JP2010122410A - 撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ローリングシャッタで露光しながら山登りＡＦを行う際に、設定されているＡＦエリアと現実のＡＦエリアのずれをなくすことができる撮像装置および撮像方法を得る。
【解決手段】フォーカス光学系７−２と、被写体像に対応する画像データを取得する撮像手段１０１と、撮像手段による露光中にフォーカス光学系を移動させながら画像データを取得する際に画像データ内の少なくとも一つのＡＦエリアに対応するデータからＡＦ評価値を取得するＡＦ評価値取得手段と、フォーカス駆動範囲内でフォーカス光学系７−２を移動させる間にＡＦ評価値取得手段により取得されたＡＦ評価値を用いて合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、を備え、フォーカス光学系７−２の位置とＡＦ評価値との対応関係を補正する補正手段をさらに備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話機やＰＤＡのような撮像機能を備えた携帯情報機器などの撮像装置および撮像方法に関するもので、特にＣＭＯＳ撮像素子を搭載した撮像装置に好適なものである。

デジタルスチルカメラのような電子的な撮像装置に限らず、撮像装置は、被写体に対して自動的に焦点を合わせるオートフォーカス（以下、「ＡＦ」と称する）装置を搭載しているのが一般的である。ＡＦ装置におけるＡＦ制御方法として、例えば特許文献１等に記載されているような、山登りＡＦ制御が広く用いられている。この山登りＡＦ制御は、撮像素子が出力する映像信号から近接画素の輝度差の積分値を求め、この輝度差の積分値を、合焦の度合いを示すＡＦ評価値とする。合焦状態にあるときは被写体の輪郭部分がはっきりしており、近接画素間の輝度差が大きくなるので、ＡＦ評価値が大きくなる。非合焦状態のときは、被写体の輪郭部分がぼやけるため、画素間の輝度差は小さくなり、ＡＦ評価値が小さくなる。ＡＦ動作の実行時には、撮像レンズの少なくとも一部として構成される合焦用のレンズを移動させながらこのようなＡＦ評価値を逐次取得してゆき、ＡＦ評価値が最も大きくなったところ、すなわちＡＦ評価値のピーク位置を合焦点として検出し、この合焦点に合焦用のレンズを位置させ停止させる。

近年デジタルスチルカメラのコンパクト化に対応するために撮像素子の小型化が進み、従来広く使用されていたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子に代わりＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ)撮像素子を用いたものも多くなってきた。ＣＭＯＳ撮像素子はＣＣＤ撮像素子に比べ、大きさが若干大きくなる反面、撮像の高速化、省電力化、高集積化が可能であるという利点を持つ。

ＣＭＯＳ撮像素子を用いる場合、静止画撮影時にはＣＣＤ撮像素子と同様にメカニカルシャッタを用いた露光を行うが、撮像画像をリアルタイムでモニタするような場合には電子的なシャッタのみを用いるローリングシャッタによって露光を行う。

図１６は、ローリングシャッタで画像を取り込む場合の取り込みタイミングチャートである。ローリングシャッタは、露光時間の制御を行うことに加え、露光しながら画像信号を出力するため、一つの画像における上面と下面とでは露光している時間（タイミング）が異なる。したがって、例えば、図１９（ａ）に示すように、横に移動する四角い物体を撮像しながらこれをモニタすると、ディスプレイ上に表示される画像は、図１９（ｂ）に示すように平行四辺形の形に歪む。ちなみに、ＣＣＤ撮像素子の場合は、全画素につき同時に露光し、露光によって画素ごとに蓄積した電荷に対応した信号を順次転送するため、ＣＭＯＳ撮像素子を用いる場合のような画像の歪みは生じない。

そのため、ローリングシャッタによって露光を行いながら山登りＡＦを行う場合は、フォーカス位置を補正しなければならない。例えば、フォーカスレンズをパルスモータで駆動するものとし、また、１画像の露光中に上記パルスモータを４パルス分駆動するものとした場合、図１６に示すように１画像においてフォーカスエリアが時間軸上において最大で上記の４パルス分ずれた状態で露光されてしまう。そのため、ＡＦに用いるエリアが複数ある場合はそのフォーカス位置を補正しなければならない。また、１画像の下部は常にフォーカスレンズ駆動のためのパルスを４パルス出力した後の画像が出力されてしまうため、１画像の上部に比べ、フォーカス駆動量が４パルス分少なくなってしまう。よって、フォーカス駆動量を考えると、１画像の下部については、上部に比べ４パルス分さらに駆動した状態で露光を行う必要がある（図２２参照）。

上記ＡＦエリア位置のずれによる評価値のずれの問題を、図２０、図２１を参照しながらさらに説明する。ここでは、平面の被写体に対してＡＦを実行する場合を考える。図２０に示すように、ＡＦエリアが画面の上、中、下の３箇所に設定されている場合において、フォーカスレンズの駆動中にローリングシャッタを用いた露光でＡＦ評価値を取得するものとし、その結果を図２１に示す。図２１で丸付きの数字１，２，３で示す曲線はそれぞれ図２０に示す上、中、下のＡＦエリアにおけるＡＦ評価値を示す。平面の被写体であっても、図２１に示すように、ＡＦ評価値を示す曲線のピークが時間軸上において大きくずれる。また、ローリングシャッタの特性上、ＡＦエリアが画面上の下の位置になるにしたがって上記ＡＦ評価値のピーク位置のずれ量が時間軸上において大きくなる。このピーク位置のずれの間に出力されるパルスでフォーカス光学系が駆動されるので、上記ピーク位置のずれは、合焦位置のずれとなる。したがって、これを補正する必要がある。

