JP5035702B2 - 撮像装置、オートフォーカス方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、オートフォーカス方法及びプログラムに関し、詳細には、画素情報を加算することによって暗所撮影時のオートフォーカスの精度の向上を図った撮像装置、撮像方法及びプログラムに関する。

夜景や室内等の暗い環境での撮影（以下、暗所撮影という。）は、充分な露出が得られず、オートフォーカス（ＡＦ）の動作に支障を来すなど、様々な不都合があることから、一般的に補助光（ストロボ）を使用したり、または、撮影感度（ＩＳＯ感度）を上げたりするという対策が取られるが、ストロボの使用が禁止されている場所では、撮影感度を上げるしか術がない。

しかしながら、ＣＣＤ等の二次元撮像デバイスを搭載した撮影装置で撮影感度を上げた場合は、撮像デバイスのノイズ成分も一緒に増大してしまうため、画質の劣化を否めないという不都合がある。

これは、撮影感度の向上は、撮像デバイスの出力部に設けられているアンプ（図３のアンプ３４参照）の増幅度を高めることによって行われているからである。詳細には、このアンプは撮像デバイスの出力信号（撮像信号）を増幅するだけでなく、その撮像デバイスの内部で発生するノイズ成分も一緒に増幅するからであり、たとえば、撮像デバイスの出力信号（撮像信号）をＡ、撮像デバイスの内部で発生するノイズ成分をＢとしたとき、増幅度をｎ倍にすると、Ａ×ｎになるだけでなく、Ｂ×ｎになってしまい、結局、信号対雑音比が悪化するからである。

そこで、下記の特許文献１には、撮像デバイスの画素情報を加算することにより、ノイズ成分の増加を抑えつつ、暗所撮影性能の向上を図った撮像装置の技術が開示されている。

同文献には、画素情報の加算例として「２画素加算」と「４画素加算」が示されている。これら二つの加算例は加算画素数に違いがあるものの、いずれも、“垂直方向”に配列された画素の情報を加算するという点で共通する。すなわち、ＣＣＤ等の二次元撮像デバイスは、多数の画素（光電変換素子）を水平と垂直方向に配列して構成されているが、同文献の技術では、垂直方向の画素の情報を２画素加算または４画素加算するというものである。

このようにすると、単純計算で、２画素加算の場合はＡ×２倍となり、または、４画素加算の場合はＡ×４倍となるものの、Ｂはそのままの値を保つ（増幅されない）ので、画質の劣化を招かない。ここで、Ａは撮像信号、Ｂはノイズ成分を表す。

特開２００６−３５２７１６号公報

しかしながら、前記の特許文献１に記載の技術にあっては、垂直方向の画素加算しか行っていないため、撮影姿勢によっては、暗所撮影の充分な性能向上を望めないことがあった。

一般的に被写体は、人物のように、横方向よりも縦方向の輪郭線を含むことが多い。このような被写体に対して暗所でオートフォーカスの動作を支障無く行わせるためには、その被写体を構成する多数の縦線成分を高いコントラストで検出しなければならない。コントラスト方式のオートフォーカスの場合、コントラストの差を最も感じる焦点距離に合わせるようになっているからである。

この点において、前記の特許文献１に記載の技術では、垂直方向の画素加算しか行っていないため、たとえば、カメラを横向きにした通常の撮影姿勢（以下、横撮り姿勢という。）であれば、その「垂直画素の加算」によって、コントラスト成分が少ない垂直方向の画素情報については、画像を明るくするために加算読み出しを行い、ＡＦに必要な情報（コントラスト成分）が多い水平方向の画素情報については、全画素で読み出すことで、被写体に含まれる縦方向の輪郭線を高いコントラストで検出することができ、オートフォーカスの動作を支障無く行うことができる。しかしながら、カメラを縦向きにした撮影姿勢（以下、縦撮り姿勢という。）の場合には、被写体に含まれる輪郭線と画素の加算方向とが一致してしまうことから、ＡＦに必要な情報（コントラスト成分）が多い垂直方向の画素情報を加算読み出ししてしまうため、画像を明るくすることはできるものの、被写体に含まれる輪郭線を高いコントラストで検出できなくなる。

したがって、このような場合には、前記例示の被写体（つまり、横撮り時に縦線を多く含む被写体）を縦撮りによって暗所撮影する際に、オートフォーカスを行い難いことがあるという問題点がある。

図１３は、従来技術の不都合説明図である。この図において、（ａ）は縦線を多く含む被写体を示しており、複数の縦線１００は、たとえば、人物、木、ビルなどの縦方向の輪郭線を模式化して表したものである。横撮り撮影姿勢の場合は、（ｂ）に示すように、複数の縦線１００と「垂直画素の加算」の方向１０１とがほぼ平行する関係になるので、「垂直画素の加算」を行うことによって、コントラスト成分が少ない垂直方向の画素情報については、画像を明るくするために加算読み出しを行い、ＡＦに必要な情報（コントラスト成分）が多い水平方向の画素情報については、全画素で読み出す。これにより、暗所での撮影であっても複数の縦線１００を高いコントラストで検出することができる。しかしながら、同じ被写体を縦撮り撮影姿勢で撮影する場合は、（ｃ）に示すように、「垂直画素の加算」の方向１０１と複数の縦線１００とが直交してしまうため、コントラスト成分が多い方向の画素情報を加算読み出ししてしまうことになり、画像を明るくすることはできるものの、複数の縦線１００を高いコントラストで検出することができなくなる。

