JP2012208138A - レンズ駆動制御装置およびレンズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時系列的に連続したフレームにおける焦点検出画素の画像信号を加算して焦点検出を行う際に、レンズ駆動速度を適切に制御することで、焦点検出誤差を抑制したレンズ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】レンズ駆動制御装置は、撮像画素および焦点検出画素を備え、被写体像を光電変換する撮像素子と、焦点検出画素から所定周期で画像信号を読み出す読み出し手段と、読み出し手段により読み出された画像信号を記憶する記憶手段と、画像信号のうち時系列的に連続したフレームの複数の信号を加算する加算手段と、加算手段による加算結果に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、加算手段による加算回数および焦点検出手段の結果に基づいてレンズの駆動速度を制御するレンズ制御手段とを有し、レンズ制御手段は、加算回数が増加した場合にレンズの駆動速度を減少させるように制御する。
【選択図】図９

Description

本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等のレンズ駆動制御装置に関する。

特許文献１には、撮像素子の一部の受光素子（画素）を、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与した構成が開示されている。これらの画素は焦点検出用画素として撮像用画素群の間に所定の間隔で配置され、位相差式焦点検出を行うように構成されている。

特許文献２には、短周期のリフレッシュ動作と、低輝度被写体に対する焦点検出を両立させるため、過去複数回の読み出しで記憶した焦点検出画素の画像データを加算して焦点検出演算を行う撮像装置が開示されている。

特開２０００−２９２６８６号公報 特開２００８−０８５７３８号公報

しかしながら、特許文献２の撮像装置では、各フレームで焦点検出画素の画像データを記憶し、過去の複数回の読み出しで記憶した焦点検出画素の画像データを加算した画像データをもとに焦点検出演算を行う。このため、レンズ駆動中において、加算する過去フレームで記憶した画像データは現フレームのレンズ位置と異なる位置で撮影した被写体情報を取り込むこととなる。従って、過去フレームでの焦点検出画素の画像データの加算数が増加すると、焦点検出演算を行う際の誤差要因が増加する。このようにして得られたデフォーカス情報からレンズを駆動した場合、適切なレンズ駆動が困難となる。

そこで本発明は、時系列的に連続したフレームにおける焦点検出画素の画像信号を加算して焦点検出を行う際に、レンズ駆動速度を適切に制御することで、焦点検出誤差を抑制したレンズ駆動制御装置およびレンズ装置を提供することができる。

本発明の一側面としてのレンズ駆動制御装置は、撮像画素および焦点検出画素を備え、被写体像を光電変換する撮像素子と、前記焦点検出画素から所定周期で画像信号を読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段により読み出された前記画像信号を記憶する記憶手段と、前記画像信号のうち時系列的に連続したフレームの複数の信号を加算する加算手段と、前記加算手段による加算結果に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、前記加算手段による加算回数および前記焦点検出手段の結果に基づいてレンズの駆動速度を制御するレンズ制御手段とを有し、前記レンズ制御手段は、前記加算回数が増加した場合に前記レンズの駆動速度を減少させるように制御する。

本発明の他の側面としてのレンズ装置は、被写体像を形成する結像光学系と、撮像画素および焦点検出画素を備え、被写体像を光電変換する撮像素子と、前記焦点検出画素から所定周期で画像信号を読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段により読み出された前記画像信号を記憶する記憶手段と、前記画像信号のうち時系列的に連続したフレームの複数の信号を加算する加算手段と、前記加算手段による加算結果に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、を備えた撮像装置本体から前記加算手段による加算回数および前記焦点検出手段の結果を入力する入力手段と、前記入力手段から入力された前記加算回数および前記焦点検出手段の結果に基づいてレンズの駆動速度を制御するレンズ制御手段とを有し、前記レンズ制御手段は、前記加算回数が増加した場合に前記レンズの駆動速度を減少させるように制御する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、時系列的に連続したフレームにおける焦点検出画素の画像信号を加算して焦点検出を行う際に、レンズ駆動速度を適切に制御することで、焦点検出誤差を抑制したレンズ駆動制御装置およびレンズ装置を提供することができる。

