JP2010128024A - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く合焦位置を検出しつつ、フォーカス制御時に駆動モードに応じた発光をすることで、消費電力を低減す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】被写体像を撮像面に合焦可能なフォーカスレンズ１０４と、被写体像のうち少なくとも１つの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１２５と、フォーカスレンズの第１駆動、及び第１駆動と異な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１２５と、被写体への発光をする発光部の発光が、第１駆動と第２駆動とで異なるように制御する発光制御部１２６、１２８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。

デジタルカメラ等の撮像装置による静止画像の撮影において、本撮影時にストロボを発光させて被写体の明るさを補完する場合がある。また、撮像装置における本撮影前のフォーカス制御には、コントラスト方式が用いられる場合がある。ところで、フォーカス制御のコントラスト方式では、被写体像が明るい方が、精度が向上する。そのため、ストロボを本撮影時だけでなく本撮影前のフォーカス制御時にも発光させることが考えられる（補助光の発光）。

特許文献１及び２では、フォーカス制御時にＬＥＤ（発光ダイオード：light-emitting diode）を使用して、補助光を被写体に照射する技術が開示されている。また、特許文献３では、フォーカス制御時の補助光としてＬＥＤを使用する場合については記載されていないが、本撮影用の照明としてＬＥＤを使用する技術が開示されている。

特開２００６−３２３０８０号公報 特開２００８−４６２３１号公報 特開２００５−３５２２５２号公報

ところで、本撮影時に被写体の明るさを確保するため、従来のストロボと同等にＬＥＤを高輝度で発光すると、相当の電流量が必要になる。そのため、本撮影前のフォーカス制御時に行う補助光の発光では、できるだけ電力の消費を低減しておいたほうがよい。また、フォーカス制御時に行う補助光の発光では、被写体が近距離であるが高輝度である場合、画像が飽和してコントラスト情報が得られないという問題があった。一方、補助光の発光が低輝度である場合、コントラスト情報からピークの有無を検出できたとしても、ピークがノイズに埋もれて精度が不足したり、繰り返し検出を行ったとき検出結果がばらついたりす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、精度良く合焦位置を検出しつつ、フォーカス制御時に駆動モードに応じた発光をすることで、消費電力を低減することが可能な、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、被写体像を撮像面に合焦可能なフォーカスレンズと、被写体像のうち少なくとも１つの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、フォーカスレンズの第１駆動、及び第１駆動と異な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、被写体への発光をする発光部の発光が、第１駆動と第２駆動とで異なるように制御する発光制御部とを有する撮像装置が提供される。

かかる構成により、フォーカスレンズの第１駆動、第１駆動と異なるフォーカスレンズの第２駆動などフォーカスレンズの駆動に応じて、発光部の発光を異ならせることができる。

上記フォーカス制御部は、フォーカスレンズの前記第１駆動で、前記主被写体像を決定し、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範囲のみ駆動して合焦位置を検出するように制御する。

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、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を更に有し、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し、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。

上記フォーカスレンズの第１駆動と第２駆動とでは、フォーカスレンズの駆動速度又はコントラスト値を算出するための画像信号のサンプリング間隔が異なる。

上記発光制御部は、第１駆動より第２駆動において、発光パルスデューティー比が大きくなるように発光部を制御する。また、上記発光部は、複数の発光体から構成される。また、上記発光制御部は、第１駆動より第２駆動において、発光体の発光数が多くなるように発光部を制御する。これにより、第２駆動では第１駆動に比べて発光総輝度が高くなるため、コントラスト値のピークを精度良く検出することができる。

上記発光部は、波長の異なる複数の前記発光体からなり、第２駆動において、発光制御部は、発光部が主被写体像の主成分の色に近い色で発光するように制御する。かかる構成により、被写体像に色の偏りがあるときに、効率良く被写体の明るさを向上させるため、発光部が被写体の主成分の色に近い光を発光する。その結果、第２駆動で、コントラスト値のピークを精度良く検出することができる。

上記第２駆動において、発光制御部は、主被写体像の画面位置に応じて発光部で発光する発光体を選択する。かかる構成により、第２駆動にとっては選択した領域に十分な光量があれば良いとき、省電力が実現できる。
また、上記発光制御部は、発光部が本撮影時に被写体への発光をするように制御する。

