(57)【要約】【課題】システム構成を複雑とせず、安定したオートフォーカス性能を実現するレンズ駆動制御装置を提供する。【解決手段】レンズ駆動制御装置は、画像信号に基づいて検波領域における焦点評価値を算出する評価値算出部と、焦点評価値に基づきフォーカスレンズの移動量を算出する移動量算出部と、ウォブリング動作を制御するウォブリング制御信号を生成するウォブリング制御部と、ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号を生成する移動制御部と、ウォブリング制御信号および移動制御信号の位相を変更する位相変更部と、フォーカスレンズ全体を移動させるフォーカスレンズ制御信号を生成するフォーカスレンズ制御部とを備える。位相変更部は、検波領域が露光されている間はウォブリング動作を回避するようにウォブリング信号の位相を変更し、ウォブリング信号と同期させて移動制御信号の位相を変更する。【選択図】図３
2010170051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直同期信号の周期に同期して被写体を撮像する撮像部により取得した画像信号に基づいて、画像中の焦点評価を行う領域である検波領域における焦点評価値を算出する評価値算出部と、
前記焦点評価値に基づいて、被写体のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズの移動量を算出する移動量算出部と、
前記フォーカスレンズを合焦へ向かうように移動させる方向を検出するウォブリング動作を制御するウォブリング制御信号を生成するウォブリング制御部と、
前記ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号を生成する移動制御部と、
前記ウォブリング制御信号および前記移動制御信号の位相を変更する位相変更部と、
前記ウォブリング制御信号および前記移動制御信号に基づいて、前記フォーカスレンズ全体を移動させるフォーカスレンズ制御信号を生成するフォーカスレンズ制御部と、
を備え、
前記位相変更部は、
前記検波領域が露光されている間は前記ウォブリング動作を回避するように前記ウォブリング信号の位相を変更し、
前記ウォブリング信号と同期させて前記移動制御信号の位相を変更する、レンズ駆動制御装置。
【請求項２】
前記移動制御部は、前記移動量および前記フォーカスレンズの移動方向に基づいて、前記フォーカスレンズを合焦する位置に移動させる移動制御信号を生成する、請求項１に記載のレンズ駆動制御装置。
【請求項３】
撮像する画像の画角を任意の位置に調整するズームレンズを制御するズームレンズ制御信号を生成するズームレンズ制御部をさらに備え、
前記移動制御部は、前記ズームレンズの移動に応じて前記フォーカスレンズを移動させるズームトラッキングを制御する移動制御信号を生成し、
前記ズームレンズ制御部は、前記ウォブリング制御信号と同期して前記ズームレンズ制御信号の位相を変更する、請求項１または２に記載のレンズ駆動制御装置。
【請求項４】
前記位相変更部は、
露光期間を制御する露光制御部から入力された露光期間に基づいて、露光期間が変化したフレームの次フレームにおける前記ウォブリング制御信号の位相のずらし量を算出し、
前記ウォブリング制御信号および当該ウォブリング制御信号に同期して変化する前記ウォブリング制御信号以外の制御信号の傾きが前記検波領域の露光期間中変化しないように位相を変更する、請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ駆動制御装置。
【請求項５】
前記位相変更部は、
露光期間を制御する露光制御部から入力された露光期間に基づいて、露光期間が変化したフレームから２フレーム後における前記ウォブリング制御信号の位相のずらし量を算出し、
前記露光期間が変化したフレームの次フレームまでは露光期間変化前の位相のずらし量で前記ウォブリング制御信号および当該ウォブリング制御信号に同期して変化する前記ウォブリング制御信号以外の制御信号の位相を変更し、露光期間が変化したフレームから２フレーム後において露光期間変化後の位相のずらし量で前記ウォブリング制御信号および前記ウォブリング制御信号以外の制御信号の位相を変更して傾きを変化させる、請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ駆動制御装置。
【請求項６】
前記位相変更部は、前記検波領域の中央ラインの露光期間における、前記ウォブリング動作による平均的な前記フォーカスレンズの位置の差が最大となるように、前記ウォブリング制御信号の位相のずらし量を算出する、請求項１〜５のいずれかに記載のレンズ駆動制御装置。
【請求項７】
前記位相変更部は、前記検波領域の中央ラインの露光期間の中心と前記ウォブリング動作の１区間の動作の中心と一致するように、前記ウォブリング制御信号の位相のずらし量を算出する、請求項１〜６のいずれかに記載のレンズ駆動制御装置。
【請求項８】
垂直同期信号の周期に同期して被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部と、
被写体像を集光して前記撮像部に照射する光学部材と、被写体像のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズとを有するレンズ部と、
前記フォーカスレンズ全体を移動させるフォーカスレンズ制御信号に基づいて、前記フォーカスレンズを駆動する駆動部と、
前記撮像部から取得した画像信号に基づいて、画像中の焦点評価を行う領域である検波領域における焦点評価値を算出する評価値算出部と、
前記焦点評価値に基づいて、被写体のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズの移動量を算出する移動量算出部と、
前記フォーカスレンズを合焦へ向かうように移動させる方向を検出するウォブリング動作を制御するウォブリング制御信号を生成するウォブリング制御部と、
前記ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号を生成する移動制御部と、
前記ウォブリング制御信号および前記移動制御信号の位相を変更する位相変更部と、
前記ウォブリング制御信号および前記移動制御信号に基づいて、前記フォーカスレンズ制御信号を生成するフォーカスレンズ制御部と、
を備え、
前記位相変更部は、
前記検波領域が露光されている間は前記ウォブリング動作を回避するように前記ウォブリング信号の位相を変更し、
前記ウォブリング信号と同期させて前記移動制御信号の位相を変更する、撮像装置。
【請求項９】
垂直同期信号の周期に同期して被写体を撮像する撮像部により取得した画像信号に基づいて、画像中の焦点評価を行う領域である検波領域における焦点評価値を算出するステップと、
前記焦点評価値に基づいて、被写体のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズの移動量を算出するステップと、
前記フォーカスレンズを合焦へ向かうように移動させる方向を検出するウォブリング動作を制御するウォブリング制御信号を生成するステップと、
前記ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号を生成するステップと、
前記ウォブリング制御信号および前記移動制御信号の位相を変更するステップと、
前記ウォブリング制御信号および前記移動制御信号に基づいて、前記フォーカスレンズ全体を移動させるフォーカスレンズ制御信号を生成するステップと、
を含み、
位相を変更するステップでは、
前記検波領域が露光されている間は前記ウォブリング動作を回避するように前記ウォブリング信号の位相を変更し、
前記ウォブリング信号と同期させて前記移動制御信号の位相を変更する、レンズ駆動制御方法。
【請求項１０】
垂直同期信号の周期に同期して被写体を撮像する撮像部により取得した画像信号に基づいて、画像中の焦点評価を行う領域である検波領域における焦点評価値を算出する評価値算出手段と、
前記焦点評価値に基づいて、被写体のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズの移動量を算出する移動量算出手段と、
前記フォーカスレンズを合焦へ向かうように移動させる方向を検出するウォブリング動作を制御するウォブリング制御信号を生成するウォブリング制御手段と、
前記ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号を生成する移動制御手段と、
前記ウォブリング制御信号および前記移動制御信号の位相を変更する位相変更手段と、
前記ウォブリング制御信号および前記移動制御信号に基づいて、前記フォーカスレンズ全体を移動させるフォーカスレンズ制御信号を生成するフォーカスレンズ制御手段と、
を備え、
前記位相変更手段は、
前記検波領域が露光されている間は前記ウォブリング動作を回避するように前記ウォブリング信号の位相を変更し、