本実施例におけるカメラの構成図である。 本実施例における撮像素子（固体撮像素子）のブロック図である。 本実施例における撮像素子の撮像用画素の平面図と断面図である。 本実施例における撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図である。 本実施例における撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図である。 本実施例における焦点検出画素の配置領域を示す図ある。 本実施例における焦点検出画素の配置領域の拡大図である。 本実施例におけるカメラの動作を示すフローチャートである。 本実施例における焦点検出の動作を示すフローチャートである。 本実施例における動画撮影の動作を示すフローチャートである。 本実施例における撮像素子の焦点検出画素の加算方法を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は本実施例におけるカメラの構成図であり、撮像素子を有するカメラ本体（撮像装置本体）と撮影レンズ（レンズ装置）とが一体的に構成されたカメラ１００（レンズ駆動制御装置）を示している。図１において、１０１は、被写体像を形成する撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群であり、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞り兼用シャッタであり、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行い、また静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。１０３は第２レンズ群である。絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体的に光軸方向に進退可能に構成され、第１レンズ群１０１の進退動作と連動して変倍作用（ズーム機能）をなす。

１０５は第３レンズ群であり、光軸方向の進退動作により焦点調節を行う。１０６は光学的ローパスフィルタであり、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。１０７は、Ｃ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。撮像素子１０７としては、例えば、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された２次元単板カラーセンサが用いられる。後述のように、撮像素子１０７は、撮像画素および焦点検出画素を備え、被写体像を光電変換する。

１１１はズームアクチュエータであり、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１乃至第３レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。１１２は絞りシャッタアクチュエータであり、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節するとともに、静止画撮影時の露光時間制御を行う。１１４はフォーカスアクチュエータであり、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。

１１５は撮影時の被写体照明用電子フラッシュであり、キセノン管を用いた閃光照明装置が適して用いられるが、これに限定されるものではなく、例えば連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いてもよい。１１６はＡＦ補助光手段であり、所定の開口パターンを有するマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体又は低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。

１２１はＣＰＵ（カメラ制御部）であり、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内ＣＰＵである。ＣＰＵ１２１は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有し、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラ１００の各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、記録等の一連の動作を実行する。

１２２は電子フラッシュ制御回路であり、撮影動作に同期して照明手段１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路であり、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光手段１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路であり、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路であり、撮像素子１０７により取得された画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。

１２６はフォーカス駆動回路であり、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。１２８は絞りシャッタ駆動回路であり、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路であり、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。

１３１はＬＣＤ等の表示器であり、カメラ１００の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。１３２は操作スイッチ群であり、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済み画像を記録する。

図２は、撮像素子１０７のブロック図を示している。なお、図２のブロック図は、画像信号の読み出し動作の説明に必要な最低限の構成を示し、画素リセット信号などが省略されている。図２において、２０１は、光電変換部（以下、「ＰＤ_ｍｎ」ともいう。ｍは、Ｘ方向アドレスであり、ｍ＝０、１、…、ｍ−１、ｎは、Ｙ方向アドレスであり、ｎ＝０、１、…、ｎ−１である。）であり、フォトダイオード、画素アンプ、リセット用のスイッチなどで構成されている。また、本実施例の撮像素子１０７は、ｍ×ｎの光電変換部を２次元上に配置して構成されている。符号は、煩雑になるため、左上の光電変換部ＰＤ_００付近のみに付記している。

２０２は、光電変換部２０１（ＰＤ_ｍｎ）の出力を選択するスイッチであり、垂直走査回路２０８により、一行ごとに選択される。２０３は、光電変換部２０１（ＰＤ_ｍｎ）の出力を一時的に記憶するためのラインメモリ（ＭＥＭ）であり、垂直走査回路２０８により選択された、一行分の光電変換部２０１（ＰＤ_ｍｎ）の出力を記憶する。ラインメモリ２０３としては、通常、コンデンサが用いられる。

