JP4799247B2 - 撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は，撮像装置および撮像方法に関する。

複数の焦点検出領域を有する撮像装置において，従来は画面全体で同じ露光条件で撮影を行っていたため，例えば図４のように画面全体に対して非常に暗い被写体または非常に明るい被写体が混在していた場合には，オートフォーカスの評価値（合焦評価値）を得ることが難しい。そのため，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合には，その焦点検出領域では被写体の合焦状態の検出ができない問題があった。

この問題を解決するために，特許文献１および特許文献２のように，露光動作を行っている最中でも画像データを取り出すことができる非破壊読み出し型の撮像素子を用いて，それぞれの焦点検出領域で最適な露光時間を制御したり，１フィールドまたは１フレーム内で複数回光電変換出力を行ったりして，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合であっても，被写体の合焦検出を行う技術が開示されている。その他，特許文献３のように１つの焦点検出領域に対して１回の露光動作を行って，複数回の露光動作を行うことで被写体の合焦状態の検出を行う技術が開示されている。

特開平７−１７０４４６号公報 特開平７−１５４６７６号公報 特開２００１−２６４６２０号公報

しかし，特許文献１および特許文献２の方法は，撮像素子として広く用いられているＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）素子やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子のような非破壊読み出し型ではない撮像素子では使用できない問題があった。また，特許文献３の方法は，１つの焦点検出領域に対して１回の露光動作を行っているため，一度の撮影操作で複数回露光動作を行う必要があるため，効率面で問題があった。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合に，その焦点検出領域で被写体の合焦検出を行う，新規かつ改良された，撮像装置およ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，複数の焦点検出領域の中から最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出して被写体の撮像を行う撮像装置であって，複数の異なる時間間隔を有する露光時間で周期的に露光処理を反復する露光部と；各焦点検出領域において，各露光時間で露光して得られる画像データの露光データを取得する露光データ取得部と；露光データに基づいて，焦点検出領域ごとに最適な露光時間を決定する露光時間決定部と；焦点検出領域ごとに検出された最適な露光時間による露光データを比較して，最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出する合焦位置検出部と；を含むことを特徴とする，撮像装置が提供される。

かかる構成によれば，露光部は複数の異なる時間間隔を有する露光時間で周期的に露光処理を反復し，露光データ取得部は各露光時間で露光して得られる画像データの露光データを取得し，露光時間決定部は露光データに基づいて，焦点検出領域ごとに最適な露光時間を決定し，合焦位置検出部は露光データを比較して，最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出する。その結果，本発明のある観点に係る撮像装置によれば，焦点検出領域ごとに最適な露光時間を決定することで，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合に，その焦点検出領域で被写体の合焦検出を行うことができる。

上記撮像装置は，同一の時間間隔を有する露光時間で露光した露光データを組み合わせることにより，複数の異なる時間間隔を有する露光時間で露光した露光データと等価の露光データを生成する画像合成部をさらに含んでもよい。かかる構成によれば，画像合成部は複数の異なる時間間隔を有する露光時間で露光した露光データと等価の露光データを生成する。その結果，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合に，その焦点検出領域で被写体の合焦検出を行うことができる。

露光時間決定部は，各焦点検出領域における画像データの合焦評価値に基づいて，最適な合焦状態を得られる露光時間を最適な露光時間として決定してもよい。かかる構成によれば，露光時間決定部は合焦評価値から，適切な合焦状態を得るのに最適な露光時間を決定する。その結果，各焦点検出領域における画像データの合焦評価値を算出して，適切な合焦状態を得るのに最適な露光時間を決定することで，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合に，その焦点検出領域で被写体の合焦検出を行うことができる。

複数の異なる時間間隔を有する露光時間に，焦点検出領域内の明るい部分を基準として，最高の輝度を有する露光データが飽和しないような露光時間を含めるようにしてもよい。かかる構成によれば，露光部において露光処理を行う際に，画像データが飽和しないような露光時間で露光処理を行う。その結果，点光源のように非常に明るい被写体を含む画像を撮影する場合においても，正確に被写体の合焦検出を行うことができる。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，複数の焦点検出領域の中から最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出して被写体の撮像を行う撮像方法であって：複数の異なる時間間隔を有する露光時間で周期的に露光処理を反復する露光ステップと；各焦点検出領域において，各露光時間で露光して得られる画像データの露光データを取得する露光データ取得ステップと；露光データに基づいて，焦点検出領域ごとに最適な露光時間を検出する最適露光時間検出ステップと；焦点検出領域ごとに検出された最適な露光時間による露光データを比較して，最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出する合焦位置検出ステップと；を含むことを特徴とする，撮像方法が提供される。

