JP2010224165A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く合焦位置を算出できるようにすること。
【解決手段】撮影光学系を透過した被写体光を受光して撮像する撮像素子１０２と、撮影光学系のフォーカスレンズ２０１を駆動するフォーカスレンズ駆動部として機能するモータ２０２、レンズ駆動回路２０３及びレンズＣＰＵ２０５と、被写体に対して外光を照射する外光照射部１０７と、該外光照射部１０７からの外光を上記撮像素子１０２で撮像した画像を用いて合焦位置演算を行う第一の合焦位置演算部１１３と、上記撮像素子１０２で撮像した画像のコントラスト情報を用いて合焦位置演算を行う第二の合焦位置演算部１１４と、それら第一の合焦位置演算部１１３と第二の合焦位置演算部１１４とを切り替える合焦位置演算切替部１１２と、を備え、現時点のフォーカス位置において精度良く合焦演算可能な方の合焦位置演算部を用いることで、精度良く合焦位置を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、撮像装置におけるオートフォーカス（以下、ＡＦと略記する）技術に関する。

従来のデジタルカメラにおけるＡＦ技術は、大別してＴＴＬ（Through the Lens）位相差ＡＦ方式とコントラストＡＦ方式とがある。

一般的に、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラのＡＦには、位相差ＡＦ方式が用いられることが多く、高速に焦点検出を行えるという特徴がある。このため、移動被写体に対しても高精度に合焦することが可能である。この位相差ＡＦ方位は、カメラ本体に焦点位置のズレを検出するためのＡＦセンサモジュールが設けられ、該ＡＦセンサモジュールにより検出された焦点ズレ量（デフォーカス量）により、焦点調節用のレンズ（フォーカスレンズ）の焦点検出を行う。しかし、この手法は、専用のセンサが必要となり、さらに撮影のための光路をハーフミラーなどの光学部材により分割してセンサへ光を導く構造をとるためにカメラのサイズが大型化し、コストアップにも繋がるという問題がある。

一方で、コンパクトデジタルカメラでは、コントラストＡＦ方式を用いることが多く、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら被写体の高周波成分を検出して、コントラストのピーク値を算出することで焦点検出を行う。コントラストＡＦ方式は、焦点検出速度は高速ではないが、高精度の合焦制御が可能という特徴がある。この手法は、撮影用の撮像素子を用いて行うために、上記位相差ＡＦ方式のように光路分割の必要もなく、カメラのサイズ、コストに関してはメリットが大きい。

画像の「ピントが合っている」とは、しゃっきりとした画ということであり、被写体のエッジが最もはっきりとしている状態と換言できる。即ち、ハイパスフィルタを通した積算値が最も高い状態が「ピントが合っている」ことになる。これにより、コントラストＡＦ方式の場合、一般的にハイパスフィルタを通した積算値をＡＦ評価値とし、レンズ位置（フォーカス位置）を変えながらＡＦ評価値をプロットしていくことで、最終的な合焦位置を補間演算して算出する。以下、図１１を参照して、このコントラストＡＦ方式を説明する。

（１） 例えば、レンズの初期位置（フォーカス位置）がｐ１であるとした時、まず、そのフォーカス位置ｐ１でＡＦ評価値Ａ１を算出する。

（２）または（２’） フォーカス位置ｐ１におけるＡＦ評価値を取得後、このままでは合焦位置が無限方向、至近方向のどちらに存在するかわからない。このため、フォーカス位置を一定量、無限方向（２）または至近方向（２’）のどちらかに移動し、そこで再度ＡＦ評価値を算出する。これにより、フォーカス位置ｐ１でのＡＦ評価値Ａ１と、フォーカス位置ｐ２（またはｐ０）でのＡＦ評価値Ａ２（またはＡ０）の大小を比較し、合焦位置がどちらかであるかの判定を行う。

（３） 合焦方向が特定できたので、合焦方向に向かい一定量のフォーカス位置をずらし、フォーカス位置ｐ３でＡＦ評価値Ａ３を取得する。

（４） さらに合焦方向に向かい一定量のフォーカス位置をずらし、フォーカス位置ｐ４でＡＦ評価値Ａ４を算出する。ここで、フォーカス位置ｐ３でのＡＦ評価値Ａ３とフォーカス位置ｐ４でのＡＦ評価値Ａ４を比較すると、Ａ３＞Ａ４となっている。これより、ＡＦ評価値のピーク位置、即ち、合焦位置を通り過ぎたことが判別できる。そこで、合焦位置付近の３点のフォーカス位置ｐ２，ｐ３，ｐ４と、そのＡＦ評価値Ａ２，Ａ３，Ａ４により補間演算して、合焦位置ｐＭａｘを算出する。補間演算は、直線補間やラグランジェなど公知の技術が多種あるが、速度優先であれば直線補間を用いる。また、精度優先であれば、サンプリングポイントを増やして、ラグランジュ補間やスプライン補間などを用いても良い。

こうして合焦位置ｐＭａｘが算出された後は、フォーカス位置をその算出した、合焦位置ｐＭａｘをまで戻して停止し、撮影動作に入る。

なお、上記（４）から（５）、（２’）から（２）のように、フォーカスの移動方向が逆方向になるとき、レンズのメカ構造によるバックラッシュが存在する場合には、それを加味してフォーカス移動を逆転する必要がある。具体的には、バックラッシュ量分、合焦方向とは反対に行き過ぎるようにしてから反転して戻ってくることで、バックラッシュの影響を低減できる。

