CN105593736A - 摄像装置及对焦控制方法 - Google Patents

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CN105593736A CN201480053409.8A CN201480053409A CN105593736A CN 105593736 A CN105593736 A CN 105593736A CN 201480053409 A CN201480053409 A CN 201480053409A CN 105593736 A CN105593736 A CN 105593736A
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Abstract

本发明提供一种能够减少在持续对焦于移动的被摄体时使用的动体预测中的运算量并且提高动体预测精度的摄像装置及对焦控制方法。系统控制部(11)根据在第1帧的摄像处理及第2帧的摄像处理中获得的被摄体距离的信息预测第3帧的摄像处理中的被摄体距离，并根据相对于计算出的聚焦透镜位置的最大误差的信息求出相对于所预测的被摄体距离的误差，被摄体距离的误差较大时，进行基于所预测的聚焦透镜位置的透镜驱动，而不是基于所预测的被摄体距离的聚焦控制。

Description

摄像装置及对焦控制方法
技术领域
本发明涉及一种摄像装置及对焦控制方法。
背景技术
近年来，随着CCD(ChargeCoupledDevice)图像传感器、CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)图像传感器等固体成像元件的高分辨率化，对数码照相机、数码摄像机、智能手机等移动电话、PDA(PersonalDigitalAssistant，便携式信息终端)等具有摄影功能的信息设备的需求骤增。另外，将如以上的具有摄像功能的信息设备称为摄像装置。
这些摄像装置中，作为对焦于主要被摄体的对焦控制方法，采用对比度AF(AutoFocus、自动对焦)方式或相位差AF方式。
并且，还已知有具备使透镜驱动追随移动的被摄体的模式的摄像装置。例如，专利文献1中记载有如下摄像装置，即，根据在过去多次求出的像面位置的信息预测将来的像面位置，在接下来的曝光时，以该预测的像面位置与成像元件的受光面一致的方式进行透镜驱动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2001-21794号公报
发明内容
发明所要解决的问题
若将物体至透镜的主点的距离(被摄体距离)设为b，将透镜的主点至该物体的成像面的距离(像面距离)设为a，将透镜的主点与透镜的焦点的距离(焦距)设为f，则(1/a)+(1/b)＝(1/f)……(1)成立。
若在式(1)的两边乘以abf，则af+bf＝ab……(2)。
在此，若将透镜的焦点与成像面之间的偏离量设为图像偏离量a’，则a＝f+a’……(3)的关系成立。
若将式(3)代入式(2)来整理，则a’(f-b)＝-f2……(4)。
式(4)中，假设被摄体距离充分大而-b近似于(f-b)，则a’＝f2/b……(5)。
若将式(3)代入式(5)来整理，则a＝(f2/b)+f……(6)。
如此，从式(6)可知像面距离a与被摄体距离处于倒数关系。因此，若在被摄体的成像面观测以等速沿远近方向移动的该被摄体，则每个被摄体位置的像面距离a的间隔并不均等。因此，为了准确地预测像面距离a，需要利用如专利文献1中记载的多项式的预测式，但如此一来运算量会增多。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够减少持续对焦于移动的被摄体时使用的动体预测中的运算量并且提高动体预测精度的摄像装置。
用于解决问题的手段
本发明的摄像装置，其具有通过包含聚焦透镜的摄像光学系统摄像被摄体的成像元件，其中，上述成像元件包含：第1信号检测部，检测与通过上述摄像光学系统的光瞳区域的不同部分的一对光束中的一个光束对应的信号；及第2信号检测部，检测与上述一对光束中的另一光束对应的信号，上述摄像装置具备：对焦控制部，进行驱动上述聚焦透镜来对焦于主要被摄体的对焦控制；聚焦透镜位置生成部，根据通过用上述成像元件进行的摄像而获得的上述第1信号检测部的检测信号及上述第2信号检测部的检测信号的相关运算的结果，求出成像有主要被摄体的成像面与上述成像元件的受光面一致的上述聚焦透镜的位置即聚焦透镜位置；被摄体距离换算部，将通过上述聚焦透镜位置生成部求出的聚焦透镜位置换算为主要被摄体与上述聚焦透镜之间的距离即被摄体距离；被摄体距离预测部，根据与通过上述被摄体距离换算部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述被摄体距离，预测在上述多次摄像中的最后一次摄像之后进行的摄像中的被摄体距离；聚焦透镜位置预测部，根据与通过上述聚焦透镜位置生成部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置，预测在上述多次摄像中的最后一次摄像之后进行的摄像中的上述聚焦透镜位置；及最大误差信息获取部，获取相对于通过上述聚焦透镜位置生成部生成的聚焦透镜位置的最大误差的信息，上述对焦控制部中，作为在进行上述最后一次摄像之后进行的摄像之前进行的对焦控制，根据与通过上述聚焦透镜位置生成部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置及上述最大误差的信息，选择根据通过上述透镜位置预测部预测的聚焦透镜位置驱动上述聚焦透镜的第1对焦控制及根据通过上述被摄体距离预测部预测的被摄体距离驱动上述聚焦透镜的第2对焦控制的任一个。
