JP2005084426A - 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】 ＡＦ制御の高精度化と違和感のあるピント変化の発生を抑える。
【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フォーカス評価信号を出力する第１の検出手段１１３と、フォーカス評価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、フォーカス評価信号に基づいてフォーカスレンズ１０５の合焦位置を探索するためにフォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御、および上記検出信号に基づいてフォーカスレンズの合焦位置又は駆動量を求めてフォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行う制御手段１１４とを有する。制御手段は、第１のフォーカス制御によってフォーカスレンズの合焦位置を検出できなかったときに、第２のフォーカス制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置に関するものである。

近年、ビデオカメラのオートフォーカス制御は、撮像素子によって被写体像を光電変換して得られた映像信号中より映像の鮮鋭度を検出してこれをＡＦ評価値とし、このＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズの位置を検索するよう制御する、いわゆるＴＶ−ＡＦ方式が主流である。

ＴＶ―ＡＦ方式のＡＦ評価値としては、一般にある帯域のバンドパスフィルターによって映像信号から抽出された高周波成分を用いている。ＡＦ評価値は、通常の被写体像を撮影した場合、図２のように合焦点（合焦位置）に近づくにしたがって大きくなり、そのレベルが最大になる点が合焦点となる。

また、他のＡＦ方式としては、内測（ＴＴＬ）位相差検出方式がある。内測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、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、撮影レンズのピントずれ量（デフォーカス量）を直接求める。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行えば、フォーカスレンズを駆動すべき量と方向が得られ、高速な焦点調節動作が可能となっている。

また、同じ位相差検出方式でも、撮影レンズを通過した光を用いない、外測位相差検出方式がある。外測位相差検出方式では、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。

その他、外測式センサを用いるＡＦ方式としては、超音波センサを用いて超音波の伝搬速度から被写体までの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方式等もある。

さらに、これら各ＡＦ方式を組み合わせたハイブリッドＡＦ方式もある。ハイブリッドＡＦ方式では、例えば、内測位相差検出方式で合焦点の近傍までフォーカスレンズを駆動した後、ＴＶ−ＡＦ方式でさらに高精度にフォーカスレンズを合焦位置に駆動する（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−６４０５６号公報（第４頁、図１）

しかしながら、上記ハイブリッドＡＦ方式では次のような不都合があった。すなわち、ハイブリッドＡＦ方式で、最終的なＡＦ制御をＴＶ−ＡＦ方式で行うのは、ＴＶ−ＡＦ方式の方が一般に高精度に合焦位置を検索できるためである。逆に言えば、ＴＶ−ＡＦ方式以外のＡＦ方式は、ＴＶ−ＡＦ方式に比べて合焦精度が低い。

このため、はじめにＴＶ−ＡＦ方式以外のＡＦ方式でフォーカスレンズを駆動すると、ＴＶ−ＡＦ方式で得られるはずの合焦位置をフォーカスレンズが乗り越えてしまう（通り越してしまう）場合がある。したがって、撮影されている映像を見ていると、一旦ジャストピント状態になった後に若干のぼけが発生し、その後ＴＶ−ＡＦ方式でＡＦを行うことによって再びジャストピント状態に近づくという、違和感のあるピント変化を持つ映像が撮影されてしまうことになる。

本発明は、上記のような違和感のあるピント変化の発生をできるだけ抑えることができるようにした撮像装置およびそのフォーカス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、本発明の撮像装置は、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フォーカス評価信号を出力する第１の検出手段と、フォーカス評価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ためにフォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御、および上記検出信号に基づいてフォーカスレンズの合焦位置又は駆動量を求めてフォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行う制御手段とを有する。そして、制御手段は、第１のフォーカス制御によって合焦状態が得られなかったときに、第２のフォーカス制御を行うようにしている。

また、本発明のフォーカス制御方法は、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信号を生成するステップと、フォーカス評価信号とは異なる検出信号を生成するステップと、フォーカス評価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ためにフォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御ステップと、上記検出信号に基づいてフォーカスレンズの合焦位置又は駆動量を求めてフォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御ステップとを有する。そして、第１のフォーカス制御ステップによって合焦状態が得られなかったときに、第２のフォーカス制御ステップを行うようにしている。

