから出力を使った演算範囲が別のＡＦフレームに対応する焦点状態検出領域からの出力を使った演算範囲と重なっていることに等価である。
【００７７】
重なっていればステップ３０４でＳｎに１を足す、重なっていなければそのままとする。ここで、光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａと２０３ｂの領域ｃは、隣のＡＦフレーム４０２と重なっている領域ｃ１を有する。したがって、信頼性値Ｓ２に１を足すことになる。
【００７８】
その後、ステップ３０５でｎをインクリメントし、ステップ３０６でｎが２よりも大きければ終了し、そうでなければステップ３０２に戻る。ここでは、ユーザがクロスタイプのＡＦフレームであるＡＦフレーム４０３を選択したものを代表例として説明したので、ｎは２となる。しかし、複数のＡＦフレームに対応する焦点状態検出領域の出力から撮影レンズ１０１を制御するために用いる出力を選択する場合には、ｎの値は、その焦点状態検出領域の数に応じて変化する。
【００７９】
上述したように、図１１のフローチャートにより、出力Ａ１と出力Ａ２で、隣の測距点と演算範囲が重なっている方のライン（この例ではラインＡ２）の信頼性を下げ、そうでないラインの優先度を上げている。その結果、出力Ａ２が選択されにくくなる。すなわち対応しないＡＦフレーム４０２に、１次結像面上で重なる焦点状態検出領域の出力は、撮影レンズ１０１を制御するために用いる出力として選択されにくくなる。
【００８０】
＜その他＞
上記実施例では、信頼性に基づいて、撮影レンズ１０１を制御するための焦点状態検出領域の出力を選択するようにした。この点、例えば、焦点状態検出領域が対応しないＡＦフレームと重なっている場合には、当該焦点状態検出領域の出力は他の焦点状態検出領域の出力からは、焦点状態を検出できない場合にのみ選択されるようにしてもよい。この場合、対応しないＡＦフレームと重なっている焦点状態検出領域の出力は選択されない可能性が高くなる。
【００８１】
また、上記実施例では、クロスでの横ライン、縦ラインからの選択で説明したが、これに限らない。例えば、複数のＡＦフレームにそれぞれ対応する焦点状態検出領域が横ラインだけある場合でも効果がある。
【００８２】
＜効果＞
本実施例により、クロス測距点の縦ライン／横ラインのうちで隣のＡＦフレームと演算範囲が重なっている焦点状態検出領域が有る場合、その領域からの出力の信頼性を低くすることで自動的に優先順位を下げるものである。これにより、隣のＡＦフレームと演算範囲が重なっていない方の焦点状態検出領域を優先的に選択させるものである。結果として、撮影者が意図しないＡＦフレームに対応する被写体に撮影レンズ１０１の焦点を合わせる不具合を軽減することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０１ 撮影レンズ
１０２ 主ミラー
１０６ サブミラー
１１２ システムコントローラ
１１３ レンズ駆動装置
１２３ 操作部
２０３ 光電変換素子
４０１〜４１５ ＡＦフレーム
２０３ａ〜２０３ｊ、５０１ａ〜５０１ｆ 焦点状態検出領域
【技術分野】
【０００１】
本願は、異なる瞳領域を通過した像の位相差からデフォーカス量を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＡＦセンサの光電変換素子群の蓄積領域を変えて光学系の焦点状態を検出する技術が知られている。たとえば、蓄積領域を変えて信号を出力することで、焦点状態検出領域の数を確保又は増やしつつデフォーカス量が大きい場合でも検出時間の短縮を図る技術思想について開示がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２０６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、焦点状態検出領域の数を増やしたいというニーズがある。このニーズに応えようとした場合、隣の焦点状態検出領域が近づくことにより、どのようにＡＦセンサを制御し、又どのようにＡＦセンサからの出力を使ってデフォーカス量を検出するかという課題があった。特に、２つのＡＦフレームに対して、少なくとも焦点状態検出領域の一部を兼用するような場合、ＡＦフレームを視認しながら、所望するＡＦフレームを選択するユーザに、所望したＡＦフレームと異なるＡＦフレームの被写体にピントが合うケースを少なくするような焦点状態検出技術を提供するという技術的課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、上記課題を解決するために、被写体空間からの光束を受光する複数の画素からなる光電変換素子の焦点状態検出領域と、該焦点状態検出領域からの出力に基づいて被写体に対する光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出装置において、複数のＡＦフレームにそれぞれに対応した焦点状態検出領域を持ち、当該焦点状態検出領域の出力の中から、前記光学系を制御するための焦点状態検出領域の出力を選択する選択手段と、前記選択された焦点状態検出領域の出力に基づいて前記光学系を駆動を制御する制御手段とを有し、前記選択手段は、複数の焦点状態検出領域のうち、焦点状態検出領域の一部が対応するＡＦフレームとは別のＡＦフレームに１次結像面上において重なる焦点状態検出領域の出力を、重ならない焦点状態検出領域の出力よりも選択されにくくする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、ユーザが合焦を所望していないＡＦフレームに対応した被写体にピントがあうような不具合を軽減するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態である撮像装置を説明する図である。
