(57)【要約】【課題】  撮影画面内に高輝度被写体が存在する場合においても、高速なコントラストＡＦ制御を実現することを目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するために、第１の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第１のコントラスト評価値のピーク位置と前記第１の蓄積時間より蓄積時間が短い第２の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第２のコントラスト評価値のピーク位置に所定値以上の差がある場合、合焦位置が特定できていないと判定する判定手段を有する構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の射出瞳を通過した光束を受光して被写体像を生成する撮像素子と、前記撮像素子から出力される画素信号に基づいて求められる前記被写体像のコントラスト評価値を用いて焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置であって、
第１の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第１のコントラスト評価値のピーク位置と前記第１の蓄積時間より蓄積時間が短い第２の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第２のコントラスト評価値のピーク位置に所定値以上の差がある場合、合焦位置が特定できていないと判定する判定手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記判定手段において、前記合焦位置が特定できていないと判定された場合、前記第２の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第２のコントラスト評価値を用いて合焦を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記判定手段において、前記合焦位置が特定できていないと判定された場合、前記第１の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第１のコントラスト評価値の２つのピーク位置の間のピーク位置を合焦位置とすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記判定手段において、前記合焦位置が特定できていないと判定された場合、前記第２の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第２のコントラスト評価値の２つのピーク位置の間のピーク位置を合焦位置とすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記被写体像の第１のコントラスト評価値の２つのピーク位置の中間に位置するピーク位置を合焦位置とすることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記被写体像の第２のコントラスト評価値の２つのピーク位置の中間に位置するピーク位置を合焦位置とすることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
撮影光学系の射出瞳を通過した光束を受光して被写体像を生成する撮像素子と、前記撮像素子から出力される画素信号に基づいて求められる前記被写体像のコントラスト評価値を用いて焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
第１の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第１のコントラスト評価値のピーク位置と前記第１の蓄積時間より蓄積時間が短い第２の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第２のコントラスト評価値のピーク位置に所定値以上の差がある場合、合焦位置が特定できていないと判定する判定手段を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、等の撮像装置に関し、特に、コントラスト検出方式のオートフォーカスを搭載した撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコントラスト検出方式のオートフォーカスでは、夜景など、高輝度被写体が散在する場合には、特定の被写体に対して正確な合焦を得にくいという欠点がある。これは、点光源の輝度レベルが飽和レベルに達する場合に、コントラスト値は、本来の合焦状態で低く、本来の合焦位置から外れたピンボケ状態で高くなることによる。つまり、点光源の輝度レベルが飽和している場合、コントラストは点光源の周辺部で生じるので、ピンボケにより点光源の像が大きくなるほど、そのコントラスト値が増加して、正確な合焦が得られない。
【０００３】
