(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を電気信号に変換して画像を撮像するカメラ撮像部と、
被写体に対して光を照射する補助光照射部と、
上記カメラ撮像部及び上記補助光照射部を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、上記カメラ撮像部内に設けられたフォーカスレンズの合焦位置を検出するフォーカシング処理時に、上記補助光照射部により被写体に対して光を照射した状態で上記フォーカスレンズを各位置に移動させて合焦位置に関する第１のコントラスト値を検出し、上記第１のコントラスト値に基づきフォーカスレンズの合焦位置を判定し、フォーカスレンズを上記合焦位置に移動させ、上記補助光照射部により被写体に対して光を照射しない状態で上記フォーカスレンズの合焦位置に関する第２のコントラスト値を検出し、上記合焦位置における上記第１のコントラスト値及び第２のコントラスト値に基づき上記補助光の波長特性による色収差に対応した合焦位置補正量を調整して、上記フォーカスレンズの上記合焦位置を補正することを特徴とする画像撮像装置。
【請求項２】
上記制御部は、補助光無発光時の撮像画像の輝度と補助光最大発光時の撮像画像の輝度とに基づき、補助光の発光光量を制御することを特徴とする請求項１記載の画像撮像装置。
【請求項３】
上記補助光照射部の発光手段は、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）、レーザ発光手段又は電球であることを特徴とする請求項１記載の画像撮像装置。
【請求項４】
上記補助光照射部の発光手段は、被写体に対して回折格子を介してレーザ光を発光するレーザ発光手段であることを特徴とする請求項１記載の画像撮像装置。
【請求項５】
上記制御部は、上記カメラ撮像部により撮像された撮像画像に基づき、上記第１のコントラスト値及び第２のコントラスト値を検出することを特徴とする請求項１記載の画像撮像装置。
【請求項６】
上記制御部は、上記カメラ撮像部により撮像された撮像画像のコントラストに基づき、上記第１のコントラスト値及び第２のコントラスト値を検出することを特徴とする請求項５記載の画像撮像装置。
【請求項７】
被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を電気信号に変換して画像を撮像するカメラ撮像部と、被写体に対して光を照射する補助光照射部とを備える画像撮像装置の合焦方法であって、
上記カメラ撮像部内に設けられたフォーカスレンズの合焦位置を検出するフォーカシング処理時に、上記補助光照射部により被写体に対して光を照射した状態で上記フォーカスレンズを各位置に移動させて合焦位置に関する第１のコントラスト値を検出し、上記第１のコントラスト値に基づきフォーカスレンズの合焦位置を判定し、フォーカスレンズを上記合焦位置に移動させ、上記補助光照射部により被写体に対して光を照射しない状態で上記フォーカスレンズの合焦位置に関する第２のコントラスト値を検出し、上記合焦位置における上記第１のコントラスト値及び第２のコントラスト値に基づき上記補助光の波長特性による色収差に対応した合焦位置補正量を調整して、上記フォーカスレンズの上記合焦位置を補正することを特徴とする画像撮像装置の合焦方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣ−ＭＯＳイメージセンサ等の光電変換素子を用いて電子的に静止画像等を撮像する画像撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣ−ＭＯＳイメージセンサを光電変換素子として用いたいわゆるデジタルスチルカメラと呼ばれる電子式の画像撮像装置が広く用いられている。
【０００３】
このようなデジタルスチルカメラには、一般的に、自動的にフォーカス（ピント）を合わすオートフォーカス機能が設けられている。デジタルスチルカメラのオートフォーカスの方式には様々な方式があるが、フォーカスレンズを移動させながら各位置でＣＣＤで画像を撮像し、撮像画像のコントラストが一番高い位置を探索する方式が主流となっている。このような方式では、元々ある電気的に画像の情報を得る手段を用いているので、オートフォーカス専用の距離センサを設けなくてもよく、コストダウンとなる。
【０００４】
もっとも、このような撮像画像を利用したオートフォーカスを行う場合、暗所などの低輝度環境下では、撮像画像の輝度が得られずコントラストを検出できないので、オートフォーカス時に例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザ等の補助光を照射する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＥＤやレーザ光といったオートフォーカス用の補助光は、出力される光の波長が可視光領域の低波長側にあるのが一般的である。
【０００６】
そのため、こような補助光を使用してオートフォーカスを行って合焦位置を検出した場合、その補助光の周波数特性と実際の被写体からの反射光の周波数特性との違いにより、レンズに対する色収差が異なり、正確にフォーカス位置を制御することが困難であった。
