(57)【要約】【課題】フォーカスレンズの合焦状態を適切に判断できる撮像装置を得る。【解決手段】合焦レンズ１０３は、起点Ａから近方点Ｂを経て遠方点Ｃに移動し、そして起点Ａに戻る。合焦レンズ１０３の位置変化を示す曲線を位置曲線と呼ぶ。合焦レンズ１０３が移動する期間においてコントラストは周期的に変化する。位置曲線とコントラスト曲線とを合成して得られる合成関数を積分した積分値に応じて、被写体に合焦しているか、合焦方向は遠方か近方かを決定する。【選択図】図１
2014123067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像して画像データを出力する撮像部と、
合焦方向に移動して前記撮像部に被写体像を合焦させる合焦部と、
前記画像データのコントラストを用いて前記合焦方向を決定する制御部とを備え、
前記合焦部は、起点から遠方方向に所定距離だけ離れた遠方点と、起点から近方方向に前記所定距離だけ離れた近方点に移動し、
前記撮像部は、前記合焦部が移動している期間に、所定の時間間隔で画像データを出力し、
前記制御部は、前記起点、前記遠方点、及び前記近方点にかけて前記合焦部が移動している期間における前記コントラストの変化と前記合焦部の位置とを合成した合成関数を積分して得られた積分値に基づいて前記撮像部における被写体像の合焦状態を判断する撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記撮像部に被写体像が合焦したか否かを判断する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記合焦方向を判断する請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記積分値が所定の範囲内であるときに、前記撮像部に被写体像が合焦したと判断する請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記合焦部の位置に関しては前記起点から前記遠方点に向かう方向を正方向とし、前記起点から前記近方点に向かう方向を負方向とし、前記コントラストに関しては現在の前記コントラストを原点として前記コントラストの正負を決定し、前記積分値が正であるときに、前記遠方点に向けた方向を合焦方向と判断し、前記積分値が負であるときに、前記近方点に向けた方向を合焦方向と判断する請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス機能を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体に自動的に撮影レンズの焦点を合わせるオートフォーカス機能を有する撮像装置が知られている。このような撮像装置は、山登り方式と呼ばれるオートフォーカス方式を用いる。山登り方式は、合焦レンズを光軸方向に一定の移動量だけ往復させて合焦状態を検出し、より合焦状態に近い方向を合焦レンズの合焦方向として判断する。そして、合焦方向に合焦レンズを移動させ、合焦状態を判断する。これを繰り返して合焦レンズを被写体に合焦させる。移動量は、レンズの絞り値又はゲインに基づいて求められ、合焦状態は、輝度信号の高周波成分をピーク検波することにより判断される（引用文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７０５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、レンズの絞り値又はゲインに基づいて移動量を求める方式では、設定された移動量が必要最低限の移動量ではないおそれがある。移動量が必要最低限でなければ、フォーカスレンズが不必要に動かされ、合焦までの時間が長くなる。そのため、シャッターチャンスを逃したり、焦点が合わない動画が記録されてしまったりするおそれがある。さらに、輝度信号の高周波成分をピーク検波することにより合焦状態を判断する方式では、適切にピーク検波できないおそれがある。
【０００５】