本発明に関連のある公知の技術として特許文献２に記載されている撮像システムがある。これは、レンズ交換可能なカメラにおいて、交換レンズからカメラへのフォーカスレンズ位置情報の伝達が遅延することを考慮して、フォーカスレンズの各位置の履歴情報と、上記各位置をフォーカスレンズが通過した時点の時間情報とを関連付けた時系列のレンズ位置履歴情報を交換レンズ内のメモリに記録し、フォーカスレンズの合焦位置を、上記時系列のレンズ位置履歴情報を参照して特定することで、ＡＦの精度向上を図ったものである。しかし、特許文献２記載の発明は、ＣＭＯＳ撮像素子を用いたローリングシャッタによる一撮像画面内の部分的な画像信号の遅延によるフォーカス位置のずれに関しては考慮されていない。したがって、フォーカスレンズの位置が本来の合焦位置からずれた位置に制御され、満足なＡＦの精度を得ることができない場合があった。よって、一撮像画面内の部分的な画像信号の遅延を補正するような技術の開発が望まれている。

また、特許文献３には、ＡＦ評価値を検出する領域の位置や大きさを被写体に応じて変更することができるモードを備えることにより、ＡＦ精度の向上を図った撮像装置が記載されている。しかし、特許文献３記載の発明も、ＡＦエリアを可変にすることによって画面内でのフォーカス位置がずれ、フォーカスレンズの位置が本来の合焦位置からずれた位置になってしまう場合の処理がなされておらず、満足なＡＦの精度を得ることができない場合があった。

特公昭３９−５２６５号公報号公報 特開２００８−１７５８８６号公報 特開２００８−０５２０２２号公報

本発明は、以上説明した従来技術の問題点を解決するべく、ローリングシャッタで露光しながら山登りＡＦを行う際に、ローリングシャッタの露光時間に応じてＡＦ合焦位置をシフトし、設定されているＡＦエリアと現実のＡＦエリアのずれをなくすことができる撮像装置および撮像方法を提供することを目的とする。

本発明はまた、フォーカス駆動範囲を所定の駆動ステップ分広げ、フォーカス駆動範囲の限界位置におけるＡＦ精度の低下を防止することができる撮像装置および撮像方法を提供することを目的とする。

本発明は、フォーカス光学系と、被写体像に対応する画像データを取得する撮像手段と、前記撮像手段による露光中に前記フォーカス光学系を移動させながら前記画像データを取得する際に前記画像データ内の少なくとも一つのＡＦエリアに対応するデータからＡＦ評価値を取得するＡＦ評価値取得手段と、フォーカス駆動範囲内で前記フォーカス光学系を移動させる間に前記ＡＦ評価値取得手段により取得された前記ＡＦ評価値を用いて合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、を備え、前記フォーカス光学系の位置と前記ＡＦ評価値との対応関係を補正する補正手段をさらに備えていることを最も主要な特徴とする。

前記補正手段は、前記ＡＦエリアごとに、前記撮像手段による露光時間に応じた補正量に基づき前記フォーカス光学系の位置と前記ＡＦ評価値との対応関係を補正するように構成するとよい。
前記補正手段は、前記画像データが表示される画面上において前記ＡＦエリアが位置する領域に基づいて前記補正量を変更するように構成するとよい。
前記補正手段は、前記画像データが表示される画面上において前記ＡＦエリアが下側の領域に位置するほど前記補正量を大きくするように構成するとよい。
前記合焦位置検出手段は、前記フォーカス駆動範囲を所定の駆動ステップ分広げ、この広げたフォーカス駆動範囲内で前記合焦位置を検出するように構成するとよい。

本発明によれば、フォーカス駆動範囲内で前記フォーカス光学系を移動させる間にＡＦ評価値取得手段により取得されたＡＦ評価値を用いて合焦位置を検出する合焦位置検出手段を備えた撮像装置において、フォーカス光学系の位置とＡＦ評価値との対応関係を補正する補正手段を備えていることにより、１画像内におけるフォーカスエリアの違いによる合焦位置のずれを補正して、ＡＦの精度を高めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明にかかる撮像装置および撮像方法の実施例について説明する。
図２、図３、図４は、本発明に係る撮像装置の例であるデジタルスチルカメラの例を示す外観図である。図１は、図２乃至図４に示すようなデジタルスチルカメラ内部のシステム構成例の概要を示すブロック図である。