【図２】焦点状態の検出を説明する図である。
【図３】光電変換素子の配置を説明する図である。
【図４】光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図５】光電変換素子及びその蓄積制御を説明する図である。
【図６】実施形態である一対の光電変換素子と測距点の位置関係を説明する図である。
【図７】実施形態であるＡＦフレームと焦点状態検出領域を説明する図である。
【図８】実施形態である焦点状態検出領域とＡＦフレームの重なりを説明する図である。
【図９】実施形態である撮像装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】実施形態である出力の選択を説明するフローチャートである。
【図１１】実施形態である信頼性判定を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜撮像装置としてのカメラの構成＞
図１は本発明を実施するために最良の形態として撮像装置としてのカメラに具体化した例である。
【０００９】
図１の１０１は撮影レンズで、説明を簡単にするため一枚のレンズとして記載したものである。撮影レンズ１０１は、撮像装置に対して括り付けられた鏡筒にあっても良いし、撮像装置に対して交換可能な鏡筒にあってもよい。１０７は撮影レンズ１０１を通過した被写体光学像を結像させる、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子であり、結像された被写体光学像の光量に応じて電荷に変換し電気信号として出力する。
【００１０】
１０２は、半透過部を有する主ミラーであり、撮影の際、撮影レンズ１０１を通過した光束をケラないように撮影光束外へ退避し、後述する焦点検出の際には、撮影光束が通る光路内に斜設される。なお、図１では撮影光束が通る光路中に主ミラー１０２が挿入された状態（ミラーダウン状態）を示している。
【００１１】
また、主ミラー１０２は、撮影光束の光路内に斜設された状態で、撮影レンズ１０１を通過した光束の一部をピント板１０３、ペンタプリズム１０４および接眼レンズ１０５から構成されるファインダ光学系に導く。
【００１２】
１０６は、主ミラー１０２の動作に同期して主ミラー１０２に対して展開された状態から折り畳まれ、あるいは折り畳まれた状態から展開することが可能なサブミラーである。主ミラー１０２の半透過部を通過した光束の一部は、サブミラー１０６によって下方へ反射され、後述する位相差方式の焦点検出装置１０８に入射し、撮影レンズ１０１の被写体に対するデフォーカス量が検出される。
【００１３】
さらに、撮像装置は、カメラ全体の制御を行うＣＰＵ、記憶装置であるＲＡＭなどから構成されるシステムコントローラ１１２を備え、後述する各部の動作を適宜制御する。
【００１４】
１１３は、システムコントローラ１１２に接続され、撮影レンズ１０１と通信を行う通信回路と、焦点調節を行うためにレンズ駆動を行うレンズ駆動機構と、その駆動回路を備えたレンズ駆動装置である。
【００１５】
１１４は、システムコントローラ１１２に接続され、主ミラー１０２を撮影レンズ１０１の撮影光束外へ駆動するためのミラー駆動回路である。１１５は、システムコントローラ１１２に接続され、焦点検出装置１０８を制御するためのセンサ制御回路である。１１６は、システムコントローラ１１２に接続され、撮像素子１０７を駆動するための撮像素子駆動装置である。
【００１６】
１１１は、システムコントローラ１１２に接続され、撮像素子１０７に結像された被写体光学像の光量に応じた電気信号がアナログ信号処理回路１０９に入力される。アナログ信号処理回路１０９に入力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器１１０によりアナログ信号からデジタル信号に変換された信号をシェーディング補正やガンマ補正などの画像処理を施して画像データとして出力するデジタル信号処理回路である。
【００１７】
また、撮像素子１０７には撮影レンズ１０１の射出瞳領域から一対の一部の領域の光束を受光する焦点検出用画素が設けられている。そして、デジタル信号処理回路１１１には、当該焦点検出用画素から出力される電気信号より撮影レンズ１０１の被写体に対するデフォーカス量などの合焦状態を検出する検出回路が備えている。
【００１８】
１１７は、デジタル信号処理回路１１１に接続され、撮像素子１０７で撮像された複数フレーム分のデータを記憶することができるフレームメモリであり、Ａ／Ｄ変換された信号は一旦このバッファメモリ１１７に記憶される。
【００１９】