【０００７】
仮に、補助光源以外光が存在しない場合は、補助光の発光状態で検出されたフォーカス位置に対して、単純に色収差分のオフセット量をレンズの移動位置に加減して、フォーカス位置を補正することが可能である。しかしながら、撮影環境が完全な暗所であればこのような補正も有効であるが、補助光以外の外部光が混在している環境下では、条件が異なるためオフセット量の加算によっても、正確にフォーカス位置を制御することは困難であった。
【０００８】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、例えば低輝度環境下等で補助光を発光してオートフォーカスを行う場合であっても、正確にフォーカス位置を制御することができる画像撮像装置及びその合焦方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる画像撮像装置は、被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を電気信号に変換して画像を撮像するカメラ撮像部と、被写体に対して光を照射する補助光照射部と、上記カメラ撮像部及び上記補助光照射部を制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記カメラ撮像部内に設けられたフォーカスレンズの合焦位置を検出するフォーカシング処理時に、上記補助光照射部により被写体に対して光を照射した状態で上記フォーカスレンズを各位置に移動させて合焦位置に関するコントラスト値を検出し、上記コントラスト値に基づきフォーカスレンズの合焦位置を判定し、フォーカスレンズを上記合焦位置に移動させ、上記補助光照射部により被写体に対して光を照射しない状態で上記フォーカスレンズの合焦位置に関する第２のコントラスト値を検出し、上記合焦位置における上記コントラスト値及び第２のコントラスト値に基づき上記補助光の波長特性による色収差に対応した合焦位置補正量を調整して、上記フォーカスレンズの上記合焦位置を補正することを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる画像撮像装置の合焦方法は、被写体からの撮像光が入射され、この撮像光を電気信号に変換して画像を撮像するカメラ撮像部と、被写体に対して光を照射する補助光照射部とを備える画像撮像装置の合焦方法であって、上記カメラ撮像部内に設けられたフォーカスレンズの合焦位置を検出するフォーカシング処理時に、上記補助光照射部により被写体に対して光を照射した状態で上記フォーカスレンズを各位置に移動させて合焦位置に関する第１のコントラスト値を検出し、上記コントラスト値に基づきフォーカスレンズの合焦位置を判定し、フォーカスレンズを上記合焦位置に移動させ、上記補助光照射部により被写体に対して光を照射しない状態で上記フォーカスレンズの合焦位置に関する第２のコントラスト値を検出し、上記合焦位置における上記第１のコントラスト値及び第２のコントラスト値に基づき上記補助光の波長特性による色収差に対応した合焦位置補正量を調整して、上記フォーカスレンズの上記合焦位置を補正することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態として、本発明が適用された電子的に静止画像を撮像する撮像装置（デジタルスチルカメラ）について説明をする。図１に、本発明の実施の形態のデジタルスチルカメラ１の構成図を示す。
【００１３】
デジタルスチルカメラ１は、図１に示すように、ＣＣＤ１２と、Ｓ／Ｈ・ＧＣ（Sampling Hold Gain Control）回路１３と、ＡＤコンバータ１４と、デジタル信号処理回路１５と、ファインダ１６と、記録回路１７と、検波回路１８と、シャッタレリーズボタン１９と、シャッタ判定回路２０と、ＡＦ補助光発光回路２１と、レンズ部２２と、制御部３０とを備えている。
【００１４】
ＣＣＤ１２は、レンズ部２２を介して受光面に結像された被写体の撮像光を、画素毎に電気信号に変換し、画像信号を出力する。ＣＣＤ１２により蓄積された画像信号は、所定のタイミング（画像更新周期）で、Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１３に供給される。
【００１５】
Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１３は、ＣＣＤ１２から供給された画像信号に対して、サンプリング処理や増幅処理等のアナログ処理を行う。Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１３から出力されたアナログの画像信号は、ＡＤコンバータ１４に供給される。
【００１６】
ＡＤコンバータ１４は、Ｓ／Ｈ・ＧＣ回路１３から供給されたアナログの画像信号を所定のサンプリングレートでサンプリングして、デジタルの画像信号に変換する。ＡＤコンバータ１４から出力されたデジタル画像信号は、デジタル信号処理回路１５に供給される。
【００１７】