ここで、「合焦状態が得られなかった」とは、合焦位置を検索したが最終的に合焦位置の特定（確定）ができなかった場合、合焦判定がされなかった場合、探索そのものができなかった場合等を含む。

なお、上記第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ものであってもよいし、撮像素子の出力信号に基づいて撮影光学系のデフォーカス量を検出するための検出信号を出力するものであってもよい。

さらに、１回目の第１のフォーカス制御（ステップ）によってフォーカスレンズの合焦位置を検出できなかったときに、第２のフォーカス制御（ステップ）を行い、その後、２回目の第１のフォーカス制御（ステップ）を行うようにしてもよい。特に、この場合において、２回目の第１のフォーカス制御を行うときに、１回目の第１のフォーカス制御とは制御特性を変更して行うようにするとよい。

本発明によれば、第１のフォーカス制御（ステップ）、例えばＴＶ−ＡＦ方式でフォーカスレンズの合焦位置検出が可能であるときには、この第１のフォーカス制御によって焦点調節を行い、第２のフォーカス制御（ステップ）は行わないので、先に説明したフォーカスレンズのジャストピント位置の乗り越えの発生が回避できる。したがって、常に第２のフォーカス制御を行う場合に比べて、違和感のあるピント変化が発生する機会も少なくなる。その一方、第１のフォーカス制御では合焦位置の検出ができなかったときには、第２のフォーカス制御を行うので、第１のフォーカス制御でしか焦点調節を行えない場合に比べて、合焦可能な被写体の範囲を拡大することができる。

特に、第２の検出手段として被写体までの距離を検出するもの（例えば、外測距離検出方式）を用いることにより、ＴＶ−ＡＦ方式と同様に受光センサ（ないし撮像素子）における受光像のコントラストに対する依存性が高い方式（例えば、内測式位相差検出方式）を用いる場合に比べて、合焦可能な被写体の範囲拡大効果がより高い。

また、第２のフォーカス制御の後に、２回目の第１のフォーカス制御を行うようにすれば、１回目の第１のフォーカス制御時とはフォーカス評価信号の様子が変化する等の理由により、高精度の合焦が得られる効果が期待できる。特に、２回目の第１のフォーカス制御を行うときに、１回目の第１のフォーカス制御とは制御特性を変更することにより、２回目の第１のフォーカス制御によって高精度の合焦が得られる可能性をさらに高めることができる。

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。この制御方式が、いわゆる「ＴＶ−ＡＦ方式」（第１のフォーカス制御）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。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、本発明における距離検出手段（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（制御値）を演算し、あるいはテーブルデータから読み出し、その位置にフォーカスレンズユニット１０５を駆動する。なお、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（制御値）を求めてもよい。そして、この制御方式をここでは「外測距離検出方式」（第２のフォーカス制御）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ＡＦ制御について図３〜７を用いて詳しく説明する。まず、図３を用いてＡＦ動作全体について説明する。

ビデオカメラの電源が投入され、又はＡＦスイッチがオンされることにより、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、Ｓｔｅｐ３０１で処理を開始する。

次に、Ｓｔｅｐ３０２では、フォーカスレンズユニット１０５の微小駆動を行い、合焦か否か、合焦でないならばどちらの駆動方向に合焦点（合焦位置）があるかを判別する。上記微小駆動については、後に図４を用いて説明する。

次に、Ｓｔｅｐ３０３においては、ＡＦ信号処理回路１１３からＡＦ評価値を示す信号（フォーカス評価信号）を読み込み、このＡＦ評価値が所定の閾値より小さいか否かを判定する。小さければＳｔｅｐ３０４へ進み、大きい場合はＳｔｅｐ３０５へ進む。

Ｓｔｅｐ３０４では、ＡＦ評価値が小さい場合にはフォーカスレンズユニット１０５を合焦に向けて駆動すべき方向を判別するのが困難であり、また方向判別に時間を要して応答性が悪くなるので、直ちに山登り駆動へ移行することになる。このため、本Ｓｔｅｐでは、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）を基準として合焦位置が存在する可能性が高い方向を山登り方向と設定する。具体的には、現在のフォーカスレンズユニット１０５の位置が合焦位置に対して無限遠側であれば山登り方向は至近方向、合焦位置に対して至近側であれば山登り方向は無限遠方向である。

