撮像装置および撮像方法
【課題】夜景などのように点光源が支配的な被写体であっても、精度よく自動焦点処理を行うことができる撮像装置および撮像方法を得る。
【解決手段】撮像レンズを介して取得された被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、撮像レンズを移動させるレンズ移動手段と、画像信号から得た画像データに応じて焦点を決定する自動焦点検出手段と、を有し、画像データに含まれる輝度成分によって被写体像が点光源被写体であるか否かを判定する点光源検出手段と、被写体像が点光源被写体であるとき撮像素子の駆動条件を変更する撮像素子駆動設定手段と、有する撮像装置による。
【解決手段】撮像レンズを介して取得された被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、撮像レンズを移動させるレンズ移動手段と、画像信号から得た画像データに応じて焦点を決定する自動焦点検出手段と、を有し、画像データに含まれる輝度成分によって被写体像が点光源被写体であるか否かを判定する点光源検出手段と、被写体像が点光源被写体であるとき撮像素子の駆動条件を変更する撮像素子駆動設定手段と、有する撮像装置による。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動焦点機能を備えた撮像装置および同装置における撮像方法に関するものであって、詳しくは、夜景などのように点光源が支配的な被写体であっても、精度よく自動焦点処理を行うことができる撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子を介して取得した被写体に係る画像信号から生成された画像データを用いて、合焦位置を自動的に決定するための情報を生成し、撮像レンズを合焦位置に移動させる自動焦点装置（以下「ＡＦ装置」という。）を備えるデジタルカメラ（以下「撮像装置」という。）が知られている。
【０００３】
ＡＦ装置が行うＡＦ処理には複数の方式があるが、一般的な撮像装置に搭載されるＡＦ装置は、山登りＡＦ方式を用いている（例えば、特許文献１を参照）。この山登りＡＦ方式は、被写体像が受光面に結像した撮像素子から出力される画像信号から、近接する画素の輝度差の積分値を算出して、この積分値を用いて合焦位置を判定する方式である。上記の積分値を「ＡＦ評価値」という。
【０００４】
撮影レンズの位置が、被写体が合焦する位置にあるとき、撮像素子の受光面に結像した被写体像の輪郭部分はハッキリしているため、この被写体像に係る画像信号の近接画素間の輝度差は大きくなる。よって、合焦状態のときＡＦ評価値は大きくなる。逆に、非合焦状態にあるときは被写体の輪郭部分がぼやけるため、近接画素間の輝度差は小さくなり、ＡＦ評価値は小さくなる。
【０００５】
山登りＡＦ方式は、上記の原理に基づいて、ＡＦ評価値のピーク位置を検出することで被写体に対する焦点を自動的に合わせる方式である。当該方式に係るＡＦ装置は、撮像レンズを移動させながら、所定のタイミングないし一定の時間間隔で、画像信号を取得してＡＦ評価値を算出し、ＡＦ評価値が最大値（ＡＦ評価値のピーク位置）になるレンズ位置を特定する。このＡＦ評価値が最大値を示すレンズ位置に撮像レンズを移動させることで、被写体に対して自動的に焦点を合わせことができる。
【０００６】
上記のように山登りＡＦ方式は、一旦、レンズを移動範囲の全般に亘って移動させ、その移動範囲内で最大のＡＦ評価値が得られるレンズ位置を特定し、この特定した位置までレンズを移動させる。
【０００７】
より具体的には、ＡＦ動作の開始位置をレンズの移動範囲の中央位置として、まずこの位置までレンズを移動させる。次に、この位置から一定の向き、例えば最近接合焦位置に向けて移動させた後、無限遠合焦位置に向けて反転移動させる。この移動している範囲で、所定のタイミング毎にＡＦ評価値を算出し、最大のＡＦ評価値が得られるレンズ位置を特定する。
【０００８】
近年の撮像素子は、解像度が増しており、数百メガ画素を有するものも珍しくはない。撮像素子の画素数が増えると、その画素ピッチは細かくなり、感度も鈍くなる。これを解決するために、撮像素子には、受光面に結像した被写体像を構成する各画素から出力される信号を所定の条件で「加算」して輝度を倍にし、感度を上げてから出力する駆動条件（駆動モード）を備えていることが一般的である。
【０００９】
撮像素子の駆動モードのうち、上記のように画素を加算するモードは、ＬＣＤにおいて被写体像を表示するモニタリング処理においても用いられる。当該モードでは、画素の加算によって全体の画素数から表示データに用いる画素数が減るので、所定の時間間隔で表示処理を行うモニタリング処理に適しているからである。
【００１０】
図２１において、一般的な撮像素子の画素の配列の例を示す。図２１に示すように、撮像素子１０が有する画素配列はベイヤ配列である。この撮像素子１０の各画素から読み出される信号を、水平方向と垂直方向でそれぞれ加算することで、後段で処理をする信号の数を減らすことができる。例えば、モニタリング処理に用いる画像データを生成するとき、全ての画素から出力された信号を一つ一つの画像信号として処理をするのではなく、一定の規則に基づいて「加算、間引き」をし、画像信号の数を減らすことができる。図１７に、水平方向と垂直方向の２画素加算をする駆動モードが設定されているときの、撮像素子１０の信号読出し状態の例を示す。
【００１１】
上記のように水平方向の画素と垂直方向の画素をそれぞれ加算すると、被写体によってはＡＦ評価値が異常になる事象が発生する。これは、画素の加算によって、もともとあった画像の空間周波数帯域が加算によって減少するからである。
【００１２】
この事象は、昼間の撮影か夜の撮影かによって自動合焦処理に与える影響の度合いが異なる。例えば、昼間の撮影であれば、明るい状況での撮影となるため各被写体のコントラストがハッキリしている状態となる。しかしながら、夜の撮影では、被写体周囲の環境が暗くなるために被写体全体が暗く、例えば、被写体に建物が含まれる場合、居室の窓から漏れる光（照明光など）が、被写体をほぼ支配している状態となる。このような建物から漏れる照明光などは、遠くからみると「点」のように見える。このような、点のように見える被写体が支配的な被写体を、点光源被写体とする。
【００１３】
点光源被写体は、コントラストがほとんどない。そのため、点光源被写体から生成したＡＦ評価値の変位は図２２に示すように、ピーク位置が判定できない状態になる。しかも、昼間の撮影であれば合焦位置を示すレンズ位置のＡＦ評価値が一番低くなる。これは見た目上、ピントが合わなくなればなるほど、光が膨張していくことが要因である。
【００１４】
そこで、フィルタを掛け合わせながらＡＦ評価値を出力させて低輝度時でも精度よくＡＦすることが可能な撮像装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、特許文献２の撮像装置を用いて点光源被写体を撮影しようとすると、画素の加算によって周波数帯域が狭められた上に、フィルタを掛け合わせることになるため、一層、自動的に合焦させることが困難となる。
【００１５】
また、高輝度部分（点光源部分）を除去することで上記の現象を回避してＡＦの精度を向上させる撮像装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、夜の撮影では点光源を除去してしまうと、その周辺の輝度値が低いため、実際に焦点を検出することが困難となる。
【００１６】
点光源が支配的になる（飽和している）被写体はコントラストが小さくなるため、ＡＦ評価値のピークが検出されず自動的に合焦させることは困難であると考えられている。しかし、撮像素子の水平方向の画素の加算値を減らすことで、通常ではピークが現れないＡＦ評価値であっても、ピークを検出することができる。
【００１７】
図２３は、水平画素加算数を１画素・２画素・３画素・４画素としたときのそれぞれのＡＦ評価値の変位を示すグラフである。図２３に示すように、「１画素」ではＡＦ評価値のピークが生じなくても、水平方向の画素加算値を減らしていくことで、ピークが現れる。
【００１８】
このように、点光源写体のようのコントラストが少ない（小さい）被写体において、ＡＦ評価値にピークが生じない要因は、点光源そのものよりも画素加算数によるものといえる。しかし、画素加算数を少なくする（画素加算をしないようにする）と、感度が落ちてしまう。よって、感度を落とすことなく、ＡＦ評価値のピークが現れるようにすることが求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、夜景などのように点光源が支配的な被写体であっても、精度よく自動焦点処理を行うことができる撮像装置および撮像方法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】
【００２０】
本発明に係る撮像装置は、撮像レンズを介して取得された被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、撮像レンズを移動させるレンズ移動手段と、画像信号から得た画像データに応じて焦点を決定する自動焦点検出手段と、を有し、画像データに含まれる輝度成分によって被写体像が点光源被写体であるか否かを判定する点光源検出手段と、被写体像が点光源被写体であるとき撮像素子の駆動条件を変更する撮像素子駆動設定手段と、有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、点光源被写体であっても、精度よくＡＦ処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る撮像装置であるカメラの例を示す正面図である。
【図２】本発明に係る撮像装置であるカメラの例を示す上面図である。
【図３】本発明に係る撮像装置であるカメラの例を示す背面図である。
【図４】上記撮像装置の電気的制御系統の例を示す機能ブロック図である。
【図５】上記撮像装置の表示部に表示される通常のＡＦ枠を示す図である。
【図６】上記撮像装置におけるＡＦ処理の例を示すフローチャートである。
【図７】上記撮像装置における点光源検出処理の例を示すフローチャートである。
【図８】上記撮像装置における駆動モード設定処理の例を示すフローチャートである。
【図９】上記撮像装置におけるＡＦ処理の別の例を示すフローチャートである。
【図１０】上記撮像装置におけるＡＦスキャン処理の例を示すフローチャートである。
【図１１】上記撮像装置における駆動モード設定処理の別の例を示すフローチャートである。
【図１２】上記撮像装置における輝度検出エリアの例を示す図である。
【図１３】上記撮像装置における被写体の輝度分布の例を示すヒストグラムである。
【図１４】上記撮像装置における被写体の輝度分布に対して、点光源検出処理に用いる閾値の例を示したヒストグラムである。
【図１５】本発明に係る撮像方法を実行するプログラムの構成例を示すブロック図である。
【図１６】撮像素子の各画素からの画像信号の読み出しパターンの例を示す図である。
【図１７】撮像素子の各画素からの画像信号の読み出しパターンの別の例を示す図である。
【図１８】撮像素子の各画素からの画像信号の読み出しパターンのさらに別の例を示す図である。
【図１９】撮像素子の各画素からの画像信号の読み出しパターンのさらに別の例を示す図である。
【図２０】本発明に係る撮像装置において、画像データの取り込み時のＶＤ信号、レンズのフォーカス駆動タイミング、電子シャッタの電荷掃き出しパルスタイミング、および露光タイミングを示すタイミングチャートである。
【図２１】本発明に係る撮像素子が備える撮像素子の画素配列パターンの例を示す図である。
【図２２】点光源被写体に係るＡＦ評価値の変位の例を示グラフである。