２０４は、水平出力線に接続されて、水平出力線を所定の電位ＶＨＲＳＴにリセットするためのスイッチであり、信号ＨＲＳＴにより制御される。２０５は、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部２０１（ＰＤ_ｍｎ）の出力を水平出力線に順次出力するためのスイッチ（Ｈ_０〜Ｈ_ｍ−１）である。スイッチ２０５（Ｈ_０〜Ｈ_ｍ−１）を後述の水平走査回路２０６で順次走査することにより、一行分の光電変換の出力が読み出される。

２０６は水平走査回路であり、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部２０１の出力を順次操作して、水平出力線に出力させる。信号ＰＨＳＴは、水平走査回路２０６のデータ入力、ＰＨ１、ＰＨ２はシフトクロック入力であり、ＰＨ１＝Ｈでデータがセットされ、ＰＨ２でデータがラッチされる構成となっている。シフトクロック入力ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力することにより、信号ＰＨＳＴを順次シフトさせて、スイッチ２０５（Ｈ_０〜Ｈ_ｍ−１）を順次オンさせることができる。信号ＳＫＩＰは、間引き読み出し時に設定を行わせる制御入力信号である。信号ＳＫＩＰをＨレベルに設定することにより、水平走査回路２０６を所定間隔でスキップさせることが可能になる。２０７は水平出力線の信号を増幅して端子ＶＯＵＴに出力する増幅器ＡＭＰである。

２０８は垂直走査回路であり、順次走査して、制御信号Ｖ_０〜Ｖ_ｎ−１を出力することにより、光電変換部２０１（ＰＤ_ｍｎ）の選択スイッチ２０２を選択することができる。制御信号は、水平走査回路２０６の場合と同様に、データ入力である信号ＰＶＳＴ、シフトクロックＰＶ１、ＰＶ２、及び、間引き読み設定を行う信号ＳＫＩＰにより制御される。動作の詳細は、水平走査回路２０６と同様であるため、その説明は省略する。

図３乃至図５は、撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本実施例においては、２×２の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そしてベイヤー配列の間に、後述する構造を有する焦点検出用画素が所定の規則で分散配置されている。

図３は、撮像用画素の配置および構造を示す。図３（ａ）は、２行×２列の撮像用画素の平面図である。周知のように、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置されている。そして、この２行×２列の構造が繰り返し配置される。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の断面Ａ−Ａを示す断面図である。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤはＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したものであり、ＣＬはＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは、撮影光学系を模式的に示したものである。

撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部ＰＤの有効面積は大面積であるように設計される。また、図３（ｂ）ではＧ画素の入射光束について説明したが、Ｒ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造を有する。従って、ＲＧＢの各々の撮像用画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込むことで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。

図４は、撮影光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで水平方向（横方向）とは、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。図４（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録又は観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方、Ｒ画素、Ｂ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで本実施例においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素に置き換える。これを図４（ａ）においてＳＨＡ及びＳＨＢで示す。

図４（ｂ）は、図４（ａ）における断面Ａ−Ａを示す断面図である。マイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、図３（ｂ）に示される撮像用画素と同一構造である。本実施例においては、焦点検出用画素の信号は画像創生に用いられないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、撮像素子で瞳分割を行うため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的には、画素ＳＨＡの開口部ＯＰＨＡは右側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＨＢの開口部ＯＰＨＢは左側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。画素ＳＨＡを水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素ＳＨＢも水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とする。そしてＡ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。

なお、画素ＳＨＡ及びＳＨＢでは、撮影画面の横方向に輝度分布を有する被写体、例えば縦線に対しては焦点検出可能であるが、縦方向に輝度分布を有する横線に対しては焦点検出不能である。そこで本実施例では、後者についても焦点検出できるように、撮影光学系の垂直方向（縦方向）に瞳分割を行う画素も備えている。