かかる構成によれば，露光ステップは複数の異なる時間間隔を有する露光時間で周期的に露光処理を反復し，露光データ取得ステップは各露光時間で露光して得られる画像データの露光データを取得し，露光時間決定ステップは露光データに基づいて，焦点検出領域ごとに最適な露光時間を決定し，合焦位置検出ステップは露光データを比較して，最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出する。その結果，本発明の別の観点に係る撮像方法によれば，焦点検出領域ごとに最適な露光時間を決定することで，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合に，その焦点検出領域で被写体の合焦検出を行うことができる。

上記撮像方法は，同一の時間間隔を有する露光時間で露光した露光データを組み合わせることにより，複数の異なる時間間隔を有する露光時間で露光した露光データと等価の露光データを生成する画像合成ステップをさらに含んでいてもよい。かかる構成によれば，画像合成ステップは複数の異なる時間間隔を有する露光時間で露光した露光データと等価の露光データを生成する。その結果，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合に，その焦点検出領域で被写体の合焦検出を行うことができる。

露光時間決定ステップは，各焦点検出領域における画像データの合焦評価値に基づいて，最適な合焦状態を得られる露光時間を最適な露光時間として決定するようにしてもよい。かかる構成によれば，露光時間決定ステップは合焦評価値から，適切な合焦状態を得るのに最適な露光時間を決定する。その結果，各焦点検出領域における画像データの合焦評価値を算出して，適切な合焦状態を得るのに最適な露光時間を決定することで，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合に，その焦点検出領域で被写体の合焦検出を行うことができる。

以上説明したように本発明によれば，非常に暗い被写体または非常に明るい被写体と焦点検出領域が重なっていた場合に，その焦点検出領域で被写体の合焦検出を行うことができる，撮像装置および撮像方法を提供できるものである。

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。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置について説明する説明図である。図１に示したように，本発明の一実施形態に係る撮像装置１００は，ズームレンズ１０２と，絞り１０４と，フォーカスレンズ１０６と，駆動装置１０２ａ，１０４ａ，１０６ａと，ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）素子１０８と，アンプ一体型のＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路１１０と，Ａ／Ｄ変換器１１２と，画像入力コントローラ１１４と，画像信号処理部１１６と，圧縮処理部１２０と，ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）ドライバ１２３と，ＬＣＤ１２４と，タイミングジェネレータ１２６と，ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２８と，操作部１３２と，シャッタボタン１３３と，メモリ１３４と，ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３６と，メディアコントローラ１３８と，記録メディア１４０と，モータドライバ１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃとを含む。

以下，図１を用いて，本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１００の構成について説明する。

ズームレンズ１０２は，駆動装置１０２ａによって光軸方向に前後して移動させることで焦点距離が連続的に変化するレンズであり，被写体の大きさを変化して撮影する。絞り１０４は，画像を撮影する際に，駆動装置１０４ａによって，ＣＣＤ素子１０８に入ってくる光量の調節を行う。フォーカスレンズ１０６は，駆動装置１０６ａによって光軸方向に前後して移動させることで被写体のピントを調節するものである。本実施形態では，フォーカスレンズ１０６を遠距離から近距離に駆動させながら，複数の露光時間での露光制御を行うことで合焦評価値を得る。

本実施形態においては，ズームレンズ１０２およびフォーカスレンズ１０６は１枚のみ示しているが，ズームレンズ１０２の枚数は２枚以上であってもよく，フォーカスレンズ１０６の枚数も２枚以上であってもよい。

ＣＣＤ素子１０８は，露光部の一例であり，ズームレンズ１０２，絞り１０４およびフォーカスレンズ１０６から入射された光を電気信号に変換するための素子である。本実施形態においては電子シャッタによって入射光を制御して，電気信号を取り出す時間を調節しているが，メカシャッタを用いて入射光を制御して，電気信号を取り出す時間を調節してもよい。