なお、ここにいう閾値は、映像信号によっては被写体像が判別できなくなるくらいぼけたときのＡＦ評価値の値を参考に決めればよい。そして、Ｓｔｅｐ３０７へ進む。

Ｓｔｅｐ３０５においては、Ｓｔｅｐ３０２の微小駆動によって合焦判定ができたかどうかを判別する。合焦判別できた場合（後述する合焦判別フラグが１の場合）はＳｔｅｐ３１５へ進み、合焦・再起動判定処理を行い、合焦判定ができていない場合（後述する合焦判別フラグが０の場合）はＳｔｅｐ３０６へ進む。

Ｓｔｅｐ３０６においては、Ｓｔｅｐ３０２での微小駆動によって方向判別ができたかどうかを判別する。方向判別できた場合（後述する方向判別フラグが１の場合）はＳｔｅｐ３０７へ進み、山登り駆動を行う。方向判別ができていない場合（後述する方向判別フラグが０の場合）は、Ｓｔｅｐ３０２へ戻り、微小駆動を継続する。

Ｓｔｅｐ３０７では、所定の速度でフォーカスレンズユニット１０５を山登り駆動する。この山登り駆動については、後に図６を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ３０８では、Ｓｔｅｐ３０７の山登り駆動中に、予め決められた条件のもとで、合焦できない（合焦状態が得られない）と判定されたかどうかを判別する。合焦できないと判定されたときはＳｔｅｐ３１２へ進む。

ここで、合焦できないと判定する条件としては、フォーカスレンズユニット１０５を無限遠端から至近端までの全ストロークをサーチしたが合焦判定が得られないことや、全ストローク中の所定の割合以上（一部）をサーチしたが合焦判定が得られないこと等である。さらに、このような合焦判定が得られない理由としては、低照度下での撮影時や低コントラストの被写体の撮影時等、フォーカスレンズユニット１０５を山登り駆動しても映像信号から得られるＡＦ評価値にほとんど変化がなかったり、ＡＦ評価値信号のＳ／Ｎ比が劣化したりする場合が挙げられる。

Ｓｔｅｐ３０８で合焦できないと判定されていなければ、Ｓｔｅｐ３０９において、Ｓｔｅｐ３０７での山登り駆動でＡＦ評価値がピーク（最大値：図２の合焦点における値）を越えたかどうかを判別する。ピークを越えたと判別した場合はＳｔｅｐ３１０へ進む。ピークを越えていないと判別した場合はＳｔｅｐ３０７へ戻って山登り駆動を継続する。

Ｓｔｅｐ３１０では、山登り駆動中のＡＦ評価値がピークとなる位置（合焦点）にフォーカスレンズユニット１０５を戻すようにフォーカシングモータ１１１に制御信号を出力する。

Ｓｔｅｐ３１１においては、ＡＦ評価値がピークとなる位置（もしくはその近傍）にフォーカスレンズユニット１０５が戻ったかどうかを判別する。ピークに戻っている場合にはＳｔｅｐ３０２へ戻って再び微小駆動を行い、ピークに戻っていない場合はＳｔｅｐ３１０へ戻ってピークに戻す動作を継続する。

以下は、本発明の特徴点である。Ｓｔｅｐ３０８で合焦できないと判定した場合、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、Ｓｔｅｐ３１２へ進み、外部測距ユニット１２６からの信号により検出した距離情報（外部測距情報）に基づいて前述した演算等を行い、フォーカスレンズユニット１０５を合焦位置に駆動するようにフォーカシングモータ１１１に制御信号を出力する。すなわち、ＴＶ−ＡＦ方式（第１のフォーカス制御）では合焦が得られないときの外部距離検出方式（第２のフォーカス制御）によるフォーカスレンズユニット１０５の駆動を行う。

次に、Ｓｔｅｐ３１３では、フォーカスレンズユニット１０５が合焦位置に到達したかどうかを、合焦位置の情報とフォーカスレンズユニット１０５の位置検出結果とを比較することにより判別する（駆動量が演算された場合は、その駆動量に相当する分駆動されたか否かを判別する）。到達していればＳｔｅｐ３１４へ進み、まだ到達していなければＳｔｅｐ３１２へ戻って合焦位置へのフォーカスレンズユニット１０５の駆動を続ける。

