JP2007139894A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】合焦検出を精度良く行えるようにすること。
【解決手段】ぼけの異なる複数の輝度情報を用いて算出した光学系１２から被写体までの距離に対応するぼけパラメータに基づいて上記光学系の配置を決定する撮像装置において、被写体の種類を決定する被写体決定手段１８と、この被写体決定手段の出力に応じて、撮影を行う際の撮影条件を算出する輝度情報取得位置計算手段２０と、を備え、ぼけパラメータ演算手段３２でぼけパラメータを算出するために用いるぼけの異なる複数の輝度情報の内の少なくとも１つの輝度情報を取得するための撮影条件を、上記輝度情報取得位置計算手段で算出した撮影条件に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ぼけの異なる複数の画像から合焦検出を行うＤＦＤ法を利用した合焦検出装置を用いた撮像装置に関する。

特許文献１に開示された合焦検出方式では、ぼけの異なる複数の画像を演算処理することにより、ぼけパラメータを算出し、合焦判定するために、光路長の異なる２箇所で輝度情報を取得する方法が記載されている。この手法は、Depth From Defocus（ＤＦＤ）と呼ばれる。ここで、ぼけパラメータとは、輝度情報のぼけ状態を示す代表値であり、光学系のポイントスプレッドファンクション（ＰＳＦ）の分散値と相関のある値を示す。また、ＰＳＦとは、理想的な点像が光学系を通過した場合にどのように広がるかを表した関数である。

上記特許文献１に記載されているＤＦＤ合焦検出方法の概略ステップを説明すると、図１２に示すようになる。これら概略ステップで行われる演算処理の詳細は、上記特許文献１に記載されているので、ここでは説明を省略する。

上記ＤＦＤ合焦検出方法では、同一被写体、同一部位、同一視線方向からの最低２つの合焦判定用輝度情報を、撮像画像のぼけ状態に影響を与える撮影条件を最低１つ変更することによって取得する。撮影条件としては、フォーカスレンズ位置、撮像部である撮像素子の位置、絞り径、焦点距離などがあるが、本説明では、図１３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、フォーカスレンズ１の位置のみを変更する場合に限定して説明を行う。

本ＤＦＤ合焦検出方法によるとまず、例えば図１３（Ａ）及び（Ｂ）の輝度情報取得手段である撮像部（図示せず）の像面２上に結像される像のぼけの状態を変えるために、フォーカスレンズ１を所定の第１の場所Ｌ１（図１３（Ａ））及び第２の場所Ｌ２（図１３（Ｂ））に移動し（ステップＳ１Ａ、ステップＳ１Ｂ）、それぞれ第１及び第２の輝度情報を取得する（ステップＳ１２Ａ，ステップＳ２Ｂ）。それぞれ取得された輝度情報は、電気的なノイズを除去するためのローパスフィルタ、第１及び第２の画像間で異なる倍率を補正する像倍率補正処理、輝度分布などの正規化処理が行われ（ステップＳ３Ａ，ステップＳ３Ｂ）、必要であれば取得した輝度情報中の合焦判定をすべき領域を選択する（ステップＳ４Ａ、ステップＳ４Ｂ）。選択はどちらか一方の輝度情報に対して行い、もう一方の輝度情報に対しては対応領域が選定される。そして、それら合焦判定をすべき領域における２つの正規化処理結果から、第１の輝度情報と第２の輝度情報との差分を演算する（ステップＳ５）。また、第１の輝度情報及び第２の輝度情報それぞれの２次微分を計算して（ステップＳ６Ａ，ステップＳ６Ｂ）、それらの平均値を計算する（ステップＳ７）。そして、上記ステップＳ５で求めた第１の輝度情報と第２の輝度情報との差分から上記ステップＳ７で求めた輝度情報の２次微分の平均値を除算することで、ＰＳＦの分散と相関のあるぼけパラメータが算出される（ステップＳ８）。

この算出されたＰＳＦのぼけパラメータから、被写体距離は、上記特許文献１に記載されているＰＳＦの分散と被写体距離の関係式に基づいて求められる（ステップＳ２６）。
米国特許第４，９６５，８４０号明細書

上記のようなＤＦＤ合焦検出方法では、輝度情報取得時の２つのレンズ位置の近傍に合焦レンズ位置が存在する場合に高い精度で被写体距離を求めることができるが、その２つのレンズ位置が合焦レンズ位置から離れるにしたがって合焦検出精度が悪くなる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、合焦検出を精度良く行うことが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置の一態様は、被写体を撮影して当該被写体の画像を記録する撮像装置において、
当該被写体からの光を所定の位置に結像する光学系と、
上記光学系によって結像した光の輝度情報を取得することで撮影を行う輝度情報取得手段と、
上記輝度情報取得手段で取得したぼけの異なる複数の輝度情報を用いて、上記光学系から上記被写体までの距離に対応するぼけパラメータを算出するぼけパラメータ演算手段と、
上記ぼけパラメータ演算手段を用いて算出した上記ぼけパラメータに基づいて上記光学系又は上記輝度情報取得手段の配置を決定する配置決定手段と、
を具備し、
被写体の種類を決定する被写体決定手段と、
上記輝度情報取得手段により撮影を行う際の撮影条件を上記被写体決定手段による決定結果に応じて算出する条件計算手段と、
上記ぼけパラメータ演算手段によって上記ぼけパラメータを算出するために用いる上記ぼけの異なる複数の輝度情報の内の少なくとも１つの輝度情報を取得するための上記撮影条件を、上記条件計算手段で算出した上記撮影条件に設定する条件設定手段と、
を更に備えたことを特徴とする。