本実施形態では露光部としてＣＣＤ素子１０８を用いているが，本発明は係る例に限定されず，ＣＣＤ素子１０８の代わりにＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）素子を用いてもよく，またその他のイメージセンサを用いてもよい。ＣＭＯＳ素子は，ＣＣＤ素子よりも高速に被写体の映像光を電気信号に変換できるので，被写体を撮影してから画像の合成処理を行うまでの時間を短縮することができる。

ＣＤＳ回路１１０は，ＣＣＤ素子１０８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。本実施形態ではＣＤＳ回路とアンプとが一体となった回路を用いて撮像装置１００を構成しているが，ＣＤＳ回路とアンプとを別々の回路で構成してもよい。

Ａ／Ｄ変換器１１２は，ＣＣＤ素子１０８で生成された電気信号をデジタル信号に変換して，画像の生データを生成するものである。

画像入力コントローラ１１４は，Ａ／Ｄ変換器で生成された画像の生データのメモリ１３４への入力を制御するものである。

画像信号処理部１１６は，ＣＣＤ素子１０８から出力された電気信号や，画像合成部１１８で合成した画像に対して，光量のゲイン補正やホワイトバランスの調整を行うものである。画像信号処理部１１６は，本発明の露光データ取得部としての機能を有しており，撮影した画像の露光データを取得する。露光データには合焦評価値（ＡＦ評価値）やＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ；自動露光）評価値を含んでおり，画像信号処理部１１６において合焦評価値やＡＥ評価値の算出を行う。

画像合成部１１８は，撮影した複数の画像データの合成を行うものである。画像合成部の形態として，画像の合成を行う回路であってもよく，画像の合成を行うためのコンピュータプログラムであってもよい。

圧縮処理部１２０は，画像合成部１１８で合成した画像を，適切な形式の画像データに圧縮する圧縮処理を行う。画像の圧縮形式は可逆形式であっても非可逆形式であってもよい。適切な形式の例として，ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）形式やＪＰＥＧ２０００形式に変換してもよい。

ＬＣＤ１２４は，撮影操作を行う前のライブビュー表示や，撮像装置１００の各種設定画面や，撮影した画像の表示等を行う。画像データや撮像装置１００の各種情報のＬＣＤ１２４への表示は，ＬＣＤドライバ１２２を介して行われる。

タイミングジェネレータ１２６は，ＣＣＤ素子１０８にタイミング信号を入力する。タイミングジェネレータ１２６からのタイミング信号によりシャッタ速度が決定される。つまり，タイミングジェネレータ１２６からのタイミング信号によりＣＣＤ素子１０８の駆動が制御され，ＣＣＤ素子１０８が駆動する時間内に被写体からの映像光を入射することで，画像データの基となる電気信号が生成される。

ＣＰＵ１２８は，ＣＣＤ素子１０８やＣＤＳ回路１１０などに対して信号系の命令を行ったり，操作部１３２の操作に対する操作系の命令を行ったりする。本実施形態においては，ＣＰＵを１つだけ含んでいるが，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よい。

操作部１３２は，撮影モード選択部としての機能を含み，撮像装置１００の操作を行ったり，撮影時の各種の設定を行ったりするための部材が配置されている。操作部１３２に配置される部材には，電源ボタン，撮影モードや撮影ドライブモードの選択および効果パラメータの設定を行う十字キーおよび選択ボタン等が配置される。シャッタボタン１３３は，撮影操作を行うためのものであり，半押し状態で被写体を合焦し，全押し状態で被写体の撮像を行う。

メモリ１３４は，画像記憶部の一例であり，撮影した画像や画像合成部１１８で合成した画像を一時的に記憶するものである。メモリ１３４は，複数の画像を記憶できるだけの記憶容量を有している。メモリ１３４への画像の読み書きは画像入力コントローラ１１４によって制御される。

ＶＲＡＭ１３６は，ＬＣＤ１２４に表示する内容を保持するものであり，ＬＣＤ１２４の解像度や最大発色数はＶＲＡＭ１３６の容量に依存する。

記録メディア１４０は，画像記録部の一例であり，撮影した画像や画像合成部１１８で合成した画像を記録するものである。記録メディア１４０への入出力は，メディアコントローラ１３８によって制御される。記録メディア１４０には，フラッシュメモリにデータを記録するカード型の記憶装置であるメモリカードを用いることができる。