デジタル信号処理回路１５は、ＡＤコンバータ１４から供給されたデジタル画像信号から、例えば、ＮＴＳＣや記録メディアに必要なフォーマットのデジタルの映像信号を生成し、外部に出力する。デジタル信号処理回路１５は、フレーミング時には、デジタル画像信号から表示画像信号を生成し、ファインダ１６に供給する。デジタル信号処理回路１５は、静止画像撮像時には、デジタル画像信号から１枚の静止画像信号を生成し、それを圧縮等した後、記録回路１７に供給する。
【００１８】
ファインダ１６は、例えば液晶パネル等から構成された電子式の表示装置である。ファインダ１６には、フレーミング時に、デジタル信号処理回路１５から表示画像信号が入力され、その画像信号を表示する。
【００１９】
記録回路１７は、静止画像撮像時に、デジタル信号処理回路１５から出力される静止画像信号を、例えばメモリカード等の記憶メディアに記録する。
【００２０】
検波回路１８は、デジタル信号処理回路１５から供給され映像信号から、オートフォーカス（ＡＦ）、オート露出（ＡＥ）、オートホワイトバランス調整等に必要となる各種検波信号を生成する。各種検波信号は、制御部３０により一定期間毎に読み出される。制御部３０は、読み出した各種検波信号に基づき、適切な画像が撮像できるようにレンズ部２２等を制御する。具体的に、検波回路１８が検出する検波信号としては、例えばオートフォーカスに関する検波信号や自動露出制御に関する検波信号等がある。検波回路１８は、オートフォーカスに関する検波信号として、撮像画像上の所定の位置に設定されたＡＦ検波エリア内における輝度のエッジ成分を検出し、そのエッジ成分を積算して得られるコントラスト値を出力する。また、検波回路１８は、自動露出制御に関する検波信号として、撮像画面上の所定の位置に設定された輝度の検波エリアの輝度を検出し、その輝度レベルを出力する。
【００２１】
シャッタレリーズボタン１９は、ユーザにより操作されるモーメンタリ型の押圧スイッチである。このシャッタレリーズボタン１９は、スイッチを全く押さない状態（オフ）と、スイッチを押しきった状態（全押し）と、スイッチを半分程度まで押した状態（半押し）との３つの状態を区別してスイッチングする機能が設けられている。このシャッタレリーズボタン１９の３つの押圧状態（オフ、半押し、全押し）は、シャッタ判別回路２０により判別がされ、その判別情報が制御部３０に供給される。
【００２２】
ＡＦ補助光発光回路２１は、オートフォーカス時に被写体に対して可視光（ＡＦ補助光）を発光する発光回路である。ＡＦ補助光発光回路２１には、発光素子として、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード等のレーザ発光手段、ランプ等が備えられている。このＡＦ補助光発光回路２１の発光素子は、例えば筐体の前面部や上部に取り付けられ、撮像対象となる被写体に対して発光されるように設けられている。このＡＦ補助光発光回路２１は、制御部３０により駆動や発光タイミングが制御される。
【００２３】
レンズ部２２は、ズームレンズ２３と、フォーカスレンズ２４と、フォーカスレンズ２４を駆動するフォーカスレンズ駆動部２５を備えている。また、レンズ部２２は、これらの他に、例えば、入射光の赤外線をカットする赤外カットフィルタ、入射光量を制限する絞り羽根、入射光を遮光するシャッタ羽根等の光学系や、ズームレンズ２３を駆動するズームレンズ駆動部、絞り羽根を駆動する絞り駆動部と、シャッタ羽根を駆動するシャッタ駆動部等も備えている。
【００２４】
レンズ部２２内のズームレンズ２３は、その光軸が、ＣＣＤ１２の受光面の略中心から延ばした鉛直線と一致する位置に設けられている。ズームレンズ２３は、光軸上を前後に直線移動可能に設けられ、その移動位置に応じてＣＣＤ１２の受光面上の結像画像の撮像倍率を変える。ズームレンズ２３は、その移動位置が、ズームレンズ駆動部を介して制御部３０により制御される。
【００２５】
レンズ部２２内のフォーカスレンズ２４は、その光軸が、ＣＣＤ１２の受光面の略中心から延ばした鉛直線と一致する位置に設けられている。フォーカスレンズ２４は、光軸上を前後に直線移動可能に設けられ、その移動位置に応じてＣＣＤ１２上の受光面上の結像画像の焦点位置を変える。フォーカスレンズ２４は、その移動位置が、フォーカスレンズ駆動部２５を介して制御部３０により制御される。
【００２６】
制御部３０は、デジタルスチルカメラ１の各部の制御を行う。例えば、シャッタレリーズボタン１９の押圧状態に基づき、フレーミング処理制御（オフ）、オートフォーカス処理制御（半押し）、静止画像記録制御（全押し）を行う。
【００２７】
なお、フレーミング処理とは、画面内の被写体の位置や画面の構図を、ユーザが撮影前に確認することができるように、ＣＣＤ１２に撮像されている画像をファインダ１６に表示する処理である。このフレーミング処理時には、一定の画像更新周期毎（例えば１／３０秒毎）にＣＣＤ１２が１画面分の撮像処理を行い、撮像して得られた画像信号が出力される。そのため、ファインダ１６に表示される画像も、一定時間毎（例えば１／３０秒毎）に更新され、ユーザはファインダ１６に表示されている撮像画像を、動画で確認することができる。このフレーミング処理は、デジタルスチルカメラ１自体が撮影可能な状態になっており、且つ、シャッタレリーズボタン１９がオフの状態のとき、つまりユーザがシャッタレリーズボタン１９を押していない状態のときに行われる。
【００２８】
