(57)【要約】【課題】高速オートフォーカス機能を有する撮像装置及び電子機器等を提供すること。【解決手段】撮像装置は、被写体Ｏｂｊを結像し、合焦するための光学素子１０と、光学素子１０によって結像された被写体Ｏｂｊの像を撮像する撮像素子３０と、光学素子１０と撮像素子３０との間に挿入され、入射光について光学素子１０と撮像素子３０の撮像面との間の光路長を変更するための光路長変更素子２０と、撮像素子３０による撮像により得られた画像データに基づいてフォーカス制御を行うフォーカス制御部とを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を結像し、合焦するための光学素子と、
前記光学素子によって結像された前記被写体の像を撮像する撮像素子と、
前記光学素子と前記撮像素子との間に挿入され、入射光について前記光学素子と前記撮像素子の撮像面との間の光路長を変更するための光路長変更素子と、
前記撮像素子による撮像により得られた画像データに基づいてフォーカス制御を行うフォーカス制御部と、
を含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光路長変更素子の移動制御を行う移動制御部を含み、
前記フォーカス制御部は、
前記光路長変更素子が第１のポジションに位置する場合の前記画像データと、第２のポジションに位置する場合の前記画像データとに基づいてフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記フォーカス駆動制御部は、
前記撮像素子の撮像面に設定された合焦検出領域に対応する画像データに基づいて、前記合焦検出領域の受光量を求め、求めた前記受光量に基づいてフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記フォーカス駆動制御部は、
前記撮像素子の撮像面に設定された合焦検出領域に対応する画像データに基づいて、前記合焦検出領域における画像のコントラスト値を求め、求めた前記コントラスト値に基づいて前記フォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記光路長変更素子が第１のポジションに位置する場合には、前記撮像素子の撮像面に設定された合焦検出領域には、前記光路長変更素子からの光が入射され、
前記光路長変更素子が第２のポジションに位置する場合には、前記合焦検出領域には、前記光学素子からの光が入射され、
前記フォーカス制御部は、
前記光路長変更素子が前記第１、第２のポジションに位置する場合の前記合焦検出領域に対応する画像データに基づいて第１、第２の評価値を取得し、前記第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記フォーカス制御部は、
前記第１、第２の評価値の差分値に基づいてフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項５又は６において、
前記フォーカス制御部は、
前記第１、第２の評価値の差分値の微分値に基づいてフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項５において、
前記フォーカス制御部は、
前記第１、第２の評価値の差分値を前記第２の評価値で正規化した値に基づいてフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至８において、
前記光路長変更素子は、
前記入射光を前記撮像素子の撮像面に導光する導光素子であることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記撮像素子の撮像面には、前記光路長変更素子からの光を受光する第１の合焦検出領域と、前記光路長変更素子からの光を受光しない第２の合焦検出領域とが設定され、
前記フォーカス制御部は、
前記第１、第２の合焦検出領域に対応する画像データに基づいて第１、第２の評価値を取得し、前記第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記光学素子と前記撮像素子との間に挿入され、前記光路長変更素子とは異なる光路長の変化を生じさせる第２の光路長変更素子と、
前記光路長変更素子と前記第２の光路長変更素子の移動制御を行う移動制御部と、
を含み、
前記フォーカス制御部は、
前記光路長変更素子が所定のポジションに位置する場合の前記画像データと、前記第２の光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合の前記画像データとに基づいて、フォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合には、前記撮像素子の撮像面に設定された合焦検出領域には、前記光路長変更素子からの光が入射され、
前記第２の光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合には、前記合焦検出領域には、前記第２の光路長変更素子からの光が入射され、
前記フォーカス制御部は、
前記光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合の前記合焦検出領域に対応する画像データに基づいて第１の評価値を取得し、前記第２の光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合の前記合焦検出領域に対応する画像データに基づいて第２の評価値を取得し、前記第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、
前記光路長変更素子は、
前記光路長変更素子の入射光を前記撮像素子の撮像面に導光する導光素子であり、
前記第２の光路長変更素子は、
前記第２の光路長変更素子の入射光を結像するレンズにより構成されることを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の撮像装置を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
オートフォーカス機能（例えば、特許文献１に開示されるオートフォーカス手法）は、カメラの機能として今や必須の機能となっている。昨今、デジタル一眼レフカメラ（ＤＳＬＲ）の市場が拡大基調にあり、市場ではデジタル一眼レフカメラの高性能化・小型化のニーズが高まっている。これを受けて、高速にオートフォーカス可能でカメラを小型化できるオートフォーカス技術が求められている。
【０００３】
例えば、高速性を重視する方式として位相差ＡＦ方式がある。位相差ＡＦ方式では、光路を２つに分岐し、一方の光路には撮像素子を設け、他方の光路にはＡＦ専用センサを設ける。そして、ＡＦ専用センサによってデフォーカス量を検出し、検出されたデフォーカス量を用いてフォーカス制御を行う。しかしながら、この位相差ＡＦ方式を用いると、光路を分岐するための構成（例えばミラー）とＡＦ専用センサを配置するスペースが必要となり、カメラの小型化が困難となってしまう。
【０００４】
また、小型化を重視する方式としてイメージャＡＦ方式（コントラスト方式）がある。イメージャＡＦ方式では、通常の撮像を行う撮像素子を用いてフォーカス位置を求める。すなわち、撮像素子で得た画像のコントラストを評価値とし、合焦位置において最もコントラストが高くなることを利用してフォーカス位置を探索的に求める（山登り法）。しかしながら、このイメージャＡＦ方式では、フォーカスレンズを逐次駆動することでコントラストピークを探索するため、高速に合焦させることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１５４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、高速オートフォーカス機能を有する撮像装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、被写体を結像し、合焦するための光学素子と、前記光学素子によって結像された前記被写体の像を撮像する撮像素子と、前記光学素子と前記撮像素子との間に挿入され、入射光について前記光学素子と前記撮像素子の撮像面との間の光路長を変更するための光路長変更素子と、前記撮像素子による撮像により得られた画像データに基づいてフォーカス制御を行うフォーカス制御部と、を含む撮像装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、光学素子により被写体が結像され、光学素子と撮像素子との間に光路長変更素子が挿入され、その光路長変更素子の入射光について光路長が変更され、撮像素子の撮像により得られた画像データに基づいてフォーカス制御が行われる。このようにしてフォーカス制御が行われることで、オートフォーカス機能を実現できる。