モータドライバ１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃはズームレンズ１０２，絞り１０４およびフォーカスレンズ１０６を動作させる駆動装置１０２ａ，１０４ａ，１０６ａの制御を行う。モータドライバ１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃを介してズームレンズ１０２，絞り１０４およびフォーカスレンズ１０６を動作させることで，被写体の大きさや光の量，ピントの調節を行う。

以上，図１を用いて本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置について説明した。次に，本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置のＣＰＵの構成について説明する。

図２は，本発明の第１の実施形態にかかるＣＰＵ１２８の構成について説明する説明図である。図２に示したように，本発明の第１の実施形態にかかるＣＰＵ１２８は，適正ＡＥレベル算出部１５２と，露光制御部１５４と，露光時間決定部１５６と，合焦位置検出部１５８とを含む。

適正ＡＥレベル算出部１５２は，撮像装置１００で自動露光を行い，ＥＶ（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｖａｌｕｅ）値を取得する。取得したＥＶ値に基づいて，適正な露光時間およびシャッタ速度の組が決まる。ＥＶ値は，絞り値がＦ１，シャッタ速度が１秒の時に適切な露出が得られる光量をＥＶ＝０とし，絞り値やシャッタ速度を変化させることでＥＶ値が変化する。ＥＶ値は，Ｆを絞り値，Ｔをシャッタ速度として，ＥＶ＝ｌｏｇ_２（Ｆ^２／Ｔ）で求めることができる。従って，同じ絞り値ではシャッタ速度が高速になればなる程，ＥＶ値が上昇し，同じシャッタ速度では絞り値を大きくすればする程，ＥＶ値が上昇する。

露光制御部１５４は，適正ＡＥレベル算出部１５２で算出した露光時間に基づいて，被写体を撮影する際の露光時間を決定する。決定した露光時間に基づいて，被写体からの映像光のＣＣＤ素子１０８への入射時間を制御する。

露光時間決定部１５６は，各焦点検出領域において，被写体の合焦状態の検出に最適な露光時間を決定するものである。

合焦位置検出部１５８は，露光時間決定部１５６で決定した各焦点検出領域で被写体の合焦状態の検出に最適な露光時間の組の中から，最も被写体の合焦状態の検出に適した合焦位置を検出するものである。被写体の合焦位置の検出方法については後述する。

以上，図２を用いて第１の実施形態にかかる撮像装置のＣＰＵの構成について説明した。次に，図３〜図６を用いて本発明の第１の実施形態にかかる撮像方法について説明する。

図３は，本発明の第１の実施形態にかかる撮像方法について説明する流れ図である。最初に，撮影者はシャッタボタン１３３を半押し状態にする（以下，シャッタボタン１３３の半押し状態のことを「Ｓ１状態」とも称する）。シャッタボタン１３３をＳ１状態にすることで，ＣＰＵ１２８からモータドライバ１４２ｃを駆動させる信号を与え，モータドライバ１４２ｃがフォーカスレンズ１０６を駆動させることで，被写体に焦点を合わせる。

フォーカスレンズ１０６を遠距離から近距離に移動させながら露光を行うことで，被写体の合焦位置を検出する。本実施形態では，複数の異なる露光時間の組を１つのサイクルとして，そのサイクルを繰り返すことで，焦点検出領域が複数存在した場合の適切な合焦位置を取得することを特徴とする。

フォーカスレンズ１０６の駆動が始まると，電子シャッタを用いてＣＣＤ素子１０８を動作させて，第１の露光時間での露光制御を行う（ステップＳ１１０）。第１の露光時間が経過するとＣＣＤ素子１０８の動作を止め，ＣＣＤ素子１０８に入射された被写体の映像光から画像データを取り出す（ステップＳ１１２）。そして，取り出した画像データの各焦点検出領域でのＡＦ評価値を画像信号処理部１１６で算出する（ステップＳ１１４）。

ＡＦ評価値の算出は，隣接する画素間のデータの差を積み上げることで行う。ＡＦ評価値の計算にはＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタやＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを用いる。被写体に合焦している合焦状態の時に，画像データにおける画素間のデータの差が一番大きくなる。

