JP2007310143A - デジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能な構成でオートフォーカス機能による合焦調整の時間短縮を図る。
【解決手段】ＤＳＰ４は、複数のサンプリングポイントを設定してフォーカスレンズ１を各サンプリングポイントへ移動させて合焦位置を検出するとき、撮像素子２の感度を上げるようにＡＦＥ／ＴＧ３を制御すると共に、ＡＧＣ部３ａのゲインを上げる制御を行う。各サンプリングポイントにおけるＡＧＣ部３ａの出力信号を、Ａ／Ｄ変換部３ｂを用いて画像データに変換させる。ＤＳＰ４は、画像データから画像のコントラストを示すオートフォーカス評価値を求め、オートフォーカス評価値が最大になるサンプリングポイントにフォーカスレンズ１が配置されるようにレンズ用ドライバ６を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、合焦調整を自動的に行うオートフォーカス機能を備えたデジタルカメラに関するものである。

デジタルカメラにはＣｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ（以下、ＣＣＤと記載する）センサ等の固体撮像素子が使用され、一般的なデジタルカメラは上記のような撮像素子と撮像光学系と画像処理制御系によって構成されている。
デジタルカメラで被写体を撮像する場合、被写体の画像は撮像光学系を介して撮像素子へ入射され、当該撮像素子から画像信号が出力される。この画像信号は画像処理制御系へ入力されて画像処理や記録が行われる。また、画像処理制御系は、撮像時に撮像光学系の制御を行って撮像素子の受光を調整している。
撮像光学系は、撮像レンズ、フォーカスレンズ、絞りなどによって構成されている。被写体を撮像するとき、撮像光学系のフォーカスレンズの位置によって焦点距離が定められる。オートフォーカス機能は、合焦位置を無限遠としたときに位置すべき点から、合焦位置を至近距離としたときに位置すべき点までフォーカスレンズの位置をステップ移動させて、撮像素子にて撮像した画像から画像処理制御系によって最もコントラストが鮮明になる、即ち、合焦精度の高いステップを探すもので、このようにして決定した合焦位置へモータ等を駆動してフォーカスレンズを移動している。

オートフォーカス機能において合焦位置の決定時間を短縮するため、例えば、フォーカス調整のサーチ開始点、サーチ方向、サーチ範囲を設定するものがある。このように動作するカメラは、例えば遠い位置を開始点として、近い位置の方向に向ってフォーカス検索を行い、検索エリア全域を検出することなく早い時期に焦点を検出することができるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、オートフォーカス制御処理時間を短縮するため、フォーカスレンズを光軸方向に微小量駆動し、このとき得られたオートフォーカス評価値が上昇したときと、オートフォーカス評価値が下降したときに対応させてフォーカスレンズの移動方向を切り替えて駆動するものがある（例えば、特許文献２参照）。
また、第１の撮影系と第２の撮影系で被写体を撮影し、第１の撮影系におけるフォーカスレンズ位置の焦点距離を特定し、この焦点距離を含む所定範囲を特定する。第２の撮影系は、上記の所定範囲をサーチしてフォーカスレンズの各位置におけるコントラスト値を算出する。コントラスト値が最大となった位置へフォーカスレンズを移動させて焦点調整を行う。このように、第１の撮影系によって決定された範囲のみを第２の撮影系がオートフォーカスサーチを行うことにより、合焦位置の検出時間を短縮するものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−２０８９５９号公報（第７〜９頁、図３〜図６） 特開２００３−３４８４２６号公報（第６頁、図３，図４） 特開２００４−２０７７７４号公報（第２６〜２８頁、図１３）

従来のデジタルカメラは以上のように構成されているので、合焦位置を検出するとき、フォーカスレンズを移動させた各位置で画像を取り込む必要があるため、合焦位置検出の時間には“撮像素子のフレーム期間×ステップ数”の時間を要していた。そのため撮像を開始してから被写体が移動すると、撮像したいタイミングに当該カメラの撮像処理が間に合わずシャッタチャンスを逃してしまう場合も多く、オートフォーカス機能の制御性能は充分なものではなかった。
また、複数の光学系レンズを備えて、複数のレンズを駆動させながら最適な合焦位置を検出して検出時間を短縮する場合には、レンズコストが高くなり、また、複数のレンズを制御するため複雑な制御手段が必要になる。そのため構成が複雑化してサイズの小型化が困難になり、特に小型カメラモジュール等への採用は難しいという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、小型化が可能な構成でオートフォーカス機能による合焦調整の時間短縮を図ることを目的とする。

