オートフォーカス装置、オートフォーカス方法及びプログラム
【課題】正確な合焦位置にフォーカスレンズを移動させることができるオートフォーカス方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係るオートフォーカス方法は、フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させ、当該フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、合焦指示に応じて、算出された複数の焦点評価値に基づいてフォーカスレンズの移動方向を決定し、フォーカスレンズを移動させる。
【解決手段】本発明の一態様に係るオートフォーカス方法は、フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させ、当該フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、合焦指示に応じて、算出された複数の焦点評価値に基づいてフォーカスレンズの移動方向を決定し、フォーカスレンズを移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置における被写体の合焦状態を自動で調整するオートフォーカス技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の撮像素子を有するデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置が実用化されている。これらの撮像装置に適用されるオートフォーカス（Auto Focus：ＡＦ）方式として、撮像素子によって取得されるスルー画像を使用したコントラスト検出方式が知られている。
【０００３】
コントラスト検出方式は、撮像光学系によって撮像素子の撮像面上に結像される被写体像が合焦状態にあるときは、撮像素子によって取得されるスルー画像のコントラストが高くなることを利用する。
【０００４】
具体的には、撮像光学系に含まれるフォーカスレンズの位置又は撮像素子の位置を移動させることで被写体像の結像位置を順次変化させながら、スルー画像を順次取得する。そして、撮像素子により順次取得された複数のスルー画像のコントラストを示すコントラスト評価値を計算し、コントラスト評価値が極大となる被写体像の結像位置を合焦位置に決定する。
【０００５】
コントラスト評価値には、例えば、空間周波数の高周波成分の積算値が使用される。コンティニュアスＡＦでは、フォーカスレンズのステップ駆動を行いながらスルー画像のコントラストがピークとなるフォーカスレンズの位置（ピーク位置）を連続して探索する。
【０００６】
また、撮像素子により取得された撮影画面に含まれている人物の顔の像を検出する顔検出処理を実行し、検出された顔の像にピントが合うように合焦制御を行う撮像装置が知られている（特許文献１）。
【０００７】
特許文献１では、図９に示すように、コンティニュアスＡＦである場合には（ステップ３５でＹＥＳ）、コンティニュアスＡＦの結果を用いて本サーチでフォーカスレンズの移動範囲とされる合焦範囲が決定される（ステップ３６）。そして、決定された合焦範囲内でフォーカスレンズが移動させられて本サーチが行われる。
【０００８】
図１０は、特許文献１におけるコンティニュアスＡＦの結果（上側）と本サーチの様子（下側）を示している。図１０の上側に示すように、スルー画像のデータを用いてコンティニュアスＡＦが行われると、スルー画像が合焦するときのフォーカスレンズの位置Ｚ１２が得られる。このフォーカスレンズの位置Ｚ１２からＮＥＡＲ側に距離ａ及びＩＮＦ側に距離ｂの範囲が、フォーカスレンズが移動する範囲を示す合焦範囲（Ｚ１１〜Ｚ１３）として決定される。
【０００９】
特許文献２では、コンティニュアスＡＦ中にシャッターが押された場合、コンティニュアスＡＦのどの動作であるかによって、その後の本サーチの動作を決定することが記載されている。シャッター押下時の状態が、フォーカスレンズ位置を微調整している状態又はピーク位置に対応する合焦位置にフォーカスレンズを移動している状態にあるときは、本サーチでは現在位置又ピーク位置の近傍範囲をサーチする。また、フォーカスレンズを移動させてピーク位置をサーチしている状態にあるときは、本サーチではフォーカスレンズの現在位置から現在の駆動方向に向かってサーチする。
【００１０】
コンティニュアスＡＦでは、フォーカスレンズは常に移動している。このため、撮像装置或いは被写体が動いている場合には、実際に撮影を行う際にコンティニュアスＡＦを停止した時、必ずしもフォーカスレンズが合焦位置付近にいるとは限らない。従って、特許文献１のように、コンティニュアスＡＦにおける合焦位置を挟んだＩＮＦ側、ＮＥＡＲ側の所定の距離をフォーカスレンズ移動範囲として決定しても、当該範囲内に正しい合焦位置があるとは限らない。
【００１１】
また、特許文献２のように、現在位置又ピーク位置の近傍範囲内を本サーチにおけるフォーカスレンズの移動範囲としても、撮像装置或いは被写体が動いている場合には当該範囲内に正しい合焦位置があるとは限らない。フォーカスレンズの現在位置から現在の駆動方向に向かってサーチする場合には、正しい合焦位置が現在の駆動方向とは逆側にあることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−３４２６１号公報
【特許文献２】特開２００３−３４８４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、特許文献１、２においては、正確な合焦位置にフォーカスレンズを移動させることができず、良好な撮影画像が得られないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様に係るオートフォーカス装置は、フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から画像信号を生成する撮像部と、前記画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させる駆動部と、前記駆動部により前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出する評価値算出部と、合焦指示に応じて前記評価値算出部で算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定する制御部とを備えるものである。
【００１５】
本発明の他の態様に係るオートフォーカス方法は、フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ、前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、合焦指示に応じて、算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記フォーカスレンズを移動させる。
【００１６】
本発明の他の態様に係るプログラムは、フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ、前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、合焦指示に応じて、算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記フォーカスレンズを移動させる処理をコンピュータに実行させるものである。
【００１７】
このように、本発明では、合焦指示がなされる前にフォーカスレンズを移動させて得られる複数の画像信号それぞれの焦点評価値に基づいて、実際に撮影を行う際にフォーカスレンズの移動方向を決定することができる。このため、動きのある被写体にであっても、正確な合焦位置にフォーカスレンズを移動させることが可能となり、良好な撮影画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、正確な合焦位置にフォーカスレンズを移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係るオートフォーカス装置を用いた撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るオートフォーカス方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】実施の形態１に係るフォーカスレンズの駆動方向の決定処理手順を説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係るフォーカスレンズの駆動方向の決定処理手順を説明するための図である。