本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、フォーカスレンズの合焦状態を適切に判断できる撮像装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明による撮像装置は、被写体像を撮像して画像データを出力する撮像部と、合焦方向に移動して撮像部に被写体像を合焦させる合焦部と、画像データのコントラストを用いて合焦方向を決定する制御部とを備え、合焦部は、起点から遠方方向に所定距離だけ離れた遠方点と、起点から近方方向に所定距離だけ離れた近方点に移動し、撮像部は、合焦部が移動している期間に、所定の時間間隔で画像データを出力し、制御部は、起点、遠方点、及び近方点にかけて合焦部が移動している期間におけるコントラストの変化と合焦部の位置とを合成した合成関数を積分して得られた積分値に基づいて撮像部における被写体像の合焦状態を判断することを特徴とする。
【０００７】
制御部は、撮像部に被写体像が合焦したか否かを判断することが好ましい。
【０００８】
制御部は、合焦方向を判断することが好ましい。
【０００９】
制御部は、積分値が所定の範囲内であるときに、撮像部に被写体像が合焦したと判断することが好ましい。
【００１０】
制御部は、合焦部の位置に関しては起点から遠方点に向かう方向を正方向とし、起点から近方点に向かう方向を負方向とし、コントラストに関しては現在のコントラストを原点としてコントラストの正負を決定し、積分値が正であるときに、遠方点に向けた方向を合焦方向と判断し、積分値が負であるときに、近方点に向けた方向を合焦方向と判断することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フォーカスレンズの合焦状態を適切に判断できる撮像装置を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】撮像装置を概略的に示したブロック図である。
【図２】コントラストと合焦レンズの位置との関係を示したグラフである。
【図３】コントラスト曲線とレンズ位置曲線との関係を示したグラフである。
【図４】コントラスト曲線とレンズ位置曲線との合成関数を示したグラフである。
【図５】コントラストと合焦レンズの位置との関係を示したグラフである。
【図６】コントラスト曲線とレンズ位置曲線との関係を示したグラフである。
【図７】コントラスト曲線とレンズ位置曲線との合成関数を示したグラフである。
【図８】コントラスト曲線とレンズ位置曲線との関係を示したグラフである。
【図９】コントラスト曲線とレンズ位置曲線との合成関数を示したグラフである。
【図１０】動画記録処理を示したフローチャートである。
【図１１】ＡＦ待機処理を示したフローチャートである。
【図１２】駆動処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本願発明の一実施形態による撮像装置について図１を用いて説明する。図１は、撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラ１００を示す。図１を用いてデジタルカメラ１００の構成について説明する。
【００１４】
デジタルカメラ１００は、制御部を成すＤＳＰ１０１、撮像部を成す撮像素子（ＣＣＤ）１０２、合焦レンズ１０３を有する撮像レンズ１０４、撮像素子１０２に照射される光量を調節する絞り１０５と、シャッター幕１０６とを主に備える。合焦レンズ１０３は合焦部を成し、レンズ駆動部１１１によって光軸方向に駆動されて撮像レンズ１０４のピントを調節し、撮像素子１０２に被写体像を結像させる。光軸方向は、撮像レンズ１０４の合焦方向である。
【００１５】
ユーザがレリーズボタン１０７を半押しすると、ＤＳＰ１０１は、画像データのコントラストを用いてピントが合っているか否かを判断する。そしてピントが合っていない場合、画像データのコントラストを用いて合焦レンズ１０３の合焦方向を決定し、レンズ駆動部１１１に合焦レンズ１０３を駆動させ、被写体にピントを合わせる。被写体にピントが合っている合焦レンズ１０３の位置を合焦位置といい、現在の合焦レンズ１０３の位置を起点という。そして、起点から合焦位置に向かう方向を合焦方向と言う。また、遠方の被写体にピントが合う合焦レンズ１０３の駆動方向を遠方方向と呼び、近方の被写体にピントが合う合焦レンズ１０３の駆動方向を近方方向と呼ぶ。そして、起点から遠方方向に所定の距離だけ離れた点を遠方点、起点から近方方向に所定の距離だけ離れた点を近方点と呼ぶ。
