(57)【要約】【課題】像先鋭度技術を用いたフォーカスレンズの合焦制御において、検波枠の外側の被写体による影響を抑制して高精度な合焦を実現すること。【解決手段】本発明の撮像装置は、フォーカスレンズＦＬを介して画像を取得する撮像素子１０と、撮像素子１０で取得した画像からフォーカスレンズＦＬの合焦の程度を示す評価値を検出する評価値検出手段と、評価値検出手段で評価値を検出する複数の範囲を設定する評価領域設定手段と、フォーカスレンズＦＬを所定の範囲で駆動させた場合において、評価領域設定手段で設定された複数の範囲での評価値検出手段で検出される各々の評価値について所定の重み係数を乗じる演算手段と、演算手段による演算結果に基づきフォーカスレンズＦＬを駆動して合焦位置に設定し、撮像素子１０による画像の取得を指示するＣＰＵ４とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズを介して画像を取得する撮像素子と、
前記撮像素子で取得した画像から前記フォーカスレンズの合焦の程度を示す評価値を検出する評価値検出手段と、
前記評価値検出手段で前記評価値を検出する複数の範囲を設定する評価領域設定手段と、
前記フォーカスレンズを所定の範囲で駆動させた場合において、前記評価領域設定手段で設定された複数の範囲での前記評価値検出手段で検出される各々の前記評価値について所定の重み係数を乗じる演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づき前記フォーカスレンズを駆動して合焦位置に設定し、前記撮像素子による画像の取得を指示する制御手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記評価領域設定手段は、前記評価値を検出する複数の範囲として、前記画像の取得範囲における略中央部に位置する第１の範囲と、前記第１の範囲の外側を囲む第２の範囲とを少なくとも設定する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記第１の範囲より前記第２の範囲での検出される前記評価値についての前記重み係数を小さくして演算を行う
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
フォーカスレンズを介して画像を取得する撮像素子と、
前記撮像素子で取得した画像から前記フォーカスレンズの合焦の程度を示す評価値を検出する評価値検出手段と、
前記評価値検出手段で前記評価値を検出する範囲を設定する評価領域設定手段と、
前記フォーカスレンズを所定の範囲で駆動させた場合において、前記評価領域設定手段で設定された範囲での前記評価値検出手段で検出される前記評価値について、その範囲内の位置に応じた所定の重み係数を乗じる演算手段と、
前記演算手段による演算結果に基づき前記フォーカスレンズを駆動して合焦位置に設定し、前記撮像素子による画像の取得を指示する制御手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記範囲内における中央部から周辺部にかけて前記重み係数を徐々に小さくして演算を行う
ことを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
フォーカスレンズを介して画像を取得する工程と、
前記画像の取得範囲内に設定された複数の検出範囲で前記フォーカスレンズの合焦の程度を示す評価値を検出する工程と、
前記複数の検出範囲で検出した前記評価値について所定の重み係数を乗じる演算を行う工程と、
前記演算の結果に基づき前記フォーカスレンズを駆動して合焦位置に設定し、画像の取得を行う工程と
を備えることを特徴とする撮像方法。
【請求項７】
前記評価値を検出する複数の範囲として、前記画像の取得範囲における略中央部に位置する第１の範囲と、前記第１の範囲の外側を囲む第２の範囲とを少なくとも設定する
ことを特徴とする請求項６記載の撮像方法。
【請求項８】
前記第１の範囲より前記第２の範囲での検出される前記評価値についての前記重み係数を小さくして演算を行う
ことを特徴とする請求項７記載の撮像方法。
【請求項９】
フォーカスレンズを介して画像を取得する工程と、
