JP2005249884A - 自動焦点調節装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 合焦時間がさらに短縮される自動焦点調節装置および方法を提供すること。
【解決手段】 フォーカスレンズの現在位置を中心とする所定範囲内に亘ってフォーカスレンズを移動させ（Ｓ４０１）、その移動における各位置で、被写体像の焦点評価値を演算する（Ｓ４０２）。次に、上記各位置ごとの焦点評価値の増減に基づいて合焦位置の判定を行い（Ｓ４０５）、ここで上記所定範囲内に合焦位置がないと判定された場合、焦点評価値の増減に応じて山登りの方向を決定し（Ｓ４０８，Ｓ４０９）、焦点調節範囲の全範囲について山登り方式により合焦位置の判定を行う（Ｓ４１０）。そして、以上の処理により判定された合焦位置にフォーカスレンズを移動させる（Ｓ４１２）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電子スチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置に用いられる自動焦点調節装置および方法に関する。

電子カメラでは、撮像素子に結像した被写体像の輝度信号の高周波成分が最大となるレンズ位置を合焦位置として、焦点調節を行うコントラスト検出方式（スキャン方式あるいは山登り方式）の焦点調整装置が採用されることが多いが、高倍率、高画素化に伴いＡＦ精度とスピードの両立が困難になってきている。この問題に対し、例えば、特開２００２−２１４５１７（特許文献１）では、フォーカスレンズの初期停止位置前後の狭い範囲をスキャンし、ピークがあればピーク位置を合焦位置とし、ピークがない場合には測距範囲全域のスキャンにより合焦位置を求めている。

特開２００２−２１４５１７号公報

上記した特許文献１によれば、同一距離の被写体を繰り返し撮影する場合や、常時合焦動作を行うなどした場合には合焦時間の短縮が可能であるが、狭い範囲のスキャンにおいてピークがない場合には、測距範囲全域のスキャンを行うので、結局、合焦に時間がかかるという問題がある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、合焦時間がさらに短縮される自動焦点調節装置および方法を提供することを目的とする。

上記した課題は、本発明の自動焦点調節装置および方法によって解決される。本発明の一側面に係る自動焦点調節装置は、フォーカスレンズを介して結像した被写体像を撮像素子によって光電変換し、この光電変換により得られた画像信号に基づいて前記フォーカスレンズの位置を調節することにより焦点を調節する自動焦点調節装置に係り、前記フォーカスレンズの現在位置を中心とする所定範囲内に亘って前記フォーカスレンズを移動させる第１の移動制御手段と、前記第１の移動制御手段により移動される前記フォーカスレンズの各位置で、前記被写体像の焦点評価値を演算する演算手段と、前記演算手段により演算される前記各位置ごとの前記焦点評価値の増減に基づいて合焦位置の判定を行う第１の合焦位置判定手段と、前記第１の合焦位置判定手段により前記所定範囲内に合焦位置がないと判定された場合、前記焦点評価値の増減に応じて山登りの方向を決定し、焦点調節範囲の全範囲について山登り方式により合焦位置の判定を行う第２の合焦位置判定手段と、前記第１または第２の合焦位置判定手段により判定された合焦位置に前記フォーカスレンズを移動させる第２の移動制御手段とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面は、フォーカスレンズを介して結像した被写体像を撮像素子によって光電変換し、この光電変換により得られた画像信号に基づいて前記フォーカスレンズの位置を調節することにより焦点を調節する自動焦点調節方法に係り、前記フォーカスレンズの現在位置を中心とする所定範囲内に亘って前記フォーカスレンズを移動させる第１の移動制御ステップと、前記第１の移動制御ステップにより移動される前記フォーカスレンズの各位置で、前記被写体像の焦点評価値を演算する演算ステップと、前記演算ステップにより演算される前記各位置ごとの前記焦点評価値の増減に基づいて合焦位置の判定を行う第１の合焦位置判定ステップと、前記第１の合焦位置判定ステップにより前記所定範囲内に合焦位置がないと判定された場合、前記焦点評価値の増減に応じて山登りの方向を決定し、焦点調節範囲の全範囲について山登り方式により合焦位置の判定を行う第２の合焦位置判定ステップと、前記第１または第２の合焦位置判定ステップにより判定された合焦位置に前記フォーカスレンズを移動させる第２の移動制御ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、合焦時間がさらに短縮される自動焦点調節装置および方法が提供される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の自動焦点調節装置が適用される電子カメラの構成を示すブロック図である。

