(57)【要約】【課題】  撮影記録用画像と焦点検出範囲画像の露光量を共に最適とする。【解決手段】  測光範囲が異なる記録画像用分割フレームと複数の焦点検出用分割フレームで１フレームを構成するようにして、測光結果に応じて焦点検出用分割フレームの合成枚数を行うと共に画像位置合わせ手段を介した画像情報に基づいて、焦点検出を行う焦点検出手段を有する撮影装置を構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の記録画像用の分割フレームと複数の焦点検出用の分割フレームが撮影記録用に規定された１フレーム時間内に構成されており、
該記録画像用分割フレームと該焦点検出用分割フレームで測光範囲が異なる複数の測光範囲を測光する測光手段と、
該焦点検出用分割フレームの画像位置合わせを行う画像位置合わせ手段と、
該測光手段の結果に基づいて該位置合わせ手段により位置合わせをした該焦点検出用分割フレームの画像合成を行う画像合成手段を有し、
該画像合成手段を介した画像情報に基づいて、
焦点検出を行う焦点検出手段を有することを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記測光手段の測光結果に基づいて、
焦点検出用分割フレーム画像の合成枚数を決定するための画像合成枚数決定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
【請求項３】
前記画像位置合わせ手段は、
前記焦点検出手段において、焦点検出信号の読出し走査方向にのみ画像位置合わせ合成処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影機器の焦点検出制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影画像を焦点検出に用いるようなデジタルカメラにて撮影を行うときに、記録画像として最適な露光量条件にした際には、焦点検出領域が撮影可能な輝度レンジ外となって正確な焦点検出が行えないことがある。
【０００３】
例えば、晴天時に屋外で人物撮影を行った際に、背景の木陰に焦点を合わせようとすると、人物像に最適な露光設定で撮影を行うために焦点検出領域の画像が黒潰れ状態の露光不足となって正確な焦点検出が行えない。
【０００４】
また焦点検出領域を検出可能になるまで露光量（露光時間）を増やすと、焦点検出用画像に像ブレが生じてくるため正確な焦点検出が行えないのと同時に、前記人物像の白飛びが生じて高品位な記録画像とならない。
【０００５】
前記した黒潰れや白飛び現象の防止のために、過去においては特許文献１のように露光量を変化させて撮影を行った後に画像合成を行い撮影画像のダイナミックレンジ拡大を行うような提案もなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８―１０４００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１は、記録画像の階調性のダイナミックレンジ拡大に関してのものであり焦点検出用画像を最適な露光量にするための物ではなかった、
そこで本発明は、記録用画像範囲と焦点検出用画像範囲の複数の測光範囲の測光処理を行い、その結果に基づいて前記した複数の画像範囲を共に最適な露光量状態とし、且つ焦点検出用画像の像ブレ補正を行うことで、焦点検出精度を向上させることを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するためには、１つ以上の記録画像用の分割フレームと複数の焦点検出用の分割フレームが撮影記録用に規定された１フレーム時間内に構成されており、
該記録画像用分割フレームと該焦点検出用分割フレームで測光範囲が異なる複数の測光範囲を測光する測光手段と、該焦点検出用分割フレームの画像位置合わせを行う画像位置合わせ手段と、該測光手段の結果に基づいて該位置合わせ手段で位置合わせをした該焦点検出用分割フレームの画像合成を行う画像合成手段を有し、
