JP2010060810A - 撮像装置及び撮像方法 - 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撮像装置及び撮像方法を提供すること。
【解決手段】フォーカス制御時、撮像面の１又は複数の領域で、画像信号におけるコントラスト値に基づいて少なくとも１つの主被写体像を決定する主被写体像決定部１２６と、コントラスト値のピーク値によって、主被写体像が撮像面に合焦する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１２６と、主被写体像を決定するフォーカスレンズの第１駆動、及び主被写体像に対応するコントラスト値のピーク値近傍範囲のみ駆動して合焦位置を検出するフォーカスレンズの第２駆動を制御するフォーカス制御部１２６と、第２駆動時に、撮像面の複数の領域のうち主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域の画像信号による輝度情報に基づいて露光を制御する露光制御部１２４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。

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。

なお、特許文献１には、非破壊読み出し型固体撮像素子を用いることで、複数のＡＦエリアが設けられている場合でも、各ＡＦエリアで最適露光制御を行うことが可能な技術が開示されている。また、特許文献２には、非破壊読み出し型固体撮像素子から１フィールド又は１フレーム期間内に、複数回光電変換出力を行う技術が開示されている。

特開平７−１７０４４６号公報 特開平７−１５４６７６号公報

ところで、フォーカス制御には、複数の領域（ＡＦ領域）で被写体の合焦位置を検出し、検出された複数の合焦位置から最適な合焦位置を選択する方法（いわゆる多点ＡＦ）がある。フォーカス制御におけるコントラスト検出方式では、一度フォーカス制御が開始されると、露光条件は固定されたままであった。この露光条件は、合焦位置を検出する複数の領域全体が適正となるように設定される。

しかし、主被写体が含まれることから最終的に選択される合焦位置検出領域では、露光条件が適正ではない可能性がある。そのため、最適な合焦位置が選択された場合でも、露光が不十分であるなどの理由によって、精度の高い合焦位置を検出することが困難であるという問題があった。

また、上記特許文献１及び２では、非破壊読み出し型固体撮像素子を用いているが、非破壊読み出し型固体撮像素子とは、露光途中でも途中結果の出力が可能な素子である。一方、ＣＣＤ（charge coupled device）センサー、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）センサーなどの撮像素子は、露光途中で読出しができない。そのため、従来、露光途中で読出しができないＣＣＤセンサーやＣＭＯＳセンサーでは、複数のＡＦエリアが設けられている場合、上記特許文献１及び２の技術では、各ＡＦエリアで最適露光制御を行うことができない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撮像装置及び撮像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、撮像面の１又は複数の領域で、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、コントラスト値に基づいて少なくとも１つの主被写体像を決定する主被写体像決定部と、コントラスト値のピーク値によって、主被写体像が撮像面に合焦する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、主被写体像を決定するフォーカスレンズの第１駆動、及び第１駆動で決定された主被写体像に対応するコントラスト値のピーク値近傍範囲のみ駆動して合焦位置を検出するフォーカスレンズの第２駆動を制御するフォーカス制御部と、撮像面の複数の領域の画像信号による輝度情報に基づいて露光を制御する露光制御部とを有し、第２駆動時に、露光制御部が、撮像面の複数の領域のうち、主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域の輝度情報に基づいて露光を制御し、合焦位置検出部が、主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域で合焦位置を検出する、撮像装置が提供される。

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する。コントラスト値算出部は、フォーカス制御時、撮像面の１又は複数の領域で、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、主被写体像決定部は、コントラスト値に基づいて少なくとも１つの主被写体像を決定し、合焦位置検出部は、コントラスト値のピーク値によって、主被写体像が撮像面に合焦するときのフォーカスレンズの合焦位置を検出する。また、フォーカス制御部は、主被写体像を決定するフォーカスレンズの第１駆動、及び第１駆動で決定された主被写体像に対応するコントラスト値のピーク値近傍範囲のみ駆動して合焦位置を検出するフォーカスレンズの第２駆動を制御する。露光制御部は、撮像面の複数の領域の画像信号による輝度情報に基づいて露光を制御する。第２駆動時に、露光制御部によって、撮像面の複数の領域のうち、主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域の輝度情報に基づいて露光が制御され、合焦位置検出部によって、主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域で合焦位置が検出される。

上記露光制御部は、撮像面に対する露光時間、被写体像から撮像面に照射される光量を制御する絞り、コントラスト値の算出に用いられるゲイン及び画像信号の読出し処理の少なくともいずれかによって、露光を制御する。かかる構成により、撮像面に対する露光時間、被写体像から撮像面に照射される光量を制御する絞り、コントラスト値の算出に用いられるゲイン及び画像信号の読出し処理（例えば画素信号の加算、間引きなど）の少なくともいずれかによって、露光が制御される。