第１の露光時間で露光を行って生成された画像データのＡＦ評価値を算出すると，続いて，電子シャッタを用いてＣＣＤ素子１０８を動作させて，第１の露光時間より長時間の第２の露光時間での露光制御を行う（ステップＳ１１６）。第２の露光時間が経過するとＣＣＤ素子１０８の動作を止め，ＣＣＤ素子１０８に入射された被写体の映像光から画像データを取り出す（ステップＳ１１８）。そして，取り出した画像データの各焦点検出領域でのＡＦ評価値を画像信号処理部１１６で算出する（ステップＳ１２０）。

第２の露光時間で露光を行って生成された画像データのＡＦ評価値を算出すると，続いて，電子シャッタを用いてＣＣＤ素子１０８を動作させて，第２の露光時間より長時間の第３の露光時間での露光制御を行う（ステップＳ１２２）。第３の露光時間が経過するとＣＣＤ素子１０８の動作を止め，ＣＣＤ素子１０８に入射された被写体の映像光から画像データを取り出す（ステップＳ１２４）。そして，取り出した画像データの各焦点検出領域でのＡＦ評価値を画像信号処理部１１６で算出する（ステップＳ１２６）。

なお，本実施形態においては，第２の露光時間は第１の露光時間の倍の時間に設定し，第３の露光時間は第１の露光時間の３倍の時間に設定しているが，本発明はこれに限られない。例えば，第２の露光時間を第１の露光時間の３倍に，第３の露光時間を第１の露光時間の５倍に設定して，各焦点検出領域でのＡＦ評価値を算出してもよい。また，本実施形態においては短い露光時間から長い露光時間の露光処理を周期的に反復して行っているが，本発明はこれに限られず，長い露光時間から短い露光時間の露光処理を周期的に反復して行ってもよい。

第３の露光時間での露光が終わると，フォーカスレンズ１０６が最終駆動位置かどうかを判断する（ステップＳ１２８）。フォーカスレンズ１０６が最終駆動位置で無い場合には，上記ステップＳ１１０に戻って，再度第１の露光時間での露光を行う。一方，フォーカスレンズ１０６が最終駆動位置であった場合には，各焦点検出領域での適切な露光時間を選択する（ステップＳ１３０）。

図５は，本発明の第１の実施形態にかかるフォーカス位置と露光時間の制御について説明する説明図である。シャッタボタン１３３をＳ１状態にしてフォーカスレンズ１０６の駆動が始まると，最初にフォーカスレンズ１０６のフォーカス位置が「１００」の所で第１の露光時間での露光を行う。次に，フォーカスレンズ１０６を駆動してフォーカス位置が「１１０」に達すると，第２の露光時間での露光を行う。次に，フォーカスレンズ１０６を駆動してフォーカス位置が「１２０」に達すると，第３の露光時間での露光を行う。

このように，フォーカス位置を移動させながら第１の露光時間，第２の露光時間および第３の露光時間での露光を，フォーカスレンズ１０６が最終駆動位置に達するまで繰り返す。

次に，露光時間決定部１５６で各焦点検出領域での最適な露光時間を選択する（ステップＳ１３２）。フォーカスレンズ１０６の位置と，その位置における露光の結果得られた画像データのＡＦ評価値とから，いわゆる山登り法によってＡＦ評価値のピークを探索して，各焦点検出領域での最適な露光時間を選択する。フォーカスレンズ１０６の位置とＡＦ評価値との関係をグラフ化し，最も傾きが大きいものの露光時間を，その焦点検出領域での適切な露光時間とする。

図６は，本発明の第１の実施形態にかかるフォーカス位置とＡＦ評価値との関係を示す説明図であり，３種類の露光時間と，その露光時間で露光を行った際の各焦点検出領域におけるＡＦ評価値との関係を表したものである。

例えば，四角の点で示されたグラフは，図４に示す画像１６０の内，左側の焦点検出領域１６２ａにおけるＡＦ評価値を示したものである。それぞれのＡＦ評価値を結んだ曲線のピークに向かう傾きが一番大きいのは，太線の第３の露光時間におけるＡＦ評価値であり，ピーク時のフォーカスレンズ１０６のフォーカス位置はおよそ「４９５」である。