前記ウォブリング信号と同期させて前記移動制御信号の位相を変更する、レンズ駆動制御装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ駆動制御装置、撮像装置、レンズ駆動制御方法およびコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサを光電変換素子として用いた電子式の撮像装置が広く用いられている。このような撮像装置には、自動的に被写体にフォーカスを合わせるオートフォーカス機能が搭載されている。オートフォーカス機能の制御方式としては、例えば、撮像装置の検波領域のコントラストや高周波成分等を抽出して焦点評価値を算出し、焦点算出値が最も高くなるようにフォーカスレンズの位置を調整する方式（いわゆる、山登りＡＦ方式）が主流である。
【０００３】
フォーカスレンズの位置に対する焦点評価値は、図１１に示すようなグラフで表すことができる。図１１に示すように、フォーカスレンズ位置（横軸）に対する焦点評価値（縦軸）は、合焦位置で最大となり、当該合焦位置を基準としてフォーカスレンズを光電変換素子に対して近づけたり遠ざけたりして合焦位置から離隔するにつれて小さくなるつりがね状の波形となる。したがって、焦点評価値が当該波形の最大値となるようにフォーカスレンズの位置を制御することにより、オートフォーカスすることができる。
【０００４】
この際、フォーカスレンズを合焦位置に移動させる方向を判断するため、ウォブリングという動作が行われる。ウォブリングは、図１１に示すように、画像に影響を与えない程度にフォーカスレンズを微小振動させる動作であって、これにより、焦点評価値の変動微分（微分成分ｄｙ／ｄｘ）を得る。ウォブリングは、まず、第１の期間でフォーカスレンズを光電変換素子から離隔する方向に一定距離移動させ、第２の期間でフォーカスレンズを一定時間停止させる。そして、第３の期間でフォーカスレンズを光電変換素子に接近する方向に一定距離移動させ、第４の期間でフォーカスレンズを一定時間停止させる。これらの第１の期間から第４の期間までの動作を一連の動作として、この一連の動作を繰り返し行う。第２の期間および第４の期間の焦点評価値を検出し、その差を算出することにより、ウォブリングによる焦点評価値の変動成分（すなわち、微分成分ｄｙ／ｄｘ）を得ることができる。この変動成分の正負を判定することで、フォーカスレンズを合焦位置に移動させる方向を判断する。
【０００５】
このように、異なるフォーカスレンズ位置での焦点評価値から合焦位置へ向かう方向が決定される。このため、フォーカスレンズをウォブリングさせるためのウォブリング駆動波形の位相は、少なくとも評価値算出を行っている画像中の領域（以下、「検波領域」という。）の露光期間中のフォーカスレンズ位置の平均の差が最大となるように設定すべきである。すなわち、ウォブリングにおける第２の期間と第４の期間との焦点評価値の差が最大となるように設定すべきである。なお、検波領域の露光期間中のフォーカスレンズ位置の平均の差は、露光期間中のフォーカスレンズ位置を積分して露光期間で除した値として表わされる。
【０００６】
しかし、ＣＭＯＳイメージセンサのような画像信号を順次読み出すイメージャを用いた場合、例えば読み出し位置が画像の上端から下端へ向かうにつれて、露光期間が時間的に後ろにずれていくような露光が行われる。このような場合、垂直同期信号に同期してフォーカスレンズをウォブリングした場合、ウォブリング波形周期対露光周期、露光期間長と画像中の検波領域の位置により、露光期間とウォブリング駆動波形の位相関係は変化する。
【０００７】
例えば、図１２に示すように、露光期間が短い場合、検波領域の露光のためフォーカスレンズの移動を回避したい区間（以下、「ウォブリング回避区間」とする。）が１フレームより短くなり、ウォブリング駆動波形の理想的な位相のずらし量は大きくなる。一方、図１３に示すように、露光期間が長い場合、ウォブリング回避区間が１フレームより長くなり、ウォブリング駆動波形の理想的な位相のずらし量は小さくなる。なお、１フレームとは、垂直同期信号の１区間をいう。
【０００８】
また、図１４に示すように、スポットフォーカスや顔認識オートフォーカス等により、検波領域が画面１０の上部１２側へ移動したり、下部１４側に移動したりするなど、撮像領域内で位置や大きさが変化することもある。検波領域が画面１０の上部１２側に移動した場合には、図１５に示すように、ウォブリング回避区間が画面全体の露光期間の前方に位置し、ウォブリング駆動波形の理想的な位相のずらし量は小さくなる。一方、検波領域が画面１０の下部１４側に移動した場合には、図１６に示すように、ウォブリング回避区間が画面全体の露光期間の後方に位置し、ウォブリング駆動波形の理想的な位相のずらし量は大きくなる。
【０００９】
このように変化する露光期間とウォブリング駆動波形の位相関係に対して、垂直同期信号に対してウォブリング駆動波形の位相を可変にし、ウォブリング駆動波形の位相を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。かかる制御方法によれば、オートフォーカスの焦点評価を行う検波領域の中央画素における、露光期間内の平均的なフォーカスレンズ位置のウォブリングによる差が最大となるように、ウォブリング駆動波形の位相を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−４７９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、ウォブリング駆動波形の位相を可変とすることにより、１フレーム内で複数の傾きを有する駆動波形によってフォーカスレンズの位置を制御する必要がある。例えば、ウォブリング回避区間を回避してウォブリング駆動波形の位相をずらしたとする。このとき、ウォブリング駆動波形と他の動作によるフォーカスレンズの動きによる動作駆動波形とを合わせた、フォーカスレンズ全体の動きを表すフォーカスレンズ駆動波形には、図１７に示すように、１つのフレーム内に傾きが複数存在することになる。この場合、フォーカスレンズ駆動波形自体の位相を可変とすることはできるが、システム（ＬＳＩ）によってはウォブリング駆動波形の位相を可変にすることはできなかった。例えば、１フレーム内で複数の傾きを有するフォーカスレンズ駆動波形によりフォーカスレンズの位置を制御できないシステムや、ウォブリングとその他の動作（例えば、ズームトラッキング等）とを分離できないシステムでは、ウォブリング駆動波形の位相を可変にすることはできない。
【００１２】
また、ウォブリング駆動波形の位相を可変にすることは可能でも、システムによっては、絶えず変化する露光期間とウォブリング駆動波形との位相関係に応じて、複数の制御処理を１つのチップで一度に行わなければならず、処理が複雑になるという問題があった。例えば、垂直同期信号毎に駆動タイミングの異なるウォブリング駆動波形とその他のフォーカスレンズ駆動波形を足し合わせや、各駆動波形の傾きなどから最高速度等のデバイス制御上の制限等の処理を１つのチップで一度に行うと、チップへの負荷が大きくなる。
【００１３】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、システム構成を複雑にすることなく、安定したオートフォーカス性能を実現することが可能な、新規かつ改良されたレンズ駆動制御装置、撮像装置、レンズ駆動制御方法およびコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、垂直同期信号の周期に同期して被写体を撮像する撮像部により取得した画像信号に基づいて、画像中の焦点評価を行う領域である検波領域における焦点評価値を算出する評価値算出部と、焦点評価値に基づいて、被写体のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズの移動量を算出する移動量算出部と、フォーカスレンズを合焦へ向かうように移動させる方向を検出するウォブリング動作を制御するウォブリング制御信号を生成するウォブリング制御部と、ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号を生成する移動制御部と、ウォブリング制御信号および移動制御信号の位相を変更する位相変更部と、ウォブリング制御信号および移動制御信号に基づいて、フォーカスレンズ全体を移動させるフォーカスレンズ制御信号を生成するフォーカスレンズ制御部と、を備えるレンズ駆動制御装置が提供される。位相変更部は、検波領域が露光されている間はウォブリング動作を回避するようにウォブリング信号の位相を変更し、ウォブリング信号と同期させて移動制御信号の位相を変更する。
【００１５】
