JP2010054730A - 合焦位置検出装置、撮像装置及び合焦位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカス制御において、合焦位置の検出精度を向上させることが可能な合焦位置検出装置、撮像装置及び合焦位置検出方法を提供すること。
【解決手段】フォーカス制御時、電気信号に基づいた画像信号におけるコントラスト値のピーク値によって、被写体像が撮像面に合焦したときのフォーカスレンズの合焦位置を検出する合焦位置検出部１２３と、フォーカス制御時、第１駆動として、フォーカスレンズを一端側から他端側に駆動し、第２駆動として、第１駆動でコントラスト値がピーク値となる位置及びその位置の近傍についてフォーカスレンズを光軸方向に駆動するフォーカスレンズ駆動部１４３、１４４と、第１駆動時に、被写体像から撮像面に照射される光量を所定の絞り値に基づいて制御し、第２駆動時に、本撮影に用いる絞り値に基づいて光量を制御する絞り制御部１２６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、合焦位置検出装置、撮像装置及び合焦位置検出方法に関する。

デジタルスチルカメラ等の撮像装置には、液晶画面（ＬＣＤ）などの表示部が設けられたものがある。この表示部は、撮影前の被写体像をリアルタイム（実時間）で表示したり、撮影が完了して記録媒体に記録された画像を表示したりする。

また、撮像装置は、被写体が撮像面でフォーカス（合焦）するようにフォーカス制御する。フォーカス制御には、例えば、コントラスト検出方式がある。コントラスト検出方式は、フォーカスレンズを移動しながら画像情報を取得し、コントラスト値が最も高くなる位置（画像中に最もエッジを多く検出した位置）を検出して、そのときのフォーカスレンズの位置を合焦位置として決定する。

例えば特許文献１及び２には、フォーカス制御時に絞り値を制御する技術が開示されている。

特開２００８−９６７９６号公報 特開２００３−２７９８３８号公報（特許第３９６８２５９号公報）

ところで、従来、フォーカス制御におけるコントラスト方式では、絞りを開放にしたときに取得した画像信号（輝度信号）に基づいて、コントラスト値の最大値（ピーク値）を算出する。実際上、絞りを開放にしたとき、合焦（ピント）精度が最も要求され、絞りが絞り込まれると、被写界深度が深くなり、許容デフォーカス量も大きくなるため、焦点ぼけも目立たなくなる。

しかし、レンズによっては、絞り値に応じて合焦位置がずれるものがあるため、コントラスト値のピークを算出する際の絞り値と、本撮影時の絞り値が異なると、合焦位置がずれてしまい、いわゆる前ピントまたは後ピントが発生するという問題があった。この点について、図８を参照して、本撮影時に絞り値をＦ２．８として撮影する場合の従来例を説明する。図８は、フォーカスレンズの位置を示す説明図である。フォーカスレンズは、無限遠撮影時の位置（∞端）から最短距離撮影時の位置（近端）の間を駆動可能である。従来では、絞りが開放のときフォーカス制御をするため、絞り値がＦ１．４のときの合焦位置が算出される。従って、本撮影時に、フォーカス制御によって、フォーカスレンズは、図８（Ａ）に示すように、絞り値がＦ１．４のときの合焦位置に駆動される。

しかし、絞り値に応じて合焦位置がずれるレンズであって、本撮影時の絞り値が例えばＦ２．８であり、フォーカス制御時の絞り値と異なる場合、図８（Ｂ）に示すように、フォーカス制御で算出された合焦位置と、本撮影時に要求される合焦位置とがずれてしまう。また、図８に示す例では、Ｆ２．８の許容デフォーカス量から外れた位置に、Ｆ１．４の許容デフォーカス量の範囲があるため、本撮影を行うと後ピントになってしまい、被写体像が焦点ボケとなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、フォーカス制御において、合焦位置の検出精度を向上させることが可能な、新規かつ改良された合焦位置検出装置、撮像装置及び合焦位置検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、撮像面に照射された被写体像を電気信号に変換する光電変換素子と、被写体像を撮像面に合焦可能なフォーカスレンズと、フォーカス制御時、電気信号に基づいた画像信号におけるコントラスト値を算出するコントラスト値算出部と、コントラスト値のピーク値によって、被写体像が撮像面に合焦したときのフォーカスレンズの合焦位置を検出する合焦位置検出部と、フォーカス制御時、第１駆動として、フォーカスレンズを一端側から他端側に駆動し、第２駆動として、第１駆動でコントラスト値がピーク値となる位置及びその位置の近傍についてフォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、第１駆動時に、被写体像から撮像面に照射される光量を所定の絞り値に基づいて制御し、第２駆動時に、本撮影に用いる絞り値に基づいて光量を制御する絞り制御部とを有する合焦位置検出装置が提供される。

