特許 6799411 焦点検出装置及び方法、及び撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6799411

(24)【登録日】2020年11月25日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】焦点検出装置及び方法、及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/28 20060101AFI20201207BHJP

   G02B 7/36 20060101ALI20201207BHJP

   G03B 13/36 20060101ALI20201207BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20201207BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20201207BHJP

【ＦＩ】

   G02B7/28 N

   G02B7/36

   G03B13/36

   H04N5/225 000

   H04N5/232 127

   H04N5/232 945

【請求項の数】18

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-150549(P2016-150549)

(22)【出願日】2016年7月29日

(65)【公開番号】特開2018-18033(P2018-18033A)

(43)【公開日】2018年2月1日

【審査請求日】2019年7月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(72)【発明者】

【氏名】植山 輝彦

【審査官】 登丸 久寿

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１０６１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０７６８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００５２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４３４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０７０３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１０８７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４３７２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ７／２８

Ｇ０２Ｂ ７／３６

Ｇ０３Ｂ １３／３６

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｈ０４Ｎ ５／２３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮影光学系を介して入射する光を受光して画像信号を出力する撮像素子の画素数及び撮像領域のサイズを含む画素情報を取得する画素情報取得手段と、
前記撮影光学系の画角に関する情報を取得する画角情報取得手段と、
前記撮像素子の撮像面において焦点検出に用いる領域である焦点検出範囲を設定する範囲設定手段と、
前記焦点検出範囲から得られた画像信号に基づいて焦点評価値を検出し、該焦点評価値に基づいて、前記撮影光学系の合焦位置を検出する焦点検出手段と、
前記画角に関する情報と、前記焦点評価値の検出にかかる検出時間と、前記画素情報とに基づいて、前記検出時間の間に移動する被写体の像が前記撮像面を移動する距離を求める算出手段と、
前記焦点検出範囲を前記距離分、狭くした範囲を表す枠を、前記画像信号を表示する表示手段に表示するように設定する枠設定手段と
を有することを特徴とする焦点検出装置。

【請求項2】

測光手段と、
前記画角に関する情報と、前記画素情報と、測光結果とに基づいて、前記検出時間を演算する演算手段と
を更に有する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】

前記画角情報取得手段は、前記撮影光学系の焦点距離を取得し、取得した焦点距離に基づいて、画角を求め、
前記算出手段は、前記画角に関する情報として、前記画角を用いて前記距離を求め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】

前記枠設定手段により設定された前記枠が、予め決められた大きさよりも小さい場合に、前記焦点検出手段は、検出を行わないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。

【請求項5】

前記焦点検出手段は、前記画角に関する情報に基づいて前記焦点検出範囲に設定された焦点検出領域それぞれについて合焦位置を検出し、該合焦位置に基づいて、前記撮影光学系の合焦位置を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。

【請求項6】

前記焦点検出手段は、各焦点検出領域の合焦位置のうち、予め決められた条件に基づいて信頼性が低いと判断された合焦位置を除外した残りの合焦位置に基づいて、前記撮影光学系の合焦位置を検出することを特徴とする請求項５に記載の焦点検出装置。

【請求項7】

焦点検出領域を設定する領域設定手段を有し、該領域設定手段が前記画角に関する情報に基づいて前記焦点検出範囲に前記焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項５または６に記載の焦点検出装置。

【請求項8】

前記画角に関する情報は、前記撮影光学系の画角であって、
前記領域設定手段は、前記画角が予め決められた第１の閾値より広い場合に、広くない場合よりも前記焦点検出領域の大きさを小さくして、数を多くすることを特徴とする請求項７に記載の焦点検出装置。

【請求項9】

前記領域設定手段は、前記画角が、前記第１の閾値よりも狭い予め決められた第２の閾値よりも狭い場合に、前記焦点検出範囲を前記焦点検出領域として設定することを特徴とする請求項８に記載の焦点検出装置。

【請求項10】

前記画角に関する情報は、前記撮影光学系の焦点距離であって、
前記領域設定手段は、前記焦点距離が予め決められた第１の閾値より短い場合に、短くない場合よりも前記焦点検出領域の大きさを小さくして、数を多くすることを特徴とする請求項７に記載の焦点検出装置。