デジタル信号処理回路１１１ではバッファメモリ１１７に記憶されたデータを読み込んで上述した各処理を行い、処理後の画像データは再びバッファメモリ１１７に記憶される。
【００２０】
１１８は、デジタル信号処理回路１１１に接続され、デジタル信号処理回路１１１で各種処理が施された画像データを一旦バッファメモリ１１７に記憶した後、メモリカード等の外部記憶媒体１１１に画像ファイルとして記録する記録・再生信号処理回路である。なお、ここでは、外部記憶媒体１１１に記録するようにしたが、別途通信手段を設けて、インターネットへ画像データを送信するようにしてもよい。
【００２１】
画像データを外部記録媒体１１９に記録したり、インターネットへ送信する際には、画像データの圧縮、例えば、ＪＰＥＧ方式でデータ圧縮が行われる。一方、画像データを外部記録媒体１１９から読み込むだり、インターネットからダウンロードする際、記録・再生信号処理回路１１８は、画像データの伸長処理を行う。記録・再生信号処理回路１１８には記憶媒体１１９とデータ通信を行うためのインタフェースも含まれている。
【００２２】
１２１は、撮像された画像を表示するための表示装置であり、記憶媒体１１９に記録されている画像データを再生表示する際にも用いられる。
【００２３】
表示装置１２１に画像を表示する場合には、バッファメモリ１１７に記憶された画像データを読み出し、Ｄ／Ａ変換器１２０によりデジタル画像データをアナログ映像信号に変換する。
【００２４】
そして、そのアナログ映像信号を用いて表示装置１２１に画像を表示する。
【００２５】
撮像素子１０７で撮像された画像を表示装置１２１で表示する形態には２つの形態がある。一つは、レリーズ操作が行われないときの表示形態であり、撮像素子１０７で繰り返し撮像される画像を逐次更新表示するスルー画と呼ばれる表示形態である。
【００２６】
もう一つは、カメラのレリーズ操作後に、撮像素子１０７で撮像された画像を所定時間表示するフリーズ画と呼ばれる表示形態である。
【００２７】
１２２は、システムコントローラ１１２に接続され、カメラの姿勢を検知する姿勢検知回路である。
【００２８】
カメラの姿勢検知には、物体の角度や角速度を計測するジャイロスコープを用いても良い。
【００２９】
１２３は、システムコントローラ１１２に接続され、カメラの電源をオン・オフするための電源スイッチ、レリーズボタン、人物撮影モードなどの撮影モードを選択するための設定ボタンなど、カメラを操作するための操作部材が設けられた操作部である。
【００３０】
これらのスイッチやボタンを操作すると、その操作に応じた信号がシステムコントローラ１１２に入力される。
【００３１】
なお、レリーズボタンには、撮影者により操作されるレリーズボタンの第１ストローク操作（半押し操作）によりＯＮするＳＷ１と、レリーズボタンの第２ストローク操作（全押し操作）によりＯＮするＳＷ２とが接続されている。
【００３２】
図２は、焦点検出装置１０８を用いてシステムコントローラ１１２が焦点状態を検出する原理を説明するための光路図であり、構成要素を撮影レンズ１０１の光軸上に展開して示したものである。ただし、主ミラー１０２およびサブミラー１０６は省略している。なお、図２において、図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付している。
【００３３】
＜焦点状態検出装置１０８＞
図２の焦点状態検出装置１０８内において、１０９は撮影レンズ１０１の予定焦点面、即ちフィルム面と共役な面付近に配置された視野マスクである。２０１は同じく予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズ、２０２は２つのレンズ２０２ａと２０３ｂからなる２次結像系である。２０３は２次結像系２０２の２つレンズ２０２ａと２０２ｂに対応してその後方に配置された２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを含む光電変換素子である。２０４は２次結像系２０２の２つのレンズ２０２ａと２０２ｂに対応して配置された２つの開口部２０４ａと２０４ｂを有する絞りである。２０５は分割された２つの領域２０５ａと２０５ｂを含む撮影レンズ１０１の射出瞳を示している。
【００３４】
このような構成において、例えば撮影レンズ１０１を図中左方に繰り出して、撮像素子１０７より左方に光束が結像すると、光電変換素子２０３上の一対の像は矢印Ａの方向に変位する。この一対の像の相対的なずれ量を光電変換素子２０３で検出することで、撮影レンズ１０１の被写体に対する合焦状態としてのデフォーカス量を検出し、当該検出結果に基づいて撮影レンズ１０１の焦点調節駆動を行うことが可能である。なお、撮影レンズ１０１を図中右方に繰り込んだ場合、光電変換素子２０３上の一対の像は、図中矢印Ａの方向とは反対方向に変位する。
【００３５】
＜光電変換素子２０３の構成＞
図３（Ａ）は、一対の焦点状態検出領域としてのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを備えた光電変換素子２０３の配置を示したものである。また、焦点状態検出領域としてのラインセンサ列２０３ｃと２０３ｄ、２０３ｅと２０３ｆ、２０３ｇと２０３ｈ、２０３ｉと２０３ｊはそれぞれ一対の関係にある。さらに、焦点状態検出領域としてのラインセンサ列５０１ａと５０１ｂ、５０１ｃと５０１ｄ、５０１ｅと５０１ｆとが一対の関係にある。