【０００９】
また、本発明の一態様では、前記光路長変更素子の移動制御を行う移動制御部を含み、前記フォーカス制御部は、前記光路長変更素子が第１のポジションに位置する場合の前記画像データと、第２のポジションに位置する場合の前記画像データとに基づいてフォーカス制御を行ってもよい。
【００１０】
本発明の一態様によれば、光路長変更素子の移動制御が行われることで、光路長変更素子が第１、第２のポジションに移動される。そして、光路長変更素子が第１、第２のポジションに位置する場合に撮像され、それぞれ画像データが取得される。このようにすれば、光路長変更素子により光路長が変更され、その光路長の変化を利用してフォーカス制御できる。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記フォーカス駆動制御部は、前記撮像素子の撮像面に設定された合焦検出領域に対応する画像データに基づいて、前記合焦検出領域の受光量を求め、求めた前記受光量に基づいてフォーカス制御を行ってもよい。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記フォーカス駆動制御部は、前記撮像素子の撮像面に設定された合焦検出領域に対応する画像データに基づいて、前記合焦検出領域における画像のコントラスト値を求め、求めた前記コントラスト値に基づいて前記フォーカス制御を行ってもよい。
【００１３】
これらの本発明の一態様によれば、合焦検出領域の画像データから受光量またはコントラスト値を求め、その受光量またはコントラスト値に基づいてフォーカス制御が可能になる。例えば、合焦検出領域には、光路長変更素子からの光が入射される。これにより、光路長変更素子によって光路長が変更された光についての受光量またはコントラスト値に基づいてフォーカス制御が可能になる。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記光路長変更素子が第１のポジションに位置する場合には、前記撮像素子の撮像面に設定された合焦検出領域には、前記光路長変更素子からの光が入射され、前記光路長変更素子が第２のポジションに位置する場合には、前記合焦検出領域には、前記光学素子からの光が入射され、前記フォーカス制御部は、前記光路長変更素子が前記第１、第２のポジションに位置する場合の前記合焦検出領域に対応する画像データに基づいて第１、第２の評価値を取得し、前記第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御を行ってもよい。
【００１５】
本発明の一態様によれば、光路長変更素子が第１のポジションに位置することで、光路長変更素子からの光が合焦検出領域に入射される。一方、光路長変更素子が第２のポジションに位置することで、光路長変更素子からの光が合焦検出領域に入射されない。これにより、合焦検出領域に入射される光についての光路長が変更された場合の評価値と、光路長が変更されない場合の評価値を取得できる。そして、これらの評価値に基づいてフォーカス制御することで、光路長変更素子により生じる光路差を利用したフォーカス制御を行うことができる。
【００１６】
なお、本発明の一態様では、第１、第２の評価値は、例えば合焦検出領域の受光量であってもよく、あるいは合焦検出領域のコントラスト値であってもよい。
【００１７】
また、本発明の一態様では、前記フォーカス制御部は、前記第１、第２の評価値の差分値に基づいてフォーカス制御を行ってもよい。
【００１８】
また、本発明の一態様では、前記フォーカス制御部は、前記第１、第２の評価値の差分値の微分値に基づいてフォーカス制御を行ってもよい。
【００１９】
また、本発明の一態様では、前記フォーカス制御部は、前記第１、第２の評価値の差分値を前記第２の評価値で正規化した値に基づいてフォーカス制御を行ってもよい。
【００２０】
これらの本発明の一態様によれば、合焦検出領域に対応する画像データに基づいて取得された第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御を行うことが可能になる。
【００２１】
また、本発明の一態様では、前記光路長変更素子は、前記入射光を前記撮像素子の撮像面に導光する導光素子であってもよい。
【００２２】
本発明の一態様によれば、導光素子への入射光が撮像面に導光されることで、光学素子と撮像面との間の光路長を変更できる。
【００２３】
また、本発明の一態様では、前記撮像素子の撮像面には、前記光路長変更素子からの光を受光する第１の合焦検出領域と、前記光路長変更素子からの光を受光しない第２の合焦検出領域とが設定され、前記フォーカス制御部は、前記第１、第２の合焦検出領域に対応する画像データに基づいて第１、第２の評価値を取得し、前記第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御を行ってもよい。
【００２４】
このようにすれば、光路長変更素子により光路長が変更された場合の評価値と、光路長が変更されない場合の評価値を取得し、これらの評価値に基づいてフォーカス制御できる。これにより、光路長変更素子により生じる光路差を利用したフォーカス制御を行うことが可能になる。
【００２５】
また、本発明の一態様では、前記光学素子と前記撮像素子との間に挿入され、前記光路長変更素子とは異なる光路長の変化を生じさせる第２の光路長変更素子と、前記光路長変更素子と前記第２の光路長変更素子の移動制御を行う移動制御部と、を含み、前記フォーカス制御部は、前記光路長変更素子が所定のポジションに位置する場合の前記画像データと、前記第２の光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合の前記画像データとに基づいて、フォーカス制御を行ってもよい。
【００２６】
本発明の一態様によれば、光路長変更素子と第２の光路長変更素子の移動制御が行われることで、光路長変更素子または第２の光路長変更素子が、所定のポジションに移動される。そして、光路長変更素子または第２の光路長変更素子が所定のポジションに位置する場合に撮像され、それぞれ画像データが取得される。このようにすれば、光路長変更素子または第２の光路長変更素子により光路長が変更され、その光路長の変化を利用したフォーカス制御が可能になる。
【００２７】
また、本発明の一態様では、前記光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合には、前記撮像素子の撮像面に設定された合焦検出領域には、前記光路長変更素子からの光が入射され、前記第２の光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合には、前記合焦検出領域には、前記第２の光路長変更素子からの光が入射され、前記フォーカス制御部は、前記光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合の前記合焦検出領域に対応する画像データに基づいて第１の評価値を取得し、前記第２の光路長変更素子が前記所定のポジションに位置する場合の前記合焦検出領域に対応する画像データに基づいて第２の評価値を取得し、前記第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御を行ってもよい。
【００２８】
本発明の一態様によれば、光路長変更素子が所定のポジションに位置することで、光路長変更素子からの光が合焦検出領域に入射される。一方、第２の光路長変更素子が所定のポジションに位置することで、第２の光路長変更素子からの光が合焦検出領域に入射される。これにより、光路長変更素子により光路長が変更された場合の評価値と、第２の光路長変更素子により光路長が変更された場合の評価値とを取得できる。そして、これらの評価値に基づいてフォーカス制御することで、光路長変更素子と第２の光路長変更素子により生じる光路差を利用したフォーカス制御を行うことができる。