かかる構成により、光電変換素子は、撮像面に照射された被写体像を電気信号に変換し、フォーカスレンズは、被写体像を撮像面に合焦させることができる。そして、コントラスト値算出部は、フォーカス制御時、電気信号に基づいた画像信号におけるコントラスト値を算出し、合焦位置検出部は、コントラスト値のピーク値によって、被写体像が撮像面に合焦したときのフォーカスレンズの合焦位置を検出し、フォーカスレンズ駆動部は、フォーカス制御時、第１駆動として、フォーカスレンズを一端側から他端側に駆動し、第２駆動として、第１駆動でコントラスト値がピーク値となる位置及びその位置の近傍についてフォーカスレンズを光軸方向に駆動する。また、絞り制御部は、第１駆動時に、被写体像から撮像面に照射される光量を所定の絞り値に基づいて制御し、第２駆動時に、本撮影に用いる絞り値に基づいて光量を制御する。

上記合焦位置検出部がコントラスト値を算出するフォーカスレンズの駆動位置、撮像面に対する露光条件、光電変換素子の読出しモード又はコントラスト値の算出に用いられるゲインは、第２駆動時に用いる絞り値に基づいて設定されてもよい。かかる構成により、合焦位置検出部がコントラスト値を算出するフォーカスレンズの駆動位置（例えばサンプリング間隔）や、撮像面に対する露光条件（例えばシャッター速度）や、光電変換素子の読出しモード（例えば加算読出し、間引き読出しなど）や、コントラスト値の算出に用いられるゲインは、第２駆動時に用いる絞り値に基づいて設定される。

上記合焦位置検出部がコントラスト値を算出するフォーカスレンズの駆動位置、撮像面に対する露光条件、光電変換素子の読出しモード又はコントラスト値の算出に用いられるゲインは、第１駆動時のコントラスト値に基づいて設定されてもよい。かかる構成により、合焦位置検出部がコントラスト値を算出するフォーカスレンズの駆動位置（例えばサンプリング間隔）や、撮像面に対する露光条件（例えばシャッター速度）や、光電変換素子の読出しモード（例えば加算読出し、間引き読出しなど）や、コントラスト値の算出に用いられるゲインは、第１駆動時のコントラスト値に基づいて設定される。

本撮影に用いる絞り値が所定の閾値を満たすとき、絞り制御部は、第２駆動時に本撮影に用いる絞り値より小さい絞り値で光量を制御してもよい。かかる構成により、本撮影に用いる絞り値が所定の閾値を満たすとき、光量は、第２駆動時に本撮影に用いる絞り値より小さい絞り値で制御される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記の合焦位置検出装置を有する撮像装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、撮像面に照射された被写体像を電気信号に変換するステップと、フォーカス制御時、電気信号に基づいた画像信号におけるコントラスト値を算出するステップと、コントラスト値のピーク値によって、被写体像が撮像面に合焦したときのフォーカスレンズの合焦位置を検出するステップと、フォーカス制御時、第１駆動として、フォーカスレンズを一端側から他端側に駆動し、第２駆動として、第１駆動でコントラスト値がピーク値となる位置及びその位置の近傍についてフォーカスレンズを駆動するステップと、第１駆動時に、被写体像から撮像面に照射される光量を所定の絞り値に基づいて制御し、第２駆動時に、本撮影に用いる絞り値に基づいて光量を制御するステップとを有する合焦位置検出方法が提供される。

かかる構成により、フォーカスレンズは、被写体像を撮像面に合焦可能であり、撮像面に照射された被写体像は、電気信号に変換される。フォーカス制御時、電気信号に基づいた画像信号におけるコントラスト値が算出され、コントラスト値のピーク値によって、被写体像が撮像面に合焦したときのフォーカスレンズの合焦位置が検出される。フォーカス制御時、第１駆動として、フォーカスレンズが一端側から他端側に駆動され、第２駆動として、第１駆動でコントラスト値がピーク値となる位置及びその位置の近傍についてフォーカスレンズが駆動され、また、第１駆動時に、被写体像から撮像面に照射される光量が所定の絞り値に基づいて制御され、第２駆動時に、本撮影に用いる絞り値に基づいて光量が制御される。

本発明によれば、フォーカス制御において、合焦位置の検出精度を向上させることができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（一実施形態の構成）
まず、本発明の一実施形態に係る撮像装置１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る撮像装置１００を示すブロック図である。撮像装置１００は、例えば、コンパクトデジタルスチルカメラであるが、本発明の撮像装置は、これに限定されず、静止画が撮影可能なビデオカメラなどであってもよい。

撮像装置１００は、例えば、結像光学系１０１と、撮像素子１０７と、画像入力コントローラ１１０と、ＤＳＰ／ＣＰＵ１２０と、操作部材１３５と、ドライバ１４１、１４３と、モータ１４２、１４４と、画像信号処理回路１５２と、圧縮処理回路１５４と、ＬＣＤドライバ１５６と、ＬＣＤ１５８と、ＶＲＡＭ１６２と、ＳＤＲＡＭ１６４と、メディアコントローラ１６６と、記録メディア１６８などからなる。

結像光学系１０１は、例えば、ズームレンズ１０２、絞り１０３、フォーカスレンズ１０４などからなる。結像光学系１０１は、外部の光情報を撮像素子１０７に結像させる光学系システムであり、被写体からの光を撮像素子１０７まで透過させる。ズームレンズ１０２は、焦点距離を変化させて画角を変えるレンズである。絞り１０３は、透過する光量を調節する機構であり、モータ１４２によって駆動される。フォーカスレンズ１０４は、光軸方向に移動することで撮像素子１０７の撮像面に被写体像を合焦させる。フォーカスレンズ１０４は、モータ１４４によって駆動される。モータ１４２、１４４は、それぞれドライバ１４１、１４３から駆動信号を受けて駆動する。