前記画像の取得範囲内に設定された検出範囲で前記フォーカスレンズの合焦の程度を示す評価値を検出する工程と、
前記検出範囲で検出した前記評価値についてその検出範囲の位置に応じた所定の重み係数を乗じる演算を行う工程と、
前記演算の結果に基づき前記フォーカスレンズを駆動して合焦位置に設定し、画像の取得を行う工程と
を備えることを特徴とする撮像方法。
【請求項１０】
前記演算では、前記検出範囲における中央部から周辺部にかけて前記重み係数を徐々に小さくして演算を行う
ことを特徴とする請求項９記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォーカスレンズを駆動して合焦した画像を取得する撮像装置および撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
像先鋭度技術を用いたパッシブ方式のオートフォーカスは、非特許文献１で開示されており、検波枠と呼ばれるフォーカス対象領域における画像情報中の高周波成分を抽出し、抽出量が最大になるようにフォーカスレンズをフォーカス駆動機構により移動させ対象被写体への合焦を行っている。
【０００３】
従来、上記方式における高周波成分抽出は検波枠領域内で均一に行っている。このため検波枠中心付近の被写体情報の多い領域と、検波枠近傍の被写体情報の少ない領域とにおける検波出力へ与える影響度合は等価となる。
【０００４】
【非特許文献１】
石田他、「山登りサーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整」、ＮＨＫ技報、第１７巻、第１号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような検波枠領域内での高周波成分抽出による自動焦点調整では、合焦制御中に手振れがあった場合、検波枠付近の被写体が検波枠内に入りこんでくるため、検波出力に乱れが発生して合焦精度が劣化する問題が生じる。また、検波枠近傍の被写体は、合焦制御中におけるディフォーカス状態のときに先鋭度劣化により被写体の一部が検波枠内に入り込んでくることがある。この現象は検波枠内近傍に照明等の高輝度被写体が存在したときに発生しやすく、輝度が高いため検波枠内に入り込んできたときの検波出力に与える影響は大きく、合焦精度が劣化するという問題が発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明の撮像装置は、フォーカスレンズを介して画像を取得する撮像素子と、撮像素子で取得した画像からフォーカスレンズの合焦の程度を示す評価値を検出する評価値検出手段と、評価値検出手段で評価値を検出する複数の範囲を設定する評価領域設定手段と、フォーカスレンズを所定の範囲で駆動させた場合において、評価領域設定手段で設定された複数の範囲での評価値検出手段で検出される各々の評価値について所定の重み係数を乗じる演算手段と、演算手段による演算結果に基づきフォーカスレンズを駆動して合焦位置に設定し、撮像素子による画像の取得を指示する制御手段とを備える。
【０００７】
また、本発明の撮像装置は、フォーカスレンズを介して画像を取得する撮像素子と、撮像素子で取得した画像からフォーカスレンズの合焦の程度を示す評価値を検出する評価値検出手段と、評価値検出手段で前記評価値を検出する範囲を設定する評価領域設定手段と、フォーカスレンズを所定の範囲で駆動させた場合において、評価領域設定手段で設定された範囲での評価値検出手段で検出される評価値について、その範囲内の位置に応じた所定の重み係数を乗じる演算手段と、演算手段による演算結果に基づきフォーカスレンズを駆動して合焦位置に設定し、撮像素子による画像の取得を指示する制御手段とを備える。
【０００８】
また、本発明の撮像方法は、フォーカスレンズを介して画像を取得する工程と、画像の取得範囲内に設定された複数の検出範囲でフォーカスレンズの合焦の程度を示す評価値を検出する工程と、複数の検出範囲で検出した評価値について所定の重み係数を乗じる演算を行う工程と、演算の結果に基づきフォーカスレンズを駆動して合焦位置に設定し、画像の取得を行う工程とを備える。
【０００９】