【００２９】
また、本発明の一態様では、前記光路長変更素子は、前記光路長変更素子の入射光を前記撮像素子の撮像面に導光する導光素子であり、前記第２の光路長変更素子は、前記第２の光路長変更素子の入射光を結像するレンズにより構成されてもよい。
【００３０】
本発明の一態様によれば、導光素子への入射光が撮像面に導光されることで、光学素子と撮像面との間の光路長が変更される。また、レンズへの入射光が撮像面に結像されることで、光学素子と撮像面との間の光路長が変更され、導光素子とは異なる光路長の変化を生じさせる。
【００３１】
本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の撮像装置を含む電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態の撮像装置の第１の基本構成例。
【図２】本実施形態の撮像装置の第１の構成例。
【図３】本実施形態の撮像装置の第２の構成例。
【図４】フォーカス制御処理の説明図。
【図５】フォーカス制御処理の説明図。
【図６】フォーカス制御処理の説明図。
【図７】導光ロッド駆動制御部の第１の構成例。
【図８】導光ロッド駆動制御部の第２の構成例。
【図９】導光ロッド駆動制御部の第２の構成例。
【図１０】本実施形態の第１の動作説明図。
【図１１】撮像画像生成部の詳細な構成例。
【図１２】本実施形態の第２の動作説明図。
【図１３】導光ロッド駆動制御部の第３の構成例。
【図１４】本実施形態の第３の動作説明図。
【図１５】本実施形態の撮像装置の第２の基本構成例。
【図１６】フォーカス制御処理の説明図。
【図１７】導光ロッド駆動制御部の第４の構成例。
【図１８】図１８（Ａ）は、導光ロッドの第１の詳細な構成例、図１８（Ｂ）は、導光ロッドの第２の詳細な構成例。
【図１９】導光ロッドの第３の詳細な構成例。
【図２０】導光ロッドの第４の詳細な構成例。
【図２１】導光ロッドの第５の詳細な構成例。
【図２２】電子機器の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３４】
１．撮像装置の第１の基本構成例
図１に、本実施形態の撮像装置の第１の基本構成例を示す。この撮像装置は、光学素子１０（結像光学系）、光路長変更素子２０（光路長変更部、光路長変更部材）、撮像素子３０（広義には、光電変換素子）を含む。なお、以下では、光学素子がレンズであり、光路長変更素子２０が導光ロッド（導光素子、導光路）である場合を例に説明する。但し、本実施形態では、光学素子が他の結像光学系であってもよく、第２の光学素子が凸レンズ、凹レンズ、ミラー、またはプリズム等の種々の光学素子であってもよい。また、導光ロッドは、ロッド形状に限らず、ファイバー形状等の他の形状であってもよい。
【００３５】
図１に示す撮像装置は、導光ロッド２０を用いてレンズ１０と撮像素子３０との間の光路長に光路差を生じさせ、その光路差を利用してオートフォーカス制御を行うための撮像装置である。
【００３６】
具体的には、レンズ１０は、被写体Ｏｂｊの像を結像し、撮像素子３０の撮像面にフォーカス（合焦）させる。例えば、レンズ１０は、対物レンズ・フォーカスレンズ等の複数のレンズにより構成される。そして、フォーカスレンズが光軸ｚに沿った方向に駆動されることで、レンズ１０の焦点が撮像素子３０の撮像面にフォーカスされる。但し、本実施形態では、レンズ１０が単一のレンズで構成され、そのレンズが駆動されることでフォーカスされてもよい。なお、以下では便宜的に、フォーカスレンズの駆動によるフォーカス位置（焦点、合焦点）の移動を、撮像面の光軸方向に沿った移動によって示す。
【００３７】
導光ロッド２０は、レンズ１０と撮像素子３０との間の光路長を変化させる。具体的には、導光ロッド２０は、入射面ＩＰ（レンズ１０側の端面）の入射光を撮像素子３０の撮像面（受光面）に導光する。例えば、導光ロッド２０は、入射面ＩＰにおける受光量や結像を撮像面まで伝達することで、入射面ＩＰと撮像面との間の距離だけ光路長を短縮する。あるいは、導光ロッド２０は、入射光を屈折させることで光路長を短縮または延長する。導光ロッド２０は、レンズ１０と撮像素子３０との間に設けられる。具体的には、導光ロッド２０により導光された入射光が撮像面に入射するように設置される。すなわち、導光ロッド２０の撮像素子３０側の端面が撮像面に近接するように設置される。例えば、導光ロッド２０は、ライトガイド、光ファイバー等により構成できる。
【００３８】
撮像素子３０は、レンズ１０により結像された被写体Ｏｂｊの像、または導光ロッド２０によって導光された入射面ＩＰの入射光を撮像する。そして、撮像素子３０の撮像により得られた画像信号に基づいて画像データが生成される。例えば、撮像素子３０は、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子により構成できる。これらの撮像素子は、撮像した画像の画像信号（アナログ信号）を出力する。そして、その画像信号がＡ／Ｄ変換処理（Analog to Digital Conversion）され、撮像画像の画像データが生成される。
【００３９】
ここで、図１のＡ１に示すように、導光ロッド２０は、第１のポジションＰ１（第１の位置、第１の挿入位置、第１の所定位置）に設定（挿入）されたり、第２のポジションＰ２（第２の位置、第２の挿入位置、第２の所定位置）に設定（待避）されたりする。Ａ２に示すように、撮像面には、検出エリア（合焦検出領域）が設定される。導光ロッド２０がポジションＰ１に設定されたときには、導光ロッド２０がレンズ１０と検出エリアとの間に挿入され、入射面ＩＰの入射光が検出エリアに導光される。導光ロッド２０がポジションＰ２に設定されたときには、導光ロッド２０からの光は検出エリアに入射せず、レンズ１０からの光が検出エリアに入射する。そして、導光ロッド２０がポジションＰ１、Ｐ２に位置する場合にそれぞれ撮像が行われる。
【００４０】
これらの撮像により得られた検出エリアの画像データに基づいて、導光ロッド２０がポジションＰ１、Ｐ２に位置するときの検出エリアの評価値が求められる。例えば、評価値として検出エリアの受光量やコントラスト値が求められる。そして、この光路長の異なる条件において取得された評価値に基づいて、フォーカス制御される。
【００４１】
例えば、評価値として検出エリアの受光量が取得されるものとする。図１に示すように、光軸ｚに垂直な座標軸をｘ軸（第１の座標軸）とし、導光ロッド２０がポジションＰ１にあるときのｘ軸座標をｘ０とする。また、導光ロッド２０の入射面ＩＰの受光量をｒ’（ｘ）とし、導光ロッド２０がないときの撮像面の受光量をｒ（ｘ）とする。Ａ３に示すように、後ピント状態のデフォーカス位置（非合焦点）に撮像面がある場合には、入射面ＩＰより撮像面の方がフォーカス位置に近い。そのため、Ａ４に示すように、導光ロッド２０がポジションＰ１、Ｐ２に位置するときの検出エリアの受光量ｒ’（ｘ０）、ｒ（ｘ０）には、ｒ’（ｘ０）＜ｒ（ｘ０）の関係が成り立つ。Ａ５に示すように、フォーカス位置に撮像面がある場合には、入射面ＩＰはデフォーカス状態（非合焦状態、ピントぼけ状態）の位置にある。そのため、Ａ６に示すように、ｒ’（ｘ０）＜ｒ（ｘ０）が成り立ち、Ａ４に示す場合よりもその差分値ｒ（ｘ０）−ｒ’（ｘ０）が大きくなる。そして、Ａ７に示すように、前ピント状態のデフォーカス位置に撮像面がある場合には、入射面ＩＰより撮像面の方がフォーカス位置から遠い。そのため、Ａ８に示すように、ｒ’（ｘ０）＞ｒ（ｘ０）が成り立つ。本実施形態は、例えば、上記の受光量の大小関係（差分値の符号）に応じてフォーカス制御を行う。
【００４２】
ここで、後ピント状態は、フォーカス位置がレンズ側から見て撮像面後方にある状態である。また、前ピント状態は、フォーカス位置がレンズ側から見て撮像面の前方にある状態である。
【００４３】
２．撮像装置の構成例
