JP2006010756A

JP2006010756A - 撮像装置及びその制御方法、並びにプログラム及び記憶媒体

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Publication number: JP2006010756A
Application number: JP2004183731A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Ishii; 和憲石井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: JP4649130B2

Abstract

【課題】無駄なフォーカスレンズの駆動を防止すると共にフォーカスレンズの駆動の安定性及び応答性を向上させて高速化することができる撮像装置及びその制御方法、並びにプログラム及び記憶媒体を提供する。
【解決手段】撮像装置１００は、第１固定レンズ群１０１と、変倍レンズ群１０２と、絞り１０３と、第２固定レンズ群１０４と、フォーカスコンペレンズ１０５と、ＣＣＤ１０６と、ズーム駆動源１１０と、フォーカシング駆動源１１１と、ＡＧＣ１０７と、カメラ信号処理回路１０８と、モニタ装置１１５と、ＡＦゲート１１２と、ＡＦ信号処理回路１１３と、カメラＡＦマイコン１１４とを備える。算出された単位時間当たりのズレ量が第１の所定値より小さく、ＡＦ評価値変動量が第２の所定値より小さいときは、合焦状態であると判断し、再起動は行わず、フォーカスコンペレンズ１０５を停止する。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法、並びにプログラム及び記憶媒体に関し、特に、自動合焦制御機能を有する撮像装置及びその制御方法、並びにプログラム及び記憶媒体に関する。

従来の撮像装置のオートフォーカス（以下「ＡＦ」という）装置は、ＴＶＡＦ方式、パッシブ方式、及びアクティブ方式の各自動合焦制御機能を有する。撮像装置のうちビデオカメラのＡＦ装置は、主としてＴＶＡＦ方式である。ＴＶＡＦ方式のビデオカメラは、撮像素子等による光電変換によって得られた被写体像の映像信号に基づき、画像の鮮鋭度であるＡＦ評価値を算出し、ＡＦ評価値が最大となるようにフォーカスレンズを駆動することにより焦点調節を行う。上記ＡＦ評価値は、バンドパスフィルタにより抽出された映像信号の高周波成分に基づいて算出され、通常、ＡＦ評価値が最大になるフォーカスレンズ位置が合焦点となる（図８）。

図９は、ＴＶＡＦ方式の撮像装置の構成を概略的に示すブロック図である。

図９において、撮像装置９００は、第１固定レンズ群１０１と、変倍レンズ群１０２と、絞り１０３と、第２固定レンズ群１０４と、コンペンセーターの機能も兼ね備えたフォーカスレンズ群（以下「フォーカスコンペレンズ」という）１０５と、撮像素子としてのＣＣＤ１０６とを有する。

撮像装置９００は、また、変倍レンズ群１０２を駆動するズーム駆動源１１０と、フォーカスコンペレンズ１０５を駆動するフォーカシング駆動源１１１と、ＣＣＤ１０６に直列に順に接続されたＡＧＣ（Auto Gain Control）１０７、カメラ信号処理回路１０８、及び表示機能を有するモニタ装置１１５と、ＡＧＣ１０７に直列に順に接続されたＡＦゲート１１２、ＡＦ信号処理回路１１３、及びカメラＡＦマイコン１１４とを備える。

撮像装置９００は、さらに、カメラ信号処理回路１０８に接続された記録装置１０９と、カメラＡＦマイコン１１４に接続されたズームスイッチ１１６とを備え、ズーム駆動源１１０、フォーカシング駆動源１１１、ＡＦ信号処理回路１１３、カメラ信号処理回路１０８、及び記憶装置１０９及びズームスイッチ１１６は、カメラＡＦマイコン１１４に夫々接続されている。

ＣＣＤ１０６は、第１固定レンズ群１０１、変倍レンズ群１０２、絞り１０３、第２固定レンズ群１０４、及びフォーカスコンペレンズ１０５を介して受光した被写体像を光電変換して得られた映像信号をＡＧＣ１０７に出力し、フォーカスコンペレンズ１０５は、焦点調節を行うと共にこの機能と変倍による焦点面の移動を補正する。記録装置１０９は、動画や静止画を記録し、記録媒体として磁気テープや半導体メモリが使われている。

カメラ信号処理回路１０８は、ＡＧＣ１０７の出力信号を記録装置１０９及びモニタ装置１１５に対応した信号に変換し、ＡＧＣ１０７は、ＣＣＤ１０６の出力を増幅する。ＡＦゲート１１２は、受信したＣＣＤ１０６の出力信号から予め設定された範囲の信号を取り出し、合焦判定に用いる。このとき、ゲートの大きさは可変であり、ＡＦゲート１１２は複数設けられることもある。

ＡＦ信号処理回路１１３は、焦点検出に用いられる高周波成分及び映像信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分である輝度差成分を抽出し、カメラＡＦマイコン１１４は、ＡＦ信号処理回路１１３の出力信号に基づいてズーム駆動源１１０及びフォーカシング駆動源１１１を制御すると共に、ズームスイッチ１１６の制御及びカメラ信号処理回路１０８の出力信号を制御する。

撮像装置９００は、カメラＡＦマイコン１１４がＡＦ信号処理回路１１３の出力信号レベルが最大となるように、フォーカスコンペレンズ１０５を駆動させることによって自動焦点調節を行う。