図５は、撮影光学系の垂直方向（換言すると上下方向（縦方向））に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで垂直方向（上下方向あるいは縦横方向）とは、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、光軸に直交し、鉛直方向に伸びる直線に沿った方向を指す。図５（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図であり、図４（ａ）と同様に、Ｇ画素は撮像用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素としている。これを図４（ａ）においてＳＶＣ及びＳＶＤで示す。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の断面Ａ−Ａを示す断面図である。図４（ｂ）の画素が横方向に瞳分離させる構造であるのに対して、図５（ｂ）の画素は瞳分離方向が縦方向になっている。図５（ｂ）のそれ以外の画素構造は図４（ｂ）の構造と同様である。すなわち、画素ＳＶＣの開口部ＯＰＶＣは下側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの上側の射出瞳ＥＰＶＣを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＶＤの開口部ＯＰＶＤは上側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの下側の射出瞳ＥＰＶＤを通過した光束を受光する。画素ＳＶＣを垂直方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＣ像とする。また、画素ＳＶＤも垂直方向規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＤ像とする。そしてＣ像とＤ像の相対位置を検出することで、垂直方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。

図６は、撮像用画素および焦点検出用画素の配置図である。図６において、Ｇは緑フィルターを塗布した画素、Ｒは赤フィルターを塗布した画素、Ｂは青フィルターを塗布した画素である。図６中のＳＨＡは、画素部の開口を水平方向に偏倚させて形成された焦点検出用画素であり、後述のＳＨＢ画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための基準画素群である。またＳＨＢは、画素の開口部をＳＨＡ画素と逆方向に偏倚させて形成された画素であり、ＳＨＡ画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための参照画素群である。ＳＨＡ、ＳＨＢ画素の白抜き部分は、偏倚した画素の開口位置を示している。

図７は、撮像画面上の焦点検出領域の一例である。図７において、焦点検出領域は図６に示される画素の配置となっている。本実施例では、焦点検出領域を撮像画面上の中央に設定しているが、焦点検出領域を複数領域配置し、それぞれの領域で結像された被写体像から焦点検出画素で像をサンプリングするように構成してもよい。

図８乃至図１０は、カメラの焦点調節及び撮影工程を説明するためのフローチャートである。前述の各図も参照しながら、図８以降の制御フローを説明する。これらの制御は、カメラのＣＰＵ１２１の指令に基づいて実行される。

図８は、ライブビューから動画撮影を行う際のカメラのメインフローである。まずステップＳ８０１において、撮影者はカメラの電源スイッチをオン操作する。この操作により、ＣＰＵ１２１はステップＳ８０２において、カメラ内の各アクチュエータや撮像素子の動作確認を行い、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行うとともに、撮影準備動作を実行する（初期状態検出）。続いてＣＰＵ１２１は、ステップＳ８０３において撮像素子を駆動し、ステップ８０４においてライブビューモードにセットすることで撮像素子に周期的な撮像動作を開始させ、表示器１３１へのライブビュー動画の表示を行う。このとき、ＣＰＵ１２１（読み出し手段）は、撮像素子１０７の焦点検出画素から所定周期で画像信号を読み出す。

ステップＳ８０５では、測光センサ（不図示）により測光した被写界輝度に応じて自動的に決定された表示用絞り値、すなわち周期的に画像信号を読み出した場合に画像信号が表示に適したレベルになる絞り値に応じた絞り制御情報をＣＰＵ１２１へ送る。又は、操作部材（不図示）により撮影者が手動で設定した撮影絞り値に応じた絞り制御情報をＣＰＵ１２１へ送るように構成してもよい。この制御情報に基づいて、絞り開口径を撮影絞り値に設定する。また露光時間を適切に設定する。続いてステップＳ８０６では、焦点検出スイッチがオンされたか否かを判定し、オンされていなければ待機し、オンされた場合はステップＳ９０１でライブビュー中の焦点検出動作に関するサブルーチンにジャンプする。