上記露光制御部が算出する露光制御値に基づいて、画面の明るさを制御する表示制御部を更に有する。かかる構成により、露光制御値によって画面の明るさが制御される。

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、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、撮像面の１又は複数の領域で、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、被写体像を撮像面に合焦するフォーカスレンズの第１駆動で、コントラスト値に基づいて少なくとも１つの主被写体像を決定するステップと、フォーカスレンズの第２駆動で、第１駆動で決定された主被写体像に対応するコントラスト値のピーク値近傍範囲のみ駆動するとき、撮像面の複数の領域のうち主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域の画像信号による輝度情報に基づいて露光を制御するステップと、第２駆動時に、主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域で、主被写体像が撮像面に合焦する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を有する撮像方法が提供される。

かかる構成により、撮像面に照射された被写体像が電気信号に変換され、フォーカス制御時、撮像面の１又は複数の領域で、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、被写体像を撮像面に合焦するフォーカスレンズの第１駆動で、コントラスト値に基づいて少なくとも１つの主被写体像が決定される。フォーカスレンズの第２駆動で、第１駆動で決定された主被写体像に対応するコントラスト値のピーク値近傍範囲のみ駆動するとき、撮像面の複数の領域のうち主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域の画像信号による輝度情報に基づいて露光が制御され、第２駆動時に、主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域で、主被写体像が撮像面に合焦するときのフォーカスレンズの合焦位置が検出される。

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、タイミングジェネレータ１２１と、操作部材１３５と、ドライバ１４１、１４３、１４５と、モータ１４２、１４４、１４６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り、モータ１４６によって駆動される。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、一側から他側に、又は他側から一側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、１４６は、それぞれドライバ１４１、１４３、１４５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、適正露光算出部１２２と、露光制御部１２４と、ＡＦ動作制御部１２６などを有する。

適正露光算出部１２２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。

適正露光算出部１２２は、フォーカス制御時のフォーカスレンズ１０４の駆動に応じた適正な露光条件を算出する。例えば、フォーカス制御開始からおおよその合焦位置を検出するまでの第１駆動期間では、適正露光算出部１２２は、複数の合焦位置検出領域全体で露光条件が適正となるような条件を算出する。次に、更に精度の高い合焦位置を検出するまでの第２駆動期間では、適正露光算出部１２２は、最適な合焦位置（例えば主被写体に対応した合焦位置）として選択された１つの合焦位置検出領域で露光条件が最適となるような条件を算出する。

露光制御部１２４は、適正露光算出部１２２で算出された絞り量を制御信号としてドライバ１４１に出力する。ドライバ１４１は、露光制御部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１４１は、生成した駆動信号をモータ１４２に送る。露光制御部１２４は、そのほか露光時間、ゲイン、撮像素子１０７の読出しモードによって露光を制御する。ゲインは、コントラスト値の算出に用いられる。撮像素子１０７の読出しモードとは、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などの処理である。

ＡＦ動作制御部１２６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。ＡＦ動作制御部１２６は、フォーカス制御部の一例であり、主被写体像を決定するフォーカスレンズの第１駆動、及び第１駆動で決定された主被写体像に対応するコントラスト値のピーク値近傍範囲のみ駆動して合焦位置を検出するフォーカスレンズの第２駆動を制御する。

ＡＦ動作制御部１２６は、コントラスト値算出部及び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）。

また、ＡＦ動作制御部１２６は、主被写体像決定部の一例であり、被写体像との距離に基づいて少なくとも１つの主被写体像を決定する。ＡＦ動作制御部１２６は、算出の結果得られた合焦位置を制御信号としてドライバ１４３に出力する。ドライバ１４３は、ＡＦ動作制御部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１４３は、生成した駆動信号をモータ１４４に送る。

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。

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、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、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、記憶部の一例であり、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の動作について説明する。
まず、図２を参照して、フォーカス制御におけるコントラスト検出方式について説明する。図２は、コントラスト値とフォーカスレンズ位置の関係を示すグラフである。