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、被写体像を撮像面に合焦可能なフォーカスレンズが駆動して、被写体像のうち少なくとも１つの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、フォーカスレンズの第１駆動、及び第１駆動と異なるフォーカスレンズの第２駆動を制御するステップと、被写体への発光をする発光部の発光が、第１駆動と第２駆動とで異なるように制御するステップとを有する撮像方法が提供される。

本発明によれば、精度良く合焦位置を検出しつつ、フォーカス制御時に駆動モードに応じた発光をすることで、消費電力を低減することができる。

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、ＬＥＤドライバ１３１と、発光部１３２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、タイミングジェネレータ１２１と、適正ＡＥ・ＡＷＢ算出部１２２と、露光制御部１２４と、ＡＦ動作制御部１２５と、ＬＥＤパルス仕様決定部１２６と、発光ＬＥＤ決定部１２８と、ＰＷＭ１２９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ＡＥ・ＡＷＢ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。適正ＡＥ・ＡＷＢ算出部１２２は、画像信号処理回路１５２で算出されたＡＷＢ（auto white balance：自動ホワイトバランス）評価値に基づいて、例えば３原色の色信号のゲインを算出する。なお、ＡＥ評価値、ＡＷＢ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。

露光制御部１２４は、適正ＡＥ・ＡＷＢ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１２５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１２５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１２５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１２５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１２５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１２５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。

ＬＥＤパルス仕様決定部１２６は、発光制御部の一例であり、第１駆動期間及び第２駆動期間における発光部１３２の発光パルスデューティー比を決定する。発光ＬＥＤ決定部１２８は、発光制御部の一例であり、第１駆動期間及び第２駆動期間における発光部１３２において発光するＬＥＤを決定する。ＰＷＭ１２９は、発光部１３２のパルス幅変調を行う。即ち、ＰＷＭ１２９は、パルス波のデューティー比を変化させる。ＰＷＭ１２９は、変調によって得られた信号をＬＥＤドライバ１３１に送る。

ＬＥＤドライバ１３１は、ＰＷＭ１２９から受けた信号に基づいて駆動信号を生成し、生成した駆動信号を発光部１３２に送る。発光部１３２は、複数の固体発光素子（ＬＥＤ）から構成され、本撮影時や本撮影前のフォーカス制御時に被写体に対して光を照射する。

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、画像信号に基づいてＡＥ評価値、ＡＷＢ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。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る撮像装置１００の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る撮像装置１００を示す斜視図である。図３は、本実施形態に係る撮像装置１００の発光部１３２を示す正面図である。

図２に示すように、撮像装置１００は例えばコンパクトカメラであり、撮像装置１００にはレンズ等の結像光学系１０１、発光部１３２、操作部材１３５の１つであるシャッターボタン１３５ａ等が設けられている。なお、図２に示す撮像装置１００はあくまでも一例であり、他の部材が設けられる場合もある。また、部材の位置関係も図２に示す例に限定されない。更に、図２に示す例では、発光部１３２が撮像装置１００と一体的に設けられる場合について示したが、本発明は係る例に限定されない。例えば、発光部１３２は、撮像装置１００と別体であり、撮像装置１００に対して脱着可能であってもよい。

図３に示すように、本実施形態の発光部１３２は、波長の異なる複数のＬＥＤで構成され、例えば複数の赤色ＬＥＤ（固体発光素子）１３２Ｒ、緑色ＬＥＤ１３２Ｇ、青色ＬＥＤ１３２Ｂで構成されている。本実施形態の各ＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂに対しては、個別にＯｎ又はＯｆｆを制御することができる。ＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂは連続点灯でもよいが、耐久性を保持するために、高速に発光／非発光をスイッチングする制御（パルス発光）によって発光する。なお、各ＬＥＤは、赤、緑、青以外の色であってもよい。

（一実施形態の動作）
次に、本実施形態で用いられるコントラスト方式のフォーカス制御について説明する。
撮像装置１００は、フォーカスレンズ１０４を移動させ、撮像素子１０７で取り込まれた画像の一部を切り出して被写体のコントラストを検出する。切り出し範囲は画面の中心付近を複数個に分割して行われることが多い。図４は、画面及びＡＦ領域を示す説明図である。図４は、ＡＦ領域として、画面の中心付近を５つの領域に分割した例である。領域ごとに隣接画素との差分やラプラシアンフィルタの値の絶対値を累積し、領域ごとのコントラスト値として扱う。図５は、ラプラシアンフィルタの一例を示す説明図である。

