(57)【要約】【課題】オートフォーカスにかかる時間を短縮する事が可能であるとともに、バッテリーの持ちやフレーミングのし易さといった使い勝手についてユーザが調節可能な撮像装置を提供する。【解決手段】各撮像素子２により変換された画像信号により生成される２つの画像に基づいて、被写体距離を算出する被写体距離算出部６と、前記画像中の被写体のコントラスト評価値に基づいて、合焦位置を検出する合焦位置検出部７と、を備え、前記合焦位置検出部７を、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力されていない状態で少なくともラフフォーカス駆動を行う入力前モードと、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力された後にラフフォーカス駆動を行う入力後モードと、を切り替え可能に構成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各光軸を所定距離だけ離間させて並列に設けた２つの撮像光学系と、各記撮像光学系により形成される被写体像をそれぞれ画像信号に変換する２つの撮像素子と、ユーザが撮像動作開始指令を入力するための入力部と、を備えた撮像装置であって、
各撮像素子により変換された画像信号により生成される２つの画像に基づいて、各画像内において同一の被写体について撮像場所からの離間距離である被写体距離を算出する被写体距離算出部と、
各撮像光学系のフォーカス位置を移動させ、複数のフォーカス位置における前記画像中の被写体のコントラスト評価値に基づいて、合焦位置を検出する合焦位置検出部と、を備え、
前記合焦位置検出部が、前記被写体距離算出部により算出された被写体距離に基づいて前記フォーカス位置を合焦位置近傍まで移動させるラフフォーカス駆動と、前記ラフフォーカス駆動を実施した後において前記フォーカス位置を前記合焦位置近傍から前記合焦位置までスキャン移動させるスキャン駆動と、を行うように構成されており、
前記合焦位置検出部が、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力されていない状態で少なくともラフフォーカス駆動を行う入力前モードと、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力された後にラフフォーカス駆動を行う入力後モードと、を切り替え可能に構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記被写体距離算出部が、２つの撮像素子上にそれぞれ形成された被写体像の各光軸からの距離、又は、各撮像光学系により同時に撮像された各画像中の被写体の相対位置関係に基づいて前記被写体距離を算出するように構成された請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記合焦位置検出部が、前記被写体距離算出部により算出された被写体距離と、現在のフォーカス位置とに基づいて、前記フォーカス位置の駆動方向を決定するように構成された請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記合焦位置検出部が、前記入力前モードと前記入力後モードにおけるラフフォーカス駆動の駆動速度を異ならせて設定されている請求項１、２又は３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記入力前モードでの駆動速度は前記入力後モードでの駆動速度よりも遅く設定されている請求項１、２、３又は４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記合焦位置検出部が、前記入力前モードにおいてはラフフォーカス駆動のみを行うように構成された請求項１、２、３、４又は５記載の撮像装置。
【請求項７】
各光軸を所定距離だけ離間させて並列に設けた２つの撮像光学系と、各記撮像光学系により形成される被写体像をそれぞれ画像信号に変換する２つの撮像素子と、ユーザが撮像動作開始指令を入力するための入力部と、を備えた撮像装置を用いた撮像方法であって、
各撮像素子により変換された画像信号により生成される２つの画像に基づいて、各画像内において同一の被写体について撮像場所からの離間距離である被写体距離を算出する被写体距離算出ステップと、
各撮像光学系のフォーカス位置を移動させ、複数のフォーカス位置における前記画像中の被写体のコントラスト評価値に基づいて、合焦位置を検出する合焦位置検出ステップと、を備え、
前記合焦位置検出ステップが、前記被写体距離算出ステップにおいて算出された被写体距離に基づいて前記フォーカス位置を合焦位置近傍まで移動させるラフフォーカス駆動ステップと、前記ラフフォーカス駆動を実施した後において前記フォーカス位置を前記合焦位置近傍から前記合焦位置までスキャン移動させるスキャン駆動ステップと、を含み、
前記合焦位置検出ステップが、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力されていない状態で少なくともラフフォーカス駆動ステップを行う入力前モードと、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力された後にラフフォーカス駆動ステップを行う入力後モードと、を切り替える切替ステップとを備えることを特徴とする撮像方法。