そこで、本発明は、垂直方向と水平方向の画素加算を選択的に行うことにより、撮影姿勢にかかわらず、常に暗所撮影時のオートフォーカスの精度を向上させることができる撮像装置、撮像方法及びプログラムを提供することにある。

請求項１記載の発明は、複数の画素を垂直と水平方向に配列して構成された撮像部と、前記撮像部にて撮像された画像の垂直方向と水平方向の各々のコントラストを検出するコントラスト検出手段と、前記コントラスト検出手段による検出結果に応じて、前記撮像部からの前記複数の画素に対する画素情報の読み出し方法を制御する読み出し制御手段と、前記読み出し制御手段によって読み出された画素情報に基づいてコントラストＡＦ評価値を算出する算出手段と、前記算出手段による算出結果に応じてフォーカスレンズを制御するフォーカス手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置である。
請求項２記載の発明は、前記読み出し制御手段は、前記コントラスト検出手段による検出結果、水平方向よりも垂直方向のコントラストが強い場合は水平成分の前記複数の画素に対する画素情報を加算読み出しするよう制御する第１の加算読み出し制御手段と、前記コントラスト検出手段による検出結果、垂直方向よりも水平方向のコントラストが強い場合は垂直成分の前記複数の画素に対する画素情報を加算読み出しするよう制御する第２の加算読み出し制御手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の撮像装置である。
請求項３記載の発明は、前記第１の加算読み出し制御手段は更に、垂直成分の前記複数の画素に対する画素情報を全画素読み出しするよう制御し、前記第２の加算読み出し制御手段は更に、水平成分の前記複数の画素に対する画素情報を全画素読み出しするよう制御することを特徴とする請求項２記載の撮像装置である。
請求項４記載の発明は、被写体の明るさが所定値以下であるか否かを判定する判定手段を備え、前記読み出し制御手段は、前記判定手段によって被写体の明るさが所定値以下であると判定された場合に、前記コントラスト検出手段による検出結果に応じて前記画素情報の読み出し方法を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置である。
請求項５記載の発明は、複数の画素を垂直と水平方向に配列して構成された撮像部により撮像された画像から垂直方向と水平方向の各々のコントラストを検出する検出ステップと、前記検出ステップでの検出結果に応じて、前記撮像部からの前記複数の画素に対する画素情報の読み出し方法を制御する読み出し制御ステップと、前記読み出し制御ステップにて読み出された画素情報に基づいてコントラストＡＦ評価値を算出する算出ステップと、前記算出ステップでの算出結果に応じてフォーカスを制御する制御ステップと、を含むことを特徴とするオートフォーカス方法である。
請求項６記載の発明は、複数の画素を垂直と水平方向に配列して構成された撮像部を有する撮像装置のコンピュータを、前記撮像部にて撮像された画像の垂直方向と水平方向の各々のコントラストを検出するコントラスト検出手段、前記コントラスト検出手段による検出結果に応じて、前記撮像部からの前記複数の画素に対する画素情報の読み出し方法を制御する読み出し制御手段、前記読み出し制御手段によって読み出された画素情報に基づいてコントラストＡＦ評価値を算出する算出手段、前記算出手段による算出結果に応じてフォーカスレンズを制御するフォーカス手段、として機能させることを特徴とするプログラムである。

本発明によれば、垂直方向と水平方向の画素加算を選択的に行うようにしたので、撮影姿勢にかかわらず、常に暗所撮影時のオートフォーカスの精度を向上させることができる。

デジタルカメラ１の外観図である。 デジタルカメラ１の概略構成を示すブロック図である。 撮像部１２の構成を示す概念図である。 撮像部１２に取り付けられる色フィルタ３６を示す図である。 ベイヤー方式（又は緑市松方式）と呼ばれる色フィルタ３６の原理図である。 実際の色フィルタ３６の構成図である。 撮影モード処理を実行するための制御プログラムのフローを示す図である。 撮影姿勢を示す図である。 撮像部１２の模式図である。 横撮り撮影時の画素加算（垂直方向の画素加算）を示す概念図である。 縦撮り撮影時の画素加算（水平方向の画素加算）を示す概念図である。 改良された実施形態を示す図である。 従来技術の不都合説明図である。

以下、本発明の実施形態を、デジタルカメラを例にして、図面を参照しながら説明する。
図１は、デジタルカメラ１の外観図であり、（ａ）は前面図、（ｂ）は背面図である。この図において、デジタルカメラ１は、手持ちに適した形状のボディ２の前面にレンズ鏡筒３とストロボ４を配すると共に、そのボディ２の背面に液晶ディスプレイからなる表示部５、ズームキー６、ファンクションキー７及びカーソルキー８を配し、さらに、そのボディ２の上面に電源スイッチ９やハーフシャッタ機能付きのシャッタキー１０を配して構成されている。なお、この構成はコンパクトデジタルカメラのものであるが、これに限定されず、たとえば、デジタル一眼レフカメラのような構成であっても構わないし、あるいは、携帯電話機やその他の電子機器に搭載されたもの、または、デジタルビデオカメラに搭載されたものであってもよい。

