JP2005084424A - 撮像装置および撮像装置のフォーカス制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 合焦探索制御の再実行判定の精度を向上させ、合焦後の状況変化に対応して確実に合焦状態を維持できるようにする。
【解決手段】 撮像素子１０６の出力信号の高周波成分に基づいて、撮影光学系の焦点状態を表すフォーカス評価値信号を出力する第１の検出手段１１３と、フォーカス評価値信号とは異なる検出信号を出力する第２の検出手段１２６と、フォーカス評価値信号に基づいてフォーカスレンズの合焦位置を探索するようにフォーカスレンズの駆動を制御する合焦探索制御を行う制御手段１１４とを有する。そして、制御手段は、合焦探索制御を行った後に、第２の検出手段からの検出信号に基づいて合焦状態からのシフト状態を表すシフト情報を求め、該シフト情報とフォーカス評価値信号のうち少なくともシフト情報に基づいて合焦探索制御の再実行に関わる処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置におけるフォーカス制御に関するものである。

ビデオカメラのオートフォーカス（ＡＦ）は、いわゆるＴＶ−ＡＦ方式が主として用いられている。このＴＶ−ＡＦ方式では、被写体像を撮像素子等により光電変換して得られた映像信号から、バンドパスフィルタにより映像の鮮鋭度を表す高周波成分を抽出し、その値であるＡＦ評価値が最大となる位置を探索するようにフォーカスレンズを駆動制御する。図５に示すように、ＡＦ評価値が最大となる位置が合焦位置である。

このようにして合焦が得られた場合、そのときのＡＦ評価値は記憶される。そして、合焦後に取得したＡＦ評価値と記憶したＡＦ評価値とを比較（再起動判定）し、所定レベル以上の差があれば、ＴＶ−ＡＦによるＡＦ制御を再起動（再実行）する。

このように、ビデオカメラのＴＶ−ＡＦ方式では、ＡＦ制御の起動→再起動判定→ＡＦ制御の再起動→再起動判定を繰り返しながら、フォーカスレンズを駆動制御することにより、動画撮影中、ＡＦ評価値が常に最大になるように制御する。

また、ＡＦ方式には、外部測距センサを用いる外部測距方式がある。そのうち例えば、パッシブ方式では、被写体からの光束を２分割してそれぞれを２つの受光センサ（ラインセンサ）で受光し、２つのセンサからの信号の相関を演算する。そして、ラインセンサの何画素分のシフト量で相関が最大になるかを演算し、このシフト量に基づいて三角測量の原理で、測距情報を取得できる。また、アクティブ方式として、超音波センサを用い、超音波の伝搬速度から距離を測定する方式や、赤外線センサを用いて三角測量することにより距離を求める方式もある。

さらに、ＴＴＬ位相差検出方式と呼ばれるＡＦ方式もある。この位相差検出方式では、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、２分割した光束を一組の受光センサによりそれぞれ受光する。そして、その受光量に応じて出力される信号（位相差信号）のずれ量、すなわち光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで、撮影レンズのデフォーカス量を求め、該デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズの合焦位置への駆動量および駆動方向を直接求める。このように、位相差検出方式では、受光センサにより一度電荷の蓄積動作を行えば、フォーカスレンズの合焦位置への駆動量と駆動方向とが得られるので、高速な焦点調節が可能となっている。

ところで、前述した外部測距方式もしくは位相差検出方式と、ＴＶ−ＡＦ方式とを組み合わせてＡＦを行う方式が、特許文献１，２等において提案されている。これらは、外部測距方式又は位相差検出方式によって、フォーカスレンズの合焦位置までの駆動量と駆動方向を算出して合焦位置までフォーカスレンズを移動させ、ＴＶ−ＡＦ方式を用いてピント補正を行い、高精度に合焦を得る。
特開２００２−２５８１４７号公報（段落００８１〜００８３，０１０９〜０１１０等） 特開平５−６４０５６号公報（第４頁、図１等）

上述したように、ＴＶ−ＡＦ方式では、合焦状態になってからもＡＦ評価値の変動があると再起動される。このとき、ＡＦ評価値の差分が大きい場合も小さい場合も処理動作は同じである。したがって、被写体までの距離が大きく変わってしまった場合、合焦状態へと導くために長時間を要する場合がある。

また、被写体までの距離が変わっているが、ＡＦ評価値には差が生じていない場合、例えば、距離が変わった真の被写体とは異なる対象物に対して合焦している場合には、真の被写体に対するＴＶ−ＡＦの再起動が行われず、合焦状態を維持できないおそれがある。

本発明は、フォーカス評価値信号を用いて合焦位置探索を行うフォーカス制御（例えば、ＴＶ−ＡＦ方式）を行う場合に、合焦探索制御の再実行（再起動）判定の精度を向上させ、合焦後の状況変化に対応して確実に合焦状態を維持できるようにした撮像装置およびその制御方法を提供することを目的としている。

さらに、被写体までの距離が大きく変化した場合でも、合焦探索制御の再実行時に高速で合焦状態が得られるようにした撮像装置およびその制御方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明では、フォーカスレンズを含む撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、該撮像素子の出力信号の高周波成分に基づいて、撮影光学系の焦点状態を表すフォーカス評価値信号を出力する第１の検出手段と、フォーカス評価値信号とは異なる検出信号を出力する第２の検出手段と、フォーカス評価値信号に基づいてフォーカスレンズの合焦位置を探索するようにフォーカスレンズの駆動を制御する合焦探索制御を行う制御手段とを有する。そして、制御手段は、合焦探索制御を行った後に、第２の検出手段からの検出信号に基づいて合焦状態からのシフト状態を表すシフト情報を求め、該シフト情報とフォーカス評価値信号のうち少なくともシフト情報に基づいて合焦探索制御の再実行（再起動）に関わる処理を行う。