本発明によれば、ウォブリング制御信号と、ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号との位相を同期させて変更する。これにより、フォーカスレンズ全体の移動を制御するフォーカスレンズ制御信号の駆動波形を複雑にすることがなくなる。また、検波領域が露光されている間はウォブリング動作が行われないようにすることにより、安定したオートフォーカス性能を実現することができる。
【００１６】
ここで、移動制御部は、フォーカスレンズの移動量およびフォーカスレンズの移動方向に基づいて、フォーカスレンズを合焦する位置に移動させる移動制御信号を生成することができる。
【００１７】
また、レンズ駆動制御装置は、撮像する画像の画角を任意の位置に調整するズームレンズを制御するズームレンズ制御信号を生成するズームレンズ制御部をさらに備えることもできる。このとき、移動制御部は、ズームレンズの移動に応じてフォーカスレンズを移動させるズームトラッキングを制御する移動制御信号を生成することもできる。そして、ズームレンズ制御部は、ウォブリング制御信号と同期してズームレンズ制御信号の位相を変更する。
【００１８】
さらに、位相変更部は、露光期間を制御する露光制御部から入力された露光期間に基づいて、露光期間が変化したフレームの次フレームにおけるウォブリング制御信号の位相のずらし量を算出することもできる。そして、位相変更部は、ウォブリング制御信号および当該ウォブリング制御信号に同期して変化する、ウォブリング制御信号以外の制御信号の傾きが検波領域の露光期間中変化しないように位相を変更する。ここで、ウォブリング制御信号以外の制御信号とは、ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号やズームレンズを制御するズームレンズ制御信号等である。
【００１９】
また、位相変更部は、露光期間を制御する露光制御部から入力された露光期間に基づいて、露光期間が変化したフレームから２フレーム後におけるウォブリング制御信号の位相のずらし量を算出することもできる。このとき、位相変更部は、露光期間が変化したフレームの次フレームまでは露光期間変化前の位相のずらし量でウォブリング制御信号および当該ウォブリング制御信号に同期して変化する、ウォブリング制御信号以外の制御信号の位相を変更する。そして、位相変更部は、露光期間が変化したフレームから２フレーム後において露光期間変化後の位相のずらし量でウォブリング制御信号および当該ウォブリング制御信号に同期して変化する、ウォブリング制御信号以外の制御信号の位相を変更して傾きを変化させる。
【００２０】
さらに、位相変更部は、検波領域の中央ラインの露光期間における、ウォブリング動作による平均的なフォーカスレンズの位置の差が最大となるように、ウォブリング制御信号の位相のずらし量を算出するようにしてもよい。
【００２１】
また、位相変更部は、検波領域の中央ラインの露光期間の中心とウォブリング動作の１区間の動作の中心と一致するように、ウォブリング制御信号の位相のずらし量を算出するようにしてもよい。
【００２２】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、垂直同期信号の周期に同期して被写体を撮像して画像信号を生成する撮像部と、被写体像を集光して撮像部に照射する光学部材と、被写体像のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズとを有するレンズ部と、フォーカスレンズ全体を移動させるフォーカスレンズ制御信号に基づいて、フォーカスレンズを駆動する駆動部と、撮像部から取得した画像信号に基づいて、画像中の焦点評価を行う領域である検波領域における焦点評価値を算出する評価値算出部と、焦点評価値に基づいて、被写体のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズの移動量を算出する移動量算出部と、フォーカスレンズを合焦へ向かうように移動させる方向を検出するウォブリング動作を制御するウォブリング制御信号を生成するウォブリング制御部と、ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号を生成する移動制御部と、ウォブリング制御信号および移動制御信号の位相を変更する位相変更部と、ウォブリング制御信号および移動制御信号に基づいて、フォーカスレンズ制御信号を生成するフォーカスレンズ制御部と、を備える撮像装置が提供される。ここで、位相変更部は、検波領域が露光されている間はウォブリング動作を回避するようにウォブリング信号の位相を変更し、ウォブリング信号と同期させて移動制御信号の位相を変更する。
【００２３】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、垂直同期信号の周期に同期して被写体を撮像する撮像部により取得した画像信号に基づいて、画像中の焦点評価を行う領域である検波領域における焦点評価値を算出するステップと、焦点評価値に基づいて、被写体のフォーカス位置を調整するフォーカスレンズの移動量を算出するステップと、フォーカスレンズを合焦へ向かうように移動させる方向を検出するウォブリング動作を制御するウォブリング制御信号を生成するステップと、ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号を生成するステップと、ウォブリング制御信号および移動制御信号の位相を変更するステップと、記ウォブリング制御信号および移動制御信号に基づいて、フォーカスレンズ全体を移動させるフォーカスレンズ制御信号を生成するステップと、を含むレンズ駆動制御方法が提供される。ここで、位相を変更するステップでは、検波領域が露光されている間はウォブリング動作を回避するようにウォブリング信号の位相を変更し、ウォブリング信号と同期させて移動制御信号の位相を変更する。
【００２４】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータに上記のレンズ駆動制御装置として機能させるためのコンピュータプログラムが提供される。コンピュータプログラムは、コンピュータが備える記憶装置に格納され、コンピュータが備えるＣＰＵに読み込まれて実行されることにより、そのコンピュータを上記のレンズ駆動制御装置として機能させる。また、コンピュータプログラムが記録された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供される。記録媒体は、例えば磁気ディスクや光ディスクなどである。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、システム構成を複雑にすることなく、安定したオートフォーカス性能を実現することが可能なレンズ駆動制御装置、撮像装置、レンズ駆動制御方法およびコンピュータプログラムを提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理を示すフローチャートである。
【図３】山登りＡＦとウォブリングを行う場合のフォーカスレンズ制御信号を示す説明図である。
【図４】ズームトラッキングとウォブリングを行う場合のフォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号を示す説明図である。
【図５】山登りＡＦ、ズームトラッキングおよびウォブリングを行う場合のフォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理を示すフローチャートである。
【図７】露光期間が変化したときのフォーカス制御信号の一例を示す説明図であって、次フレーム後の位相のずらし量を算出する場合の例を示す。
【図８】露光期間が変化したときのフォーカス制御信号の一例を示す説明図であって、２フレーム後の位相のずらし量を算出する場合の例を示す。
【図９】本発明の第３の実施形態にかかるフォーカス制御信号の一例を示す説明図である。
【図１０】ハードウェア構成を示すブロック図である。
【図１１】フォーカスレンズの位置に対する焦点評価値を示すグラフである。
【図１２】露光期間が短い場合におけるウォブリング駆動波形と理想的な位相のずらし量を示す説明図である。
【図１３】露光期間が長い場合におけるウォブリング駆動波形と理想的な位相のずらし量を示す説明図である。
【図１４】画面内での検波領域の位置を説明する説明図である。
【図１５】検波領域が画面の上部側に移動した場合におけるウォブリング駆動波形と理想的な位相のずらし量を示す説明図である。
【図１６】検波領域が画面の下部側に移動した場合におけるウォブリング駆動波形と理想的な位相のずらし量を示す説明図である。
【図１７】従来のウォブリング駆動波形と他の動作によるフォーカスレンズの動きを制御する動作駆動波形とを合わせた、フォーカスレンズ全体の動きを表すフォーカスレンズ駆動波形を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２８】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施の形態