この発明に係るデジタルカメラは、制御手段が、複数のサンプリングポイントを設定してフォーカスレンズを各サンプリングポイントへ移動させて合焦位置を検出するとき、撮像素子の感度を上げるように撮像素子駆動手段を制御すると共に、増幅手段のゲインを上げる制御を行って、サンプリングポイント毎に増幅手段の出力信号から画像のコントラストを示すオートフォーカス評価値を求め、オートフォーカス評価値が最大になるサンプリングポイントにフォーカスレンズが配置されるようにフォーカスレンズ駆動手段を制御するものである。

この発明によれば、制御手段の制御により、合焦位置を検出するとき撮像素子の感度を上げると共に増幅手段のゲインを上げ、増幅手段の出力信号からサンプリングポイント毎に画像のコントラストを示すオートフォーカス評価値を求め、オートフォーカス評価値が最大になるサンプリングポイントにフォーカスレンズを配置するようにしたので、構成を複雑化することなく合焦位置の検出時間を短縮することができるという効果がある。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。この図は、デジタルカメラを構成する各部のうち、主にオートフォーカス機能に関連する部分を示したものである。この発明によるデジタルカメラはオートフォーカス機能を備えたもので、被写体を撮像するフォーカスレンズ１、例えばＣＣＤセンサなどの撮像素子２、撮像素子２を駆動して当該撮像素子２の出力信号から画像データを生成するアナログフロントエンド／タイミングゼネレータ（以下、ＡＦＥ／ＴＧと記載する）３、ＡＦＥ／ＴＧ３などの動作を制御し当該ＡＦＥ／ＴＧ３から出力された画像データを処理するデジタルシグナルプロセッサ（以下、ＤＳＰと記載する）４、フォーカスレンズ１を光軸に沿って移動させるレンズ用アクチュエータ５、レンズ用アクチュエータ５の駆動をＤＳＰ４の制御に基いて行うレンズ用ドライバ６、外部からの動作制御等を示す信号をＤＳＰ４へ入力するインタフェース部（以下、Ｉ／Ｆ部と記載する）７、ＤＳＰ４から出力された画像データを用いて画像を表示する表示部８、及び、ＤＳＰ４からの画像データを記録する記録部９を備えて構成されている。なお、ＤＳＰ４によるレンズ用ドライバ６の制御を、図中においてＡＦ制御と表記している。

ＡＦＥ／ＴＧ３は、撮像素子２からの画像信号のレベルを増幅するアナログゲインコントロール部（以下、ＡＧＣ部と記載する）３ａと、ＡＧＣ部３ａから出力されたアナログ信号の画像信号をデジタルデータへ変換するアナログ／デジタル変換部（以下、Ａ／Ｄ変換部と記載する）３ｂとを備えている。
ＤＳＰ４は、Ａ／Ｄ変換部３ｂによって生成された画像データを入力して、ガンマ処理、ゲイン調整、その他の補正処理を行う前処理部４ａと、前処理部４ａからのデータに基いてオートエクスポージャー積算（以下、ＡＥ積算と記載する）やオートフォーカス積算（以下、ＡＦ積算と記載する）を行う積算部４ｂと、Ｉ／Ｆ部７を介して入力した制御データ等や積算部４ｂの求めたデータに応じて画像データの出力動作やレンズ用ドライバ６の動作を制御するプロセッサ等のＣＰＵ４ｃとを備えている。

図２は、実施の形態１によるデジタルカメラの構成を示す説明図である。この図は実施の形態１によるデジタルカメラを側方視したときのレンズ等の概略配置を示したもので、図１に示したものと同一部分に同じ符号を使用したものである。被写体に向けるレンズ１０の後方には焦点調整を行うフォーカスレンズ１が配置されている。フォーカスレンズ１と撮像素子２の間には、赤外線を遮断もしくは減少させる赤外線カットフィルタ１１が配置されている。フォーカスレンズ１は、図示したようにデジタルカメラの本体に装着されたレンズ１０の後方において、撮像素子２に対して、無限遠の合焦位置から至近距離の合焦位置まで移動するようにレンズ１０などを有するレンズユニット本体等に搭載され、撮像光学系に備えられている。
本発明のデジタルカメラは、レンズ１０、フォーカスレンズ１、及び赤外線カットフィルタ１１などからなる撮像光学系と、図１に示したＡＦＥ／ＴＧ３、ＤＳＰ４などの撮像画像処理制御系によって構成され、また、ＤＳＰ４の制御によるオートフォーカス機能を備えて自動的に被写体に対して最適な合焦位置へフォーカスレンズ１を移動／固定して撮像するように構成されている。