【００３６】
これら、光電変換素子２０３の一対の焦点状態検出領域としてのラインセンサ列より出力される信号からそれぞれ像ずれ量を検出することが可能である。
【００３７】
こうした２次結像面上にある１対の焦点状態検出領域群は、それぞれ上述した１次結像面上にあるピント板１０３でユーザが視認可能なＡＦフレーム４０１〜４１１に対応している。なお、本実施例では１１個のＡＦフレームを有する例を用いて説明するがこれに限らない。
【００３８】
＜光電変換素子２０３の制御＞
図４は、光電変換素子２０３の制御を代表として一対のラインセンサ２０３ａと２０３ｂを使って説明するための図である。
【００３９】
まず、この光電変換素子２０３での蓄積制御について説明する。まず、出力ＶＤとＶＰについて説明する。出力ＶＤとは、２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに対して共通な遮光されたダーク画素３０１の出力である。また、出力ＶＰとは、２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに共通な最大値検出回路３０２の出力の最大値を示す画素の出力である。出力（ＶＤ）と出力（ＶＰ）との差が作動アンプ３０３により検出・出力される。
【００４０】
この出力ＶＤと出力ＶＰとの差が所定レベル（ＶＲ）に到達するまで蓄積を行い、到達時点で蓄積動作の終了となる。そして、蓄積容量への読み出し信号となるΦＲが蓄積制御部３０４からラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに送られる。
【００４１】
ここで最大値ＶＰとダーク出力ＶＤとの差を取るのはダーク出力ＶＤを基準とし、所定レベルＶＲに最大値ＶＰが到達するまで蓄積することにより、焦点検出の位相差検出処理において、十分精度が出るレベルであると判断できるためである。
【００４２】
この最大値ＶＰ以上に蓄積時間を増加すれば、出力信号が飽和して適切な焦点検出が行えなくなるので、読み出し信号となるΦＲをラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに帰還する。
【００４３】
図５は、２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの像信号をダーク画素３０１の出力ＶＤを基準として示したものである。これは、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂのそれぞれの像信号であるＡ像とＢ像に対して共通の最大値出力ＶＰ（図ではＡ像側）が設定レベルＶＲとなっている。
【００４４】
焦点状態の検出は、各ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂのうちラインセンサ画素のいずれかが設定レベルＶＲを含む所定間隔内に収まったときの像信号を用いてＡ像、Ｂ像の相対的な位相差を演算することで行う。
【００４５】
＜焦点ずれ量の演算＞
ここで、焦点ずれ量を演算する信号処理方法について、上記のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂからそれぞれ出力されるＡ像とＢ像を代表例として説明する。
【００４６】
焦点検出用画素を構成する画素数をＬとし、画素番号ｉ（ｉ＝０，・・・，Ｌ）としたときのＡ像信号をＡ（ｉ）、Ｂ像信号をＢ（ｉ）とするとき、式（１）、あるいは式（２）をｋ１≦ｋ≦ｋ２について演算する。
【００４７】
【数１】
・・・ （１）
【００４８】
【数２】
・・・ （２）
【００４９】
なお、Ｍは（Ｍ＝Ｌ−｜ｋ｜）で表される演算画素数であり、ｋは相対変移量と呼ばれ、ｋ１，ｋ２は通常−Ｌ／２、Ｌ／２にとらえることが多い。
【００５０】
また、ｍａｘ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから大なるものを抽出することを表し、ｍｉｎ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから小なるものを抽出することを表す。
【００５１】
したがって、前記式（１）、（２）におけるＸ１（ｋ）、Ｘ２（ｋ）、Ｙ１（ｋ）、Ｙ２（ｋ）は広義の相関量と考えることができる。
【００５２】
更に前記式（１）、（２）を詳細に見ると、Ｘ１（ｋ），Ｙ１（ｋ）は現実には（ｋ−１）の変位における相関量を、Ｘ２（ｋ），Ｙ２（ｋ）は（ｋ＋１）の変位における相関量を、それぞれ表している。
【００５３】
それゆえ、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）の差である評価量Ｘ（ｋ）は相対変位量ｋにおける被写体像信号Ａ（ｉ），Ｂ（ｉ）の相関量の変化量を意味する。
【００５４】
Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いときに最小となる。よって、その変化量であるＸ（ｋ）は相関最高のときに「０」で、かつ傾きは負となるはずである。