図１０は、図９の撮像装置９００によって実行されるＡＦ制御処理を示すフローチャートである。

図１０において、フォーカスレンズ１０５を微小駆動させ（ステップＳ１０１）、合焦しているか否かを判別し（ステップＳ１０２）、合焦していないときは、上記の微小駆動により合焦方向を認識できたか否かを判別し（ステップＳ１０３）、合焦方向を認識できたときは、ＡＦ評価値が大きくなる方向へ高速でフォーカスレンズ１０５を移動させる山登り駆動を行い（ステップＳ１０４）、この山登り駆動をＡＦ評価値がピークを越えるまで行って（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、山登り駆動中のＡＦ評価値のピークに戻すためにフォーカスレンズ１０５を逆方向に駆動させ（ステップＳ１０６）、この逆方向の駆動をＡＦ評価値がピークに達するまで行って（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１０２の判別の結果、合焦しているときは、フォーカスコンペレンズ１０５を停止し（ステップＳ１０８）、合焦した時のＡＦ評価値を保存し（ステップＳ１０９）、現在のＡＦ評価値を取得し（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０９で記憶されたＡＦ評価値とステップＳ１１０で取得されたＡＦ評価値との差が所定レベル以上であるか否かを判別し（ステップＳ１１１）、所定レベル以上ではないときは、再度ステップＳ１０１以降の処理を行って再度フォーカスコンペレンズ１０５を駆動させる再起動動作が必要でないと判断して、フォーカスコンペレンズ１０５を停止し（ステップＳ１１２）、ステップＳ１１０以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１１１の判別の結果、所定レベル以上であるときは、再起動動作が必要であると判断して、ステップＳ１０１の処理に戻って、再起動動作を行う。

図１０の処理によれば、合焦しているときは（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、合焦した時のＡＦ評価値（ステップＳ１０９）と現在のＡＦ評価値（ステップＳ１１０）との差が所定レベル以上のときは（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、再度ステップＳ１０１以降の処理を行う再起動動作を行う。

従来の撮像装置は、パッシブ方式のＡＦ機能を有する場合もある。このパッシブ方式には、外部測距センサを用いて三角測量の原理を利用する外部測距方式と、後述する位相差検出方式とがある。

図１１は、従来の撮像装置が有する外部測距離方式のＡＦ機能が利用する三角測量の原理を説明するのに用いられる図である。

図１１において、外部測距方式の撮像装置は、第１の光路４０１と、第２の光路４０２と、各々の光路に対応した結像用レンズ４０３，４０４と、受光素子列４０５，５０６とを有し、受光素子列４０３，４０４から出力された二つの被写体像信号の相関を演算すると共に、何画素シフトで相関（図１２）が最大になるかを算出し、三角測量の原理に基づき、算出されたシフト量Ｘ、既知の焦点距離ｆ、第１の光路４０１用の光学系及び第２の光路４０２の光学系の間の距離Ｂとから、被写体４０７までの距離Ｌを下式（１）
Ｌ＝Ｂ・ｆ／Ｘ …（１）
に基づき算出する。

上記位相差検出方式は、銀塩フィルムによる一眼レフカメラに多く用いられており、位相差検出方式の撮像装置は、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、２分割された光束を焦点検出用センサにより夫々受光し、その受光量に応じて夫々出力される信号のズレ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置のズレ量を検出し、撮影レンズのピント方向のズレ量を直接算出する。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行えば、ピントズレの量と方向が得られ、高速な焦点調節動作が可能である。

一方、アクティブ方式を採用している撮像装置は外部測距離方式であり、赤外線を用いて三角測量の原理を利用して距離Ｌを算出する方式と、超音波センサを用いて伝搬速度を測定することによって距離Ｌを算出する方式とがある。

また、位相差検出方式とＴＶＡＦ方式とを組み合わせた撮像装置が提案されており、これらは位相差検出方式を用いて、現在のフォーカスレンズ位置から合焦位置までの距離と方向を算出し、合焦位置までレンズを駆動させ、ＴＶＡＦ方式を用いてピントのズレの補正を行う焦点調整装置を備える（例えば、特許文献１，２参照）。

また、位相差検出方式で算出された焦点ズレ量に基づき、検出結果の信頼性を判断して信頼性がある状態が所定時間続かないときは、レンズを駆動させない処理が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平５−６４０５６号公報特開２００２−２５８１４７号公報特開平８−７６００７号公報

しかしながら、ＴＶＡＦ方式を採用した従来の撮像装置は、合焦しているときにＡＦ評価値が変化した場合、ステップＳ３０９で記憶されたＡＦ評価値とステップＳ３１０で取得されたＡＦ評価値との差が所定レベル以上であるか否かを判別することによって再起動するか否かを判別するため、例えば、パンニング中に被写体が合焦判定を行う範囲であるＡＦ枠から一時的に外れたときに再起動し、ユーザが意図しない無駄なレンズ動作をするのに加えて、ＡＦ評価値の差の大小に関わらず全く同様の処理を行うため、被写体像が大きく変わったときに、ＡＦ評価値の差に応じた処理ができず、フォーカスレンズを合焦位置に駆動させるのに時間を要する。さらに、特許文献３に開示されている撮像装置は、焦点ズレ量に関連した情報のみで信頼性があるか否かを判別してレンズ駆動をしており、ＡＦ評価値と組み合わせた判別は行っていない。

本発明の目的は、無駄なフォーカスレンズの駆動を防止すると共にフォーカスレンズの駆動の安定性及び応答性を向上させて高速化することができる撮像装置及びその制御方法、並びにプログラム及び記憶媒体を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、被写体の光学像を結像面に結像するフォーカスレンズと、前記結像された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、前記結像された光学像を前記結像面で合焦するように前記駆動手段を制御する合焦制御手段とを備える撮像装置において、前記合焦制御手段は、前記結像された光学像に基づいて前記結像された光学像の合焦状態を示す評価値を算出する評価値算出手段と、前記フォーカスレンズの位置に関するズレ量及びズレ方向、又は前記結像された光学像に関するズレ量及びズレ方向を算出するズレ算出手段とを備え、前記算出された評価値、並びに前記算出されたズレ量及びズレ方向に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする。

請求項２記載の撮像装置は、請求項１記載の撮像装置において、前記ズレ算出手段は、前記被写体までの距離を測定する被写体距離測定手段を備え、前記測定された距離に基づいて前記ズレ量及びズレ方向を算出することを特徴とする。