Ｓｔｅｐ３１４では、この後Ｓｔｅｐ３０３で開始される２回目のＴＶ−ＡＦで使う閾値を、すでに行った１回目のＴＶ−ＡＦで用いた閾値よりも小さくする。これにより、後述するように、ＴＶ−ＡＦにおける制御特性が変更される。

すなわち、Ｓｔｅｐ３０３での処理により、２回目のＴＶ−ＡＦでは山登り駆動が行われないようにしてＳｔｅｐ３０２へ戻り、フォーカスレンズユニット１０５の微小駆動を行う。このように、１回目のＴＶ−ＡＦでは合焦が得られなかった場合でも、外測距離検出方式によりフォーカスレンズユニット１０５を合焦位置（近く）まで移動させた後に、制御特性を変更した（微小駆動のみ行うようにした）２回目のＴＶ−ＡＦで合焦位置を探索することにより、合焦位置を検出しやすくなり、低照度下にある被写体や低コントラストの被写体等、１回目のＴＶ−ＡＦに比べて幅広い被写体に対して高精度な合焦を得ることができる。

次に、Ｓｔｅｐ３１５からの合焦・再起動判定処理について説明する。

Ｓｔｅｐ３０５で合焦判定された場合、Ｓｔｅｐ３１５では、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、ＴＶ−ＡＦの微小駆動で検出された合焦位置にフォーカスレンズユニット１０５を駆動するようフォーカシングモータ１１に制御信号を出力する。

Ｓｔｅｐ３１６では、フォーカスレンズユニット１０５が合焦位置に移動したかどうかを判別する。移動していればＳｔｅｐ３１７へ進み、移動していなければＳｔｅｐ３１５へ戻る。

Ｓｔｅｐ３１７では、合焦位置におけるＡＦ評価値を、不図示のメモリに保持する。

次に、Ｓｔｅｐ３１８では、Ｓｔｅｐ３０３で用いる閾値を、上記１回目のＴＶ−ＡＦで用いた値に戻す。

次に、Ｓｔｅｐ３１９では、この時点での（最新の）ＡＦ評価値を取り込む。

さらに、Ｓｔｅｐ３２０では、Ｓｔｅｐ３１７で保持したＡＦ評価値と最新のＡＦ評価値とを比較し、ＡＦ評価値の変動が所定量より大きいか否かを判定する。ＡＦ評価値が所定量より大きく変動していればＳｔｅｐ３０２へ進み、フォーカスレンズユニット１０５の微小駆動を再開する。ＡＦ評価値が所定量まで変動していなければ、Ｓｔｅｐ３２１へ進む。

そして、Ｓｔｅｐ３２１では、フォーカスレンズユニット１０５を停止させ、Ｓｔｅｐ３１９へ戻り、合焦・再起動判定処理を継続する。

次に、上述したＳｔｅｐ３０２で行われるフォーカスレンズユニット微小駆動について図４を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ４０１で、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４はこの処理を開始する。次に、Ｓｔｅｐ４０２では、現在のＭｏｄｅが０か否かを判別する。０であればＳｔｅｐ４０３へ進んで後述する、フォーカスレンズユニット１０５が、微小駆動において、無限遠側にあると判断されるような場合の処理を行う。一方、至近側にあると判断されるような場合には、Ｓｔｅｐ４１１へ進む。
（フォーカスレンズユニット１０５が至近側に位置するときの処理）
Ｓｔｅｐ４０３では、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、ＡＦ評価値処理回路１１３からＡＦ評価値を取り込む。このＡＦ評価値は、後述するＭｏｄｅ＝２で無限側にフォーカスレンズユニット１０５が位置している時に撮像素子１０６に蓄積された電荷から作られた映像信号に基づいたものになる。

次にＳｔｅｐ４０４では、Ｓｔｅｐ４０３で取り込んだＡＦ評価値を、不図示のメモリに無限側ＡＦ評価値として保存する。

次に、Ｓｔｅｐ４０５においては、合焦方向と判別された方向が、所定回数連続して同一か否かを判別し、そうであればＳｔｅｐ４０７へ進み、そうでなればＳｔｅｐ４０６へ進む。

次に、Ｓｔｅｐ４０６においては、フォーカスレンズユニット１０５が所定回数同一エリア（つまりは、合焦位置の近傍）で往復を繰り返していれるか否かを判別する。そうであればＳｔｅｐ４０８へ進み、そうでなければＳｔｅｐ４０９へ進み、Ｍｏｄｅを加算（４以上になった場合は０に戻す）してＳｔｅｐ４０２へ戻る。