図２は、デジタルカメラ１の概略構成を示すブロック図である。この図において、デジタルカメラ１は、レンズ鏡筒３、モータドライバ１１、ストロボ４、撮像部１２、ＣＤＳ／ＡＤＣ１３、画像処理部１４、水平／垂直ドライバ１５、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１６、外部メモリ１７、ＳＤＲＡＭ１８、フラッシュメモリ１９、音声処理部２０、スピーカ（ＳＰ）２１、マイク（ＭＩＣ）２２、姿勢センサ２３、マイクロコンピュータユニット（ＣＰＵ）２４、キー入力部（ＫＥＹ）２５、バッテリ２６、電源部２７、及び、バス２８などを含む。

各部の詳細を説明すると、まず、レンズ鏡筒３は、光軸が揃えられた複数枚の撮影レンズを収めたレンズブロック３ａとモータ３ｂとを備える。モータ３ｂは、このレンズブロック３ａの焦点を合わせるためのアクチュエータであって、モータドライバ１１からの電力を受けて動作する。モータドライバ１１は、バス２８を介して適宜にＣＰＵ２４から与えられる焦点制御指令に応答して、前記のモータ３ｂを駆動するための電力を生成出力する。

ここで、レンズブロック３ａの焦点合わせとは、いわゆるオートフォーカスのことである。オートフォーカスとは、後述する撮像部１２によって構図確認用のフレーム画像信号（スルー画像とも言う。）が出力されているとき、撮影者のハーフシャッタ操作（シャッタキー１０の半押し操作）に応答して、そのスルー画像中の特定領域（たとえば、画像中心付近）の被写体に焦点が合うように、コントラスト検出法（特定領域内の画像のコントラストが最も得られたときに焦点合致と判定する方法）により、レンズブロック３ａ内のフォーカスレンズの光軸上の位置を前後に微調整することをいう。

なお、レンズ鏡筒３は、ズーム機能を有するものであってもよい。すなわち、ズームレンズと、そのズームレンズを動かすためのズームモータと、ズームモータ用のドライバを備えていてもよいが、本発明と直接の関連がないため、この実施形態では省略するものとする。

撮像部１２は、ＣＣＤなどの二次元撮像デバイスで構成されており、上述のレンズ鏡筒３の光軸上に配置され、このレンズ鏡筒３を介して結像する被写体の光学像に応じたアナログの撮像信号を出力する。垂直／水平ドライバ１５は、タイミングジェネレータ１６からのタイミング信号に応答して、この撮像部１２の撮像動作を制御するための各種信号（読み出し信号、垂直転送クロック、水平転送クロック等）を生成出力する。

ＣＤＳ／ＡＤＣ１３は、撮像部１２から出力される被写体の光学像に応じたアナログの撮像信号をデジタル信号に変換する回路であり、このＣＤＳ／ＡＤＣ１３は、入力された撮像信号を保持するＣＤＳと、ＡＥ（自動露出調整）処理等に伴って撮像信号を増幅するゲイン調整アンプ（ＡＧＣ）、増幅された撮像信号をデジタルの撮像信号に変換するＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）等から構成されている。

画像処理部１４は、ＣＤＳ／ＡＤＣ１３から出力されたデジタルの撮像信号に対して各種の画像処理（ガンマ処理等）を施す回路である。

表示部５は、所定アスペクト比（たとえば、１６：９）の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５ａとドライバ及びバックライト５ｂからなり、表示信号やドライバを駆動する駆動制御信号が入力されると、その表示信号に基づく画像をスルー画像として下位レイヤーに表示し、また、ＣＰＵ２４から出力されるメッセージやアイコンなどを上位レイヤーに表示する。

音声処理部２０は、ＣＰＵ２４から適宜に出力されるデジタルの音声信号をアナログの音声信号に変換してスピーカ２１に出力し、また、マイク２２で拾った周囲の音響信号をデジタルの音声信号に変換してＣＰＵ２４に出力する。

姿勢センサ２３は、デジタルカメラ１の撮影姿勢を検出するものであり、この撮影姿勢は、デジタルカメラ１を横に構えて撮影する“横撮り撮影姿勢”と、デジタルカメラ１を縦に構えて撮影する“縦撮り撮影姿勢”の二つである。このような横撮りと縦撮りの姿勢を区別して検出できる姿勢センサ２３としては、たとえば、重力センサを用いることができる。今、横撮り撮影を行っている際にデジタルカメラ１のボディ２に働く重力（地球の核に向かう力）の方向は、ボディ２の上面から下面に向かう方向になるが、撮影姿勢を縦撮りに変更した場合、この重力方向は、横撮り撮影時に対しておおよそ９０度変化することになる。このように、横撮りと縦撮りの各々で重力方向が異なるため、重力センサを用いて撮影姿勢を検出することができる。

キー入力部２５は、ボディ２の各部に配置された各種ボタン類（ズームキー６、ファンクションキー７、カーソルキー８、シャッタキー１０等）の操作信号を生成する回路である。

ＣＰＵ２４は、デジタルカメラ１の各部を統括制御するワンチップのマイクロコンピュータユニット（本明細書では単にコンピュータという）であり、このＣＰＵ２４は、予めフラッシュメモリ１９に格納されている制御プログラムをＳＤＲＡＭ１８に読み出し、このＳＤＲＡＭ１８の上で当該制御プログラムを実行することによってデジタルカメラ１の各部を制御し、撮像信号に含まれる輝度情報に基づいたＡＥ制御処理や、コントラスト検出方式によるオートフォーカス（ＡＦ）制御処理、及び、後述の撮影モード処理などを行う。