図２に、本実施形態の撮像装置の第１の構成例を示す。この撮像装置は、モード選択部１００、システム制御部１１０、撮像素子３０（撮像部）、撮像信号処理部１２０（画像データ生成部）、撮像画像生成部１３０（画像処理部）、画像記録部１４０（記憶部）、モニター表示部１５０（電気光学装置、電気光学パネル）、フォーカス制御部２００を含む。なお、本実施形態の撮像装置は、図２の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば、モード選択部等）を省略したり他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。
【００４４】
撮像素子３０は、システム制御部１１０からの制御信号に基づいて撮像を行い、撮像画像の画像信号を出力する。撮像信号処理部１２０は、例えばＡＦＥ（Analog Front End）回路により構成され、撮像素子３０からの画像信号をＡ／Ｄ変換処理（Analog to Digital Conversion）して画像データを生成する。撮像画像生成部１３０は、撮像画像の生成や、画像処理を行う。具体的には、撮像画像生成部１３０は、撮像した画像や映像を画像記録部１４０、モニター表示部１５０に出力する。また、画像データに対して、フィルター処理や輪郭強調、輝度補正、色彩補正等を行う。例えば、撮像画像生成部１３０は、フォーカス制御部２００からの合焦確定信号に基づいて画像データを画像記録部１４０に出力する。画像記録部１４０は、例えばメモリー、光学ドライブ、磁気テープにより構成され、撮像された画像や映像を記録（記憶）する。モニター表示部１５０は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイにより構成され、撮像された画像や映像を表示する。
【００４５】
フォーカス制御部２００は、撮像信号処理部１２０からの画像データを受けて、オートフォーカスの制御を行う。具体的には、フォーカス制御部２００は、検出エリアの画像データから受光量（広義には、評価値）を求め、その受光量に基づいてフォーカス制御量を求める。そして、そのフォーカス制御量によりフォーカス駆動を行う。
【００４６】
フォーカス制御部２００は、合焦確定信号を生成し、フォーカス制御により合焦状態に至ったと判定したときに合焦確定信号をアクティブ（第１の論理レベル）にする。このフォーカス制御部２００は、検出エリア読出部２１０、受光量算出部２２０（広義には、評価値算出部）、フォーカス制御量演算部２３０（デフォーカス情報取得部）、レンズ駆動制御部２４０（フォーカス駆動制御部）、導光ロッド駆動制御部２５０（移動制御部）を含む。
【００４７】
検出エリア読出部２１０は、撮像により得られた画像データから、検出エリアの画像データを取得する。受光量算出部２２０は、検出エリアの画像データに基づいて受光量を算出する。具体的には、導光ロッドがレンズと検出エリアとの間に挿入された場合と、待避された場合の検出エリアの受光量を求める。例えば、受光量算出部２２０は、検出エリアの画像データの画素値を平均する処理を行い、求めた平均値を受光量として出力する。
【００４８】
フォーカス制御量演算部２３０は、受光量算出部２２０により算出された検出エリアの受光量に基づいてフォーカス制御量を演算する。具体的には、検出エリアの受光量に基づいてデフォーカス情報を取得（デフォーカス状態を判定）し、そのデフォーカス情報に基づいてフォーカス制御量を求める。例えば、フォーカス制御量演算部２３０は、デフォーカス情報としてデフォーカス方向を取得する。すなわち、後ピント状態、前ピント状態、合焦状態を判定する。そして、判定したデフォーカス方向に基づいてフォーカス駆動の方向を求める。あるいは、フォーカス制御量演算部２３０は、デフォーカス情報としてデフォーカス量を取得する。すなわち、フォーカス位置（焦点）の座標情報、またはフォーカス位置と撮像面との距離情報を求める。そして、求めたデフォーカス量に基づいてフォーカス駆動の駆動量を求める。
【００４９】
レンズ駆動制御部２４０は、フォーカス制御量演算部２３０からのフォーカス制御量を受けて、フォーカスレンズを駆動する。導光ロッド駆動制御部２５０は、導光ロッドの移動制御を行い、導光ロッドを所定のポジション（所定の位置）に移動する。
【００５０】
システム制御部１１０は、撮像装置の制御を行う。例えば、システム制御部１１０は、撮像素子３０を制御して、撮像タイミングを制御する。また、撮像信号処理部１２０を制御して、画像信号のＡ／Ｄ変換処理や画像処理を制御する。あるいは、導光ロッド駆動制御部２５０を制御して、導光ロッドのポジションを制御する。システム制御部１１０は、モード選択部１００からモード選択信号を受けて、フォーカス制御のモードを切り替える。
【００５１】
モード選択部１００は、フォーカス制御のモードを選択するモード選択信号を出力する。具体的には、モード選択部１００は、ユーザーが手動でピント調節を行うマニュアルモード、イメージャＡＦ方式でオートフォーカス制御するイメージャＡＦモード、導光ロッドを用いてオートフォーカス制御する導光ロッドモードを選択するモード選択信号を出力する。例えば、モード選択部１００は、図示しない操作部から得られるユーザーの操作情報に基づいてモード選択信号を出力する。
【００５２】
図３に、本実施形態の撮像装置の第２の構成例を示す。この撮像装置は、モード選択部１００、システム制御部１１０、撮像素子３０、撮像信号処理部１２０、撮像画像生成部１３０、画像記録部１４０、モニター表示部１５０、フォーカス制御部２００を含む。なお、以下では、図２で説明した構成要素と同一の構成要素には同じ符号を付して、適宜説明を省略する。
【００５３】
第２の構成例の撮像装置では、フォーカス制御部２００は、検出エリアの画像データからコントラスト値を求め、そのコントラスト値に基づいてフォーカス制御を行う。具体的には、フォーカス制御部２００は、検出エリア読出部２１０、コントラスト演算部２６０、フォーカス制御量演算部２３０、レンズ駆動制御部２４０、導光ロッド駆動制御部２５０を含む。コントラスト演算部２６０は、検出エリア読出部２１０によって取得された検出エリアの画像データに基づいて、検出エリアにおける撮像画像のコントラスト値を求める。具体的には、導光ロッドが検出エリアに挿入された場合と、検出エリアから待避された場合の検出エリアのコントラスト値を求める。例えば、コントラスト演算部２６０は、検出エリアの画像データをハイパスフィルタ処理（空間周波数フィルタ処理）し、高周波数成分を抽出することで、検出エリアのコントラスト値を求める。フォーカス制御量演算部２３０は、求められたコントラスト値に基づいてフォーカス駆動の方向や駆動量等のフォーカス制御量を求める。
【００５４】
３．フォーカス制御処理
図４〜図６を用いて、フォーカス制御処理について説明する。なお、以下では、検出エリアの受光量に基づいてフォーカス制御する場合を例に説明する。但し、本実施形態では、検出エリアのコントラスト値に基づいて同様にフォーカス制御してもよい。
【００５５】
図４に示すように、レンズの光軸に沿った座標軸をｚ軸とし、レンズから撮像素子３０に向かう方向をｚ軸の正方向とする。また、撮像素子３０の撮像面と導光ロッド２０の入射面ＩＰとの距離が、ｚ軸方向で距離ａであるとする。Ｂ１に示すように、レンズ１０のフォーカス位置をｚ＝０とする。Ｂ２に示すように、撮像素子３０の撮像面には、受光量を検出するための検出エリアが設定される。
【００５６】
撮像面または入射面ＩＰでの受光量は、撮像面または入射面ＩＰにフォーカスしているとき最大となり、デフォーカスするに従って減少する。そのため、図５のＣ１に示すように、導光ロッド２０がレンズと検出エリアとの間に挿入された場合の検出エリアの受光量Ｌ（ｚ）（入射面ＩＰの受光量）は、撮像面がｚ＝０にあるとき最大値となる。一方、Ｃ２に示すように、導光ロッド２０がレンズと検出エリアとの間に挿入されない場合の検出エリアの受光量Ｌｒ（ｚ）は、撮像面がｚ＝ａにあるとき最大値となる。ここで、受光量Ｌ（ｚ）、Ｌｒ（ｚ）の座標ｚは、フォーカス位置（レンズ１０の焦点の位置）の座標である。
【００５７】
フォーカス位置が０＜ｚ＜ａのとき、入射面ＩＰと撮像面でのデフォーカスの程度が同程度となる。そのため、Ｃ３に示すように、受光量の差分値ｕ（ｚ）＝Ｌ（ｚ）−Ｌｒ（ｚ）は、フォーカス位置がｚ＝ｐ（０＜ｐ＜ａ）のときｕ（ｐ）＝０となる。そして、ｚ＜ｐのとき、Ｌ（ｚ）＞Ｌｒ（ｚ）よりｕ（ｚ）＞０となり、ｚ＞ｐのとき、Ｌ（ｚ）＜Ｌｒ（ｚ）よりｕ（ｚ）＜０となる。また、フォーカス位置がｚ＝０のとき、ｕ（ｚ）は最大値をとる。そのため、Ｃ４に示すように、ｕ（ｚ）の微分値ｄｕ（ｚ）／ｄｚは、ｚ＝０においてｄｕ（０）／ｄｚ＝０となる。