１０１はズーム機構を含む撮影レンズ、１０２は光量を制御する絞り及びシャッター、１０３はＡＥ処理部、１０４は後述する撮像素子上に焦点をあわせるためのフォーカスレンズ、１０５はＡＦ処理部、１０６はストロボ、１０７はＥＦ処理部、１０８は被写体からの反射光を電気信号に変換する受光手段又は光電変換手段としての撮像素子、１０９は撮像素子１０８の出力ノイズを除去するＣＤＳ回路やＡ／Ｄ変換前に行う非線形増幅回路を含むＡ／Ｄ変換部、１１０は画像処理部、１１１はＷＢ処理部、１１２はフォーマット変換部、１１３は高速な内蔵メモリ（例えばランダムアクセスメモリなど、以下ＤＲＡＭと記す）、１１４はメモリカードなどの記録媒体とそのインターフェースからなる画像記録部、１１５は撮影シーケンスなどシステムを制御するシステム制御部、１１６は画像表示用メモリ（以下ＶＲＡＭと記す）、１１７は画像表示の他、操作補助のための表示やカメラ状態の表示の他、撮影時には撮影画面と測距領域を表示する操作表示部、１１８はカメラを外部から操作するための操作部、１１９はマクロ／非マクロ設定を行うマクロスイッチ、１２０はシステムに電源を投入するためのメインスイッチ、１２１はプログラム、風景、人物などの撮影モードを設定する撮影モードスイッチ、１２２はＡＦやＡＥ等の撮影スタンバイ動作を行うためのスイッチ（以下ＳＷ１と記す）、１２３はＳＷ１の操作後、撮影を行う撮影スイッチ（以下ＳＷ２と記す）である。

ＤＲＡＭ１１３は例えば、一時的に画像を記憶する高速バッファとして、あるいは画像の圧縮伸張における作業用メモリとして使用される。操作部１１８は、例えば次のようなものが含まれる。撮像装置の撮影機能や画像再生時の設定などの各種設定を行うメニュースイッチ、撮影レンズのズーム動作を指示するズームレバー（ズーム指示手段）、撮影モードと再生モードの動作モード切替スイッチ、などである。

以下、本実施形態に係る電子カメラの動作を、図２を参照しながら詳述する。図２は、本実施形態に係る電子カメラの動作を表すフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１でメインスイッチ１２０の状態を検出し、ＯＮであればステップＳ２０２へ進む。ここで、メインスイッチ１２０の機能はシステムに電源を投入することである。ステップＳ２０２では画像記録部１１４の残容量を調べ、残容量が０であればステップＳ２０３へ進み、そうでなければステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２０３では画像記録部１１４の残容量が０であることを警告してステップＳ２０１に戻る。警告は操作表示部１１７に表示するか又は図示しない音声出力部から警告音を出すか、あるいはその両方を行ってもよい。

ステップＳ２０４では、後述する図３のフローチャートに従ってズーム動作を行う。ステップＳ２０５ではスイッチＳＷ１の状態を調べ、ＯＮであればステップＳ２０７へ進み、そうでなければステップＳ２０６へ進む。ここで、ＳＷ１の機能は、ＡＦやＡＥなどの撮影スタンバイ動作を行うことである。ステップＳ２０６ではメインスイッチ１２０の状態を調べ、ＯＮであればステップＳ２０４へ、そうでなければステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０７ではＡＥ処理部１０３で画像処理部１１０の出力からＡＥ処理を行う。

ステップＳ２０８では、後述する図４のフローチャートに従ってＡＦ動作を行う。ステップＳ２０９はＳＷ２の状態を調べ、ＯＮであればステップＳ２１１へ、そうでなければステップＳ２１０へ進む。ここで、ＳＷ２の機能はＳＷ１の操作後撮影を行うことである。ステップＳ２１０ではＳＷ１の状態を調べ、ＯＮであればステップＳ２０９へ戻り、そうでなければステップＳ２０４へ戻る。ステップＳ２１１では後述する図５のフローチャートにしたがって撮影動作を行う。ステップＳ２１２では画像記録部１１４の残容量を調べ、残容量が０であればステップＳ２０３へ進み、そうでなければステップＳ２１３へ進む。ステップＳ２１３ではＳＷ２の状態を調べ、ＯＮでなければステップＳ２１０へ進む。

以下、図３のフローチャートを参照しながら図２のフローチャートにおけるＳ２０４のズーム動作のサブルーチンを説明する。図３は、ステップＳ２０４のズーム動作のサブルーチンに係るフローチャートである。

