JP2016109975A - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動焦点調整を高精度化、高速化または低消費電力化することができる撮像装置及び撮像方法を提供する。【解決手段】撮像装置１００は、第１検出方式、第２検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態をそれぞれ検出する焦点検出手段２０８と、焦点調節状態を検出するときに被写体に投光する照明手段１３６、２１４と、検出方式に応じて投光の光量を調整する制御手段２０８と、第１検出方式での投光により得られた画像情報を用いて、第２検出方式での光量を算出する算出手段２０８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は撮像装置及び撮像方法に関する。

今日のデジタルカメラやカムコーダーでは、自動焦点調整（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ、ＡＦ）のためにフォーカスレンズを移動させながら撮像した複数の画像からそれぞれ得られる被写体の鮮鋭度、例えば、被写体のエッジの急峻性を検知し、そのピークに対応するレンズ位置にフォーカスレンズを移動させるコントラストＡＦ（以下、「ＣＡＦ」と略すことがある。）が主に採用されている。

また、撮像素子の一部の画素をマスクして光束を限定し、一対の画素列の位相ずれを検出してデフォーカス量を算出する像面位相差ＡＦ（以下、「ＰＡＦ」と略すことがある。）を採用したカメラも商品化されてきている。
しかしながら、上記両ＡＦ方式それぞれに苦手とする状況が存在するために、両ＡＦを併用するハイブリッドＡＦを採用したカメラも多い（例えば、特許文献１参照）。

一方、被写体輝度が低い場合、あるいは、被写体のコントラストが小さい場合に、該被写体に対して明暗のある縞状パターンの補助光（以下、「ＡＦ補助光」という。）を投光し、被写体の輝度及びコントラストを高めて焦点を合わせるカメラがある（例えば、特許文献２参照）。

また、複数のＡＦ補助光を切り替えて、投影される縞状パターンの出現方向を選択するカメラがある（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１２−１１８１５４号公報 特開２０１０−２８６７６６号公報 特開２００８−０９００２０号公報

前述したように、コントラストＡＦ、像面位相差ＡＦにはそれぞれ苦手とする状況が存在する。
例えば、コントラストＡＦでは、フォーカスレンズを移動させながら連続して画像を撮像し、エッジが最も急峻となった画像に対応するレンズ位置近傍に再びフォーカスレンズを移動させるために、どうしても焦点調整時間が長くなる。

また、像面位相差ＡＦでは、撮像素子の一部の画素を像面位相差ＡＦ専用として用いるときに当該画素にマスクをして入射光束を限定するために、当該画素の感度が他の撮像画素の感度に比べて低くなり、焦点調整の精度が低下してしまう。

また、最近はＡＦ補助光にも本撮影のフラッシュにもＬＥＤが使用される。本撮影で従来のストロボと同等の被写体の明るさを確保するためには、相当の電力を消費してＬＥＤを高輝度で発光させる必要がある。このため、ＡＦ補助光としての発光ではできるだけ電力の消費を低減する必要がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、自動焦点調整を高精度化、高速化または低消費電力化することができる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。

本発明に係る撮像装置は、第１検出方式、第２検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態をそれぞれ検出する焦点検出手段と、焦点調節状態を検出するときに被写体に投光する照明手段と、検出方式に応じて投光の光量を調整する制御手段と、第１検出方式での投光により得られた画像情報を用いて、第２検出方式での光量を算出する算出手段とを備えるものである。
この構成により、自動焦点調整を高精度化、高速化または低消費電力化することができる。

また、本発明に係る撮像方法は、被写体に投光しながら第１検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態を検出するステップと、第１検出方式での投光により得られた画像情報を用いて、第２検出方式での投光の光量を算出するステップと、被写体に算出した光量で投光しながら第２検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態を検出するステップとを有するものである。
この構成により、自動焦点調整を高精度化、高速化または低消費電力化することができる。

本発明により、自動焦点調整を高精度化、高速化または低消費電力化することができる撮像装置及び撮像方法を提供することができる。

各実施の形態に係る撮像装置１００の概略構成を示す図である。 実施の形態１に係る撮像方法の処理手順を説明するためのタイミングチャートである。 各実施の形態に係るＡＦ補助光の発光制御処理の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る撮像方法の処理手順を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態３に係る撮像方法の処理手順を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態３に係るＡＦ補助光の投光状態を説明するための図である。 実施の形態３に係る撮像方法の処理手順を説明するための別のタイミングチャートである。 実施の形態３に係る撮像方法のカメラ位置と読出し方向との関係を説明するための図である。 実施の形態３に係る撮像方法のカメラ位置と発光輝度の連続的な変化との関係を説明するための図である。 実施の形態４に係る撮像方法の処理手順を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照して各実施の形態に係る撮像装置及び撮像方法について説明する。
まず、各実施の形態（実施の形態１〜４）に係る撮像装置の構成について説明する。撮像装置の構成は各実施の形態において共通する。

図１は、各実施の形態に係る撮像装置１００の概略構成を示す図である。
撮像装置１００は、ズームレンズ（群）１０２、絞り１０４、フォーカスレンズ（群）１０６、レンズＣＰＵ１１０、ドライバ１１２、１１４、モータ１１６、１１８などを備えている。