次に動作について説明する。
ここでは実施の形態１によるデジタルカメラの各動作の中で、オートフォーカス機能に関する処理動作を説明し、他の機能等による動作説明を省略する。
図３は、実施の形態１によるデジタルカメラの動作を示すフローチャートである。この図は、オートフォーカス機能に関する動作を表したものである。
電源がオンされて撮影スタンバイ状態にあるデジタルカメラは、例えばシャッタボタンの半押し操作がなされると、この操作に応じた信号がシャッタボタン等を有する操作手段等からＩ／Ｆ部７を介してＤＳＰ４へ、詳しくはＣＰＵ４ｃへ入力され、当該ＣＰＵ４ｃがオートフォーカス機能としての動作を行うように各部の制御処理を開始する。

このようにオートフォーカス制御を開始するように操作がなされたとき、ＤＳＰ４はＡＦＥ／ＴＧ３を制御して撮像素子２を駆動させ、フォーカスレンズ１等を介して被写体を撮像する。このとき撮像素子２から出力された画像信号は、ＡＦＥ／ＴＧ３へ入力されて画像データが生成される。当該画像データを入力したＤＳＰ４は、前処理部４ａが画像データに対して後述する各処理を施す。また、ＤＳＰ４の積算部４ｂは、前処理部４ａから入力した画像データを用いて撮像した画像のコントラストを示すＡＥ積算結果を求める。なお、求められたＡＥ積算結果は、例えばＤＳＰ４の内部メモリに格納される。また、ＤＳＰ４、詳しくはＣＰＵ４ｃが上記の画像データに基く画像を表示部８に表示させる。なお、ＤＳＰ４は、当該デジタルカメラの電源がオンされた後、もしくは前述のようにシャッタボタンが半押しされたときには、現在撮像素子２へ入射している被写体の画像を表示するプレビュー状態となるように、デジタルカメラの各部を制御する。

オートフォーカス制御を開始したＣＰＵ４ｃは、前述のプレビュー状態においてＤＳＰ４が内部変数として有しているＡＥ積算結果を用いて、詳しくは前述のＤＳＰ４の内部メモリ等からＡＥ積算結果を読み出して、フレーム期間の長さが適切か否かを判別する（ステップＳＴ１０１）。この判別は、予め設定されているフレーム期間の閾値と、前述の積算部４ｂが求めたプレビュー状態におけるＡＥ積算結果とを比較して行われる。即ち、予めＤＳＰ４に設定されている閾値と、プレビュー状態において積算部４ｂが求めたＡＥ積算結果からわかるフレーム期間とを比較し、閾値よりもプレビュー状態のフレーム期間が長いか否かを判別する。なお、ここで説明した閾値は、合焦位置検出時間を短縮するために定められたフレーム期間の閾値である。また、ここで説明したフレーム期間を、露光時間に置き換えて処理した場合も同様に取り扱うことができ、また同様な作用効果が得られる。

ステップＳＴ１０１の過程において、フレーム期間が閾値よりも長いと判別したときには、ＣＰＵ４ｃがＡＦＥ／ＴＧ３を制御し、詳しくはＡＧＣ部３ａを制御してゲインを上げ（ステップＳＴ１０２）、撮像素子２から入力した画像信号を大きく増幅してＡ／Ｄ変換部３ｂへ出力する。このようにＡＧＣ部３ａのゲインを大きくすることによって撮像素子２の感度を補い、フレーム期間を短縮する。なお、このＣＰＵ４ｃによるＡＧＣ部３ａの制御を図１においてゲイン制御と表記している。
この後、ＣＰＵ４ｃは、撮像素子２の駆動モードを撮像感度の高いものへ変更して、この駆動モードで撮像するようにＡＦＥ／ＴＧ３を制御する（ステップＳＴ１０３）。詳しくは、ＡＦＥ／ＴＧ３を制御することによって当該ＡＦＥ／ＴＧ３に駆動されている撮像素子２の撮像感度を高める。なお、このＣＰＵ４ｃによるＡＦＥ／ＴＧ３の制御は、図１においてＴＧ設定と表記したもので、後述する画素の間引き等に関する制御動作を含むものである。

