WO2003032045A1 - Dispositif d'acquisition d'images - Google Patents

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WO2003032045A1
WO2003032045A1 PCT/JP2002/008877 JP0208877W WO03032045A1 WO 2003032045 A1 WO2003032045 A1 WO 2003032045A1 JP 0208877 W JP0208877 W JP 0208877W WO 03032045 A1 WO03032045 A1 WO 03032045A1
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WO
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light
auxiliary light
image
focus
focus lens
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Application number
PCT/JP2002/008877
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English (en)
French (fr)
Inventor
Masakazu Koyanagi
Original Assignee
Sony Corporation
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Publication date
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Priority to US10/433,235 priority patent/US7250974B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • H04N23/673—Focus control based on electronic image sensor signals based on contrast or high frequency components of image signals, e.g. hill climbing method

Definitions

  • the present invention relates to a CCD (Charge Coupled Device) image sensor and a C-M0S image sensor.
  • the present invention relates to an image capturing device that electronically captures a still image or the like using a photoelectric conversion element such as a disensor.
  • a photoelectric conversion element such as a disensor.
  • An electronic image pickup device called a digital still camera using a CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMS image sensor as a photoelectric conversion element is widely used.
  • CCD Charge Coupled Device
  • Such digital still cameras generally have an autofocus function for automatically focusing.
  • autofocus methods for digital still cameras a method is used in which an image is captured by a CCD at each position while moving the focus lens, and the position where the contrast of the captured image is highest is searched for. Is the mainstream.
  • a means for originally obtaining image information electrically since a means for originally obtaining image information electrically is used, there is no need to provide a distance sensor dedicated to auto-focusing, so that it can be configured at low cost.
  • the brightness of the captured image cannot be obtained and the contrast cannot be detected.
  • an LED Light Emitting
  • auxiliary light such as Diode or laser.
  • the auxiliary light for auto-focus such as LED or laser light generally has an output light wavelength on the lower wavelength side in the visible light region. Therefore, when the focus position is detected by performing autofocus using such an auxiliary light, Due to the difference between the frequency characteristics of the auxiliary light and the frequency characteristics of the reflected light from the actual subject, the chromatic aberration for the lens is different, and it is difficult to control the focus position accurately.
  • Another object of the present invention is to provide an image pickup apparatus that can accurately control a focus position even when autofocus is performed by emitting auxiliary light in a low luminance environment or the like. .
  • the image capturing apparatus receives image capturing light from a subject, converts the image capturing light into an electric signal, and captures an image.
  • the camera includes a camera imaging unit that records a captured image, an auxiliary light irradiation unit that irradiates light to a subject, and a control unit that controls the camera imaging unit and the auxiliary light irradiation unit.
  • the control unit controls the focusing lens in a state where the auxiliary light irradiating unit irradiates light to a subject during a focusing process of detecting a focus position of a focus lens provided in the camera imaging unit.
  • the auxiliary light irradiating unit detects information about the focus position of the focus lens without irradiating the subject with light, and based on the information about the focus positions of both focus lenses, detects the focus lens. To control the moving position of.
  • the image pickup device detects a focus position of the focus lens in a state where the subject is irradiated with light by the auxiliary light irradiation unit, and moves the focus lens to the focus position. Moves to the focus position, detects information on the focus position of the focus lens in a state where the subject is not illuminated by the auxiliary light irradiator at the focus position, and moves the focus lens based on the detected information. Is corrected.
  • This image pickup apparatus includes information on a focusing position of a focusing focus lens detected in a state where the auxiliary light is irradiated and information on a focusing position of the focusing focus lens detected in a state where the auxiliary light is not irradiated. The in-focus position of the focus lens is controlled based on both information.
  • FIG. 1 is a block diagram of a digital still camera to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of an AF auxiliary light emitting circuit of a digital still camera.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing another example of the AF auxiliary light emitting circuit.
  • FIG. 4 is a flowchart of the autofocus process at the time of AF auxiliary light emission.
  • -FIG. 5 is a diagram showing the movement position of the focus lens and the level of the contrast value during the autofocus process.
  • a digital still camera 1 to which the present invention is applied includes a CCD 12, an S / H ′ GC (Sampling Hold Gain Control) circuit 13, an AD comparator 14, Signal processing circuit 15, finder 16, recording circuit 17, A detection circuit 18, a shutter release button 19, a shirt evening judgment circuit 20, an AF auxiliary light emitting circuit 21, a lens unit 22, and a control unit 30 are provided.
  • the CCD 12 converts the imaging light of the subject formed on the light receiving surface via the lens unit 22 into an electric signal for each pixel, and outputs an image signal.
  • the image signal accumulated by the CCD 12 is supplied to the S / H.GC circuit 13 at a predetermined timing (image update cycle).
  • the S / H / GC circuit 13 performs analog processing such as sampling processing and amplification processing on the image signal supplied from the CCD 12.
  • the analog image signal output from the S / H.GC circuit 13 is supplied to the AD converter 14.
  • the AD converter 14 samples the analog image signal supplied from the SZH / GC circuit 13 at a predetermined sampling rate and converts it into a digital image signal.
  • the digital image signal output from the AD converter 14 is supplied to the digital signal processing circuit 15.
  • the digital signal processing circuit 15 generates, for example, a digital video signal of a format required for NTSC or a recording medium from the digital video signal supplied from the AD converter 14 and outputs it to the outside.
  • the digital signal processing circuit 15 generates a display image signal from the digital image signal during framing, and supplies the display image signal to the finder 16.
  • the digital signal processing circuit 15 When capturing a still image, the digital signal processing circuit 15 generates one still image signal from the digital image signal, compresses the compressed still image signal, and supplies it to the recording circuit 17.
  • the finder 16 is an electronic display device composed of, for example, a liquid crystal panel or the like.
  • the display image signal is input to the finder 16 from the digital signal processing circuit 15 at the time of framing, and the image signal is displayed.
  • the recording circuit 17 records the still image signal output from the digital signal processing circuit 15 on a storage medium such as a memory card when capturing a still image.
  • the detection circuit 18 generates various detection signals required for auto focus (AF), auto exposure (AE), auto white balance adjustment, and the like from the video signal supplied from the digital signal processing circuit 15.
  • the various detection signals are read by the control unit 30 at regular intervals.
  • the control unit 30 performs an appropriate operation based on the readout detection signals.
  • the lens unit 22 and the like are controlled so that an image can be captured.
  • the detection signal detected by the detection circuit 18 includes, for example, a detection signal relating to autofocus and a detection signal relating to automatic exposure control.
  • the detection circuit 18 detects, as a detection signal relating to autofocus, a page component of luminance in an AF detection area set at a predetermined position on a captured image, and obtains a contrast value obtained by integrating the page components. Is output.
  • the detection circuit 18 detects the brightness of a detection error of a brightness set at a predetermined position on the imaging screen as a detection signal for automatic exposure control, and outputs the brightness level.
  • the shutter button 19 is a momentary pressing switch operated by the user.
  • the shutter release button 19 has three states: a state in which the switch is not pressed at all (OFF), a state in which the switch is pressed completely (fully pressed), and a state in which the switch is pressed to about half (half pressed). A function is provided to switch between states.
  • the three pressed states (off, half-press, and full-press) of the shirt button 19 are discriminated by the shirt evening judgment circuit 20, and the discrimination information is supplied to the control unit 30. .
  • the AF auxiliary light emitting circuit 21 is a light emitting circuit that emits visible light (AF auxiliary light) to a subject during auto focus.
  • the AF auxiliary light emitting circuit 21 is provided with a light emitting element, for example, a laser emitting means such as a light emitting diode and a laser diode, and a lamp.
  • the light emitting element of the AF auxiliary light emitting circuit 21 is mounted, for example, on the front or upper part of a housing and provided so as to emit light to a subject to be imaged.
  • the driving and emission timing of the AF auxiliary light emitting circuit 21 are controlled by the control unit 30.
  • the lens unit 22 includes a zoom lens 23, a focus lens 24, and a focus lens drive unit 25 that drives the focus lens 24.
  • the lens unit 22 includes, for example, an optical system such as an infrared cut filter that cuts infrared light of incident light, an aperture blade that limits the amount of incident light, a shirt evening blade that blocks incident light, and the like. It also includes a zoom lens driving unit that drives the zoom lenses 23, an aperture driving unit that drives the aperture blades, a shirt driving unit that drives the shutter blades, and the like.
  • the optical axis of the zoom lens 23 in the lens unit 22 is approximately the same as the light receiving surface of the CCD 12. It is provided at a position that coincides with a vertical line extending from the center.
  • the zoom lens 23 is provided so as to be linearly movable back and forth on the optical axis, and changes the imaging magnification of an image formed on the light receiving surface of the CCD 12 according to the moving position.
  • the moving position of the zoom lens 23 is controlled by the control unit 30 via a zoom lens driving unit.