請求項３記載の撮像装置は、請求項１記載の撮像装置において、前記ズレ算出手段は、前記結像された光学像のピント状態を検出するピント状態検出手段を備え、前記結像された光学像のピント状態に基づいて前記ズレ量及びズレ方向を算出することを特徴とする。

請求項４記載の撮像装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記ズレ算出手段は、前記ズレ量の単位時間当たりの変化量を算出することを特徴とする。

請求項５記載の撮像装置は、請求項４記載の撮像装置において、前記ズレ算出手段は、前記ズレ量の単位時間当たりの変化量を算出することを特徴とする。

請求項６記載の撮像装置は、請求項５記載の撮像装置において、前記所定時間間隔は、前記算出されたズレ量が継続的に変化した後に一時的に変化が無くなった場合は、延長されることを特徴とする。

請求項７記載の撮像装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記合焦制御手段は、前記フォーカスレンズの駆動量を設定する駆動量設定手段、前記フォーカスレンズの駆動方向を設定する方向設定手段、及び前記フォーカスレンズの駆動速度を設定する駆動速度設定手段のうち少なくとも１つを備えることを特徴とする。

請求項８記載の撮像装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記合焦制御手段は、前記算出されたズレ量が、前記ズレ量の許容範囲の上限である第１の所定値より大きいときは、前記駆動手段を作動させることを特徴とする。

請求項９記載の撮像装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記合焦制御手段は、前記算出されたズレ量が、前記ズレ量の許容範囲の上限である第１の所定値より小さいときは、前記算出された評価値に基づいて、前記駆動手段を作動させるか否かを判別することを特徴とする。

請求項１０記載の撮像装置は、請求項９記載の撮像装置において、前記合焦制御手段は、前記算出された評価値の変動量が、前記変動量の許容範囲の上限である第２の所定値より大きいときは、前記駆動手段を作動させることを特徴とする。

請求項１１記載の撮像装置は、請求項１０記載の撮像装置において、前記合焦制御手段は、前記算出されたズレ方向に基づいて、前記駆動手段の駆動方向を設定することを特徴とする。

請求項１２記載の撮像装置は、請求項１０記載の撮像装置において、前記合焦制御手段は、前記算出された評価値の変動量が前記第２の所定値より小さいときは、前記駆動手段を作動させないことを特徴とする。

請求項１３記載の撮像装置は、請求項８記載の撮像装置において、前記合焦制御手段は、前記算出された評価値の変動量が、前記変動量の許容範囲の上限である第２の所定値より大きいときは、前記駆動手段の駆動速度を第１の速度に設定し、前記算出された評価値の変動量が前記第２の所定値よりも小さいときは、前記駆動手段の駆動速度を第１の駆動速度よりも小さい第２の駆動速度に設定することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１４記載の制御方法は、被写体の光学像を結像面に結像するフォーカスレンズと、前記結像された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段とを備える撮像装置の制御方法において、前記結像された光学像を前記結像面で合焦するように前記駆動手段を制御する合焦制御ステップを備え、前記合焦制御ステップは、前記結像された光学像に基づいて前記結像された光学像の合焦状態を示す評価値を算出する評価値算出ステップと、前記フォーカスレンズの位置に関するズレ量及びズレ方向、又は前記結像された光学像に関するズレ量及びズレ方向を算出するズレ算出ステップとを備え、前記算出された評価値、並びに前記算出されたズレ量及びズレ方向に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする。

請求項１５記載の制御方法は、請求項１４記載の制御方法において、前記ズレ算出ステップは、前記被写体までの距離を測定する被写体距離測定ステップを備え、前記測定された距離に基づいて前記ズレ量及びズレ方向を算出することを特徴とする。

請求項１６記載の撮像装置は、請求項１４記載の撮像装置において、前記ズレ算出ステップは、前記結像された光学像のピント状態を検出するピント状態検出ステップを備え、前記結像された光学像のピント状態に基づいて前記ズレ量及びズレ方向を算出することを特徴とする。

請求項１７記載の制御方法は、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の制御方法は、前記ズレ算出ステップは、前記ズレ量の単位時間当たりの変化量を算出することを特徴とする。

請求項１８記載の制御方法は、請求項１７記載の制御方法において、前記算出された変化量は、前記算出されたズレ量、前記算出されたズレ量を平滑化した値、前記算出されたズレ量の変化量、及び前記算出されたズレ量の基準値からの差分のいずれか１つの所定時間間隔における平均値又は積分値であることを特徴とする。

請求項１９記載の制御方法は、請求項１８記載の制御方法において、前記所定時間間隔は、前記算出されたズレ量が継続的に変化した後に一時的に変化が無くなった場合は、延長されることを特徴とする。

請求項２０記載の制御方法は、請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の制御方法において、前記合焦制御ステップは、前記フォーカスレンズの駆動量を設定する駆動量設定ステップ、前記フォーカスレンズの駆動方向を設定する方向設定ステップ、及び前記フォーカスレンズの駆動速度を設定する駆動速度設定ステップのうち少なくとも１つを備えることを特徴とする。

請求項２１記載の制御方法は、請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載の制御方法において、前記合焦制御ステップは、前記算出されたズレ量が、前記ズレ量の許容範囲の上限である第１の所定値より大きいときは、前記駆動手段を作動させることを特徴とする。

請求項２２記載の制御方法は、請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載の制御方法において、前記合焦制御ステップは、前記算出されたズレ量が、前記ズレ量の許容範囲の上限である第１の所定値より小さいときは、前記算出された評価値に基づいて、前記駆動手段を作動させるか否かを判別することを特徴とする。