次に、フォーカス制御における高速スキャン（第１駆動の一例）と低速スキャン（第２駆動の一例）について説明する。
図６及び図７は、ある被写体におけるフォーカスレンズ位置とコントラスト値（フィルタ後の出力値）の関係を示す説明図である。図６及び図７は、ＡＦ領域内の画素に対してラプラシアンフィルタを画素ごとにかけた出力値を累積して得られた結果をプロットしたものである。図６（Ａ）及び図７は、高速スキャン時に得られるコントラスト値を示し、図６（Ｂ）は、低速スキャン時に得られるコントラスト値を示す。画像のコントラストが強くなればフィルタの出力絶対値は大きくなる特性がある。そこで、合焦位置を見つけるためには、フォーカスレンズ１０４を移動させて最大の出力値が得られるところを探す。

出力値を得るためのフォーカスレンズ１０４の単位移動量を少なくすれば、出力値が精度良く得られるため、ピーク位置の探索は容易である。しかし、サンプリングの回数が多くなるため、ＡＦにかかる時間が長くなる。また、コントラスト方式のフォーカス（ＡＦ）制御の特徴であるが、フォーカスレンズ１０４が、出力値がピークとなる位置を通り過ぎないとピーク位置を検出できない。そのため、ピーク位置を通り過ぎたレンズを戻す動作が必要となる。ＡＦにかかる時間が長くなると手振れの発生頻度も高くなり、また被写体がＡＦ領域から飛び出す事態も予想されるため、できるだけＡＦ動作を短時間で完了することが望ましい。そこで、本実施形態では、スキャン動作を２つの段階で構成することとした。

まず、サンプリング間隔を広くして、高速にレンズを移動させる高速スキャン（第１駆動）を実施する。これによりピークの大体の位置を把握することができる。但し、ピークを正しく見つけるにはサンプリング間隔が粗すぎる。そのため、たとえ補間計算したとしても、高速スキャンで得られたコントラスト値だけでは、精度が不十分であり、正しい合焦レンズ位置を検出できない。

そこで、高速スキャンでピークを過ぎたことを検出したら、次にピーク位置の周辺のみ低速スキャン（第２駆動）を実施する。低速スキャンによって、高精度な補間計算が可能なコントラスト値とレンズ位置の関係を調べることができる。最終的には、補間計算で求めたコントラスト値のピーク位置にフォーカスレンズ１０４を移動させてＡＦ動作が終了となる。

次に、ピーク位置の検出について説明する。
なお、ピーク位置の検出は、出力値から得られるコントラスト値の低下が２回連続したところで、ａ．その位置の１つ前と２つ前の間、又は、ｂ．２つ前と３つ前の間に、ピーク位置があるものと判断できる。ａとｂの判別は１つ前と３つ前の大小関係で行う。例えば、１つ前の値が３つ前の値より大きいときはａであると判断でき、反対に３つ前の値が１つ前の値より大きいときはｂであると判断できる。ここで、２回連続して低下したときとするのは、ノイズや手振れに因る不安定要因で誤検出しないためである。

図６及び図７の例で説明する。図６（Ａ）及び図７に示す例では、高速スキャン時にコントラスト値の低下が２回連続したところは、Ａ−６である。そこで、ａ．Ａ−６の１つ前（Ａ−５）と２つ前（Ａ−４）の間、又は、ｂ．Ａ−６の２つ前（Ａ−４）と３つ前（Ａ−３、Ａ−３ａ）の間に、ピーク位置があるものと判断できる。ａとｂの判別は１つ前と３つ前の大小関係で行うことから、Ａ−６の１つ前（Ａ−５）と３つ前（Ａ−３、Ａ−３ａ）の大小関係で行う。

例えば、図６（Ａ）の例では１つ前の値（Ａ−５）が３つ前（Ａ−３）の値より大きいため、Ａ−６の１つ前（Ａ−５）と２つ前（Ａ−４）の間にピーク位置があると判断できる。一方、図７の例ではＡ−６の３つ前の値（Ａ−３ａ）が１つ前（Ａ−５）の値より大きいため、Ａ−６の２つ前（Ａ−４）と３つ前（Ａ−３ａ）の間にピーク位置があると判断できる。