以上のように、コントラストＡＦ方式の合焦位置検出は、異なるフォーカス位置における画像が、少なくとも３組必要である。フォーカス位置を異ならせるためには、レンズ駆動と撮像が必要であり、これらにかかる時間が長いという問題点がある。

さらに近年においては、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラにおいて、撮像素子の情報を常に背面液晶に表示することで、フレーミングを行いながらＡＦを行う“ライブビューＡＦ”という技術が製品化されてきている。これは、コンパクトカメラにおいては目新しいものではないが、通常、光束が撮像素子に入射していない一眼レフカメラにおいては、画期的なことといえる。しかし、ライブビューＡＦにおいては、位相差センサへ光が導かれないため、ＡＦ手法はコントラストＡＦを使わざるを得ない。このため、一眼レフカメラにも関わらず、コントラストＡＦを行うが故に、合焦速度に時間かがかかるという問題がよりクローズアップされてしまう。

このようなコントラストＡＦにおける合焦速度の短縮に関する技術としては、例えば特許文献１がある。これは、外光照射部を有し、被写体に向けて照射した外光からの反射光を撮像素子で受光し、スポット径により合焦位置を演算するというものである。

特開平５−５８３４号公報

上記特許文献１では、外光を照射する際のフォーカスレンズ位置を無限位置と至近位置の中間に配置し、反射光のスポット径検出のレンジを広くとる事で合焦精度を落とす事なく、１枚もしくは２枚の画像から合焦位置を推測する事で合焦時間の短縮を図っているものである。しかし、被写体が存在する距離やレンズの焦点深度等の要因でスポット像のボケ量が大きくなり過ぎてスポット径を正確に検出できないことがあり、そのような場合に合焦精度が落ちるという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、精度良く合焦位置を算出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、
撮影光学系を透過した被写体光を受光して撮像する撮像素子と、
上記撮影光学系のフォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、
被写体に対して外光を照射する外光照射部と、
上記外光照射部からの外光を上記撮像素子で撮像した画像を用いて合焦位置演算を行う第一の合焦位置演算部と、
上記撮像素子で撮像した画像のコントラスト情報を用いて合焦位置演算を行う第二の合焦位置演算部と、
上記第一の合焦位置演算部と第二の合焦位置演算部とを切り替える合焦位置演算切替部と、
を具備することを特徴とする。

本発明によれば、外光照射部からの外光を撮像素子で撮像した画像を用いて合焦位置演算を行う第一の合焦位置演算部と、撮像素子で撮像した画像のコントラスト情報を用いて合焦位置演算を行う第二の合焦位置演算部とを切り替えるようにしているので、現時点のフォーカスレンズ位置において精度良く合焦演算可能な方の合焦位置演算部を用いることで、精度良く合焦位置を算出可能な撮像装置を提供することができる。

図１は、本発明の撮像装置の一実施形態としてのレンズ交換式デジタル一眼レフカメラの構成を示す図である。 図２は、ＡＦエリアと撮像素子上の基準位置との位置関係を示す図である。 図３は、外光反射光の中心位置算出及び径算出の方法を説明するための図である。 図４は、第一の合焦位置演算部におけるボケ量からの合焦位置演算方法を説明するための図である。 図５は、ＡＦ動作を説明するための動作フローチャートを示す図である。 図６は、ＡＦ動作を説明するためのタイミングチャートを示す図である。 図７（Ａ）は、レンズ本体におけるフォーカス位置の取得動作を説明するための動作フローチャートを示す図であり、図７（Ｂ）は、レンズ本体におけるレンズ駆動動作を説明するための動作フローチャートを示す図である。 図８は、コントラストＡＦと本発明の一実施形態とにおけるＡＦまでの駆動回数の例を比較して示す図である。 図９は、コントラストＡＦと本発明の一実施形態とにおけるＡＦまでの駆動回数の別の例を比較して示す図である。 図１０は、図９の場合のＡＦ動作を説明するためのタイミングチャートを示す図である。 図１１は、コントラストＡＦ方式を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

本発明の撮像装置の一実施形態としてのレンズ交換式デジタル一眼レフカメラは、図１に示すように、カメラ本体１００とレンズ本体２００とからなる。

ここで、上記レンズ本体２００は、上記カメラ本体１００に対して着脱自在に構成された交換レンズとして提供されるものであり、フォーカスレンズ２０１、モータ２０２、レンズ駆動回路２０３、フォーカスエンコーダ２０４、レンズＣＰＵ２０５、等を備える。

ここで、フォーカスレンズ２０１は、被写体からの光束を結像する撮影光学系の一部であり、モータ２０２によって光軸方向に駆動することでフォーカスを調整できるようになっている。レンズ駆動回路２０３は、そのモータ２０２への駆動制御信号を発行するドライバである。また、フォーカスエンコーダ２０４は、フォーカスレンズ２０１のフォーカス位置を検出するものであり、メカ的に位置を検出するメカエンコーダであっても良いし、電気的に検出するポテンションメータ等を用いても良い。そして、レンズＣＰＵ２０５は、カメラ本体１００と通信路３００を介して通信を行って、当該レンズ本体２００内の各部を制御する。このレンズＣＰＵ２０５は、カメラ本体１００からの指令に応じてレンズ駆動回路２０３へ駆動指示を行うことで、上記フォーカスレンズ２０１のフォーカス位置を調整したり、上記フォーカスエンコーダ２０４により検出したフォーカス位置をカメラ本体１００に送信したりする機能を備える。

