JP2006293082A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被写体がどれだけ高照度下、あるいは低照度下にあった場合でもＡＦ所要時間の長時間化を防ぎ、かつ一定時間内に収めることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】 露出制御手段で決定した電荷蓄積時間が垂直同期信号周期より長い場合には、あるレンズ位置の高周波成分の積算値を算出波成分の積算値を算出する際のレンズの移動量を電荷蓄積時間に応じて可変させる。
【選択図】 図７

Description

本発明はＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子を用いた撮像装置に関するものであり、自動合焦位置制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ：ＡＦ）機能を有する撮像装置に関する。

近年、固体撮像素子としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等を用いる撮像装置において、レンズを通して入射される被写体像を固体撮像素子で光電変換することにより得られた画像信号の高周波成分を積算し、該積算値がピークとなる光軸上のレンズ位置にフォーカスレンズをステップ移動させて焦点検出を行う、パッシブ方式の自動合焦点検出装置が多く用いられている。

通常画像信号の高周波成分の積算値算出は1画面につき1回実行される。つまり、レンズ位置の移動ステップ数は1フレームにつき1ステップであるため、ステップ数が多いほど、また画面レート（フレームレート）が遅いほどＡＦの所要時間は増加する。

ＡＦの所要時間を短縮するために、画像の輝度に応じて通常レートと高速レートといったようにフレームレートを切り替えるように動作する撮像処理回路を用意し、被写体が低照度である場合は通常レート、被写体が高照度である場合は高速レートで動作させるとともにフォーカスレンズの1ステップあたりの移動量を制御する技術が開示されている。（例えば、特許文献１参照）
特開平１１−１０３４１２号公報（第６−７頁、第５図）

しかしながら、上記特許文献１の公報では、1フレーム期間（垂直同期信号（ＶＤ）期間）の幅を変更しているが、通常フレームレート動作時も高速フレームレート動作時も、どちらも電荷蓄積時間は1フレーム期間以内であり、被写体が低照度下にある場合において1フレーム期間以上露光を行う場合には、たとえ通常レートを選択したとしてもＡＦ所要時間が長くなることは避けられない。

本発明は、上述したような課題を解決するためになされたもので、被写体がどれだけ高照度下、あるいは低照度下にあった場合でも、フレームレートに応じてＡＦのステップ数を切り替えることにより、ＡＦ所要時間の長時間化を防ぎ、かつ一定時間内に収めることができる撮像装置を提供するものである。

本発明に係る撮像装置は、光軸上での移動が可能なレンズと、上記レンズを通して入射される被写体像を固体撮像素子上に結像して映像信号に変換する撮像手段と、前記映像信号の高周波成分の積算値が最大となる前記レンズの位置を検出する自動合焦位置制御手段と、前記被写体像の輝度レベルを算出する輝度レベル算出手段と、該輝度レベル算出手段で算出される輝度をもとに上記固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御する露出制御手段と、
積算値を算出してから次に積算値を算出するまでの前記レンズの移動量を、前記露出制御手段で決定される電荷蓄積時間に応じて制御するレンズ移動量制御手段とを有する。

本発明によれば、被写体がどれだけ高照度下、あるいは低照度下にあった場合でも、フレームレートに応じてＡＦのステップ数を切り替えることにより、ＡＦ所要時間の長時間化を防ぎ、かつ一定時間内に収めることができる撮像装置を提供できる。

本実施の形態の固体撮像素子は、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）が素が市松格子状に配置され、その他の部分にＲ（Ｒｅｄ）／Ｂ（Ｂｌｕｅ）画素が線順次に位置された、いわゆるベイヤー方式や、該ベイヤー方式の色フィルタを４５度回転させたハニカム方式と称される色フィルタ配列を有するインターライン型のＣＣＤイメージセンサであって、線順次走査により１ラインずつ順番にすべての画素信号を読み出す「全画素読み出し」方式や、２ライン毎に１ライン分の画素信号を垂直ＣＣＤ転送部にて混合させて読み出したり、あるいは水平方向の２画素をラインメモリにて混合させて水平ＣＣＤ転送部に読み出したりする「画素混合読み出し」モードに対応している。ただしＣＣＤに限定されるわけではなく、ＣＭＯＳイメージセンサやその他の方式の撮像素子でも構わない。