本発明によれば、合焦検出を精度良く行うことが可能な撮像装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
本実施形態に係る撮像装置は、図１（Ａ）に示すようなコンパクトカメラ１０であり、図２に示すように、光学系１２、撮像素子１４、輝度信号制御部１６、被写体決定手段１８、輝度情報取得位置計算手段２０、測光センサ２２、露光条件計算手段２４、光学系制御部２６、及び距離推定計算手段２８によって構成される。

ここで、光学系１２は複数のレンズ群と絞りで構成され、画像を撮影することを目的としたレンズ群（テーキングレンズ）であり、そのうちの一部のレンズ群はフォーカスを調整するために光軸方向に駆動できる構成になっている。このレンズ群をフォーカスレンズと呼ぶ。テーキングレンズによって結像した被写体の像は、撮像素子１４の光電変換素子によって電気信号に変換される。変換された電気信号は輝度信号制御部１６でデジタル信号に変換される。この輝度信号制御部１６によって変換されたデジタル信号を輝度情報と呼ぶ。即ち、上記撮像素子１４と輝度信号制御部１６とで、輝度情報取得手段３０を構成している。この輝度情報取得手段３０で取得された輝度情報は、距離推定計算手段２８に入力される。

また、被写体決定手段１８は、被写体の種類を決定するためのユーザインタフェースであり、撮影者はこのユーザインタフェースを通して撮影者が撮影しようとする被写体の種類を選択する。被写体の種類としては、近接した被写体、遠景の被写体、人物、夜景の被写体、標準の被写体の少なくとも５つの被写体の種類から選択できる。撮影条件の設定は、被写体決定手段１８で選択された被写体の種類によって影響される。条件計算手段として輝度情報取得位置計算手段２０は、この被写体決定手段１８で選択した被写体の種類に応じて、合焦検出を行なうために最適なフォーカスレンズ位置を計算する。測光センサ２２は、被写体からの入射光を感知するもので、露光条件計算手段２４は、この測光センサ２２の計測結果から、撮像素子１４のシャッタスピードを計算する。さらに、条件設定手段としての光学系制御部２６は、アクチュエータと該アクチュエータを駆動するための駆動回路とによって構成されており、光学系１２におけるフォーカスレンズの位置と絞りの径を制御する。

なお、各部の動作制御は、当該コンパクトカメラ１０を制御する不図示のコントローラにより為される。

ここで、上記距離推定計算手段２８は、ＤＦＤ合焦検出方法により被写体距離を推定するものである。この距離推定計算手段２８は、ぼけパラメータ演算手段３２、制御パラメータ計算手段３４、ＬＵＴ記憶部３６によって構成される。

ぼけパラメータ演算手段３２は、ぼけパラメータの算出のために必要な画像の差分を計算する差分演算部３８と、画像の２次微分を計算し、ぼけの異なる複数（例えば２つ）の輝度情報から得られる２次微分の結果の平均を計算する２次微分演算部４０と、差分演算部３８で計算された画像の差分と２次微分演算部４０で計算された２次微分との平均を除算して、ぼけパラメータを計算するぼけパラメータ演算部４２と、複数の輝度情報をフォーカスレンズを異なる位置に配置し、異なる時刻で取得するため、１枚目に撮影した輝度情報とその２次微分の結果を保持するバッファ４４と、を備えている。

ＬＵＴ記憶部３６は、ぼけパラメータと被写体からの光の合焦位置との関係として、ぼけパラメータと合焦レンズ位置との関係をルックアップテーブル（ＬＵＴ）の形で記憶したものである。合焦レンズ位置に応じて、光学系１２の配置が定まる。

配置決定手段としての制御パラメータ計算手段３４は、上記ＬＵＴ記憶部３６のＬＵＴを参照することにより、上記ぼけパラメータ演算部４２で計算したぼけパラメータに対応したフォーカスレンズの位置である合焦レンズ位置を求めるものである。

上記のような構成の本実施形態におけるコンパクトカメラ１０の合焦検出処理を、図３のフローチャートを参照して詳細に説明する。なおここでは、背景技術で説明したように、フォーカスレンズの位置を変更して取得したぼけの異なる輝度情報を使って、合焦検出する方法に限定して説明する。

即ち、まず、被写体決定手段１８によって、被写体の種類を決定する（ステップＳ１００）。本実施形態では、撮影者が撮影しようとする被写体の種類（少なくとも、「近接した被写体」、「遠景の被写体」、「人物」、「夜景の被写体」、「標準の被写体」）を、撮影者がユーザインタフェース（被写体決定手段１８）を操作することにより選択する。被写体決定手段１８は、この選択された被写体の種類を、撮影される被写体の種類として決定する。本実施形態では、撮像装置における撮影時のフォーカスレンズ位置や絞り径等の光学系１２の配置や、シャッタスピード等の撮影条件は、決定された被写体の種類に影響される。被写体の種類の決定が行われると、図示しないコントローラの制御に従って、輝度情報取得位置計算手段２０は、その被写体決定手段１８で選択した被写体の種類に基づいて、合焦検出を行なうために最適なフォーカスレンズ位置Ｌ１を計算する（ステップＳ１０２）。