本发明的对焦控制方法，其为具有通过包含聚焦透镜的摄像光学系统摄像被摄体的成像元件的摄像装置中的对焦控制方法，其中，上述成像元件包含：第1信号检测部，检测与通过上述摄像光学系统的光瞳区域的不同部分的一对光束中的一个光束对应的信号；及第2信号检测部，检测与上述一对光束中的另一光束对应的信号，上述对焦控制方法具备：聚焦透镜位置生成步骤，根据通过用上述成像元件进行的摄像而获得的上述第1信号检测部的检测信号及上述第2信号检测部的检测信号的相关运算的结果，求出成像有主要被摄体的成像面与上述成像元件的受光面一致的上述聚焦透镜的位置即聚焦透镜位置；被摄体距离换算步骤，将在上述聚焦透镜位置生成步骤中求出的聚焦透镜位置换算为主要被摄体与上述聚焦透镜之间的距离即被摄体距离；被摄体距离预测步骤，根据与在上述被摄体距离换算步骤中生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述被摄体距离，预测上述多次摄像中的最后一次摄像之后进行的摄像中的被摄体距离；聚焦透镜位置预测步骤，根据与在上述聚焦透镜位置生成步骤中生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置，预测上述多次摄像中的最后一次摄像之后进行的摄像中的上述聚焦透镜位置；最大误差信息获取步骤，获取相对于在上述聚焦透镜位置生成步骤中生成的聚焦透镜位置的最大误差的信息；及对焦控制步骤，作为为了在上述最后一次摄像之后进行的摄像而进行的对焦控制，根据与在上述聚焦透镜位置生成步骤生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置及上述最大误差的信息，选择根据在上述聚焦透镜位置预测步骤中预测的聚焦透镜位置驱动上述聚焦透镜的第1对焦控制与根据在上述被摄体距离预测步骤中预测的被摄体距离驱动上述聚焦透镜的第2对焦控制的任一个，并在该摄像之前执行所选择的对焦控制。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够减少在持续对焦于移动的被摄体时使用的动体预测中的运算量并且提高动体预测精度的摄像装置。
附图说明
图1是表示用于说明本发明的一实施方式的作为摄像装置的一例的数码相机的概要结构的图。
图2是表示搭载于图1所示的数码相机的固体成像元件5的整体结构的俯视示意图。
图3是图2所示的一个AF区53的局部放大图。
图4是仅示出图3所示的相位差检测用像素52的图。
图5是用于说明相对于聚焦透镜位置的最大误差的计算方法的图。
图6是用于说明图1所示的数码相机的连拍模式时的动作的流程图。
图7是表示被摄体距离与对焦状态下的聚焦透镜位置之间的关系的图。
图8是用于说明被摄体距离中有可能产生的误差的计算方法的变形例的流程图。
图9是用于说明图8的动作中的步骤S22、S23的图。
图10是作为摄像装置说明智能手机的图。
图11是图8的智能手机的内部框图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示用于说明本发明的一实施方式的作为摄像装置的一例的数码相机的概要结构的图。
图1所示的数码相机具备透镜装置，其具有包含用于调焦的聚焦透镜、变焦透镜等的成像透镜1及光圈2。透镜装置构成摄像光学系统。透镜装置固定于相机主体。成像透镜1至少包含聚焦透镜即可。并且，也可以是通过使整个透镜系统移动来进行调焦的单焦点透镜。
相机主体具备：通过透镜装置摄像被摄体的CCD型或CMOS型等固体成像元件5；连接于固体成像元件5的输出并进行相关双采样处理等模拟信号处理的模拟信号处理部6；及将从模拟信号处理部6输出的模拟信号转换为数字信号的A/D转换电路7。模拟信号处理部6及A/D转换电路7被系统控制部11控制。模拟信号处理部6及A/D转换电路7有时还内置于固体成像元件5中。
集中控制数码相机的整个电控制系统的系统控制部11控制透镜驱动部8来调整成像透镜1中包含的聚焦透镜的位置，从而进行对焦于主要被摄体的对焦控制或调整成像透镜1中包含的变焦透镜的位置。而且，系统控制部11经由光圈驱动部9控制光圈2的开口量，由此进行曝光量的调整。系统控制部11作为对焦控制部发挥作用。
并且，系统控制部11经由成像元件驱动部10驱动固体成像元件5，将通过成像透镜1摄像的被摄体像作为摄像图像信号来输出。系统控制部11中，输入用户通过操作部14输入的命令信号。
而且，该数码相机的电控制系统具备：主存储器16；存储器控制部15，连接于主存储器16；数字信号处理部17，对从A/D转换电路7输出的摄像图像信号进行插值运算、伽马校正运算及RGB/YC转换处理等来生成摄影图像数据；相位差AF处理部19，通过相位差AF方式确定对焦位置；外部存储器控制部20，连接有装卸自如的记录介质21；及显示控制部22，连接有搭载于相机背面等的显示部23。
存储器控制部15、数字信号处理部17、相位差AF处理部19、外部存储器控制部20及显示控制部22通过控制总线24及数据总线25相互连接，根据来自系统控制部11的指令被控制。
图2是表示搭载于图1所示的数码相机的固体成像元件5的整体结构的俯视示意图。
固体成像元件5具有受光面50，所述受光面上配置有沿行方向X及与行方向正交的列方向Y排列为二维状的多个像素。在图2的例子中，该受光面50上设置有9个成为对焦对象的区即AF区53。
AF区53是作为像素包含摄像用像素及相位差检测用像素的区。
受光面50中，在除了AF区53以外的部分仅配置摄像用像素。另外，AF区53可无间隙地设置于受光面50上。
图3是图2所示的一个AF区53的局部放大图。
AF区53上以二维状排列有像素51。各像素51包含光电二极管等光电转换部及形成于该光电转换部上方的滤色器。
图3中，对包含透射红色光的滤色器(R滤波器)的像素51(R像素51)标注文字“R”，对包含透射绿色光的滤色器(G滤波器)的像素51(G像素51)标注文字“G”，对包含透射蓝色光的滤色器(B滤波器)的像素51(B像素51)标注文字“B”。滤色器的排列在整个受光面50呈拜耳排列。