  • the focus lens 24 in the lens unit 22 is provided at a position where its optical axis coincides with a vertical line extending from substantially the center of the light receiving surface of the CCD 12.
  • the focus lens 24 is provided so as to be linearly movable back and forth on the optical axis, and changes the focal position of an image formed on the light receiving surface on the CCD 12 according to the moving position.
  • the movement position of the focus lens 24 is controlled by the control unit 30 via the focus lens drive unit 25. .
  • the control section 30 controls each section of the digital still camera 1. For example, based on the pressed state of the shutter release button 19, framing processing control (off), autofocus processing control (half press), and still image recording control (full press) are performed.
  • the framing process is a process of displaying the image captured by the CCD 12 on the finder 16 so that the user can confirm the position of the subject in the screen and the composition of the screen before shooting. It is.
  • the CCD 12 performs the imaging process for one screen every fixed image update period (for example, every 1/30 second), and outputs an image signal obtained by imaging. Therefore, the image displayed on the viewfinder 16 is also updated at regular intervals (for example, every 1/30 second), and the user can check the captured image displayed on the viewfinder 16 as a moving image.
  • This framing process is performed when the digital still camera 1 itself is ready to take a picture and the shutter release button 19 is off, that is, when the user sets the shutter release button 19 This is performed when the user does not press.
  • the auto focus process is a process for automatically setting the focus of a subject image to be a still image. That is, the auto focus process is a process of automatically adjusting the moving position of the focus lens 24 and adjusting the focus of the captured image.
  • the digital still camera 1 starts the autofocus process of detecting the in-focus position based on the captured image when the shirt evening release button 19 is half-pressed while performing the framing process.
  • the control unit 30 obtains the contrast value at each position from the detection circuit 18 while moving the focus lens 24, and determines whether the contrast value of the focus lens 24 for each movement position increases or decreases.
  • control unit 30 determines the degree of focusing of the image on the moving position of the focus lens 24 from the increase or decrease of the contrast value, and moves the focus lens 24 to a position where the degree of focusing is high at all. Moving. The details of the control procedure of the autofocus process will be described later.
  • the setting of the aperture of the aperture blade, the speed of the electronic shirt, and the like, which are necessary for performing autofocus during the autofocus processing that is, the F-number and the Also set the shirt evening speed.
  • settings such as white balance settings required when performing autofocus are also performed.
  • the still image photographing process is a process of capturing a subject image for one screen and recording the subject image for one screen on a medium.
  • the digital still camera 1 completes auto focus processing, and when the shirt evening release button 19 is fully pressed, the focus lens 24 moves, aperture blade opening, and electronic shirt evening time Etc. are set to the values detected during auto focus processing, and a still image for one screen is captured by the CCD 12.
  • the captured still image is subjected to processing such as compression by a digital signal processing circuit 15 or the like, and then stored in a medium.
  • FIG. 2 shows an emission circuit that emits laser light that has passed through the diffraction grating as AF auxiliary light.
  • the AF auxiliary light emitting circuit 21 includes a laser diode 32 that emits laser light through a diffraction grating 31, a photodetector 33 that detects the amount of light emitted from the laser diode 32, and a laser. Digitized control of the transistor 34 that controls the passing current of the diode 32, the switching circuit 35 that switches the power supply (Vcc) to the laser diode 32, and the feedback voltage from the photodetector 34 A / D converter 36 to be supplied to the unit 30 and a DA converter that converts the light emission amount control signal to the laser diode 32 given from the control unit 30 into an analog signal.
  • the difference between the feedback voltage from the inverter 37 and the feedback voltage from the photodetector 34 and the supply current control signal from the control unit 30 is calculated and applied to the pace terminal of the transistor 34, whereby the current passing through the laser diode 32 is And an operational amplifier 38 that stabilizes the current.
  • the laser light emitted from the laser diode 32 through the diffraction grating 31 to the outside becomes light having a fixed pattern according to the irregularities engraved on the diffraction grating 31.
  • a laser beam emitting technique is used, for example, for a laser pointer or the like.
  • autofocus is performed using the reflected light of the light of the fixed pattern.
  • laser diodes are used in unit components combined with photodiodes. This is because the laser diode changes its light quantity sensitively to changes in temperature, and the output light quantity cannot be maintained constant with constant current drive.
  • a photodiode is placed at a position close to the emission source of the laser diode, and the laser diode is used by using the detection voltage of the photodiode. What is necessary is to feed back the laser drive continuous current so that the output becomes constant. In such a case, since the temperature change of the sensitivity of the photodiode is extremely small, almost constant laser output management is possible. In the circuit shown in Fig.
  • the feedback voltage fed back from the photodetector 33 is also differentiated from the reference voltage output from the DA comparator 37, and the supply current of the laser diode 32 is controlled. Therefore, the amount of light emitted from the laser diode 32 can be kept constant.
  • a reference voltage (analog reference voltage via the DA converter 37) is supplied from the control unit 30 to the operational amplifier 38, and the laser diode is switched by the switching circuit 35.
  • the power supplied to the diode 32 is controlled by the PWM method to control the amount of light emitted from the laser diode 32.
  • the switching circuit 35 also functions as a control circuit for the presence or absence of AF auxiliary light emission.
  • the ON / OFF signal (port output) from the control unit 30 controls the switching of the PWM.
  • the control unit 30 controls the cycle of the PWM in synchronization with the update cycle of the captured image (for example, 1/30 second).
  • energization and power failure of the laser diode 32 This is performed by switching the power supply (V cc) of the drive circuit of the laser diode 32.
  • the reference voltage to be applied to the operational amplifier 3.8 is the desired PWM duty ratio (DC emission is also possible).
  • the desired distance, angle of view, and subject conditions Is adjusted so as to obtain a light emission output capable of obtaining a light amount that can be obtained.
  • This adjustment absorbs the sensitivity variation of each device of the digital still camera 1.
  • the light amount can be adjusted according to the situation of the subject by changing the pulse duty of the PWM. .
  • equivalent output control is possible even if the reference voltage itself is varied, instead of controlling the pulse duty.
  • the circuit configuration of the AF auxiliary light emitting circuit 21 an example in which a laser diode that emits laser light that has passed through a diffraction grating is used as a light emitting element has been described. Realization is possible even with AF auxiliary light using this light source.
  • a circuit configuration in which an LED 39 is driven by a transistor 40 as shown in FIG. Next, the determination of the intensity of the AF auxiliary light will be described.
  • the AF auxiliary light does not always emit light when performing autofocus processing.For example, in low-brightness environments such as dark places, external light alone does not provide sufficient brightness of the captured image, and accurate autofocus is performed. 6-Control unit-30 turns on the AF auxiliary light before the shirt release button 19 is half-pressed and the auto focus process is started. It is determined whether or not to perform. ⁇ Further, this determination information presents a notice to the user using, for example, a finder 16 or the like.
  • control unit 30 also performs automatic exposure control (AE) in addition to auto focus.
  • the control unit 30 always performs automatic exposure control at the time of framing, and constantly controls the gain, the electronic shirt, the aperture, and the like so that an optimal exposure setting is obtained.
  • This automatic exposure control is performed based on the luminance level (brightness information) detected from the captured image.
  • the control unit 30 calculates the brightness information indicating the brightness of the subject for each captured image. This brightness information is large if the subject is bright, and small if the subject is dark. And the control unit 30 Based on the brightness information obtained, whether or not the brightness is such that autofocus is possible is determined, for example, for each captured image, and the information is presented to the user.
  • the control unit 30 determines that the brightness is not at a level where auto focus can be performed at present. Determines the emission of AF auxiliary light (however, it does not emit at this point). Furthermore, after determining the upper limit of the shutter speed of the electronic shirt so that AF can be performed when the AF assist light is emitted, determine the predetermined gain and the F value. Perform new exposure control.
  • the shutter speed is a time longer than the maximum value of the PWM duty in controlling the laser emission of the AF auxiliary light, and the minimum image exposure cycle when capturing an image for one screen.
  • Image reading cycle from CCD Shorter and faster. For example, if the minimum image update period is 1Z30 seconds and the laser PWM duty is on for 160 seconds on and 1/60 seconds off, the upper limit of the shutter speed is 1/30 seconds Set to. With this setting, the fastest autofocus processing time can be realized in a state where the emitted AF auxiliary light is received without any omission.
  • a shirt evening speed shorter than 1Z30 seconds may be selected.
  • the emission time may be extended beyond the minimum image update period when light emission is performed for the minimum image update period or more.
  • FIG. 4 is a processing flowchart of the control unit 30 during the autofocus processing.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the movement position of the focus lens 24 and each of the focus lenses 24 at each step during the autofocus processing. Indicates the contrast value of the captured image detected when the camera is at the position.
