JP2007036775A - 撮像装置およびフォーカス制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＸＹアドレス走査型の撮像素子を用いた撮像装置でのオートフォーカス精度を向上させる。
【解決手段】 固体撮像素子の撮像面上に少なくとも垂直方向に対する位置の異なる複数の検波領域が設定され、ＡＦ検波処理回路２０は、撮像により得られた画像信号から検波領域ごとに高周波成分を抽出する。ＭＣＵ６は、各検波領域での露光期間におけるフォーカスレンズ１１の位置に基づき、検波領域ごとに各露光期間に対するフォーカスレンズ１１の位置の重心を個別に演算する。そして、検波領域ごとの高周波成分の抽出結果と、それらの抽出結果にそれぞれ対応する重心の演算結果とを基に、フォーカスが合うときのフォーカスレンズ１１の位置を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置、およびその撮像装置におけるフォーカス制御装置に関し、特に、ＸＹアドレス走査型の撮像素子を用いた場合に適した撮像装置およびフォーカス制御装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置の多くに、被写体に対してフォーカスを自動的に合わせるオートフォーカス機能が搭載されている。一般に、オートフォーカス機能は、撮像画像信号の高周波成分に基づいて撮像画像のコントラストを検出し、コントラストが高いときにフォーカスが合っていると判定することで実現される。例えば、所定の設定領域内に存在する撮像画像信号の高周波成分を積分したフォーカス評価値と呼ばれるデータを生成し、このフォーカス評価値が最大となるようにフォーカスレンズを移動する。

また、このような手法を用いてジャストフォーカス位置（フォーカスが合うときのフォーカスレンズ位置）を求める際に、フィルタ係数などの異なる複数のフォーカス評価値をフォーカスレンズの位置ごとに求めて記憶しておき、それらの記憶データを用いることでフォーカス制御の精度を高めた装置があった（例えば、特許文献１参照）。

ところで、このような撮像装置に用いる撮像素子としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサが最も一般的であったが、近年では、固体撮像素子の一層の多画素化が進むのに従って、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサが注目されている。ＣＭＯＳ型イメージセンサは、画素信号のランダムアクセスが可能である点や、ＣＣＤ型イメージセンサと比較して読み出しが高速で、高感度、低消費電力といった特徴がある。

しかし、ＣＭＯＳ型イメージセンサなどのＸＹアドレス走査型撮像素子の備える電子シャッタ機能は、ＣＣＤ型イメージセンサで実現されるいわゆるグローバルシャッタと異なり、２次元配列された多数の画素を画素行ごとに順次走査して信号を行う、いわゆるローリングシャッタ（あるいはフォーカルプレインシャッタとも呼ばれる）として実現される。このため、行ごとに露光期間がずれることが、撮影上問題になる場合があった。

図７は、グローバルシャッタを用いた場合の露光タイミングとフォーカスレンズ位置との関係を示す図である。
図７は、図中上側で撮像素子における露光タイミングを、下側でそのときのフォーカスレンズの位置の変化をそれぞれ示している。この図の場合、タイミングＴ５１〜Ｔ５３の間に、フォーカスレンズがＰ５３からＰ５１に移動している。また、露光位置Ｌ５１〜Ｌ５３は、撮像素子上の垂直方向の空間位置をそれぞれ示している。

グローバルシャッタを用いて撮像した場合、例えばタイミングＴ５１〜Ｔ５２の間では、撮像素子上の全画素において同じ露光期間Ｃ５０に露光が行われる。このため、露光位置Ｌ５１〜Ｌ５３のいずれの露光期間でも、フォーカスレンズはＰ５３からＰ５２に移動しており、露光時間に対するフォーカスレンズ位置の重心Ｇ５０は、いずれの期間でもＰ５２とＰ５３との中点となる。従って、露光位置Ｌ５１〜Ｌ５３でそれぞれ検波したフォーカス評価値を用いて、ジャストフォーカス位置を高精度に求めることができる。