【００５８】
本実施形態では、受光量Ｌ（ｚ）、Ｌｒ（ｚ）が第１、第２の受光量（第１、第２の評価値）として取得され、これらの差分値ｕ（ｚ）が求められる。ｕ（ｚ）＞０の場合には、前ピント状態と判定され、フォーカス位置がｚ軸の正方向（光軸に沿った第１の方向）に移動される。一方、ｕ（ｚ）＜０の場合には、後ピント状態と判定され、フォーカス位置がｚ軸の負方向（光軸に沿った第２の方向）に移動される。これらのフォーカス制御が１回または複数回行われ、フォーカス位置がｚ＝ｐまたはｚ＝ｐの近傍（例えば、０＜ｚ＜ａの範囲）に移動される。例えば、ｕ（ｚ）＝０の場合、またはｕ（ｚ）の絶対値が所定の値以下の場合に、フォーカス位置がｚ＝ｐまたはｚ＝ｐの近傍であると判定される。そして、微分値ｄｕ（ｚ）／ｄｚが求められ、ｄｕ（ｚ）／ｄｚ＝０となるように探索的にフォーカス制御される。このようにして、フォーカス位置がｚ＝０に漸近的に移動されることで、撮像面に合焦される。本実施形態によれば、ｕ（ｚ）に基づいてフォーカス駆動の方向を設定することで、オートフォーカス制御を高速化できる。
【００５９】
ここで、被写体の反射率や照明の明るさ等の撮像条件が異なれば、受光量Ｌ（ｚ）、Ｌｒ（ｚ）として異なる値が取得される。そうすると、差分値ｕ（ｚ）も撮像条件に応じて異なる値となり、フォーカス位置ｚに対して差分値ｕ（ｚ）が一意に定まらない。そのため、差分値ｕ（ｚ）からフォーカス位置ｚを一意に決定することは困難である。
【００６０】
図６に、この課題を解決するためのフォーカス制御処理の変形例の説明図を示す。この手法では、Ｌ（ｚ）で正規化された差分値ｕｃ（ｚ）＝（Ｌ（ｚ）−Ｌｒ（ｚ））／Ｌ（ｚ）を求め、ｕｃ（ｚ）に基づいてフォーカス制御を行う。具体的には、上記と同様に、ｕｃ（ｚ）の符号に応じてフォーカス駆動され、フォーカス位置が０＜ｚ＜ａの範囲（ｚ＝ｐの近傍）に移動される。そして、ｕｃ（ｚ）に対応するフォーカス位置の座標ｚ（デフォーカス量）が求められる。例えば、図６に示すように、ｕｃ（ｚ）＝Ｕａ（Ｕａ＞０）の場合には、Ｕａに対応する座標ｚ＝Ｚａ（Ｚａ＜ｐ）が求められる。ｕｃ（ｚ）＝Ｕｂ（Ｕｂ＜０）の場合には、Ｕｂに対応する座標ｚ＝Ｚｂ（Ｚｂ＞ｐ）が求められる。そして、フォーカス位置がＺａまたはＺｂからｚ＝０まで移動されることで、撮像面に合焦される。なお、ｕｃ（ｚ）に基づくフォーカス位置の座標ｚの算出は、例えばｕｃ（ｚ）とｕｃ（ｚ）に対応する座標ｚとが設定されたルックアップテーブルにより実現される。
【００６１】
本実施形態によれば、ｕｃ（ｚ）に基づいてフォーカス駆動の駆動量を決定し、オートフォーカス制御を高速化できる。すなわち、差分値ｕ（ｚ）を受光量Ｌ（ｚ）で正規化することで、撮像条件が変化した場合であっても、フォーカス位置ｚに対してｕｃ（ｚ）が一意に定まる。これにより、ｕｃ（ｚ）からフォーカス位置ｚを一意に決定し、そのフォーカス位置ｚに基づいてフォーカス駆動の駆動量を設定できる。
【００６２】
４．導光ロッド駆動制御部の第１の構成例
図７に、導光ロッド駆動制御部（移動制御部）の第１の構成例を示す。この導光ロッド駆動制御部は、導光ロッド２０、アーム３００（支持部材）、駆動モーター３１０（回転駆動部）を含む。
【００６３】
アーム３００は、導光ロッド２０を支持し、駆動モーター３１０に駆動されることで導光ロッド２０を所定のポジションに移動させる。アーム３００は、撮像素子３０への入射光を透過するために、例えば透明なプラスチック板やプラスチック棒で構成される。駆動モーター３１０の回転軸には、アーム３００の一端が取り付けられる。アーム３００の他端には、導光ロッド２０が取り付けられる。駆動モーター３１０は、制御回路（例えば、上述の図２に示すシステム制御部１１０）からの制御信号に基づいて導光ロッド２０を移動させる。
【００６４】
例えば、撮像素子３０の撮像面の中央に検出エリアが設定されるものとする。図７に示すように、フォーカス制御を行う際には、撮像面の中央であるポジションＰ１に導光ロッド２０が挿入され、ポジションＰ２に導光ロッド２０が待避される。そして、このポジションＰ１、Ｐ２の間を導光ロッド２０が往復移動される。合焦してフォーカス制御が終了すると、導光ロッド２０が撮像面の外側である第３のポジションＰ３（ホームポジション、第３の位置、第３の所定位置）に移動され、合焦状態での被写体の撮像が行われる。撮像後、さらに次の撮像を行う場合には、同様にポジションＰ１、Ｐ２の間を導光ロッド２０が往復移動され、合焦後に導光ロッド２０がポジションＰ３に待避される。ここで、ポジションＰ２は、例えば、ポジションＰ１、Ｐ３の間に設定される。そして、導光ロッド２０をポジションＰ１、Ｐ２の間で素早く移動させるために、ポジションＰ２は、例えばポジションＰ１、Ｐ３の中間点よりＰ１側（Ｐ１の近傍）に設定される。
【００６５】
図８に、導光ロッド駆動制御部の変形例を示す。この導光ロッド駆動制御部は、導光ロッド２０、支持板３２０（支持部材）を含み、支持板３２０の移動により導光ロッド２０の移動制御を行う。
【００６６】
支持板３２０は、例えば透明なプラスチック板で構成され、撮像素子３０の撮像面に対して平行に設けられる。導光ロッド２０は、例えば支持板３２０の中央に設けられる。そして、図示しない駆動部によって支持板３２０が駆動されることで、導光ロッド２０がポジションＰ１、Ｐ２、Ｐ３に移動される。具体的には、支持板３２０は、光軸に直交する方向（例えば、上述の図１に示すｘ軸に沿った方向）に駆動される。
【００６７】
ここで本実施形態では、図９に示すように、支持板３２０が光軸に沿った方向に駆動されることで、導光ロッド２０が移動されてもよい。具体的には、支持板３２０は、フォーカス制御の際に、撮像素子３０に最も近いポジションＰ１と待避ポジションＰ２との間で往復移動されてもよい。そして、合焦後において、撮像素子３０から最も遠いポジションＰ３に待避されてもよい。例えば、ポジションＰ１は、導光ロッド２０の撮像素子３０側の端面が、撮像素子３０の撮像面に近接するような位置に設定される。
【００６８】
なお、図７〜図９では、撮像面の中央に検出エリアが設定され、ポジションＰ１が撮像面の中央である場合を例に説明した。但し、本実施形態では、撮像面の中央以外に検出エリアが設定され、その検出エリアが設定された位置が所定のポジションＰ１として設定されてもよい。
【００６９】
５．動作例
図１０に、本実施形態の撮像装置の第１の動作説明図を示す。図１０のＤ１に示すように、第１のフレームｆ１において、導光ロッド２０がポジションＰ１（第１の状態）に移動され、検出エリアの第１の受光量が取得される。Ｄ２に示すように、第２のフレームｆ２において導光ロッド２０がポジションＰ２（第２の状態）に移動され、検出エリアの第２の受光量が取得される。そして、第１、第２の受光量に基づいて、デフォーカス情報（前ピント状態、後ピント状態、合焦状態、またはデフォーカス量）が取得される。Ｄ３に示すように、デフォーカス情報に基づいてフォーカス駆動される。これらのフォーカス制御が、合焦状態に至るまで繰り返される。
【００７０】
例えば、Ｄ４に示すように、第３、第４のフレームｆ３、ｆ４におけるフォーカス制御により合焦状態と判定されたとする。そうすると、Ｄ５に示すように、第５のフレームｆ５において導光ロッド２０がポジションＰ３（第３の状態）に待避され、被写体像が撮像される。そして、Ｄ６に示すように、合焦確定信号がアクティブにされ、画像データが記録される。
【００７１】
ここで、デジタル一眼レフカメラ等のデジタルカメラにおいて、小型の構成で高速にオートフォーカスできるオートフォーカス機能が求められているという課題があった。例えば、位相差ＡＦ方式では、高速オートフォーカスが可能である反面、光路の分岐手段やＡＦ専用センサが必要なため小型化が困難である。また、イメージャ方式（コントラスト方式）では、小型化が可能である反面、フォーカス位置を探索的に求めるため高速オートフォーカスが困難である。
【００７２】
この点、本実施形態によれば、レンズ１０が被写体Ｏｂｊを結像し、撮像素子３０が、レンズ１０によって結像された被写体Ｏｂｊの像を撮像する。導光ロッド２０が、レンズ１０と撮像素子３０との間に挿入され、導光ロッド２０の入射光についてレンズ１０と撮像素子３０との間の光路長を変更する。そして、フォーカス制御部２００が、撮像により得られた画像データに基づいてフォーカス制御を行う。