ＳＤＲＡＭ１８は、ＣＰＵ２４のワークメモリ（制御プログラムを実行するための作業領域）として機能すると共に、ＣＤＳ／ＡＤＣ１３から出力される画像信号を複数枚一時的に記憶するバッファメモリとしても機能する。

外部メモリ１７は、撮影済みの画像ファイルを記録保存するものである。この外部メモリ１７は、たとえば、メモリカードのような着脱できるものであってもよい。

電源部２７は、バッテリ２６からの電力を受けてデジタルカメラ１の各部の動作に必要な電源電圧を発生し、それらの各部に供給する。白抜き矢印２７ａは各部へ供給される電源電圧を示している。また、電源部２７は、図示を略しているが、商用電源の入力端子を備えており、必要に応じ、この商用電源からバッテリ２６を充電するための電力を生成する。

次に、撮像部１２の構成について説明する。
図３は、撮像部１２の構成を示す概念図であり、ここでは、ｎ列×ｍ行の画素配列を有するＣＣＤの構成を模式化して示している。この図に示すとおり、撮像部１２は、入射光量に応じた電荷を蓄積するｎ×ｍ個の光電変換素子（以下、画素２９）をマトリクス状に二次元配列するとともに、各列間に１本ずつ、全部でｎ本の垂直転送部（垂直ＣＣＤともいう。）３０を配置して撮像領域３１を形成し、さらに、撮像領域３１の図面に向かって下側に一つの水平転送部（水平ＣＣＤともいう。）３２を配置して構成する。なお、構成によっては、撮像領域３１を上下に二等分して各領域毎に１個の水平転送部を備え、各々の水平転送部を撮像領域３１の上下に配置するものもあるが、本明細書では説明の便宜上、図示のとおり、撮像領域３１の下側に一つの水平転送部（水平ＣＣＤともいう。）３２を配置しているものとする。

画素２９に蓄積された信号電荷は、垂直／水平ドライバ１５からの読み出し信号に応答して、隣接する垂直転送部３０に一斉に取り込まれ、垂直転送部３０の内部を、垂直／水平ドライバ１５からの垂直転送クロックに同期して図面の下方向に順次転送される。

すべての垂直転送部３０の出力端は水平転送部３２に接続されており、水平転送部３２には、垂直転送クロックに同期して１ライン分の信号電荷が順次に取り込まれる。水平転送部３２に取り込まれた信号電荷は、垂直／水平ドライバ１５からの水平転送クロックに同期して図面の左方向に順次転送され、水平転送部３２の出力端に到達した信号電荷は、同端に設けられた電荷検出部３３で電気信号に変換され、アンプ３４で増幅された後、端子３５からＣＣＤ出力として外部に取り出される。

図４は、撮像部１２に取り付けられる色フィルタ３６を示す図である。撮像部１２の桝目は各々１個の画素２９を含む画素であり、各画素は色フィルタ３６の桝目と一対一に対応している。色フィルタ３６の桝目はそれぞれ特定の色を有しており、色の選び方や配列の仕方によって様々なタイプのものが使用されている。

図５は、ベイヤー方式（又は緑市松方式）と呼ばれる色フィルタ３６の原理図である。この方式は、色信号と輝度信号のＳ／Ｎバランスがよく、被写体の明るさに依存せずに良好な色再現性が得られることから、広く用いられている方式である。この図において、Ｙは輝度情報を得るためのフィルタ、Ｃ１、Ｃ２は色情報を得るためのフィルタである。ベイヤー方式では、Ｙフィルタを市松状に配置するとともに、奇数ラインの隙間にＣ１フィルタを配置し、偶数ラインの隙間にＣ２ラインを配置する。Ｙフィルタを多く配置する理由は、人間の視覚上、色情報よりも輝度情報の方が画像の解像度や輪郭のシャープさをよく知覚するからである。

図６は、実際の色フィルタ３６の構成図であり、Ｒは赤色のフィルタ、Ｇは緑色のフィルタ、Ｂは青色のフィルタである。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）は光の三原色であり、特に、緑色は被写体の明るさをよく表すから、Ｇフィルタは輝度情報を得るためのフィルタとしても用いられる。すなわち、Ｇフィルタは図５のＹフィルタに相当し、ＲフィルタとＢフィルタは図５のＣ１、Ｃ２フィルタに相当する。

次に、デジタルカメラ１の動作について説明する。
図７は、撮影モード処理を実行するための制御プログラムのフローを示す図である。撮影モード処理とは、構図確認のためのスルー画像を表示部５に表示しながら、撮影者によるハーフシャッタ操作（シャッタキー１０の半押し操作）を検出すると、ＡＥ（自動露出調整）やＡＷＢ（自動ホワイトバランス調整）及びＡＦ（オートフォーカス）を行い、さらに、撮影者によるフルシャッタ操作（シャッタキー１０の全押し操作）を検出すると、その時点の撮影画像をＪＰＥＧファイルに変換して外部メモリ１７に記録保存するという一連の処理のことである。

