JP2016006940A - コントラストａｆ機能を備えたカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト式ＡＦ処理において、ピントの合った画像を常時表示／記録する。【解決手段】コントラスト式焦点検出を行うデジタルカメラにおいて、コンティニュアスＡＦモードが設定された場合、表示切替用フレームレートとは独立して、ＡＦ用フレームレートと表示／記録用のＤ／Ｒ用フレームレートとが交互に切り替えられ、フォーカスレンズの駆動が、ＡＦ用フレームレート設定期間のみ行われる。【選択図】図３

Description

本発明は、デジタルカメラなどのＡＦ（オートフォーカス）処理に関し、特に、コントラスト方式による焦点検出に関する。

デジタルカメラなどでは、フォーカスレンズを駆動することによって自動的に被写体像を合焦させるＡＦ装置が備えられている。コンパクト型カメラ、ミラーレス型カメラなどの場合、撮影用イメージセンサを用いたコントラスト方式（山登り方式）に従ったＡＦ処理を行う。そこでは、フォーカスレンズを一方向に移動させながら、イメージセンサから読み出される画像信号の輝度差となるコントラストを検出し、コントラストがピークとなる位置を合焦位置と判断する。

コンパクト型カメラなどの場合、ユーザが被写体を視認するため、リアルタイムの動画像（スルー画像）が、カメラ背面に設けられたモニタ画面に表示される。そのため、イメージセンサから画素信号を読み出すフレームレートが、スルー画像を切り替え更新する表示レートに対応させた場合、焦点検出過程でピントの合っていない画像が表示される。

できる限りピントの合う高解像度でスルー画像を表示するため、表示レートよりも短いフレームレートで画素信号を読み出すとともに、画素信号読み出し方式を、表示用方式とＡＦ用方式とを別々に設け、交互に切り替える方法が知られている（特許文献１参照）。

そこでは、表示切替レートが３０ｆｐｓ（１／３０秒間隔）に設定される一方、その４倍の１２０ｆｐｓのフレームレート（１／１２０秒間隔）で画素信号を読み出す。そして、１回目〜３回目のフレームレートでは、水平方向に沿って連続的に画素信号を読み出すＡＦ用読み出し方式を設定する。４回目のフレームレートでは、表示／記録用の間引き方式で画素信号を読み出す。

一方、表示切替レートよりも早いフレームレートでＡＦ用画素信号を一定時間間隔で読み出し、得られた画像の中で最もコントラストの高い画像を選択し、表示する方法も知られている（特許文献２参照）。そこでは、フォーカスレンズが合焦位置付近で往復駆動する期間に合わせて表示レートを定めることにより、ピントの合った画像が連続して表示される。

特開２００２−２１７４４３号公報 特許第４９３３３４７号公報

従来では、焦点調整、すなわちフォーカスレンズの駆動制御は、ＡＦ用画素信号の読み出し期間、表示／記録用画素信号の読み出し期間いずれにおいても続けられている。特許文献１のように、一定の時間間隔で表示／記録用の画素信号を読み出すと、焦点検出に時間がかかる撮影状況では、ピントの合っていない被写体像が表示されやすい。そして、フォーカスレンズが常時駆動していることから、ピンボケ画像からピントの合った画像へ頻繁に切り替わりやすく、ユーザに違和感を与える。

また、特許文献２のように、最もコントラスト値の高いＡＦ用画素信号を選んで表示する場合においても、フォーカスレンズを常時駆動させている。そのため、コントラストピークが表示切替タイミングの傍に発生すると、レンズ駆動距離が表示切替間隔よりも長くなる状況では、隣り合うコントラストピーク間で大きな差が生じやすくなり、表示される画像が不連続的に感じられる場合がある。さらに、コントラストピークが表示切替前に必ず検出される保証はなく、この場合、表示レートを一定に定めることが難しく、不連続な表示になってしまう。