Ｓｔｅｐ４０７では、方向判別ができたとして（方向判別フラグに１を立て）、Ｓｔｅｐ４１０へ進み、処理を終了して山登り駆動へ移行する。

Ｓｔｅｐ４０８では、合焦判定できたとして（合焦判別フラグに１を立て）、Ｓｔｅｐ４１０へ進み、処理を終了して再起動判定へ移行する。

Ｓｔｅｐ４１１では、現在のＭｏｄｅが１か否かを判別する。１であればＳｔｅｐ４１２へ進み、後述するフォーカスレンズユニット１０５を無限遠側に駆動する処理を行い、そうでなければＳｔｅｐ４１７へ進む。

（フォーカスレンズユニット１０５を無限遠側に駆動する処理）
Ｓｔｅｐ４１２では、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、微小駆動における振動振幅、中心移動振幅を演算する。ここでは詳しく述べないが、焦点深度を基準に、深度が浅い時は振幅を小さく、深度が深いときは振幅を大きくするのが一般的である。

Ｓｔｅｐ４１３では、前述したＭｏｄｅ＝０における無限遠側ＡＦ評価値と、後述するＭｏｄｅ＝３における至近側ＡＦ評価値とを比較する。無限遠側ＡＦ評価値が至近側ＡＦ評価値よりも大きければＳｔｅｐ４１４へ進み、無限遠側ＡＦ評価値が至近側ＡＦ評価値以下であれば、Ｓｔｅｐ４１５へ進む。

Ｓｔｅｐ４１４では、駆動振幅を、振動振幅＋中心移動振幅に設定する。

また、Ｓｔｅｐ４１５では、駆動振幅を、振動振幅に設定する。

Ｓｔｅｐ４１６では、フォーカスレンズユニット１０５を無限遠方向へＳｔｅｐ４１４あるいはＳｔｅｐ４１５で決められた振幅で駆動するようフォーカシングモータ１１１に制御信号を出力する。そして、前述したＳｔｅｐ４０５以降の処理に移行する。

Ｓｔｅｐ４１７では、現在のＭｏｄｅが２か否かを判別する。２であればＳｔｅｐ４１８へ進み、後述する、フォーカスレンズユニット１０５が、微小駆動において無限遠側にあると判断するような場合の処理を行う。一方、至近側にあると判断するような場合であればＳｔｅｐ４２０へ進む。
（フォーカスレンズユニット１０５が無限遠側に位置する場合の処理）
Ｓｔｅｐ４１８では、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、ＡＦ評価値処理回路からＡＦ評価値を取り込む。このＡＦ評価値は、前述したＭｏｄｅ＝０のときに至近側にフォーカスレンズユニット１０５が位置する場合に撮像素子１０６に蓄積された電荷から作られた映像信号に基づくものである。

Ｓｔｅｐ４１９では、Ｓｔｅｐ４１８で取り込んだＡＦ評価値を至近側ＡＦ評価値として不図示のメモリに保存する。そして、前述したＳｔｅｐ４０５以降の処理に進む。

（フォーカスレンズユニット１０５を至近側に駆動する処理）
Ｓｔｅｐ４２０では、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、フォーカスレンズユニット１０５の微小駆動における振動振幅、中心移動振幅を演算する。ここでは詳しく述べないが、被写体深度を基準に、深度が浅い時は振幅を小さく、深度が深いときは振幅を大きくするのが一般的である。

Ｓｔｅｐ４２１では、前述したＭｏｄｅ＝０における無限遠側ＡＦ評価値と前述したＭｏｄｅ＝３における至近側ＡＦ評価値とを比較する。至近側ＡＦ評価値が無限遠側ＡＦ評価値よりも大きければＳｔｅｐ４２２へ進み、至近側ＡＦ評価値が無限遠ＡＦ評価値以下であるときはＳｔｅｐ４２３へ進む。

Ｓｔｅｐ４２２では、駆動振幅を、振動振幅＋中心移動振幅に設定する。

Ｓｔｅｐ４２３では、駆動振幅を、振動振幅に設定する。

次に、Ｓｔｅｐ４２４では、フォーカスレンズユニット１０５を無限遠方向へＳｔｅｐ４２２あるいはＳｔｅｐ４２３で決められた振幅で駆動するようフォーカシングモータ１１１に制御信号を出力する。そして、前述したＳｔｅｐ４０５以降の処理に移行する。