通信路３００上の伝送データとしては、フォーカス位置（レンズ本体２００からカメラ本体１００へ）、同期パルス（フォーカス位置取得時と同期）（レンズ本体２００からカメラ本体１００へ）、レンズ駆動量（カメラ本体１００からレンズ本体２００へ）、電源／ＧＮＤ、ＣＳ／Ｃｌｏｃｋ、等が存在する。

また、カメラ本体１００は、カメラＣＰＵ１０１、撮像素子１０２、表示画像処理部１０３、表示素子１０４、記録画像処理部１０５、記録画像メモリ１０６、外光照射部１０７、集光レンズ１０８、照射方向変更部１０９、エッジ検出部１１０、ボケ量演算部１１１、合焦位置演算切替部１１２、第一の合焦位置演算部１１３、第二の合焦位置演算部１１４、ＡＦ評価値演算部１１５、等を備える。

ここで、カメラＣＰＵ１０１は、該カメラ本体１００内の各部を制御するものである。撮像素子１０２は、カメラＣＰＵ１０１からの撮像指示に従って、撮影光学系のフォーカスレンズ２０１を透過した被写体光を受光して撮像する。

表示画像処理部１０３は、上記撮像素子１０２が撮像した画像を定期的な間隔で画素間引きあるいは画素加算などを行いながら読み出し、その読み出した画像に対し、画作り（デモザイキング、収差、エッジ強調、等）、間引き、ＤＣＴの周波数変換、量子化（情報量を落とす）、多重化情報（動きベクトル、差分時画像切替情報）に基づく動き補間、等の画像処理を行って、背面液晶等の表示素子１０４に表示することで、撮像素子１０２で撮像した画像を常に表示素子に表示する“ライブビュー”表示を行う。

記録画像処理部１０５は、図示しない２段式のレリーズボタンの２段目の操作による撮影要求がなされた際に、上記撮像素子１０２で撮像した画像をそのまま読み出す画素等倍読み出しを行い、読み出した画像に対し、画作り（デモザイキング、収差、エッジ強調、等）、ＤＣＴの周波数変換、量子化（情報量落とす）、多重化情報（動きベクトル、差分時画像切替情報）付与、等の画像処理を行って、記録画像メモリ１０６に記録する。この記録画像メモリ１０６は、当該カメラ本体１００に内蔵固定されたものであっても良いし、着脱自在なメモリであっても構わない。

外光照射部１０７は、レリーズボタンの１段目の操作による測距開始要求に応じたカメラＣＰＵ１０１のトリガを基に外光（レーザー、ＬＥＤなど）を照射するものであり、該外光照射部１０７前方に配した集光レンズ（絞り含む）１０８により、径を絞った光束で射出し、被写体へ照射するようになっている。被写体からの反射光は、レンズ本体のフォーカスレンズ２０１を通して撮像素子１０２へ入射する。照射方向変更部１０９は、カメラＣＰＵ１０１から入力される、ユーザ設定ボタン等の図示しない操作部材によるユーザのＡＦエリア設定値に応じて、図示しないアクチュエータ等を駆動して上記外光照射部１０７の照射方向を変更する。なお、照射角度は、焦点距離などのレンズ情報によってテーブルとして持っておくようにしても良い。

エッジ検出部１１０は、カメラＣＰＵ１０１から与えられる上記ＡＦエリア設定値に応じて演算される撮像素子１０２上の位置を基準位置とした所定範囲内の画像から、鮮鋭度（エッジ積算値）を演算することでエッジ部を検出する。即ち、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、基準位置４００は、被写体からの外光反射光が結像されるであろう位置であり、これは、ＡＦエリア４０１の位置つまり外光照射部１０７の外光照射方向によってほぼ決まるものであり、また、その外光反射光のボケによるスポット径の大きさもフォーカスレンズ２０１のフォーカス位置によりほぼ決まる。従って、エッジ検出部１１０は、撮像素子１０２で撮像した画像の全体ではなく、その内の上記基準位置４００を中心とした所定範囲内のみでエッジ検出を行えば良く、処理の高速化が可能である。なお、エッジ検出は、例えば、ハイパスフィルタなどのフィルタ処理を用い、ある閾値により２値化をするなどの公知技術を用いて検出する。このエッジ検出部１１０のエッジ検出結果は、ボケ量演算部１１１に入力される。

ボケ量演算部１１１は、上記エッジ検出部１１０で検出されたエッジから、外光反射光のボケ像の中心位置と撮像素子１０２上での半径を演算する。即ち、エッジ検出部１１０により、図３に示すように、ｘ方向の最大値を持つエッジの座標（Ｒｘ，Ｒｙ）、ｘ方向の最小値を持つエッジの座標（Ｌｘ，Ｌｙ）、ｙ方向の最大値を持つエッジの座標（Ｔｘ，Ｔｙ）、及びｙ方向の最小値を持つエッジの座標（Ｂｘ，Ｂｙ）が検出される。それらの座標より、外光反射光のボケ像の中心位置の座標（Ｐｘ，Ｐｙ）は、
（Ｐｘ，Ｐｙ）＝（（Ｌｘ＋Ｒｘ＋Ｔｘ＋Ｂｘ）／４，（Ｌｙ＋Ｒｙ＋Ｔｙ＋Ｂｙ）／４）
により求められる。また、外光反射光のボケ像の半径Ｒは、
Ｒ＝（（Ｔｙ−Ｂｙ）／２＋（Ｒｘ−Ｌｘ）／２）／２
により求められる。こうして演算された外光反射光のボケ像の中心位置の座標（Ｐｘ，Ｐｙ）及び半径Ｒは、上記エッジ検出部１１０にてＡＦエリア設定値に応じて演算された基準位置４００と共に、合焦位置演算切替部１１２に入力される。