また、撮像装置１００は、シャッター１２６、ドライバ１２８、モータ１３０、ＣＭＯＳセンサ１３２、アンプ一体型ＣＤＳ回路１３４、発光部１３６、操作部１４０、ＤＳＰ／ＣＰＵ部２００などを備えている。

ズームレンズ１０２は、光軸方向に前後し、焦点距離を連続的に変化させて画角を変える。
絞り１０４は、画像を撮像する際に、ＣＭＯＳセンサ１３２へ入射する光量の調節を行う。

フォーカスレンズ１０６は、やはり光軸方向に前後し、ＣＭＯＳセンサ１３２で結像される被写体画像のピントを調節する。なお、絞り１０４、フォーカスレンズ１０６はそれぞれドライバ１１２、１１４が制御するモータ１１６、１１８により駆動される。

レンズＣＰＵ１１０は、ＤＳＰ／ＣＰＵ部２００で決定された駆動量に基づいてドライバ１１４を介してモータ１１８を制御する。これにより、フォーカスレンズ１０６が合焦位置に変位する。

シャッター１２６は、画像を撮像するときに、ＣＭＯＳセンサ１３２への露光時間を制御する。
ドライバ１２８は、ＤＳＰ／ＣＰＵ部２００で決定されたシャッター速度に基づいて、モータ１３０を制御する。これにより、シャッター１２６が動作する。

ＣＭＯＳセンサ１３２は、ズームレンズ１０２、絞り１０４及びフォーカスレンズ１０６を通って入射した光を電気信号に変換する。
ＣＤＳ回路１３４は、ＣＭＯＳセンサ１３２から出力された電気信号の雑音を除去するサンプリング回路の一種であるＣＤＳ回路と、雑音を除去した後に電気信号を増幅するアンプとが一体となった回路である。なお、ＣＤＳ回路とアンプとを別々の回路として構成しても良い。

発光部１３６はＬＥＤなどで構成され、ＤＳＰ／ＣＰＵ部２００により発光を制御される。
操作部１４０は、上下左右テンキー、電源スイッチ、モードダイアルなどで構成され、ユーザからの各種の入力を受け付ける。

ＤＳＰ／ＣＰＵ部２００は、ＣＭＯＳセンサ１３２やＣＤＳ回路１３４などに対して信号系の指令を行い、操作部１４０でのユーザの操作に応じて操作系の指令を行う。
なお、撮像装置１００は、ＣＰＵを２つ以上備えて、信号系の命令と操作系の命令とを別々のＣＰＵで行うようにしても良い。

ＤＳＰ／ＣＰＵ部２００は、ＡＥ／ＡＷＢ／ＡＦ評価値算出部２０２、適正ＡＷＢ算出部２０４、画像処理部２０６、ＡＦ演算／制御部２０８、ＡＥ演算／制御部２１０、ＧＵＩ管理部２１２、発光制御部２１４、ＰＷＭ部２１６、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２１８、入出力部（Ｉ／Ｏ）２２０、シリアル入出力部（ＳＩＯ）２２２などを備える。

ＡＥ／ＡＷＢ／ＡＦ評価値算出部２０２は、ＣＭＯＳセンサ１３２から出力された画像データに基づいて、露光量情報としてのＡＥ評価値、ホワイトバランス情報としてのＡＷＢ評価値、ＡＦ情報としてのＡＦ評価値を算出する。例えば、ＡＥ／ＡＷＢ／ＡＦ評価値算出部２０２は、ＡＦ評価値として撮像画像におけるエッジの急峻性（エッジ強度）や輝度分布などを算出する。

適正ＡＷＢ算出部２０４は、適正なホワイトバランス値を算出する。
画像処理部２０６は、ＣＭＯＳセンサ１３２から出力された画像データに対して、ゲイン補正、輪郭強調、ホワイトバランス調整などの画像処理を行う。

ＡＦ演算／制御部２０８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１０６を一方向に駆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１１４に向けて出力する。また、ＡＦ演算／制御部２０８は、ＡＦ評価値に基づいて、被写体を撮影する際のフォーカスレンズ１０６の駆動量、ＡＦ補助光の発光量及び発光輝度（発光強度）などを決定する。

ＡＥ演算／制御部２１０は、ＡＥ評価値に基づいて、被写体を撮影する際の絞り値、シャッター速度を決定する。
ＧＵＩ管理部２１２は、ユーザが操作部１４０を操作すると、操作部１４０から操作入力情報を入力する。

発光制御部２１４は、発光部１３６による被写体への投光を制御する。
ＰＷＭ部２１６は、パルス波のデューティ比を変化させるパルス幅変調を行い、変調によって得られた信号を発光部１３６に送る。

タイミングジェネレータ（ＴＧ）２１８は、ＣＭＯＳセンサ１３２にタイミング信号を入力してＣＭＯＳセンサ１３２の動作を制御する。また、位置センサ（図示せず）が検出する撮像装置１００の横位置または縦位置に応じて、ＣＭＯＳセンサ１３２からの画像の読出し方向を制御する。

なお、ＤＳＰ／ＣＰＵ部２００が実現する各構成要素は、例えば、コンピュータであるＤＳＰ／ＣＰＵ部２００が備える演算装置（図示せず）の制御によって、プログラムを実行させることにより実現できる。

