JP2006011068A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラストＡＦ方式のフォーカス制御において、動いている被写体でも、高精度のフォーカス制御が可能な光学機器を実現する。
【解決手段】撮影光学系により形成された被写体の像を光電変換する撮像素子を用いて得られた撮像信号から、該被写体像のコントラスト状態に応じた第１の信号を生成する信号生成手段と、被写体までの距離を検出する距離検出手段と、該距離検出手段による検出結果の変化に基づいて被写体の移動速度を算出する速度算出手段と、第１の信号と移動速度とに基づいて撮影光学系のフォーカス駆動を制御する制御手段とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、カメラ等の光学機器に関し、詳しくは合焦動作及び制御に関するものである。

従来、カメラ等のオートフォーカス制御におけるコントラストＡＦ方式は、撮影系（撮像用）の撮像素子を使用して、該撮像素子から得られる輝度信号の高域成分、すなわちコントラスト状態（鮮鋭度）を示す成分（以下、ＡＦ評価値と称す）を検出している。よって、精度が高いフォーカス制御を可能とし、また、焦点検出のための検出系を設ける必要がないため、小型で低コストのオートフォーカス（ＡＦ）制御を実現している。

このコントラストＡＦ方式では、無限遠から至近端までをスキャンしてＡＦ評価値を検出し、該ＡＦ評価値の最大値に対応する位置（合焦位置）にレンズを駆動する全スキャン方式や、ＡＦ評価値の増加する方向にレンズを所定量駆動し、ＡＦ評価値の最大値（山の頂上）を検出する山登り方式が知られている。

一方、他のＡＦ方式としては、撮影系の撮像素子とは別にセンサを使用して専用の検出系を構成している位相差検出ＡＦ方式、三角測距ＡＦ方式等が知られている。このフォーカス制御方式は専用の検出系を構成しているため経時変化や温度変化の影響を受け易く、また、距離に応じて撮影画像と測距位置にパララックスが発生するなど、コントラストＡＦ方式に比べて焦点検出精度が低いおそれがある。

しかし、この位相差検出ＡＦ方式、三角測距ＡＦ方式は、検出した位相差や距離に基づいて合焦位置までのレンズ駆動量を算出する。つまり、コントラストＡＦ方式のように実際にレンズを駆動しながら合焦位置を検出するスキャン動作や山登り動作を必要としないため、焦点検出速度が速い利点がある。

また、このコントラストＡＦ方式と三角測距ＡＦ方式（又は位相差検出ＡＦ方式等）を組み合わせ、上記利点を生かしたハイブリットＡＦ方式のオートフォーカス制御が特許文献１に提案されている。

このハイブリッドＡＦ方式は、例えば、距離が変化しない静止した（静的な）被写体ではコントラストＡＦ方式を選択し、距離が変化する動的な被写体（動いている被写体）では、三角測距ＡＦ方式を選択することで、動的な被写体及び静的な被写体にも対応した焦点検出を実現しようとするものである。
特開２００１−２５５４５６号（段落００１２〜００１５、図１〜図６等）

しかし、上記特許文献１において提案されているハイブリッドＡＦでは、完全にＡＦ方式を選択的に切換えるので、距離が変化する被写体では十分な焦点検出精度が確保できない問題があった。つまり、静止した被写体ではコントラストＡＦ方式を用いて十分な精度が確保できるが、距離が変化する動的な被写体では三角測距ＡＦ方式のみを用いるので、経時変化や温度変化での合焦位置の狂いがそのまま現れてしまい、高画素の撮像素子を用いる場合などはピンボケ状態が続いてしまう問題があった。

本発明の目的は、動いている被写体であっても高精度のフォーカス制御が可能な光学機器を実現するものである。

本発明の光学機器は、撮影光学系により形成された被写体の像を光電変換する撮像素子を用いて得られた撮像信号から、該被写体像のコントラスト状態に応じた第１の信号を生成する信号生成手段と、被写体までの距離を検出する距離検出手段と、該距離検出手段による検出結果の変化に基づいて被写体の移動速度を算出する速度算出手段と、第１の信号と移動速度とに基づいて撮影光学系のフォーカス駆動を制御する制御手段とを有する。

本発明によれば、本来、精度の高いコントラストＡＦ方式を用いつつ、検出した被写体の移動速度に基づいてフォーカス駆動を制御するので、被写体の移動速度に応じた高精度のフォーカス制御が可能な光学機器を実現できる。

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は、本発明の実施例１のカメラシステム（光学機器）における構成ブロック図であり、カメラ本体２０１と該カメラ本体２０１に装着されるレンズユニット１０１とを有している。なお、本実施例ではレンズユニット１０１がカメラ本体２０１に着脱可能なレンズ交換型の光学機器を示しているが、一体型に構成してもよく、動画や静止画を撮影してテープや半導体メモリ、光ディスクや磁気ディスク等のさまざまな記憶媒体に記録可能としてもよい（ビデオカメラやデジタルカメラ等）。