  • the control unit 30 detects the state through the CCD 12 in a state before the shutter release button 19 is half-pressed, that is, in a framing state in which the shutter release button 19 is off. Based on the brightness level of the captured image, the brightness of the subject is detected, and it is determined whether or not the AF auxiliary light needs to be emitted (step S1). In this example, AF assist before the shirt evening release button 19 is pressed halfway The presence or absence of light emission is determined in order to make the user aware of the advance notice of AF auxiliary light emission before half-pressing the shirt release button 19.
  • the control unit 30 presses the shutter release button 19 halfway so that the exposure state suitable for autofocus is obtained.
  • Perform automatic exposure control step S2. In other words, exposure control is performed so that the exposure state of the AF detection area where the contrast for performing autofocus is detected is such that the contrast can be detected. Therefore, the exposure control is performed by detecting the luminance level in the AF detection area or the luminance level in the vicinity thereof.
  • the image information from the CCD 12 before the shutter release button 19 is half-pressed is used when the exposure is intentionally operated as a user's style or when the overall brightness balance Therefore, the AF detection area may be dark. For this reason, automatic exposure control for autofocus after the shutter release button 19 is half-pressed is performed so that at least the autofocus can be performed within the AF detection area in the imaging screen. Do.
  • control unit 30 acquires the luminance level of the AF detection area (or its vicinity) without emitting the AF auxiliary light with the exposure controlled in step S2 (step S3).
  • the control unit 30 outputs the duty of the PWM output upper limit of the auxiliary light emitting circuit 21 to perform the maximum emission of the AF auxiliary light, and the luminance level in the AF detection area (or in the vicinity thereof). Get (Step S4). Then, the control unit 30 obtains a difference between the luminance level in the non-light emitting state detected in step S3 and the luminance level in the maximum light emitting state, and based on the difference, determines the minimum necessary for the auto focus process. Determines the amount of AF auxiliary light output. Here, the focus lens 24 is not moved in order to compare the luminance levels of the AF auxiliary light in the light emitting state and the non-light emitting state. Subsequently, the control unit 30 moves the focus lens 24 to the closest end (closest end) of the operation range (step S5).
  • step S 4 The focus lens 24 is moved toward the infinite end while emitting the AF auxiliary light with the output light amount set in (step S6). At this time, the history of the contrast value of each captured image obtained during the movement and the history of focus position information from which the contrast value was obtained are stored.
  • the control unit 30 evaluates the contrast value collected during the movement, and determines the movement position evaluated as the most likely focus position as the first focus position.
  • the position is determined (step S7). For example, the movement position at which the peak value of the contrast value is obtained is determined as the focus position. Then, the control unit 30 moves the focus lens 24 to the movement position determined to be the focus position.
  • the control unit 30 acquires the contrast value of the captured image at this focus position while the AF auxiliary light is being emitted (step S8).
  • the contrast value here may be extracted from the history obtained in step S6.
  • control unit 30 stops emitting the AF auxiliary light (step S9).
  • control unit 30 obtains the contrast value of the captured image at the in-focus position without emitting the AF auxiliary light (step S10).
  • control unit 30 calculates the correction amount of the focus position of the focus lens 24 based on the contrast correction when the AF auxiliary light is emitted and the contrast value when the AF auxiliary light is not emitted. Then, the focus lens 24 is moved by the obtained correction amount, and the correction position is set as the in-focus position (step S11).
  • the digital still camera 1 performs the autofocus processing when the AF auxiliary light is emitted as described above.
  • step S3 and step S4 the luminance level of the AF detection area on the captured image or a luminance level near the luminance level is detected.
  • step S3 a luminance level is acquired with the automatic exposure control performed in step S2.
  • the value obtained in step S3 is set as the non-emission luminance level (ILUM and OFF).
  • step S4 In addition to the state of exposure control in step S2, the AF auxiliary light emitting circuit 21 emits light with the maximum amount of light, and the luminance level of the AF detection area at that time or a luminance level in the vicinity thereof is obtained.
  • the value obtained in step S4 is set as the light emission luminance level (ILUM ON).
  • the brightness levels detected in steps S3 and S4 are values obtained by integrating the brightness in or near the AF detection area of the captured image and integrating the integrated value in one or more captured images. . In this example, a value obtained from one captured image is used.
  • the brightness level detection range is the center of the angle of view if the irradiation angle of the AF auxiliary light is degrees, the angle of view of the captured image is M degrees, and the optical axis shift of the AF auxiliary light does not need to be considered.
  • an area of N degrees is set as an area for acquiring a luminance level.
  • the detected luminance level may be normalized as a luminance level per unit area based on the area of the luminance detection area. This is because, when calculating the integrated value of the brightness level, if the area where the AF auxiliary light is not irradiated is detected, the relative detected brightness level will increase or decrease even if the irradiation light amount is the same. is there. - ⁇ Further, in step S4, the luminance level ratio (ILUMI-RATIO) is calculated according to the following (1) to (4) based on the luminance level at no light emission (ILUMI_0FF) and the luminance level at light emission (ILUMI-ON). calculate.
  • ILUMI-RATIO the luminance level ratio
  • ILUMI_0N_RIV ILUMI_ON-NOISE_LEVEL
  • ILUMI_ON_RIV 0
  • ILUMI_RATI0 ⁇ (ILUMI_0N- ILUMI_0FF) * 100 ⁇ / ILUMI_0N
  • ILUMI RATIO-0 The ratio of the luminance level when the light is emitted to the luminance level when the light is not emitted may be simply obtained.However, when the subject is extremely distant or has a low reflectance, the luminance level becomes smaller and the luminance becomes lower. The level ratio (ILUM then RATIO) becomes unstable. Therefore, here, when the value of the luminance level during light emission (ILUM then ON) is small and judged as noise, the luminance level ratio (ILUMI-RATIO) is uniformly set to 0. This makes it possible to irradiate a stable and bright AF auxiliary light even when performing autofocus on a very distant subject or a subject with low reflectance.
  • step S4 the light emission amount (ILUM and LEVEI) of the AF auxiliary light required at the time of autofocusing is determined according to the calculated luminance level ratio (ILUMI_RATIO).
  • ILUMI_RATIO the calculated luminance level ratio
  • ILUM and RATIO the luminance level ratio
  • the light emission amount of the auxiliary light (ILUM and LEVE L) is obtained by comparing with, for example, a stepwise threshold value (thl, th2, th3, th4, th5: thl> th2> th3> th4> th5) as follows: .
  • ILUMI_LEVEL 6 t l ⁇ ILUMI_RATIO
  • ILUMI-I LEVEL 5 th2 ⁇ ILUMI_RATI0 ⁇ thl
  • ILUMI_LEVEL 4 th3 ⁇ ILUMI_RATI0 ⁇ th2
  • ILUMI_LEVEL 3 th4 ⁇ ILUMI—RAT 10 th3
  • ILUMI_LEVEL 2 th5 ⁇ ILUMI_RATIO ⁇ th4
  • ILUMI— LEVEL 1 ILUMI-RATIO K th5.
  • the shooting environment is so dark that the user cannot predict the brightness, and it is determined that AF auxiliary light is necessary.
  • the AF auxiliary light is used.
  • the case where the light emission is not necessary is considered.
  • the user is notified before the half press of the shirt release button 19 whether or not the auxiliary light is to be emitted. If the AF control light is AF auxiliary light is emitted even if there is sufficient brightness to make the emission unnecessary.
  • the duty (DUT Y) of the PWM that switches the power for driving the light emitting means is set based on the light emission amount as follows.
  • DUTY MAX—DUTY / ILUMI—LEVEL.
  • MAX_DUTY is the maximum duty of the PWM output (that is, the duty at which the maximum amount of light is emitted).
  • the present digital still camera 1 by controlling the light emission amount of the AF auxiliary light as described above, it is possible to irradiate the auxiliary light with the optimum light emission amount during auto focus. For example, a low-reflectance subject or a very distant subject emits a sufficient amount of bright light, while a high-reflectivity subject or a very close subject emits only the necessary amount of light. The time required to perform this operation can be minimized, and power consumption can be improved.
  • the AF auxiliary light can reach a long distance.
  • the amount of emitted light was calculated using the threshold on the stairs from the luminance level ratio (ILUM and RATIO).
  • the amount of emitted light (ILUM and LEVEL) may be calculated using a curve approximation or a linear approximation that shows the correlation between the light intensity and the luminance level ratio, or a more detailed table may be created to set the amount of emitted light (ILUMI_LEVEL) in detail May be.
  • the amount of light emitted from the AF auxiliary light is changed by changing the duty of the PWM for switching the power of the auxiliary light.However, the present invention is not limited to this method. Alternatively, the amount of emitted light may be changed, or the amount of light may be changed by controlling the current.
  • the contrast value of the AF detection area provided in the captured image is detected as the degree of focus of the captured image.
  • This contrast value is, for example, a value obtained by integrating the edge components of the image in the AF detection area.
  • the degree of focusing of the captured image is determined based on the magnitude of the contrast value.