【請求項11】

前記領域設定手段は、前記焦点距離が、前記第１の閾値よりも長い予め決められた第２の閾値よりも長い場合に、前記焦点検出範囲を前記焦点検出領域として設定することを特徴とする請求項１０に記載の焦点検出装置。

【請求項12】

前記被写体は、天体であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の焦点検出装置。

【請求項13】

撮影光学系を介して入射する光を受光して画像信号を出力する撮像素子と、
前記画像信号を表示する表示手段と、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の焦点検出装置と
を有することを特徴とする撮像装置。

【請求項14】

前記撮影光学系に着脱可能であることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。

【請求項15】

前記撮影光学系を更に有することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。

【請求項16】

画素情報取得手段が、撮影光学系を介して入射する光を受光して画像信号を出力する撮像素子の画素数及び撮像領域のサイズを含む画素情報を取得する画素情報取得工程と、
画角情報取得手段が、前記撮影光学系の画角に関する情報を取得する画角情報取得工程と、
範囲設定手段が、前記撮像素子の撮像面において焦点検出に用いる領域である焦点検出範囲を設定する範囲設定工程と、
焦点検出手段が、前記焦点検出範囲から得られた画像信号に基づいて焦点評価値を検出し、該焦点評価値に基づいて、前記撮影光学系の合焦位置を検出する焦点検出工程と、
算出手段が、前記画角に関する情報と、前記焦点評価値の検出にかかる検出時間と、前記画素情報とに基づいて、前記検出時間の間に移動する被写体の像が前記撮像面を移動する距離を求める算出工程と、
枠設定手段が、前記焦点検出範囲を前記距離分、狭くした範囲を表す枠を、前記画像信号を表示する表示手段に表示するように設定する枠設定工程と
を有することを特徴とする焦点検出方法。

【請求項17】

コンピュータを、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の焦点検出装置の各手段として機能させるためのプログラム。

【請求項18】

請求項１７に記載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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は焦点検出装置及び方法、及び撮像装置に関し、特に定速移動する被写体を撮影するための焦点検出技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、デジタルカメラのノイズ削減技術が向上し、特に高感度での撮影において飛躍的に画質が向上している。その結果、従来では困難であった天体撮影が容易に行えるようになっており、誰でも手軽に星空を撮影できる機能がデジタルカメラに搭載されるようになってきた。

【0003】

しかし、星空を撮影する場合、最も重要なカメラ機能の一つとして、星にピントを合わせる手段が挙げられる。星は非常に暗い被写体なので、通常のＡＦ機能によって星にピントを合わせることは困難であり、特に高倍率での撮影では星の日周運動の影響が無視できなくなってしまうため、従来から星にピントを合わせることが困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−６４７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

参考文献１では、撮像装置のレンズ倍率に応じてＡＦ枠のサイズや位置を変えることで、ピント合わせをし易くする技術が開示されている。しかし、天体を撮影する場合には三脚などに固定して撮影することが一般的であり、また、像倍率に加えて被写体である星の日周運動による像面移動がある。そのため、ＡＦ枠を像倍率に応じて広げたとしても、ＡＦしている間にＡＦ枠から星が出てしまい、ＡＦを正常に完了することができない場合があった。

【0006】

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、天体等の定速移動する被写体撮影時の焦点検出精度を上げることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、撮影光学系を介して入射する光を受光して画像信号を出力する撮像素子の画素数及び撮像領域のサイズを含む画素情報を取得する画素情報取得手段と、前記撮影光学系の画角に関する情報を取得する画角情報取得手段と、前記撮像素子の撮像面において焦点検出に用いる領域である焦点検出範囲を設定す範囲設定手段と、前記焦点検出範囲から得られた画像信号に基づいて焦点評価値を検出し、該焦点評価値に基づいて、前記撮影光学系の合焦位置を検出する焦点検出手段と、前記画角に関する情報と、前記焦点評価値の検出にかかる検出時間と、前記画素情報とに基づいて、前記検出時間の間に移動する被写体の像が前記撮像面を移動する距離を求める算出手段と、前記焦点検出範囲を前記距離分、狭くした範囲を表す枠を、前記画像信号を表示する表示手段に表示するように設定する枠設定手段とを有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、天体等の定速移動する被写体撮影時の焦点検出精度を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図。