したがって、コントラスト方式による焦点検出処理において、ユーザの違和感なくピントの合った画像を常時表示することが求められる。

本発明のカメラは、撮影光学系を通った被写体光が結像される撮像素子と、表示および又は記録用フレームレート（以下、表示／記録用フレームレートと表記する）もしくはＡＦ用フレームレートに従って、撮像素子を駆動する撮像素子駆動部と、ＡＦ用フレームレートに従って撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラストピークを検出するコントラスト式焦点検出部と、ＡＦ用フレームレートに従って撮影光学系を駆動し、コントラスト焦点検出方式に基づく合焦動作を実行する焦点調整部と、表示／記録用フレームレートに従って撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、被写体像の表示／記録処理を実行可能な画像制御部と、互いにレート数の異なる表示／記録用フレームレートとＡＦ用フレームレートとを切り替えるフレームレート制御部とを備えフレームレート制御部が、撮影光学系の合焦位置への移動に応じて、ＡＦ用フレームレートから表示／記録用フレームレートへ切り替えるとともに、表示／記録用の撮像素子に対する露出の後、表示／記録用フレームレートからＡＦ用フレームレートへ切り替える。

例えば、表示／記録用フレームレートによる露出とＡＦ用フレームレートによるコントラストピーク検出を続けて行うシーケンス動作が繰り返されるようにしてもよい。また、画像制御部によって表示されるリアルタイム画像の表示切替期間が、シーケンス動作期間以上であるように設定してもよい。さらに、フレームレート制御部は、ＡＦ用フレームレートのレート数を、表示用フレームレートのレート数より大きく設定することもできる。

フレームレート制御部が、表示／記録用フレームレートのレート数、ＡＦフレームレートのレート数のうち少なくともいずれか１つを設定変更可能であるようにすることもできる。あるいは、フレームレート制御部は、被写体像の輝度値が上限輝度値を超える場合、表示／記録用フレームレートのレート数を上げることが可能である。一方、フレームレート制御部は、被写体像の輝度値が下限輝度値を下回る場合、ＡＦ用フレームレートのレート数を上げることが可能である。

フレームレート制御部は、ＡＦ処理対象の被写体が動体であるか、もしくは所定以上の動きのある動体である場合、表示／記録用フレームレートのレート数を上げることが可能である。

あるいは、フレームレート制御部は、被写体像の一部をコントラストピーク検出対象エリアとする場合、表示／記録用フレームレートのレート数を下げることが可能である。

フレームレート制御部は、ＡＦフレームレートの期間が所定期間を超えると、ＡＦ用フレームレートから表示／記録用フレームレートへ切り替えることが可能である。この場合、焦点調整部が、フレームレート切り替えに応じて、撮影光学系をＡＦ駆動開始位置もしくは合焦位置に最も近い位置に停止させてもよい。

本発明の他の態様における焦点検出装置は、ＡＦ用フレームレートに従って撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラストピークを検出するコントラスト式焦点検出部と、ＡＦ用フレームレートに従って撮影光学系を駆動し、コントラスト焦点検出方式に基づく合焦動作を実行する焦点調整部と、表示／記録用フレームレートに従って撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、被写体像の表示／記録処理を実行可能な画像制御部と、互いにレート数の異なる表示／記録用フレームレートとＡＦ用フレームレートとを切り替えるフレームレート制御部とを備え、フレームレート制御部が、撮影光学系の合焦位置への移動に応じて、ＡＦ用フレームレートから表示／記録用フレームレートへ切り替えるとともに、表示／記録用の撮像素子に対する露出の後、表示／記録用フレームレートからＡＦ用フレームレートへ切り替えることを特徴とする。

本発明の他の態様における焦点検出方法は、ＡＦ用フレームレートに従って撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラストピークを検出し、ＡＦ用フレームレートに従って撮影光学系を駆動し、コントラスト焦点検出方式に基づく合焦動作を実行し、表示／記録用フレームレートに従って撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、被写体像の表示／記録処理を実行し、互いにレート数の異なる表示／記録用フレームレートとＡＦ用フレームレートとを切り替える方法であって、撮影光学系の合焦位置への移動に応じて、ＡＦ用フレームレートから表示／記録用フレームレートへ切り替えるとともに、表示／記録用の撮像素子に対する露出の後、表示／記録用フレームレートからＡＦ用フレームレートへ切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、スルーモードのような一定時間間隔の表示／記録制御を行なう動作環境において、コントラスト式ＡＦ処理状況下でも、ピントの合った画像を常時表示／記録することができる。