上記フォーカスレンズ動作の時間経過を示したのが図５である。ここで、横軸は時間を、縦軸はフォーカスレンズユニット１０５の位置を示す。また、図の上部に示されたパルス波形のうち下に向かう凸部は、映像信号の垂直同期信号を表している。

図５において、Ａの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷（斜線楕円で示す）に対するＡＦ評価値ＥＶＡが時刻ＴＡで取り込まれ、Ｂの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷（斜線楕円で示す）に対するＡＦ評価値ＥＶＢが時刻ＴＢで取り込まれる。時刻ＴＣ では、ＡＦ評価値ＥＶＡ、ＥＶＢを比較し、ＥＶＢ＞ＥＶＡであれば振動中心を移動させ（駆動振幅＝振動振幅＋中心移動振幅）。一方、ＥＶＡ＞ＥＶＢであれば、振動中心を移動させない（駆動振幅＝振動振幅）。

次に、フォーカスレンズユニット１０５の山登り駆動について図６を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ６０１において、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４はこの処理を開始する。

Ｓｔｅｐ６０２では、ＡＦ評価値処理回路１１３からＡＦ評価値を取り込む。

次に、Ｓｔｅｐ６０３では、Ｓｔｅｐ６０２で取り込んだＡＦ評価値が前回のＡＦ評価値より所定量小さいどうかを判別する。小さくなければＳｔｅｐ６０４へ進み、小さければＳｔｅｐ６１０へ進む。ここで、所定量とは、ＡＦ評価値のＳ／Ｎ比を考慮して決められる値であり、被写体を固定し、フォーカスレンズユニット１０５の位置が一定でのＡＦ評価値の変動幅以上の値とする。このようにしないと、ＡＦ評価値の変動の影響を受け、正しい方向に山登り駆動できない。

Ｓｔｅｐ６０４では、フォーカスレンズユニット１０５が無限遠端に達した否かを判定する。無限遠端とは、設計上決められたフォーカスレンズユニット１０５のストロークのうち最も無限遠寄りの位置である。無限遠端に達していればＳｔｅｐ６０８へ進む。達していなければＳｔｅｐ６０５へ進む。

Ｓｔｅｐ６０５では、フォーカスレンズユニット１０５が至近端に達しているかどうか判定する。至近端とは、設計上決められたフォーカスレンズユニット１０５のストロークのうち最も至近寄りの位置である。至近端に達していればＳｔｅｐ６０９へ進む。達していなければＳｔｅｐ６０６へ進む。

Ｓｔｅｐ６０８では、無限遠端であることを示すフラグをセットし、Ｓｔｅｐ６０９では、至近端であることを示すフラグをセットして、いずれからもＳｔｅｐ６１１へ進む。Ｓｔｅｐ６１１では、フォーカスレンズユニット１０５が上記フラグにより示される端とは反対方向に山登り駆動を続けるようフォーカシングモータ１１１に制御信号を出力する。

Ｓｔｅｐ６０６では、フォーカスレンズユニット１０５を、前回と同じ方向（順方向）に所定の速度でを山登り駆動するようフォーカシングモータ１１１に制御信号を出力する。そして、Ｓｔｅｐ６０７へ進み、今回の処理を終了する。

Ｓｔｅｐ６１０においては、ＡＦ評価値がピークを越えて減ったかどうかを判別する。ＡＦ評価値がピークを越えて減っていなければＳｔｅｐ６１１へ進む。ＡＦ評価値がピークを越えて減っていればＳｔｅｐ６０７へ進み、処理を終了して微小駆動へ移行する。

Ｓｔｅｐ６１１では、フォーカスレンズユニット１０５が前回と逆方向に所定の一定速度で山登り駆動するようフォーカシングモータ１１１に制御信号を出力する。そして、Ｓｔｅｐ６０７へ進み、今回の処理を終了する。