図８は、ローリングシャッタを用いた場合の露光タイミングとフォーカスレンズ位置との関係を示す図である。
図８の例では、タイミングＴ６１〜Ｔ６３の間に、フォーカスレンズがＰ６２からＰ６１に移動している。ローリングシャッタを用いた場合、各画素における電荷の蓄積開始および転送のタイミングが垂直方向に進むのに従って順次遅延する。このため、例えばタイミングＴ６１を起点として所定時間の露光を行った場合には、露光位置Ｌ６１〜Ｌ６３における各露光期間Ｃ６１〜Ｃ６３は順次遅延して現れる。従って、露光期間Ｃ６１〜Ｃ６３のそれぞれにおけるフォーカスレンズ位置の重心Ｇ６１〜Ｇ６３はすべて異なる位置となる。
再表９７／２５８１２号公報（第１９頁−第２３頁、第２図）

上記の図８の場合のように、ローリングシャッタを用いて撮像した場合、露光中にフォーカスレンズが移動すると、フォーカス評価値に対応するフォーカスレンズ位置の重心が、ＡＦ（Auto Focus）検波枠の上側と下側とで異なってしまう。このため、各露光位置でのフォーカス評価値が不正確なものとなり、ジャストフォーカス位置を高精度に求めることができないという問題があった。特に、フォーカスレンズの移動速度を速めてフォーカス制御を高速化しようとすると、上記問題によるフォーカス制御の精度の粗さがより顕著に現れてしまう。

また、このような問題を回避する方法として、露光中にはフォーカスレンズを移動させないように制御することが考えられる。しかしこの場合には、シャッタ操作から実際の撮像までに要する時間（シャッタラグ）が長くなり、ユーザの操作性が低下し、ユーザの撮影機会を失わせてしまう結果になるという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ＣＭＯＳ型イメージセンサなどのＸＹアドレス走査型の撮像素子を用いて撮像した場合のオートフォーカス精度が向上された撮像装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、ＣＭＯＳ型イメージセンサなどのＸＹアドレス走査型の撮像素子を用いて撮像した場合のオートフォーカス精度が向上されたフォーカス制御装置を提供することである。

本発明では上記課題を解決するために、ＸＹアドレス走査型の固体撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置において、前記固体撮像素子の撮像面上に少なくとも垂直方向に対する位置の異なる複数の検波領域を設定し、撮像により得られた画像信号から前記検波領域ごとに高周波成分を抽出する抽出手段と、前記各検波領域での露光期間におけるフォーカスレンズの位置に基づき、前記検波領域ごとに前記各露光期間に対する前記フォーカスレンズの位置の重心を個別に演算する重心演算手段と、前記抽出手段による前記検波領域ごとの抽出結果と、前記抽出結果にそれぞれ対応する前記重心演算手段からの重心とを基に、フォーカスが合うときの前記フォーカスレンズの位置を算出するレンズ位置演算手段とを有することを特徴とする撮像装置が提供される。

このような撮像装置では、重心演算手段により、検波領域ごとに露光期間に対するフォーカスレンズの位置の重心が個別に演算され、レンズ位置演算手段により、検波領域ごとの高周波成分の抽出結果と、それらの抽出結果にそれぞれ対応する重心とを基に、フォーカスが合うときのフォーカスレンズの位置が算出される。このため、検波領域ごとに露光期間がずれた場合にも、各検波領域に対するフォーカスレンズの位置が正しく対応付けられて、フォーカスレンズの位置制御が実行されるようになる。

本発明の撮像装置によれば、検波領域ごとに露光期間がずれた場合にも、各検波領域に対するフォーカスレンズの位置を正しく対応付けて、フォーカスレンズの位置制御を実行できるようになる。従って、ＸＹアドレス走査型の撮像素子を用いて撮像した場合のオートフォーカス精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。
図１に示す撮像装置は、光学ブロック１、ＣＭＯＳ型イメージセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサと略称する）２、アンプ３、Ａ／Ｄコンバータ４、カメラ処理回路５、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）６を具備する。また、この撮像装置には、光学ブロック１内のフォーカスレンズ１１を駆動するためのモータ１２、その制御のためのモータ制御回路１３、ＣＭＯＳセンサ２を駆動するためのタイミングジェネレータ（ＴＧ）１４が設けられている。

