JP2008199477A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体に依存することなく精度と速度を向上させたＡＦ制御が可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像エリア内に２次元的に配置された画素を画素単位で読み出し可能な撮像素子に測距エリアを設定し、この測距エリアから所定の間引き読み出し率で測距用画像を間引きながら読み出してＡＦ評価値を算出する。１フレームの本画像を高速に読み出した残りの時間に、測距用画像は読み出され、ＡＦ評価値に基づいてフォーカスレンズを移動させてＡＦ制御を行う。間引き読み出し率はＡＦ制御の段階（合焦の度合い）に応じて変更される。測距用画像は測距エリアの水平方向および垂直方向に均一に間引かれる。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動焦点制御機能を有するデジタルカメラ等の撮像装置に関する。

近年のデジタルカメラ関連の技術の分野における進歩は著しく、今やデジタルカメラは、従来のフィルム式カメラに置き換わるまでになっている。

デジタルカメラの特長としては、従来のフィルム式カメラが、撮影した画像を現像するまで確認できないのに対して、撮った画像をその場で確認できるため素人でも失敗が少ないという点がある。また、フィルムは１回使えば二度と使用できないが、デジタルカメラは撮影画像を着脱可能な半導体メモリ（以下、「メモリカード」と呼ぶ）に記録しており、記録した画像を消去すれば何度でも使えるのでコスト的にも有利である。さらに、撮影された画像はデジタル信号であるため画像の圧縮技術を使えば記録データ量を削減することができ、メモリカードの更なる効率的な使用が可能となる。

ところで、撮影時に多い失敗はフォーカスが合わずにピンボケの写真が撮れてしまうことである。最近のデジタルカメラには自動焦点制御機能（以下、「ＡＦ機能」と略記する）を有するものがほとんどである。フォーカスレンズを光軸方向に移動し、撮像素子から得られる撮影画像の高周波成分（ＡＦ評価値）が最も大きい位置にレンズを制御して合焦させるコントラスト検出方式が最も一般的である。しかしながら、ＡＦ評価値を求めるために、時間がかかり、せっかくのシャッターチャンスを逃してしまうといった問題があった。

この問題を解消するために、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子から１フレーム分の画像データを通常の速度よりも速い速度で読み出し、１フレーム期間内に空いた時間（ブランキング期間）を作り出す。そして、このブランキング期間を利用してＡＦ用の測距用画像を取得することによって、撮像動作を止めることなく、ＡＦ制御を高速に行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＣＣＤ撮像素子から読み出された画像データを垂直方向に走査線単位で間引き、間引かれた画像をＡＦ用の測距用画像に利用することにより、ＡＦ制御を高速化する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１４０４７９号公報 特開２００３−３４８４３７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、撮像エリア内の測距用画像を取得するエリア（以下、「測距エリア」と呼ぶ）の位置や枚数を撮影条件により変更する技術は開示されているが、測距用画像としては、常に測距エリアに含まれる全画素が読み出される。このために、ＡＦ制御の初期段階（合焦度合いが低い状態）等では、撮像素子から必要以上の画素が読み出されることになり、ＡＦ制御の更なる高速化の妨げになっている。

また、特許文献２に開示された従来技術では、ＡＦ制御の高速化のために測距用画像の間引き読み出しが行われているが、間引き読み出し率は常に同じである。このために、ＡＦ制御の初期段階では、ＡＦ評価値の精度が過剰であったり、逆にＡＦ制御の最終段階（合焦度合いが高い状態）では、ＡＦ評価値の精度が不足したりして効率的なＡＦ制御ができないという問題があった。また、測距用画像の間引きは走査線単位で行われているために、被写体の絵柄（水平周波数成分の少ない絵柄等）によってはＡＦ精度に限界がり、十分な合焦ができないという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、被写体に依存することなく精度と速度を向上させたＡＦ制御が可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明の撮像装置は、撮像エリア内に２次元的に配置された画素を画素単位で読み出し可能な撮像素子と、光軸方向に移動し、被写体の光学像を撮像素子に結像する光学系と、光学系を光軸方向に移動させて合焦させる自動焦点制御手段とを有する撮像装置であって、撮像素子からフレーム周期よりも短い時間で撮像エリア内の全画素を読み出す画像読み出し手段と、全画素を読み出した１フレーム周期の残りの期間（ブランキング期間）に、撮像エリア内に設けられた測距エリアから所定の間引き読み出し率で画素を間引いて測距用画像を読み出す測距用画像読み出し手段と、自動焦点制御のための合焦の度合いを評価する評価値を測距用画像から算出する評価値算出手段とを備えることを特徴とする。これにより、被写体に依存することなく精度と速度を向上させたＡＦ制御が可能となる。

また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、合焦の度合いに応じて測距用画像の間引き読み出し率を変更するようにしてもよい。これにより、合焦の度合いに応じて必要十分な精度のＡＦ評価値を取得することができ、ＡＦ制御の速度を向上できる。