レンズユニット１０１には、光軸方向に移動して撮影光学系の焦点距離を変更可能なズームレンズ１１１、光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズ１３１、被写体の輝度に応じて、像面に入射する光量を調節する光量調節部材（絞り）１０３が設けられている。また、図示していないが各レンズは複数枚で構成することもでき、固定レンズ等を設けて撮影光学系を構成してもよい。そして、ズームレンズ１１１はズーム制御回路１１３を介してズームモータ１１２により駆動され、フォーカスレンズ１３１はフォーカス制御回路１３３を介してフォーカスモータ１３２により駆動される。

１４１はＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子であり、撮影光学系により形成された被写体像はこの撮像素子１４１に結像して光電変換され、撮像制御回路１４３を介して制御される撮像信号処理回路１４２で撮像信号として出力される。

１３４はＡＦ信号処理回路で、一つまたは複数の測距ゲート１３５にて被写体の撮像信号を抽出し、さらにバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３６で所定の高周波成分のみを抽出する。そして、検波器（ＤＥＴ）１３７でピークホールドや積分等の検波処理を行うことでＡＦ評価値ＦＶを生成し、フォーカス制御１３３へ出力する信号生成手段である。なお、測距ゲート１３５、ＢＰＦ１３６及びＤＥＴ１３７が複数の場合は、ＡＦ評価値ＦＶも複数の信号になり、フォーカス制御１３３において例えば、複数の信号から条件に応じて選択してフォーカス制御を行ったり、複数の信号に基づいてフォーカス制御を行ったりする。

一方、測距ＡＦ検出ユニット１３０は、測距ＡＦ用瞳分割光学系１３８を通して位相差検出センサ１３９へ結像された２つの被写体像を、位相差検出センサ１３９で２像の位相差量を検出することで、被写体までの距離信号Ｄを算出してフォーカス制御１３３へ出力する。

また、撮像信号処理回路１４２で整えられた撮像（画像）信号は、一時的にＲＡＭ１５４に蓄積される。ＲＡＭ１５４に蓄積された画像信号は、画像圧縮伸張回路１５３にて圧縮処理され、画像記録媒体１５７に記録される。これと並行して、ＲＡＭ１５４に蓄積された画像信号は、画像処理回路１５２にて最適なサイズに縮小・拡大処理がなされ、表示ユニット１５０に表示することで、リアルタイムで撮影画像を撮影者に対してフィードバックする。撮影直後には、表示ユニット１５０に所定時間だけ撮影画像を表示することで、撮影画像の確認を行うことも可能になる。

１５６は操作スイッチであり、電源スイッチやズームスイッチ、レリーズスイッチ、モニタディスプレイＯＮ／ＯＦＦスイッチ等が含まれる。電源スイッチはカメラの電源のＯＮ／ＯＦＦを行い、ズームスイッチはズームを駆動の指示を行う。レリーズスイッチは２段押しに構成になっており、レリーズスイッチＳＷ１がオンすることによりＣＰＵ１５１は、撮影スタンバイからの復帰動作や撮影準備動作（たとえば、オートフォーカスや測光）を開始し、レリーズスイッチＳＷ２がオンすることにより撮影動作を行って画像記録媒体１５７への画像記録等の指示を行う。モニタディスプレイＯＮ／ＯＦＦスイッチは、表示ユニット１５０へ撮影状態の画像を表示するか否かの切り替え等を行う。

電源管理ユニット１５８は、これに接続されたバッテリー１５９の電源状態をチェックやバッテリーの充電といった電源管理を行う。

また、これらの動作に先立って、カメラ本体２０１が起動（ＯＦＦ状態からＯＮ状態）すると、フラッシュメモリ１５５に格納されていたプログラムがＲＡＭ１５４にロードされ、ＣＰＵ１５１がこのＲＡＭ１５４にロードされたプログラムにしたがって処理動作を行う。また、カメラ本体２０１内の各ユニットや回路はバス１５８を介して接続されており、ＣＰＵ１５１によって制御される。

なお、本実施例の光学機器はカメラ本体２０１側のＣＰＵ１５１でＡＦ信号制御回路１３４やフォーカス制御回路１３３を制御してオートフォーカス処理を行っているが、例えばレンズユニット１０１側にレンズＣＰＵ、ＡＦ信号制御回路、フォーカス制御回路等を構成したり、カメラ本体２０１の撮像信号処理回路１４２からの撮像信号を受け取って、レンズユニット１０１側でオートフォーカスを行ったりすることも可能である。

