JP2011237585A

JP2011237585A - 撮像装置及びその制御方法

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Publication number: JP2011237585A
Application number: JP2010108599A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Yasuda; 仁志保田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-24
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Abstract

【課題】被写界深度の浅い撮影においても、良好な自動焦点調節性能が得られる撮像装置及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】撮像素子１０３は位相差検出用の焦点状態検出素子を備え、カメラ信号処理部１０６は撮像信号に基づいて焦点調節用信号を生成してカメラ制御部１０９に出力する。カメラ制御部１０９は焦点状態検出結果に基づいて合焦レンズ位置を求めて撮像画面における合焦距離に係る距離情報を算出し、該距離情報及びカメラ信号処理部１０６による焦点調節用信号に基づいてフォーカスレンズ１０２の駆動を制御する。距離情報に基づく合焦位置と現時点でのフォーカスレンズの位置との差が閾値を超える場合、カメラ制御部１０９は距離情報に基づく合焦位置へフォーカスレンズを駆動する。また距離情報に基づく合焦位置と現時点でのフォーカスレンズの位置との差が閾値以下の場合、カメラ制御部１０９は焦点調節用信号に基づいて合焦制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像装置の焦点調節制御に関するものである。

一眼レフカメラなどでは、大型の撮像センサ（例えば３５ｍｍフルサイズセンサ）で動画を撮影する機会が生まれている。大型センサでは、従来のビデオカメラ用の小型センサに比べて被写界深度が浅いため、ボケ味を生かした撮影が可能となる。合焦エリアの画像だけでなく、ピントの合っていないエリアの画像の見え方も注目されており、自動焦点調節のさらなる改善が望まれている。

動画撮影における自動焦点調節法としては、撮像信号の鮮鋭度を評価する、いわゆるＴＶ―ＡＦ（オートフォーカス）方式が知られている。この方式では撮像信号そのものの鮮鋭度を評価するため、見た目に最もピントがあったフォーカス位置を探し出すことができる。その反面、絶対的なデフォーカス量が分からないので、合焦点に達するまでに時間がかかる。つまり前後の時刻でのフォーカスレンズ位置の情報とＴＶ−ＡＦ信号のレベル差から合焦方向が分かるだけであり、合焦点を得るのが遅い。またＴＶ−ＡＦ信号のレベルを比較するため、常にフォーカスレンズを動かさなければならず、それによる画像のボケ具合の変化が、特に被写界深度から外れた被写体では目立ってしまう。
撮像センサの一部の画素にて、光束を瞳分割して分割光束を一対の検出画素に入射させ、焦点状態検出を行う方式が提案されている（特許文献１参照）。今日では撮像センサの大型化及び高画素化が進んでおり、画面内における複数のエリアに焦点状態検出エリアを組み込むことも可能になっている。これにより、各エリアのデフォーカス量が分かるので、画面内のエリアごとに被写体までの距離を知ることができる。しかしながら、撮像センサの一部の画素が検出画素、つまり焦点状態検出素子として使用されるため、その部分の画素データについては画素補間処理などで生成する必要がある。よって焦点検出精度を高めるために、全有効画素領域に検出素子を配置する場合の密度を高くすると、撮影画像の劣化を引き起こす虞が生じる。

特開２０００−２９２６８６号公報

従来の自動焦点調節装置では、被写界深度の浅い撮像系に相応しい自動焦点調節性能を実現できないことが課題とされる。このため、ＴＶ―ＡＦ方式ではボケ量の変化が目立ってしまったり、撮像センサに焦点状態検出素子を組み込んだ形態では、画質が劣化しないように検出素子の配置密度を下げると、十分な検出精度が得られなくなってしまう。
そこで本発明は、被写界深度の浅い撮影においても、良好な自動焦点調節性能が得られる撮像装置及びその制御方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る装置は、撮像素子に設けた位相差検出用の焦点状態検出手段と、前記撮像素子が出力する撮像信号に基づいて焦点調節用信号を生成する信号処理手段と、前記焦点状態検出手段の検出結果から演算したピントずれ量に基づいてフォーカスレンズに係る合焦レンズ位置を求めて撮像画面における合焦距離に係る距離情報を算出し、該距離情報及び前記焦点調節用信号に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段と、を備える。前記制御手段は、前記合焦レンズ位置と現時点での前記フォーカスレンズの位置との差が閾値を超える場合、前記合焦レンズ位置へと前記フォーカスレンズを駆動し、前記合焦レンズ位置と現時点での前記フォーカスレンズの位置との差が閾値以下の場合、前記焦点調節用信号に基づいて合焦制御を行う。

