JP2006119550A - 自動焦点調節装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影光学系の位置に依らず、オートフォーカスの高速化を達成できる自動焦点調節装置を提供する。
【解決手段】フォーカスレンズを含む撮影光学系により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、前記フォーカスレンズの位置を移動させながら前記画像信号に含まれる高周波成分に基づいて第１間隔または第１間隔より短い第２間隔で信号を取得する信号取得手段と、前記第１間隔または前記第２間隔で取得された信号から合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、を有し、合焦位置を検出する際には前記第１間隔で取得された信号に基づいて行い（Ｓ４０６，Ｓ４３０）、前記第１間隔での前記信号取得の際の前記フォーカスレンズの移動方向が第１の方向の場合、当該第１の方向と反対の第２の方向に前記フォーカスレンズを移動させながら前記第２間隔で再度信号を取得（Ｓ４１２，Ｓ４１３，Ｓ４２３）する。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像手段により取得される画像信号を使用して、焦点調節を行う自動焦点調節装置および該自動焦点調節装置を具備する撮像装置に関するものである。

従来よりオートフォーカス（ＡＦ）の高速化に関する技術は種々提案されている（特許文献１，２等）。例えば、特許文献１には、撮像素子から得られる撮像映像信号の高域成分レベルを焦点評価値として所定期間毎に検出することによりオートフォーカス動作を行うようにしたオートフォーカスカメラにおいて、フォーカスレンズを被写体距離の無限遠から至近点に亘って、比較的粗いステップで移動せしめ、この各ステップ毎の焦点評価値を得る第１のサーチ手段と、第１のサーチ手段によって得られる第１の最大焦点評価値に対応する被写体距離の近傍までフォーカスレンズを移動せしめた後、更にフォーカスレンズを前記被写体距離の近傍において微小ステップで移動せしめ、この各微小ステップ毎の焦点評価値から第２の最大焦点評価値を得る第２のサーチ手段とを備えたオートフォーカスカメラが開示されている。

また、特許文献２には、フォーカスレンズを微小なステップ間隔で移動させてＡＦ評価値をサンプリングし、当該サンプリングしたＡＦ評価値に基づいて合焦位置を検出する第１のモードと、フォーカスレンズを粗いステップ間隔で移動させてＡＦ評価値をサンプリングし、当該サンプリングしたＡＦ評価値に基づいて概略の合焦位置を検出し、ついで、当該概略の合焦位置近傍でフォーカスレンズを微小なステップ間隔で移動させてＡＦ評価値をサンプリングし、当該サンプリングしたＡＦ評価値に基づいて合焦位置を検出する第２のモードとを選択可能にすることで、フォーカスレンズを合焦位置に駆動する時間を短縮してＡＦ実行時間を短縮可能なオートフォーカス装置が開示されている。
特許第２７０８９０４号公報 特開２００１−６６４９４号公報

しかしながら 上述の従来例では、ＡＦ時間の高速化は可能であるものの、その高速化には限界があり、更なる高画素化や撮影レンズの長焦点距離化などにより、更なる高速化の要求に応えることができない。特に所定の方向からフォーカスレンズを駆動し、ＡＦ評価値を取得することが必要な鏡筒の場合は、ＡＦ評価値取得開始位置へフォーカスレンズを移動させるのに多くの時間を要するため、該フォーカスレンズが開始位置と離れた位置にある場合は更なる高速化が困難であった。