撮像素子１０７は、光電変換素子の一例であり、結像光学系１０１を透過して入射した光情報を電気信号に変換する光電変換が可能な複数の素子から構成される。各素子は受光した光に応じた電気信号を生成する。撮像素子１０７は、ＣＣＤ（charge coupled device）センサー、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）センサー等を適用することができる。

なお、撮像素子１０７の露光時間を制御するため、非撮影時に光を遮って撮影時のみ光が当たるように、メカニカルシャッター（図示せず。）を適用することができる。また、これに限定されず、電子シャッター（図示せず。）を適用してもよい。なお、メカニカルシャッター又は電子シャッターの動作は、ＤＳＰ／ＣＰＵ１２０に接続されたシャッターボタン（操作部材１３５）のスイッチによって行われる。

撮像素子１０７は、更にＣＤＳ／ＡＭＰ部１０８、Ａ／Ｄ変換部１０９を有する。ＣＤＳ／ＡＭＰ部（相関二重サンプリング回路（correlated double sampling）／増幅器（amplifier））１０８は、撮像素子１０７から出力された電気信号に含まれる低周波ノイズを除去すると共に、電気信号を任意のレベルまで増幅する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、ＣＤＳ／ＡＭＰ部１０８から出力された電気信号をデジタル変換してデジタル信号を生成する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、生成したデジタル信号を画像入力コントローラ１１０に出力する。

画像入力コントローラ１１０は、Ａ／Ｄ変換部１０９から出力されたデジタル信号に対して処理を施し、画像処理が可能となる画像信号を生成する。画像入力コントローラ１１０は、生成した画像信号を例えば画像信号処理回路１５２に出力する。また、画像入力コントローラ１１０は、ＳＤＲＡＭ１６４への画像データの読み書きを制御する。

ＤＳＰ／ＣＰＵ１２０は、プログラムによって演算処理装置及び制御装置として機能し、撮像装置１００内に設けられた各構成要素の処理を制御する。ＤＳＰ／ＣＰＵ１２０は、例えば、フォーカス制御や露出制御に基づいてドライバ１４１、１４３、１４５に信号を出力して結像光学系１０１を駆動させる。また、ＤＳＰ／ＣＰＵ１２０は、操作部材１３５からの信号に基づいて撮像装置１００の各構成要素を制御する。なお、本実施形態においては、ＤＳＰ／ＣＰＵ１２０が１つだけからなる構成であるが、信号系の命令と操作系の命令とを別々のＣＰＵで行うなど複数のＣＰＵから構成されてもよい。

ＤＳＰ／ＣＰＵ１２０は、図１に示すように、例えば、タイミングジェネレータ１２１と、適正ＡＷＢ算出部１２２と、ビデオＡＦ制御部１２３と、フォーカス制御部１２４と、ＡＥ制御部１２５と、絞り制御部１２６と、画像処理選択部１２７と、ＧＵＩ管理部１２８などを有する。

タイミングジェネレータ１２１は、撮像素子１０７やＣＤＳ／ＡＭＰ部１０８にタイミング信号を出力し、撮像素子１０７を構成している各画素の露光期間の制御や、電荷の読み出し制御を行う。

適正ＡＷＢ算出部１２２は、撮像素子１０７で受光した被写体像に応じた画像信号の色情報に基づいて、ＷＢ制御値を算出する。適正ＡＷＢ算出部１２２は、例えば、被写体に応じた適正なホワイトバランス（ＷＢ）が得られるようにＷＢ制御値を算出する。適正ＡＷＢ算出部１２２は、算出したＷＢ制御値を画像信号処理回路１５２に送る。

ビデオＡＦ制御部１２３は、合焦位置検出部の一例であり、画像信号処理回路１５２で算出されたＡＦ（auto focus：自動焦点）評価値に基づいて、フォーカスレンズ１０４の合焦位置を算出する。なお、ＡＦ評価値は、画像信号の輝度値に基づいて画像信号処理回路１５２で算出されたものである。ＡＦ評価値は、例えば画像のコントラスト値であり、コントラスト値がピークとなったとき、被写体像が撮像素子１０７の撮像面で合焦していると判断する（コントラスト検出方式）。

フォーカス制御部１２４は、フォーカス制御開始の操作信号を受けると、フォーカスレンズ１０４を一方向に移動する制御信号を生成して、生成した制御信号をドライバ１４３に出力する。ドライバ１４３は、フォーカス制御部１２４から受けた制御信号に基づいて駆動信号を生成する。ドライバ１４３は、生成した駆動信号をモータ１４４に送る。ドライバ１４３及びモータ１４４は、フォーカス制御時、第１駆動として、フォーカスレンズを光軸方向に駆動し、第２駆動として、第１駆動でコントラスト値がピーク値となる位置及びその位置の近傍についてフォーカスレンズを光軸方向に駆動する。ドライバ１４３及びモータ１４４は、フォーカスレンズ駆動部の一例である。