フォーカス制御では、フォーカスレンズ１０４を一側から他側へ、又は他側から一側へ駆動させて、フォーカスレンズ１０４の位置を変化させながら、画像信号の輝度値からコントラスト値を検出する。フォーカスレンズ１０４は、例えば無限遠撮影距離時のフォーカスレンズ１０４の位置（∞位置）から最短撮影距離時のフォーカスレンズ１０４の位置（最短位置）まで駆動する。そして、算出されたコントラスト値がピーク値となるフォーカスレンズ１０４の位置を合焦位置として算出する。従って、コントラスト検出方式は、合焦位置を検出するため、フォーカスレンズ１０４を必ず駆動させる必要がある。

撮像装置１００において、コントラスト検出方式を行う際、コントラスト値が検出されるフォーカスレンズ１０４の位置は、例えば図２の黒点で示すように離散値である。従って、真の合焦位置は、検出されたコントラスト値に対応するフォーカスレンズ１０４の位置ではなく、図２の破線上にあり、真の合焦位置近傍のコントラスト値を用いて例えば補間計算によって算出される。

次に、図３を参照して、本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。図３は、本実施形態に係る撮像装置１００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、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（ライブビュー表示）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。図６Ａ（Ａ）には、ＬＣＤ１５８の画面１６０全体が適正な明るさとなるように、表示されている状態を示す。図６は、ＬＣＤ１５８の画面１６０及び画面１６０に表示された被写体を示す説明図である。画面１６０内には、被写体１０，１２が撮影されている。リアルタイムに画像を表示している間は、合焦位置検出領域１６２Ａ，１６２Ｂ，１６２Ｃに関わらず、画面全体の輝度情報に基づいて露光制御が行われる。

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、本実施形態では、合焦位置検出領域（ＡＦ領域）が画面１６０内に３点（１６２Ａ，１６２Ｂ，１６２Ｃ）で設けられる場合について説明するが、本発明はかかる例に限定されない。合焦位置検出領域は、２又は４以上の領域でもよい。また、それぞれの領域の配置位置も任意に設定されうる。例えば、合焦位置検出領域は、画面の中央付近に配置される場合に限定されず、画面全体に均等に配置されてもよい。また、例えば、合焦位置検出領域は、互いに離隔して配置される場合に限定されず、互いに隣接して配置されてもよい。

フォーカス制御動作が開始されると、撮像装置１００は、３点の合焦位置検出領域が最適な露光となるように露光制御を行う（ステップＳ１０１）。具体的には、３点の合焦位置検出領域で最適となる露光制御値が算出され、算出された露光制御値に基づいて露光制御が行われる。このとき、３点の領域の明るさの平均値が適正値となるように制御される。そのため、複数の合焦位置検出領域において、明るい領域と暗い領域が同時にある場合に問題が生じる。例えば、右側２つの領域１６２Ｂ，１６２Ｃが明るく、左側の領域１６２Ａが比較的暗いとき、露光制御結果は、図６Ａ（Ｂ）に示すように、右側２つの領域１６２Ｂ，１６２Ｃに影響されて、左の主被写体が含まれる領域１６２Ａは暗くなる。その結果、被写体１０は暗くなるため、主被写体に関するＡＦ評価値が悪化するおそれがある。

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に駆動される（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（ステップＳ１０３）、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）が算出される（ステップＳ１０４）。

そして、撮像装置１００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（第１駆動）を行う。第１駆動では、フォーカスレンズ１０４が、最短距離撮影時の位置に到達したか判断され（ステップＳ１０５）、最短距離撮影時の位置に到達するまで、例えば６ステップ刻みの粗いサンプリング幅でＡＦ評価値の算出をする（ステップＳ１０６）。

図４は、図６の画面において第１駆動時に算出されたＡＦ評価値と、フォーカスレンズ１０４の位置の関係を示すグラフである。図４では、フォーカスレンズ１０４の位置を０〜１２０の値で表わしており、無限遠撮影距離時の位置（∞位置）を０とし、最短撮影距離時の位置（最短位置）を１２０とした。

図４によれば、中央の合焦位置検出領域１６２Ｂで算出されたＡＦ評価値の分布によれば、ＡＦ評価値がピーク値となる位置は、３点の合焦位置検出領域のうち最も無限遠側にある。

右側の合焦位置検出領域１６２Ｃで算出されたＡＦ評価値の分布によれば、ＡＦ評価値がピーク値となる位置は、３点の合焦位置検出領域のうち中間の距離にある。すなわち、右側の合焦位置検出領域で検出された被写体１２は、左側の合焦位置検出領域１６２Ａで検出されている被写体１０より遠い位置にあることが分かる。