【００５５】
ところが、Ｘ（ｋ）は離散データであるから、実際には、式（３）かつ、Ｘ（ｋｐ）−（ｋｐ＋１）が最大なる相対変位の区間［ｋｐ，ｋｐ＋１］に相関量のピークが存在すると考えて、式（４）の補間演算を行う。これにより、画素単位以下の焦点ずれ量ＰＲを検出することができる。
Ｘ（ｋｐ）≧０，Ｘ（ｋｐ＋１）＜０ ・・・ （３）
ＰＲ＝ｋｐ＋Ｘ（ｋｐ）／｛Ｘ（ｋｐ）−Ｘ（ｋｐ＋１）｝・・・ （４）
一方、Ｙ１（ｋ），Ｙ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いとき、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）とは逆に最大となる。
【００５６】
よって、その変化量であるＹ（ｋ）は相関最高のときに「０」で、かつ傾きは正となるはずである。Ｙ（ｋ）もＸ（ｋ）と同様に式（５）で且つＹ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）が最大のとき式（６）の補間演算を行うことにより、画素単位以下の焦点ずれ量ＰＲを検出することができる。
Ｙ（ｋｐ）≦０，Ｙ（ｋｐ＋１）＞０ ・・・ （５）
ＰＲ＝ｋｐ＋｜Ｙ（ｋｐ）／｛Ｙ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）｝｜・・・ （６）
式（４）、或いは式（６）で求めた焦点ずれ量ＰＲより、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量ＤＥＦを下記式（７）で求めることができる。
【００５７】
式（７）において、Ｋは一対の測距瞳を通過する光束の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
【００５８】
＜光電変換素子２０３と各焦点状態検出領域の位置関係＞
図６は、光電変換素子２０３と各焦点状態検出領域、およびＡＦフレームの位置関係を説明する図である。また、図７は各焦点状態検出領域で焦点ずれ量を検出する範囲を説明する図である。
【００５９】
図６は、１次結像面上のピント板１０３でユーザが視認可能なＡＦフレームのうち、代表として３つのＡＦフレームである４０１、４０２、および４０３を使って説明する。なお、ＡＦフレームは、１次結像面上に定義される領域で、ユーザはピント板１０３や表示装置１２１を使って撮像画面上のＡＦフレームの位置を把握することができる。
【００６０】
ＡＦフレーム４０１に対応する焦点状態検出領域としては、例えば、図３で説明した、光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂの一対、および５０１ａと５０１ｂの一対の領域である。これは、１次結像面上で５０１となる（図６から８）。光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂの一対、および５０１ａと５０１ｂの一対の領域とは、いわゆるクロスタイプといわれるもので、横ライン、縦ラインに対応する。同様に、ＡＦフレーム４０２に対応する焦点状態検出領域としては、光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂの一対、および５０１ｃと５０１ｄの一対の領域である。５０１ｃと５０１ｄの一対の領域は、１次結像面上では、５０２となる（図６から８）。ＡＦフレーム４０１に対応する焦点状態検出領域としては、光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂの一対、および５０１ｅと５０１ｆの一対の領域である。５０１ｅと５０１ｆの一対の領域は、１次結像面上では５０３となる（図６から８）。なお、光電変換素子２０３の２０３ａと２０３ｂは、後述するように出力から３つの焦点状態検出領域を切り出す。これにより領域を切り出した信号を用いて、システムコントローラ１１２は、対応する被写体空間での３つの異なる領域であるＡＦフレーム４０１、４０２および４０３での光学系の被写体に対する焦点状態を検出するものである。
【００６１】
すなわち、ＡＦフレーム４０１、４０２、４０３は、いずれも、いわゆるクロスタイプの焦点状態検出領域に対応するものである。これは、光電変換素子２０３ａと２０３ｂ（いずれも横ライン）と直交する３本の光電変換素子５０１ａと５０１ｂ、５０１ｃと５０１ｄ、５０１ｅと５０１ｆ（いずれも縦ライン）を持つ焦点検出装置である。なお、クロスタイプとしては、Ｘ型のもの、Ｘ型と＋型の併存タイプもあるが、ここでは簡単のため＋型で説明する。
【００６２】
この例では、図７（ａ）に示すように、ＡＦフレーム４０１に対しては光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａ、２０３ｂおよび焦点状態検出領域５０１ａと５０１ｂとが対応付けられている。同様に、図７（ｂ）に示すように、ＡＦフレーム４０２に対しては光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａと２０３ｂ、および焦点状態検出領域５０１ｃと５０１ｄとが対応付けられている。同様に、図７（ｃ）に示すように、ＡＦフレーム４０３に対しては光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａと２０３ｂ、および焦点状態検出領域５０１ｅと５０１ｆとが対応付けられている。