駆動モードは、例えばＣＣＤセンサ等からなる撮像素子２の動作特性に対応させて予めＤＳＰ４に設定されているもので、例えばスチル画像用の画素間引きを行わないモード、プレビュー状態における画素間引きモード、さらに解像度よりも感度を優先させた画素間引きモードなどが設定されている。ステップＳＴ１０３の過程で行われる処理は、画像を成す画素を間引くことにより、撮像の感度を向上させるもので、例えば２画素間引きで撮像する駆動モードや４画素間引きで撮像する駆動モードなど、プレビュー状態で撮像したときよりも感度の高い駆動モードへ変更し、露光時間を短くする動作処理である。
このように、ＡＧＣ部３ａのゲインと撮像素子２の感度とを上げる制御を行うことにより、フレーム期間の短縮を図る。これは、ＡＧＣ部３ａのゲインをこれまでの２倍に、また、撮像素子２の感度をこれまでの２倍に上げて動作することにより２×２＝４倍の感度で撮像したことになり、露光時間即ちフレーム期間をこれまでの１／４に短縮することが可能になる。

ステップＳＴ１０２及びステップＳＴ１０３の過程で行った変更に応じて画像データの調整処理を行う（ステップＳＴ１０４）。ステップＳＴ１０２の過程でＡＧＣ部３ａのゲインを上げることによって画像信号にノイズが多く含まれるようになる。そのため、例えばＤＳＰ４の前処理部４ａに備えられているハイパスフィルタを用いて上記のノイズ成分を画像データから除去する。また、ステップＳＴ１０３の過程で撮像素子２の感動を上げるために画素を間引いているので画像の解像度が下がる。そのため例えば前処理部４ａに備えられている輪郭強調フィルタ等を用いて解像度の改善を図る。ＤＳＰ４のＣＰＵ４ｃは、このような各フィルタの係数等を適切に調整して前処理部４ａにフィルタリング処理を行わせる。
ステップＳＴ１０１の過程において、フレーム期間または露光時間が閾値よりも長いと判別したときには、ここまで説明したようにステップＳＴ１０２〜ステップＳＴ１０４の過程によってフレーム期間を短くする各処理を行い、オートフォーカス合焦位置検出時間を短縮する。

前述のステップＳＴ１０１の過程において、フレーム期間が充分短いと判別したとき、ＤＳＰ４はレンズ用ドライバ６を制御してフォーカスレンズ１のサーチ動作を開始させる（ステップＳＴ１０５）。このサーチ動作では、ＤＳＰ４がレンズ用ドライバ６を制御してレンズ用アクチュエータ５を駆動させ、例えば一定間隔を空けて設定した各サンプリングポイントにフォーカスレンズ１を順次移動させる。このときのフォーカスレンズ１の移動は、図２において上下方向に、即ち無限遠合焦点と至近距離合焦点との間をステップ移動させるもので、移動中フォーカスレンズ１が各サンプリングポイントに停止している間に撮像素子２から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換部３ｂが画像データへ変換し、積算部４ｂが各サンプリングポイントのオートフォーカス評価値を求める。

また、前述のステップＳＴ１０２〜ステップＳＴ１０４の過程によってフレーム期間を短縮する制御処理を行った場合も、ステップＳＴ１０５の過程へ移行してオートフォーカス評価値を算出するための動作処理、換言するとオートフォーカス制御の合焦位置検出処理を行い、各サンプリングポイントのオートフォーカス評価値を求める。
通常のプレビュー状態ではフレーム期間が長くなる撮像条件下でも、ステップＳＴ１０２〜ＳＴ１０４の過程による露光時間即ちフレーム期間を短縮する処理を行うことにより、合焦位置を検出する処理時間は、通常のプレビュー状態で行った場合と比較するとサンプリングポイントの数が同じでも１／４以上短縮される。

ステップＳＴ１０５の過程で求めているオートフォーカス評価値は、例えば次のような処理動作によって求めるものである。ＡＥＦ／ＴＧ３から画像データを入力したＤＳＰ４、詳しくは積算部４ｂが当該画像データの示す画像の中にオートフォーカス評価値を算出する画像領域を、例えば画像の中央あるいは四隅等に設定する。次に例えば積算部４ｂに備えられているハイパスフィルタを用いて当該評価値を求める領域の画像データから低周波ノイズ成分を除去し、高周波成分を抽出する。次に、このフィルタリングされた画像データを、例えば積算部４ｂに備えられている微分器を用いて処理を行うことにより、コントラスト即ち画像の明暗を数値化して抽出する。上記の領域について数値化されたコントラストを積算して、これをオートフォーカス評価値としている。即ち前述のＡＦ積算処理がオートフォーカス評価値を求める処理である。なお、上記の動作処理のうち、画像領域の設定、ノイズ除去のフィルタリング処理、及びコントラストを数値化する処理等は、前処理部４ａにおいて行うようにしてもよい。