請求項２３記載の制御方法は、請求項２２記載の制御方法において、前記合焦制御ステップは、前記算出された評価値の変動量が、前記変動量の許容範囲の上限である第２の所定値より大きいときは、前記駆動手段を作動させることを特徴とする。

請求項２４記載の制御方法は、請求項２３記載の制御方法において、前記合焦制御ステップは、前記算出されたズレ方向に基づいて、前記駆動手段の駆動方向を設定することを特徴とする。

請求項２５記載の制御方法は、請求項２３記載の制御方法において、前記合焦制御ステップは、前記算出された評価値の変動量が前記第２の所定値より小さいときは、前記駆動手段を作動させないことを特徴とする。

請求項２６記載の制御方法は、請求項２１記載の制御方法において、前記合焦制御ステップは、前記算出された評価値の変動量が、前記変動量の許容範囲の上限である第２の所定値より大きいときは、前記駆動手段の駆動速度を第１の速度に設定し、前記算出された評価値の変動量が前記第２の所定値よりも小さいときは、前記駆動手段の駆動速度を第１の駆動速度よりも小さい第２の駆動速度に設定することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項２７記載のプログラムは、被写体の光学像を結像面に結像するフォーカスレンズと、前記結像された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段とを備える撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、前記結像された光学像を前記結像面で合焦するように前記駆動手段を制御する合焦制御モジュールを備え、前記合焦制御モジュールは、前記結像された光学像に基づいて前記結像された光学像の合焦状態を示す評価値を算出する評価値算出モジュールと、前記フォーカスレンズの位置に関するズレ量及びズレ方向、又は前記結像された光学像に関するズレ量及びズレ方向を算出するズレ算出モジュールとを備え、前記算出された評価値、並びに前記算出されたズレ量及びズレ方向に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項２８記載のコンピュータ読取り可能な記憶媒体は、請求項２７記載のプログラムを格納することを特徴とする。

請求項１記載の撮像装置及び請求項１４記載の制御方法、並びに請求項２７記載のプログラム及び請求項２８記載の記憶媒体によれば、結像された光学像の合焦状態を示す評価値と、フォーカスレンズの位置に関するズレ量及びズレ方向、又は結像された光学像に関するズレ量及びズレ方向を算出し、算出された評価値、並びに算出されたズレ量及びズレ方向に基づいて駆動手段を制御するので、無駄なフォーカスレンズの駆動を防止すると共にフォーカスレンズの駆動の安定性及び応答性を向上させて高速化することができる。

請求項２記載の撮像装置及び請求項１５記載の制御方法によれば、被写体までの距離に基づいてズレ量及びズレ方向を算出するので、正確なズレ量及びズレ方向を得ることができる。

請求項３記載の撮像装置及び請求項１６記載の制御方法によれば、結像された光学像のピント状態に基づいてズレ量及びズレ方向を算出するので、被写体との間に障害物がある場合でも問題なくズレ量及びズレ方向を算出することができる。

請求項４記載の撮像装置及び請求項１７記載の制御方法によれば、ズレ量の単位時間当たりの変化量を算出するので、ズレ量の変化を継続的に把握することができる。

請求項５記載の撮像装置及び請求項１８記載の制御方法によれば、算出された変化量は、算出されたズレ量、算出されたズレ量を平滑化した値、算出されたズレ量の変化量、及び算出されたズレ量の基準値からの差分のいずれか１つの所定時間間隔における平均値又は積分値であるので、フォーカスレンズの駆動の安定性をより向上させることができる。

請求項６記載の撮像装置及び請求項１９記載の制御方法によれば、所定時間間隔は、算出されたズレ量が継続的に変化した後に一時的に変化が無くなった場合は延長されるので、ズレ量の一時的な変化の影響を受けることなくフォーカスレンズの駆動の安定性を確実に向上させることができる。

請求項７記載の撮像装置及び請求項２０記載の制御方法によれば、フォーカスレンズの駆動量の設定、フォーカスレンズの駆動方向の設定、及びフォーカスレンズの駆動速度の設定のうち少なくとも１つを行うので、フォーカスレンズの駆動を高速化することができる。

請求項８記載の撮像装置及び請求項２１記載の制御方法によれば、算出されたズレ量が第１の所定値より大きいときは駆動手段を作動させるので、結像された光学像のピントを迅速に合わせることができる。

請求項９記載の撮像装置及び請求項２２記載の制御方法によれば、算出されたズレ量が第１の所定値より小さいときは、算出された評価値に基づいて駆動手段を作動させるか否かを判別するので、フォーカスレンズの駆動の安定性をより向上させることができる。

請求項１０記載の撮像装置及び請求項２３記載の制御方法によれば、算出された評価値の変動量が第２の所定値より大きいときは駆動手段を作動させるので、正確にピントを合わせることができる。

請求項１１記載の撮像装置及び請求項２４記載の制御方法によれば、算出されたズレ方向に基づいて、駆動手段のの駆動方向を設定するので、結像された光学像のピントをより迅速に合わせることができる。

請求項１２記載の撮像装置及び請求項２５記載の制御方法によれば、算出された評価値の変動量が第２の所定値より小さいときは駆動手段を作動させないので、無駄なフォーカスレンズの駆動を確実に防止することができる。

請求項１３記載の撮像装置及び請求項２６記載の制御方法によれば、算出された評価値の変動量が第２の所定値より大きいときは駆動手段の駆動速度を第１の速度に設定し、算出された評価値の変動量が第２の所定値よりも小さいときは、駆動手段の駆動速度を第１の駆動速度よりも小さい第２の駆動速度に設定するので、フォーカスレンズの駆動中にピントが大きくずれるのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る撮像装置のブロック図である。

図１において、撮像装置１００は、第１固定レンズ群１０１と、変倍レンズ群１０２と、絞り１０３と、第２固定レンズ群１０４と、コンペンセーターの機能も兼ね備えたフォーカスレンズ群（以下「フォーカスコンペレンズ」という）１０５と、撮像素子としてのＣＣＤ１０６（光電変換手段）とを有する。