合焦位置演算切替部１１２は、上記基準位置４００つまり外光照射目標位置と上記外光反射光のボケ像の中心位置の座標（Ｐｘ，Ｐｙ）つまり外光照射現在位置との差分である位置ズレ量を演算し、その位置ズレ量が所定の閾値Ｔｈ＿Ｐより大きければ、カメラＣＰＵ１０１を介して照射方向変更部１０９に外光照射現在位置をフィードバックする。これに応じて照射方向変更部１０９は、上記外光照射部１０７の照射方向を変更する。このように、まず、設定されたＡＦエリア４０１の位置に基づいて仮設定した照射角度で外光を照射し、その後に反射光のエッジ検出をする事によりボケ像の中心位置座標を算出し、照射目標位置と現在位置との差分を演算して、現在位置をフィードバックする事により、照射方向を目標位置に向かって収束させていくことができる。

そして、位置ズレ量が所定の閾値Ｔｈ＿Ｐ以内に収束したならば、合焦位置演算切替部１１２は、上記ボケ量演算部１１１で演算された外光反射光のボケ像の半径の大きさ、つまりボケ量に基づいて、合焦位置演算を行う演算部を、外光反射光のボケ像を撮像素子１０２で撮像した画像を用いて合焦位置演算を行う第一の合焦位置演算部１１３、もしくは、撮像素子１０２で撮像した画像のコントラスト情報を用いて合焦位置演算を行う第二の合焦位置演算部１１４に切り替える。この切り替えは、演算した半径を所定の閾値Ｔｈ＿Ｂとの大小比較することにより行われる。この閾値Ｔｈ＿Ｂは、フォーカスレンズ２０１の焦点距離、絞りなどの情報によって可変しても良い。

合焦位置演算切替部１１２は、例えば、次のように切り替えを行う。即ち、外光反射光のボケ像の半径が小さいつまりボケ量が小さいということは、フォーカスレンズ２０１のフォーカス位置が合焦位置と近い位置にあるということであり、よってこの場合には、外光反射光のボケ像の半径演算の精度も良く、合焦位置演算結果も精度良く行える。従ってボケ量≦Ｔｈ＿Ｂの場合には、第一の合焦位置演算部１１３に切り替える。これに対して、外光反射光のボケ像の半径が大きいつまりボケ量が大きいということは、フォーカス位置が合焦位置と遠い位置にあるということであり、よってこの場合には、外光反射光のボケ像の半径演算の精度も悪く、合焦位置演算結果も精度が悪くなる。従って、ボケ量＞Ｔｈ＿Ｂの場合には、第二の合焦位置演算部１１４に切り替える。また、合焦位置演算切替部１１２は、どちらの合焦位置演算部に切り替えたかの情報をカメラＣＰＵ１０１に入力する。

ＡＦ評価値演算部１１５は、撮像素子１０２で撮像した画像を取り込むためのフレームメモリ（図示せず）を備え、該フレームメモリに取り込んだ現画面の画像より鮮鋭度抽出を行うことで、例えば、ハイパスフィルタを通した積算値を演算することで、ＡＦ評価値を求める。第二の合焦位置演算部１１４は、このＡＦ評価値演算部１１５での演算結果に基づいて合焦位置を演算する。即ち、第二の合焦位置演算部１１４は、カメラＣＰＵ１０１を介して与えられる上記レンズ本体２００からのフォーカス位置と上記ＡＦ評価値演算部１１５で演算された複数のＡＦ評価値（現在までのＡＦ評価値）とを格納する図示しない内部ＲＡＭを備え、それら２つの情報を用いて、例えば過去３点の情報から補間演算して合焦位置（合焦ピーク）を推定する。そして、現在のフォーカス位置と推定した合焦位置との差分（デフォーカス量）をカメラＣＰＵ１０１を介してレンズ本体２００に送信することで、レンズ本体２００のレンズＣＰＵ２０５は、その送信されてきたデフォーカス量に基づきレンズ駆動回路２０３によりレンズ駆動を行うこととなる。

一方、上記第一の合焦位置演算部１１３は、上記ボケ量演算部１１１で演算された外光反射光の半径を基に合焦位置演算を行う。そのため、合焦位置演算切替部１１２は、この第一の合焦位置演算部１１３に切り替えた際には、上記ボケ量演算部１１１で演算された外光反射光の半径を該第一の合焦位置演算部１１３に入力する。

ここで、上記第一の合焦位置演算部１１３での具体的な合焦位置演算方法を、図４を参照して説明する。なお、実際はフォーカスレンズ２０１の位置が変わるものであるが、説明の都合上、図４では、撮像素子１０２の位置を変えて示している。