ＣＰＵ４ｃは、前述のように積算部４ｂが求めたオートフォーカス評価値の中で最も高い評価値を有するサンプリングポイントを合焦位置として設定し、合焦位置へフォーカスレンズ１を移動するようにレンズ用ドライバ６を制御し、レンズ用アクチュエータ５を駆動させる（ステップＳＴ１０６）。
また、前述のステップＳＴ１０２〜ステップＳＴ１０４の過程で、ＡＧＣ部３ａのゲイン、撮像素子駆動モード、及び前処理部４ａの各フィルタ係数等の変更を行った場合には、ステップＳＴ１０６の過程の後、ＣＰＵ４ｃは、これらの変更したゲイン、駆動モード、及びフィルタ係数等を元来のプレビュー状態における設定に戻し、撮像時の設定として（ステップＳＴ１０７）、オートフォーカス機能の制御処理を完了する。この後、シャッタボタンが完全に押されたとき、ＤＳＰ４は画像を撮像する制御をＡＦＥ／ＴＧ３など各部に行い、被写体に対して最適な合焦状態で画像を取り込む。

図４は、実施の形態１によるデジタルカメラの動作を示す説明図である。この図は、前述のステップＳＴ１０５の過程で行われるサンプリングポイントと各サンプリングポイントにおいて求められたオートフォーカス評価値の一例を示したものである。図中、縦軸は積算部４ｂが求めたオートフォーカス評価値即ちコントラスト値、横軸はサンプリングポイント即ちフォーカスレンズ１の位置を示すもので、図２に示した無限遠合焦点から至近距離合焦点までフォーカスレンズ１を移動したときのオートフォーカス評価値の変化をグラフに表したものである。
前述のようにフォーカスレンズ１は、レンズ用アクチュエータ５によってステップ駆動され、例えば図４に示した無限遠合焦点のサンプリングポイントＳ０から至近距離合焦点のサンプリングポイントＳ１２まで、各サンプリングポイント間をステップ移動し、各サンプリングポイントＳ０〜Ｓ１２に配置／固定されているとき、前述のようにしてオートフォーカス評価値を求めている。また、オートフォーカス評価値が最大のサンプリングポイントを、例えば図４のサンプリングポイントＳ４を合焦位置として設定／検出し、前述のステップＳＴ１０６の過程として、上記のように合焦位置として検出したサンプリングポイントＳ４へフォーカスレンズ１を移動して、この位置へ配置／固定する。

フォーカスレンズ１を移動するステップ数が多いほど、オートフォーカス評価値を算出するサンプリングポイントが多くなり、正確な合焦位置を検出することができる。一方、サンプリングポイントの数が多くなると、多くの処理時間が必要になってオートフォーカス合焦位置検出に要する時間が長くなる。
オートフォーカス合焦位置検出時間は“撮像時のフレーム期間×サンプリングポイント数”によって決定される。撮像時のフレーム期間は、オートフォーカスのサンプリングを行うときのフレームレートの逆数になり、露光時間と関係している。明るい環境において撮像を行うときは露光時間が短くなるため、撮像時のフレーム期間を短くすることができる。例えば、デジタルカメラの性能が最大フレームレート３０［ｆｐｓ］の場合には、フレーム期間は約３３[ｍｓｅｃ]になり、１２ポイントサンプリングすると合焦位置検出に要する時間は３３[ｍｓｅｃ]×１２＝３９６[ｍｓｅｃ]必要になる。

一方、長い露光時間が必要な暗い環境で撮像を行うときには、合焦位置検出に必要な時間も長くなる。例えば、露光時間が２００［ｍｓｅｃ］でフレームレートが５［ｆｐｓ］の場合に１２ポイントサンプリングすると、合焦位置検出に要する時間は２００［ｍｓｅｃ］×１２＝２４００［ｍｓｅｃ］即ち２．４［ｓｅｃ］になり、フレームレート３０［ｆｐｓ］の場合と比較すると、単純に６倍の時間が必要になる。
フレーム期間即ち露光時間が長くなる暗時撮像条件などにおいて、前述のようにフレーム期間を短くして合焦位置の検出を行うことにより、オートフォーカス機能の合焦位置検出精度を損なうことなく、フォーカスレンズ１の合焦位置を決定するまでに要する時間を短縮することが可能になる。