２段駆動するフォーカスレンズの動作は以下のとおりである。
レンズ駆動系ギアのバックラッシュによる位置ずれを防ぐため、２段駆動のスキャン動作は、いずれのスキャン動作も一方向から行うのがよい。図６（Ａ）、図６（Ｂ）も同一方向へのレンズ移動を想定したもので、第１駆動はＡ−０から始まりＡ−６で終了する。そして、フォーカスレンズ１０４をＢ−０まで戻した後、第２駆動が行われる。図６（Ｂ）の例では、Ｂ−３とＢ−４で２回連続してコントラスト値が低下したことにより、Ｂ−４で第２駆動は終了することを示している（Ｂ−５、Ｂ−６は参考のためプロットした）。ピークは、Ｂ−２とＢ−３の間に存在することが予想されるため、前後２箇所（Ｂ−１〜４）のレンズ位置情報を使って合焦位置を補間計算により算出する。補間処理は、Ｂ−１とＢ−２を通る線分と、Ｂ−３とＢ−４を通る線分の交点をピーク位置と決定する方法や、Ｂ−１〜４の位置情報を用いてスプライン補間によってピーク位置を求める方法がある。

補間処理で算出した位置にフォーカスレンズ１０４を移動させ、移動が完了した時点でＡＦ動作は終了となり、撮影が可能となる。

更に、厳密に第１駆動について説明すると、第１駆動は、図８に示すように、フォーカスレンズ１０４の駆動範囲の端部ではなく途中から開始される場合がある。図８は、フォーカスレンズの駆動範囲と駆動方向を示す説明図である。スキャン開始からフォーカスレンズの駆動範囲の端部（図８はレンズ近端）までの第１駆動では、レンズの移動方向にピークが見つからないこともある。この場合は、レンズ端まで移動した後にさらに逆方向（図８ではレンズ無限端の方向）へ第１駆動としてスキャンを行うことになる。なお、上述のバックラッシュの問題はサンプリングが粗い第１駆動のため無視して説明した。

この例に示すように第１駆動に要する時間は、長くなる場合もあるし短くなる場合もあり、不定である。従って、ＡＦ補助光点灯中に消費する電力の見積もりを見誤ることが発生する。ＡＦ補助光を使用する状況は、フォーカス（ＡＦ）制御に続けて、本撮影で発光部１３２を発光しながら撮影することが多い。従って、フォーカス制御中にバッテリーの消耗が激しいと本撮影時の光量低下を引き起こすおそれがある。そこで、フォーカス制御における第１駆動ではピークの有無を検出できる範囲での最小の光量設定が望まれる。

また、撮像装置１００から被写体までの距離が近く、補助光の光量が強い場合、輝度飽和してしまうとコントラスト情報が得られない。従って、最短撮影距離で飽和しない輝度値に設定することが第１駆動に要求される。一方、第２駆動は、スキャンにかかる最大時間の見積もりをすることができ、駆動時間が第１駆動に比べて短い。そのため、ＡＦ補助光の光量設定について、自由度が高くなる。

次に、図１０を参照して、第１駆動と第２駆動における発光部１３２の発光制御について説明する。図１０は、第１駆動と第２駆動における発光部１３２の発光制御の実施例を示す説明図である。

（実施例１）
第１駆動と第２駆動とで発光部１３２の各ＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光パルスデューティー（duty）比が異なるように制御する。例えば、第１駆動より第２駆動において、発光パルスデューティー比が大きくなるように設定する。例えば、図１０Ａに示すように、第１駆動において、発光パルスデューティー比を５０％とし、第２駆動において、発光パルスデューティー比を７５％とする。これにより、第２駆動では第１駆動に比べて発光総輝度が高くなるため、コントラスト値のピークを精度良く検出することができる。第２駆動時の発光パルス比の値を決定するためには、例えば、第１駆動の期間で得られたＡＥ評価値を参照する。なお、各ＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光パルスの１回あたりの点灯時間はフォーカス制御（ＡＦ）中の露光時間に比べて十分に短く設定される。

（実施例２）
第１駆動と第２駆動とで発光部１３２におけるＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光数が異なるように制御する。例えば、第１駆動より第２駆動において、ＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光数が多くなるように設定する。例えば、図１０Ａに示すように、第１駆動において、緑色ＬＥＤ１３２Ｇの発光個数を全体の５０％とし、第２駆動において、緑色ＬＥＤ１３２Ｇの発光個数を全体の１００％とする。これにより、第２駆動では第１駆動に比べて発光総輝度が高くなるため、コントラスト値のピークを精度良く検出することができる。

