(57)【要約】【課題】露出条件を適切に設定しつつ合焦時間を短縮可能な撮像装置を提供する。【解決手段】光学像を光電変換する撮像素子と、撮像素子からの画像信号に基づいてコントラスト評価値を含むコントラスト情報を生成するコントラスト情報生成手段と、コントラスト評価値に基づいて合焦制御を行うフォーカス制御手段と、コントラスト情報に基づいて合焦位置における輝度を推定する推定手段と、推定手段により推定された合焦位置における輝度に基づいて露出制御を行う露出制御手段とを有する。【選択図】図１
2015055713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学像を光電変換する撮像素子と、
前記撮像素子からの画像信号に基づいてコントラスト評価値を含むコントラスト情報を生成するコントラスト情報生成手段と、
前記コントラスト評価値に基づいて合焦制御を行うフォーカス制御手段と、
前記コントラスト情報に基づいて合焦位置における輝度を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された前記合焦位置における輝度に基づいて露出制御を行う露出制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記推定手段は、前記合焦位置における輝度のピーク値を推定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３】
前記推定手段は、輝度のピーク値とフォーカスレンズの位置に基づいて近似曲線を算出し、前記合焦位置における輝度のピーク値を推定することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記推定手段は、合焦制御中における前記輝度のピーク値の変化量が所定の値以上である場合、前記近似曲線を算出して前記合焦位置における輝度のピーク値を推定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５】
前記コントラスト情報は合焦度を含み、
前記推定手段は、前記合焦度に基づいて推定される推定合焦位置を前記近似曲線に代入することにより、前記合焦位置における輝度のピーク値を算出することを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記露出制御手段は、前記合焦度が所定の値以上である場合、前記合焦位置における輝度のピーク値に基づいて前記露出制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記露出制御手段は、前記合焦位置における輝度のピーク値が所定の範囲外である場合、前記露出制御を行うことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記露出制御手段は、シャッタースピード、絞り値、または、撮影感度の少なくとも一つを含む露出条件を変更するように前記露出制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記露出制御手段は、前記フォーカス制御手段によるフォーカスレンズの駆動中に前記露出制御を行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記推定手段は、合焦制御中に取得されたサンプリング数に応じて、前記合焦位置における輝度を推定する方法を変更することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記推定手段は、前記コントラスト情報に応じて前記合焦位置における輝度を推定する方法を変更することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記フォーカス制御手段は、
第１の露出条件において、第１の速度でフォーカスレンズを駆動し、
前記推定手段により推定された前記合焦位置における輝度に基づく第２の露出条件において、前記第１の速度よりも遅い第２の速度で前記フォーカスレンズを駆動することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
フォーカスレンズを備えたレンズ装置と、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置と、を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１４】
撮像素子を用いて光学像を光電変換するステップと、
前記撮像素子からの画像信号に基づいてコントラスト評価値を含むコントラスト情報を生成するステップと、
前記コントラスト情報に基づいて合焦位置における輝度を推定するステップと、
推定された前記合焦位置における輝度に基づいて露出制御を行うステップと、
前記露出制御を行った後に得られた前記コントラスト評価値に基づいて合焦制御を行うステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１５】