本発明によれば、位相差検出により得られる距離情報と撮像信号に基づく焦点調節用信号を併用し、被写界深度の浅い撮影においても、良好な自動焦点調節性能を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。被写体の画像情報とともに距離情報を取得可能な撮像素子の一例を示す説明図である。撮像素子におけるマイクロレンズの瞳分割方式と、位相差検出方式の基本原理を説明する図である。図５乃至１０と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、カメラ信号処理部及びカメラ制御部の構成例を示す図である。位相差検出用の検出素子に関する補間処理方法の一例を説明する図である。距離マップと検出枠を例示した図である。オートフォーカス制御の流れを説明するフローチャートである。図７のＴＶ−ＡＦ制御を説明するフローチャートである。図８の微小駆動による制御例を説明するフローチャートである。検出枠と距離情報を例示した図である。図８の山登り駆動による制御例を説明するフローチャートである。本発明の第２実施形態に係るカメラ信号処理部及びカメラ制御部の構成例を示す図である。

［第１実施形態］
図１は本発明の一実施形態に係るビデオカメラの構成例を示す。なお、本実施形態では撮像装置の一例としてビデオカメラを説明するが、本発明はデジタルスチルカメラ等の他の撮像装置にも適用可能である。
撮像光学系に関し、図１にはズームレンズ（変倍レンズ）１０１と、フォーカスレンズ１０２のみを示す。フォーカスレンズ１０２はフォーカシング機能を備えた焦点調節用レンズ又はレンズ群である。撮像素子１０３は、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）撮像センサなどの光電変換デバイスであり、受光信号を電気信号に変換して出力する。アナログ信号処理部１０４は撮像素子１０３の出力信号を処理し、ゲイン調整などを行う。Ａ／Ｄ変換部１０５は、アナログ信号処理部１０４が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。カメラ信号処理部１０６は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号に対して各種の画像処理を施し、映像信号を生成して表示部１０７及び記録部１０８に出力する。カメラ信号処理部１０６は後述するＴＶ−ＡＦ信号処理回路を含み、画面内の所定領域に係る映像信号から高周波成分を抽出した信号、つまりＴＶ−ＡＦ信号を生成する。ＴＶ−ＡＦ信号はカメラ制御部１０９に出力される。
表示部１０７はＬＣＤ（液晶表示装置）等で構成され、カメラ信号処理部１０６からの映像信号を受けて画像を表示する。記録部１０８はカメラ信号処理部１０６からの映像信号を処理して所定の形式で記録媒体（磁気記録媒体や半導体メモリ等）に保存する。

ビデオカメラ全体の動作制御を司るカメラ制御部１０９は、カメラ信号処理部１０６からＴＶ−ＡＦ信号を取り込む。カメラ制御部１０９は、撮像素子１０３にて位相差検出に用いる画素（焦点状態検出素子）の出力を、後述する２つの像（Ａ像、Ｂ像）に係る出力信号にまとめて、位相差検出のための演算を行い、撮像エリアの各部分についてピントずれ量を求める。ＡＦ制御にてカメラ制御部１０９は、ＴＶ−ＡＦ信号と、位相差検出によって取得した距離分布を示すマップ情報（距離マップ）、および距離マップによる合焦位置に基づいて、フォーカスレンズ１０２を合焦レンズ位置に移動させる。なお、カメラ制御部１０９はズームレンズ１０１の駆動や、撮像素子１０３の駆動なども制御する。

