JP4928104B2

JP4928104B2 - 撮像装置及びその制御方法

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Publication number: JP4928104B2
Application number: JP2005256656A
Authority: JP
Inventors: 一樹小西
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: JP2007071988A

Description

本発明は、結像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子により得られる信号を使用して、焦点調節を行う撮像置及びその制御方法に関するものである。

従来より、フォーカスレンズを駆動させながら、撮像素子から得られた信号を用いて焦点の合うフォーカスレンズ位置を取得する焦点調節技術が知られている。そして、この焦点調節の処理中にも、表示装置（モニター）で被写体像を確認できる撮像装置が提案されている。例えば、撮像素子としてＣＭＯＳセンサーを用いて、焦点調節用の信号の読み出しと、モニター用の信号の読み出しを切り換えることに関する技術が提案されている。これにより、モニター用の画像の画質を向上すると共に、焦点調節の精度を向上するができる。（特許文献１）。
特開２００２−２４７４４３号公報

しかしながら特許文献１では、焦点調節処理の高速化と高精度化を両立することが難しい。例えば、焦点調節処理の高速化を実現しようとした場合、以下の問題が生じる。

まず前提として、焦点調節処理を高速化するためには、フォーカスレンズを連続駆動しながら撮像素子から信号を出力することが望ましい。そこで、特許文献１の読み出し方式において、フォーカスレンズを連続駆動しながら撮像素子から信号を出力する場合を例にとって以下に説明する。

特許文献１の読み出し方式の場合に、フォーカスレンズを連続駆動すると、ＡＦモードにおいて焦点調節のための信号を３回読み出した後、モニターモードに切換わる。このモニターモードにおいて、モニター表示用の信号を読み出している期間中は焦点調節のための信号は出力されない。その後、再びＡＦモードに切換わり、焦点調節のための信号を３回読み出す。そして、モニターモードに切換わる。この動作が繰り返し行われる。よって、ばらばらな間隔（等間隔でない間隔）のフォーカスレンズ位置におけるＣＭＯＳセンサーからの出力信号から合焦状態（焦点調節信号）を得ることになる。そして、一番ピントの合う合焦位置にフォーカスレンズが駆動されるが、このフォーカスレンズ位置は補間演算により求められる。

つまり、焦点の合うフォーカスレンズ位置は、ばらばらな間隔のフォーカスレンズ位置における合焦状態を取得し、さらに合焦状態が最大となるフォーカスレンズ位置を補間演算により求めることにより、得られる。そのため、焦点の合うフォーカスレンズ位置を求める際の補間演算において、誤差が発生してしまい、精度が悪くなってしまうことがある。

図６（ａ）に、特許文献１におけるモニターモードとＡＦモードの駆動タイミングを示す。特許文献１では、モニターモード時もＡＦモード時も全画面に相当する部分を読み出す。画素を間引いているため、信号を１／１２０秒で読み出すことができる。４回に１度モニターモードにし、モニターに表示するための信号を読み出しているので、モニターの更新は１／３０秒となる。また、４回に３度ＡＦモードに切り換え、信号の読み出しを行うので、１／９０秒ごとに実行されることになる。そのため、焦点調節処理の高速化のためにフォーカスレンズを連続駆動した場合には、ばらつきのあるフォーカスレンズの位置における合焦状態を取得することになる。よって、間があいた位置に、合焦状態が最大となるフォーカスレンズ位置が存在した場合には、間があいていない位置に存在した場合に比べて、合焦位置の演算において発生する誤差が大きくなる。よって、ＡＦ用の信号の取得は１／９０秒ごとにできるが、精度を保つためにその間隔を細かくする必要がある。このため、フォーカスレンズの駆動速度は等間隔の場合に比べて遅くせざる負えない。間があいた場合の間隔を、あかない場合と同じにするためには、駆動速度を半分にする必要がある。このとき、合焦状態を取得するための時間は約２倍になる。よって、ＡＦ時間全体も長くなってしまう。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、精度を保ちながら高速な焦点調節を実現することを目的とする。

上記の問題を解決するために、本発明の技術的特徴としては、結像光学系を透過した被写体像を光電変換し部分的に信号を読み出すことのできるＣＭＯＳと、前記ＣＭＯＳの一部の領域から読み出された信号から求められたＡＦ評価値としての高周波成分または近接画素の輝度差の積分値に基づいて焦点調節を行う焦点調節手段と、前記ＣＭＯＳの複数の分割領域から分割領域ごとに読み出された信号から１フレームの映像信号を取得する映像信号取得手段と、前記焦点調節手段によるＡＦ評価値を求めるための前記ＣＭＯＳの一部領域からの信号の読み出しと前記映像信号取得手段による分割された映像信号を取得するための前記ＣＭＯＳからの分割領域ごとの信号の読み出しとを１フレームの映像信号を取得する中で切り換えて読み出すよう制御することによって、前記焦点調節手段によるＡＦ評価値をもとめるための前記ＣＭＯＳの一部領域からの信号の読み出し間隔およびそれぞれの読み出し時間を一定にする制御手段を有することを特徴とする。
また、別の一側面としての技術的特徴は、結像光学系を透過した被写体像を光電変換し部分的に信号を読み出すことのできるＣＭＯＳを有する撮像装置の制御方法であって、前記ＣＭＯＳの一部の領域から読み出された信号から求められたＡＦ評価値としての高周波成分または近接画素の輝度差の積分値に基づいて焦点調節を行う焦点調節ステップと、前記ＣＭＯＳの複数の分割領域から分割領域ごとに読み出された信号から１フレームの映像信号を取得する映像信号取得ステップとを有し、前記焦点調節手段によるＡＦ評価値を求めるための前記ＣＭＯＳの一部領域からの信号の読み出しと前記映像信号取得手段による分割された映像信号を取得するための前記ＣＭＯＳからの分割領域ごとの信号の読み出しとを１フレームの映像信号を取得する中で切り換えて読み出すよう制御することによって、前記焦点調節手段によるＡＦ評価値をもとめるための前記ＣＭＯＳの一部領域からの信号の読み出し間隔およびそれぞれの読み出し時間を一定にすることを特徴とする。