図９は、ライブビュー中の焦点検出のフローを示す。ステップＳ９０２において、ＣＰＵ１２１は、現フレームにおける焦点検出画素データ（画素読み出し手段により読み出された画像信号）を内部メモリ（記憶手段）に記憶する。続いてステップＳ９０３において、ＣＰＵ１２１（加算手段）は、内部メモリから焦点検出画素の画像データ（画像信号）を読み出して加算処理を行う。すなわちＣＰＵ１２１は、画像信号のうち時系列的に連続したフレームの複数の信号を加算する。

ここで、焦点検出画素の画像データ（画像信号）の加算処理について、図１１を参照して説明する。本実施例では、レンズが合焦位置に移動する間もオーバーラップして焦点検出動作を行うことができるものとして、同１１は時間が経過するごとにレンズが合焦位置に近づく様子を示している。図１１において、最上部に画像信号の読出しの時間経過が示されている。画像信号の読出しの所定周期をＴｓ、現フレームの読み出しサイクルをｎと表し、現フレームの時刻をｎＴｓとしている。各フレームで読み出された最新の画像データにより、表示はリフレッシュされる。各フレームで読み出された焦点検出画素の画像データは、内部メモリにスタックして記憶される。画像信号の読出しｎ回目に読み出された焦点検出画素の画像信号は、焦点検出画素信号ａ（ｎ）として記憶される。

加算処理の方法としては、まず、現フレームの焦点検出画素の画像データの最大値と最小値の差分（ピーク−ボトム値：以下ＰＢ値と称す）としきい値ＰＢｔｈを比較し、ＰＢ値がしきい値ＰＢｔｈを超えている場合には焦点検出画素信号を加算画素信号とする。図１１においては、時刻ｎＴｓで示されており、焦点検出画素信号ａ（ｎ）のＰＢ値がしきい値ＰＢｔｈを超えているため、ａ（ｎ）を加算画素信号Ａ（ｎ）としている。

また、最新フレームの焦点検出画素信号がしきい値ＰＢｔｈを超えていない場合、過去フレームで取得した焦点検出画素の画像データを順に加算し、加算画素信号のＰＢ値がしきい値ＰＢｔｈを超えた時点で加算処理を終了し、加算結果を加算画素信号とする。図１１においては、時刻（ｎ−２）Ｔｓで示されている。時刻（ｎ−１）Ｔｓでは、焦点検出画素信号ｂ（ｎ−１）のＰＢ値がしきい値ＰＢｔｈを超えておらず、前フレームで取得した焦点検出画素信号ｃ（ｎ−２）をｂ（ｎ−１）に加算すると、加算画素信号のＰＢ値はしきい値ＰＢｔｈを超える。このため、ｂ（ｎ−１）＋ｃ（ｎ−２）を加算画素信号Ｂ（ｎ−１）としている。

このように、ＣＰＵ１２１（加算手段）は、所定のフレームにおける画像信号の最大値と最小値との差分が所定のしきい値を超えていない場合、所定のフレームにおける画像信号に直前のフレームにおける画像信号を加算することにより加算結果を算出する。一方、この差分が所定のしきい値以上である場合、所定のフレームにおける画像信号を加算結果とする。

また、現フレームの画像データに加算する過去フレームの画像データの数（以下、「フレーム加算数」という。）には上限が設けられ、上限以上を必要とする場合には上限までの加算データを加算画素信号とする。図１１においては、フレーム加算数の上限を３としており、時刻（ｎ−２）Ｔｓで示されている。以上が、加算処理の方法である。

次に、図９中のステップ９０４において、ＣＰＵ１２１（焦点検出手段）は、ステップＳ９０３で加算された画像データに基づいて相関演算処理を行い、ステップＳ９０５において相関の信頼性判定を行う。続いてＣＰＵ１２１（焦点検出手段）は、ステップＳ９０６においてデフォーカス量を算出する。このように焦点検出手段としてのＣＰＵ１２１は、加算手段による加算結果に基づいて焦点検出を行う。