ステップＳ３０１では、図示しないズームレバーがＴｅｌｅ側に操作されてないかを調べる。ＯＮであればステップＳ３０２へ、そうでなければステップＳ３０６へ進む。ステップＳ３０２ではズーム位置がＴｅｌｅ端であるかを調べ、Ｔｅｌｅ端でなければステップＳ３０３へ、Ｔｅｌｅ端であればステップＳ３０４へ進む。ステップＳ３０３ではズーム位置をＴｅｌｅ側へ動かし、ステップＳ３０１へ戻る。ステップＳ３０４では電子ズームを使用していて最大倍率となっているかを調べ、最大倍率であればステップＳ３０６へ、そうでなければステップＳ３０５へ進む。ステップＳ３０５では、電子ズームの倍率を上げてステップＳ３０１へ戻る。

ステップＳ３０６では、図示しないズームレバーがＷｉｄｅ側に操作されてないかを調べる。ＯＮであればステップＳ３０７へ進み、そうでなければステップＳ３１１へ進む。ステップＳ３０７ではズーム位置がＷｉｄｅ端であるか調べ、Ｗｉｄｅ端でなければステップＳ３０８へ進み、Ｗｉｄｅ端であればステップＳ３１１へ進む。ステップＳ３０８では電子ズームを使用しているかを調べ、使用していればステップＳ３０９へ、そうでなければステップＳ３１０へ進む。ステップＳ３０９では電子ズームの倍率を下げてステップＳ３０６へ戻る。ステップＳ３１０ではズーム位置をＷｉｄｅ側へ動かし、ステップＳ３０６へ戻る。ステップＳ３１１では現在のズーム位置をシステム制御部１１５に内蔵される図示しない演算メモリに記憶する。

次に、図４のフローチャートを参照して、ステップＳ２０８のＡＦ動作のサブルーチンを説明する。ＡＦ動作は撮像素子１０８から得られる信号の高域成分（以下、焦点評価値と記す）のピーク検出により行われる。図４は、ステップＳ２０８のＡＦ動作のサブルーチンを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ４０１では、フォーカスレンズ１０４をスキャン開始位置に移動する。スキャン開始位置は現在のフォーカスレンズ位置を中心とする所定範囲の一端に設定される。ここで前記所定範囲は、後述の合焦判定に必要なスキャンポイント数を満たすように、またスキャンに要する時間が不必要に長くならないように設定される。

ステップＳ４０２では、撮影画面内に設定される測距領域の焦点評価値とフォーカスレンズ１０４の位置をシステム制御部１１５に内蔵される図示しない演算メモリに記憶する。フォーカスレンズ１０４の位置の検出はステッピングモータにより駆動している場合には、図示しないフォトインタラプタによってリセット位置からの相対位置として検出される。

ステップＳ４０３では、レンズ位置がスキャン終了位置にあるかどうかを調べ、終了位置であればステップＳ４０５へ、そうでなければステップＳ４０４へ進む。スキャン終了位置は、前記所定範囲の他端に設定される。ステップＳ４０４ではフォーカスレンズ１０４を駆動して所定の方向へ所定量動かす。

ステップＳ４０５では、ステップＳ４０２で記憶した焦点評価値とそのレンズ位置に基づいて合焦判定を行う。この合焦判定については、図７のフローチャートを用いて後ほど説明するが、次のような判定結果を出力する。

○：焦点位置が検出された。焦点評価値のピーク位置から、被写体の焦点調節が可能である。
△：焦点位置は検出されず。ただし、スキャンした距離範囲の近くに被写体が位置し、その方向（無限遠側か至近側か）が判断可能である。
×：焦点位置は検出されず。被写体のコントラストが不十分、もしくはスキャンした距離範囲から遠く離れた距離に被写体が位置する。

ステップＳ４０６では、ステップＳ４０５における合焦判定の結果が○であればステップＳ４０７へ進み、△であればステップＳ４０８へ進み、×であればステップＳ４０９へ進む。

ステップＳ４０７では、ステップＳ４０２で記憶した焦点評価値とそのレンズ位置から、焦点評価値のピーク位置を計算しフォーカスレンズ１０４を移動する。ステップＳ４０８では、ステップＳ４０５で焦点評価値が最大値を示したスキャンポイントの方向を山登り方向に設定する。ステップＳ４０９では、後述する図１０のフローチャートに従って撮影時の条件により山登り方向を決定する。