オートフォーカス処理とは、静止画の撮像対象となる被写体画像のフォーカスを、自動的に設定する処理である。つまり、オートフォーカス処理は、自動的にフォーカスレンズ２４の移動位置を調整して、撮像画像のピント調整を行う処理である。デジタルスチルカメラ１は、フレーミング処理を行いながら、シャッタレリーズボタン１９を半押し状態とすると、撮像画像に基づき合焦点位置を検出するオートフォーカス処理を開始する。具体的に、オートフォーカス処理時には、制御部３０は、フォーカスレンズ２４を移動させながら各位置におけるこのコントラスト値を検波回路１８から取得し、フォーカスレンズ２４の各移動位置に対するコントラスト値の増減を判断する。そして、制御部３０は、そのコントラスト値の増減から、フォーカスレンズ２４の移動位置に対する画像のフォーカスの合焦の度合いを判断し、もっともその合焦度合いが高い位置にフォーカスレンズ２４を移動する。なお、このオーフォーカス処理の制御手順については、その詳細を後述する。
【００２９】
また、このデジタルスチルカメラ１では、このオートフォーカス処理時に、オートフォーカスを行う際に必要となる、絞り羽根の開度や電子シャッタのスピード等の設定、つまり、Ｆ値やシャッタスピードの設定も行う。また、さらに、オートフォーカスを行う際に必要となるホワイトバランスの設定といった設定も行う。
【００３０】
静止画像撮影処理とは、被写体画像を１画面分撮像して、その１画面分の被写体画像をメディアに記録する処理である。デジタルスチルカメラ１は、オートフォーカス処理を完了したのちに、シャッタレリーズボタン１９が全押しされると、フォーカスレンズ２４の移動位置、絞り羽根の開度、電子シャッタ時間等を、オートフォーカス処理時に検出された値に設定して、１画面分の静止画像をＣＣＤ１２で取り込む。取り込まれた静止画像は、デジタル信号処理回路１５等により圧縮等の処理がされたのち、メディアに保存される。
【００３１】
つぎに、ＡＦ補助光発光回路２１の回路構成例について説明をする。
【００３２】
図２には、回折格子を通過したレーザ光を、ＡＦ補助光として出射する発光回路を示している。
【００３３】
ＡＦ補助光発光回路２１は、図２に示すように、回折格子３１を介してレーザ光を出射するレーザダイオード３２と、レーザダイオード３２の出射光量を検出するフォトディテクタ３３と、レーザダイオード３２の通過電流を制御するトランジスタ３４と、レーザダイオード３２への供給電力（Ｖｃｃ）をスイッチングするスイッチング回路３５と、フォトディテクタ３４からのフィードバック電圧をデジタル化して制御部３０に供給するＡＤコンバータ３６と、制御部３０から与えられるレーザダイオード３２への発光光量制御信号をアナログ化するＤＡコンバータ３７と、フォトディテクタ３４からのフィードバック電圧と制御部３０からの供給電流制御信号とを差動演算してトランジスタ３４のベース端子に与えることによりレーザダイオード３２の通過電流を安定化させる演算増幅器３８とを備えて構成される。
【００３４】
レーザダイオード３２から回折格子３１を通過して外部に出射されるレーザ光は、当該回折格子３１に刻まれた凹凸に従った固定パターンの光となる。このようなレーザ光の出射技術は、例えば、レーザポインタ等に用いられている。本デジタルスチルカメラ１では、この固定パターンの光の反射光を用いて、オートフォーカスが行われる。
【００３５】
また、一般的に、レーザダイオードは、フォトダイオードと組み合わされたユニット部品で使用される。これは、レーザダイオードが温度変化に対して敏感に光量が変化してしまい、定電流駆動では、出力光量を一定に管理できないためである。フォトダイオードを用いてレーザダイオードの出射光量を一定に管理するには、フォトダイオードをレーザダイオードの出射源に近接する位置に配置し、フォトダイオードの検出電圧を用いて、レーザ出力が一定になるようレーザ駆動連流に帰還をかければよい。このようにした場合、フォトダイオードの感度の温度変化が極めて少ないため、ほぼ一定のレーザ出力管理が可能となる。図２で示す回路も、フォトディテクタ３３からフィードバックされた帰還電圧が、ＤＡコンバータ３７から出力される基準電圧との差動が取られ、レーザダイオード３２の供給電流が制御されるので、レーザダイオード３２からの発光光量を一定とすることができる。
【００３６】
また、この図２で示すＡＦ用補助光発光回路２１では、制御部３０から演算増幅器３８へ基準電圧（ＤＡコンバータ３７を介したアナログの基準電圧）を与えるとともに、スイッチング回路３５によりレーザダイオード３２へ供給する電力をＰＷＭ方式でスイッチングすることで、レーザダイオード３２からの発光光量の制御を行う。
【００３７】
また、スイッチング回路３５は、ＡＦ補助光の発光有無の制御回路も兼ねており、制御部３０からのＯＮ／ＯＦＦ信号（ポート出力）でＰＷＭのスイッチングが制御される。制御部３０は、ＰＷＭの周期を、撮像画像の更新周期（例えば、１／３０秒）に同期させて制御している。なお、レーザダイオード３２の通電、停電は、当該レーザダイオード３２の駆動回路の電源（Ｖｃｃ）のスイッチングを行うことにより行う。
【００３８】