第２駆動時のＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光個数の値を決定するためには、例えば、第１駆動の期間で得られたＡＥ評価値を参照する。なお、図１０Ａに示した例では、フォーカス制御時において、緑色ＬＥＤ１３２Ｇのみが発光し、他の赤色ＬＥＤ１３２Ｒ、青色ＬＥＤ１３２Ｂは発光しないとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、他の色が発光してもよいし、２色又は３色の組合せで発光してもよい。

（実施例３）
第１駆動と第２駆動とで発光部１３２におけるＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光色が異なるように制御する。例えば、第１駆動において、代表色として緑ＬＥＤ１３２Ｇが発光し、第２駆動において、主被写体像の主成分の色に近いＬＥＤが発光するように設定する。

例えば、図１０Ｂに示すように、第１駆動において、緑色ＬＥＤ１３２Ｇが発光する。そして、第１駆動の期間で得られたＡＷＢ評価値を参照し、被写体像に赤い被写体が多いときは、第２駆動において、赤色ＬＥＤ１３２Ｒが発光する。このように被写体像に色の偏りがあるときに、効率良く被写体の反射効率を向上させるため、発光部１３２が被写体の主成分の色に近い光を発光する。その結果、第２駆動で、コントラスト値のピークを精度良く検出することができる。

第２駆動時のＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光色を決定するためには、例えば、第１駆動の期間で得られたＡＷＢ評価値を参照する。なお、図１０Ｂに示した例では、第２駆動時において、赤色ＬＥＤ１３２Ｒのみの１色が発光する場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。主被写体像の主成分の色に応じて、例えば、他の色が発光してもよいし、２色又は３色の組合せで同時発光してもよい。第１駆動の期間でＡＷＢ評価値を得るためには、第１駆動時の発光は１色の発光だけでなく、ＲＧＢ全ての色を発光させてもよい。なお、第１駆動で全色を発光させる場合でも、ＬＥＤの発光個数を第２駆動に比べて少なくして光量を限定することで、第１駆動に必要な明るさを確保しつつ消費電力の低減を図ることができる。

（実施例４）
第１駆動と第２駆動とで発光部１３２におけるＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光位置が異なるように制御する。例えば、第１駆動において、画面（画角）全体が均一に照射されるように発光し、第２駆動において、主被写体像の画面位置に応じて発光部１３２で発光するＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂが選択されて発光する。

フォーカス制御では、図４に示すような複数のＡＦ領域でコントラスト情報が検出され、比較したのち、最終的に焦点が合わされる主被写体像が決定される。そして、主被写体像が含まれるいずれかの領域が選択されて、コントラスト値のピーク位置にフォーカスレンズ１０４が移動される。このとき、主被写体像の選択、即ちＡＦ領域の選択には、例えば撮像装置１００から近いところにある被写体を優先させたり、被写体距離の中央値を優先させたり等の選択アルゴリズムがある。

図９を参照して、主被写体像の選択、即ちＡＦ領域の選択について説明する。図９は、撮像装置１００が捉えた画面を示す説明図であり、画面中央付近にＡＦ領域が示され、人物などの被写体像が映し出されている。

図９に示す例では、撮像装置１００から被写体を見たときに、右側に人物が存在している。そして、例えば撮像装置１００から近いところにある被写体を優先させるという選択アルゴリズムによって、右側の人物が選択されたとする。このとき、５つのＡＦ領域のうち右端のＡＦ領域が選択されるとする。

このようなケースでは、第１駆動では、ＡＦ補助光を照射する発光部１３２は、撮影する画角全体を照射するが、第２駆動では、右側を照射する発光部１３２のみが選択されればよい。図１０Ｂに示すように、第１駆動において、発光部１３２の緑色ＬＥＤ１３２Ｇが水平方向に均一に発光する。そして、第１駆動の期間で得られたＡＦ評価値を参照し、被写体像の位置に応じて、第２駆動において、発光部１３２の右側の緑色ＬＥＤ１３２Ｇが発光する。