  • the contrast value when the AF auxiliary light detected in step S8 is emitted is defined as the contrast value when emitting light (CONT—ON), and the contrast value when the AF auxiliary light detected in step S10 is not emitted is used.
  • the default value is the contrast value when no light is emitted (C0NT_0FF).
  • the edge component can be detected even if the AF auxiliary light is not present, because the object has some brightness due to the external light.
  • step S11 the contrast value when the AF auxiliary light is emitted (C0NT_ON) is compared with the contrast value when the AF auxiliary light is not emitted (CONT-OFF), and the external light with respect to the AF auxiliary light is compared.
  • the degree of mixing is predicted, and the correction amount /? Of the movement position of the focus lens 24 is calculated.
  • the correction amount due to the influence of the AF auxiliary light alone has a value corresponding to the shift due to the chromatic aberration caused by the wavelength characteristic of the AF auxiliary light. Therefore, the amount is uniquely determined with respect to the focus position detected when the AF auxiliary light is emitted.
  • the amount of influence of external light on the AF auxiliary light is calculated from the ratio between the contrast value when the AF auxiliary light is emitted (C0NT_0N) and the contrast value when the AF auxiliary light is not emitted (C0NT_0FF). It is calculated as follows.
  • the correction amount? Of the focus lens 24 when external light is added to the AF auxiliary light is calculated from the correction amount and the influence amount (I), for example, as follows.
  • step S11 the movement position of the focus lens 24 is moved by the correction amount thus obtained, and the autofocus processing is completed.
  • the frequency characteristics of the AF assist light are, for example, on the low wavelength side of the visible light region,
  • the focus position can be accurately controlled even in an environment where an external light source other than light exists.
  • the correction amount 5 when the influence of external light is added is calculated using the threshold value on the stairs.
  • the present invention is not limited to such a method.
  • the correction amount may be calculated using a curve approximation formula or a linear approximation formula showing a correlation with 5, or a more detailed table may be created to calculate the correction amount /? In detail.
  • the information on the focus position of the focus focus lens detected in the state where the auxiliary light is irradiated and the state in which the auxiliary light is not irradiated Since the focus position of the focus lens is controlled based on both the information on the detected focus position of the focus lens and the information on the focus position of the focus lens, the frequency characteristic of the auxiliary light is shifted to, for example, the lower wavelength side of the visible light region.
  • the focus position can be accurately detected even when there is an external light source other than the auxiliary light.

Description

明細 j
技術分野 本発明は、 C C D (Charge Coupled Device) イメージセンサや C一 M 0 Sィメ
—ジセンサ等の光電変換素子を用いて電子的に静止画像等を撮像する画像撮像装 置に関する。 景技術
C C D (Charge Coupled Devi ce) イメージセンサや C—M〇 Sイメージセンサ を光電変換素子として用いたいわゆるデジタルスチルカメラと呼ばれる電子式の 画像撮像装置が広く用いられている。
このようなデジ夕ルスチルカメラには、 一般的に、 自動的にフォーカス （ピン ト） を合わすオートフォーカス機能が設けられている。 デジ夕ルスチルカメラの ォートフォーカスの方式には様々な方式があるが、 フォ一カスレンズを移動させ ながら各位置で C C Dで画像を撮像し、 撮像画像のコントラス卜が一番高い位置 を探索する方式が主流となっている。 このような方式では、 元々ある電気的に画 像の情報を得る手段を用いているので、 ォートフォーカス専用の距離センサを設 ける必要がないので安価に構成できる。
このような撮像画像を利用したォートフォーカスを行う場合、 暗所などの低輝 度環境下では、 撮像画像の輝度が得られずコントラストを検出できないので、 ォ 一トフォーカス時に例えば L E D (Light Emi tting Diode) やレーザ等の補助光 を照射する必要がある。
ところで、 L E Dやレーザ光といったオートフォーカス用の補助光は、 出力さ れる光の波長が可視光領域の低波長側にあるのが一般的である。 そのため、 こよ うな補助光を使用してオートフォーカスを行って合焦位置を検出した場合、 その 補助光の周波数特性と実際の被写体からの反射光の周波数特性との違いにより、 レンズに対する色収差が異なり、 正確にフォーカス位置を制御することが困難で ある。
仮に、 補助光源以外光が存在しない場合は、 補助光の発光状態で検出されたフ オーカス位置に対して、 単純に色収差分のオフセッ ト量をレンズの移動位置に加 減して、 フォーカス位置を補正することが可能である。 しかしながら、 撮影環境 が完全な暗所であればこのような補正も有効であるが、 補助光以外の外部光が混 在している環境下では、 条件が異なるためオフセッ ト量の加算によっても、 正確 にフォーカス位置を制御することは困難であった。 発明の鬨示 本発明の目的は、 上述したような従来の装置が有している問題点を解消し得る 新規な画像撮像装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、 低輝度環境下等で補助光を発光してオートフォーカスを 行う場合であっても、 正確にフォーカス位置を制御することができる画像撮像装 置を提供することにある。