【図2】撮像装置の撮像面上における被写体像の移動量を説明する図。

【図3】実施形態における撮像範囲と、ＡＦ枠と、焦点検出範囲と、分割領域との関係を説明する図。

【図4】実施形態における広角〜中望遠程度の時の撮像範囲と、被写体像と、ＡＦ枠と、焦点検出範囲と、分割領域との関係を説明する図。

【図5】実施形態における望遠時の焦点検出範囲とＡＦ枠との関係を説明するための図。

【図6】実施形態における望遠時の焦点検出領域の設定方法の一例を説明する図。

【図7】実施形態における望遠時の焦点検出領域の設定方法の一例を説明する図。

【図8】実施形態における超望遠時の焦点検出範囲とＡＦ枠との関係を説明するための図。

【図9】実施形態におけるＡＦ処理の流れを説明するフローチャート。

【図10】実施形態における焦点検出処理の流れを説明するフローチャート。

【図11】実施形態における焦点検出領域の設定処理の流れを説明するフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。

【0011】

図１は、本発明の実施の形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態の撮像装置は、主にカメラ本体１００と、交換レンズタイプのレンズユニット１５０（撮影光学系）により構成されている。レンズユニット１５０は、電気接点を備えるコネクタ９６及びコネクタ９７を介してカメラ本体１００に着脱可能な構成となっている。

【0012】

レンズユニット１５０は、変倍レンズ（以下、ズームレンズ）１０、焦点レンズ（以下、フォーカスレンズ）１２、絞りシャッタユニット１３、及びコネクタ９６を含む。

【0013】

レンズユニット１５０を介して入射した光は、光学像としてカメラ本体１００の撮像素子１４上に結像し、撮像素子１４は結像した光を受光して、アナログの画像信号を出力する。カメラの感度を設定するゲインアンプ１２０は、撮像素子１４から出力されたアナログ信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換器１６に出力する。Ａ／Ｄ変換器１６は、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。また、タイミング発生回路１８は、撮像素子１４、Ａ／Ｄ変換器１６、Ｄ／Ａ変換器２６にそれぞれクロック信号や制御信号を供給し、メモリ制御回路２２及びシステム制御回路５０により制御される。

【0014】

画像処理回路２０は、Ａ／Ｄ変換器１６からのデータ或いはメモリ制御回路２２からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。また、画像処理回路２０は、Ａ／Ｄ変換器１６から出力される画像データを用いて所定の演算処理を行う。そして、得られた演算結果に基づいて、システム制御回路５０は、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式の自動露出（ＡＥ）処理を行い、適正露出値を演算して露出制御回路４０を制御する。更に、システム制御回路５０は、撮像面上の焦点検出領域における合焦状態を示す焦点評価値に基づいてＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＡＦ（オートフォーカス）処理を行い、焦点制御回路４２を介してフォーカスレンズ１２を駆動して、焦点調節を行う。更に、画像処理回路２０においては、Ａ／Ｄ変換器１６から出力される画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてＴＴＬ方式のオートホワイトバランス（ＡＷＢ）処理も行っている。

【0015】

メモリ制御回路２２は、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理回路２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、圧縮伸長回路３２を制御する。Ａ／Ｄ変換器１６から出力される画像データは、画像処理回路２０、メモリ制御回路２２を介して、或いはメモリ制御回路２２のみを介して、画像表示メモリ２４或いはメモリ３０に書き込まれる。

【0016】

画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データは、Ｄ／Ａ変換器２６を介してＴＦＴ方式のＬＣＤ等からなる画像表示部２８により表示される。画像表示部２８を用いて、撮像した画像データを逐次表示することで、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）機能を実現することができる。

【0017】

メモリ３０は、撮像した静止画像や動画像を格納するためのメモリであり、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を格納するのに十分な記憶容量を備えている。これにより、連写撮像の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ３０に対して行うことが可能となる。また、メモリ３０は、システム制御回路５０の作業領域としても使用することができる。更に、メモリ３０は、被写体像を変倍するズーム制御回路４４の動作に対する焦点制御回路４２の相対情報を記憶するためにも用いられる。ズーム制御回路４４は、ズームレンズ１０を制御して、焦点距離を変更する。

【0018】

圧縮伸長する圧縮伸長回路３２は、適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等、公知の圧縮方法を用いて、メモリ３０に格納された画像データを読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えた画像データを再びメモリ３０に書き込む。