（露光期間が同一の場合におけるフォーカスレンズ制御信号の生成処理）
２．第２の実施の形態
（露光期間が変化する場合におけるフォーカスレンズ制御信号の生成処理）
３．第３の実施の形態
（毎フレーム焦点評価を行う場合のフォーカスレンズ制御信号の生成処理）
４．ハードウェア構成
【００２９】
＜１．第１の実施形態＞
［撮像装置の構成］
まず、図１に基づいて、本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置１００の構成について説明する。なお、図１は、本実施形態にかかる撮像装置１００の構成を示すブロック図である。
【００３０】
本実施形態にかかる撮像装置１００は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどである。撮像装置１００は、図１に示すように、レンズブロック１１０と、駆動モータと、レンズドライバ１３０と、撮像センサ１４０と、カメラＬＳＩ１５０と、撮像素子ドライバ１６０と、メモリ部１７０とから構成される。
【００３１】
レンズブロック１１０は、光（すなわち、被写体の画像）を撮像センサ１４０へ入射させる光学部材である。レンズブロック１１０は、図１に示すように、ズームレンズ１１２と、フォーカスレンズ１４０とを備える。ズームレンズ１１２およびフォーカスレンズ１１４は、それぞれの光軸が一致するように設けられ、その光軸は、撮像センサ１４０の受光面の略中心と直交する。ズームレンズ１１２のレンズ位置を光軸方向に移動させることにより、被写体へのズームを調整することができる。同様に、フォーカスレンズ１１４のレンズ位置を光軸方向に移動させることにより、被写体に対するフォーカスを調整することができる。レンズブロック１１０は、さらに、被写体像を集光して撮像センサ１４０に照射する光学系部材を備える。
【００３２】
駆動モータ１２０は、レンズブロック１１０に設けられたズームレンズ１１２およびフォーカスレンズ１１４を光軸方向に移動させる駆動部である。駆動モータ１２０としては、例えば、ステッピングモータを用いることができる。本実施形態にかかる撮像装置１００は、図１に示すように、ズームレンズ１１２を駆動するズームレンズ駆動モータ１２２と、フォーカスレンズ１１４を駆動するフォーカスレンズ駆動モータ１２４とを備える。ズームレンズ駆動モータ１２２およびフォーカスレンズ駆動モータ１２４は、レンズドライバ１３０により駆動制御される。
【００３３】
レンズドライバ１３０は、カメラＬＳＩ１５０からの制御信号に基づき、ズームレンズ駆動モータ１２２およびフォーカスレンズ駆動モータ１２４の駆動を制御する。
【００３４】
撮像センサ１４０は、光電変換素子を二次元に配置して構成されたセンサである。本実施形態にかかる撮像センサ１４０としては、例えば、画素ごとに異なるタイミングで露光が行われるイメージセンサ、例えばＣＭＯＳイメージセンサを用いることができる。撮像センサ１４０は、垂直同期信号の周期に同期して被写体を撮像し、レンズブロック１１０および光電変換素子の前面に設けられた原色フィルタ（図示せず。）を介して入射した被写体の光像を光電変換して、撮像信号を生成する。撮像センサ１４０は、生成した撮像信号をカメラＬＳＩ１５０へ出力する。撮像センサ１４０は、撮像素子ドライバ１６０により制御され、撮像信号の生成処理等を行う。
【００３５】
カメラＬＳＩ１５０は、撮像信号の処理やレンズブロック１１０を制御する制御信号等の生成処理などを行う。カメラＬＳＩ１５０は、カメラ信号処理回路１５２と、ゲート部１５４と、検波器１５６と、駆動コントローラ１５８とを備える。
【００３６】
カメラ信号処理回路１５２は、撮像センサ１４０から入力された撮像信号に対してサンプリング処理やＹＣ分離処理等の処理を行う。カメラ信号処理回路１５２は、生成した輝度信号Ｙをゲート部１５４へ出力し、輝度信号Ｙおよび色信号Ｃ（色差信号や原色信号など）をメモリ部１７０へ出力する。
【００３７】
ゲート部１５４は、カメラ信号処理部１５２から入力された輝度信号Ｙに基づいて、予め設定された画面内の検波領域に相当する信号のみを抽出する。ゲート部１５４は、抽出した信号を検波器１５６へ出力する。
【００３８】
検波器１５６は、ゲート部１５４から入力された信号から高周波成分を取り出して整流検波し、オートフォーカス制御に必要な焦点評価値を算出する評価値算出部である。検波器１５６は、算出した焦点評価値を駆動コントローラ１５８へ出力する。
【００３９】
駆動コントローラ１５８は、レンズドライバ１３０および撮像素子ドライバ１６０の駆動を制御する。本実施形態にかかる駆動コントローラ１５８は、焦点評価値に基づいてフォーカスレンズ１１４の移動量を算出する移動量算出部、ウォブリング制御信号を生成するウォブリング制御部として機能する。さらに、駆動コントローラ１５８は、ウォブリング動作以外の動作によるフォーカスレンズの移動を制御する移動制御信号を生成する移動制御部、ウォブリング制御信号および移動制御信号の位相を変更する位相変更部として機能する。また、駆動コントローラ１５８は、フォーカスレンズ全体を移動させるフォーカスレンズ制御信号を生成するフォーカスレンズ制御部としても機能する。
【００４０】
すなわち、駆動コントローラ１５８は、検波器１５６から入力された焦点評価値に基づいて、フォーカスレンズ１１４を合焦位置に接近させるように駆動するフォーカスレンズ制御信号を生成する。また、駆動コントローラ１５８は、ズームレンズの位置を制御するズームレンズ制御信号を生成する。駆動コントローラ１５８は、生成したフォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号をレンズドライバ１３０へ出力する。また、駆動コントローラ１５８は、入力部（図示せず。）から入力された例えばマニュアルフォーカス指示信号やズーム指示信号、マニュアル／オートフォーカス切換え信号等に基づいて、フォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号を生成することもできる。
【００４１】
撮像素子ドライバ１６０は、撮像センサ１４０を制御する。撮像素子ドライバ１６０は、レンズブロック１１０および原色フィルタ（図示せず。）を介して入射された被写体の光像を光電変換して撮像信号を生成させるように制御したり、電子シャッタ（図示せず。）の駆動を制御したりする。
【００４２】
メモリ部１７０は、カメラ信号処理回路１５２から入力されたビデオ信号を記憶するメモリ１７２と、メモリ１７２に対してビデオ信号の書き込み／読み出し処理を行うメモリコントローラ１７４とからなる。メモリコントローラ１７４は、ビデオ信号をメモリ１７２に一時的に記録したり、メモリ１７２から読み出したビデオ信号を例えばリムーバブルメディア等に出力したり、ディスプレイに出力して映像を表示させたりする。
【００４３】
本実施形態にかかる撮像装置１００は、駆動コントローラ１５８によりレンズブロック１１０のズームレンズ１１２およびフォーカスレンズ１１４を駆動する制御信号を生成する。そして、駆動コントローラ１５８により生成された制御信号に基づいて、レンズドライバ１３０が各レンズ１１２、１１４を駆動する駆動モータ１２２、１２４の駆動を制御する。
【００４４】
以上、本実施形態にかかる撮像装置１００の構成について説明した。ここで、本実施形態にかかる撮像装置１００では、検波器１５６により算出される焦点評価値に基づいて、合焦位置にフォーカスレンズ１１４を自動的に合わせるオートフォーカスを実現する。オートフォーカスには、例えば山登りオートフォーカス方式を用いることができる。山登りオートフォーカスでは、焦点評価値から合焦位置を算出するとともに、フォーカスレンズ１１４を合焦位置へ移動させる方向を特定するためにウォブリングが行われる。以下、図２に基づいて、本実施形態にかかるオートフォーカスによるフォーカスレンズ制御信号の生成処理について説明する。なお、図２は、本実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理を示すフローチャートである。
【００４５】
［フォーカスレンズ制御信号の生成処理］
フォーカスレンズ制御信号の生成処理は、まず、図２に示すように、駆動コントローラ１５８は、検波器１５６が算出した焦点評価値を取り込む（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０では、フォーカスレンズを移動させたときの各位置における焦点評価値を取得し、焦点評価値が最大となる位置を合焦位置として特定する。
【００４６】
次いで、駆動コントローラ１５８は、焦点評価値の微分成分を算出する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０では、フォーカスレンズ１１４のウォブリングを行い、焦点評価値の微分成分を算出する。かかる処理には、図１１に基づいて説明した処理と同様の処理を用いることができる。駆動コントローラ１５８は、焦点評価値の微分成分を算出することにより、現在のフォーカスレンズ１１４の位置に対する合焦位置の方向を認識することができる。