【００６３】
したがって、所定のときは、光電変換素子５０１ｅと５０１ｆの焦点状態検出領域からの出力、および光電変換素子２０３ａと２０３ｂの所定範囲の領域ｃの焦点状態検出領域からの出力を用いて焦点状態を検出する。この所定のときとは、例えばＡＦフレーム４０３で撮影レンズ１０１のピントを被写体に合わせたいときである。同様に測距点４０１、４０２についても前述の対応付けられた光電変換素子２０３ａと２０３ｂの所定範囲の領域ａ，ｂの出力を用いて焦点状態を検出する。
【００６４】
ここで図７（ａ）において、領域ａは、対応付けられたＡＦフレーム４０１でないＡＦフレーム４０２に焦点状態検出領域が一次結像面上において重なっている。同様に図７（ｃ）において、領域ｃは、対応付けられたＡＦフレームでないＡＦフレーム４０２に焦点状態検出領域が一次結像面上において重なっている。
【００６５】
ここで図８の塗りつぶした領域ｃ１は、領域ｃ（領域ｃはＡＦフレーム４０３に対応した領域）におけるＡＦフレーム４０２の焦点状態検出領域と重なった部分領域を示している。このようにすることで、ＡＦフレーム４０１および４０３において、光電変換素子２０３の切り出し領域を広げることができるので、領域を広げない場合よりも大きなデフォーカス量（焦点のボケ量）を検出できる。
【００６６】
ところでこの場合、仮にＡＦフレーム４０３の１点でＡＦするとき、光電変換素子５０１ａとｂの焦点状態検出領域（縦ライン）からの出力および光電変換素子２０３ａとｂの領域ｃ（横ライン）の出力をどのように使って、レンズを制御するかが問題となる。ここでは、それぞれの出力のうちでコントラスト評価値やＡ像とＢ像の一致度等による信頼性の高い出力を選択してレンズを制御することになる。この点については、後述する。
【実施例１】
【００６７】
＜フローチャート＞
続いて、制御フローについて第１の実施形態として、図９を用いて説明する。ステップ１０１では、システムコントローラ１１２が操作部の一つであるレリーズボタンＳＷ１が押下されたかどうかを判断する。レリーズボタンＳＷ１が押下されていなければ、レリーズボタンＳＷ１が押下されるまで処理を繰り返す。一方、レリーズボタンＳＷ１が押されていればステップ１０２へ進む。ステップ１０２では、上述した光電変換素子２０３で必要な領域の電荷の蓄積制御を行う。必要な蓄積制御は、ラインセンサ列２０３ｃと２０３ｄ、２０３ｅと２０３ｆ、２０３ｇと２０３ｈ、２０３ｉと２０３ｊ、また、ラインセンサ列５０１ａと５０１ｂ、５０１ｃと５０１ｄ、５０１ｅと５０１ｆのうちから選択される。選択された焦点状態顕出領域の出力に基づいて焦点状態の検出を行う。ステップ１０３では、選択された複数の焦点状態検出領域のうち、焦点状態の検出を行った焦点状態検出領域（ラインセンサ列）の中から１つの焦点状態検出の結果を選択する。この焦点状態検出の結果の選択については後述する。
【００６８】
ステップ１０４では、ステップ１０３で選択した１つの焦点状態が合焦がどうかを判断する。合焦していなければ、ステップ１０５へ進む。一方、合焦していれば、ステップ１０６へ進む。
【００６９】
ステップ１０５では、システムコントローラ１１２がステップ１０３で検出した焦点状態を示すデフォーカス量をレンズの駆動量であるパルス数に変換し、レンズ駆動装置１１３を介して撮影レンズ１０１を駆動する。これにより、駆動前のデフォーカス量がほぼ無くなり、撮影レンズ１０１が被写体に対して合焦することになる。ステップ１０６では、システムコントローラ１１２が操作部の１つであるＳＷ２が押されているかどうかを判断する。レリーズボタンＳＷ２が押されていなければ、ステップ１０６を繰り返す。一方、ＳＷ２が押されていればステップ１０７へ進む。ステップ１０７では、システムコントローラ１１２がミラー駆動回路１１４を介して、主ミラー１０２を撮影光束外へ駆動させ、撮像素子駆動装置１１６を介して撮像素子１０７を駆動させる。これにより、被写体像が撮像されて既述のように画像ファイルとして記録されることになる。
【００７０】
＜焦点状態検出結果の選択について＞
ここで、図９のステップ１０３の焦点状態検出結果の選択について図１０のフローチャートを用いて説明する。
【００７１】
なお、ここでは、ユーザがクロスタイプのＡＦフレームであるＡＦフレーム４０３を選択したものを代表例として説明する。カメラは出力Ａ１と出力Ａ２のいずれかを選択する場合を想定している。出力Ａ１とは、図７（ｃ）における光電変換素子２０３の焦点状態検出領域５０１ｅと５０１ｆからの出力である。また出力Ａ２とは図７（ｃ）における光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａと２０３ｂの領域ｃからの出力である。なお、ここでは、出力をＡ１，Ａ２としたが、上述の光電変換素子２０３のように、８つのＡＦフレームに対応した焦点状態検出領域がある場合には、Ａ１〜Ａ８の出力がある場合があることになる。
【００７２】