図２乃至図４において、カメラの上面には、レリーズスイッチＳＷ１、モードダイアルＳＷ２、サブ液晶ディスプレイ（以下、液晶ディスプレイを「ＬＣＤ」という）１が配置されている。カメラの正面には、撮影レンズを含む鏡筒ユニット７、光学ファインダ４の対物側、ストロボ発光部３、測距ユニット５、リモコン受光部６、メモリカード装填室および電池装填室の蓋２が配置されている。カメラの背面には、電源スイッチ１３、ＬＣＤモニタ１０、ＡＦ用ＬＥＤ８、ストロボＬＥＤ９、光学ファインダ４の接眼部、広角方向ズームスイッチＳＷ３、望遠方向ズームスイッチＳＷ４、セルフタイマの設定および解除スイッチＳＷ５、メニュースイッチＳＷ６、上移動およびストロボセットスイッチＳＷ７、右移動スイッチＳＷ８、ディスプレイスイッチＳＷ９、下移動およびマクロスイッチＳＷ１０、左移動および画像確認スイッチＳＷ１１、ＯＫスイッチＳＷ１２、クイックアクセススイッチＳＷ１３が配置されている。

デジタルスチルカメラ内部のシステム構成は以下のとおりである。図１において、デジタルスチルカメラの各部はデジタルスチルカメラプロセッサ１０４（以下、単に「プロセッサ１０４」という）によって制御されるように構成されている。プロセッサ１０４は、ＣＭＯＳ１信号処理ブロック１０４−１、ＣＭＯＳ２信号処理ブロック１０４−２、ＣＰＵブロック１０４−３、ローカルＳＲＡＭ１０４−４，ＵＳＢブロック１０４−５、シリアルブロック１０４−６、ＪＰＥＧ・ＣＯＤＥＣブロック１０４−７、ＲＥＳＩＺＥブロック１０４−８、ＴＶ信号表示ブロック１０４−９、メモリカードコントローラブロック１０４−１０を有してなり、これらは相互にバスラインで接続されている。プロセッサ１０４の外部には、ＲＡＷ−ＲＧＢ画像データ、ＹＵＶ画像データ、ＪＰＥＧ画像データを保存するＳＤＲＡＭ１０３が配置されていて、プロセッサ１０４とバスラインによってつながっている。プロセッサ１０４の外部にはまた、ＲＡＭ１０７、内蔵メモリ１２０、制御プログラムが格納されたＲＯＭ１０８が配置されていて、プロセッサ１０４とバスラインによってつながっている。

前記鏡筒ユニット７は、ズームレンズ７−１ａを有するズーム光学系７−１、フォーカスレンズ７−２ａを有するフォーカス光学系７−２、絞り７−３ａを有する絞りユニット７−３、メカニズムシャッタ７−４ａを有するメカシャッタユニット７−４、を有する。ズーム光学系７−１、フォーカス光学系７−２、絞りユニット７−３、メカシャッタユニット７−４は、それぞれズームモータ７−１ｂ、フォーカスモータ７−２ｂ、絞りモータ７−３ｂ、メカシャッタモータ７−４ｂによって駆動されるようになっており、これら各モータは、プロセッサ１０４のＣＰＵブロック１０４−３によって制御されるモータドライバ７−５によって動作が制御されるように構成されている。

鏡筒ユニット７は、撮像素子であるＣＭＯＳ１０１に被写体像を結ぶ撮影レンズを有している。ＣＭＯＳ１０１は画素を２次元的に配置してなるエリアセンサを構成していて、上記被写体像を画像信号に変換してＦ／Ｅ−ＩＣ１０２に入力する。Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２は周知のとおりＣＤＳ１０２−１、ＡＤＣ１０２−２、Ａ／Ｄ変換部１０２−３を有し、上記画像信号にそれぞれ所定の処理を施し、デジタル信号に変換してプロセッサ１０４のＣＭＯＳ１信号処理ブロック１０４−１に入力する。これらの信号処理動作は、プロセッサ１０４のＣＭＯＳ１信号処理ブロック１０４−１から出力される垂直駆動信号ＶＤと水平駆動信号ＨＤにより、ＴＧ１０２−４を介して制御される。

プロセッサ１０４の前記ＣＰＵブロック１０４−３は、音声記録回路１１５−１による音声記録動作を制御するようになっている。音声記録回路１１５−１は、マイクロホン１１５−３で変換された音声信号のマイクロホンアンプ１１５−２による増幅信号を、指令に応じて記録する。上記ＣＰＵブロック１０４−３は、音声再生回路１１６−１の動作も制御する。音声再生回路１１６−１は、指令により、適宜のメモリに記録されている音声信号を再生してオーディオアンプ１１６−２に入力し、スピーカー１１６−３から音声を出力するように構成されている。上記ＣＰＵブロック１０４−３はまた、ストロボ回路１１４の動作を制御することによってストロボ発光部３から照明光を発光させるようになっている。また、ＣＰＵブロック１０４−３は測距ユニット５の動作も制御するようになっている。

ＣＰＵブロック１０４−３は、プロセッサ１０４の外部に配置されたサブＣＰＵ１０９とつながっていて、サブＣＰＵ１０９はＬＣＤドライバ１１１を介してサブＬＣＤ１による表示を制御するようになっている。サブＣＰＵ１０９はさらに、ＡＦＬＥＤ８、ストロボＬＥＤ９、リモコン受光部６、前記スイッチＳＷ１〜ＳＷ１３からなる操作キーユニット、ブザー１１３とつながっている。