また、本発明の撮像方法は、フォーカスレンズを介して画像を取得する工程と、画像の取得範囲内に設定された検出範囲で前記フォーカスレンズの合焦の程度を示す評価値を検出する工程と、検出範囲で検出した評価値についてその検出範囲の位置に応じた所定の重み係数を乗じる演算を行う工程と、演算の結果に基づきフォーカスレンズを駆動して合焦位置に設定し、画像の取得を行う工程とを備える。
【００１０】
このような本発明では、フォーカスレンズの合焦の程度を評価するにあたり、画像の取得範囲内における検出範囲を複数設ける場合には中央寄りの検出範囲に対して周辺側の検出範囲における重み係数を小さくし、１つ検出範囲で検出を行う場合にはその検出範囲の略中央部より周辺部分についての重み係数を小さくして評価値を算出するため、検出範囲の外側近傍における画像の評価値算出への影響を小さくすることができ、フォーカスレンズの合焦精度を高めることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る撮像装置を適用したデジタルスチルカメラの構成を示すブロック図である。このデジタルスチルカメラは、大別して被写体を撮像素子に結像させるためのレンズ部１、結像された画像を電気信号に変換する撮像素子１０、電気信号をデジタル信号に変換するフロントエンド部２、画像信号の信号処理を行う信号処理部３、ＣＰＵ４、ＲＯＭ５、ＲＡＭ６、そしてレンズ部１内のフォーカスレンズ駆動機構１１を駆動させる駆動回路７から構成されている。
【００１２】
レンズ部１には、フォーカスレンズＦＬおよびこれを駆動するフォーカスレンズ駆動機構１１が設けられ、ＣＰＵ４からの指示によって駆動回路７からフォーカスレンズ駆動機構１１へ信号を与え、フォーカスレンズＦＬを光軸方向に沿って移動させることによって画像を撮像素子１０の受光面に合焦させる。
【００１３】
この合焦を行うには、像先鋭度技術を用いたパッシブ方式のオートフォーカス技術を用い、検波枠と呼ばれるフォーカスの検出の範囲における画像情報中の高周波成分を抽出することで合焦の程度を示す評価値（検出値）を求め、この評価値に基づきフォーカスレンズをフォーカスレンズ駆動機構によって移動させることで行うようにしている。
【００１４】
検波対象となる検波枠の位置および大きさはＲＯＭ５内に座標データとして登録されており、画像信号の周波数成分抽出は、この検波枠内の画像信号について信号処理部３で例えば特定周波数以上をカットすることで検波出力として得ることができる。
【００１５】
図２は本実施形態に係る撮像装置の合焦制御を説明するフローチャートである。合焦制御は、図１に示すシャッターボタンＢ等の入力指示により合焦制御が開始される。合焦制御は大別して、フォーカスレンズＦＬを最至近端等の制御開始位置に移動させる処理と、フォーカスレンズＦＬを一定間隔で無限端等の制御終了位置まで移動させて各位置における検波出力をＲＡＭ６に保存する処理と、保存され各検波出力から合焦位置を求める処理と、合焦位置にフォーカスＦＬを移動する処理とから構成されている。
【００１６】
先ず、フォーカスレンズＦＬを合焦制御開始位置に移動し（ステップＳ１）、移動が完了した後（ステップＳ２）、検波枠内のデータ取り込みを行う（すなわち３）。そして、フォーカスレンズＦＬを制御開始位置からわずかに移動させ（ステップＳ４）、その位置で再度検波枠内のデータ取り込みを行う（ステップＳ３）。このデータ取り込みとフォーカスレンズＦＬの移動とを繰り返し行うことで、フォーカスレンズＦＬの位置（Ｐ１〜Ｐｎ）における検波出力（Ｄ１からＤｎ）を得ることができる。
【００１７】
フォーカスレンズＦＬの移動が完了した後（ステップＳ５）、取り込みデータから合焦位置の算出を行い（ステップＳ６）、フォーカスレンズＦＬをその算出した合焦位置へ移動する（ステップＳ７〜Ｓ８）。
【００１８】
図３は上記合焦制御フローにおけるフォーカスレンズの動作と、データ取り込み開始位置からデータ取り込み終了位置までの各フォーカス位置における検波出力を示すものである。データ取り込み開始位置Ｐ１、データ取り込み終了位置Ｐｎは自動焦点制御を行う被写体までの距離で、それぞれ最至近端、無限端などに相当するフォーカス位置である。
【００１９】