光学ブロック１は、被写体からの光をＣＭＯＳセンサ２に集光するためのレンズ、レンズを移動させてフォーカス合わせやズーミングを行うための駆動機構、シャッタ機構、アイリス機構などを具備している。また、光学ブロック１には、フォーカスレンズ１１の位置を検出するための位置検出部１５が設けられている。

ＣＭＯＳセンサ２は、ＣＭＯＳ基板上に、フォトダイオード（フォトゲート）、転送ゲート（シャッタトランジスタ）、スイッチングトランジスタ（アドレストランジスタ）、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ（リセットゲート）などからなる複数の画素が２次元状に配列されて形成されるとともに、垂直走査回路、水平走査回路、画像信号の出力回路などが形成されたものである。このＣＭＯＳセンサ２は、ＴＧ１４から出力されるタイミング信号に基づいて駆動され、被写体からの入射光を電気信号に変換する。さらに、このＣＭＯＳセンサ２の基板上には、画素信号のサンプルホールドを行うＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路なども一体に形成されている。ＴＧ１４は、ＭＣＵ６の制御の下でタイミング信号を出力する。

アンプ３は、ＭＣＵ６からの制御の下で、ＣＭＯＳセンサ２から出力されたアナログ画像信号に対してゲインをかけ、いわゆるＡＧＣ（Auto Gain Control）処理を施す。Ａ／Ｄコンバータ４は、アンプ３から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。

カメラ処理回路５は、Ａ／Ｄコンバータ４からの画像信号に対するＡＦ、ＡＥ（Auto Exposure）、ホワイトバランス調整などの各種カメラ信号処理、またはその処理の一部を実行する。本実施の形態では特に、ＭＣＵ６によるＡＦ制御のための検波処理を行うＡＦ検波処理回路２０を備えている。

ＭＣＵ６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムを実行することにより、この撮像装置の各部を統括的に制御する。

モータ制御回路１３は、ＭＣＵ６の制御の下で、モータ１２に対して駆動制御信号を送出し、フォーカスレンズ１１の位置を制御する。また、位置検出部１５から出力された検出信号をＭＣＵ６に供給する。

この撮像装置では、ＣＭＯＳセンサ２によって受光されて光電変換された信号が、アンプ３でゲイン調整された後、Ａ／Ｄコンバータ４によりデジタル変換されて、カメラ処理回路５に順次供給される。カメラ処理回路５は、供給されたデジタル画像信号を画質補正処理し、最終的に輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）に変換して出力する。

カメラ処理回路５から出力された画像データは、図示しないグラフィックＩ／Ｆに供給されて表示用の画像信号に変換され、これにより図示しないモニタにカメラスルー画像が表示される。また、図示しない入力部からのユーザの入力操作などによりＭＣＵ６に対して画像の記録が指示されると、カメラ処理回路５からの画像データは図示しないエンコーダに供給され、所定の圧縮符号化処理が施されて図示しない記録媒体に記録される。静止画像の記録の際には、カメラ処理回路５からは１フレーム分の画像データがエンコーダに供給され、動画像の記録の際には、処理された画像データがエンコーダに連続的に供給される。

次に、この撮像装置におけるオートフォーカス制御について説明する。
この撮像装置のオートフォーカス機能は、基本的には、カメラ処理回路５のＡＦ検波処理回路２０により、画像上の所定領域の高周波成分を積分することでコントラストを示すフォーカス評価値が求められ、ＭＣＵ６の処理によりフォーカス評価値が最大となるようにフォーカスレンズ１１を移動させることで実現される。また、撮像素子の受光領域に複数のＡＦ検波枠を設定し、１フレーム内（または１フィールド内）のＡＦ検波枠ごとに求めたフォーカス評価値を用いてジャストフォーカス位置を求めることで、処理の効率化とフォーカス制御の精度向上とを両立させている。