第一の合焦位置演算部１１３は、フォーカス位置をずらした計２枚の画像における外光反射光のボケ像の半径を用いて合焦位置を算出する。即ち、レリーズボタンの１段目（又は２段目）の操作がなされたときのフォーカスレンズ２０１のフォーカス位置（初期位置）において撮像素子１０２により撮像した画像から算出した外光反射光のボケ像の半径Ｒ１と、フォーカスレンズ２０１を所定量（ＬＤ＿Ｗｏｂ）駆動した後のフォーカス位置（Ｗｏｂ後位置）において撮像素子１０２により撮像した画像から算出した外光反射光のボケ像の半径Ｒ２と、から、デフォーカス量ＬＤ＿Ｄｅｆを算出する。このデフォーカス量ＬＤ＿Ｄｅｆを算出すれば、合焦位置（目標位置）を演算することになる。なお、合焦位置での外光反射光の半径は限りなく点像に近いものと仮定する。

上記１枚目の画像における外光反射光のボケ像の半径Ｒ１及び上記２枚目の画像における外光反射光のボケ像の半径Ｒ２は、合焦位置演算切替部１１２を介してボケ量演算部１１１より入力され、また、フォーカスレンズ２０１の駆動量ＬＤ＿Ｗｏｂは、上記合焦位置演算切替部１１２が該第一の合焦位置演算部１１３による合焦演算を行うよう切り替えた場合に、カメラＣＰＵ１０１がレンズ本体２００に指示する値であるので、それをカメラＣＰＵ１０１より取得する。これら既知変数を用いて、第一の合焦位置演算部１１３は、デフォーカス量ＬＤ＿Ｄｅｆを、
ＬＤ＿Ｄｅｆ＝ＬＤ＿Ｗｏｂ・Ｒ１／Ｒ２
により算出する。この算出したデフォーカス量ＬＤ＿ＤｅｆをカメラＣＰＵ１０１を介してレンズ本体２００に送信することで、レンズ本体２００のレンズＣＰＵ２０５は、その送信されてきたデフォーカス量ＬＤ＿Ｄｅｆに基づきレンズ駆動回路２０３によりレンズ駆動を行うこととなる。

なお、点光源を極めて点像と仮定している点、または点像のエッジ検出などによる誤差が、合焦位置検出に乗って精度を落とす事が考えられるが、速度よりも精度を求めるような場合には、２枚の画像ではなく複数枚の画像を用いることで上記誤差を低減できる。

以下、上記のような構成のカメラにおけるＡＦ動作を、図５の動作フローチャート及び図６のタイミングチャートを参照して説明する。

まず、ユーザ設定ボタン等の図示しない操作部材によってユーザがＡＦエリア４０１を設定し、その設定値がカメラＣＰＵ１０１を介して照射方向変更部１０９及びエッジ検出部１１０へ入力される（ステップＳ１０１）。

その後、レリーズボタンの１段目（又は２段目）の操作などのユーザ操作によるＡＦトリガがあると、照射方向変更部１０９は、カメラＣＰＵ１０１から与えられるＡＦエリア設定値に基づいて外光照射角度を演算し（ステップＳ１０２）、その演算した方向へ外光照射部１０７により外光照射を開始する（ステップＳ１０３）。

この外光照射が開始されると、図６のタイミングチャートにおいて撮像（ＡＦ用１）波形により示すように、撮像素子１０２により第一の合焦位置演算部１１３用の撮像が行われる（ステップＳ１０４）。撮像終了後に、外光照射部１０７による外光照射を停止する（ステップＳ１０５）。そして、エッジ検出部１１０において、上記ステップＳ１０４の撮像によって得られた画像よりエッジ検出を行う（ステップＳ１０６）。このエッジ検出は、カメラＣＰＵ１０１から与えられるＡＦエリア設定値に従って基準位置４００を演算し、その基準位置４００を中心に上下左右の被写体検出（エッジ）を行う。即ち、基準位置４００を中心に閾値Ｂｘ画素以下の範囲で検出を行い、閾値Ｔｘ以上の輝度差を有する部位を被写体（エッジ）とする。そして、ボケ量演算部１１１において、このエッジ検出部１１０の検出結果を用いて、ボケ量演算つまり外光反射光のボケ像の中心位置の座標（Ｐｘ，Ｐｙ）と撮像素子１０２上での半径Ｒの演算を行う（ステップＳ１０７）。ここで、合焦位置演算切替部１１２により、外光照射位置がＯＫか否かを判別する（ステップＳ１０８）。これは、上述したように、位置ズレ量（＝外光照射目標位置−外光照射現在位置）と閾値Ｔｈ＿Ｐとを比較することにより判別する。位置ズレ量＞Ｔｈ＿ＰであればＯＫではないと判別し、位置ズレ量≦Ｔｈ＿ＰであればＯＫと判別する。ＯＫでないと判別した場合には、上記ステップＳ１０２に戻ることで、照射方向変更部１０９において、位置ズレ量に基づいて外光照射角度が演算されることとなる。

また、図６のタイミングチャートに撮像（ＡＦ用２）波形により示すように、上記エッジ検出やボケ量演算と並行して、撮像素子１０２により第二の合焦位置演算部１１４用の撮像が行われ（ステップＳ１０９）、ＡＦ評価値演算部１１５においてその撮像によって得られた画像よりＡＦ評価値が演算される（ステップＳ１１０）。