本発明によれば、焦点調節処理の高速化と高精度化を両立することができる。

以下、必要に応じて図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。

（装置の構成要素）
図１に本発明の実施例のブロック図を示す。１は撮像装置である。また、２はズームレンズ群である。３はフォーカスレンズ群である。４はズームレンズ群２、フォーカスレンズ群３等の結像光学系を透過する光束の量を制御する光量調節手段であり露出手段でもある絞りである。３１はズームレンズ群２、フォーカスレンズ群３、及び絞り４等からなる撮影レンズ鏡筒である。５は結像光学系を透過した被写体像が結像し、これを光電変換する複数の画素部を備え、部分的に信号を読み出すことのできる撮像素子（例えば、ＣＭＯＳなど。以下、撮像素子をＣＭＯＳともいう。）である。６はこのＣＭＯＳ５によって光電変換された電気信号を受けて各種の画像処理を施すことにより所定の信号を生成する撮像回路である。７はこの撮像回路６により生成されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路である。８はこのＡ／Ｄ変換回路７の出力を受けてこの信号（映像信号）を一時的に記憶するバッファメモリ等のメモリ（ＶＲＡＭ）である。９はこのＶＲＡＭ８に記憶された映像信号を読み出してこれをアナログ信号に変換するとともに再生出力に適する形態の映像信号に変換するＤ／Ａ変換回路である。１０はこの映像信号を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）等の画像表示装置（以下ＬＣＤ又はモニターともいう。）である。１２は半導体メモリ等からなる映像信号を記憶する記憶用メモリである。１１は映像信号の圧縮処理や符号化処理を施す圧縮回路、及び復号化処理や伸長処理等を施す伸長回路とからなる圧縮伸長回路である。この圧縮回路は、ＶＲＡＭ８に一時記憶された映像信号を読み出して、記憶用メモリ１２に対する記憶に適した形態にする。また、伸長回路は、記憶用メモリ１２に記憶された映像信号を再生表示等をするのに最適な形態とする。１３はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて自動露出（ＡＥ）処理を行うＡＥ処理回路である。１４はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて自動焦点調節（ＡＦ）処理を行うＡＦ処理回路である。１４では後述するＡＦ評価値生成等を行う。なお、１フィールドまたは１フレームごとに得られた信号から高周波成分または近接画素の輝度差の積分値を求め、これを合焦度合いを示すＡＦ評価値とする。合焦状態にあるときは被写体のエッジ部分がはっきりしているためＡＦ評価値が大きくなり、非合焦状態のときはＡＦ評価値が小さくなる。ＡＦ動作実行時は、レンズを移動させながらこのＡＦ評価値を順次取得していき、ＡＦ評価値が最も大きくなったところを合焦点として、レンズを駆動制御する。１５は撮像装置の制御を行う演算用のメモリを内蔵したＣＰＵである。１６は所定のタイミング信号を発生するタイミングジェネレータ（以下ＴＧという。）である。１７はＣＭＯＳドライバーである。２１は絞り４を駆動する絞り駆動モータである。１８は絞り駆動モータ２１を駆動制御する第一モータ駆動回路である。２２はフォーカスレンズ群３を駆動するフォーカス駆動モータである。１９はフォーカス駆動モータ２２を駆動制御する第ニモーター駆動回路である。２３はズームスレンズ群２を駆動するズーム駆動モータである。２０はズーム駆動モータ２３を駆動制御する第三モータ駆動回路である。２４は各種のスイッチ群からなる操作スイッチである。２５は各種制御等を行うプログラムや各種動作を行わせるために使用する信号等が予め記憶されている読み出し専用メモリであるＥＥＰＲＯＭである。２６は電池である。２８はストロボ発光部、２７はストロボ発光部２８の閃光発光を制御するスイッチング回路である。２９は警告表示などを行うＬＥＤなどの表示素子である。３０は音声によるガイダンスや警告などを行うためのスピーカーである。

なお、映像信号等の記憶媒体である記憶用メモリは、フラッシュメモリ等の固定型の半導体メモリや、カード形状やスティック形状のもの等がある。そして、装置に対して着脱自在に形成されるカード型フラッシュメモリ等の半導体メモリの他、ハードディスクやフロッピィ−ディスク等の磁気記憶媒体等、様々な形態のものが適用される。