しかし、ＣＭＯＳセンサ２のように、ローリングシャッタ方式で露光を行うＸＹ走査型の撮像素子を用いた場合、行ごとに露光期間がずれることから、露光中にフォーカスレンズ１１が移動した場合には、複数のＡＦ検波枠からのフォーカス評価値と、それぞれに対応するフォーカスレンズ位置との間にもずれが生じる。このため、各ＡＦ検波枠によるフォーカス評価値を同じフォーカスレンズ位置に対応付けてしまうと、フォーカス制御の精度が低下する。そこで、本実施の形態では、画面の垂直方向に存在するＡＦ検波枠ごとに、その露光時間に対するフォーカスレンズ位置の重心を個別に求めることでフォーカス精度を向上させる。

図２は、ＡＦ検波枠の第１の設定例を示す図である。
この図２では、図中左上方向から右下方向に対して画像信号の走査が行われるものとする（後出の図５，図６も同様）。このとき、画面の垂直方向にＡＦ検波枠Ｗ１〜Ｗ３が設定されている。各ＡＦ検波枠Ｗ１〜Ｗ３では、例えば、それらの垂直方向の中心ラインＬ１〜Ｌ３における画像信号を検波することで、フォーカス評価値が検出される。なお、ＡＦ検波枠Ｗ４は、ＡＦ検波枠Ｗ１〜Ｗ３をすべて包含する領域に設定されている。例えば、通常の撮像モードではＡＦ検波枠Ｗ１〜Ｗ３からのフォーカス評価値に基づいてオートフォーカス制御が行われ、フォーカスを合わせたい被写体が画面の中心部にある場合に、ＡＦ検波枠Ｗ４からのフォーカス評価値を用いるといった使い分けが行われる。

図３は、ローリングシャッタによる露光中におけるフォーカスレンズ位置の例を示す図である。
この図３では、タイミングＴ０〜Ｔ４の間に、フォーカスレンズ１１がＰ１からＰ５の位置まで移動し、それ以後、フォーカスレンズ１１がＰ５の位置に静止した場合の例を示している。なお、ここでは、フォーカスレンズ位置（Ｐ１〜Ｐ５）を、基準位置Ｐ０を基準とした相対的な位置情報として表している。

また、このようにフォーカスレンズ位置が遷移したときに、ローリングシャッタによる露光を行われると、ラインごとの露光期間にずれが生じる。図３の例では、ＡＦ検波枠Ｗ１の中心ラインＬ１での露光期間Ｃ１がタイミングＴ１〜Ｔ５となり、ＡＦ検波枠Ｗ２の中心ラインＬ２での露光期間Ｃ２がタイミングＴ２〜Ｔ６となり、ＡＦ検波枠Ｗ３の中心ラインＬ３での露光期間Ｃ３がタイミングＴ３〜Ｔ７となっている。

ＭＣＵ６は、１フレーム（または１フィールド）分の画像信号からの上記各ＡＦ検波枠Ｗ１〜Ｗ３におけるフォーカス評価値をＡＦ検波処理回路２０から取り込むとともに、この露光期間Ｃ１〜Ｃ３を含む期間におけるフォーカスレンズ位置の遷移を、時間情報とともに記憶する。そして、次の図４に示す処理により、露光期間Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれに対応するフォーカスレンズ位置の重心を算出する。なお、ＭＣＵ６は、後述するように、ＭＣＵ６によるフォーカスレンズ１１に対する駆動制御情報と、位置検出部１５からモータ制御回路１３を通じて供給される位置情報とから、フォーカスレンズ位置を検出することができる。