本実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。 コンティニュアスモード設定状態におけるコントラスト式ＡＦ処理のフローチャートである。 ＡＦコントラスト処理のタイミングチャートである。 図２のステップＳ１０１のサブルーチンである。 Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１を短くする場合のタイミングチャートを示した図である。 図２のステップＳ１０９のサブルーチンである。 第２の実施形態におけるコンティニュアスモードにおけるＡＦシーケンスのタイミングチャートである。

以下では、図面を参照して本実施形態であるデジタルカメラについて説明する。

図１は、本実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。

デジタルカメラ１０は、例えばミラーレス型カメラとして構成されており、図示しないレリーズボタン、モードダイヤル、十字ボタンなどに対する操作に従い、撮影動作、記録画像の再生、ユーザによるモード設定などが行われる。

ＣＰＵを含むコントローラ３０は、露出制御部３２、タイミングジェネレータ１８、画像信号処理回路４０などになどに制御信号を出力し、レリーズスイッチ３７によって検出されるレリーズ操作、モードダイヤルスイッチ４２によって検出されるダイヤル操作、ボタンスイッチ４４によって検出される十字ボタン操作に基づき、露出制御、撮影／記録動作などカメラ全体の動作制御を行う。カメラ動作制御のプログラムは、図示しない不揮発性メモリに記憶されている。

電源ＯＮ状態となって撮影モードが設定されると、被写体からの光が撮影光学系１２を通り、被写体像がイメージセンサ１４に形成される。イメージセンサ１４は、ここではＣＣＤなどの固体撮像素子によって構成されている。撮影モードでは、スルー画像がリアルタイム動画像としてＬＣＤ６０に表示される。

動画像表示について具体的に説明すると、イメージセンサドライバ１９からの駆動信号により、１フィールド／フレーム分の画素信号が所定のフレームレートに従ってイメージセンサ１４から順次読み出される。画像信号処理回路４０は、ホワイトバランス調整、色変換処理などの画像信号処理を読み出された画素信号に対して施し、画像信号を生成する。ＬＣＤドライバ６１は生成された、画像信号に基づいてＬＣＤ６０を駆動し、これによってリアルタイム動画像がＬＣＤ６０に表示される。リアルタイム動画像は、表示切替用のフレームレート（例えば、３０ｆｐｓ（＝１／３０秒時間間隔））に従って更新される。

レリーズボタンが半押しされると、イメージセンサ１４から読み出される画素信号に基づいて、コントラスト式ＡＦ処理が実行される。レンズ駆動部３６は、コントラスト方式に従い、焦点が一方向（∞〜近、もしくはその逆）へ移動するようにフォーカスレンズを駆動する。コントローラ３０は、イメージセンサ１４から順次読み出される画素信号に基づいてコントラスト値を算出し、コントラストピークを検出する。そして、コントローラ３０は、検出されたコントラストピークに基づいてレンズ駆動部３６を制御し、フォーカスレンズを合焦位置へ移動させる。

このようなコントラスト式ＡＦ処理とともに、イメージセンサ１４から読み出される画素信号に基づいて被写体像の明るさが検出され、露出値が演算される。レリーズボタンが全押しされると、露出制御部３２は、図示しないシャッタ、絞り等を駆動することによって露出制御する。これにより、１フレーム分の画素信号がイメージセンサ１４から読み出される。画像信号処理回路４０は、読み出された画素信号に基づいて静止画像データを生成し、圧縮／非圧縮した状態で画像データをメモリカード４６、あるいはＲＯＭ４８に記録する。

ユーザは、撮影による静止画像の記録とともに、リアルタイムの動画像を記録することが可能である。動画像記録モードが設定された状態でレリーズボタンが操作されると、動画像データが所定のフレームレート（例えば、３０ｆｐｓ）でメモリカード４６に記録される。一方、再生モードが設定された場合、選択された記録画像がＬＣＤ６０に表示される。