コンピュータに、請求項１４に記載の撮像装置の制御方法を実行させるように構成されていることを特徴とするプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コントラストＡＦ方式による焦点検出を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、デジタルカメラやビデオカメラなどの撮像装置において、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子から得られる画像信号の鮮鋭度（コントラスト）に基づいて合焦位置を検出するコントラストＡＦ方式による焦点検出方法が広く用いられている。具体的には、フォーカスレンズを移動させながら順次撮像し、得られた画像信号からコントラストの程度を示すコントラスト評価値を生成する。そして、コントラスト評価値に基づいてフォーカスレンズを光軸方向に移動させることにより、合焦位置を探索する。
【０００３】
コントラストＡＦ方式による焦点検出方法では、合焦位置の探索を開始する前に、評価領域を適正露光とするため、撮像素子の受光量を自動的に調整する露出制御を行う。しかしながら、従来のコントラストＡＦ方式における露出制御では、フォーカスレンズの移動開始後、露出条件は固定されている。このため、コントラストＡＦの開始位置において、被写体が大ボケであり、かつ、ボケ状態に応じて輝度が変化する被写体に対しては、露出条件を適正にすることが困難であり、合焦精度が劣化する。
【０００４】
特許文献１には、被写体を決定する第１の駆動、および、被写体の合焦近傍範囲のみを駆動する第２の駆動を行い、第２の駆動開始前に被写体の輝度情報に基づいて露出制御を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６０８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、第１の駆動で合焦位置を一度行き過ぎ、逆方向の第２の駆動で再度合焦位置を行き過ぎる駆動を要するため、合焦時間が長くなる。
【０００７】
そこで本発明は、露光条件を適切に設定しつつ合焦時間を短縮可能な撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての撮像装置は、光学像を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子からの画像信号に基づいてコントラスト評価値を含むコントラスト情報を生成するコントラスト情報生成手段と、前記コントラスト評価値に基づいて合焦制御を行うフォーカス制御手段と、前記コントラスト情報に基づいて合焦位置における輝度を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された前記合焦位置における輝度に基づいて露出制御を行う露出制御手段とを有する。
【０００９】
本発明の他の側面としての撮像システムは、フォーカスレンズを備えたレンズ装置と、前記撮像装置とを有する。
【００１０】
本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、撮像素子を用いて光学像を光電変換するステップと、前記撮像素子からの画像信号に基づいてコントラスト評価値を含むコントラスト情報を生成するステップと、前記コントラスト情報に基づいて合焦位置における輝度を推定するステップと、推定された前記合焦位置における輝度に基づいて露出制御を行うステップと、前記露出制御を行った後に得られた前記コントラスト評価値に基づいて合焦制御を行うステップとを有する。
【００１１】
本発明の他の側面としてのプログラムは、コンピュータに、前記撮像装置の制御方法を実行させるように構成されている。
【００１２】
本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。
【００１３】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、露出条件を適切に設定しつつ合焦時間を短縮可能な撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施例における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例において、フォーカスレンズ位置と合焦度の関係を示す図である。
【図３】本実施例において、時間とフォーカスレンズ位置との関係を示す図である。
【図４】本実施例において、フォーカスレンズ位置と輝度のピーク値との関係を示す図である。
【図５】本実施例において、フォーカスレンズ位置と輝度のピーク値との関係を示す図である。
【図６】本実施例における撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図７】本実施例における露出制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