また、本撮像装置には２段押し込み型のシャッターボタン（図示せず）が設けられており、ＡＦ制御モードが設定されている場合にはシャッターボタン半押しにてＡＦ制御を行うと共に、全押しにすることで画像を撮像して圧縮記録するまでの動作が実施される。以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明における撮像装置の基本構成を示す図である。図１に示すようにレンズ１を通して入射した被写体像をＣＣＤ等の固体撮像素子２で光電変換する。レンズ１は、フォーカス駆動部９からレンズ１を駆動するための電動手段であるＡＦ用モータ２４へ出力される制御信号により、光軸上（図示しない）での移動が可能である。

固体撮像素子２で光電変換された被写体像の出力信号は、アナログ信号処理部３内にて相関二重サンプリング処理（ＣＤＳ）ならびに自動増幅処理（ＡＧＣ）が施される。固体撮像素子２の水平転送パルス、垂直転送パルスならびにアナログ信号処理部３のＣＤＳのサンプリングパルスはタイミングジェネレータ８によって供給される。タイミングジェネレータ８から出力される固体撮像素子２の水平駆動パルス、垂直駆動パルスならびに、アナログ信号処理部３のＣＤＳのサンプリングパルス、ＡＦ制御時における所定画像領域中の出力信号レベルと電荷蓄積時間との関係において電子シャッター機能を制御する電子シャッターパルスは、ＣＰＵ７からの制御信号によって生成タイミングが規定される。

アナログ信号処理部３の出力信号は、Ａ／Ｄ変換部４にてＲ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の３色に分離されたデジタル信号に変換され、信号処理部５で、Ｒ、Ｇ、Ｂのデジタル信号から色差信号（ＹＣｂＣｒ）へ変換される。また、信号処理部５では、ホワイトバランス補正、γ（ガンマ）補正、輪郭強調補正等が行われ、合わせて映像信号に変換される。信号処理部５から出力された映像信号はＬＣＤ６に表示される。

一般的に撮影者は静止画を撮影する際、ＬＣＤ６に動画表示される被写体を見ながら構図を決める。撮影時に記録された映像信号は画像記録部１０にて圧縮された後、本体内のメモリ２５あるいは外部の記録メディア（図示しない）に記録される。画像圧縮形式についてはたとえばＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｇｒｏｕｐ）形式を用いるが、他の形式であっても良い。

ＲＯＭ１１にはＣＰＵ７の制御に必要なデータが格納されており、例えばＡＦ制御時における所定画像領域中の平均輝度信号レベルに対する増幅率の設定値のＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）が収められている。ここでいう平均輝度信号レベルとは固体撮像素子からの出力信号をＡ／Ｄ変換部でデジタル信号に変換されたデジタルデータを一画面分積算した後、一画面を構成する全画素数で除算した値である。

ＣＰＵ７は本撮像装置を総括して制御を行うとともに各種演算を実施する手段として機能している。ＣＰＵ７はアナログ信号処理部３への増幅率制御、信号処理部５でデジタル信号を映像信号に変換する際、自動露光制御（ＡＥ）／自動ホワイトバランス制御（ＡＷＢ）、タイミングジェネレータ８で生成される固体撮像素子２の駆動パルス制御、フォーカス駆動部９からＡＦ用モータ２４へ出力される制御信号の制御を行う。またＲＯＭ１１からのデータ読み込み、画像記録部１０における映像信号の読み込み、ならびに書き込み制御等を行う。