【図２３】撮像素子の水平画素加算数の違いによるＡＦ評価値の変位の例を示すグラフである。
【図２４】撮像素子の水平画素加算数の違いによるＡＦ評価値の変位の例であって、（ａ）水平２画素加算の場合、（ｂ）水平４画素加算の場合、（ｃ）加算なしの場合、を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る撮像装置および撮像方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る撮像装置の外観の例について図１から図３を用いて説明する。図１は本実施例に係る撮像装置１の正面図である。図１において、撮像装置１の筐体であるカメラボディＣＢの正面には、ストロボ発光部３、ファインダ４の対物面、リモコン受光部６および撮像レンズを含む撮像光学系を構成する鏡胴ユニット７が配置されている。カメラボディＣＢの一方の側面部には、メモリカード装填室および電池装填室の蓋２が設けられている。
【００２４】
図２は、本実施例に係る撮像装置１の上面図である。図２において、カメラボディＣＢの上面には、レリーズスイッチＳＷ１、モードダイヤルＳＷ２およびサブ液晶ディスプレイ（サブＬＣＤ）（以下「液晶ディスプレイ」を「ＬＣＤ」という。）１１が配置されている。
【００２５】
図３は、本実施例に係る撮像装置１の背面図である。図３において、カメラボディＣＢの背面には、ファインダ４の接眼部、ＡＦ用発光ダイオード（以下発光ダイオードを「ＬＥＤ」という。）８、ストロボＬＥＤ９、被写体画像と拡大画像および各種設定画面を表示する表示手段であるＬＣＤモニタ１０、電源スイッチ１３、広角方向ズームスイッチＳＷ３、望遠方向ズームスイッチＳＷ４、セルフタイマの設定および解除スイッチＳＷ５、メニュースイッチＳＷ６、上移動およびストロボセットスイッチＳＷ７、右移動スイッチＳＷ８、ディスプレイスイッチＳＷ９、下移動およびマクロスイッチＳＷ１０、左移動および画像確認スイッチＳＷ１１、ＯＫスイッチＳＷ１２、クイックアクセススイッチＳＷ１３、が配置されている。
【００２６】
次に、本発明に係る撮像装置の機能ブロックの例について説明する。図４は、本実施例に係る撮像装置１の機能構成例を示す機能ブロック図である。本発明に係る撮像装置の各種動作（処理）は、デジタル信号処理ＩＣ（集積回路）等で構成されるデジタルスチルカメラプロセッサ１０４（以下、単に「プロセッサ１０４」という。）と、プロセッサ１０４において動作する撮像プログラムによって制御される。画像処理手段であるプロセッサ１０４は、第１のＣＣＤ（電荷結合素子）信号処理ブロック１０４−１と、第２のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−２と、ＣＰＵ（中央処理ユニット）ブロック１０４−３と、ローカルＳＲＡＭ（ＳＲＡＭ：スタティックランダムアクセスメモリ）１０４−４と、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ブロック１０４−５と、シリアルブロック１０４−６と、ＪＰＥＧコーデック（ＣＯＤＥＣ）ブロック１０４−７と、リサイズ（ＲＥＳＩＺＥ）ブロック１０４−８と、ＴＶ信号表示ブロック１０４−９と、メモリカードコントローラブロック１０４−１０と、を有してなる。これら各ブロックは相互にバスラインで接続されている。
【００２７】
プロセッサ１０４の外部には、ＲＡＷ−ＲＧＢ画像データ、ＹＵＶ画像データおよびＪＰＥＧ画像データを保存するためのＳＤＲＡＭ（シンクロナスランダムアクセスメモリ）１０３、ＲＡＭ１０７、内蔵メモリ１２０および撮像プログラムである制御プログラムが格納されているＲＯＭ１０８、が配置されており、これらはバスラインを介してプロセッサ１０４に接続している。ＲＯＭ１０８に格納されている制御プログラムには、本発明に係る撮像装置の動作を制御するプログラムが含まれる。
【００２８】
鏡胴ユニット７は、ズーム（ＺＯＯＭ）レンズ７−１ａを有するズーム光学系７−１、フォーカス（ＦＯＣＵＳ）レンズ７−２ａを有するフォーカス光学系７−２、絞り７−３ａ、を有する絞りユニット７−３、メカニカルシャッタ（メカシャッタ）７−４ａを有するメカシャッタユニット７−４、を備えており、これらによって撮像光学系が構成される。
【００２９】
ズーム光学系７−１と，フォーカス光学系７−２と、絞りユニット７−３と、メカシャッタユニット７−４は、それぞれズーム（ＺＯＯＭ）モータ７−１ｂ、フォーカスレンズ移動手段としてのフォーカス（ＦＯＣＵＳ）モータ７−２ｂ、絞りモータ７−３ｂとメカシャッタモータ７−４ｂ、によって駆動される。
【００３０】
ズームモータ７−１ｂ、フォーカスモータ７−２ｂ、絞りモータ７−３ｂおよびメカシャッタモータ７−４ｂの各モータは、モータドライバ７−５によって駆動される。モータドライバ７−５はプロセッサ１０４のＣＰＵブロック１０４−３によって動作が制御される。
【００３１】
鏡胴ユニット７を構成するズームレンズ７−１ａとフォーカスレンズ７−２ａは、撮像素子であるＣＣＤ１０１の受光面上に被写体像を結像させる撮像レンズを構成する。ＣＣＤ１０１は、受光面に結像された被写体像を電気的な画像信号に変換してＦ／Ｅ−ＩＣ（フロントエンドＩＣ）１０２に出力する。
【００３２】
Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２は、ＣＤＳ（相関２重サンプリング部）１０２−１、ＡＧＣ（自動利得制御部）１０２−２およびＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換部１０２−３を有し、被写体像から変換された画像信号に対して、所定の処理を施し、デジタル信号に変換する。変換されたデジタル画像信号は、ＣＣＤ信号処理ブロック１０４−１に入力される。これらの信号処理動作は、プロセッサ１０４のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−１から出力されるＶＤ信号（垂直駆動信号）とＨＤ信号（水平駆動信号）により、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１０２−４を介して制御される。
【００３３】
ＣＣＤ信号処理ブロック１０４−１は、ＣＣＤ１０１からＦ／Ｅ−ＩＣ１０２を経由して入力されたデジタル画像データに対して、ホワイトバランス調整およびγ調整等の信号処理を行うとともに、ＶＤ信号およびＨＤ信号を出力する。
【００３４】
プロセッサ１０４のＣＰＵブロック１０４−３は、音声記録回路１１５−１による音声記録動作を制御する。音声記録回路１１５−１は、マイクロホン（マイク）１１５−３で変換されマイクロホンアンプ（マイクＡＭＰ）１１５−２によって増幅した音声信号を、ＣＰＵブロック１０４−３の指令に応じて記録する。
【００３５】
また、ＣＰＵブロック１０４−３は、音声再生回路１１６−１の動作も制御する。音声再生回路１１６−１は、ＣＰＵブロック１０４−３の指令により、適宜なるメモリに記録されている音声信号をオーディオアンプ（オーディオＡＭＰ）１１６−２で増幅してスピーカ１１６−３に入力し、スピーカ１１６−３から音声を再生出力する。また、ＣＰＵブロック１０４−３は、ストロボ回路１１４を制御して動作させることによってストロボ発光部３から照明光を発光させる。
【００３６】
さらに、ＣＰＵブロック１０４−３は、プロセッサ１０４の外部に配置されたサブＣＰＵ（ＳＵＢ−ＣＰＵ）１０９にも結合されており、サブＣＰＵ１０９は、ＬＣＤドライバ１１１を介してサブＬＣＤ１による表示を制御する。また、サブＣＰＵ１０９は、ＡＦ用ＬＥＤ８，ストロボＬＥＤ９，リモコン受光部６，スイッチＳＷ１からスイッチＳＷ１３からなる操作部１１２およびブザー１１３にもそれぞれ結合されている。
【００３７】
ＵＳＢブロック１０４−５は、ＵＳＢコネクタ１２２に結合される。シリアルブロック１０４−６は、シリアルドライバ回路１２３−１を介してＲＳ−２３２Ｃコネクタ１２３−２に結合される。
【００３８】
ＴＶ信号表示ブロック１０４−９は、ＬＣＤドライバ１１７を介してＬＣＤモニタ１０に結合され、また、ＴＶ信号表示ブロック１０４−９は、ビデオアンプ（ＡＭＰ）１１８を介してビデオジャック１１９にも結合される。
【００３９】
メモリカードコントローラブロック１０４−１０は、メモリカードスロット１９１のカード接点に結合されている。メモリカードがこのメモリカードスロット１９１に装填されると、メモリカードの接点に接触して電気的に接続され、装填されたメモリカードに画像ファイルを記憶する。
【００４０】
次に、本発明に係る撮像装置の動作について説明をする。図１から図３に示した撮像装置１において、モードダイヤルＳＷ２を操作し、「記録モード」を選択すると、当該撮像装置１は記録モードでの動作を開始する。より詳しくは、図４に示した操作ｋｅｙユニット（ＳＷ１〜ＳＷ１３）に含まれるモードダイヤルＳＷ２の状態が記録モード−オンになったことを、サブＣＰＵ１０９を経由してＣＰＵブロック１０４−３が検知することで、記録モードでの動作が開始する。
【００４１】
ＣＰＵブロック１０４−３はモータドライバ７−５を制御し、鏡胴ユニット７を撮像可能な位置に移動させる。さらに、ＣＣＤ１０１、Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２およびＬＣＤモニタ１０等の各部に電源が投入されて動作が開始される。各部の電源が投入されると、ファインダモードでの動作が開始する。
【００４２】
ファインダモードで動作中の撮像装置１は、撮像レンズを介してＣＣＤ１０１の受光面に結像された被写体像に係る画像信号がＣＤＳ１０２−１に出力される。このアナログＲＧＢ信号は、ＡＧＣ（自動利得制御回路）１０２−２を介してＡ／Ｄ変換器１０２−３にてデジタル画像信号に変換される。このデジタル画像信号に含まれるＲ・Ｇ・Ｂの各信号は、プロセッサ１０４内の第２のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−２が具備するＹＵＶ変換手段によって、ＹＵＶ画像データに変換されて、フレームメモリとしてのＳＤＲＡＭ１０３に記録される。なお、第２のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−２は、ＲＧＢ画像信号に対してフィルタリング処理等の適切な処理を施してＹＵＶ画像データへと変換する。
【００４３】
ＹＵＶ画像データは、ＣＰＵブロック１０４−３によって読み出されて、ビデオ信号表示ブロック１０４−９を介してビデオアンプ１１８およびビデオジャック１１９に送られて、これに接続されたＴＶ（テレビジョン）にて表示される。
【００４４】
また、ＣＰＵブロック１０４−３によって読み出されたＹＵＶ画像データは、ＬＣＤドライバ１１７を介してＬＣＤモニタ１０に送られて表示に供される。この処理が１／３０秒間隔で行われて表示が更新され、撮像対象とする被写体をＬＣＤモニタ１０の表示によって視認しながら撮像することができるファインダモードでの動作となる。
【００４５】
ＣＣＤ１０１は複数の駆動モード（駆動条件）を設定することができる。この駆動モードによって、ＣＣＤ１０１から出力される画像信号の出力条件を変更することができる。駆動モードには、例えば、『水平画素の「加算と間引き」をせずに、垂直画素の「加算と間引き」もしないモード（以下「モード１」とする。）』、『水平画素を「２画素加算」し、垂直画素を「２画素加算」するモード（以下「モード２」とする。）』、『水平画素を「４画素加算」し、垂直画素を「２画素間引き」するモード（以下「モード３」とする。）』、『水平画素の「加算と間引き」をせず、垂直画素を「４画素加算」とするモード（以下「モード４」とする。）』、がある。
【００４６】