AF区53中，G像素51的一部分(图3中标注阴影的像素51)成为相位差检测用像素52。图3的例子中，包含R像素51及G像素51的像素行中的任意像素行中的各G像素51及相对于该各G像素51在列方向Y上最靠近的相同颜色的G像素51成为相位差检测用像素52。在此，如图3中图示，将二维状排列的一个方向规定为X方向或行方向，将另一方向规定为Y方向或列方向。
图4是仅示出图3所示的相位差检测用像素52的图。
如图4所示，相位差检测用像素52包含相位差检测用像素52A及相位差检测用像素52B这两种像素。
相位差检测用像素52A是第1信号检测部，其接收通过成像透镜1的光瞳区域的不同部分的一对光束中的一个光束并检测与受光量相应的信号。
相位差检测用像素52B是第2信号检测部，其接收上述一对光束中的另一光束并检测与受光量相应的信号。
另外，在AF区53中，相位差检测用像素52A、52B以外的多个像素51为摄像用像素，摄像用像素接收通过成像透镜1的上述一对光束并检测与受光量相应的信号。
在各像素51的光电转换部上方设置有遮光膜，该遮光膜上形成有规定光电转换部的受光面积的开口。
摄像用像素51的开口的中心与摄像用像素51的光电转换部的中心一致。相对于此，相位差检测用像素52A的开口(图4的空白部分)的中心相对于相位差检测用像素52A的光电转换部的中心，向右侧偏心。并且，相位差检测用像素52B的开口(图4的空白部分)的中心相对于相位差检测用像素52B的光电转换部的中心，向左侧偏心。在此所说的右方向为图3所示的X方向的一方向，左方向为X方向的另一方向。
根据该结构，通过由位于任意行的相位差检测用像素52A构成的像素组及由相对于该像素组的各相位差检测用像素52A沿一方向以相同距离配置的相位差检测用像素52B构成的像素组，能够检测分别通过这两个像素组摄像的图像中的行方向X的相位差。
图1所示的相位差AF处理部19利用从位于根据用户操作等而从9个AF区53中选择的一个AF区53的相位差检测用像素52A及相位差检测用像素52B读出的检测信号组，运算通过上述一对光束形成的2个图像的相对位置偏离量即相位差。
并且，相位差AF处理部19根据该相位差，生成基于成像透镜1的主要被摄体的成像面与固体成像元件5的受光面一致时的聚焦透镜的位置信息。相位差AF处理部19作为聚焦透镜位置生成部发挥作用。具体而言，相位差AF处理部19根据相位差求出散焦量，将该散焦量转换为驱动聚焦透镜的马达的驱动脉冲数，并将该驱动脉冲数作为表示用于获得对焦状态的聚焦透镜位置。
另外，本说明书中，将聚焦透镜的可移动范围内的例如最接近端作为基准位置，将距该基准位置的距离(驱动脉冲数)作为聚焦透镜的位置的信息。
另外，AF区53不仅是1个，也可以设为能够选择连续排列的多个区。
无法以相位差检测用像素52A或相位差检测用像素52B的行方向X上的配置间隔以上的精度求出通过相位差AF处理部19计算出的相位差。图3的例子中，相位差检测用像素52A隔开1个像素而配置，因此能够以1个像素单位检测相位差。但是，无法检测小于1个像素的距离的相位差。例如，即使在通过相位差检测用像素52A摄像的图像与通过相位差检测用像素52B摄像的图像沿行方向X偏离0.5个像素量时，相位差也会作为1个像素来检测，产生0.5个像素量的误差。
并且，即使在摄像相同的被摄体时，通过相位差AF处理部19计算出的相位差的大小也会根据成像透镜1的F值(成像透镜1的焦距除以成像透镜1的口径(开放光圈2时的光圈2的开口直径)的值)、摄像时的光圈值、摄像时的变焦倍率、固体成像元件5的噪声等而发生变化。因此，上述的误差的大小会根据成像透镜1的F值、摄像时的光圈值、摄像时的变焦倍率、固体成像元件5的噪声等而发生变化。
图1所示的数码相机预先在主存储器16中存储相对于通过相位差AF处理部19生成的用于获得对焦状态的聚焦透镜位置中有可能产生的最大误差(以下，最大误差)的信息。
作为最大误差的求出方法，有如下方法，即，以所有组合改变光圈值与变焦倍率来摄像已知成为对焦状态的聚焦透镜位置的被摄体，求出根据在各组合中获得的相位差求出的聚焦透镜位置中的最大值与该已知的聚焦透镜位置之差来作为最大误差。
并且，有根据相位差检测用像素52的行方向X上的配置间隔及成像透镜1的F值求出最大误差的方法。
图5是用于说明通过运算求出最大误差的方法的图。
如图5所示，将主要被摄体P通过成像透镜1成像的面即成像面与固体成像元件5的受光面之间的距离设为x，将通过相位差AF处理部19计算出的相位差设为y，将从主要被摄体P入射于成像面的光的入射角设为θ。
成像透镜1的F值具有F值＝2/tan(θ)的关系，因此成为tan(θ)＝2/(F值)。
并且，距离x成为x＝y/2tan(θ)，若在此代入tan(θ)＝2/(F值)，则成为x＝y*(F值)/4。
其中，关于y的值，如上所述，由于无法检测小于相位差检测用像素的行方向X上的配置间隔的值，因此在x＝y*(F值)/4的式中，将对y代入该配置间隔来获得的值换算为驱动脉冲数的值成为上述最大误差。如此，能够根据相位差检测用像素的配置间隔信息及成像透镜1的F值信息计算出最大误差。
以下，对连续进行多次(以下，设定为K次)在对焦于主要被摄体的状态下通过固体成像元件5进行摄像(静态图像摄像)的摄像处理的连拍模式中的数码相机的动作进行说明。摄像是指从开始固体成像元件5的曝光至从固体成像元件5读出通过该曝光获得的摄像图像信号为止的处理。
若设定为连拍模式，则系统控制部11通过固体成像元件5开始用于即时预览图像显示的摄像。由此，反复进行基于固体成像元件5的摄像、根据通过该摄像获得的摄像图像信号生成摄像图像数据、基于该摄像图像数据的即时预览图像向显示部23的显示这一系列的处理。
若通过操作部14中包含的快门按钮的操作等而命令开始连拍摄像，则相位差AF处理部19根据通过即将开始该命令之前的摄像而获得的摄像图像信号获取位于所选择的AF区53的相位差检测用像素52A及相位差检测用像素52B的检测信号，并进行相位差检测用像素52A与相位差检测用像素52B的检测信号组彼此的相关运算。