ここで、被写体決定手段１８で決定した被写体の種類が近接した被写体の場合、主要被写体が近距離にあることを示している。光学系１２の設計によって近接の被写体を撮影する場合の距離範囲は異なるが、例えば本実施形態では、主要被写体が撮像装置から０ｃｍから６０ｃｍ以内にあると推定する。輝度情報取得位置計算手段２０が計算するフォーカスレンズ位置Ｌ１は、この範囲内における所定の位置である。また、被写体決定手段１８で決定した被写体の種類が遠景や夜景の被写体である場合、主要被写体は無限遠に近い距離にあると推定する。よって、輝度情報取得位置計算手段２０は、フォーカスレンズ位置Ｌ１を無限遠と計算する。また、被写体決定手段１８で決定した被写体の種類が人物（ポートレート）の場合は、主要被写体の距離が約１ｍから５ｍの距離に存在すると推定して、輝度情報取得位置計算手段２０が計算するフォーカスレンズ位置Ｌ１は、この範囲の所定の位置となる。一方、被写体決定手段１８で決定した被写体の種類が標準の被写体となっている場合には、被写体の種類は特定の被写体に合致する被写体ではないため、撮影時の絞り径やシャッタスピード等の撮影条件の設定を予め定められた関数に基づいて設定する。よって、この場合は主要被写体の推定位置が未知であるため、輝度情報取得位置計算手段２０は、距離に応じたフォーカスレンズ位置Ｌ１を計算する必要はなく、予め決められた所定の位置とすれば良い。

こうして輝度情報取得位置計算手段２０がフォーカスレンズ位置Ｌ１を計算したならば、図示しないコントローラの制御に従って、光学系制御部２６により光学系１２のフォーカスレンズや絞り径を駆動し（ステップＳ１０４）、合焦検出を行っていくことになる。このようなフォーカスレンズ位置Ｌ１でＤＦＤによる合焦検出を行うことにより、２枚のぼけ画像のうち１枚は合焦した画像に近くなるため、ぼけパラメータの算出精度が高くなり、結果的に高い精度で被写体距離が求まる。この結果、被写体の種類に応じて合焦検出を高い精度で行うことができる。

また、本実施形態においては、合焦検出法は、ぼけの大きさを輝度情報から推定するため、できるだけぼけが顕著に表れる露光条件で輝度情報を取得することが好ましい。そのため、測光センサ２２により、被写体からの入射光を計測し（ステップＳ１０６）、その結果から、図示しないコントローラの制御に従って、露光条件計算手段２４によって撮像素子１４のシャッタスピードを計算する（ステップＳ１０８）。このとき、選択した被写体の種類に応じたシャッタスピードを計算するようにしても良い。また、絞り径は、開放の状態とする。選択した被写体に応じた絞り径としても良い。

そして、上記ステップＳ１０４で駆動設定されたフォーカスレンズ位置Ｌ１で、図示しないコントローラの制御に従って、輝度情報取得手段３０により被写体の１枚目の輝度情報を取得し、距離推定計算手段２８のぼけパラメータ演算手段３２におけるバッファ４４にその取得した１枚目の輝度情報を記憶する（ステップＳ１１０）。

その後、不図示コントローラの制御に従って、光学系制御部２６によって光学系１２のフォーカスレンズを、上記フォーカスレンズ位置Ｌ１とは異なる予め決められた第２のフォーカスレンズ位置Ｌ２に駆動し、輝度情報取得手段３０によって被写体の２枚目の輝度情報を取得する（ステップＳ１１２）。この取得された２枚目の輝度情報は、距離推定計算手段２８に供給される。

上記２枚目の輝度情報の取得が完了すると、不図示コントローラの制御に従って、距離推定計算手段２８において、ぼけパラメータの計算が行われる。即ち、ぼけパラメータ演算手段３２において、差分演算部３８が、上記１枚目の輝度情報をバッファ４４から読み出し、上記輝度情報取得手段３０から供給される２枚目の輝度情報との差分を計算する。また、２次微分演算部４０が、上記輝度情報取得手段３０から供給される２枚目の輝度情報の２次微分を計算し、それが計算されたならば、更に、上記１枚目の輝度情報をバッファ４４から読み出して、その２次微分を計算する。そして、それら計算した１枚目と２枚目の２次微分の平均値を計算し、それら２枚の画像の２次微分の平均値が閾値を超える値の存在するブロックを、ぼけパラメータを計算する領域として抽出する（ステップＳ１１４）。そして、ぼけパラメータ演算部４２は、上記抽出した領域について、上記差分演算部３８で演算した差分の結果と上記２次微分演算部４０で演算した２次微分の平均値との除算を計算して、ぼけパラメータを得る（ステップＳ１１６）。

ぼけパラメータは、被写体距離の逆数に対して線形な関係があり、更に、被写体距離と合焦レンズ位置の関係は１対１対応であるので、ぼけパラメータと合焦レンズ位置の関係も、図１（Ｂ）に示すように、１対１対応の関係が保存される。この関係は、ＬＵＴ記憶部３６にテーブル（ＬＵＴ）として記憶されている。制御パラメータ計算手段３４は、ぼけパラメータに対応する被写体距離の値を算出する距離情報算出手段である。被写体距離の値に対応する距離情報は、フォーカスレンズの位置で表される。よって、制御パラメータ計算手段３４では、ぼけパラメータ演算手段３２で求められたぼけパラメータとＬＵＴ記憶部３６に記憶されているテーブル（ＬＵＴ）の情報を使用して、被写体に対する合焦レンズ位置ＤＦＤ＿ＬＦを線形補間によって求める（ステップＳ１１８）。

続いて、制御パラメータ計算手段３４は、上記推定した合焦レンズ位置ＤＦＤ＿ＬＦを光学系制御部２６に入力する。こうして距離推定計算手段２８から合焦レンズ位置ＤＦＤ＿ＬＦが入力されると、光学系制御部２６の駆動回路は、それを目標レンズ位置としてフォーカスレンズを配置するための信号を生成し、アクチュエータにその信号を入力してフォーカスレンズを所望の位置に配置する（ステップＳ１２０）。