ＡＥ制御部１２５は、画像信号処理回路１５２で算出されたＡＥ（auto exposure：自動露光）評価値に基づいて、絞り１０３の絞り量やシャッター速度を算出する。なお、ＡＥ評価値は、画像信号の輝度値に基づいて画像信号処理回路１５２で算出されたものである。ＡＥ制御部１２５は、算出の結果得られた絞り量を絞り制御部１２６に出力する。

絞り制御部１２６は、取得した絞り量を制御信号としてドライバ１４１に出力する。絞り制御部１２６は、第１駆動時に、被写体像から撮像面に照射される光量を所定の絞り値に基づいて制御し、第２駆動時に、本撮影に用いる絞り値に基づいて光量を制御する。ドライバ１４１は、絞り制御部１２６から受けた制御信号に基づいて駆動信号を生成する。ドライバ１４１は、生成した駆動信号をモータ１４２に送る。

画像処理選択部１２７は、画像信号に対するガンマ補正、輪郭強調処理などの画像処理を行うか否かを選択したり、各画像処理に必要なパラメータを設定したりする。画像処理選択部１２７は、選択結果や設定したパラメータを画像信号処理回路１５２に送る。

ＧＵＩ管理部１２８は、ＬＣＤ１５８に表示される画像のサムネイル画面や、撮像装置１００の操作のためのメニュー画面などのＧＵＩ（graphic user interface）を管理する。ＧＵＩ管理部１２８は、例えば、操作部材１３５からの操作信号を受けて、操作信号に基づいた制御信号をＬＣＤドライバ１５６に送る。

操作部材１３５は、例えば、撮像装置１００に設けられた上下左右キー、電源スイッチ、モードダイアル、シャッターボタンなどである。操作部材１３５は、ユーザーによる操作に基づいて操作信号をＤＳＰ／ＣＰＵ１２０等に送る。例えば、シャッターボタンは、ユーザーによる半押し、全押し、解除が可能である。シャッターボタンは、半押し（Ｓ１操作）されたときフォーカス制御開始の操作信号を出力し、半押し解除でフォーカス制御が終了する。また、シャッターボタンは、全押し（Ｓ２操作）されたとき、撮影開始の操作信号を出力する。

画像信号処理回路１５２は、画像入力コントローラ１１０から画像信号を受け、ＷＢ制御値、γ値、輪郭強調制御値などに基づいて、画像処理された画像信号を生成する。画像信号処理回路１５２は、コントラスト値算出部の一例であり、画像信号に基づいてＡＥ評価値及びＡＦ評価値を算出して、それぞれをＤＳＰ／ＣＰＵ１２０に送る。

圧縮処理回路１５４は、圧縮処理前の画像信号を受けて、例えばＪＰＥＧ圧縮形式、又はＬＺＷ圧縮形式などの圧縮形式で画像信号を圧縮処理する。圧縮処理回路１５４は、圧縮処理で生成した画像データを例えばメディアコントローラ１６６に送る。

ＬＣＤドライバ１５６は、例えばＶＲＡＭ１６２から画像データを受けて、ＬＣＤ（liquid crystal display：液晶画面）１５８に画像を表示する。ＬＣＤ１５８は、表示部の一例であり、撮像装置１００本体に設けられる。ＬＣＤ１５８が表示する画像は、例えば、ＶＲＡＭ１６２から読み出された撮影前の画像（ライブビュー表示）、撮像装置１００の各種設定画面や、撮像して記録された画像などである。本実施形態では、表示部としてＬＣＤ１５８、表示駆動部としてＬＣＤドライバ１５６としたが、本発明はかかる例に限定されず、例えば有機ＥＬディスプレイ、その表示駆動部などであってもよい。

ＶＲＡＭ（video RAM）１６２は、画像表示用のメモリであり、複数のチャネルを有する。ＶＲＡＭ１６２は、ＳＤＲＡＭ１６４からの画像表示用の画像データの入力と、ＬＣＤドライバ１５６への画像データの出力を同時に実行できる。ＬＣＤ１５８の解像度や最大発色数はＶＲＡＭ１６２の容量に依存する。

ＳＤＲＡＭ（synchronous DRAM）１６４は、撮影した画像の画像データを一時的に保存する。ＳＤＲＡＭ１６４は、複数の画像の画像データを記憶できる記憶容量を有している。また、ＳＤＲＡＭ１６４は、フォーカス制御時の画像信号を順次保持し、画像信号を出力する。また、ＳＤＲＡＭ１６４は、ＤＳＰ／ＣＰＵ１２０の動作プログラムを保存する。ＳＤＲＡＭ１６４への画像の読み書きは、画像入力コントローラ１１０によって制御される。

メディアコントローラ１６６は、記録メディア１６８への画像データの書き込み、又は記録メディア１６８に記録された画像データや設定情報などの読み出しを制御する。記録メディア１６８は、例えば、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等）、光磁気ディスク、磁気ディスク、半導体記憶媒体などであり、撮影された画像データを記録する。メディアコントローラ１６６、記録メディア１６８は、撮像装置１００から着脱可能に構成されてもよい。