また本発明の撮像装置は、合焦の度合いが低い場合には、間引き読み出し率を小さくし、合焦の度合いが高くなるに伴って間引き読み出し率を大きくしてもよい。これにより、合焦の度合いが低い場合に、必要以上の測距用画像を読み出してＡＦ速度を遅くすることがない。

また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、測距用画像の間引き読み出し率に応じて測距エリアの面積と間引き読み出し率の積が一定となるように測距エリアの面積を変更してもよい。これにより、合焦の度合いが進んでも測距用画像の読み出し速度を維持できて、ＡＦ制御が高速に行える。

また本発明の撮像装置は、測距エリアを複数のサブエリアに分割するサブアリア分割手段と、サブエリアに含まれる測距用画像から合焦の度合いを評価するサブエリア評価値を算出するサブエリア評価値算出手段をさらに備え、サブエリア評価値が最も大きいサブエリアの位置に、次に続く間引き読み出し率の大きい測距用画像の測距エリアを設定してもよい。これにより、合焦の度合いが進んで測距エリアの面積が小さくなっても、ＡＦ評価値の精度が確保できる。

また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、測距エリアから水平および垂直それぞれの方向に均一に画素を間引いて測距用画像を読み出してもよい。これにより、測距用画像の絵柄に依存せず良好なＡＦ評価値の精度を確保できる。

また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、測距用画像を読み出す毎に測距エリアから読み出す画素の間引き位相を変化させてもよい。これにより、測距エリア全体から万遍なく測距用画像を読み出すことができ、ＡＦ評価値の精度が向上する。

また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、隣接する複数の画素からなるブロック単位で測距エリアから測距用画像を間引き読み出しするようにしてもよい。これにより、間引き読み出し率が小さくてもＡＦ評価値の精度が確保できる。

本発明の撮像装置によれば、被写体に依存することなく精度と速度を向上させたＡＦ制御が可能な撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＡＦ機能付きデジタルカメラ１００の機能を説明するための図であり、図１（ａ）はデジタルカメラ１００の斜視図、図１（ｂ）はデジタルカメラ１００の背面図である。デジタルカメラ１００は、レンズ鏡筒１０１、ビューファインダ１０２、レリーズ釦１０３、メモリカード挿入口１０５、メモリカード取り出し釦１０６を備えている。さらに背面には、液晶モニタ（以下、「ＬＣＤ」と略記する）１０７、モード切り換えスイッチ１０８、十字操作キー１０９、ＭＥＮＵＥ釦１１０、ＳＥＴ釦１１１が備わっている。ＬＣＤ１０７の中央部には測距枠１０４がある。

図１（ａ）、（ｂ）を参照しながらデジタルカメラ１００の動作について説明する。まず、撮影時には、モード切り換えスイッチ１０８でカメラモードに設定する。次に、ＭＥＮＵＥ釦１１０を操作してＬＣＤ１０７の画面上に各種撮影条件を設定するメニューを表示し、十字操作キー１０９で撮影条件を選択し、ＳＥＴ釦１１１で設定を完了する。そして、被写体に対してフォーカスを合わすための測距エリアを測距枠１０４で指定し、レリーズ釦１０３を半押しする。この時点からＡＦ制御が開始され、合焦が完了するまでＡＦ動作を繰り返す。その後、ビューファインダ１０２やＬＣＤ１０７でフレーミングを行った後、レリーズ釦１０３を全押しすると実際の撮影動作が行われ、メモリカード挿入口１０５から装着されたフラッシュメモリ等のメモリカード（図示せず）へ撮影画像が記録される。撮影後は、モード切り換えスイッチ１０８で再生モードに切り換えて、撮影された画像を再生してＬＣＤ１０７に表示させて確認することができる。また、メモリカード取り出し釦１０６を押して、メモリカードをカメラ本体の外へ取り出し、ＰＣ等に画像を取り込んで再生したり、編集や加工をして楽しむことができる。

図２は、本発明の実施の形態１におけるデジタルカメラ１００の回路構成の一例を示すブロック図である。図２において、デジタルカメラ１００は、ズームレンズ２０２とフォーカスレンズ２０３とを含んだ撮像レンズ群２０１、絞り２０４、撮像素子２０５、ズームレンズ制御駆動部２０６、フォーカスレンズ制御駆動部２０７、絞り制御駆動部２０８、撮像素子制御駆動部２０９、アナログ信号処理部２１０、Ａ／Ｄ変換部２１１、デジタル信号処理部２１２、ゲート回路２１３、ＡＦ処理部２１４、バッファメモリ２１５、ＪＰＥＧ処理部２１６、カードＩ／Ｆ２１７、メモリカード２１８、ＬＣＤＩ／Ｆ２１９、ＬＣＤ１０７、操作部２２０、タイミングジェネレータ（以下、「ＴＧＥＮ」と略記する）２２１、データバス２２２、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する）２２３を備えている。