撮像装置１００は、また、変倍レンズ群１０２を駆動するズーム駆動源１１０と、フォーカスコンペレンズ１０５を駆動するフォーカシング駆動源１１１（駆動手段）と、ＣＣＤ１０６に直列に順に接続されたＡＧＣ（Auto Gain Control）１０７、カメラ信号処理回路１０８、及び表示機能を有するモニタ装置１１５と、ＡＧＣ１０７に直列に順に接続されたＡＦゲート１１２、ＡＦ信号処理回路１１３（評価値算出手段）、及び後述する図２のカメラＡＦマイコン１１４とを備える。

撮像装置１００は、さらに、カメラ信号処理回路１０８に接続された記録装置１０９と、カメラＡＦマイコン１１４に接続されたズームスイッチ１１６、及び外部測距ユニット１２６（被写体距離測定手段）とを備え、ズーム駆動源１１０、フォーカシング駆動源１１１、ＡＦ信号処理回路１１３、カメラ信号処理回路１０８、及び記憶装置１０９、ズームスイッチ１１６、及び外部測距ユニット１２６は、カメラＡＦマイコン１１４に夫々接続されている。

ＡＦ信号処理回路１１３は、焦点検出に用いられる高周波成分及び映像信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分である輝度差成分を抽出し、外部測距ユニット１２６は、被写体までの距離を測定してその被写体距離情報をカメラＡＦマイコン１１４に送出する。

図２は、図１におけるカメラＡＦマイコン１１４の構成を概略的に示すブロック図である。

図２において、カメラＡＦマイコン１１４は、外部測距ユニット１２６から距離情報を受信する外測値制御部２０１と、外測値制御部２０１から受信した距離情報から一時的なノイズと判断される情報を取り除く後述する図３のズレ量フィルタ演算処理を行うズレ量フィルタ演算処理部２０２と、ＡＦ信号処理装置１１３から受信したＡＦ評価値を受信するＴＶＡＦ制御部２０３と、フォーカシング駆動制御部２０４と、外測値制御部２０１、ズレ量フィルタ演算処理部２０２、及びＴＶＡＦ制御部２０３が送出した信号を受信すると共に適宜必要な信号を選択してフォーカシング駆動制御部２０４に送出するＡＦ動作切り換え部２０５とを備えている。

カメラＡＦマイコン１１４は、ＡＦ信号処理回路１１３の出力信号に基づいてズーム駆動源１１０及びフォーカシング駆動源１１１を制御すると共に、ズームスイッチ１１６の制御及びカメラ信号処理回路１０８の出力信号を制御する。

カメラＡＦマイコン１１４は、また、外部測距ユニット１２６から受信した被写体距離情報及び変倍レンズ群１０２とフォーカスコンペレンズ１０５の位置情報に基づき、現時点において合焦状態となるフォーカスコンペレンズ位置と現時点のフォーカスコンペレンズ位置とのズレの大きさであるズレ量及びズレの方向であるズレ方向を算出する。

ズレ量フィルタ演算処理部２０２が実行するズレ量フィルタ演算は、ズレ量、ズレ量をローパスフィルタによって平滑化した値、ズレ量の変化量、及びズレ量の基準値からの差分の所定時間間隔における平均値又は積分値を出力する方法がある。

図３は、図２におけるズレ量フィルタ演算部２０２によって実行されるズレ量フィルタ演算処理を示すフローチャートである。

図３において、被写体距離情報に基づいて算出された現時点のズレ量を取得し（ステップＳ３０１）、記憶領域（不図示）から所定時間Ｔ（図４）における過去のズレ量ＤＡＴ［０］，ＤＡＴ［１］，ＤＡＴ［２］，及びＤＡＴ［３］を呼出し（ステップＳ３０２）、今回のズレ量ＤＡＴ［４］及び過去のズレ量から単位時間当たりのズレ量Ａを下式（２）
Ａ＝（DAT[0]＋DAT[1]＋DAT[2]＋DAT[3]＋DAT[4]）／Ｔ …（２）
に基づいて算出し（ステップＳ３０３）（ズレ量算出手段）、今回のズレ量を記憶領域に保存して（ステップＳ３０４）、本処理を終了する。

さらに、ステップＳ３０３の処理において、被写体距離が継続的に変化しているときに急に被写体距離が元に戻る場合、それが一時的なものか永続的なものかを判断するのが困難であるので、被写体距離の変化が継続し始めたときに一時的に被写体距離が元に戻ったときには、所定時間Ｔを延長して一時的な変化の影響を受けにくいようにしてもよい。

図５は、図１の撮像装置１００によって実行されるＡＦ制御処理を示すフローチャートである。

図５において、フォーカスレンズ１０５を微小駆動し（ステップＳ５０１）、合焦しているか否かを判別し（ステップＳ５０２）、合焦していないときは、上記の微小駆動により合焦方向を認識できたか否かを判別し（ステップＳ５０３）、合焦方向を認識できたときは、ＡＦ評価値が大きくなる方向へ高速でフォーカスレンズ１０５を移動させる山登り駆動を行い（ステップＳ５０４）、この山登り駆動をＡＦ評価値がピークを越えるまで行って（ステップＳ５０５でＹＥＳ）、山登り駆動中のＡＦ評価値のピークに戻すためにフォーカスレンズ１０５を逆方向に駆動させ（ステップＳ５０６）、この逆方向の駆動をＡＦ評価値がピークに達するまで行って（ステップＳ５０７でＹＥＳ）、ステップＳ５０１以降の処理を繰り返す。