なお、撮像装置１００における一連の処理は、ハードウェアで処理してもよいし、コンピュータ上のプログラムによるソフトウェア処理で実現してもよい。

（一実施形態の動作）
次に、本発明の一実施形態に係る撮像装置１００のフォーカス制御の動作について説明する。本実施形態のフォーカス制御によれば、後述する通り、２段階駆動をして、従来に比べ精度の高い合焦位置を検出できる。

まず、撮像装置１００は、電源がＯＮにされると同時に、撮像素子１０７（例えば、ＣＣＤ等）を制御して、一定間隔で露光し、画像データの読出しをする。この一定間隔は、例えば１／３０秒単位であり、一定間隔で読み出された画像を１フレームと呼ぶ。１フレーム毎の画像は、例えば撮像装置１００の背面に設けられたＬＣＤ１５８にリアルタイム（実時間）で表示される。

また、撮像装置１００は、画像データから被写体像の輝度値を算出する。なお、輝度値の算出方法は、一般的な技術を適用することができ、本明細書では詳細な説明を省略する。リアルタイムに画像を表示している間は、撮像装置１００は、画面全体の輝度情報を参照して、画面全体が適正な明るさとなるような露光制御を行う。

次に、例えば、ユーザーによってシャッターボタンが半押し操作（Ｓ１操作）されることで、フォーカス制御動作が開始される。以下、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る撮像装置のフォーカス制御動作を示すフローチャートである。まず、第１駆動のためのパラメータが設定される（ステップＳ１０１）。ここで、第１駆動とは、フォーカスレンズ１０４を、無限遠撮影距離時の位置から、最短撮影距離時の位置まで駆動しながら、ＡＦ評価値を算出するスキャン動作をいう。

第１駆動のため設定されるパラメータは、例えば、サンプリング間隔、絞り等である。サンプリング間隔は、ＡＦ評価値算出のため輝度信号を取得するときのフォーカスレンズ１０４の位置の間隔である。第１駆動時のサンプリング間隔は、例えば第２駆動時のサンプリング間隔より広くする。また、第１駆動時の絞りは、例えば開放とする。

フォーカス制御が開始されると、撮像素子１０７の制御と連動して、フォーカスレンズ１０４が一定速度で駆動される。例えば、フォーカスレンズ１０４は、無限遠撮影距離時の位置（∞端）に駆動された後、無限遠撮影距離時の位置（近端）から、最短撮影距離時の位置方向へ駆動される。（ステップＳ１０２）。

そして、撮像素子１０７に被写体像が露光されながら、撮像素子１０７から読み出された画像データに基づいてコントラスト値（ＡＦ評価値）が算出され、サンプリングされる（ステップＳ１０３）。

サンプリング後、ＡＦ評価値のピークが検出されたかが判断される（ステップＳ１０４）。ピークが複数検出された場合は、例えば、撮像装置１００から最も近い位置にある被写体を主被写体と判定し、主被写体に該当するピークを第２駆動における対象ピークとする。一方、ＡＦ評価値のピークが検出されないような被写体の場合（例えば、被写体にコントラスト変化が少ない場合等）、フォーカス制御を終了する。

第１駆動でＡＦ評価値のピークが検出された場合、第２駆動のためのパラメータが設定される（ステップＳ１０５）。ここで、第２駆動とは、第１駆動時、主被写体に該当すると判定された対象ピーク近傍の範囲について、フォーカスレンズ１０４を駆動しながら、ＡＦ評価値を算出するスキャン動作をいう。

第２駆動のため設定されるパラメータは、例えば、サンプリング間隔、絞り等である。サンプリング間隔は、ＡＦ評価値算出のため輝度信号を取得するときのフォーカスレンズ１０４の位置の間隔である。第２駆動時のサンプリング間隔は、例えば第１駆動時のサンプリング間隔より狭くする。また、第２駆動時の絞りは、例えば本撮影時の絞りとする。

そして、第１駆動時に選択された対象ピークのフォーカスレンズ位置より手前に、フォーカスレンズ１０４が駆動される。そして、撮像素子１０７に被写体像が露光されながら、撮像素子１０７から読み出された画像データに基づいてコントラスト値（ＡＦ評価値）が算出され、サンプリングされる（ステップＳ１０６）。なお、第１駆動で、フォーカスレンズ１０４が無限遠撮影時の位置から最短距離撮影時の位置まで駆動された場合、第２駆動では、最短距離撮影時の位置側から無限遠撮影時の位置側までフォーカスレンズ１０４が駆動される。

第２駆動では、フォーカスレンズは、第１駆動時に選択された対象ピークのフォーカスレンズ位置より奥まで駆動される。そして、第１駆動時に選択された対象ピークのフォーカスレンズ位置より奥に到達するまで、本撮影時の絞り、かつ第２駆動時のサンプリング間隔でＡＦ評価値の算出をする。

次に、ビデオＡＦ制御部１２３は、第２駆動時で算出されたＡＦ評価値のうち最大のＡＦ評価値（ピーク値）を用いて、フォーカスレンズ位置を最終的な合焦位置として算出する。例えば、サンプリングによって得られるＡＦ評価値は離散的に取得されるため、フォーカスレンズ位置を合焦位置として決定してもよい。または、合焦位置を更に正確に算出するため、ピーク及びピーク前後のＡＦ評価値を抽出し、これらのＡＦ評価値を用いて補間計算を行ってもよい。補間計算によって、最終的な合焦位置が算出される。