第２駆動にとっては選択したＡＦ領域に十分な光量があれば良く、画面左側についての補助光は無駄である。そこで右側を照射する発光部１３２のみ選択することで省電力が実現できる。なお、図１０Ｂに示した例では、フォーカス制御時において、緑色ＬＥＤ１３２Ｇのみが発光し、他の赤色ＬＥＤ１３２Ｒ、青色ＬＥＤ１３２Ｂは発光しないとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、他の色が発光してもよいし、２色又は３色の組合せで発光してもよい。

次に、図１１を参照して、本実施形態に係る撮像装置１００のコントラスト方式のフォーカス制御動作について説明する。図１１は、本実施形態に係る撮像装置１００の動作を示すフローチャートである。

まず、ユーザーによるシャッターボタン１３５ａの半押し操作などによって、コントラスト方式のフォーカス制御（ＡＦ）が開始されると、被写体像の輝度に応じて、ＡＦ補助光が必要であるか否かが判断される（ステップＳ１０１）。

ＡＦ補助光が必要であると判断された時は、装着された結像光学系１０１のレンズの焦点距離や、シーンモードを参照して、フォーカス制御の第１駆動のためのＡＦ補助光発光手段が決定される（ステップＳ１０２）。例えば、発光するＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂを選択したり（ステップＳ１０３）、ＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光パルスの仕様（デューティー比）を決定したりする（ステップＳ１０４）。

その後、フォーカスレンズ１０４を初期駆動位置開始位置に移動させ（ステップＳ１０５）、第１駆動用のＡＦ補助光の発光を開始し（ステップＳ１０６）、ＡＦの第１駆動を実行する（ステップＳ１０７）。第１駆動が完了したとき、第１駆動用の補助光を消灯する（ステップＳ１０８）。

次に、第１駆動期間中に得られたＡＦ検波値やＡＥ評価値、ＡＷＢ評価値を参照して、第２駆動のためのＡＦ補助光発光手段が決定される（ステップＳ１０９）。例えば、発光するＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂを選択したり（ステップＳ１１０）、ＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光パルスの仕様（デューティー比）を決定したりする（ステップＳ１１１）。

その後、フォーカスレンズ１０４を第２駆動位置開始位置に移動させ（ステップＳ１１２）、第２駆動用のＡＦ補助光の発光を開始し（ステップＳ１１３）、ＡＦの第２駆動を実行する（ステップＳ１１４）。第２駆動が完了したとき、第２駆動用の補助光を消灯する（ステップＳ１１５）。その後、フォーカスレンズ１０４を合焦位置に移動して、本撮影開始の待機状態となって、コントラスト方式のＡＦ制御が完了する（ステップＳ１１６）。

以上、ステップＳ１０１において、ＡＦ補助光が必要であると判断された場合について説明したが、ＡＦ補助光が不要であると判断された場合は、図１０に示すように、ステップＳ１２１〜ステップＳ１２５が実行される。即ち、まず、フォーカスレンズ１０４を初期駆動位置開始位置に移動させ（ステップＳ１２１）、ＡＦの第１駆動を実行する（ステップＳ１２２）。その後、フォーカスレンズ１０４を第２駆動位置開始位置に移動させ（ステップＳ１２３）、ＡＦの第２駆動を実行する（ステップＳ１２４）。その後、フォーカスレンズ１０４を合焦位置に移動して、本撮影開始の待機状態となって、コントラスト方式のＡＦ制御が完了する（ステップＳ１２５）。

次に、本実施形態に係る撮像装置１００のフォーカス制御におけるフォーカスレンズ１０４の駆動動作について説明する。図１２は、本実施形態に係る撮像装置１００のフォーカス制御におけるフォーカスレンズ１０４の駆動動作を示すフローチャートである。

まず、フォーカスレンズ１０４の駆動範囲において、フォーカスレンズ１０４が駆動する速度及び駆動方向が、第１駆動又は第２駆動に応じて決定される（ステップＳ２０１）。そして、サンプリング間隔が第１駆動又は第２駆動に応じて決定される（ステップＳ２０２）。その後、フォーカスレンズ１０４の移動の開始が指示されて、移動が開始される（ステップＳ２０３）。