左側の合焦位置検出領域１６２Ａは、人物の顔部分を被写体１０として検出しているため、コントラスト値が低くＡＦ評価値は低い。合焦位置検出領域１６２Ａで算出されたＡＦ評価値の分布によれば、ＡＦ評価値がピーク値となる位置は、３点の合焦位置検出領域のうち最も最短撮影距離に近い。従って、撮像装置１００が、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する場合、撮像装置１００は、左側の合焦位置検出領域１６２Ａに含まれる被写体１０を主被写体と判定する。そして、図６に示す例では、左側の合焦位置検出領域１６２Ａが、最終的な合焦位置検出に最適なピークを有する領域として選択される（ステップＳ１０７）。

一方、３点の合焦位置検出領域のいずれにおいても、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）（ステップＳ１０８）、フォーカス制御を中断する（ステップＳ１０９）。

ＡＦ評価値のピークが検出された場合、撮像装置１００は、ステップＳ１０７で選択された合焦位置検出領域において、最適な露光となるように露光制御を行う（ステップＳ１１０）。すなわち、１つの合焦位置検出領域で最適となる露光制御値が算出され、算出された露光制御値に基づいて露光制御が行われる。このとき、残りの２つの領域は、露光制御の対象外となる。図６Ｂ（Ｃ）は、左側の合焦位置検出領域１６２Ａが適正な露光となるように露光制御が行われた例である。

そして、第１駆動時に最適なピークと判断されたピークのフォーカスレンズ位置より６ステップ手前に、フォーカスレンズ１０４が駆動される（ステップＳ１１１）。そして、撮像素子１０７に被写体像が露光されながら（ステップＳ１１２）、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）が算出される（ステップＳ１１３）。

その後、第１駆動時において、最終的な合焦位置検出に最適なピークと判断されたフォーカスレンズ位置の±６ステップの範囲について、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（第２駆動）を行う。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１０４が第１駆動時に最適なピークと判断されたピークのフォーカスレンズ位置より６ステップ奥まで駆動されたか判断される（ステップＳ１１４）。そして、第１駆動時に最適なピークと判断されたピークのフォーカスレンズ位置より６ステップ奥に到達するまで、第１駆動時のサンプリング幅より狭い間隔、例えば２ステップ刻みのサンプリング幅でＡＦ評価値の算出をする（ステップＳ１１５）。このように、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。これにより、第１駆動では、コントラスト値がピークとなる位置を検出しておいて、最終的な合焦位置検出にかかる時間を短縮させる。また、第２駆動では、主被写体が含まれると判断されるピークについて重点的に合焦位置検出をして、合焦位置の精度を向上させる。

第１駆動によって、例えば、図４に示す例でフォーカスレンズ位置が７８であるピークが最適なピークであると判断された場合、ピークのフォーカスレンズ位置より最短距離撮影時の位置側である８４（ピーク時のフォーカスレンズ位置７８＋６）に駆動される。そして、無限遠撮影時の位置側にフォーカスレンズ１０４を駆動して、ピークのフォーカスレンズ位置より無限遠撮影時の位置側である７２（ピーク時のフォーカスレンズ位置７８−６）までフォーカスレンズ１０４が駆動される。

図５は、図６の画面において第２駆動時に算出されたＡＦ評価値と、フォーカスレンズ１０４の位置の関係を示すグラフである。この結果により、最大のＡＦ評価値となった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、図５に示す例では、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７８を合焦位置として決定してもよい。

また、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（ステップＳ１１６）、これらのＡＦ評価値を用いて補間計算を行ってもよい。そして、補間計算によって、最終的な合焦位置が算出される（ステップＳ１１７）。図５に示す例では、合焦位置としてフォーカスレンズ位置７７が得られる。その後、算出された合焦位置にフォーカスレンズ１０４が駆動される（ステップＳ１１８）。以上により、フォーカス制御の一連の動作が完了する。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。

従来、フォーカス制御時、露光制御による露光条件は固定されていた。主被写体が含まれることから最終的に選択される合焦位置検出領域において、露光条件が適正ではない可能性がある。そのため、最適な合焦位置が選択された場合でも、露光が不十分であるなどの理由によって、精度の高い合焦位置を検出することが困難であった。

一方、本実施形態によれば、フォーカス制御の第１駆動時に、コントラスト値がピークとなる位置を検出できる。そして、フォーカス制御の第２駆動時に、主被写体が含まれる合焦位置検出領域の露光が最適となるように露光制御がされるため、得られるＡＦ評価値も適正になり、合焦位置が検出しやすくなる。その結果、フォーカス制御において、合焦精度を向上させることができる。