以上のように実施の形態１によれば、シャッタボタンが半押しされたときＤＳＰ４は、フレーム期間が長いか否かを判別し、フレーム期間が長いと判別したときＡＦＥ／ＴＧ３を制御して撮像素子２の感度を上げ、またＡＧＣ部３ａのゲインを上げる制御を行って、各サンプリングポイントにおける撮像素子２からの画像信号を処理させ、ＡＦＥ／ＴＧ３から出力された画像データを用いてオートフォーカス評価値をサンプリングポイント毎に求め、最大のオートフォーカス評価値が求められたサンプリングポイントをフォーカスレンズ１の合焦位置として検出するようにしたので、簡単な構成で合焦位置の検出に要する時間を短縮することができるという効果がある。
また、合焦位置の検出時間を短縮することにより、撮像の開始から完了までの時間を短縮することができ、撮影したいタイミングでオートフォーカス機能を用いた撮像を行うことができるようになり、シャッタチャンスを逃すことを抑えるという効果がある。
また、主に画像処理制御系を使用し、新たに部品を追加することなく構成しているので、外形サイズを変更することなくオートフォーカス機能の処理時間短縮を図ることができ、特に小型のカメラモジュール等に用いることができるという効果がある。

実施の形態２．
実施の形態２によるデジタルカメラは、実施の形態１で図１及び図２を用いて説明したものと同様に構成されている。ここでは、実施の形態１によるデジタルカメラと同様な構成の重複説明を省略する。なお、以下の説明では、実施の形態２によるデジタルカメラの各部を指し示す符号として、図１及び図２において使用している符号を使用し、実施の形態１によるデジタルカメラと同一あるいは相当する部分に用いる符号の説明を省略する。

次に動作について説明する。
ここでは実施の形態２によるデジタルカメラの各動作の中で、オートフォーカス機能に関する処理動作を説明し、他の機能等による動作説明を省略する。
図５は、この発明の実施の形態２によるデジタルカメラの動作を示すフローチャートである。この図は、実施の形態２によるデジタルカメラのオートフォーカス機能に関する動作を表したものである。
電源がオンされて撮影スタンバイ状態にあるデジタルカメラは、例えばシャッタボタンの半押し操作がなされると、この操作に応じた信号がシャッタボタン等を有する操作手段などからＩ／Ｆ部７を介してＤＳＰ４へ、詳しくはＣＰＵ４ｃへ入力され、当該ＣＰＵ４ｃがオートフォーカス機能としての動作を行うように各部の制御処理を開始する。なお、オートフォーカス制御が開始されるときには、デジタルカメラは実施の形態１で説明したものと同様にプレビュー状態になっている。

上記のようにしてオートフォーカス制御が開始されると、ＤＳＰ４のＣＰＵ４ｃは、例えばＩ／Ｆ部７を介して入力した設定信号が示す内容に応じてオートフォーカス合焦位置検出時間短縮と、オートフォーカス合焦位置検出精度のどちらを優先させて合焦位置の検出制御を行うかを判別する（ステップＳＴ２０１）。なお、このときＩ／Ｆ部７は、例えばデジタルカメラに備えられている操作ボタン等になされた設定操作によって生じる、“検出時間短縮”と“検出精度”のどちらを優先するかを示す設定信号を入力し、信号レベルの変換／調整などを行ってＣＰＵ４ｃへ出力している。
ステップＳＴ２０１の過程において、ＣＰＵ４ｃは、時間短縮優先が設定されていると判別したとき、例えばＤＳＰ４に備えられているメモリ等から、前回のオートフォーカス制御の内容を読み出して、前回のオートフォーカス制御において合焦位置とされた位置を確認し（ステップＳＴ２０２）、この位置を基準として複数のサンプリングポイントを設定する（ステップＳＴ２０３）。

図６は、実施の形態２によるデジタルカメラの動作を示す説明図である。この図は、実施の形態１で説明した図３と同様に、サンプリングポイントと各サンプリングポイントにおいて求められたオートフォーカス評価値の一例を示したものである。図中、縦軸は積算部４ｂが求めたオートフォーカス評価値即ちコントラスト値、横軸はサンプリングポイント即ちフォーカスレンズ１の位置を示すもので、図２に示した無限遠合焦点から至近距離合焦点までフォーカスレンズ１を移動したときのオートフォーカス評価値の変化をグラフに表したものである。なお、図６に示されているオートフォーカス評価値は、前回のオートフォーカス制御において求められたもので、また、この評価値に対応させて今回のオートフォーカス制御において後述するように設定されるサンプリングポイントＳ０〜Ｓ８を図示している。