相位差AF处理部19根据该相关运算结果求出相位差，并根据该相位差计算用于获得对焦状态的聚焦透镜位置，对计算出的聚焦透镜位置与计算出的时刻建立关联而存储于主存储器16(步骤S1)。
接着，系统控制部11进行获取通过相位差AF处理部19计算出的聚焦透镜位置的信息，并使聚焦透镜向该聚焦透镜位置移动的对焦控制之后，通过固体成像元件5进行连拍的第N帧的摄像(步骤S2)。另外，N的初始值为“1”。
根据通过该步骤S2的摄像而获得的摄像图像信号，通过数字信号处理部17生成摄像图像数据，该摄像图像数据记录于记录介质21。
步骤S2之后，若N＝K(步骤S3：YES)，则系统控制部11结束连拍摄像，若N≠K(步骤S3：NO)，则系统控制部11使相位差AF处理部19进行步骤S4的处理。
步骤S4中，相位差AF处理部19利用通过步骤S2的摄像而获得的摄像图像信号中包含的相位差检测用像素的检测信号，计算用于获得对焦状态的聚焦透镜位置，对计算出的聚焦透镜位置与计算出的时刻建立关联而存储于主存储器16。
步骤S4之后，系统控制部11从主存储器16获取存储于主存储器16的聚焦透镜位置中建立关联的时刻最新的位置(设为聚焦透镜位置l1)及第二新的位置(设为聚焦透镜位置l2)，将所获取的聚焦透镜位置l1、l2换算为被摄体距离(步骤S5)。系统控制部11作为被摄体距离换算部发挥作用。
对焦状态是指固体成像元件5的受光面与成像透镜1的成像面一致，因此用于获得对焦状态的聚焦透镜位置、和成像透镜1的主点与成像面之间的距离即上述的像面距离a对应。
因此，步骤S5中，系统控制部11将成像透镜1的焦距代入式(6)的f，并将聚焦透镜位置l1代入式(6)的a来求出b，由此将聚焦透镜位置l1换算为被摄体距离L1。并且，系统控制部11将成像透镜1的焦距代入式(6)的f，并将聚焦透镜位置l2代入式(6)的a来求出b，由此将聚焦透镜位置l2换算为被摄体距离L2。
步骤S5之后，系统控制部11利用被摄体距离L1及被摄体距离L2来预测摄像第N帧的下一帧时的被摄体距离L3(步骤S6)。作为被摄体距离的预测方法，采用周知的方法即可。系统控制部11作为被摄体距离预测部发挥作用。
接着，系统控制部11将所预测的被摄体距离L3换算为聚焦透镜位置l3。系统控制部11将被摄体距离L3代入式(6)的b来求出聚焦透镜位置l3(步骤S7)。
接着，系统控制部11从主存储器16获取相对于通过位置相位差AF处理部19生成的聚焦透镜位置的最大误差(在此设为α)的信息(步骤S8)。系统控制部11作为最大误差信息获取部发挥作用。
接着，系统控制部11根据式(6)将聚焦透镜位置l3加上α的值换算为被摄体距离L3a，根据式(6)将从聚焦透镜位置l3减去α的值换算为被摄体距离L3b(步骤S9)。
图7是表示对焦状态下的被摄体距离(b)与聚焦透镜位置(像面距离a)之间的关系的图。
如图7所示，当被摄体距离为B时，根据被摄体距离B换算的聚焦透镜位置成为x1，与x1加上最大误差即α的值对应的被摄体距离Bb及与从x1减去最大误差即α的值对应的被摄体距离Ba各自与被摄体距离B之间的差(忽视符号的绝对值)成为较小值。
另一方面，被摄体距离为充分大于B的A时，根据被摄体距离A换算的聚焦透镜位置成为x2，与x2加上最大误差即α的值对应的被摄体距离Ab及与从x2减去最大误差即α的值对应的被摄体距离Aa各自与被摄体距离A之间的差(忽视符号的绝对值)成为较大的值。
如此，当根据通过相位差AF处理部19生成的多个聚焦透镜位置来预测的被摄体距离较大时，由于相对于聚焦透镜位置的最大误差，相对于所预测的距离的误差也变大。因此，若根据所预测的被摄体距离进行对焦控制，则会导致对焦精度的下降。
因此，系统控制部11在步骤S10中判定被摄体距离L3a与被摄体距离L3b之间的差量是否超过阈值TH，当该差量超过阈值TH时，进行步骤S11的处理，当该差量不超过阈值TH时，进行步骤S12的处理。
步骤S11中，系统控制部11根据聚焦透镜位置l1、l2预测摄像第N帧的下一帧时的聚焦透镜位置l3a。系统控制部11作为聚焦透镜位置预测部发挥作用。作为聚焦透镜位置的预测方法，使用专利文献1中记载的方法等公知的方法即可。
步骤S11之后，系统控制部11进行使聚焦透镜向所预测的聚焦透镜位置l3a移动的对焦控制(第1对焦控制)(步骤S13)。
步骤S12中，系统控制部11进行使聚集透镜向根据所预测的被摄体距离L3换算的聚焦透镜位置l3移动的对焦控制(第2对焦控制)。
步骤S12及步骤S13之后，在步骤S14中N变更为(N+1)并进行步骤S2的处理。
如以上，根据图1的数码相机，仅在步骤S6中预测的被摄体距离L3变大时进行步骤S11、S13的处理(根据过去的多个聚焦透镜位置预测将来的聚焦透镜位置来进行对焦控制的处理)。因此，与始终预测聚焦透镜位置来进行对焦控制的以往方式相比，能够减少动体预测所需的运算量，能够实现对动体的跟踪速度的提高、消耗电力的下降。
图6中，作为此后进行的帧的摄像中的被摄体距离中有可能产生的误差，首先预测被摄体距离L3，根据该被摄体距离L3及最大误差的信息生成被摄体距离L3a及被摄体距离L3b，求出被摄体距离L3a与被摄体距离L3b之差作为误差。以下，对该误差的求出方法的变形例进行说明。
图8是用于说明被摄体距离中有可能产生的误差的计算方法的变形例的流程图。图8中，对与图6相同的处理标注相同符号，并省略说明。
步骤S4之后，系统控制部11从主存储器16获取相对于通过相位差AF处理部19生成的聚焦透镜位置的最大误差(在此设为α)的信息(步骤S20)。
接着，系统控制部11从主存储器16获取存储于主存储器16的聚焦透镜位置中建立关联的时刻最新的位置(设为聚焦透镜位置l1)及第二新的位置(设为聚焦透镜位置l2)。
并且，系统控制部11将聚焦透镜位置l1加上最大误差α的值换算为被摄体距离Ba，将从聚焦透镜位置l1减去最大误差α的值换算为被摄体距离Bb。并且，系统控制部11将聚焦透镜位置l2加上最大误差α的值换算为被摄体距离Aa，将从聚焦透镜位置l2减去最大误差α的值换算为被摄体距离Ab(步骤S21)。