その後、フォーカス制御部１２４は、算出された合焦位置にフォーカスレンズ１０４を駆動する。以上により、フォーカス制御の一連の動作が完了する（ステップＳ１０８）。次に、シャッターボタンが全押し（Ｓ２操作）されることで、フォーカス制御によって得られた結果に基づいて、本撮影が行われる。

以上によれば、本実施形態は、第２駆動時に、本撮影時の絞りによって、合焦位置が検出される。そして、第２駆動時の絞りを本撮影時の絞りとするため、絞りの変化によって合焦位置が変化するレンズでも、精度良く合焦位置を検出することができる。

図３を参照して、本撮影時に絞り値をＦ２．８として撮影する場合の従来例を説明する。図３は、フォーカスレンズの位置を示す説明図である。フォーカスレンズは、無限遠撮影時の位置（∞端）から最短距離撮影時の位置（近端）の間を駆動可能である。本実施形態では、第１駆動時に絞りを開放としてフォーカス制御をするが、第２駆動時に本撮影時に使用する絞り値Ｆ２．８を有する絞りとしてフォーカス制御する。従って、第２駆動時に、絞り値がＦ２．８のときの合焦位置が算出される。その結果、本撮影時には、第２駆動時で得られた合焦位置に基づいて、フォーカスレンズ１０４を駆動させればよい。

以上により、絞り値に応じて合焦位置がずれるレンズであっても、第２駆動によって、図３に示すように、フォーカス制御で算出された合焦位置と、本撮影時に要求される合焦位置とを一致させることができる。

なお、本実施形態とは異なり、フォーカス制御時のフォーカスレンズ１０４の駆動を、第１駆動及び第２駆動からなる２段駆動とせず、１段駆動とし、その駆動時に本撮影時に使用する絞り値を採用することも考えられる。また、２段駆動とする場合でも、第１駆動時に本撮影時に使用する絞り値を採用することも考えられる。

一方、本実施形態では、第１駆動時に絞りを開放又は絞り込み量を少なくすることによって、被写界深度が浅い状態で、かつ露光条件が良い状態で、ＡＦ評価値のピーク値を容易に算出できる。そして、第２駆動時に絞りを本撮影時に用いる絞り値で絞り込むことで、レンズによる合焦位置のずれを防止することができ、更に正確な合焦位置を検出することができる。特に、撮像素子のサイズが小さくなり、画素ピッチが小さくなるほど、合焦精度の向上が求められるが、本実施形態によれば、この場合でも精度良く合焦位置を決定できる。

また、２段駆動とすることによって、第１駆動で、大まかなサンプリング間隔とし、第２駆動で、精度の高めることが可能な狭いサンプリング間隔とすることができるため、フォーカス制御にかかる時間の長時間化も防止できる。

更に、フォーカス制御の第２駆動時に本撮影に使用する絞り値で絞りが設定される。そのため、本実施形態では、シャッターボタンが全押しされて本撮影が開始されたとき、本撮影に使用する絞りへの変更が不要となり、撮影にかかる時間の短縮化を図ることができる。

次に、第２駆動のパラメータ設定について詳しく説明する。まず、図４を参照して、第１の実施例について説明する。図４は、本実施形態に係る撮像装置１００の第２駆動のパラメータ設定動作の第１の実施例を示すフローチャートである。

まず、自動露光（ＡＥ）制御されている場合は、露光制御によって取得された撮影絞り値を、フォーカス制御の第２駆動時のＡＦ絞り値と決定する（ステップＳ２０１）。なお、ユーザーによって絞り値が決定されている場合、いわゆるマニュアル（手動）制御では、その撮影絞り値をフォーカス制御の第２駆動時のＡＦ絞り値と決定する。

そして、ＡＦ絞り値、及び露光制御によって得られた明るさの２つの条件をもとに、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出及びゲインの少なくともいずれかを決定する（ステップＳ２０２）。例えば、輝度信号から得られるコントラスト値の読出し精度や値の大きさが改善するように、ＡＦ絞り値、明るさに対応して、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出、ゲインを連動させる。これにより、合焦位置の検出をより精度良く行うことができる。また、条件によっては、合焦位置の検出にかかる時間を短縮することができる。

なお、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出、ゲインの決定は、予め記憶させておいたテーブル（Table1、Table2、Table3、Table4）を参照して行う。または、テーブルではなく、数式を記憶させておいて、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出、ゲインを算出してもよい。または、テーブルで参照された値に対して補間計算を行ってもよい。

また、露光制御によって得られる明るさは、例えば、撮像素子１０７から取得してもよいし、露光制御専用のセンサーから取得してもよい。撮像素子読出モードとは、例えば、撮像素子１０７から画像データを読み出す際の信号処理モードであり、被写体像が暗いときは画素加算を行う、又は被写体像が明るいときは画素すべてをそのまま読み出す、又は間引き読出しなどの処理である。間引き読出しをすることによって、露光条件に影響を与えることなく、コントラスト値の結果に影響を及ぼすことができる。