さらに、ＡＦモードとしては、コンティニュアスモード、ワンショットモードなどが選択可能である。本実施形態では、コンティニュアスモードにおいて、常時ピントの合った被写体像を表示するように、表示用フレームレートとＡＦ用フレームレートを別々に設定し、互いに異なるフレームレートで表示用露光とＡＦ用露光を行う。そして、フォーカスレンズ駆動は、ＡＦフレームレート設定時のみ行われる。以下、コンティニュアスモードにおけるコントラスト式ＡＦ処理について説明する。

なお、ここでは、動画像記録時のフレームレートが表示用フレームレートと同じであるものとし、以下では、表示用／記録用フレームレートを「Ｄ／Ｒ用フレームレート」と表すことにする。また、動画像記録についても、以下に示すＡＦ処理が同様に行われる。

図２は、コンティニュアスモード設定状態におけるコントラスト式ＡＦ処理のフローチャートである。図３は、そのＡＦコントラスト処理のタイミングチャートである。レリーズボタンが半押しされると、ＡＦ処理が開始される。

図３に示すように、コンティニュアスモードが設定されると、Ｄ／Ｒ用フレームレートとＡＦフレームレートが交互に設定される。ＡＦ用フレームレートが設定されると、フォーカスレンズの駆動により、焦点が無限遠〜近接点あるいは近接点〜無限遠の方向に移動する。

その過程でコントラストピークが検出されると、ピント位置までの移動量が算出され、合焦位置にフォーカスレンズが移動する。コントラストピークが検出されるまで、ＡＦ用フレームレートの設定が維持され続け、その間、イメージセンサ１４から画素信号が順次読み出される。

フォーカスレンズが合焦位置に到達し、停止するのに伴い、ＡＦ用フレームレートからＤ／Ｒ用フレームレートに切り替えられる。そして、フレームレート切り替え後に表示用露光が行われる。そして、Ｄ／Ｒ用フレームレートからＡＦ用フレームレートに再び切り替えられ、フォーカスレンズが合焦位置に達するまでＡＦ用フレームレートの設定が維持される。

コントローラ３０は、イメージセンサドライバ１９を駆動制御することにより、表示用フレームレートとＡＦ用フレームレートとを切り替え設定可能であり、垂直同期信号ＶＤの周波数を切り替え設定する。具体的には、コントラストピーク検出に伴うレンズ合焦位置への移動終了に合わせてＡＦ用フレームレートからＤ／Ｒ用フレームレートに切り替わり、また、表示用１フレーム分の露光がなされると、Ｄ／Ｒ用フレームレートからＡＦ用フレームレートに切り替わる。レリーズボタン半押し状態の間、このような表示用露光とＡＦ用露光とを組み合わせたシーケンスが繰り返し実行される。

Ｄ／Ｒ用フレームレートでイメージセンサ１４から画素信号を読み出す場合、表示／記録用に適した読み出し方式で画素信号が読み出される。ここでは、イメージセンサ１４の画素数とＬＣＤ６０の画素数との比に基づいた間引き処理によって画素信号が読み出される。一方、ＡＦ用フレームレートでイメージセンサ１４から画素信号を読み出す場合、焦点検出に適した読み出し方式で画素信号が読み出される。例えば、被写体像に対してＡＦ処理対象となるエリアの画素信号が読み出される。

ＡＦ用フレームレートのレート数Ｒ２は、Ｄ／Ｒ用フレームレートのレート数Ｒ１よりも大きい。ここで、フレームレートは１秒間当たりのフレーム数（ｆｐｓ）を表し、フレームレートのレート数（フレーム数）が大きくなるほど、１つのフレーム期間は短くなる。したがって、ＡＦ用フレーム期間Ｆ２は、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１よりも短い。レート数のより大きいＡＦ用フレームレートにすることよって、複数回に渡る１フレーム分の画素信号読み出しが短い時間間隔で行われる。Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１は、ＬＣＤ６０に表示されるリアルタイム動画像に要求される解像度、画質等に応じて設定されている。

Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１とＡＦ用フレーム期間Ｆ２は、ともに、リアルタイム画像の表示切替期間よりも短い。一方、ＡＦ用フレームレートの繰り返し回数をＮとすると、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１と、ＡＦ用フレームレートがＮ回繰り返される焦点検出期間Ｚ’とを合計した期間Ｔ（＝Ｆ１＋Ｚ、以下では「トータル期間」という）は、一定に定められている。