ステップＳ５０２の判別の結果、合焦しているときは、フォーカスコンペレンズ１０５を停止し（ステップＳ５０８）、合焦した時のＡＦ評価値を保存し（ステップＳ５０９）、後述する図６のフォーカスコンペレンズ駆動設定処理を行い、被写体距離情報に基づいてフォーカスコンペレンズ１０５を駆動し（ステップＳ５１０）、ステップＳ５０１の処理に戻り再起動処理を行う。

図６は、図１の撮像装置１００によって実行されるフォーカスコンペレンズ駆動設定処理を示すフローチャートである。

図６において、外部測距ユニット１２６が測定した被写体距離情報を取得し（ステップＳ６０１）、取得した被写体距離情報に基づいて現時点でのズレ量及びズレ方向を算出し（ステップＳ６０２）、その算出結果にノイズ成分を除外するズレ量フィルタ演算を施すことによって単位時間当たりのズレ量を算出すると共に（ステップＳ６０３）、現時点のＡＦ評価値を取得し（ステップＳ６０４）、算出された単位時間当たりのズレ量が後述する第１の所定値よりも大きいが否かを判別する（ステップＳ６０５）。

第１の所定値は、明らかに合焦状態ではないと見なせる単位時間当たりのズレ量の最小値であり、当該ズレ量の許容範囲の上限である。算出された単位時間当たりのズレ量が第１の所定値よりも大きいときは、被写体までの距離が継続的に変化しているので、再起動をする必要がある。

ステップＳ６０５の判別の結果、算出された単位時間当たりのズレ量が第１の所定値より大きいときは、ステップＳ５０９で保存された前回のＡＦ評価値とステップ６０４で取得した現時点のＡＦ評価値との差であるＡＦ評価値変動量を算出し、ＡＦ評価値変動量が後述する第２の所定値より大きいか否かを判別する（ステップＳ６０６）。

第２の所定値は、ＴＶＡＦ方式において、合焦範囲と見なせるＡＦ評価値変動量の最大値であり、当該変動量の許容範囲の上限である。算出されたＡＦ評価値変動量が第２の所定値よりも大きいときは、被写体像が合焦していないので、再起動をする必要がある。

算出された単位時間当たりのズレ量が第１の所定値よりも大きく且つＡＦ評価値変動量が第２の所定値よりも大きいときは、単位時間当たりのズレ量の算出には所定時間必要とされるので、再起動時にフォーカスコンペレンズ１０５を合焦点付近へ素早く駆動する必要がある。

一方、算出された単位時間当たりのズレ量が第１の所定値よりも大きいが、ＡＦ評価値変動量が第２の所定値よりも小さいときは、真の被写体とは異なる対象物に対して合焦していることが考えられ、再起動時にフォーカスコンペレンズ１０５をあまり高速で駆動すると、映像が大きくボケるおそれがあるので、合焦点付近へ比較的低速で駆動する必要がある。

ステップＳ６０６の判別の結果、ＡＦ評価値変動量が第２の所定値より大きいときは、フォーカシング駆動源１１１の駆動スピード設定を上げて、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第１の駆動速度に設定して（ステップＳ６０７）、ステップＳ６０８の処理に進む。

この場合、フォーカスコンペレンズ１０５の合焦位置からのズレ量が第１の所定値よりも大きく、且つＡＦ評価値変動量が第２の所定値より大きいので、現在のフォーカスコンペレンズ１０５の位置は、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おり、フォーカスコンペレンズ１０５を比較的大きく移動させる必要があるため、合焦位置近傍までのフォーカシング駆動源１１１の駆動スピード設定を上げる必要がある。上記駆動速度は、ステップＳ６０２において求められたズレ量の大きさに応じて、ズレ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Ｓ６０６の判別の結果、ＡＦ評価値変動量が第２の所定値以下のときは、フォーカシング駆動源１１１の駆動スピード設定を下げて、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）に設定して（ステップＳ６１０）、ステップＳ６０８の処理に進む。

この場合、現在のフォーカスコンペレンズ１０５の位置は、撮影光学系の焦点状態が合焦状態から大きくずれてはいないのでフォーカスコンペレンズ１０５を比較的大きく移動させる必要がないため、合焦位置近傍までのフォーカシング駆動源１１１の駆動スピード設定を下げる必要がある。これにより映像が大きくボケるのを防ぐことができる。

ステップＳ６０７又はＳ６１０でフォーカシング駆動源１１１の駆動速度が設定されると、ステップＳ６０２で求められたズレ量に基づいて、フォーカスコンペレンズ１０５の移動量を演算し（ステップＳ６０８）、適切な駆動速度でフォーカスコンペレンズ１０５を駆動させ（ステップＳ６０９）、本処理を終了する。

一方、ステップＳ６０５の判別の結果、算出された単位時間当たりのズレ量が第１の所定値よりも小さいときは、ＡＦ評価値変動量が第２の所定値より大きいが否かを判別し（ステップＳ６１１）、ＡＦ評価値変動量が第２の所定値よりも大きいときは、ステップＳ６０２で求めたズレ方向が至近側か否かを判別し（ステップＳ６１２）、ズレ方向が至近側のときは、前記フォーカスコンペレンズ１０５の動きだし駆動方向を至近方向に設定し（ステップＳ６１３）、ズレ方向が至近側ではないときは、フォーカスコンペレンズ１０５の動きだし駆動方向を無限遠方向に設定し（ステップＳ６１４）、本処理を終了する。これにより、再起動において、フォーカスコンペレンズ１０５が一時的に合焦方向とは逆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コンペレンズ１０５を移動させることが可能となる。

ステップＳ６１１の判別の結果、ＡＦ評価値の変動量が第２の所定値よりも小さい場合は、合焦状態であると判断し、再起動は行わず、フォーカスコンペレンズ１０５を停止し（ステップＳ６１５）、ステップＳ６０１に戻り再起動の判定を繰り返す。