図２は撮像素子１０３における撮像用素子と、位相差検出用の焦点状態検出素子の配置例を示す。拡大図で示すように、撮影用素子と焦点状態検出素子が配列されている。本例では、第１行及び第２行、並びに第４行及び第５行の各画素列に示す素子（丸枠内の正方形で示す）が撮像に使用される。第３行の第２列、第６列、第１０列・・・に示す画素位置の検出素子（丸枠内に２つの長方形で示す）が焦点状態検出に使用される。焦点状態検出素子は連続的に設けた方が検出精度は向上するが、画像の劣化が大きくなってしまうため、精度向上と高画素化はトレードオフの関係にある。各素子の前面には丸枠で示すように、入射光を効率よく集光するマイクロレンズが配置されている。
焦点状態検出素子では、図３（Ａ）に示すように光束を瞳分割することで、各分割光束が一対の受光素子Ａ，Ｂにそれぞれ入射する。各素子の検出結果については、図２に示すように水平方向に並んで配置された受光素子Ａ（丸枠内の左側の長方形参照）の各出力をまとめることで第１の像（以下、Ａ像という）が得られる。また受光素子Ｂ（丸枠内の右側の長方形参照）の各出力をまとめることで第２の像（以下、Ｂ像という）が得られる。

次に、Ａ像、Ｂ像から撮像レンズのピントずれ量を求める焦点検出原理について説明する。図３（Ｂ）に示すように、撮影レンズのＡ領域を通る光束によって撮像面上に形成される被写体像（Ａ像）と、Ｂ領域を通る光束によって形成される被写体像（Ｂ像）の位置は、合焦時、前ピン時、後ピン時で変化する。結像面と撮像面との距離であるデフォーカス量が大きいほど、Ａ像とＢ像のズレは大きくなり、また前ピン時と後ピン時では像のズレ量の符号が逆になる。これを利用して像ズレからデフォーカス量を検出するのが位相差検出方式である。

次に図４を用いて、カメラ信号処理部１０６（符号５０１乃至５０４参照）、カメラ制御部１０９（符号５０６乃至５１２参照）の処理を説明する。
撮像素子１０３から読み出した撮像信号は、焦点状態検出素子の位置に相当する画素部分で信号の欠落が起こる。このため、画素補間処理部５０１は、焦点状態検出素子の周囲に位置する画素のデータを用いた補間によって、焦点状態検出素子の位置に相当するデータを算出する。画素補間処理部５０１の出力信号は映像信号処理部５０２に送られ、ビデオ信号処理回路６で取り扱える信号となる。補間演算の方法については、図５に示すように、対象となる焦点状態検出素子の上下に位置する同色画素の信号を単純平均する処理が挙げられる。本例では、５行５列の中央に焦点状態検出素子が位置しており、「Ｅxx」(x＝１乃至５)は各画素の電荷レベルを表す。単純平均法では焦点状態検出素子の位置におけるＥ３３の値が、１画素をおいてその上下に位置するＥ３１とＥ３５との平均値として算出される。この他、焦点状態検出素子の位置を中心として上下左右にある、より多くの画素の電荷レベルのデータを用いて、重み付け平均値を算出する方法など、様々な方法を採用できる。かかる方法は画素のキズ補正と同様な技術で既に公知である為、詳細な説明は省略する。
図４にオン／オフスイッチの記号で示すＡＦ（オートフォーカス）ゲートスイッチ５０３は、Ａ／Ｄ変換部１０５で変換した撮像信号のうち、どの部分をＡＦ信号処理するかを選択する。ＡＦゲートスイッチ５０３は後述のＡＦ制御部５１２からの信号に従って制御される。ＴＶ−ＡＦ信号処理部５０４は、ＡＦゲートスイッチ５０３で抽出した信号を、帯域通過フィルタなどで処理して所定範囲の周波数成分を抽出することにより、画像の鮮鋭度を表す値を得る。映像信号処理部５０２は映像信号を処理し、後段の表示部１０７、記録部１０８で取り扱える信号にする（画像データ５０５参照）。