ステップＳ４１０では、後述する図１１のフローチャートに従って山登りによる合焦動作を行う。

ステップＳ４１１では、ステップＳ４１０の山登りＡＦにおいてピークが検出されたならばステップＳ４１２へ進み、ピークが検出されなかったならばステップＳ４１３へ進む。

ステップＳ４１２では、ステップＳ４１０で検出されたピーク位置へフォーカスレンズ１０４を移動する。ステップＳ４１３では定点と呼ばれるあらかじめ設定された位置へフォーカスレンズ１０４を移動する。

次に、図５のフローチャートを参照して、ステップＳ２１１の撮影動作のサブルーチンを説明する。図５は、ステップＳ２１１における撮影動作のサブルーチンを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ５０１では被写体輝度を測定する。ステップＳ５０２では、ステップＳ５０１で測定した被写体輝度に応じて撮像素子１０８への露光を行う。撮像素子面上に結像された像は光電変換されてアナログ信号となり、ステップＳ５０３にてＡ／Ｄ変換部１０９へと送られ、撮像素子１０８の出力ノイズ除去や非線形処理などの前処理の後にデジタル信号に変換される。

ステップＳ５０４では、Ａ／Ｄ変換部１０９からの出力信号をＷＢ処理部１１１により画像処理部１１０でホワイトバランス調整し、適正な出力画像信号とする。ステップＳ５０５では、出力画像信号をフォーマット変換部１１２でＪＰＥＧフォーマット等への画像フォーマット変換を行い、ＤＲＡＭ１１３に一時的に記憶する。ステップＳ５０６では、ＤＲＡＭ１１３内のデータを画像記録部１１４にてカメラ内のメモリ、またはカメラに装着されたメモリカードなどの外部記憶媒体へと転送し記憶する。

次に、図６〜図９のフローチャートを参照して、ステップＳ４０５の合焦判定のサブルーチンを説明する。

焦点評価値は、遠近競合などの特殊な場合を除けば、横軸にフォーカスレンズ位置、縦軸に焦点評価値をとると、その形は図６に示すような山状になる。そこで焦点評価値が山状になっているか否かを、焦点評価値の最大値と最小値の差、一定値（ＳｌｏｐｅＴｈｒ）以上の傾きで傾斜している部分の長さ、傾斜している部分の勾配から判断することにより、合焦判定を行うことができる。ステップＳ４０５の合焦判定における判定結果は前述したとおり次に示すようなもので、○×△で出力される。

○：焦点位置が検出された。焦点評価値のピーク位置から、被写体の焦点調節が可能である。
△：焦点位置は検出されず。ただし、スキャンした距離範囲の近くに被写体が位置し、その方向（無限遠側か至近側か）が判断可能である。
×：焦点位置は検出されず。被写体のコントラストが不十分、もしくはスキャンした距離範囲から遠く離れた距離に被写体が位置する。

ここで図６に示すように、山の頂上（Ａ点）から傾斜が続いていると認められる点をＤ点、Ｅ点とし、Ｄ点とＥ点の幅を山の幅Ｌ、Ａ点とＤ点の焦点評価値の差ＳＬ１とＡ点とＥ点の焦点評価値の差ＳＬ２の和ＳＬ１＋ＳＬ２をＳＬとする。

図７は、ステップＳ４０５における合焦判定のサブルーチンを示すフローチャートである。

まずステップＳ７０１において、焦点評価値の最大値と最小値、及び最大値を与えるスキャンポイントｉｏを求める。次にステップＳ７０２では、焦点評価値の山の幅を表す変数Ｌ、山の勾配を表す変数ＳＬをともに零に初期化する。ステップＳ７０３では、最大値を与えるスキャンポイントｉｏがスキャンを行った所定範囲における遠側端の位置か否かを調べ、遠側端位置でないならばステップＳ７０４へ進み無限遠方向への単調減少を調べる。遠側端位置であったならば、この処理をスキップしステップＳ７０５に進む。

ここでステップＳ７０４における無限遠方向への単調減少を調べる処理について説明する。図８にそのフローチャートを示す。

まずステップＳ８０１において、カウンタ変数ｉをｉｏに初期化する。ステップＳ８０２では、スキャンポイントｉにおける焦点評価値の値ｄ［ｉ］と、ｉより１スキャンポイント分無限遠よりのスキャンポイントｉ−１における焦点評価値の値ｄ［ｉ−１］の差を所定値ＳｌｏｐｅＴｈｒと比較する。ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ−１］≧ＳｌｏｐｅＴｈｒであれば、無限遠方向への単調減少が生じていると判断し、ステップＳ８０３に進み、焦点評価値が一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さ（山の幅）を表す変数Ｌ、単調減少区間における減少量を表す変数ＳＬを以下の式に従い更新する。