【図５】実施の形態１に係るフォーカスレンズの駆動方向の決定処理手順を説明するための図である。
【図６】フォーカスレンズの移動に伴う評価値の変化の一例を示すグラフである。
【図７】実施の形態２に係るオートフォーカス方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施の形態３に係るフォーカスレンズの駆動範囲の決定処理手順を説明するための図である。
【図９】特許文献１に記載のオートフォーカス方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】特許文献１に記載のオートフォーカス方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るオートフォーカス装置を用いた撮像装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る撮像装置１の主要構成を示すブロック図である。図１に示すように、撮像装置１は、撮像光学系１０、撮像部１１、画像処理部１２、合焦処理部１３を備える。以下、図１に含まれる各構成要素について順に説明する。
【００２１】
図１において、撮像光学系１０は、後述する撮像素子１１０の撮像面に被写体像を結像させるため光学レンズ群である。撮像光学系１０は、フォーカスレンズ１０１を含む。フォーカスレンズ１０１は、後述する駆動部１３２の駆動によって、撮像光学系１０と撮像素子１１０を結ぶ光軸方向に移動可能である。
【００２２】
撮像部１１は、撮像素子１１０、アナログ信号処理部１１１及びＡ／Ｄ変換部１１２を含む。撮像素子１１０は、撮像光学系１０を介して入射する光信号を光電変換し、アナログ画像信号を出力するセンサである。撮像素子１１０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサ等である。
【００２３】
アナログ信号処理部１１１は、撮像素子１１０から出力されるアナログ画像信号の増幅処理、ノイズ除去等の処理を行う。Ａ／Ｄ変換部１１２は、アナログ信号処理部１１１から出力されるアナログ画像信号をサンプリングすることで、デジタル画像信号としての画像データを生成する。
【００２４】
画像処理部１２は、Ａ／Ｄ変換部１１２から供給される画像データに対するカラー補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の画像処理を行う。
【００２５】
合焦処理部１３は、撮像部１１により生成されるスルー画像を用いてコントラスト検出方式によるオートフォーカスを実行する。スルー画像とは、撮像素子１１０で所定のフレームレート（サンプリング間隔）で生成される画像である。
【００２６】
コンティニュアスＡＦでは、表示画角の変動が少ないようにレンズを微細に動作させ続ける。また、レンズ被写界深度の特性では、合焦位置周辺におけるコントラスト評価値の変化量が極めて小さくなる。このようにコントラスト評価値が低い場合、当該コントラスト評価値の変化が小さく、ノイズの影響を受けやすくなる。
【００２７】
そこで、本発明では、コンティニュアスＡＦ中に合焦指示が供給された場合、コンティニュアスＡＦを停止し撮影処理を行う間に、再度合焦位置の探索を行う本サーチを実行することにより、より正確な合焦位置を検出する。
【００２８】
本実施の形態に係る合焦処理部１３は、コンティニュアスＡＦと本サーチとを行う。コンティニュアスＡＦでは、合焦処理部１３は、フォーカスレンズ１０１のステップ駆動を行いながら、スルー画像のコントラスト評価値がピークとなるフォーカスレンズ１０１の位置（ピーク位置）を連続して探索する。
【００２９】
本サーチでは、合焦処理部１３は、合焦指示に応じてコンティニュアスＡＦよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させながらスルー画像を順次取得し、コントラスト評価値が極大となる合焦位置にフォーカスレンズ１０１を移動させる。合焦指示は、例えば、デジタルスチルカメラの撮像ボタンを半押しすることにより生成される。
【００３０】
図１の構成例では、合焦処理部１３は、評価値算出部１３０、制御部１３１、駆動部１３２を有する。評価値算出部１３０は、撮像部１１により生成されるスルー画像のコントラスト評価値を算出する。コントラスト評価値としては、スルー画像のコントラストの大きさを反映した様々なパラメータが使用可能である。
【００３１】
例えば、スルー画像の空間周波数スペクトルを離散コサイン変換（DCT：Discrete Cosine Transform）によって得るとともに、空間周波数の高周波成分の大きさをコントラスト評価値としてもよい。また、スルー画像の各々の画素について、水平方向又は垂直方向に隣接する画素との画素値の差分（絶対値）を計算し、得られた画素値の差分を積算した積算値をコントラスト評価値としてもよい。
【００３２】
なお、合焦処理部１３において、撮像部１１により生成された撮影画面内に含まれている特定領域（例えば、人物の顔領域等）を検出し、当該特定領域のコントラスト評価値が極大となるようにオートフォーカス処理を実行してもよい。
【００３３】
制御部１３１は、コンティニュアスＡＦにおいて、フォーカスレンズ１０１のステップ駆動を行っている間に評価値算出部１３０によって計算された複数のコントラスト評価値を使用して、動きのある被写体に対して、連続的にピントを合わせ続けるよう駆動部１３２にフォーカスレンズ１０１の駆動指示を出力する。コンティニュアスＡＦ中に算出された複数のコントラスト評価値の履歴は、評価値算出部１３０の記憶部（不図示）に記憶される。
【００３４】
合焦指示が供給された場合には、制御部１３１は、コンティニュアスＡＦを停止して、本サーチの動作へと移行する。本サーチでは、コンティニュアスＡＦ停止直前のコントラスト評価値の履歴を用いて、フォーカスレンズ１０１の駆動方向を決定する。フォーカスレンズ１０１の駆動方向の決定方法については、後に詳述する。そして、制御部１３１は、決定した駆動方向を駆動部１３２に出力する。駆動部１３２は、制御部１３１による制御の下で、フォーカスレンズ１０１を光軸方向に沿って当該駆動方向に移動させる。
【００３５】
コンティニュアスＡＦ中の複数のコントラスト評価値を用いて決定された駆動方向に移動させるときには、コンティニュアスＡＦ中のステップよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。制御部１３１は、フォーカスレンズ１０１の位置を移動させながら撮像部１１にスルー画像を順次取得させる。このときのスルー画像のコントラスト評価値を使用して、撮像素子１１０の撮像面における合焦状態の判定を行い、より正確な合焦状態が得られるフォーカスレンズ１０１の位置を決定することができる。
【００３６】
なお、ガウス曲線及び二次曲線等の近似曲線又は実験により得られた特性曲線によってフォーカスレンズ１０１の位置からコントラスト評価値を推定し、コントラストが極大となる合焦位置を予測する技術を、制御部１３１による合焦位置の探索アルゴリズムに適用してもよい。これらの具体例に限らず、制御部１３１におけるコントラスト評価値を使用した合焦状態の判定には、公知の様々なアルゴリズムを適用可能である。
【００３７】
ここで、合焦処理部１３により実行されるオートフォーカスの処理手順について、図２〜図５を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係る合焦処理部１３において実行されるオートフォーカスの処理手順を示すフローチャートである。図３〜図５は、本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動方向の決定処理手順を説明するための図である。
【００３８】