次に、焦点調節用信号としてのＴＶ―ＡＦ信号の生成処理について説明する。ＴＶ―ＡＦ信号は、例えば撮像信号のフィルタリング処理によって所定の高周波成分のレベルを求めることで生成される。その際、画面内のどの部分のＴＶ−ＡＦ信号を求めるかは、距離マップによって決定される。焦点状態検出素子の位置に対応する画素部分が欠落した信号のままでフィルタリング処理を行うと、誤差を含んだ信号となってしまう。そこで映像信号のうち、どの部分についてＡＦ信号処理を行うかがＡＦゲートスイッチ５０３で制御される。つまり、該スイッチはＡＦエリアを決める以外に、焦点状態検出素子の位置に対応する画素部分が欠落している映像信号の水平ラインについては、ＴＶ−ＡＦ信号処理を通さないよう当該ラインを除外する役目をもつ。これにより、焦点状態検出素子の位置に相当する画素部分の欠落によって影響を受けないＴＶ−ＡＦ信号が得られる。
カメラ制御部１０９内に切り替えスイッチの記号で図示するセレクタ５０６は、Ａ／Ｄ変換部１０５でＡ／Ｄ変換した撮像信号のうち、前述したＡ像、Ｂ像への振り分けを行う。つまり、セレクタ５０６が第１の状態に切り替わったとき、Ａ像のデータを位相差演算処理部５０７が取得し、セレクタ５０６が第２の状態に切り替わったとき、Ｂ像のデータを位相差演算処理部５０７が取得する。位相差演算処理部５０７は、撮像画面内の各位置におけるＡ像、Ｂ像にどれだけのズレ量があるかを算出して、各検出位置でのズレ量をテーブル５０８に示すように二次元配列データとして管理する。

距離マップ作成処理部５０９は、位相差演算処理部５０７が求めたズレ量に基づいて、合焦レンズ位置を算出し、合焦レンズ位置と距離テーブル５１０を用いて撮像画面における各エリアの合焦距離を算出する。カメラ制御部１０９は、例えば、距離テーブル５１０に示すデータ形式で、ズームレンズ位置ごとの離散的なフォーカスレンズ位置に対する合焦距離のデータを保持している。距離マップ作成処理部５０９は、フォーカスレンズ位置に対する合焦距離を、距離テーブル５１０のデータから補間して求め、撮像面での焦点状態検出エリアごとに被写体までの距離情報を算出して距離マップを作成する。算出結果はテーブル５１１に示すように二次元配列データとして管理される。
ＡＦ制御部５１２は、ＴＶ−ＡＦ信号と距離マップのデータに基づいてフォーカスレンズ１０２を駆動することで合焦制御を行う。

図６は距離マップと焦点状態の検出枠を例示する。図６（ａ）に示す例では、画面中央部の至近寄りでどの距離が多いかが判断される。つまり破線枠内に示す距離データのうち、矩形枠内に示すデータ（１．４メートル）の数が最も多い。そこで図６（ｂ）に示すように、この距離を中心として被写界深度内（本例では１乃至２メートルの範囲）に収まるエリアが、検出枠（ＴＶ−ＡＦ枠）として設定される。その際、カメラ制御部１０９は、ＴＶ−ＡＦ枠を大きくすることで増えるエリアと、枠内に含まれる深度内のエリアとの割合を判定し、深度内のエリアの割合が小さくなる場合にはＴＶ−ＡＦ枠が大きくならないように枠サイズを設定する。これにより深度内の距離が一つだけ外れた位置にある場合でも、検出枠が必要以上に大きくならないように防止できる。