次に、図２を用いてレンズ１の移動方法を説明する。レンズが光軸上を移動できるように支えているレンズ筒（図示しない）の両端をメカ端Ａ、メカ端Ｂと定義し、レンズ繰り出し量は、メカ端Ａを０％、メカ端Ｂを１００％とする。
合焦時、レンズから被写体までの距離が短い場合をマクロ側、レンズから被写体までの距離が長い場合をＩＮＦ側と呼ぶこととする。レンズ繰り出し量が３０％の時、ＩＮＦ側基準位置にあり、レンズ位置Ｘと定義する。レンズ繰り出し量７０％の時、レンズ位置はマクロ側基準位置にあり、レンズ位置Ｙと定義する。

レンズ１を移動させるときのＡＦ用モータ２４の回転方向は、メカ端Ａ側からメカ端Ｂ側に移動させるときを「正転」、メカ端Ｂ側からメカ端Ａ側に移動させるときを「逆転」と定義する。また、撮像装置を起動させるたびに合焦位置初期化（リセット）を行い、レンズ１をレンズ繰り出し量２０％の位置（リセット位置）に固定する。ＡＦ動作はレンズ繰り出し量３０％から７０％の範囲において実行される。

制御パルスとは、ＣＰＵ７からフォーカス駆動部９に対して供給される制御信号であり、メカ端Ａからメカ端Ｂまでは２００パルス供給することで移動する。つまり１パルスあたり０．５％のレンズ繰り出し量に相当する。

撮像装置起動時にリセット位置にあるレンズ１をレンズ位置Ｘまで移動させるのに２０パルス必要とし、さらにレンズ位置Ｘからレンズ位置Ｙまで移動させるとすると８０パルスを必要とする。レンズがどこに位置しているのかについては、レンズのリセット位置を基準として、ＣＰＵ７からフォーカス駆動部９へ供給される正転／逆転信号、ならびに制御パルス数をもとにＣＰＵ７で管理する。

次に図３、図４を用いてＡＦ制御における合焦位置決定方法について詳細を述べる。図３で示すように１フレームごとに、例えば画像中央部の水平Ｍ画素×垂直Ｎ画素（Ｍ、Ｎは任意の自然数）と規定したＡＦ対象エリア（図示せず）における映像信号２０をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１に通すことで（空間的）高周波成分のみが通過する。映像信号については例えばＲ、Ｇ、Ｂ信号のうちのＧ信号を用いる。このときのハイパスフィルタ２１を通過した後の信号波形２２は高周波成分が多いほど、積分領域面積（積算値）２３が大きくなる。積算値２３はＣＰＵ７に渡される。以後、高周波成分の積算値を「焦点評価値」と表記することとする。

焦点評価値とレンズ位置の関係を図４を用いて説明する。図４で示すように、「山登りサーボ方式」にて、図１で説明したＣＰＵ７でフォーカス駆動部９を制御してレンズを移動させ、焦点評価値を更新させながら、最終的に最大の焦点評価値が得られたレンズの位置を合焦位置と判定する。

詳しく説明すると、予めＰ１、Ｐ２、・・・Ｐ１７という１７箇所のレンズ位置が用意されているとする。これら１７箇所のレンズ位置は図２におけるレンズ位置Ｘからレンズ位置Ｙの間に配置され、Ｐ１がレンズ位置Ｘ、Ｐ１７がレンズ位置Ｙに相当する。それぞれのレンズ位置間隔（例えばＰ１とＰ２間の距離）は一定であり、あるレンズ位置にて焦点評価値を算出した後に次のレンズ位置にて焦点評価値を算出する際のレンズの移動を「１ステップ」と定義する。すなわち、Ｐ１からＰ１７は全部で１６ステップあり、１ステップあたり制御パルス５パルス分の移動量となる。