【請求項８】
前記被写体距離算出ステップにおいて、２つの撮像素子上にそれぞれ形成された被写体像の各光軸からの距離、又は、各撮像光学系により同時に撮像された各画像中の被写体の相対位置関係に基づいて前記被写体距離を算出する請求項７記載の撮像方法。
【請求項９】
前記合焦位置検出ステップにおいて、前記被写体距離算出ステップにおいて算出された被写体距離と、現在のフォーカス位置とに基づいて、前記フォーカス位置の駆動方向を決定する請求項７又は８記載の撮像方法。
【請求項１０】
前記合焦位置検出ステップが、前記入力前モードと前記入力後モードにおけるラフフォーカス駆動ステップの駆動速度を異ならせて設定されている請求項７、８又は９記載の撮像方法。
【請求項１１】
前記入力前モードでの駆動速度は前記入力後モードでの駆動速度よりも遅く設定されている請求項７、８、９又は１０記載の撮像方法。
【請求項１２】
前記合焦位置検出ステップにおいて、前記入力前モードにおいてはラフフォーカス駆動ステップのみを行うように構成された請求項７、８、９、１０又は１１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの撮像光学系と、各記撮像光学系により形成される被写体像をそれぞれ画像信号に変換する２つの撮像素子と、を有した撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子を用いたデジタルカメラにおいては、被写体へのオートフォーカス（ＡＦ、自動ピント合わせ等ともいう）を、前記撮像素子からの画像信号により生成される画像に基づいて行っている。例えば、撮像光学系に設けられたフォーカスレンズをスキャン移動させてフォーカス位置を変更しながら、画像中の被写体のコントラスト評価値が極値となる位置を探し、その極値となったフォーカス位置を合焦位置として検出するコントラストＡＦと呼ばれる方法がある。
【０００３】
この方法はよい精度で被写体にピントを合わせることができるものの、ピントを合わせるのにかかる時間を短縮するのは以下の理由から難しい。
【０００４】
まず、フォーカスレンズのスキャン速度を速くすれば、合焦位置を検出するまでにかかる時間を短縮できるようにも思えるが、サンプリング速度が固定の場合、スキャン速度が速くなるほど、コントラスト評価値の得られるフォーカス位置の数が減少していまい極値を見逃す可能性が大きくなる。従って、合焦位置を確実に検出できるようにしながら、フォーカスレンズを高速スキャン駆動しようとすると、おのずとそのスキャン速度には限界値が決まってしまうので、スキャン速度を上げることによりピント合わせにかかる時間を短縮するのは難しい。
【０００５】
また、オートフォーカスを開始した時点でのフォーカス位置に対して、合焦位置はどちら側にあるのかは、しばらくフォーカスレンズを駆動させてコントラスト評価値の増減傾向が分からないと判断できない。つまり、フォーカス位置をどちら向きに変化させればよいのかが開始時点ではわからないので、フォーカスレンズを取りあえずどちらかの向きに駆動するしかない。このため、合焦位置がある方向とは逆向きにフォーカス位置を移動させていた場合には、反転移動させなくてはならない場合もあり、このこともピント合わせにかかる時間が長くなる原因となっている。
【０００６】
このような問題に対して、特許文献１及び２に示されるような２つの撮像光学系を有した立体撮像装置においては、それぞれの撮像光学系においてコントラストＡＦを行う際のフォーカスレンズの駆動範囲を半分ずつ分担して、ピント合わせにかかる時間を短縮するように構成されたものがある。
【０００７】
また、１つの撮像光学系と外光パッシブセンサとを備えた撮像装置において、外光パッシブセンサにより大まかな被写体距離を算出しておき、その被写体距離から大まかな合焦位置のあるフォーカス位置の範囲を推定し、その範囲のみをスキャン範囲としてコントラストＡＦを行う撮像装置もある。外光パッシブセンサの場合、別センサのためコストアップ、スペースの問題だけでなく、撮影のための光学系とは別光学系なので、見ている位置や画角が一致していない課題がある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された２つの撮像光学系においてコントラストＡＦの駆動範囲を半分ずつ分担する方法は、フォーカスレンズの駆動する距離が半分になるだけであり、フォーカスレンズの移動速度に関しては従来と同じにするしかなく、ピント合わせにかかる時間を劇的に短縮することは難しい。
【０００９】