Ｌ＝Ｌ＋１
ＳＬ＝ＳＬ＋（ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ−１］）

ただし、上式における「＝」の記号は、右辺の値を左辺の変数に代入する意である（以下、同様の意味で用いる場合がある。）。

一方、ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ−１］≧ＳｌｏｐｅＴｈｒでなければ、無限遠方向への単調減少は生じていないと判断し、無限遠方向への単調減少をチェックする処理を終了し、ステップＳ７０５へ進む。

無限遠方向への単調減少をチェックする処理を継続する場合はステップＳ８０４へ進み、ｉ＝ｉ−１として、検出をする点を１スキャンポイント無限遠側に移す。ステップＳ８０５では、カウンタｉがスキャンを行った所定範囲における遠側端位置の値（＝０）になったかどうかをチェックする。カウンタｉの値が０、すなわち単調減少を検出する開始点がスキャンを行った所定範囲における遠側端位置に達したならば、無限遠方向への単調減少をチェックする処理を終了し、ステップＳ７０５へ進む。

以上のようにしてｉ＝ｉｏから無限遠方向への単調減少をチェックする。

説明を図７に戻す。ステップＳ７０５では、最大値を与えるスキャンポイントｉｏがスキャンを行った所定範囲における至近端の位置か否かを調べ、至近端位置でないならばステップＳ７０６へ進み至近端方向への単調減少を調べる。至近端位置であったならば、この処理をスキップしステップＳ７０７に進む。

ここで、ステップＳ７０６における至近端方向への単調減少を調べる処理について説明する。図９にそのフローチャートを示す。

まずステップＳ９０１において、カウンタ変数ｉをｉｏに初期化する。ステップＳ９０２では、スキャンポイントｉにおける焦点評価値の値ｄ［ｉ］と、ｉより１スキャンポイント分至近端よりのスキャンポイントｉ＋１における焦点評価値の値ｄ［ｉ＋１］の差を所定値ＳｌｏｐｅＴｈｒと比較する。ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ＋１］≧ＳｌｏｐｅＴｈｒであれば、至近端方向への単調減少が生じていると判断し、ステップＳ９０３に進み、焦点評価値が一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さ（山の幅）を表す変数Ｌ、単調減少区間における減少量を表す変数ＳＬを以下の式に従い更新する。

Ｌ＝Ｌ＋１
ＳＬ＝ＳＬ＋（ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ＋１］）

一方、ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ＋１］≧ＳｌｏｐｅＴｈｒでなければ、至近端方向への単調減少は生じていないと判断し、至近端方向への単調減少をチェックする処理を終了し、ステップＳ７０７へ進む。

至近端方向への単調減少をチェックする処理を継続する場合はステップＳ９０４へ進み、ｉ＝ｉ＋１として、検出をする点を１スキャンポイント至近端側に移す。ステップＳ９０５では、カウンタｉがスキャンを行った所定範囲における至近端位置の値（＝Ｎ）になったかどうかをチェックする。カウンタｉの値がＮ、すなわち単調減少を検出する開始点がスキャンを行った所定範囲における至近端位置に達したならば、至近端方向への単調減少をチェックする処理を終了し、ステップＳ７０７へ進む。

以上のようにしてｉ＝ｉｏから至近端方向への単調減少をチェックする。

説明を図７に戻す。無限遠方向および至近端方向への単調減少をチェックする処理が終了したならば、得られた焦点評価値が山状になっているか否か、諸係数をそれぞれのしきい値と比較し、○×△の判定を行う。

ステップＳ７０７において、焦点評価値の最大値を与えるスキャンポイントｉｏがスキャンを行った所定範囲における至近端であり、かつ至近端スキャンポイントｎにおける焦点評価値の値ｄ［ｎ］と、ｎより１スキャンポイント分無限遠よりのスキャンポイントｎ−１における焦点評価値の値ｄ［ｎ−１］の差が、所定値ＳｌｏｐｅＴｈｒ以上であればステップＳ７１２へ進み、そうでなければステップＳ７０８へ進む。