より具体的には、ＤＳＰ／ＣＰＵ部２００は、記憶部（図示せず）に格納されたプログラムを主記憶装置（図示せず）にロードし、演算装置の制御によってプログラムを実行して実現する。また、各構成要素は、プログラムによるソフトウェアで実現することに限ることなく、ハードウェア、ファームウェア及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせなどにより実現しても良い。

上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。

非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されても良い。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバなどの有線通信路、または無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

以上、撮像装置１００の構成について簡単に説明したが、ＤＳＰ／ＣＰＵ部２００を除く各構成の詳細については、例えば、特開２０１４―１１２７８７号公報、特開２０１０―１２８０２４号公報などを参照することができる。
また、各実施の形態に係る撮像装置１００の構成は上記に限られるものではない。例えば、ＡＥ／ＡＷＢ／ＡＦ評価値算出部２０２におけるＡＦ評価値算出機能をＡＦ演算／制御部２０８に移して、ＡＦ演算／制御部２０８がＡＦ評価値を算出するようにしても良い。

また、以下の構成についても、各実施の形態（実施の形態１〜４）において共通するが、これらの構成が各実施の形態において必須の構成という訳ではない。
・自動焦点調整には、まず、像面位相差ＡＦを行い、つぎに、コントラストＡＦを行うハイブリッドＡＦ方式を用いる。このとき、像面位相差ＡＦにおいても、コントラストＡＦにおいてもＡＦ補助光を投光する。

・各ＡＦ演算は投光した領域の画像データをリードアウトしたタイミングで開始する。
・像面位相差ＡＦのＡＦ演算後にフォーカスレンズ１０６に駆動命令を伝えるが、レンズ駆動開始はＶＤパルス立ち上がりに同期させる。

・コントラストＡＦでの各レンズ位置はＶＤパルス立ち上がり時に検出し、それに遅れて算出するＡＦ演算と連動させる。
・低照度シーンを想定し、ＡＦ時の露光時間はおよそ１ＶＤ期間相当とする。

・カメラは横位置で撮影し、被写体上部側が読み出し画素の先頭になる読み出し方法を用いる。
つぎに、各実施の形態（実施の形態１〜４）に係る撮像方法の処理手順についてそれぞれ説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態１に係る撮像方法は、ハイブリッドＡＦにより自動焦点調整を行うときに、像面位相差ＡＦでの焦点調整結果に基づいてコントラストＡＦでのフォーカスレンズ１０６の駆動方向を判定し、また、像面位相差ＡＦで用いたＡＦ補助光の発光量と得られた画像の輝度分布とに基づいてコントラストＡＦで用いるＡＦ補助光の発光量を決定するものである。

本実施の形態１に係る撮像方法では、像面位相差ＡＦとコントラストＡＦとでＡＦ補助光の発光輝度（発光強度）を異なるように、具体的には、像面位相差ＡＦでの発光輝度をコントラストＡＦでの発光輝度よりも大きくなるように、像面位相差ＡＦでは大輝度短時間発光を行い、コントラストＡＦでは低輝度連続発光を行う。
コントラストＡＦでは最もエッジが急峻な画像を選出するために連続する撮像画像の輝度レベルが一定である方が望ましい。

まず、本実施の形態１に係る撮像方法の処理手順について、ここでは自動焦点調整処理に限定して説明する。
図２は本実施の形態１に係る撮像方法の処理手順を説明するためのタイミングチャートである。
図２中、「Ｌｅｎｓ」信号は、コントラストＡＦでフォーカスレンズ１０６を光軸に沿って移動させる期間とそのときの速度の大きさとを示す。

また、Ｌｅｎｓ信号上のＴ６、Ｔ８、Ｔ１０にある星マークは各ＡＦ演算の対象となった露光期間での平均的なレンズ位置に対応するタイミングを示す。例えば、Ｔ６にある星マークは、ＡＦ演算４の対象となった露光４（Ｅｘｐ．４）における平均的なレンズ位置に対応するタイミングを示す。このタイミングを参照すれば特定の露光期間における平均的なレンズ位置を特定することができる。

また、Ｌｅｎｓ信号上のＴ１５にある星マークは、コントラストＡＦで決定した合焦位置にフォーカスレンズ１０６が到達したときのタイミングを示す。
「ＬＥＤ」信号は、ＬＥＤ１３６（発光部１３６）を発光させる期間とそのときの輝度（強度）の大きさとを示す。

「Ｅｘｐ．」は各平行四辺形によりＣＭＯＳセンサのライン（画素行）毎の露光のタイミングを示す。すなわち、平行四辺形の上辺がＣＭＯＳセンサの第１のラインの露光期間に相当する。平行四辺形の右辺がＣＭＯＳセンサの各ラインの読み出しのタイミングに相当する。平行四辺形中央付近の○マーク（丸マーク）はＡＦ補助光の縞状の投影パターンが存在する領域に対応するタイミングを示す。平行四辺形中の上下の点線は、投影パターンが存在する領域の上限下限のラインを示す。
「ＡＦ演算」は、ＡＦ演算／制御部２０８がＡＦ演算を行う期間を示す。
また、図２下部の折れ線はコントラストピーク値を示す。