• 上述のような目的を達成するために提案される本発明に係る画像撮像'装置は、 被 写体からの撮像光が入射され、 この撮像光を電気信号に変換して画像を撮像し、 撮像した画像を記録するカメラ撮像部と、 被写体に対して光を照射する補助光照 射部と、 カメラ撮像部及び補助光照射部を制御する制御部とを備える。 この撮像 装置において、 制御部は、 カメラ撮像部内に設けられたフォーカスレンズの合焦 位置を検出するフォ一カシング処理時に、 補助光照射部により被写体に対して光 を照射した状態でフォーカスレンズの合焦位置に関する情報を検出するとともに、 補助光照射部により被写体に対して光を照射しない状態でフォーカスレンズの合 焦位置に関する情報を検出し、 両者のフォーカスレンズの合焦位置に関する情報 に基づきフォーカスレンズの移動位置を制御する。
本発明に係る画像撮像装置は、 補助光照射部により被写体に対して光を照射し た状態で上記フォーカスレンズの合焦位置を検出し、 フォーカスレンズをその合 焦位置に移動させ、 その合焦位置で上記補助光照射部により被写体に対して光を 照射しない状態でフォーカスレンズの合焦位置に関する情報を検出し、 検出した 情報に基づきフォ一カスレンズの移動位置を補正する。 この画像撮像装置は、 補 助光を照射した状態で検出されたフォーカシングフォーカスレンズの合焦位置に 関する情報と、 補助光を照射しない状態で検出されたフォーカシングフォーカス レンズの合焦位置に関する情報との両者の情報に基づき、 上記フォーカスレンズ の合焦位置を制御する。
本発明のさらに他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下にお いて図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろ Ό。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明が適用されたデジタルスチルカメラのプロヅク構成図である。 図 2は、 デジ夕ルスチルカメラの A F用補助光発光回路の回路図である。 図 3は、 A F用補助光発光回路の他の例を示す回路図である。
図 4は、 A F補助光発光時におけるォートフォーカス処理のフローチャートで ある。 - 図 5は、 ォ一トフォーカス処理時におけるフォーカスレンズの移動位置、 並び にコントラスト値のレベルを示す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明が適用された電子的に静止画像を撮像する撮像装置を説明する。 以下に示す例は、 本発明をデジ夕ルスチルカメラに適用したものである。 本発明 が適用されたデジタルスチルカメラは、 図 1に示すように構成を備える。
本発明が適用されたデジタルスチルカメラ 1は、 図 1に示すように、 C C D 1 2と、 S / H ' G C (Sampl ing Hold Gain Control) 回路 1 3と、 A Dコンパ一 夕 1 4と、 デジタル信号処理回路 1 5と、 フアインダ 1 6と、 記録回路 1 7と、 検波回路 1 8と、 シャヅタレリーズポタン 19と、 シャツ夕判定回路 20と、 A F補助光発光回路 2 1と、 レンズ部 22と、 制御部 30とを備えている。
C CD 12は、 レンズ部 22を介して受光面に結像された被写体の撮像光を、 画素毎に電気信号に変換し、 画像信号を出力する。 C CD 12により蓄積された 画像信号は、 所定のタイミング （画像更新周期） で、 S/H . GC回路 13に供 給される。
S/H · GC回路 13は、 C CD 1 2から供給された画像信号に対して、 サン プリング処理や増幅処理等のアナログ処理を行う。 S/H . GC回路 1 3から出 力されたアナログの画像信号は、 ADコンバータ 14に供給される。
ADコンバータ 14は、 SZH · GC回路 13から供給されたアナログの画像 信号を所定のサンプリングレー卜でサンプリングして、 デジタルの画像信号に変 換する。 ADコンパ一夕 14から出力されたデジ夕ル画像信号は、 デジタル信号 処理回路 1 5に供給される。
デジタル信号処理回路 1 5は、 ADコンパ'一夕 14から供給されたデジタル画 像信号から、 例えば、 NT S Cや記録メディアに必要なフォーマッ トのデジタル の映像信号を生成し、 外部に出力する。 デジタル信号処理回路 1 5は、 フレーミ ング時には、 デジタル画像信号から表示画像信号を生成し、 ファインダ 16に供 給する。 デジタル信号処理回路 1 5は、 静止画像撮像時には、 デジタル画像信号 から 1枚の静止画像信号を生成し、 それを圧縮して圧縮等した後、 記録回路 17 に供給する。
ファインダ 1 6は、 例えば液晶パネル等から構成された電子式の表示装置であ る。 ファインダ 1 6には、 フレーミング時に、 デジタル信号処理回路 1 5から表 示画像信号が入力され、 その画像信号を表示する。
記録回路 17は、 静止画像撮像時に、 デジタル信号処理回路 1 5から出力され る静止画像信号を、 例えばメモリカード等の記憶メディアに記録する。
検波回路 18は、 デジタル信号処理回路 15から供給され映像信号から、 ォー トフォ一カス （AF) 、 オート露出 （AE) 、 オートホワイ トバランス調整等に 必要となる各種検波信号を生成する。 各種検波信号は、 制御部 30により一定期 間毎に読み出される。 制御部 30は、 読み出した各種検波信号に基づき、 適切な 画像が撮像できるようにレンズ部 2 2等を制御する。 具体的に、 検波回路 1 8が 検出する検波信号としては、 例えばォ一トフォーカスに関する検波信号や自動露 出制御に関する検波信号等がある。 検波回路 1 8は、 オートフォーカスに関する 検波信号として、 撮像画像上の所定の位置に設定された A F検波エリア内におけ る輝度のェヅジ成分を検出し、 そのェヅジ成分を積算して得られるコントラスト 値を出力する。 また、 検波回路 1 8は、 自動露出制御に閧する検波信号として、 撮像画面上の所定の位置に設定された輝度の検波ェリァの輝度を検出し、 その輝 度レベルを出力する。
シャヅ夕レリ一ズボ夕ン 1 9は、 ユーザにより操作されるモーメン夕リ型の押 圧スィヅチである。 このシャヅ夕レリーズボタン 1 9は、 スイッチを全く押さな い状態 （オフ） と、 スイッチを押しきつた状態 （全押し） と、 スィヅチを半分程 度まで押した状態 （半押し） との 3つの状態を区別してスイッチングする機能が 設けられている。 このシャツ夕レリ一ズボ夕ン 1 9の 3つの押圧状態 （オフ、 半 押し、 全押し） は、 シャツ夕判定回路 2 0により判別がされ、 その判別情報が制 御部 3 0に供給される。
A F補助光発光回路 2 1は、 オートフォーカス時に被写体に対して可視光 （A F補助光） を発光する発光回路である。 A F補助光発光回路 2 1には、 発光素子 として、 例えば、 発光ダイオード、 レーザダイオード等のレーザ発光手段、 ラン プ等が備えられている。 この A F補助光発光回路 2 1の発光素子は、 例えば筐体 の前面部や上部に取り付けられ、 撮像対象となる被写体に対して発光されるよう に設けられている。 この A F補助光発光回路 2 1は、 制御部 3 0により駆動や発 光夕イミングが制御される。
レンズ部 2 2は、 ズームレンズ 2 3と、 フォーカスレンズ 2 4と、 フォーカス レンズ 2 4を駆動するフォーカスレンズ駆動部 2 5を備えている。 また、 レンズ 部 2 2は、 これらの他に、 例えば、 入射光の赤外線をカットする赤外カットフィ ル夕、 入射光量を制限する絞り羽根、 入射光を遮光するシャツ夕羽根等の光学系 や、 ズームレンズ 2 3を駆動するズームレンズ駆動部、 絞り羽根を駆動する絞り 駆動部と、 シャッ夕羽根を駆動するシャツ夕駆動部等も備えている。
レンズ部 2 2内のズームレンズ 2 3は、 その光軸が、 C C D 1 2の受光面の略 中心から延ばした鉛直線と一致する位置に設けられている。 ズームレンズ 2 3は、 光軸上を前後に直線移動可能に設けられ、 その移動位置に応じて C C D' 1 2の受 光面上の結像画像の撮像倍率を変える。 ズームレンズ 2 3は、 その移動位置が、 ズームレンズ駆動部を介して制御部 3 0により制御される。
レンズ部 2 2内のフォーカスレンズ 2 4は、 その光軸が、 C C D 1 2の受光面 の略中心から延ばした鉛直線と一致する位置に設けられている。 フォーカスレン ズ 2 4は、 光軸上を前後に直線移動可能に設けられ、 その移動位置に応じて C C D 1 2上の受光面上の結像画像の焦点位置を変える。 フォーカスレンズ 2 4は、 その移動位置が、 フォーカスレンズ駆動部 2 5を介して制御部 3 0により制御さ れる。 .
制御部 3 0は、 デジ夕ルスチルカメラ 1の各部の制御を行う。 例えば、 シャヅ 夕レリーズボタン 1 9の押圧状態に基づき、 フレーミング処理制御 （オフ） 、 ォ 一トフォーカス処理制御 （半押し） 、 静止画像記録制御 （全押し） を行う。
なお、 フレーミング処理とは、 画面内の被写体の位置や画面の構図を、 ユーザ が撮影前に確認することができるように、 C C D 1 2に撮像されている画像をフ アインダ 1 6に表示する処理である。 このフレーミング処理時には、 一定の画像 更新周期毎 （例えば 1 / 3 0秒毎） に C C D 1 2が 1画面分の撮像処理を行い、 撮像して得られた画像信号が出力される。 そのため、 ファインダ 1 6に表示され る画像も、 一定時間毎 （例えば 1 / 3 0秒毎） に更新され、 ユーザはファインダ 1 6に表示されている撮像画像を、 動画で確認することができる。 このフレーミ ング処理は、 デジ夕ルスチルカメラ 1自体が撮影可能な状態になっており、 且つ、 シャヅ夕レリーズボタン 1 9がオフの状態のとき、 つまりユーザがシャヅ夕レリ 一ズボ夕ン 1 9を押していない状態のときに行われる。