また、本発明では、フォーカスレンズを含む撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子を有する撮像装置のフォーカス制御方法において、撮像素子の出力信号の高周波成分に基づいて、撮影光学系の焦点状態を表すフォーカス評価値信号を生成するステップと、フォーカス評価値信号とは異なる検出信号を入力するステップと、フォーカス評価値信号に基づいてフォーカスレンズの合焦位置を探索するようにフォーカスレンズの駆動を制御する合焦探索制御を行うステップとを有する。さらに、合焦探索制御を行った後に、上記検出信号に基づいて合焦状態からのシフト状態を表す情報であるシフト情報を求めるステップと、該シフト情報とフォーカス評価値信号のうち少なくともシフト情報に基づいて合焦探索制御の再実行に関わる処理を行う処理ステップとを有する。

ここで、上記「処理」としては、少なくともシフト情報に基づいて合焦探索制御を再実行するか否かを決定する処理や、シフト情報に基づいて合焦探索制御を再実行する前に合焦駆動量制御（シフト情報に基づいてフォーカスレンズの合焦位置への駆動量を求め、該駆動量に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御すること）を行うか否かを決定する処理が挙げられる。また、フォーカス評価値信号に基づいて上記合焦駆動量制御におけるフォーカスレンズの駆動速度を制御する処理や、シフト情報に基づいて上記合焦駆動量制御におけるフォーカスレンズの駆動速度を制御する処理もある。

さらに、上記処理として、シフト情報におけるシフト方向を表す情報に基づいて合焦探索制御の再実行時におけるフォーカスレンズの駆動開始方向を制御する処理もある。

なお、第２の検出手段としては、例えば、被写体までの距離を検出するための検出信号を出力するものや、撮影光学系を通った光を分割して受光することにより該撮影光学系の焦点状態に応じた位相差信号を出力するものを用いることができる。

ここで、「合焦状態からのシフト状態を表すシフト情報」としては、フォーカスレンズの合焦位置に対する実際位置の差および方向に関する情報や、位相差検出方式に用いられる受光センサから出力される信号の位相差情報や、その位相差信号から得られる撮影光学系のデフォーカス量および方向に関する情報等、合焦状態からのずれ（シフト）に関する情報を用いることができる。

これらの発明によれば、少なくとも、フォーカス評価値信号とは異なる検出信号（被写体距離に応じた信号や位相差信号等）に基づいて得たシフト情報を参照して合焦探索制御（ＴＶ−ＡＦ制御）の再実行に関わる各種処理を行うので、従来、合焦探索制御だけでは対処できなかったような状況変化が生じても、正確に合焦状態を維持することができる。

具体的には、シフト情報に基づいて合焦探索制御を再実行するか否かを決定することにより、従来の再実行（再起動）判定では再起動が行われなかった状況でも合焦探索制御を再実行させることができる。

また、シフト情報に基づいて合焦探索制御を再実行する前に合焦駆動量制御を行うか否かを決定することにより、被写体までの距離が大きく変化したような場合でも、まず高速で合焦位置近傍までフォーカスレンズを移動させ、その後の合焦探索制御の再実行により合焦位置に移動させるので、短時間で精度の高い合焦状態を得ることができる。

また、フォーカス評価値信号やシフト情報に基づいて上記合焦駆動量制御におけるフォーカスレンズの駆動速度を制御することにより、フォーカスレンズを駆動すべき量に適した速度でのフォーカスレンズ駆動を行うことができる。したがって、小さな駆動量を駆動する際にフォーカスレンズを高速駆動することにより合焦位置に対する行き過ぎが発生（つまりは、ぼけが発生）したり、大きな駆動量を低速で駆動することにより合焦までに長時間を要するといった不都合を回避することができる。

さらに、シフト情報におけるシフト方向を表す情報に基づいて合焦探索制御の再実行時におけるフォーカスレンズの駆動開始方向を制御することにより、再実行時の初期においてフォーカスレンズの駆動方向を誤ることがなくなり、より短時間で合焦状態を得ることができる。

（前提技術）
本発明の実施例を説明する前に、本発明の前提技術であるＴＶ−ＡＦ（合焦探索制御）の概要について説明する。図６には、ＴＶ−ＡＦの制御フローチャートを示している。

図６において、ＴＶ−ＡＦ制御を開始すると（ステップ〈図では、Ｓｔｅｐと記す〉３０１）、まず、フォーカスレンズ１０５を微小駆動する（ステップ３０２）。「微小駆動」とは、フォーカスレンズを無限遠方向と至近方向とに所定微小量で往復駆動することにより、ＡＦ評価信号の変化（ＡＦ評価信号の増加）を見て合焦位置が存在するであろう方向を検出するための制御である。この微小駆動において、合焦方向であろうと判別された方向が、所定回数連続して同一となったときに、該方向を合焦位置の方向として判別をする。また、フォーカスレンズが所定回数同一エリアで往復を繰り返したときには、そのエリアを合焦位置として判定する。この場合には、後述する再起動判定処理に移行する。

次に、ステップ３０３では、上記微小駆動により合焦判定されたか否かを確認する。合焦判定されていれば、次にステップ３０４で、微小駆動により合焦方向判別がなされたか否かを確認する。