撮像レンズ群２０１は、被写体像を撮像素子２０５上へ結像させるための光学系である。ズームレンズ２０２は、被写体を光学的に拡大して撮影するためのレンズであり、ズームレンズ制御駆動部２０６によって望遠、広角撮影に合わせて光軸上を移動する。フォーカスレンズ２０３は、被写体像の焦点を調整するためのレンズであり、フォーカスレンズ制御駆動部２０７によって撮像素子２０５上で常に焦点が合うように光軸上を移動する。絞り２０４は、周囲の明るさに基づいて最適な露光量を調整するための機構であり、絞り制御駆動部２０８によって開口量が制御される。撮像素子２０５は、撮像レンズ群２０１によって撮像された被写体像を光電変換して電気信号に変換する素子であり、撮像素子制御駆動部２０９により制御される。この撮像素子２０５はＣＭＯＳ型イメージセンサ等のライン露光型の撮像素子であり、ライン単位で順次開閉動作するローリングシャッターにより露光が行われる。明るさ検出部（図示せず）等から検出された周囲の明るさから最適露出量が計算され、この最適露出になるように絞り２０４と露光時間が制御される。そして、露光期間（ローリングシャッターが開いている期間）に撮像素子２０５に蓄積された電荷は読み出されてアナログ画像信号として出力され、アナログ信号処理部２１０でゲイン調整、ガンマ処理等の所定のアナログ信号処理が施される。Ａ／Ｄ変換部２１１は、アナログ信号処理部２１０から出力されるアナログ画像信号をデジタルの画像データに変換する。デジタル信号処理部２１２は、画像データに対して、ノイズ除去や輪郭強調等のデジタル処理を施す。

ＴＧＥＮ２２１は、マイコン２２３からの指示を受け、撮像素子２０５を駆動して撮像素子２０５から測距用画像信号を取り出すための駆動タイミングを発生させる。このＴＧＥＮ２２１からのタイミング信号を受けて、撮像素子制御駆動部２０９は撮像素子２０５から測距エリア内の測距用画像を読み出す。この測距用画像の読み出し方法については後程詳しく説明するが、全画素すべて読み出す場合と一定の間引き読み出し率で間引く場合がある。間引き読み出しの場合は、上記ＴＧＥＮ２２１が間引き読み出し画素のタイミングを撮像素子制御駆動部２０９へ指示する。

ゲート回路２１３は、撮像素子２０５から読み出された画像信号から測距用画像を切り出して後段のＡＦ処理部２１４へ出力する回路である。レリーズ釦１０３半押し時に測距枠１０４で指定した測距エリアで撮像素子２０５から測距用画像を読み出すが、この測距エリアに対応したゲート信号である。

ＡＦ処理部２１４は、上記測距用画像データの高周波成分を測距エリア全体に渡って積算し、合焦度合いを示すＡＦ評価値を算出する。この算出結果はマイコン２２３に取り込まれて、ＡＦ制御に利用される。フォーカスレンズ制御駆動部２０７は、ＡＦ評価値が最大になる位置にフォーカスレンズ２０３を制御する。ＡＦ評価値の精度はＡＦ制御の精度を決める大きな要因となり、測距用画像の読み出し速度はＡＦ制御のスピードは決める大きな要因となる。

次に、バッファメモリ２１５は、複数枚の非圧縮画像を記憶できる容量を持ったＳＤＲＡＭ等から構成されたメモリであり、画像データはデジタル信号処理部２１２を経て一旦このバッファメモリ２１５へ格納される。ＪＰＥＧ処理部２１６は、バッファメモリ２１５に格納された画像データに対して記録時にはＪＰＥＧ圧縮処理を施して圧縮データを生成し、再生時には圧縮データに対してＪＰＥＧ伸張処理を施して元の非圧縮の画像データに戻すための処理回路である。メモリカード２１８は、例えばフラッシュメモリ等の着脱可能な半導体メモリカードであり、上記ＪＰＥＧ圧縮データがカードＩ／Ｆ２１７を介して記録保存される。

ＬＣＤ１０７は液晶表示素子で構成された表示部であり、ＬＣＤＩ／Ｆ２１９を介して画像を表示する。撮影中は被写体を確認するためにスルー画像を表示するとともに、撮影後はバッファメモリ２１５に記憶された撮影画像、あるいはメモリカード２１８に記録された撮影画像をバッファメモリ２１５を経由して表示させて確認することができる。

操作部２２０は、前述したレリーズ釦１０３、モード切り換えスイッチ１０８、十字操作キー１０９、ＭＥＮＵＥ釦１１０、ＳＥＴ釦１１１等を１つの機能ブロックとして示したものであり、撮影者がデジタルカメラ１００の撮影モードや各種撮影条件（露出、ズーム、フォーカス等）の設定を入力するため入力手段である。この操作部２２０によって入力された設定情報や操作のためのメニュー画面もＬＣＤ１０７へ表示される。