このような課題に対して、撮影画面内の高輝度被写体を検出して、高輝度被写体が飽和しないようにＡＦ適正露出に設定するという公知技術がある。例えば、特許文献１では、撮像画面を複数の領域に分割して、各分割領域の輝度レベルを検出して、最も輝度レベルが高い領域を対象にしてＡＦ適正露出を設定するという技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６５０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で開示されている技術は、高輝度被写体を検出した後にＡＦ適正露出に設定する。つまり、高輝度被写体に対する検出動作とＡＦ動作が別々に行われる為に、合焦させるまでに時間がかかり、高速、高精度なコントラストＡＦを行うことができないという問題が起こりえた。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み成されたものであり、蓄積時間が異なる複数のコントラスト評価値を取得し、取得した複数のコントラスト評価値から高輝度光源による偽合焦か否かを判定することで、高速、高精度なコントラストＡＦを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を受光して被写体像を生成する撮像素子と、前記撮像素子から出力される画素信号に基づいて求められる前記被写体像のコントラスト評価値を用いて焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置であって、
第１の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第１のコントラスト評価値のピーク位置と前記第１の蓄積時間より蓄積時間が短い第２の蓄積時間にて前記撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる前記被写体像の第２のコントラスト評価値のピーク位置に所定値以上の差がある場合、合焦位置が特定できていないと判定する判定手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の撮像装置によれば、撮影画面内に高輝度光源が存在する場合においても、高輝度被写体による偽合焦か否かを判定することで、高速、高精度なコントラストＡＦ制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の画像取得タイミングを説明する図である。
【図３】撮影画面内に高輝度被写体がある場合のコントラストＡＦ評価値のイメージ図である。
【図４】本発明の実施形態の判定手段を説明するイメージ図である。
【図５】本発明の実施形態の判定手段で判定した後の動作を表す図である。
【図６】本発明の実施形態のフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態の判定手段で判定した後の動作を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
〔第一の実施形態〕
図１〜図５は本発明の第一の実施形態に係わる図である。以下、図を用いて第一の実施形態の作用を説明する。
【００１２】
（撮像装置の構成）
図１は本発明の撮像装置の構成図で、１はカメラ本体、２は固定レンズ２ａ、変倍レンズ２ｂ、ＡＦ（オートフォーカス）用のフォーカスレンズ２ｃ、光学ローパスフィルタ２ｄ、および撮像素子２ｅで構成される撮影光学系であり、鏡筒３で保持されている。８は背面液晶モニタである。また、フォーカスレンズ２ｃは不図示のアクチュエータにより、矢印４方向に駆動される。シャッタ５は適切な露光時間の間、シャッタ羽６を開くことで被写体からの光束を撮像素子２ｅに導く。カメラ本体１に内蔵される制御手段としてのＣＰＵ７は、本発明に関連する要素のみブロック図として、カメラ本体１の外に示してある。
【００１３】
ＣＰＵ７内は露光制御手段００２、画像処理手段００３、画像一時記憶手段００４、ＡＦ画像選択手段００５、評価値算出手段００６、判定手段００７、焦点調節手段としてのＡＦ駆動制御手段００８、ＡＦ駆動手段００９を有する。露光制御手段００２はシャッタ駆動手段００１を介してシャッタ羽根６の開閉駆動制御を行う。また、焦点調節手段としてのＡＦ駆動制御手段００８はＡＦ駆動手段００９を介してフォーカスレンズ２ｃを矢印４方向に駆動制御する。露光制御手段００２は画像処理手段００３からの被写体情報に基づいて静止画や動画撮影時に適した露光時間を設定する。
【００１４】
焦点調節手段としてのＡＦ駆動制御手段００８は、撮影光学系の射出瞳を通過した光束を受光して被写体像を生成する撮像素子から出力される画素信号に基づいて求められる被写体像のコントラスト評価値を用いて焦点調節を行う機能を有する。
【００１５】
判定手段００７は、第１の蓄積時間にて撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる被写体像の第１のコントラスト評価値のピーク位置と第１の蓄積時間より蓄積時間が短い第２の蓄積時間にて撮像素子から出力された画素信号に基づいて求められる被写体像の第２のコントラスト評価値のピーク位置に所定値以上の差がある場合、合焦位置が特定できていないと判定する。
【００１６】
そして、静止画撮影時には撮影条件に見合った時間だけシャッタ羽根６を開き、被写体光束を撮像素子２ｅに導く事で撮像を行ない、その結果を画像処理手段００３で処理して画像一次記録手段００４に記録する。動画撮影時には露光制御手段００２は動画撮影中、シャッタ羽根６を常に開状態にしておき、撮像素子の不図示の電子シャッタ機能を制御して与えられたフレーム長２１（例えば１／６０秒）毎に画像を更新してゆく。
【００１７】
ここで、本実施形態においては、フレーム長２１を例えば１／９０秒と、１／１８０秒のフレームに分けて図２の画像２２ａ、２２ｂを取得している。このように本実施形態においては、図２を用いて詳細後述する様に、各フレームで撮影周期が異なる（露光時間が異なる）複数の画像を取得する。画像一時記憶手段００４は画像処理手段００３で取得した図２のフレーム２１内の画像を一時的に記憶する。