合焦方向判別がなされていなければ、ステップ３０２に戻って再度、微小駆動を行う。一方、合焦方向判別がなされていれば、ステップ３０５に進んで山登り駆動を開始する。

ここで、「山登り駆動」では、上述した微小駆動による方向判別結果を基に、ＡＦ評価値が大きくなっていく方向に所定駆動量ずつフォーカスレンズを駆動していく。そして、ステップ３０６で、ＡＦ評価値がピークを越えたか否かを判別する。すなわち、それまで増加していったＡＦ評価値が低下したか否かを判別する。

ＡＦ評価値がピークを越えたと判別したときは、ステップ３０７に進み、ピークを越えたと判別されないときはステップ３０５に戻って山登り駆動を続行する。

ステップ３０７では、フォーカスレンズがＡＦ評価値が最大（ピーク）となる位置を所定駆動量分超えているため、該所定駆動量分、フォーカスレンズをこれまでと反対方向に戻す。そして、ステップ３０８で、再度ＡＦ評価値がピークに達したか否かを判別する。その結果、ピークに達していない場合は、ステップ３０７に戻り、ＡＦ評価値のピークに戻す動作を継続する。ピークに達した場合、ここが合焦位置となる。

こうして合焦位置が確定されると、ステップ３０２に戻り、フォーカスレンズを微小駆動して、次の動画フレームにおける合焦位置をサーチする。

一方、ステップ３０３にて、合焦判別がなされたと判別すると、フォーカスレンズ１０５を停止し（ステップ３１３）、合焦した際のＡＦ評価値を不図示のメモリに記憶する（ステップ３０９）。そして、これ以後、再起動判定の処理を行う。

再起動判定処理では、まずステップ３１０で、今回（最新）のＡＦ評価値を取り込む。そして、ステップ３１１で、メモリに記憶した前回のＡＦ評価値とステップ３１０で取得した今回のＡＦ評価値との差（変動量）を求め、該変動量が所定値より大きければ、ＴＶ−ＡＦを再度実行（再起動）するため、ステップ３０２に戻り、微小駆動を開始して新たな合焦位置を検索していく。

ＡＦ評価値の変動量が所定値以下であるときは、合焦状態が維持されているものとして、フォーカスレンズを停止した状態に維持し（ステップ３１１）、ステップ３１０に戻ってさらに新たなＡＦ評価値を取り込む。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例であるビデオカメラ（撮像装置）の構成を示している。なお、本実施例では、撮影レンズ一体型のビデオカメラについて説明するが、本発明は、撮影レンズの装着が可能なビデオカメラにも適用できる。この場合、後述するカメラ／ＡＦマイクロコンピュータで生成された制御信号が、撮影レンズ内のマイクロコンピュータに通信され、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータは、該レンズマイクロコンピュータを介してフォーカスレンズユニットの駆動を制御する。また、本実施例では、ビデオカメラについて説明するが、本発明は、デジタルスチルカメラ等、各種撮像装置にも適用できる。このことは、後述する実施例２でも同様である。

図１において、１０１は第１固定レンズユニット、１０２は変倍を行うレンズユニット（以下、ズームレンズユニットという）、１０３は絞り、１０４は第２固定レンズユニット、１０５は焦点調節機能と変倍による像面移動を補正するいわゆるコンペンセータ機能とを兼ね備えたレンズユニット（以下、フォーカスレンズユニットという）である。これらレンズユニットにより構成される撮影光学系は、物体側（図の左側）から順に、正、負、正、正の光学パワーを有する４つのレンズユニットで構成されたリアフォーカス光学系である。なお、図中には、各レンズユニットが１枚のレンズにより構成されているように記載されているが、実際には、１枚のレンズにより構成されていてもよいし、複数枚のレンズにより構成されていてもよい。

ズームレンズ１０２およびフォーカスレンズ１０５はそれぞれ、ズームモータ１１０およびフォーカシングモータ１１１により光軸方向（図の左右方向）に駆動される。

被写体からの入射光は、レンズユニットおよび絞り１０１〜１０５を通って撮像素子１０６上に結像する。撮像素子１０６は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの光電変換素子であり、撮像面上に形成された被写体像を電気信号に変換する。撮像素子１０６から出力された電気信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７によりサンプリングされてゲイン調整され、カメラ信号処理回路１０８に入力される。

カメラ信号処理回路１０８は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７から入力された信号に所定の処理を施して、記録ユニット１０９およびモニタユニット１１５での記録および表示に適した映像信号を生成する。記録ユニット１０９は、入力された映像信号を記録媒体（磁気テープ、光学ディスク、半導体メモリなど）に記録する。モニタユニット１１５は、入力された映像信号に基づいて電子ビューファインダーや液晶パネルなどのディスプレイに被写体映像を表示する。

一方、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７の映像信号出力は、ＡＦゲート１１２にも出力される。ＡＦゲート１１２では、全画面に相当する映像信号のうちフォーカス制御に用いられる画面範囲の信号を選択してＡＦ信号処理回路（第１の検出手段）１１３に出力する。ここで、フォーカス制御に用いられる画面範囲は任意に設定可能であり、複数の範囲を設定してもよい。

ＡＦ信号処理回路１１３は、入力された映像信号から、ＴＶ−ＡＦ方式によるフォーカス制御に用いる高周波成分や該高周波信号から生成した輝度差成分（映像信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分）などのＡＦ評価値信号（フォーカス評価値信号）を抽出し、これをカメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４に出力する。ＡＦ評価値信号は、撮像素子１０６からの出力信号に基づく映像の鮮鋭度を表すものであるが、鮮鋭度は撮影光学系の焦点状態によって変化するので、結果的に撮影光学系の焦点状態を表す信号となる。

カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、ＡＦ評価値が最大レベル（最大値又はその近傍の値）となるフォーカスレンズユニット１０５の位置（合焦位置）を検索（サーチ）するように、フォーカシングモータ１１１に制御信号を出力してフォーカスレンズユニット１０５を微小量ずつ駆動させる。このフォーカス制御が、「ＴＶ−ＡＦ制御」（合焦探索制御）である。

カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、ビデオカメラ全体の制御を司る。前述したＡＦ信号処理回路１１３の出力および後述する外部測距ユニット（第２の検出手段）１２６の出力は、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４に入力され、ＡＦ制御の演算に用いられる。カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、その演算結果に応じて、前述したフォーカシングモータ１１１に制御信号を出力し、フォーカスレンズユニット１０５を駆動させる。

外部測距ユニット１２６は、外測式、すなわち撮影光学系（撮影レンズ）を通ってきた光を使用せずに被写体までの距離を計測し、距離に応じた信号を出力するタイプのセンサである。外部測距ユニット１２６としては、パッシブ方式の距離センサを使用することができる。このパッシブ方式の測距方式では、被写体からの光束を２分割し、これら２分割した光束を一組のラインセンサにそれぞれ受光させる。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで、三角測量方法によって被写体までの距離を求める。

三角測距による距離演算の原理図をそれぞれ図７および図８に示す。図７において、２０１は被写体、２０２は第１の光路用の結像レンズ、２０３は第１の光路用のラインセンサ、２０４は第２の光路用の結像レンズ、２０５は第２の光路用のラインセンサである。両ラインセンサ２０３，２０４は基線長Ｂだけ離れて設置されている。被写体２０１からの光のうち、結像レンズ２０２によって第１の光路を通った光がラインセンサ２０３上に結像し、結像レンズ２０４によって第２の光路を通った光がラインセンサ２０５上に結像する。ここで、第１と第２の光路を通って結像した２つの被写体像を受けたラインセンサ２０３，２０５から読み出した信号の例を示したものが図８である。２つのラインセンサは基線長Ｂだけ離れているため、図７から分かるように、被写体像信号は画素数Ｘだけずれたものとなる。そこで２つの信号Ｓ１，Ｓ２の相関を、画素をずらしながら演算し、相関が最大になる画素ずらし量を求めることでＸが演算できる。このＸと基線長Ｂ、および結像用レンズ２０２，２０４の焦点距離ｆより、三角測量の原理で被写体までの距離Ｌが、 Ｌ＝Ｂ×ｆ／Ｘ
により求められる。

また、このようなパッシブ方式での測距方式のほか、アクティブ方式の測距方式として、超音波センサを用いて測定した超音波の伝搬速度から距離を求める方式や、コンパクトカメラでよく使用される、被写体に投光した赤外線を用いた三角測距方式などがある。但し、本発明における検出手段（第２の検出手段）はこれらの測距方式に限られるものではない。

カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、このように外部測距ユニット１２６からの検出信号によって検出又は測定された被写体までの距離情報と、撮影光学系の焦点距離情報（ズームレンズユニット１０２の位置を検出する不図示の位置センサからの出力又はズームモータ１１０の基準位置からの駆動パルスカウント値から得ることができる）とに基づいて、合焦を得るためのフォーカスレンズユニット１０５の位置を演算し、あるいはテーブルデータから読み出し、その合焦位置に対する現在のフォーカスレンズユニット１０５の位置（フォーカスレンズユニット１０５の位置を検出する不図示の位置センサからの出力又はフォーカシングモータ１１１の基準位置からの駆動パルスカウント値から得ることができる）の差分および方向を演算する。この位置の差分および方向の演算結果が、本発明にいうシフト情報に相当する。

なお、上記位置の差分および方向の演算結果（シフト情報）から、フォーカスレンズユニット１０５を合焦位置に駆動するための駆動量および駆動方向が得られる。そして、この駆動量と駆動方向に応じてフォーカスレンズユニット１０５を駆動する制御方式をここでは「合焦駆動量制御」という。

次に、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４で行われるＴＶ−ＡＦ制御について図３および図４を用いて詳しく説明する。なお、図３および図４において、同じ丸囲み符号が負つれた部分は互いにつながっている。また、前提技術で説明したステップと同一のステップについては、同一符号を付した上で簡単に説明する。

図３において、ステップ３０１で制御動作を開始すると、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、「微小駆動」を行い、この微小駆動において合焦判定されたか否か（ステップ３０２）および合焦方向が判別されたか否か（ステップ３０４）を判別する。合焦判定はなされないが、方向判別がなされた場合、「山登り駆動」を行い（ステップ３０５）、ＡＦ評価値がピークとなる位置（合焦位置）にフォーカスレンズユニット１０５を駆動する（ステップ３０６〜３０８）。そして、ステップ３０２に戻り、ステップ３０２３で合焦判定されたと判別すると、ステップ３０１２に進んでフォーカスレンズユニット１０５を停止して、ＴＶ−ＡＦ制御の１回目の動作を終わる。

次に、ＴＶ−ＡＦ制御の再起動（再実行）をするか否かを判定するために、ステップ３０９において、１回目のＴＶ−ＡＦ制御において合焦した際のＡＦ評価値（ピーク値）を不図示のメモリに記憶する。そして、これ以後、後述する再起動判定・設定処理を行う。