【００１６】
ユーザがレリーズボタン１０７を全押しすると、撮像素子１０２は、被写体像を撮像して画像データを出力する。画像データは画像処理回路１０８に送信され、画像処理回路１０８は、画像データに様々な画像処理を行って、ＤＳＰ１０１、メモリカード１０９、及びモニタ１１０に送信する。ＤＳＰ１０１は画像処理回路１０８から受信した画像データに基づいて様々な処理を行う。そして、記憶して残すべき画像データをメモリカード１０９に送信する。モニタ１１０は画像処理回路１０８から受信した画像データを表示する。メモリカード１０９は、例えばＳＤカードであって、ＤＳＰ及び画像処理回路１０８から受信した画像データを記憶する。
【００１７】
次に図２−４を用いて、動画を撮像している期間に被写体像を撮像素子１０２に合焦させる処理について説明する。動画を撮像しているとき、合焦レンズ１０３は光軸方向に往復運動し、撮像素子１０２は一定期間毎に画像データを撮像し、ＤＳＰ１０１は画像データを受信してコントラストを算出している。
【００１８】
図２を参照すると、合焦レンズ１０３は、起点Ａから近方点Ｂを経て遠方点Ｃに移動し、そして起点Ａに戻っている。合焦レンズ１０３によるこの移動を合焦レンズ１０３の一往復という。ここで、起点Ａは合焦位置であり、近方点Ｂ及び遠方点Ｃは起点Ａから１００だけ離れた地点である。
【００１９】
図３は、コントラストの変化と合焦レンズ１０３の位置との関係を示す。図３において、左側の縦軸は合焦レンズ１０３の位置を示し、右側の縦軸はコントラストの値を示し、横軸は検出時刻を示す。合焦レンズ１０３の位置は、起点Ａから遠方方向を正、近方方向を負とする。合焦レンズ１０３は座標０である起点Ａから−１００だけ移動、すなわち近方方向に１００だけ移動して近方点Ｂに達した後、２００だけ移動、すなわち遠方方向に２００だけ移動して遠方点Ｃに達する。その後、近方方向に１００だけ移動して起点Ａに戻る。合焦レンズ１０３の位置変化を示す曲線を位置曲線と呼ぶ。合焦レンズ１０３が移動する期間においてコントラストは周期的に変化する。すなわち、コントラストは、起点Ａから近方点Ｂに向かうにつれて下がり、近方点Ｂから起点Ａに向かうにつれて上がり、起点Ａから遠方点Ｃに向かうにつれて下がり、遠方点Ｃから起点Ａに向かうにつれて上がる。コントラストの変化を示す曲線をコントラスト曲線と呼ぶ。
【００２０】
図４に、図３に示した位置曲線とコントラスト曲線とを合成して得られる合成関数を示す。合成関数を検出時刻０から３５に関して積分すると、得られる積分値は０になる。これにより、起点Ａから近方点Ｂを経て起点Ａに戻るまでのコントラストの変化量と、起点Ａから遠方点Ｃを経て起点Ａに戻るまでのコントラストの変化量とが等しいことがわかる。よって、起点Ａが合焦位置であると判断できる。なお、積分値が０でなくても、所定の範囲内であるときに、起点Ａが合焦位置であると判断することができる。所定の範囲は、撮像素子１０２の画素の大きさ等に基づいて決定される。
【００２１】
次に図５−７を用いて、起点Ａが合焦位置にない状況において被写体像を撮像素子１０２に合焦させる処理について説明する。
【００２２】
図５を参照すると、合焦レンズ１０３は、起点Ａから遠方点Ｃを経て近方点Ｂに移動し、そして起点Ａに戻っている。合焦レンズ１０３によるこの移動を合焦レンズ１０３の一往復という。ここで、起点Ａは合焦位置ではなく、近方点Ｂ及び遠方点Ｃは起点Ａから１００だけ離れた地点である。
【００２３】
図６は、コントラストの変化と合焦レンズ１０３の位置との関係を示す。図６において、左側の縦軸は合焦レンズ１０３の位置を示し、右側の縦軸はコントラストの値を示し、横軸は検出時刻を示す。合焦レンズ１０３は座標０である起点Ａから１００だけ移動、すなわち遠方方向に１００だけ移動して遠方点Ｃに達した後、−２００だけ移動、すなわち近方方向に２００だけ移動して近方点Ｂに達する。その後、遠方方向に１００だけ移動して起点Ａに戻る。コントラストは、起点Ａから遠方点Ｃに向かうにつれて下がり、遠方点Ｃから起点Ａを経て近方点Ｂに向かうにつれて上がり、近方点Ｂから起点Ａに向かうにつれて下がる。