如图9所示，通过该处理，针对时刻t1生成2个被摄体距离(黑色圆形记号)，针对時刻t2生成2个被摄体距离(黑色圆形记号)。
步骤S21之后，系统控制部11利用被摄体距离Ba及被摄体距离Aa预测下一帧的摄像時刻t3中的被摄体距离的误差上限值即被摄体距离Ca(步骤S22。并且，系统控制部11利用被摄体距离Bb及被摄体距离Ab预测時刻t3中的被摄体距离的误差下限值即被摄体距离Cb(步骤S23)。
接着，系统控制部11判定距离Ca与距离Cb之间的差量是否超过阈值TH，当该差量超过阈值TH时，进行步骤S11的处理，当该差量不超过阈值TH时，依次进行图6的步骤S5、图6的步骤S6的处理之后进行步骤S12的处理。
根据图8的动作，步骤S24的判定为YES时，无需进行预测在步骤S12中使用的被摄体距离L3的处理。因此，能够减少不必要的运算来减少消耗电力。
此前，以透镜装置固定于相机主体为前提来进行了说明。但是，本发明还能够适用于透镜装置能够装卸于相机主体的透镜更换式数码相机。
当为透镜更换式数码相机时，系统控制部11从内置于透镜装置的存储部获取该透镜装置中包含的成像透镜的F值及焦距的信息。系统控制部11作为F值获取部发挥作用。并且，系统控制部11从作为存储相位差检测用像素的配置间隔信息的存储部的主存储器16获取该配置间隔信息，根据该信息及从透镜装置获取的F值计算最大误差并存储于主存储器16。并且，系统控制部11根据从透镜装置获取的焦距生成式(6)所示的函数并存储于主存储器16。
另外，可设为能够由用户通过手动向系统控制部11输入更换透镜中的成像透镜的F值及焦距信息。
在图6、8所示的动作流程中，系统控制部11根据存储于主存储器16的上述函数进行将聚焦透镜位置换算为被摄体距离的换算处理、将被摄体距离换算为聚焦透镜位置的换算处理。并且，在步骤S9中，系统控制部11利用存储于主存储器16的最大误差的信息来获得被摄体距离L3a、L3b。
如此，即使是透镜更换型的数码相机，通过与所安装的透镜装置对应地生成式(6)的函数及最大误差来预先存储于存储器，能够实现对动体的跟踪速度的提高、消耗电力的下降。
本说明书中作为摄像装置以数码相机为例，以下，作为摄像装置对附带相机的智能手机的实施方式进行说明。
图10表示作为本发明的摄影装置的一实施方式的智能手机200的外观。图10所示的智能手机200具有平板状框体201，在框体201的一侧面具备作为显示部的显示面板202与作为输入部的操作面板203成为一体的显示输入部204。并且，这种框体201具备扬声器205、麦克风206、操作部207及相机部208。另外，框体201的结构并不限定于此，例如能够采用显示部与输入部独立的结构，或者采用具有折叠结构或滑动机构的结构。
图11是表示图10所示的智能手机200的结构的框图。如图11所示，作为智能手机的主要的构成要件，具备无线通信部210、显示输入部204、通话部211、操作部207、相机部208、存储部212、外部输入输出部213、GPS(GlobalPositioningSystem)接收部214、动作传感器部215、电源部216及主控制部220。并且，作为智能手机200的主要功能，具备经由省略图示的基站装置BS和省略图示的移动通信网NW进行移动无线通信的无线通信功能。
无线通信部210根据主控制部220的命令，对容纳于移动通信网NW的基站装置BS进行无线通信。使用该无线通信，进行语音数据、图像数据等各种文件数据、电子邮件数据等的收发及Web数据或流数据等的接收。
显示输入部204是所谓的触摸面板，其具备显示面板202及操作面板203，所述显示输入部通过主控制部220的控制，显示图像(静态图像及动态图像)和文字信息等来视觉性地向用户传递信息，并且检测用户对所显示的信息的操作。
显示面板202是将LCD(LiquidCrystalDisplay)、OELD(OrganicElectro-LuminescenceDisplay)等用作显示设备的装置。
操作面板203是以能够视觉辨认显示于显示面板202的显示面上的图像的方式载置，并检测通过用户的手指或触控笔来操作的一个或多个坐标的设备。若通过用户的手指或触控笔操作该设备，则将因操作而产生的检测信号输出至主控制部220。接着，主控制部220根据所接收的检测信号检测显示面板202上的操作位置(坐标)。
如图10所示，作为本发明的摄影装置的一实施方式来例示的智能手机200的显示面板202与操作面板203成为一体而构成显示输入部204，其中，配置成操作面板203完全覆盖显示面板202。
采用该配置时，操作面板203可以对显示面板202以外的区域也具备检测用户操作的功能。换言之，操作面板203可具备针对与显示面板202重叠的重叠部分的检测区域(以下，称为显示区域)、及针对除此以外的不与显示面板202重叠的外缘部分的检测区域(以下，称为非显示区域)。
另外，可使显示区域的大小与显示面板202的大小完全一致，但无需一定要使两者一致。并且，操作面板203可具备外缘部分及除此以外的内侧部分这两个感应区域。而且，外缘部分的宽度根据框体201的大小等而适当设计。此外，作为在操作面板203中采用的位置检测方式，可举出矩阵开关方式、电阻膜方式、表面弹性波方式、红外线方式、电磁感应方式或静电电容方式等，还可以采用任意方式。
通话部211具备扬声器205和麦克风206，所述通话部将通过麦克风206输入的用户的语音转换成能够在主控制部220中处理的语音数据来输出至主控制部220、或者对通过无线通信部210或外部输入输出部213接收的语音数据进行解码而从扬声器205输出。并且，如图10所示，例如能够将扬声器205搭载于与设置有显示输入部204的面相同的面，并将麦克风206搭载于框体201的侧面。
操作部207为使用键开关等的硬件键，接受来自用户的命令。例如，如图10所示，操作部207搭载于智能手机200的框体201的侧面，是用手指等按下时开启，手指离开时通过弹簧等的复原力而成为关闭状态的按钮式开关。