図４には、再起動判定・設定処理の内容を示す。まず、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、外部測距ユニット１２６からの検出信号に基づいて被写体までの距離情報を取得する（ステップ８２０）。そして、ステップ８２１においては、前述したように、該距離情報に基づいてフォーカスレンズユニット１０５の合焦位置を演算し、さらに、該合焦位置に対するフォーカスレンズユニット１０５の現在位置（実際の位置）のずれ量（シフト量）、および現在位置から見て合焦方向がどの方向にあるかを示すずれ方向（シフト方向）を含むシフト情報を演算する。

次に、ステップ３１０では、今回（最新）のＡＦ評価値を取り込む。

次に、ステップ８２２では、ステップ８２１で得たシフト情報中のずれ量が、第１の所定値より大きいか否かを判別する。ここで、「第１の所定値」は、その後に判別するＡＦ評価値の変動量の大きさにかかわらずＴＶ−ＡＦ制御の再起動が必要となる、すなわち明らかに合焦状態に対するピントずれが発生しているとみなせるずれ量の最小値に対応した値である。

フォーカスレンズユニット１０５の合焦位置からのずれ量が第１の所定値よりも大きいということは、それだけで現在のフォーカスレンズユニット１０５の位置は合焦位置からある程度の量ずれてしまっていることを表す。この場合、ＴＶ−ＡＦ制御による合焦位置探索では、合焦判別までに長時間を要してしまう可能性がある。そこで、本実施例では、このような場合には、ＴＶ−ＡＦ制御の再起動に先立って、前述した「合焦駆動量制御」を行う。

但し、被写体までの距離は変化しているが、現状の映像にはぼけが発生していない（ＡＦ評価値の変動量が少ない）と判別される状況もある。例えば、距離が変わった真の被写体とは異なる対象物に対して合焦している場合である。しかし、このような場合でも、被写体距離が変わっているため、正確な合焦位置であるとは考えられないので、正確な合焦位置にフォーカスレンズユニット１０５を移動させる必要がある。但し、この場合、フォーカスレンズユニット１０５をあまり高速で移動させると、映像が大きくボケてしまうおそれがあるので、駆動速度を比較的低速に設定する方がよい。

そこで、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、ステップ８２２でずれ量が第１の所定値より大きいと判別したときは、まずステップ３１１に進み、先にメモリに記憶した前回のＡＦ評価値とステップ３１０で取得した今回のＡＦ評価値との差（変動量）を求め、該変動量が第２の所定値より大きいか否かを判別する。ここで、「第２の所定値」は、ＴＶ−ＡＦ制御において合焦範囲とみなせるＡＦ評価値変動量のうち最大値に設定される。

ＡＦ評価値の変動量が第２の所定値より大きいときは、ステップ８２３に進む。フォーカスレンズユニット１０５の合焦位置からのずれ量が第１の所定値よりも大きく、かつＡＦ評価値の変動量が第２の所定値より大きい場合には、現在のフォーカスレンズユニット１０５の位置では、撮影光学系の焦点状態が合焦状態から大きくずれてしまっている。つまり、フォーカスレンズユニット１０５を比較的大きな量、移動させる必要がある。このため、合焦位置近傍まで高速でフォーカスレンズユニット１０５を駆動するために、ステップ８２３において、「合焦駆動量制御」におけるフォーカスレンズユニット１０５の駆動速度（つまりはフォーカシングモータ１１１の駆動速度）を、設定可能な速度範囲のうち最大速度と所定の中間速度との間の速度（第１の駆動速度）に設定する。このときの駆動速度の設定は、ステップ８２１において求められたずれ量の大きさに応じて、すなわち、ずれ量が大きいほど高い速度が設定されるようにする。また、常に最大速度が設定されるようにしてもよい。

一方、ステップ３１１で、ＡＦ評価値の変動量が第２の所定値以下の場合は、ステップ８２４に進み、「合焦駆動量制御」におけるフォーカスレンズユニット１０５の駆動速度を、設定可能な速度範囲のうち上記所定の中間速度よりも遅い速度（第２の駆動速度）に設定する。つまり、ゆっくりとフォーカスレンズユニット１０５を駆動することにより、映像が大きくボケてしまうのを防ぎながら正確な合焦位置へと移動させる。

そして、ステップ８２３，８２４で駆動速度が設定されると、ステップ８２５に進み、シフト情報におけるずれ量からフォーカスレンズユニット１０５の合焦位置までの駆動量を演算し（又はテーブルデータから読み出し）、フォーカスレンズユニット１０５を、該演算された駆動量分、シフト情報中のずれ方向と同じ方向に駆動する（ステップ８２６）。これにより、フォーカスレンズユニット１０５は、ＴＶ−ＡＦによって探索すべき合焦位置の近くに移動する。

その後、図３のステップ３０２に進み、ＴＶ−ＡＦの「微小駆動」および「山登り駆動」を再度実行（再起動）する。これにより、フォーカスレンズユニット１０５の新たな（正確な）合焦位置への高速移動を可能とする。

また、ステップ８２２において、シフト情報中のずれ量が第１の所定値以下であるときは、ステップ８３０に進み、ＡＦ評価値の変動量が上記第２の所定値よりも大きいか否かを判別する。

ＡＦ評価値の変動量が第２の所定値よりも大きいと判別したときは、上記「合焦駆動量制御」を行わずにただちにＴＶ−ＡＦを再起動するが、その前にステップ８３１において、シフト情報中のずれ方向（現在位置に対する合焦位置の方向）が至近側か否かを判別する。至近側であれば、ステップ８３２に進み、ＴＶ−ＡＦの「微小駆動」におけるフォーカスレンズユニット１０５の駆動開始方向を至近側に設定する。ずれ方向が無限遠側であれば、「微小駆動」におけるフォーカスレンズユニット１０５の駆動開始方向を無限遠側に設定する。