加えて、撮影者のS1（撮影開始）操作前に定期的に距離検出しそれに連携し合焦付近にあらかじめフォーカス駆動しておいてS2（露光開始）操作後に最終的な合焦のためのフォーカス駆動をするように構成されていると、AF時間の短縮は図れるが、撮影者の意図していないフレーミングに反応してしまうなど無駄なフォーカス駆動をしてしまう恐れがありバッテリーの持つ時間が短くなってしまうといった問題や、無駄なフォーカス駆動によりモニタに表示されるスルー画像が見づらくなってしまいフレーミングしにくいといった問題が生じる可能性がある。すなわち、オートフォーカスの高速化と上述したような使い勝手との間にあるトレードオフについて、ユーザが調整できる構成は示されておらず、さらに改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−７００７７号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は上述したような問題点を鑑みてなされたものであり、オートフォーカスにかかる時間を短縮する事が可能であるとともに、バッテリーの持ちやフレーミングのし易さといった使い勝手についてユーザが調節可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明の撮像装置は、各光軸を所定距離だけ離間させて並列に設けた２つの撮像光学系と、各記撮像光学系により形成される被写体像をそれぞれ画像信号に変換する２つの撮像素子と、ユーザが撮像動作開始指令を入力するための入力部と、を備えた撮像装置であって、各撮像素子により変換された画像信号により生成される２つの画像に基づいて、各画像内において同一の被写体について撮像場所からの離間距離である被写体距離を算出する被写体距離算出部と、各撮像光学系のフォーカス位置を光軸に沿って移動させ、複数のフォーカス位置における前記画像中の被写体のコントラスト評価値に基づいて、合焦位置を検出する合焦位置検出部と、を備え、前記合焦位置検出部が、前記被写体距離算出部により算出された被写体距離に基づいて前記フォーカス位置を合焦位置近傍まで移動させるラフフォーカス駆動と、前記ラフフォーカス駆動を実施した後において前記フォーカスレンズを前記合焦位置近傍から前記合焦位置までスキャン移動させるスキャン駆動と、を行うように構成されており、前記合焦位置検出部が、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力されていない状態で少なくともラフフォーカス駆動を行う入力前モードと、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力された後にラフフォーカス駆動を行う入力後モードと、を切り替え可能に構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の撮像方法は、各光軸を所定距離だけ離間させて並列に設けた２つの撮像光学系と、各記撮像光学系により形成される被写体像をそれぞれ画像信号に変換する２つの撮像素子と、ユーザが撮像動作開始指令を入力するための入力部と、を備えた撮像装置を用いた撮像方法であって、各撮像素子により変換された画像信号により生成される２つの画像に基づいて、各画像内において同一の被写体について撮像場所からの離間距離である被写体距離を算出する被写体距離算出ステップと、各撮像光学系のフォーカス位置を移動させ、複数のフォーカス位置における前記画像中の被写体のコントラスト評価値に基づいて、合焦位置を検出する合焦位置検出ステップと、を備え、前記合焦位置検出ステップが、前記被写体距離算出ステップにおいて算出された被写体距離に基づいて前記フォーカス位置を合焦位置近傍まで移動させるラフフォーカス駆動ステップと、前記ラフフォーカス駆動を実施した後において前記フォーカス位置を前記合焦位置近傍から前記合焦位置までスキャン移動させるスキャン駆動ステップと、を含み、前記合焦位置検出ステップが、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力されていない状態で少なくともラフフォーカス駆動ステップを行う入力前モードと、前記入力部に前記ユーザにより撮像動作開始指令が入力された後にラフフォーカス駆動ステップを行う入力後モードと、を切り替える切替ステップとを備えることを特徴とする。
【００１４】
このようなものであれば、ユーザが入力前モードと入力後モードとを切替可能に構成してあるので、例えば被写体の動きまわるものであり、消費電力よりもピントが合うまでにかかる時間をできる限り短くすることを優先したい場合には、前記合焦位置検出部を前記入力前モードにして常に合焦位置近傍にフォーカスレンズ位置があるようにしてオートフォーカスを最高速化したり、それほどフォーカス速度は必要なく、消費電力やフレーミングのためのスルー画像の画質を優先したい場合には前記合掌位置検出部を入力後モードにしたりすることができる。すなわち、オートフォーカスの高速化とそれに伴って現れるトレードオフの問題について、ユーザが目的に応じてそれぞれの調整を行うことが可能となる。
【００１５】
また、被写体距離算出部は、２つの撮像光学系を用いてレンズのスキャン移動を行わずに、画像だけで被写体距離を算出してほぼ合焦位置を推定することができるので、前記合焦位置検出部は、フォーカス位置の駆動方向を誤ることがないとともに、ごくわずかな範囲についてフォーカス位置をスキャン移動させるだけで正確な合焦位置を検出することができる。従って、コントラストＡＦによる合焦位置検出にかかる時間を劇的に短縮する事が可能となる。
【００１６】
さらに、前記被写体距離算出部による被写体距離の算出は、２つの撮像光学系を利用して行うように構成されているので、例えば外光パッシブセンサといった測定用のセンサを別途設ける必要がなく部品数の増加によるコストアップを招かない。しかも、２つの撮像光学系を用いているので、別途センサ等の観測光学系を設けた際に生じるパララックスやズーミングに関する問題が原理的に生じ得ない。