合焦制御を行うには、図中矢印▲１▼に示すようにフォーカス位置を開始位置ｐ１に移動した後、ここから検波出力のデータを図中矢印▲２▼に示すようフォーカス位置を移動させながら取り込んでいく。これにより、フォーカス位置Ｐ１〜Ｐｎに各々対応した検波出力のデータＤ１〜Ｄｎが取り込まれる。
【００２０】
同図における被写体は最至近端から無限端の略中央に存在し、その位置Ｐｐにおいて検波出力のデータＤｐは最大となる。したがって、図１に示すＣＰＵ４から駆動回路７へ指示を与えてフォーカスレンズ駆動機構１１を動作し、フォーカスレンズＦＬを検波出力のデータが最大となる位置Ｐｐへ移動させる（図中矢印▲３▼参照）。これにより合焦が完了する。
【００２１】
図４は、従来の合焦制御を説明する模式図で、被写体が最至近端から無限端のほぼ中央でかつ上記検波枠Ｗの中央に位置しており、更に高輝度被写体が最至近端から無限端のほぼ中央でかつ上記検波枠Ｗの外側近傍に位置している場合の非合焦時における画像出力（図４（ａ）、（ｃ））、合焦位置における画像出力（図４（ｂ））、およびフォーカスレンズを最至近端から無限端まで移動させた際の各被写体における高周波成分、検波出力を模式的に表したものである。
【００２２】
図４において最至近端から無限端のほぼ中央でかつ上記検波枠Ｗの外側近傍に位置している高輝度被写体は最至近端、若しくは無限端のディフォーカス量の大きいフォーカス位置で、ピントボケにより画像の一部が同検波枠内に入り込んでくる現象が発生する。
【００２３】
高輝度被写体の光パワーは大きいため、ディフォーカス時における検波出力成分が被写体の検波成分に影響を及ぼし、結果として同図検波出力のように合焦位置よりも非合焦位置の方が大きな検波出力となって合焦ミスが発生する。
【００２４】
図５は、本実施形態に係る撮像装置における合焦制御を説明する模式図で、被写体が最至近端から無限端のほぼ中央でかつ上記検波枠の中央に位置しており、更に高輝度被写体が最至近端から無限端のほぼ中央でかつ上記検波枠の外側近傍に位置している場合の非合焦時における画像出力（図５（ａ）、（ｃ））、合焦位置における画像出力（図５（ｂ））、およびフォーカスレンズを最至近端から無限端まで移動させた際の各被写体における高周波成分、検波出力を模式的に表したものである。
【００２５】
本実施形態では、３つの検波枠Ｗ１〜Ｗ３を用いている。１つは画像の取得範囲における略中央部に設けられる第１の検波枠Ｗ１、２つめは第１の検波枠Ｗ１の外側を囲む第２の検波枠Ｗ２、３つめは第２の検波枠Ｗ２を囲む第３の検波枠Ｗ３である。
【００２６】
また、本実施形態では、上記３つの検波枠Ｗ１〜Ｗ３による検波値に対し、内側の検波枠ほど重み係数を大きくして計算を行っている。
【００２７】
つまり、ｎ個の検波枠Ｗ１〜Ｗｎがある場合、各検波枠の検波出力をｆ１、ｆ２、…、ｆｎ、各検波枠Ｗ１〜Ｗ３に対する重みをＮ１、Ｎ２、…、Ｎｎとしたとき、検波出力ｆ０として
ｆ０＝Ｎ１・ｆ１＋Ｎ２・ｆ２＋…＋Ｎｎ・ｆｎ
Ｎ１＋Ｎ２＋…Ｎｎ＝１
となるように構成する。
【００２８】
このように、複数の検波枠Ｗ１〜Ｗ３を設けて各々での検波出力（評価値）に重み係数を乗じることで高輝度被写体のピントボケ画像が検波枠内部に入ってきても外側の検波枠ほど重みが小さいために検波出力に与える影響を小さくすることができ、結果として合焦ミスを防止できるようになる。つまり、本実施形態の撮像装置では、フォーカスレンズの合焦制御において、検波枠近傍の被写体における影響を少なくして合焦精度を向上させることが可能となる。
【００２９】
なお、上記説明では高輝度被写体における合焦ミスの場合を説明したが、撮影時の撮影者の手振れによる影響も改善することができる。手振れにより検波枠近傍の非被写体が検波枠内に入り込んできたときも、本実施形態では検波枠近傍の検波値に与える影響が小さいため、結果として手振れに強い撮影が可能になる。
【００３０】
本実施形態のような複数の検波枠および重み係数を用いる合焦制御を行うには、撮像素子で取得した画像からフォーカスレンズの合焦の程度を示す評価値（検出値）を求める評価値検出手段と、評価値検出手段で検出値を求める複数の範囲（検波枠）を設定する評価領域設定手段と、フォーカスレンズを所定の範囲で駆動させた場合において、評価領域設定手段で設定された複数の検波枠での検出値について所定の重み係数を乗じる演算手段とが必要となる。