モード１は、静止画撮影に使用される。モード１は、全ての画素を出力するので、鮮明な画像をえることができる。しかし、全ての画素からの信号を用いて上記の画像処理を行うことになるので、所定の時間間隔でＬＣＤモニタ１０への表示画像データを生成する処理には、不向きである。また、ＣＣＤ１０１の全ての画素を一度に（同時に）出力した画像信号を、全部まとめて画像処理をすることができないため、いくつかのフレームに分割して転送をしなければならない。このため、ファインダモードには不向きな動作モードである。
【００４７】
そこで、ファインダモードで動作するときのＣＣＤ１０１の駆動モードは、「モード３」に設定する。モード３は、読み出される画素数を減らしつつ、読み出す画素の感度を上げることができるため、ファインダモードには一番適している。なお、モード２とモード４については、後述する。
【００４８】
ファインダモードで動作中の撮像装置１において、レリーズボタンＳＷ１が押し下げられると、第１のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−１に取り込まれたデジタルＲＧＢ画像データを用いて、合焦度合いを示すＡＦ評価値が算出される。ＡＦ評価値は、ＣＣＤ１０１の受光面に結像した被写体像の合焦度合いを示す指標であって、自動焦点検出手段による焦点検出処理（ＡＦ処理）に用いられる。
【００４９】
ここで、ＡＦ評価値について説明をする。合焦状態にある被写体の画像は、エッジ部分が鮮明になる。そのため、合焦状態にあるときの画像データに含まれる空間周波数の高周波成分は最大になる。ＡＦ評価値は、被写体の画像データを用いて算出されるので、例えば、変位量に対する微分値のように、高周波成分の高さを反映した値となる。
【００５０】
したがって、ＡＦ評価値が極大値となる画像データを取得したフォーカスレンズ７−２ａの位置を合焦位置とすることができる。ＡＦ評価値の極大点が複数生じることも考慮して、複数の極大点があった場合には、ピーク位置におけるＡＦ評価値の大きさと、その周辺位置のＡＦ評価値の下降度合いまたは上昇度合いも考慮に入れて、最も信頼性があると推定される極大点を合焦位置とすればよい。
【００５１】
ＡＦ評価値の算出に用いられる画像データには、ハイパスフィルタが適用される。これによって、画像データに含まれる高周波成分を鮮明にすることができる。ハイパスフィルタには、例えば（−１、２、−１）のフィルタを用いる。このフィルタを画像データの水平方向に掛け合わせて積算した値がＡＦ評価値となる。
【００５２】
またＡＦ評価値の算出に用いる画像データは、全画素領域のものではなく、デジタルＲＧＢ画像データ内の特定の範囲（ＡＦ処理エリア）のものを用いればよい。図５はファインダモードで動作しているときのＬＣＤモニタ１０に表示される画像面の例を示している。図５において、ＬＣＤモニタ１０の中心部に表示されている枠内が撮像装置１におけるＡＦ処理エリアである。このＡＦ処理エリアは、例えばＲＧＢ画像データの画面内の中央の水平方向の４０％および垂直方向の３０％を、その範囲として設定している。
【００５３】
次に、ＡＦ処理時におけるフォーカスレンズ７−２ａの駆動タイミングとＡＦ評価値の取得タイミングの関係について説明する。フォーカスレンズ７−２ａは、１回のＶＤ信号ごとに移動する。この移動量（フォーカス駆動量）は、例えばフォーカスモータ７−２ｂがパルスモータである場合は、所定の駆動パルス数に応じた量となる。
【００５４】
ＶＤ信号パルスの立下りに対応して、所定のパルスレートで所定の駆動パルス数だけフォーカスレンズ７−２ａを駆動することで、１回のフォーカスレンズ駆動は終了する。次に出力されるＶＤ信号パルスの立下りに対応して再度、所定のフォーカス駆動を行なう。このようにフォーカス駆動をＶＤ信号（すなわちフレーム周期）に同期させて行う。
【００５５】
図２０はＡＦ処理時におけるフォーカスレンズ７−２ａの移動タイミングとＡＦ評価値の取得タイミングの関係を示すタイミングチャートの例である。図２０において、あるフレームレートで画像データの取り込みを行う場合のＶＤ信号を（ａ）、電子シャッタにおける電荷掃き出しパルス（ＳＵＢ）のタイミングを（ｂ）、露光タイミングを（ｃ）、フォーカスレンズ７−２ａの移動タイミングを（ｄ）、として示している。
【００５６】
図２０において、１つ目のＶＤ信号（ａ）が発生すると、それをトリガーとして、フォーカスモータ７−２ｂを駆動するパルスが２つ生成され（ｄ）、このパルスに応じてフォーカスレンズ７−２ａが移動する。また、ＶＤ信号（ａ）をトリガーとして電荷掃き出しパルス（ｂ）が所定数発生し、この電荷掃き出しパルス（ｂ）の数に応じて、ＣＣＤ１０１に帯電している電荷の掃き出し処理が行われる。電荷掃き出し処理が終了した後に露光処理（ｃ）が行なわれる。露光処理（ｃ）によって、撮像レンズを介して被写体の映像が画像データとして取り込まれる。取り込まれた画像データを用いて所定の演算によってＡＦ評価値が算出される。
【００５７】
上記駆動パルス数は可変であって、焦点距離や、フォーカスレンズ繰り出し量（フォーカス駆動範囲）などに応じて変化する。このように、本実施例におけるＡＦ処理は、ＶＤ信号に同期してフォーカスレンズ７−２ａの駆動範囲内において行うようになっている。
【００５８】
上記にて説明をした自動焦点検出処理（ＡＦ処理）の実施形態は、本発明に係る撮像装置が備える制御プログラムによって実行される処理である。この自動焦点検出処理（ＡＦ処理）を実行するプログラムは、図４に示したＲＯＭ１０８に格納されている。ここで、ＲＯＭ１０８に格納される制御プログラムの例について説明する。図１５は、ＲＯＭ１０８に格納される制御プログラム、すなわち、本発明に係る撮像装置が備える機構を用いて、本発明に係る撮像方法を実行するプログラムの構成例を示す機能ブロック図である。
【００５９】
図１５において、制御プログラムには、駆動設定処理部（１０８−１）、点光源検出処理部（１０８−２）、焦点検出処理部（ＡＦスキャン処理部）（１０８−３）、合焦位置決定処理部（１０８−４）、合焦位置移動処理部（１０８−５）、が含まれる。
【００６０】
駆動設定処理部（１０８−１）は、ＣＣＤ１０１の動作モードを変更する処理を行う。
【００６１】
点光源検出処理部（１０８−２）は被写体環境が点光源（が支配的な）環境かどうかを検出する処理を行う。
【００６２】
焦点検出処理部（１０８−３）はフォーカスレンズ７−２ａを移動させながら順次算出されるＡＦ評価値のピーク位置を判定する処理を行う。
【００６３】
合焦位置決定処理部（１０８−４）は、焦点位置検出処理部（１０８−３）において検出されたピーク位置に応じて、最終的な合焦位置を決定する処理を行う。
【００６４】
合焦位置移動処理部（１０８−５）は、合焦位置決定処理部（１０８−４）において決定された位置へフォーカスレンズ７−２ａを移動させるためにフォーカスモータ７―２ｂを駆動させる処理を行う。
【００６５】
次に、本発明に係る撮像方法の実施例について説明する。本実施例において説明する撮像方法は、上記の駆動設定処理部（１０８−１）、点光源検出処理部（１０８−２）、ＡＦスキャン処理部（１０８−３）、合焦位置決定処理部（１０８−４）、合焦位置移動処理部（１０８−５）によって実行される。
【００６６】
まず、図６のフローチャートを用いて、撮像装置１において実行されるＡＦ処理について説明をする。最初にレリーズボタンＳＷ１が押下されているか否かを判定する処理が行なわれる（６−１）。レリーズボタンＳＷ１が押下されている場合は点光源検出処理（６−２）が行なわれる。レリーズボタンＳＷ１が押下されていない場合は、ＡＦ処理を終了する。
【００６７】
点光源検出処理（６−２）の結果に応じて、ＣＣＤ１０１の駆動モードを変更する駆動モード設定処理が行なわれる（６−３）。次に、設定された駆動モードに応じてＣＣＤ１０１からの画像信号読み出し条件に基づき、ＡＦスキャン処理が行なわれる（６−４）。点光源検出処理（６−２）、駆動モード設定処理（６−３）、ＡＦスキャン処理（６−４）の詳細については後述する。
【００６８】
ＡＦスキャン処理（６−４）によって判定されたＡＦ評価値のピークの位置に基づいて合焦位置決定処理が行なわれる（６−５）。当該処理は、ＡＦスキャン処理（６−４）において、ＡＦ評価値のピークが検出されているときは、そのピーク位置を合焦位置として決定する。また、ＡＦスキャン処理（６−４）において、ＡＦ評価値のピーク位置が検出されていなければ、「ＡＦＮＧ」として、予め規定した位置（ＮＧ位置）を合焦位置として決定する。ＮＧ位置とは、例えば、およそ２．５ｍ程度離れた被写体に合焦するフォーカスレンズ７−２ａの位置である。
【００６９】
最後に、決定された位置にフォーカスレンズ７−２ａを移動させる合焦位置移動処理が行なわれる（６−６）。
【００７０】
次に、点光源検出処理（６−２）の詳細について、図７のフローチャートを用いて説明する。当該処理は、被写体が「点光源被写体」であるか否かを、当該被写体の輝度の分布によって判定する処理である。まず、輝度演算処理（７−１）を行う。この処理は、いうなれば被写体の明るさを判定するための処理である。ＣＣＤ信号処理ブロック１０４−２のＹＵＶ変換手段によって生成されたＹＵＶ画像データを、縦１６個・横１６個の計２５６エリアに分割する。分割されたＹＵＶ画像データの例を図１２に示す。
【００７１】
輝度演算処理（７−１）は、図１２に示すような分割されたエリア（輝度検出エリア）において、各輝度検出エリア内でのＹ（輝度）値の平均（最大値２５５で正規化した輝度値）を算出する処理である。Ｙ値の平均が、予め規定する所定の閾値（例えば６０）以下であるとき（７−２のＹＥＳ）、輝度値の分布（ヒストグラム）を作成する（７−３）。
【００７２】
図１３は、処理７−３によって作成された分布に基づくヒストグラムの例である。横軸が正規化された輝度値を示し、縦軸が画素数を示している。図１３は、被写体が点光源被写体であるときの輝度値の分布の例を示している。閾値ＹＯよりも輝度が低い画素が非常に多い。それに比べて輝度が高い画素は少ない。
【００７３】
よって、このヒストグラム（図１３）を用いて、当該被写体が点光源被写体であるか否かを判定する（７−３）。判定処理は、複数の指標を用いて行われる。図１４において、判定処理（７−４から７−６）に用いる指標の例をヒストグラムに重ね合わせた状態で示す。
【００７４】
まず、低い輝度を示す画素数がある程度の数以上あるか否かを判定する（７−４）。この処理には、輝度の閾値Ｙ１と画素数の閾値αを用いる。輝度Ｙ１以下の画素数がαパーセント以上あれば（７−４のＹｅｓ）、続く判定処理に移行する。当該条件を満たさなければ（７−５のＮｏ）、当該被写体は点光源被写体ではないと判定し（７−８）、点光源検出処理を終了する。
【００７５】
続く判定処理（７−５）においては、輝度の閾値Ｙ２と画素数の閾値βを用いる。輝度Ｙ２以上の画素数がβパーセント未満であれば（７−５のＹｅｓ）、続く判定処理に移行する。当該条件を満たさなければ（７−５のＮｏ）、当該被写体は点光源被写体ではないと判定し（７−８）、点光源検出処理を終了する。
【００７６】
続く判定処理（７−６）においては、輝度の閾値Ｙ１とＹ２、画素数の閾値γを用いる。閾値Ｙ１以上閾値Ｙ２以下の輝度の画素数がγパーセント以下であれば（７−６のＹｅｓ）、当該被写体は点光源被写体であると判定する（７−７）。当該条件を満たさなければ（７−６のＮｏ）、当該被写体は点光源被写体ではないと判定し（７−８）、点光源検出処理を終了する。
【００７７】
前述のとおり、被写体のほとんどが点光源になっているとき、当該被写体像全体の輝度値の平均値は低くなる。また、各画素の分布において、輝度が低い画素が多く、輝度が高い画素が「点光源に相当する分だけ」存在する状態となって、中間の輝度の画素がほとんど存在しない状態となる。よって、上記の処理７−４から７−６の条件判定によって、点光源被写体であるか否かを判定することができる。