次にＡＦ制御部５１２による焦点調節制御について、図７乃至９、図１１のフローチャートを用いて説明する。ＡＦ制御に係る処理は、カメラ制御部１０９を構成するコンピュータにより解釈及び実行されるプログラムに従って実現される。
図７のＳ８０１で処理が開始し、Ｓ８０２でＴＶ−ＡＦ制御が行われる。制御の詳細は図８を用いて後述する。Ｓ８０３はレンズ位置差の設定処理である。レンズ位置差の設定値（ｔｈと記す）は、距離マップによる合焦位置と現時点でのレンズ位置との間に差がある場合、フォーカスレンズ１０２を距離マップによる合焦位置へと移動させるか否かを判定するための基準量（閾値）である。Ｓ８０４でカメラ制御部１０９は、距離マップによる合焦位置と現時点でのレンズ位置との差を前記Ｓ８０３で設定したｔｈ値と比較する。距離マップによる合焦位置と現時点でのレンズ位置との差（絶対値）がｔｈ値よりも大きい場合、Ｓ８０５へ進むが、Ｓ８０４の判定条件を満たさず、レンズ位置差が閾値以下の場合、Ｓ８０２へ戻って処理を継続する。Ｓ８０５でカメラ制御部１０９はフォーカスレンズ１０２の駆動制御を行い、距離マップにより算出した合焦位置へフォーカスレンズ１０２を移動させる。

次に、前記Ｓ８０２のＴＶ−ＡＦ制御について、図８のフローチャートを用いて説明する。Ｓ９０１で処理が開始し、Ｓ９０２でフォーカスレンズ１０２の微小駆動が行われる。この微小駆動は合焦点近傍を探索して、合焦判定や方向判別を行うためのレンズ駆動であり、駆動制御の詳細は図９のフローチャートを用いて後述する。Ｓ９０３でカメラ制御部１０９は合焦判定を行い、合焦と判定した場合、Ｓ９０９に進み、非合焦と判定した場合、Ｓ９０４に進んで、焦点の合う方向を判別する。
Ｓ９０４でカメラ制御部１０９は、前記Ｓ９０２でのレンズ駆動によって方向判別ができた場合、Ｓ９０５に進むが、方向判別ができていない場合には前記Ｓ９０２へ戻って微小駆動を継続する。Ｓ９０５でカメラ制御部１０９は、ＴＶーＡＦ信号のレベルが大きくなる方向へ高速でフォーカスレンズ１０２を移動させ、いわゆる山登り駆動が行われる。駆動制御の詳細は図１１のフローチャートを用いて後述する。

次のＳ９０６でカメラ制御部１０９は、ＴＶーＡＦ信号のレベルがそのピーク値を越えたか否かを判定する。山登り駆動に伴い、ＴＶーＡＦ信号のレベルがそのピーク値を越えたと判定された場合、Ｓ９０７へ進む。またＴＶーＡＦ信号のレベルがピーク値を越えていないと判定された場合にはＳ９０５へ戻って、カメラ制御部１０９は山登り駆動を継続させる。
Ｓ９０７でカメラ制御部１０９は、山登り駆動中のＴＶーＡＦ信号のレベルが、再びそのピーク値に近づくように、フォーカスレンズ１０２のレンズ位置を戻す。次のＳ９０８は、ＴＶーＡＦ信号のレベルがピーク値を示しているか否かの判定処理であり、カメラ制御部１０９は、フォーカスレンズ１０２の位置が前記ピーク値を示すレンズ位置に戻ったと判定した場合、Ｓ９０２へ戻って、再び微小駆動を行う。一方、フォーカスレンズ１０２の位置が前記ピーク値を示すレンズ位置に戻っていない場合にはＳ９０７へ戻って動作が継続する。

次にＳ９０３で合焦点の判定が下された場合の合焦動作について説明する。Ｓ９０９でＴＶーＡＦ信号を保持した後、Ｓ９１０でカメラ制御部１０９は、最新のＴＶーＡＦ信号を取得する。Ｓ９１１でカメラ制御部１０９は、Ｓ９０９で保持しているＴＶーＡＦ信号と、Ｓ９１０で新たに取得したＴＶーＡＦ信号とを比較する。両信号のレベル差が所定の基準レベル以上であると判定された場合、つまり信号の変動幅が基準範囲以上であるとカメラ制御部１０９が判断した場合には、Ｓ９０２へ進み、微小駆動を再開させる。また、Ｓ９１１で信号レベル差が所定の基準レベル未満であると判定された場合にはＳ９１２へ進み、カメラ制御部１０９はフォーカスレンズ１０２をその位置で停止させた後、Ｓ９１０へ戻る。