レンズ位置Ｐ１から順に正転方向にレンズを移動させ、各レンズ位置において焦点評価値を算出する。このとき焦点評価値が１ステップ前の焦点評価値より下回るまで右方向にステップを進め、あるレンズ位置における焦点評価値が１ステップ前の焦点評価値より下回った時点で逆転方向にレンズを移動させて１ステップ前にレンズ位置を戻し、その位置を合焦位置として確定する。図４ではＰ１０の焦点評価値が１ステップ前のＰ９の焦点評価値より下回っているので、Ｐ９が合焦位置となる。このような焦点評価値で描かれるグラフの勾配を「山登りサーボ方式の山の勾配」という。

次に図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）について詳細を説明する。図４（ａ）は３０フレーム／秒（３０ｆｐｓ）にてＡＦ動作をしているときのＡＦのステップ数を示している。この場合は被写体が中〜高照度下にあり、撮像素子の電荷蓄積時間は１フレーム期間（垂直同期信号（ＶＤ））期間以内であって、１フレーム期間に１回電荷読み出しを行っている状態である。このとき、ＡＦステップ数は最多の１６ステップとする。多くのステップ数を用意することで数多くの焦点評価値を評価することが出来るため、ＡＦの精度を向上することができる。

図４（ｂ）は図４（ａ）よりも被写体が低照度下にある場合である。１フレームの時間で電荷蓄積を行っても画像の平均輝度値が所定値に達していないために２フレームの時間で電荷蓄積を行った後に電荷を読み出している。つまり３０フレーム／秒（３０ｆｐｓ）から１５フレーム／秒（１５ｆｐｓ）にフレームレートを下げている。このとき図４（ｂ）の焦点評価値を得るために必要とする時間は、図４（ａ）に比べて２倍となることから、ステップ数を図（ａ）での１６から、その半分の８に設定することにより、合焦位置が確定するまでの時間を図（ａ）と同じにできる。

図（ｃ）はさらに図（ｂ）よりも被写体が低照度下にある場合であり、４フレームの時間で電荷蓄積を行った後に電荷を読み出している。つまり７.５フレーム／秒（７.５ｆｐｓ）にフレームレートを下げている。このとき図４（ｃ）の焦点評価値を得るために必要とする時間は、図４（ｂ）に比べて２倍となることから、ステップ数を図（ｂ）での８から、その半分の４に設定することにより、合焦位置が確定するまでの時間を図（ａ）、（ｂ）と同じにできる。

図（ｄ）はさらに図（ｃ）よりも被写体が低照度下にある場合であり、８フレームの時間で電荷蓄積を行った後に電荷を読み出すことにより３．７５フレーム／秒（３．７５ｆｐｓ）にフレームレートを下げている。このとき図４（ｄ）の焦点評価値を得るために必要とする時間は、図４（ｃ）に比べて２倍となることから、ステップ数を図（ｃ）での４から、その半分の２に設定することにより、合焦位置が確定するまでの時間を図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同じにできる。

一般に暗い場所において被写体を確認できることを優先して、被写体が低輝度になるに従ってフレームレートを下げる場合、高周波成分が低下するので、山登りサーボ方式の山の勾配は緩くなる傾向にある。このような状況においてＡＦのステップ数を多く取ることはＡＦ合焦時間の長時間化からみても得策ではなく、フレームレートの低下幅に応じてＡＦのステップ数を減じることは有意であるといえる。

ＡＦのステップ数については制御パルス数を越えない限りにおいて任意で設定可能であり、ステップ数が多いほどＡＦ精度は向上するが、焦点評価値を求めるための演算回数が多くなるため、ＡＦ精度よりもＡＦスピードを重視する必要がある場合は例えばステップ数を極力減らすことで対応する。