【００１７】
前記被写体距離算出部による被写体距離の算出のための具体的な態様としては、前記被写体距離算出部が、２つの撮像素子上にそれぞれ形成された被写体像の各光軸からの距離、又は、各撮像光学系により同時に撮像された各画像中の被写体の相対位置関係に基づいて前記被写体距離を算出するように構成されたものが挙げられる。
【００１８】
前記合焦位置検出部により、フォーカス位置が合焦位置側へと駆動される際の方向を間違うことなく決定するための具体的な態様としては、前記合焦位置検出部が、前記被写体距離算出部により算出された被写体距離と、現在のフォーカス位置の位置とに基づいて、前記フォーカス位置の駆動方向を決定するように構成されたものが挙げられる。
【００１９】
入力前モードと入力後モードとで、オートフォーカスの速度と電力消費量等のバランスを取るための具体的な方法としては、前記合焦位置検出部が、前記入力前モードと前記入力後モードにおけるラフフォーカス駆動の駆動速度を異ならせて設定されているものが挙げられる。
【００２０】
モニタに表示されるスルー画像の画質をある程度保ち、フレーミングしやくするとともに、撮影開始前にほぼピント位置の近傍に撮像光学系のフォーカス位置がある状態を保つには、前記入力前モードでの駆動速度は前記入力後モードでの駆動速度よりも遅く設定されているものであればよい。
【００２１】
前記入力部により撮影動作開始指令を入力した時点でほぼ待ち時間なく撮影ができるとともに、撮影開始前においてレンズが無駄に駆動することによる消費電力の増加等を防ぐことができるようにするには、前記合焦位置検出部が、前記入力前モードにおいてはラフフォーカス駆動のみを行うように構成されたものであればよい。
【発明の効果】
【００２２】
このように、本発明の撮像装置によれば、前記合焦位置検出部が入力前モードと入力後モードという２つのモードで動作させることができるので、オートフォーカスの速度を最優先にする場合と、オートフォーカスの速度はある程度の高速化でよく、消費電力やフレーミングのしやすさといった使い勝手に関する要素を優先する場合とを、ユーザが適宜選択し、調節することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置を示す模式的前方斜視図。
【図２】同実施形態における撮像装置を示す模式的後方斜視図。
【図３】同実施形態における撮像装置全体の電気的構成を示す機能ブロック図。
【図４】同実施形態におけるオートフォーカスに関する構成の機能ブロック図。
【図５】同実施形態における被写体距離を測定する原理を説明するための概念図。
【図６】同実施形態における評価値検出領域の一例を示す模式図。
【図７】被写体距離を測定するための別の方法を説明する模式図。
【図８】同実施形態におけるコントラストＡＦ中のフォーカスレンズの動作を示す概念図。
【図９】同実施形態における入力後モードでの動作を示すフローチャート。
【図１０】同実施形態における入力前モードでの動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
本実施形態の撮像装置１００は、立体画像を撮像するためのものであって、図１の前方斜視図に示すように、前面には電源オン時において撮像光学系１を保持する鏡筒が２つ並んで突出するように設けている他、ストロボ装置３８等が設けてある。なお、これらの鏡筒は電源オフ時には内部に収容されるようにしてある。また、図２の後方斜視図に示すように背面には撮像された画像を立体視するためのモニタ３５と、各種操作に用いられる操作キー５３等が設けてある。前記モニタ３５は例えば、パララックスバリア式の３Ｄモニタである。そして上面には、シャッターレリーズ操作を行うために用いられるシャッタボタン５１と、撮影モードを切り替えるためのモードダイヤル５２が設けてある。
【００２６】
すなわち、本撮像装置１００は、各光軸１４を所定距離だけ離間させて並列に設けた２つの撮像光学系１と、各記撮像光学系１により形成される被写体像をそれぞれ画像信号に変換する２つの撮像素子２と、を備え、２つの撮像光学系１により同時に撮像することで、視差のある２つの画像を生成できるようにしてある。これらの視差のある２つの画像に基づいて前記モニタ３５において立体表示される立体画像が生成されるようにしてある。
【００２７】
図３は、本実施形態の撮像装置１００の電気的な構成を機能ブロックとして示すものである。図３に示すように、２つの撮像光学系１、２つの撮像素子２、画像信号処理回路３１、ＶＲＡＭ３２、評価値算出回路３３、表示画像処理回路３４、モニタ３５、圧縮処理回路３６、記録メディア３７、ＣＰＵ４１、メモリ４２、４３、等が協業して、いわゆるデジタルカメラとしての機能を発揮するように構成してある。以下に各部について説明する。
【００２８】
２つの撮像光学系１において共通する構成について説明する。なお、２つの撮像光学系１及び撮像素子２について区別が必要な場合には立体画像を構成する左側画像を生成するための撮像光学系１には第１、立体画像を構成する右側画像を生成するための撮像光学系１には第２を付けて区別するものとする。各撮像光学系１はそれぞれの光軸１４が平行となるように、人間の両目の視差と略同じ程度の距離だけ離間させて並列に設けてある。そして前記撮像光学系１は、光軸１４に沿って外側から順に、ズームレンズ１１、絞り１２、フォーカスレンズ１３の順で並べて構成してあり、前記フォーカスレンズ１３の後ろ側に前記撮像素子２が設けてある。前記撮像素子２としては、例えばＣＣＤ型やＣＭＯS型のイメージセンサが用いられる。