【００１８】
ＡＦ画像選択手段はフレーム２１内の露光時間が異なる複数種類の図２の画像２２ａ、２２ｂを選択する。図２は動画撮影において露光制御手段００２が撮像素子の不図示の電子シャッタ機能を制御して１フレーム長（例えば１／６０秒）毎に複数の画像を更新してゆく様子を具体的に説明する図である。図２において、横軸は経過時間、縦軸は各画像の画面上の高さを示している。
【００１９】
そして、撮像素子２ｅとしてＣＭＯＳタイプのイメージャーを用いて電子シャッタで画像を取得する場合には、いわゆるローリングシャッタ−読み出しの為に画像の上下で露光タイミングがずれる事になる。図２において、露光制御手段００２が好ましいと判定した１／６０秒を１フレーム長２１とし、その中を分割するようにして、複数の画像を取得する様子を示している。そこで、１／９０秒の画像２２ａ、そして、画像２２ａより短い１／１８０秒の画像２２ｂを取得し１フレーム長２１に格納している。以降、同様に１フレーム長毎に画像を格納するという動作を繰り返す。
【００２０】
ここで１フレーム長２１内の各画像は異なる蓄積時間としての露光時間で取得されており、図２においては１／９０秒、１／１８０秒の様にその時間を半分に縮めている。しかしながら、この各画像の枚数や、露光時間の比、前後関係はこれに限られるものではない。ＡＦ画像選択手段００５は、露光制御手段００２が設定したＡＦ露光条件に基づいて撮影されたのち、画像一次記憶手段００４に記憶されている画像２２ａ、画像２２ｂを選択する。評価値算出手段００６はＡＦ画像選択手段００５で選択された２種類の画像から、それぞれ第１のコントラス評価値と、第１のコントラスト評価値よりも蓄積時間が短い第２のコントラスト評価値を算出する。
【００２１】
さらに、判定手段００７で得られた第１のコントラスト評価値、第２のコントラスト評価値それぞれのコントラスト評価値のピーク位置を比較して、合焦位置が特定できるか否かを判定する。
【００２２】
ここで、判定手段００７につて、図６の判定手段サブフローを用いて説明する。
【００２３】
ステップＳ１０１では、第１のコントラスト評価値を取得する。
【００２４】
ステップＳ１０２では、第２のコントラスト評価値を取得する。
【００２５】
ステップＳ１０３では、第１のコントラスト評価値と第２のコントラスト評価値のコントラストピークが取得できたか否かを判定する。第１のコントラスト評価値と第２のコントラスト評価値の内、どちらか１つでも、コントラストピークが取得出来ていないと判定されれば、再度コントラスト評価値を取得する為に、ステップＳ１０１へと戻る。一方、第１のコントラスト評価値と第２のコントラスト評価値の両方のコントラストピークが取得出来ていると判定されれば、ステップＳ１０４へと進む。
【００２６】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で取得したコントラストピークのレンズ位置を用いて、合焦位置が検出出来ているか否かを判定する。まず、第１のコントラストピークと第２のコントラストピークのレンズ位置差を算出する。そして、算出されたコントラストピークのレンズ位置差と閾値とを用いて判定を行う。コントラストピークのレンズ位置差が閾値よりも大きいと判定された場合には、合焦位置が特定できていないとして、ステップＳ１０５に進み合焦位置を算出する。一方、コントラストピークのレンズ位置差が閾値よりも小さい場合、合焦位置が特定できているとして、判定手段サブフローを抜ける。
【００２７】
そして、合焦位置が特定できると判定されれば、評価値算出手段００６で算出した第１のコントラス評価値、第２のコントラスト評価値に基づいて、ＡＦ駆動制御手段００８はＡＦ駆動手段００９を介してフォーカスレンズ２ｃを矢印４方向に合焦調節駆動する。
【００２８】
ここで、判定手段サブフローのステップＳ１０４合焦位置が特定できたか否かの判定方法について、図３、図４を用いて説明する。図３は撮影画面内に高輝度被写体がある場合の合焦時、デフォーカス時における画像（図３−１）とコントラストＡＦ評価値（図３−２）を表している。
【００２９】
図４は、本発明の判定手段を説明する図であり、図４−１は、露光御制御手段００２が制御する第１の蓄積時間で蓄積した撮像素子２ｅ出力より評価値算出手段００６が算出する第１のコントラスト評価値、図４−２は、第１の蓄積時間より蓄積時間が短い第２の蓄積時間で蓄積した撮像素子２ｅの出力より評価値算出手段００６が算出する第２のコントラスト評価値を表している。本発明のコントラスト検出方式について説明する。コントラスト検出方式とは、フォーカスレンズを光軸方向に駆動しながらイメージセンサで撮像された被写体像のコントラスト評価を行うことで合焦位置を検出する焦点調節方式である。
【００３０】
コントラストＡＦ検出方法の詳細については、さまざまな特許文献にて開示されていて公知の技術であるため、説明は省略する。図３のように撮影画面内に高輝度光源が存在する場合、高輝度光源の輝度レベルが合焦時だけでなく、デフォーカス時においても飽和レベルＬＳに達してしまう。このような場合、コントラスト評価値は合焦位置では低く（図３−ａ））、デフォーカス時には高くなる（図３−ｂ））。
【００３１】
つまり、高輝度光源の輝度レベルが飽和している場合には、光源の周辺部でコントラストが生じるので、デフォーカスすることにより高輝度光源の像が大きくなるほど、コントラスト評価値が増加して、正確な合焦位置を得ることが出来ない。
【００３２】