【0019】

システム制御回路５０は、周知のＣＰＵなどを内蔵し、カメラ本体１００全体を制御する。本実施形態において、システム制御回路５０は、測光結果取得部５００、焦点検出条件演算部５０１、レンズ画角検出部５０２、ＡＦ枠設定部５０３、被写体像面移動量演算部５０４、画素情報取得部５０５、焦点検出領域設定部５０６を備える。

【0020】

測光結果取得部５００は、露出制御回路４０から測光結果を取得する。レンズ画角検出部５０２（画角情報取得手段）は、カメラ本体１００に装着されているレンズユニット１５０の焦点距離情報をズーム制御回路４４から取得して、レンズの画角情報を検出する。画素情報取得部５０５は、メモリ６５に記録されている撮像素子１４の記録画素数やアスペクト比率、あるいは合焦判定可能とする被写体像ブレの許容画素数などの画素情報を取得する。

【0021】

焦点検出条件演算部５０１は、測光結果取得部５００と、レンズ画角検出部５０２が取得したレンズの画角情報と、画素情報取得部５０５が取得した画素情報を元に、焦点状態の取得回数や、露光時間、ＡＦ処理に要する時間などを演算により算出する。

【0022】

被写体像面移動量演算部５０４は、焦点検出条件演算部５０１で得られたＡＦ処理に要する時間から、所定の速度で等速移動する被写体像が、ＡＦ処理中に撮像面上を移動する距離の算出を行う。

【0023】

ＡＦ枠設定部５０３は、ＡＦ時に焦点を合わせたい被写体をフレーミングする指標となるＡＦ枠を画像表示部２８に表示する際に、ＡＦ処理中に撮像面上を所定の速度で移動する被写体像の移動距離情報に基づいて、ＡＦ枠の位置や大きさを設定する。

【0024】

焦点検出領域設定部５０６は、ＡＦ処理中に撮像面上を所定の速度で移動する被写体像の最大移動距離情報を元に、焦点を合わせたい被写体の焦点評価値を取得する焦点検出領域の数や大きさを設定する。

【0025】

メモリ６５は、システム制御回路５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶する。露出制御回路４０は、絞り機能とシャッタ機能を備える絞りシャッタユニット１３や撮像感度を設定するゲインアンプ１２０を制御する。不揮発性メモリ６６としては、例えばフラッシュＲＯＭ等の電気的に消去・記録可能な記憶媒体が用いられる。

【0026】

露出制御回路４０及び焦点制御回路４２は上述したようにＴＴＬ方式を用いて制御され、撮像した画像データを画像処理回路２０によって演算した演算結果に基づき、システム制御回路５０が露出制御回路４０、焦点制御回路４２に対して制御を行う。

【0027】

通知部６３は、システム制御回路５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を表示する液晶表示装置、スピーカー等で構成される。通知部６３は、カメラ本体１００の操作部近辺の視認し易い位置に、単数或いは複数個所設置される。

【0028】

通知部６３の表示内容のうち、ＬＣＤ等に表示するものとしては、以下のものがある。まず、単写／連写撮像表示、セルフタイマ表示等、撮影モードに関する表示がある。また、圧縮率表示、記録画素数表示、記録枚数表示、残撮像可能枚数表示等の記録に関する表示がある。また、シャッタスピード表示、絞り値表示、露出補正表示、フラッシュ表示、赤目緩和表示等の撮影条件に関する表示がある。その他に、マクロ撮像表示、ブザー設定表示、電池残量表示、エラー表示、複数桁の数字による情報表示、記録媒体２００の着脱状態表示がある。更に、レンズユニット１５０の着脱状態表示、通信Ｉ／Ｆ動作表示、日付・時刻表示、外部コンピュータとの接続状態を示す表示等も行われる。

【0029】

シャッタスイッチＳＷ１（６０）は、不図示のシャッタスイッチ部材の操作途中（例えば半押し）でオンとなり、ＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理等の撮像準備動作開始を指示する。

【0030】

シャッタスイッチＳＷ２（６１）は、不図示のシャッタスイッチ部材の操作完了（例えば全押し）でオンとなり、露光処理、現像処理、及び記録処理からなる一連の処理の開始を指示する。露光処理では、撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介して、画像データをメモリ３０に書き込み、更に、画像処理回路２０やメモリ制御回路２２での演算を用いた現像処理が行われる。更に、記録処理では、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮伸長回路３２で圧縮を行い、記録媒体２００に画像データを書き込む。