上記の各要素は、データバス２２２に接続されており、画像データ、ＪＰＥＧ圧縮データ、制御情報等がこのデータバス２２２を介して互いの要素間でやり取りされる。

マイコン２２３はデジタルカメラ１００全体を一元的に管理しており、撮影者が操作部２２０で設定する各種撮影条件にしたがって、撮影、記録、再生、表示等の各動作を制御している。また、上述した通り、マイコン２２３には、ＡＦ処理部２１４の処理結果や他の種々の情報が入力されており、マイコン２２３はこれらの情報を総合して関連するブロックを制御する。

次に、図３を参照しながら測距用画像とＡＦ評価値について説明する。図３（ａ）は、撮像エリア３０１と測距エリア３０２の関係を示した図である。測距エリア３０２は撮像エリア３０１の中の被写体の合焦させたい部分を指定するものであり、この測距エリア３０２で囲まれた測距用画像からＡＦ制御用のＡＦ評価値が計算される。本実施の形態では、測距エリア３０２を画面の中央部の１箇所に設定した例を示しているが、これは中央部に限定する必要はなく、撮影者が撮影時にＬＣＤ１０７の画面内に表示された測距枠１０４を使って任意に決めることができる。また測距エリア３０２は１つである必要はなく複数でももちろんかまわない。

撮像エリア３０１は、撮像素子２０５から１フレーム分の画像を読み出すエリアであり、垂直方向にＮ行（ライン）、水平方向にＭ列（画素列）のＮ×Ｍ個の画素から構成されている。ＮおよびＭの値は撮像素子２０５に固有の値であり、これによって撮像画像の解像度が決まる。撮像エリア３０１内の全画素は、最上部のライン１から順番に下方に向けてラインＮまで順次読み出されて１枚の画像が完成する。ＣＭＯＳ型イメージセンサの場合、画素単位でランダムな読み出しが可能であり、撮像エリア３０１の任意の位置の画素を単独で読み出すことができる。

本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、測距用画像は、例えば（Ｎ／４）ライン×（Ｍ／４）画素からなる測距エリア３０２で切り出された画像である。図３（ｂ）は測距エリア３０２内のラインｉ、画素列ｊに相当する画素ｘ（ｉ，ｊ）を中心に一部の領域（２５画素からなる領域）を拡大して示した図であり、測距用画像内の画素の構造を示している。実際には、撮像素子２０５からは、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した信号が読み出されて１画素が形成されるが、説明を簡単にするために、ここでは画素の単位で信号が読み出されるとして説明する。測距用画像としては、例えば、Ｇの色信号のみを使ってもよいし、さらには、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色信号から計算されたＹ信号（輝度信号）等を使ってもよい。

測距エリア３０２におけるＡＦ評価値は、読み出された測距用画像の各画素のコントラスト値（空間的な高周波成分）を求めて、測距エリア３０２に含まれる全画素に渡って積算することで求まる。注目画素ｘ（ｉ，ｊ）におけるコントラスト値は注目画素ｘ（ｉ，ｊ）と水平方向または垂直方向に隣接する４画素との差分値で求められるので、ＡＦ評価値は、下記の式（１）で計算される。

ＡＦ評価値＝Σ｛ｘ（ｉ，ｊ）−（ｘ（ｉ−１，ｊ）＋ｘ（ｉ＋１，ｊ）
＋ｘ（ｉ，ｊ−１）＋ｘ（ｉ，ｊ＋１））／４｝ 式（１）
上記の式（１）のように、水平方向および垂直方向の両方向の隣接画素間の差分を計算するのは、仮に測距用画像がどちらか１方向のみに高周波成分が含まれている場合でも、確実に高周波成分を抽出し、ＡＦ評価値の精度を上げるためである。こうすることにより、被写体の絵柄に依存せずに正確なＡＦ評価値を求めることができる。

ところで、上述したように、ＡＦ制御期間中常に測距エリア３０２に含まれる全画素を読み出してＡＦ評価値を取得すれば、ＡＦ評価値の精度は向上する。しかしながら、ＣＭＯＳ型イメージセンサの場合、測距用画像の読み出し速度は、読み出し画素数によって決まるので、全画素を読み出すと撮像素子２０５からの読み出しに時間がかかり、ＡＦ制御の高速化が難しい。

一方、ＡＦ評価値の必要精度とＡＦ制御段階（合焦の度合い）には密接な関係があり、ＡＦ制御段階が進む（合焦度が高くなる）ほどＡＦ評価値は高い精度が必要になるが、ＡＦ制御が初期の粗い段階では、ＡＦ評価値の精度を上げてもＡＦ制御の精度は必ずしも向上しない。これは、ＡＦ制御の初期段階では、合焦度が低いために、撮像素子２０５から読み出され測距画像の信号はローパスフィルタがかかった状態で、本来高周波成分を含んだ絵柄であっても、高い周波数成分は含まれないためである。すなわち、ＡＦ制御の段階に応じて最適なＡＦ評価値の精度が存在する。