ステップＳ７０８では、焦点評価値の最大値を与えるスキャンポイントｉｏがスキャンを行った所定範囲における遠側端であり、かつ遠側端スキャンポイント０における焦点評価値の値ｄ［０］と、０より１スキャンポイント分至近端よりのスキャンポイント１における焦点評価値の値ｄ［１］の差が、所定値ＳｌｏｐｅＴｈｒ以上であればステップＳ７１２へ進み、そうでなければステップＳ７０９へ進む。前記ステップＳ７０７およびステップＳ７０８では、スキャンした距離範囲内においては焦点評価値のピークが得られず合焦位置は特定できないものの、スキャンした距離範囲近くに被写体が位置し、その方向（無限遠側か至近側か）が判断可能な状態であることを特定し、ステップＳ７１２にて判定結果を△としている。

ステップＳ７０９では、一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さＬが所定値Ｌｏ以上であり、かつ傾斜している部分の傾斜の平均値ＳＬ／Ｌが所定値ＳＬｏ／Ｌｏ以上であり、かつ焦点評価値の最大値と最小値の差が所定値以上であれば、ステップＳ７１０へ進み、そうでなければステップＳ７１１へ進む。ステップＳ７１０では、得られた焦点評価値が山状となっていて、被写体の焦点調節が可能であるため判定結果を○としている。ステップＳ７１１では、得られた焦点評価値が山状となっておらず、被写体の焦点調節が不可能であるため判定結果を×としている。

以上のようにして、図４のフローチャートにおけるステップＳ４０５の合焦判定を行う。

以下、図１０Ａ、図１０Ｂを参照して、ステップＳ４０９における、撮影時の条件による山登り方向決定に係るサブルーチンについて説明する。図１０Ａは、ステップＳ４０９における撮影時の条件による山登り方向決定処理を示すフローチャート、図１０Ｂは、この山登り方向決定方法を説明する図である。

まずステップＳ１００１において、現在のズーム位置をチェックし、ズーム位置により山登り方向を判別するためのフォーカスレンズ範囲を設定する。フォーカスレンズ範囲は、図１０Ｂの説明図に示すように、ＤｉｓｔＦ、ＤｉｓｔＮを境界として焦点調節可能な全範囲を３つに分割する。フォーカスレンズ範囲の境界値を合焦する被写体距離として示すと、例えばＤｉｓｔＦ＝６ｍ、ＤｉｓｔＮ＝１．５ｍのように設定される。ここで、分割されたフォーカスレンズ範囲を無限遠側より、範囲ａ、範囲ｂ、範囲ｃとする。

ステップＳ１００２では、フォーカスレンズ１０４の現在の位置をチェックし、ステップＳ１００１において設定されたフォーカスレンズ範囲ａにあるかどうかを調べ、フォーカスレンズ範囲ａにあればステップＳ１００５へ進み、そうでなければステップＳ１００３へ進む。

ステップＳ１００３では、ステップＳ１００２と同様にしてフォーカスレンズ範囲ｃにあるかどうかを調べ、フォーカスレンズ範囲ｃにあればステップＳ１００６へ進み、そうでなければステップＳ１００４へ進む。

ステップＳ１００４では、被写体輝度ＢｖがＢｖｌ＜Ｂｖ≦Ｂｖｈの範囲にあるかどうかを調べ、この範囲内にあればステップＳ１００５へ進み、この範囲内になければステップＳ１００６へ進む。ここで、被写体輝度範囲のしきい値は、例えばＢｖｌ＝４、Ｂｖｈ＝７のように設定される。

ステップＳ１００５では、山登りの方向を至近方向に設定する。一方、ステップＳ１００６では、山登りの方向を無限方向に設定する。

ここで、上記のようにステップＳ１００２やステップＳ１００３において、現在のフォーカスレンズ位置により山登り方向を設定する理由を説明する。

例えば、図１０Ｂの山登り方向決定方法の説明図に示すように、フォーカスレンズが範囲ａにあるとき無限遠付近に被写体が存在すれば、スキャンの結果得られた焦点評価値は山の“すそ”の勾配を含み、○もしくは△判定となるはずである。したがって、×判定となったときには至近端付近の被写体による焦点評価値であった可能性が高い。この場合には山登り方向を至近方向とすることが適切と考えられる。同様に、フォーカスレンズが範囲ｃのときは、山登り方向を無限方向とすることが適切と考えられる。

また、フォーカスレンズが範囲ｂにあるときには、さらに被写体輝度によって撮影する状況を考慮することによって、適切な山登り方向の設定が可能となる。ここでは被写体輝度を３通りに分けた例を示したが、例えば被写体輝度がＢｖｌ未満である場合には夜景を撮影している可能性が高く、Ｂｖｌ＜Ｂｖ＝＜Ｂｖｈの範囲にある場合には室内での撮影、Ｂｖｈ以上である場合には昼間の屋外での撮影の可能性が高いと考えることができる。