図３〜図５において、上段は評価値の遷移を示しており、下段はフォーカスレンズ１０１の移動方向を示している。また、図中の符号１〜５は、コンティニュアスＡＦにおいてフォーカスレンズ１０１がステップ駆動され、コントラスト評価値が算出される評価期間を示している。１評価期間にフォーカスレンズ１０１が移動する方向を矢印の向きで表している。また、図３〜図５において左側がＩＮＦ側、右側がＭａｃｒｏ側である。ここで、Ｍａｃｒｏ側は、特許文献１に記載のＮＥＡＲ側と同等である。
【００３９】
図２に示すように、まず、撮像部１１によって生成された画像データが合焦処理部１３に入力される（Ｓ１０１）。そして、フォーカスレンズ１０１をステップ駆動しながら、コンティニュアスＡＦが実行される（Ｓ１０２）。このとき、コンティニュアスＡＦ中のコントラスト評価値は、評価値算出部１３０の記憶部に履歴として記憶される。
【００４０】
その後、合焦指示の入力（Ｓ１０３）により、コンティニュアスＡＦが停止され、コンティニュアスＡＦ中のコントラスト評価値の履歴に基づいて、フォーカスレンズ１０１の駆動方向が決定される（Ｓ１０４）。
【００４１】
まず、図３に示す例について説明する。図３に示す例では、コンティニュアスＡＦ停止直前において、フォーカスレンズ１０１はＭａｃｒｏ側に進んでいる。コントラスト評価値は、評価期間１で上昇し、評価期間２、３で下降している。従って、正確な合焦位置は、評価期間１と２との間にあると考えられる。
【００４２】
この場合において、評価期間３が終了した時点で合焦指示が供給されたものとする。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ１とする。本サーチでは、評価期間１と２の周辺を重点的に探索するようフォーカスレンズ１０１の移動方向を決定する。まず、ピーク位置を含む評価期間１、２の周辺が本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の移動範囲となるように、フォーカスレンズ１０１を戻す。本実施の形態では、ｘ１からコンティニュアスＡＦの１ステップ分フォーカスレンズ１０１をＩＮＦ側に戻す。
【００４３】
すなわち、評価期間２終了時のフォーカスレンズ１０１の位置までフォーカスレンズ１０１を戻す。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ２とする。ｘ２が本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動開始位置となる。このように、ピーク位置の近傍まで戻って、その位置から本サーチを開始することにより、本サーチに係る時間を短縮することができる。
【００４４】
本サーチでは、図３の一点鎖線で示すように、ｘ２の位置からＩＮＦ側に向かって、コンティニュアスＡＦのステップよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。そして、それぞれのコントラスト評価値を算出・評価する。これにより、短時間でより正確な合焦位置を決定することができる。
【００４５】
図４に示す例では、コンティニュアスＡＦ停止直前において、フォーカスレンズ１０１はＭａｃｒｏ側に進んでいる。コントラスト評価値は、評価期間１、２で上昇している。従って、正確な合焦位置は、評価期間２のときのフォーカスレンズ１０１の位置よりもさらにＭａｃｒｏ側にあると考えられる。
【００４６】
この場合において、評価期間２が終了した時点で合焦指示が供給されたものとする。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ３とする。本サーチでは、ｘ３よりもさらにＭａｃｒｏ側を探索するようにフォーカスレンズ１０１の移動方向を決定する。本サーチでは、図４の一点鎖線で示すように、ｘ３の位置からさらにＭａｃｒｏ側に向かって、コンティニュアスＡＦのステップよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。この例では、ｘ３が本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動開始位置である。
【００４７】
図５に示す例では、コンティニュアスＡＦ停止直前において、フォーカスレンズ１０１はＭａｃｒｏ側に進んでいる。コントラスト評価値は、評価期間１、２で下降している。従って、正確な合焦位置は、評価期間１のときのフォーカスレンズ１０１の位置よりもさらにＩＮＦ側にあると考えられる。
【００４８】
この場合において、評価期間２が終了した時点で合焦指示が供給されたものとする。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ４とする。本サーチでは、評価期間１のときのフォーカスレンズ１０１の位置よりもさらにＩＮＦ側を探索するようにフォーカスレンズ１０１の移動方向を決定する。
【００４９】
まず、ｘ４からコンティニュアスＡＦの２ステップ分フォーカスレンズ１０１をＩＮＦ側に戻す。すなわち、評価期間１のときのフォーカスレンズ１０１の位置までフォーカスレンズ１０１を移動させる。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ５とする。ｘ５が本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動開始位置となる。
【００５０】
このように、２ステップ分フォーカスレンズ１０１を戻すことにより、合焦動作に係る時間を短縮することができる。本サーチでは、図５の一点鎖線で示すように、ｘ５よりもさらにＩＮＦ側を探索するようにフォーカスレンズ１０１の移動方向を決定する。すなわち、ｘ５の位置からさらにＩＮＦ側に向かって、コンティニュアスＡＦのステップよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。
【００５１】
このように、本発明では、コンティニュアスＡＦ停止する直前のコントラスト評価値の履歴に応じて、フォーカスレンズ１０１の駆動方向を決定する。そして、決定された駆動方向にフォーカスレンズ１０１を移動させながら、コントラスト評価値を算出し、正確な合焦位置にフォーカスレンズ１０１の位置を移動させる本サーチが実行される（Ｓ１０５）。
【００５２】
最後に、本サーチが完了した状態で、撮影処理が実行される（Ｓ１０６）。Ｓ１０６で得られた画像データは、画像処理部１２による画像処理が行われた後にメモリ（不図示）に格納される。なお、図２に示したコンティニュアスＡＦの実行、本サーチの実行、撮影の実行を含む一連の処理は、例えば、撮像装置１に設けられたシャッターボタン（不図示）をユーザが押下する動作に応答して実行すればよい。なお、撮影処理を行う前に、オートフォーカス処理に引き続いて、撮影画像が適正な明るさとなるように自動露光（AE：Auto Exposure）処理を実行してもよい。
【００５３】
このように、本発明では、コンティニュアスＡＦ中のコントラスト評価値の履歴に応じて、合焦指示が入力された後の本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動方向が決定されている。このため、コンティニュアスＡＦを停止した位置から、より正確な合焦位置に向かってフォーカスレンズ１０１を駆動することができる。これにより、良好な撮影画像を得ることが可能となる。
【００５４】
また、本サーチでは、コンティニュアスＡＦ中のステップ駆動よりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。このため、よりピントが合った良好な撮影画像を得ることができる。
【００５５】
特許文献２のように、フォーカスレンズの現在位置から現在の駆動方向に向かってサーチする場合、正しい合焦位置が現在の駆動方向とは逆側にあることがあり、本サーチに時間がかかるおそれがある。しかし、本発明によれば、コンティニュアスＡＦを停止した位置からより正確な合焦位置に向かってフォーカスレンズ１０１を駆動させるため、オートフォーカス処理に係る時間を短縮することができる。
【００５６】
さらに、コンティニュアスＡＦ中コントラスト評価値が下がり続け、ピーク位置が見つかっていない場合には、最初の評価期間まで戻って、そこから本サーチが開始される。また、ピーク位置が見つかっている場合には、ピーク位置の近傍まで戻って、そこから本サーチが開始される。このため、オートフォーカス処理に係る時間を短縮することができる。