まず、図１を参照して、本実施例における撮像装置の構成および動作について説明する。図１は、本実施例における撮像装置１００の構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、撮像素子１０７を備えた撮像装置本体（カメラ本体）と撮影光学系（レンズ装置）とが一体的に構成されている。ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体と、撮像装置本体に着脱可能なレンズ装置（交換レンズ）とを備えて構成される撮像システムにも適用可能である。また、本実施例の撮像装置１００は、動画および静止画を記録可能に構成されている。
【００１８】
図１において、１０１は撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群であり、光軸ＯＡの方向（光軸方向）に移動可能に保持される。１０２は絞りである。絞り１０２は、その開口径を調節することにより撮影時の光量調節を行い、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。１０３は第２レンズ群である。本実施例において、絞り１０２および第２レンズ群１０３は、一体的に光軸方向に駆動され、第１レンズ群１０１の移動と連動することにより変倍動作（ズーム動作）を行う。１０５は第３レンズ群（フォーカスレンズ）であり、光軸方向に移動することにより焦点調節（フォーカス動作）を行う。１０６は、光学的ローパスフィルタであり、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、および、第３レンズ群１０５などにより、撮影光学系が構成される。
【００１９】
１０７は、ＣＭＯＳセンサおよびその周辺回路により構成された撮像素子である。撮像素子１０７は、撮影光学系を介して得られた光学像（被写体像）を光電変換する。撮像素子１０７は、横方向にＭ画素、縦方向にＮ画素の受光ピクセルが正方配置され、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサである。
【００２０】
１１１はズームアクチュエータである。ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を手動またはアクチュエータで回動することにより、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０３、および、第３レンズ群１０５を光軸方向に駆動し、変倍動作を行う。１１２は絞りアクチュエータである。絞りアクチュエータ１１２は、絞り１０２の開口径を制御して撮影光量を調節するとともに、静止画撮影時の露光時間を制御する。１１４はフォーカスアクチュエータである。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）を光軸方向に駆動して焦点調節（フォーカス動作）を行う。
【００２１】
１２１はＣＰＵ（制御手段）である。ＣＰＵ１２１は、撮像装置１００の種々の制御を司るため、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、および、通信インターフェイス回路などを有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、撮像装置１００の各種回路を駆動し、焦点調節（ＡＦ）、撮影、画像処理、および、記録などの一連の動作を実行する。
【００２２】
１２２は撮像素子駆動回路である。撮像素子駆動回路１２２は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２３は画像処理回路である。画像処理回路１２３は、撮像素子１０７により取得された画像のカラー補間、γ変換、および、画像圧縮などの処理を行う。１２４はコントラスト情報生成手段としてのコントラスト信号処理回路である。コントラスト信号処理回路１２４は、撮像素子１０７からの画像信号に基づいて、すなわち撮像素子駆動回路１２２からの信号に対して各種フィルタ処理を行うことにより、コントラスト評価値を含むコントラスト情報を生成する。
【００２３】
１２５は、フォーカス制御手段としてのフォーカス駆動回路である。フォーカス駆動回路１２５は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に駆動することにより、焦点調節（フォーカス制御）を行う。すなわちフォーカス駆動回路１２５は、コントラスト評価値に基づいて合焦制御を行う。１２６は絞り駆動回路である。絞り駆動回路１２６は、絞りアクチュエータ１１２を駆動し、絞り１０２の開口を制御する。１２７はズーム駆動回路である。ズーム駆動回路１２７は、撮影者のズーム操作に応じて、ズームアクチュエータ１１１を駆動する。
【００２４】