図４は、フォーカスレンズ位置の重心を算出する処理の流れを示すフローチャートである。
〔ステップＳＴ１〕ＭＣＵ６は、各ＡＦ検波枠での露光期間の開始時間および終了時間を求める。図３の例では、ＡＦ検波枠Ｗ１〜Ｗ３での露光期間Ｃ１〜Ｃ３について、開始時間および終了時間をそれぞれ求める。例えば、露光期間Ｃ１の開始時間および終了時間はそれぞれＴ１，Ｔ５と求められる。また、求められた時間情報は、例えばＭＣＵ６内のＲＡＭなどに一時的に記憶される。

〔ステップＳＴ２〕ＭＣＵ６は、各露光期間におけるフォーカスレンズ位置を求める。例えば、ＭＣＵ６が一定時間ごとにフォーカスレンズ位置を検出できる場合には、露光期間Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれにおける一定時間ごとのフォーカスレンズ位置を求め、ＲＡＭなどに一時的に記憶しておく。あるいは、ＭＣＵ６は、各露光期間Ｃ１〜Ｃ３におけるフォーカスレンズ１１の移動履歴（例えば、移動開始時・終了時の時間およびフォーカスレンズ位置など）を記憶しておいてもよい。いずれの場合でも、ＭＣＵ６は、各露光期間Ｃ１〜Ｃ３におけるフォーカスレンズ位置を、複数のタイミングで判別できる必要がある。

〔ステップＳＴ３〕ＭＣＵ６は、各露光期間におけるフォーカスレンズ位置の積分値を求める。露光期間の開始時間、終了時間をそれぞれＴｓ，Ｔｅとし、時間に対するフォーカスレンズ位置を関数ｆ（ｔ）で表すと、積分値Ｓは次の式（１）により求めることができる。

図３の例では、例えば、ステップＳＴ２でＭＣＵ６が一定時間ごとにフォーカスレンズ位置を取得する場合には、各露光期間Ｃ１〜Ｃ３について、開始から終了までのフォーカスレンズ位置の値を積算していけばよい。また、ステップＳＴ２でＭＣＵ６がフォーカスレンズ１１の移動履歴を記憶する場合には、各露光期間Ｃ１〜Ｃ３に対応する積分値Ｓ１〜Ｓ３を以下の式により算出することもできる。
Ｓ１＝（Ｐ５＋Ｐ２）×（Ｔ４−Ｔ１）／２＋Ｐ５×（Ｔ５−Ｔ４）
Ｓ２＝（Ｐ５＋Ｐ３）×（Ｔ４−Ｔ２）／２＋Ｐ５×（Ｔ６−Ｔ４）
Ｓ３＝（Ｐ５＋Ｐ４）×（Ｔ４−Ｔ３）／２＋Ｐ５×（Ｔ７−Ｔ４）
〔ステップＳＴ４〕ＭＣＵ６は、算出された積分値Ｓを露光時間で除算し、重心Ｇを求める。図３の例では、各露光期間Ｃ１〜Ｃ３に対応する重心Ｇ１〜Ｇ３は、以下の式により算出される。
Ｇ１＝Ｓ１／（Ｔ５−Ｔ１）
Ｇ２＝Ｓ２／（Ｔ６−Ｔ２）
Ｇ３＝Ｓ３／（Ｔ７−Ｔ３）
なお、以上の説明では、ＭＣＵ６が、露光期間Ｃ１〜Ｃ３のすべての終了後に重心Ｇ１〜Ｇ３を算出するようにしたが、露光期間Ｃ１〜Ｃ３ごとに必要な情報を順次取り込み、それぞれの重心Ｇ１〜Ｇ３の演算を並行して実行するようにしてもよい。