また、操作スイッチ２４としては、本撮像装置１を起動させ電源供給を行うための主電源スイッチがある。また、撮影動作（記憶動作）等を開始させるレリーズスイッチ、再生動作を開始させる再生スイッチ、結像光学系のズームレンズ群２を移動させズームを行わせるズームスイッチ等が考えられる。

そしてレリーズスイッチは、第一ストローク（以下ＳＷ１）と第ニストローク（以下ＳＷ２）との二段スイッチにより構成される。ここで、ＳＷ１は、撮影動作に先立ち行われるＡＦ処理などを開始させる指示信号を発生する。またＳＷ２は、映像信号を記録するための露光動作を開始させる指示信号を発生する。

（装置全体の動作）
このように構成された装置における動作を以下に説明する。

まず、撮像装置１の撮影レンズ鏡筒３１を透過した被写体光束は絞り部４によってその光量が調整された後、ＣＭＯＳ５の受光面に結像される。この被写体像は、ＣＭＯＳ５による光電変換処理により電気的な信号に変換され、撮像回路６に出力される。撮像回路６では、入力した信号に対して各種の信号処理が施され、所定の信号が生成される。この信号はＡ／Ｄ変換回路７に出力されデジタル信号に変換された後、ＶＲＡＭ８に一時的に格納される。

ＶＲＡＭ８に格納された信号は一画面分の映像信号になった後、Ｄ／Ａ変換回路９へ出力されアナログ信号に変換され表示するのに適した形態の映像信号に変換された後、ＬＣＤに画像として表示される。一方ＶＲＡＭ８に格納された映像信号は圧縮伸長回路１１にも出力される。この圧縮伸長回路１１における圧縮回路によって圧縮処理が行われた後、記憶に適した形態の映像信号に変換され、記憶用メモリ１２に記憶される。

また、例えば操作スイッチ２４のうち不図示の再生スイッチが操作されオン状態になると、再生動作が開始される。すると記憶用メモリ１２に圧縮された形で記憶された映像信号は圧縮伸長回路１１に出力され、伸長回路において復号化処理や伸長処理等が施された後、ＶＲＡＭ８に出力され一時的に記憶される。更に、この映像信号はＤ／Ａ変換回路９へ出力されアナログ信号に変換され表示するのに適した形態の映像信号に変換された後、ＬＣＤ１０に画像として表示される。

他方、Ａ／Ｄ変換回路７によってデジタル化された信号は、上述のＶＲＡＭ８とは別にＡＥ処理回路１３及びＡＦ処理回路１４に対して出力される。まずＡＥ処理回路１３においては、入力されたデジタル信号を受けて、一画面分の信号の輝度値に対して累積加算等の演算処理が行われる。これにより、被写体の明るさに応じたＡＥ評価値が算出される。このＡＥ評価値はＣＰＵ１５に出力される。

またＡＦ処理回路１４においては、入力されたデジタル信号を受けて一画面の信号の高周波成分がハイパスフィルター（ＨＰＦ）等を介して抽出され、更に累積加算等の演算処理が行われる。これにより、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値が算出される。このようにＡＦ処理回路１４は、ＡＦ処理を行う過程において、ＣＭＯＳ５によって生成された信号から所定の高周波成分を検出する高周波成分検出手段の役割を担っている。

一方、ＴＧ１６からは所定のタイミング信号がＣＰＵ１５、撮像回路６、ＣＭＯＳドライバー１７へ出力されており、ＣＰＵ１５はこのタイミング信号に同期させて各種の制御を行う。また撮像回路６は、ＴＧ１６からのタイミング信号を受け、これに同期させて各種画像処理を行う。さらにＣＭＯＳドライバー１７は、ＴＧ１６のタイミング信号を受けこれに同期してＣＭＯＳ５を駆動する。

またＣＰＵ１５は、第一モータ駆動回路１８、第ニモータ駆動回路１９、第三モータ駆動回路２０をそれぞれ制御する。この制御により、絞り駆動モータ２１、フォーカス駆動モータ２２、ズーム駆動モータ２３を介して、絞り４、フォーカスレンズ群３、ズームスレンズ群２を駆動制御する。すなわちＣＰＵ１５はＡＥ処理回路１３において算出されたＡＥ評価値等に基づき第一モータ駆動回路１８を制御して絞り駆動モータ２１を駆動し、絞り４の絞り量を適正になるように調整するＡＥ制御を行う。またＣＰＵ１５はＡＦ処理回路１４において算出されるＡＦ評価値に基づき第ニモータ駆動回路１９を制御してフォーカス駆動モータ２２を駆動し、フォーカスレンズ群３を合焦位置に移動させるＡＦ制御を行う。また操作スイッチ２４のうち不図示のズームスイッチが操作された場合は、これを受けてＣＰＵ１５は、第三モータ駆動回路２０を制御してズームモータ２３を駆動制御することによりズームレンズ群２を移動させ、結像光学系の変倍動作（ズーム動作）を行う。