前記ＵＳＢブロック１０４−５はＵＳＢコネクタ１２２につながっており、前記シリアルブロック１０４−６はシリアルドライバ回路１２３−１を介してＲＳ−２３２Ｃコネクタにつながっている。前記ＴＶ表示ブロック１０４−９は、ＬＣＤドライバ１１７を介してＬＣＤモニタ１０につながっており、また、ビデオアンプ１１８を介してビデオジャック１１９につながっている。前記メモリカードコントローラブロック１０４−１０はメモリカードスロット１２１の、カード接点との接点につながっている。

次に、上記のように構成されたデジタルスチルカメラの動作を説明するが、その前に、従来のデジタルスチルカメラの動作を概略的に説明しておく。図１に示すモードダイアルＳＷ２を記録モードに設定することで、カメラが記録モードで起動する。モードダイアルＳＷ２の設定は、図２における操作部に含まれるモードスイッチの状態が記録モードＯＮになったことをＣＰＵが検知し、ＣＰＵがモータドライバ７−５を制御して、鏡胴ユニット７を撮影可能な位置に移動させることによって行われる。さらにＣＭＯＳ１０１、Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２、ＬＣＤディスプレイ１０等の各部に電源を投入して動作を開始させる。各部の電源が投入されると、ファインダモードの動作が開始される。

ファインダモードでは、レンズを通して撮像素子（ＣＭＯＳ１０１）に入射した光が電気信号に変換され、アナログのＲ，Ｇ，Ｂ信号としてＣＤＳ回路１０２−１、Ａ／Ｄ変換器１０２−３に送られる。Ａ／Ｄ変換器１０２−３でデジタル信号に変換されたそれぞれの信号は、デジタル信号処理ＩＣ（ＳＤＲＡＭ１０３）内のＹＵＶ変換部でＹＵＶ信号に変換され、メモリコントローラによってフレームメモリに書き込まれる。このＹＵＶ信号はメモリコントローラに読み出され、ＴＶ信号表示ブロック１０４−９を介してＴＶやＬＣＤモニタ１０へ送られ、画像が表示される。この処理が１／３０秒間隔で行われ、１／３０秒ごとに更新されるファインダモードの表示となる。

レリーズシャッターボタンＳＷ１が押下されると、信号処理ＩＣのＣＭＯＳ Ｉ／Ｆブロック内に取り込まれたデジタルＲＧＢ信号より、画面の合焦度合いを示すＡＦ評価値、露光状態を示すＡＥ評価値が算出される。ＡＦ評価値データは、特徴データとしてマイコンに読み出されて、ＡＦの処理に利用される。この積分値は合焦状態にあるとき、被写体のエッジ部分がはっきりとしているため、高周波成分が一番高くなる。これを利用して、ＡＦによる合焦検出動作時は、それぞれのフォーカスレンズ位置におけるＡＦ評価値を取得して、その極大になる点（ピーク位置）を検出する。また極大になる点が複数あることも考慮にいれ、複数あった場合はピーク位置の評価値の大きさや、その周辺の評価値との下降、上昇度合いを判断し、信頼性のある点を合焦位置候補としてＡＦを実行する。このようなＡＦによる合焦検出は、プロセッサ１０４内でＣＰＵブロック１０４−３を中心に実行される。また、ＣＰＵブロック１０４−３からの指令によりモータドライバ７−５が駆動され、モータドライバ７−５でフォーカス光学系７−２が駆動されることによって合焦が行われる。ＡＦ制御については、下記の実施例において詳細を説明する。

またＡＦ評価値は、画面内のデジタルＲＧＢ信号のどの範囲からも算出することができる。ＡＦエリアに関しては、ＡＦモードによって複数エリア、もしくは単エリアで行うようにしている。モードに関してはモードダイアルＳＷ２でシングルＡＦモード、マルチＡＦモードで切り替えられるようにしている。例えば、シングルＡＦモードが選択されている場合には、図９に示すように、ファインダ内の中央付近（この実施例では水平方向４０％×垂直方向に３０％とする）の１エリアをＡＦエリアとする。またマルチＡＦモードが選択されている場合は、図１０に示すように、水平方向２０％×垂直方向２０％の５エリアをＡＦエリアとする。

次にＡＥ評価値は、デジタルＲＧＢ信号を図１５に示すように幾つかのエリア（このデジタルカメラではＡＦエリアと同じにする）に分割し、そのエリア内の輝度データを用いる。各ＡＥエリアにおいて、各エリア内の画素のうち所定の閾値を超えるものを対象画素とし、その輝度値を加算し、対象画素数で乗算することによってＡＥ評価値が求められる。各エリアの輝度分布により、適正露光量を算出し、次に取込まれるフレームに対し露光量を補正する。