そして、その目標レンズ位置にフォーカスレンズが駆動されたならば、合焦検出が完了する（ステップＳ１２２）。

［第１実施形態の変形例１］
上記第１実施形態はコンパクトカメラの場合であるが、本実施形態に係る撮像装置は、図１（Ｃ）に示すような一眼レフレックスカメラ４６としても構成することができる。

即ち、本変形例としてのこの一眼レフレックスカメラ４６の場合光学系１２は、テーキングレンズ１２Ａ、レフミラー１２Ｂ、合焦検出用のＡＦ撮像素子１４Ａ，１４Ｂに光線を導くためのＡＦ光学系１２Ｃ，１２Ｄによって構成される。また、テーキングレンズ１２Ａにはフォーカスを調整するためのフォーカスレンズがある。テーキングレンズ１２Ａによって結像した被写体の像は、撮像素子でデジタル信号に変換される。撮像素子は、撮影を目的とした撮影用撮像素子１４Ｃと２つのＡＦ撮像素子（１４Ａ，１４Ｂ）があり、ＡＦ撮像素子のうち一つは撮影用撮像素子１４Ｃと光学的に同等の位置に配置されている。本実施形態ではＡＦ撮像素子１４Ａがその配置であるとする。

本変形例における一眼レフレックスカメラ４６は、図４に示すように、輝度情報取得手段３０の撮像素子として上記ＡＦ撮像素子１４Ａ，１４Ｂを使用することと、距離推定計算手段２８のぼけパラメータ演算手段３２からバッファ４４を省略したことが、上記第１実施形態におけるコンパクトカメラ１０との構成上の違いである。即ち、本変形例では、ＡＦ撮像素子１４Ａ，１４Ｂにより変換された電気信号は輝度信号制御部１６で２つの輝度情報に変換されて、距離推定計算手段２８のぼけパラメータ演算手段３２の差分演算部３８と２次微分演算部４０とに供給されるようになっている。

上記のような構成の本変形例における一眼レフレックスカメラ４６の合焦検出処理は、図５のフローチャートに示すようになる。なおここでは、配置の異なる２つの撮像素子（ＡＦ撮像素子１４Ａ，１４Ｂ）によって取得した２枚のぼけの異なる輝度情報を使って、合焦検出する方法に限定して説明する。

即ち、上記第１実施形態で説明したように、撮影者がユーザインタフェース（被写体決定手段１８）によって選択した被写体の種類を撮影する被写体の種類として決定し（ステップＳ１００）、そのユーザ指定の被写体の種類に基づいて、輝度情報取得位置計算手段２０が合焦検出を行うための最適なフォーカスレンズ位置Ｌ１を計算して（ステップＳ１０２）、光学系制御部２６により光学系１２のテーキングレンズ１２Ａにおけるフォーカスレンズを駆動する（ステップＳ１０４）。また、測光センサ２２により、被写体からの入射光を計測し（ステップＳ１０６）、その結果から、露光条件計算手段２４にて、撮像素子１４のシャッタスピードや絞り径等の撮影条件を計算する（ステップＳ１０８）。

そして、本変形例では、上記ステップＳ１０４で駆動設定されたフォーカスレンズ位置Ｌ１で、図示しないコントローラの制御に従って、輝度情報取得手段３０で２つの輝度情報を同時に取得し、それら同時に取得された２つの輝度情報を用いて、距離推定計算手段２８において合焦レンズ位置を算出することになる。即ち、上記フォーカスレンズ位置Ｌ１で、位置の異なる撮像素子１４Ａ，１４Ｂから同時にぼけの異なる２つの輝度情報の取得を行う（ステップＳ１３０Ａ，ステップＳ１３０Ｂ）。次に、距離推定計算手段２８のぼけパラメータ演算手段３２における差分演算部３８で、それら２つの輝度情報の差分を計算し、また、それら２つの輝度情報の２次微分を２次微分演算部４０で一度に計算してその平均値を求める。そして、それら２枚の画像の２次微分の平均値が閾値を超える値の存在するブロックを、ぼけパラメータを計算する領域として抽出する（ステップＳ１１４）。その後、ぼけパラメータ演算部４２により、抽出した領域について、差分の結果と２次微分の平均を除算し、ぼけパラメータを算出する（ステップＳ１１６）。その後、第１実施形態と同様にして、制御パラメータ計算手段３４、ＬＵＴ記憶部３６、光学系制御部２６を用いて、ぼけパラメータに対応する合焦レンズ位置に光学系１２のフォーカスレンズを駆動配置して（ステップＳ１１８〜Ｓ１２０）、合焦検出を完了する（ステップＳ１２２）。

この様な構造を有することにより、ＤＦＤを使用した合焦検出において一眼レフレックスカメラ４６でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第１実施形態の変形例２］
次に、本発明の第１実施形態の変形例２を説明する。本変形例に係る撮像装置は、図１（Ａ）に示すようなコンパクトカメラ１０であり、第１実施形態と同様の部分についてはその説明を省略し、主として構造の異なる点についてのみ、以下に説明する。