以上の手順により重心Ｇが求められると、ＭＣＵ６は、各露光期間におけるフォーカス評価値に対応するフォーカスレンズ位置を、求められた重心の位置として認識し（例えば、露光期間Ｃ１でのフォーカス評価値に対応するフォーカスレンズ位置を重心Ｇ１の位置とする）、ジャストフォーカス位置を求めるための演算に利用する。これにより、露光中にフォーカスレンズ１１を移動させても、フォーカス評価値に対応するフォーカスレンズ位置のずれが重心により補正され、各フォーカス評価値に対して正確なフォーカスレンズ位置（すなわち重心）を対応付けることができるので、オートフォーカス制御の精度を向上させることができる。また、露光中にフォーカスレンズ１１を停止させる必要がなくなるので、シャッタラグを短くし、オートフォーカス制御を高速化できる。

また、図２に示したように、画面の垂直方向に複数のＡＦ検波枠を設定した場合にも、各ＡＦ検波枠でのフォーカス評価値に対して正確なフォーカスレンズ位置を対応付けることができるので、オートフォーカス制御の精度を一層向上させることができる。

ここで、図５は、ＡＦ検波枠の第２の設定例を示す図である。
図５では、撮像素子上の垂直方向に対して、図２の場合より多い４つのＡＦ検波枠Ｗ１１〜Ｗ１４を設定している。このように、より多くのＡＦ検波枠を設定してフォーカス評価値を取得し、ＡＦ検波枠ごとに算出した重心の位置を各フォーカス評価値に対応付けてオートフォーカス制御に利用することで、その精度を向上させることができる。

図６は、ＡＦ検波枠の第３の設定例を示す図である。
図６では、撮像素子上に５つのＡＦ検波枠Ｗ２１〜Ｗ２５が設定され、これらのうち、ＡＦ検波枠Ｗ２２〜Ｗ２４は、垂直方向に対して同じ位置に設定されている。このような場合、ＭＣＵ６は、垂直方向の位置が異なるＡＦ検波枠Ｗ２１，Ｗ２３，Ｗ２５についてはそれぞれ個別に重心を求め、各ＡＦ検波枠でのフォーカス評価値に対するフォーカスレンズ位置として重心の位置を対応付ける。また、ＡＦ検波枠Ｗ２２およびＷ２４については、重心の演算を行わず、それぞれでのフォーカス評価値に対するフォーカスレンズ位置として、ＡＦ検波枠Ｗ２３での重心の位置を対応付ける。

このように、垂直方向の位置が同じＡＦ検波枠については、そのうちの１つのみ（例えば、垂直方向の位置が異なる他のＡＦ検波枠の水平位置に近いもの）から重心演算を行うようにすることで、オートフォーカス制御の精度向上効果が得られながらも、ＭＣＵ６の処理負荷を軽減することができる。

最後に、ＭＣＵ６におけるフォーカスレンズ位置の検出手法について補足説明する。
ＭＣＵ６は、重心の演算に用いるフォーカスレンズ位置の情報を、ＭＣＵ６自身によるフォーカスレンズ１１に対する駆動制御情報と、位置検出部１５からモータ制御回路１３を通じて供給される位置情報とから検出することができる。例えば、フォーカスレンズ１１のアクチュエータとしてステッピングモータを用いた場合には、ＭＣＵ６は、フォーカスレンズ１１の制御の初期時に位置検出部１５からのフォーカスレンズ位置情報をモータ制御回路１３を介して受け取り、それ以後は、自身によるフォーカスレンズ１１の駆動制御情報に基づいて、フォーカスレンズ位置を検出する。また、脱調などにより位置ずれが生じる場合があるので、ＭＣＵ６は、位置検出部１５からの情報を適宜受け取って、フォーカスレンズ位置を補正し、補正後の位置情報をフォーカスレンズ１１の駆動制御および重心演算に利用してもよい。

なお、この場合の位置検出部１５としては、例えば、フォーカスレンズ１１のエッジ位置を検出してパルスを出力するフォトインタラプラタを用いることができる。この場合には、エッジの切り替わりをフォーカスレンズ１１の絶対位置として検出できる方式や、フォーカスレンズ１１を一旦固定位置（基準位置）に送った後、エッジの切り替わりに応じた位置を検出する方式などがある。さらにこの他に、位置検出部１５としてエンコーダを用い、フォーカスレンズ１１の絶対位置を数ビットの情報として検出する方式なども適用できる。