フォーカスレンズ１０４が移動しながら、ＡＦ検波値が取得され（ステップＳ２０４）、コントラスト値が演算される（ステップＳ２０５）。そして、上述した説明のように、コントラスト値が２回連続して低下したとき（ステップＳ２０６）、コントラスト値のピーク値近傍であるため、フォーカスレンズ１０４の移動の停止が指示されて、移動が停止される（ステップＳ２０８）。一方、コントラスト値が２回連続して低下していないときは、フォーカスレンズ１０４の位置が駆動範囲の端部に到達しているか否かが判断される（ステップＳ２０７）。コントラスト値が２回連続して低下しておらず、フォーカスレンズ１０４の位置が駆動範囲の端部に到達していないときは、引き続き、フォーカスレンズ１０４が移動しながら、ＡＦ検波値が取得される（ステップＳ２０４）。そして、ステップＳ２０５、ステップＳ２０６が再び実行される。

フォーカス制御時に、被写体像のコントラスト値を検出するにあたって、被写体輝度が低いときは十分な映像信号情報が得られない。そのため、撮像装置１００はＡＦ補助光を被写体に照射させる。ＬＥＤを有する発光部１３２を搭載する撮像装置１００は、本撮影時の光の照射だけでなく、ＡＦ補助光機能も兼務できる。

ところで、撮像装置１００から被写体までの距離が短いと補助光が強すぎて映像信号が飽和するため、補助光の光量を強くすることはリスクがある。また、省電力のことも考えると低い発光輝度に抑えておきたい。また、コントラスト方式のフォーカス制御（ＡＦ）は、スキャン期間中は常時点灯が必要なシステムであるという事情もあり、省電力は重要な問題である。一方、被写体距離が長いと補助光の光量が不足するおそれがあり、十分なコントラスト情報が得られない。そこで、最適な補助光の光量制御が必要である。

ＬＥＤを有する発光部１３２は、ＬＥＤの高輝度化、青色（白色）ＬＥＤの価格の低下に伴って携帯電話などに搭載されたカメラの補助光として使用されている。また、ＬＥＤを有する発光部１３２は、近い将来、さらなる高輝度化、低消費電力化が進むと、デジタルカメラのストロボとしてのＸｅ管からの代替が期待される。

ＬＥＤを有する発光部１３２は、ＬＥＤ単体ではなく、複数個を集めて発光部（照明部）として採用され得る。ＬＥＤを３原色（ＲＧＢ）で構成して、別々に光量制御することで、Ｘｅ管では困難であった発光色を環境光に合わせることもできる。また、ＬＥＤを有する発光部１３２は、低照度で被写体に照射するＡＦ補助光としても活用できる。

コントラスト方式のフォーカス制御は、フォーカスレンズ１０４の駆動に伴って変化する撮像された被写体のコントラスト値のピークを検出する方式であり、ピーク地点が合焦位置と一致する。従って、フォーカスレンズ１０４の駆動時間を短くすることで撮像装置１００の操作性が向上する。そこで、駆動時間を短くするために、まず速い速度でフォーカスレンズ１０４を駆動させてピークの有無を検出する第１駆動（サンプリングは粗くなる）を行う。そして、ピーク位置を高精度に検出するために、細かいサンプリングを行いながらフォーカスレンズ１０４の駆動を行う第２駆動を行う。本実施形態では、上記の２段階でフォーカス制御を行う。このとき、第２駆動は第１駆動よりも制御期間が短くなるよう設計される。

本実施形態の撮像装置１００では、ＡＦ補助光の発光制御は、第１駆動では省電力を優先し、第２駆動ではＡＦ精度を優先する光量最適化制御を行う。例えば、第１駆動で得られた被写体の反射光量やコントラスト値を参照して、第２駆動時のＬＥＤ発光方式を決定する。発光方式には、例えば、発光パルスのデューティー比を変えることで露光期間内の累積光量を加減したり、発光ＬＥＤの個数を加減したりする。また、発光ＬＥＤの位置を変更したり、異なる波長のＬＥＤへの切り替え又は組み合わせを行ったりしてもよい。

そして、本実施形態の撮像装置１００は、上述した発光部１３２の発光制御を実行することによって、低照度のシーンにおけるＡＦ精度が向上する。また、ＬＥＤを有する発光部１３２が搭載された撮像装置１００の資源を有効活用できる。また、発光部１３２の中におけるＬＥＤ１３２Ｒ，Ｇ，Ｂの発光位置が変わることによって、第１駆動から第２駆動への駆動遷移を被写体である人物へ告知することができ、その人物は本撮影が間もなく行われるということを知ることができる効果もある。