本変形例におけるコンパクトカメラ１０では、図６に示すように、上記第１実施形態の構成に加えて、輝度情報取得手段制御部４８を備えている。即ち、本変形例におけるコンパクトカメラ１０では、光学系１２は、複数のレンズ群と絞りとで構成され、画像を撮影することを目的としたレンズ群（テーキングレンズ）である。上記第１実施形態では、そのうちの一部のレンズ群はフォーカスを調整するために光軸方向に駆動できる構成となっていたが、本変形例では、撮像素子１４を光軸方向に駆動することにより、フォーカスを調整する構成となっている。輝度情報取得手段制御部４８は、アクチュエータと該アクチュエータを駆動するための駆動回路によって構成されており、撮像素子１４の位置を制御する。また、光学系制御部２６は、本変形例では、光学系１２の絞り径のみを制御する。更に、本変形例では、距離推定計算手段２８のＬＵＴ記憶部３６は、ぼけパラメータと被写体からの光の合焦位置との関係として、ぼけパラメータと合焦撮像素子位置との関係をルックアップテーブル（ＬＵＴ）の形で記憶している。

上記のような構成の変形例におけるコンパクトカメラ１０の合焦検出処理を、図７のフローチャートを参照して説明する。なおここでは、撮像素子１４の位置を変更して取得した２枚のぼけの異なる輝度情報を使って、合焦検出する方法に限定して説明する。

即ち、まず、上記第１実施形態で説明したように、撮影者がユーザインタフェース（被写体決定手段１８）によって選択した被写体の種類を撮影する被写体の種類として決定し（ステップＳ１００）、そのユーザ指定の被写体の種類に基づいて、輝度情報取得位置計算手段２０が、合焦検出を行なうために最適な撮像素子位置Ｄ１を計算する（ステップＳ１４０）。そして、輝度情報取得手段制御部４８は、その計算された撮像素子位置Ｄ１に撮像素子１４を駆動設定する（ステップＳ１４２）。

また、上記第１実施形態と同様に、測光センサ２２及び露光条件計算手段２４によりシャッタスピードや絞り径を計算する（ステップＳ１０６，Ｓ１０８）。

そして、合焦検出を行なう際には、まず、上記撮像素子位置Ｄ１で１枚目の輝度情報を取得する（ステップＳ１４４）。その後、不図示コントローラの制御に従って、輝度情報取得手段制御部４８によって撮像素子１４を、上記撮像素子位置Ｄ１とは異なる予め決められた第２の撮像素子位置Ｄ２に駆動し、輝度情報取得手段３０によって被写体の２枚目の輝度情報を取得する（ステップＳ１４６）。そして、ぼけパラメータ演算手段３２にて、これら２つの輝度情報を使用して、上記第１実施形態と同様にしてぼけパラメータを計算する（Ｓ１１４，Ｓ１１６）。

距離推定計算手段２８のＬＵＴ記憶部３６は、ぼけパラメータと合焦撮像素子位置の対応関係を記憶しており、制御パラメータ計算手段３４は、このＬＵＴ記憶部３６に記憶されているテーブル（ＬＵＴ）を使用して、被写体に対する合焦撮像素子位置ＤＦＤ＿ＤＦを計算する（ステップＳ１４８）。続いて、その計算した合焦撮像素子位置ＤＦＤ＿ＤＦを輝度情報取得手段制御部４８に入力する。こうして距離推定計算手段２８から合焦撮像素子位置ＤＦＤ＿ＤＦが入力されると、輝度情報取得手段制御部４８の駆動回路は、それを目標撮像素子位置として撮像素子１４を配置するための信号を生成し、アクチュエータにその信号を入力して撮像素子１４を所望の位置に配置する（ステップＳ１５０）。

そして、その目標撮像素子位置に撮像素子１４が駆動されたならば、合焦検出が完了する（ステップＳ１２２）。

この様な構成とすることにより、ＤＦＤを使用した合焦検出において、撮像素子１４の配置を変更することでぼけの異なる複数の輝度情報を取得して、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態に係る撮像装置は、図１（Ａ）に示すようなコンパクトカメラ１０であり、第１実施形態と同様の部分についてはその説明を省略し、主として構造の異なる点についてのみ、以下に説明する。

即ち、上記第１実施形態におけるコンパクトカメラ１０では、被写体決定手段１８がユーザインタフェースの入力に従って被写体の種類を決定していたが、本実施形態におけるコンパクトカメラ１０では、図８に示すように、被写体決定手段１８は、撮像素子１４と輝度信号制御部１６で構成した輝度情報取得手段３０で取得した輝度情報を使用して被写体の種類を決定するように構成されている。

上記のような構成の本実施形態におけるコンパクトカメラ１０の合焦検出処理を、図９のフローチャートを参照して説明する。なおここでは、背景技術で説明したように、フォーカスレンズの位置を変更して取得した２枚のぼけの異なる輝度情報を使って、合焦検出する方法に限定して説明する。

即ち、まず、図示しないコントローラの制御に従って、光学系制御部２６により光学系１２のフォーカスレンズ位置を、最近点を示すレンズ位置Ｌ０に駆動し、そのレンズ位置Ｌ０で輝度情報取得手段３０にて被写体の輝度情報を取得する（ステップＳ１６０）。被写体決定手段１８は、その取得した輝度情報から、被写体の種類を識別し、撮影する被写体の種類を決定する。

ここで、この被写体決定手段１８における被写体の認識手法について説明する。被写体が遠景である場合は、輝度情報の色情報の内、彩度が低くなり、また色調が太陽光や雲を通った自然光により形成される。さらに、輝度分布においては、階調の分散が小さく、似たような明るさの像となる。そのため、本実施形態では、被写体決定手段１８は、輝度情報が低彩度で、自然光による色調を持ち、階調の分散が小さい場合には、被写体の種類は遠景の被写体であると決定する。逆に、被写体が近景の場合は、彩度が低くなり、階調の分散が大きい。また、色調が白熱球や蛍光灯などの室内光で形成されていた場合は、近景撮影と認識できる。そのため、本実施形態では、被写体決定手段１８は、輝度情報が高彩度で、室内光による色調を持ち、階調の分散が大きな場合は、被写体の種類は近景の被写体であると決定する。また、特定の領域で色情報が肌色を示す場合は、被写体が人物であると認識する。また、エッジ情報を使用して像面全体のエッジ強度の合計値が所定の値より小さく、かつ色情報が黒を示す場合は、被写体の種類は夜景の被写体であると決定する。なお、本実施形態では、ベイヤ配列の撮像素子１４を使用することで、上述のような色に関する情報を得ている。