（発明の目的）
本発明の目的は、撮影光学系の位置に依らず、オートフォーカスの高速化を達成することのできる自動焦点調節装置および撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、フォーカスレンズを含む撮影光学系により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、
前記フォーカスレンズの位置を移動させながら前記画像信号に含まれる高周波成分に基づいて第１間隔または第１間隔より短い第２間隔で信号を取得する信号取得手段と、前記第１間隔または前記第２間隔で取得された信号から合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、を有し、合焦位置を検出する際には前記第１間隔で取得された信号に基づいて行い、前記第１間隔での前記信号取得の際の前記フォーカスレンズの移動方向が第１の方向の場合、当該第１の方向と反対の第２の方向に前記フォーカスレンズを移動させながら前記第２間隔で再度信号を取得する自動焦点調節装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、請求項２に記載された発明は、撮影光学系により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、前記撮影光学系の位置を移動させながら前記画像信号に含まれる高周波成分に基づいて第１間隔または第１間隔より短い第２間隔で複数の信号を取得する信号取得手段と、前記第１間隔または前記第２の間隔で取得された信号から合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、を有し、前記信号を前記第１間隔で取得する第１のモードと、前記信号を前記第１間隔で取得した後に前記第２間隔で取得する第２のモードとを焦点距離に応じて切り分ける自動焦点調節装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれかに記載された自動焦点調節装置を具備する撮像装置とするものである。

本発明によれば、オートフォーカスの高速化を実現することができる自動焦点調節装置または撮像装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下に述べる実施例１および２に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係わる撮像装置の回路構成を示すブロック図である。同図において、１は撮像装置、２はズームレンズ群（以下、単にズームレンズと記す）、３はフォーカスレンズ群（以下、単にフォーカスレンズと記す）、４はズームレンズ２やフォーカスレンズ３等から成る撮影光学系を透過する光束の量を制御する光量調節手段および露出手段の構成要素である絞り、３１はズームレンズ２やフォーカスレンズ３や絞り４等から成る撮影レンズ鏡筒である。５は撮影光学系を透過した被写体像が結像し、これを光電変換するＣＣＤ等の固体撮像素子（以下、ＣＣＤと記す）、６はＣＣＤ５によって光電変換された電気信号を受けて各種の画像処理を施すことにより所定の画像信号を生成する撮像回路、７は撮像回路６により生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、８はＡ／Ｄ変換回路７の出力を受けてこの画像信号を一時的に記憶するバッファメモリ等のメモリ（以下、ＶＲＡＭと記す）、９はＶＲＡＭ８に記憶された画像信号を読み出してこれをアナログ信号に変換するとともに再生出力に適する形態の画像信号に変換するＤ／Ａ変換回路、１０は画像信号を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）等の画像表示装置（以下、ＬＣＤと記す）、１２は半導体メモリ等から成る画像データを記憶する記憶用メモリ、１１はＶＲＡＭ８に一時記憶された画像信号を読み出して記憶用メモリ１２に対する記憶に適した形態にするために画像データの圧縮処理や符号化処理を施す圧縮回路及び記憶用メモリ１２に記憶された画像データを再生表示等をするのに最適な形態とするための復号化処理や伸長処理等を施す伸長回路とから成る圧縮／伸長回路である。

１３はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて自動露出（ＡＥ）処理を行うＡＥ処理回路、１４はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて自動焦点調節（ＡＦ）処理を行うスキャンＡＦ処理回路、１５は撮像装置の制御を行う演算用のメモリを内蔵したＣＰＵ、１６は所定のタイミング信号を発生するタイミングジェネレータ（以下、ＴＧと記す）、１７はＣＣＤドライバー、２１は絞り４を駆動する絞り駆動モータ、１８は絞り駆動モータ２１を駆動制御する第１モータ駆動回路、２２はフォーカスレンズ３を駆動するフォーカス駆動モータ、１９はフォーカス駆動モータ２２を駆動制御する第２モータ駆動回路、２３はズームスレンズ２を駆動するズーム駆動モータ、２０はズーム駆動モータ２３を駆動制御する第３モータ駆動回路である。２４は各種のスイッチ群からなる操作スイッチ、２５は各種制御等を行うプログラムや各種動作を行わせるために使用するデータ等が予め記憶されている電気的に書き換え可能な読み出し専用メモリであるＥＥＰＲＯＭ、２６は電池、２８はストロボ発光部、２７はストロボ発光部２８の閃光発光を制御するスイッチング回路、２９は警告表示などを行う表示素子（以下、ＬＥＤと記す）、３０は音声によるガイダンスや警告などを行うためのスピーカーである。