そこで、ＡＦ制御の初期段階では測距用画像を全画素読み出すのではなく、適当な率で間引いて読み出し、最終段階で全画素を読み出すようにすれば、高速なＡＦ制御が可能となる。さらに、測距用画像を間引けば、式（１）の計算にかかる時間も短縮化されるので、更なるＡＦ制御の高速化が図られることになる。測距用画像に含まれる高周波成分は場所（絵柄）により変化するので、測距用画像からできるだけ満遍なく画素が取り出せるように間引くのが望ましい。

次に、図４を参照しながら、ＡＦ制御（山登り制御）について説明する。図４は本発明の実施の形態１におけるフォーカスレンズ２０３の位置とＡＦ評価値との関係の一例を示す図である。図４において、横軸はフォーカスレンズ２０３の位置、縦軸はＡＦ評価値である。ＡＦ制御は、レリーズ釦１０３の半押しでスタートし、無限端（図面の左端）から至近端（図面の右端）の方向へフォーカスレンズを光軸に沿って一定量ずつ移動させ、移動後の位置で上記の式（１）で定義されたＡＦ評価値を計算する。このフォーカスレンズの移動は、ステッピングモータやＤＣモータを使って行われる。例えば、図４において、フォーカスレンズの位置をＰ（−５）、Ｐ（−４）、Ｐ（−３）Ｐ（−２）、Ｐ（−１）、Ｐ（０）、Ｐ（＋１）、Ｐ（＋２）、Ｐ（＋３）、Ｐ（＋４）、Ｐ（＋５）と移動させると、ＡＦ評価値はＡＦ（−５）、ＡＦ（−４）、ＡＦ（−３）、ＡＦ（−２）、ＡＦ（−１）、ＡＦ（０）、ＡＦ（＋１）、ＡＦ（＋２）、ＡＦ（＋３）、ＡＦ（＋４）、ＡＦ（＋５）と変化し、フォーカスレンズ位置Ｐ（０）を極大点とする山形となる。ＡＦ制御では、測距用画像の読み出し、ＡＦ評価値の計算、フォーカスレンズの移動の一連のサイクルを繰り返し、最終的にＡＦ評価値が極大となるＰ（０）の位置にフォーカスレンズを移動させて合焦動作を完了する。したがって上記一連のサイクルをいかに短くできるかがＡＦ制御速度を決めるポイントとなる。

本実施の形態では、図４に示すように、ＡＦ制御の全段階を合焦の度合いに応じて、初期段階、中間段階、最終段階の３段階に分けて各制御段階に必要な精度のＡＦ評価値を取得するようにしている。すなわち、例えば、フォーカスレンズ位置がＰ（−５）、Ｐ（−４）にある合焦度が最も低い段階を初期段階、フォーカスレンズ位置がＰ（−３）、Ｐ（−２）にある合焦度が中程度の段階を中間段階、フォーカスレンズ位置がＰ（−１）、Ｐ（０）、Ｐ（＋１）にある合焦度が最も高い段階を最終段階とする。

本実施の形態のＡＦ制御は、初期段階、すなわち、フォーカスが合っていない状態では、測距用画像の間引き読み出し率を小さくして精度よりも速度を優先し、ＡＦ制御が進んでくるとともに、この間引き読み出し率を大きくして精度を優先するようにしたものである。このようにすることで、ＡＦ制御の速度と精度を両立させることができる。

次に、本発明の実施の形態１における測距用画像の読み出し動作について図５を参照しながら説明する。図５は、本実施の形態における３段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子２０５から読み出される測距用画像の関係を示した図である。本実施の形態では、フレーム周期の１／４の期間に高速に本画像を読み出し、残りのブランキング期間（フレーム周期の３／４）で測距用画像を読み出してＡＦ制御を行う。そして、測距エリア３０２は固定したままで、ＡＦ制御段階に応じて測距用画像の間引き読み出し率を変更するものである。図５（ａ）は、画像の露光開始ラインと読み出しラインの関係を示す図であり、横軸は時間、縦軸はライン番号を示している。実線５０１が本画像の露光開始ライン（シャッターの開始位置）を示し破線５０２は読み出しラインを示している。対応するラインの露光開始点から読み出し点間の時間が露光時間５０７である。

ＣＣＤ型イメージセンサの場合は、撮像エリアに含まれる全画素を同時に露光し、信号を読み出すグローバルシャッターが可能であるが、ＣＭＯＳ型イメージセンサの場合は、各ライン毎に時間がずれていくローリングシャッター動作となる。このために、図５（ａ）に示すように撮像エリアの最上部のライン１と最下部のラインＮでは時間がずれてしまう。測距用画像の露光および読み出しは、この本画像の露光および読み出し期間に重ならないように行う必要がある。測距用画像の読み出し期間５０３、５０４、５０５は、図４における３つのＡＦ制御段階に対応しており、それぞれの読み出し期間内の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。