【００２９】
前記絞り１２にはアイリスモータが接続されており、ＡＥ（Ａｕｔｏ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）動作時に絞り１２値を変化させて光束を制限して露出量を制御するために用いられる。また前記フォーカスレンズ１３にはレンズモータが接続されており、ＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）動作時に当該フォーカスレンズ１３を撮像光学系１の光軸１４に沿って移動させることにより、撮像光学系１のフォーカス位置を制御してピント調整を行うように構成してある。
【００３０】
前記撮像素子２は、前記撮像光学系１により結像された被写体像を画像信号に変化するものである。当該撮像素子２には、タイミングジェネレータ２１（ＴＧ）が接続してあり、ＴＧ２１により前記撮像素子２の光電荷蓄積、転送動作が制御される。なお、前記絞り１２、前記フォーカスレンズ１３はドライバ１５、１６を介して、前記撮像素子２はタイミングジェネレータ２１（ＴＧ）を介して、ＣＰＵ４１により制御される。
【００３１】
前記撮像素子２から出力された画像信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）及び増幅器（ＡＭＰ）２２、Ａ／Ｄコンバータ（ＡDＣ）２３、の順で入力され、アナログデータからデジタルデータへと変換される。デジタルデータに変換された画像信号は、画像コントローラ２４が入出力をコントロールする。前記画像信号は、画像信号処理回路３１に入力され、階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理等が施され、第１撮像光学系１により撮像された第１画像と、第２撮像光学系１により撮像された第２画像として、ＶＲＡＭ３２の所定領域Ａ、Ｂにそれぞれ別々に一次的に記憶される。このＶＲＡＭ３２に記憶されている各画像は所定周期ごとに更新される。具体的には前記タイミングジェネレータ２１により撮像素子２が１／３０秒（１フレーム）ごとに露光及び画像信号の出力が繰り返されるのに合わせて更新される。
【００３２】
前記評価値算出回路３３は、ＶＲＡＭ３２に記憶された第１及び第２画像の各々からＡＦ評価値及びＡＥ評価値等を算出するものである。ＡＦ評価値とは、本実施形態では２つの画像の位相差評価値と、コントラスト評価値に相当するものである。位相差評価値は、後述する被写体距離の算出において用いられるものである。またコントラスト評価値は、前記各画像の所定領域（例えば、図６に示す線で囲まれた複数の領域）について、輝度値の高周波成分を積算することにより算出されたものである。すなわち、隣接する画素間のコントラスト（輝度差）を所定領域内について足し合わせたものである。また、ＡＥ評価値とは、各画像データの所定領域について輝度値を積算することで算出され、画像の明るさを表すものである。コントラスト評価値、ＡＥ評価値はそれぞれ後述するＡＦ動作及びＡＥ動作において用いられる。
【００３３】
前記表示画像処理回路３４は、ＶＲＡＭ３２に記憶されている第１及び第２画像に基づいてＬＣＤモニタ３５において立体表示するための立体画像を合成するものである。前記モードダイヤル５２により撮影モードが選択されており、ＬＣＤモニタ３５がビューファインダとして使用される際には、前記表示画像処理回路３４によって合成された立体画像が、ＬＣＤドライバ３５１を介してＬＣＤモニタ３５にスルー画像として表示される。また、モードによっては立体合成画像を用いずに、前記ＶＲＡＭ３２に記憶されている画像をそのままＬＣＤモニタ３５に表示するようにしても構わない。
【００３４】
前記圧縮処理回路３６は、ＶＲＡＭ３２に記憶された第１及び第２画像に対して、ＪＰＥＧ方式等の圧縮形式により圧縮処理を施すものである。メディアコントーラ３７１は、圧縮処理回路３６によって圧縮処理された各画像をメモリ４２、４３カード等の記録メディア３７に保存する。また、モードダイヤル５２によりビューモードが選択されている場合には、この記録メディア３７に保存されている第１及び第２画像に基づいて、前記表示画像処理回路３４により生成された立体画像が前記モニタ３５により表示される。
【００３５】
前記モニタ３５はＬＣＤモニタであり、その詳細な構造は図示しないが、その表面にパララックスバリア表示層を備えている。モニタ３５は、立体表示を行う際に、パララックスバリア表示層に光透過部と光遮蔽部とが交互に所定のピッチで並んだパターンからなるパララックスバリアを発生させるとともに、その仮想の画像表示面に左右の像を示す短冊状の画像断片を交互に配列して表示することで立体視を可能とする。
【００３６】
前記ＣＰＵ４１は、撮像装置１００の全体の動作を統括的に制御するものである。ＣＰＵ４１には、前述のシャッタボタン５１、モードダイヤル５２、各種操作キー５３の他、不揮発性メモリ４３が接続されている。
【００３７】