また、ステップＳ１００１において、ズーム位置により山登り方向を判別するためのフォーカスレンズ範囲の設定を変更する理由は、ズーム位置すなわち焦点距離が変わると被写界深度も変化し焦点評価値の出力形状が変化すること、また焦点調節可能な距離範囲が変わる場合が多いこと、などが挙げられる。

以下、図１１のフローチャートを参照して、ステップＳ４１０の山登りＡＦに係るサブルーチンについて説明する。図１１は、ステップＳ４１０の山登りＡＦのサブルーチンを示すフローチャートである。

まずステップＳ１１０１では、焦点評価値（撮像素子１０８から得られる信号の高域成分）を取得する。ステップＳ１１０２では、フォーカスレンズ１０４の現在位置を取得する。ステップＳ１１０３では、焦点評価値の取得及びフォーカスレンズ１０４の現在位置の取得をカウントするための取得カウンタに１を加える。この取得カウンタは、初期化動作（図示略）において予め０に設定されているものとする。ステップＳ１１０４では、取得カウンタの値が１かどうかを調べる。取得カウンタの値が１ならば、ステップＳ１１０６へ進み、取得カウンタの値が１でなければ、ステップＳ１１０５へ進む。

ステップＳ１１０５では、「今回の焦点評価値」が「前回の焦点評価値」よりも大きいかどうかを調べる。「今回の焦点評価値」が「前回の焦点評価値」よりも大きければ、ステップＳ１１０６へ進み、「今回の焦点評価値」が「前回の焦点評価値」よりも大きくなければ、ステップＳ１１１２へ進む。

ステップＳ１１０６では、今回の焦点評価値を焦点評価値の最大値としてシステム制御部１１５に内蔵される図示しない演算メモリに記憶する。ステップＳ１１０７では、フォーカスレンズ１０４の現在の位置を焦点評価値のピーク位置としてシステム制御部１１５に内蔵される図示しない演算メモリに記憶する。

ステップＳ１１０８では、今回の焦点評価値を前回の焦点評価値としてシステム制御部１１５に内蔵される図示しない演算メモリに記憶する。ステップＳ１１０９では、フォーカスレンズ１０４の現在位置が測距範囲の端にあるかどうかを調べる。フォーカスレンズ１０４の現在位置が測距範囲の端にあれば、ステップＳ１１１０へ進み、フォーカスレンズ１０４の現在位置が測距範囲の端でなければ、ステップＳ１１１１へ進む。ステップＳ１１１０では、フォーカスレンズ１０４の移動方向を反転する。ステップＳ１１１１では、フォーカスレンズ１０４を所定量移動する。

ステップＳ１１１２では、「焦点評価値の最大値−今回の焦点評価値」が所定量より大きいかどうかを調べる。「焦点評価値の最大値−今回の焦点評価値」が所定量より大きければ、ステップＳ１１１３へ進み、「焦点評価値の最大値−今回の焦点評価値」が所定量より大きくなければ、ステップＳ１１０８へ進む。このとき、「焦点評価値の最大値−今回の焦点評価値」が所定量より大きければ、すなわち、最大値から所定量減少していれば、その最大値をピントのピーク位置での値とみなす。ステップＳ１１１３では、フォーカスレンズ１０４を上記ステップＳ１１０７で記憶した焦点評価値のピーク位置へ移動する。ステップＳ１１１４では、山登り完了フラグをＴＲＵＥとする。ステップＳ１１１５では、取得カウンタを０とする。

なお、以上で説明したフォーカスレンズ範囲設定は、上記で示したように３分割に限られるものではない。例えば、焦点調節可能な全範囲が狭い場合には、２分割とすることも可能である。また、前記フォーカスレンズ範囲設定、および被写体輝度範囲設定の満たすべき所定条件は、上記で示した値に限られるものではない。

以上の説明においては、撮影時の条件として、フォーカスレンズの位置、ズームレンズの位置、被写体の明るさについて記述したが、さらに撮影時のマクロ／非マクロ設定、撮影モード設定により、図４のフローチャートにおけるステップＳ４０９の山登りの方向を決定することも可能である。