第１の実施例にかかるデジタルカメラの動作を説明する。ＡＦ制御に関する全体のフローを図５に示す。動作ステップを、「５−１」「５−２」・・・のように表す。カメラは、電源をＯＮするとまず図１１に示すようなファインダモードの状態になる。この状態で次にＡＦエリアの設定処理を行う（５−１）。ＡＦエリアはＡＦモードによって決定される。すなわち、モードダイアルＳＷ２の状態を確認し、ＡＦモードがシングルＡＦモードであるか、もしくは、マルチＡＦモードであるかを確認する。マルチＡＦモードであった場合は、マルチエリアに設定し、上記ファインダモードを図１０のようなマルチＡＦモードにする。シングルＡＦモードであった場合には、シングルエリアに設定し、ファインダモードを図９に示すようなシングルＡＦモードにする。

次に、レリーズＳＷ１が押下されたかどうかを確認する（５−２）。レリーズＳＷ１が押下された場合は、以下の処理を行う。まず、フォーカスレンズのようなフォーカス光学系を駆動してフォーカス動作開始位置へ移動させる（５−３）。この実施例では、至近位置をフォーカス動作開始位置とする。至近位置に関しては光学系によって異なるが、一般的には３０ｃｍ前後が好ましい。次に、レンズ駆動処理（５−４）により、フォーカス光学系をある一定の間隔ないしはステップで無限遠位置まで駆動していく（５−６）。この実施例ではフォーカスモータ７−２ｂとしてパルスモータを使用していて、合焦距離が３０ｃｍから無限遠までを１露光画面（例えば１／３０秒）につき４パルス単位で駆動するようになっている。このフォーカス光学系の駆動と並行してＡＦ評価値取得処理により、ＡＦエリアに対するＡＦ評価値を取得する（５−５）。以上の動作をフォーカス位置が無限遠になるまで行う。

次にエリア選択処理（５−７）を行う。この部分が本発明の特徴となる部分である。このエリア選択処理（５−７）は、図６に示す手順に従って行われる。図６において、まず、取得された各ＡＦエリアに対するＡＦ評価値から、合焦点判定処理（６−１）を行う。ここではＡＦ評価値の信頼性評価を行うとともに、評価値の中でのピーク位置を判定する。信頼性評価では、例えば、所定値以上の評価値を持つピーク位置や、周辺の評価値との下降、上昇度合いが所定値以上のピーク位置を、信頼性のあるピーク位置とする。次に、この判定の結果、信頼性のあるピーク位置があるか否かを判定する（６−２）。信頼性のあるピーク位置があった場合は、そのエリアに関して補正シフト処理を行う（６−３）。補正シフト処理を行う際は、まず合焦したエリアがどの領域かを判断する。

上記領域判断は、図１２に示すように領域を上中下の３つに分け、ＡＦエリアが上記３つの領域のどの領域に含まれているかで決められる。表１は上記領域の選択に関しての対応表である。エリア番号は図１０に合わせて１から５まで、シフトエリアは図１２のとおり領域１，２，３の３つである。この実施例では、シングルＡＦモードの場合、領域２と判断するようにしている。マルチＡＦモードの場合、図１０からも明らかなように、エリア番号「１」は領域１、エリア番号「２」「３」「４」は領域２、エリア番号「５」は領域３と判断する。
表１

露光量（Ｔｖ）に対してのシフト量対応は表２のとおりである。図１７のタイミングチャートを参照すると、Ｔｖ５（３３ｍｓ）での場合を考えると、一つの画面の上半分の露光時は、フォーカス光学系が先の４パルスで駆動されている間に行われているが、下半分の露光時は、後の４パルスで駆動されている間に行われる。上面と下面はそれぞれ４パルス分フォーカス光学系を駆動しながら露光するため、実際に出力されるＡＦ評価値は、その４パルスの平均位置にシフトしてその位置で求める。すなわち、上半分の露光時は２番目のパルスの前後、下半分の露光時は６番目のパルスの前後にシフトし、それらの位置での評価値を求めることになる。本発明では、このシフト量に関しては垂直駆動信号ＶＤを基準に算出している。表２に示すように、露光量がＴｖ５であった場合は、エリア１でのシフト量は「２」、エリア２でのシフト量は「４」、エリア３でのシフト量は「６」に設定されている。また、Ｔｖ６、７といったように電子シャッタ中に駆動している場合に関しては、すでに駆動しているパルス分シフト量を増やす必要があるため、Ｔｖ５の場合に比べしシフト量はその電子シャッタ中の駆動パルス分を加味している。
表２

各合焦エリアにつき上記補正シフト処理により補正を行い、この補正を行った状態で、次に、ピーク位置があるエリアの判定処理（６−５）を行う。エリア判定に関しては、合焦した全エリアを対象にして、より近距離にピークを示すものを合焦位置とする。信頼性のあるピーク位置があるか否かの判定ステップ、すなわち合焦エリア有無の判定ステップ（６−２）でピークのある合焦エリアが見つからない場合は、ＮＧと判定し（６−４）、図１４に示すように、シングルＡＦモードのＡＦ枠を表示する。