ここで、本実施例の測距ＡＦ検出ユニット１３０の動作原理について図４を参照して説明する。

４０１は被写体、４０４および４０５はそれぞれ、光電変換センサが並んで配置された位相差検出センサ１３９であるセンサアレイ（以下ラインセンサ）ＬおよびＲである。ラインセンサＬ４０４、ラインセンサＲ４０５にはそれぞれＡＦセンサレンズＬ４０２、ＡＦセンサレンズＲ４０３が配置されており、被写体４０１からの光束はそれぞれの光路を通り、ラインセンサＬ４０４、Ｒ４０５で検出される。ここでは、これらＡＦセンサレンズＬ４０２、ＡＦセンサレンズＲ４０３、ラインセンサＬ４０４、ラインセンサＲ４０５からなる外測三角測距用センサ群を測距ＡＦ検出ユニット１３０としている。

測距ＡＦ検出ユニット２３０から被写体４０１までの距離Ｌは測距ＡＦ検出ユニット１３０の基線長をＢ、焦点距離をｆ、ラインセンサＲ４０５を基準とした位相差をｘとしたときＬ＝Ｂ×ｆ／ｘで求めることができる。よって、この結果に基づいて距離Ｌまたは位相差ｘを関数としたフォーカスレンズ１３１の合焦位置までの繰出し量を求めることができる。そして算出された被写体までの距離Ｌは距離信号Ｄとしてフォーカス制御回路１３３に入力されることになる。

なお、本実施例ではパッシブ方式の測距ＡＦ方式を用いて説明しているが、被写体に投光した赤外線を受光することで三角測距の原理から被写体の距離を求める赤外ＡＦ方式を採用してもよい。

このように構成された本実施例の光学機器は、距離信号ＤとＡＦ評価値ＦＶに基づいて、フォーカスモータ１３２を介してフォーカスレンズ１３１を駆動し、オートフォーカス（ＡＦ）を行う。以下に詳細に説明する。図２は処理動作のフローチャートであり、図３は本実施例の処理遷移図である。

まず、撮影状態への移行処理をしてレリーズスイッチＳＷ１がオンされたか否かを検出し、ＳＷ１がオンされた場合にフォーカス制御処理を開始する（Ｓ３０１）。そして、本実施例ではステップ３１１〜ステップ３１４の測距ＡＦ検出により被写体までの距離検出及び移動速度の算出と、ステップ３２１〜ステップ３２９のコントラストＡＦによる焦点検出動作を同時に並行して実行する。

コントラストＡＦ処理では、図３（ａ）に示すように、時刻Ｔ_１から時刻Ｔ_８までフォーカスレンズ１３１のレンズ位置を至近側から無限側まで所定の間隔で動かしながらＡＦ評価値ＦＶを取得する。そして、ＡＦ評価値ＦＶの検出軌跡（カーブ）から例えばＴ_４〜Ｔ_５の間でピーク位置であると判断した場合に、Ｔ_４及びＴ_５におけるＡＦ評価値ＦＶについて補間処理をして合焦点ＦＰを算出する。

測距処理では、時刻Ｔ’_ｎの距離信号Ｄ（Ｔ’_ｎ）を測定し（Ｓ３１１）、被写体までの距離と検出時間から被写体の移動速度を算出する（Ｓ３１２）。この算出方法としては、Ｖ（Ｔ’_ｎ）＝（Ｄ（Ｔ’_ｎ）−Ｄ（Ｔ’_ｎ−１））／(Ｔ’_ｎ−Ｔ’_ｎ−１)の式に基づいて、被写体移動速度Ｖ（Ｔ’_ｎ）を算出することができ、被写体移動速度Ｖ（Ｔ’_ｎ）としてＲＡＭ１５４に記憶するとともに（Ｓ３１３）、被写体までの距離（Ｄ（Ｔ’_ｎ−１）にＤ（Ｔ’_ｎ）を代入した値）を記憶する（Ｓ３１４）。

そして、撮影動作終了までステップ３１１からステップ３１４を繰り返し処理し、フォーカス制御中の被写体までの距離及び移動速度を逐次検出・演算を行い、後述のステップ３２１〜ステップ３２９の動作中の各時刻の被写体移動速度を計測し続け、各時刻における被写体の移動速度をＲＡＭ１５４に記憶する。

次に、ステップ３２１〜ステップ３２９のコントラストＡＦ制御について詳細に説明する。

フォーカスレンズ１３１を微小な所定駆動量ずつ動かしつつ、時刻Ｔ_ｎ（ｎ＝１・・・ｋ）のＡＦ評価値ＦＶを測定するスキャン動作を行う（Ｓ３２１）。図３（ａ）は時刻Ｔ_１から時刻Ｔ_８まで、フォーカスレンズ１３１のレンズ位置を至近側から無限側まで一定の間隔で動かしながらＡＦ評価値ＦＶを取得した場合の検出軌跡である。