この制御プログラムは、予めフラッシュメモリ１９に格納されたものであり、ＳＤＲＡＭ１８にロードされ、ＣＰＵ２４にて実行されるものである。

撮影モード処理を開始すると、ＣＰＵ２４は、まず、撮像部１２から周期的に出力されるフレーム画像（たとえば毎秒３０フレームの画像）を構図確認用のスルー画像として表示部５に出力（ステップＳ１）しながら、撮影者によるハーフシャッタ操作（シャッタキー１０の半押し操作）を待ち（ステップＳ２）、ハーフシャッタ操作が行われると、被写体の明るさを検出し（ステップＳ３）、所定の明るさ以下の暗所撮影であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

ここで、被写体の明るさとは、いわゆる被写体の露出のことである。この露出は、たとえば、スルー画像全体の平均輝度や、当該画像内の特定領域の平均輝度またはピンポイントの輝度から得られるが、つまり、スルー画像を用いて露出（被写体の明るさ）を測定できるが、これに限らず、独立した露出計を用いて測定しても構わないことはもちろんである。

ステップＳ４の判定結果がＮＯの場合、すなわち、被写体の明るさが充分である場合は、後述の画素加算処理を行うことなく、撮像部１２の画素情報を順次読み出す（ステップＳ５）。以下、この「画素情報の順次読み出し」を、「通常の読み出し」ということにする。

この「通常の読み出し」では、先の図３でも説明したとおり、画素２９に蓄積された信号電荷が、垂直／水平ドライバ１５からの読み出し信号に応答して、隣接する垂直転送部３０に一斉に取り込まれ、垂直転送部３０の内部を、垂直／水平ドライバ１５からの垂直転送クロックに同期して図面の下方向に順次転送される。そして、水平転送部３２に取り込まれた信号電荷が、垂直／水平ドライバ１５からの水平転送クロックに同期して図面の左方向に順次転送され、水平転送部３２の出力端に到達した信号電荷が、同端に設けられた電荷検出部３３で電気信号に変換され、アンプ３４で増幅された後、端子３５からＣＣＤ出力として外部に取り出される。

一方、ステップＳ４の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、被写体の明るさが所定の明るさ以下の暗所撮影であると判定された場合は、姿勢センサ２３の出力信号に基づいてデジタルカメラ１のボディ２の向きを調べ、撮影姿勢が“横向き”（つまり、横撮り撮影姿勢）であるか否かを判定する（ステップＳ７）。

そして、横撮り撮影姿勢であると判定された場合（ステップＳ７の判定結果がＹＥＳの場合）は、撮像部１２の画素配列のうち、水平成分の画素情報を全画素読み出しすると共に、垂直成分の画素情報を加算読み出し（ステップＳ８）する一方、横撮り撮影姿勢でないと判定された場合（ステップＳ７の判定結果がＮＯの場合）は、撮像部１２の画素配列のうち、垂直成分の画素情報を全画素読み出しすると共に、水平成分の画素情報を加算読み出する（ステップＳ９）。

つまり、撮影姿勢に応じて、ＡＦに必要な情報（コントラスト成分）が多い方向の画素情報については、全画素で読み出すると共に、コントラスト成分が少ない方向の画素情報については、画像を明るくするために加算読み出しを行う。これにより、暗所での撮影であっても精度の高いオートフォーカスを行うことができる。

その後、ステップＳ５、ステップＳ８またはステップＳ９に続けて、撮像部１２から読み出した画像からＡＦ評価値（コントラスト法を用いた評価値のこと。）を算出し（ステップＳ１０）、次いで、算出したＡＦ評価値に基づいてＡＦ処理（レンズブロック３ａ内のフォーカスレンズを動かしながら最も強いコントラストが得られるレンズ位置を見つけ出す自動的なフォーカス操作処理のこと。）を実行する（ステップＳ１１）。

このようにして、最も強いコントラストが得られるレンズ位置、つまり、フォーカス位置を見つけ出すと、たとえば、電子音やランプ表示等により、フォーカスが合致した旨を撮影者に告知し、この告知を受けた撮影者によるシャッタ操作（シャッタキー１０の全押し操作）を待つ（ステップＳ１２）。次いで、シャッタ操作が行われると、その時点で撮像部１２から出力される撮影画像をＪＰＥＧファイルに変換して外部メモリ１７に記録保存（ステップＳ１３）して、プログラムを終了する。

なお、ステップＳ４の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、被写体の明るさが所定の明るさ以下の暗所撮影であると判定された場合、本実施形態では、次のステップＳ６で、姿勢センサ２３の出力信号に基づいてデジタルカメラ１のボディ２の向きを調べているが、実用上は、このステップＳ４とステップＳ６の間に、撮影者に対してストロボの使用判断を促す処理を入れることが好ましい。このようにした場合は、ストロボの使用が禁止されているときや、撮影者の希望によりストロボを使用したくないときにのみ、次のステップＳ６（カメラの姿勢判定）に進むようにすればよい。

次に、本実施形態のポイントである「画素情報の加算読み出し」について説明する。前記のとおり、本実施形態では、被写体の明るさが所定の明るさ以下の暗所撮影であると判定された場合（ステップＳ４の判定結果がＹＥＳの場合）に「画素情報の加算読み出し」を行うようにしているが、この「画素情報の加算読み出し」は、横撮り撮影と縦撮り姿勢の各々において異なる。