存储部212存储主控制部220的控制程序和控制数据、应用软件、将通信对象的名称和电话号码等建立对应关联的地址数据、所收发的电子邮件的数据、通过Web浏览下载的Web数据及已下载的内容数据，并且临时存储流数据等。并且，存储部212由内置于智能手机的内部存储部217及装卸自如且具有外部存储器插槽的外部存储部218构成。另外，构成存储部212的各个内部存储部217与外部存储部218通过使用闪存类型(flashmemorytype)、硬盘类型(harddisktype)、微型多媒体卡类型(multimediacardmicrotype)、卡类型的存储器(例如，MicroSD(注册商标)存储器等)、RAM(RandomAccessMemory)或ROM(ReadOnlyMemory)等存储介质来实现。
外部输入输出部213发挥与连结于智能手机200的所有外部设备的接口的作用，用于通过通信等(例如，通用串行总线(USB)、IEEE1394等)或网络(例如，互联网、无线LAN、蓝牙(Bluetooth)(注册商标)、RFID(RadioFrequencyIdentification)、红外线通信(InfraredDataAssociation：IrDA)(注册商标)、UWB(UltraWideband)(注册商标)或紫蜂(ZigBee)(注册商标)等)直接或间接地与其他外部设备连接。
作为与智能手机200连结的外部设备，例如有：有/无线头戴式耳机、有/无线外部充电器、有/无线数据端口、经由卡插槽连接的存储卡(Memorycard)或SIM(SubscriberIdentityModuleCard)/UIM(UserIdentityModuleCard)卡、经由语音/视频I/O(Input/Output)端子连接的外部语音/视频设备、无线连接的外部语音/视频设备、有/无线连接的智能手机、有/无线连接的个人计算机、有/无线连接的PDA、有/无线连接的个人计算机、耳机等。外部输入输出部213能够将从这种外部设备接收到传送的数据传递至智能手机200内部的各构成要件、或将智能手机200内部的数据传送至外部设备。
GPS接收部214根据主控制部220的命令接收从GPS卫星ST1～STn发送的GPS信号，执行基于所接收的多个GPS信号的测位运算处理，检测包含该智能手机200的纬度、经度、高度的位置。GPS接收部214在能够从无线通信部210或外部输入输出部213(例如，无线LAN)获取位置信息时，还能够利用该位置信息来检测位置。
动作传感器部215例如具备三轴加速度传感器等，根据主控制部220的命令，检测智能手机200的物理动作。通过检测智能手机200的物理动作，可检测智能手机200的移动方向或加速度。该检测结果被输出至主控制部220。
电源部216根据主控制部220的命令，向智能手机200的各部供给积蓄在电池(未图示)中的电力。
主控制部220具备微处理器，根据存储部212所存储的控制程序或控制数据进行动作，统一控制智能手机200的各部。并且，主控制部220为了通过无线通信部210进行语音通信或数据通信，具备控制通信系统的各部的移动通信控制功能及应用处理功能。
应用处理功能通过主控制部220根据存储部212所存储的应用软件进行动作来实现。作为应用处理功能，例如有控制外部输入输出部213来与对象设备进行数据通信的红外线通信功能、进行电子邮件的收发的电子邮件功能、浏览Web页的Web浏览功能等。
并且，主控制部220具备根据接收数据或所下载的流数据等图像数据(静态图像或动态图像的数据)在显示输入部204显示影像等的图像处理功能。图像处理功能是指主控制部220对上述图像数据进行解码，对该解码结果实施图像处理并将图像显示于显示输入部204的功能。
而且，主控制部220执行对显示面板202的显示控制及检测通过操作部207、操作面板203进行的用户操作的操作检测控制。通过执行显示控制，主控制部220显示用于启动应用软件的图标或滚动条等软件键，或者显示用于创建电子邮件的窗口。另外，滚动条是指用于使无法全部容纳于显示面板202的显示区域的较大图像等，接受使图像的显示部分移动的命令的软件键。
并且，通过执行操作检测控制，主控制部220检测通过操作部207进行的用户操作，或者通过操作面板203接受对上述图标的操作或对上述窗口的输入栏输入字符串，或者接受通过滚动条进行的显示图像的滚动请求。
而且，通过执行操作检测控制，主控制部220具备判定对操作面板203操作的位置是与显示面板202重叠的重叠部分(显示区域)还是除此以外的不与显示面板202重叠的外缘部分(非显示区域)，并控制操作面板203的感应区域或软件键的显示位置的触摸面板控制功能。
并且，主控制部220还能够检测对操作面板203的手势操作，并根据检测出的手势操作执行预先设定的功能。手势操作表示并非以往的简单的触摸操作，而是通过手指等描绘轨迹、或者同时指定多个位置、或者组合这些来从多个位置对至少一个描绘轨迹的操作。
相机部208包含图1所示的数码相机中的外部存储器控制部20、记录介质21、显示控制部22、显示部23及操作部14以外的结构。
通过相机部208生成的摄像图像数据记录于存储部212或通过输入输出部213或无线通信部210输出。
图10所示的智能手机200中，相机部208搭载于与显示输入部204相同的面，但相机部208的搭载位置并不限于此，也可搭载于显示输入部204的背面。
并且，相机部208能够利用于智能手机200的各种功能。例如，能够在显示面板202显示通过相机部208获取的图像，或作为显示面板203的操作输入之一来利用相机部208的图像。
并且，GPS接收部214检测位置时，还能够参考来自相机部208的图像来检测位置。而且，还能够参考来自相机部208的图像，不使用三轴加速度传感器或与三轴加速度传感器同时使用来判断智能手机200的相机部208的光轴方向或判断当前的使用环境。当然，还能够在应用软件内利用来自相机部208的图像。