まず、像面位相差ＡＦを開始し、露光１（Ｅｘｐ．１）の投影パターンが存在する領域を露光する期間に合わせて、ＬＥＤ１３６は時刻Ｔ１で高輝度のＡＦ補助光の投光を開始し、時刻Ｔ２で投光を停止する。
ＡＦ演算に関係のない発光は行わないようにして発光を短時間とすることで大電流をＬＥＤ１３６に投入することができ、また、消費電力を小さくすることができる。

つぎに、ＡＦ補助光を投光した期間の画像データをリードアウトする時刻Ｔ３に、ＡＥ／ＡＷＢ／ＡＦ評価値算出部２０２が当該画像データを用いてＡＦ評価値を算出し、ＡＦ演算／制御部２０８が当該ＡＦ評価値を用いてＡＦ演算１を開始し、コントラストＡＦでのフォーカスレンズ１０６の駆動方向とＡＦ補助光の発光量とを決定する。
像面位相差ＡＦでフォーカスレンズ１０６の駆動方向を決定することで、無駄なレンズの駆動を減らし、コントラストＡＦでの焦点調整時間を短縮することができる。

なお、本実施の形態１に係る像面位相差ＡＦでは高輝度のＡＦ補助光を投光するので、撮像距離が近い被写体についてはその撮像信号の一部の輝度レベルが飽和することがあるが、投光時に縞状パターンを用いていれば撮像画像に何かしらの縞模様が現れるので、レンズの駆動方向を判定することができる。

つぎに、コントラストＡＦを開始し、ＡＦ演算１終了後のＶＤパルス立ち上がりに同期して時刻Ｔ４でフォーカスレンズ１０６の駆動を開始する。また、投影パターンの撮像を開始するタイミングに合わせて時刻Ｔ５で低輝度のＡＦ補助光の連続発光を開始する。
像面位相差ＡＦに比べて発光時間が長いコントラストＡＦの発光輝度を小さくすることで、被写体人物の眩しさによる不快感を軽減することができる。

そして、時刻Ｔ７、Ｔ９、Ｔ１１、Ｔ１２でそれぞれ露光４、５、６、７（Ｅｘｐ．４、５、６、７）の画像データをリードアウトして、ＡＦ演算４、５、６、７を開始する。
ＡＦ演算／制御部２０８は、ＡＦ演算７の結果、２露光（露光６、７）連続でコントラスト評価値が下がったのでコントラスト評価値のピークを通過したと判断し、ＡＦ演算７後の時刻Ｔ１４で直ちに低輝度のＡＦ補助光の連続投光を停止する。

また、ＡＦ演算／制御部２０８は、ピーク近傍の露光４〜６からコントラストピークが存在すると推定される時刻を算出し、フォーカスレンズ１０６の合焦位置を決定する。
そして、ＡＦ演算７終了後の次のＶＤパルス立ち上がりに同期して時刻Ｔ１５でフォーカスレンズ１０６の高速反転駆動を開始し、時刻Ｔ１６で合焦位置で駆動を停止し、時刻Ｔ１７でＣＭＯＳセンサ１３２による撮像を開始することができる。

なお、本実施の形態１に係る撮像方法では、ＡＦ演算１で駆動方向と発光量とを決定することができ、また、ＡＦ演算７でコントラスト評価値のピークを通過したと判断することができたので、露光２、３、８、９、ａ（Ｅｘｐ．２、３、８、９、ａ）の画像データをリードアウトしなくても良い。もちろん、ＡＦ演算２、３、８、９、ａも行わなくても良い。

図２中、Ｅｘｐ．２、３、８、９、ａの○マーク、及び、ＡＦ演算２、３、８、９、ａの方形が点線になっているのは、それぞれ画像データをリードアウトしないこと、及び、ＡＦ演算を行わないことを示す。

つぎに、本実施の形態１に係るＡＦ補助光の発光制御処理の処理手順について説明する。
図３は、各実施の形態（実施の形態１〜３）に係るＡＦ補助光の発光制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

本実施の形態１に係るＡＦ補助光の発光制御処理では、ＡＦ演算／制御部２０８は、処理を開始すると瞬時大光量制御を選択し（ステップＳ１０のＹｅｓ）、瞬時ＬＥＤ大光量を設定する（ステップＳ２０）。

そして、投影パターンに対応する領域を少なくとも露光するタイミングでＬＥＤ１３６の発光を開始し、停止する（ステップＳ５０）。
以上により、像面位相差ＡＦに係るＡＦ補助光の投光が終了する。

つぎに、ＡＦ演算／制御部２０８は、パルス発光を選択しないで（ステップＳ７０のＮｏ）、コントラストＡＦ用の所定のＬＥＤ光量を設定する（ステップＳ８０）。
処理時間ｔを０に設定し（ステップＳ１１０）、指定光量でＬＥＤ１３６の連続発光を開始する（ステップＳ１２０）。

コントラストピークを検出しないときは（ステップＳ１３０のＮｏ）、ｔ＋１をｔに設定する（ステップＳ１４０）。
そして、ｔが連続発光最大時間より小さく、かつ、ＡＦスキャン最大時間より小さいときは（ステップＳ１５０のＹｅｓ）、ステップＳ１３０に戻る。また、ｔが連続発光最大時間以上であるか、ＡＦスキャン最大時間以上であるときは（ステップＳ１５０のＮｏ）、処理を終了する。