【0031】

操作部６２は各種ボタンやタッチパネル等からなり、メニューボタン、セットボタン、マクロボタン、マルチ画面再生改ページボタン、ストロボ設定ボタン、単写／連写／セルフタイマ切り換えボタンを有する。また、操作部６２は、オートモードやプログラムモード、絞り優先モード、シャッタ速度優先モードのほか、天体撮影モード、夜景モード、子供撮影モード、花火撮影モード、水中撮影モード等、様々な撮影シーンに応じた設定を選択できるようになっている。

【0032】

また、操作部６２は、メニュー移動＋（プラス）ボタン、メニュー移動−（マイナス）ボタン、再生画像移動＋（プラス）ボタン、再生画像−（マイナス）ボタン、撮像画質選択ボタン、露出補正ボタン、日付け／時間設定ボタンを有する。

【0033】

電源制御回路８０は、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り換えるスイッチ回路等により構成されている。そして、電源制御回路８０は、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量、電源電圧の検出を行い、検出結果及びシステム制御回路５０の指示に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。

【0034】

電源８６は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、Ｌｉ電池等の二次電池、ＡＣアダプタ等からなる。電源制御回路８０と電源８６は、コネクタ８２、８４を介して接続される。

【0035】

インタフェース９０及びコネクタ９２としては、Secure Digital（ＳＤ（登録商標））カード等の規格に準拠したものを用いて構成して構わない。また、インタフェース９３は他の機器と接続して通信を行うために用意され、コネクタ９４を介して直接あるいは通信ケーブルで接続して他の機器と通信を行う。無線通信部９８はカメラ本体１００の内部でインタフェース９３に接続され、他の機器と無線によって通信を行う。

【0036】

記録媒体２００は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２０２、カメラ本体１００とのインタフェース（Ｉ／Ｆ）２０４、カメラ本体１００と接続を行うコネクタ２０６を備えている。

【0037】

上記では、レンズユニット１５０を着脱可能な構成として説明しているが、着脱できない構成であっても本発明を実施する上で問題ないことは言うまでもない。

【0038】

以下、上記構成を有する撮像装置の動作について説明する。図２はレンズの画角と撮像面上を被写体が移動する移動量の関係を説明する図である。

【0039】

撮像素子１４のサイズをａとし、レンズ焦点距離をｂとした場合、レンズの画角θは次のように算出される。

【0040】

θ ＝ 2 * arctan( ( a / 2 ) / b ) [rad]

【0041】

すなわち、画角θは撮像センサのサイズａが大きくなるほど大きくなり、一方焦点距離ｂが長くなるほど画角θが小さくなることを示す。
ここで、被写体が天体であった場合、日周運動によって地球の極軸に対して１時間に約１５度、回転移動する。例えば天体が任意の時間で日周運動によって回転する角度をγとした場合、撮像面上に写る天体の像も画角θに対してγだけ移動することになる。この撮像面上の被写体像の移動距離をｃとする。すなわち、天体が日周運動によって移動する角度γが同じであっても、レンズ焦点距離ｂが大きくなるほど撮像画像の画角θが狭くなるため、相対的に撮像面上の被写体像の移動距離ｃは大きくなることを示す。

【0042】

図３は撮像範囲３００における焦点検出範囲３０１とＡＦ枠３０２、そして焦点検出範囲３０１を１つもしくは複数に分割した分割領域１〜９の関係を説明する図である。図３では、一例として、焦点検出範囲３０１を９分割した分割領域１〜９で構成する場合を示している。また、図３では、焦点検出範囲３０１とＡＦ枠３０２を異なる大きさとして記載しているが、焦点検出範囲３０１とＡＦ枠３０２の大きさや形は、撮影条件や被写体の違いにより変えることができる。