なお、ＡＦ処理回路１４では入力された信号を受けて一画面分の信号の高周波成分が抽出される構成としたが、図４のＡＦ領域のように一画面分の領域の一部を取り出して、この一部分の映像信号のみ高周波成分が抽出される構成としてもよい。

（撮影処理のフロー）
次に、本撮像装置の実際の撮影動作を図２に示すフローチャートを用いて説明する。本撮像装置１の主電源スイッチがオン状態であり、かつ撮像装置の動作モードが撮影（録画）モードにあるとき、撮影処理シーケンスが実行される。

まずステップＳ２０１においてＣＰＵ１５は、撮影レンズ鏡筒３１を通過しＣＭＯＳ５上に結像した像をＬＣＤに画像として表示させる。すなわちＣＭＯＳ５上に結像した被写体像は、ＣＭＯＳ５による光電変換がなされ、電気的な信号に変換された後、撮像回路６に出力される。そこで入力された信号に対して各種の信号処理が施され、所定の信号が生成される。その後、Ａ／Ｄ変換回路７に出力されデジタル信号に変換され、ＶＲＡＭ８に一時的に格納される。ＶＲＡＭ８に格納された一画面分の信号（映像信号）はＤ／Ａ変換回路９へ出力されアナログ信号に変換され、表示するのに適した形態の映像信号に変換された後、ＬＣＤに画像として表示される。

次いでステップＳ２０２において、レリーズスイッチの状態を確認する。撮影者によってレリーズスイッチが操作され、ＳＷ１がオン状態になったことをＣＰＵ１５が確認すると、次のステップＳ２０３に進み、前述のＡＥ処理が実行される。続いて、後で詳述するステップＳ２０４においてＡＦ処理及び表示更新処理が行われる。

すなわちＣＰＵ１５は、ステップＳ２０４で合焦位置を検出するためのＡＦ処理を行う。ＡＦはＣＭＯＳ５によって生成された信号から出力される高周波成分が最も多くなるフォーカスレンズ群３の位置を求めることにより行われる。なお、このＡＦ処理の間に、ＬＣＤ画像が途切れ途切れになることを防止するために、表示画面の更新が随時行われる。

ＡＦの結果、その信頼性が十分であれば、ステップＳ２０５においてＡＦＯＫ表示を行う。これは表示素子２９を点灯することなどにより行うと同時に、ＬＣＤ上に緑の枠を表示するなどの処理を行う。

またその信頼性が低い場合には、ステップＳ５においてＡＦＮＧ表示を行う。これは表示素子２９を点滅表示することなどにより行うと同時に、ＬＣＤ上に黄色の枠を表示するなどの処理を行う。

ＣＰＵ１５はステップＳ２０６のおいて、ＳＷ２（レリーズスイッチの第ニストローク）の確認を行い、ＳＷ２がオンになっていたならば、ステップＳ２０７に進み、実際の露光処理を実行する。そして、画像処理、Ａ/Ｄ変換等を行い、ＬＣＤへの画像表示や記憶用メモリへの画像の記憶を行う。

（ＡＦ処理と表示画面の更新処理の詳細）
ここで、ステップＳ２０４で行われるＡＦ処理及び表示画面の更新処理の詳細に関して説明する。図３に動作手順を示す。なお本実施例においては、フォーカスレンズ群３を所定位置に駆動しながらＡＦ評価値を取得するが、複数のＡＦ評価値を取得する際の各々のフォーカスレンズ群３の位置の間隔のことを、単に間隔と言うものとする。

ＳＷ１がオンされＡＦ処理が開始され前述のＡＥ処理が実行されたならば、ステップＳ３０１において、まず駆動の開始位置（例えば無限遠相当位置又は至近相当位置）へフォーカスレンズ群３を駆動する。

ステップＳ３０２では、ＡＦ評価値を取得するためのフォーカスレンズ群３の駆動を開始する。まずフォーカスレンズ群３の駆動速度を信号の読み出し時間や深度などから求め、その結果に従いフォーカスレンズ群３を終了位置（例えば至近相当位置又は無限遠相当位置）方向へ駆動する。フォーカスレンズ群３は開始位置から終了位置まで連続して駆動させる。

ついでステップＳ３０３でモニター表示用の信号を読み出す領域を初期化する。モニター表示用の信号は図４に示すように上下に５分割して読み出す。ここでは一番上のエリアを読み出す設定になるようにモニター用読み出し領域を管理する変数Ｎ_ａｒｅａを１に初期化する。

次にステップＳ３０４に進みＡＦ評価値を取得する。ＣＭＯＳ５の蓄積終了後にＣＭＯＳ５から図４に示すＡＦ領域の信号のみを読み出し、その信号を撮像回路６に入力する。撮像回路６では入力した信号に対して各種の信号処理が施され、所定の信号が生成される。この信号はＡ／Ｄ変換回路７に出力されデジタル信号に変換された後、ＡＦ処理回路１４に対して出力される。ＡＦ処理回路１４においては、入力されたデジタル信号を受けてＡＦ領域画面分の信号の高周波成分がハイパスフィルター（ＨＰＦ）等を介して抽出され、更に累積加算等の演算処理が行われる。これにより、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値が算出される。このように、ＡＦ処理回路１４にて、ＣＭＯＳ５によって生成された信号の所定の高周波成分を抽出し、ＡＦ評価値を得る。