【００４７】
さらに、駆動コントローラ１５８は、フォーカスレンズ１１４の移動制御信号を生成する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０では、フォーカスレンズ１１４をピントを合わせるために合焦位置へ移動させるための移動制御信号を生成する。移動制御信号は、ステップＳ１１０により特定された合焦位置までのフォーカスレンズ１１４の移動量と、ステップＳ１２０により認識したフォーカスレンズ１１４の移動方向とに基づいて生成される。
【００４８】
その後、駆動コントローラ１５８は、ウォブリング動作が可能なフィールドであるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。オートフォーカスの焦点評価を行う検波領域、特に検波領域の中央ラインが露光される期間は、正確な合焦位置を特定するため、なるべくフォーカスレンズ１１４を移動させないことが望ましい。このため、駆動コントローラ１５８は、ステップＳ１３０にて生成した移動制御信号を開始するタイミングを決定するため、次のフレームで検波領域の焦点評価が行われるか否かを判定する。
【００４９】
ステップＳ１４０にて、ウォブリングが可能な期間であると判定された場合、ウォブリングによりフォーカスレンズ１１４の移動量（ウォブリング移動量）を算出する（ステップＳ１５０）。一方、ステップＳ１４０にて、ウォブリングが可能な期間ではないと判定された場合、ウォブリングによりフォーカスレンズ１１４の移動量（ウォブリング移動量）はゼロとする（ステップＳ１６０）。そして、駆動コントローラ１５８は、ステップＳ１５０またはステップＳ１６０にて算出されたウォブリング量に基づいて、フォーカスレンズ１１４を光軸方向に微小移動させるためのウォブリング制御信号を生成する（ステップＳ１７０）。なお、本実施形態では１フレームおきにウォブリングを行うものとする。
【００５０】
次いで、駆動コントローラ１５８は、フォーカスレンズ１１４を最終的に移動させるフォーカスレンズ制御信号を生成する（ステップＳ１８０）。フォーカスレンズ制御信号は、ステップＳ１３０で生成された移動制御信号と、ステップＳ１７０で生成されたウォブリング制御信号とを重畳させることにより生成される。ここで、駆動コントローラ１５８は、フォーカスレンズ制御信号を生成する際、ウォブリング制御信号の位相のずれに合わせて移動制御信号の移動もずらし、フォーカスレンズ１１４のすべての動作が同期して行われるようにフォーカスレンズ制御信号を生成する。駆動コントローラ１５８は、生成したフォーカスレンズ制御信号をレンズドライバ１３０へ出力し、レンズドライバ１３０はフォーカスレンズ制御信号に基づいてフォーカスレンズ駆動モータ１２４を駆動させる。これにより、フォーカスレンズ１１４をフォーカスレンズ制御信号に基づき移動させることができる。
【００５１】
以上、本実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理について説明した。本実施形態では、ステップＳ１８０にてフォーカスレンズ制御信号を生成する際、ウォブリング制御信号を検波領域の露光期間を避けるように位相をずらずとともに、ウォブリング以外のフォーカスレンズ１１４の動作のための制御信号も同期して移動させる。これにより、フォーカスレンズ制御信号の波形がシンプルになり、システムの構成を複雑にすることなくフォーカスレンズ１１４を駆動することができる。以下、図３〜図５に基づいて、本実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理の３つの実施例について説明する。
【００５２】
［実施例１．山登りオートフォーカス処理（山登りＡＦ）とウォブリングを行う場合のフォーカスレンズ制御信号の生成処理］
まず、図３に基づいて、山登りオートフォーカス処理（山登りＡＦ）とウォブリングを行う場合のフォーカスレンズ制御信号の生成処理について説明する。実施例１では、図２のステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理により、山登りオートフォーカス処理の移動制御信号が生成される。移動制御信号は、図３において、ウォブリング以外の動きの破線による波形で表わされる。一方、図２のステップＳ１４０〜Ｓ１７０の処理により、ウォブリング制御信号が生成される。ウォブリング制御信号は、図３の破線による波形で表わされる。このとき、次のフレームがウォブリング動作を回避すべきフィールド（ウォブリング回避区間）を含む場合には、図３の実線のウォブリング制御信号の波形のように、できるだけウォブリング回避区間外でウォブリング動作が完了するように位相をずらす。
【００５３】
駆動コントローラ１５８は、ウォブリング制御信号の位相がずれると、移動制御信号もこれに同期して移動される。そうすると、移動制御信号は、図３のウォブリング以外の動きの実線による波形となり、ウォブリング回避区間を避けてフォーカスレンズ１１４の移動制御が行われるようになる。そして、駆動コントローラ１５８は、ウォブリング回避区間を回避したウォブリング制御信号と移動制御信号とを重畳し、フォーカスレンズ制御信号を生成する。かかるフォーカス制御信号は、図３のフォーカス全体の動きとして実線による波形で表わされる。
【００５４】
このようにして生成されたフォーカスレンズ制御信号は、ウォブリングと、ウォブリング以外のフォーカスレンズ１１４の動作である山登りオートフォーカスによる動作とを同期させて位相をずらして生成したため、位相のずれがない場合の波形と同一の波形となる。このため、ウォブリング回避区間におけるフォーカスレンズ１１４の移動を回避することができ、検波領域に対するフォーカスを高精度に行うことができる。また、フォーカスレンズ制御信号の形状（傾き）がウォブリング回避区間内で変化しないため、フォーカスレンズ１１４の制御がシンプルとなり、複雑な駆動波形による制御を行わなくてもよい。
【００５５】
［実施例２．ズームトラッキングとウォブリングを行う場合のフォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号の生成処理］
次に、図４に基づいて、ズームトラッキングとウォブリングを行う場合のフォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号の生成処理について説明する。ズーム機能を搭載する撮像装置１００では、ユーザの操作に応じて焦点距離を連続的に変化させることにより、撮像する画像の画角を広角側から望遠側までの任意の位置に調整することができる。このとき、ズームレンズ１１２の移動によるフォーカスのずれを調整するためにフォーカスレンズ１１４をズームレンズ１１２と同期して移動させる。かかる動作をズームトラッキングという。
【００５６】
実施例２では、まず、ウォブリング以外の動きによる動作として、フォーカスレンズ１１４のズームトラッキングによる移動制御信号が生成される。当該移動制御信号は、図４のウォブリング以外の動きの破線による波形で表わされる。一方、図２のステップＳ１４０〜Ｓ１７０の処理により、ウォブリング制御信号が生成される。ウォブリング制御信号は、図４の破線による波形で表わされる。このとき、次のフレームがウォブリング動作を回避すべきフィールド（ウォブリング回避区間）を含む場合には、図４の実線のウォブリング制御信号の波形のように、できるだけウォブリング回避区間外でウォブリング動作が完了するように位相をずらす。
【００５７】
駆動コントローラ１５８は、ウォブリング制御信号の位相がずれると、ズームトラッキングによる移動制御信号もこれに同期させて移動する。そうすると、ズームトラッキングによる移動制御信号は、図４のウォブリング以外の動きの実線による波形となり、ウォブリング回避区間を避けてフォーカスレンズ１１４の移動制御が行われるようになる。そして、駆動コントローラ１５８は、ウォブリング回避区間を回避したウォブリング制御信号と移動制御信号とを重畳し、フォーカスレンズ制御信号を生成する。かかるフォーカス制御信号は、図４のフォーカス全体の動きとして実線による波形で表わされる。
【００５８】
ここで、上述したように、ズームトラッキングによるフォーカスレンズ１１４の移動と、ズーム機能によるズームレンズ１１２の移動とは同期して行われる必要がある。したがって、ズームトラッキングによる移動制御信号をウォブリング制御信号に同期させて移動させると、図４に示すように、位相をずらす前後のズームトラッキングによる移動制御信号の間には差分ｄが生じる。差分ｄを生じたままズームレンズ１１２を移動させると、トラッキングずれとしてピントが合わなくなってしまう。そこで、本実施例では、ウォブリング制御信号と同期してズームレンズ制御信号の位相もずらす。これにより、ズームレンズ１１２の動きを制御するズームレンズ制御信号は、図４のズームの動きを示した破線の波形から実線の波形へとずれる。こうしてズームトラッキングによる移動制御信号と、ズームレンズ制御信号とを同期させることができる。