【００７３】
本実施形態によれば、オートフォーカス機能を実現できる。そして、位相差ＡＦ方式のようにＡＦ専用センサ等を必要としないため、コンパクトな構成でオートフォーカス機能を実現できる。また、本実施形態によれば、導光ロッド２０がレンズ１０と撮像素子３０との間に挿入されることで、オートフォーカス制御を高速化できる。そして、オートフォーカス制御が高速化されることで、移動体に対するフォーカストラッキング性能等を向上できる。
【００７４】
具体的には、本実施形態では、導光ロッド２０の移動制御を行う導光ロッド駆動制御部２５０を含む。そして、フォーカス制御部２００が、導光ロッド２０がポジションＰ１に位置する場合の画像データと、ポジションＰ２に位置する場合の画像データとに基づいてフォーカス制御を行う。
【００７５】
このようにすれば、導光ロッド２０の移動制御が行われることで、導光ロッド２０が第１、第２のポジションＰ１、Ｐ２に移動される。そして、導光ロッド２０がＰ１、Ｐ２に挿入された場合にそれぞれ撮像が行われることで、互いに光路長の異なる状態において撮像された画像データを取得できる。これにより、互いに光路長の異なる状態において撮像された画像データに基づいてフォーカス制御し、オートフォーカス制御を高速化できる。
【００７６】
例えば、本実施形態では、フォーカス駆動制御部２００が、撮像素子３０の撮像面に設定された検出エリアに対応する画像データに基づいて検出エリアの受光量を求め、その受光量に基づいてフォーカス制御を行う。
【００７７】
あるいは、本実施形態では、フォーカス駆動制御部２００が、撮像素子３０の撮像面に設定された検出エリアに対応する画像データに基づいて検出エリアにおける画像のコントラスト値を求め、そのコントラスト値に基づいてフォーカス制御を行う。
【００７８】
このようにすれば、撮像により得られた画像データから検出エリアの画像データが取得され、その検出エリアの画像データに基づいて評価値が取得される。具体的には、評価値として検出エリアの受光量またはコントラスト値が取得される。そして、その評価値に基づいてフォーカス制御されることで、画像データに基づくフォーカス制御が実現される。
【００７９】
より具体的には、本実施形態では、導光ロッド２０がポジションＰ１に位置する場合には、検出エリアには導光ロッド２０からの光が入射され、導光ロッド２０がポジションＰ２に位置する場合には、検出エリアにはレンズからの光が入射される。そして、フォーカス制御部２００が、導光ロッド２０がポジションＰ１、Ｐ２に位置する場合の検出エリアの画像データに基づいて第１、第２の評価値を取得し、その第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御を行う。
【００８０】
このようにすれば、導光ロッド２０がポジションＰ１に位置することで、検出エリアには導光ロッド２０により光路長が変更された光が入射され、導光ロッド２０がポジションＰ２に位置することで、検出エリアには光路長が変更されない光が入射される。これにより、互いに光路長の異なる状態における第１、第２の評価値を取得し、その第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御できる。
【００８１】
例えば、本実施形態では、フォーカス制御部２００が、第１、第２の評価値の差分値に基づいてフォーカス制御を行う。
【００８２】
このようにすれば、光路長が異なることで生じた第１、第２の評価値の差分に応じてフォーカス制御を行うことができる。例えば、図５等で説明したように、第１、第２の受光量の差分値の符号に応じて前ピント状態等のデフォーカス方向を判定し、その判定結果によってフォーカス駆動の駆動方向を設定できる。そして、フォーカス駆動の駆動方向を設定できることで、オートフォーカス制御を高速化できる。
【００８３】
また、本実施形態では、フォーカス制御部２００が、第１、第２の評価値の差分値の微分値に基づいてフォーカス制御を行う。
【００８４】
このようにすれば、フォーカスの微調整を行うことができる。例えば、図５等で説明したように、第１、第２の評価値の差分値に基づくフォーカス制御によりｚ＝ｐ近傍までフォーカス位置を粗調整した後、第１、第２の評価値の差分値の微分値に基づくフォーカス制御により合焦状態までフォーカス位置を調整できる。また、微分値がゼロとなるフォーカス位置を検出することで、合焦状態であることを検出できる。
【００８５】
あるいは、本実施形態では、フォーカス制御部２００が、第１、第２の評価値の差分値を第２の評価値で正規化した値に基づいてフォーカス制御を行う。
【００８６】
このようにすれば、図６で説明したように、第１、第２の評価値の差分値を第２の評価値で正規化することで、正規化した差分値とフォーカス位置が一意に対応付けられる。これにより、正規化した差分値に基づいてデフォーカス量を求めることができる。そして、そのデフォーカス量に基づいてフォーカス制御することで、例えば１回のフォーカス駆動で合焦状態に至ることができる。
【００８７】
６．撮像画像生成部
図１１に、撮像画像生成部の詳細な構成例を示す。図１１に示す撮像画像生成部１３０は、合成処理部１３２（２フレーム画像合成処理部）、除去処理部１３４（導光ロッド像除去処理部、不要画像除去処理部）を含む。この撮像画像生成部１３０は、フォーカス制御時において導光ロッドやアームによって生じる不要な画像を除去し、モニター表示するための画像を生成する。
【００８８】
合成処理部１３２は、撮像信号処理部１２０から画像データを受けて、２つのフレームの画像を合成処理する。すなわち、第ｎのフレーム（ｎは自然数）と第ｎ＋１のフレームにおいて撮像された画像の画像データを合成処理する。例えば、導光ロッド２０は、第ｎのフレームにおいて第１のポジションＰ１に設定され、第ｎ＋１のフレームにおいて第２のポジションＰ２に設定される。合成処理部１３２には、導光ロッドのポジション情報（位置情報）が導光ロッド駆動制御部２５０から入力される。そして、合成処理部１３２は、そのポジション情報に基づいて各フレームの画像から導光ロッドとアームの写っている部分を削除し、削除後の２つの画像を合成処理する（貼り合わせる）。
【００８９】
除去処理部１３４は、合成処理部１３２からの画像データを受けて、その画像データに対して除去処理を行い、除去処理後の画像データをモニター表示部１５０または画像記録部１４０に出力する。具体的には、除去処理部１３４は、合成処理部１３２によって合成処理された画像が自然な画像となるように画像処理を行う。例えば、合成処理された画像において、導光ロッド等を削除した部分以外の部分は画像が重複しているため、削除部分に比べて画素値振幅が２倍となっている。そのため、除去処理部１３４は、その画素値振幅が２倍となった画素の振幅を１／２にする処理を行う。あるいは、削除部分とそれ以外の部分の境界部分に対してフィルター処理（例えば、平均化処理）を行って、境界部分を目立たなくする。
【００９０】
図１２に、本実施形態の撮像装置の第２の動作説明図を示す。図１２に示すように、フレームｆ１、ｆ２において、導光ロッドがポジションＰ１、Ｐ２（第１、第２の状態）に設定される。そして、各フレームにおいて撮像が行われ、フレームｆ１、ｆ２の画像データに対して合成処理、除去処理が行われる。これらの処理は、合焦状態となるまで繰り返される。処理後の画像は、モニター表示部により表示される。また、動画撮影時には、処理後の画像が画像記録部によって記録される。例えば、フレームｆ５において合焦状態となったときは、導光ロッドがポジションＰ３（第３の状態）に設定され、撮像面の外に待避される。そして、フレームｆ５の画像データが、合成処理等されずにモニター表示部１５０または画像記録部１４０に出力される。
【００９１】
７．導光ロッド駆動制御部の第２の構成例
図１３に、導光ロッド駆動制御部の第３の構成例を示す。この導光ロッド駆動制御部は、導光ロッド２０、アーム３００、駆動モーター３１０を含む。
【００９２】