また本実施例ではＡＦ高速化のため、フォーカスレンズ群３は開始位置から終了位置まで連続して駆動し途中で停止させることはしない。そのためＡＦ評価値取得位置はこの移動を考慮して露光時間の中心におけるフォーカスレンズ群３の位置とする。具体的には、ＡＦ評価値取得位置Ｐｏｓは、フォーカスレンズ群３の駆動速度Ｖｄｒｉｖｅ、ＣＭＯＳ５の蓄積時間Ｔｓｔｏｒｅ、蓄積終了時のフォーカスレンズ群３の位置Ｐｏｓ（ｅｎｄ）から式（１）を用いて求める。
Ｐｏｓ＝Ｐｏｓ（ｅｎｄ）−Ｖｄｒｉｖｅ×Ｔｓｔｏｒｅ／２・・・式（１）
ステップＳ３０５ではモニター表示用の信号を取得する。モニター表示用の信号を読み出す領域は１番上の領域に設定されている。（モニター用読み出し領域を管理する変数Ｎ_ａｒｅａの値が１である。）よって、ここでは図４に示す領域１の信号をＣＭＯＳ５の蓄積終了後にＣＭＯＳ５から読み出し、その信号を撮像回路６に入力する。撮像回路６では入力した信号に対して各種の信号処理が施され、所定の信号が生成される。この信号はＡ／Ｄ変換回路７に出力されデジタル信号に変換された後、ＶＲＡＭ８の所定の領域（画像の一番上に相当する領域）に一時的に格納される。但しここではＬＣＤ１０に画像として表示することはしない。

ついでステップＳ３０６で一画面分のモニター表示用の信号の読み出しが終了したか否かを判定する。これはモニター用読み出し領域を管理する変数Ｎ_ａｒｅａの値を調べることで行う。この変数の値が画面の分割数（ここでは５）に等しくなっていれば、一画面分（１フレーム分）のモニター表示用の信号の読み出しが終了したことになる。

一画面分（１フレーム分）のモニター表示用の信号の読み出しが終了していない場合は、ステップＳ３０７において、Ｎ_ａｒｅａ＝Ｎ_ａｒｅａ＋１とモニター用読み出し領域を管理する変数Ｎ_ａｒｅａの値を更新しモニター用読み出し領域を変更する。ステップＳ３０４に戻り、再びＡＦ評価値を取得する。その後ステップＳ３０５でモニター表示用の信号を取得する。モニター表示用の信号を読み出す領域は上から２番目の領域に設定されている（モニター用読み出し領域を管理する変数Ｎ_ａｒｅａの値が２である）。よって、ここでは図４に示す領域１を読み出し、その信号を撮像回路６及びＡ／Ｄ変換回路７を介してデジタル信号に変換された後、ＶＲＡＭ８の所定の領域（画像の上から２番目に相当する領域）に一時的に格納される。但しここではＬＣＤ１０に画像として表示することはしない。

ついでステップＳ３０６で一画面分のモニター表示用の信号の読み出しが終了したか否かを判定する。

一画面分のモニター表示用の信号の読み出しが終了していない場合は、ステップＳ３０７において、モニター用読み出し領域を管理する変数Ｎ_ａｒｅａの値を更新しモニター用読み出し領域を変更する。そして、ステップＳ３０４に戻り、再びＡＦ評価値を取得した後ステップＳ３０５でモニター表示用の信号を取得する。

この動作を一画面分のモニター表示用の信号の読み出しが終了するまで繰り返す。

一画面分のモニター表示用の信号の読み出しが終了したならば、ステップＳ３０６からステップＳ３０８に進み、ＶＲＡＭ８に格納された一画面分の信号（映像信号）はＤ／Ａ変換回路９へ出力する。出力された映像信号はアナログ信号に変換され表示するのに適した形態の映像信号に変換された後、ＬＣＤ１０に画像として表示される。すなわちこの段階でＬＣＤ１０の表示画像が更新される。

ＬＣＤ１０の表示画像を更新したならば、ステップＳ３０９に進み、ＡＦ処理を終了するか否かの判定を行う。

下記の（１）、（２）の場合に、ＡＦ処理を終了するという判定をする。
（１）フォーカスレンズ群３が終了位置（至近相当位置又は無限相当位置）に達した場合
（２）ＡＦ評価値の最大値が検出され、かつＡＦ処理を継続しても新たなＡＦ評価値の最大値が検出できないと判断された場合
ステップＳ３１０の終了判定の結果を「終了しない」と判定した場合には、ステップＳ３１０からステップＳ３０３へ進み、モニター表示用の信号を読み出す領域を初期化する。これは次の画面を表示するためのもので、ＣＭＯＳ５から一番上のエリアを読み出すようにモニター用読み出し領域を管理する変数Ｎ_ａｒｅａを１に初期化する。