図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ読み出し期間５０３、５０４、５０５に対応した測距用画像である。以下、説明を簡単にするために測距エリア３０２は９ライン×９画素から構成されているとする。

図５に示すように、本実施の形態では、読み出し期間５０３、５０４、５０５において則距用画像の間引き読み出し率を１／１６、１／４、１と変化させる。測距用画像を間引かずに読み出す場合の読み出し時間をＴとすると（図５（ｄ）の場合）、測距用画像の読み出し時間は間引き読み出し率に比例して大きくなり、それぞれＴ／１６、Ｔ／４、Ｔとなる。このように、焦点が合っていないＡＦ制御の初期段階に対応する読み出し期間５０３では、測距用画像を最も粗く間引いて読み出すことによりＡＦ制御を高速に行い、フォーカスレンズを微調整するＡＦ制御の最終段階に対応する読み出し期間５０５では測距エリア３０２の全画素を使ってＡＦ評価値を求める。すなわち、ＡＦ評価値に要求される精度に応じて画素の間引き読み出し率を変化させることによってＡＦ精度を保ちながら高速化を図ることができる。

間引き読み出しが行われた測距用画像のＡＦ評価値の計算では、上述した式（１）において隣接画素間の距離をそれぞれ４画素、２画素とすればよい。読み出し期間５０３および読み出し期間５０４でのＡＦ評価値はそれぞれ下記の式（２）、式（３）で計算される。

ＡＦ評価値＝Σ｛ｘ（ｉ，ｊ）−（ｘ（ｉ−４，ｊ）＋ｘ（ｉ＋４，ｊ）
＋ｘ（ｉ，ｊ−４）＋ｘ（ｉ，ｊ＋４））／４｝ 式（２）
ＡＦ評価値＝Σ｛ｘ（ｉ，ｊ）−（ｘ（ｉ−２，ｊ）＋ｘ（ｉ＋２，ｊ）
＋ｘ（ｉ，ｊ−２）＋ｘ（ｉ，ｊ＋２））／４｝ 式（３）
このように、ＡＦ制御段階に応じて測距用画像の間引き読み出し率を変化させれば、測距用画像を間引かない場合に比べてＡＦ制御を高速化できる。しかも、測距用画像の間引きを従来例のようにライン単位に行うのではなく、画素単位にしかも水平方向、垂直方向に均等に測距エリア３０２全体に渡って読み出すために、被写体の絵柄等によるＡＦ評価値のばらつきを少なくすることができる。

（実施の形態２）
次に、測距エリア３０２と間引き読み出し率の両方をＡＦ制御段階に応じて変更する実施の形態２について図６を参照しながら説明する。本実施の形態が、実施の形態１と異なる点は、実施の形態１が３段階のＡＦ制御段階に対応した３つの各測距用画像の読み出し期間における測距エリア３０２の面積が固定であったのに対し、本実施の形態では、測距用画像の間引き読み出し率に応じて測距エリア３０２の面積も変更するものである。図６は、本実施の形態における３段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子２０５から読み出される測距用画像の関係を示した図である。図６（ａ）において、実線５２１が本画像の露光開始ラインを示し、破線５２２は読み出しラインを示している。測距用画像の読み出し期間５２３、５２４、５２５の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ読み出し期間５２３、５２４、５２５に対応した測距用画像である。読み出し期間５２３、５２４、５２５での測距用画像の間引き読み出し率がそれぞれ１／１６、１／４、１と変化するのに応じて、「面積×間引き読み出し率」が常に一定になるように測距エリア３０２の面積を変更している。ただし、本実施の形態では、測距エリア３０２の中心位置は固定である。このようにすれば、各ＡＦ制御段階の測距用画像の読み出し時間を最小時間（Ｔ／１６）にできるので、実施の形態１よりＡＦ制御をさらに高速に行える。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３について図７、図８を参照しながら説明する。実施の形態３が実施の形態２と異なる点は、測距エリア３０２の位置を測距用画像の読み出し期間毎に変化させることである。図７は、本実施の形態における３段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子２０５から読み出される測距用画像の関係を示した図である。図７（ａ）において、実線５４１が本画像の露光開始ラインを示し、破線５４２は読み出しラインを示している。測距用画像の読み出し期間５４３、５４４、５４５の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ読み出し期間５４３、５４４、５４５に対応した測距用画像である。読み出し期間５４３、５４４、５４５での測距エリアＡ、Ｂ、Ｃの位置が変化する。図８はこの位置を変える方法についての説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ読み出し期間５４３、５４４、５４５での測距エリアＡ、Ｂ、Ｃの位置を示す。図８において、まず読み出し期間５４３の測距エリアＡを次の読み出し期間５４４の測距エリアＢの大きさからなる４個のサブエリアＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇに分割する。そして、各画素のコントラスト値を各サブエリア単位で積算して各サブエリア毎のＡＦ評価値を計算し、最もＡＦ評価値の大きいサブエリア（例えば、サブエリアＦ）が選択される。次の、読み出し期間５４４での測距エリアＢはサブエリアＦの位置になるとともに、この測距エリアＢはＨ、Ｉ、Ｊ、Ｋの４個のサブエリアに分割されて、同様に各サブエリア毎のＡＦ評価値が計算される。そして、ＡＦ評価値の最も大きいサブエリア（例えば、サブエリアＨ）が選択され、次の、読み出し期間５４５での測距エリアＣはサブエリアＨの位置になる。こうすることにより、常にＡＦ評価値の高い部分（高周波成分が多く含まれている部分）を含む位置に測距エリアを設定できるのでＡＦ制御の精度をより向上させることができる。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４について図９を参照しながら説明する。実施の形態４が実施の形態２と異なる点は、実施の形態２が１フレーム期間に測距用画像の間引き読み出し率を３段階に切り換えたが、本実施の形態では、フレーム毎に間引き読み出し率を変えるものである。図９は、本実施の形態における３段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子２０５から読み出される測距用画像の関係を示した図である。図９（ａ）において、実線６００、６０３、６０６は本画像の露光開始ラインを示し、破線６０１、６０４、６０７は読み出しラインを示している。測距用画像の読み出し期間６０２、６０５、６０８の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。また、図９（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ読み出し期間６０２、６０５、６０８に対応した測距用画像である。読み出し期間が３フレームに跨っている以外は実施の形態２と同様であるので説明は省略する。このようにすることにより、撮像素子２０５の画像読み出し速度があまり速くない場合、あるいはＡＦ制御に時間がかかる場合にも容易に対応できる。本実施の形態では、１フレーム毎に測距用画像の間引き読み出し率を変える例を説明したが、これに限定されず、複数フレーム毎に測距用画像の間引き読み出し率を変えてもよい。