【0043】

図４（ａ）は、広角〜中望遠程度の焦点距離のレンズで天体にピントを合わせる場合の焦点検出範囲３０１とＡＦ枠３０２、そして分割領域１〜９の関係について説明する図である。天体にピントを合わせる場合、無限ピント位置の近傍を焦点深度に換算した所定量ずつフォーカスレンズを移動し、すべての分割領域１〜９それぞれについて、焦点評価値を検出し、焦点評価値が最も高くなるフォーカスレンズの位置を合焦位置として検出する。この場合、各分割領域をそれぞれ焦点検出領域として取り扱う。分割領域１〜９それぞれの合焦位置を検出した結果、図４（ｂ）に示す例では、信頼性が低い分割領域２、６、７を合焦判定には使用せず、残りの分割領域１、３、４、５、８、９から検出された代表合焦位置へフォーカスレンズ１２を移動してＡＦを完了する。代表合焦位置としては、例えば、合焦判定に使用可能な複数枠で検出した合焦位置の平均位置や、最も頻度の高い合焦位置、最も遠くの合焦位置等、信頼性が高い合焦位置に基づいて求めればよい。

【0044】

なお、信頼性が低い分割領域とは、例えば、複数のフォーカスレンズ位置で検出した焦点評価値の変化が不連続に増減したり、焦点評価値が所定レベルよりも低い分割領域のことである。焦点評価値の変化が不連続に増減する場合では、複数回の焦点評価値を取得する間に、それぞれの分割領域から被写体像が外れてしまったり、途中から分割領域に被写体像が入ってくる場合等が想定される。また、焦点評価値が所定レベルよりも低い場合では、被写体像のコントラストが低いか、天体が含まれていない状態、あるいは適正な露出で撮影されていない場合等が想定される。

【0045】

ここで、天体を撮影する場合の特性として、広角レンズの場合は天体の日周運動による撮像面上の移動量が少なく、ピント合わせ中（ＡＦ中）に、各分割領域に天体が出入りすることは少ない。また、ＡＦ中に分割領域から天体が出てしまったり、逆に入ってくる場合であっても、ＡＦ中に分割領域から出て行く星と入ってくる星の数が同程度であった場合は、信頼性が低い分割領域と判定しなくてもよい。特に広角レンズの場合、撮像面上に映る星の数が多く、星の密度が高いため、夜空の星の密度が一様であると仮定すると、ＡＦ中は出て行く星と入ってくる星の数は同程度であるとみなすことができる。

【0046】

そこで、本実施形態では、広角〜中望遠程度の焦点距離のレンズの場合、図４に示すように焦点検出範囲３０１とＡＦ枠３０２を同じ大きさにしておく。ただし、撮像範囲３００の周辺部では減光特性や、コマ収差の影響を受けるため、これらの影響を考慮して、焦点検出範囲３０１を限定する。

【0047】

図５は望遠レンズで天体にピントを合わせる場合の焦点検出範囲３０１とＡＦ枠３０２との関係を説明するための図である。上述したように、望遠レンズで撮影を行う場合、広角〜中望遠程度の焦点距離のレンズで撮影を行う場合と比較して、撮像画像の画角が狭くなるため、相対的に撮像面上の被写体像の移動距離が大きくなる。

【0048】

そこで、本実施形態では、ＡＦ中に被写体像が撮像面上を移動する距離分だけ、焦点検出範囲３０１からＡＦ枠３０２の大きさを狭めて表示する。このようにＡＦ枠３０２を表示し、撮影者がピントを合わせる天体をＡＦ枠３０２内に収めることにより、ＡＦ中に天体が日周運動によって移動しても、焦点検出範囲３０１からピントを合わせる天体が出てしまうことを防ぐことができる。

【0049】

図６及び図７は、望遠レンズでＡＦを行う場合の焦点検出範囲３０１に対する焦点検出領域の設定方法の一例を説明する図である。

【0050】

図５を参照して説明したように、ＡＦ枠３０２の大きさは、ＡＦが完了するまで焦点検出範囲３０１から被写体像が出て行かないように設定されている。一方、図２を参照して説明した通り、焦点距離が大きくなるほど撮像画像の画角が狭くなるため、相対的に撮像面上の被写体像の移動距離は大きくなる。そのため、分割領域毎に合焦位置を検出しようとすると、天体の移動方向によっては複数の分割領域にまたがって天体が移動してしまうことが想定される。そこで、望遠レンズでＡＦを行う場合には、分割領域を連結した領域を１つの焦点検出領域として、合焦位置を検出する。