【００７８】
次に、駆動モード設定処理（６−３）の詳細について、図８のフローチャートを用いて説明する。処理６−２において点光源被写体と判定されたときは（８−１のＹｅｓ）は、ＣＣＤ１０１の駆動モードとして「モード２」を選択する（８−２）。処理６−２において点光源被写体と判定されていないときは（８−１のＮｏ）は、ＣＣＤ１０１の動作モードとしてデフォルトのモード（モード３）を選択する（８−４）。次に、選択された駆動モードのＣＣＤ１０１に設定し（８−３）、駆動モード設定処理（６−３）を終了する。
【００７９】
モード３が設定されたＣＣＤ１０１は、「水平４画素加算・垂直２画素間引き」による画像信号を出力する。一方、モード２が設定されたＣＣＤ１０１は、「水平２画素加算・垂直２画素加算」による画像信号を出力する。モード２が設定されたときは、４画素を１つの画素として画像信号が出力されるので、画像データ上の画素数は、ＣＣＤ１０１が有する画素数とは異なる。しかし、撮像素子の感度としては同じになる。
【００８０】
ここで各動作モードの違いによって生じるＡＦ評価値の変位について図２４を用いて説明する。図２４は同じ被写体に対して水平画素の加算数を変化させたときに算出されるＡＦ評価値の変位の例を示すグラフである。図２４において、横軸はレンズ位置、縦軸はＡＦ評価値である。図２４（ａ）は２画素加算の例、図２４（ｂ）は４画素加算の例、図２４（ｃ）加算なしの例、をそれぞれ示している。
【００８１】
図２４（ｃ）に示すように、レンズ位置のほぼ中央でＡＦ評価値のピークが生じるような状態であっても、図２４（ｂ）の４画素加算（モード３相当）では、同じレンズ位置にＡＦ評価値のピークが生じずに、むしろ一番低くなってしまうのに対し、図２４（ａ）に示すように２画素加算においては、ＡＦ評価値のピークが同じレンズ位置で生ずる。このように水平画素加算の画素数を可変させることで、点光源被写体であっても精度よくＡＦ処理を行うことができるようになる。
【００８２】
モード３、モード４とモード２の違いは加算方式のほか、総画素数が異なる。そのため、モード２はモード３に比べて画像信号の転送処理により時間がかかる。よって、ファインダモード（３０ｆｐｓ）はモード３で駆動するので、これに比べてモード２は、フレームレートが遅くなる。しかし、フレームレートが遅くなることに対しては、垂直側の画素を間引くことで対処することができる（同じフレームレートにすることができる）。
【００８３】
次に、ＡＦスキャン処理（６−４）の詳細について、図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、ＣＣＤ１０１は、当該処理の前に処理６−３において駆動モードが設定された状態になっている。
【００８４】
まず、フォーカスレンズ７−２aをＡＦスキャン開始位置へと移動する（１０−１）。ＡＦスキャン開始位置はＡＦスキャン処理におけるフォーカス駆動の方向によって異なる。ここでは例えば、至近側から無限遠側に向かう方向をフォーカス駆動方向とする。この場合は、まず、至近側が開始位置となる。至近位置（至近側の開始位置）は焦点距離や、レンズの特性によって差が生じる。例えば、３０ｃｍを至近位置とする。
【００８５】
つぎに、ＶＤ信号の立ち下がりが検出されるまで処理を待つ（１０−２）。ＶＤ信号の立ち下がりが検出されたとき、所定パルス数に応じてフォーカスモータ７−２ｂを駆動して、フォーカスレンズ７−２ａを移動させる（１０−３）。
【００８６】
フォーカスレンズ７−２ａを移動させたところで画像信号を取得する。ここで取得される画像信号は、駆動モード設定処理（図６の６−３）において設定された駆動モードで駆動するＣＣＤ１０１によるものである。この画像信号に基づく画像データによって、ＡＦ評価値を算出する（１０−４）。
【００８７】
続いて、算出されたＡＦ評価値のピーク位置を検出する処理を行う（１０−５）。この処理はＡＦ評価値の極大値を検出する処理である。続いて、ＡＦ評価値のピークが検出されたか否かの判定を行う（１０−６）。ＡＦ評価値のピークが検出されていないときは（１０−６のＹｅｓ）、現在のフォーカスレンズ７−２ａの位置が、終了位置であるか否かの判定を行う（１０−７）。フォーカスレンズ７−２ａの位置が終了位置でなければ（１０−７のＮＯ）、処理は「ＶＤ信号待ち（１０−２）」まで戻って、再度上記の処理を繰り返してＡＦ評価値のピーク検出を行う。ピーク位置検出処理（１０−５）においてピーク検出がされている場合（１０−６のＮｏ）はＡＦ処理を終了する。
【００８８】
以上説明した実施例１によれば、被写体が点光源被写体であると判定されたとき、撮像素子の駆動モードをデフォルトのモードから、より感度がよく輝度が大きくなるモードに変更をしてから、ＡＦ処理を行うことができる。これによって、従来のＡＦ処理では、ＡＦ評価値のピークを検出できず合焦位置を特定できなかったような点光源被写体であっても、精度よく自動的に合焦することができる。
【００８９】
次に、本発明に係る撮像方法の別の実施例について説明する。まず、本実施例に係るＡＦ処理について図９のフローチャートを用いて説明する。レリーズボタンＳＷ１が押下されているか否かを判定する処理が行なわれて（９−１）、レリーズボタンＳＷ１が押下されている場合は（９−１のＹＥＳ、）点光源検出処理（９−２）が行なわれ、レリーズボタンＳＷ１が押下されていない場合は（９−１のＮＯ）、ＡＦ処理を終了する。
【００９０】
点光源検出処理（９−２）の結果に応じて、ＣＣＤ１０１の駆動モードを変更する駆動モード設定処理が行なわれる（９−３）。次に、設定された駆動モードに応じてＣＣＤ１０１からの画像信号読み出し条件に基づき、ＡＦスキャン処理が行なわれる（９−４）。
【００９１】
点光源検出処理（９−２）と、ＡＦスキャン処理（９−４）は、すでに説明をした実施例の点光源検出処理（６−２）、ＡＦスキャン処理（６−４）と同様であるから、説明を省略する。先の実施例とは異なる駆動モード設定処理（９−３）の詳細については後述する。
【００９２】
ＡＦスキャン処理（９−４）によってＡＦ評価値のピークが検出されているか、または、駆動モード設定処理（９−３）において設定された駆動モードがモード４の場合は（９−５のＹＥＳ）、ＡＦスキャン処理（９−４）によって判定されたＡＦ評価値のピークの位置に基づいて合焦位置決定処理が行なわれる（９−６）。当該処理では、ＡＦ評価値のピークが検出されている位置を合焦位置と決定する。
【００９３】
またＡＦスキャン処理（９−４）において、ＡＦ評価値のピーク位置が検出されていなければ、「ＡＦＮＧ」として、予め規定した位置（ＮＧ位置）を合焦位置と決定する。ＮＧ位置は例えば、およそ２．５ｍ程度離れた被写体に合焦するフォーカスレンズ７−２ａの位置とする。
【００９４】
最後に、フォーカスレンズを合焦位置へ移動させる処理を行う（９−７）。そうでない場合（９−５のＮＯ）の場合は、駆動モードを再設定し（９−３）再度ＡＦ処理を実行する。
【００９５】
ここで、駆動モード設定処理（９−３）の詳細について、図１１のフローチャートを用いて説明する。点光源検出処理（９−２）において点光源被写体と判定されたとき（１１−１のＹｅｓ）、すでにＡＦ処理を実行している状態ではないか否かを判定する（１１−２）。すでにＡＦ処理を実行している状態でないときは（１１−２のＹｅｓ）、ＣＣＤ１０１の駆動モードとして「モード２」を選択する（１１−３）。
【００９６】
すでにＡＦ処理を実行しているときは（１１−２のＮＯ）、駆動モードを「モード２」に設定しても、ＡＦ評価値のピークを検出することができなかったことになる。そこで、すでにＡＦ処理を実行しているときは（１１−２のＮＯ）、駆動モードとして「モード４」を選択する（１１−５）。点光源検出処理（９−２）において点光源被写体と判定されなかったときは（１１−１のＮｏ）は、駆動モードとして「モード３」を選択する（１１−６）。選択された駆動モードを設定して（１１−４）、駆動モード設定処理（９−３）を終了する。
【００９７】
撮像素子であるＣＣＤ１０１の駆動モードは、デフォルトがモード３である。モード３は、水平４画素加算、垂直２画素間引きで動作をさせるモードであり、加算される画素数は４画素である。一方、モード２は「水平２画素加算、垂直２画素加算」であるため、加算される画素数は４画素（２×２）である。また、モード４は「水平画素加算なし、垂直４画素加算」であるため、加算される画素数はモード２とモード４では異なるが、モード２とモード４は、撮像素子の感度としては同じである。
【００９８】
すでに説明をしたとおり、ＣＣＤ１０１に設定される駆動モードによって、算出されるＡＦ評価値の変位特性は異なる（図２４参照）。よって、水平画素加算の画素数を変更することで、点光源被写体であっても、高精度のＡＦ処理をすることができる。
【００９９】
以上説明した実施例によれば、点光源が判定された場合に、水平画素加算数を変更してＡＦ処理を行うことで、従来はピーク検出ができなかった点光源被写体に対して精度よくピーク検出することが可能となる。また、その加算数を適宜変更していくことで、ピーク検出が困難な被写体でもより精度よくＡＦ処理を実行することが可能となる。
【０１００】
以上のように、本発明に係る撮像装置によれば、コントラストの弱い被写体や、点光源が支配的な被写体であっても、撮像素子の駆動モードを変更して、水平画素加算数を変更することで、精度のよい合焦処理をすることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１ ＣＣＤ
１０８ 制御プログラム
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０２】
【特許文献１】特公昭３９−５２６５号公報
【特許文献２】特許第４６７９１７９号公報
【特許文献３】特許第４５５３５７０号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動焦点機能を備えた撮像装置および同装置における撮像方法に関するものであって、詳しくは、夜景などのように点光源が支配的な被写体であっても、精度よく自動焦点処理を行うことができる撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子を介して取得した被写体に係る画像信号から生成された画像データを用いて、合焦位置を自動的に決定するための情報を生成し、撮像レンズを合焦位置に移動させる自動焦点装置（以下「ＡＦ装置」という。）を備えるデジタルカメラ（以下「撮像装置」という。）が知られている。
【０００３】
ＡＦ装置が行うＡＦ処理には複数の方式があるが、一般的な撮像装置に搭載されるＡＦ装置は、山登りＡＦ方式を用いている（例えば、特許文献１を参照）。この山登りＡＦ方式は、被写体像が受光面に結像した撮像素子から出力される画像信号から、近接する画素の輝度差の積分値を算出して、この積分値を用いて合焦位置を判定する方式である。上記の積分値を「ＡＦ評価値」という。
【０００４】
撮影レンズの位置が、被写体が合焦する位置にあるとき、撮像素子の受光面に結像した被写体像の輪郭部分はハッキリしているため、この被写体像に係る画像信号の近接画素間の輝度差は大きくなる。よって、合焦状態のときＡＦ評価値は大きくなる。逆に、非合焦状態にあるときは被写体の輪郭部分がぼやけるため、近接画素間の輝度差は小さくなり、ＡＦ評価値は小さくなる。
【０００５】
山登りＡＦ方式は、上記の原理に基づいて、ＡＦ評価値のピーク位置を検出することで被写体に対する焦点を自動的に合わせる方式である。当該方式に係るＡＦ装置は、撮像レンズを移動させながら、所定のタイミングないし一定の時間間隔で、画像信号を取得してＡＦ評価値を算出し、ＡＦ評価値が最大値（ＡＦ評価値のピーク位置）になるレンズ位置を特定する。このＡＦ評価値が最大値を示すレンズ位置に撮像レンズを移動させることで、被写体に対して自動的に焦点を合わせことができる。