図５に戻り、エリア選択処理（５−７）が終わると、次にエリア表示処理を行う（５−８）。エリア表示処理では、エリア選択処理（５−７）にて選択されたエリアに相当するエリア部分を表示する。図１３は人物を被写体にしたときのＡＦエリア表示の例を示す。最後に、合焦位置移動処理ステップ（５−９）において、上記エリア選択処理（５−７）で選択されたエリアに対応するフォーカス位置（合焦位置）へフォーカス光学系を移動させる。エリア選択処理（５−７）にてＮＧと判定されている場合（図６において合焦エリアが見つからない場合）は、ＮＧ距離に相当するフォーカス位置へフォーカス光学系を移動させる。ＮＧ距離は、一般的に過焦点距離を用いる場合があるが、本発明を適用したデジタルカメラの例ではＮＧ距離を２．５ｍとし、２．５ｍ離れた被写体に合焦するようにフォーカス光学系を移動させるようになっている。
以上のＡＦ動作は、ＲＯＭ１０８に格納されている制御プログラムにしたがって、デジタルスチルカメラプロセッサ１０４が演算し、各部へ動作指令を出すことによって実行される。

以上の処理により、フォーカス光学系の位置と取得されたＡＦ評価値との対応関係をシフトさせ、ＣＭＯＳ撮像素子を用いたローリングシャッタにより生じるフォーカス光学系の位置と取得されるＡＦ評価値の対応関係のずれを正すことができ、精度良く合焦位置を求めることができる。そして、求めた合焦位置で本撮影・記録を行うことができる。

次に、第２の実施例にかかるデジタルカメラについてその動作を説明する。図７は、第２の実施例におけるＡＦに関する全体のフローを示している。まず、カメラの電源をＯＮすると、図１３に示すようなファインダモードの状態になる。続いてＡＦエリアの設定処理を行う（７−１）。ＡＦエリアはＡＦモードによって決定される。モードダイアルＳＷ２の状態を確認し、ＡＦモードがシングルＡＦモードであるか、もしくは、マルチＡＦモードであるかどうかを確認する。マルチＡＦモードであった場合は、マルチエリアに設定し、ファインダモードを例えば図１０に示すような複数のＡＦエリアを表示するモードにする。シングルＡＦモードであった場合には、シングルエリアに設定し、ファインダモードを例えば図１９のような画面のほぼ中央に一つのＡＦエリアを表示するモードに設定する。

次に、レリーズＳＷ１が押下されたかどうかを確認する（７−２）。レリーズＳＷ１が押下された場合に、以下の処理を行う。まず、ＡＦ時のフォーカス駆動範囲を決定するＡＦ駆動範囲決定処理を行う（７−３）。この処理の具体例を図８に示す。図８において、まず、焦点距離が広角（Ｗｉｄｅ）の範囲であるかどうかを確認する（８−１）。広角の範囲であった場合は、１露光中のフォーカスステップパルスを４パルスとし（８−２）、そうでなかった場合は焦点距離が望遠（Ｔｅｌｅ）側にあるものと判断し、１露光中のフォーカスステップパルスを８パルスと設定する（８−３）。次に、上記のように設定されたフォーカスステップパルスから、フォーカス駆動量に加える余裕量の設定を行う（８−４）。

このような余裕量の設定が必要な理由は以下のとおりである。ローリングシャッタで露光すると、図１８に示すように、画面の上面に対して下面は次の露光（露光２）に対するフォーカス駆動が始まった後に出力されるため、事実上露光開始が１露光中に出力されるフォーカスステップ分遅れる。これによって生じる不具合を示しているのが図２２である。通常、無限遠に合焦していればそれ以上フォーカス光学系を駆動する必要はないため、無限遠位置でフォーカス光学系の駆動は終了する（図２２（ａ）参照）。しかし、無限遠直近でフォーカス光学系を駆動しながら画面の上部を露光していて無限遠位置に達すると、画面の下部はフォーカス光学系を駆動しない状態で露光することになる。そのため、上部の画面についてはフォーカス光学系を駆動しながら露光し画像信号を転送しているのに対し、下部の画面についてはフォーカス光学系の駆動が終了している状態で露光し画像信号を転送していることになる。その結果、図２２（ｂ）に示すように、例えば被写体が人物であった場合、最も重要視される人物の顔の付近において、フォーカス光学系が駆動されている状態と駆動されていない状態が混在することになり、ＡＦの精度を低下させる恐れがある。

かかる不具合を避けるために、前述のとおり所定のフォーカス駆動量に加える余裕量を設定し、仮にフォーカス光学系が無限遠位置に達したとしても駆動され続けるようにしている。同じことがフォーカス光学系の駆動開始位置においても起こるので、駆動開始位置側にもフォーカス駆動量に加える余裕量を設定する。表３はパルス駆動の余裕量の対応表である。近側に対して、遠側（無限遠）にはそれぞれ１フォーカスステップ分のパルス数を加算して設定している。駆動ステップは例えば、２パルス、４パルス、８パルスというように適宜設定することができ、設定したパルス数と同じパルス数を、フォーカス駆動量に加える余裕量として設定している。
表３

また、露光量（Ｔｖ）に対してのシフト量対応は表４のとおりである。１露光中におけるフォーカス光学系の駆動ステップが４パルスの場合と８パルスの場合において、それぞれ画面の上下方向に設定した領域１、領域２、領域３につき表４に示すようにシフト量を設定している。
表４