ステップＳ９０７において、ＣＰＵ１２１は、合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内か否かを判定する。合焦近傍でないと判定された場合にはステップＳ９０８へ進み、デフォーカス量、及び焦点検出画素のフレーム加算数をレンズ駆動制御装置へ送信し、レンズ駆動速度を後述する方法により算出する。続いてステップＳ９０９において、ＣＰＵ１２１（レンズ制御手段）は、レンズ駆動を行う。すなわち、レンズ制御手段としてのＣＰＵ１２１は、加算手段による加算回数および焦点検出手段の結果に基づいてレンズ（第３レンズ群１０５）の駆動速度（フォーカス駆動回路１２６、フォーカスアクチュエータ１１４の動作）を制御する。レンズ制御手段は、後述のように、加算回数が増加した場合にレンズの駆動速度を減少させるように制御する。一方、ステップＳ９０７において合焦近傍であると判定された場合にはステップＳ９１０に進み、合焦表示を行い、リターンする（ステップＳ９１１）。

ここで、レンズ駆動速度の算出方法について説明する。レンズ駆動制御装置では、撮影レンズを円滑かつ迅速に合焦位置へ駆動するため、自動焦点調節のアクチュエータ制御にＰＩＤ制御を応用して、撮影レンズの駆動制御値を算出し、それに基づき撮影レンズの位置制御を行う。すなわち、デフォーカス量が時間の経過とともに減少する関係を示す位置軌跡値が設定された位置テーブルと、撮影レンズの駆動速度が時間の経過とともに減少する関係を示す速度軌跡値が設定された速度テーブルを備える。そして、位置テーブルが示すレンズ駆動に沿って撮影レンズを合焦位置へ駆動する。

本実施例に好適なレンズ駆動制御装置では、焦点検出画素の画像データから算出したデフォーカス量の値、及び各フレームで焦点検出演算に使用した加算画素信号のフレーム加算数に基づいてレンズ駆動速度を算出する。動画撮影時では、フォーカスレンズが合焦近傍にない場合、撮像装置が周期的に撮像動作を行っている間もレンズは駆動している。焦点検出画素において、加算する過去フレームで記憶した画像データは、現フレームのレンズ位置と異なる位置で撮影した被写体情報を取り込むことになる。このため、過去フレームでの焦点検出画素の画像データの加算数が増加すると、加算画素信号のＳ／Ｎを稼ぐことはできるが、焦点検出演算の結果の信頼性は低下する。

ここで、本実施例におけるレンズ駆動速度（像面移動速度Ｈｓ）は、以下の式（１）のように表される。

式（１）において、Ｋは各要素をレンズ駆動速度に変換するための係数、Ｄ_ＥＦは検出デフォーカス量、Ｔ_ＯＦは１フレームの時間、Ｎ_ＳＦは各フレームにおいて焦点検出演算に使用する画像データのフレーム加算数である。また、Ｔ_ＣＤは通信遅延時間、Ｎ_ＯＶはフォーカスレンズが合焦位置に到達するまでにオーバーラップで焦点検出を行う回数（実行回数）である。式（１）は、検出デフォーカス量が大きい場合には相対的に速く、焦点検出画素のフレーム加算数が大きい場合には相対的に遅くなるようにレンズが駆動されることを示している。

本実施例のカメラ１００は、レンズの位置が合焦近傍に到達するまでの焦点検出手段による焦点検出の実行回数を、焦点検出の結果に基づいて決定する焦点検出回数決定手段（不図示）を有する。レンズ制御手段は、焦点検出回数決定手段の結果に基づいて、実行回数が多い場合にレンズの駆動速度を減少させるように制御する。

また本実施例において、レンズ駆動速度の算出にフレーム加算数を用いているが、フレーム加算数を決定する方法としては、前述したように焦点検出画素の加算画素信号のＰＢ値と所定のしきい値ＰＢｔｈとを比較することによって決定される。本実施例では、しきい値ＰＢｔｈを一定として説明しているが、しきい値ＰＢｔｈを被写体に応じてリアルタイムで変更することで、式（１）に基づいてレンズ駆動速度を変更するように構成してもよい。