また、コントラストピークを検出したときも（ステップＳ１３０のＹｅｓ）、処理を終了する。
以上により、コントラストＡＦに係るＡＦ補助光の投光が終了する。

なお、本実施の形態１に係る撮像方法では、像面位相差ＡＦで得られた画像の輝度が総じて小さいときにはＳ／Ｎ比が悪くなるので、コントラストＡＦでの光量を像面位相差ＡＦでの光量よりも大きくしても良い。

以上説明したように、本実施の形態１に係る撮像装置１００は、第１検出方式、第２検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態をそれぞれ検出する焦点検出手段２０８と、焦点調節状態を検出するときに被写体に投光する照明手段１３６、２１４と、検出方式に応じて投光の光量を調整する制御手段２０８と、第１検出方式での投光により得られた画像情報を用いて、第２検出方式での光量を算出する算出手段２０８とを備えるものである。

また、本実施の形態１に係る撮像装置１００は、第１検出方式は、結像光学系の異なる瞳領域を通過した一対の像に基づいて焦点調節状態を検出する位相差方式であることが好ましい。
また、本実施の形態１に係る撮像装置１００は、第２検出方式は、結像光学系の移動による被写体像の鮮鋭度のピークを探すコントラスト方式であることが好ましい。

また、本実施の形態１に係る撮像装置１００は、制御手段２０８は、第１検出方式での焦点調節状態の検出結果に基づいて、移動の方向を決定することが好ましい。
また、本実施の形態１に係る撮像装置１００は、制御手段２０８は、第１検出方式での投光の発光輝度を第２検出方式での投光の発光輝度よりも高くすることが好ましい。

また、本実施の形態１に係る撮像方法は、被写体に投光しながら第１検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態を検出するステップと、第１検出方式での投光により得られた画像情報を用いて、第２検出方式での投光の光量を算出するステップと、被写体に算出した光量で投光しながら第２検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態を検出するステップとを有する。

（実施の形態２）
本実施の形態２に係る撮像方法は、ハイブリッドＡＦにより自動焦点調整を行うときに、像面位相差ＡＦの結果に基づいて、コントラストＡＦでのフォーカスレンズ１０６の駆動方向とＡＦ補助光の発光量とを決定する点で、実施の形態１に係る撮像方法と共通する。

また、本実施の形態２に係る撮像方法では、像面位相差ＡＦ及びコントラストＡＦでのＡＦ補助光の発光輝度（発光強度）を略同等とし、また、コントラストＡＦでのＡＦ補助光を点滅させるようにしている。つまり、コントラストＡＦではＰＷＭを用いた高速パルス発光を行い、発光のオン／オフのデューティ比（Ｄｕｔｙ比）を変えることで平均輝度レベルを変えて調光する。

このため、本実施の形態２に係る撮像方法は、例えば、撮像装置の制約によりＬＥＤの発光輝度を大きくできない場合、両ＡＦ方式で発光輝度を略同等にしなくていけない場合、被写体人物のＡＦ補助光に対する不快感が大きい場合などに適している。

図４は本実施の形態２に係る撮像方法の処理手順を説明するためのタイミングチャートである。以下、実施の形態１に係る撮像方法と同様の構成については、説明を省略することがある。

像面位相差ＡＦを開始し、露光１、２（Ｅｘｐ．１、２）の投影パターンが存在する領域を露光する期間に合わせて、ＬＥＤ１３６は時刻Ｔ２１で高輝度のＡＦ補助光の投光を開始し、時刻Ｔ２２で投光を停止する。

そして、ＡＦ補助光を投光した期間の画像データをリードアウトして、ＡＦ演算／制御部２０８がＡＦ演算１、２を行い、コントラストＡＦでのフォーカスレンズ１０６の駆動方向と、ＡＦ補助光の発光量と、ＡＦ補助光のオン／オフのデューティ比とを決定する。
ここでは、画素の感度不足を補うために複数の露光及び加算を行っている。

つぎに、コントラストＡＦを開始し、ＡＦ演算２終了後の次のＶＤパルス立ち上がりに同期して時刻Ｔ２３でフォーカスレンズ１０６の駆動を開始する。また、投影パターンの撮像を開始するタイミングに合わせて時刻Ｔ２４で像面位相差ＡＦのときと略同等の輝度でＡＦ補助光の点滅発光（間欠発光）を開始する。

そして、ＡＦ演算５〜８によりコントラスト評価値のピークを検出し、ＡＦ演算８後の時刻Ｔ２５でＡＦ補助光の投光を停止する。また、コントラストピークが存在すると推定される時刻を求め、対応するレンズ位置を決定する。

そして、ＡＦ演算８終了後の次のＶＤパルス立ち上がりに同期して時刻Ｔ２６でフォーカスレンズ１０６の高速反転駆動を開始し、時刻Ｔ２７で合焦位置で駆動を停止し、時刻Ｔ２８で撮像を開始することができる。

なお、本実施の形態２に係る撮像方法でも、ＡＦ演算２で駆動方向と発光量とを決定することができ、また、ＡＦ演算８でコントラスト評価値のピークを通過したと判断することができたので、露光３、４、９、ａ、ｂ（Ｅｘｐ．３、４、９、ａ、ｂ）の画像データをリードアウトしなくても良い。もちろん、ＡＦ演算３、４、９、ａ、ｂも行わなくても良い。