図３には図示していないリアルタイム動画像の表示切替用フレームレートは、ＡＦ用フレームレート、Ｄ／Ｒ用フレームレートとは独立しており、リアルタイム画像の表示切替タイミングは、ＡＦ用フレームレートとＤ／Ｒ用フレームレートに従う画素信号読み出しタイミングとは相違する。

ＡＦフレーム用の露光タイミング、表示／記録用の露光タイミングは、リアルタイム動画像の表示切替タイミングと相違し、焦点検出処理と表示用露光処理とを組み合わせたシーケンスと、表示切替シーケンスとは互いに独立して実行される。その一方、トータル切替期間Ｔは、リアルタイム動画像の表示切替期間と一致している。

図２を用いて、上述したＡＦ処理の流れについて説明すると、Ｄ／Ｒ用フレームレート、ＡＦ用フレームレートのレート数Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ決定されると、イメージセンサ１４に対する駆動信号のフレームレートとして、Ｄ／Ｒ用フレームレートが設定される（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。

上述したようにトータル期間Ｔは一定であることから、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１が短くなると、焦点検出期間Ｚは長くなる。また、フォーカスレンズの駆動範囲に従って、ＡＦ用フレーム期間の繰り返し数Ｎはあらかじめ定められている。そのため、ＡＦ用フレームレートのレート数を小さくする、すなわちＡＦ用フレーム期間を長くすると、それに合わせて焦点検出期間Ｚが長くなり、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１が短くなる。

ステップＳ１０３では、Ｄ／Ｒ用フレームレートに従い、イメージセンサ１４から表示用の画素信号が読み出される。このとき、読み出された画素信号から被写体像の輝度値が算出される。表示用の露光終了に伴い、Ｄ／ＲフレームレートがＡＦ用フレームレートに切り替えられる（Ｓ１０４）。

そして、焦点位置を連続的に一方向へ移動させるようにフォーカスレンズを駆動するとともに、ＡＦ用フレームレートに従ってイメージセンサ１４から画素信号が読み出される（Ｓ１０５）。フォーカスレンズの移動中に順次読み出される画素信号に基づいてコントラスト値が演算され、コントラストピークが検出されたか否かが判断される。コントラストピークが検出されると、ピントずれ量（デフォーカス量）が求められ、それに基づいてフォーカスレンズが合焦位置まで駆動される（Ｓ１０６〜Ｓ１０８）。

コントラストピークが検出され、フォーカスレンズが合焦位置まで移動して停止すると、再びステップＳ１０１に戻り、ＡＦ用フレームレート、Ｄ／Ｒ用フレームレートのレート数が決定される。後述するように、ＡＦ対象となる被写体像に応じて、ＡＦ用フレームレート、Ｄ／Ｒ用フレームレートのレート数がその都度決定される。一方、ステップＳ１０８において所定時間以内でコントラストピークが検出されなかったと判断された場合、後述するように、フォーカスレンズが強制的に所定位置に移動し、停止する（Ｓ１０９）。

図には記載していないが、このようなＤ／Ｒフレームレート設定、表示用露光、ＡＦ用フレームレート設定、焦点検出処理、合焦位置へのレンズ移動からなるシーケンス動作が、半押し状態が解除されるまで繰り返し実行される。

図４は、図２のステップＳ１０１のサブルーチンである。ここでは、表示用露光によって生成された画素信号に基づいて被写体像の輝度値が算出される。

ステップＳ２０１では、前回シーケンスにおいて、Ｄ／Ｒ用フレームレートに従い読み出された画素信号から算出された被写体像の輝度値が、あらかじめ定められた上限閾値Ｙ０以上であるか否かが判断される。ここでは、被写体像が所定以上の明るさの場合、Ｄ／Ｒ用フレームレートのレート数を、上げる／大きくする。すなわち、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１を短くする。これに伴い、焦点検出期間Ｚが長くなり、ＡＦ用フレーム期間Ｆ２が長くなるようにフレームレート数Ｒ２を下げる／小さくする。上限輝度値Ｙ０は、例えば、輝度レンジ内の高輝度範囲に基づいて定めることが可能である。