前記シャッタボタン５１は請求項での入力部に相当するものであり、２段押のスイッチ構造となっている。シャッタボタン５１がユーザにより軽く押圧（半押し）されると、撮像準備動作が開始される。本実施形態では、後述するようにシャッタボタン５１が半押しになった時点で全てのＡＦ動作が開始される入力後モードと、シャッタボタン５１が半押しとなる前に、ＡＦ動作の一部が既に開始されている入力前モードとがある。このモードの切り替えは例えば、モードダイヤル５２等や設定画面で切り換えるようにしてある。シャッタボタン５１が強く押圧（全押し）されると、撮影処理が行われ、１画面分の第１及び第２画像がＶＲＡＭ３２から記録メディア３７に転送されて記憶される。
【００３８】
前記前記不揮発性メモリ４３には、各種制御用のプログラムや設定情報等が記憶されている。しかして、前記ＣＰＵ４１、ＳＤＲAM４２、不揮発性メモリ４３、各種回路等が協業してプログラムや設定情報に基づき、少なくとも、被写体距離算出部６、合焦位置検出部７としての機能を発揮するように構成してある。これらの各部はオートフォーカスに関する動作を司るものであり、撮像装置１００を簡略化してオートフォーカスに関する構成について記載した機能ブロック図は図４のようになる。
【００３９】
前記被写体距離算出部６は、各撮像素子２により変換された画像信号により生成される２つの画像に基づいて、各画像内において同一の被写体について撮像場所からの離間距離である被写体距離を算出するように構成してある。
【００４０】
被写体距離は以下のような三角側距の原理に基づいて測定されるものであり、図５に示すように２つの撮像光学系１がある場合、それぞれの撮像光学系１には視差があるため、撮像光学系１から被写体までの距離に応じて、前記撮像素子２上で結像する位置にずれが生じる。ここで、視差の大きさである各撮像光学系１の光軸１４間距離をＢ、撮像光学系１の主点から撮像素子２までの距離をｆ、ある被写体が第１撮像素子２に対して結像している結像位置が前記第１撮像光学系１の光軸１４に対してずれている量をＤ１、同じく第２撮像素子２に結像し、第２撮像光学系１の光軸１４に対してずれている量をＤ２、撮像光学系１の主点から被写体までの距離をＬとすると、三角形の相似条件等から、Ｌ＝Ｂｆ／（Ｄ１＋Ｄ２）で被写体距離を算出することができる。ここで、ｆとＢに関しては撮像装置１００の設定情報等から既知の値であるので、Ｄ１＋Ｄ２を求めればよい。このＤ１＋Ｄ２は各撮像光学系１及び撮像素子２により撮像され、前記ＶＲＡＭ３２に記憶されている第１及び第２画像について前記評価値算出回路３３により比較が行われ、被写体の結像位置が検出されることによりＤ１＋Ｄ２が算出される。そして、この情報に基づいて前記評価値算出回路３３から被写体距離が出力される。具体的には前記評価値算出回路３３においては、図７の各画像中で３つの四角枠で囲まれた領域にある被写体についてＤ１＋Ｄ２を算出し、それに基づいて各領域にある被写体の被写体距離を算出する。例えば、図６の右側の四角枠領域内にある背景の被写体距離は１５ｍ、中央部の領域の被写体である人物の顔の被写体距離は、３．０ｍ、左側の領域にある被写体である樹の幹の被写体距離は３．３ｍというようにそれぞれの領域ごとの被写体距離が出力される。
【００４１】
なお、被写体距離を算出する方法は前述したものに限られず、例えば図７（ａ）に示すような第１画像と第２画像を、図７（ｂ）の右側のように単純に重ね合わせるのではなく、図７（ｂ）の右側に示すように第１画像及び第２画像を合焦位置において重ね合わせることにより生じる、画像中の各被写体のずれ量から撮像素子２での結像位置のずれ量Ｄ１＋Ｄ２を算出することもでき、そのように評価値算出回路３３を構成しても構わない。
【００４２】
前記合焦位置検出部７は、各撮像光学系１のフォーカス位置を移動させ、複数のフォーカス位置における前記画像中の被写体のコントラスト評価値に基づいて、合焦位置を検出するものである。具体的には、前記フォーカスレンズ１３を走査した際に前記評価値算出回路３３から得られるコントラスト評価値が極値となる点を被写体に合焦した位置として検出し、その位置へと各フォーカスレンズ１３を移動させて、フォーカス位置を前記合焦位置に一致させるように構成してある。
【００４３】
さらに前記合焦位置検出部７は、前記被写体距離算出部６により算出された被写体距離に基づいて前記フォーカス位置を合焦位置近傍まで高速移動させるラフフォーカス駆動と、前記ラフフォーカス駆動を実施した後において前記フォーカス位置を前記合焦位置近傍から前記合焦位置まで低速スキャン移動させるスキャン駆動と、を行うように構成してある。具体的には、まず、前記被写体距離算出部６により算出された３つ領域の被写体距離から、合焦するべき被写体を判定するための多点アルゴリズムに基づいて、合焦させる被写体を決定する。本実施形態の多点アルゴリズムでは、一番近い被写体に合焦させるように決められているが、その他の基準に基づいて合焦被写体を決定するものであっても構わない。例えば、被写体が人であるかどうか等のその他の条件を考慮しても構わない。合焦させる被写体が決定されるとその被写体の被写体距離から合焦位置が算出され、その合焦位置近傍にフォーカス位置が移動するように前記フォーカスレンズ１３を高速で駆動させるラフフォーカス駆動を行うようにしてある。その後、合焦位置近傍から合焦位置まではコントラストＡＦによる合焦位置検出を行うために低速スキャン駆動を行うものである。合焦位置を検出するにはコントラスト評価値が極値（ピーク）となる位置を検出する必要があるので、スキャン駆動では一度極値を超えるまで前記フォーカスレンズ１３を移動させた後に、検出された合焦位置まで高速移動で合焦位置にフォーカスレンズ１３を移動させるようにしてある。