上記ステップＳ１０８において外光照射位置がＯＫと判断されたならば、合焦位置演算切替部１１２において、ボケ量と閾値Ｔｈ＿Ｂとを比較する（ステップＳ１１１）。

そして、ボケ量＞Ｔｈ＿Ｂであれば、第二の合焦位置演算部１１４による合焦位置演算を行うものとする。そこで、この場合には、図６のタイミングチャートにおいて合焦位置演算２波形により示すように、第二の合焦位置演算部１１４によって、カメラＣＰＵ１０１を介して与えられる上記レンズ本体２００からのフォーカス位置と上記ステップＳ１１０で演算されたＡＦ評価値（現在までのＡＦ評価値）とを用いて、例えば過去３点の情報から補間演算して合焦位置（合焦ピーク）を推定する合焦位置演算を行う（ステップＳ１１２）。但し、第二の合焦位置演算部１１４での合焦位置演算には、少なくとも２点の情報が必要である（２点有れば少なくともレンズ駆動すべき方向が検出できる）ので、１枚目しか画像を撮像していない場合には、このステップＳ１１２の動作はスキップする。

また、この第二の合焦位置演算部１１４での合焦位置演算に必要なフォーカス位置は、図７（Ａ）に示すようにして、レンズ本体２００にて取得されて、カメラ本体１００へ送られてくる。即ち、レンズＣＰＵ２０５は、通信路３００を介したデータ通信によりカメラＣＰＵ１０１からフォーカス位置取得要求を受信すると（ステップＳ２０１）、フォーカスレンズ２０１近傍に装備されたフォーカスエンコーダ２０４を用いてフォーカス位置を取得し（ステップＳ２０２）、その取得したフォーカス位置を通信路３００を介したデータ通信によりカメラＣＰＵ１０１へ送信する（ステップＳ２０３）。なお、データ通信には、クロック同期、非同期などの公知技術を用いる。

合焦位置演算によって合焦位置が推定されたならば、その推定した合焦位置と現在のフォーカス位置との差分（デフォーカス量）をカメラＣＰＵ１０１を介してレンズ本体２００に送信することで、レンズ駆動を行って（ステップＳ１１３）、上記ステップＳ１０２に戻る。

なお、レンズ本体２００におけるレンズ駆動は、カメラ本体１００から送信されてきたレンズ駆動量（デフォーカス量）に基づき、図７（Ｂ）に示すように行われる。即ち、レンズＣＰＵ２０５は、通信路３００を介したデータ通信によりカメラＣＰＵ１０１からレンズ駆動量を受信すると（ステップＳ２１１）、まず、フォーカスレンズ２０１近傍に装備されたフォーカスエンコーダ２０４を用いて現在のフォーカス位置を取得する（ステップＳ２１２）。そして、その受信したレンズ駆動量と取得した現在のフォーカス位置とに基づいて、どちらの方向にどれだけフォーカスレンズ２０１を駆動するかを求め、その駆動に必要な駆動系（モータ２０２）のパラメータをレンズ駆動回路２０３に設定する（ステップＳ２１３）。そして、レンズ駆動回路２０３がその設定されたパラメータに従ってモータ２０２を駆動することで、カメラ本体１００側から指示されたレンズ駆動量分、フォーカスレンズ２０１を移動させる（ステップＳ２１４）。

以上のようにして、外光反射光のボケ像がボケ量大（画像大ボケ）の場合は、第二の合焦位置演算部１１４による合焦位置演算（コントラストＡＦ）を行い、合焦位置付近にレンズ駆動、ＡＦ評価値演算を繰り返し、合焦位置に徐々に近寄っていく。合焦位置付近に近づくにつれ、外光反射光のボケ像のボケ量が小さくなってくる。

そして、このボケ量がある値（閾値Ｔｈ＿Ｂ）以下になった場合は、第一の合焦位置演算部１１３による合焦位置演算に移行し、２枚の画像から合焦位置を推測し、合焦位置までレンズ駆動する。

即ち、上記ステップＳ１１１において、ボケ量≦Ｔｈ＿Ｂであると判別された場合には、合焦位置演算切替部１１２は、第一の合焦位置演算部１１３による合焦位置演算を行うように切り替える。この場合には、カメラＣＰＵは、レンズ本体２００のフォーカスレンズ２０１を設定値ＬＤ＿Ｗｏｂ分の移動量だけ駆動させる（ステップＳ１１４）。このとき、レンズ駆動の方向は、現在のフォーカス位置を加味し、可動余裕量が大きい方に駆動する。あるいは、ズーム位置を加味して、方向を決定しても良い。

こうして設定値ＬＤ＿Ｗｏｂ分のレンズ駆動を行ったならば、再度、外光照射部１０７により外光照射を開始して（ステップＳ１１５）、撮像素子１０２により第一の合焦位置演算部１１３用の撮像を行う（ステップＳ１１６）。そして、その撮像終了後に、外光照射部１０７による外光照射を停止し（ステップＳ１１７）、エッジ検出部１１０において、上記ステップＳ１１６の撮像によって得られた画像よりエッジ検出を行い（ステップＳ１１８）、ボケ量演算部１１１において、このエッジ検出部１１０の検出結果を用いたボケ量演算を行う（ステップＳ１１９）。