なお、演算増幅器３８へ与える基準電圧は、所望のＰＷＭのデューティ比（ＤＣ発光でも可）で、ＡＦ補助光を点灯させたときに、所望の距離、画角、被写体条件でＡＦが可能な光量が得られる発光出力になるように調整をしておく。この調整は、デジタルスチルカメラ１の装置毎の感度ばらつき吸収するものであり、一旦調整を行えば、ＰＷＭのパルスデューティ可変することで、被写体の状況に応じて光量の調整を行うことができる。もっとも、パルスのデューティでの制御ではなく、基準電圧自体を可変しても同等な出力制御は可能である。
【００３９】
以上ＡＦ補助光発光回路２１の回路構成として、回折格子を通過したレーザ光を出射するレーザダイオードを発光素子として用いた例を示したが、このようなレーザダイオードに関わらず、ＬＥＤなど他の光源を用いたＡＦ補助光であっても実現は可能である。例えば、発光素子としてＬＥＤを用いた場合には、図３に示すようにＬＥＤ３９をトランジスタ４０で駆動するような回路構成となる。
【００４０】
つぎに、ＡＦ補助光の発光の判定について説明をする。
【００４１】
ＡＦ補助光は、オートフォーカス処理を行う場合に常に発光するというのものではなく、例えば暗所などの低輝度環境下で、外光だけでは撮像画像の輝度が十分得られず正確にオートフォーカスができない場合等に発光がされる。制御部３０では、シャッタレリーズボタン１９が半押し状態とされオートフォーカス処理を開始される前から、ＡＦ補助光の発光を行うか行わないかの判断を行っている。さらに、この判断情報は、例えば、ファインダ１６等を用いてその予告をユーザに提示している。
【００４２】
制御部３０では、先にも述べたように、オートフォーカスの他に、自動露出制御（ＡＥ）も行っている。制御部３０は、フレーミング時には常時自動露出制御を行っており、最適な露出設定となるように、ゲイン、電子シャッタ、絞りなどを常に制御している。この自動露出制御は、撮像画像内から検波された輝度レベル（明るさ情報）に基づき行われる。制御部３０は、被写体の明るさを示す明るさ情報の算出を、撮像された１枚の画像毎に行う。この明るさ情報は、被写体が明るければ大きく、暗ければ小さな値となる。そして、制御部３０では、現在得られている明るさ情報を元に、オートフォーカスが可能な明るさであるか否かを、例えば撮像された１枚の画像毎に判断し、その情報をユーザに提示する。
【００４３】
また、制御部３０では、シャッタレリーズボタン１９が半押し状態とされてＡＦ開始の指示がきたとき、現在オートフォーカスが可能な明るさではないと判断している場合には、ＡＦ補助光の発光を決定する（但しこの時点では発光しない）。さらに、ＡＦ補助光を発光した際に、ＡＦが可能な明るさになるよう、電子シャッタのシャッタスピードの上限を決定したのち、所定のゲイン、Ｆ値の設定を決定して、新たに露出制御を行う。
【００４４】
ここで、シャッタースピードは、ＡＦ補助光のレーザ発光制御の際のＰＷＭのデューティの最大値より長い時間であり、且つ、１画面分の画像を撮像する際の最小の画像露光周期（ＣＣＤからの画像の読み出し周期）より短い、スピードとする。例えば、最小の画像更新周期が１／３０秒、レーザのＰＷＭデューティが、１／６０秒オン、１／６０秒オフで動作するとした場合、シャッタースピードを１／３０秒を上限に設定する。このように設定することにより、発光されたＡＦ補助光をもれなく受光した状態で、最速のオートフォーカス処理時間を実現することができる。なお、ＣＣＤから画像読み出し周期が早くなれば、１／３０秒より短いシャッタースピードを選択してもよい。また、ＡＦ補助光の到達距離を伸ばすため、最小の画像更新周期以上の発光を行う場合は、最小画像更新周期以上に露光時間を伸ばしてもよい。
【００４５】
つぎに、ＡＦ補助光の発光時におけるオートフォーカス処理の制御フローについて説明をする。図４に、オートフォーカス処理時における制御部３０の処理フローチャートを示し、図５にオートフォーカス処理時における各ステップでのフォーカスレンズ２４の移動位置並びにフォーカスレンズ２４の各位置にあるときに検出された撮像画像のコントラスト値を示す。
【００４６】
まず、制御部３０は、シャッタレリーズボタン１９が半押し状態となる以前の状態（すなわち、シャッタレリーズボタン１９がオフのフレーミング状態）において、ＣＣＤ１２を通して検出された撮像画像の輝度レベルに基づいて、被写体の明るさを検出し、ＡＦ補助光の発光が必要であるか否かを判断しておく（ステップＳ１）。本例では、シャッタレリーズボタン１９を半押しする以前にＡＦ補助光の発光有無を判断しているが、これは、ＡＦ補助光の発光の予告をシャッタレリーズボタン１９を半押しする以前に、ユーザに認知させるためである。なお、ＡＦ補助光の発光の予告をユーザに認知させる必要がなければ、次のステップＳ２の半押し直後の自動露出制御の補正結果から発光の有無を判断してもよい。
【００４７】
続いて、制御部３０は、ＡＦ補助光の発光が必要であると判断されている状態で、シャッタレリーズボタン１９が半押しされると、オートフォーカスに適した露光状態になるよう自動露出制御をする（ステップＳ２）。つまり、オートフォーカスを行うためのコントラストが検出されるＡＦ検波エリアの露光状態が、コントラストが検出できるような状態に露出制御を行う。従って、ＡＦ検波エリア内の輝度レベル或いはその近傍の輝度レベルを検出して、露出制御を行う。本例では、シャッタレリーズボタン１９が半押しされる以前のＣＣＤ１２からの画像情報は、ユーザの作風として意図的に露出が操作されている場合や、全体の明るさのバランスで、ＡＦ検波エリアが暗くなっている可能性もある。そのため、シャッタレリーズボタン１９が半押しされた以降のオートフォーカスのための自動露出制御は、少なくとも、撮像画面内のＡＦ検波エリア内でオートフォーカスが可能な露出状態になるように行う。