【００５９】
このように、実施例２では、ウォブリングと、ウォブリング以外のフォーカスレンズ１１４の動作であるズームトラッキングによる動作とを同期させて位相をずらして生成したため、位相のずれがない場合の波形と同一の波形となる。これにより、ウォブリング回避区間におけるフォーカスレンズ１１４の移動を回避することができ、検波領域に対するフォーカスを高精度に行うことができる。また、フォーカスレンズ制御信号の形状（傾き）がウォブリング回避区間内で変化しないため、フォーカスレンズ１１４の制御がシンプルとなり、複雑な駆動波形による制御を行わなくてもよい。さらに、ズームレンズ１１２を駆動するズームレンズ制御信号もウォブリング制御信号と同期して位相を変化させることにより、ズームトラッキングずれが生じるのを防止することができる。
【００６０】
［実施例３．山登りＡＦ、ズームトラッキングおよびウォブリングを行う場合のフォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号の生成処理］
次に、図５に基づいて、山登りＡＦ、ズームトラッキングおよびウォブリングを行う場合のフォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号の生成処理について説明する。実施例３では、ウォブリング以外のフォーカスレンズ１１４の動作として、山登りオートフォーカス処理とズームトラッキングとがある。この２つの動作による移動制御信号を重畳した信号が、図５のウォブリング以外の動きを示す破線の波形として表わされている。本例では、２つの動作により、２段階にフォーカスレンズ１１４が移動される状態にある。一方、図２のステップＳ１４０〜Ｓ１７０の処理により、ウォブリング制御信号が生成される。本例におけるウォブリング制御信号は、図５に示すように、ウォブリング回避区間外で開始されるため、位相のずれはなく、実線の波形で表わされる。
【００６１】
ここで、駆動コントローラ１５８は、ウォブリング以外の動作をウォブリングと同期して動作させるため、ウォブリング以外の動作によるフォーカスレンズ１１４の移動制御信号の開始位置をウォブリング制御信号の開始位置と合致するように移動する。すなわち、検波領域の露光が終了した時点から移動制御信号が開始するように位相をずらし、実線で表わされる波形とする。その後、駆動コントローラ１５８は、ウォブリング制御信号と移動制御信号とを重畳し、フォーカスレンズ制御信号を生成する。かかるフォーカス制御信号は、図５のフォーカス全体の動きとして実線による波形で表わされる。また、ズームレンズ制御信号もウォブリング制御信号と開始位置が同じとなるように、位相をずらす。
【００６２】
このとき、フォーカスレンズ制御信号の波形に着目すると、図５の破線で示したように、フォーカスレンズ１１４を従来の駆動方式に基づいて駆動すると、ウォブリング制御信号と、それ以外の動作による移動制御信号との開始位置にずれが生じる。かかる状態で、フォーカスレンズ１１４全体の動きを制御するフォーカスレンズ制御信号を生成すると、図５の破線で示すように、複雑な駆動波形となる。一方、本実施形態にかかる駆動方式に基づいてフォーカスレンズ１１４を駆動させると、図５の実線で示すように、垂直同期信号に対しては位相が変化しているものの、駆動波形はシンプルな形状となる。このように、本実施形態の駆動方式によれば、フォーカスレンズ１１４が想定しない軌道で移動することを防止することもできる。
【００６３】
以上より、ウォブリング回避区間におけるフォーカスレンズ１１４の移動を回避することができ、検波領域に対するフォーカスを高精度に行うことができる。また、フォーカスレンズ制御信号の形状（傾き）がウォブリング回避区間内で変化しないため、フォーカスレンズ１１４の制御がシンプルとなり、複雑な駆動波形による制御を行わなくてもよい。さらに、ズームレンズ１１２を駆動するズームレンズ制御信号もウォブリング制御信号と同期して位相を変化させることにより、ズームトラッキングずれが生じるのを防止することができる。
【００６４】
以上、本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置１００とそのレンズブロックの駆動方法について説明した。本実施形態によれば、フォーカスレンズ１１４について、ウォブリング制御信号と、ウォブリング以外の動作による移動制御信号との位相を同期させ、駆動タイミングを合わせることにより、フォーカスレンズの制御がシンプルとなり、カメラＬＳＩ１５０の負荷を軽減することができる。また、フォーカスレンズ１１４のズームトラッキングについての移動制御信号とともに、ズームレンズ制御信号も同期して位相を変化させることにより、ズームトラッキングずれの発生を防止することができる。
【００６５】
＜２．第２の実施形態＞
次に、図６〜図８に基づいて、本発明の第２の実施形態にかかる撮像装置１００におけるレンズブロック１１０の駆動方法について説明する。本実施形態にかかる撮像装置１００の構成は、第１の実施形態の撮像装置１００と同一とすることができる。第１の実施形態は露光期間が一定であるときの駆動方法であるのに対し、本実施形態にかかるフォーカスレンズ１１４の駆動方法は露光期間が変化する場合の駆動方法である。以下では、本実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成方法の詳細について説明するが、第１の実施形態と同一である撮像装置１００の構成と、第１の実施形態と共通するフォーカスレンズ１１４の駆動方法についての詳細な説明は省略する。なお、図６は、本実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理を示すフローチャートである。図７および図８は、露光期間が変化したときのフォーカス制御信号の一例を示す説明図である。
【００６６】
［フォーカスレンズ制御信号の生成処理］
まず、図６に基づいて、本実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理の概要について説明する。まず、図６に示すように、位相ずらしを行うか否かを判定する（ステップＳ２１０）。撮像装置１００では、明るさ等の変化により露光期間が変化する。駆動コントローラ１５８は、アイリスやシャッタースピードを制御する明るさ制御情報や検波枠の位置・大きさから露光期間を取得することができる。次いで、駆動コントローラ１５８は、露光期間からＮフレーム後のウォブリング制御信号の位相のずらし量を算出する（ステップＳ２２０）。位相のずらし量の算出は、毎フレームごと、又は露光期間が変化した場合に行う。この位相のずらし量の算出方法の詳細については後述する。一方、駆動コントローラ１５８は、撮像センサ１４０の種類や設定等により位相ずらしを行う必要がないと判断すると、位相のずらし量をゼロに設定する（ステップＳ２３０）。
【００６７】
次いで、駆動コントローラ１５８は、ステップＳ２２０またはＳ２３０にて算出した位相のずらし量に基づいて、ウォブリング制御信号を生成する（ステップＳ２４０）。ステップＳ２４０にて生成されたウォブリング制御信号は、露光期間の変化に応じて位相がずれたものとなる。そして、ウォブリング以外の動作によるフォーカスレンズ１１４の移動制御信号を生成する（ステップＳ２５０）。ウォブリング以外の動作によるフォーカスレンズ１１４の動作としては、第１の実施形態と同様、例えば山登りオートフォーカス処理やズームトラッキングなどの動作がある。これらの移動制御信号も、ステップＳ２２０またはＳ２３０で算出された位相のずらし量により、ウォブリング制御信号と同期して位相がずらされる。
【００６８】
その後、ウォブリング制御信号と、ウォブリング以外のフォーカスレンズ１１４の動作による移動制御信号とを重畳して、フォーカスレンズ１１４全体を駆動するフォーカスレンズ制御信号を生成する（ステップＳ２６０）。駆動コントローラ１５８は、生成したフォーカスレンズ制御信号をレンズドライバ１３０へ出力し、レンズドライバ１３０はフォーカスレンズ制御信号に基づいてフォーカスレンズ駆動モータ１２４を駆動させる。これにより、フォーカスレンズ１１４をフォーカスレンズ制御信号に基づき移動させることができる。
【００６９】
以上、本実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理の概要について説明した。このように、本実施形態では、露光期間の変化に応じて、ウォブリング制御信号およびこれに同期する移動制御信号の位相が変更される。以下、図７および図８に基づいて、本実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理の２つの実施例について説明する。
【００７０】
［実施例４．次フレームにおける位相のずらし量を算出する場合のフォーカスレンズ制御信号の生成処理］