まず、ステップ２０１において各ラインの信頼性判定を行う。ここで信頼性判定は図１１のフローチャートを用いて後述する。図１０において、ステップ２０１における信頼性判定の後、ステップ２０２で相対的に信頼性（Ｓｎ）の高い検出結果を選択する。ここでは、最も０に近い焦点状態検出結果を示す検出結果を選択することになる。
【００７３】
ここでステップ２０３で、最も信頼性の高いラインが複数存在するかどうかチェックし、そうであればステップ２０４において、最も信頼性の高いラインのうちの最も近距離側に合焦状態がある検出結果を選択する。なお、ここでは、簡単のため、ユーザがクロスタイプのＡＦフレームであるＡＦフレーム４０３を選択したものを代表例として説明したが、複数のＡＦフレームからレンズ１０１を制御するための焦点状態検出結果を選択する場合も、同様にして選択する。
【００７４】
＜信頼性判定＞
図１１を用いて、図１０におけるステップ２０１での信頼性判定について説明する。
【００７５】
ステップ３０１においてｎに初期値１を代入し、ステップ３０２で出力Ａｎの信頼性値をＳｎとする。ここでＳｎは該当する焦点状態検出領域からの出力におけるＡ像、Ｂ像の一致度や、センサ像のコントラストなどよる値であり、数値が０に近いほど信頼性が高いものとする。これは、Ａ像、Ｂ像の位相差を検出する際に、その検出結果における信頼度を表す数値であり、例えば、像の形状が一致するほど、位相差の検出が正確になるといった具合である。
【００７６】
ステップ３０３では、ある焦点状態検出領域が一次結像面上において対応するＡＦフレームの隣のＡＦフレームの焦点状態検出領域と重なっているかを判定する。例えば、図８で説明した領域ｃ１のような領域を有しているか否かの判定である。なお、ここでいう焦点状態検出領域が一次結像面上において重なっているとは、あるＡＦフレームに対応する焦点状態検出領域のから出力を使った演算範囲が別のＡＦフレームに対応する焦点状態検出領域からの出力を使った演算範囲と重なっていることに等価である。
【００７７】
重なっていればステップ３０４でＳｎに１を足す、重なっていなければそのままとする。ここで、光電変換素子２０３の焦点状態検出領域２０３ａと２０３ｂの領域ｃは、隣のＡＦフレーム４０２と重なっている領域ｃ１を有する。したがって、信頼性値Ｓ２に１を足すことになる。
【００７８】
その後、ステップ３０５でｎをインクリメントし、ステップ３０６でｎが２よりも大きければ終了し、そうでなければステップ３０２に戻る。ここでは、ユーザがクロスタイプのＡＦフレームであるＡＦフレーム４０３を選択したものを代表例として説明したので、ｎは２となる。しかし、複数のＡＦフレームに対応する焦点状態検出領域の出力から撮影レンズ１０１を制御するために用いる出力を選択する場合には、ｎの値は、その焦点状態検出領域の数に応じて変化する。
【００７９】
上述したように、図１１のフローチャートにより、出力Ａ１と出力Ａ２で、隣の測距点と演算範囲が重なっている方のライン（この例ではラインＡ２）の信頼性を下げ、そうでないラインの優先度を上げている。その結果、出力Ａ２が選択されにくくなる。すなわち対応しないＡＦフレーム４０２に、１次結像面上で重なる焦点状態検出領域の出力は、撮影レンズ１０１を制御するために用いる出力として選択されにくくなる。
【００８０】
＜その他＞
上記実施例では、信頼性に基づいて、撮影レンズ１０１を制御するための焦点状態検出領域の出力を選択するようにした。この点、例えば、焦点状態検出領域が対応しないＡＦフレームと重なっている場合には、当該焦点状態検出領域の出力は他の焦点状態検出領域の出力からは、焦点状態を検出できない場合にのみ選択されるようにしてもよい。この場合、対応しないＡＦフレームと重なっている焦点状態検出領域の出力は選択されない可能性が高くなる。
【００８１】
また、上記実施例では、クロスでの横ライン、縦ラインからの選択で説明したが、これに限らない。例えば、複数のＡＦフレームにそれぞれ対応する焦点状態検出領域が横ラインだけある場合でも効果がある。
【００８２】
＜効果＞
本実施例により、クロス測距点の縦ライン／横ラインのうちで隣のＡＦフレームと演算範囲が重なっている焦点状態検出領域が有る場合、その領域からの出力の信頼性を低くすることで自動的に優先順位を下げるものである。これにより、隣のＡＦフレームと演算範囲が重なっていない方の焦点状態検出領域を優先的に選択させるものである。結果として、撮影者が意図しないＡＦフレームに対応する被写体に撮影レンズ１０１の焦点を合わせる不具合を軽減することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０１ 撮影レンズ
１０２ 主ミラー
１０６ サブミラー
１１２ システムコントローラ
１１３ レンズ駆動装置
１２３ 操作部
２０３ 光電変換素子
４０１〜４１５ ＡＦフレーム
２０３ａ〜２０３ｊ、５０１ａ〜５０１ｆ 焦点状態検出領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体空間からの光束を受光する複数の画素からなる光電変換素子の焦点状態検出領域と、該焦点状態検出領域からの出力に基づいて被写体に対する光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出装置において、