【００５７】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るオートフォーカス装置について、図６、７を参照して説明する。なお、本実施の形態に係るオートフォーカス方法を実行する撮像装置としては、図１に示すものを用いることができるため、説明を省略する。
【００５８】
図６は、フォーカスレンズ１０１の移動に伴うコントラスト評価値の変化の一例を示すグラフである。図６において、横軸はフォーカスレンズ１０１の位置を示しており、縦軸はコントラスト評価値を示している。図６に示す例では、ＩＮＦ側からＭａｃｒｏ側に向かってフォーカスレンズ１０１を移動させるにつれて、コントラスト評価値が上昇している。
【００５９】
図６のＡで示すように、コントラスト評価値が低い状態が続いている場合、図３〜５で示した条件を満たしていたとしても、正確な合焦位置を見つけることは困難である。これは、コントラスト評価値が低い場合、当該コントラスト評価値の変化が低く、ノイズの影響を受けやすくなるためである。
【００６０】
このため、Ａの区間で実施の形態１のように図３〜５、もしくはその他のパターンの処理に遷移した場合、ノイズを加味した誤った情報により判断を行ってしまい、誤合焦（ピントがぼけている状態）となる可能性がある。一方、図６のＢで示すように、コントラスト評価値が高い状態が続いている場合には、ノイズの影響が小さく、比較的正確な合焦位置を決定することができる。
【００６１】
従って、本実施の形態では、コントラスト評価値が所定の閾値以上である場合には、上述の実施の形態１のオートフォーカス処理実行し、より正確な合焦位置を決定する。一方、コントラスト評価値が所定の閾値より小さい場合には、上述のオートフォーカス処理を実行しない。この場合、例えば、実施の形態１のオートフォーカス処理を飛ばして、撮影処理に遷移することができる。
【００６２】
図７に、本実施の形態に係るオートフォーカス方法を説明するフローチャートを示す。図７に示すように、合焦指示が入力され（Ｓ１０３）、コンティニュアスＡＦが停止された後、記憶されているコントラスト評価値が閾値よりも低いか否か（判定式：コントラスト評価値＜閾値を満たすか否か）が判定される（Ｓ２００）。この判定は、例えば、制御部１３１により行うことができる。
【００６３】
コントラスト評価値が閾値以上である場合（Ｓ２００、ＮＯ）、Ｓ１０４、Ｓ１０５の処理を実行し、より正確な合焦位置で撮影処理を実行する（Ｓ１０６）。一方、コントラスト評価値が閾値よりも低い場合（Ｓ２００、ＹＥＳ）、Ｓ１０４、Ｓ１０５の処理を飛ばして、撮影処理を実行する（Ｓ１０６）。
【００６４】
このように、コンティニュアスＡＦ停止直前のコントラスト評価値から、フォーカスレンズ１０１の移動の必要性を判断する。コントラスト評価値が低い場合には、フォーカスレンズ１０１の駆動方向の決定及び本サーチを省略する。これにより、撮影までの時間を短縮することができる。
【００６５】
なお、コントラスト評価値が閾値よりも低い場合、非合焦であることを通知し、フォーカスレンズ１０１の移動範囲の全域を再度サーチして、より正確な合焦位置を決定しても良い。これにより、ノイズの影響による誤合焦（ピントがぼけている状態）を低減する事が可能となり、さらに良好な撮影画像を得ることが可能となる。
【００６６】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るオートフォーカス方法について、図８を参照して説明する。図８は、実施の形態３に係るフォーカスレンズの駆動範囲の決定処理手順を説明するための図である。上述の実施の形態においては、フォーカスレンズ１０１の駆動方向、駆動開始位置を決定していた。本実施の形態では、フォーカスレンズ１０１の駆動範囲を決定する。
【００６７】
図８に示すように、評価期間１でコントラスト評価値が上昇し、評価期間２でコントラスト評価値が低下し、評価期間３でコントラスト評価値が上昇したとする。この場合において、評価期間３が終了した時点で、合焦指示が入力されたものとする。
【００６８】
評価期間３において、コントラスト評価値が上昇しているため、さらにＭａｃｒｏ側にフォーカスレンズ１０１を移動させると、破線矢印で示すように、評価期間２のピーク位置におけるコントラスト評価値よりも高いコントラスト評価値が得られる可能性がある。
【００６９】
この場合、コントラスト評価値の履歴内に含まれるピーク位置を含むように、ｘ６の位置からｘ７の位置まで、フォーカスレンズ１０１を戻す。そして、コントラスト評価値が下降から上昇に転じたｘ８を中心として、一定の範囲を、本サーチを行うフォーカスレンズ１０１の駆動範囲とする。
【００７０】
例えば、ｘ８からＩＮＦ側のｘ７までの距離と、ｘ８からＭａｃｒｏ側のｘ９までの距離が等しい範囲（ｘ７からｘ９までの範囲）を、本サーチを行うフォーカスレンズ１０１の駆動範囲とすることができる。このように、本サーチ範囲を決定することにより、さらに正確な合焦位置を探索することが可能となる。
【００７１】
ところで、上述した、合焦処理部１３が実行する処理は、画像データを格納するためのメモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータに、図２の各ステップの処理手順が記述されたプログラムを実行させることによって実現可能である。
【００７２】
上述した発明の実施の形態では、撮像光学系１０に含まれるフォーカスレンズ１０１を移動させることによって、被写体像の結像位置を調節する例を示した。しかしながら、被写体像の結像位置の調節は、撮像素子１１０を移動させることにより行ってもよい。
【００７３】
さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 撮像装置
１０ 撮像光学系
１１ 撮像部
１２ 画像処理部
１３ 合焦処理部
１０１ フォーカスレンズ
１１０ 撮像素子
１１１ アナログ信号処理部
１１２ Ａ／Ｄ変換部
１３０ 評価値算出部
１３１ 制御部
１３２ 駆動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置における被写体の合焦状態を自動で調整するオートフォーカス技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等の撮像素子を有するデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置が実用化されている。これらの撮像装置に適用されるオートフォーカス（Auto Focus：ＡＦ）方式として、撮像素子によって取得されるスルー画像を使用したコントラスト検出方式が知られている。
【０００３】
コントラスト検出方式は、撮像光学系によって撮像素子の撮像面上に結像される被写体像が合焦状態にあるときは、撮像素子によって取得されるスルー画像のコントラストが高くなることを利用する。
【０００４】
具体的には、撮像光学系に含まれるフォーカスレンズの位置又は撮像素子の位置を移動させることで被写体像の結像位置を順次変化させながら、スルー画像を順次取得する。そして、撮像素子により順次取得された複数のスルー画像のコントラストを示すコントラスト評価値を計算し、コントラスト評価値が極大となる被写体像の結像位置を合焦位置に決定する。
【０００５】
コントラスト評価値には、例えば、空間周波数の高周波成分の積算値が使用される。コンティニュアスＡＦでは、フォーカスレンズのステップ駆動を行いながらスルー画像のコントラストがピークとなるフォーカスレンズの位置（ピーク位置）を連続して探索する。
【０００６】
また、撮像素子により取得された撮影画面に含まれている人物の顔の像を検出する顔検出処理を実行し、検出された顔の像にピントが合うように合焦制御を行う撮像装置が知られている（特許文献１）。
【０００７】
特許文献１では、図９に示すように、コンティニュアスＡＦである場合には（ステップ３５でＹＥＳ）、コンティニュアスＡＦの結果を用いて本サーチでフォーカスレンズの移動範囲とされる合焦範囲が決定される（ステップ３６）。そして、決定された合焦範囲内でフォーカスレンズが移動させられて本サーチが行われる。
【０００８】
図１０は、特許文献１におけるコンティニュアスＡＦの結果（上側）と本サーチの様子（下側）を示している。図１０の上側に示すように、スルー画像のデータを用いてコンティニュアスＡＦが行われると、スルー画像が合焦するときのフォーカスレンズの位置Ｚ１２が得られる。このフォーカスレンズの位置Ｚ１２からＮＥＡＲ側に距離ａ及びＩＮＦ側に距離ｂの範囲が、フォーカスレンズが移動する範囲を示す合焦範囲（Ｚ１１〜Ｚ１３）として決定される。