【００４８】
続いて、制御部３０は、ステップＳ２で制御した露出で、ＡＦ補助光を発光しないで、ＡＦ検波エリア（或いはその付近）の輝度レベルを取得する（ステップＳ３）。
【００４９】
続いて、制御部３０は、補助光発光回路２１のＰＷＭ出力上限のデューティを出力して、ＡＦ補助光の最大発光を行い、ＡＦ検波エリア（或いはその付近）での輝度レベルを取得する（ステップＳ４）。そして、制御部３０は、ステップＳ３で検出した非発光状態での輝度レベルと、最大発光状態での輝度レベルとの差違を求め、この差異に基づきオートフォーカス処理で必要な最低限のＡＦ補助光の出力光量を決定する。なお、ここでは、ＡＦ補助光の発光状態及び非発光状態での輝度レベルを比較するため、フォーカスレンズ２４の移動は行わない。
【００５０】
続いて、制御部３０は、稼働範囲の最も近端側（至近端）に、フォーカスレンズ２４を移動する（ステップＳ５）。
【００５１】
続いて、制御部３０は、至近端への移動が完了すると、その後、ステップＳ４において設定した出力光量でＡＦ補助光の発光を行いながら、フォーカスレンズ２４を無限端方向に移動させていく（ステップＳ６）。この際、移動中に得られる各撮像画像のコントラスト値の履歴と、そのコントラスト値が得られたフォーカス位置情報の履歴を記憶する。
【００５２】
続いて、フォーカスレンズが無限端に到達すると、制御部３０は、移動の際に収集したコントラスト値を評価し、合焦位置として一番確からしいと評価された移動位置を、最初の合焦位置として判定する（ステップＳ７）。例えば、コントラスト値のピーク値が得られた移動位置を、合焦位置として判定する。そして、制御部３０は、合焦位置と判定された移動位置に、フォーカスレンズ２４を移動する。
【００５３】
続いて、フォーカスレンズを合焦位置へ移動すると、制御部３０は、ＡＦ補助光を発光している状態で、この合焦位置で撮像画像のコントラスト値を取得する（ステップＳ８）。なお、ここでのコントラスト値は、ステップＳ６で得られた履歴のなかから抽出してもよい。
【００５４】
続いて、制御部３０は、ＡＦ補助光の発光を停止する（ステップＳ９）。
【００５５】
続いて、制御部３０は、ＡＦ補助光を発光していない状態で、この合焦位置での撮像画像のコントラスト値を取得する（ステップＳ１０）。
【００５６】
続いて、制御部３０は、ＡＦ補助光が発光されている状態でのコントラスト値と、発光されていない状態でのコントラスト値とに基づき、フォーカスレンズ２４の合焦位置の補正量を求め、求めた補正量分だけ、フォーカスレンズ２４を移動させ、その補正位置を合焦位置とする（ステップＳ１１）。
【００５７】
本デジタルスチルカメラ１では、以上のようにＡＦ補助光の発光時におけるオートフォーカス処理を行う。
【００５８】
つぎに、上記のステップＳ３及びステップＳ４で設定されるＡＦ補助光の発光光量の設定についてさらに詳細に説明をする。
【００５９】
ステップＳ３及びステップＳ４では、撮像画像上のＡＦ検出エリアの輝度レベル或いはその近傍の輝度レベルを検出している。このステップＳ３では、ステップＳ２で自動露出制御した状態で、輝度レベルを取得する。このステップＳ３で得た値を、無発光時輝度レベル（ILUMI_OFF）とする。ステップＳ４では、ステップＳ２で露出制御した状態に加えてＡＦ用補助光発光回路２１から最大光量で発光し、そのときのＡＦ検出エリアの輝度レベル或いはその近傍の輝度レベルを取得する。このステップＳ４で得た値を、発光時輝度レベル（ILUMI_ON）とする。
【００６０】
ここで、ステップＳ３及びステップＳ４で検出する輝度レベルは、撮像画像のＡＦ検出エリア内又はその近傍の輝度を積算し、その積算値を１枚以上の撮像画像で積分した値である。本例では、１枚の撮像画像から得られた値を用いるものとする。
【００６１】
また、輝度レベルの検出範囲は、ＡＦ補助光の照射角度がＮ度、撮像画像の画角がＭ度、ＡＦ補助光の光軸ずれが０度で考慮しなくてよいとすれば、画角の中心を基準に、Ｎ度の領域を輝度レベル取得のための領域として設定する。このように設定をすることによって、例えば変倍可能なズームレンズを用いている場合であっても、ＡＦ補助光が照射されていない領域の輝度レベルを参照しないで、無発光時輝度レベル（ILUMI_OFF）と発光時輝度レベル（ILUMI_ON）とを比較することができる。
【００６２】
また、検出した輝度レベルを、輝度の検出エリアの面積を元に単位面積あたりの輝度レベルとして正規化してもよい。これは、輝度レベルの積分値を求めた場合、ＡＦ補助光が照射されていない領域を検出してしまうと、照射光量が同じでも、相対的に検出した輝度レベルが増減してしまうためである。
【００６３】
さらに、ステップＳ４では、無発光時輝度レベル（ILUMI_OFF）と発光時輝度レベル（ILUMI_ON）とから、輝度レベル比（ILUMI_RATIO）を以下の（１）〜（４）に従って算出する。