以上の山登り駆動時のフォーカスレンズユニット１０５の動きを示したのが、図７である。縦軸はＡＦ評価値を、横軸はフォーカスレンズユニット１０５の位置を示す。ここで、矢印Ａは、ＡＦ評価値がピークを越えて減少している場合を示し、合焦点を越えたとして山登り駆動を終了し、微小駆動に移行する、一方、矢印Ｂは、ＡＦ評価値がピークを越えずに減少しているので、方向を間違えたものとして駆動方向を反転し、山登り駆動作を続ける。

図８には、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のフォーカス制御として、外部測距ユニット１２６を用いた外部距離検出方式によるフォーカス制御を採用した場合について説明したが、本実施例においては、ＴＴＬ（内測）位相差検出方式によるフォーカス制御を採用した場合について説明する。

図８において、１３１は固定されている第１固定レンズユニット、１３２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）、１３３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。１２０は、絞り１０３と撮像素子１０６との間に配置された結像レンズユニットである。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、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うハーフプリズムである。１２２はハーフプリズム１２１からの光束を反射するサブミラー、１２３はサブミラー１２１からの光束を結像させる、ＡＦ結像レンズである。１２５は、位相差検出方式のためのラインセンサ（ＡＦセンサ）１２４を備えたＡＦ回路（第２の検出手段）である。

カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１４は、ＡＦ回路１２５を介したＡＦセンサ１２４の出力から、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）を検出する。

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。

本実施例においても、実施例１で説明したのとほぼ同様なＡＦ制御のアルゴリズムを適用することができる。本実施例の特徴を表すフローチャートを図９に示す。

このフローチャートは、実施例１で説明した図３のフローチャートに代わるものであり、共通するステップには図３と同符号を付して説明に代える。図３と異なっているのは、図３におけるＳｔｅｐ３１２，３１３で使用した被写体までの距離情報が、Ｓｔｅｐ９０１およびＳｔｅｐ９０２では上述したデフォーカス量およびデフォーカス情報（内測ずれ情報）に変わっている点のみである。本実施例でも、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施例では、ＴＶ−ＡＦ方式では合焦不可能な（合焦状態が得られない）場合にのみＴＶ−ＡＦ方式以外のＡＦ方式（外部距離検出方式やＴＴＬ位相差検出方式）を用いて合焦させるようにしているので、ＴＶ−ＡＦ方式以外のＡＦ方式でフォーカスレンズユニット１０５を合焦駆動させる際にＴＶ−ＡＦ方式で検出されるべき真の合焦位置を乗り越えてしまう場合を少なくすることができる。また、ＴＶ−ＡＦ方式で合焦不可能な場合には、ＴＶ−ＡＦ方式以外のＡＦ方式で合焦させるので、ＴＶ−ＡＦ方式しかできない場合に比べて、合焦可能な被写体の範囲を拡大することができる。

さらに、ＴＶ−ＡＦ方式以外のＡＦ方式を用いて合焦させた（真の合焦位置近くまでフォーカスレンズユニット１０５を駆動した）後は、制御特性を変更したＴＶ−ＡＦ方式で合焦位置を探索するので、幅広い被写体に対して高精度に合焦することができる。

本発明の実施例１であるビデオカメラの構成を示すブロック図。 ＡＦ評価値とフォーカスレンズユニットの位置との関係を示すグラフ。 実施例１のビデオカメラにおけるＡＦ制御を示すフローチャート。 実施例１のビデオカメラにおけるＡＦ制御を示すフローチャート。 実施例１のビデオカメラにおけるＡＦ制御を示すフローチャート。 実施例１のビデオカメラにおけるＡＦ制御を示すフローチャート。 ＡＦ制御のうちフォーカスレンズユニットの微小駆動の概要を説明する図。 実施例１のビデオカメラにおけるＡＦ制御を示すフローチャート。 ＡＦ制御のうちフォーカスレンズユニットの山登り駆動の概要を説明する図。 本発明の実施例２であるビデオカメラの構成を示すブロック図。 実施例２のビデオカメラにおけるＡＦ制御を示すフローチャート。 実施例２のビデオカメラにおけるＡＦ制御を示すフローチャート。

符号の説明

１０１ 第１固定レンズユニット
１０２ ズームレンズユニット
１０３ 絞り
１０４ 第２固定レンズユニット
１０５ フォーカスレンズユニット
１０６ 撮像素子

Claims (17)