【００４４】
このように前記被写体距離算出部６により合焦すべき被写体の被写体距離が算出してあり、予め合焦位置をほぼ特定することができるので、コントラストＡＦにより合焦位置を探す際に前記フォーカスレンズ１３を駆動する方向を誤らない。また、合焦位置近傍まではコントラストＡＦ用のスキャン駆動に比べて高速で前記フォーカスレンズ１３を駆動させることができ、ごく限られた領域のみについて低速でフォーカスレンズ１３をスキャン駆動することができる。従って、オートフォーカスにかかる時間を劇的に短縮することができる。
【００４５】
また、前記合焦位置検出部７は、モードダイヤル５２のモード設定によって、入力部であるシャッタボタン５１が前記ユーザにより半押しにされておらず、撮像動作開始指令が入力されていない状態で少なくともラフフォーカス駆動を行う入力前モードと、前記入力部に前記ユーザによりシャッタボタン５１が半押しにされ、撮像動作開始指令が入力された後にラフフォーカス駆動を行う入力後モードと、を切り替え可能に構成してある。加えて、前記入力前モードと、前記入力後モードでは、ラフフォーカス駆動におけるフォーカスレンズ１３の移動速度を異ならせてある。具体的には、前記入力前モードでの駆動速度は、前記入力後モードにおける駆動速度よりも遅く設定してある。
【００４６】
以上のように構成された撮像装置１００の動作について図９のフローチャートを参照しながら説明する。まず、モードダイヤル５２により前記合焦位置検出部７のモードが入力後モードに選択されている状態での動作について電源起動から撮像終了までの流れで説明する。
【００４７】
まず、電源が入れられると（ステップＳ１）、各撮像素子２への露光が開始され、それにより生成された各画像がＶＲＡＭ３２に記憶される。これらの画像を前記評価値算出回路３３が読み出し（ステップＳ２）、ＡＥ評価値を算出する（ステップＳ３）。このＡＥ評価値が適正な値となるための適正露光制御値が算出され（ステップＳ４）、前記絞り１２に対してその露光量となるようにアイリスモータのドライバに設定値が設定される（ステップＳ５）。その後、適正露光となった状態の画像に基づいて前記表示画像処理回路３４により生成される立体画像がモニタ３５に表示される（ステップＳ６）。ここで、モードダイヤル５２により入力後モードが選択されているので、前記被写体距離算出部６、前記合焦位置検出部７はユーザによりシャッタスイッチが半押しされるまで待機している。
【００４８】
次に、ユーザによりシャッタボタン５１が半押しされた場合には（ステップＳ７）、前記被写体距離算出部６が、新たに撮像素子２に露光され、生成された画像をＶＲＡＭ３２から読み出し（ステップＳ８）、２つの画像から被写体距離を位相差演算により算出する（ステップＳ９）。その後、前記合焦位置検出部７は、多点アルゴリズムに基づいて、前記被写体距離算出部６から出力される複数の被写体の被写体距離に基づいてどの被写体を合焦被写体とするかを決定する（ステップＳ１０）。そして、前記合焦位置検出部７は、前記合焦被写体の被写体距離に基づいて、前記フォーカスレンズ１３を駆動するべき方向を決定し、その後合焦被写体に合焦する合焦位置の近傍で所定距離離れた手前の位置までラフフォーカス駆動によりフォーカスレンズ１３を高速移動させる（ステップＳ１１）。
【００４９】
前記合焦位置の手前まで前記フォーカスレンズ１３が移動すると、前記合焦位置検出部７の動作がコントラストＡＦ用の動作に切り替わる。まず、スキャン駆動によりフォーカス位置を変化させ、新たに撮像素子２に露光され、ＶＲＡＭ３２に記憶される新たな画像を読み出す（ステップＳ１２）。その後前記評価値算出回路３３により算出されるコントラスト評価値を取得しつづけ（ステップＳ１３）、現在取得したコントラスト評価値と前回取得したコントラスト評価値とを比較して増加傾向が終了したかどうかによってピーク判定を行う（ステップ１４）。増加傾向が続いており、ピークでは無いと判断された場合は（ステップＳ１５）、フォーカスレンズ１３を移動させつづけ、前記コントラスト評価値が減少に転じ、フォーカスレンズ１３の位置が合焦位置を超えたと判断されるまでこの判定が繰り返される。コントラスト評価値にピークがあった場合には、そのピークのあった位置から合焦位置が算出され（ステップＳ１６）その後、前記合焦位置検出部７は、フォーカスレンズ１３の移動方向を反転させて、当該フォーカスレンズ１３を合焦位置まで高速移動させる（ステップＳ１７）。
【００５０】
ここで、ユーザによりシャッタスイッチの半押しが解除された場合には、ステップＳ２へと戻り（ステップＳ１８）、シャッタスイッチが全押しされた場合には（ステップＳ１９）、その合焦位置で撮影が実行される（ステップＳ２０）。
【００５１】
次に、入力前モードが選択されている場合について、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。入力前モードがモードダイヤル５２により選択されている場合には、前記被写体距離算出部６及び前記合焦位置検出部７の動作が一部異なる以外は、前述した入力後モードにおける動作と入力前モードの動作は略同じである。そこで、異なっている部分のみ詳述することにする。