その後、合焦位置演算切替部１１２において、ボケ量と閾値Ｔｈ＿Ｂとを比較する（ステップＳ１２０）。そして、ボケ量＞Ｔｈ＿Ｂであれば、上記ステップＳ１１４に戻って、再度、レンズ駆動を行う。この際には、レンズ駆動の方向は逆方向とし、また、レンズ駆動量は設定値ＬＤ＿Ｗｏｂの２倍分の移動量とする。

そして、上記ステップＳ１２０において、ボケ量≦Ｔｈ＿Ｂであると判別されたならば、図６のタイミングチャートにおいて合焦位置演算１波形により示すように、第一の合焦位置演算部１１３による合焦位置演算が実施される（ステップＳ１２１）。即ち、上記ステップＳ１０７で演算した１枚目の画像における外光反射光のボケ像の半径Ｒ１と、上記ステップＳ１１９で演算した２枚目の画像における外光反射光のボケ像の半径Ｒ２と、上記ステップＳ１１２でのレンズ駆動に使用したフォーカスレンズ２０１の駆動量ＬＤ＿Ｗｏｂとを用いて、デフォーカス量ＬＤ＿Ｄｅｆが演算される。

このようにしてデフォーカス量ＬＤ＿Ｄｅｆが演算されたならば、その後は、図６のタイミングチャートに示すように、そのデフォーカス量ＬＤ＿ＤｅｆをレンズＣＰＵを介してレンズ本体２００に送信することで、レンズ駆動を行って、合焦位置にフォーカスレンズ２０１を設定する。そして、レリーズボタンの２段目の操作に応じて、図６のタイミングチャートにおいて撮像３（本露光）波形により示すように、撮像素子１０２で撮像が行われることとなる。

以上のように、外光照射を用いて被写体からの反射光を撮像素子１０２で受光し、ボケ像のボケ量から第一の合焦位置演算部１１３（２枚のボケ量から合焦位置演算）か第二の合焦位置演算部１１４（コントラストＡＦ法）に切り替えるようにしているので、ボケ量が大きい時（大ボケ状態）は、ボケ量からの合焦位置演算では精度が悪くなるので、第二の合焦位置演算を選択することにより、精度良く合焦位置を算出できる。

そして、ボケ量が小さくなってきた（合焦位置付近となってきた）ならば、第一の合焦位置演算に切り替えることで、合焦位置にレンズ駆動するまでの時間を短縮可能となる。

例えば、図８の上側に示すようなコントラストＡＦの場合には合焦位置までフォーカスレンズ２０１を駆動するのに５〜７回のレンズ駆動が必要であるのに対して、第一の合焦位置演算の場合には、図８の下側に示すように、合焦位置までフォーカスレンズ２０１を駆動するのに２〜４回のレンズ駆動のみで良くなる。なお、第一の合焦位置演算部１１３による合焦位置演算ではＡＦ評価値は使用しないが、コントラストＡＦとの比較のために、この図ではレンズ駆動後のフォーカス位置でＡＦ評価値を求めたらどうなるかを示している。また、（２’）では、２枚目の画像により演算したボケ量が大きい（ステップＳ１２０でボケ量＞Ｔｈ＿Ｂ）と判断されるので、（２）でもう一度２枚目の画像を撮像してボケ量演算を行うようになっている。

これに対して、最初の２枚目の画像においてボケ量が小さかった場合には、図９の下側に示すように、レンズ駆動方向がどちらであっても、即ち（２）と（２’）のどちらであっても、直ちに合焦位置演算が行える。図１０は、この場合のタイミングチャートを示している。

また勿論、ＡＦ動作開始時のフォーカス位置（初期位置）で撮像した１枚目の画像においてボケ量が小さかった場合には、第二の合焦位置演算部１１４による合焦位置演算（コントラストＡＦ）を行うことなく直ちに第一の合焦位置演算部１１３による合焦位置演算に移行することができ、さらに時間短縮が可能である。

この場合、上記特許文献１に開示されているような、合焦動作を開始する度に、被写体によらずフォーカスレンズは無限位置と至近位置の中間位置に駆動する必要があるという制限はなく、外光照射時のフォーカス位置がどこであっても良いため、その初期駆動が不要な分、上記特許文献１に開示されたＡＦ手法よりも速度が改善される。また、中間位置への駆動に伴うフォーカスズレによる見栄え悪化についても改善できる。

さらに、第一の合焦位置演算部１１３は、２枚の撮像画像（外光反射光のボケ像のボケ量）から合焦位置を演算するので、１枚の画像から合焦位置を演算する上記特許文献１のＡＦ手法よりも精度良く合焦位置を演算できる。

また、上記特許文献１のＡＦ手法では、外光位置の角度が固定であるため、任意のエリアで合焦演算を行う事が難しく、被写体の遠近混在するような場合に対して合焦精度が落ちるという問題があるが、本実施形態では、ユーザ設定のＡＦエリア４０１を撮像素子１０２の任意位置に設定可能としているので、そのような問題がない。さらには、撮像素子１０２上の外光反射光のボケ像の位置と設定するＡＦエリアとの差分からフィードバック制御するようにしているので、照射方向を目標位置に向かって収束させていくことができ、合焦精度を向上できる。