同様に，丸の点で示されたグラフは，図４に示す画像１６０の内，中央の焦点検出領域１６２ｂにおけるＡＦ評価値を示したものである。それぞれのＡＦ評価値を結んだ曲線のピークに向かう傾きが一番大きいのは，第２の露光時間におけるＡＦ評価値であり，ピーク時のフォーカスレンズ１０６のフォーカス位置はおよそ「５００」である。

同様に，三角の点で示されたグラフは，図４に示す画像１６０の内，右側の焦点検出領域１６２ｃにおけるＡＦ評価値を示したものである。それぞれのＡＦ評価値を結んだ曲線のピークに向かう傾きが一番大きいのは，第２の露光時間におけるＡＦ評価値であり，ピーク時のフォーカスレンズ１０６のフォーカス位置はおよそ「３３５」である。

このように，各焦点検出領域で合焦状態の検出を行うのに最適な露光時間のデータ群からフォーカス位置を取得することで，ＣＣＤ素子１０８のダイナミックレンジを超える複数の被写体を撮影しようとする場合でも，適切な合焦検出が可能となる。

このように取得した適切な露光時間でのフォーカス位置とＡＦ評価値の関係のグラフにおけるピーク時のフォーカス位置が，各焦点検出領域での合焦位置となる。実際に撮影する際には，この中の１つの焦点検出領域に焦点を合わせて撮影を行う。そのために，合焦位置検出部１５８で複数の合焦位置の中から１つを選択し（ステップＳ１３２），選択した合焦位置にフォーカスレンズ１０６を移動させる（ステップＳ１３４）。

本実施形態においては，主要被写体は撮影者から一番近い位置にあると想定すると，最終的な合焦位置は，数値の一番大きい「５００」となり，中央の焦点検出領域１６２ｂに含まれる被写体に焦点を合わせるために，フォーカスレンズ１０６のフォーカス位置を「５００」に対応する位置に移動する。なお，本発明においては，主要被写体の位置は撮影者から一番近い位置ではない位置にあると想定して，合焦位置を設定してもよい。

フォーカスレンズ１０６の位置が決定したので，操作者はその後シャッタボタン１３３をＳ２状態にして，撮像動作を行う。撮像動作によって撮影した画像は，明るい被写体と暗い被写体が混在した場合でも，適切に主要被写体に合焦した画像となる。

第１の露光時間，第２の露光時間および第３の露光時間は，適正ＡＥレベル算出部１５２で算出した露光時間から設定してもよい。なお，本実施形態においては３つの露光時間の組を用いているが，本発明はこれに限られず，２つであっても，４つ以上であってもよい。

また，被写体が点光源のような非常に明るいものである場合，画像データが飽和してしまう可能性が高く，ＡＦ評価値を正しく得ることが出来なくなるおそれがある。これを防ぐために，最も長時間の露光時間は，最も明るいハイライト部を基準にして画像データが飽和しないような露光時間に設定してもよい。

以上説明したように，本発明の第１の実施形態によれば，フォーカスレンズを移動させながら複数の異なる露光時間での露光を繰り返して，その露光によって得られる画像データのＡＦ評価値を算出することで，明るい被写体と暗い被写体が混在した状況であっても，適切に主要被写体に合焦した画像を撮影することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では，フォーカスレンズを移動させながら複数の異なる露光時間での露光を繰り返してＡＦ評価値を算出していた。第２の実施形態では，フォーカスレンズを移動させながら所定の露光時間の露光を繰り返し，露光によって生成された画像データを複数の合成パターンで合成して，その合成した画像データを用いてＡＦ評価値を算出する。

第２の実施形態にかかる撮像装置およびＣＰＵの構成は，第１の実施形態にかかる撮像装置１００およびＣＰＵ１２８と同一であるので，ここでは詳細な説明は割愛する。以下，図７を用いて本発明の第２の実施形態にかかる撮像方法について説明する。

フォーカスレンズ１０６の駆動が始まると，電子シャッタを用いてＣＣＤ素子１０８を動作させて，所定の露光時間での露光制御を行う（ステップＳ２１０）。所定の露光時間が経過するとＣＣＤ素子１０８の動作を止め，ＣＣＤ素子１０８に入射された被写体の映像光から画像データを取り出す（ステップＳ２１２）。