次に、前記Ｓ９０２の微小駆動について、図９のフローチャートを用いて説明する。Ｓ１００１で処理が開始し、Ｓ１００２ではＴＶ−ＡＦ枠が設定され、ＴＶーＡＦ信号の取得処理が行われる。ＴＶ−ＡＦ枠の設定処理については、被写界深度内の合焦距離のエリアを含むように（図６参照）、距離マップの情報に基づいて検出枠が設定される。Ｓ１００３にてカメラ制御部１０９は、距離マップに基づき深度端近傍に主被写体以外の他の被写体が存在するかを判定する。図１０（ａ）では、深度端近傍に被写体が存在しない状態を例示し、被写界深度は１乃至２メートルであって、深度端近傍として０．９乃至１．１メートル、及び１．８乃至２．３メートルの範囲を示す。これに対して、図１０（ｂ）は深度端近傍（斜線で示す矩形枠参照）に被写体が存在する状態を例示する。本例では１．９乃至２．２メートルの距離範囲に被写体が存在すると判定される。深度端近傍に被写体が存在すると判定された場合、Ｓ１００５に進む。この場合、フォーカスレンズ１０２の駆動によりボケ量の変化が目立つ被写体が存在すると予測されるので、一回当たりのレンズ駆動量が変更され、所定量に比べて小さくするために減算処理が行われる。これにより、ボケ量の時間的変化を小さくすることができ、画像のボケ具合の変化を改善できる。なお、所定量とは、Ｓ１００３の判定結果として深度端近傍に別の被写体が存在しないとされた場合のレンズ駆動量であり、後述のＳ１００４に示すように、通常の駆動制御においてフォーカスレンズ１０２を駆動する際のレンズ駆動量に相当する。

Ｓ１００４でカメラ制御部１０９は、フォーカスレンズ１０２の駆動量を前記所定量に設定する。フォーカスレンズ１０２の駆動量は通常、焦点深度に対する比率で決定され、所定量に関しては、フォーカスレンズ１０２を動かしても元々ピントが合っている被写体ではピントの変化が画面上で分からない値に設定される。
Ｓ１００４又はＳ１００５の後、Ｓ１００６に進み、カメラ制御部１０９は、前記Ｓ１００２で取り込んだＴＶーＡＦ信号と前回のＴＶーＡＦ信号をレベル比較する。前記Ｓ１００２で取り込んだＴＶーＡＦ信号のレベルが前回のＴＶーＡＦ信号のレベルをより大きい場合、Ｓ１００７へ進む。また今回のＴＶーＡＦ信号のレベルが前回の信号レベル未満の場合、Ｓ１００８へ進む。
Ｓ１００８でカメラ制御部１０９は、前記距離マップを用いて選択した深度内の合焦距離を全て含むように微小駆動を行っているか否かを判定する。これにより、ＴＶ−ＡＦ信号の増減だけでなく、距離マップにより検出された合焦位置を全て探索することができるので、カメラ制御部１０９はＴＶ−ＡＦ信号に係る偽ピークに騙されずに、真の合焦点を探索できる。合焦位置が全て探索された場合、Ｓ１００９に進むが、そうでない場合、Ｓ１００７に進む。