【０００９】
特許文献２では、コンティニュアスＡＦ中にシャッターが押された場合、コンティニュアスＡＦのどの動作であるかによって、その後の本サーチの動作を決定することが記載されている。シャッター押下時の状態が、フォーカスレンズ位置を微調整している状態又はピーク位置に対応する合焦位置にフォーカスレンズを移動している状態にあるときは、本サーチでは現在位置又ピーク位置の近傍範囲をサーチする。また、フォーカスレンズを移動させてピーク位置をサーチしている状態にあるときは、本サーチではフォーカスレンズの現在位置から現在の駆動方向に向かってサーチする。
【００１０】
コンティニュアスＡＦでは、フォーカスレンズは常に移動している。このため、撮像装置或いは被写体が動いている場合には、実際に撮影を行う際にコンティニュアスＡＦを停止した時、必ずしもフォーカスレンズが合焦位置付近にいるとは限らない。従って、特許文献１のように、コンティニュアスＡＦにおける合焦位置を挟んだＩＮＦ側、ＮＥＡＲ側の所定の距離をフォーカスレンズ移動範囲として決定しても、当該範囲内に正しい合焦位置があるとは限らない。
【００１１】
また、特許文献２のように、現在位置又ピーク位置の近傍範囲内を本サーチにおけるフォーカスレンズの移動範囲としても、撮像装置或いは被写体が動いている場合には当該範囲内に正しい合焦位置があるとは限らない。フォーカスレンズの現在位置から現在の駆動方向に向かってサーチする場合には、正しい合焦位置が現在の駆動方向とは逆側にあることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−３４２６１号公報
【特許文献２】特開２００３−３４８４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、特許文献１、２においては、正確な合焦位置にフォーカスレンズを移動させることができず、良好な撮影画像が得られないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様に係るオートフォーカス装置は、フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から画像信号を生成する撮像部と、前記画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させる駆動部と、前記駆動部により前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出する評価値算出部と、合焦指示に応じて前記評価値算出部で算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定する制御部とを備えるものである。
【００１５】
本発明の他の態様に係るオートフォーカス方法は、フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ、前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、合焦指示に応じて、算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記フォーカスレンズを移動させる。
【００１６】
本発明の他の態様に係るプログラムは、フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ、前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、合焦指示に応じて、算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記フォーカスレンズを移動させる処理をコンピュータに実行させるものである。
【００１７】
このように、本発明では、合焦指示がなされる前にフォーカスレンズを移動させて得られる複数の画像信号それぞれの焦点評価値に基づいて、実際に撮影を行う際にフォーカスレンズの移動方向を決定することができる。このため、動きのある被写体にであっても、正確な合焦位置にフォーカスレンズを移動させることが可能となり、良好な撮影画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、正確な合焦位置にフォーカスレンズを移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係るオートフォーカス装置を用いた撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るオートフォーカス方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】実施の形態１に係るフォーカスレンズの駆動方向の決定処理手順を説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係るフォーカスレンズの駆動方向の決定処理手順を説明するための図である。
【図５】実施の形態１に係るフォーカスレンズの駆動方向の決定処理手順を説明するための図である。
【図６】フォーカスレンズの移動に伴う評価値の変化の一例を示すグラフである。
【図７】実施の形態２に係るオートフォーカス方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施の形態３に係るフォーカスレンズの駆動範囲の決定処理手順を説明するための図である。
【図９】特許文献１に記載のオートフォーカス方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】特許文献１に記載のオートフォーカス方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るオートフォーカス装置を用いた撮像装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る撮像装置１の主要構成を示すブロック図である。図１に示すように、撮像装置１は、撮像光学系１０、撮像部１１、画像処理部１２、合焦処理部１３を備える。以下、図１に含まれる各構成要素について順に説明する。
【００２１】
図１において、撮像光学系１０は、後述する撮像素子１１０の撮像面に被写体像を結像させるため光学レンズ群である。撮像光学系１０は、フォーカスレンズ１０１を含む。フォーカスレンズ１０１は、後述する駆動部１３２の駆動によって、撮像光学系１０と撮像素子１１０を結ぶ光軸方向に移動可能である。
【００２２】
撮像部１１は、撮像素子１１０、アナログ信号処理部１１１及びＡ／Ｄ変換部１１２を含む。撮像素子１１０は、撮像光学系１０を介して入射する光信号を光電変換し、アナログ画像信号を出力するセンサである。撮像素子１１０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサ等である。
【００２３】
アナログ信号処理部１１１は、撮像素子１１０から出力されるアナログ画像信号の増幅処理、ノイズ除去等の処理を行う。Ａ／Ｄ変換部１１２は、アナログ信号処理部１１１から出力されるアナログ画像信号をサンプリングすることで、デジタル画像信号としての画像データを生成する。
【００２４】
画像処理部１２は、Ａ／Ｄ変換部１１２から供給される画像データに対するカラー補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の画像処理を行う。
【００２５】
合焦処理部１３は、撮像部１１により生成されるスルー画像を用いてコントラスト検出方式によるオートフォーカスを実行する。スルー画像とは、撮像素子１１０で所定のフレームレート（サンプリング間隔）で生成される画像である。
【００２６】
コンティニュアスＡＦでは、表示画角の変動が少ないようにレンズを微細に動作させ続ける。また、レンズ被写界深度の特性では、合焦位置周辺におけるコントラスト評価値の変化量が極めて小さくなる。このようにコントラスト評価値が低い場合、当該コントラスト評価値の変化が小さく、ノイズの影響を受けやすくなる。
【００２７】
そこで、本発明では、コンティニュアスＡＦ中に合焦指示が供給された場合、コンティニュアスＡＦを停止し撮影処理を行う間に、再度合焦位置の探索を行う本サーチを実行することにより、より正確な合焦位置を検出する。