另外，还能够在静态图像或动态图像的图像数据上附加通过GPS接收部214获取的位置信息、通过麦克风206获取的语音信息(可通过主控制部等进行语音文本转换而成为文本信息)、通过动作传感器部215获取的姿勢信息等而记录于记录部212或通过输入输出部213或无线通信部210输出。
在如以上结构的智能手机200中，作为相机部208的成像元件使用固体成像元件5，并在主控制部220中进行图6、8中例示的处理，由此能够提高连拍模式中的摄像质量。
如以上说明，本说明书中公开有以下事项。
所公开的摄像装置，其具有通过包含聚焦透镜的摄像光学系统摄像被摄体的成像元件，其中，上述成像元件包含：第1信号检测部，检测与通过上述摄像光学系统的光瞳区域的不同部分的一对光束中的一个光束对应的信号；及第2信号检测部，检测与上述一对光束中的另一光束对应的信号，上述摄像装置具备：对焦控制部，进行驱动上述聚焦透镜来对焦于主要被摄体的对焦控制；聚焦透镜位置生成部，根据通过用上述成像元件进行的摄像而获得的上述第1信号检测部的检测信号及上述第2信号检测部的检测信号的相关运算的结果，求出成像有主要被摄体的成像面与上述成像元件的受光面一致的上述聚焦透镜的位置即聚焦透镜位置；被摄体距离换算部，将通过上述聚焦透镜位置生成部求出的聚焦透镜位置换算为主要被摄体与上述聚焦透镜之间的距离即被摄体距离；被摄体距离预测部，根据与通过上述被摄体距离换算部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述被摄体距离，预测在上述多次摄像中的最后一次摄像之后进行的摄像中的被摄体距离；聚焦透镜位置预测部，根据与通过上述聚焦透镜位置生成部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置，预测在上述多次摄像中的最后一次摄像之后进行的摄像中的上述聚焦透镜位置；及最大误差信息获取部，获取相对于通过上述聚焦透镜位置生成部生成的聚焦透镜位置的最大误差的信息，上述对焦控制部中，作为在进行上述最后一次摄像之后进行的摄像之前进行的对焦控制，根据与通过上述聚焦透镜位置生成部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置及上述最大误差的信息，选择根据通过上述透镜位置预测部预测的聚焦透镜位置驱动上述聚焦透镜的第1对焦控制及根据通过上述被摄体距离预测部预测的被摄体距离驱动上述聚焦透镜的第2对焦控制的任一个。
所公开的摄像装置，其中，上述对焦控制部中，根据从通过上述被摄体距离预测部预测的上述被摄体距离换算的上述聚焦透镜位置加上上述最大误差及减去上述最大误差，将由此获得的位置分别通过上述被摄体距离换算部换算为被摄体距离，当上述换算的2个被摄体距离之差超过阈值时，选择上述第1对焦控制，当上述差为上述阈值以下时，选择上述第2对焦控制。
所公开的摄像装置，其中，上述对焦控制部中，在与通过上述聚焦透镜位置生成部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置加上上述最大误差，根据由此获得的位置预测在上述多次摄像之后进行的摄像中的第1被摄体距离，从与上述多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置减去上述最大误差，根据由此获得的位置预测在上述多次摄像之后进行的摄像中的第2被摄体距离，当上述第1被摄体距离与上述第2被摄体距离之差超过阈值时，选择上述第1对焦控制，当上述差为上述阈值以下时，选择上述第2对焦控制。
所公开的摄像装置，其中，上述摄像光学系统可更换，上述摄像装置具备：存储部，存储上述成像元件中的上述第1信号检测部或上述第2信号检测部的配置间隔的信息；及F值获取部，获取所安装的上述摄像光学系统的F值的信息，上述最大误差信息获取部中，根据存储于上述存储部的上述配置间隔的信息及通过上述F值获取部获取的F值的信息计算上述最大误差，由此获取上述最大误差的信息。
所公开的对焦控制方法，其中，其为具有通过包含聚焦透镜的摄像光学系统摄像被摄体的成像元件的摄像装置中的对焦控制方法，其中，上述成像元件包含：第1信号检测部，检测与通过上述摄像光学系统的光瞳区域的不同部分的一对光束中的一个光束对应的信号；及第2信号检测部，检测与上述一对光束中的另一光束对应的信号，上述对焦控制方法具备：聚焦透镜位置生成步骤，根据通过用上述成像元件进行的摄像而获得的上述第1信号检测部的检测信号及上述第2信号检测部的检测信号的相关运算的结果，求出成像有主要被摄体的成像面与上述成像元件的受光面一致的上述聚焦透镜的位置即聚焦透镜位置；被摄体距离换算步骤，将在上述聚焦透镜位置生成步骤中求出的聚焦透镜位置换算为主要被摄体与上述聚焦透镜之间的距离即被摄体距离；被摄体距离预测步骤，根据与在上述被摄体距离换算步骤中生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述被摄体距离，预测上述多次摄像中的最后一次摄像之后进行的摄像中的被摄体距离；聚焦透镜位置预测步骤，根据与在上述聚焦透镜位置生成步骤中生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置，预测上述多次摄像中的最后一次摄像之后进行的摄像中的上述聚焦透镜位置；最大误差信息获取步骤，获取相对于在上述聚焦透镜位置生成步骤中生成的聚焦透镜位置的最大误差的信息；及对焦控制步骤，作为为了在上述最后一次摄像之后进行的摄像而进行的对焦控制，根据与在上述聚焦透镜位置生成步骤生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的上述聚焦透镜位置及上述最大误差的信息，选择根据在上述聚焦透镜位置预测步骤中预测的聚焦透镜位置驱动上述聚焦透镜的第1对焦控制与根据在上述被摄体距离预测步骤中预测的被摄体距离驱动上述聚焦透镜的第2对焦控制的任一个，并在该摄像之前执行所选择的对焦控制。
产业上的可利用性