所定の露光時間での露光を行って生成された画像データの取り出しが終わると，フォーカスレンズ１０６が最終駆動位置かどうかを判断する（ステップＳ２１４）。フォーカスレンズ１０６が最終駆動位置で無い場合には，上記ステップＳ２１０に戻って，再度所定の露光時間での露光を行う。一方，フォーカスレンズ１０６が最終駆動位置であった場合には，所定の露光時間での露光を行って生成された画像データを，画像合成部１１８において複数の合成パターンで合成する（ステップＳ２１６）。画像合成部１１８で複数の合成パターンで合成することで，複数の異なる時間間隔を有する露光時間を仮想的に生成することができる。

図８は，本発明の第２の実施形態にかかるフォーカス位置と露光時間の制御について説明する説明図である。シャッタボタン１３３をＳ１状態にしてフォーカスレンズ１０６の駆動が始まると，最初にフォーカスレンズ１０６のフォーカス位置が「１００」のところで所定の露光時間での露光を行う。次に，フォーカスレンズ１０６を駆動してフォーカス位置が「１１０」に達すると，所定の露光時間での露光を行う。次に，フォーカスレンズ１０６を駆動してフォーカス位置が「１２０」に達すると，所定の露光時間での露光を行う。

このように，フォーカス位置を駆動させながら所定の露光時間での露光を，フォーカスレンズ１０６が最終駆動位置に達するまで繰り返す。

フォーカスレンズ１０６が最終駆動位置に達すると，画像合成部１１８で画像データの合成を行う。本実施形態では，３つの画像データを一組にして，１つ目の画像データと２つ目の画像データを合成して一つの画像データを作成し，３つの画像データを全て合成して別の画像データを作成する。

なお，第２の実施形態では，１つ目の画像データと２つ目の画像データを合成して作成された画像データが，第１の実施形態における第２の露光時間によって生成された画像データと等価であるものとし，また３つの画像データを全て合成して作成された画像データが，第１の実施形態における第３の露光時間によって生成された画像データと等価であるものとする。

画像データの合成が終わると，作成されたそれぞれの画像データに対してＡＦ評価値を算出する（ステップＳ２１８）。本実施形態においては，１つ目の画像データ，１つ目の画像データと２つ目の画像データを合成して作成された画像データ，３つの画像データを全て合成して作成された画像データについて，それぞれＡＦ評価値を算出する。

本実施形態においても，第１の実施形態同様に，各被写体領域での適切な露光時間を検出するには，露光時間決定部１５６において，フォーカスレンズ１０６の位置と，その位置における露光の結果得られた画像データのＡＦ評価値とからＡＦ評価値のピークを探索して，各焦点検出領域での最適な露光時間を選択する（ステップＳ２２０）。フォーカスレンズ１０６の位置とＡＦ評価値との関係をグラフ化し，傾きが大きいものの露光時間を，その被写体領域での適切な露光時間とする。

このように取得した適切な露光時間でのフォーカス位置とＡＦ評価値の関係のグラフにおけるピーク時のフォーカス位置が，各焦点検出領域での合焦位置となる。実際に撮影する際には，この中の１つの焦点検出領域に焦点を合わせて撮影を行う。
そのために，合焦位置検出部１５８で複数の合焦位置の中から１つを選択し（ステップＳ２２２），選択した合焦位置にフォーカスレンズ１０６を移動させる（ステップＳ２２４）。

フォーカスレンズ１０６の位置が決定したので，操作者はその後シャッタボタン１３３をＳ２状態にして，撮像動作を行う。撮像動作によって撮影した画像は，明るい被写体と暗い被写体が混在した場合でも，適切に主要被写体に焦点の合った画像となる。

なお，第２の実施形態では，３つの画像データを一組としていたが，一組の画像データの数や画像データの合成パターンはこれに限られない。例えば４つの画像データを一組として，この４つの画像データから１つ目の画像データ，１つ目の画像データと２つ目の画像データを合成して作成された画像データ，４つの画像データを全て合成して作成された画像データについて，それぞれＡＦ評価値を算出してもよく，１つ目の画像データと２つ目の画像データを合成して作成された画像データ，１つ目〜３つ目の画像データを合成して作成された画像データ，４つの画像データを全て合成して作成された画像データについて，それぞれＡＦ評価値を算出してもよい。

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説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，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，そ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。