（実施の形態５）
次に、実施の形態５について図１０を参照しながら説明する。実施の形態５が実施の形態４と異なる点は、実施の形態４は撮像素子２０５から格子状に間引き画素を読み出したのに対し、本実施の形態では市松状に読み出すとともに毎回間引き位相を変えることである。図１０（ａ）は、本実施の形態における測距用画像の読み出し方法について説明した図である。本実施の形態では、１フレームに間引き読み出し率１／４で４回測距用画像を読み出す例を示す。図１０（ａ）において、実線５６１は本画像の露光開始ラインを示し、破線５６２は読み出しラインを示している。図１０（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は４つの読み出し期間５６４、５６５、５６７、５６８に撮像素子２０５から読み出される測距用画像を示している。このように、測距用画像の間引きを市松状に行い、読み出し期間毎に間引き位相を変えることで、ＡＦ評価値計算に利用する画素を測距エリア３０２内で万遍なく取り出すことができ、画像の絵柄による精度のばらつきを除くことができる。図１０に示すように、４回読み出すとすべての位置の画素が読み出されることになる。図１０には示していないが、間引き読み出し率が１／２の場合には、２回の測距用画像の読み出しで間引き位相が元に戻ることになる。

（実施の形態６）
次に、実施の形態６について図１１を参照しながら説明する。実施の形態６が実施の形態４と異なる点は、実施の形態４は撮像素子２０５から水平方向、垂直方向にそれぞれ均等に１／２に間引いて測距画像を読み出している。これに対して本実施の形態では、隣接４画素を１つのグループとしてグループ単位で間引くようにしたものである。図１１は、本実施の形態における測距用画像の読み出し方法について説明した図である。図１１（ａ）において、実線５８１は本画像の露光開始ラインを示し、破線５８２は読み出しラインを示している。図１１（ｂ）は読み出し期間５８３に撮像素子２０５から読み出される測距用画像を示している。このように、測距用画像の間引き読み出しを画素単位ではなく、隣接画素を含むグレープ単位で行うことにより、読み出された測距用画像には必ず隣接画素が存在しているので、間引かれた測距画像であってもＡＦ評価値の精度を向上することができる。測距用画像の間引き読み出し率は同じであるので、測距用画像の読み出し速度は同様に向上する。なお、本実施の形態の説明では、隣接４画素を１グループとしたが、これに限定されるものではなく、任意の数の隣接画素から１グループを構成してもよい。ただし、被写体の絵柄の影響を少なくするためには各グループが測距エリア３０２にできるだけ一様に分布させることが望ましい。

以上説明したように、本発明の撮像装置によれば、ＡＦ制御において、ＡＦ制御の各段階（合焦の度合い）に応じて測距用画像の間引き読み出し率を変更することにより、ＡＦ制御の精度を維持しつつ、高速化が可能となる。