上記の設定に従って被写体決定手段１８は輝度情報から被写体の種類を決定する（ステップＳ１６２）。そして、輝度情報取得位置計算手段２０は、上記被写体決定手段１８が決定した被写体の種類に応じてレンズ位置Ｌ１を計算する（ステップＳ１０２）。

そして、合焦検出を行なう際に、光学系制御部２６によりこの範囲内における所定の位置Ｌ１にフォーカスレンズを駆動し、上記第１実施形態と同様にして合焦検出を行う（Ｓステップ１０４〜Ｓ１２２）。

この様な構成とすることにより、ＤＦＤを使用した合焦検出においてユーザが撮影シーンを選択することなく、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第２実施形態の変形例］
次に、本発明の第２実施形態の変形例を説明する。本変形例に係る撮像装置は、図１（Ａ）に示すようなコンパクトカメラ１０であり、第２実施形態と同様の部分についてはその説明を省略し、主として構造の異なる点についてのみ、以下に説明する。

本変形例におけるコンパクトカメラ１０では、図１０に示すように、上記第２実施形態の構成に加えて、輝度情報取得手段制御部４８を備えている。即ち、本変形例におけるコンパクトカメラ１０では、光学系１２は、複数のレンズ群と絞りとで構成され、画像を撮影することを目的としたレンズ群（テーキングレンズ）である。上記第２実施形態では、そのうちの一部のレンズ群はフォーカスを調整するために光軸方向に駆動できる構成となっていたが、本変形例では、撮像素子１４を光軸方向に駆動することにより、フォーカスを調整する構成となっている。輝度情報取得手段制御部４８は、アクチュエータと該アクチュエータを駆動するための駆動回路によって構成されており、撮像素子１４の位置を制御する。また、光学系制御部２６は、本変形例では、光学系１２の絞り径のみを制御する。更に、本変形例では、距離推定計算手段２８のＬＵＴ記憶部３６は、ぼけパラメータと被写体からの光の合焦位置との関係として、ぼけパラメータと合焦撮像素子位置との関係をルックアップテーブル（ＬＵＴ）の形で記憶している。

上記のような構成の変形例におけるコンパクトカメラ１０の合焦検出処理を、図１１のフローチャートを参照して説明する。なおここでは、撮像素子１４の位置を変更して取得した２枚のぼけの異なる輝度情報を使って、合焦検出する方法に限定して説明する。

即ち、まず、図示しないコントローラの制御に従って、輝度情報取得手段制御部４８は、撮像素子１４のフォーカス位置が最近点を示す撮像素子位置Ｄ０に撮像素子１４を駆動し、輝度情報取得手段３０から被写体の輝度情報を取得する（ステップＳ１７０）。被写体決定手段１８は、上記第２実施形態と同様に、輝度情報から被写体の種類を決定する（ステップＳ１６２）。次に、輝度情報取得位置計算手段２０は、上記第１実施形態で説明したような被写体ごとに想定した距離に合焦する撮像素子位置Ｄ１を計算する（ステップＳ１４０）。そして、輝度情報取得手段制御部４８は、その計算された撮像素子位置Ｄ１に撮像素子１４を駆動設定する（ステップＳ１４２）。

また、上記第１及び第２実施形態と同様に、測光センサ２２及び露光条件計算手段２４によりシャッタスピードや絞り径を計算する（ステップＳ１０６，Ｓ１０８）。

そして、合焦検出を行なう際には、まず、上記撮像素子位置Ｄ１で１枚目の輝度情報を取得する（ステップＳ１４４）。その後、不図示コントローラの制御に従って、輝度情報取得手段制御部４８によって撮像素子１４を、上記撮像素子位置Ｄ１とは異なる予め決められた第２の撮像素子位置Ｄ２に駆動し、輝度情報取得手段３０によって被写体の２枚目の輝度情報を取得する（ステップＳ１４６）。そして、ぼけパラメータ演算手段３２にて、これら２つの輝度情報を使用して、上記第１及び第２実施形態と同様にしてぼけパラメータを計算する（Ｓ１１４，Ｓ１１６）。

距離推定計算手段２８のＬＵＴ記憶部３６は、ぼけパラメータと合焦撮像素子位置の対応関係を記憶しており、制御パラメータ計算手段３４は、このＬＵＴ記憶部３６に記憶されているテーブル（ＬＵＴ）を使用して、被写体に対する合焦撮像素子位置ＤＦＤ＿ＤＦを計算する（ステップＳ１４８）。続いて、その計算した合焦撮像素子位置ＤＦＤ＿ＤＦを輝度情報取得手段制御部４８に入力する。こうして距離推定計算手段２８から合焦撮像素子位置ＤＦＤ＿ＤＦが入力されると、輝度情報取得手段制御部４８の駆動回路は、それを目標撮像素子位置として撮像素子１４を配置するための信号を生成し、アクチュエータにその信号を入力して撮像素子１４を所望の位置に配置する（ステップＳ１５０）。

そして、その目標撮像素子位置に撮像素子１４が駆動されたならば、合焦検出が完了する（ステップＳ１２２）。

この様な構成とすることにより、ＤＦＤを使用した合焦検出において、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