該画像合成手段を介した画像情報に基づいて、焦点検出を行う焦点検出手段を設ける。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、焦点検出用画像を最適な露光量状態に設定を行い、且つ焦点検出用画像の像ブレ補正を行うことで焦点検出精度の向上を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の撮影装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明が有効となるような被写体状況例で焦点検出焦点検出範囲が黒潰れしやすい状況を示すものである。
【図３】図１に示す撮影装置において、撮影する被写体の記録画像のフレームの読み出し制御と焦点検出焦点検出用画像のフレームの読み出し制御関係において、露光時間調整は画像合成にて処理を行うものを示す図である。
【図４】本発明の分割フレームの焦点検出用画像を単純に合成した場合とブレ補正を行うように画像位置合わせ合成を行った場合での合成信号波形を比較したものである。
【図５】本発明の焦点検出時の作動において、画像合成により焦点検出用画像生成を行う作動の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の撮影装置の概略構成ブロック図の１例を示したものである。
【００１３】
図１中の撮影装置１００において、１０１、１０２，１０３は撮影光学系を構成する光学系であって、それぞれ第１、第２、第３レンズを示している。
【００１４】
１０４は撮影光学系の光彩絞りを示しており、絞り制御手段１１２により絞り径の可変駆動を行う手段を有しているものである。
【００１５】
１０６は画像信号抽出手段であり、撮像素子１０５から出力される光電変換信号光電変換信号から画像範囲の異なる記録用画像信号と焦点検出用画像信号をそれぞれ生成するものである。
【００１６】
測光手段であるところの第１の測光手段１０７及び第２の測光手段１０８は、前記の記録用画像信号と焦点検出評価用画像信号に対し、それぞれの画像範囲を個別の測光範囲として測光評価を行う手段を有したものである。
【００１７】
露光量決定手段１０９は、前記の第１の測光範囲の測光を行う測光手段１０７及び第２の測光範囲の測光を行う測光手段１０８による複数の測光結果から、規定されている１フレーム長以内に収まる記録画像と焦点検出評価画像の適正な露光量の演算を行うものである。
【００１８】
そして前記記録画像と焦点検出評価画像が規定の１フレーム長以内に収まるようにするためにゲイン調整手段１１０にて撮像素子の出力信号強度コントロールを行う。
【００１９】
また同時に、絞り制御手段１１１で絞り径の調整を行わせる命令を与え、再び撮像素子１０５からの光電変換信号の変化に対して最適な露光量状態になるように、前記した処理を折り返すようなフィードバック制御を行うものである。
【００２０】
そして前記処理にて最適な露光量条件が決定された後、記録用画像生成手段１１２により記録画像が生成されて画像記録手段１１３でフラッシュメモリーやハードディスク等の記録媒体に画像信号を記録する。
【００２１】
一方、焦点検出を行って合焦動作を行う手順は、先ず焦点検出用画像生成手段１１５において全画像範囲中の焦点検出範囲の画像信号の生成を行う際に測距範囲がアンダーで画像合成処理が必要であるような低輝度状態である場合を想定する。
【００２２】
その際、後で説明を行うが規定１フレーム長内において測距用の分割画像を複数枚取得した後に、画像合成枚数決定手段１１４にて画像合成枚数の決定を行い、手ブレ等による画像位置のズレを補正するような画像位置合わせ手段１１６と画像位置合わせ後に画像合成を行う画像合成手段１１７を前画像合成枚数決定手段１１４で決定された枚数分の繰り返し処理を行うことにより焦点検出用画像を前記１１５にて生成する。
【００２３】
そして焦点検出演算手段１１８により合焦を行うためのフォーカス駆動量を求め、フォーカス駆動手段１１９によってフォーカス駆動を行う。
【００２４】
尚、本案に用いられる前記焦点検出演算方式は、フォーカスレンズや撮像素子に変調駆動を与えてフォーカス状態を微小変化させて焦点検出評価画像のコントラスト値変化から合焦状態の判断を行うコントラスト検知方式がある。
【００２５】
また他の方法としては、例えば特開平０１―２１６３０６号公報、特許第０３５９２１４７明細書等で提案されているような撮像素子の一部または全体を焦点検出用画素として一対の像信号から位相差検知を行って焦点検出状態を検出するような撮像面位相差方式を用いるものがある。
【００２６】
図２は、本案の効果が有効となるような被写体の輝度状態を示したものである。