図６の処理によれば、算出された単位時間当たりのズレ量が第１の所定値より小さく（ステップＳ６０５でＮＯ）、ＡＦ評価値変動量が第２の所定値より小さいときは（ステップＳ６０６でＮＯ）、合焦状態であると判断し、再起動は行わず、フォーカスコンペレンズ１０５を停止する（ステップＳ６１５）ので、一時的な中抜け等による無駄なフォーカスコンペレンズレンズ１０５の駆動を防止し、再起動判定の精度を向上させることができる。

図７は、図１の撮像装置１００の変形例の構成を概略的に示すブロック図である。

図７の撮像装置７００は、構成が図１の撮像装置と基本的に同じであり、図１のものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略し、図１の撮像装置と異なる構成要素についてのみ以下に説明する。

図７の撮像装置７００は、位相差検出方式の１つであるＴＴＬ位相差検出方式を利用している。

図７の撮像装置７００は、第１の固定レンズ群１３１と、ズーム駆動源１１０によって駆動される変倍レンズ群１３２と、フォーカシング駆動源１１１によって駆動されるフォーカスコンペレンズ１３３と、光分割を行うハーフプリズム１２１と、サブミラー１２２と、結像レンズ１２３と、結像レンズ１２０と、位相差検出方式のＡＦセンサ１２４（ピント状態検出手段）と、ＡＦ回路１２５とを備える。

ハーフプリズム１２１は、絞り１０３の影響を受けないようにすべく、絞り１０３の手前に備えられている。

被写体像は、固定レンズ１３１、変倍レンズ１３２、フォーカスコンペレンズ１３３を介してハーフプリズム１２１に入光すると共に二分割される。二分割された一方は、サブミラー１２２によって反射され、結像レンズ１２３を介してＡＦセンサ１２４に結像され、他方は絞り１０３及び結像レンズ１２０を介してＣＣＤ１０６に結像される。

カメラＡＦマイコン１１４は、ＡＦセンサ１２４及びＡＦ回路１２５を介して送出された映像信号に基づいて位相差検出方式によりピント状態のズレ量及びズレ方向を算出する。

このとき算出されたズレ量及びズレ方向に基づいて図６のフォーカスコンペレンズ駆動設定処理を実行することができる。

図７の撮像装置は、また、予め焦点距離毎に、位相差検出方式によって得られたズレ量に対するフォーカスコンペレンズ１３３の移動量、又は位相差に対するフォーカスコンペレンズ位置を記憶媒体に保存してもよい。これによれば、ピント状態のズレ量に基づいてフォーカスコンペレンズ１３３の動作処理を早めることができる。

図７の撮像装置７００によれば、被写体像は、ハーフプリズム１２１によって二分割され、サブミラー１２２によって反射され、結像レンズ１２３を介してＡＦセンサ１２４に結像され、ＡＦセンサ１２４がＡＦ回路１２５を介してカメラＡＦマイコン１１４に送出した映像信号に基づいてピント状態のズレ量及びズレ方向を算出するので、より正確に合焦させることができる。

本発明の実施の形態に係る撮像装置のブロック図である。図１におけるカメラＡＦマイコンの構成を概略的に示すブロック図である。図２におけるズレ量フィルタ演算部によって実行されるズレ量フィルタ演算処理を示すフローチャートである。図３のステップ３０３で実行されるズレ量フィルタ演算を説明するのに用いられる図である。図１の撮像装置によって実行されるＡＦ制御処理を示すフローチャートである。図１の撮像装置によって実行されるフォーカスコンペレンズ駆動設定処理を示すフローチャートである。図１の撮像装置の変形例の構成を概略的に示すブロック図である。従来の撮像装置によって算出されるＡＦ評価値を説明するのに用いられる図である。従来の撮像装置の構成を概略的に示すブロック図である。図９の撮像装置によって実行されるＡＦ制御処理を示すフローチャートである。従来の撮像装置が有する外部測距離方式のＡＦ機能が利用する三角測量の原理を説明するのに用いられる図である。図１１の三角測量の原理における相関を説明するのに用いられる図である。

符号の説明

１００撮像装置
１０５フォーカスコンペレンズ
１０６ＣＣＤ
１０７ＡＧＣ
１０８カメラ信号処理回路
１１０ズーム駆動源
１１１フォーカシング駆動源
１１２ＡＦゲート
１１３ＡＦ信号処理回路
１１４カメラＡＦマイコン
１１５モニタ装置