図８は、撮影姿勢を示す図であり、（ａ）は被写体３７に対してデジタルカメラ１を横向きに構えた横撮り撮影姿勢を示し、（ｂ）は被写体３７に対してデジタルカメラ１を縦向きに構えた縦撮り撮影姿勢を示している。

横撮り撮影姿勢の場合、水平成分の画素情報を全画素読み出しすると共に、垂直成分の画素情報を加算読み出すが、縦撮り撮影姿勢の場合は、垂直成分の画素情報を全画素読み出しすると共に、水平成分の画素情報を加算読み出する点で相違する。つまり、画素情報の加算方向が異なる。なお、本実施形態における縦撮り姿勢時の水平成分及び垂直成分は、実際の縦撮り撮影時の水平、垂直方向ではなく、横撮り撮影時の水平、垂直方向に対応する成分である。つまり、実際の縦撮り撮影時の水平、垂直方向とは逆の方向である。

図９は、撮像部１２の模式図である。この図において、矩形状の升目は画素（光電変換素子）２９であり、各々の画素２９には、対応する色フィルタ（図４〜図６の色フィルタ３６参照）に合わせてＲ、Ｇ、Ｂの各色記号を付してある。ここに、Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青である。先にも説明したとおり、本実施形態の撮像部１２の色フィルタはベイヤー配列であり、図９に示すように、各列毎に上から下にＧ、Ｒ、Ｇ、・・・・、Ｂ、Ｒ、Ｂ、・・・・の並びになっている。列間には垂直転送部（垂直ＣＣＤともいう。）３０が配置されており、また、再下端には水平転送部（水平ＣＣＤともいう。）３２が配置され、その水平転送部３２の出力部にアンプ３４が接続されている。

このような構成の撮像部１２は、ステップＳ５の「通常の読み出し」において、画素２９に蓄積された信号電荷が垂直／水平ドライバ１５からの読み出し信号に応答して列単位に隣接する垂直転送部３０に一斉に取り込まれ、垂直転送部３０の内部を垂直／水平ドライバ１５からの垂直転送クロックに同期して図面の下方向に順次転送される。すべての垂直転送部３０の出力端は水平転送部３２に接続されており、水平転送部３２には、垂直転送クロックに同期して１ライン分の信号電荷が順次に取り込まれる。水平転送部３２に取り込まれた信号電荷は、垂直／水平ドライバ１５からの水平転送クロックに同期して図面の左方向に順次転送され、水平転送部３２の出力端に到達した信号電荷は、アンプ３４で増幅された後、撮像信号として外部に取り出される。

以上が、「通常の読み出し」の説明である。本実施形態では、これに加え、被写体の明るさが所定の明るさ以下の暗所撮影であると判定された場合（ステップＳ４の判定結果がＹＥＳの場合）に「画素情報の加算読み出し」を行い、且つ、その「画素情報の加算読み出し」が、横撮り撮影と縦撮り姿勢の各々において異なる点にポイントがある。

＜横撮り撮影時の画素加算＞
図１０は、横撮り撮影時の画素加算（垂直方向の画素加算）を示す概念図である。この図において、（ａ）は時点Ｔ１における画素読み出しの状態を示し、（ｂ）は時点Ｔ１に続く時点Ｔ２における画素読み出しの状態を示し、（ｃ）は時点Ｔ２に続く時点Ｔ３における画素読み出しの状態を示している。なお、これらの（ａ）〜（ｃ）は、撮像部１２を構成する一つの列の動作を概念化したものであり、画素２９の升目内に記載したＧ６、Ｒ６、Ｇ５、Ｒ５、・・・・、Ｇ１、Ｒ１はそれぞれその列の緑の第６番目、赤の第６番目、緑の第５番目、赤の第５番目、・・・・、緑の第１番目、赤の第１番目の各画素を便宜的に示し、また、その左側に上下に並ぶ横長矩形はそれぞれ垂直転送部３０の各転送素子を示す。

今、最初の時点Ｔ１では、Ｇ６、Ｒ６、Ｇ４、Ｒ４、Ｇ２、Ｒ２の各画素２９の信号電荷が垂直転送部３０に読み出されているが、次の時点Ｔ２においては、垂直転送部３０に読み出されたそれらの信号電荷（Ｇ６、Ｒ６、Ｇ４、Ｒ４、Ｇ２、Ｒ２）が２行分下方向に移動させられている。そして、三番目の時点Ｔ３において、新たに、Ｇ５、Ｒ５、Ｇ３、Ｒ３、Ｇ１、Ｒ１の各画素２９の信号電荷が垂直転送部３０に読み出され、先に読み出されていた信号電荷（Ｇ６、Ｒ６、Ｇ４、Ｒ４、Ｇ２、Ｒ２）と、今回読み出された信号電荷（Ｇ５、Ｒ５、Ｇ３、Ｒ３、Ｇ１、Ｒ１）が垂直転送部３０で加算され、結局、Ｇ６＋Ｇ５、Ｒ６＋Ｒ５、Ｇ４＋Ｇ３、Ｒ４＋Ｒ３、Ｇ２＋Ｇ１、Ｒ２＋Ｒ１という２画素の画素加算結果が得られる。そして、これらの画素加算結果は、水平転送部３２からアンプ３４を経由して画素単位に外部に出力される。