図５は、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１を短くする場合のタイミングチャートを示した図である。Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１を短くすることにより、ＡＦフレームレートによる画素信号読み出しの開始が早まることとなり、十分な時間的余裕をもって焦点検出処理を行うことができる。また、被写体像が比較的明るいため、このように短く設定してもダイナミックレンジの範囲で画素値を求めることができる。

特に、焦点検出期間Ｚが長くなることにより、より精度の高い焦点検出を行うことができる。例えば、多点測距などをする焦点検出において、より多くのＡＦフレーム期間（レンズ移動ステップ）が割り当てられることにより、被写体像の中で合焦状態のエリアを精度よく検出することができる。また、ＡＦフレーム期間Ｆ２が長くなるため、ゲイン値を下げることによって、比較的輝度の高い被写体像を輝度レベル範囲の中間レンジに収めることが可能となり、輝度レベルを適切に検出することができる。

被写体像の輝度値が上限閾値Ｙ０以上ではないと判断されると、ステップＳ２０３において、被写体像の輝度値が下限輝度値Ｙ１以下であるか否かが判断される。被写体像の輝度値が下限輝度値Ｙ１以下である場合、ＡＦフレームレートのレート数がステップＳ２０２と比べて小さく設定される（Ｓ２０４）。すなわち、ＡＦフレーム期間Ｆ２が長く設定される。これに伴い、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１が短くなるように、Ｄ／Ｒ用フレームレートのレート数Ｒ１を上げる。

ＡＦフレーム期間Ｆ２を長く設定することにより、被写体輝度が低い場合においても、コントラストピークを精度よく検出することが可能となる。下限閾値は、例えば輝度レンジ内の高輝度範囲に基づいて定めることが可能である。

被写体像の輝度値が下限閾値Ｙ１以下ではないと判断されると、ステップＳ２０５に進み、被写体が所定速度以上の動体であるか否かが判断される。被写体が所定速度以上の動体である場合、ステップＳ２０６において、ＡＦ用フレームレートのレート数Ｒ２を小さく設定する。すなわち、ＡＦ用フレーム期間Ｆ２しいては焦点検出期間Ｚを長く設定する。焦点検出期間Ｚが長くなることにより、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１が短くなるように、、Ｄ／Ｒ用フレームレートのレート数Ｒ１を大きくする。

Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１を短くすることにより、動体である被写体であっても、露光期間が短いことによって表示される被写体像がぶれるのを防ぐ。また、ＡＦ用フレーム期間Ｆ２が長くなることにより、動体スピードが速くても確実にコントラスト値を検出することができる。

そしてステップＳ２０７では、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１が短くなることによって受光量が減少するのを考慮し、被写体像の明るさが低下せずに維持されるように、画素信号に対しゲイン処理が実行される。なお、ステップＳ２０５においては、ＡＦ対象となる被写体が動体であるか否かを判断するようにしてもよい。また、ステップＳ２０６において、Ｄ／Ｒ用フレームレートのみレート数を小さく設定するようにしてもよい。

ステップＳ２０５において、被写体が所定速度以上の動体ではない場合、ステップＳ２０８に進み、ＡＦ対象エリアが狭められているか否かが判断される。例えば、動物などの動体に対して追尾するようにモード設定されている場合、ＡＦ対象エリアは被写体像全体の中で一部となる。このような場合、ステップＳ２０９において、Ｄ／Ｒ用フレームレートのレート数を小さく設定し、ＡＦ用フレームレートのレート数を大きく設定する。すなわち、Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ２を長く設定し、ＡＦ用フレーム期間Ｆ２を短く設定する。

動体追尾の場合、ＡＦ対象エリアが狭くなるとともに、以前のコントラストピークの推移からフォーカスレンズ移動範囲が限定される。Ｄ／Ｒ用フレーム期間Ｆ１を長く設定することにより、表示用被写体像の解像度を高めることが可能となる。また、ＡＦ用フレーム期間を短くすることにより、被写体追尾が容易となる。