オートフォ一カス処理とは、 静止画の撮像対象となる被写体画像のフォーカス を、 自動的に設定する処理である。 つまり、 オートフォーカス処理は、 自動的に フォーカスレンズ 2 4の移動位置を調整して、 撮像画像のピント調整を行う処理 である。 デジ夕ルスチルカメラ 1は、 フレーミング処理を行いながら、 シャツ夕 レリーズポタン 1 9を半押し状態とすると、 撮像画像に基づき合焦点位置を検出 するオートフォーカス処理を開始する。 具体的に、 オートフォーカス処理時には、 制御部 3 0は、 フォーカスレンズ 2 4を移動させながら各位置におけるこのコン トラスト値を検波回路 1 8から取得し、 フォ一カスレンズ 2 4の各移動位置に対 するコントラスト値の増減を判断する。 そして、 制御部 3 0は、 そのコントラス ト値の増減から、 フォーカスレンズ 2 4の移動位置に対する画像のフォーカスの 合焦の度合いを判断し、 もつともその合焦度合いが高い位置にフォーカスレンズ 2 4を移動する。 なお、 このオートフォーカス処理の制御手順については、 その 詳細を後述する。
また、 このデジタルスチルカメラ 1では、 このオートフォーカス処理時に、 ォ 一トフォ一カスを行う際に必要となる、 絞り羽根の開度や電子シャツ夕のスピ一 ド等の設定、 つまり、 F値やシャツ夕スピードの設定も行う。 また、 さらに、 ォ 一トフォーカスを行う際に必要となるホワイ トバランスの設定といった設定も行 。
静止画像撮影処理とは、 被写体画像を 1画面分撮像して、 その 1画面分の被写 体画像をメディアに記録する処理である。 デジ夕ルスチルカメラ 1は、 ォ一トフ オーカス処理を完了したのちに、 シャツ夕レリーズボタン 1 9が全押しされると、 フォーカスレンズ 2 4の移動位置、 絞り羽根の開度、 電子シャツ夕時間等を、 ォ ―トフォーカス処理時に検出された値に設定して、 1画面分の静止画像を C C D 1 2で取り込む。 取り込まれた静止画像は、 デジタル信 ·号処理回路 1 5等により 圧縮等の処理がされたのち、 メディアに保存される。
次に、 A F補助光発光回路 2 1の回路構成例について説明をする。
図 2には、 回折格子を通過したレーザ光を、 A F補助光として出射する発光回 路を示している。
A F補助光発光回路 2 1は、 図 2に示すように、 回折格子 3 1を介してレーザ 光を出射するレーザダイオード 3 2と、 レーザダイオード 3 2の出射光量を検出 するフォトディテクタ 3 3と、 レーザダイオード 3 2の通過電流を制御するトラ ンジス夕 3 4と、 レーザグイォード 3 2への供給電力 （V c c ) をスィヅチング するスイッチング回路 3 5と、 フォトディテク夕 3 4からのフィードバヅク電圧 をデジタル化して制御部 3 0に供給する A Dコンバータ 3 6と、 制御部 3 0から 与えられるレーザダイォ一ド 3 2への発光光量制御信号をアナログ化する D Aコ ンバータ 3 7と、 フォ トディテクタ 3 4からのフィードバック電圧と制御部 3 0 からの供給電流制御信号とを差動演算してトランジスタ 3 4のペース端子に与え ることによりレーザダイオード 3 2の通過電流を安定化させる演算増幅器 3 8と を備えて構成される。
レーザダイオード 3 2から回折格子 3 1を通過して外部に出射されるレーザ光 は、 当該回折格子 3 1に刻まれた凹凸に従った固定パターンの光となる。 このよ うなレーザ光の出射技術は、 例えば、 レーザポインタ等に用いられている。 本デ ジ夕ルスチルカメラ 1では、 この固定パターンの光の反射光を用いて、 オートフ オーカスが行われる。
一般的に、 レ一ザダイオードは、 フォ トダイオードと組み合わされたユニッ ト 部品で使用される。 これは、 レーザダイオードが温度変化に対して敏感に光量が 変化してしまい、 定電流駆動では、 出力光量を一定に管理できないためである。 フォ トダイォードを用いてレーザダイォードの出射光量を一定に管理するには、 フォトダイォ一ドをレーザダイォードの出射源に近接する位置に配置し、 フォ ト ダイォ一ドの検出電圧を用いて、 レーザ出力が一定になるようレーザ駆動連流に 帰還をかければよい。 このようにした場合、 フォトダイオードの感度の温度変化 が極めて少ないため、 ほぼ一定のレーザ出力管理が可能となる。 図 2で示す回路 も、 フォ トディテクダ 3 3からフィードバックされた帰還電圧が、 D Aコンパ '一 タ 3 7から出力される基準電圧との差動が取られ、 レーザダイォード 3 2の供給 電流が制御されるので、 レーザダイオード 3 2からの発光光量を一定とすること ができる。
図 2で示す A F用補助光発光回路 2 1では、 制御部 3 0から演算増幅器 3 8へ 基準電圧 （D Aコンバータ 3 7を介したアナログの基準電圧） を与えるとともに、 スィツチング回路 3 5によりレーザダイォ一ド 3 2へ供給する電力を P WM方式 でスィヅチングすることで、 レーザダイォード 3 2からの発光光量の制御を行う < スイッチング回路 3 5は、 A F補助光の発光有無の制御回路も兼ねており、 制 御部 3 0からの O N/ O F F信号 （ポート出力） で: P WMのスィ ヅチングが制御 される。 制御部 3 0は、 P WMの周期を、 撮像画像の更新周期 （例えば、 1 / 3 0秒） に同期させて制御している。 なお、 レーザダイオード 3 2の通電、 停電は、 当該レーザダイオード 3 2の駆動回路の電源 （V c c ) のスィヅチングを行うこ とにより行う。 ' なお、 演算増幅器 3. 8へ与える基準電圧は、 所望の P WMのデューティ比 （D C発光でも可） で、 A F補助光を点灯させたときに、 所望の距離、 画角、 被写体 条件で A Fが可能な光量が得られる発光出力になるように調整をしておく。 この 調整は、 デジタルスチルカメラ 1の装置毎の感度ばらつき吸収するものであり、 一旦調整を行えば、 P WMのパルスデューティ可変することで、 被写体の状況に 応じて光量の調整を行うことができる。 もっとも、 パルスのデューティでの制御 ではなく、 基準電圧自体を可変しても同等な出力制御は可能である。
以上 A F補助光発光回路 2 1の回路構成として、 回折格子を通過したレーザ光 を出射するレーザダイォ一ドを発光素子として用いた例を示したが、 このような レーザダイオードに関わらず、 L E Dなど他の光源を用いた A F補助光であって も実現は可能である。 例えば、 発光素子として L E Dを用いた場合には、 図 3に 示すように L E D 3 9をトランジスタ 4 0で駆動するような回路構成となる。 次に、 A F補助光の究光の判定について説明をする。
A F補助光は、 オートフォーカス処理を行う場合に常に発光するというのもの ではなく、 例えば暗所などの低輝度環境下で、 外光だけでは撮像画像の輝度が十 分得られず正確にオートフォーカスができない場合等に発光がされる · 6 -制御部- 3 0では、 シャツタレリーズボタン 1 9が半押し状態とされォ一トフォ一カス処理 を開始される前から、 A F補助光の発光を行うか行わないかの判断を行っている < さらに、 この判断情報は、 例えば、 ファインダ 1 6等を用いてその予告をユーザ に提示している。
制御部 3 0では、 先にも述べたように、 オートフォーカスの他に、 自動露出制 御 （A E ) も行っている。 制御部 3 0は、 フレーミング時には常時自動露出制御 を行っており、 最適な露出設定となるように、 ゲイン、 電子シャツ夕、 絞りなど を常に制御している。 この自動露出制御は、 撮像画像内から検波された輝度レべ ル （明るさ情報） に基づき行われる。 制御部 3 0は、 被写体の明るさを示す明る さ情報の算出を、 撮像された 1枚の画像毎に行う。 この明るさ情報は、 被写体が 明るければ大きく、 暗ければ小さな値となる。 そして、 制御部 3 0では、 現在得 られている明るさ情報を元に、 ォ一トフォーカスが可能な明るさであるか否かを、 例えば撮像された 1枚の画像毎に判断し、 その情報をユーザに提示する。
また、 制御部 3 0では、 シャヅ夕レリーズボタン 1 9が半押し状態とされて A F開始の指示がきたとき、 現在ォ一トフォーカスが可能な明るさではないと判断 している場合には、 A F補助光の発光を決定する （但しこの'時点では発光しな い） 。 さらに、 A F補助光を発光した際に、 A Fが可能な明るさになるよう、 電 子シャツ夕のシャヅ夕スピードの上限を決定したのち、 所定のゲイン、 ； F値の設 定を決定して、 新たに露出制御を行う。
ここで、 シャツタスピードは、 A F補助光のレーザ発光制御の際の P WMのデ ユーティの最大値より長い時間であり、 且つ、 1画面分の画像を撮像する際の最 小の画像露光周期 （C C Dからの画像の読み出し周期） より短い、 スピードとす る。 例えば、 最小の画像更新周期が 1 Z 3 0秒、 レーザの P WMデューティが、 1 6 0秒オン、 1 / 6 0秒オフで動作するとした場合、 シャヅ夕スピードを 1 / 3 0秒を上限に設定する。 このように設定することにより、 発光された A F補 助光をもれなく受光した状態で、 最速のォートフオーカス処理時間を実現するこ とができる。 なお、 C C Dから画像読み出し周期が早くなれば、 1 Z 3 0秒より 短いシャツ夕スピードを選択してもよい。 また、 A F補助光の到達距離を伸ばす -ため、 最小の画像更新周期以上の発光を行う場合は'、 最小画像更新周期以土に露 光時間を伸ばしてもよい。
次に、 A F補助光の発光時におけるォートフォーカス処理の制御フローについ て説明をする。 図 4に、 オートフォーカス処理時における制御部 3 0の処理フロ 一チャートを示し、 図 5にォ一トフォーカス処理時における各ステヅプでのフォ —カスレンズ 2 4の移動位置並びにフォーカスレンズ 2 4の各位置にあるときに 検出された撮像画像のコントラスト値を示す。