このように、横撮り撮影時の画素加算は、撮像部１２の画素配列のうち、水平成分の画素情報を全画素読み出しすると共に、垂直成分の画素情報を加算読み出すというものであるが、かかる「垂直成分の画素情報を加算読み出し」の手法は、たとえば、冒頭で説明した特許文献１に記載されているとおり、公知である。

しかしながら、一般的に被写体は、人物のように、横方向よりも縦方向の輪郭線を含むことが多い。よって、「垂直成分の画素情報を加算読み出し」だけでは、一般的な被写体を縦撮り撮影姿勢によって撮影すると、コントラスト成分が多い方向を画素加算し、コントラスト成分が少ない方向を全画素読み出ししてしまうため、画像を明るくすることはできるものの、コントラスト法を用いたオートフォーカス動作に支障を来すことがあった。

そこで、本実施形態では、横撮り撮影姿勢の場合には、図１０に示すような「垂直画素の加算」を行う一方、縦撮り撮影姿勢の場合には、以下に示すような「水平画素の加算」を行うようにし、これによって、撮影姿勢にかかわらず、常に暗所撮影の性能を向上させることができるようにしたものである。

＜縦撮り撮影時の画素加算＞
図１１は、縦撮り撮影時の画素加算（水平方向の画素加算）を示す概念図である。この図において、（ａ）は時点Ｔ１における画素読み出しの状態を示し、（ｂ）は時点Ｔ１に続く時点Ｔ２における画素読み出しの状態を示し、（ｃ）は時点Ｔ２に続く時点Ｔ３における画素読み出しの状態を示している。なお、これらの（ａ）〜（ｃ）は、撮像部１２を構成する一つの行の動作を概念化したものであり、画素２９の升目内に記載したＲａ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｇｂ、・・・・、Ｒｄ、Ｇｄはそれぞれその行の赤の第ａ番目、緑の第ａ番目、赤の第ｂ番目、緑の第ｂ番目、・・・・、赤の第ｄ番目、緑の第ｄ番目の各画素を便宜的に示し、また、その下側に左右に並ぶ横長矩形はそれぞれ水平転送部３２の各転送素子を示す。

今、最初の時点Ｔ１では、Ｒｂ、Ｇｂ、Ｒｄ、Ｇｄの各画素２９の信号電荷が水平転送部３２に読み出されているが、次の時点Ｔ２においては、水平転送部３２に読み出されたそれらの信号電荷（Ｒｂ、Ｇｂ、Ｒｄ、Ｇｄ）が２列分左方向に移動させられている。そして、三番目の時点Ｔ３において、新たに、Ｒａ、Ｇａ、Ｒｃ、Ｇｃの各画素２９の信号電荷が水平転送部３２に読み出され、先に読み出されていた信号電荷（Ｒｂ、Ｇｂ、Ｒｄ、Ｇｄ）と、今回読み出された信号電荷（Ｒａ、Ｇａ、Ｒｃ、Ｇｃ）が水平転送部３２で加算され、結局、Ｒｂ＋Ｒａ、Ｇｂ＋Ｇａ、Ｒｄ＋Ｒｃ、Ｇｄ＋Ｇｃという２画素の画素加算結果が得られる。そして、これらの画素加算結果は、水平転送部３２からアンプ３４を経由して画素単位に外部に出力される。

このように、縦撮り撮影時の画素加算は、撮像部１２の画素配列のうち、垂直成分の画素情報を全画素読み出しすると共に、水平成分の画素情報を加算読み出すというものであるから、冒頭で説明したように、一般的に多いとされる横撮り時に縦線を多く含む被写体を縦撮り撮影した場合にあっても、その被写体を高いコントラストで検出することができ、暗所撮影時におけるオートフォーカスの動作を支障無く行わせることができるという特有の効果が得られる。

このことを具体的に説明すると、前記の図１３において、一般的に多いとされる横撮り時に縦線を多く含む被写体を縦撮り撮影した場合、従来技術では、同図の（ｃ）に示すように、「垂直画素の加算」の方向１０１が複数の縦線１００と直交してしまうため、画像を明るくすることはできるものの、複数の縦線１００を高いコントラストで検出することができなくなるという不都合があった。しかしながら、本実施形態では、縦撮り撮影を行う際に、「垂直画素の加算」の代わりに「水平画素の加算」（図１１参照）を行うようにしたので、結局、横撮り時に縦線を多く含む被写体を縦撮り撮影した場合であっても、同図の（ｂ）に示すように、複数の縦線１００と「水平画素の加算」の方向１０１とを平行な関係とすることができるので、コントラスト成分の少ない方向の画素情報を、画像を明るくするために加算読み出しし、コントラストの強い方向の画素情報を全画素読み出しすることができる。これにより、複数の縦線１００を高いコントラストで検出することができるのである。

したがって、本実施形態によれば、撮影姿勢にかかわらず、暗所撮影時のオートフォーカス動作を支障無く行うことができるという特有の効果を得ることができる。

図１２は、前記の制御プログラム（図７参照）の要部変形例を示す図である。この図において、前記の制御プログラム（図７参照）との相違点は、前記の制御プログラムのステップＳ６（カメラの姿勢検出ステップ）の代わりに、スルー画像内の要部、たとえば、オートフォーカス枠（ＡＦ枠）内の垂直方向と水平方向の各々のコントラストを検出するステップＡ６ａと、どちらのコントラストが強いかを判定するステップＳ６ｂとを入れたことにある。