【００２８】
本実施の形態に係る合焦処理部１３は、コンティニュアスＡＦと本サーチとを行う。コンティニュアスＡＦでは、合焦処理部１３は、フォーカスレンズ１０１のステップ駆動を行いながら、スルー画像のコントラスト評価値がピークとなるフォーカスレンズ１０１の位置（ピーク位置）を連続して探索する。
【００２９】
本サーチでは、合焦処理部１３は、合焦指示に応じてコンティニュアスＡＦよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させながらスルー画像を順次取得し、コントラスト評価値が極大となる合焦位置にフォーカスレンズ１０１を移動させる。合焦指示は、例えば、デジタルスチルカメラの撮像ボタンを半押しすることにより生成される。
【００３０】
図１の構成例では、合焦処理部１３は、評価値算出部１３０、制御部１３１、駆動部１３２を有する。評価値算出部１３０は、撮像部１１により生成されるスルー画像のコントラスト評価値を算出する。コントラスト評価値としては、スルー画像のコントラストの大きさを反映した様々なパラメータが使用可能である。
【００３１】
例えば、スルー画像の空間周波数スペクトルを離散コサイン変換（DCT：Discrete Cosine Transform）によって得るとともに、空間周波数の高周波成分の大きさをコントラスト評価値としてもよい。また、スルー画像の各々の画素について、水平方向又は垂直方向に隣接する画素との画素値の差分（絶対値）を計算し、得られた画素値の差分を積算した積算値をコントラスト評価値としてもよい。
【００３２】
なお、合焦処理部１３において、撮像部１１により生成された撮影画面内に含まれている特定領域（例えば、人物の顔領域等）を検出し、当該特定領域のコントラスト評価値が極大となるようにオートフォーカス処理を実行してもよい。
【００３３】
制御部１３１は、コンティニュアスＡＦにおいて、フォーカスレンズ１０１のステップ駆動を行っている間に評価値算出部１３０によって計算された複数のコントラスト評価値を使用して、動きのある被写体に対して、連続的にピントを合わせ続けるよう駆動部１３２にフォーカスレンズ１０１の駆動指示を出力する。コンティニュアスＡＦ中に算出された複数のコントラスト評価値の履歴は、評価値算出部１３０の記憶部（不図示）に記憶される。
【００３４】
合焦指示が供給された場合には、制御部１３１は、コンティニュアスＡＦを停止して、本サーチの動作へと移行する。本サーチでは、コンティニュアスＡＦ停止直前のコントラスト評価値の履歴を用いて、フォーカスレンズ１０１の駆動方向を決定する。フォーカスレンズ１０１の駆動方向の決定方法については、後に詳述する。そして、制御部１３１は、決定した駆動方向を駆動部１３２に出力する。駆動部１３２は、制御部１３１による制御の下で、フォーカスレンズ１０１を光軸方向に沿って当該駆動方向に移動させる。
【００３５】
コンティニュアスＡＦ中の複数のコントラスト評価値を用いて決定された駆動方向に移動させるときには、コンティニュアスＡＦ中のステップよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。制御部１３１は、フォーカスレンズ１０１の位置を移動させながら撮像部１１にスルー画像を順次取得させる。このときのスルー画像のコントラスト評価値を使用して、撮像素子１１０の撮像面における合焦状態の判定を行い、より正確な合焦状態が得られるフォーカスレンズ１０１の位置を決定することができる。
【００３６】
なお、ガウス曲線及び二次曲線等の近似曲線又は実験により得られた特性曲線によってフォーカスレンズ１０１の位置からコントラスト評価値を推定し、コントラストが極大となる合焦位置を予測する技術を、制御部１３１による合焦位置の探索アルゴリズムに適用してもよい。これらの具体例に限らず、制御部１３１におけるコントラスト評価値を使用した合焦状態の判定には、公知の様々なアルゴリズムを適用可能である。
【００３７】
ここで、合焦処理部１３により実行されるオートフォーカスの処理手順について、図２〜図５を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係る合焦処理部１３において実行されるオートフォーカスの処理手順を示すフローチャートである。図３〜図５は、本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動方向の決定処理手順を説明するための図である。
【００３８】
図３〜図５において、上段は評価値の遷移を示しており、下段はフォーカスレンズ１０１の移動方向を示している。また、図中の符号１〜５は、コンティニュアスＡＦにおいてフォーカスレンズ１０１がステップ駆動され、コントラスト評価値が算出される評価期間を示している。１評価期間にフォーカスレンズ１０１が移動する方向を矢印の向きで表している。また、図３〜図５において左側がＩＮＦ側、右側がＭａｃｒｏ側である。ここで、Ｍａｃｒｏ側は、特許文献１に記載のＮＥＡＲ側と同等である。
【００３９】
図２に示すように、まず、撮像部１１によって生成された画像データが合焦処理部１３に入力される（Ｓ１０１）。そして、フォーカスレンズ１０１をステップ駆動しながら、コンティニュアスＡＦが実行される（Ｓ１０２）。このとき、コンティニュアスＡＦ中のコントラスト評価値は、評価値算出部１３０の記憶部に履歴として記憶される。
【００４０】
その後、合焦指示の入力（Ｓ１０３）により、コンティニュアスＡＦが停止され、コンティニュアスＡＦ中のコントラスト評価値の履歴に基づいて、フォーカスレンズ１０１の駆動方向が決定される（Ｓ１０４）。
【００４１】
まず、図３に示す例について説明する。図３に示す例では、コンティニュアスＡＦ停止直前において、フォーカスレンズ１０１はＭａｃｒｏ側に進んでいる。コントラスト評価値は、評価期間１で上昇し、評価期間２、３で下降している。従って、正確な合焦位置は、評価期間１と２との間にあると考えられる。
【００４２】
この場合において、評価期間３が終了した時点で合焦指示が供給されたものとする。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ１とする。本サーチでは、評価期間１と２の周辺を重点的に探索するようフォーカスレンズ１０１の移動方向を決定する。まず、ピーク位置を含む評価期間１、２の周辺が本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の移動範囲となるように、フォーカスレンズ１０１を戻す。本実施の形態では、ｘ１からコンティニュアスＡＦの１ステップ分フォーカスレンズ１０１をＩＮＦ側に戻す。
【００４３】
すなわち、評価期間２終了時のフォーカスレンズ１０１の位置までフォーカスレンズ１０１を戻す。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ２とする。ｘ２が本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動開始位置となる。このように、ピーク位置の近傍まで戻って、その位置から本サーチを開始することにより、本サーチに係る時間を短縮することができる。
【００４４】
本サーチでは、図３の一点鎖線で示すように、ｘ２の位置からＩＮＦ側に向かって、コンティニュアスＡＦのステップよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。そして、それぞれのコントラスト評価値を算出・評価する。これにより、短時間でより正確な合焦位置を決定することができる。
【００４５】
図４に示す例では、コンティニュアスＡＦ停止直前において、フォーカスレンズ１０１はＭａｃｒｏ側に進んでいる。コントラスト評価値は、評価期間１、２で上昇している。従って、正確な合焦位置は、評価期間２のときのフォーカスレンズ１０１の位置よりもさらにＭａｃｒｏ側にあると考えられる。
【００４６】
この場合において、評価期間２が終了した時点で合焦指示が供給されたものとする。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ３とする。本サーチでは、ｘ３よりもさらにＭａｃｒｏ側を探索するようにフォーカスレンズ１０１の移動方向を決定する。本サーチでは、図４の一点鎖線で示すように、ｘ３の位置からさらにＭａｃｒｏ側に向かって、コンティニュアスＡＦのステップよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。この例では、ｘ３が本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動開始位置である。