ステップＳ２０８において、ＡＦ対象エリアが狭められていないと判断された場合、ステップＳ２０９に進み、Ｄ／Ｒ用フレームレート、ＡＦ用フレームレートのレート数が前回と同じレート数に設定される。あるいは、デフォルトのレート数に設定される。なお、レリーズボタン半押し後最初のシーケンスにおいては、デフォルトのレート数に設定すればよい。

このように、ステップＳ２０１、Ｓ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０８においてＡＦ対象となる被写体の特性、被写体像の明るさなどを判断することにより、その撮影状況に適したフレームレート数に変更し、設定することができる。なお、ステップＳ２０１、Ｓ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０８の実行順を任意に入れ替えることも可能である。また、被写体輝度値については、ＡＦ用フレームレート設定時に読み出された画素信号に基づいて算出してもよい。

図６は、図２のステップＳ１０９のサブルーチンである。コントラストピークが所定期間経過しても検出されない場合、以下の処理が実行される。

ステップＳ３０１では、所定期間経過直前のフォーカスレンズの移動方向が、被写体像のピント位置に近づく方向であったか否かが判断される。フォーカスレンズが被写体像のピント位置に近づく方向へ移動していた場合、すなわち所定期間経過時の位置にフォーカスレンズを停止させる。一方、フォーカスレンズが被写体像のピント位置に近づく方向へ移動していない場合、フォーカスレンズを駆動開始位置に移動させ、停止させる（Ｓ３０３）。

このように本実施形態によれば、コントラスト式焦点検出を行うデジタルカメラ１０において、コンティニュアスＡＦモードが設定された場合、表示切替用フレームレートとは独立して、ＡＦ用フレームレートと表示／記録用のＤ／Ｒ用フレームレートとが交互に切り替えられ、フォーカスレンズの駆動が、ＡＦ用フレームレート設定期間のみ行われる。

表示用に露光するときにはフォーカスレンズが停止しているため、常時ピントの合った画像を表示することが可能となる。また、ＡＦ用フレームレートとＤ／Ｒ用フレームレートとを任意のタイミングで切り替え、また、レート数を適宜設定することが可能となるため、動体追尾、低輝度、高輝度被写体など、様々な撮影状況に適応したＡＦ処理を迅速に行うことができる。

ＡＦ用フレームレートからＤ／Ｒ用フレームレートの切り替えタイミングは、フォーカスレンズ駆動停止直後、駆動停止と同時いずれも可能であり、露光開始時にはフォーカスレンズが合焦位置到達終了しているように、タイミングを切り替えればよい。また、表示／記録用フレームレートのレート数、ＡＦフレームレートのレート数のうちいずれか１つ、あるいは２つを設定変更可能にしてもよい。さらに、スルー画像表示、あるいは動画像記録時のみ上述したＡＦ処理を行うようにしてもよい。

次に、図７を用いて、第２の実施形態であるデジタルカメラについて説明する。第２の実施形態では、ＣＭＯＳセンサが適用されている。

図７は、第２の実施形態におけるコンティニュアスモードにおけるＡＦシーケンスのタイミングチャートである。ＣＭＯＳセンサの場合、２回の垂直同期信号によって１フレーム分の画素信号が読み出される。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。

コンティニュアスモード以外においても上述したＡＦ処理を実行してもよい。また、ミラーレス型カメラ以外にも適用可能であり、可動ミラーによって光学ファインダへ被写体光を導く一眼レフ型デジタルカメラ、コンパクト型デジタルカメラに適用することも可能であり、様々な撮像装置に適用することもできる。

１０ デジタルカメラ
１２ 撮影光学系
１４ イメージセンサ（撮像素子）
１９ イメージセンサドライバ（撮像素子駆動部）
３０ コントローラ（フレームレート制御部）
４０ 画像信号処理回路（焦点検出部）

Claims (14)