そして、ステップＳ６ｂの判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、「水平方向」のコントラストが強い場合には“縦線”を多く含む被写体であると判断して「水平成分の全画素読み出し、垂直成分の加算読み出し」（ステップＳ８）を行う一方、ステップＳ６ｂの判定結果がＮＯの場合、すなわち、「垂直方向」のコントラストが強い場合には“横線”を多く含む被写体であると判断して「垂直成分の全画素読み出し、水平成分の加算読み出し」（ステップＳ９）を行うようにしている。

このようにすると、実際の被写体に応じて「水平成分の全画素読み出し、垂直画素の加算」（ステップＳ８）と「垂直成分の全画素読み出し、水平画素の加算」（ステップＳ９）とを選択的に行うので、より実用に即したものとすることができる。つまり、実際の被写体が縦線を多く含む場合は「水平成分の全画素読み出し、垂直画素の加算」を行い、また、横線を多く含む場合は「垂直成分の全画素読み出し、水平画素の加算」を行うので、コントラスト成分の少ない方向の画素情報を画素加算に利用することで画像を明るくし、コントラスト成分の多い方向の画素情報を全画素読み出しするので、暗所での撮影であっても精度の高いコントラスト検出を行うことが出来る。被写体の違い及び撮影姿勢の違いにかかわらず、暗所撮影時のオートフォーカス動作を支障無く行うことができるという優れた効果を奏することができる。

なお、本実施形態および変形例においては、「水平成分の全画素読み出し、垂直画素の加算」又は「垂直成分の全画素読み出し、水平画素の加算」を行うようにしたが、これに限るものではなく、要はコントラスト法によるオートフォーカスの精度を向上させることができる画素情報の読み出し方法であればよい。
また、変形例においては、オートフォーカス枠（ＡＦ枠）内の垂直方向と水平方向の各々のコントラストを検出し、どちらのコントラストが強いかを判定するようにしたが、被写体を検出する被写体検出手段を備え、検出した被写体の垂直方向と水平方向の各々のコントラストを検出し、どちらのコントラストが強いかを判定するようにしてもよい。
また、オートフォーカス動作時だけでなく、記録用の画像においても水平又は垂直画素を加算読み出しするようにしてもよい。

１ デジタルカメラ
１２ 撮像部
２３ 姿勢センサ
２４ ＣＰＵ
２８ バス

Claims (6)

1. 複数の画素を垂直と水平方向に配列して構成された撮像部と、
   前記撮像部にて撮像された画像の垂直方向と水平方向の各々のコントラストを検出するコントラスト検出手段と、
   前記コントラスト検出手段による検出結果に応じて、前記撮像部からの前記複数の画素に対する画素情報の読み出し方法を制御する読み出し制御手段と、
   前記読み出し制御手段によって読み出された画素情報に基づいてコントラストＡＦ評価値を算出する算出手段と、
   前記算出手段による算出結果に応じてフォーカスレンズを制御するフォーカス手段と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記読み出し制御手段は、
   前記コントラスト検出手段による検出結果、水平方向よりも垂直方向のコントラストが強い場合は水平成分の前記複数の画素に対する画素情報を加算読み出しするよう制御する第１の加算読み出し制御手段と、
   前記コントラスト検出手段による検出結果、垂直方向よりも水平方向のコントラストが強い場合は垂直成分の前記複数の画素に対する画素情報を加算読み出しするよう制御する第２の加算読み出し制御手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記第１の加算読み出し制御手段は更に、垂直成分の前記複数の画素に対する画素情報を全画素読み出しするよう制御し、
   前記第２の加算読み出し制御手段は更に、水平成分の前記複数の画素に対する画素情報を全画素読み出しするよう制御することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 被写体の明るさが所定値以下であるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記読み出し制御手段は、前記判定手段によって被写体の明るさが所定値以下であると判定された場合に、前記コントラスト検出手段による検出結果に応じて前記画素情報の読み出し方法を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の撮像装置。
5. 複数の画素を垂直と水平方向に配列して構成された撮像部により撮像された画像から垂直方向と水平方向の各々のコントラストを検出する検出ステップと、
   前記検出ステップでの検出結果に応じて、前記撮像部からの前記複数の画素に対する画素情報の読み出し方法を制御する読み出し制御ステップと、
   前記読み出し制御ステップにて読み出された画素情報に基づいてコントラストＡＦ評価値を算出する算出ステップと、
   前記算出ステップでの算出結果に応じてフォーカスを制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とするオートフォーカス方法。
6. 複数の画素を垂直と水平方向に配列して構成された撮像部を有する撮像装置のコンピュータを、
   前記撮像部にて撮像された画像の垂直方向と水平方向の各々のコントラストを検出するコントラスト検出手段、
   前記コントラスト検出手段による検出結果に応じて、前記撮像部からの前記複数の画素に対する画素情報の読み出し方法を制御する読み出し制御手段、
   前記読み出し制御手段によって読み出された画素情報に基づいてコントラストＡＦ評価値を算出する算出手段、
   前記算出手段による算出結果に応じてフォーカスレンズを制御するフォーカス手段、
   として機能させることを特徴とするプログラム。
   

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