まず、 制御部 3 0は、 シャヅタレリーズボタン 1 9が半押し状態となる以前の 状態、 すなわち、 シャヅ夕レリーズボ夕ン 1 9がオフのフレ一ミング状態におい て、 C C D 1 2を通して検出された撮像画像の輝度レベルに基づいて、 被写体の 明るさを検出し、 A F補助光の発光が必要であるか否かを判断しておく （ステヅ プ S 1 ) 。 本例では、 シャツ夕レリーズボタン 1 9を半押しする以前に A F補助 光の発光有無を判断しているが、 これは、 A F補助光の発光の予告をシャツタレ リーズポタン 1 9を半押しする以前に、 ユーザに認知させるためである。 なお、 A F補助光の発光の予告をユーザに認知させる必要がなければ、 次のステツプ S 2の半押し直後の自動露出制御の補正結果から発光の有無を判断してもよい。 続いて、 制御部 3 0は、 A F補助光の発光が必要であると判断されている状態 で、 シャヅタレリーズボタン 1 9が半押しされると、 オートフォーカスに適した 露光状態になるよう自動露出制御をする （ステップ S 2 ) 。 つまり、 オートフォ 一カスを行うためのコントラストが検出される A F検波エリアの露光状態が、 コ ントラストが検出できるような状態に露出制御を行う。 従って、 A F検波エリア 内の輝度レベル或いはその近傍の輝度レベルを検出して、 露出制御を行う。 本例 では、 シャヅ夕レリ一ズボタン 1 9が半押しされる以前の C C D 1 2からの画像 情報は、 ユーザの作風として'意図的に露出が操作されている場合や、 全体の明る さのバランスで、 A F検波エリアが暗くなつている可能性もある。 そのため、 シ ャヅ夕レリーズボタン 1 9が半押しされた以降のオートフォ一カスのための自動 露出制御は、 少なくとも、 撮像画面内の A F検波エリア内でオートフォーカスが 可能な露出状態になるように行う。
続いて、 制御部 3 0は、 ステヅプ S 2で制御した露出で、 A F補助光を発光し ないで、 A F検波エリア （或いはその付近） の輝度レベルを取得する （ステヅプ S 3 ) 。
続いて、 制御部 3 0は、 補助光発光回路 2 1の P WM出力上限のデュ一ティを 出力して、 A F補助光の最大発光を行い、 A F検波エリア （或いはその付近） で の輝度レベルを取得する （ステヅプ S 4 ) 。 そして、 制御部 3 0は、 ステップ S 3で検出した非発光状態での輝度レベルと、 最大発光状態での輝度レベルとの差 違を求め、 この差異に基づきォートフォーカス処理で必要な最低限の A F補助光 の出力光量を決定する。 なお、 ここでは、 A F補助光の発光状態及び非発光状態 での輝度レベルを比較するため、 フォーカスレンズ 2 4の移動は行わない。 続いて、 制御部 3 0は、 稼働範囲のもっとも近端側 （至近端） に、 フォーカス レンズ 2 4を移動する （スデヅプ S 5 ) 。
続いて、 制御部 3 0は、 至近端への移動が完了すると、 その後、 ステップ S 4 において設定した出力光量で A F補助光の発光を行いながら、 フォーカスレンズ 2 4を無限端方向に移動させていく （ステップ S 6 ) 。 この際、 移動中に得られ る各撮像画像のコントラスト値の履歴と、 そのコントラスト値が得られたフォー カス位置情報の履歴を記憶する。
続いて、 フォーカスレンズが無限端に到達すると、 制御部 3 0は、 移動の際に 収集したコントラスト値を評価し、 合焦位置として一番確からしいと評価された 移動位置を、 最初の合焦位置として判定する （ステップ S 7 ) 。 例えば、 コント ラスト値のピーク値が得られた移動位置を、 合焦位置として判定する。 そして、 制御部 3 0は、 合焦位置と判定された移動位置に、 フォーカスレンズ 2 4を移動 する。
続いて、. フォーカスレンズを合焦位置へ移動すると、 制御部 3 0は、 A F補助 光を発光している状態で、 この合焦位置で撮像画像のコントラスト値を取得する (ステップ S 8 ) 。 なお、 ここでのコントラスト値は、 ステップ S 6で得られた 履歴のなかから抽出してもよい。
続いて、 制御部 3 0は、 A F補助光の発光を停止する （ステップ S 9 ) 。
続いて、 制御部 3 0は、 A F補助光を発光していない状態で、 この合焦位置で の撮像画像のコントラスト値を取得する （ステップ S 1 0 ) 。
続いて、 制御部 3 0は、 A F補助光が発光されている状態でのコントラスト修 と、 発光されていない状態でのコントラスト値とに基づき、 フォーカスレンズ 2 4の合焦位置の補正量を求め、 求めた補正量分だけ、 フォーカスレンズ 2 4を移 動させ、 その補正位置を合焦位置とする （ステップ S 1 1 )。
本デジ夕ルスチルカメラ 1では、 以上のように A F補助光の発光時におけるォ 一トフォ一カス処理を行う。
次に、 上記のステップ S 3及びステヅプ S 4で設定される A F補助光の発光光 量の設定についてさらに詳細に説明をする。
ステップ S 3及びステヅプ S 4では、 撮像画像上の A F検出エリアの輝度レぺ ル或いはその近傍の輝度レベルを検出している。 このステップ S 3では、 ステヅ プ S 2で自動露出制御した状態で、 輝度レベルを取得する。 このステップ S 3で 得た値を、 無発光時輝度レベル （ILUMし OFF) とする。 ステップ S 4では、 ステヅ プ S 2で露出制御した状態に加えて A F用補助光発光回路 2 1から最大光量で発 光し、 そのときの A F検出エリァの輝度レベル或いはその近傍の輝度レベルを取 得する。 このステップ S 4で得た値を、 発光時輝度レベル （ILUMし ON) とする。 ここで、 ステヅプ S 3及びステヅプ S 4で検出する輝度レベルは、 撮像画像の A F検出エリア内又はその近傍の輝度を積算し、 その積算値を 1枚以上の撮像画 像で積分した値である。 本例では、 1枚の撮像画像から得られた値を用いるもの とする。
輝度レベルの検出範囲は、 A F補助光の照射角度が 度、 撮像画像の画角が M 度、 A F補助光の光軸ずれが 0度で考慮しなくてよいとすれば、 画角の中心を基 準に、 N度の領域を輝度レベル取得のための領域として設定する。 このように設 定をすることによって、 例えば変倍可能なズームレンズを用いている場合であつ ても、 A F補助光が照射されていない領域の輝度レペルを参照しないで、 無発光 時輝度レベル （ILUMI—0FF) と発光時輝度レベル （ILUMし ON) とを比較することが できる。
検出した輝度レベルを、 輝度の検出エリアの面積を元に単位面積あたりの輝度 レベルとして正規化してもよい。 これは、 輝度レベルの積分値を求めた場合、 A F補助光が照射されていない領域を検出してしまうと、 照射光量が同じでも、 相 対的に検出した輝度レベルが増減してしまうためである。- · さらに、 ステヅプ S 4では、 無発光時輝度レベル （ILUMI_0FF) と発光時輝度レ ベル （ILUMI— ON) とから、 輝度レベル比 （ILUMI— RATIO) を以下の （ 1 ) 〜 （4 ) に従って算出する。
( 1 ) 発光時輝度レベル （ILUMI— ON) >ノイズレベル （NOISE_LEVEL) の場合
ILUMI_0N_RIV= ILUMI_ON-NOISE_LEVEL
( 2 ) 発光時輝度レベル （ILUMし ON) ≤ノイズレベル （N0ISE_LEVEL) の場合
ILUMI_ON_RIV= 0
( 3 ) ILUMI— 0N_REV>無発光時輝度レベル （ILUMし OFF) の場合
ILUMI_RATI0= { ( ILUMI_0N- ILUMI_0FF)*100}/ILUMI_0N
( 4 ) I MI— ONJIEV^無発光時輝度レベル （ILUMI_0FF) の場合
ILUMI RATIO- 0 。 単純に、 発光時の輝度レベルと無発光時の輝度レベルとの比を単純求めてもよ いが、 被写体が非常に遠い場合や反射率が低い被写体の場合には、 輝度レベルが 小さくなり輝度レベル比 （ILUMし RATIO) が不安定となる。 そのため、 ここでは、 発光時輝度レベル （ILUMし ON) の値が小さくノイズとして判断される場合には、 一律に輝度レベル比 （ILUMI— RATIO) を 0としている。 これにより、 非常に遠い被 写体や反射率の低い被写体に対してォートフォ一カスを行う場合にも、 安定した 明るい A F補助光の照射をすることができる。
また、 さらにステップ S 4は、 算出した輝度レベル比 （ILUMI_RATIO) に応じて オートフォーカス時に必要となる A F補助光の発光光量 （ILUMし LEVEI を決定す る。 輝度レベル比 （ILUMし RATIO) に対する A F補助光の発光光量 （ILUMし LEVE L) は、 例えば、 以下のように階段状の閾値 （thl , th2, th3, th4，th5 ： thl>th2>th 3>th4>th5) と比較して求める。
ILUMI_LEVEL = 6 t l≤ ILUMI_RATIO
ILUMI一 LEVEL = 5 th2≤ ILUMI_RATI0< thl
ILUMI_LEVEL = 4 th3≤ ILUMI_RATI0< th2
ILUMI_LEVEL = 3 th4≤ ILUMI—RAT 10く th3
ILUMI_LEVEL = 2 th5≤ ILUMI_RATIO< th4
ILUMI— LEVEL =1 ILUMI一 RATIOく th5 。
ここで、 ILUMI一 LEVEL= 1の場合に A F補助光が最大発光となり、 ILUMし LEVEL の値が大きくなると、 発光光量が小さくなつていく。