【００２７】
図中ＦＡは、焦点検出を行うように指定した範囲を示しており、被写体全体の画像中で指定範囲の画像信号を部分的に読み出しすることで、特定範囲における焦点検出精度の向上と共に高速な読み出し処理や演算負荷の低減が行えるものである。
【００２８】
図２の被写体状態は、窓から光が差し込む室内において、机の側面の影となっている部分で焦点検出評価を行って撮影を行おうとしている状況である。
【００２９】
この場合においては焦点検出範囲を適正な露光量条件にすると机の上に置かれた花などの主被写体が白飛びをしてしまい、主被写体に適正になるように露光量条件を設定すると焦点検出範囲が黒つぶれして焦点検出不能となってしまう。
【００３０】
図３は、記録画像と焦点検出評価用画像の規定された１フレームの読み出し制御に関する図である。
【００３１】
ここでは規定されている１フレーム長（時間）は１／３０秒に設定されているものとしている。
【００３２】
１フレーム長の時間内で記録用画像と焦点検出評価用画像をそれぞれの画像の露光量が適正なものとなるように分割を行っている。
【００３３】
ここでは高速シャッター速度が１／１２０秒に設定ができる使用となっており規定１フレーム長内で４枚の画像を取得できることを想定している。
【００３４】
そして複数画像合成により記録用画像を生成することが可能であるものとしている。
【００３５】
制御の流れは後に説明を行うが、ここでは撮像素子の電気信号の出力ゲイン量が適正に調整されているものとする。
【００３６】
尚、記録画像範囲中における焦点検出範囲の部分的な被写体像読み出し構成に関しては、特開２００９―２０７０１２号公報等の過去の文献に記されているものである。
【００３７】
図３は、図２で説明を行ったように、主被写体に対して焦点検出範囲の被写体が低輝度なものであった場合においての記録用画像と焦点検出評価用画像の分割方法の例を示しているものである。
【００３８】
そして取得した複数画像を合成することにより、焦点検出を行うための評価画像を生成することが可能なものである。
【００３９】
ここでは規定されている１／３０秒の１フレーム長以内で分割される分割フレームの露光時間を可変にすることが可能な撮像素子を用いたものであることを前提としている。
【００４０】
２１２〜２１４は焦点検出評価画像として用いられる分割フレームであり、２１１は記録画像として用いられる分割フレームである。
【００４１】
ここでは、２１１が記録画像として適した露光量となるように前記ゲイン調整が行われており、焦点検出評価用画像は２１２〜２１４分割フレーム画像の合成を行うことで適正な露光量の画像を取得できるものとする。
画像３１１は図２で示した被写体像における前記２１１の分割フレームで取得  されている記録画像を示す。
【００４２】
また、画像３１２〜３１４は３１１の全体像範囲内での図２中のＦＡで示した焦点検出領域が複数の分割フレームで取得された焦点検出用画像を示す。
【００４３】
そして３１２〜３１４の画像は手ブレ等の変動要因によって取得された被写体像位置がそれぞれズレを生じているものとしている。
【００４４】
その後に前記した画像位置合わせ手段を用いて像位置が可能な限り一致するように画像合成位置を決定して画像合成処理を行い図中の合成画像３１５のような焦点検出用画像を生成する。
【００４５】
次に図４を用いて画像の合成方法による焦点検出精度への影響に関して説明を行う。
【００４６】
前記したコントラスト検知方式や位相差検知方式の焦点検出方法は、共に画像の焦点検出走査方向における像信号変化信号を用いるが、像信号は画像を構成するピクセルの濃度値や電気信号値を指すものである。
【００４７】
図４は、前記図３の複数分割フレームの焦点検出用画像の画像合成方法による焦点検出波形の関係を表したものである。
【００４８】
図中のＸ、Ｙ方向合成画像３１５は図３で述べたように撮影時の手ブレ等による複数分割画像の位置ズレ成分を補正するようにして画像合成を行った例で、ここでは画像のＸ、Ｙ方向とも位置ズレが補正されるようにしている。
【００４９】
Ｘ方向合成画像３１７は前記３１２〜３１４画像を合成する際にＸ方向の像ブレ成分を減少するように位置合わせを行って画像合成してものである。
【００５０】
そして焦点検出用画像領域範囲が一致するように単純に画像合成を行った後の合成画像は単純合成画像３１６とする。
【００５１】