ＡＦ評価値ＦＶのスキャン動作後は、各時刻Ｔ_１〜時刻Ｔ_８で算出された被写体の移動速度ＶをＲＡＭ１５４から取得してスキャン動作中の平均被写体移動速度ＡＶを算出する。この平均被写体移動速度ＡＶは、各時刻Ｔｎでの移動速度Ｖ（Ｔ_ｎ）を時刻Ｔ_１から時刻Ｔ_８までの測定回数で割ったもの、すなわち、ＡＶ＝（Ｖ₁＋Ｖ₂＋Ｖ₃＋Ｖ₄＋Ｖ₅＋Ｖ₆＋Ｖ₇＋Ｖ₈）／８で算出できる（Ｓ３２２）。

そして、この平均被写体移動速度ＡＶを所定の閾値ＴＨ０と比較し（Ｓ３２３）、平均被写体移動速度ＡＶが閾値ＴＨ０よりも小さい場合、つまり被写体の移動速度が速い場合は、この移動速度に基づいて合焦点ＦＰ（フォーカスレンズ位置）の補正処理を行う（Ｓ３２４）。

このステップ３２４では、ある基準時刻と各点の計測時刻との差の時間で被写体が移動した移動量を求めて、ＡＦ評価値ＦＶ（Ｔ_ｍ）の各点に対応するレンズ位置を補正する。

具体的には図３（ｂ）に示すように、時刻Ｔ_８を基準に補正する場合、時刻Ｔ_８とＡＦ評価値ＦＶを検出した各時刻（Ｔ_１からＴ_７）との差と、その各時刻間の被写体の平均移動速度とから、各時刻Ｔ_１〜Ｔ_８のレンズ位置の移動量を算出する。この移動量はフォーカスレンズ１３１の移動換算値である。

例えば、時刻Ｔ_４におけるＡＦ評価値ＦＶに対応するレンズ位置の移動量ΔＤは、ΔＤ（Ｔ_４）＝平均移動速度（Ｄ（Ｔ_５）＋Ｄ（Ｔ_４）／２）×時間（Ｔ_８−Ｔ_４）と算出できる。このように各移動量ΔＤｎをステップ３２１で検出した各ＡＦ評価値ＦＶ（Ｔｍ）に対応するレンズ位置に加算して、各時刻Ｔ_１〜Ｔ_７のレンズ位置を補正する。

そして、ステップ３２５において、補正されたレンズ位置に対応するＡＦ評価値ＮＦＶに基づく検出軌跡のピーク位置を補間して合焦点ＮＦＰを算出し、合焦点ＦＰから合焦点ＮＦＰに補正する。なお、このＡＦ評価値ＮＦＰ自体の値は、補正前のＡＦ評価値ＦＶと同じで変化しておらず、ＡＦ評価値ＦＶに対応するレンズ位置が移動量ΔＤだけ補正された際のレンズ位置に対応したＡＦ評価値である。

また、時刻Ｔ_１から時刻Ｔ_８における各レンズ位置の補正は、時刻Ｔ_１から時刻Ｔ_８のまでの全スキャン動作が終了した後に上記補正処理を行って合焦点補正を行ってもよいし、例えば、時刻Ｔ_２におけるＡＦ評価値ＦＶ（Ｔ_２）を検出した後に、時刻Ｔ_１におけるレンズ位置補正を行い、ＡＦ評価値ＦＶの検出とともに被写体の移動速度に基づくレンズ位置の補正を行って補正されたＡＦ評価値ＮＦＶの検出軌跡を求めるように並行して処理を行ってもよい。

一方、平均被写体移動速度ＡＶが閾値ＴＨ０よりも大きい場合、つまり、被写体の移動速度が遅い場合は、被写体が静止した状態又は静止した状態とみなせるものとして、上記補正処理を行わずにステップ３２５において、ステップ３２１で検出されたＡＦ評価値ＦＶに基づく合焦点ＦＰを算出する。

その後、スキャン動作後から現時点までに被写体が移動している場合は、合焦点がさらに移動しているので、スキャン動作後からレリーズスイッチＳＷ２がオンされるまでの間の被写体の平均被写体移動速度ＡＶ２を算出する（Ｓ３２６）。

レリーズスイッチＳＷ２がオンされた場合は（Ｓ３２７）、被写体の移動速度に応じて補正すべきか否かを判断する。すなわち、閾値ＴＨ１よりも平均被写体移動速度ＡＶ２が小さい場合は、被写体の移動速度に対して補正する必要が無いものとしてステップＳ３２９をスキップして撮影動作処理を行う（Ｓ３３０）。