例えば、被写体が移動している場合を考える。移動体を動画撮影する場合、焦点検出画素をフレーム加算することで一度の焦点検出結果の精度を高めるよりも、フレーム加算数を減少させることでレンズ駆動速度を速くし、被写体への追従性を優先させたほうが撮影した動画の見栄えがよいことが多い。また、移動体撮影時に焦点検出画素の画像データに対して加算処理を行う場合、現フレームと過去フレームでの被写体の位置の違いによる焦点検出結果の誤差が増加する。このため、被写体（移動体）が検出された場合、被写体の移動量に応じてしきい値ＰＢｔｈを減少させ、フレーム加算数を減少させることでレンズ駆動速度を速くして、追従性を優先させるように構成してもよい。この場合、カメラ１００は、焦点検出手段の結果とレンズ制御手段の結果に基づいて結像光学系（レンズ）の光軸方向の被写体の移動速度を検出する移動速度検出手段（不図示）を有する。そしてレンズ制御手段は、移動速度検出手段の結果に基づいて、被写体の移動速度が増加した場合にレンズの駆動速度を増加させるように制御する。

また、追従性能を向上させる方法としては、被写体のコントラスト情報に応じてしきい値ＰＢｔｈを変更するように構成することができる。この場合、カメラ１００は加算結果のコントラストを検出するコントラスト検出手段を有する。ＣＰＵ１２１（レンズ制御手段）は、コントラスト検出手段の結果に基づいて、コントラストが増加した場合にレンズの駆動速度を増加させるように制御する。コントラストの低い被写体と比較してコントラストの高い被写体では、フレーム加算数を少なくしても同等の焦点検出精度を確保できる。この場合、過去フレームの加算数を最小限に抑えることで、加算処理に伴う焦点検出誤差の増加を抑えることができる。

以上のように、被写体情報からしきい値ＰＢｔｈをリアルタイムに変更することで焦点検出画素のフレーム加算数を調節し、レンズ駆動速度に反映させる制御を組み込む場合でも、本実施例を適用可能である。

また、式（１）では、フォーカスレンズが合焦位置に到達するまでに複数回焦点検出動作を実行できるようにレンズ駆動速度を設定している。焦点検出動作の回数Ｎ_ＯＶは、検出されたデフォーカス量に応じて切り替えるテーブルを備え、デフォーカス量の減少に合わせて回数Ｎ_ＯＶを減少させる。

次に図８において、ステップＳ８０７に進み、動画撮影開始スイッチがオンされたか否かを判定する。オンされていない場合にはステップＳ９０１に戻り、再度焦点検出サブルーチン（ステップＳ９０１）にジャンプする。動画撮影開始スイッチがオンされた場合にはステップＳ１００１に進み、動画撮影サブルーチンにジャンプする。

図１０は動画撮影のフローを示す。ステップＳ１００１にて動画撮影シーケンスが開始されると、ステップＳ１００２において撮像素子１０７から画像読み出しが行われる。続いてステップＳ９０１に進み、焦点検出サブルーチンが実行される。次にステップＳ１００３において、測光処理、及び、絞り、露光時間の制御が行われる。測光処理等の終了後、ステップＳ１００４において、記憶しているフォーカスレンズ位置が更新される。続いてステップＳ１００５にて、ステップＳ１００２で撮像素子１０７から読み出された画像において、焦点検出画素位置の画像データを周辺の撮像画素から補間した後、現像処理を行う。次にステップＳ１００６にて、動画記録処理が行われる。

次に、ステップＳ１００７に進み、動画記録が終了したか否かを判定する。その結果、動画記録が終了していない場合には、ステップＳ１００２に戻り、画像読み出しが再び行われる。またステップＳ１００７にて動画記録が終了した場合にはステップＳ１００８に進み、動画撮影シーケンスが終了し、リターンする。その後、図８のメインフローに戻り、ステップＳ８０８にて一連の撮影動作を終了する。