【０００６】
上記のように山登りＡＦ方式は、一旦、レンズを移動範囲の全般に亘って移動させ、その移動範囲内で最大のＡＦ評価値が得られるレンズ位置を特定し、この特定した位置までレンズを移動させる。
【０００７】
より具体的には、ＡＦ動作の開始位置をレンズの移動範囲の中央位置として、まずこの位置までレンズを移動させる。次に、この位置から一定の向き、例えば最近接合焦位置に向けて移動させた後、無限遠合焦位置に向けて反転移動させる。この移動している範囲で、所定のタイミング毎にＡＦ評価値を算出し、最大のＡＦ評価値が得られるレンズ位置を特定する。
【０００８】
近年の撮像素子は、解像度が増しており、数百メガ画素を有するものも珍しくはない。撮像素子の画素数が増えると、その画素ピッチは細かくなり、感度も鈍くなる。これを解決するために、撮像素子には、受光面に結像した被写体像を構成する各画素から出力される信号を所定の条件で「加算」して輝度を倍にし、感度を上げてから出力する駆動条件（駆動モード）を備えていることが一般的である。
【０００９】
撮像素子の駆動モードのうち、上記のように画素を加算するモードは、ＬＣＤにおいて被写体像を表示するモニタリング処理においても用いられる。当該モードでは、画素の加算によって全体の画素数から表示データに用いる画素数が減るので、所定の時間間隔で表示処理を行うモニタリング処理に適しているからである。
【００１０】
図２１において、一般的な撮像素子の画素の配列の例を示す。図２１に示すように、撮像素子１０が有する画素配列はベイヤ配列である。この撮像素子１０の各画素から読み出される信号を、水平方向と垂直方向でそれぞれ加算することで、後段で処理をする信号の数を減らすことができる。例えば、モニタリング処理に用いる画像データを生成するとき、全ての画素から出力された信号を一つ一つの画像信号として処理をするのではなく、一定の規則に基づいて「加算、間引き」をし、画像信号の数を減らすことができる。図１７に、水平方向と垂直方向の２画素加算をする駆動モードが設定されているときの、撮像素子１０の信号読出し状態の例を示す。
【００１１】
上記のように水平方向の画素と垂直方向の画素をそれぞれ加算すると、被写体によってはＡＦ評価値が異常になる事象が発生する。これは、画素の加算によって、もともとあった画像の空間周波数帯域が加算によって減少するからである。
【００１２】
この事象は、昼間の撮影か夜の撮影かによって自動合焦処理に与える影響の度合いが異なる。例えば、昼間の撮影であれば、明るい状況での撮影となるため各被写体のコントラストがハッキリしている状態となる。しかしながら、夜の撮影では、被写体周囲の環境が暗くなるために被写体全体が暗く、例えば、被写体に建物が含まれる場合、居室の窓から漏れる光（照明光など）が、被写体をほぼ支配している状態となる。このような建物から漏れる照明光などは、遠くからみると「点」のように見える。このような、点のように見える被写体が支配的な被写体を、点光源被写体とする。
【００１３】
点光源被写体は、コントラストがほとんどない。そのため、点光源被写体から生成したＡＦ評価値の変位は図２２に示すように、ピーク位置が判定できない状態になる。しかも、昼間の撮影であれば合焦位置を示すレンズ位置のＡＦ評価値が一番低くなる。これは見た目上、ピントが合わなくなればなるほど、光が膨張していくことが要因である。
【００１４】
そこで、フィルタを掛け合わせながらＡＦ評価値を出力させて低輝度時でも精度よくＡＦすることが可能な撮像装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、特許文献２の撮像装置を用いて点光源被写体を撮影しようとすると、画素の加算によって周波数帯域が狭められた上に、フィルタを掛け合わせることになるため、一層、自動的に合焦させることが困難となる。
【００１５】
また、高輝度部分（点光源部分）を除去することで上記の現象を回避してＡＦの精度を向上させる撮像装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、夜の撮影では点光源を除去してしまうと、その周辺の輝度値が低いため、実際に焦点を検出することが困難となる。
【００１６】
点光源が支配的になる（飽和している）被写体はコントラストが小さくなるため、ＡＦ評価値のピークが検出されず自動的に合焦させることは困難であると考えられている。しかし、撮像素子の水平方向の画素の加算値を減らすことで、通常ではピークが現れないＡＦ評価値であっても、ピークを検出することができる。
【００１７】
図２３は、水平画素加算数を１画素・２画素・３画素・４画素としたときのそれぞれのＡＦ評価値の変位を示すグラフである。図２３に示すように、「１画素」ではＡＦ評価値のピークが生じなくても、水平方向の画素加算値を減らしていくことで、ピークが現れる。
【００１８】
このように、点光源写体のようのコントラストが少ない（小さい）被写体において、ＡＦ評価値にピークが生じない要因は、点光源そのものよりも画素加算数によるものといえる。しかし、画素加算数を少なくする（画素加算をしないようにする）と、感度が落ちてしまう。よって、感度を落とすことなく、ＡＦ評価値のピークが現れるようにすることが求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、夜景などのように点光源が支配的な被写体であっても、精度よく自動焦点処理を行うことができる撮像装置および撮像方法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】
【００２０】
本発明に係る撮像装置は、撮像レンズを介して取得された被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、撮像レンズを移動させるレンズ移動手段と、画像信号から得た画像データに応じて焦点を決定する自動焦点検出手段と、を有し、画像データに含まれる輝度成分によって被写体像が点光源被写体であるか否かを判定する点光源検出手段と、被写体像が点光源被写体であるとき撮像素子の駆動条件を変更する撮像素子駆動設定手段と、有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、点光源被写体であっても、精度よくＡＦ処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る撮像装置であるカメラの例を示す正面図である。
【図２】本発明に係る撮像装置であるカメラの例を示す上面図である。
【図３】本発明に係る撮像装置であるカメラの例を示す背面図である。
【図４】上記撮像装置の電気的制御系統の例を示す機能ブロック図である。
【図５】上記撮像装置の表示部に表示される通常のＡＦ枠を示す図である。
【図６】上記撮像装置におけるＡＦ処理の例を示すフローチャートである。
【図７】上記撮像装置における点光源検出処理の例を示すフローチャートである。
【図８】上記撮像装置における駆動モード設定処理の例を示すフローチャートである。
【図９】上記撮像装置におけるＡＦ処理の別の例を示すフローチャートである。
【図１０】上記撮像装置におけるＡＦスキャン処理の例を示すフローチャートである。
【図１１】上記撮像装置における駆動モード設定処理の別の例を示すフローチャートである。
【図１２】上記撮像装置における輝度検出エリアの例を示す図である。
【図１３】上記撮像装置における被写体の輝度分布の例を示すヒストグラムである。
【図１４】上記撮像装置における被写体の輝度分布に対して、点光源検出処理に用いる閾値の例を示したヒストグラムである。
【図１５】本発明に係る撮像方法を実行するプログラムの構成例を示すブロック図である。
【図１６】撮像素子の各画素からの画像信号の読み出しパターンの例を示す図である。
【図１７】撮像素子の各画素からの画像信号の読み出しパターンの別の例を示す図である。
【図１８】撮像素子の各画素からの画像信号の読み出しパターンのさらに別の例を示す図である。
【図１９】撮像素子の各画素からの画像信号の読み出しパターンのさらに別の例を示す図である。
【図２０】本発明に係る撮像装置において、画像データの取り込み時のＶＤ信号、レンズのフォーカス駆動タイミング、電子シャッタの電荷掃き出しパルスタイミング、および露光タイミングを示すタイミングチャートである。
【図２１】本発明に係る撮像素子が備える撮像素子の画素配列パターンの例を示す図である。
【図２２】点光源被写体に係るＡＦ評価値の変位の例を示グラフである。
【図２３】撮像素子の水平画素加算数の違いによるＡＦ評価値の変位の例を示すグラフである。
【図２４】撮像素子の水平画素加算数の違いによるＡＦ評価値の変位の例であって、（ａ）水平２画素加算の場合、（ｂ）水平４画素加算の場合、（ｃ）加算なしの場合、を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る撮像装置および撮像方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る撮像装置の外観の例について図１から図３を用いて説明する。図１は本実施例に係る撮像装置１の正面図である。図１において、撮像装置１の筐体であるカメラボディＣＢの正面には、ストロボ発光部３、ファインダ４の対物面、リモコン受光部６および撮像レンズを含む撮像光学系を構成する鏡胴ユニット７が配置されている。カメラボディＣＢの一方の側面部には、メモリカード装填室および電池装填室の蓋２が設けられている。
【００２４】
図２は、本実施例に係る撮像装置１の上面図である。図２において、カメラボディＣＢの上面には、レリーズスイッチＳＷ１、モードダイヤルＳＷ２およびサブ液晶ディスプレイ（サブＬＣＤ）（以下「液晶ディスプレイ」を「ＬＣＤ」という。）１１が配置されている。
【００２５】
図３は、本実施例に係る撮像装置１の背面図である。図３において、カメラボディＣＢの背面には、ファインダ４の接眼部、ＡＦ用発光ダイオード（以下発光ダイオードを「ＬＥＤ」という。）８、ストロボＬＥＤ９、被写体画像と拡大画像および各種設定画面を表示する表示手段であるＬＣＤモニタ１０、電源スイッチ１３、広角方向ズームスイッチＳＷ３、望遠方向ズームスイッチＳＷ４、セルフタイマの設定および解除スイッチＳＷ５、メニュースイッチＳＷ６、上移動およびストロボセットスイッチＳＷ７、右移動スイッチＳＷ８、ディスプレイスイッチＳＷ９、下移動およびマクロスイッチＳＷ１０、左移動および画像確認スイッチＳＷ１１、ＯＫスイッチＳＷ１２、クイックアクセススイッチＳＷ１３、が配置されている。
【００２６】
次に、本発明に係る撮像装置の機能ブロックの例について説明する。図４は、本実施例に係る撮像装置１の機能構成例を示す機能ブロック図である。本発明に係る撮像装置の各種動作（処理）は、デジタル信号処理ＩＣ（集積回路）等で構成されるデジタルスチルカメラプロセッサ１０４（以下、単に「プロセッサ１０４」という。）と、プロセッサ１０４において動作する撮像プログラムによって制御される。画像処理手段であるプロセッサ１０４は、第１のＣＣＤ（電荷結合素子）信号処理ブロック１０４−１と、第２のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−２と、ＣＰＵ（中央処理ユニット）ブロック１０４−３と、ローカルＳＲＡＭ（ＳＲＡＭ：スタティックランダムアクセスメモリ）１０４−４と、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ブロック１０４−５と、シリアルブロック１０４−６と、ＪＰＥＧコーデック（ＣＯＤＥＣ）ブロック１０４−７と、リサイズ（ＲＥＳＩＺＥ）ブロック１０４−８と、ＴＶ信号表示ブロック１０４−９と、メモリカードコントローラブロック１０４−１０と、を有してなる。これら各ブロックは相互にバスラインで接続されている。