なお、上記説明では、ＡＦ制御の段階を３段階として説明したが、これに限定されるものではなく、この段階は適宜決めればよい。

また、ＡＦ制御の方法としては山登り方式に限定されるものではなく、サンプリング方式等他の方式でもかまわない。

また、上記説明では、３段階の間引き読み出し率を１／１６、１／４、１としたが、これに限定されるものではなく間引き読み出し率は、適宜決めればよい。

本発明は、自動焦点制御機能を有するデジタルカメラ等の撮像装置に利用することが可能である。

本発明の実施の形態１におけるＡＦ機能付ききデジタルカメラの機能を説明するための図であり、（ａ）はデジタルカメラの斜視図、（ｂ）はデジタルカメラの背面図 本発明の実施の形態１におけるデジタルカメラの回路構成の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態１における撮像エリアと測距エリアの関係を示した図 本発明の実施の形態１におけるフォーカスレンズの位置とＡＦ評価値との関係の一例を示す図 本発明の実施の形態１における３段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子から読み出される測距用画像の関係を示した図 本発明の実施の形態２における３段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子から読み出される測距用画像の関係を示した図 本発明の実施の形態３における３段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子から読み出される測距用画像の関係を示した図 本発明の実施の形態３における測距用画像の各読み出し期間での測距エリアの位置を示す図 本発明の実施の形態４における３段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子から読み出される測距用画像の関係を示した図 本発明の実施の形態５における測距用画像の読み出し方法について説明した図 本発明の実施の形態６における測距用画像の読み出し方法について説明した図

符号の説明

１００ デジタルカメラ
１０１ レンズ鏡筒
１０２ ビューファインダ
１０３ レリーズ釦
１０４ 測距枠
１０５ メモリカード挿入口
１０６ メモリカード取り出し釦
１０７ ＬＣＤ
１０８ モード切り換えスイッチ
１０９ 十字操作キー
１１０ ＭＥＮＵＥ釦
１１１ ＳＥＴ釦
２０１ 撮像レンズ群
２０２ ズームレンズ
２０３ フォーカスレンズ
２０４ 絞り
２０５ 撮像素子
２０６ ズームレンズ制御駆動部
２０７ フォーカスレンズ制御駆動部
２０８ 絞り制御駆動部
２０９ 撮像素子制御駆動部
２１０ アナログ信号処理部
２１１ Ａ／Ｄ変換部
２１２ デジタル信号処理部
２１３ ゲート回路
２１４ ＡＦ処理部
２１５ バッファメモリ
２１６ ＪＰＥＧ処理部
２１７ カードＩ／Ｆ
２１８ メモリカード
２１９ ＬＣＤＩ／Ｆ
２２０ 操作部
２２１ ＴＧＥＮ
２２２ データバス
２２３ マイコン

Claims (8)

1. 撮像エリア内に２次元的に配置された画素を画素単位で読み出し可能な撮像素子と、
   光軸方向に移動し、被写体の光学像を前記撮像素子に結像する光学系と、
   前記光学系を光軸方向に移動させて合焦させる自動焦点制御手段とを有する撮像装置であって、
   前記撮像素子からフレーム周期よりも短い時間で前記撮像エリア内の全画素を読み出す画像読み出し手段と、
   前記全画素を読み出した１フレーム周期の残りの期間（ブランキング期間）に、前記撮像エリア内に設けられた測距エリアから所定の間引き読み出し率で画素を間引いて測距用画像を読み出す測距用画像読み出し手段と、
   前記自動焦点制御のための前記合焦の度合いを評価する評価値を前記測距用画像から算出する評価値算出手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記測距用画像読み出し手段は、前記合焦の度合いに応じて前記測距用画像の前記間引き読み出し率を変更することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記合焦の度合いが低い場合には、前記間引き読み出し率を小さくし、前記合焦の度合いが高くなるに伴って前記間引き読み出し率を大きくしていくことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記測距用画像読み出し手段は、前記測距用画像の間引き読み出し率に応じて前記測距エリアの面積と前記間引き読み出し率の積が一定となるように前記測距エリアの面積を変更することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の撮像装置。
5. 前記測距エリアを複数のサブエリアに分割するサブエリア分割手段と、前記サブエリアに含まれる前記測距用画像から前記合焦の度合いを評価するサブエリア評価値を算出するサブエリア評価値算出手段をさらに備え、前記サブエリア評価値が最も大きいサブエリアの位置に、次に続く前記間引き読み出し率の大きい前記測距用画像の前記測距エリアを設定することを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
6. 前記測距用画像読み出し手段は、前記測距エリアから水平および垂直それぞれの方向に均一に画素を間引いて前記測距用画像を読み出すことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の撮像装置。
7. 前記測距用画像読み出し手段は、前記測距用画像を読み出す毎に前記測距エリアから読み出す画素の間引き位相を変化させることを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
8. 前記測距用画像読み出し手段は、隣接する複数の画素からなるブロック単位で前記測距エリアから前記測距用画像を間引き読み出しすることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の撮像装置。

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