以上の動作により、通常撮像画素と離散的に配置された焦点検出画素を有する撮像素子において、過去フレームでの機能画素の出力を加算した画像データを用いて焦点検出演算を行う際に適切なレンズ駆動制御が可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば本実施例で説明したカメラ１００は、撮像素子を有する撮像装置本体と結像光学系を有するレンズ装置とが一体的に構成されているが、これに限定されるものではなく、レンズ装置が撮像装置本体に着脱可能に構成されていてもよい。この場合、レンズ装置は、撮像装置本体から加算手段による加算回数および焦点検出手段の結果を入力する入力手段を有する。またレンズ装置は、レンズの駆動速度を制御するレンズ制御手段を有する。また、このようなレンズ制御手段を撮像装置本体に含むように構成してもよく、この場合、レンズ装置はレンズ制御手段からの信号を入力手段から入力するように構成される。

１００ カメラ
１０５ 第３レンズ群
１０７ 撮像素子
１２１ ＣＰＵ
１２４ 撮像素子駆動回路
１２５ 画像処理回路
１３３ フラッシュメモリ

Claims (6)

1. 撮像画素および焦点検出画素を備え、被写体像を光電変換する撮像素子と、
   前記焦点検出画素から所定周期で画像信号を読み出す読み出し手段と、
   前記読み出し手段により読み出された前記画像信号を記憶する記憶手段と、
   前記画像信号のうち時系列的に連続したフレームの複数の信号を加算する加算手段と、
   前記加算手段による加算結果に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、
   前記加算手段による加算回数および前記焦点検出手段の結果に基づいてレンズの駆動速度を制御するレンズ制御手段と、を有し、
   前記レンズ制御手段は、前記加算回数が増加した場合に前記レンズの駆動速度を減少させるように制御する、ことを特徴とするレンズ駆動制御装置。
2. 前記加算手段は、
   所定のフレームにおける画像信号の最大値と最小値との差分が所定のしきい値を超えていない場合、該所定のフレームにおける画像信号に直前のフレームにおける画像信号を加算することにより前記加算結果を算出し、
   前記差分が前記所定のしきい値以上である場合、該所定のフレームにおける画像信号を前記加算結果とすることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動制御装置。
3. 前記レンズの位置が合焦近傍に到達するまでの前記焦点検出手段による前記焦点検出の実行回数を、該焦点検出の結果に基づいて決定する焦点検出回数決定手段を更に有し、
   前記レンズ制御手段は、前記焦点検出回数決定手段の結果に基づいて、前記実行回数が多い場合に前記レンズの駆動速度を減少させるように制御することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動制御装置。
4. 前記焦点検出手段の結果と前記レンズ制御手段の結果に基づいて前記レンズの光軸方向の被写体の移動速度を検出する移動速度検出手段を更に有し、
   前記レンズ制御手段は、前記移動速度検出手段の結果に基づいて、前記移動速度が増加した場合に前記レンズの駆動速度を増加させるように制御することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動制御装置。
5. 前記加算結果のコントラストを検出するコントラスト検出手段を更に有し、
   前記レンズ制御手段は、前記コントラスト検出手段の結果に基づいて、前記コントラストが増加した場合に前記レンズの駆動速度を増加させるように制御することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動制御装置。
6. レンズを備えて被写体像を形成する結像光学系と、
   撮像画素および焦点検出画素を備え、被写体像を光電変換する撮像素子と、前記焦点検出画素から所定周期で画像信号を読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段により読み出された前記画像信号を記憶する記憶手段と、前記画像信号のうち時系列的に連続したフレームの複数の信号を加算する加算手段と、前記加算手段による加算結果に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、を備えた撮像装置本体から前記加算手段による加算回数および前記焦点検出手段の結果を入力する入力手段と、
   前記入力手段から入力された前記加算回数および前記焦点検出手段の結果に基づいて、前記レンズの駆動速度を制御するレンズ制御手段と、を有し、
   前記レンズ制御手段は、前記加算回数が増加した場合に前記レンズの駆動速度を減少させるように制御する、ことを特徴とするレンズ装置。