本发明适用于数码相机、智能手机等时，便利性较高，尤其有效。
符号说明
1成像透镜
2光圈
5固体成像元件
11系统控制部
19相位差AF处理部
52A、52B相位差检测用像素

Claims (5)

1.一种摄像装置，具有成像元件，该成像元件通过包含聚焦透镜的摄像光学系统来摄像被摄体，其中，
所述成像元件包含：第1信号检测部，检测与从所述摄像光学系统的光瞳区域的不同部分通过的一对光束中的一个光束对应的信号；及第2信号检测部，检测与所述一对光束中的另一光束对应的信号，
所述摄像装置具备：
对焦控制部，进行驱动所述聚焦透镜来对焦于主要被摄体的对焦控制；
聚焦透镜位置生成部，根据通过用所述成像元件进行的摄像而获得的所述第1信号检测部的检测信号及所述第2信号检测部的检测信号的相关运算的结果，求出成像有主要被摄体的成像面与所述成像元件的受光面一致的所述聚焦透镜的位置即聚焦透镜位置；
被摄体距离换算部，将通过所述聚焦透镜位置生成部求出的聚焦透镜位置换算为主要被摄体与所述聚焦透镜之间的距离即被摄体距离；
被摄体距离预测部，根据与通过所述被摄体距离换算部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的所述被摄体距离，预测在所述多次摄像中的最后的摄像之后进行的摄像中的被摄体距离；
聚焦透镜位置预测部，根据与通过所述聚焦透镜位置生成部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的所述聚焦透镜位置，预测在所述多次摄像中的最后的摄像之后进行的摄像中的所述聚焦透镜位置；及
最大误差信息获取部，获取与通过所述聚焦透镜位置生成部生成的聚焦透镜位置相对的最大误差的信息，
所述对焦控制部中，根据与通过所述聚焦透镜位置生成部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的所述聚焦透镜位置及所述最大误差的信息，选择按照通过所述透镜位置预测部预测出的聚焦透镜位置来驱动所述聚焦透镜的第1对焦控制、及按照通过所述被摄体距离预测部预测出的被摄体距离来驱动所述聚焦透镜的第2对焦控制的任一个，作为在所述最后的摄像之后进行的摄像之前进行的对焦控制。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述对焦控制部将对根据通过所述被摄体距离预测部预测出的所述被摄体距离而换算出的所述聚焦透镜位置加上所述最大误差及减去所述最大误差所获得的位置分别通过所述被摄体距离换算部换算为被摄体距离，当所述换算出的2个被摄体距离之差超过阈值时，选择所述第1对焦控制，当所述差为所述阈值以下时，选择所述第2对焦控制。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述对焦控制部根据对与通过所述聚焦透镜位置生成部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的所述聚焦透镜位置加上所述最大误差所获得的位置，预测在所述多个摄像之后进行的摄像中的第1被摄体距离，根据从与所述多次摄像中的每一次摄像对应的所述聚焦透镜位置减去所述最大误差而获得的位置，预测在所述多次摄像之后进行的摄像中的第2被摄体距离，当所述第1被摄体距离与所述第2被摄体距离之差超过阈值时，选择所述第1对焦控制，当所述差为所述阈值以下时，选择所述第2对焦控制。
4.根据权利要求2或3所述的摄像装置，其中，
所述摄像光学系统能够更换，
所述摄像装置具备：
存储部，存储所述成像元件中的所述第1信号检测部或所述第2信号检测部的配置间隔的信息；及
F值获取部，获取所安装的所述摄像光学系统的F值的信息，
所述最大误差信息获取部根据存储于所述存储部的所述配置间隔的信息及通过所述F值获取部获取的F值的信息计算所述最大误差，由此获取所述最大误差的信息。
5.一种对焦控制方法，是具有成像元件的摄像装置中的对焦控制方法，该成像元件通过包含聚焦透镜的摄像光学系统来摄像被摄体的，其中，
所述成像元件包含：第1信号检测部，检测与从所述摄像光学系统的光瞳区域的不同部分通过的一对光束中的一个光束对应的信号；及第2信号检测部，检测与所述一对光束中的另一光束对应的信号，
所述对焦控制方法具备：
聚焦透镜位置生成步骤，根据通过用所述成像元件进行的摄像而获得的所述第1信号检测部的检测信号及所述第2信号检测部的检测信号的相关运算的结果，求出成像有主要被摄体的成像面与所述成像元件的受光面一致的所述聚焦透镜的位置即聚焦透镜位置；
被摄体距离换算步骤，将在所述聚焦透镜位置生成步骤中求出的聚焦透镜位置换算为主要被摄体与所述聚焦透镜之间的距离即被摄体距离；
被摄体距离预测步骤，根据与在所述被摄体距离换算步骤中生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的所述被摄体距离，预测所述多次摄像中的最后的摄像之后进行的摄像中的被摄体距离；
聚焦透镜位置预测步骤，根据与在所述聚焦透镜位置生成步骤中生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的所述聚焦透镜位置，预测所述多次摄像中的最后的摄像之后进行的摄像中的所述聚焦透镜位置；
最大误差信息获取步骤，获取与在所述聚焦透镜位置生成步骤中生成的聚焦透镜位置相对的最大误差的信息；及
对焦控制步骤，根据与在所述聚焦透镜位置生成部生成的以时序列连续的多次摄像中的每一次摄像对应的所述聚焦透镜位置及所述最大误差的信息，选择按照在所述聚焦透镜位置预测步骤中预测出的聚焦透镜位置来驱动所述聚焦透镜的第1对焦控制、及按照在所述被摄体距离预测步骤中预测出的被摄体距离来驱动所述聚焦透镜的第2对焦控制的任一个，作为为了在所述最后的摄像之后进行的摄像而进行的对焦控制，并在该摄像之前执行所选择的对焦控制。
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