１３１はＬＣＤなどの表示器である。表示器１３１は、撮像装置１００の撮影モードに関する情報、撮影時のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。１３２は操作部（操作スイッチ群）である。操作部１３２は、電源スイッチ、撮影開始スイッチ、ズーム操作スイッチ、および、撮影モード選択スイッチなどで構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリ（記録手段）であり、動画および静止画を含む撮影済み画像を記録する。
【００２５】
１４１は露出制御手段である。露出制御手段１４１は、撮像素子１０７からの画像信号に基づいて評価領域の輝度を算出し、シャッタースピード（Ｔｖ値）、絞り値（Ａｖ値）、撮影感度（Ｓｖ値）などの露出条件を決定する。また露出制御手段１４１は、後述の推定手段１４２により推定された合焦位置における輝度（輝度のピーク値）に基づいて露出制御を行う（露出を変更する）。１４２は推定手段である。推定手段１４２は、コントラスト信号処理回路１２４により生成された評価領域の画素の輝度と、後述するコントラスト情報の一つである合焦度とに基づいて合焦位置を推定し、推定された合焦位置の輝度（輝度のピーク値）を推定する。より具体的には、推定手段１４２は、輝度のピーク値とフォーカスレンズの位置に基づいて近似曲線を算出し、合焦位置における輝度のピーク値を推定する。
【００２６】
撮像素子１０７の画素において、カラーフィルタがベイヤー配列で配置されている。奇数行の画素には、左から順に緑（Ｇｒｅｅｎ）と赤（Ｒｅｄ）のカラーフィルタが交互に設けられる。また、偶数行の画素には、左から順に青（Ｂｌｕｅ）と緑（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタが交互に設けられる。また撮像素子１０７にはオンチップマイクロレンズが設けられており、オンチップマイクロレンズの内側には光電変換部が配置される。
【００２７】
本実施例において、撮像素子１０７の画素信号の読み出しモードとして、第１の読み出しモードおよび第２の読み出しモードの２種類の読み出しモードがある。第１の読み出しモードは全画素読み出しモードと称し、高精細静止画を撮像するためのモードである。この場合、全画素の信号が読み出される。一方、第２の読み出しモードは間引き読み出しモードと称し、動画記録またはプレビュー画像の表示のみを行うためのモードである。この場合に必要な画素数は全画素よりも少ないため、画素群はＸ方向及びＹ方向ともに所定比率に間引いた画素のみが読み出される。これにより、高速読み出しが可能になる。
【００２８】
続いて、コントラストＡＦ方式の焦点検出について説明する。コントラスト信号処理回路１２４は、評価領域の画像信号に対して各種のフィルタ処理を行うことにより高周波成分を抽出し、コントラスト評価値を生成する。本実施例において、コントラスト評価値とは、評価領域内の画像信号に対してフィルタ処理を行い、高周波成分のみを抽出することによって１ラインあたりのピーク値を保持し、各ラインの最大値を垂直方向に積算した値と定義する。コントラスト信号処理回路１２４は、複数の周波数特性を有するフィルタまたは周波数特性が可変なフィルタを有する。コントラスト評価値は、評価周波数帯域の異なるフィルタに変更することにより、取得可能な周波数成分を変更することができる。またコントラスト信号処理回路１２４は、コントラスト評価値のみの生成だけではなく、その他のコントラスト情報も生成する。その他のコントラスト情報とは、評価領域内の画像信号の輝度のピーク値、画像信号の輝度の高周波成分のピーク、評価領域内の画像信号の輝度レベルの最大値および最小値の差などである。コントラストＡＦ方式の焦点検出は、撮像信号を直接フィルタを介した信号処理へ適用し、コントラスト評価値などのコントラスト情報を生成するため、撮像信号をメモリする必要がなく、演算負荷も軽い。このため、測距領域（焦点検出領域）の範囲に依存せず、複数の評価領域を同時に信号処理することが可能である。
【００２９】
コントラスト信号処理回路１２４により生成されたコントラスト評価値は、合焦度（合焦度合い）に応じて変化する。すなわち、ピントが合った画像のコントラスト評価値は大きく、ぼけた画像のコントラスト評価値は小さい。このためコントラスト評価値は、撮影光学系の焦点状態を表す値として利用することができる。ただし、コントラストＡＦ方式は、位相差ＡＦ方式のようにデフォーカス量がわからないため、コントラスト評価値が最大となるフォーカス位置を探索する必要がある。
【００３０】
コントラストＡＦ方式では、撮影者がレリーズスイッチを半押しした状態（ＳＷ１）となると、まずコントラストＡＦの評価領域が適正露出になるように露出設定を行う。その後、フォーカスレンズ（第３レンズ群１０５）をある方向に移動させるスキャン動作を行い、コントラスト評価値が増加する方向を探索する。そして、その方向へフォーカスレンズ（第３レンズ群１０５）を移動させ、コントラスト評価値の最大値を取得し、かつ、その後減少に転じるまでのコントラスト評価値を取得する。合焦判定は、コントラスト評価値の値が大きい上位３点または４点を用い、それらと対応するフォーカスレンズ位置から補間計算を行う。そして、コントラスト評価値が最大値となるフォーカスレンズ位置（合焦位置）を算出することにより、合焦位置へフォーカスレンズ（第３レンズ群１０５）を移動させることができる。コントラストＡＦ方式において、コントラスト評価値を取得可能な周期は、撮像素子１０７の読み出し周期であるフレームレートに依存する。このため、フォーカスレンズの移動させるスキャン動作中にコントラスト評価値は離散的にしか取得できず、スキャン速度を適切に設定する必要がある。