（１）発光時輝度レベル（ILUMI_ON）＞ノイズレベル（NOISE_LEVEL）の場合
ILUMI_ON_RIV = ILUMI_ON - NOISE_LEVEL
（２）発光時輝度レベル（ILUMI_ON）≦ノイズレベル（NOISE_LEVEL）の場合
ILUMI_ON_RIV = 0
（３）ILUMI_ON_REV＞無発光時輝度レベル（ILUMI_OFF）の場合
ILUMI_RATIO={(ILUMI_ON - ILUMI_OFF)*100}/ILUMI_ON
（４）ILUMI_ON_REV≦無発光時輝度レベル（ILUMI_OFF）の場合
ILUMI_RATIO=0      。
【００６４】
単純に、発光時の輝度レベルと無発光時の輝度レベルとの比を求めてもよいが、被写体が非常に遠い場合や反射率が低い被写体の場合には、輝度レベルが小さくなり輝度レベル比（ILUMI_RATIO）が不安定となる。そのため、ここでは、発光時輝度レベル（ILUMI_ON）の値が小さくノイズとして判断される場合には、一律に輝度レベル比（ILUMI_RATIO）を０としている。これにより、非常に遠い被写体や反射率の低い被写体に対してオートフォーカスを行う場合にも、安定した明るいＡＦ補助光の照射をすることができる。
【００６５】
また、さらにステップＳ４は、算出した輝度レベル比（ILUMI_RATIO）に応じてオートフォーカス時に必要となるＡＦ補助光の発光光量（ILUMI_LEVEL）を決定する。輝度レベル比（ILUMI_RATIO）に対するＡＦ補助光の発光光量（ILUMI_LEVEL）は、例えば、以下のように階段状の閾値（th1,th2,th3,th4,th5 :th1>th2>th3>th4>th5）と比較して求める。
【００６６】
ILUMI_LEVEL＝6    th1≦ILUMI_RATIO
ILUMI_LEVEL＝5    th2≦ILUMI_RATIO＜th1
ILUMI_LEVEL＝4    th3≦ILUMI_RATIO＜th2
ILUMI_LEVEL＝3    th4≦ILUMI_RATIO＜th3
ILUMI_LEVEL＝2    th5≦ILUMI_RATIO＜th4
ILUMI_LEVEL＝1         ILUMI_RATIO＜th5    。
【００６７】
ここで、ILUMI_LEVEL＝１の場合にＡＦ補助光が最大発光となり、ILUMI_LEVELの値が大きくなると、発光光量が小さくなっていく。
【００６８】
なお、“無発光時輝度レベル（ILUMI_OFF）≧補助光を必要としない十分な輝度レベル”である場合には、以上の発光光量の算出に関わらず、ＡＦ補助光の発光光量を最小発光光量（ここでは、ILUMI_LEVEL＝6）に設定する。
【００６９】
この処理は、ユーザが明るさを予測できないくらい撮影環境を暗くしてしまい、ＡＦ補助光が必要であると判定されている状態ではあるが、ステップＳ２の自動露出制御を行えばＡＦ補助光の発光が必要でないような状態のケースを考慮している。つまり、本デジタルスチルカメラ１の場合、シャッタレリーズボタン１９の半押し前に、ユーザに対して補助光発光がされるか否かの予告を行っているが、この予告を行っている場合には、ステップＳ２の露出制御の結果、ＡＦ補助光の発光が不必要であるぐらい十分な輝度あったとしても、ＡＦ補助光が発光される。こういった場合には、ＡＦ補助光を発光した場合のＡＦ検波エリアの輝度レベルと、発光していない場合のＡＦ検波エリアの輝度レベルとの差異がなくなり、上記計算手法ではILUMI_RATIO＝0となる可能性が高い。こうなると、ＡＦ補助光が必要ない明るさであるのにも関わらず、フル発光してしまう場合がある。この処理は、このような場合にフル発光を防止するために行っている。
【００７０】
そして、この発光光量（ILUMI_LEVEL）を算出すると、この発光光量に基づき、以下のように発光手段を駆動する電力をスイッチングしているＰＷＭのデューティ（DUTY）を設定する。
【００７１】
DUTY=MAX_DUTY / ILUMI_LEVEL    。
【００７２】
ここで、MAX_DUTYは、ＰＷＭ出力の最大デューティ（つまり、最高光量が発光されるディーティ）である。
【００７３】
本デジタルスチルカメラ１では、以上のようにＡＦ補助光の発光光量を制御することによって、オートフォーカス時に最適な発光光量で補助光を照射することができる。例えば、反射率の低い被写体、非常に遠い被写体などでは、明るい光を十分な光を発光し、反射率の高い被写体、非常に近い被写体などでは、必要相当分のみの発光が可能であり、ＡＦを行う時間を最小限にとどめ、消費電力的に効率よくすることができる。また、このＡＦ補助光を遠距離まで到達させることが可能となる。
【００７４】
なお、以上の例では、輝度レベル比（ILUMI_RATIO）から階段上の閾値を用いて発光光量（ILUMI_LEVEL）を算出したが、このような方法に限らず、例えば、ＡＦ補助光の発光光量と輝度レベル比との相関を示す曲線近似式や直線近似式を用いて発光光量（ILUMI_LEVEL）を算出しても良いし、また、さらに細かいテーブルを作成して詳細に発光光量（ILUMI_LEVEL）を設定してもよい。また、以上の例では、ＡＦ補助光の発光光量を補助光の電力をスイッチングするＰＷＭのデューティを変化させるようにしているが、このような方法に限らず、例えば、発光手段に対する電圧を制御して発光光量を変化させてもよいし、また、電流を制御して発光光量を変化させても良い。