次に、図５を参照して、第２の実施例について説明する。図５は、本実施形態に係る撮像装置１００の第２駆動のパラメータ設定動作の第２の実施例を示すフローチャートである。

まず、自動露光（ＡＥ）制御されている場合は、露光制御によって取得された撮影絞り値を取得する。なお、ユーザーによって撮影絞り値が決定されている場合、いわゆるマニュアル（手動）制御では、その撮影絞り値を取得する。そして、取得した絞り値を、所定の閾値と比較する（ステップＳ３０１）。撮影絞り値が所定の閾値より小さい場合は、取得した撮影絞り値をフォーカス制御の第２駆動時のＡＦ絞り値に決定する（ステップＳ３０２）。

一方、撮影絞り値が所定の閾値以上である場合は、その閾値をフォーカス制御の第２駆動時のＡＦ絞り値に決定する（ステップＳ３０３）。なお、閾値ではなく、所定の定数をＡＦ絞り値に決定してもよい。これにより、撮影絞り値が大きいため、絞り１０３が大きく絞り込まれる場合、ＡＦ絞り値に制限をかけて設定することができる。その結果、ＡＦ評価値を悪化させることなく、取得することができ、合焦位置を検出しやすくする。また、絞りを開放にしてフォーカス制御する場合に比べて、絞りが絞られた状態でフォーカス制御するため、本撮影時の合焦位置とフォーカス制御時の合焦位置のずれを抑制することができる。なお、閾値は、例えば、レンズ性能、光学系のＭＴＦ(Modulation transfer function)、サンプリングスピードなどの条件によって決定される。

そして、ＡＦ絞り値、及び露光制御によって得られた明るさの２つの条件をもとに、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出及びゲインの少なくともいずれかを決定する（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０４は、第１の実施例のステップＳ２０２と同様であるため、詳細な説明は省略する。

次に、図６を参照して、第３の実施例について説明する。図６は、本実施形態に係る撮像装置１００の第２駆動のパラメータ設定動作の第３の実施例を示すフローチャートである。

まず、自動露光（ＡＥ）制御されている場合は、露光制御によって取得された撮影絞り値を、フォーカス制御の第２駆動時のＡＦ絞り値と決定する（ステップＳ４０１）。なお、ユーザーによって絞り値が決定されている場合、いわゆるマニュアル（手動）制御では、その撮影絞り値をフォーカス制御の第２駆動時のＡＦ絞り値と決定する。

そして、ＡＦ絞り値、第１駆動時のＡＦ評価値（第１駆動データ）及び露光制御によって得られた明るさの３つの条件をもとに、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出及びゲインの少なくともいずれかを決定する（ステップＳ４０２）。ＡＦ絞り値、第１駆動データ、明るさに対応して、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出、ゲインを連動させることで、輝度信号から得られるコントラスト値の読出し精度や値の大きさが変わるため、合焦位置の検出をより精度良く行うことができる。また、条件によっては、合焦位置の検出にかかる時間を短縮することができる。

本実施形態では、２段駆動するため、第１駆動時のＡＦ評価値をパラメータ設定のための条件に含めることができる。これにより、第１駆動時のＡＦ評価値の分布の形を考慮してパラメータ設定することができ、ＡＦ絞り値及び明るさの２つの条件でパラメータ設定する場合に比べて、合焦位置検出により適したパラメータを決定できる。

なお、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出、ゲインの決定は、予め記憶させておいたテーブル（Table1、Table2、Table3、Table4）を参照して行う。または、テーブルではなく、数式を記憶させておいて、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出、ゲインを算出してもよい。

次に、図７を参照して、第４の実施例について説明する。図７は、本実施形態に係る撮像装置１００の第２駆動のパラメータ設定動作の第４の実施例を示すフローチャートである。

まず、自動露光（ＡＥ）制御されている場合は、露光制御によって取得された撮影絞り値を取得する。なお、ユーザーによって撮影絞り値が決定されている場合、いわゆるマニュアル（手動）制御では、その撮影絞り値を取得する。そして、取得した絞り値を、所定の閾値と比較する（ステップＳ５０１）。

ここで、比較する閾値は、第１駆動時のＡＦ評価値（第１駆動データ）に基づいて設定される。例えば、第１駆動時のＡＦ評価値が全体的に低いときは、閾値を低く設定したり、反対に、第１駆動時のＡＦ評価値が高いときは、閾値を高めに設定したりしてもよい。

撮影絞り値が所定の閾値より小さい場合は、取得した撮影絞り値をフォーカス制御の第２駆動時のＡＦ絞り値に決定する（ステップＳ５０２）。一方、撮影絞り値が所定の閾値以上である場合は、その閾値をフォーカス制御の第２駆動時のＡＦ絞り値に決定する（ステップ５３０３）。

これにより、撮影絞り値が大きいため、絞り１０３が大きく絞り込まれる場合、ＡＦ絞り値に制限をかけて設定することができる。その結果、ＡＦ評価値を悪化させることなく、取得することができ、合焦位置を検出しやすくする。また、絞りを開放にしてフォーカス制御する場合に比べて、絞りが絞られた状態でフォーカス制御するため、本撮影時の合焦位置とフォーカス制御時の合焦位置のずれを抑制することができる。