そして、同様の動作を繰り返し、ＡＦ評価値（テップＳ３０４）とモニター表示用の信号（テップＳ３０５）の取得を行う。そして一画面分のモニター表示用の信号が取得されたらＬＣＤ１０の画像の更新を行う。

一方ステップＳ３１０で終了判定の結果を「終了する」と判定した場合には、ステップＳ３２０へ進みフォーカスレンズ群３の駆動を停止し、ＡＦ処理を終了する。そしてステップＳ３２１によって得られたＡＦ評価値からそのピーク位置を求め、その位置にフォーカスレンズ群３を駆動する合焦動作を行う。これにより、図２のステップＳ２０４の処理を終了し、ステップＳ２０５に進む。

前述したように、図３のステップＳ３０４ではＣＭＯＳ５の蓄積終了後にＣＭＯＳ５から図４に示すＡＦ領域の信号のみの読み出しを行う。そして、ステップＳ３０５では図４に示す部分領域の信号をＣＭＯＳ５の蓄積終了後にＣＭＯＳ５から読み出す。このＣＭＯＳ５における信号の蓄積及び読み出しを、順を追って以下に説明する。まず、ＣＭＯＳ５を一括リセットし、信号の蓄積を開始する。蓄積終了後、図４のＡＦ領域から信号を読み出し、読み出し中に、再びＣＭＯＳ５を一括リセットし信号の蓄積を開始する。更に、ＡＦ領域からの信号の読み出し後、図４の１番上の領域（モニター用読み出し領域を管理する変数Ｎ_ａｒｅａの値が１）の信号の読み出しを行う。なお、図４の１番上の領域の信号を読み出すタイミングには、信号の蓄積は終了しているように設定されているものとする。続けて、ＡＦ領域からの信号の読み出し、一括リセット、信号の蓄積及び、モニター用読み出し領域からの読み出しを上述と同様にして行う。この動作により、ＡＦ評価値を得るための信号とモニター表示のための信号を順に得ることができる。

（ＡＦ処理の概略）
図５を用いてその概略を説明する。

ＣＰＵ１５の演算により、フォーカスレンズ群３の駆動が終了した時点で取得したＡＦ評価値から、それが最大になる位置（図５における「Ｃ」）を求め、その位置にフォーカスレンズ群３の駆動する。

ＡＦ処理回路の出力の取得はＡＦの高速化のために、全てのフォーカスレンズ群３の停止位置については行わず、適当な間隔をあけたフォーカスレンズ群３の停止位置においてＡＦ処理回路の出力（ＡＦ評価値）を取得する。この場合、図５に示すａ１、ａ２、ａ３点においてＡＦ評価値を取得することがありうる。このような場合はＡＦ評価値が最大値となった点とその前後の点のから合焦位置Ｃを演算にて求める。

（信号読み出しタイミング）
図６のタイミングチャートを用いて動作を説明する。

本実施例のタイミングチャートを図６（ｂ）に示す。図中の「上」、「上中」、「中」、「下中」、「下」はモニター表示用の信号を取得するタイミングを表している。「上」は図４に示すモニター用読み出し領域の一番上の領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が１の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを示している。同様に「上中」は上から２番目のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が２の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。また、「中」は真中のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が３の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。また、「下中」は下から２番目のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が４の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。また、「下」は１番下のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が５の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。

図６（ｂ）に示すように、ＡＦ領域の信号のみの読み出しによるＡＦ評価値の取得と、指定された領域のモニター表示用の信号の取得を交互に行う。言い換えると、ＡＦ領域から定期的に信号を読み出す合間に、変数Ｎ_ａｒｅａの値が１の領域、変数Ｎ_ａｒｅａの値が２の領域等に分割されたそれぞれの領域の信号を読み出すこととなる。これによりＡＦ評価値を取得する間隔を等間隔にすることが可能になる。

従来例と同じ読み出し速度で信号を読み出すとすると、全画面のモニター表示用の信号の読み出しには１／１２０秒を必要とするので、モニターの更新は１／６０秒ごととなる。またＡＦは全画面のモニター表示用の信号の読み出しを行う１／６０秒の間に、ＡＦに必要とする領域のみの読み出せば良いため、５回のＡＦ評価値の取得が可能となる。よってＡＦ評価値の取得は１／３００秒ごとに可能となり、かつ等間隔に評価値を取得できるため駆動速度を落とす必要もない。よって従来例に比べて約３．３〜６．７倍の速度でＡＦ評価値の取得を終了することができる。また、ＡＦ用の読み出し及びモニター表示用の読み出しの前にＣＭＯＳ５での信号の蓄積を行うが、この蓄積時間は１／６００秒以内の所定時間となる。よって、被写体の輝度が低い場合には、信号量が小さくなってしまう可能性があるが、このような場合には信号のゲインアップや複数の画素の信号をＣＭＯＳ５の内部で加算することにより、適正な信号とすることができる。

不等間隔の場合には、間抜けし間隔の広がった位置に、ＡＦ評価値のピークがあると補間によるピーク位置の算出精度が低下してしまう。しかし、本実施例によれば、フォーカスレンズ群３を連続駆動した場合にも等間隔にＡＦ用の読み出しを行うことができる。よって、ＡＦ評価値を取得した位置からフォーカスレンズ制御位置を求める補間演算の精度が十分確保でき、ＡＦ精度の向上が可能となる。