例えば、上記実施形態では、フォーカスレンズの位置や撮像素子を駆動して２つのぼけの異なる輝度情報を取得するものとしたが、絞り径を変更することで、ぼけの異なる輝度情報を取得する構成であっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また、各演算部や計算手段を、ＤＳＰやＣＰＵ等の一つのハードウェアによって構成しても構わない。

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） 被写体を撮影して当該被写体の画像を記録する撮像装置において、
当該被写体からの光を所定の位置に結像する光学系と、
上記光学系によって結像した光の輝度情報を取得することで撮影を行う輝度情報取得手段と、
上記輝度情報取得手段で取得したぼけの異なる複数の輝度情報を用いて、上記光学系から上記被写体までの距離に対応するぼけパラメータを算出するぼけパラメータ演算手段と、
上記ぼけパラメータ演算手段を用いて算出した上記ぼけパラメータに基づいて上記光学系又は上記輝度情報取得手段の配置を決定する配置決定手段と、
を具備し、
被写体の種類を決定する被写体決定手段と、
上記輝度情報取得手段により撮影を行う際の撮影条件を上記被写体決定手段による決定結果に応じて算出する条件計算手段と、
上記ぼけパラメータ演算手段によって上記ぼけパラメータを算出するために用いる上記ぼけの異なる複数の輝度情報の内の少なくとも１つの輝度情報を取得するための上記撮影条件を、上記条件計算手段で算出した上記撮影条件に設定する条件設定手段と、
を更に備えたことを特徴とする撮像装置。

（対応する実施形態）
この（１）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
ＤＦＤはぼけパラメータから被写体距離を推定し、被写体距離と合焦するフォーカス位置の関係を使って合焦状態を得る。この（１）に記載の撮像装置によれば、撮影状況に応じた撮影条件の選択により、フォーカス位置を合焦するフォーカス位置の近傍に設定し、ぼけパラメータのＳＮ比を大きくすることで合焦精度が向上する。

（２） 上記撮影条件は、上記光学系の配置又は上記輝度情報取得手段の配置であることを特徴とする（１）に記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（２）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（２）に記載の撮像装置によれば、撮影状況に応じた撮影条件の選択により、光学系の配置又は輝度情報取得手段の配置を、フォーカス位置を合焦するフォーカス位置の近傍となるように設定し、ぼけパラメータのＳＮ比を大きくすることで合焦精度が向上する。

（３） 上記被写体決定手段は、撮影者が撮影しようとする上記被写体の種類の選択操作によって被写体の種類を決定することを特徴とする（１）又は（２）に記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（３）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（３）に記載の撮像装置によれば、ユーザが所望の被写体に合わせて設定するので、合焦精度を向上させることができる。

（４） 上記被写体決定手段は、上記輝度情報に基づいて上記被写体の種類を識別することによって被写体の種類を決定することを特徴とする（１）又は（２）に記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（４）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（４）に記載の撮像装置によれば、ユーザが撮影シーンを選択する手間がなく、合焦精度を向上させることができる。

（５） 上記被写体の種類には近接した被写体を含み、
上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として近接した被写体が決定された際に、近接した被写体に応じた撮影条件を算出することを特徴とする（１）乃至（４）の何れかに記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（５）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（５）に記載の撮像装置によれば、近接撮影に最適な撮影条件を設定することで、近接撮影時に高精度の合焦検出を行うことができる。

（６） 上記被写体の種類には遠景の被写体を含み、
上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として遠景の被写体が決定された際に、遠景の被写体に応じた撮影条件を算出することを特徴とする（１）乃至（４）の何れかに記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（６）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（６）に記載の撮像装置によれば、遠景撮影に最適な撮影条件を設定することで、遠景撮影時に高精度の合焦検出を行うことができる。

（７） 上記被写体の種類には人物を含み、
上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として人物が決定された際に、人物に応じた撮影条件を算出することを特徴とする（１）乃至（４）の何れかに記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（７）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（７）に記載の撮像装置によれば、ポートレート撮影に最適な撮影条件を設定することで、ポートレート撮影時に高精度の合焦検出を行うことができる。

（８） 上記被写体の種類には夜景の被写体を含み、
上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として夜景の被写体が決定された際に、夜景の被写体に応じた撮影条件を算出することを特徴とする（１）乃至（４）の何れかに記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（８）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（８）に記載の撮像装置によれば、夜景撮影に最適な撮影条件を設定することで、夜景撮影時に高精度の合焦検出を行うことができる。

（９） 上記被写体の種類には特定の被写体に分類しない被写体を含み、
上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として特定の被写体に分類しない被写体が決定された際に、特定の被写体に分類しない被写体に応じた撮影条件を算出することを特徴とする（１）乃至（４）の何れかに記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（９）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（９）に記載の撮像装置によれば、標準撮影に最適な撮影条件を設定することで、標準撮影時に高精度の合焦検出を行うことができる。

（１０） 上記被写体決定手段は、輝度情報の色情報を用いて被写体の種類を決定することを特徴とする（４）に記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（１０）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１０）に記載の撮像装置によれば、特徴的な色分布の認識によって被写体を特定でき、その特定被写体を撮影する場合に多く使用される撮影条件で高精度の合焦検出を行える。

（１１） 上記被写体決定手段は、輝度情報のエッジ情報を用いて被写体の種類を決定することを特徴とする（４）に記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（１１）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１１）に記載の撮像装置によれば、特徴的なエッジ構造を持つ被写体を特定でき、その特定被写体を撮影する場合に多く使用される撮影条件で高精度の合焦検出を行える。