次にＡＦ動作におけるタイミングチャートについて図５、図６を用いて説明する。図５が図４（ａ）に、図が６図４（ｂ）に対応している。

図５、図６ともに合焦位置制御手段において撮像される前までの固体撮像素子の画素信号の読み出しモードを画素混合読み出しモードとした場合のタイミングチャートである。ベイヤー配列のＣＣＤを用いて２ライン毎に１ライン分の画素信号を垂直ＣＣＤ転送部にて混合させて読み出す画素混合読み出しモードの場合、画素数が全画素読み出しモードに比べて半分になるとともに、読み出し後の各画素については２画素を混合させるので出力信号レベルも２倍となるため、アナログ信号処理部３のゲイン設定値を変えずにフレームレートを倍にできるので、動画をよりなめらかに表示させることができる。

また、画素混合読み出しモードを有するハニカム配列のＣＣＤを用いても同様の動作を実現できる。この場合、水平方向の２画素を混合させて、垂直方向については２ライン中１ラインを間引く方式を採用し、全画素読み出しモード時の２倍のフレームレートとなるように固体撮像素子２駆動用パルス信号（水平ＣＣＤ電荷転送パルス信号ならびに垂直ＣＣＤ電荷転送パルス信号）発生タイミング調整を行う。

図５では、撮像される前までのフレームレートは３０フレーム／秒であり、シャッターボタンを押した次の垂直同期信号（ＶＤ）の立ち上がりでＡＦ制御が開始される。ＡＦ制御開始から終了までのステップ数は最大１６である。ＡＦ制御時の固体撮像素子の電荷蓄積時間が１フレーム以内であり、１フレーム毎にＡＦ対象エリアの焦点評価値の算出が行われるために、電荷蓄積時間が数フレームに及ぶ図４の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合に比べて焦点評価値の算出時間が短い。

図６では、撮像される前までのフレームレートは１５フレーム／秒であり、ＡＦ制御開始から終了までのステップ数は最大８である。ＡＦ制御時の固体撮像素子の電荷蓄積時間が２フレームの時間分であり、２フレーム毎にＡＦ対象エリアの焦点評価値の算出が行われるために図４（ａ）に比べてＡＦ処理のステップ数を半分にすることで合焦位置確定までの時間を図４（ａ）と同じとしている。

また、図４（ｃ）、（ｄ）に対応するタイミングチャートについては図示しないが、図４（ｃ）については、撮像される前までのフレームレートは７.５フレーム／秒であり、ＡＦ制御時の固体撮像素子の電荷蓄積時間が４フレームの時間分となり、図４（ｄ）については、撮像される前までのフレームレートは３.７５フレーム／秒であり、ＡＦ制御時の固体撮像素子の電荷蓄積時間が８フレームの時間分となる点が図５、図６と異なる。

図５の説明では、撮像される前までのフレームレートを３０フレーム／秒、撮像時のフレームレートを７.５フレーム／秒としているが、この値に固執するものではなく、任意に決定できることは自明である。

次に静止画像を記録するまでのプロセスについて図７のフローチャートを用いて説明する。撮像装置の電源を入れて固体撮像素子を電荷蓄積時間が１／３０秒の画素混合読み出しモードにて動作させ、ＬＣＤ６上に被写体を動画にてプレビュー表示させた状態から開始とする。

信号処理部５からの映像データに基づき、ＣＰＵ７において映像信号の平均輝度信号レベルが所定の信号レベルに達しているか比較を行う（ステップＳ１）。被写体が晴天の屋外にあるような状態で平均輝度信号レベルが所定の信号レベル以上である場合は（ステップＳ１：ＹＥＳ）、適正露出制御（１）を実施してフレームレートを３０フレーム／秒に固定したうえで所定の信号レベルに近づける制御を行う（ステップＳ２）。

被写体が低照度下にあり、平均輝度信号レベルが所定のレベルに達していない場合（ステップＳ１：ＮＯ）は適正露出制御（２）を実施して、ＣＰＵ７にて電荷蓄積時間を垂直同期信号（ＶＤ）周期以上に設定するとともに、電荷読み出しパルス発生のタイミングを制御することにより、フレームレートを低下させる処理を実施する（ステップＳ１０）。このときのフレームレートは画像の平均輝度信号レベルに応じて３０フレーム／秒、１５フレーム／秒、７．５フレーム／秒、３．７５フレーム／秒のいずれかに設定する。