【００５２】
入力前モードが選択されている場合、入力前モードのステップＳＳ１からステップＳＳ６までは、入力後モードでのステップＳ１からステップＳ６までは同じである。入力前モードの場合、入力後モードにおけるステップＳ８からステップＳ１１までをユーザによりシャッタスイッチが半押しされるまでの間に行っている点が異なる。
【００５３】
すなわち、図１０に示すように前記被写体距離算出部６が、新たに撮像素子２に露光され、生成された画像をＶＲＡＭ３２から読み出し（ステップＳＳ７）、２つの画像から被写体距離を位相差演算により算出する（ステップＳＳ８）。その後、前記合焦位置検出部７は、多点アルゴリズムに基づいて、前記被写体距離算出部６から出力される複数の被写体の被写体距離に基づいてどの被写体を合焦被写体とするかを決定する（ステップＳＳ９）。そして、前記合焦位置検出部７は、前記合焦被写体の被写体距離に基づいて、前記フォーカスレンズ１３を駆動するべき方向を決定し、その後合焦被写体に合焦する合焦位置の近傍で所定距離離れた手前の位置までラフフォーカス駆動によりフォーカスレンズ１３を高速移動させる（ステップＳＳ１０）。ステップＳＳ１０までの動作はユーザによりシャッタスイッチが半押しされるまで繰り返されることになるので、常にフォーカスレンズ１３は、被写体に対して合焦する合焦位置近傍にある状態が保たれることになる。この際、フォーカスレンズ１３の移動速度が速すぎると、モニタ３５に表示される画像の品位が低下したり、常にフォーカスレンズ１３を駆動し続けることによる電力消費量が増加したりすることを低減するために、前記入力後モードに比べて、この入力前モードではラフフォーカス駆動の駆動速度を遅く設定してある。
【００５４】
次に、ユーザによりシャッタスイッチが半押しにされた場合には（ステップＳＳ１１）、前記合焦位置検出部７がすぐにコントラストＡＦによる合焦動作を開始する。なお、入力前モードにおけるステップＳＳ１２からステップＳＳ２０に関しては、入力後モードでのステップＳ２からステップＳ２０と同じであるので説明を省略する。
【００５５】
ここで、シャッタスイッチが押される前の状態において、フォーカスレンズ１３の位置は合焦位置の近傍に保たれているので、スキャン駆動するべき範囲は狭く、瞬時にフォーカスレンズ１３を合焦位置に移動させることができる。つまり、入力前モードに設定しておけば、ユーザがシャッタスイッチを半押しする前に略合焦した状態であり、半押しするとすぐに合焦させることができるので、動きの速い被写体等でも容易に焦点を合わせることができる。逆に入力後モードに設定しておけば、最速のフォーカス速度ではないものの、省電力であり、かつ、モニタ３５に表示されるスルー画像の品位を良いものとすることができ、じっくりとフレーミングする場合や、撮像装置１００の稼働時間を長くしたい場合に適している。
【００５６】
このように前記合焦位置検出部７が入力後モードと入力前モードとを切り替え可能に構成してあるので、フォーカス速度と使い勝手に関してユーザが適宜バランスをとることができる。
【００５７】
その他の実施形態について説明する。
【００５８】
前記実施形態では、前記入力後モードと入力前モードではラフフォーカス駆動の速度を異ならせていたが、その他のパラメータを異ならせていてもよい。例えば、前記被写体距離算出部が被写体距離を算出する周期を入力前モードにおいては、前記入力後モードに比べて長くし、合焦位置近傍へフォーカスレンズが駆動される頻度を少なくしてもよい。このようにすれば、駆動速度が同じであったとしても、フォーカスレンズが細かく駆動されることによる消費電力の増加を防ぐことができる。
【００５９】
前記実施形態では、入力前モードでは、ラフフォーカス駆動までしか行っていなかったが、最もフォーカス速度を優先するのであれば、スキャン駆動まで行うように構成して、常に被写体に合焦した状態を保つようにしても構わない。
【００６０】
前記実施形態にて説明した、被写体距離の算出方法及びコントラスト評価値の算出方法は一例であって、その他の方法で算出するものであっても構わない。また、前記実施形態では立体撮像を行うための撮像装置であったが、例えば、片側の撮像光学系だけを用いて通常の平面画像を撮像できるモードがあっても構わない。
【００６１】
前記実施形態では、フォーカスレンズのみを駆動して被写体に合焦するようにしていたが、ズームレンズを駆動して合焦するようにしても構わない。前記実施形態ではフォーカスレンズの移動と、フォーカス位置の移動は１対１に対応していたが、撮像光学系としてフォーカスしている位置を移動させるものであればどのような駆動系を用いても構わない。
【００６２】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００６３】
１００・・・撮像装置
１    ・・・撮像光学系
２    ・・・撮像素子
６    ・・・被写体距離算出部
７    ・・・合焦位置検出部
５１  ・・・入力部（シャッタスイッチ）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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