【００４７】
図５に示す例では、コンティニュアスＡＦ停止直前において、フォーカスレンズ１０１はＭａｃｒｏ側に進んでいる。コントラスト評価値は、評価期間１、２で下降している。従って、正確な合焦位置は、評価期間１のときのフォーカスレンズ１０１の位置よりもさらにＩＮＦ側にあると考えられる。
【００４８】
この場合において、評価期間２が終了した時点で合焦指示が供給されたものとする。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ４とする。本サーチでは、評価期間１のときのフォーカスレンズ１０１の位置よりもさらにＩＮＦ側を探索するようにフォーカスレンズ１０１の移動方向を決定する。
【００４９】
まず、ｘ４からコンティニュアスＡＦの２ステップ分フォーカスレンズ１０１をＩＮＦ側に戻す。すなわち、評価期間１のときのフォーカスレンズ１０１の位置までフォーカスレンズ１０１を移動させる。このときのフォーカスレンズ１０１の位置をｘ５とする。ｘ５が本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動開始位置となる。
【００５０】
このように、２ステップ分フォーカスレンズ１０１を戻すことにより、合焦動作に係る時間を短縮することができる。本サーチでは、図５の一点鎖線で示すように、ｘ５よりもさらにＩＮＦ側を探索するようにフォーカスレンズ１０１の移動方向を決定する。すなわち、ｘ５の位置からさらにＩＮＦ側に向かって、コンティニュアスＡＦのステップよりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。
【００５１】
このように、本発明では、コンティニュアスＡＦ停止する直前のコントラスト評価値の履歴に応じて、フォーカスレンズ１０１の駆動方向を決定する。そして、決定された駆動方向にフォーカスレンズ１０１を移動させながら、コントラスト評価値を算出し、正確な合焦位置にフォーカスレンズ１０１の位置を移動させる本サーチが実行される（Ｓ１０５）。
【００５２】
最後に、本サーチが完了した状態で、撮影処理が実行される（Ｓ１０６）。Ｓ１０６で得られた画像データは、画像処理部１２による画像処理が行われた後にメモリ（不図示）に格納される。なお、図２に示したコンティニュアスＡＦの実行、本サーチの実行、撮影の実行を含む一連の処理は、例えば、撮像装置１に設けられたシャッターボタン（不図示）をユーザが押下する動作に応答して実行すればよい。なお、撮影処理を行う前に、オートフォーカス処理に引き続いて、撮影画像が適正な明るさとなるように自動露光（AE：Auto Exposure）処理を実行してもよい。
【００５３】
このように、本発明では、コンティニュアスＡＦ中のコントラスト評価値の履歴に応じて、合焦指示が入力された後の本サーチにおけるフォーカスレンズ１０１の駆動方向が決定されている。このため、コンティニュアスＡＦを停止した位置から、より正確な合焦位置に向かってフォーカスレンズ１０１を駆動することができる。これにより、良好な撮影画像を得ることが可能となる。
【００５４】
また、本サーチでは、コンティニュアスＡＦ中のステップ駆動よりも細かいステップでフォーカスレンズ１０１を移動させる。このため、よりピントが合った良好な撮影画像を得ることができる。
【００５５】
特許文献２のように、フォーカスレンズの現在位置から現在の駆動方向に向かってサーチする場合、正しい合焦位置が現在の駆動方向とは逆側にあることがあり、本サーチに時間がかかるおそれがある。しかし、本発明によれば、コンティニュアスＡＦを停止した位置からより正確な合焦位置に向かってフォーカスレンズ１０１を駆動させるため、オートフォーカス処理に係る時間を短縮することができる。
【００５６】
さらに、コンティニュアスＡＦ中コントラスト評価値が下がり続け、ピーク位置が見つかっていない場合には、最初の評価期間まで戻って、そこから本サーチが開始される。また、ピーク位置が見つかっている場合には、ピーク位置の近傍まで戻って、そこから本サーチが開始される。このため、オートフォーカス処理に係る時間を短縮することができる。
【００５７】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るオートフォーカス装置について、図６、７を参照して説明する。なお、本実施の形態に係るオートフォーカス方法を実行する撮像装置としては、図１に示すものを用いることができるため、説明を省略する。
【００５８】
図６は、フォーカスレンズ１０１の移動に伴うコントラスト評価値の変化の一例を示すグラフである。図６において、横軸はフォーカスレンズ１０１の位置を示しており、縦軸はコントラスト評価値を示している。図６に示す例では、ＩＮＦ側からＭａｃｒｏ側に向かってフォーカスレンズ１０１を移動させるにつれて、コントラスト評価値が上昇している。
【００５９】
図６のＡで示すように、コントラスト評価値が低い状態が続いている場合、図３〜５で示した条件を満たしていたとしても、正確な合焦位置を見つけることは困難である。これは、コントラスト評価値が低い場合、当該コントラスト評価値の変化が低く、ノイズの影響を受けやすくなるためである。
【００６０】
このため、Ａの区間で実施の形態１のように図３〜５、もしくはその他のパターンの処理に遷移した場合、ノイズを加味した誤った情報により判断を行ってしまい、誤合焦（ピントがぼけている状態）となる可能性がある。一方、図６のＢで示すように、コントラスト評価値が高い状態が続いている場合には、ノイズの影響が小さく、比較的正確な合焦位置を決定することができる。
【００６１】
従って、本実施の形態では、コントラスト評価値が所定の閾値以上である場合には、上述の実施の形態１のオートフォーカス処理実行し、より正確な合焦位置を決定する。一方、コントラスト評価値が所定の閾値より小さい場合には、上述のオートフォーカス処理を実行しない。この場合、例えば、実施の形態１のオートフォーカス処理を飛ばして、撮影処理に遷移することができる。
【００６２】
図７に、本実施の形態に係るオートフォーカス方法を説明するフローチャートを示す。図７に示すように、合焦指示が入力され（Ｓ１０３）、コンティニュアスＡＦが停止された後、記憶されているコントラスト評価値が閾値よりも低いか否か（判定式：コントラスト評価値＜閾値を満たすか否か）が判定される（Ｓ２００）。この判定は、例えば、制御部１３１により行うことができる。
【００６３】
コントラスト評価値が閾値以上である場合（Ｓ２００、ＮＯ）、Ｓ１０４、Ｓ１０５の処理を実行し、より正確な合焦位置で撮影処理を実行する（Ｓ１０６）。一方、コントラスト評価値が閾値よりも低い場合（Ｓ２００、ＹＥＳ）、Ｓ１０４、Ｓ１０５の処理を飛ばして、撮影処理を実行する（Ｓ１０６）。
【００６４】
このように、コンティニュアスＡＦ停止直前のコントラスト評価値から、フォーカスレンズ１０１の移動の必要性を判断する。コントラスト評価値が低い場合には、フォーカスレンズ１０１の駆動方向の決定及び本サーチを省略する。これにより、撮影までの時間を短縮することができる。
【００６５】
なお、コントラスト評価値が閾値よりも低い場合、非合焦であることを通知し、フォーカスレンズ１０１の移動範囲の全域を再度サーチして、より正確な合焦位置を決定しても良い。これにより、ノイズの影響による誤合焦（ピントがぼけている状態）を低減する事が可能となり、さらに良好な撮影画像を得ることが可能となる。
【００６６】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るオートフォーカス方法について、図８を参照して説明する。図８は、実施の形態３に係るフォーカスレンズの駆動範囲の決定処理手順を説明するための図である。上述の実施の形態においては、フォーカスレンズ１０１の駆動方向、駆動開始位置を決定していた。本実施の形態では、フォーカスレンズ１０１の駆動範囲を決定する。
【００６７】
図８に示すように、評価期間１でコントラスト評価値が上昇し、評価期間２でコントラスト評価値が低下し、評価期間３でコントラスト評価値が上昇したとする。この場合において、評価期間３が終了した時点で、合焦指示が入力されたものとする。