つぎに、本実施の形態２に係るＡＦ補助光の発光制御処理の処理手順について、図３を参照して説明する。
本実施の形態２に係るＡＦ補助光の発光制御処理では、処理を開始すると、瞬時大光量制御を選択しないで（ステップＳ１０のＮｏ）、また、画面内光量可変制御を選択しないで（ステップＳ３０のＮｏ）、像面位相差ＡＦ（ＰＡＦ）用所定ＬＥＤ光量を設定する（ステップＳ４０）。

そして、投影パターンに対応する領域を少なくとも露光するタイミングでＬＥＤ１３６の発光を開始し、停止する（ステップＳ５０）。
以上により、像面位相差ＡＦに係るＡＦ補助光の投光が終了する。

つぎに、パルス発光を選択して（ステップＳ７０のＹｅｓ）、決定光量から発光のオン／オフのデューティ比を決定して（ステップＳ９０）、ＬＥＤ発光のオン／オフ時間を設定する（ステップＳ１００）。

そして、処理時間ｔを０に設定し（ステップＳ１１０）、指定光量でＬＥＤ１３６の間欠発光を開始する（ステップＳ１２０）。
以降の処理は、実施の形態１に係るＡＦ補助光の発光制御処理と同様である。
以上により、コントラストＡＦに係るＡＦ補助光の投光が終了する。

以上、説明したように、本実施の形態２に係る撮像装置１００は、制御手段２０８は、第１検出方式及び第２検出方式で投光の発光輝度を略同等とし、算出した光量に基づいて、第２検出方式での投光のオン／オフのデューティ比を設定することが好ましい。

（実施の形態３）
本実施の形態３に係る撮像方法は、ハイブリッドＡＦにより自動焦点調整を行うときに、像面位相差ＡＦの結果に基づいて、コントラストＡＦでのフォーカスレンズ１０６の駆動方向を判定する点で、実施の形態１、２に係る撮像方法と共通する。

また、本実施の形態３に係る撮像方法では、像面位相差ＡＦでのＡＦ補助光の発光輝度（発光強度）を連続的に変化させるようにする。これは、位相差を比較するための対を成す画素列については、撮像時の輝度レベルが相当であれば、複数ある他の対と輝度レベルが異なっていても影響が少ないことを利用している。

前述したように、最近は照明光としてＬＥＤが一般的に採用されている。技術進歩によってＬＥＤ光量は今後も増加し、投光可能な距離も延びるものと期待されるが、撮影距離が短い被写体は飽和しやすくなる。また、補助光を必要とする状況下で、被写体距離分布を概要であれ事前に知ることは困難な場合が多い。また、一般的に、画面下部にカメラとの距離が短い被写体が存在することが多い。

そこで、本実施の形態３に係る撮像方法では、画面の位置によって発光量を変えることで、飽和リスクを減らすことができる。
なお、画像入力後にゲイン量をライン単位で減らしても、入力時に飽和した被写体に対しては無効である。

本実施の形態３に係る撮像方法では、像面位相差ＡＦの結果に基づいて、コントラストＡＦでのＡＦ補助光の発光量を決定しても、決定しなくても良い。
図５は本実施の形態３に係る撮像方法の処理手順を説明するためのタイミングチャートである。

像面位相差ＡＦを開始し、露光１（Ｅｘｐ．１）の投影パターンが存在する領域を露光するタイミングに合わせて、ＬＥＤ１３６は時刻Ｔ３１でＡＦ補助光の投光を開始し、発光輝度が徐々に小さくなるように、発光輝度を連続的に変化させる。
そして、時刻Ｔ３２で露光１の画像データをリードアウトしてＡＦ演算１を行い、コントラストＡＦでのフォーカスレンズ１０６の駆動方向を判定する。

図６は本実施の形態３に係るＡＦ補助光の投光状態を説明するための図である。暗中下で無地被写体に縞状のパターンを投光したときの画像である。
左図は比較例として、実施の形態１に係る像面位相差ＡＦのようにＡＦ補助光を一定の発光輝度で投光したときの画像である。縞状のパターンの上部から下部まで輝度が一定していることが分かる。
右図は本実施の形態３に係る像面位相差ＡＦのようにＡＦ補助光をその発光輝度を減衰させて投光したときの画像である。縞状のパターンの上部から下部にかけて輝度が減衰していることが分かる。

実施の形態１に係る像面位相差ＡＦでは輝度レベルの飽和を許容したが、本実施の形態３に係る像面位相差ＡＦのように輝度レベルの飽和を許容しない方が駆動方向の判定の精度確保が容易になる。

ＡＦ演算１で駆動方向を判定することができたので、コントラストＡＦを開始し、ＡＦ演算１終了後の次のＶＤパルス立ち上がりに同期して時刻Ｔ３３でフォーカスレンズ１０６の駆動を開始する。また、投影パターンの撮像を開始するタイミングに合わせて時刻Ｔ３４でＡＦ補助光の連続発光を開始する。
以降の処理手順は、実施の形態１の撮像方法と同様である。

なお、本実施の形態３に係る上記の撮像方法でも、ＡＦ演算１で駆動方向を決定することができ、また、ＡＦ演算７でコントラスト評価値のピークを通過したと判断することができたので、露光２、３、８、９、ａ（Ｅｘｐ．２、３、８、９、ａ）の画像データをリードアウトしなくても良い。もちろん、ＡＦ演算２、３、８、９、ａも行わなくても良い。