【００３１】
コントラストＡＦ方式において、合焦位置を高精度に検出するための課題は、第一に、適正露出で合焦位置を検出すること、および、第二に、コントラスト評価値の取得間隔を密にすることである。まず、第一の課題である、適正露出で合焦位置を検出することについて説明する。評価領域が適正露出に対して過度に低い場合や高い場合、正確に合焦位置を検出することができない。適正露出に対して低い場合、評価領域の被写体に対する光量が不足するため、コントラスト評価値のＳ／Ｎが小さくなり、コントラスト評価値のピーク値を正確に検出できない。一方、適正露出に対して高い場合、評価領域の光量が飽和することにより、コントラスト評価値のピークが正確に算出できず、合焦位置を検出できない。
【００３２】
適正露出でコントラストＡＦを行うため、スキャン動作を開始する前に露出制御を行うが、ＡＦ開始位置で行うためボケ状態の被写体に対して露出制御を行うことになる。このため、ボケ時と合焦近傍で適正露出が異なるような被写体（例えば、細い線の被写体や顔など）では適正露出で合焦近傍をコントラストＡＦを行うことができない。合焦近傍とは、合焦位置を算出するために、必要なコントラストＡＦのスキャン範囲である。絞り値をＦ、許容錯乱円径をδとすると、本実施例の合焦近傍は合焦位置に対して約±６Ｆδである。
【００３３】
前述の被写体に対してコントラストＡＦを行う場合、ＡＦ開始時に大ボケの場合にはボケ状態で適正露出に設定する。このとき、合焦近傍において露出が大きくなり、コントラスト評価値の信頼性が低下することにより、再度露出制御をし、スキャン動作を行うことになる。この結果、ＡＦ時間が長くなる。対策としては、露出制御をスキャン中も随時行う方法がある。しかし、合焦近傍で露出制御をすると、光量変化によりコントラスト評価値が変動する。この変動が露出制御によるものかボケによるものかを切り分けられず、コントラスト評価値の信頼性が低下し、正確に合焦位置を検出できない。
【００３４】
続いて、第二の課題である、コントラスト評価値の取得間隔を密にすることについて説明する。コントラスト評価値の取得間隔を密にするには、フォーカスレンズの移動速度を低速に設定する必要がある。ただし、フォーカスレンズの移動速度であるスキャン速度を低速にする必要があるのは、コントラスト評価値が最大値を取る合焦近傍のみである。ボケ時はコントラスト評価値の取得間隔を密にする必要はなく、すばやく合焦近傍まで移動することにより、合焦時間を短縮できる。コントラストＡＦ方式において、合焦近傍ではスキャン速度を低速にして密にコントラスト評価値を取得する。一方、ボケ時にはスキャン速度を高速にして、粗くコントラスト評価値を取得する。これにより、合焦時間を短縮することができる。
【００３５】
合焦時間を短縮するため、ボケ時と合焦近傍でフォーカスレンズの移動速度であるスキャン速度を変えるための指標として、コントラスト情報の一つである合焦度を用いる。合焦度とは、評価領域内の画像信号に対してフィルタ処理によって高周波成分のみを抽出した中で評価領域の全ライン内でのピーク値を、評価領域内の画像信号の輝度レベルの最大値と最小値の差で除算した値である。
【００３６】
合焦度を用いることにより、被写体のコントラストの影響を低減することができる。被写体が低コントラストの場合、合焦度の分母である評価領域内の画像信号の輝度レベルの最大値と最小値の差が小さく、かつ、合焦度の分子である評価領域の全ライン内での高周波成分の最大値も小さい。一方、被写体が高コントラストの場合、合焦度の分母である評価領域内の画像信号の輝度レベルの最大値と最小値の差が大きく、かつ、合焦度の分子である評価領域の全ライン内での高周波成分のピーク値も大きい。このように合焦度は、評価領域の全ライン内での高周波成分のピーク値を評価領域内の画像信号の輝度レベルの最大値と最小値の差で除算することで、被写体のコントラストによらないように正規化することができる。これにより、例えばどのような被写体に対しても、合焦位置の合焦度を１とした場合に、ボケから合焦近傍となる位置の合焦度を０．６とすることができる。これにより、被写体による影響を低減して合焦度を判定することができる。
【００３７】
しかしながら、合焦度は評価領域の高周波成分のピーク値を用いて算出されるため、値の変動やノイズに対する影響が大きく、合焦位置を所望の精度で正確に検出する用途には必ずしも適さない。合焦位置の検出には、各ラインのピーク値の積算値であるコントラスト評価値のほうが、ノイズに強いため適している。合焦度は、フィルタ処理の評価帯域を低帯域にすることで、ボケ時でも合焦度の値を変化させることにより、大ボケ、ボケ、合焦近傍などの合焦度合を判定することができる。