次に、図７に戻りフォーカス光学系をフォーカス駆動開始位置へと移動させる（７−４）。ここでは、至近位置をフォーカス動作開始位置とする。至近位置に関しては光学系によって異なる場合があるが、一般的には３０ｃｍ前後が好ましい。次に、レンズ駆動処理（７−５）により、フォーカス光学系をある一定の間隔で無限遠位置まで駆動していく。ここではフォーカスモータ７−２ｂがパルスモータを利用しているため、３０ｃｍから無限遠までを１露光につきＷｉｄｅでは４パルス、Ｔｅｌｅでは８パルスずつ駆動させることになる。その際にフォーカス光学系を駆動しながらＡＦ評価値取得処理（７−６）により、ＡＦエリアに対するＡＦ評価値を取得する。以上の動作ステップ７−５から７−７までをフォーカス位置が無限遠になるまで繰り返し行う。

次にエリア選択処理（７−８）を行う。このエリア選択処理（７−８）は、前述の図６に示す動作と同じである。すなわち、図６において、まず、取得された各ＡＦエリアに対するＡＦ評価値から、合焦点判定処理（６−１）を行う。ここではＡＦ評価値の信頼性評価を行うとともに、評価値の中でのピーク位置を判定する。次に、この判定の結果、信頼性のあるピーク位置があるか否かを判定する（６−２）。信頼性評価では、例えば、所定値以上の評価値を持つピーク位置や、周辺の評価値との下降、上昇度合いが所定値以上のピーク位置を、信頼性のあるピーク位置とする。信頼性のあるピーク位置があった場合は、そのエリアに関して補正シフト処理を行う（６−３）。補正シフト処理を行う際は、まず合焦したエリアがどの領域かを判断する。

上記領域判断は、図１２に示すように領域を上下方向に３つに分け、ＡＦエリアが上記３つの領域のどの領域に含まれているかで決められる。前記表１は上記領域の選択に関しての対応表である。エリア番号は１から５まで、シフトエリアは図１２のとおり領域１，２，３の３つの領域がある。シングルＡＦモードの場合に関しては、ここでは領域２と判断するようにしている。マルチＡＦモードの場合、図１０からも明らかなように、エリア番号「１」は領域１、エリア番号「２」「３」「４」は領域２、エリア番号「５」は領域３と判断する。

各合焦エリアにつき上記補正シフト処理により補正を行い、この補正を行った状態で、次に、ピーク位置があるエリアの判定処理（６−５）を行う。エリア判定に関しては、合焦した全エリアを対象にして、より近距離にピークを示すものを合焦位置とする。信頼性のあるピーク位置があるか否かを判定するステップ（６−２）でピークのある合焦エリアが見つからない場合は、ＮＧと判定し（６−４）、図１４に示すように、シングルＡＦモードのＡＦ枠を表示する。

図７に戻り、エリア選択処理（７−８）が終わると、次にエリア表示処理を行う（７−９）。エリア表示処理では、エリア選択処理（７−８）にて選択されたエリアに相当するエリア部分を表示するようにしている。図１３は人物を被写体にしたときのＡＦエリア表示状態を示す。信頼性のあるピーク位置があるか否か、すなわち合焦エリア有無の判定ステップ（６−２）でピークのある合焦エリアが見つからない場合は、ＮＧと判定し（６−４）、図１４に示すように、シングルＡＦモードのＡＦ枠を表示する。

最後に、合焦位置移動処理ステップ（５−９）において、上記エリア選択処理（５−７）で選択されたエリアに対応するフォーカス位置（合焦位置）へフォーカス光学系を移動させる。エリア選択処理（５−７）にてＮＧと判定されている場合（図６において合焦エリアが見つからない場合）は、ＮＧ距離に相当するフォーカス位置へフォーカス光学系を移動させる。ＮＧ距離は、一般的に過焦点距離を用いる場合があるが、本発明を適用したデジタルカメラの例ではＮＧ距離を２．５ｍとし、２．５ｍ離れた被写体に合焦するようにフォーカス光学系を移動させるようになっている。
以上のＡＦ動作は、ＲＯＭ１０８に格納されている制御プログラムにしたがって、デジタルスチルカメラプロセッサ１０４が演算し、各部へ動作指令を出すことによって実行される。

以上の処理により、フォーカス駆動範囲を所定の駆動ステップ分広げ、その広げたフォーカス駆動範囲内でＡＦ評価値を取得すると、露光時の環境が変わらないため、精度の良いＡＦ評価値を求めることができる。そして、その求めたＡＦ評価値とフォーカス光学系の位置との対応関係を補正して、合焦位置を検出することにより、合焦位置の検出精度を上げることができる。

実施例１、実施例２ではマルチＡＦモード時に５つのエリアを設定しているが、これに限られるものではなく、より広い範囲にエリアを拡張し、あるいはエリア数を増やしてよい。その場合、図１２に示すような３つの領域ではなく、より細分化した領域で補正をする必要がある。

実施例２では、ステップパルス数の設定を、焦点距離を基準にして判断しているが、ＡＦの駆動範囲、例えば通常の撮影領域（例えば３０ｃｍ〜∞）とマクロ撮影領域（例えば１ｃｍ〜３０ｃｍ）で切り替えられるようにすると、より精度の高いＡＦを実現することができる。