【００２４】
図７に、図６に示した位置曲線とコントラスト曲線とを合成して得られる合成関数を示す。合成関数を検出時刻０から３５に関して積分すると、得られる積分値は負になる。これにより、起点Ａから遠方点Ｃを経て起点Ａに戻るまでのコントラストの変化量と、起点Ａから近方点Ｂを経て起点Ａに戻るまでのコントラストの変化量とが等しくないことがわかる。よって、起点Ａは合焦位置でないと判断できる。また、積分値が負であることから、負方向、すなわち起点Ａから近方方向に合焦位置があることがわかる。
【００２５】
次に図５、８、及び９を用いて、現実のデジタルカメラ１００において被写体像を撮像素子１０２に合焦させる処理について説明する。現実のデジタルカメラ１００においては、合焦レンズ１０３をスムーズに動かして合焦レンズ１０３の位置を連続的に変化させることが技術的に不可能であるため、位置曲線及びコントラスト曲線は図２−７に示したような連続的な曲線にはならない。ここでは、現実のデジタルカメラ１００を想定した位置曲線及びコントラスト曲線を用いて説明する。
【００２６】
図５を参照すると、合焦レンズ１０３は、起点Ａから遠方点Ｃを経て近方点Ｂに移動し、そして起点Ａに戻っている。ここで、起点Ａは合焦位置ではなく、近方点Ｂ及び遠方点Ｃは起点Ａから１００だけ離れた地点である。
【００２７】
図８は、コントラストの変化と合焦レンズ１０３の位置との関係を示す。図８において、左側の縦軸は合焦レンズ１０３の位置を示し、右側の縦軸はコントラストの値を示し、横軸は検出時刻を示す。合焦レンズ１０３は座標０である起点Ａから１００だけ移動、すなわち遠方方向に１００だけ移動して遠方点Ｃに達した後、−２００だけ移動、すなわち近方方向に２００だけ移動して近方点Ｂに達する。その後、遠方方向に１００だけ移動して起点Ａに戻る。コントラストは、起点Ａから遠方点Ｃに向かうにつれて下がり、遠方点Ｃから起点Ａを経て近方点Ｂに向かうにつれて上がり、近方点Ｂから起点Ａに向かうにつれて下がる。
【００２８】
図９に、図８に示した位置曲線とコントラスト曲線とを合成して得られる合成関数を示す。合成関数を検出時刻０から３５に関して積分すると、得られる積分値は負になる。これにより、起点Ａから遠方点Ｃを経て起点Ａに戻るまでのコントラストの変化量と、起点Ａから近方点Ｂを経て起点Ａに戻るまでのコントラストの変化量とが等しくないことがわかる。よって、起点Ａは合焦位置でないと判断できる。また、積分値が負であることから、負方向、すなわち起点Ａから近方方向に合焦位置があることがわかる。
【００２９】
よって、現実のデジタルカメラ１００であっても、図２−７に示した手法が実現可能であることがわかる。
【００３０】
次に、図１０を用いて動画記録処理について説明する。動画記録処理は、ＤＳＰ１０１により実行される処理であり、動画を記録する間に反復して実行される処理である。
【００３１】
始めのステップＳ１０１では、動画を記録し続けるか否かを判断する。記録を続ける場合、処理はステップＳ１０２に進み、続けない場合、処理は終了する。
【００３２】
次のステップＳ１０２では、ＡＦ待機処理を実行する。ＡＦ待機処理は、積分値に基づいて合焦状態を判断する処理であって、合焦レンズ１０３の次の移動方向を決定する。ＡＦ待機処理に関しては後述される。
【００３３】
次のステップＳ１０３では、ＡＦ処理を実行する。ＡＦ処理は、ＡＦ待機処理により決定された合焦レンズ１０３の移動方向に応じて合焦レンズ１０３を駆動する処理である。ＡＦ処理が終了した後、処理は再度ステップＳ１０１に戻る。
【００３４】
図１１を用いてＤＳＰ１０１が実行するＡＦ待機処理について説明する。ＡＦ待機処理は、ＤＳＰ１０１により実行される処理であり、積分値に基づいて合焦状態を判断する処理である。合焦状態を判断するとは、撮像素子１０２に被写体像が合焦したか否かを判断すること、及び合焦方向を判断することを意味する。
【００３５】
始めのステップＳ１１１では、後述する駆動処理を実行する。駆動処理は、位置曲線とコントラスト曲線とを作成して積分値を求める処理である。
【００３６】