【００３８】
次に、合焦度を用いたコントラストＡＦ方式の焦点検出について説明する。合焦度は、合焦度合に応じてスキャン速度を変化させる指標として用いることにより、合焦時間を短縮することができる。合焦度の判定は、推定手段１４２により行われる。
【００３９】
図２は、フォーカスレンズ位置と合焦度の関係を示す図である。横軸はフォーカスレンズ位置、縦軸は合焦度をそれぞれ示している。合焦位置から最も離れたフォーカスレンズ位置をＡ０とすると、位置Ａ０のときに合焦度が所定の閾値（例えば、合焦度の最大値の２／３）未満の場合、はボケ状態と判定する。そして、フォーカスレンズのスキャン速度を高速に設定する。その後、スキャン動作を行い、合焦度が増加して所定の閾値以上（図２のＢ１）となるフォーカスレンズ位置Ａ１となった場合、フォーカスレンズのスキャン速度を低速に設定することにより、合焦位置を検出可能なコントラスト評価値の取得間隔に変更する。このように、合焦度が所定の閾値未満の場合、スキャン速度を高速に設定し、所定の閾値以上の場合、スキャン速度を低速に設定することにより、合焦時間を短縮することができる。
【００４０】
続いて、図３を参照して、合焦動作について説明する。図３は、時間とフォーカスレンズ位置との関係を示す図である。図３において、横軸は時間、縦軸はフォーカスレンズ位置をそれぞれ示している。また図３において、点線は合焦度を用いない場合のフォーカスレンズの動作、実線は合焦度を用いた場合のフォーカスレンズの動作をそれぞれ示している。フォーカスレンズ位置Ａ０からスキャン動作を開始し、まず、合焦度が所定値以下であることを確認し、フォーカスレンズのスキャン速度を高速に設定してスキャン動作を行う。合焦度を用いない場合のスキャン動作は、コントラスト評価値がピーク値となるまで、高速でスキャン動作を行う。このように、合焦位置を高速で通り過ぎるため、合焦位置からの行き過ぎ量が大きい。また、スキャン速度が高速のまま、合焦位置を通過するため、合焦位置を正確に検出することはできない。また、スキャン開始位置まで戻り、スキャン速度を低速に設定し、再度スキャン動作を行うため、合焦時間ｔ２が長くなる。
【００４１】
図２に示されるように、合焦度を用いると、合焦手前近傍のフォーカスレンズ位置Ａ１までは、高速でスキャン動作を行い、位置Ａ１からはスキャン速度を低速に設定する。これにより、合焦位置手前で合焦位置検出可能なスキャン速度に設定することができる。このため、無駄なフォーカスレンズの動作が少なくなり、合焦時間ｔ１を、合焦度を用いない場合の合焦時間ｔ２よりも短縮することができる。
【００４２】
次に、本実施例における合焦度を用いた露出制御方法について説明する。本実施例の撮像装置１００は、コントラストＡＦ中の輝度ピーク値の履歴を参照しながら、合焦近傍での輝度ピーク値を推定して露出制御を行う。
【００４３】
図４は、フォーカスレンズ位置と輝度のピーク値との関係を示す図であり、輝度ピーク値がボケ状態に応じて変化する被写体の例を示している。図４において、横軸はフォーカスレンズ位置、縦軸は輝度のピーク値であり、横軸の０は合焦位置を示している。輝度ピーク値が変化する被写体としては、例えば、黒地に白細線の被写体がある。大ボケ時には白細線と黒地が共にボケ広がるため、撮像素子１０７では白と黒が混ざった信号が出力され、輝度のピーク値が小さくなる。一方、合焦近傍では、白細線と黒地のコントラストが明瞭になるため、白細線の輝度ピーク値が大きくなる。この結果、ボケ時と合焦近傍で輝度のピーク値の差が生じる。逆に、白地に黒細線の被写体でも輝度ピーク値が変化する。ボケ時に白地しか見えていないため、露出設定が合焦時の適正露出に対して小さい値に設定した状態でスキャン動作を開始する。合焦近傍では黒細線が見えることで、適正露出に対して小さい値をとるため、コントラスト評価値のＳ／Ｎが悪くなり、合焦位置を正確に算出できない。
【００４４】
続いて、図５を参照して、合焦近傍での輝度ピーク値を推定する方法について説明する。図５は、フォーカスレンズ位置と輝度のピーク値との関係を示す図である。図５において、横軸はフォーカスレンズ位置（デフォーカス量）、縦軸は評価領域内の輝度のピーク値をそれぞれ示している。図５の被写体は、輝度ピーク値がボケ状態に応じて変化する被写体（例えば、黒地に白細線の被写体）である。
【００４５】
まず、フォーカスレンズ位置Ｃ０をＡＦ開始位置としてコントラストＡＦのスキャン動作を開始する。フォーカスレンズ位置Ｃ０は大デフォーカスのため、輝度ピーク値は小さい。しかし、合焦位置近傍Ｃ１へ近づくにしたがい、輝度ピーク値レベルは増加する。そして、スキャン中のフォーカスレンズ位置と輝度ピーク値の履歴を合焦近傍まで記憶する。合焦近傍や推定合焦位置は、推定手段１４２により算出された合焦度に基づいて判定される。合焦近傍では、フォーカスレンズ位置と輝度ピーク値の履歴を用いて、２次または３次近似式を用いる。
【００４６】