一方、フォーカスレンズ１１のアクチュエータとして、リニアモータなど、移動の開始から停止までの間で非線形に動作するものを用いた場合には、モータ制御回路１３は、ＭＣＵ６からフォーカスレンズ１１の指示を受けると、位置検出部１５からの位置検出情報を基に、フォーカスレンズ１１が指示された目標位置に移動するようにサーボ制御（クローズドループ制御）を行うとともに、そのときの位置情報をＭＣＵ６に通知する。位置検出部１５としては例えばＭＲセンサあるいはホール素子などが用いられる。また、位置検出部１５からは一定時間間隔で位置検出情報が出力され、その出力間隔を短くすることで位置精度を向上させることができる。そして、ＭＣＵ６は、モータ制御回路１３から通知された位置情報を重心演算に利用する際に、位置検出情報の出力間隔に応じてフォーカスレンズ位置（上記の関数ｆ（ｔ））を近似して求めるようにしてもよい。

なお、上記の実施の形態では、撮像素子としてＣＭＯＳ型イメージセンサを用いた場合について説明したが、ＣＭＯＳイメージセンサ以外のＭＯＳ型イメージセンサなど、他のＸＹアドレス走査型の撮像素子を用いた場合にも本発明を適用可能である。また、本発明は、ＸＹアドレス走査型の撮像素子を用いた様々な撮像装置、およびこのような撮像機能を具備する携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの機器に対して適用することもできる。さらに、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）などに接続されるテレビ電話用あるいはゲームソフト用などの小型カメラによる撮像時の制御処理などに対しても、本発明を適用することができる。

また、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、この装置が有すべき機能（上記のＭＣＵ６による重心演算機能など）の処理内容を記述したプログラムが提供される。そして、そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどがある。

プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録された光ディスクや半導体メモリなどの可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。

プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムまたはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。

本発明の実施の形態に係る撮像装置の要部構成を示すブロック図である。 ＡＦ検波枠の第１の設定例を示す図である。 ローリングシャッタによる露光中におけるフォーカスレンズ位置の例を示す図である。 フォーカスレンズ位置の重心を算出する処理の流れを示すフローチャートである。 ＡＦ検波枠の第２の設定例を示す図である。 ＡＦ検波枠の第３の設定例を示す図である。 グローバルシャッタを用いた場合の露光タイミングとフォーカスレンズ位置との関係を示す図である。 ローリングシャッタを用いた場合の露光タイミングとフォーカスレンズ位置との関係を示す図である。

符号の説明

１……光学ブロック、２……ＣＭＯＳ型イメージセンサ（ＣＭＯＳセンサ）、３……アンプ、４……Ａ／Ｄコンバータ、５……カメラ処理回路、６……マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）、１１……フォーカスレンズ、１２……モータ、１３……モータ制御回路、１４……タイミングジェネレータ（ＴＧ）、１５……位置検出部、２０……ＡＦ検波処理回路

Claims (9)