1. 撮影光学系を通った被写体光が結像される撮像素子と、
   表示／記録用フレームレートもしくはＡＦ用フレームレートに従って、前記撮像素子を駆動する撮像素子駆動部と、
   ＡＦ用フレームレートに従って前記撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラストピークを検出するコントラスト式焦点検出部と、
   ＡＦ用フレームレートに従って前記撮影光学系を駆動し、コントラスト焦点検出方式に基づく合焦動作を実行する焦点調整部と、
   表示／記録用フレームレートに従って前記撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、被写体像の表示／記録処理を実行可能な画像制御部と、
   互いにレート数の異なる表示／記録用フレームレートとＡＦ用フレームレートとを切り替えるフレームレート制御部とを備え、
   前記フレームレート制御部が、前記撮影光学系の合焦位置への移動に応じて、ＡＦ用フレームレートから表示／記録用フレームレートへ切り替えるとともに、表示／記録用の前記撮像素子に対する露出の後、表示／記録用フレームレートからＡＦ用フレームレートへ切り替えることを特徴とするカメラ。
2. 前記フレームレート制御部が、表示／記録用フレームレートのレート数、ＡＦフレームレートのレート数のうち少なくともいずれか１つを設定変更可能であることを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
3. 前記フレームレート制御部が、被写体像の輝度値が上限輝度値を超える場合、表示／記録用フレームレートのレート数を上げることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のカメラ。
4. 前記フレームレート制御部が、被写体像の輝度値が下限輝度値を下回る場合、ＡＦ用フレームレートのレート数を上げることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のカメラ。
5. 前記フレームレート制御部が、ＡＦ処理対象の被写体が動体であるか、もしくは所定以上の動きのある動体である場合、表示／記録用フレームレートのレート数を上げることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のカメラ。
6. 前記画像制御部が、表示／記録用フレームレートに従って前記撮像素子から読み出される画素信号に対し、ゲイン処理を施すことを特徴とする請求項５に記載のカメラ。
7. 前記フレームレート制御部が、被写体像の一部をコントラストピーク検出対象エリアとする場合、表示／記録用フレームレートのレート数を下げることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のカメラ。
8. 前記フレームレート制御部が、ＡＦフレームレートの期間が所定期間を超えると、ＡＦ用フレームレートから表示／記録用フレームレートへ切り替えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のカメラ。
9. 前記焦点調整部が、フレームレート切り替えに応じて、前記撮影光学系をＡＦ駆動開始位置もしくは合焦位置に最も近い位置に停止させることを特徴とする請求項８に記載のカメラ。
10. 表示／記録用フレームレートによる露出とＡＦ用フレームレートによるコントラストピーク検出を続けて行うシーケンス動作が繰り返されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のカメラ。
11. 前記画像制御部によって表示されるリアルタイム画像の表示切替期間が、シーケンス動作期間以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のカメラ。
12. 前記フレームレート制御部が、ＡＦ用フレームレートのレート数を、表示用フレームレートのレート数より大きく設定することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のカメラ。
13. ＡＦ用フレームレートに従って撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラストピークを検出するコントラスト式焦点検出部と、
    ＡＦ用フレームレートに従って撮影光学系を駆動し、コントラスト焦点検出方式に基づく合焦動作を実行する焦点調整部と、
    表示／記録用フレームレートに従って前記撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、被写体像の表示／記録処理を実行可能な画像制御部と、
    互いにレート数の異なる表示／記録用フレームレートとＡＦ用フレームレートとを切り替えるフレームレート制御部とを備え、
    前記フレームレート制御部が、前記撮影光学系の合焦位置への移動に応じて、ＡＦ用フレームレートから表示／記録用フレームレートへ切り替えるとともに、表示／記録用の前記撮像素子に対する露出の後、表示／記録用フレームレートからＡＦ用フレームレートへ切り替えることを特徴とする焦点検出装置。
14. ＡＦ用フレームレートに従って撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、コントラストピークを検出し、
    ＡＦ用フレームレートに従って撮影光学系を駆動し、コントラスト焦点検出方式に基づく合焦動作を実行し、
    表示／記録用フレームレートに従って前記撮像素子から読み出される画素信号に基づいて、被写体像の表示／記録処理を実行し、
    互いにレート数の異なる表示／記録用フレームレートとＡＦ用フレームレートとを切り替える方法であって、
    前記撮影光学系の合焦位置への移動に応じて、ＡＦ用フレームレートから表示／記録用フレームレートへ切り替えるとともに、表示／記録用の前記撮像素子に対する露出の後、表示／記録用フレームレートからＡＦ用フレームレートへ切り替えることを特徴とする焦点検出方法。

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