なお、 "無発光時輝度レベル （ILUMI_0FF) 補助光を必要としない十分な輝度 レベル" である場合には、 以上の発光光量の算出に関わらず、 A F補助光の発光 光量を最小発光光量 （ここでは、 ILUMし LEVEL = 6) に設定する。
この処理は、 ユーザが明るさを予測できないくらい撮影環境を暗くしてしまい、 A F補助光が必要であると判定されている状態ではあるが、 ステヅプ S 2の自動 露出制御を行えば A F補助光の発光が必要でないような状態のケースを考慮して いる。 つまり、 本デジ夕ルスチルカメラ 1の場合、 シャツタレリーズボタン 1 9 の半押し前に、 ユーザに対して補助光発光がされるか否かの予告を行っているが、 この予告を行っている場合には、 ステップ S 2の露出制御の結果、 A F補助光の 発光が不必要であるぐらい十分な輝度あったとしても、 A F補助光が発光される。 こういった場合には、 A F補助光を発光した場合の A F検波ェリァの輝度レベル と、 発光していない場合の A F検波エリアの輝度レベルとの差異がなくなり、 上 記計算手法では ILUMし RATI0= 0となる可能性が高い。 こうなると、 A F補助光が 必要ない明るさであるのにもかかわらず、 フル発光してしまう場合がある。 この 処理は、 このような場合にフル発光を防止するために行っている。
この発光光量 （ILUMI_LEVEL) を算出すると、 この発光光量に基づき、 以下のよ うに発光手段を駆動する電力をスィヅチングしている P WMのデューティ （DUT Y) を設定する。
DUTY = MAX— DUTY/ ILUMI— LEVEL 。
ここで、 MAX_DUTYは、 P WM出力の最大デューティ （つまり、 最高光量が発光 されるディ一ティ） である。
本デジ夕ルスチルカメラ 1では、 以上のように A F補助光の発光光量を制御す ることによって、 ォートフォーカス時に最適な発光光量で補助光を照射すること ができる。 例えば、 反射率の低い被写体、 非常に遠い被写体などでは、 明るい光 を十分な光を発光し、 反射率の高い被写体、 非常に近い被写体などでは、 必要相 当分のみの発光が可能であり、 A Fを行う時間を最小限にとどめ、 消費電力的に 効率よくすることができる。 また、 この A F補助光を遠距離まで到達させること が可能となる。
以上の例では、 輝度レベル比 （ILUMし RATIO) から階段上の閾値を用いて発光光 量 （ILUMし LEVEL) を算出したが、 このような方法に限らず、 例えば、 A F補助光 の発光光量と輝度レベル比との相関を示す曲線近似式や直線近似式を用いて発光 光量 （ILUMし LEVEL) を算出してもよいし、 さらに細かいテーブルを作成して詳細 に発光光量 （ILUMI_LEVEL) を設定してもよい。 以上の例では、 A F補助光の発光 光量を補助光の電力をスィツチングする P WMのデューティを変化させるように しているが、 このような方法に限らず、 例えば、 発光手段に対する電圧を制御し て発光光量を変化させてもよいし、 また、 電流を制御して究光光量を変化させて もよい。
次に、 ステップ S 8〜ステップ S 1 1で行われるフォーカスレンズの合焦位置 の制御処理についてさらに詳細に説明をする。
ステップ S 8及びステップ S 1 0では、 撮像画像の合焦度合いとして、 撮像画 像内に設けられている A F検出エリアのコントラスト値を検出している。 このコ ントラスト値は、 例えば、 A F検出エリア内の画像のエッジ成分を積分した値で ある。 このコントラスト値の大小により、 撮像画像の合焦度合いを判断している。 ステヅプ S 8で検出される A F補助光の発光時でのコントラス ト値を、 発光時コ ントラスト値 （CONT— ON) とし、 ステップ S 1 0で検出される A F補助光の無発光 時でのコントラス ト値を、 無発光時コントラスト値 （C0NT_0FF) とする。 なお、 A F補助光以外に光がない撮影環境下では、 A F補助光が無発光の場合、 被写体 は非常に暗くなり撮像画像からエッジ成分を検出することはできなくなるので、 コントラスト情報を得ることはできなくなる。 しかしながら、 A F補助光以外の 外光が混じっている撮影環境下では、 A F補助光がなくなつてもその外光によつ て被写体はある程度輝度を持っため、 ェッジ成分が検出できる。
ステヅプ S 1 1では、 A F補助光の発光時のコントラスト値 （C0NT_ON) と、 A F補助光の無発光時のコントラス ト値 （CONT— OFF) とを比較して、 A F補助光に 対する外光の混じり具合を予測し、 フォーカスレンズ 2 4の移動位置の補正量/? を算出している。
この補正量 5の算出方法について説明をする。
まず、 A F補助光単独の影響による補正量 は、 A F補助光の波長特性により 生じる色収差によるずれに対応した値となる。 そのため、 A F補助光を発光した 際に検出された合焦位置に対して、 一義的に定まる量となる。
これに対して A F補助光に対する外光の影響量 （I) は、 A F補助光の発光時の コントラスト値 （C0NT_0N) と A F補助光の無発光時のコントラスト値 （C0NT_0F F) との比から、 以下のように算出される。
影響量 ( I) = C0NT_0N/C0NT_0FFo
そのため、 A F補助光に外光が加わった場合におけるフォーカスレンズ 2 4の 補正量 ?は、 補正量ひと影響量 （I ) とから、 例えば以下のように算出する。
影響量 （I) >しきい値 thllの場合
補正量/?大 （α 1 0 0 % ) しきい値 thl l≥影響量 （I) >しきい値 thl2の場合
補正量/?中 （ひの 5 0 % )
しきい値 thl2≥影響量 （I)
補正量 ?なし （ の 0 % ) 。
ステヅプ S 1 1では、 このようにして求められた補正量 ?分だけ、 フォーカス レンズ 2 4の移動位置を移動させ、 オートフォーカス処理を完了する。
本デジ夕ルスチルカメラ 1では、 以上のようにフォーカスレンズ 2 4の合焦位 置を制御することによって、 A F補助光の周波数特性が例えば可視光領域の低波 長側にあったり、 A F補助光以外の外部光源が存在する環境下であったりしても、 正確にフォーカス位置を制御することができる。
なお、 以上の例では、 階段上の閾値を用いて外光の影響が加わった場合の補正 量5を算出したが、 このような方法に限らず、 例えば、 影響量 （I ) と補正量；5と の相関を示す曲線近似式や直線近似式を用いて算出してもよいし、 さらに細かい テーブルを作成して詳細に補正量/?を算出してもよい。 産業上の利用可能性. 上述したように、 本発明に係る画像撮像装置では、 補助光を照射した状態で検 出されたフォーカスフォーカスレンズの合焦位置に関する情報と、 補助光を照射 しない状態で検出されたフォーカスフォーカスレンズの合焦位置に関する情報と の両者の情報に基づき、 フォーカスレンズの合焦位置を制御するようにしている ので、 補助光の周波数特性が例えば可視光領域の低波長側にあったり、 補助光以 外の外部光源が存在する環境下であったりしても、 正確にフォーカス位置を検出 することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 被写体からの撮像光が入射され、 この撮像光を電気信号に変換して画像を撮 像するカメラ撮像部と、
被写体に対して光を照射する補助光照射部と、
上記カメラ撮像部及び上記補助光照射部を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、
上記カメラ撮像部内に設けられたフォーカスレンズの合焦位置を検出するフォ —カシング処理時に、 上記補助光照射部により被写体に対して光を照射した状態 で上記フォーカスレンズの合焦位置に関する情報を検出するとともに、 上記補助 光照射部により被写体に対して光を照射しない状態で上記フォーカスレンズの合 焦位置に関する情報を検出し、 両者のフォーカスレンズの合焦位置に関する情報 に基づき上記フォーカスレンズの移動位置を制御する
ことを特徴とする画像撮像装置。
2 . 上記制御部は、 上記補助光照射部により被写体に対して光を照射した状態で 上記フォーカスレンズの合焦位置を検出し、 フォーカスレンズをその合焦位置に 移動させ、 その合焦位置で上記補助光照射部により被写体に対して光を照射しな い状態でフォーカスレンズの合焦位置に関する情報を検出し、 検出した情報に基- づきフォーカスレンズの移動位置を補正することを特徴とする請求の範囲第 1項 記載の画像撮像装置。
3 . 上記制御部は、 上記カメラ撮像部により撮像された撮像画像に基づき、 フォ 一カスレンズの移動位置を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の画 像撮像装置。
4 . 上記制御部は、 上記カメラ撮像部により撮像された撮像画像のコントラスト に基づき、 フォーカスレンズの移動位置を制御することを特徴とする請求の範囲 第 3項記載の画像撮像装置。
5 . 上記制御部は、 上記カメラ撮像部により撮像された撮像画像の輝度に基づき、 補助光の発光光量を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の画像撮像
6 . 上記補助光照射部の発光手段は、 L E D (Light Emitting Diode) 、 レーザ 発光手段又は電球光であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の画像撮像装
7 . 上記補助光照射部の発光手段は、 被写体に対して回折格子を介してレ一ザ光 を発光するレーザ発光手段であることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の画像
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