３１８、３１９、３２０はそれぞれ３１５、３１６、３１７の合成画像において、画像中Ｌで示した破線の（図ではＸ方向と定義された）水平方向の画像信号走査を行って得られる画像信号の強度を示したものである。
【００５２】
先に述べたコントラスト検知方法と位相差検知方法は共に焦点検出を行う際に用いられる信号波形は被写体のエッジ成分が正確に再現されていることが望まれるものである。
【００５３】
合成画像３１６はＸ，Ｙ方向共に像ブレを生じた画像となっており、被写体のエッジ部（机の脚部）が鈍ったような画像になるため被写体のピントの外れ変化に対して像信号のピーク値変化と信号波形の勾配変化が鈍くなってくるために、精度の良い合焦状態を判断することが難しくなってくる問題が生じる。
【００５４】
一方、画像波形３１８は、Ｘ方向及びＹ方向の画像ズレを減少させるように位置合わせを行った後に画像合成処理を行ったような合成画像３１５においては、対応する信号波形３１８は像ズレを除いているため被写体の信号変化がエッジ部で急勾配となり微少なピント変化に対して信号変化がとらえ易くなっている。
【００５５】
また焦点検出用の画像信号の走査方向は、通常は撮像素子の画像信号の読み出し方向に則したものとするものである。
【００５６】
そのため前記３１５のようにＸ，Ｙの両方向の画像位置合わせを行わなくとも画像位置ズレ補正のための演算負荷を減少するために、焦点検出を行う走査方だけを（図４においては水平方向であるＸ方向だけを）画像位置合わせ処理を行っても良い。
【００５７】
それにより、垂直方向（Ｙ方向）の被写体エッジ成分ズレを減少させて、合成画像信号３２０のように前記３１５に近い画像信号を得ることができるものである。
【００５８】
以上、画像を単純に取得範囲枠に合わせて画像合成を行うに対して少なくとも焦点検出信号の読出し走査方向を画像位置ズレが減少するような画像位置合わせを行って画像合成を行うことで焦点検出精度の向上が行える。
【００５９】
図５は、図１で示した撮影装置の焦点検出動作に関する大まかな流れ図である。
【００６０】
前提として、何れもＳＴＡＲＴ時にはシャッターボタンの操作等で焦点検出動作が開始状態になっているとする。
【００６１】
またこの流れ図においては、１フレームにおける焦点検出工程や記録画像の取得を１区切りとしてＥＮＤとしているが、実際の撮影状態においてはＥＮＤとＳＴＡＲＴ間で得られた測距結果から合焦を行うためのフォーカス駆動処理がなされるようなループ処理が行われるものである。
【００６２】
またここでは図示していないが焦点検出処理を行う画像記録は規定された１フレーム時間間隔で任意のタイミングで行われるものとする。
【００６３】
図５は、複数の焦点検出用画像の合成処理を行うことで適正露光量になる画像を取得する手段を用いているものである。
【００６４】
ステップＳ１０１は画像全体で測光を行って、規定された１フレーム長の撮影画像が適切な露光量になるように調整を行い、前記図１で説明した１０９の露光量調整手段により１１０のゲイン調整手段及び１１１の絞り制御手段に対して適正露光量になるような制御命令を与えるものである。
【００６５】
ここで、先ず初回の露光量の調整に関しては１フレーム画像の記録用画像と焦点検出用画像の露光量は等しいものとして焦点検出処理を開始する。
【００６６】
そして以下の処理により最適な露光量条件のフィードバック処理を行うものとする。
【００６７】
ステップＳ１０２は最終的に測距処理を行うための焦点検出範囲を設定するものである。
【００６８】
ここで設定方法は撮影装置に自動的に行わせても良く、また撮影者が任意に行っても良いものである。
【００６９】
ステップＳ１０３はＳ１０２で選択された焦点検出範囲を測光範囲として測光を行う手段により、ステップＳ１０２で選択された焦点検出範囲の測光処理を行う。
【００７０】
そしてステップＳ１０４において前ステップＳ１０３の測光結果から設定されている露光量が最適な焦点検出に対してオーバー、適正、アンダーの何れであるかの判断を行う。
【００７１】
前ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量が適正であると判断された場合には、ステップＳ１０２により設定されている焦点検出範囲画像をそのままステップＳ１０５にて測距処理を行い、合焦を行うためのフォーカス駆動量を求めてステップＳ１０６にてフォーカス駆動処理を行い、一連の焦点検出フローを終了する。