まず、図７に基づいて、次フレームにおける位相のずらし量を算出する場合のフォーカスレンズ制御信号の生成処理について説明する。実施例４では、図７に示すように、露光期間が長い状態から露光期間が短い状態に変化した場合を示す。本例においても、１フレームおきにウォブリングを行うものとする。
【００７１】
露光期間が変化する前の状態（露光期間が長い状態）では、位相のずらし量はαであり、位相のずらし量αは、前のフレームにおけるオートフォーカスモジュール（以下、「ＡＦモジュール」とする。）がアクティブとなるタイミングで決定される。なお、ＡＦモジュールは、駆動コントローラ１５８内に備えることができる。そして、ウォブリング以外の動作によるフォーカスレンズ１１４の移動制御信号もαだけ位相がずれており、フォーカスレンズ１１４全体として、位相がαだけずれた波形となっている。かかる処理は、第１の実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理を適用することができる。
【００７２】
次いで、毎フレームごと、露光期間が変化したことを認識すると、次のフレームでの露光情報に基づいて、駆動コントローラ１５８のＡＦモジュール内で、次のフレームにおける位相のずらし量βを算出する。そして、ウォブリングを行わないタイミング、すなわちウォブリング制御信号の値が変化しないタイミングで、算出した位相のずらし量を反映させる。これは、ウォブリング中にウォブリング制御信号の波形の傾きの変化を防止するためである。位相のずらし量βは、露光期間や検波領域に基づいて算出することができる。ここで、位相のずらし量に変化がない場合には、ウォブリング制御信号のスロープの長さは１フレーム（１Ｖ）となる。しかし、露光期間が変化した直後では、位相のずらし量がαからβに変化した場合、ウォブリング制御信号のスロープの長さは１＋（β−α）Ｖとなる。
【００７３】
１スロープの長さが１Ｖから１＋（β−α）Ｖとなると、ウォブリング回避区間でのウォブリングを回避するため、露光期間が変化しなければ破線で示す波形で制御されたウォブリングが、ウォブリング中のフォーカスレンズ１１４を一定時間停止させる動作が延長される。これにより、ウォブリング制御信号は、図７に示す実線の波形のようになる。
【００７４】
一方、ウォブリング以外の動作によるフォーカスレンズ１１４の移動制御信号（例えば、山登りＡＦ等の制御信号）も、ウォブリング制御信号の位相のずれと同期して、位相のずらし量がαからβとなる。これにより、露光期間が変化しなければ破線で示す波形であった移動制御信号は、図７に示すように、検波領域の開始位置において傾きが変化し、検波領域の終了位置を過ぎるまでその傾きが維持される。すなわち、移動制御信号は、垂直同期信号のタイミングで波形の傾きが変化し、この傾きは下記の数式１により表される。
【００７５】
Ｋ＝Ｋ０×α／β          ・・・（数式１）
ここで、Ｋ０は位相のずらし量が変化する前の波形の傾きを示し、Ｋは位相のずらし量が変化した後の波形の傾きを示す。また、垂直同期信号から位相のずらし量βが経過すると、移動制御信号の傾きはゼロとなる。
【００７６】
なお、露光期間変化後の位相のずらし量βは、検波領域における焦点評価への影響を低減するため、検波領域を露光している期間（すなわち、ウォブリング回避区間）における各制御信号の波形の傾きの中心が検波領域の中央ラインの中心となるように決定される。このため、各制御信号は、露光期間が短くなった後においてウォブリング回避区間が過ぎた後も当該ウォブリング回避区間の開始位置において変化した傾きが維持されるようになっている。
【００７７】
このようなウォブリング制御信号および移動制御信号の位相の変化により各信号の波形は同期して変化し、フォーカスレンズ１１４全体の動きとしては、図７の実線で示す波形で表わされる。本例では、位相のずらし量に変化がある場合に、垂直同期信号のタイミングでフォーカスレンズ制御信号の波形が変化する。したがって、フォーカスレンズ制御信号の波形は少々複雑になるが、露光期間の変化に対しては素早く追従することができる。なお、本例では、１フレーム内に傾きの変化が生じるため、このような信号処理も可能なカメラＬＳＩ１５０を用いる必要がある。また、本例では、露光期間が長い状態から短い状態へ変化しているため、位相のずらし量は増加するが、逆の場合（露光期間が短い状態から長い状態へ変化する場合）には位相のずらし量は減少する。
【００７８】
［実施例５．２フレーム後における位相のずらし量を算出する場合のフォーカスレンズ制御信号の生成処理］
次に、図８に基づいて、２フレーム後における位相のずらし量を算出する場合のフォーカスレンズ制御信号の生成処理について説明する。実施例５では、実施例４と同様、露光期間が長い状態から露光期間が短い状態に変化した場合を示す。本例においても、１フレームおきにウォブリングを行うものとする。
【００７９】
露光期間が変化する前の状態（露光期間が長い状態）では、位相のずらし量はαであり、位相のずらし量αは、２フレーム前におけるＡＦモジュールがアクティブとなるタイミングで決定される。そして、ウォブリング以外の動作によるフォーカスレンズ１１４の移動制御信号もαだけ位相がずれており、フォーカスレンズ１１４全体として、位相がαだけずれた波形となっている。かかる処理は、第１の実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成処理を適用することができる。
【００８０】
次いで、露光期間が変化したことを認識すると、駆動コントローラ１５８のＡＦモジュール内で、２フレーム後における位相のずらし量βを算出する。位相のずらし量βは、露光期間や検波領域に基づいて算出することができる。ここで、位相のずらし量に変化がない場合には、ウォブリング制御信号のスロープの長さは１フレーム（１Ｖ）となる。しかし、位相のずらし量がαからβに変化した場合、露光期間が変化した時点から２フレーム後におけるウォブリング制御信号のスロープの長さは１＋（β−α）Ｖとなる。
【００８１】
このとき、露光期間が変化した次のフレームにおいては変化前の位相のずらし量αのままであるため、ウォブリング中のフォーカスレンズ１１４を一定時間停止させる動作は１フレームだけ行われる。そして、次の１＋（β−α）フレームにおいて、フォーカスレンズ１１４を撮像センサ１４０に接近する方向に一定距離移動させる動作が行われる。このときの移動速度は等速である。そうすると、ウォブリング制御信号の波形は、図８の実線で示す形状となる。
【００８２】
一方、ウォブリング以外の動作によるフォーカスレンズ１１４の移動制御信号（例えば、山登りＡＦ等の制御信号）も、ウォブリング制御信号の位相のずれと同期して、位相のずらし量がαからβとなる。本例では、移動制御信号は、露光期間が変化してから２フレーム後では変化しないため、露光期間の変化の前後で波形は変化しない。
【００８３】
このようにウォブリング制御信号および移動制御信号の位相の変化により各信号の波形は同期して変化し、フォーカスレンズ１１４全体の動きとしては、図８の実線で示す波形で表わされる。本例では、露光期間の変化に１フレーム遅れて追従することになるが、垂直同期信号のタイミングでのフォーカスレンズ制御信号の変化がなくなり、スムーズに位相のずらし量を変更することができる。この結果、ウォブリング中にフォーカスレンズ制御信号の波形の傾きが変化しないので、位相のずらし量の更新は毎フレーム行うことができる。また、本例では、１フレーム内での傾きの変化がないため、処理内容に応じてカメラＬＳＩ１５０を選ばなくともよい。
【００８４】
以上、本実施形態にかかるフォーカスレンズ１１４を駆動するフォーカスレンズ制御信号の生成処理についての２つの例を説明した。なお、実施例４および実施例５では、第１の実施形態で示した実施例２および実施例３のように、フォーカスレンズ１１４のズームトラッキングによる移動制御信号の位相のずれと同期して、ズームレンズ制御信号の位相をずらすこともできる。
【００８５】
第２の実施形態では、露光期間が変化した場合におけるフォーカスレンズ制御信号の生成処理について説明した。露光期間が変化した場合にも、第１の実施形態と同様に、ウォブリング制御信号と、それ以外のフォーカスレンズ１１４の動作による移動制御信号とを同期させて位相をずらし、フォーカスレンズ制御信号を生成する。これにより、ウォブリング回避区間におけるフォーカスレンズ１１４の移動を回避することができ、検波領域に対するフォーカスを高精度に行うことができる。
【００８６】
＜３．第３の実施形態＞
次に、図９に基づいて、本発明の第３の実施形態にかかる撮像装置１００におけるレンズブロック１１０の駆動方法について説明する。本実施形態にかかる撮像装置１００の構成は、第１の実施形態の撮像装置１００と同一とすることができる。本実施形態では、第１および第２の実施形態では１フレームおきに焦点評価を行っていたのに対し、毎フレーム焦点評価を行う。以下では、本実施形態にかかるフォーカスレンズ制御信号の生成方法の詳細について説明するが、第１の実施形態と同一である撮像装置１００の構成と、第１および第２の実施形態と共通するフォーカスレンズ１１４の駆動方法についての詳細な説明は省略する。なお、図９は、本実施形態にかかるフォーカス制御信号の一例を示す説明図である。