【0051】

図６（ａ）は、図３に示した分割領域１、２、４、５を１つの焦点検出領域とした場合を示した図である。同様に図６（ｂ）は、図３に示した分割領域２、３、５、６を１つの分割領域とした場合を示した図である。また、図７（ａ）は、図３に示した分割領域４、５、７、８を１つの分割領域とした場合、そして図７（ｂ）は、図３に示した分割領域５、６、８、９を１つの分割領域とした場合を示している。このように、４つの分割領域が撮像範囲の中央領域を含んで重なるようにすることで、撮像面上の被写体像の移動距離が大きくなる場合に対しても、各焦点検出領域の合焦位置を求めることができるようにしている。そして、得られた各焦点検出領域の合焦位置のうち、上述したように信頼性が低い焦点検出領域の合焦位置を除外して、代表合焦位置を検出する。

【0052】

図８は、図５に示す場合よりもさらに焦点距離が長い超望遠レンズで天体にピントを合わせる場合のＡＦ枠３０２と焦点検出範囲３０１との関係を説明するための図である。ＡＦ枠３０２の大きさについては、図６で説明した通りの方法で設定する。また、焦点検出領域としては、焦点検出範囲３０１を分割せずに、分割領域１〜９をまとめて１つの焦点検出領域とする。

【0053】

超望遠レンズの場合は、撮像面上の被写体像の移動距離はさらに大きくなる一方で、星の密度が低くなるため、焦点検出領域に対してＡＦ期間中に他の星が入ってくることは殆ど無い。また、ＡＦ中の露出条件は暗い星が焦点評価値に影響を与えない程度の明るさに設定することで、焦点検出することを可能としている。

【0054】

図９は、本実施形態における天体にピントを合わせるためのＡＦ処理の流れを説明するフローチャートである。レンズ画角検出部５０２により、ズーム制御回路４４から画角情報を取得し（Ｓ１００）、次に、画素情報取得部５０５により、メモリ６５から撮像素子１４の画素数や撮像領域のサイズなどの画素情報を取得する（Ｓ１０１）。これらの情報に基づいて、Ｓ１００で取得したレンズ画角情報に対して日周運動によって移動する天体が所定時間あたりに移動する画素数を算出する。また、天体に対してＡＦを行うとき、天体が動いても許容できる画素数に対する最大露光時間を算出し、ＡＦ時の露出条件を演算する（Ｓ１０２）。

【0055】

これらの情報に基づいて、焦点検出条件演算部５０１は、焦点検出条件として焦点検出回数とシャッタ速度を演算し（Ｓ１０３）、ＡＦが完了するまでの所要時間（検出時間）を算出する（Ｓ１０４）。ここで、検出時間とはフォーカスレンズを動かしながら複数回の露光を終えるまでの時間である。ＡＦ枠設定部５０３は、Ｓ１０４で算出された条件に基づいてＡＦが完了するまでの所要時間を元に、被写体像の星が撮像面上を移動する距離を算出する（Ｓ１０５）。そして、算出した距離分だけ焦点検出範囲３０１の４辺から幅を狭くした領域をＡＦ枠３０２の表示サイズとして設定する（Ｓ１０６）。

【0056】

ここで、算出されたＡＦ枠３０２の表示サイズがＡＦに必要な所定のサイズよりも小さい場合、ＡＦできないと判断して（Ｓ１０７でＮＧ）、ＡＦ不可通知を表示部に表示する（Ｓ１１０）。この場合、フォーカスレンズ位置として、予め設定されている無限位置にフォーカスレンズ１２の移動を行い（Ｓ１１１）、ＡＦ処理を終了する。

【0057】

一方、Ｓ１０６で算出したＡＦ枠３０２によってＡＦが可能であると判断されると（Ｓ１０７でＯＫ）、焦点検出処理を行い（Ｓ１０８）、合焦位置にフォーカスレンズ１２を移動して（Ｓ１０９）、ＡＦ処理を終了する。

【0058】

図１０は、図９のＳ１０８で行われる焦点検出処理の流れを説明するフローチャートである。ここでは、焦点検出回数をｆ回と設定し、焦点検出領域の個数をａ個として説明する。