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。

上述した実施形態では、フォーカス制御は、コントラスト方式である場合につい説明したが、位相差方式の場合についても、本発明を適用してもよい。即ち、位相差方式のフォーカス制御において、第１駆動と第２駆動など複数の駆動を実行するときに、それぞれの駆動に応じて、発光部の発光が異なるように制御してもよい。これにより、精度良く合焦位置を検出しつつ、フォーカス制御時に駆動モードに応じた発光をすることで、消費電力を低減することができる。

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。 同実施形態に係る撮像装置を示す斜視図である。 同実施形態に係る撮像装置の発光部を示す正面図である。 画面及びＡＦ領域を示す説明図である。 ラプラシアンフィルタの一例を示す説明図である。 ある被写体におけるフォーカスレンズ位置とコントラスト値の関係を示す説明図である。 ある被写体におけるフォーカスレンズ位置とコントラスト値の関係を示す説明図である。 フォーカスレンズの駆動範囲と駆動方向を示す説明図である。 撮像装置が捉えた画面を示す説明図である。 第１駆動と第２駆動における発光部の発光制御の実施例を示す説明図である。 第１駆動と第２駆動における発光部の発光制御の実施例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の動作を示すフローチャートである。 同本実施形態に係る撮像装置１００のフォーカス制御におけるフォーカスレンズの駆動動作を示すフローチャートである。

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
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ＡＥ・ＡＷＢ算出部
１２４ 露光制御部
１２５ ＡＦ動作制御部
１２６ ＬＥＤパルス仕様決定部
１２８ 発光ＬＥＤ決定部
１２９ ＰＷＭ
１３１ ＬＥＤドライバ
１３２ 発光部
１３２Ｒ 赤色ＬＥＤ
１３２Ｇ 緑色ＬＥＤ
１３２Ｂ 青色ＬＥＤ
１３５ 操作部材
１３５ａ シャッターボタン
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 (11)

1. 被写体像を撮像面に合焦可能なフォーカスレンズと、
   前記被写体像のうち少なくとも１つの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、
   前記フォーカスレンズの第１駆動、及び前記第１駆動と異な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、
   被写体への発光をする発光部の発光が、前記第１駆動と前記第２駆動とで異なるように制御する発光制御部と
   を有する、撮像装置。
2. 前記フォーカス制御部は、
   前記フォーカスレンズの前記第１駆動で、前記主被写体像を決定し、
   前記フォーカスレンズの前記第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範囲のみ駆動して前記合焦位置を検出するように制御する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 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つの前記主被写体像を決定する主被写体像決定部と、
   を更に有し、
   前記合焦位置検出部は、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し、
   前記フォーカス制御部は、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、請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記フォーカスレンズの前記第１駆動と前記第２駆動とでは、前記フォーカスレンズの駆動速度又は前記コントラスト値を算出するための前記画像信号のサンプリング間隔が異なる、請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記発光制御部は、前記第１駆動より前記第２駆動において、発光パルスデューティー比が大きくなるように前記発光部を制御する、請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 前記発光部は、複数の発光体から構成される、請求項１〜５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記発光制御部は、前記第１駆動より前記第２駆動において、前記発光体の発光数が多くなるように前記発光部を制御する、請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記発光部は、波長の異なる複数の前記発光体からなり、
   前記第２駆動において、前記発光制御部は、前記発光部が前記主被写体像の主成分の色に近い色で発光するように制御する、請求項６又は７に記載の撮像装置。
9. 前記第２駆動において、前記発光制御部は、前記主被写体像の画面位置に応じて前記発光部で発光する前記発光体を選択する、請求項６〜８のいずれかに記載の撮像装置。
10. 前記発光制御部は、前記発光部が本撮影時に前記被写体への発光をするように制御する、請求項１〜９のいずれかに記載の撮像装置。
11. 被写体像を撮像面に合焦可能なフォーカスレンズが駆動して、前記被写体像のうち少なくとも１つの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、
    前記フォーカスレンズの第１駆動、及び前記第１駆動と異なる前記フォーカスレンズの第２駆動を制御するステップと、
    被写体への発光をする発光部の発光が、前記第１駆動と前記第２駆動とで異なるように制御するステップと
    を有する、撮像方法。
    
    

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