また、閾値ＴＨ１よりも大きい場合、すなわち、被写体の移動速度が速く合焦位置の補正が必要と判断された場合には、ステップ３２９に進み、合焦点ＮＦＰ１の補正を行う。

具体的には図３（ｃ）に示すように、実際に撮影を行う時点の時刻とステップ３２２で用いた基準時刻（Ｔ_８）との差を求め、被写体の移動速度Ｖを算出し、この速度に基づくその間に被写体が移動した量を算出する。そして移動量に基づいて合焦点ＮＦＰ１から合焦点ＮＦＰ２に合焦位置を補正する。なお、閾値ＴＨ０及びＴＨ１は同じ値であってもよいし、互いに関連又は独立した値であってもよく、本実施例のカメラシステムにおける最適な処理のために設定された値である。

最後にステップ３３０で撮影動作を行い、撮影終了の信号を出力し（Ｓ３１５）、測距処理を終了させて一連の動作を終了する。

このように、本実施例では図９（ａ）に示すように、コントラストＡＦ制御中、測距ＡＦ検出ユニット１３０により、被写体までの距離検出と移動速度の算出が繰り返し行われ、ＡＦ信号処理回路１３４から出力されたＡＦ評価値ＦＶに基づくコントラストＡＦ方式での合焦動作により算出された合焦点ＦＰを、この移動速度Ｖに基づいて所定時間後の合焦位置がどれくらい移動するかを算出もしくは予測して補正することで移動する被写体の合焦点ＮＦＰを算出している。

つまり、この被写体の移動検出を元に移動予測を行うことでスキャンした過去のＡＦ評価値の検出位置のレンズ位置補正を行い、さらには、合焦動作後、実際に撮影するレリーズまでの時間を測定してその間の移動速度に基づいて合焦位置を補正することで、被写体移動によるピントのずれを補正する。

よって、移動する被写体であってもコントラストＡＦでの合焦点検出を基本とした高精度で迅速なフォーカス制御が可能な光学機器を実現できる。

また、測距ＡＦ検出による被写体の移動速度検出は、測距ＡＦの検出結果を相対的に用いることで移動速度を検出するために、測距ＡＦ検出ユニットの経時変化や温度変化での合焦点の狂いもキヤンセルされる効果もある。

図５から図８は、本発明の実施例２におけるフォーカス制御を示す図であり、本実施例は山登り方式でコントラストＡＦを行う。

図７は通常の山登り方式のコントラストＡＦの遷移図である。縦軸がＡＦ評価値ＦＶのレベルを表し、横軸はフォーカスレンズ１３１のレンズ位置を表す。レンズ位置は右方向が無限遠側、左方向が至近端側を表している。Ｐ７０１からＰ７０５は時間と共に変化するフォーカスレンズ位置とＡＦ評価値ＦＶの関係を表している。

最初、フォーカスレンズ１３１が時刻Ｔ７０１においてレンズ位置Ｐ７０１に位置している場合、ＡＦ評価値ＦＶが増加する方向にフォーカスレンズ１３１を所定微小量駆動し、ＡＦ評価値ＦＶのピーク位置を探索する。そして、ＡＦ評価値ＦＶが減少しはじめる時点（時刻Ｔ７０５）でモータ駆動方向を逆転させ、ＡＦ評価値ＦＶが増加する方向（図７における無限遠側から至近端側に駆動方向）にフォーカスレンズ１３１を駆動させる。

そして、時刻Ｔ７０７においてＡＦ評価値ＦＶが下がり始めると、再度ＡＦ評価値が増加する方向（図７における至近端側から無限遠側に駆動方向）に駆動する。このＡＦ評価値ＦＶが下がり始めた時点でモータ駆動方向を逆転してＡＦ評価値ＦＶが増加する方向にフォーカスレンズ１３１を駆動する動作を繰り返すことで、図７の矢印Ａのような合焦探索軌跡を辿り、最終的に時刻Ｔ７０８においてレンズ位置Ｐ７０４（合焦位置）に移動して停止する。

次に本実施例のフォーカス制御の処理動作を図５、図８を用いて説明する。図５は本実施例のフォーカス制御を示すフローチャート、図８は制御遷移図である。

まず、ステップ５０１においてレリーズスイッチＳＷ１がオンされたか否かを検出し、レリーズスイッチＳＷ１がオンされた場合にフォーカス制御処理を開始する。そして、実施例１同様にコントラストＡＦ処理による焦点検出動作中並行して、ステップ５１１からステップ５１４までの測距ＡＦ検出ユニット１３０による被写体の移動速度検出動作が繰り返し行われる。