（１２） 上記被写体決定手段は、輝度情報の輝度分布を用いて被写体の種類を決定することを特徴とする（４）に記載の撮像装置。

（対応する実施形態）
この（１２）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第２実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１２）に記載の撮像装置によれば、特徴的な輝度分布の認識によって被写体を特定でき、その特定被写体を撮影する場合に多く使用される撮影条件で高精度の合焦検出を行える。

図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置としてのコンパクトカメラの構成を示す図、図１（Ｂ）は、ぼけパラメータと合焦レンズ位置との関係を示す図であり、図１（Ｃ）は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る撮像装置としての一眼レフレックスカメラの構成を示す図である。 図２は、図１（Ａ）のコンパクトカメラのブロック構成図である。 図３は、図２のコンパクトカメラの処理を説明するためのフローチャートを示す図である。 図４は、図１（Ｃ）の一眼レフレックスカメラのブロック構成図である。 図５は、図４の一眼レフレックスカメラの処理を説明するためのフローチャートを示す図である。 図６は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る撮像装置としてのコンパクトカメラのブロック構成図である。 図７は、図６のコンパクトカメラの処理を説明するためのフローチャートを示す図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置としてのコンパクトカメラのブロック構成図である。 図９は、図８のコンパクトカメラの処理を説明するためのフローチャートを示す図である。 図１０は、本発明の第２実施形態の変形例に係る撮像装置としてのコンパクトカメラのブロック構成図である。 図１１は、図１０のコンパクトカメラの処理を説明するためのフローチャートを示す図である。 図１２は、特許文献１に記載されているＤＦＤ合焦検出方法の概略ステップを示す図である。 図１３（Ａ）は、フォーカスレンズが第１の場所にある場合のぼけの状態を示す図であり、図１３（Ｂ）は、フォーカスレンズが第２の場所にある場合のぼけの状態を示す図である。

符号の説明

１０…コンパクトカメラ、 １２…光学系、 １２Ａ…テーキングレンズ、 １２Ｂ…レフミラー、 １２Ｃ…ＡＦ光学系、 １４…撮像素子、 １４Ａ，１４Ｂ…ＡＦ撮像素子、 １４Ｃ…撮影用撮像素子、 １６…輝度信号制御部、 １８…被写体決定手段、 ２０…輝度情報取得位置計算手段、 ２２…測光センサ、 ２４…露光条件計算手段、 ２６…光学系制御部、 ２８…距離推定計算手段、 ３０…輝度情報取得手段、 ３２…パラメータ演算手段、 ３４…制御パラメータ計算手段、 ３６…ＬＵＴ記憶部、 ３８…差分演算部、 ４０…２次微分演算部、 ４２…パラメータ演算部、 ４４…バッファ、 ４６…一眼レフレックスカメラ、 ４８…輝度情報取得手段制御部。

Claims (12)

1. 被写体を撮影して当該被写体の画像を記録する撮像装置において、
   当該被写体からの光を所定の位置に結像する光学系と、
   上記光学系によって結像した光の輝度情報を取得することで撮影を行う輝度情報取得手段と、
   上記輝度情報取得手段で取得したぼけの異なる複数の輝度情報を用いて、上記光学系から上記被写体までの距離に対応するぼけパラメータを算出するぼけパラメータ演算手段と、
   上記ぼけパラメータ演算手段を用いて算出した上記ぼけパラメータに基づいて上記光学系又は上記輝度情報取得手段の配置を決定する配置決定手段と、
   を具備し、
   被写体の種類を決定する被写体決定手段と、
   上記輝度情報取得手段により撮影を行う際の撮影条件を上記被写体決定手段による決定結果に応じて算出する条件計算手段と、
   上記ぼけパラメータ演算手段によって上記ぼけパラメータを算出するために用いる上記ぼけの異なる複数の輝度情報の内の少なくとも１つの輝度情報を取得するための上記撮影条件を、上記条件計算手段で算出した上記撮影条件に設定する条件設定手段と、
   を更に備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 上記撮影条件は、上記光学系の配置又は上記輝度情報取得手段の配置であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記被写体決定手段は、撮影者が撮影しようとする上記被写体の種類の選択操作によって被写体の種類を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 上記被写体決定手段は、上記輝度情報に基づいて上記被写体の種類を識別することによって被写体の種類を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
5. 上記被写体の種類には近接した被写体を含み、
   上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として近接した被写体が決定された際に、近接した被写体に応じた撮影条件を算出することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の撮像装置。
6. 上記被写体の種類には遠景の被写体を含み、
   上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として遠景の被写体が決定された際に、遠景の被写体に応じた撮影条件を算出することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の撮像装置。
7. 上記被写体の種類には人物を含み、
   上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として人物が決定された際に、人物に応じた撮影条件を算出することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の撮像装置。
8. 上記被写体の種類には夜景の被写体を含み、
   上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として夜景の被写体が決定された際に、夜景の被写体に応じた撮影条件を算出することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の撮像装置。
9. 上記被写体の種類には特定の被写体に分類しない被写体を含み、
   上記条件計算手段は、上記被写体決定手段によって上記被写体の種類として特定の被写体に分類しない被写体が決定された際に、特定の被写体に分類しない被写体に応じた撮影条件を算出することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の撮像装置。
10. 上記被写体決定手段は、輝度情報の色情報を用いて被写体の種類を決定することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
11. 上記被写体決定手段は、輝度情報のエッジ情報を用いて被写体の種類を決定することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
12. 上記被写体決定手段は、輝度情報の輝度分布を用いて被写体の種類を決定することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。

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