Claims

被写体の光学像を結像面に結像するフォーカスレンズと、前記結像された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段と、前記結像された光学像を前記結像面で合焦するように前記駆動手段を制御する合焦制御手段とを備える撮像装置において、前記合焦制御手段は、前記結像された光学像に基づいて前記結像された光学像の合焦状態を示す評価値を算出する評価値算出手段と、前記フォーカスレンズの位置に関するズレ量及びズレ方向、又は前記結像された光学像に関するズレ量及びズレ方向を算出するズレ算出手段とを備え、前記算出された評価値、並びに前記算出されたズレ量及びズレ方向に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする撮像装置。
前記ズレ算出手段は、前記被写体までの距離を測定する被写体距離測定手段を備え、前記測定された距離に基づいて前記ズレ量及びズレ方向を算出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記ズレ算出手段は、前記結像された光学像のピント状態を検出するピント状態検出手段を備え、前記結像された光学像のピント状態に基づいて前記ズレ量及びズレ方向を算出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記ズレ算出手段は、前記ズレ量の単位時間当たりの変化量を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記算出された変化量は、前記算出されたズレ量、前記算出されたズレ量を平滑化した値、前記算出されたズレ量の変化量、及び前記算出されたズレ量の基準値からの差分のいずれか１つの所定時間間隔における平均値又は積分値であることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
前記所定時間間隔は、前記算出されたズレ量が継続的に変化した後に一時的に変化が無くなった場合は、延長されることを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
前記合焦制御手段は、前記フォーカスレンズの駆動量を設定する駆動量設定手段、前記フォーカスレンズの駆動方向を設定する方向設定手段、及び前記フォーカスレンズの駆動速度を設定する駆動速度設定手段のうち少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記合焦制御手段は、前記算出されたズレ量が、前記ズレ量の許容範囲の上限である第１の所定値より大きいときは、前記駆動手段を作動させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記合焦制御手段は、前記算出されたズレ量が、前記ズレ量の許容範囲の上限である第１の所定値より小さいときは、前記算出された評価値に基づいて、前記駆動手段を作動させるか否かを判別することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記合焦制御手段は、前記算出された評価値の変動量が、前記変動量の許容範囲の上限である第２の所定値より大きいときは、前記駆動手段を作動させることを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
前記合焦制御手段は、前記算出されたズレ方向に基づいて、前記駆動手段の駆動方向を設定することを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
前記合焦制御手段は、前記算出された評価値の変動量が前記第２の所定値より小さいときは、前記駆動手段を作動させないことを特徴とする請求項１０記載の撮像装置。
前記合焦制御手段は、前記算出された評価値の変動量が、前記変動量の許容範囲の上限である第２の所定値より大きいときは、前記駆動手段の駆動速度を第１の速度に設定し、前記算出された評価値の変動量が前記第２の所定値よりも小さいときは、前記駆動手段の駆動速度を第１の駆動速度よりも小さい第２の駆動速度に設定することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
被写体の光学像を結像面に結像するフォーカスレンズと、前記結像された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段とを備える撮像装置の制御方法において、前記結像された光学像を前記結像面で合焦するように前記駆動手段を制御する合焦制御ステップを備え、前記合焦制御ステップは、前記結像された光学像に基づいて前記結像された光学像の合焦状態を示す評価値を算出する評価値算出ステップと、前記フォーカスレンズの位置に関するズレ量及びズレ方向、又は前記結像された光学像に関するズレ量及びズレ方向を算出するズレ算出ステップとを備え、前記算出された評価値、並びに前記算出されたズレ量及びズレ方向に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする撮像装置の制御方法。
前記ズレ算出ステップは、前記被写体までの距離を測定する被写体距離測定ステップを備え、前記測定された距離に基づいて前記ズレ量及びズレ方向を算出することを特徴とする請求項１４記載の撮像装置の制御方法。
前記ズレ算出ステップは、前記結像された光学像のピント状態を検出するピント状態検出ステップを備え、前記結像された光学像のピント状態に基づいて前記ズレ量及びズレ方向を算出することを特徴とする請求項１４記載の撮像装置の制御方法。
前記ズレ算出ステップは、前記ズレ量の単位時間当たりの変化量を算出することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法。
前記算出された変化量は、前記算出されたズレ量、前記算出されたズレ量を平滑化した値、前記算出されたズレ量の変化量、及び前記算出されたズレ量の基準値からの差分のいずれか１つの所定時間間隔における平均値又は積分値であることを特徴とする請求項１７記載の撮像装置の制御方法。
前記所定時間間隔は、前記算出されたズレ量が継続的に変化した後に一時的に変化が無くなった場合は、延長されることを特徴とする請求項１８記載の撮像装置の制御方法。
前記合焦制御ステップは、前記フォーカスレンズの駆動量を設定する駆動量設定ステップ、前記フォーカスレンズの駆動方向を設定する方向設定ステップ、及び前記フォーカスレンズの駆動速度を設定する駆動速度設定ステップのうち少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法。
前記合焦制御ステップは、前記算出されたズレ量が、前記ズレ量の許容範囲の上限である第１の所定値より大きいときは、前記駆動手段を作動させることを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法。
前記合焦制御ステップは、前記算出されたズレ量が、前記ズレ量の許容範囲の上限である第１の所定値より小さいときは、前記算出された評価値に基づいて、前記駆動手段を作動させるか否かを判別することを特徴とする請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法。
前記合焦制御ステップは、前記算出された評価値の変動量が、前記変動量の許容範囲の上限である第２の所定値より大きいときは、前記駆動手段を作動させることを特徴とする請求項２２記載の撮像装置の制御方法。
前記合焦制御ステップは、前記算出されたズレ方向に基づいて、前記駆動手段の駆動方向を設定することを特徴とする請求項２３記載の撮像装置の制御方法。
前記合焦制御ステップは、前記算出された評価値の変動量が前記第２の所定値より小さいときは、前記駆動手段を作動させないことを特徴とする請求項２３記載の撮像装置の制御方法。
前記合焦制御ステップは、前記算出された評価値の変動量が、前記変動量の許容範囲の上限である第２の所定値より大きいときは、前記駆動手段の駆動速度を第１の速度に設定し、前記算出された評価値の変動量が前記第２の所定値よりも小さいときは、前記駆動手段の駆動速度を第１の駆動速度よりも小さい第２の駆動速度に設定することを特徴とする請求項２１記載の撮像装置の制御方法。
被写体の光学像を結像面に結像するフォーカスレンズと、前記結像された光学像を光電変換して映像信号として出力する光電変換手段と、前記フォーカスレンズを駆動する駆動手段とを備える撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、前記結像された光学像を前記結像面で合焦するように前記駆動手段を制御する合焦制御モジュールを備え、前記合焦制御モジュールは、前記結像された光学像に基づいて前記結像された光学像の合焦状態を示す評価値を算出する評価値算出モジュールと、前記フォーカスレンズの位置に関するズレ量及びズレ方向、又は前記結像された光学像に関するズレ量及びズレ方向を算出するズレ算出モジュールとを備え、前記算出された評価値、並びに前記算出されたズレ量及びズレ方向に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とするプログラム。
請求項２７記載のプログラムを格納することを特徴とするコンピュータ読取り可能な記憶媒体。