ステップ５１１では測距処理により、時刻Ｔ’_ｎの距離信号Ｄ（Ｔ’_ｎ）を測定する。測定した距離信号Ｄに基づいて、Ｖ（Ｔ’_ｎ）＝（Ｄ（Ｔ’_ｎ）−Ｄ（Ｔ’_ｎ−１））／（Ｔ’_ｎ−Ｔ’_ｎ−１）の計算式により被写体移動速度Ｖ（Ｔ’_ｎ）を算出し（Ｓ５１２）、被写体の移動速度Ｖ（Ｔ’_ｎ）をＲＡＭ１５４に記憶する（Ｓ５１３）。ステップ５１４では次の時刻における被写体の移動速度を算出するため、Ｄ（Ｔ’_ｎ−１）にＤ（Ｔ’_ｎ）を格納する処理を行い、ステップ５１１からステップ５１４を繰り返し行う。

そして、被写体の移動速度検出と同時並行して山登り方式のコントラストＡＦが行われる。ＦＶ（ｎ）は時刻Ｔ’_ｎにおけるＡＦ評価値、ＪＰＣは合焦状態になるまでの処理回数（モータ駆動方向の逆転駆動処理回数）であり、所定回数（例えばＭ回）行われたかを示すパラメータ（引数）である。また、モータ駆動方向フラグはフォーカスレンズ１３１の駆動方向を変更するパラメータであり、フラグＮの場合が逆転駆動、フラグＦの場合は正転駆動する。

まず、ステップ５２１において各パラメータの初期化を行う。そして、ＡＦ信号制御回路１３４から出力される時刻毎のＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）と、このＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）に対応するレンズ位置をＰＯＳ＿ＦＶ（ｎ）としてＲＡＭ１５４に記憶する（Ｓ５２２）。

次に、ＡＦ評価値の差分ＤＦＶ＝ＦＶ（ｎ）−ＦＶ（ｎ−１）を求めてＡＦ評価値ＦＶの増減方向を検出し（Ｓ５２３）、差分ＤＦＶが０より大きいか否かを判断する（Ｓ５２４）。差分ＤＦＶが０より大きい、つまりＡＦ評価値ＦＶが増加する方向にフォーカスレンズ１３１が駆動されている場合は、ＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）とこのＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）に対応するレンズ位置ＰＯＳ＿ＰＫ（ｎ）をＲＡＭ１５４に記憶する（Ｓ５２５）。逆に差分ＤＦＶが０より小さい場合はＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）が減少する方向にフォーカスレンズ１３１が駆動されていると判断し、ＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）とレンズ位置ＰＯＳ＿ＰＫをＲＡＭ１５４へ記憶しないでステップ５２６に進む。

そして、差分ＤＦＶを所定の閾値ＴＨ２と比較する。差分ＤＦＶが閾値ＴＨ２よりも大きい場合はステップ５３１に進み、差分ＤＦＶが閾値ＴＨ２よりも小さい場合はＡＦ評価値ＦＶのピーク位置の近傍にレンズ位置があると判断し、パラメータＪＰＣを１インクリメントして（Ｓ５２７）、モータ駆動方向フラグを変更し（Ｓ５２９）、この時刻ＴｎにおけるＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）と該ＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）に対応するレンズ位置ＰＯＳ＿ＦＶ（ｎ）をＲＡＭ１５４に記憶する（Ｓ５３０）。

なお、ステップ５２９のモータ駆動方向フラグの変更処理は設定フラグがＮの場合はＦを、設定フラグがＦの場合はＮを各々の場合で設定してモータ駆動方向の変更指示を行う。このステップ５２１からステップ５３０までの処理が上述の図７の山登り方式の処理に相当している。

そして、本実施例ではステップ５３１において検出されたＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）に対して、ステップ５１３で記憶された時刻Ｔ_ｎでの被写体の移動速度Ｖ（ｎ）に基づいて補正を行う。

具体的には、被写体の移動が無い場合（図８（ａ））は、時刻Ｔ８０１におけるレンズ位置Ｐ８０１は、時刻Ｔ８０２においてレンズ位置Ｐ８０２へ移動する。そして、これと同じコントラストを有する被写体で被写体移動があると、図８（ｂ）に示すように、時刻Ｔ８０１におけるレンズ位置Ｐ８０１を時刻Ｔ８０２においてレンズ位置Ｐ８０２に移動するのではなく、時刻Ｔ８０２においてレンズ位置Ｐ８０３に移動するように移動先を決定する。これは、測距処理から検出された時刻Ｔ８０１から時刻Ｔ８０２の間の平均被写体移動速度から被写体移動がレンズ位置換算で移動量Ｎ８１だけあったと算出されるので、この移動量Ｎ８１をレンズ移動量に加算してレンズ位置Ｐ８０３を決定している。

この補正処理は図５のステップ５３１からステップ５３３の処理に相当し、ステップ５３１において被写体の移動速度を用いて被写体の移動量を算出し、ステップ５３２で算出された被写体の移動量を現在のレンズ位置に足したレンズ位置にフォーカスレンズ１３１を移動させる。このときフォーカスレンズ１３１は、ステップ５２９で変更したモータ駆動方向に移動される。そして、補正されたレンズ位置はＲＡＭ１５４に記憶され、ステップ５２２に戻り、次の時刻Ｔ８０３におけるＡＦ評価値ＦＶを検出する。そして、ステップ５２２からステップ５３３の処理を繰り返し行い、フォーカスレンズ１３１を合焦点に近づける。