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。

また、本実施形態では、フォーカス制御前のリアルタイムに画像を表示（ライブビュー表示）している期間の露光制御、フォーカス制御の第１駆動時の露光制御、フォーカス制御の第２駆動時の露光制御が異なる。すなわち、それぞれの期間で異なる露光制御値が算出されており、それぞれ異なる露光制御値のもとで、ＡＦ評価値を算出して合焦位置の検出精度を向上させている。

本発明は、例えばそれぞれの期間で算出された異なる露光制御値を用いて、撮像装置１００のＬＣＤ１５８の表示の明るさを制御してもよい。

従来、フォーカス制御前のリアルタイムに画像を表示（ライブビュー表示）している期間と、フォーカス制御時は、露光条件が異なる。そして、異なる露光条件のもとで画面表示しているため、ライブビューからフォーカス制御に切り替わる際、明るさが変化してユーザーにとって画面が見づらいという不都合があった。

一方、それぞれの期間で算出された異なる露光制御値を用いて、撮像装置１００のＬＣＤ１５８の明るさを調整することで、ライブビュー表示と、フォーカス制御時の表示の画面の明るさを一定に維持することができる。例えば、露光制御値を用いて、画像データ処理（例えばガンマ処理によるガンマ値の調整や、ゲイン値の調整）をすることで、ライブビュー表示と、フォーカス制御時の表示の画面の明るさを維持させることができる。

この画面の明るさ制御によれば、ライブビューからフォーカス制御に切り替わる際、明るさが変化することがないため、安定した画面をユーザーに提示することができる。なお、この制御は、フォーカス制御が第１駆動と第２駆動からなる２段駆動の場合だけでなく、１段駆動の場合にも適用することができる。

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。 コントラスト値とフォーカスレンズ位置の関係を示すグラフである。 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。 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。 図６の画面において第１駆動時に算出されたＡＦ評価値と、フォーカスレンズ１０４の位置の関係を示すグラフである。 図６の画面において第２駆動時に算出されたＡＦ評価値と、フォーカスレンズ１０４の位置の関係を示すグラフである。 ＬＣＤの画面及び画面に表示された被写体を示す説明図である。 ＬＣＤの画面及び画面に表示された被写体を示す説明図である。

符号の説明

１００ 装置
１０２ 部品
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
１２２ 適正露光算出部
１２４ 露光制御部
１２６ ＡＦ動作制御部
１３５ 操作部材
１４１、１４３、１４５ ドライバ
１４２、１４４、１４６ 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 (4)

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、前記撮像面の１又は複数の領域で、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に基づいて少なくとも１つの主被写体像を決定する主被写体像決定部と、
   前記コントラスト値のピーク値によって、前記主被写体像が前記撮像面に合焦する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、
   前記主被写体像を決定する前記フォーカスレンズの第１駆動、及び前記第１駆動で決定された前記主被写体像に対応する前記コントラスト値のピーク値近傍範囲のみ駆動して前記合焦位置を検出する前記フォーカスレンズの第２駆動を制御するフォーカス制御部と、
   前記撮像面の複数の領域の前記画像信号による輝度情報に基づいて露光を制御する露光制御部と
   を有し、
   前記第２駆動時に、前記露光制御部が、前記撮像面の複数の領域のうち、前記主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域の前記輝度情報に基づいて露光を制御し、前記合焦位置検出部が、前記主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域で前記合焦位置を検出する、撮像装置。
2. 前記露光制御部は、前記撮像面に対する露光時間、前記被写体像から前記撮像面に照射される光量を制御する絞り、前記コントラスト値の算出に用いられるゲイン及び前記画像信号の読出し処理の少なくともいずれかによって、前記露光を制御する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記露光制御部が算出する露光制御値に基づいて、画面の明るさを制御する表示制御部を更に有する、請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 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、前記撮像面の１又は複数の領域で、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、
   前記被写体像を前記撮像面に合焦するフォーカスレンズの第１駆動で、前記コントラスト値に基づいて少なくとも１つの主被写体像を決定するステップと、
   前記フォーカスレンズの第２駆動で、前記第１駆動で決定された前記主被写体像に対応する前記コントラスト値のピーク値近傍範囲のみ駆動するとき、前記撮像面の複数の領域のうち前記主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域の前記画像信号による輝度情報に基づいて露光を制御するステップと、
   前記第２駆動時に、前記主被写体像が含まれる少なくとも１つの領域で、前記主被写体像が前記撮像面に合焦するときの前記フォーカスレンズの合焦位置を検出するステップと
   を有する、撮像方法。
   

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