1. ＸＹアドレス走査型の固体撮像素子を用いて画像を撮像する撮像装置において、
   前記固体撮像素子の撮像面上に少なくとも垂直方向に対する位置の異なる複数の検波領域を設定し、撮像により得られた画像信号から前記検波領域ごとに高周波成分を抽出する抽出手段と、
   前記各検波領域での露光期間におけるフォーカスレンズの位置に基づき、前記検波領域ごとに前記各露光期間に対する前記フォーカスレンズの位置の重心を個別に演算する重心演算手段と、
   前記抽出手段による前記検波領域ごとの抽出結果と、前記抽出結果にそれぞれ対応する前記重心演算手段からの重心とを基に、フォーカスが合うときの前記フォーカスレンズの位置を算出するレンズ位置演算手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記重心演算手段は、前記各検波領域での前記露光期間における前記フォーカスレンズの位置を積分し、その積分値を前記露光期間の長さで除算することで重心を算出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記抽出手段は、前記各検波領域の略中心を通る水平方向の画像信号から高周波成分を抽出し、
   前記重心演算手段は、前記各検波領域の略中心での露光期間に対する前記フォーカスレンズの位置の重心を演算する、
   ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 前記重心演算手段は、前記各検波領域での前記露光期間における複数のタイミングでの前記フォーカスレンズの位置に基づいて、前記フォーカスレンズの位置の重心を演算することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
5. 前記重心演算手段は、前記各検波領域での前記露光期間における前記フォーカスレンズの移動開始時および停止時における前記フォーカスレンズの位置およびその時間を基に、前記フォーカスレンズの位置の重心を演算することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
6. 前記重心演算手段は、前記固体撮像素子の撮像面上の水平方向に対する位置の異なる複数の前記検波領域が設定されていた場合、当該複数の検波領域のうちの１つに対応する露光期間での前記フォーカスレンズの位置に基づいて重心を演算することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
7. 固体撮像素子による撮像画像信号の検波値を基にフォーカスが合うようにフォーカスレンズの位置を自動的に制御するフォーカス制御装置において、
   前記固体撮像素子の撮像面上に少なくとも垂直方向に対する位置の異なる複数の検波領域が設定され、撮像により得られた画像信号から前記検波領域ごとに抽出された高周波成分の値を取得する取得手段と、
   前記各検波領域での露光期間における前記フォーカスレンズの位置に基づき、前記検波領域ごとに前記各露光期間に対する前記フォーカスレンズの位置の重心を個別に演算する重心演算手段と、
   前記取得手段によって取得された前記検波領域ごとの高周波成分の抽出結果と、前記抽出結果にそれぞれ対応する前記重心演算手段からの重心とを基に、フォーカスが合うときの前記フォーカスレンズの位置を算出するレンズ位置演算手段と、
   を有することを特徴とするフォーカス制御装置。
8. 固体撮像素子による撮像画像信号の検波値を基にフォーカスが合うようにフォーカスレンズの位置を自動的に制御するフォーカス制御方法において、
   取得手段が、前記固体撮像素子の撮像面上に少なくとも垂直方向に対する位置の異なる複数の検波領域が設定されたときに、撮像により得られた画像信号から前記検波領域ごとに抽出された高周波成分の値を取得するステップと、
   重心演算手段が、前記各検波領域での露光期間における前記フォーカスレンズの位置に基づき、前記検波領域ごとに前記各露光期間に対する前記フォーカスレンズの位置の重心を個別に演算するステップと、
   レンズ位置演算手段が、前記取得手段によって取得された前記検波領域ごとの高周波成分の抽出結果と、前記抽出結果にそれぞれ対応する前記重心演算手段からの重心とを基に、フォーカスが合うときの前記フォーカスレンズの位置を算出するステップと、
   を含むことを特徴とするフォーカス制御方法。
9. 固体撮像素子による撮像画像信号の検波値を基にフォーカスが合うようにフォーカスレンズの位置を自動的に制御する処理をコンピュータに実行させるフォーカス制御プログラムにおいて、
   前記固体撮像素子の撮像面上に少なくとも垂直方向に対する位置の異なる複数の検波領域が設定され、撮像により得られた画像信号から前記検波領域ごとに抽出された高周波成分の値を取得する取得手段、
   前記各検波領域での露光期間における前記フォーカスレンズの位置に基づき、前記検波領域ごとに前記各露光期間に対する前記フォーカスレンズの位置の重心を個別に演算する重心演算手段、
   前記取得手段によって取得された前記検波領域ごとの高周波成分の抽出結果と、前記抽出結果にそれぞれ対応する前記重心演算手段からの重心とを基に、フォーカスが合うときの前記フォーカスレンズの位置を算出するレンズ位置演算手段、
   として前記コンピュータを機能させることを特徴とするフォーカス制御プログラム。
   

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