近似式の次数は、合焦近傍に達するまでに取得可能なサンプリング数によって決めてもよい。例えば、合焦近傍まで４点以上コントラスト情報を取得できる場合、３次近似、３点の場合には２次近似、２点の場合には１次近似で推定合焦位置の輝度のピーク値を算出する。このように推定手段１４２は、合焦制御中に取得されたサンプリング数に応じて、合焦位置における輝度（輝度のピーク値）を推定する方法を変更することができる。
【００４７】
また、多数のサンプリング数がある場合、合焦度に基づいてサンプリング数を限定してもよい。大ボケ時において合焦度は低く、各種コントラスト情報の信頼性は低い。このため、推定合焦位置の輝度のピーク値を算出するためには適さない。合焦度が所定以上（例えば０．４以上）の輝度のピーク値のみで近似式（近似曲線）を算出してもよい。このように推定手段１４２は、コントラスト情報（合焦度）に応じて合焦位置における輝度を推定する方法を変更することができる。
【００４８】
近似式（近似曲線）には輝度のピーク値を用いているが、輝度のピーク値の変化量、輝度の積算値、または、輝度に高周波帯域のフィルタをかけた値などを用いてもよい。算出した近似式（近似曲線）に前述の合焦度から算出した推定合焦位置のフォーカスレンズ位置を代入することにより、推定合焦位置の輝度ピーク値Ｙ０を算出することができる。推定合焦位置の輝度ピーク値Ｙ０が所定値以内でない場合、露出を変更する。ここで、所定値以内でない場合とは、輝度のピーク値が所定の値以上であるため評価領域が飽和する場合、または、輝度のピーク値が所定の値未満であるため評価領域が低輝度となる場合である。本実施例では、評価領域が飽和する場合について説明する。
【００４９】
露出制御手段１４１は、露出を変更する際に、シャッタースピード(Ｔｖ値)、絞り値（Ａｖ値）、撮影感度（Ｓｖ値）などの露出条件を変更する。コントラストＡＦ中において、所定の像面移動速度でスキャン動作が行われる。このため、絞り値は極力変更せず、撮影感度を下げるか、またはシャッタースピードを上げることにより露出を制御する。絞り値を大きくすると、深度が深くなることで、正確な合焦位置を算出できない場合がある。また、絞り駆動を行うと、数１０ｍｓｅｃの時間を要するため、合焦時間が長くなる。ただし、撮影感度が下限に達し、シャッタースピードも上限に達した場合、絞り値を変更する。合焦近傍で露出制御を行った後には、露出条件を変更しない。このとき露出条件を変更すると、露出条件の変動によりコントラスト評価値が変動するため、合焦位置を正確に算出することができない。露出条件の変更は、合焦度が小さい大ボケ時にのみ変更するように構成してもよい。
【００５０】
次に、図６を参照して、本実施例における撮像装置１００の制御方法（フォーカス制御方法）について説明する。図６は、本実施例における撮像装置の制御方法を示すフローチャートである。図６の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１（露出制御手段１４１、推定手段１４２）の指令に基づいて実行される。
【００５１】
まずステップＳ１０１において、ＣＰＵ１２１はフォーカス制御を開始する。そしてステップＳ１０２において、ＣＰＵ１２１は、レリーズスイッチが半押し状態であるか否か、すなわちＳＷ１がＯＮになったか否かを判定する。ＳＷ１がＯＮでない場合、ステップＳ１０２を繰り返す。一方、ＳＷ１がＯＮした場合、ステップＳ１０３へ進む。そしてステップＳ１０３において、露出制御手段１４１は、ＡＦ用の露出設定を
行う。露出設定は、シャッタースピード(Ｔｖ値)、絞り値（Ａｖ値）、または、撮影感度（Ｓｖ値）などの条件（露出条件）を設定することで行われる。
【００５２】
続いてステップＳ１０４において、推定手段１４２は、合焦度が所定の値以上であるか否かを判定する。合焦度が所定の値以上である場合、ステップＳ１０９へ進む。一方、合焦度が所定の値未満である場合、ステップＳ１０５へ進む。そしてステップＳ１０５において、フォーカス駆動回路１２５は、スキャンを開始する。続いてステップＳ１０６において、コントラスト信号処理回路１２４は、スキャン中の評価領域内のコントラスト情報を算出する。コントラスト情報とは、例えば、コントラスト評価値、輝度のピーク値、輝度レベルの最大値と最小値の差、評価領域内のラインピーク値、および、レンズ位置（フォーカスレンズ位置）である。コントラスト信号処理回路１２４により算出されたコントラスト情報は、ＣＰＵ１２１に出力される。
【００５３】
続いてステップＳ１０７において、推定手段１４２は、合焦度が所定の値以上であるか否かを判定する。合焦度が所定の値以上である場合、ステップＳ１０８へ進む。一方、合焦度が所定の値未満である場合、ステップＳ１０６へ戻る。ステップＳ１０８において、露出制御手段１４１は、合焦位置における輝度のピーク値に基づいて露出制御を行う（露出条件を変更する）。なお、露出制御（ステップＳ１０８）の詳細については、後述する。
【００５４】