例えば，上記実施形態における撮像装置１００の構成要素の一部は，撮像装置１００の内部に記憶されたコンピュータプログラムであってもよく，各部の機能を実行するマイクロプロセッサ等のハードウェアであってもよい。

本発明は，撮像装置および撮像方法に適用可能である。

第１の実施形態にかかる撮像装置について説明する説明図である。 第１の実施形態にかかるＣＰＵの構成について説明する説明図である。 第１の実施形態にかかる撮像方法について説明する流れ図である。 画像の一例を示す説明図である。 第１の実施形態にかかるフォーカス位置と露光時間の制御について説明する説明図である。 の第１の実施形態にかかるフォーカス位置とＡＦ評価値との関係を示す説明図である。 第２の実施形態にかかる撮像方法について説明する流れ図である。 第２の実施形態にかかるフォーカス位置と露光時間の制御について説明する説明図である。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０２ ズームレンズ
１０２ａ，１０４ａ，１０６ａ 駆動装置
１０４ 絞り
１０６ フォーカスレンズ
１０８ ＣＣＤ素子
１１０ ＣＤＳ回路
１１２ Ａ／Ｄ変換器
１１４ 画像入力コントローラ
１１６ 画像信号処理部
１１８ 画像合成部
１２０ 圧縮処理部
１２２ ＬＣＤドライバ
１２４ ＬＣＤ
１２６ タイミングジェネレータ
１２８ ＣＰＵ
１３２ 操作部
１３３ シャッタボタン
１３４ メモリ
１３６ ＶＲＡＭ
１３８ メディアコントローラ
１４０ 記録メディア
１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ モータドライバ
１５２ 適正ＡＥレベル算出部
１５４ 露光制御部
１５６ 露光時間決定部
１５８ 合焦位置検出部
１６０ 画像
１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ 焦点検出領域

Claims (7)

1. 複数の焦点検出領域の中から最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出して被写体の撮像を行う撮像装置であって：
   複数の異なる時間間隔を有する露光時間で周期的に露光処理を反復する露光部と；
   前記各焦点検出領域において，前記各露光時間で露光して得られる前記露光時間に対応する画像データの露光データを取得する露光データ取得部と；
   前記露光データに基づいて，前記焦点検出領域ごとに最適な露光時間を決定する露光時間決定部と；
   前記焦点検出領域ごとに検出された最適な露光時間による露光データを比較して，最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出する合焦位置検出部と；
   を含むことを特徴とする，撮像装置。
2. 同一の時間間隔を有する露光時間で露光した露光データを組み合わせることにより，前記複数の異なる時間間隔を有する露光時間で露光した露光データと等価の露光データを生成する画像合成部をさらに含むことを特徴とする，請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記露光時間決定部は，前記各焦点検出領域における前記画像データの合焦評価値に基づいて，最適な合焦状態を得られる露光時間を前記最適な露光時間として決定することを特徴とする，請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記複数の異なる時間間隔を有する露光時間に，前記焦点検出領域内の明るい部分を基準として，最高の輝度を有する前記画像データが飽和しないような露光時間を含めることを特徴とする，請求項１〜３に記載の撮像装置。
5. 複数の焦点検出領域の中から最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出して被写体の撮像を行う撮像方法であって：
   複数の異なる時間間隔を有する露光時間で周期的に露光処理を反復する露光ステップと；
   前記各焦点検出領域において，前記各露光時間で露光して得られる前記露光時間に対応する画像データの露光データを取得する露光データ取得ステップと；
   前記露光データに基づいて，前記焦点検出領域ごとに最適な露光時間を検出する最適露光時間検出ステップと；
   前記焦点検出領域ごとに検出された最適な露光時間による露光データを比較して，最適な合焦状態を得られる焦点検出領域を検出する合焦位置検出ステップと；
   を含むことを特徴とする，撮像方法。
6. 同一の時間間隔を有する露光時間で露光した露光データを組み合わせることにより，前記複数の異なる時間間隔を有する露光時間で露光した露光データと等価の露光データを生成する画像合成ステップをさらに含むことを特徴とする，請求項４に記載の撮像方法。
7. 前記露光時間決定ステップは，前記各焦点検出領域における前記画像データの合焦評価値に基づいて，最適な合焦状態を得られる露光時間を前記最適な露光時間として決定することを特徴とする，請求項５または６に記載の撮像方法。

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