本発明にかかる撮像装置の実施例であるデジタルスチルカメラのシステム構成例を示すブロック図である。 上記デジタルスチルカメラの外観を示す正面図である。 上記デジタルスチルカメラの平面図である。 上記デジタルスチルカメラの背面図である。 本発明にかかる撮像装置の第１実施例の動作を示すフローチャートである。 上記第１実施例の動作中のエリア選択処理を示すフローチャートである。 本発明にかかる撮像装置の第２実施例の動作を示すフローチャートである。 上記第２実施例の動作中のＡＦ駆動範囲決定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施例においてシングルＡＦモードが選択されている場合に設定されるＡＦエリアの例を示す視野図である。 本発明の実施例においてマルチＡＦモードが選択されている場合に設定されるＡＦエリアの例を示す視野図である。 本発明の実施例におけるファインダモード時の表示例を示す視野図である。 本発明における合焦エリアの区分例を示す視野図である。 本発明において人物を被写体にしたときのＡＦエリア表示例を示す視野図である。 本発明におけるシングルＡＦモード時のＡＦ枠の例を示す視野図である。 ＡＥ評価値を取得するためのデジタルＲＧＢ信号を適宜数の測光エリアに分割した例を示す図である。 ローリングシャッタで画像を取り込む場合の取り込みタイミングチャートである。 上記の画像取込みにおいて一つの画面の上半分の露光時と下半分の露光時でフォーカスタイミングが異なることを示すタイミングチャートである。 同じく画面の上面に対して下面は次の露光に対するフォーカス駆動が始まった後に出力されることを示すタイミングチャートである。 ローリングシャッタの問題点を示すもので、（ａ）は動く被写体の例を示す視野図、（ｂ）は上記被写体が歪んで表示される例を示す視野図である。 ローリングシャッタの問題点を説明するための図であって、上下方向３箇所にフォーカスエリアが設定されている例を示す視野図である。 上記３箇所のフォーカスエリアにおいてＡＦ評価値を示す曲線のピークが時間軸上においてずれる様子を示すグラフである。 ローリングシャッタの問題点を示すもので、（ａ）は画面の上面に対して下面は次の露光に対するフォーカス駆動が始まった後に出力されることを示すタイミングチャート、（ｂ）はそれによって生じるフォーカス位置のずれを説明するための視野図である。

符号の説明

７−２ フォーカス光学系
１０１ 撮像手段としてのＣＭＯＳ

Claims (10)

1. フォーカス光学系と、
   被写体像に対応する画像データを取得する撮像手段と、
   前記撮像手段による露光中に前記フォーカス光学系を移動させながら前記画像データを取得する際に前記画像データ内の少なくとも一つのＡＦエリアに対応するデータからＡＦ評価値を取得するＡＦ評価値取得手段と、
   フォーカス駆動範囲内で前記フォーカス光学系を移動させる間に前記ＡＦ評価値取得手段により取得された前記ＡＦ評価値を用いて合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、を備え、
   前記フォーカス光学系の位置と前記ＡＦ評価値との対応関係を補正する補正手段をさらに備えていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正手段は、前記ＡＦエリアごとに、前記撮像手段による露光時間に応じた補正量に基づき前記フォーカス光学系の位置と前記ＡＦ評価値との対応関係を補正することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記補正手段は、前記画像データが表示される画面上において前記ＡＦエリアが位置する領域に基づいて前記補正量を変更することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記補正手段は、前記画像データが表示される画面上において前記ＡＦエリアが下側の領域に位置するほど前記補正量を大きくすることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 前記合焦位置検出手段は、前記フォーカス駆動範囲を所定の駆動ステップ分広げ、この広げたフォーカス駆動範囲内で前記合焦位置を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 撮像手段によって被写体像に対応する画像データを取得し、
   前記撮像手段による露光中にフォーカス光学系を移動させながら前記画像データを取得する際に前記画像データ内の少なくとも一つのＡＦエリアに対応するデータからＡＦ評価値を取得し、
   フォーカス駆動範囲内でフォーカス光学系を移動させる間に前記ＡＦ評価値を用いて合焦位置を検出する撮像方法であって、
   前記フォーカス光学系の位置と前記ＡＦ評価値との対応関係を補正することを特徴とする撮像方法。
7. フォーカス光学系の位置とＡＦ評価値との対応関係の補正は、ＡＦエリアごとに、前記撮像手段による露光時間に応じた補正量に基づいて行うことを特徴とする請求項６記載の撮像方法。
8. フォーカス光学系の位置とＡＦ評価値との対応関係の補正量は、画像データが表示される画面上においてＡＦエリアが位置する領域に基づいて変更することを特徴とする請求項７記載の撮像方法。
9. フォーカス光学系の位置とＡＦ評価値との対応関係の補正量は、画像データが表示される画面上においてＡＦエリアが下側の領域に位置するほど大きくすることを特徴とする請求項８記載の撮像方法。
10. フォーカス駆動範囲を所定の駆動ステップ分広げ、この広げたフォーカス駆動範囲内で合焦位置を検出することを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の撮像方法。

Images