【0059】

まず焦点検出回数のカウンタＭを初期化し（Ｓ２００）、焦点検出領域のカウンタＮを初期化する（Ｓ２０１）。そして、最初の焦点検出開始位置までフォーカスレンズ１２を移動すると共に、カウンタＭを＋１する（Ｓ２０２）。次に、焦点検出領域をａ個設定する（Ｓ２０３）。なお、焦点検出領域は、図５〜図８を参照して説明したように、レンズユニット１５０の焦点状態に基づいて設定される。Ｓ２０３で行われる処理の詳細については、図１１を参照して後述する。そして、焦点検出領域毎にそれぞれ１つ、焦点評価値を検出し（Ｓ２０４）、全ての分割領域について、合計ａ個の焦点評価値を取得するまで（Ｓ２０５）、Ｓ２０４、Ｓ２０５の処理を繰り返す。

【0060】

同様に、焦点検出回数がｆ回になるまで（Ｓ２０６でＮｏ）、Ｓ２０１に戻り、フォーカスレンズ１２を移動してａ個ｘｆ回の焦点評価値を取得する。焦点検出回数がｆ回になると（Ｓ２０６でＹｅｓ）、信頼性が低い焦点検出領域を合焦判定には使用しないように除外して、有効な焦点検出領域を検出する（Ｓ２０７）。Ｓ２０７で検出した有効な焦点検出領域から得た焦点評価値を元に、フォーカスレンズ１２の合焦位置を検出して、焦点検出処理を終了する。

【0061】

図１１は図１０のＳ２０３で行われる焦点検出領域の設定処理の流れを説明するフローチャートである。Ｓ３００ではレンズの画角情報を取得し、レンズの画角が第１の閾値角度よりも大きい場合（Ｓ３０１でＹｅｓ）、焦点検出範囲３０１をｗ個に分割した小サイズの焦点検出領域を設定する（Ｓ３０２）。この場合、例えば、図４を参照して説明したように焦点検出範囲３０１を分割し、各分割領域を焦点検出領域として設定する。

【0062】

一方、Ｓ３０１でレンズの画角が第１の閾値角度以下の場合（Ｓ３０１でＮｏ）、第１の閾値角度よりも小さい、所定の第２の閾値角度と比較する。レンズの画角が第２の閾値角度よりも大きければ（Ｓ３０３でＹｅｓ）、Ｓ３０２で決めた焦点検出領域よりも大きい焦点検出領域を設定する（Ｓ３０４）。このときの焦点検出領域の数ｔはｗよりも少なく設定する。この場合、例えば、図６及び図７を参照して説明したようにして焦点検出領域を設定する。

【0063】

Ｓ３０３でＳ３０１とは異なるレンズの画角を判定する所定の閾値よりも小さい画角であった場合（Ｓ３０３でＮｏ）、Ｓ３０４で決めた焦点検出領域よりも大きい焦点検出領域を設定する（Ｓ３０５）。この時、例えば、図８を参照して説明したように、焦点検出範囲３０１と同じ大きさの１つの焦点検出領域を設定する。

【0064】

なお、上述した例では、レンズの画角を閾値と比較して焦点検出領域の大きさを決める場合について説明したが、レンズの焦点距離に基づいて焦点検出領域の大きさを決めても良い。その場合、焦点距離が長い方が画角が狭くなるため、焦点距離が長いほど、焦点検出領域の大きさが大きくなるように制御すれば良い。

【0065】

上述した本実施形態では、焦点検出範囲３０１の大きさはレンズの特性に合わせた範囲を設定すると説明したが本発明はこれに限るものではない。例えば、撮像範囲３００内であれば焦点検出範囲３０１を広げて、レンズ特性に合わせて焦点評価値の重み付けを変えるようにしてＡＦを行うことが可能である。

【0066】

また、本実施形態では分割領域の数や大きさをレンズの画角に応じて変更するように説明した。しかしながら、広角レンズであっても、ＡＦ処理が終了するまでの時間（フォーカスレンズを動かしながら複数回の露光を終えるまでの時間）に天体が移動する距離を算出して、ＡＦ枠３０２を焦点検出範囲３０１から狭めた大きさにしても良い。

【0067】

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。

【0068】

＜他の実施形態＞
なお、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適用してもよい。

【0069】

また、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。

【符号の説明】

【0070】

１０：変倍レンズ、１２：焦点レンズ、１４：撮像素子、２８：画像表示部、５０：システム制御回路、１００：カメラ本体、１５０：レンズユニット、５００：測光結果取得部、５０１：焦点検出条件演算部、５０２：レンズ画角検出部、５０３：ＡＦ枠設定部、５０４：被写体像面移動量演算部、５０５：画素情報取得部、５０６：焦点検出領域設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】