複数のＡＦフレームそれぞに対応した焦点状態検出領域を持ち、当該焦点状態検出領域の出力の中から、前記光学系を制御するための焦点状態検出領域の出力を選択する選択手段と、
前記選択された焦点状態検出領域の出力に基づいて前記光学系を駆動を制御する制御手段とを有し、
前記選択手段は、複数の焦点状態検出領域のうち、焦点状態検出領域の一部が対応するＡＦフレームとは別のＡＦフレームに１次結像面上において重なる焦点状態検出領域の出力を、重ならない焦点状態検出領域の出力よりも選択されにくくすることを特徴とする焦点状態検出装置。
【請求項２】
１のＡＦフレームに対して、複数の焦点状態検出領域を持つことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
１のＡＦフレームで縦の焦点状態検出領域と横の焦点状態検出領域を持ついわゆるクロスタイプの焦点状態検出領域であ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。
【請求項４】
撮像手段と、前記焦点状態検出装置で駆動された光学系を通過した被写体像を前記撮像手段で撮像し、画像ファイルとして記録する記録手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかの焦点検出装置を有する撮像装置。
【請求項５】
被写体空間からの光束を受光する複数の画素からなる光電変換素子の焦点状態検出領域と、該焦点状態検出領域からの出力に基づいて被写体に対する光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出装置の制御方法において、
複数のＡＦフレームそれぞれに対応した焦点状態検出領域を持ち、当該焦点状態検出領域の出力の中から、前記光学系を制御するための焦点状態検出領域の出力を選択し、前記選択された焦点状態検出領域の出力に基づいて前記光学系を駆動を制御する際、
複数の焦点状態検出領域うち、焦点状態検出領域の一部が対応するＡＦフレームとは別のＡＦフレームに１次結像面上において重なる焦点状態検出領域の出力を、重ならない焦点状態検出領域の出力よりも選択されにくくすることを特徴とする制御方法。
【請求項１】
被写体空間からの光束を受光する複数の画素からなる光電変換素子の焦点状態検出領域と、該焦点状態検出領域からの出力に基づいて被写体に対する光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出装置において、
複数のＡＦフレームそれぞに対応した焦点状態検出領域を持ち、当該焦点状態検出領域の出力の中から、前記光学系を制御するための焦点状態検出領域の出力を選択する選択手段と、
前記選択された焦点状態検出領域の出力に基づいて前記光学系を駆動を制御する制御手段とを有し、
前記選択手段は、複数の焦点状態検出領域のうち、焦点状態検出領域の一部が対応するＡＦフレームとは別のＡＦフレームに１次結像面上において重なる焦点状態検出領域の出力を、重ならない焦点状態検出領域の出力よりも選択されにくくすることを特徴とする焦点状態検出装置。
【請求項２】
１のＡＦフレームに対して、複数の焦点状態検出領域を持つことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
１のＡＦフレームで縦の焦点状態検出領域と横の焦点状態検出領域を持ついわゆるクロスタイプの焦点状態検出領域であ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。
【請求項４】
撮像手段と、前記焦点状態検出装置で駆動された光学系を通過した被写体像を前記撮像手段で撮像し、画像ファイルとして記録する記録手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかの焦点検出装置を有する撮像装置。
【請求項５】
被写体空間からの光束を受光する複数の画素からなる光電変換素子の焦点状態検出領域と、該焦点状態検出領域からの出力に基づいて被写体に対する光学系の焦点状態を検出する焦点状態検出装置の制御方法において、
複数のＡＦフレームそれぞれに対応した焦点状態検出領域を持ち、当該焦点状態検出領域の出力の中から、前記光学系を制御するための焦点状態検出領域の出力を選択し、前記選択された焦点状態検出領域の出力に基づいて前記光学系を駆動を制御する際、
複数の焦点状態検出領域うち、焦点状態検出領域の一部が対応するＡＦフレームとは別のＡＦフレームに１次結像面上において重なる焦点状態検出領域の出力を、重ならない焦点状態検出領域の出力よりも選択されにくくすることを特徴とする制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−５３３１８（Ｐ２０１１−５３３１８Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２００２４３（Ｐ２００９−２００２４３）
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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