【００７５】
つぎに、ステップＳ８〜ステップＳ１１で行われるフォーカスレンズの合焦位置の制御処理についてさらに詳細に説明をする。
【００７６】
ステップＳ８及びステップＳ１０では、撮像画像の合焦度合いとして、撮像画像内に設けられているＡＦ検出エリアのコントラスト値を検出している。このコントラスト値は、例えば、ＡＦ検出エリア内の画像のエッジ成分を積分した値である。このコントラスト値の大小により、撮像画像の合焦度合いを判断している。ステップＳ８で検出されるＡＦ補助光の発光時でのコントラスト値を、発光時コントラスト値（CONT_ON）とし、ステップＳ１０で検出されるＡＦ補助光の無発光時でのコントラスト値を、無発光時コントラスト値（CONT_OFF）とする。なお、ＡＦ補助光以外に光がない撮影環境下では、ＡＦ補助光が無発光の場合、被写体は非常に暗くなり撮像画像からエッジ成分を検出することはできなくなるので、コントラスト情報を得ることはできなくなる。しかしながら、ＡＦ補助光以外の外光が混じっている撮影環境下では、ＡＦ補助光がなくなってもその外光によって被写体は有る程度輝度を持つため、エッジ成分が検出できる。
【００７７】
ステップＳ１１では、ＡＦ補助光の発光時のコントラスト値（CONT_ON）と、ＡＦ補助光の無発光時のコントラスト値（CONT_OFF）とを比較して、ＡＦ補助光に対する外光の混じり具合を予測し、フォーカスレンズ２４の移動位置の補正量βを算出している。
【００７８】
この補正量βの算出方法について説明をする。
【００７９】
まず、ＡＦ補助光単独の影響による補正量αは、ＡＦ補助光の波長特性により生じる色収差によるずれに対応した値となる。そのため、ＡＦ補助光を発光した際に検出された合焦位置に対して、一義的に定まる量となる。
【００８０】
これに対してＡＦ補助光に対する外光の影響量（I）は、ＡＦ補助光の発光時のコントラスト値（CONT_ON）とＡＦ補助光の無発光時のコントラスト値（CONT_OFF）との比から、以下のように算出される。
【００８１】
影響量（I）＝CONT_ON／CONT_OFF。
【００８２】
そのため、ＡＦ補助光に外光が加わった場合におけるフォーカスレンズ２４の補正量βは、補正量αと影響量（I）とから、例えば以下のように算出する。
【００８３】
影響量（I）＞しきい値th11の場合
補正量β大（α１００％）
しきい値th11≧影響量（I）＞しきい値th12の場合
補正量β中（αの５０％）
しきい値th12≧影響量（I）
補正量βなし（αの０％）  。
【００８４】
ステップＳ１１では、このようにして求められた補正量β分だけ、フォーカスレンズ２４の移動位置を移動させ、オートフォーカス処理を完了する。
【００８５】
本デジタルスチルカメラ１では、以上のようにフォーカスレンズ２４の合焦位置を制御することによって、ＡＦ補助光の周波数特性が例えば可視光領域の低波長側にあったり、ＡＦ補助光以外の外部光源が存在する環境下であったりしても、正確にフォーカス位置を制御することができる。
【００８６】
なお、以上の例では、階段上の閾値を用いて外光の影響が加わった場合の補正量βを算出したが、このような方法に限らず、例えば、影響量（I）と補正量βとの相関を示す曲線近似式や直線近似式を用いて算出しても良いし、また、さらに細かいテーブルを作成して詳細に補正量βを算出してもい。
【００８７】
【発明の効果】
本発明にかかる画像撮像装置及びその合焦方法では、補助光を照射した状態で撮像された撮像画像のコントラスト値から判定されたフォーカスレンズの合焦位置にフォーカスレンズを移動させ、補助光を照射しない状態で撮像された上記合焦位置における撮像画像のコントラスト値に基づき、上記フォーカスレンズの合焦位置を補正する。
【００８８】
このため本発明にかかる画像撮像装置及びその合焦方法では、補助光の周波数特性が例えば可視光領域の低波長側にあったり、補助光以外の外部光源が存在する環境下であったりしても、正確にフォーカス位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたデジタルスチルカメラのブロック構成図である。
【図２】上記デジタルスチルカメラのＡＦ用補助光発光回路の回路図である。
【図３】上記ＡＦ用補助光発光回路の他の例を示す回路図である。
【図４】ＡＦ補助光発光時におけるオートフォーカス処理のフローチャートである。
【図５】上記オートフォーカス処理時におけるフォーカスレンズの移動位置、並びに、コントラスト値のレベルを示す図である。
【符号の説明】
１  デジタルスチルカメラ、１２  ＣＣＤ、１５  デジタル信号処理回路、１８  検波回路、１９  シャッタレリーズボタン、２１  ＡＦ補助光発光回路、２４  フォーカスレンズ、３０  制御部
【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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