【００７２】
一方、ステップＳ１０４にて焦点検出範囲の露光量がアンダーであると判断された場合には、処理はステップＳ１０７に移行する。
【００７３】
そして規定された１フレーム長内の１分割フレーム長が撮影画像の適正露光量になるように撮像素子の光電変換ゲイン値の調整処理を行う。
【００７４】
次にステップＳ１０８は図１における１１４の画像合成枚数決定手段に対応した処理であり、複数画像合成を行うために、規定された画像枚数内の画像合成により最適な露光量の画像が取得可能かの判断を行う。
【００７５】
そして規定枚数の合成では適正な露光量にならないと判断される場合においては、ステップＳ１０９で警告情報発生処理を行ってステップＳ１０１に戻る。
【００７６】
他方、規定枚数の画像合成により適正な露光量の画像が取得可能であると判断された場合にはその画像合成枚数を決定する。
【００７７】
そしてステップＳ１１０で複数の分割フレームで得られている複数の焦点検出用画像を像ブレが減少するように位置合わせを行い、ステップＳ１１１で焦点検出用画像合成処理を前ステップＳ１０８にて決定された画像枚数分を折り返して行う。
【００７８】
そして画像合成された焦点検出用画像により前記と同様にステップＳ１０５で測距処理を行ってステップＳ１０６にてフォーカス駆動を行い、一連の焦点検出フローを終了する。
【００７９】
一方、ステップＳ１０４にて焦点検出用画像の露光量がオーバーであると判断された場合にはステップＳ１１２において、焦点検出用画像は最小の１分割フレームとして、その画像が焦点検出を行うのに最適な露光になるようなゲイン値の調整を行う。
【００８０】
次にステップＳ１１３は、前ステップＳ１１２のゲイン値調整で焦点検出用の画像が適切な露光状態になったかの判断を行う。
【００８１】
もし、焦点検出用画像の露出がオーバーである状態の改善が不可と判断された場合にはステップＳ１１４にてその旨の警告情報発生処理を行いステップＳ１０１に戻る。
【００８２】
他方ステップＳ１１３において、焦点検出用画像が適正な露光量に設定されていると判断された場合には、ステップＳ１１２により露光が設定されている焦点検出用画像でステップＳ１０５にて測距処理を行い、合焦を行うためのフォーカス駆動量を求めてステップＳ１０６にてフォーカス駆動処理を行い、一連の焦点検出フローを終了する。
【００８３】
以上述べたような処理を行うことで、焦点検出用画像を最適な露光量状態にし、且つ焦点検出用画像の像ブレ補正を行うことで、焦点検出精度を向上させる事ができる。
【００８４】
以上述べた手段は、一眼レフカメラやコンパクトデジタルカメラの他にビデオカメラ等の撮影装置にも応用できるものである。 
【符号の説明】
【００８５】
１００：撮影装置
１０１：第１レンズ群
１０２：第２レンズ群
１０３：第３レンズ群
１０４：絞り機構
１０５：撮像素子
１０６：画像信号抽出手段
１０７：第１の測光手段（第１の画像範囲を測光範囲として測光する手段）
１０８：第２の測光手段（第２の画像範囲を測光範囲として測光する手段）
１０９：露光量決定手段
１１０：ゲイン調整手段
１１１：絞り制御手段
１１２：記録用画像生成手段
１１３：画像記録手段
１１４：画像合成枚数決定手段 
１１５：焦点検出評価用画像生成手段
１１６：画像位置合わせ手段
１１７：画像合成手段
１１８：焦点検出演算手段
１１９：フォーカス駆動手段
ＦＡ：焦点検出を行う範囲
２１１：撮影記録用の１番目の分割フレーム
２１２：焦点検出評価用の１番目の分割フレーム
２１３：焦点検出評価用の２番目の分割フレーム
２１４：焦点検出評価用の３番目の分割フレーム
３１１：撮影記録用分割画像
３１２：第１の焦点検出用分割画像
３１３：第２の焦点検出用分割画像
３１４：第３の焦点検出用分割画像
３１５：Ｘ及びＹ方向の画像位置合わせ合成された焦点検出用画像
３１６：単純位置合わせされた焦点検出用画像
３１７：Ｘ方向の画像位置合わせ合成された焦点検出用画像
３１８：３１５画像の焦点評価波形状態
３１９：３１６画像の焦点評価波形状態
３２０：３１７画像の焦点評価波形状態
【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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