これにより、ＴＶ−ＡＦの再起動における「微小駆動」において、フォーカスレンズユニット１０５が一時的に間違った方向に駆動されることがなくなり、目的の合焦位置へ少しでも短時間でフォーカスレンズユニット１０５を移動させることが可能となる。

一方、ステップ８３０で、ＡＦ評価値の変動量が第２の所定値以下のとき（シフト情報中のずれ量が第１の所定値以下で、かつＡＦ評価値の変動量が上記第２の所定値以下のとき）は、正確な合焦位置が維持されているものとして、ステップ８３４に進み、ＴＶ−ＡＦの再起動は行わずに（つまりは再起動を禁止して）、ステップ８２０に戻り、再起動判定の処理を繰り返す。

図２は、本発明の実施例２であるビデオカメラ（撮像装置）のシステム構成を示すブロック図である。本実施例において、上記実施例１と共通する構成要素については、実施例１と同符号を付して説明に代える。

実施例１では、第２の検出手段として、外部測距ユニット１２６を用いた場合について説明したが、本実施例においては、ＴＴＬ（内測）位相差検出ユニットを採用した場合について説明する。

本実施例の撮影光学系は、物体側（図の左側）から順に配置された、第１固定レンズユニット１０１、ズームレンズユニット１０２、フォーカスレンズユニット１０５、絞り１０３および結像レンズユニット１２０により構成されている。これらレンズユニットにより構成される撮影光学系は、物体側から順に、正、負、負、正の光学パワーを有する４つのレンズユニットで構成されたリアフォーカス光学系である。なお、図中には、各レンズユニットが１枚のレンズにより構成されているように記載されているが、実際には、１枚のレンズにより構成されていてもよいし、複数枚のレンズにより構成されていてもよい。

また、１２１は、フォーカスレンズユニット１３３と絞り１０３との間に配置され、オートフォーカスのための光分割を行い、一方の分割光を、サブミラー１２２を介して後述する位相差検出ユニットに導くハーフプリズムである。

位相差検出ユニットは、サブミラー１２１からの光束を結像させるＡＦ結像レンズ１２３と、位相差検出方式のための一対のラインセンサ（ＡＦセンサ）１２４を備えたＡＦ回路１２５とにより構成されている。

カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、ＡＦ回路１２５を介して、一対のＡＦセンサ１２４上に結像した２像のずれ量を示す位相差信号から、シフト情報としての撮影光学系のピントずれ量（デフォーカス量）およびピントずれ方向（デフォーカス方向）を算出する。

なお、このような構成のビデオカメラでは、絞り１０３は、動画撮影中に実際に動作中であるため、絞り１０３の手前でハーフプリズム１２１により撮影光学系に入射した光束を分割する必要がある。

本実施例においては、実施例１で説明したのと同様なアルゴリズムを用いて、ＴＶ−ＡＦの再起動判定処理を行うことができる。すなわち、図４のステップ８２２、８２５および８３１で用いるシフト情報（ステップ８２１で演算するシフト情報）を、外部測距ユニット１２６の出力信号に基づいて演算されたフォーカスレンズユニット１０５の合焦位置に対するずれ量およびずれ方向に代えて、位相差信号に基づいて演算されたデフォーカス量およびデフォーカス方向を用いる。

なお、上記各実施例において、図３のステップ８３０でＡＦ評価値の変動量判定を行う場合に、ＡＦ評価値の変動量の大きさに応じて、「微小駆動」時の駆動速度を変化させるようにしてもよい。このとき、ＡＦ評価値の変動量の第２の所定値を超えている量が大きい場合には、駆動速度を高く、該超えている量が小さい場合は、駆動速度を遅く設定するとよい。これにより、ＴＶ−ＡＦの再起動により、フォーカスレンズユニット１０５を合焦位置へすばやく移動させることができる。
また、ステップ８２２において、シフト情報中のずれ量が第１の所定値以下であるときには、被写体距離の変化が少ないため、合焦位置からのずれは少ないと判断される。このため、ステップ８３０での判定しきい値である第２の所定値を小さく設定し、ＡＦ評価値の変動差を判断材料としてより顕著に見ることも可能である。これにより、合焦精度の向上が可能となる。

また、実施例１においては、焦点距離毎に、被写体距離に対するフォーカスレンズユニット１０５の位置を、実施例２においては、焦点距離毎にピントずれ量（デフォーカス量）に対するフォーカスレンズユニット１０５の移動量を、それぞれマイクロコンピュータ１１４外に設けられた外部メモリやマイクロコンピュータ１１４内に設けられた内部メモリ領域に記憶させておくことも可能である。これにより、フォーカスレンズユニット１０５の駆動量を求めるステップ８２５において、記憶されたデータを読み出すだけでよいので、演算式を用いて演算を行う場合に比べて処理動作を早めることが可能である。

さらに、ステップ８２２でのフォーカスレンズユニット１０５の合焦位置に対するずれ量の判定において、焦点深度を基準とした関係で表すことも可能である。この場合、予め焦点距離および絞り値毎に、ずれ量もしくは位相差と焦点深度との関係を、外部メモリや内部メモリ領域に記憶させておくことも可能である。これにより、合焦か否かの判定処理の速度が向上する。また、それほど大きなぼけが発生していないのに、フォーカスレンズユニット１０５を大きく駆動する等、誤った動作をしてしまうことを防止することができる。この場合、焦点距離が短いと焦点深度が浅くなるので、少しのずれ量でぼけが発生し、焦点距離が長いと焦点深度が深くなるので、少しのずれ量ではぼけは発生しない。