Ｓ１００７でカメラ制御部１０９は、前回のレンズ駆動方向と同じ方向（順方向）にフォーカスレンズ１０２を所定量だけ駆動する。一方、Ｓ１００９でカメラ制御部１０９は、前回のレンズ駆動方向とは逆の方向にフォーカスレンズ１０２を所定量だけ駆動する。
Ｓ１００７又はＳ１００９の後、Ｓ１０１０でカメラ制御部１０９は、所定回数に亘って連続して合焦方向と判断した方向が、全て同じ方向であるか否かを判定する。なお、この所定回数は、方向判別のための基準値を示し、事前に設定されている。判定された方向が所定回数に亘って同一であれば、Ｓ１０１４へ進み、当該方向が同一方向でなければＳ１０１１へ進む。Ｓ１０１１でカメラ制御部１０９は、フォーカスレンズ１０２が所定回数に亘って所定範囲で往復を繰り返したか否かを判定する。この所定回数は往復回数の判定用基準値を示し、事前に設定されている。また所定範囲とは、フォーカスレンズ１０２の往復運動を行った回数を計数するために予め設定された範囲を表す。フォーカスレンズ１０２が所定回数に亘って所定範囲で往復を繰り返したと判定された場合、Ｓ１０１３へ進むが、そうでない場合、Ｓ１０１２のリターン処理へ進む。Ｓ１０１４でカメラ制御部１０９は方向を判別できたと判断して、Ｓ１０１２へ進む。この判断結果は、図８のＳ９０４で使用される。またＳ１０１３でカメラ制御部１０９は合焦判別ができたと判断して、Ｓ１０１２に進む。この判断結果は図８のＳ９０３で使用される。

次に、図８のＳ９０５に示した山登り駆動について、図１１のフローチャートを用いて説明する。Ｓ１２０１で処理が開始し、Ｓ１２０２でカメラ制御部１０９は、距離マップの情報に基づいてＴＶ−ＡＦ枠を設定し、ＴＶーＡＦ信号を取得する。Ｓ１２０３でカメラ制御部１０９は、前記Ｓ１２０２で取り込んだＴＶーＡＦ信号と前回のＴＶーＡＦ信号との間でレベルを比較する。今回のＴＶーＡＦ信号レベルの方が前回よりも大きい場合、Ｓ１２０４へ進み、今回のＴＶーＡＦ信号レベルが前回のレベル未満の場合、Ｓ１２０５へ進む。Ｓ１２０４でカメラ制御部１０９は前回のレンズ駆動方向と同じ順方向にて所定の速度でフォーカスレンズ１０２を駆動し、Ｓ１２０８のリターン処理に進む。一方、Ｓ１２０５でカメラ制御部１０９は、ＴＶーＡＦ信号のレベルがそのピーク値を越えてから減少しているか否かを判定する。ＴＶーＡＦ信号レベルが一旦ピーク値を示した後で減少していればＳ１２０７へ進み、ピーク値を越えたと判断される。この判断結果は図８のＳ９０６で使用される。一方、Ｓ１２０５でＴＶーＡＦ信号レベルがピーク値を越えて減少していなければＳ１２０６へ進み、カメラ制御部１０９は前回のレンズ駆動方向とは逆方向にて所定の速度でフォーカスレンズ１０２を駆動する。Ｓ１２０６、Ｓ１２０７の後、Ｓ１２０８のリターン処理に進む。

第１実施形態によれば、ＴＶ−ＡＦ制御と、位相差検出で得た距離マップに基づく焦点調節制御を組み合わせることで、被写界深度が浅い撮像系においても良好な自動焦点調節性能が得られる。つまり、ボケ量の大きな状態から高速に復帰して、真の合焦点へと確実に合焦すべくフォーカスレンズが駆動され、背景画像のボケ量の変化も目立ち難いという効果が得られる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態に示す構成との相違点はＴＶ−ＡＦ信号処理部５０４への入力信号であり、以下、図１２を用いて要部を説明する。なお、図４に示す第１実施形態の各構成部と同様の部分については既に付した符号と同じ符号を用いることにより、それらの詳細な説明を省略する。
画素補間処理部５０１が補間した後の信号は、ＡＦゲートスイッチ５０３を介して、ＴＶ−ＡＦ信号処理部５０４に送られる。つまり、ＡＦゲートスイッチ５０３からの入力信号は、焦点状態検出素子の位置に相当する画素部分の欠落による影響を受けないＴＶ−ＡＦ信号である。ＴＶ−ＡＦ信号処理部５０４はＴＶ−ＡＦ信号を処理して画像の鮮鋭度を表す値を得て、この情報信号をＡＦ制御部５１２に出力する。この場合、ＡＦゲートスイッチ５０３の役割は、前記した距離マップに基づいてＡＦエリアを決めることのみとなる。ＡＦゲートスイッチ５０３のオン・オフ動作は、ＡＦ制御部５１２からの制御信号に従って行われる。