ステップＳＴ２０３の過程において、サンプリングポイントを設定するとき、例えば等間隔で設けた複数のサンプリングポイントに対して間引きを行い、オートフォーカス評価値を求めるサンプリングポイントの数を削減し、処理／制御に要する時間を、詳しくはオートフォーカス合焦位置検出時間を短縮する。
サンプリングポイントの間引きを行うとき、ステップＳＴ２０２の過程で確認した前回のオートフォーカス制御で定めた合焦位置の付近にサンプリングポイントを多く設定し、また、上記の前回の合焦位置から離れた位置でサンプリングポイントの数を削減する。図６に例示したものでは、前回のオートフォーカス制御においてオートフォーカス評価値がピークになってフォーカス合焦点とした位置の付近に、今回のオートフォーカス制御では多くのサンプリングポイントを設定し、図示したフォーカス合焦点即ちサンプリングポイントＳ３から離れた位置ではサンプリングポイントの間引きを行う。例えば図６において、サンプリングポイントＳ０とサンプリングポイントＳ１の間、サンプリングポイントＳ５とサンプリングポイントＳ６の間、サンプリングポイントＳ６とサンプリングポイントＳ７の間、及びサンプリングポイントＳ７とサンプリングポイントＳ８の間において間引きを行い、サンプリングポイントの総数を減らす。また、例えばサンプリング順が奇数番になるサンプリングポイントを間引くようにしてもよい。

オートフォーカス評価値を求めるサンプリングポイントが少ない程、換言すると間引きするサンプリングポイントが多い程、合焦位置検出に要する時間を短縮することができる。例えば、通常１２ポイントをサンプリングするとき、合焦位置検出時間短縮を優先させてサンプリングポイントを６ポイントに間引きした場合には、オートフォーカス制御に要する時間が１／２に短縮される。

このようにステップＳＴ２０３の過程において、サンプリングポイントを削減して設定した後、ＣＰＵ４ｃは、ＡＧＣ部３ａを制御して撮像素子２からの画像信号を増幅するときのゲインを上げ（ステップＳＴ２０４）、実施の形態１で説明したステップＳＴ１０２の過程と同様に露光時間を短縮する。また、実施の形態１で説明したステップＳＴ１０３の過程と同様に撮像素子２の駆動モードを変更して（ステップＳＴ２０５）、フレーム期間を短縮する。この後、実施の形態１で説明したステップＳＴ１０４の過程と同様に前処理部４ａの各フィルタ係数等を変更して画像処理を行う（ステップＳＴ２０６）。
通常のプレビュー状態における暗時撮像などのようにフレーム期間を長くする必要がある場合でも、前述のステップＳＴ２０４〜ＳＴ２０６の過程を施すことによって、露光時間即ちフレーム期間を短縮することができ、合焦位置検出の処理時間を短縮することが可能になる。これらの処理に加えてサンプリングポイントの数を１／２にした場合には、オートフォーカスの合焦位置検出に要する時間を通常の処理に比べて１／８以下に短縮することも可能である。

前述のステップＳＴ２０１の過程において、オートフォーカス合焦位置検出精度を優先すると判別したときには、実施の形態１で説明したものと同様に例えば一定間隔をおいて、前述のステップＳＴ２０３の過程よりも多数のサンプリングポイントを設定する（ステップＳＴ２０７）。
前述のステップＳＴ２０６の過程の後、またはステップＳＴ２０７の過程の後、ＣＰＵ４ｃは、実施の形態１で説明したステップＳＴ１０５の過程と同様にオートフォーカス合焦位置検出のサーチ動作を開始する制御を行い（ステップＳＴ２０８）、また、実施の形態１の動作説明と同様にして積算部４ｂが求めたオートフォーカス評価値の中で最も大きな評価値を有するサンプリングポイントを合焦位置として設定／検出し、合焦位置へフォーカスレンズ１を移動するようにレンズ用ドライバ６を制御し、レンズ用アクチュエータ５を駆動させる（ステップＳＴ２０９）。
また、前述のステップＳＴ２０４〜ステップＳＴ２０６の過程で、ＡＧＣ部３ａのゲイン、撮像素子駆動モード、及び前処理部４ａの各フィルタ係数等の変更を行った場合には、ステップＳＴ２０９の過程の後、ＣＰＵ４ｃは、これらの変更したゲイン、駆動モード、及びフィルタ係数等を元来のプレビュー状態における設定に戻し、撮像時の設定として（ステップＳＴ２１０）、オートフォーカス機能の制御処理を完了する。この後、シャッタボタンが完全に押されたとき、ＤＳＰ４は画像を撮像する制御をＡＦＥ／ＴＧ３などの各部に行い、被写体に対して最適な合焦状態で画像を取り込む。