次にシャッターボタンが半押しされたかどうかの判定を行い（ステップＳ３）、シャッターボタンが半押しされると同時にＡＦ制御を開始する（ステップＳ４）。ＡＦ制御が開始されると適正露光制御（１）または適正露光制御（２）で決定したフレームレートを基にＡＦステップ数制御を行い、３０フレーム／秒の場合はＡＦステップ数１６、１５フレーム／秒の場合はＡＦステップ数８、７．５フレーム／秒の場合はＡＦステップ数４、３．７５フレーム／秒の場合はＡＦステップ数２に設定する（ステップＳ５）。

ステップＳ５で決定したＡＦステップ数にて「山登りサーボ方式」にて光軸上でレンズ位置を前後させて合焦位置を決定する最大焦点評価値が得られたかどうかの判定を行う（ステップＳ６）。ステップＳ６にて最大の焦点評価値が得られた場合はそのときのレンズ位置を合焦位置と判断し、レンズをこの位置に移動後固定する（ステップＳ７）。

また、被写体が肉眼で確認が困難なほど低照度下にある場合等でステップＳ６にて最大の焦点評価値が得られなかった場合（ステップＳ６：ＮＯ）には、あらかじめ定めた所定合焦位置へレンズを移動させる（ステップＳ７）。この場合の所定合焦位置とは経験的に被写体が撮影者の数ｍ先にあることを想定して、この被写体までの距離で合焦させるためにＩＮＦ側基準位置よりマクロ側基準位置に近いところへレンズ位置を設定する。例えば図２におけるレンズ繰り出し量６０％位置に固定する（ステップ１１）。

ステップＳ７にて合焦位置へのレンズ移動が終了次第、撮影者に対して合焦位置が確定したことを知らせるメッセージをＬＣＤ６上に表示、あるいは撮像装置の意匠一体となった発光ダイオードランプ（図示せず）にて表示して、シャッターボタン全押し動作を促すようにする。次にシャッターボタンが全押しされたかどうかの判定を行い（ステップＳ８）、撮影者がシャッターボタンを全押しした場合には画像を撮像するとともに画像を圧縮記録（ステップＳ９）して一連のフローを終了する。

図７における適正露光制御（１）、（２）において平均輝度信号レベルを所定レベルに近づけるために電荷蓄積時間を制御しているが、いわゆる羽根式等の絞り機構を用いて開口絞り制御を行い、固体撮像素子への光束量を調整することによって露光制御をすることも可能である。

以上説明したように、被写体がどれだけ高照度下、あるいは低照度下にあった場合でも、フレームレートに応じてＡＦのステップ数を切り替えることにより、ＡＦ所要時間の長時間化を防ぎ、かつ一定時間内に収めることができる撮像装置を提供できる。

実施の形態２．
実施の形態２は実施の形態１の合焦位置検出方法が異なる。つまり実施の形態１では焦点評価値の算出を行う際に「山登りサーボ方式」を採用したが、本実施の形態２ではレンズ可動範囲全域において一方の最端レンズ位置から他方の最端レンズ位置に向かって焦点評価値を算出、かつ焦点評価値が最大となる度に該最大焦点評価値を与えるレンズ位置を更新しながらレンズを移動させ、他方の最端レンズ位置までレンズを移動し終えた後に最大焦点評価値を与えたレンズ位置まで直接レンズを移動させてこのレンズ位置を合焦位置とする方式を採用する。（以後本実施の形態２の合焦位置検出方法を「全レンズ位置測定方式」と呼ぶこととする。）その他の固体撮像素子動作モード、フレームレート設定については実施の形態１と同じであるので、説明を省略する。