第２実施形態によれば、ＴＶ−ＡＦ制御にて画素補間処理後の信号から画像の鮮鋭度を示す情報を得ることができ、撮像素子を用いた位相差検出で得た距離マップを組み合わせることで、被写界深度が浅い撮像系においても良好な自動焦点調節性能が得られる。

１０２フォーカスレンズ
１０３撮像素子
１０６カメラ信号処理部
１０９カメラ制御部
５０１画素補間処理部
５０７位相差演算処理部
５０９距離マップ作成処理部
５１２ＡＦ制御部

Claims

撮像素子に設けた位相差検出用の焦点状態検出手段と、
前記撮像素子が出力する撮像信号に基づいて焦点調節用信号を生成する信号処理手段と、
前記焦点状態検出手段の検出結果から演算したピントずれ量に基づいてフォーカスレンズに係る合焦レンズ位置を求めて撮像画面における合焦距離に係る距離情報を算出し、該距離情報及び前記焦点調節用信号に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記合焦レンズ位置と現時点での前記フォーカスレンズの位置との差が閾値を超える場合、前記合焦レンズ位置へと前記フォーカスレンズを駆動し、前記合焦レンズ位置と現時点での前記フォーカスレンズの位置との差が閾値以下の場合、前記焦点調節用信号に基づいて合焦制御を行うことを特徴とする撮像装置。
前記制御手段は、
前記焦点状態検出手段の検出結果を処理して前記ピントずれ量を算出する位相差演算処理手段と、
前記ピントずれ量に基づいて前記合焦レンズ位置を算出し、該合焦レンズ位置及び距離テーブルを用いて撮像画面内の合焦距離の分布を示すマップ情報を作成する距離マップ作成処理手段と、
前記マップ情報に応じて焦点状態検出に係る検出枠を設定して前記フォーカスレンズの駆動制御を行う焦点調節制御手段と、を備えることを特徴とする、請求項１記載の撮像装置。
前記焦点調節制御手段は、前記マップ情報に応じて合焦点近傍を探索して、前記焦点調節用信号に基づいて前記フォーカスレンズを合焦点へと移動させることを特徴とする、請求項２記載の撮像装置。
前記焦点調節制御手段は、被写界深度の深度端近傍に主被写体とは別の被写体が存在すると判定した場合、当該別の被写体が存在しないと判定した場合に比べて合焦点近傍での前記フォーカスレンズの駆動量を小さくすることを特徴とする、請求項３記載の撮像装置。
前記信号処理手段は、前記撮像素子にて焦点状態検出手段を含む水平ラインを除外した範囲にある画素による撮像信号を用いて前記焦点調節用信号を生成することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項記載の撮像装置。
前記撮像素子にて焦点状態検出手段の周囲に位置する画素のデータを用いた補間によって、該焦点状態検出手段の位置に相当するデータを算出する画素補間処理手段をさらに備え、
前記信号処理手段は、前記画素補間処理手段により画素補間された撮像信号を用いて前記焦点調節用信号を生成することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項記載の撮像装置。
撮像素子に設けた位相差検出用の焦点状態検出手段と、前記撮像素子が出力する撮像信号に基づいて焦点調節用信号を生成する信号処理手段を備えた撮像装置の制御方法であって、
前記焦点状態検出手段の検出結果から演算したピントずれ量に基づいてフォーカスレンズに係る合焦レンズ位置を求めて撮像画面における合焦距離に係る距離情報を算出するステップと、
前記合焦レンズ位置と現時点での前記フォーカスレンズの位置との差が閾値を超える場合、前記合焦レンズ位置へと前記フォーカスレンズを駆動し、前記合焦レンズ位置と現時点での前記フォーカスレンズの位置との差が閾値以下の場合、前記焦点調節用信号に基づいて合焦制御を行うステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。