以上説明したように、上記各実施例によれば、ＴＶ−ＡＦにおける合焦時からの再起動処理において、外測距離検出方式もしくは位相差検出方式によって得た合焦状態からのシフト情報と、ＡＦ評価値との２つの判断材料を用いることにより、再起動の判定を確実に行うことができる。

そして、再起動が必要な場合において、外測距離検出方式もしくは位相差検出方式により得たずれ量（シフト情報）が第１の所定値より大きく、かつＡＦ評価値の変動量が第２の所定値より大きい場合は、そのずれ量に基づいて、ＴＶ−ＡＦの再起動に先立って行われる合焦駆動量制御におけるフォーカスレンズユニット１０５の駆動速度を設定する。これにより、その後に行われるＴＶ−ＡＦまでの時間を短縮することができるとともに、より正確な合焦位置を得ることができる。また、外測距離検出方式もしくは位相差検出方式により得たずれ量が第１の所定値より大きく、かつＡＦ評価値の変動量が第２の所定値より小さい場合には、合焦駆動量制御におけるフォーカスレンズユニット１０５の駆動速度を遅くして、ぼけの発生を抑えつつ合焦位置へ移動させることにより、ピント状態の安定性を向上させることができるとともに、より正確な合焦位置へのレンズ駆動が可能である。

さらに、外測距離検出方式もしくは位相差検出方式により得たずれ量が第１の所定値より小さく、かつＡＦ評価値の変動量が第２の所定値より大きい場合は、外測距離検出方式もしくは位相差検出方式により得たずれ方向に応じて、再起動されたＴＶ−ＡＦ（微小駆動）におけるフォーカスレンズユニット１０５の駆動開始方向を設定することにより、フォーカスレンズユニット１０５の合焦位置へ向けた正しい動き出しが可能となる。この場合に、ＡＦ評価値の変動量の大きさに応じて、微小駆動における駆動速度を変化させることにより、よりスピーディな再起動処理を行うことができる。

本発明の実施例１であるビデオカメラのシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２であるビデオカメラのシステム構成を示すブロック図である。 実施例１におけるＴＶ−ＡＦの制御アルゴリズムを示すフローチャートである。 実施例１におけるＴＶ−ＡＦの再起動判定・設定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 ＴＶ−ＡＦ方式によるオートフォーカスの原理を示すグラフである。 従来のＴＶ−ＡＦの再起動処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 三角測量の原理図である。 相関演算の原理図である。

符号の説明

１０２ ズームレンズユニット
１０３ 絞り
１０６ ＣＣＤ
１０５ フォーカスレンズユニット
１１０ ズームモータ
１１１ フォーカシングモータ
１１２ ＡＦゲート
１１３ ＡＦ信号処理
１１４ カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ
１２１ ハーフプリズム
１２４ ＡＦセンサ
１２６ 外部測距ユニット

Claims (32)