このとき、被写体が移動していない場合の山登り方式のコントラストＡＦ処理は、所定の間隔（フォーカスレンズ１３１の駆動間隔）及び駆動速度でフォーカスレンズ１３１を制御しているが（図７参照）、本実施例ではこのように被写体の移動量に対してＡＦ評価値ＦＶ（レンズ位置）が補正されるため、次の山登り方式での制御、例えば時刻Ｔ８０２の補正されたレンズ位置Ｐ８０３から次の時刻Ｔ８０３のレンズ位置までフォーカスレンズ１３１を駆動する際、補正されたＡＦ評価値ＦＶに応じて次のフォーカスレンズ１３１の駆動間隔と駆動速度をＣＰＵ１５１で算出し、合焦動作を最適かつ迅速に制御している。

合焦点付近では、被写体移動が無い場合（図８（ｃ））では、時刻Ｔ８１１におけるレンズ位置Ｐ８１１から時刻Ｔ８１２においてＰ８１２へと移動させ、時刻Ｔ８１２ではレンズ位置Ｐ８１１へ再び戻して（モータを逆転駆動して）、さらに時刻Ｔ８１３においてレンズ位置Ｐ８１１として合焦する。

一方、被写体移動がある場合、図８（ｄ）に示すように、時刻Ｔ８１１におけるレンズ位置Ｐ８１１から時刻Ｔ８１２においてレンズ位置Ｐ８１２へ移動させるときに、被写体の移動があるので、移動量Ｎ８２をレンズ位置Ｐ８１２に加算してＰ８１３へ移動させる。さらに、時刻Ｔ８１３においても被写体の移動があるので、レンズ位置Ｐ８１１に移動量Ｎ８３を加算してＰ８１４へ移動して合焦となる。ここで、移動量Ｎ８２は時刻Ｔ８１１から時刻Ｔ８１２までの平均被写体速度に時間（Ｔ８１２−Ｔ８１１）を乗じて求まる被写体移動量をレンズ移動量に換算したものであり、移動量Ｎ８３も同様に時刻Ｔ８１２から時刻Ｔ８１３までの平均被写体移動速度に時間（Ｔ８１３-Ｔ８１２）を乗じて求まるレンズ移動量に換算したものである。

その後、図５のステップ５２８でモータ駆動方向の逆転処理回数が所定回数Ｎを超えたときに、合焦点にフォーカスレンズ１３１が位置しているとして、ステップ５４１に進み、ここで合焦点の補正を行う。

このステップ５４１では、ステップ５１３に記憶した被写体移動速度と、ＰＯＳ＿ＰＫのデータを検出した時刻と現在の時刻差から、レンズ位置ＰＯＳ＿ＰＫの位置補正を行い、Ｓ５４２で補正したＰＯＳ＿ＰＫへフォーカスレンズ１３１を移動して合焦となる。

そして、図６に示す合焦状態から再び焦点検出動作を開始する処理に移行する。

ステップ６１１からステップ６１４までの測距検出による被写体速度検出は、図５のステップ５１１からステップ５１４の処理と同様であり、また、この測距検出の処理とＳ６２１からＳ６２５までの再起動判別動作も同時並行して行われる。

まず、現在のＡＦ評価値ＦＶ（ｎ）を取得して（Ｓ６２１）、差分ＤＦＶ=ＦＶ（ｎ）−ＦＶ＿ＰＫを算出することで、図５のステップ５４３での合焦点からどの程度ズレが生じているかを検出する。

そして、差分ＤＦＶの絶対値が所定閾値ＴＨ３よりも大きいかどうかの判別を行う。すなわち差分ＤＦＶが閾値ＴＨ３よりも小さい（被写体の移動速度が遅い）場合は、ステップ６１３から得られる被写体移動速度に基づいて該被写体の移動量を算出し、合焦として停止しているＰＯＳ＿ＰＫの位置の補正を行う（Ｓ６２４）。

具体的には、図８（ｅ）に示すようにフォーカスレンズ１３１が時刻Ｔ８２１においてレンズ位置Ｐ８１４にて合焦していたとしても、被写体が移動している場合の時刻Ｔ８２２では、被写体移動量をレンズ移動量に換算した移動量Ｎ８４を加算してレンズ位置Ｐ８２１に移動させ、時刻Ｔ８２３では、移動量Ｎ８５を加算してレンズ位置Ｐ８２２に移動させ、時刻Ｔ８２３では移動量Ｎ８６を加算してレンズ位置Ｐ８２４へ移動させて常に合焦点を補正する。なお、移動量Ｎ８４は時刻Ｔ８２２から時刻Ｔ８２１の平均被写体移動速度に時間（Ｔ８２２−Ｔ８２１）を乗じて被写体移動量をレンズ移動量に換算したもので、Ｎ８５、Ｎ８６も同様に被写体移動量のレンズ移動換算量を求めている。