【００２７】
プロセッサ１０４の外部には、ＲＡＷ−ＲＧＢ画像データ、ＹＵＶ画像データおよびＪＰＥＧ画像データを保存するためのＳＤＲＡＭ（シンクロナスランダムアクセスメモリ）１０３、ＲＡＭ１０７、内蔵メモリ１２０および撮像プログラムである制御プログラムが格納されているＲＯＭ１０８、が配置されており、これらはバスラインを介してプロセッサ１０４に接続している。ＲＯＭ１０８に格納されている制御プログラムには、本発明に係る撮像装置の動作を制御するプログラムが含まれる。
【００２８】
鏡胴ユニット７は、ズーム（ＺＯＯＭ）レンズ７−１ａを有するズーム光学系７−１、フォーカス（ＦＯＣＵＳ）レンズ７−２ａを有するフォーカス光学系７−２、絞り７−３ａ、を有する絞りユニット７−３、メカニカルシャッタ（メカシャッタ）７−４ａを有するメカシャッタユニット７−４、を備えており、これらによって撮像光学系が構成される。
【００２９】
ズーム光学系７−１と，フォーカス光学系７−２と、絞りユニット７−３と、メカシャッタユニット７−４は、それぞれズーム（ＺＯＯＭ）モータ７−１ｂ、フォーカスレンズ移動手段としてのフォーカス（ＦＯＣＵＳ）モータ７−２ｂ、絞りモータ７−３ｂとメカシャッタモータ７−４ｂ、によって駆動される。
【００３０】
ズームモータ７−１ｂ、フォーカスモータ７−２ｂ、絞りモータ７−３ｂおよびメカシャッタモータ７−４ｂの各モータは、モータドライバ７−５によって駆動される。モータドライバ７−５はプロセッサ１０４のＣＰＵブロック１０４−３によって動作が制御される。
【００３１】
鏡胴ユニット７を構成するズームレンズ７−１ａとフォーカスレンズ７−２ａは、撮像素子であるＣＣＤ１０１の受光面上に被写体像を結像させる撮像レンズを構成する。ＣＣＤ１０１は、受光面に結像された被写体像を電気的な画像信号に変換してＦ／Ｅ−ＩＣ（フロントエンドＩＣ）１０２に出力する。
【００３２】
Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２は、ＣＤＳ（相関２重サンプリング部）１０２−１、ＡＧＣ（自動利得制御部）１０２−２およびＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換部１０２−３を有し、被写体像から変換された画像信号に対して、所定の処理を施し、デジタル信号に変換する。変換されたデジタル画像信号は、ＣＣＤ信号処理ブロック１０４−１に入力される。これらの信号処理動作は、プロセッサ１０４のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−１から出力されるＶＤ信号（垂直駆動信号）とＨＤ信号（水平駆動信号）により、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１０２−４を介して制御される。
【００３３】
ＣＣＤ信号処理ブロック１０４−１は、ＣＣＤ１０１からＦ／Ｅ−ＩＣ１０２を経由して入力されたデジタル画像データに対して、ホワイトバランス調整およびγ調整等の信号処理を行うとともに、ＶＤ信号およびＨＤ信号を出力する。
【００３４】
プロセッサ１０４のＣＰＵブロック１０４−３は、音声記録回路１１５−１による音声記録動作を制御する。音声記録回路１１５−１は、マイクロホン（マイク）１１５−３で変換されマイクロホンアンプ（マイクＡＭＰ）１１５−２によって増幅した音声信号を、ＣＰＵブロック１０４−３の指令に応じて記録する。
【００３５】
また、ＣＰＵブロック１０４−３は、音声再生回路１１６−１の動作も制御する。音声再生回路１１６−１は、ＣＰＵブロック１０４−３の指令により、適宜なるメモリに記録されている音声信号をオーディオアンプ（オーディオＡＭＰ）１１６−２で増幅してスピーカ１１６−３に入力し、スピーカ１１６−３から音声を再生出力する。また、ＣＰＵブロック１０４−３は、ストロボ回路１１４を制御して動作させることによってストロボ発光部３から照明光を発光させる。
【００３６】
さらに、ＣＰＵブロック１０４−３は、プロセッサ１０４の外部に配置されたサブＣＰＵ（ＳＵＢ−ＣＰＵ）１０９にも結合されており、サブＣＰＵ１０９は、ＬＣＤドライバ１１１を介してサブＬＣＤ１による表示を制御する。また、サブＣＰＵ１０９は、ＡＦ用ＬＥＤ８，ストロボＬＥＤ９，リモコン受光部６，スイッチＳＷ１からスイッチＳＷ１３からなる操作部１１２およびブザー１１３にもそれぞれ結合されている。
【００３７】
ＵＳＢブロック１０４−５は、ＵＳＢコネクタ１２２に結合される。シリアルブロック１０４−６は、シリアルドライバ回路１２３−１を介してＲＳ−２３２Ｃコネクタ１２３−２に結合される。
【００３８】
ＴＶ信号表示ブロック１０４−９は、ＬＣＤドライバ１１７を介してＬＣＤモニタ１０に結合され、また、ＴＶ信号表示ブロック１０４−９は、ビデオアンプ（ＡＭＰ）１１８を介してビデオジャック１１９にも結合される。
【００３９】
メモリカードコントローラブロック１０４−１０は、メモリカードスロット１９１のカード接点に結合されている。メモリカードがこのメモリカードスロット１９１に装填されると、メモリカードの接点に接触して電気的に接続され、装填されたメモリカードに画像ファイルを記憶する。
【００４０】
次に、本発明に係る撮像装置の動作について説明をする。図１から図３に示した撮像装置１において、モードダイヤルＳＷ２を操作し、「記録モード」を選択すると、当該撮像装置１は記録モードでの動作を開始する。より詳しくは、図４に示した操作ｋｅｙユニット（ＳＷ１〜ＳＷ１３）に含まれるモードダイヤルＳＷ２の状態が記録モード−オンになったことを、サブＣＰＵ１０９を経由してＣＰＵブロック１０４−３が検知することで、記録モードでの動作が開始する。
【００４１】
ＣＰＵブロック１０４−３はモータドライバ７−５を制御し、鏡胴ユニット７を撮像可能な位置に移動させる。さらに、ＣＣＤ１０１、Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２およびＬＣＤモニタ１０等の各部に電源が投入されて動作が開始される。各部の電源が投入されると、ファインダモードでの動作が開始する。
【００４２】
ファインダモードで動作中の撮像装置１は、撮像レンズを介してＣＣＤ１０１の受光面に結像された被写体像に係る画像信号がＣＤＳ１０２−１に出力される。このアナログＲＧＢ信号は、ＡＧＣ（自動利得制御回路）１０２−２を介してＡ／Ｄ変換器１０２−３にてデジタル画像信号に変換される。このデジタル画像信号に含まれるＲ・Ｇ・Ｂの各信号は、プロセッサ１０４内の第２のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−２が具備するＹＵＶ変換手段によって、ＹＵＶ画像データに変換されて、フレームメモリとしてのＳＤＲＡＭ１０３に記録される。なお、第２のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−２は、ＲＧＢ画像信号に対してフィルタリング処理等の適切な処理を施してＹＵＶ画像データへと変換する。
【００４３】
ＹＵＶ画像データは、ＣＰＵブロック１０４−３によって読み出されて、ビデオ信号表示ブロック１０４−９を介してビデオアンプ１１８およびビデオジャック１１９に送られて、これに接続されたＴＶ（テレビジョン）にて表示される。
【００４４】
また、ＣＰＵブロック１０４−３によって読み出されたＹＵＶ画像データは、ＬＣＤドライバ１１７を介してＬＣＤモニタ１０に送られて表示に供される。この処理が１／３０秒間隔で行われて表示が更新され、撮像対象とする被写体をＬＣＤモニタ１０の表示によって視認しながら撮像することができるファインダモードでの動作となる。
【００４５】
ＣＣＤ１０１は複数の駆動モード（駆動条件）を設定することができる。この駆動モードによって、ＣＣＤ１０１から出力される画像信号の出力条件を変更することができる。駆動モードには、例えば、『水平画素の「加算と間引き」をせずに、垂直画素の「加算と間引き」もしないモード（以下「モード１」とする。）』、『水平画素を「２画素加算」し、垂直画素を「２画素加算」するモード（以下「モード２」とする。）』、『水平画素を「４画素加算」し、垂直画素を「２画素間引き」するモード（以下「モード３」とする。）』、『水平画素の「加算と間引き」をせず、垂直画素を「４画素加算」とするモード（以下「モード４」とする。）』、がある。
【００４６】
モード１は、静止画撮影に使用される。モード１は、全ての画素を出力するので、鮮明な画像をえることができる。しかし、全ての画素からの信号を用いて上記の画像処理を行うことになるので、所定の時間間隔でＬＣＤモニタ１０への表示画像データを生成する処理には、不向きである。また、ＣＣＤ１０１の全ての画素を一度に（同時に）出力した画像信号を、全部まとめて画像処理をすることができないため、いくつかのフレームに分割して転送をしなければならない。このため、ファインダモードには不向きな動作モードである。
【００４７】
そこで、ファインダモードで動作するときのＣＣＤ１０１の駆動モードは、「モード３」に設定する。モード３は、読み出される画素数を減らしつつ、読み出す画素の感度を上げることができるため、ファインダモードには一番適している。なお、モード２とモード４については、後述する。
【００４８】
ファインダモードで動作中の撮像装置１において、レリーズボタンＳＷ１が押し下げられると、第１のＣＣＤ信号処理ブロック１０４−１に取り込まれたデジタルＲＧＢ画像データを用いて、合焦度合いを示すＡＦ評価値が算出される。ＡＦ評価値は、ＣＣＤ１０１の受光面に結像した被写体像の合焦度合いを示す指標であって、自動焦点検出手段による焦点検出処理（ＡＦ処理）に用いられる。
【００４９】
ここで、ＡＦ評価値について説明をする。合焦状態にある被写体の画像は、エッジ部分が鮮明になる。そのため、合焦状態にあるときの画像データに含まれる空間周波数の高周波成分は最大になる。ＡＦ評価値は、被写体の画像データを用いて算出されるので、例えば、変位量に対する微分値のように、高周波成分の高さを反映した値となる。
【００５０】
したがって、ＡＦ評価値が極大値となる画像データを取得したフォーカスレンズ７−２ａの位置を合焦位置とすることができる。ＡＦ評価値の極大点が複数生じることも考慮して、複数の極大点があった場合には、ピーク位置におけるＡＦ評価値の大きさと、その周辺位置のＡＦ評価値の下降度合いまたは上昇度合いも考慮に入れて、最も信頼性があると推定される極大点を合焦位置とすればよい。
【００５１】
ＡＦ評価値の算出に用いられる画像データには、ハイパスフィルタが適用される。これによって、画像データに含まれる高周波成分を鮮明にすることができる。ハイパスフィルタには、例えば（−１、２、−１）のフィルタを用いる。このフィルタを画像データの水平方向に掛け合わせて積算した値がＡＦ評価値となる。
【００５２】
またＡＦ評価値の算出に用いる画像データは、全画素領域のものではなく、デジタルＲＧＢ画像データ内の特定の範囲（ＡＦ処理エリア）のものを用いればよい。図５はファインダモードで動作しているときのＬＣＤモニタ１０に表示される画像面の例を示している。図５において、ＬＣＤモニタ１０の中心部に表示されている枠内が撮像装置１におけるＡＦ処理エリアである。このＡＦ処理エリアは、例えばＲＧＢ画像データの画面内の中央の水平方向の４０％および垂直方向の３０％を、その範囲として設定している。
【００５３】
次に、ＡＦ処理時におけるフォーカスレンズ７−２ａの駆動タイミングとＡＦ評価値の取得タイミングの関係について説明する。フォーカスレンズ７−２ａは、１回のＶＤ信号ごとに移動する。この移動量（フォーカス駆動量）は、例えばフォーカスモータ７−２ｂがパルスモータである場合は、所定の駆動パルス数に応じた量となる。