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、
   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信号を出力する第１の検出手段と、
   前記フォーカス評価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該フォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御、および前記検出信号に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置又は駆動量を求めて前記フォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記第１のフォーカス制御によって合焦状態が得られなかったときに、前記第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 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に記載の撮像装置。
3. 前記第２の検出手段は、前記撮影光学系を通った光を受ける受光センサを備え、前記撮影光学系のデフォーカス量および方向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に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記第１のフォーカス制御によって前記フォーカスレンズの全可動範囲で合焦位置を検索したにもかかわらず合焦状態が得られなかったときに、前記第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記第１のフォーカス制御によって前記フォーカスレンズの全可動範囲のうち一部で合焦位置を検索したにもかかわらず合焦状態が得られなかったときに、前記第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、１回目の前記第１のフォーカス制御によって合焦状態が得られなかったときに、前記第２のフォーカス制御を行い、その後、２回目の前記第１のフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記２回目の第１のフォーカス制御を行うときは、前記１回目の第１のフォーカス制御に対して制御特性を変更することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 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信号を生成するステップと、
   前記フォーカス評価信号とは異なる検出信号を生成するステップと、
   前記フォーカス評価信号に基づいて、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第１のフォーカス制御ステップと、
   前記検出信号に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置又は駆動量を求めて前記フォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御ステップとを有し、
   前記第１のフォーカス制御ステップによって合焦状態が得られなかったときに、前記第２のフォーカス制御ステップを行うことを特徴とする撮像装置のフォーカス制御方法。
9. 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８に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
10. 前記検出信号は、前記撮影光学系のデフォーカス量および方向を検出するための信号であることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
11. 前記第１のフォーカス制御ステップによって、前記フォーカスレンズの全可動範囲で合焦位置を検索したにもかかわらず合焦状態が得られなかったときに、前記第２のフォーカス制御ステップを行うことを特徴とする請求項８から１０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。
12. 前記第１のフォーカス制御ステップによって、前記フォーカスレンズの全可動範囲のうち一部で合焦位置を検索したにもかかわらず合焦状態が得られなかったときに、前記第２のフォーカス制御ステップを行うことを特徴とする請求項８から１０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。
13. １回目の前記第１のフォーカス制御ステップによって合焦状態が得られなかったときに、前記第２のフォーカス制御ステップを行い、その後、２回目の前記第１のフォーカス制御ステップを行うことを特徴とする請求項８から１２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。
14. 前記２回目の第１のフォーカス制御ステップを行うときは、前記１回目の第１のフォーカス制御ステップに対して制御特性を変更することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置のフォーカス制御方法。
15. 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、
    前記撮像素子の出力信号の高周波成分に基づいて評価値を検出する第１の検出手段と、
    前記第１の検出手段により検出された評価値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信号を出力する第２の検出手段と、
    前記フォーカス評価信号とは異なる検出信号を出力する第３の検出手段と、
    前記フォーカス評価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該フォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御、および前記検出信号に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置又は駆動量を求めて前記フォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
    前記制御手段は、前記第１の検出手段により検出された評価値に基づいて、前記第１のフォーカス制御によるか、または前記第２のフォーカス制御によるかを選択するとともに、当該第２のフォーカス制御を行う場合には前記第１のフォーカス制御を選択しやすくなるようにすることを特徴とする撮像装置。
16. 前記制御手段は、前記評価値が所定の閾値に到達したか否かによって前記第１、第２のフォーカス制御を選択するとともに、当該閾値を制御することによって前記第１のフォーカス制御を選択しやすくすることを特徴とする請求項１５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評価値を検出する第１の検出ステップと、
    前記第１の検出ステップにおいて検出された評価値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信号を出力する第２の検出ステップと、
    前記フォーカス評価信号とは異なる検出信号を出力する第３の検出ステップと、
    前記フォーカス評価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該フォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御、および前記検出信号に基づいて前記フォーカスレンズの合焦位置又は駆動量を求めて前記フォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行う制御ステップとを有し、
    前記制御ステップでは、前記第１の検出ステップにおいて検出された評価値に基づいて、前記第１のフォーカス制御によるか、または前記第２のフォーカス制御によるかを選択するとともに、当該第２のフォーカス制御を行う場合には前記第１のフォーカス制御を選択しやすくなるようにすることを特徴とする撮像装置のフォーカス制御方法。
    
    
    

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