図７は本実施の形態３に係る撮像方法の処理手順を説明するための別のタイミングチャートである。
像面位相差ＡＦを開始し、ＬＥＤ１３６は時刻Ｔ４１でＡＦ補助光の投光を開始し、発光輝度が徐々に小さくなるように、発光輝度を連続的に変化させる。

時刻Ｔ４２で露光１（Ｅｘｐ．１）の画像データをリードアウトしてＡＦ演算１を行い、コントラストＡＦでのフォーカスレンズ１０６の駆動方向を判定する。なお、時刻Ｔ４２以降、ＬＥＤ１３６はＡＦ補助光の発光輝度が徐々に大きくなるように、発光輝度を連続的に変化させる。これは、ＡＦ演算１で駆動方向が判定できなかったときに備えるものである。

ＡＦ演算１で駆動方向を判定することができなかったので、時刻Ｔ４３で露光２（Ｅｘｐ．２）の画像データをリードアウトしてＡＦ演算２を行い、コントラストＡＦでのフォーカスレンズ１０６の駆動方向を改めて判定する。ＡＦ演算２は、露光１、２の画像データを用いたＡＦ演算である。なお、ＬＥＤ１３６は露光２の画像データをリードアウトした時刻Ｔ４３で発光を停止する。

ＡＦ演算２で駆動方向を判定することができたので、コントラストＡＦを開始し、ＡＦ演算２終了後の次のＶＤパルス立ち上がりに同期して時刻Ｔ４４でフォーカスレンズ１０６の駆動を開始する。また、投影パターンの撮像を開始するタイミングに合わせて時刻Ｔ４５でＡＦ補助光の連続発光を開始する。
以降の処理手順は、実施の形態１の撮像方法と同様である。

なお、本実施の形態３に係る上記の撮像方法でも、ＡＦ演算２で駆動方向を決定することができ、また、ＡＦ演算８でコントラスト評価値のピークを通過したと判断することができたので、露光３、４、９、ａ、ｂ（Ｅｘｐ．３、４、９、ａ、ｂ）の画像データをリードアウトしなくても良い。もちろん、ＡＦ演算３、４、９、ａ、ｂも行わなくても良い。

また、本実施の形態３に係る撮像方法では、ＡＦ演算１で駆動方向を判定することができたときには、ＡＦ演算１直後に像位相差ＡＦのためのＬＥＤ１３６の投光を停止しても良い。

また、本実施の形態３に係る撮像方法では、発光輝度を連続的に変化させるときに、輝度の変化が停止する期間があっても良い。すなわち、本実施の形態３に係る撮像方法の発光輝度の連続的変化には、発光輝度が徐々に大きくなり、いったん輝度の変化が停止し、再び発光輝度が徐々に大きくなるようなものも含まれる。

つぎに、本実施の形態３に係るＡＦ補助光の発光制御処理の処理手順について、図３を参照して説明する。
本実施の形態３に係るＡＦ補助光の発光制御処理では、処理を開始すると、瞬時大光量制御を選択しないで（ステップＳ１０のＮｏ）、画面内光量可変制御を選択して（ステップＳ３０のＹｅｓ）、少なくともパターン投影領域を露光するタイミングでＬＥＤ輝度減衰制御を行う（ステップＳ６０）。

以上により、像面位相差ＡＦに係るＡＦ補助光の発光が終了する。
以降の処理は、実施の形態１に係るＡＦ補助光の発光制御処理と同様である。

なお、本実施の形態３に係る撮像方法では、ＬＥＤ１３６の発光輝度を制御するときに、電流値を定格内で上下させたり、ＰＷＭを用いた高速パルス発光により調光したりしても良い。

また、本実施の形態３に係る撮像方法では、ユーザ（撮影者）がカメラを縦位置（横位置から９０度時計方向または反時計方向に回転させた位置）に構えたときには、発光輝度の連続的な変化を停止するようにしても良い。ただし、撮像素子の読み出し方向をカメラ姿勢に連動して切り替えることができるときは、天地方向に対して発光輝度の連続的な変化を行うようにしても良い。

図８は本実施の形態３に係る撮像方法のカメラ位置と読出し方向との関係を説明するための図である。また、図９は本実施の形態３に係る撮像方法のカメラ位置と発光輝度の連続的な変化との関係を説明するための図である。

図８に示すように、カメラ（撮像蔵置１００）が横位置のときでも縦位置のときでも読み出し方向を切り替えて水平方向に読み出すことができるのであれば、図９に示すようにカメラが縦位置のときでも天地方向に対して発光輝度の連続的な変化を行うようにすることができる。

このとき、撮像蔵置１００内の位置センサ（図示せず）がカメラ位置を検出し、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２１８が、カメラ位置（横位置または縦位置）に応じて、ＣＭＯＳセンサ１３２からの画像の読出し方向を制御する。

以上、説明したように、本実施の形態３に係る撮像装置１００は、制御手段２０８が、投光の発光輝度を連続的に変化させることが好ましい。
また、本実施の形態３に係る撮像装置１００は、制御手段２０８が、焦点調節状態を検出するときの天地方向に従って、発光輝度を変化させることが好ましい。