したがって、フォーカスレンズ群３を連続駆動してもＡＦ精度が低下することがない。間欠駆動の場合は停止位置安定のための静定時間が必要なため駆動時間が長くなるが、フォーカスレンズ群３を連続駆動し等間隔にＡＦ評価値を取得すれば、レンズ駆動時間の短縮化（ＡＦ高速化）が可能になる。加減速駆動は間欠駆動では実行できないので、加減速駆動採用の場合は、更なるレンズ駆動時間の短縮化（ＡＦ高速化）が可能になる。その結果、間欠駆動との差は更に大きくなる。

また同時に、ＡＦ時はＡＦを行うのに用いる領域からの信号を部分的に読み出すので、一度の読み出しの時間が短くでき、更にＡＦの高速化が可能となる。

逆にフォーカスレンズ群３の駆動最高速の関係で高速化に限界がある場合などは、ＡＦ高速化に限界があるが、この場合は同じＡＦ時間でのＡＦ評価値の取得位置数が増加する。このため低コントラストの被写体のときなどに生じる再ＡＦ処理（一度目の信頼性が低い場合に、検出されたＡＦ評価値のピーク付近のみを一度目のより細かい間隔で再度行う）が不要もしくは、必要となる頻度が少なくなる。よって、この場合でもＡＦの高速化が可能となる。またＡＦ評価値の取得位置数が増加することでＡＦ精度の向上も期待できる。

なお、実施例１では、ＣＭＯＳ５からＡＦ領域の信号及びモニター用読み出し領域の信号を読み出す構成としたが、一度メモリ（不図示）に記憶させてからＡＦ用とモニター用に信号を取得するように構成してもよい。

（山登りＡＦ）
実施例１では、フォーカスレンズ群３が終了位置に達した場合と、ＡＦ評価値の最大値が検出され、かつＡＦ処理を継続しても新たなＡＦ評価値の最大値が検出できないと判断された場合にＡＦ処理を終了する、いわゆるスキャンＡＦ方式を例に取って説明した。このスキャンＡＦ方式では、予めフォーカスレンズ群３を駆動制御する範囲が設定されている。しかし、ＡＦ評価値が増加する方向にフォーカスレンズ群３を移動させてＡＦ評価値が最大になる位置を求め、合焦位置とする、いわゆる山登り方式を採用してもよい。山登り方式の場合には、ＡＦ評価値が減少していると判断した場合にフォーカスレンズ群３の駆動方向を反転させるように制御する。

本実施例によれば、山登り方式の場合には、短い間隔でＡＦ評価値を取得することが可能なので、合焦位置に至った直後にそれを検出することができる。よって、すばやい合焦が可能になる。またモニター表示においても一旦合焦状態から非合焦状態になる頻度が減るので、ユーザーにとって使い勝手の良い装置を提供することができる。

本発明の実施例２の実施例１に対する違いは、中央部のモニター表示用の信号を取得するタイミングでＡＦ評価値を同時に取得する点である。すなわち中央部のモニター表示用の信号を取得するために読み出した信号を用いてＡＦ評価値を取得している点である。

（信号読み出しタイミング）
本実施例のタイミングチャートを図６（ｃ）に示す。実施例１と同様に図中の「上」、「上中」、「中」、「下中」、「下」はモニター表示用のデータを取得するタイミングを表している。「上」は図４に示すモニター用読み出し領域の一番上の領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が１の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを示している。同様に「上中」は上から２番目のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が２の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。また、「中」は真中のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が３の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。また、「下中」は下から２番目のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が４の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。また、「下」は１番下のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が５の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。

図６（ｃ）に示すように、真中のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が３の領域）から信号を読み出し、その信号からモニター表示用のデータとＡＦ評価値を生成することで、両者の同時取得を可能にしている。

実施例１と同様にＡＦ領域の信号のみの読み出しによるＡＦ評価値の取得と、指定された領域のモニター表示用のデータの取得を交互に行う。これによりＡＦ評価値を取得する間隔を等間隔にすることが可能になる。従来と同じ読み出し速度で信号を読み出すとすると、全画面のモニター表示用のデータと４回のＡＦ評価値を得るための読み出しには１／７５秒を必要とする。よってモニターの更新は１／７５秒ごととなる。またＡＦは全画面のモニター表示用のデータの読み出しを行う１／７５秒の間に、ＡＦに必要とする領域のみの読み出せば良いため、４回のＡＦ評価値の取得が可能となる。よってＡＦ評価値の取得は１／３００秒ごとに可能となり、かつ等間隔に評価値を取得できるため駆動速度を落とす必要もない。よって従来例に比べて約３．３〜６．７倍の速度でＡＦ評価値の取得を終了することができる。

本発明の実施例３の実施例１及び実施例２に対する違いは、「上」、「上中」、「中」、「下中」、「下」のモニター表示用の信号の取得を更に３分割し、１５回に分けて全画面のモニター表示用の信号を取得することある。これにより、更にＡＦ評価値取得の高速化を図ることができる。