ステップＳ１０９において、ＣＰＵ１２１は、合焦位置を算出するための密スキャンを開始する。そしてステップＳ１１０において、コントラスト信号処理回路１２４は、評価領域内のコントラスト評価値の生成およびレンズ位置（フォーカスレンズ位置）の取得を行う。続いてステップＳ１１１において、コントラスト信号処理回路１２４（ＣＰＵ１２１）は、コントラスト評価値の最大値（ピーク値）を検出したか否かを判定する。コントラスト評価値の最大値は、スキャン中のコントラスト評価値が増加から減少に転じたことを確認することにより検出することができる。コントラスト評価値の最大値を検出した場合、ステップＳ１１２へ進む。一方、コントラスト評価値の最大値を検出していない場合、ステップＳ１１０へ戻り、スキャン動作を継続する。
【００５５】
ステップＳ１１２において、ＣＰＵ１２１は、コントラスト評価値の最大値（ピーク値）、その近傍の値、および、各コントラスト評価値に対応するレンズ位置（フォーカスレンズ位置）に基づいて補間計算を行うことにより、合焦位置を算出する。続いてステップＳ１１３において、ＣＰＵ１２１は、フォーカス駆動回路１２５を制御して、フォーカスレンズ（第３レンズ群１０５）を合焦位置へ移動（駆動）させる。そしてステップＳ１１４へ進み、本フローは終了する。
【００５６】
次に、図７を参照して、本実施例における露出制御方法（ステップＳ１０８）について詳述する。図７は、露出制御方法を示すフローチャートである。図７の各ステップは、主に、ＣＰＵ１２１（露出制御手段１４１、推定手段１４２）の指令に基づいて実行される。
【００５７】
まずステップＳ２０１において、ＣＰＵ１２１は、コントラスト信号処理回路１２４からスキャン動作中（フォーカスレンズの駆動中）の輝度のピーク値を取得する。そして推定手段１４２は、輝度のピーク値の変化量（の絶対値）が所定の値以上であるか否かを判定する。輝度のピーク値の変化量が所定の値以上である場合、ボケ時と合焦時で輝度変化が大きい被写体であるため、合焦近傍での露出設定が適正でない可能性がある。このため、ステップＳ２０２へ進む。後述のように、ステップＳ２０２以降において、推定手段１４２は、合焦制御中における輝度のピーク値の変化量が所定の値以上である場合、近似曲線を算出して合焦位置における輝度のピーク値を推定する。一方、輝度のピーク値の変化量が所定の値未満である場合、ボケ時と合焦時で輝度変化が小さい被写体であるため、露出設定が適切であると考えられる。このため、ステップＳ２０６へ進み、本フローは終了する。
【００５８】
ステップＳ２０２において、推定手段１４２は、輝度のピーク値とレンズ位置（フォーカスレンズの位置）に基づいて近似曲線を算出する。そしてステップＳ２０３において、推定手段１４２は、ステップＳ２０２にて算出された近似曲線（近似式）に、合焦度に基づいて推定される推定合焦位置を代入することにより、推定合焦位置における輝度のピーク値を算出する。
【００５９】
続いてステップＳ２０４において、推定手段１４２は、推定合焦位置の輝度ピーク値が所定の範囲内であるか否かを判定する。推定合焦位置の輝度ピーク値が所定の範囲内である場合、推定合焦位置にて適正露出であると判定し、露出条件を変更することなくステップＳ２０６へ進み、本フローを終了する。一方、推定合焦位置の輝度ピーク値が所定の範囲内でない場合（所定の範囲外である場合）、ステップＳ２０５へ進む。そしてステップＳ２０５において、露出制御手段１４１は、露出条件を変更する（露出制御を行う）。具体的には、露出制御手段１４１は、シャッタースピード(Ｔｖ値)、絞り値（Ａｖ値）、または、撮影感度（Ｓｖ値）の少なくとも一つを含む露出条件を再設定（変更）し、再設定後の露出条件を固定する。そしてステップＳ２０６へ進み、本フローを終了する。
【００６０】
このように本実施例において、フォーカス駆動回路１２５は、第１の露出条件において、第１の速度でフォーカスレンズを駆動する。そしてフォーカスレンズの駆動中（スキャン動作中）に、推定手段１４２は、合焦位置における輝度を推定する。また露出制御手段１４１は、推定手段１４２により推定された合焦位置における輝度に基づく第２の露出条件を設定する。そしてフォーカス駆動回路１２５は、第２の露出条件において、第１の速度よりも遅い第２の速度でフォーカスレンズを駆動する。本実施例の撮像装置によれば、露出条件を適切に設定しつつ合焦時間を短縮することができる。
【００６１】
［その他の実施形態］
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウエア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。
【００６２】
各実施例によれば、露出条件を適切に設定しつつ合焦時間を短縮可能な撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【００６３】
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】
【００６４】
１０７  撮像素子  
１２４  コントラスト信号処理回路
１２５  フォーカス駆動回路
１４１  露出制御手段
１４２  推定手段  
【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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