例えば、マクロ設定がなされている場合にはマクロ設定における焦点調節可能な範囲においても、より近距離のフォーカスレンズ範囲の被写体を撮影することが多い傾向が見られる。したがって、ステップＳ４０５の合焦判定（第１の合焦位置検出）の結果による山登り方向の決定が不能であり、マクロ設定がなされている場合には、続けて行う山登りの方向を至近方向へ設定すると適切である。一方、撮影モードについては、例えば風景モードの場合には、山登り方向を無限方向とすることが適切である。

以上説明したように、本実施形態の自動焦点調節装置によれば、第１の合焦位置検出の結果に応じて山登りの方向を適切に決定し、また、第１の合焦位置検出によっては被写体によるピーク位置の方向が分からない場合であっても、例えば、その時のフォーカスレンズ位置、ズームレンズ位置、被写体の明るさ、マクロ・非マクロ設定のうち少なくとも１つを含む条件により山登りの方向を適切に判別するため、山登り動作における駆動方向の反転などによる測距時間のロスを低減することが可能となる。

本発明の自動焦点調節装置が適用される電子カメラの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る電子カメラの動作概要を表すフローチャートである。 実施形態における電子カメラのズーム動作を示すフローチャートである。 実施形態における電子カメラのＡＦ動作を示すフローチャートである。 実施形態における電子カメラの撮影動作を示すフローチャートである。 焦点評価値の判定の概念を説明するための図である。 実施形態おける合焦判定処理を示すフローチャートである。 無限遠方向の単調減少を求める動作を示すフローチャートである。 至近端方向の単調減少を求める動作を示すフローチャートである。 実施形態における撮影時の条件による山登り方向決定方法を示すフローチャートである。 実施形態における撮影時の条件による山登り方向決定方法を説明する図である。 実施形態における山登りＡＦ処理を示すフローチャートである。

Claims (5)

1. フォーカスレンズを介して結像した被写体像を撮像素子によって光電変換し、この光電変換により得られた画像信号に基づいて前記フォーカスレンズの位置を調節することにより焦点を調節する自動焦点調節装置であって、
   前記フォーカスレンズの現在位置を中心とする所定範囲内に亘って前記フォーカスレンズを移動させる第１の移動制御手段と、
   前記第１の移動制御手段により移動される前記フォーカスレンズの各位置で、前記被写体像の焦点評価値を演算する演算手段と、
   前記演算手段により演算された前記各位置ごとの前記焦点評価値の増減に基づいて合焦位置の判定を行う第１の合焦位置判定手段と、
   前記第１の合焦位置判定手段により前記所定範囲内に合焦位置がないと判定された場合、前記焦点評価値の増減に応じて山登りの方向を決定し、焦点調節範囲の全範囲について山登り方式により合焦位置の判定を行う第２の合焦位置判定手段と、
   前記第１または第２の合焦位置判定手段により判定された合焦位置に前記フォーカスレンズを移動させる第２の移動制御手段と、
   を有することを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 前記第２の合焦位置判定手段は、前記第１の合焦位置判定手段による判定結果からは山登り方向の決定が不能な場合には、撮影時の条件により山登りの方向を決定することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調節装置。
3. 前記撮影時の条件は、前記フォーカスレンズの位置、ズームレンズの位置、被写体の明るさ、マクロ／非マクロ設定、撮影モード設定のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の自動焦点調節装置。
4. 請求項１から３までのいずれかに記載の自動焦点調節装置を有する撮像装置。
5. フォーカスレンズを介して結像した被写体像を撮像素子によって光電変換し、この光電変換により得られた画像信号に基づいて前記フォーカスレンズの位置を調節することにより焦点を調節する自動焦点調節方法であって、
   前記フォーカスレンズの現在位置を中心とする所定範囲内に亘って前記フォーカスレンズを移動させる第１の移動制御ステップと、
   前記第１の移動制御ステップにより移動される前記フォーカスレンズの各位置で、前記被写体像の焦点評価値を演算する演算ステップと、
   前記演算ステップにより演算された前記各位置ごとの前記焦点評価値の増減に基づいて合焦位置の判定を行う第１の合焦位置判定ステップと、
   前記第１の合焦位置判定ステップにより前記所定範囲内に合焦位置がないと判定された場合、前記焦点評価値の増減に応じて山登りの方向を決定し、焦点調節範囲の全範囲について山登り方式により合焦位置の判定を行う第２の合焦位置判定ステップと、
   前記第１または第２の合焦位置判定ステップにより判定された合焦位置に前記フォーカスレンズを移動させる第２の移動制御ステップと、
   を有することを特徴とする自動焦点調節方法。

Images