図１３に示すように、導光ロッド２０は、第１のポジションＰＥ１（挿入位置、第１の所定位置）または第２のポジションＰＥ２（ホームポジション、第２の所定位置）に設定される。具体的には、撮像素子３０の撮像面には、Ｅ１に示す第１の検出エリア（第１の合焦検出領域）とＥ２に示す第２の検出エリア（第２の合焦検出領域）が設定される。第２の検出エリアは、例えば第１の検出エリアに隣接して設定される。そして、フォーカス制御時において、導光ロッド２０は、レンズ（図１等に示すレンズ１０）と第１の検出エリアとの間のポジションＰＥ１に挿入される。このとき、導光ロッド２０の入射光は、第１の検出エリアに導光される。第２の検出エリアには、導光ロッド２０からの光は入射されず、レンズによる被写体像が結像される。合焦状態と判定された後は、導光ロッド２０は、撮像面の外側のポジションＰＥ２に待避され、合焦状態の被写体像が撮像される。
【００９３】
図１４に、本実施形態の撮像装置の第３の動作説明図を示す。図１４のＦ１に示すように、フレームｆ１において、導光ロッド２０がポジションＰＥ１（第１の状態）に設定される。撮像素子により撮像が行われ、第１、第２の検出エリアに対応する画像データが取得される。その画像データに基づいて、第１の検出エリアの受光量が第１の受光量（第１の評価値）として求められ、第２の検出エリアの受光量が第２の受光量として（第２の評価値）求められる。そして、Ｆ２に示すように、第１、第２の受光量に基づいてフォーカス制御される。このフレームｆ１と同様の処理が、合焦状態であると判定されるまで繰り返される。
【００９４】
例えば、フレームｆ３におけるフォーカス制御で合焦状態に至ったとする。そうすると、Ｆ３に示すように、フレームｆ４において導光ロッド２０がポジションＰＥ２に待避され、撮像素子３０による撮像が行われる。そして、Ｆ４に示すように、合焦確定信号がアクティブにされ、撮像により得られた画像データが記録される。
【００９５】
本実施形態によれば、撮像素子３０の撮像面には、導光ロッド２０からの光を受光する第１の検出エリアと、導光ロッド２０からの光を受光しない第２の検出エリアとが設定される。これにより、導光ロッド２０により光路長を変更された光を第１の検出エリアで受光し、導光ロッド２０により光路長が変更されていない光を第２の検出エリアで受光できる。
【００９６】
そして、第１、第２の検出エリアに対応する画像データに基づいて第１、第２の評価値が取得され、その第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御が行われる。これにより、導光ロッド２０により光路長を変更された光についての第１の評価値と、導光ロッド２０により光路長が変更されていない光についての第２の評価値とに基づいて、フォーカス制御を行うことができる。
【００９７】
例えば、第１、第２の検出エリアは隣接して設けられ、第１、第２の検出エリアにおいて同じ画像が撮像されるとみなせる程度の大きさに設定される。このようにすれば、上述のように導光ロッド２０をポジションＰＥ１に固定してフォーカス制御を行っても、図７等で説明したように導光ロッド２０をポジションＰ１、Ｐ２で往復移動させてフォーカス制御した場合と同様のフォーカス制御を実現できる。また、導光ロッド２０をポジションＰＥ１に固定してフォーカス制御することで、第１、第２の評価値を同時に取得できる。そのため、移動体等に対するフォーカス追従の精度を向上できる。
【００９８】
８．撮像装置の第２の基本構成例
図１５に、本実施形態の撮像装置の第２の基本構成例を示す。図１５に示す撮像装置は、レンズ１０（光学素子）、導光ロッド２０（光路長変更素子）、サブレンズ４０（レンズ、第２の光路長変更素子）、撮像素子３０（光電変換素子）を含む。この撮像装置は、導光ロッド２０とサブレンズ４０によって光路差を生じさせ、その光路差を利用して高速にオートフォーカス制御するための装置である。なお、図１等で説明した構成要素と同一の要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００９９】
図１５に示すように、レンズ１０の光軸に沿った座標軸をｚ軸とし、レンズから撮像素子３０に向かう方向をｚ軸の正方向とする。また、Ｇ１に示すように、レンズ１０のフォーカス位置をｚ＝０とする。Ｇ２に示すように、撮像素子３０の撮像面には、受光量（評価値）を検出するための検出エリアが設定される。なお、以下では便宜的に、フォーカスレンズの駆動によるフォーカス位置の移動を、撮像面の光軸方向に沿った移動によって示す。
【０１００】
サブレンズ４０は、レンズ１０と撮像素子３０との間に挿入され、レンズ１０と撮像素子３０との間の光路長を変更する。具体的には、サブレンズ４０は、レンズ１０からの入射光を結像する。例えば、サブレンズ４０として凸レンズを用いた場合には、レンズ１０とサブレンズ４０により構成される光学系の焦点距離は、レンズ１０単独の焦点距離より短い距離となる。そのため、Ｇ３に示すように、サブレンズ４０による結像のフォーカス位置は、レンズ１０のフォーカス位置よりもレンズ１０側に近い位置ｚ＝−ｂとなる。
【０１０１】
フォーカス制御の際には、レンズ１０と検出エリアとの間にサブレンズ４０または導光ロッド２０が挿入される。サブレンズ４０が挿入された場合には、検出エリアにはサブレンズ４０からの光が入射される。そして、撮像素子３０の撮像面がｚ＝−ｂ（後ピント状態）にあるときに、検出エリアに結像された被写体像が合焦する。一方、導光ロッド２０が挿入された場合には、検出エリアには導光ロッド２０からの光が入射される。Ｇ４に示すように、撮像面がｚ＝ａ（前ピント状態）にあるときに、入射面ＩＰに結像された被写体像が合焦する。そして、合焦された被写体像の光が検出エリアに導光される。
【０１０２】
本実施形態では、導光ロッド２０が挿入されたときの検出エリアの受光量が第１の受光量（第１の評価値）として取得される。また、サブレンズ４０が挿入されたときの検出エリアの受光量が第２の受光量（第２の評価値）として取得される。そして、第１、第２の受光量の差分値が求められ、その差分値に基づいてフォーカス制御が行われる。
【０１０３】
ここで、検出エリアの受光量は、合焦状態のときに最大となる。そのため、図１６に示すように、導光ロッド２０が挿入されたときの検出エリアの受光量Ｌｒ（ｚ）は、撮像面がｚ＝ａにあるとき最大となる。また、サブレンズ４０が挿入されたときの検出エリアの受光量Ｌｏ（ｚ）は、撮像面がｚ＝−ｂにあるとき最大となる。Ｈ１に示すように、例えば、ｚ＝０においてＬｒ（ｚ）＝Ｌｏ（ｚ）となるように撮像装置が構成される。このような条件は、例えば導光ロッド２０とサブレンズ４０の入射面の面積を等しくすることで実現される。このとき、Ｈ２に示すように、差分値ｕ（ｚ）＝Ｌｏ（ｚ）−Ｌｒ（ｚ）は、ｚ＝０においてｕ（ｚ）＝０となる。また、ｚ＜０の範囲においてｕ（ｚ）＞０となり、ｚ＞０の範囲においてｕ（ｚ）＜０となる。
【０１０４】
本実施形態では、これらのｕ（ｚ）の特性に基づいてフォーカス制御を行う。すなわち、ｕ（ｚ）＞０の場合には後ピント状態と判定され、ｚ軸の正方向にフォーカス駆動される。また、ｕ（ｚ）＜０の場合には前ピント状態と判定され、ｚ軸の負方向にフォーカス駆動される。そして、ｕ（ｚ）＝０（または、ｕ（ｚ）の絶対値が所定の値以下）の場合には、合焦状態と判定され、合焦状態の被写体像が撮像される。
【０１０５】
図１７に、導光ロッド駆動制御部の第４の構成例を示す。この導光ロッド駆動制御部は、導光ロッド２０（光路長変更素子）、サブレンズ４０（第２の光路長変更素子）、アーム３００（支持部材）、駆動モーター３１０（回転駆動部）を含む。
【０１０６】
フォーカス制御時において、図１７のＩ１に示すように、アーム３００が駆動モーター３１０により移動される。このとき、導光ロッド２０が所定のポジションＰＩ１（所定の挿入位置）に挿入され、検出エリアに導光ロッド２０からの光が入射される。また、Ｉ２に示すように、アーム３００が駆動モーター３１０により移動される。このとき、サブレンズ４０が所定のポジションＰＩ１に挿入され、検出エリアにサブレンズ４０からの光が入射される。そして、合焦状態に至るまで、導光ロッド２０とサブレンズ４０とがポジションＰＩ１に交互に挿入される。合焦状態と判定されると、Ｉ３に示すように、アーム３００が撮像素子３０の撮像面の外側（ホームポジション）に待避される。
【０１０７】