そして、ＡＦ絞り値、第１駆動データ及び露光制御によって得られた明るさの３つの条件をもとに、サンプリング間隔、撮像素子読出モード、露出及びゲインの少なくともいずれかを決定する（ステップＳ５０４）。ステップＳ５０４は、第３の実施例のステップＳ４０２と同様であるため、詳細な説明は省略する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、第１駆動は、フォーカスレンズ１０４が、無限遠撮影距離時の位置から最短撮影距離時の位置まで駆動することをいい、第２駆動は、フォーカスレンズ１０４が、最短撮影距離時の位置側から無限遠撮影距離時の位置側に駆動することをいうとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第１駆動は、フォーカスレンズ１０４が、最短撮影距離時の位置から無限遠撮影距離時の位置まで駆動してもよいし、第２駆動は、フォーカスレンズ１０４が、無限遠撮影距離時の位置側から、最短撮影距離時の位置側に駆動してもよい。

本発明の一実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。 同実施形態に係る撮像装置のフォーカス制御動作を示すフローチャートである。 フォーカスレンズの位置を示す説明図である。 同実施形態に係る撮像装置の第２駆動のパラメータ設定動作の第１の実施例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る撮像装置の第２駆動のパラメータ設定動作の第２の実施例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る撮像装置の第２駆動のパラメータ設定動作の第３の実施例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る撮像装置の第２駆動のパラメータ設定動作の第４の実施例を示すフローチャートである。 フォーカスレンズの位置を示す説明図である。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０１ 結像光学系
１０２ ズームレンズ
１０３ 絞り
１０４ フォーカスレンズ
１０７ 撮像素子
１０８ ＣＤＳ／ＡＭＰ部
１０９ Ａ／Ｄ変換部
１１０ 画像入力コントローラ
１２０ ＤＳＰ／ＣＰＵ
１２１ タイミングジェネレータ
１２２ 適正ＡＷＢ算出部
１２３ ビデオＡＦ制御部
１２４ フォーカス制御部
１２５ ＡＥ制御部
１２６ 絞り制御部
１２７ 画像処理選択部
１２８ ＧＵＩ管理部
１３５ 操作部材
１４１、１４３ ドライバ
１４２、１４４ モータ
１５２ 画像信号処理回路
１５４ 圧縮処理回路
１５６ ＬＣＤドライバ
１５８ ＬＣＤ
１６２ ＶＲＡＭ
１６４ ＳＤＲＡＭ
１６６ メディアコントローラ
１６８ 記録メディア

Claims (6)

1. 撮像面に照射された被写体像を電気信号に変換する光電変換素子と、
   前記被写体像を前記撮像面に合焦可能なフォーカスレンズと、
   フォーカス制御時、前記電気信号に基づいた画像信号におけるコントラスト値を算出するコントラスト値算出部と、
   前記コントラスト値のピーク値によって、前記被写体像が前記撮像面に合焦したときの前記フォーカスレンズの合焦位置を検出する合焦位置検出部と、
   前記フォーカス制御時、第１駆動として、前記フォーカスレンズを一端側から他端側に駆動し、第２駆動として、前記第１駆動で前記コントラスト値がピーク値となる位置及びその位置の近傍について前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、
   前記第１駆動時に、前記被写体像から前記撮像面に照射される光量を所定の絞り値に基づいて制御し、前記第２駆動時に、本撮影に用いる絞り値に基づいて前記光量を制御する絞り制御部と
   を有する、合焦位置検出装置。
2. 前記合焦位置検出部がコントラスト値を算出する前記フォーカスレンズの駆動位置、前記撮像面に対する露光条件、前記光電変換素子の読出しモード又は前記コントラスト値の算出に用いられるゲインは、前記第２駆動時に用いる絞り値に基づいて設定される、請求項１に記載の合焦位置検出装置。
3. 前記合焦位置検出部がコントラスト値を算出する前記フォーカスレンズの駆動位置、前記撮像面に対する露光条件、前記光電変換素子の読出しモード又は前記コントラスト値の算出に用いられるゲインは、前記第１駆動時のコントラスト値に基づいて設定される、請求項１又は２に記載の合焦位置検出装置。
4. 本撮影に用いる絞り値が所定の閾値を満たすとき、絞り制御部は、前記第２駆動時に本撮影に用いる絞り値より小さい絞り値で前記光量を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の合焦位置検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の合焦位置検出装置を有する、撮像装置。
6. 撮像面に照射された被写体像を電気信号に変換するステップと、
   フォーカス制御時、前記電気信号に基づいた画像信号におけるコントラスト値を算出するステップと、
   前記コントラスト値のピーク値によって、前記被写体像が前記撮像面に合焦したときのフォーカスレンズの合焦位置を検出するステップと、
   前記フォーカス制御時、第１駆動として、前記フォーカスレンズを一端側から他端側に駆動し、第２駆動として、前記第１駆動で前記コントラスト値がピーク値となる位置及びその位置の近傍について前記フォーカスレンズを駆動するステップと、
   前記第１駆動時に、前記被写体像から前記撮像面に照射される光量を所定の絞り値に基づいて制御し、前記第２駆動時に、本撮影に用いる絞り値に基づいて前記光量を制御するステップと
   を有する、合焦位置検出方法。
   

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