以上のように、本一実施形態によれば、撮影光学系を透過した被写体光を受光して撮像する撮像素子１０２と、撮影光学系のフォーカスレンズ２０１を駆動するフォーカスレンズ駆動部として機能するモータ２０２、レンズ駆動回路２０３及びレンズＣＰＵ２０５と、被写体に対して外光を照射する外光照射部１０７と、該外光照射部１０７からの外光を上記撮像素子１０２で撮像した画像を用いて合焦位置演算を行う第一の合焦位置演算部１１３と、上記撮像素子１０２で撮像した画像のコントラスト情報を用いて合焦位置演算を行う第二の合焦位置演算部１１４と、それら第一の合焦位置演算部１１３と第二の合焦位置演算部１１４とを切り替える合焦位置演算切替部１１２と、を備えたことにより、現時点のフォーカス位置において精度良く合焦演算可能な方の合焦位置演算部を用いることで、精度良く合焦位置を算出可能な撮像装置を提供することができる。

また、上記撮像素子１０２で撮像した画像を用いて被写体のエッジを検出するエッジ検出部１１０と、該エッジ検出部１１０で検出された結果を用いてボケ量を演算するボケ量演算部１１１と、をさらに備え、合焦位置演算切替部１１２が、ボケ量演算部１１１での演算結果に基づいて第一の合焦位置演算部１１３と第二の合焦位置演算部１１４とを切り替えるようにしているので、現時点のフォーカス位置において精度良く合焦演算可能な方の合焦位置演算部をボケ量によって容易に判別できる。

さらに、上記撮像素子１０２からの出力画像からＡＦ評価値を演算するＡＦ評価値演算部１１５をさらに備え、第一の合焦位置演算部１１３は、ボケ量演算部１１１での演算結果に基づいて合焦位置を演算し、第二の合焦位置演算部１１４は、ＡＦ評価値演算部１１５での演算結果に基づいて合焦位置を演算するようにしているので、第一の合焦位置演算部１１３は、多数回の撮像を行う必要が無く、高速に合焦位置を演算することが可能である。

さらにまた、ボケ量演算部１１１での演算結果に基づいて外光照射部１０７からの外光の照射方向を変更する外光照射方向変更部として機能する合焦位置演算切替部１１２、カメラＣＰＵ１０１及び照射方向変更部１０９をさらに備えているので、任意の位置のＡＦエリア４０１で合焦演算を行うことが可能となる。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した一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、上記一実施形態は、ＡＦエリア４０１が一つの場合を例に説明したが、複数設定して、それぞれに対して外光を順次照射して合焦位置演算を実施し、その結果を統合して最終的な合焦位置を演算するようにしても良い。

また、上記一実施形態ではレンズ交換式デジタル一眼レフカメラを例に説明したが、レンズ一体式のデジタル一眼レフカメラやレンズ一体式コンパクトデジタルカメラ、カメラ付き携帯電話機、カメラ付きＰＤＡ、等であっても構わない。

１００…カメラ本体、 １０１…カメラＣＰＵ、 １０２…撮像素子、 １０３…表示画像処理部、 １０４…表示素子、 １０５…記録画像処理部、 １０６…記録画像メモリ、 １０７…外光照射部、 １０８…集光レンズ、 １０９…照射方向変更部、 １１０…エッジ検出部、 １１１…ボケ量演算部、 １１２…合焦位置演算切替部、 １１３…第一の合焦位置演算部、 １１４…第二の合焦位置演算部、 １１５…ＡＦ評価値演算部、 ２００…レンズ本体、 ２０１…フォーカスレンズ、 ２０２…モータ、 ２０３…レンズ駆動回路、 ２０４…フォーカスエンコーダ、 ２０５…レンズＣＰＵ、 ３００…通信路、 ４００…基準位置、 ４０１…ＡＦエリア。

Claims (4)

1. 撮影光学系を透過した被写体光を受光して撮像する撮像素子と、
   前記撮影光学系のフォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、
   被写体に対して外光を照射する外光照射部と、
   前記外光照射部からの外光を前記撮像素子で撮像した画像を用いて合焦位置演算を行う第一の合焦位置演算部と、
   前記撮像素子で撮像した画像のコントラスト情報を用いて合焦位置演算を行う第二の合焦位置演算部と、
   前記第一の合焦位置演算部と第二の合焦位置演算部とを切り替える合焦位置演算切替部と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像素子で撮像した画像を用いて被写体のエッジを検出するエッジ検出部と、
   前記エッジ検出部で検出された結果を用いてボケ量を演算するボケ量演算部と、
   をさらに具備し、
   前記合焦位置演算切替部は、前記ボケ量演算部での演算結果に基づいて前記第一の合焦位置演算部と前記第二の合焦位置演算部とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子で撮像した画像を用いて被写体のエッジを検出するエッジ検出部と、
   前記エッジ検出部で検出された結果を用いてボケ量を演算するボケ量演算部と、
   前記撮像素子からの出力画像からＡＦ評価値を演算するＡＦ評価値演算部と、
   をさらに具備し、
   前記第一の合焦位置演算部は、前記ボケ量演算部での演算結果に基づいて合焦位置を演算し、
   前記第二の合焦位置演算部は、前記ＡＦ評価値演算部での演算結果に基づいて合焦位置を演算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子で撮像した画像を用いて被写体のエッジを検出するエッジ検出部と、
   前記エッジ検出部で検出された結果を用いてボケ量を演算するボケ量演算部と、
   前記ボケ量演算部での演算結果に基づいて前記外光照射部からの前記外光の照射方向を変更する外光照射方向変更部と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

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