また、本実施の形態３に係る撮像装置１００は、被写体画像を結ぶ撮像素子１３２を更に備え、制御手段２０８は、天地方向に従って、撮像素子１３２からの被写体画像のデータ読出し方向を切り替えることが好ましい。

また、本実施の形態３に係る撮像装置１００は、被写体画像の焦点調節状態を検出する焦点検出手段２０８と、焦点調節状態を検出するときに被写体に投光する照明手段１３６、２１４と、投光の光量を調整する制御手段２０８とを備え、制御手段２０８は、投光の発光輝度を連続的に変化させるものである。

（実施の形態４）
本実施の形態４に係る撮像方法は、実施の形態１、３に係る撮像方法を組み合わせたものである。ハイブリッドＡＦにより自動焦点調整を行うときに、像面位相差ＡＦで駆動方向の十分な判定ができない場合に、そのままコントラストＡＦを行うようにするものである。また、コントラストＡＦ中に像面位相差ＡＦにより精度良く合焦位置を得られると判断した場合はコントラストＡＦを中断して、改めて像面位相差ＡＦを行うようにするものである。

図１０は本実施の形態４に係る撮像方法を説明するためのタイミングチャートである。
像面位相差ＡＦでは画像のぼけが大きく、ＡＦ演算１、２で駆動方向の十分な判定ができなかった。このために、コントラストＡＦを開始して、時刻Ｔ５１でフォーカスレンズ１０６の駆動を開始する。

そして、ＡＦ演算／制御部２１０は、コントラストＡＦ中のＡＦ演算８で、像面位相差ＡＦにより精度良く合焦位置を得られると判断し、時刻Ｔ５２で像面位相差ＡＦにより合焦位置を検出するのに適切な発光輝度を選択する。

そして、露光ａ（Ｅｘｐ．ａ）で改めて像面位相差ＡＦを行う。時刻Ｔ５３でＬＥＤ１３６は投光を停止し、露光ａ（Ｅｘｐ．ａ）の画像データをリードアウトしてＡＦ演算ａを行い、合焦位置を得る。フォーカスレンズ１０６が合焦位置に来た時刻Ｔ５４で同レンズの駆動を停止し、時刻Ｔ５５で撮像を開始することができる。

このように、本実施の形態４に係る撮像方法では、像面位相差ＡＦで駆動方向の十分な判定ができない場合に、そのままコントラストＡＦを行うようにし、また、コントラストＡＦ中に像面位相差ＡＦにより精度良く合焦位置を得られると判断した場合はコントラストＡＦを中断して、改めて像面位相差ＡＦを行うようにすることにより、精度良く合焦位置を検出することができる。

１００ 撮像装置
１０６ フォーカスレンズ
１１０ レンズＣＰＵ
１１４ ドライバ
１１８ モータ
１３２ ＣＭＯＳセンサ
１３６ 発光部
１４０ 操作部
２００ ＤＳＰ／ＣＰＵ部
２０２ ＡＥ／ＡＷＢ／ＡＦ評価値算出部
２０６ 画像処理部
２０８ ＡＦ演算／制御部
２１４ 発光制御部
２１６ ＰＷＭ部
２１８ タイミングジェネレータ（ＴＧ）

Claims (11)

1. 第１検出方式、第２検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態をそれぞれ検出する焦点検出手段と、
   前記焦点調節状態を検出するときに前記被写体に投光する照明手段と、
   前記検出方式に応じて前記投光の光量を調整する制御手段と、
   前記第１検出方式での前記投光により得られた画像情報を用いて、前記第２検出方式での前記光量を算出する算出手段と
   を備えた撮像装置。
2. 前記制御手段は、
   前記第１検出方式及び前記第２検出方式で前記投光の発光輝度を略同等とし、
   前記算出した光量に基づいて、前記第２検出方式での前記投光のオン／オフのデューティ比を設定する
   請求項１記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、
   前記投光の発光輝度を連続的に変化させる
   請求項１記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、
   前記焦点調節状態を検出するときの天地方向に従って、前記発光輝度を変化させる
   請求項３記載の撮像装置。
5. 前記被写体画像を結ぶ撮像素子を更に備え、
   前記制御手段は、
   前記天地方向に従って、前記撮像素子からの前記被写体画像のデータ読出し方向を切り替える
   請求項４記載の撮像装置。
6. 前記第１検出方式は、
   結像光学系の異なる瞳領域を通過した一対の像に基づいて前記焦点調節状態を検出する位相差方式である
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記第２検出方式は、
   結像光学系の移動による被写体像の鮮鋭度のピークを探すコントラスト方式である
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、
   前記第１検出方式での前記焦点調節状態の検出結果に基づいて、前記移動の方向を決定する
   請求項７記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、
   前記第１検出方式での前記投光の発光輝度を前記第２検出方式での前記投光の発光輝度よりも高くする
   請求項１記載の撮像装置。
10. 被写体画像の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
    前記焦点調節状態を検出するときに前記被写体に投光する照明手段と
    前記投光の光量を調整する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、前記投光の発光輝度を連続的に変化させる
    撮像装置。
11. 被写体に投光しながら第１検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態を検出するステップと、
    前記第１検出方式での前記投光により得られた画像情報を用いて、第２検出方式での投光の光量を算出するステップと、
    前記被写体に前記算出した光量で投光しながら前記第２検出方式を用いて被写体像の焦点調節状態を検出するステップと
    を有する撮像方法。