【００５４】
ＶＤ信号パルスの立下りに対応して、所定のパルスレートで所定の駆動パルス数だけフォーカスレンズ７−２ａを駆動することで、１回のフォーカスレンズ駆動は終了する。次に出力されるＶＤ信号パルスの立下りに対応して再度、所定のフォーカス駆動を行なう。このようにフォーカス駆動をＶＤ信号（すなわちフレーム周期）に同期させて行う。
【００５５】
図２０はＡＦ処理時におけるフォーカスレンズ７−２ａの移動タイミングとＡＦ評価値の取得タイミングの関係を示すタイミングチャートの例である。図２０において、あるフレームレートで画像データの取り込みを行う場合のＶＤ信号を（ａ）、電子シャッタにおける電荷掃き出しパルス（ＳＵＢ）のタイミングを（ｂ）、露光タイミングを（ｃ）、フォーカスレンズ７−２ａの移動タイミングを（ｄ）、として示している。
【００５６】
図２０において、１つ目のＶＤ信号（ａ）が発生すると、それをトリガーとして、フォーカスモータ７−２ｂを駆動するパルスが２つ生成され（ｄ）、このパルスに応じてフォーカスレンズ７−２ａが移動する。また、ＶＤ信号（ａ）をトリガーとして電荷掃き出しパルス（ｂ）が所定数発生し、この電荷掃き出しパルス（ｂ）の数に応じて、ＣＣＤ１０１に帯電している電荷の掃き出し処理が行われる。電荷掃き出し処理が終了した後に露光処理（ｃ）が行なわれる。露光処理（ｃ）によって、撮像レンズを介して被写体の映像が画像データとして取り込まれる。取り込まれた画像データを用いて所定の演算によってＡＦ評価値が算出される。
【００５７】
上記駆動パルス数は可変であって、焦点距離や、フォーカスレンズ繰り出し量（フォーカス駆動範囲）などに応じて変化する。このように、本実施例におけるＡＦ処理は、ＶＤ信号に同期してフォーカスレンズ７−２ａの駆動範囲内において行うようになっている。
【００５８】
上記にて説明をした自動焦点検出処理（ＡＦ処理）の実施形態は、本発明に係る撮像装置が備える制御プログラムによって実行される処理である。この自動焦点検出処理（ＡＦ処理）を実行するプログラムは、図４に示したＲＯＭ１０８に格納されている。ここで、ＲＯＭ１０８に格納される制御プログラムの例について説明する。図１５は、ＲＯＭ１０８に格納される制御プログラム、すなわち、本発明に係る撮像装置が備える機構を用いて、本発明に係る撮像方法を実行するプログラムの構成例を示す機能ブロック図である。
【００５９】
図１５において、制御プログラムには、駆動設定処理部（１０８−１）、点光源検出処理部（１０８−２）、焦点検出処理部（ＡＦスキャン処理部）（１０８−３）、合焦位置決定処理部（１０８−４）、合焦位置移動処理部（１０８−５）、が含まれる。
【００６０】
駆動設定処理部（１０８−１）は、ＣＣＤ１０１の動作モードを変更する処理を行う。
【００６１】
点光源検出処理部（１０８−２）は被写体環境が点光源（が支配的な）環境かどうかを検出する処理を行う。
【００６２】
焦点検出処理部（１０８−３）はフォーカスレンズ７−２ａを移動させながら順次算出されるＡＦ評価値のピーク位置を判定する処理を行う。
【００６３】
合焦位置決定処理部（１０８−４）は、焦点位置検出処理部（１０８−３）において検出されたピーク位置に応じて、最終的な合焦位置を決定する処理を行う。
【００６４】
合焦位置移動処理部（１０８−５）は、合焦位置決定処理部（１０８−４）において決定された位置へフォーカスレンズ７−２ａを移動させるためにフォーカスモータ７―２ｂを駆動させる処理を行う。
【００６５】
次に、本発明に係る撮像方法の実施例について説明する。本実施例において説明する撮像方法は、上記の駆動設定処理部（１０８−１）、点光源検出処理部（１０８−２）、ＡＦスキャン処理部（１０８−３）、合焦位置決定処理部（１０８−４）、合焦位置移動処理部（１０８−５）によって実行される。
【００６６】
まず、図６のフローチャートを用いて、撮像装置１において実行されるＡＦ処理について説明をする。最初にレリーズボタンＳＷ１が押下されているか否かを判定する処理が行なわれる（６−１）。レリーズボタンＳＷ１が押下されている場合は点光源検出処理（６−２）が行なわれる。レリーズボタンＳＷ１が押下されていない場合は、ＡＦ処理を終了する。
【００６７】
点光源検出処理（６−２）の結果に応じて、ＣＣＤ１０１の駆動モードを変更する駆動モード設定処理が行なわれる（６−３）。次に、設定された駆動モードに応じてＣＣＤ１０１からの画像信号読み出し条件に基づき、ＡＦスキャン処理が行なわれる（６−４）。点光源検出処理（６−２）、駆動モード設定処理（６−３）、ＡＦスキャン処理（６−４）の詳細については後述する。
【００６８】
ＡＦスキャン処理（６−４）によって判定されたＡＦ評価値のピークの位置に基づいて合焦位置決定処理が行なわれる（６−５）。当該処理は、ＡＦスキャン処理（６−４）において、ＡＦ評価値のピークが検出されているときは、そのピーク位置を合焦位置として決定する。また、ＡＦスキャン処理（６−４）において、ＡＦ評価値のピーク位置が検出されていなければ、「ＡＦＮＧ」として、予め規定した位置（ＮＧ位置）を合焦位置として決定する。ＮＧ位置とは、例えば、およそ２．５ｍ程度離れた被写体に合焦するフォーカスレンズ７−２ａの位置である。
【００６９】
最後に、決定された位置にフォーカスレンズ７−２ａを移動させる合焦位置移動処理が行なわれる（６−６）。
【００７０】
次に、点光源検出処理（６−２）の詳細について、図７のフローチャートを用いて説明する。当該処理は、被写体が「点光源被写体」であるか否かを、当該被写体の輝度の分布によって判定する処理である。まず、輝度演算処理（７−１）を行う。この処理は、いうなれば被写体の明るさを判定するための処理である。ＣＣＤ信号処理ブロック１０４−２のＹＵＶ変換手段によって生成されたＹＵＶ画像データを、縦１６個・横１６個の計２５６エリアに分割する。分割されたＹＵＶ画像データの例を図１２に示す。
【００７１】
輝度演算処理（７−１）は、図１２に示すような分割されたエリア（輝度検出エリア）において、各輝度検出エリア内でのＹ（輝度）値の平均（最大値２５５で正規化した輝度値）を算出する処理である。Ｙ値の平均が、予め規定する所定の閾値（例えば６０）以下であるとき（７−２のＹＥＳ）、輝度値の分布（ヒストグラム）を作成する（７−３）。
【００７２】
図１３は、処理７−３によって作成された分布に基づくヒストグラムの例である。横軸が正規化された輝度値を示し、縦軸が画素数を示している。図１３は、被写体が点光源被写体であるときの輝度値の分布の例を示している。閾値ＹＯよりも輝度が低い画素が非常に多い。それに比べて輝度が高い画素は少ない。
【００７３】
よって、このヒストグラム（図１３）を用いて、当該被写体が点光源被写体であるか否かを判定する（７−３）。判定処理は、複数の指標を用いて行われる。図１４において、判定処理（７−４から７−６）に用いる指標の例をヒストグラムに重ね合わせた状態で示す。
【００７４】
まず、低い輝度を示す画素数がある程度の数以上あるか否かを判定する（７−４）。この処理には、輝度の閾値Ｙ１と画素数の閾値αを用いる。輝度Ｙ１以下の画素数がαパーセント以上あれば（７−４のＹｅｓ）、続く判定処理に移行する。当該条件を満たさなければ（７−５のＮｏ）、当該被写体は点光源被写体ではないと判定し（７−８）、点光源検出処理を終了する。
【００７５】
続く判定処理（７−５）においては、輝度の閾値Ｙ２と画素数の閾値βを用いる。輝度Ｙ２以上の画素数がβパーセント未満であれば（７−５のＹｅｓ）、続く判定処理に移行する。当該条件を満たさなければ（７−５のＮｏ）、当該被写体は点光源被写体ではないと判定し（７−８）、点光源検出処理を終了する。
【００７６】
続く判定処理（７−６）においては、輝度の閾値Ｙ１とＹ２、画素数の閾値γを用いる。閾値Ｙ１以上閾値Ｙ２以下の輝度の画素数がγパーセント以下であれば（７−６のＹｅｓ）、当該被写体は点光源被写体であると判定する（７−７）。当該条件を満たさなければ（７−６のＮｏ）、当該被写体は点光源被写体ではないと判定し（７−８）、点光源検出処理を終了する。
【００７７】
前述のとおり、被写体のほとんどが点光源になっているとき、当該被写体像全体の輝度値の平均値は低くなる。また、各画素の分布において、輝度が低い画素が多く、輝度が高い画素が「点光源に相当する分だけ」存在する状態となって、中間の輝度の画素がほとんど存在しない状態となる。よって、上記の処理７−４から７−６の条件判定によって、点光源被写体であるか否かを判定することができる。
【００７８】
次に、駆動モード設定処理（６−３）の詳細について、図８のフローチャートを用いて説明する。処理６−２において点光源被写体と判定されたときは（８−１のＹｅｓ）は、ＣＣＤ１０１の駆動モードとして「モード２」を選択する（８−２）。処理６−２において点光源被写体と判定されていないときは（８−１のＮｏ）は、ＣＣＤ１０１の動作モードとしてデフォルトのモード（モード３）を選択する（８−４）。次に、選択された駆動モードのＣＣＤ１０１に設定し（８−３）、駆動モード設定処理（６−３）を終了する。
【００７９】
モード３が設定されたＣＣＤ１０１は、「水平４画素加算・垂直２画素間引き」による画像信号を出力する。一方、モード２が設定されたＣＣＤ１０１は、「水平２画素加算・垂直２画素加算」による画像信号を出力する。モード２が設定されたときは、４画素を１つの画素として画像信号が出力されるので、画像データ上の画素数は、ＣＣＤ１０１が有する画素数とは異なる。しかし、撮像素子の感度としては同じになる。
【００８０】
ここで各動作モードの違いによって生じるＡＦ評価値の変位について図２４を用いて説明する。図２４は同じ被写体に対して水平画素の加算数を変化させたときに算出されるＡＦ評価値の変位の例を示すグラフである。図２４において、横軸はレンズ位置、縦軸はＡＦ評価値である。図２４（ａ）は２画素加算の例、図２４（ｂ）は４画素加算の例、図２４（ｃ）加算なしの例、をそれぞれ示している。
【００８１】
図２４（ｃ）に示すように、レンズ位置のほぼ中央でＡＦ評価値のピークが生じるような状態であっても、図２４（ｂ）の４画素加算（モード３相当）では、同じレンズ位置にＡＦ評価値のピークが生じずに、むしろ一番低くなってしまうのに対し、図２４（ａ）に示すように２画素加算においては、ＡＦ評価値のピークが同じレンズ位置で生ずる。このように水平画素加算の画素数を可変させることで、点光源被写体であっても精度よくＡＦ処理を行うことができるようになる。
【００８２】
モード３、モード４とモード２の違いは加算方式のほか、総画素数が異なる。そのため、モード２はモード３に比べて画像信号の転送処理により時間がかかる。よって、ファインダモード（３０ｆｐｓ）はモード３で駆動するので、これに比べてモード２は、フレームレートが遅くなる。しかし、フレームレートが遅くなることに対しては、垂直側の画素を間引くことで対処することができる（同じフレームレートにすることができる）。
【００８３】
次に、ＡＦスキャン処理（６−４）の詳細について、図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、ＣＣＤ１０１は、当該処理の前に処理６−３において駆動モードが設定された状態になっている。
【００８４】
まず、フォーカスレンズ７−２aをＡＦスキャン開始位置へと移動する（１０−１）。ＡＦスキャン開始位置はＡＦスキャン処理におけるフォーカス駆動の方向によって異なる。ここでは例えば、至近側から無限遠側に向かう方向をフォーカス駆動方向とする。この場合は、まず、至近側が開始位置となる。至近位置（至近側の開始位置）は焦点距離や、レンズの特性によって差が生じる。例えば、３０ｃｍを至近位置とする。
【００８５】