以上のように実施の形態２によれば、ＣＰＵ４ｃが前回のオートフォーカス制御におけるオートフォーカス評価値がピークになった位置の付近に多くのサンプリングポイントを設定し、また上記のオートフォーカス評価値がピークになった位置から離れた位置でサンプリングポイントの間引きを行って、減少させたサンプリングポイントの中から合焦位置の検出を行うようにしたので、サンプリングポイントのオートフォーカス評価値を求める処理を短縮することができるという効果がある。
また、合焦位置の検出時間を短縮することにより、撮像の開始から完了までの時間を短縮することができ、撮影したいタイミングでオートフォーカス機能を用いた撮像を行うことができるようになり、シャッタチャンスを逃すことを抑えるという効果がある。
また、主に画像処理制御系を使用し、新たに部品を追加することなく構成しているので、外形サイズを変更することなくオートフォーカス機能の処理時間短縮を図ることができ、特に小型のカメラモジュール等に用いることができるという効果がある。

この発明の実施の形態１によるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 実施の形態１によるデジタルカメラの構成を示す説明図である。 実施の形態１によるデジタルカメラの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１によるデジタルカメラの動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるデジタルカメラの動作を示すフローチャートである。 実施の形態２によるデジタルカメラの動作を示す説明図である。

符号の説明

１ フォーカスレンズ、２ 撮像素子、３ ＡＦＥ／ＴＧ、３ａ ＡＧＣ部、３ｂ Ａ／Ｄ変換部、４ ＤＳＰ、４ａ 前処理部、４ｂ 積算部、４ｃ ＣＰＵ、５ レンズ用アクチュエータ、６ レンズ用ドライバ、７ Ｉ／Ｆ部、８ 表示部、９ 記録部、１０ レンズ、１１ 赤外線カットフィルタ。

Claims (6)

1. 被写体を撮像する撮像素子に対してフォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ駆動手段と、前記撮像素子の出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力信号に基づいて前記フォーカスレンズ駆動手段を制御して焦点調整を行う制御手段とを備えるデジタルカメラにおいて、
   前記制御手段は、複数のサンプリングポイントを設定して前記フォーカスレンズを各サンプリングポイントへ移動させて合焦位置を検出するとき前記増幅手段のゲインを上げる制御を行ってサンプリングポイント毎に増幅手段の出力信号から画像のコントラストを示すオートフォーカス評価値を求め、オートフォーカス評価値が最大になるサンプリングポイントに前記フォーカスレンズが配置されるように前記フォーカスレンズ駆動手段を制御することを特徴とするデジタルカメラ。
2. 被写体を撮像する撮像素子に対してフォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ駆動手段と、前記撮像素子の撮像動作を駆動する撮像素子駆動手段と、前記撮像素子の出力信号に基づいて前記フォーカスレンズ駆動手段を制御して焦点調整を行う制御手段とを備えるデジタルカメラにおいて、
   前記制御手段は、複数のサンプリングポイントを設定して前記フォーカスレンズを各サンプリングポイントへ移動させて合焦位置を検出するとき前記撮像素子の感度を上げるように前記撮像素子駆動手段を制御してサンプリングポイント毎に撮像素子の出力信号から画像のコントラストを示すオートフォーカス評価値を求め、オートフォーカス評価値が最大になるサンプリングポイントに前記フォーカスレンズが配置されるように前記フォーカスレンズ駆動手段を制御することを特徴とするデジタルカメラ。
3. 被写体を撮像する撮像素子に対してフォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ駆動手段と、前記撮像素子の撮像動作を駆動する撮像素子駆動手段と、前記撮像素子の出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力信号に基づいて前記フォーカスレンズ駆動手段を制御して焦点調整を行う制御手段とを備えるデジタルカメラにおいて、
   前記制御手段は、複数のサンプリングポイントを設定して前記フォーカスレンズを各サンプリングポイントへ移動させて合焦位置を検出するとき前記撮像素子の感度を上げるように撮像素子駆動手段を制御すると共に前記増幅手段のゲインを上げる制御を行ってサンプリングポイント毎に当該増幅手段の出力信号から画像のコントラストを示すオートフォーカス評価値を求め、オートフォーカス評価値が最大になるサンプリングポイントに前記フォーカスレンズが配置されるように前記フォーカスレンズ駆動手段を制御することを特徴とするデジタルカメラ。
4. 制御手段は、合焦位置を検出する処理時間の短縮を優先することを外部から設定されたとき、オートフォーカス評価値を求めるサンプリングポイントを削減することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のデジタルカメラ。
5. 制御手段は、オートフォーカス評価値が最大になるサンプリングポイントを検出した後、撮像素子駆動手段を制御して撮像素子の感度を下げることを特徴とする請求項２から請求項４のうちのいずれか１項記載のデジタルカメラ。
6. 制御手段は、オートフォーカス評価値が最大になるサンプリングポイントを検出した後、増幅手段のゲインを下げる制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項３または請求項４のうちのいずれか１項記載のデジタルカメラ。
   

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