1. フォーカスレンズを含む撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、
   該撮像素子の出力信号の高周波成分に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を表すフォーカス評価値信号を出力する第１の検出手段と、
   前記フォーカス評価値信号とは異なる検出信号を出力する第２の検出手段と、
   前記フォーカス評価値信号に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置を探索するように前記フォーカスレンズの駆動を制御する合焦探索制御を行う制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記合焦探索制御を行った後に、前記第２の検出手段からの検出信号に基づいて合焦状態からのシフト状態を表すシフト情報を求め、該シフト情報と前記フォーカス評価値信号のうち少なくとも前記シフト情報に基づいて前記合焦探索制御の再実行に関わる処理を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記処理として、少なくとも前記シフト情報に基づいて前記合焦探索制御を再実行するか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が第１の所定値より大きいときは前記合焦探索制御を再実行することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が第１の所定値より小さく、かつ前記フォーカス評価値信号の変動量が第２の所定値より大きいときは前記合焦探索制御を再実行し、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が前記第１の所定値より小さく、かつ前記フォーカス評価値信号の変動量が前記第２の所定値より小さいときは前記合焦探索制御の再実行を禁止することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記シフト情報に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置への駆動量を求め、該駆動量に基づいて該フォーカスレンズの駆動を制御する合焦駆動量制御を行うことも可能であり、
   前記処理として、前記シフト情報に基づいて、前記合焦探索制御を再実行する前に前記合焦駆動量制御を行うか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が第１の所定値より大きいときに、前記合焦探索制御の再実行前に前記合焦駆動量制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記フォーカス評価値信号に基づいて、前記合焦駆動量制御における前記フォーカスレンズの駆動速度を制御することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記フォーカス評価値信号の変動量が第２の所定値より大きいときは、前記フォーカスレンズの駆動速度を第１の駆動速度に設定し、前記フォーカス評価値信号の変動量が前記第２の所定値より小さいときは、前記フォーカスレンズの駆動速度を前記第１の駆動速度よりも低い第２の駆動速度に設定することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記シフト情報に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置への駆動量を求め、該駆動量に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する合焦駆動量制御を行うことも可能であり、かつ前記合焦探索制御の前に前記合焦駆動量制御を行い、
   前記処理として、前記シフト情報に基づいて前記合焦駆動量制御における前記フォーカスレンズの駆動速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
10. 前記制御手段は、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が大きいほど前記合焦駆動量制御における前記フォーカスレンズの駆動速度を高く設定することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記制御手段は、前記処理として、前記シフト情報におけるシフト方向を表す情報に基づいて前記合焦探索制御の再実行時における前記フォーカスレンズの駆動開始方向を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
12. 前記制御手段は、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が第１の所定値より小さく、かつ前記フォーカス評価値信号の変動量が第２の所定値より大きいときに、前記フォーカスレンズの駆動開始方向を制御することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
13. 前記制御手段は、前記フォーカス評価値信号の変動量に応じて、前記合焦探索制御における前記フォーカスレンズの駆動速度を制御することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の撮像装置。
14. 前記制御手段は、前記撮影光学系の焦点深度に関する情報に応じて前記第１の所定値を変更することを特徴とする請求項３，４，６又は１２に記載の撮像装置。
15. 前記第２の検出手段は、被写体までの距離を検出するための検出信号を出力することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載の撮像装置。
16. 前記第２の検出手段は、前記撮影光学系を通った光を分割して受光することにより、前記撮影光学系の焦点状態に応じた位相差信号を出力することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載の撮像装置。
17. フォーカスレンズを含む撮影光学系により形成された被写体像を光電変換する撮像素子を有する撮像装置のフォーカス制御方法であって、
    前記撮像素子の出力信号の高周波成分に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を表すフォーカス評価値信号を生成するステップと、
    前記フォーカス評価値信号とは異なる検出信号を入力するステップと、
    前記フォーカス評価値信号に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置を探索するように前記フォーカスレンズの駆動を制御する合焦探索制御を行うステップと、
    前記合焦探索制御を行った後に、前記検出信号に基づいて合焦状態からのシフト状態を表す情報であるシフト情報を求めるステップと、
    該シフト情報と前記フォーカス評価値信号のうち少なくとも前記シフト情報に基づいて前記合焦探索制御の再実行に関わる処理を行う処理ステップとを有することを特徴とする撮像装置のフォーカス制御方法。
18. 前記処理ステップは、少なくとも前記シフト情報に基づいて前記合焦探索制御を再実行するか否かを決定することを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
19. 前記処理ステップにおいて、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が第１の所定値より大きいときに前記合焦探索制御を再実行することを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
20. 前記処理ステップにおいて、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が第１の所定値より小さく、かつ前記フォーカス評価値信号の変動量が第２の所定値より大きいときは前記合焦探索制御を再実行し、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が前記第１の所定値より小さく、かつ前記フォーカス評価値信号の変動量が前記第２の所定値より小さいときは前記合焦探索制御の再実行を禁止することを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
21. 前記シフト情報に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置への駆動量を求め、該駆動量に基づいて該フォーカスレンズの駆動を制御する合焦駆動量制御ステップを有し、
    前記処理ステップにおいて、前記シフト情報に基づいて、前記合焦探索制御を再実行する前に前記合焦駆動量制御を行うか否かを決定することを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
22. 前記処理ステップにおいて、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が第１の所定値より大きいときに、前記合焦探索制御の再実行前に前記合焦駆動量制御を行うことを特徴とする請求項２１に記載の撮像装置のフォーカス制御方法置。
23. 前記処理ステップにおいて、前記フォーカス評価値信号に基づいて、前記合焦駆動量制御における前記フォーカスレンズの駆動速度を制御することを特徴とする請求項２２に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
24. 前記処理ステップにおいて、前記フォーカス評価値信号の変動量が第２の所定値より大きいときは、前記フォーカスレンズの駆動速度を第１の駆動速度に設定し、前記フォーカス評価値信号の変動量が前記第２の所定値より小さいときは、前記フォーカスレンズの駆動速度を前記第１の駆動速度よりも低い第２の駆動速度に設定することを特徴とする請求項２３に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
25. 前記処理ステップにおいて、前記シフト情報に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置への駆動量を求め、該駆動量に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する合焦駆動量制御を前記合焦探索制御の前に行い、
    前記処理として、前記シフト情報に基づいて前記合焦駆動量制御における前記フォーカスレンズの駆動速度を制御することを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
26. 前記処理ステップにおいて、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が大きいほど前記合焦駆動量制御における前記フォーカスレンズの駆動速度を高く設定することを特徴とする請求項２５に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
27. 前記処理ステップにおいて、前記処理として、前記シフト情報におけるシフト方向を表す情報に基づいて前記合焦探索制御の再実行時における前記フォーカスレンズの駆動開始方向を制御することを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
28. 前記処理ステップにおいて、前記シフト情報におけるシフト量を表す値が第１の所定値より小さく、かつ前記フォーカス評価値信号の変動量が第２の所定値より大きいときに、前記フォーカスレンズの駆動開始方向を制御することを特徴とする請求項２７に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
29. 前記処理ステップにおいて、前記フォーカス評価値信号の変動量に応じて、前記合焦探索制御における前記フォーカスレンズの駆動速度を制御することを特徴とする請求項２７又は２８に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
30. 前記処理ステップにおいて、前記撮影光学系の焦点深度に関する情報に応じて前記第１の所定値を変更することを特徴とする請求項１９，２０，２２又は２８に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
31. 前記検出信号は、被写体までの距離を検出するための信号であることを特徴とする請求項１７から３０のいずれか１つに記載の撮像装置の制御方法。
32. 前記検出信号は、前記撮影光学系を通った光を分割して受光した受光センサから出力される、前記撮影光学系の焦点状態に応じた位相差信号であることを特徴とする請求項１７から３０のいずれか１つに記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
    
    
    

Images