そして、ステップ６２４で補正された移動量分、フォーカスレンズ１３１を移動し（Ｓ６２５）、レリーズスイッチＳＷ２がオンされるまで処理を繰り返し行う。その後レリーズスイッチＳＷ２がオンされたときに（Ｓ６２６）、撮影動作の行って終了処理進む。

一方、ステップ６２３において差分ＤＦＶの絶対値が所定閾値ＴＨ３よりも大きい（被写体の移動速度が速い）と判断された場合は、図５の山登り方式のコントラストＡＦ処理を再起動するため、図５のステップ５２１に進む。

このように本実施例では、図９（ｂ）に示すように、コントラストＡＦを基本として、山登り方式での合焦点探索が行われている間、測距ＡＦ検出ユニット１３０により、被写体までの距離検出と移動速度の算出が繰り返し行われ、ＡＦ信号処理回路１３４から出力されたＡＦ評価値ＦＶをこの移動速度Ｖに基づいて補正し、山登り動作の次のステップ幅や移動速度を決定している。

よって、上記実施例１の作用効果に加え、移動検出を元に被写体の移動予測を行うことで、過去のＡＦ評価値の検出位置の位置補正を行いつつ、山登り動作の次のステップ幅や移動速度を決定することが可能になり、移動する被写体に対して追従性の良い山登り方式のオートフォーカスが実現できる。

なお、本実施例では山登り方式においてＡＦ評価値を被写体の移動速度で補正しているが、合焦点付近まで実施例１の全スキャン方式により焦点検出を行った後に、山登り方式に切り換えて、精度の高い合焦検出を行うように処理してよく、本実施例の被写体移動速度検出による山登り方式、全スキャン方式の処理を必要に応じて組み合わせ、又は独立させて処理することができる。

また、ハイブリッドＡＦ方式のフォーカス制御においても適用することができ、例えば、測距ＡＦ検出方式で合焦動作を行い、その後適切なタイミングで本実施例のコントラストＡＦ制御を行うことで、より迅速で高精度のフォーカス制御を実現することもできる。

本発明の実施例１における光学機器の構成ブロック図である。 本発明の実施例１の処理動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１の処理遷移図である。 本発明の実施例１における測距ＡＦの動作原理を示す図である。 本発明の実施例２の処理動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２の処理動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２の処理遷移図である。 本発明の実施例２の処理遷移図である。 本発明のフォーカス制御の概念図である。

符号の説明

１３０ 測距ＡＦ検出ユニット（距離検出手段）
１３３ フォーカス制御回路（制御手段）
１３４ ＡＦ信号制御回路（信号生成手段）
１４１ 撮像素子
ＦＶ ＡＦ評価値（第１の信号）

Claims (7)

1. 撮影光学系により形成された被写体の像を光電変換する撮像素子を用いて得られた撮像信号から、該被写体像のコントラスト状態に応じた第１の信号を生成する信号生成手段と、
   前記被写体までの距離を検出する距離検出手段と、
   該距離検出手段による検出結果の変化に基づいて前記被写体の移動速度を算出する速度算出手段と、
   前記第１の信号と前記移動速度とに基づいて前記撮影光学系のフォーカス駆動を制御する制御手段とを有することを特徴とする光学機器。
2. 前記距離検出手段は、少なくとも前記第１の信号が生成されている間は前記距離の検出を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記制御手段は、前記第１の信号に基づいて前記撮影光学系の合焦位置を求め、該合焦位置を前記移動速度に基づいて補正し、該補正した合焦位置への前記フォーカス駆動を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
4. 前記制御手段は、前記第１の信号を前記移動速度に基づいて補正し、該補正した第１の信号に基づいて前記フォーカス駆動を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
5. 前記制御手段は、少なくとも前記第１の信号に基づいて前記合焦位置を求め、その後に検出された前記移動速度に基づいて該合焦位置を補正し、該補正した合焦位置への前記フォーカス駆動を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
6. 前記制御手段は、前記第１の信号を前記移動速度に基づいて補正し、該補正した第１の信号に基づいて前記撮影光学系の合焦位置を探索するよう前記フォーカス駆動を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
7. 前記制御手段は、前記第１の信号に基づいて前記撮影光学系の合焦位置を探索するよう前記フォーカス駆動を制御し、
   該フォーカス駆動における前記撮影光学系の単位駆動量を、前記移動速度に応じて設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
   
   

Images