次のステップＳ１１２では、ステップＳ１１１で求めた積分値を積算して得られた積算値の絶対値が所定の範囲内であるか否かを判断する。前述のように、所定の範囲は撮像素子１０２の画素の大きさ等に基づいて決定される。所定の範囲内であるとき、合焦レンズ１０３が合焦位置にあると判断して処理はステップＳ１１１を再度実行する。所定の範囲内に無いとき、合焦レンズ１０３が合焦位置にないと判断して処理はステップＳ１１３に進む。
【００３７】
ステップＳ１１３では積算値の符号について判断する。符号が正であるとき処理はステップＳ１１４に進み、符号が負であるとき処理はステップＳ１１５に進む。
【００３８】
ステップＳ１１４では、合焦レンズ１０３の次の移動方向を遠方方向に設定し、ステップＳ１１５では、合焦レンズ１０３の次の移動方向を近方方向に設定する。そしてステップＳ１１６に進む。
【００３９】
ステップＳ１１６では、次の移動方向が決定されたとして、処理を終了する。
【００４０】
図１２を用いて駆動処理について説明する。駆動処理は、ＤＳＰ１０１により実行される処理であり、位置曲線とコントラスト曲線とを作成して積分値を求める処理である。
【００４１】
始めのステップＳ１２１及びＳ１２２では、所定の時間間隔毎に所定の移動量だけ合焦レンズ１０３を動かす。すなわち、ステップＳ１２１では合焦レンズ１０３の次の位置を取得し、ステップＳ１２２では合焦レンズ１０３の次の位置をレンズ駆動部１１１に送信して、レンズ駆動部１１１に合焦レンズ１０３を駆動させる。
【００４２】
次のステップＳ１２３では、撮像素子１０２から画像データを取得して、画像データに基づいてコントラストを算出する。そして今までに取得済みのコントラストと合わせてコントラスト曲線を作成する。
【００４３】
ステップＳ１２４では、レンズ駆動部１１１から合焦レンズ１０３の位置を取得して、今までに取得済みの位置と合わせて位置曲線を作成する。
【００４４】
ステップＳ１２５では、コントラスト曲線と位置曲線との合成関数を作成する。
【００４５】
ステップＳ１２６では、合成関数を積分して積分値を算出する。
【００４６】
ステップＳ１２７では、合焦レンズ１０３が一往復したか否かを判断する。一往復していない場合、処理はステップＳ１２１に戻り、再度ステップＳ１２１からＳ１２７を実行する。一往復している場合、処理はステップＳ１２８に進み、合焦レンズ１０３を現在の位置で停止させる。そして処理を終了する。
【００４７】
本実施形態によれば、合焦レンズ１０３の合焦状態を適切に判断できる。また、合焦方向を正確に予測できるため、合焦方向と反対方向に合焦レンズ１０３を駆動してしまうことがない。またこれにより、被写体に迅速にピントを合わせることができる。さらに、積分値を用いることにより、合焦レンズ１０３を往復させる距離を短くしても合焦方向を予測することができる。
【００４８】
なお、本実施形態では動画を撮像しているときについて説明したが、静止画を撮像するときにおいても本実施形態による処理を実行することができる。
【００４９】
なお、撮像素子１０２として、ＣＭＯＳを用いても良い。
【００５０】
また、遠方方向を正、近方方向を負として説明したが、遠方方向を負、近方方向を正としてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１００  デジタルカメラ
１０１  ＤＳＰ
１０２  撮像素子（ＣＣＤ）
１０３  合焦レンズ
１０４  撮像レンズ
１０６  シャッター幕
１０７  レリーズボタン
１０８  画像処理回路
１０９  メモリカード
１１０  モニタ
１１１  レンズ駆動部
【図１】
2014123067.tif 000003
【図２】
2014123067.tif 000004
【図３】
2014123067.tif 000005
【図４】
2014123067.tif 000006
【図５】
2014123067.tif 000007
【図６】
2014123067.tif 000008
【図７】
2014123067.tif 000009
【図８】
2014123067.tif 000010
【図９】
2014123067.tif 000011
【図１０】
2014123067.tif 000012
【図１１】
2014123067.tif 000013
【図１２】
2014123067.tif 000014