（信号読み出しタイミング）
本実施例のタイミングチャートを図６（ｄ）に示す。実施例１及び実施例２同様に図中の「上」、「上中」、「中」、「下中」、「下」はモニター表示用の信号を取得するタイミングを表している。「上」は図４に示すモニター用読み出し領域の一番上の領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が１の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを示している。同様に「上中」は上から２番目のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が２の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。また、「中」は真中のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が３の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。また、「下中」は下から２番目のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が４の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。また、「下」は１番下のモニター用読み出し領域（変数Ｎ_ａｒｅａの値が５の領域）のモニター表示用の信号を読み出すタイミングを表している。

図６（ｄ）に示すように、ＡＦ領域の信号のみの読み出しによるＡＦ評価値の取得と、全画面を１５分割した領域のモニター表示用の信号の取得を交互に行う。これによりＡＦ評価値を取得する間隔を等間隔にすることが可能になる。従来と同じ読み出し速度で信号を読み出すとすると、全画面のモニター表示用の信号の読み出しには１／３０秒を必要とする。よってモニターの更新は１／３０秒ごととなる。またＡＦは全画面のモニター表示用の信号の読み出しを行う１／３０秒の間に、ＡＦに必要とする領域のみの読み出せば良いため、１５回のＡＦ評価値の取得が可能となる。よってＡＦ評価値の取得は１／４５０秒ごとに可能となり、かつ等間隔に評価値を取得できるため駆動速度を落とす必要もない。よって従来例に比べて約５〜１０倍の速度でＡＦ評価値の取得を終了することができる。

本発明の実施例の撮像装置を示すブロック図である。本発明の実施例の撮像装置の実際の撮影動作を示すフローチャートである。ＡＦ処理及び表示画面更新処理の動作を示すフローチャートである。ＡＦ領域及びモニター表示用の信号の読み出し領域を示す図である。第一実施例のＡＦ処理の動作の概念の説明図である。信号の読み出しタイミングを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１撮像装置、
２ズームレンズ群
３フォーカスレンズ群
４絞り
３１撮影レンズ鏡筒
５撮像素子（ＣＭＯＳ）
６撮像回路
７Ａ／Ｄ変換回路
８メモリ（ＶＲＡＭ）
９Ｄ／Ａ変換回路
１０画像表示装置
１３ＡＥ処理回路
１４ＡＦ処理回路
１５ＣＰＵ
１６タイミングジェネレータ
１７ＣＭＯＳドライバー

Claims

結像光学系を透過した被写体像を光電変換し部分的に信号を読み出すことのできるＣＭＯＳと、
前記ＣＭＯＳの一部の領域から読み出された信号から求められたＡＦ評価値としての高周波成分または近接画素の輝度差の積分値に基づいて焦点調節を行う焦点調節手段と、
前記ＣＭＯＳの複数の分割領域から分割領域ごとに読み出された信号から１フレームの映像信号を取得する映像信号取得手段と、
前記焦点調節手段によるＡＦ評価値を求めるための前記ＣＭＯＳの一部領域からの信号の読み出しと前記映像信号取得手段による分割された映像信号を取得するための前記ＣＭＯＳからの分割領域ごとの信号の読み出しとを１フレームの映像信号を取得する中で切り換えて読み出すよう制御することによって、前記焦点調節手段によるＡＦ評価値をもとめるための前記ＣＭＯＳの一部領域からの信号の読み出し間隔およびそれぞれの読み出し時間を一定にする制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
前記制御手段は、前記一部領域からの信号の読み出しと前記分割領域ごとの信号の読み出しとが交互に切り換えられながら読み出されるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記複数の分割領域の一部は、前記焦点調節を行うための信号を取得する領域を含む領域であ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。
前記複数の分割領域の一部の分割領域からの信号を、焦点調節のための信号としても用いることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記制御手段は、至近側又は無限側の何れかから他方側へ結像光学系が駆動する間に、１フレームの映像信号を取得するための信号と、焦点調節のための信号を取得するよう前記撮像手段を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記映像信号取得手段から出力された映像信号を表示部に表示するよう制御する表示制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
結像光学系を透過した被写体像を光電変換し部分的に信号を読み出すことのできるＣＭＯＳを有する撮像装置の制御方法であって、
前記ＣＭＯＳの一部の領域から読み出された信号から求められたＡＦ評価値としての高周波成分または近接画素の輝度差の積分値に基づいて焦点調節を行う焦点調節ステップと、
前記ＣＭＯＳの複数の分割領域から分割領域ごとに読み出された信号から１フレームの映像信号を取得する映像信号取得ステップとを有し、
前記焦点調節手段によるＡＦ評価値を求めるための前記ＣＭＯＳの一部領域からの信号の読み出しと前記映像信号取得手段による分割された映像信号を取得するための前記ＣＭＯＳからの分割領域ごとの信号の読み出しとを１フレームの映像信号を取得する中で切り換えて読み出すよう制御することによって、前記焦点調節手段によるＡＦ評価値をもとめるための前記ＣＭＯＳの一部領域からの信号の読み出し間隔およびそれぞれの読み出し時間を一定にすることを特徴とする制御方法。