図８を用いて「全レンズ位置測定方式」について説明する。フレームレートごとにＡＦステップ数を変更しながら焦点評価値を算出する点は実施の形態１と同じであるが、レンズ位置Ｐ１からＰ１７まで焦点評価値を算出し、レンズがＰ１７まできた後に最大焦点評価値を与えるレンズ位置まで直接レンズを移動させている。図８ではＰ９が合焦レンズ位置である。

本実施の形態２では初期状態である３０フレーム／秒（３０ｆｐｓ）時のＡＦステップ数を１６としているが、初期状態のＡＦステップ数を少なく設定する場合、あるいはＡＦステップ数は多く設定しても１ステップ値の移動時間が短時間にできる場合は、「全レンズ位置測定方式」を用いると、全レンズ位置の焦点評価値を算出した上で最大焦点評価値を決定するので、高い精度での合焦位置検出が可能である。

実施の形態３．
本実施の形態３では実施の形態１と同様に「山登りサーボ方式」にて合焦位置検出を行うが、焦点評価値の算出を行う際のレンズの移動範囲が異なり、レンズの移動範囲が限定される。その他の固体撮像素子動作モード、フレームレート設定については実施の形態１、２と変わらない。

本実施の形態３におけるレンズ位置の移動範囲を図９に示す。図中の（Ｘ）、（Ｙ）は図２におけるＸ点（レンズ繰り出し量３０％）、Ｙ点（レンズ繰り出し量７０％）と同一である。マクロ撮影を行う場合にはレンズ可動範囲全域の焦点評価値を算出する必要はないため、レンズ位置をレンズ繰り出し量７０％近傍に限定することとし、例えば、レンズ繰り出し量６２％〜７０％の範囲に限定する。

図９で（Ｚ）の位置がレンズ繰り出し量６２％のレンズ位置に相当する。この場合も実施の形態１と同様、３０フレーム／秒（３０ｆｐｓ）時には１７箇所のレンズ位置（１６ステップ）を設定する。

フレームレートとＡＦステップ数についての関係は図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と同一であり、図９（ａ）が３０フレーム／秒（ステップ数１６）、図９（ｂ）が１５フレーム／秒（ステップ数８）、図９（ｃ）が７．５フレーム／秒（ステップ数４）、図９（ｄ）が３.７５フレーム／秒（ステップ数２）である。フレームレートに応じてステップ数を可変させているため、合焦位置が確定するまでの時間はフレームレートによらず一定時間内で終了できる。

次に図１０を用いてマクロ撮影時を考慮したフローチャートを説明する。図１０は実施の形態１で説明した図７のフローチャートと、マクロモードが選択されたかどうかを判定するフローの部分が追加されている点のみが異なるので、図７からの変更点についてのみ説明する。ステップＳ４にてＡＦ制御が開始された後、マクロ撮影を行うかどうか（マクロモード）の判定を行う（ステップＳ１２）。マクロモードでない場合（ステップ１２：ＮＯ）はフレームレートに応じてＡＦステップ数を制御するステップＳ５以降のフローに移る。マクロモードが選択された場合（ステップ１２：ＹＥＳ）はマクロ用ＡＦ制御としてレンズ位置を図９中のＺ点に移動させると共にレンズ可動範囲をＹ点近傍に限定しつつＹ点に向けてレンズを繰り出してＡＦ制御を行う（ステップＳ１３）。その後はステップＳ５以下のフローに移行する。

上記説明したとおり、ＣＰＵ７からフォーカス駆動部９に供給される制御パルスについては０．５％のレンズ繰り出し量に１パルス要することは変わらないため、Ｙ点、Ｚ点間のレンズ移動に要する制御パルス数は１６である。つまりレンズ移動１ステップに要する制御パルスは１パルスであり、焦点評価値算出においては１パルス単位での算出が可能であるためより高い精度で合焦位置の検出が可能である。

実施の形態４．
本実施の形態４は実施の形態２、実施の形態３を組み合わせたものである。すなわちＡＦ制御時のレンズ可動範囲をレンズ繰り出し量６２％〜７０％の範囲に限定した上で「山登りサーボ方式」ではなく、「全レンズ位置測定方式」を採用する。