つぎに、ＶＤ信号の立ち下がりが検出されるまで処理を待つ（１０−２）。ＶＤ信号の立ち下がりが検出されたとき、所定パルス数に応じてフォーカスモータ７−２ｂを駆動して、フォーカスレンズ７−２ａを移動させる（１０−３）。
【００８６】
フォーカスレンズ７−２ａを移動させたところで画像信号を取得する。ここで取得される画像信号は、駆動モード設定処理（図６の６−３）において設定された駆動モードで駆動するＣＣＤ１０１によるものである。この画像信号に基づく画像データによって、ＡＦ評価値を算出する（１０−４）。
【００８７】
続いて、算出されたＡＦ評価値のピーク位置を検出する処理を行う（１０−５）。この処理はＡＦ評価値の極大値を検出する処理である。続いて、ＡＦ評価値のピークが検出されたか否かの判定を行う（１０−６）。ＡＦ評価値のピークが検出されていないときは（１０−６のＹｅｓ）、現在のフォーカスレンズ７−２ａの位置が、終了位置であるか否かの判定を行う（１０−７）。フォーカスレンズ７−２ａの位置が終了位置でなければ（１０−７のＮＯ）、処理は「ＶＤ信号待ち（１０−２）」まで戻って、再度上記の処理を繰り返してＡＦ評価値のピーク検出を行う。ピーク位置検出処理（１０−５）においてピーク検出がされている場合（１０−６のＮｏ）はＡＦ処理を終了する。
【００８８】
以上説明した実施例１によれば、被写体が点光源被写体であると判定されたとき、撮像素子の駆動モードをデフォルトのモードから、より感度がよく輝度が大きくなるモードに変更をしてから、ＡＦ処理を行うことができる。これによって、従来のＡＦ処理では、ＡＦ評価値のピークを検出できず合焦位置を特定できなかったような点光源被写体であっても、精度よく自動的に合焦することができる。
【００８９】
次に、本発明に係る撮像方法の別の実施例について説明する。まず、本実施例に係るＡＦ処理について図９のフローチャートを用いて説明する。レリーズボタンＳＷ１が押下されているか否かを判定する処理が行なわれて（９−１）、レリーズボタンＳＷ１が押下されている場合は（９−１のＹＥＳ、）点光源検出処理（９−２）が行なわれ、レリーズボタンＳＷ１が押下されていない場合は（９−１のＮＯ）、ＡＦ処理を終了する。
【００９０】
点光源検出処理（９−２）の結果に応じて、ＣＣＤ１０１の駆動モードを変更する駆動モード設定処理が行なわれる（９−３）。次に、設定された駆動モードに応じてＣＣＤ１０１からの画像信号読み出し条件に基づき、ＡＦスキャン処理が行なわれる（９−４）。
【００９１】
点光源検出処理（９−２）と、ＡＦスキャン処理（９−４）は、すでに説明をした実施例の点光源検出処理（６−２）、ＡＦスキャン処理（６−４）と同様であるから、説明を省略する。先の実施例とは異なる駆動モード設定処理（９−３）の詳細については後述する。
【００９２】
ＡＦスキャン処理（９−４）によってＡＦ評価値のピークが検出されているか、または、駆動モード設定処理（９−３）において設定された駆動モードがモード４の場合は（９−５のＹＥＳ）、ＡＦスキャン処理（９−４）によって判定されたＡＦ評価値のピークの位置に基づいて合焦位置決定処理が行なわれる（９−６）。当該処理では、ＡＦ評価値のピークが検出されている位置を合焦位置と決定する。
【００９３】
またＡＦスキャン処理（９−４）において、ＡＦ評価値のピーク位置が検出されていなければ、「ＡＦＮＧ」として、予め規定した位置（ＮＧ位置）を合焦位置と決定する。ＮＧ位置は例えば、およそ２．５ｍ程度離れた被写体に合焦するフォーカスレンズ７−２ａの位置とする。
【００９４】
最後に、フォーカスレンズを合焦位置へ移動させる処理を行う（９−７）。そうでない場合（９−５のＮＯ）の場合は、駆動モードを再設定し（９−３）再度ＡＦ処理を実行する。
【００９５】
ここで、駆動モード設定処理（９−３）の詳細について、図１１のフローチャートを用いて説明する。点光源検出処理（９−２）において点光源被写体と判定されたとき（１１−１のＹｅｓ）、すでにＡＦ処理を実行している状態ではないか否かを判定する（１１−２）。すでにＡＦ処理を実行している状態でないときは（１１−２のＹｅｓ）、ＣＣＤ１０１の駆動モードとして「モード２」を選択する（１１−３）。
【００９６】
すでにＡＦ処理を実行しているときは（１１−２のＮＯ）、駆動モードを「モード２」に設定しても、ＡＦ評価値のピークを検出することができなかったことになる。そこで、すでにＡＦ処理を実行しているときは（１１−２のＮＯ）、駆動モードとして「モード４」を選択する（１１−５）。点光源検出処理（９−２）において点光源被写体と判定されなかったときは（１１−１のＮｏ）は、駆動モードとして「モード３」を選択する（１１−６）。選択された駆動モードを設定して（１１−４）、駆動モード設定処理（９−３）を終了する。
【００９７】
撮像素子であるＣＣＤ１０１の駆動モードは、デフォルトがモード３である。モード３は、水平４画素加算、垂直２画素間引きで動作をさせるモードであり、加算される画素数は４画素である。一方、モード２は「水平２画素加算、垂直２画素加算」であるため、加算される画素数は４画素（２×２）である。また、モード４は「水平画素加算なし、垂直４画素加算」であるため、加算される画素数はモード２とモード４では異なるが、モード２とモード４は、撮像素子の感度としては同じである。
【００９８】
すでに説明をしたとおり、ＣＣＤ１０１に設定される駆動モードによって、算出されるＡＦ評価値の変位特性は異なる（図２４参照）。よって、水平画素加算の画素数を変更することで、点光源被写体であっても、高精度のＡＦ処理をすることができる。
【００９９】
以上説明した実施例によれば、点光源が判定された場合に、水平画素加算数を変更してＡＦ処理を行うことで、従来はピーク検出ができなかった点光源被写体に対して精度よくピーク検出することが可能となる。また、その加算数を適宜変更していくことで、ピーク検出が困難な被写体でもより精度よくＡＦ処理を実行することが可能となる。
【０１００】
以上のように、本発明に係る撮像装置によれば、コントラストの弱い被写体や、点光源が支配的な被写体であっても、撮像素子の駆動モードを変更して、水平画素加算数を変更することで、精度のよい合焦処理をすることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１ ＣＣＤ
１０８ 制御プログラム
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０２】
【特許文献１】特公昭３９−５２６５号公報
【特許文献２】特許第４６７９１７９号公報
【特許文献３】特許第４５５３５７０号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズを介して取得された被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像レンズを移動させるレンズ移動手段と、
前記画像信号から得た画像データに応じて焦点を決定する自動焦点検出手段と、を有する撮像装置であって、
前記画像データに含まれる輝度成分に基づいて被写体が点光源被写体であるか否かを判定する点光源検出手段と、
前記被写体が点光源被写体であると判定されたとき、前記撮像素子の駆動条件を変更する駆動モード設定手段と、を有する撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子の駆動条件は、前記撮像素子の水平方向と垂直方向に関する画素加算数と画素間引き数であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子の駆動条件は、前記撮像素子の水平方向の画素加算数であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記駆動モード設定手段は、
前記駆動条件を変更した後に前記自動焦点検出手段が焦点を検出できないとき、前記駆動条件を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記点光源検出手段は、前記輝度成分の分布を用いて、点光源被写体であるか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
撮像レンズを介して取得された被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像レンズを移動させるレンズ移動手段と、前記画像信号から得た画像データに応じて焦点を決定する自動焦点検出手段と、を有する撮像装置において実行される撮像方法であって、
前記画像データに含まれる輝度成分に基づいて被写体が点光源被写体であるか否かを判定するステップと、
前記被写体が点光源被写体であると判定されたとき、前記撮像素子の駆動条件を変更するステップと、を有することを特徴とする撮像方法。
【請求項１】
撮像レンズを介して取得された被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像レンズを移動させるレンズ移動手段と、
前記画像信号から得た画像データに応じて焦点を決定する自動焦点検出手段と、を有する撮像装置であって、
前記画像データに含まれる輝度成分に基づいて被写体が点光源被写体であるか否かを判定する点光源検出手段と、
前記被写体が点光源被写体であると判定されたとき、前記撮像素子の駆動条件を変更する駆動モード設定手段と、を有する撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子の駆動条件は、前記撮像素子の水平方向と垂直方向に関する画素加算数と画素間引き数であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子の駆動条件は、前記撮像素子の水平方向の画素加算数であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記駆動モード設定手段は、
前記駆動条件を変更した後に前記自動焦点検出手段が焦点を検出できないとき、前記駆動条件を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記点光源検出手段は、前記輝度成分の分布を用いて、点光源被写体であるか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
撮像レンズを介して取得された被写体像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、前記撮像レンズを移動させるレンズ移動手段と、前記画像信号から得た画像データに応じて焦点を決定する自動焦点検出手段と、を有する撮像装置において実行される撮像方法であって、
前記画像データに含まれる輝度成分に基づいて被写体が点光源被写体であるか否かを判定するステップと、
前記被写体が点光源被写体であると判定されたとき、前記撮像素子の駆動条件を変更するステップと、を有することを特徴とする撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図１４】
【図１７】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図１４】
【図１７】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１３−８８４４０（Ｐ２０１３−８８４４０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５４６３（Ｐ２０１１−２２５４６３）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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