【００６８】
評価期間３において、コントラスト評価値が上昇しているため、さらにＭａｃｒｏ側にフォーカスレンズ１０１を移動させると、破線矢印で示すように、評価期間２のピーク位置におけるコントラスト評価値よりも高いコントラスト評価値が得られる可能性がある。
【００６９】
この場合、コントラスト評価値の履歴内に含まれるピーク位置を含むように、ｘ６の位置からｘ７の位置まで、フォーカスレンズ１０１を戻す。そして、コントラスト評価値が下降から上昇に転じたｘ８を中心として、一定の範囲を、本サーチを行うフォーカスレンズ１０１の駆動範囲とする。
【００７０】
例えば、ｘ８からＩＮＦ側のｘ７までの距離と、ｘ８からＭａｃｒｏ側のｘ９までの距離が等しい範囲（ｘ７からｘ９までの範囲）を、本サーチを行うフォーカスレンズ１０１の駆動範囲とすることができる。このように、本サーチ範囲を決定することにより、さらに正確な合焦位置を探索することが可能となる。
【００７１】
ところで、上述した、合焦処理部１３が実行する処理は、画像データを格納するためのメモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータに、図２の各ステップの処理手順が記述されたプログラムを実行させることによって実現可能である。
【００７２】
上述した発明の実施の形態では、撮像光学系１０に含まれるフォーカスレンズ１０１を移動させることによって、被写体像の結像位置を調節する例を示した。しかしながら、被写体像の結像位置の調節は、撮像素子１１０を移動させることにより行ってもよい。
【００７３】
さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 撮像装置
１０ 撮像光学系
１１ 撮像部
１２ 画像処理部
１３ 合焦処理部
１０１ フォーカスレンズ
１１０ 撮像素子
１１１ アナログ信号処理部
１１２ Ａ／Ｄ変換部
１３０ 評価値算出部
１３１ 制御部
１３２ 駆動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から画像信号を生成する撮像部と、
前記画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させる駆動部と、
前記駆動部により前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出する評価値算出部と、
合焦指示に応じて、前記評価値算出部で算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記駆動部に前記フォーカスレンズの移動方向を通知する制御部と、
を備えるオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記フォーカスレンズの移動開始位置を決定することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記フォーカスレンズの移動範囲を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記合焦指示が入力された後の前記フォーカスレンズの移動ステップは、前記焦点評価値を算出する際の前記フォーカスレンズの移動ステップよりも細かいことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ、
前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、
合焦指示に応じて、算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記フォーカスレンズを移動させるオートフォーカス方法。
【請求項６】
前記算出された複数の前記焦点評価値に基づいて、前記フォーカスレンズの移動開始位置を決定することを特徴とする請求項５に記載のオートフォーカス方法。
【請求項７】
前記算出された複数の前記焦点評価値に基づいて、前記フォーカスレンズの移動範囲を決定することを特徴とする請求項５又は６に記載のオートフォーカス方法。
【請求項８】
前記合焦指示が入力された後の前記フォーカスレンズの移動ステップは、前記焦点評価値を算出する際の前記フォーカスレンズの移動ステップよりも細かいことを特徴とする請求項５、６又は７に記載のオートフォーカス方法。
【請求項９】
フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ、
前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、
合焦指示に応じて、算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記フォーカスレンズを移動させる処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１】
フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から画像信号を生成する撮像部と、
前記画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させる駆動部と、
前記駆動部により前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出する評価値算出部と、
合焦指示に応じて、前記評価値算出部で算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記駆動部に前記フォーカスレンズの移動方向を通知する制御部と、
を備えるオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記フォーカスレンズの移動開始位置を決定することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記フォーカスレンズの移動範囲を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記合焦指示が入力された後の前記フォーカスレンズの移動ステップは、前記焦点評価値を算出する際の前記フォーカスレンズの移動ステップよりも細かいことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ、
前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、
合焦指示に応じて、算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記フォーカスレンズを移動させるオートフォーカス方法。
【請求項６】
前記算出された複数の前記焦点評価値に基づいて、前記フォーカスレンズの移動開始位置を決定することを特徴とする請求項５に記載のオートフォーカス方法。
【請求項７】
前記算出された複数の前記焦点評価値に基づいて、前記フォーカスレンズの移動範囲を決定することを特徴とする請求項５又は６に記載のオートフォーカス方法。
【請求項８】
前記合焦指示が入力された後の前記フォーカスレンズの移動ステップは、前記焦点評価値を算出する際の前記フォーカスレンズの移動ステップよりも細かいことを特徴とする請求項５、６又は７に記載のオートフォーカス方法。
【請求項９】
フォーカスレンズを含む撮像光学系による被写体の結像から生成された画像信号に基づいて前記フォーカスレンズを移動させ、
前記フォーカスレンズの位置を移動させる際に生成される複数の前記画像信号の焦点評価値をそれぞれ算出し、
合焦指示に応じて、算出された複数の前記焦点評価値に基づいて前記フォーカスレンズの移動方向を決定し、前記フォーカスレンズを移動させる処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−５３２５５（Ｐ２０１１−５３２５５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９９４１２（Ｐ２００９−１９９４１２）
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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