本実施の形態４のフローチャートは図１０と同じである。焦点評価算出におけるフレームレートごとのＡＦステップ数を示す図については、図９の「山登りサーボ方式」を「全レンズ位置測定方式」に変更している点が異なるだけであるため、あらためて図示は行わない。

本実施の形態４も実施の形態３と同様にレンズ移動１ステップに要する制御パルスは１パルスであるので、焦点評価値算出においては１パルス単位での算出が可能であるためより高い精度で合焦位置の検出が可能である。
なお、実施の形態１乃至４では２段押し込み型のシャッターボタンを用いたが、ＡＦ制御開始用のボタンと画像撮像用のシャッターボタンを別々に用意しても構わない。

本発明に係わる撮像装置のブロック図である。 本発明に係わるレンズ位置を示す図である。 本発明に係わる高周波成分と合焦位置の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係わる焦点評価値算出方式を示す図である。 本発明に係わる撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明に係わる撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１、２に係わる撮像装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係わる焦点評価値算出方式を示す図である。 本発明の実施の形態３に係わる焦点評価値算出方式を示す図である。 本発明の実施の形態３、４に係わる撮像装置の動の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ レンズ、 ２ 固体撮像素子（ＣＣＤ）、 ３ アナログ信号処理部、 ４ Ａ／Ｄ変換部、 ５ 信号処理部、 ６ ＬＣＤ、 ７ ＣＰＵ、
８ タイミングジェネレータ、 ９ フォーカス駆動部、 １０ 画像記録部、 １１ ＲＯＭ、 ２０ 映像信号、 ２１ ハイパスフィルタ
（ＨＰＦ）、 ２２ ＨＰＦを通した信号波形、 ２３ 積分面積、 ２４ ＡＦ用モータ、 ２５ メモリ

Claims (5)

1. 光軸上での移動が可能なレンズと、
   上記レンズを通して入射される被写体像を固体撮像素子上に結像して映像信号に変換する撮像手段と、
   前記映像信号の高周波成分の積算値が最大となる前記レンズの位置を検出する自動合焦位置制御手段と、
   前記被写体像の輝度レベルを算出する輝度レベル算出手段と、
   該輝度レベル算出手段で算出される輝度をもとに上記固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御する露出制御手段と、
   積算値を算出してから次に積算値を算出するまでの前記レンズの移動量を、前記露出制御手段で決定される電荷蓄積時間に応じて制御するレンズ移動量制御手段と
   を備える撮像装置。
2. 積算値を算出してから次に積算値を算出するまでのレンズの移動量は、露出制御手段で決定される電荷蓄積時間が垂直同期信号周期より短いときに最小となることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 積算値を算出してから次に積算値を算出するまでのレンズの移動量は、露出制御手段で決定される電荷蓄積時間が垂直同期信号周期より長い場合には、前記電荷蓄積時間に比例して増加することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
4. 積算値を算出してから次に積算値を算出するまでのレンズの移動量は、最大の焦点評価値が得られなかった場合は、合焦位置が確定するまでの時間を露出制御手段で決定される電荷蓄積時間にかかわらず一定であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 光軸上での移動が可能なレンズと、
   上記レンズを通して入射される被写体像を固体撮像素子上に結像して映像信号に変換する撮像手段と、
   前記映像信号の高周波成分の積算値が最大となる前記レンズの位置を検出する自動合焦位置制御手段と、
   前記被写体像の輝度レベルを算出する輝度レベル算出手段と、
   該輝度レベル算出手段で算出した輝度をもとに上記固体撮像素子の電荷蓄積時間を制御する露出制御手段とを備え、
   前記電荷蓄積時間にかかわらず、積算値を算出してから次に積算値を算出するまでのレンズの移動量が１パルス分である撮像装置。
   

Images