本実施形態によれば、サブレンズ４０が、レンズ１０と撮像素子３０との間に挿入され、導光ロッド２０とは異なる光路長の変化を生じさせる。そして、導光ロッド２０が所定のポジションＰＩ１に位置する場合の画像データと、サブレンズ４０が所定のポジションＰＩ１に位置する場合の画像データとに基づいて、フォーカス制御が行われる。
【０１０８】
これにより、オートフォーカス機能を実現できる。具体的には、サブレンズ４０が、レンズ１０と撮像素子３０との間に挿入されることで、導光ロッド２０とは異なる光路長の変化を生じさせる。そして、導光ロッド２０が挿入された場合とサブレンズ４０が挿入された場合との光路差を利用して、オートフォーカス制御を高速化できる。
【０１０９】
より具体的には、本実施形態では、導光ロッド２０がポジションＰＩ１に位置する場合の検出エリアに対応する画像データに基づいて第１の評価値が取得される。また、サブレンズ４０がポジションＰＩ１に位置する場合の検出エリアに対応する画像データに基づいて第２の評価値が取得される。そして、その第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御が行われる。
【０１１０】
このようにすれば、レンズ１０と検出エリアとの間の光路長が導光ロッド２０、サブレンズ４０により変更され、そのときの検出エリアの第１、第２の評価値が取得される。これにより、光路長の異なる条件で取得された第１、第２の評価値に基づいてフォーカス制御できる。
【０１１１】
図１６等で説明したように、本実施形態では、第１、第２の評価値の差分値に基づいてフォーカス制御される。このようにすれば、差分値の符号に基づいてフォーカス駆動し、差分値がゼロとなるフォーカス位置を検出することで合焦状態を判定できる。
【０１１２】
９．導光ロッド
図１８（Ａ）に、導光ロッドの第１の詳細な構成例を示す。この導光ロッドは、拡散板２２、導光路２４（導光チューブ）を含む。拡散板２２は、導光ロッドの入射面に設けられ、入射光を拡散させる。導光路２４は、例えば、内面が入射光を鏡面反射または全反射するガラス棒で構成され、入射光を導光する。
【０１１３】
図１８（Ｂ）に、導光ロッドの第２の詳細な構成例を示す。この導光ロッドは、Ｊ１に示すように、入射面にマイクロプリズムアレイ加工が施された導光路２４により構成される。具体的には、導光路の入射面に微少なプリズムが形成され、そのプリズムにより入射光が拡散される。
【０１１４】
上記第１、第２の詳細な構成例の導光ロッドによれば、入射光を拡散して導光することで、入射面での受光量を検出エリアに伝達できる。
【０１１５】
図１９に、導光ロッドの第３の詳細な構成例を示す。図１９に示すロッド２６は、例えばガラスや樹脂の棒または板で構成され、内面が全反射等するものでなくともよい。このロッド２６は、屈折を利用して光路長を変更するものである。具体的には、Ｋ１に示すように、ロッド２６の端面において入射光や出射光が屈折される。そのため、Ｋ２に示すロッド２６を通過した場合のフォーカス位置（合焦点）は、Ｋ３に示すロッド２６を通過しない場合のフォーカス位置より距離ａ’だけずれた位置となる
【０１１６】
上記第３の詳細な構成例の導光ロッドによれば、屈折によるフォーカス位置のずれにより、光路長をａ’だけ変更できる。また、入射光が拡散されたり、内面で乱反射されないため、入射面の結像のコントラストを検出エリアに伝達できる。コントラスト値は、受光量と同じくフォーカス位置で最大となる。そのため、評価値としてコントラスト値を取得した場合でも、図５等で説明したフォーカス制御処理を適用できる。
【０１１７】
図２０に、導光ロッドの第４の詳細な構成例を示す。この導光ロッドは、導光ロッドアレイ２８により構成される。導光ロッドアレイ２８は、複数の導光路を含み、例えば光ファイバー束により実現される。図２０のＬ１に示すように、導光ロッドアレイ２８は、複数の入射面を有する。そのため、入射面の結像を検出エリアに伝達し、評価値としてコントラスト値を取得できる。
【０１１８】
図２１に、導光ロッドの第５の詳細な構成例を示す。この導光ロッドは、イメージバンドル５０により構成される。イメージバンドル５０は、複数の導光路を含み、例えば光ファイバー束を棒状に成形したものである。図２１に示すように、イメージバンドル５０を用いると、撮像面の任意の場所に検出エリアを設定できる。例えば、Ｍ１に示すように、検出エリアが設定された場合、Ｍ２に示すように、イメージバンドル５０が挿入される。そして、イメージバンドル５０の入射面の結像が、その検出エリアに伝達される。また、合焦時には、Ｍ３、Ｍ４に示すように、イメージバンドル５０が撮像面の外側に待避される。
【０１１９】
１０．電子機器
図２２に、本実施形態の撮像装置を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、カメラモジュール９１０（撮像装置）、表示制御装置９２０、ホストコントローラ９４０、ドライバ９５０（表示ドライバ）、電気光学パネル９６０を含む。なお、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。
【０１２０】
カメラモジュール９１０は、光学素子、導光ロッド、駆動モーター、撮像素子等により構成され、オートフォーカス制御や撮像を行う。表示制御回路９２０は、カメラモジュール９１０から供給される画像データや、水平同期信号、垂直同期信号等をドライバ９５０に対して供給する。ホストコントローラ９４０は、例えばＣＰＵであり、操作入力部９７０からの操作情報を受けて、カメラモジュール９１０、表示制御回路９２０、ドライバ９５０を制御する。電気光学パネル９６０は、例えば液晶パネルやＥＬパネルであり、ドライバ９５０の駆動により画像を表示する。操作入力部９７０は、ユーザーが各種情報を入力するためのものであり、各種ボタン、キーボード等により実現される。
【０１２１】
なお、本実施形態により実現される電子機器としては、例えばデジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯型情報端末、携帯電話機、携帯ゲーム端末、ＷＥＢカメラ等の種々の機器を想定できる。
【０１２２】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語（光学素子、光路長変更素子、第２の光路長変更素子、光電変換素子、合焦検出領域、光軸等）と共に記載された用語（レンズ、導光ロッド、サブレンズ、撮像素子、検出エリア、ｚ軸等）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また相関演算部、デフォーカス情報取得部、撮像装置、電子機器等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  光学素子、２０  光路長変更素子、３０  撮像素子、４０  サブレンズ、
１００  モード選択部、１１０  システム制御部、１２０  撮像信号処理部、
１３０  撮像画像生成部、１３２  合成処理部、１３４  除去処理部、
１４０  画像記録部、１５０  モニター表示部、２００  フォーカス制御部、
２１０  検出エリア読出部、２２０  受光量算出部、
２３０  フォーカス制御量演算部、２４０  レンズ駆動制御部、
２５０  導光ロッド駆動制御部、２６０  コントラスト演算部、３００  アーム、
３１０  駆動モーター、９１０  カメラモジュール、９２０  表示制御回路、
９４０  ホストコントローラ、９５０  ドライバ、９６０  電気光学パネル、
９７０  操作入力部、
Ｏｂｊ  被写体、ＩＰ  入射面、Ｌ（ｚ）  受光量、ｕ（ｚ）  差分値
【図２】
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【図３】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１】
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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１３】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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