【００８７】
［毎フレーム焦点評価を行う場合のフォーカスレンズ制御信号の生成処理］
本例では、検波領域内の焦点評価値を毎フレーム使用する場合、すなわち、２フレーム周期のウォブリングを行う場合を説明する。２フレーム周期のウォブリングは、図９に示すように、フォーカスレンズ１１４を撮像センサ１４０から離隔する方向に一定距離移動させる第１の期間と、フォーカスレンズ１１４を撮像センサ１４０に接近する方向に一定距離移動させる第２の期間とからなる一連の動作を繰り返し行うものである。ここで、図９の検波領域の中央ラインに挟まれた期間Ｔは、検波領域の中央ラインを露光していない期間である。
【００８８】
毎フレームの焦点評価値を使用する場合や２フレーム周期でウォブリングを行う場合、図９に示すように、前後に位置する検波領域において一方の検波領域と他方のウォブリング回避区間とが重複する区間が発生する場合がある。このため、検波領域を露光していないタイミングでフォーカスを動かすことができない。かかる状況を考慮して、フォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号の位相のずらし量を決定する必要がある。
【００８９】
フォーカスレンズ制御信号およびズームレンズ制御信号の位相のずらし量を決定する方法の一例として、オートフォーカスの焦点評価を行う領域の中央画素の、露光期間内の平均的なフォーカスレンズ１１４のウォブリングによる差が最大となるように位相をずらす。すなわち、図９に示した検波領域の中央ラインを露光していない期間Ｔの中心に、ウォブリングの１スロープの駆動波形の中心が位置するようにウォブリング制御信号の位相をずらす。そして、ウォブリング制御信号の位相と同期してウォブリング以外のフォーカスレンズ１１４の動作を制御する移動制御信号や、ズームレンズ制御信号の位相をずらす。これにより、高精度にフォーカス処理を行うことができる。なお、本実施形態にかかる位相のずらし量の決定方法は、第１および第２の実施形態にも適用することができる。
【００９０】
＜４．ハードウェア構成＞
第１〜第３の実施形態において説明した一連のフォーカスレンズ制御信号の生成処理は、ハードウェアにより実行させることもでき、ソフトウェアによって実行させることもできる。この場合、撮像装置１００には、図１０に示すようなコンピュータも含まれる。図１０は、本実施形態にかかる撮像装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００９１】
撮像装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０３と、ホストバス１０４ａとを備える。また、撮像装置１００は、ブリッジ１０４と、外部バス１０４ｂと、インタフェース１０５と、入力装置１０６と、出力装置１０７と、ストレージ装置（ＨＤＤ）１０８と、ドライブ１０９と、接続ポート１１１と、通信装置１１３とを備える。
【００９２】
ＣＰＵ１０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って撮像装置１００内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ１０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはＣＰＵバスなどから構成されるホストバス１０４ａにより相互に接続されている。
【００９３】
ホストバス１０４ａは、ブリッジ１０４を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス１０４ｂに接続されている。なお、必ずしもホストバス１０４ａ、ブリッジ１０４および外部バス１０４ｂを分離構成する必要はなく、一のバスにこれらの機能を実装してもよい。
【００９４】
入力装置１０６は、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、マイク、スイッチおよびレバーなどユーザが情報を入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ１０１に出力する入力制御回路などから構成されている。撮像装置１００のユーザは、該入力装置１０６を操作することにより、撮像装置１００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【００９５】
出力装置１０７は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）ディスプレイ装置、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）装置およびランプなどの表示装置を含む。さらに、出力装置１０７は、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置を含む。
【００９６】
ストレージ装置１０８は、撮像装置１００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置１０８は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。ストレージ装置１０８は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）で構成される。このストレージ装置１０８は、ハードディスクを駆動し、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムや各種データを格納する。
【００９７】
ドライブ１０９は、記憶媒体用リーダライタであり、撮像装置１００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ１０９は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ１０３に出力する。
【００９８】
接続ポート１１１は、外部機器と接続されるインタフェースであって、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）などによりデータ伝送可能な外部機器との接続口である。また、通信装置１１３は、例えば、通信網１５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。また、通信装置１１２は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）対応通信装置であっても、ワイヤレスＵＳＢ対応通信装置であっても、有線による通信を行うワイヤー通信装置であってもよい。
【００９９】
以上、本発明の実施形態について説明した。これらの実施形態によれば、ウォブリング制御信号と、それ以外の制御信号との位相を同期させてずらすことにより、ハードウェア、ソフトウェアのシステム構成を複雑にすることがない。また、電子シャッタ露光期間が変化して検波領域内の露光期間が変化しても、同様に、フォーカスレンズ１１４、ズームレンズ１１２を同位相で制御することもできる。これにより、システム構成の制約を少なくすることができ、安定したオートフォーカス性能、ズームトラッキング性能を向上させることができる。
【０１００】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０１】
例えば、上記実施形態では、検波領域の位置は画像の中央部分としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図１４に示したように、スポットフォーカスや顔認識オートフォーカス等により、撮像領域内のピントを合わせる位置や大きさに応じて変更してもよい。また、上記第２および第３の実施形態においても、ウォブリング制御信号に同期してズームレンズ制御信号の位相を動かすようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１００    撮像装置
１１０    レンズブロック
１１２    ズームレンズ
１１４    フォーカスレンズ
１２２    ズームレンズ駆動モータ
１２４    フォーカスレンズ駆動モータ
１３０    レンズドライバ
１４０    撮像センサ
１５０    カメラＬＳＩ
１５２    カメラ信号処理回路
１５４    ゲート部
１５６    検波器
１５８    駆動コントローラ
１６０    撮像素子ドライバ
１７０    メモリ部
１７２    メモリ
１７４    メモリコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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