【００３１】
これらの構成のうち、評価値検出手段と演算手段は図１に示す信号処理部３やＣＰＵ４での計算処理で実現され、評価領域設定手段はＲＯＭ５やＲＡＭ６に設定されたデータを用いることで実現される。
【００３２】
なお、複数の検波枠としては上記の３つに限定されず、２つや４つ以上あってもよい。また、図６（ａ）に示すように、複数の検波枠から成る検波枠群ＷＷ１〜ＷＷ３を複数用意してもよく、また、複数の検波枠群ＷＷ１〜ＷＷ３における各検波枠の配置を図６（ｂ）に示すように取り込み範囲内の位置に応じてオフセットさせてもよい。
【００３３】
また、検波枠の数や配置、各検波枠に対応する重み係数は、レンズ部を交換した場合に設定を変えられるようにしてもよい。つまり、レンズ部による光学的な特性によって検波枠周辺の高輝度被写体等の合焦制御への影響の度合いが異なることから、レンズ部の特性に応じた検波枠の数や配置、重み係数を自動もしくは手動で設定できるようにすることで、レンズ部に合った高精度な合焦制御を行うことが可能となる。
【００３４】
また、複数検波枠と各検波枠に対する重み付け以外にも、１つの検波枠について、その検波枠の範囲内の位置に応じた重み係数を乗じるようにしてもよい。例えば、検波枠内の中央部から周辺部にかけて重み係数を線形的（非線形でもよい）に変化させるようにしたり、検波枠の外周付近における重み係数を内側から外側にかけて線形的（非線形でもよい）に変化させるようにする。図７は、重み係数の線形的な変化の例を説明する模式図である。
【００３５】
１つの検波枠Ｗ内で検出値の重み係数を徐々に変化させるには、例えば１つの検波枠Ｗ内を複数のブロックに分割し、各ブロックで計算した検出値に各々設定された重み係数を乗じる演算を行えば、高速で検出値を算出してフォーカスレンズの合焦制御を行うことが可能となる。
【００３６】
また、画像の取り込み範囲に複数の検波枠がある場合、各検波枠内で検出値の重み係数を徐々に変化させような検出値を算出を行ってもよい。これにより、画像の取り込み範囲で離れた位置にある複数の検波枠を用いるいわゆるマルチ検波を行う場合でも、各検波枠の外側近傍にある画像の合焦制御への影響を各検波枠毎に少なくでき、精度の高い合焦を行うことが可能となる。
【００３７】
上記説明した合焦制御をデジタルスチルカメラ等の撮像装置における撮像方法に適用すれば、高輝度被写体や手振れがあっても合焦精度の高い撮像を行うことができるようになる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、検波枠近傍の被写体、特に高輝度被写体が合焦精度に与える影響や、手振れによる合焦精度への影響を低減でき、フォーカスレンズの合焦精度を向上させることが可能となる。また、複数検波枠に対する各枠への重み付け計算だけで実現可能なため、従来のシステム構成を大きく変更せずに低コストで合焦精度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る撮像装置を適用したデジタルスチルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る撮像装置の合焦制御を説明するフローチャートである。
【図３】フォーカスレンズの動作および各フォーカス位置における検波出力を示す模式図である。
【図４】従来の合焦制御を説明する模式図である。
【図５】本実施形態に係る撮像装置における合焦制御を説明する模式図である。
【図６】他の検波枠の例を説明する模式図である。
【図７】他の実施形態を説明する模式図である。
【符号の説明】
１…レンズ部、２…フロントエンド部、３…信号処理部、４…ＣＰＵ、５…ＲＯＭ、６…ＲＡＭ、７…駆動回路、１０…撮像素子、１１…フォーカスレンズ駆動機構、ＦＬ…フォーカスレンズ
【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】
2004325619.tif 000007
【図６】
2004325619.tif 000008
【図７】
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