そこで、本発明では、蓄積時間が異なる第１のコントラスト評価値と第２のコントラスト評価値を用いて、撮影画面内に高輝度光源が存在したとしても、高輝度光源による偽合焦か否かを判定して、高速、高精度なコントラストＡＦを行う。
【００３３】
図４のｂは図３のｂで説明した撮影画面内に高輝度光源が存在する場合での、デフォーカスした時の第１のコントラスト評価値を表している。図４のｃは第１のコントラスト評価値とは蓄積時間が異なる第２のコントラスト評価値を表している。なお、本実施形態では第１のコントラスト評価値よりも第２のコントラスト評価値の方が短い蓄積時間で取得した画像を用いた場合について説明しているが、用いる画像の蓄積時間は逆であっても可能である。
【００３４】
図４のように、撮影画面内に高輝度光源が存在する場合、第１のコントラスト評価値と第２のコントラスト評価値のピーク位置が異なる為、本実施形態の判定手段において、合焦位置が特定できていないと判定する。
【００３５】
図４−２は第１のコントラスト評価値と第２のコントラスト評価値を併記したグラフであり、横軸はデフォーカス量、縦軸は各デフォーカス時におけるコントラスト評価値を示している。波形５１は第１のコントラスト評価値のデフォーカス量との関係を表し、波形５２は第２のコントラスト評価値のデフォーカス量との関係を表している。
【００３６】
今、フォーカスレンズ２Ｃを図１の矢印４方向に走査して、例えば、図４−２で紙面左から右にデフォーカス量を変化させていく時を考える。この時、輝度の低い被写体の場合には波形５１と波形５２は図４−３の様に共にコントラスト評価値のピークｄを越すが高輝度被写体の場合には図４−２の様にはじめに波形５１のピークｂを越し、その後、波形５２のピークｃを越える。
【００３７】
そこで、図４−２の状態となった時には合焦位置が特定できていないと判断する。以上のように、本発明の撮像装置によれば、蓄積時間が異なる複数のコントラスト評価値を用いて、コントラストＡＦだけでなく、高輝度光源による偽合焦か否かも判定することができるため、高速、高精度なコントラストＡＦ制御を実現することができる。
【００３８】
ここで、合焦位置が特定できない場合の対策について以下に説明する。
【００３９】
本発明の判定手段において、合焦位置が特定できていないと判定された場合には、コントラスト評価値の取得範囲を広げて、得られた２つのコントラスト評価値を用いて合焦位置を算出する。
【００４０】
図５のように第１のコントラスト評価値と第２のコントラスト評価値のどちらも飽和によって、コントラストピーク位置が２か所現れる場合、得られた２つのコントラストピークの中心を合焦とする。図５は上記動作を説明する図である。図６のステップＳ１０４で合焦位置が特定できていないと判定された場合には、現在のコントラスト評価値のピーク位置ではない箇所に合焦位置があるとして、コントラスト評価値の取得範囲を図５のレンズ位置Ｌ１からレンズ位置Ｌ２まで広げる。このようにコントラスト評価値の取得範囲を広げることによって、撮影画面内に高輝度光源が存在する場合にはコントラスト評価値のピーク位置が２つ現れる。そして、この２つのコントラスト評価値のピークの中間位置Ｌ３が合焦位置であると判定する。
【００４１】
Ｌ３は２つのコントラストピークＰ１、Ｐ２の中間位置なので、算出方法はＬ３＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２のようになる。そして、２つのコントラスト評価値のピークの中間位置Ｌ３の合焦位置の算出は、第１のコントラスト評価値、第２のコントラスト評価値のどちらを用いても良い。
【００４２】
第１のコントラスト評価値は、第２のコントラスト評価値と比べて蓄積時間が長い為、ＳＮの良い被写体信号から生成される。その為、手振れ等の外乱の影響を受けにくい。
一方で、第２のコントラスト評価値は、第２のコントラスト評価値と比べて蓄積時間が短い為、第１のコントラスト評価値よりも飽和の影響が小さい評価値を取得することが出来る。また、図７のように第２のコントラスト評価値では飽和が起きていない場合、第２のコントラストピーク位置を合焦とする。図７は上記動作を説明する図である。図６のステップＳ１０４で合焦位置が特定できていないと判定された場合には、合焦位置を見つける為に、コントラスト評価値の取得範囲を図７のレンズ位置Ｌ１´からレンズ位置Ｌ２´まで広げる。このようにコントラスト評価値の取得範囲を広げることによって、撮影画面内に高輝度光源が存在する場合には第１のコントラスト評価値のピーク位置が２つ現れる。
【００４３】
しかし、第１のコントラスト評価値よりも蓄積時間が短い第２のコントラスト評価値では、飽和が起きない為コントらウと評価値のピーク位置はＬ３´となる。これより、第２のコントラスト評価値のピークＬ３´が合焦位置であると判定する。
【００４４】
以上のように、本発明の撮像装置によれば、判定手段により、合焦位置ではないと特定された場合にコントラスト評価値の取得範囲を広げて、得られた２つのコントラスト評価値のピークの中心を合焦とするため、高速なコントラストＡＦ制御を実現することができる。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  カメラ本体
２ａ  固定レンズ
２ｂ  変倍レンズ
２ｃ  フォーカスレンズ
２ｄ  光学ローパスフィルタ
２ｅ  撮像素子
３  鏡筒
４  フォーカスレンズの駆動範囲
５  シャッタ
６  シャッタ羽
７  ＣＰＵ
８  背面液晶モニタ
【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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