なお、画像データ等の記憶媒体である記憶用メモリ１２は、フラッシュメモリ等の固定型の半導体メモリや、カード形状やスティック形状からなり、装置に対して着脱自在に形成されるカード型フラッシュメモリ等の半導体メモリの他、ハードディスクやフロッピィ−ディスク等の磁気記憶媒体等、様々な形態のものが適用される。

また、上記操作スイッチ２４としては、本実施例１に係わる撮像装置１を起動させ電源供給を行うための主電源スイッチや、撮影動作（記憶動作）等を開始させるレリーズスイッチ、再生動作を開始させる再生スイッチ、撮影光学系のズームレンズ２を移動させズームを行わせるズームスイッチ、等がある。そしてレリーズスイッチは、撮影動作に先立ち行われるＡＥ処理、ＡＦ処理を開始させる指示信号を発生する第１ストロークスイッチ（以下、スイッチＳＷ１と記す）と実際の露光動作を開始させる指示信号を発生する第２ストロークスイッチ（以下、スイッチＳＷ２と記す）との二段スイッチにより構成される。

上記のように構成された本実施例１に係わる撮像装置の動作について、以下に説明する。まず、撮影レンズ鏡筒３１を透過した被写体光束は、絞り４によってその光量が調節された後、ＣＣＤ５の受光面に結像される。この被写体像は、ＣＣＤ５による光電変換処理により電気的な信号に変換され、撮像回路６に出力される。撮像回路６では、入力した信号に対して各種の信号処理が施され、所定の画像信号が生成される。この画像信号はＡ／Ｄ変換回路７に出力されてデジタル信号（画像データ）に変換された後、ＶＲＡＭ８に一時的に格納される。ＶＲＡＭ８に格納された画像データはＤ／Ａ変換回路９へ出力され、アナログ信号に変換され、表示するのに適した形態の画像信号に変換された後、ＬＣＤ１０に画像として表示される。一方、ＶＲＡＭ８に格納された画像データは圧縮／伸長回路１１にも出力される。この圧縮／伸長回路１１における圧縮回路部によって圧縮処理が行われた後、記憶に適した形態の画像データに変換され、記憶用メモリ１２に記憶される。

また、例えば操作スイッチ２４のうち、不図示の再生スイッチが操作されオン状態になると、再生動作が開始される。すると記憶用メモリ１２に圧縮された形で記憶された画像データは圧縮／伸長回路１１に出力され、伸長回路部において復号化処理や伸長処理等が施された後、ＶＲＡＭ８に出力され、一時的に記憶される。更に、この画像データはＤ／Ａ変換回路９へ出力されてアナログ信号に変換され、表示するのに適した形態の画像信号に変換された後、ＬＣＤ１０に画像として表示される。

他方、Ａ／Ｄ変換回路７によってデジタル化された画像データは、上述のＶＲＡＭ８とは別に、ＡＥ処理回路１３及びスキャンＡＦ処理回路１４に対しても出力される。ＡＥ処理回路１３においては、入力されたデジタル画像信号を受けて、一画面分の画像データの輝度値に対して累積加算等の演算処理が行われる。これにより、被写体の明るさに応じたＡＥ評価値が算出される。このＡＥ評価値はＣＰＵ１５に出力される。

また、スキャンＡＦ処理回路１４においては、入力されたデジタル画像信号を受けて一画面分の画像データの高周波成分がハイパスフィルター（ＨＰＦ）等を介して抽出され、更に累積加算等の演算処理が行われる。これにより、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値信号が算出される。このようにスキャンＡＦ処理回路１４は、ＡＦ処理を行う過程において、ＣＣＤ５によって生成された画像信号から所定の高周波成分を検出する高周波成分検出手段の役割を担っている。

一方、ＴＧ１６からは所定のタイミング信号がＣＰＵ１５、撮像回路６、ＣＣＤドライバー１７へ出力されており、ＣＰＵ１５はこのタイミング信号に同期させて各種の制御を行う。また撮像回路６は、ＴＧ１６からのタイミング信号を受け、これに同期させて色信号の分離等の各種画像処理を行う。さらにＣＣＤドライバー１７は、ＴＧ１６のタイミング信号を受けこれに同期してＣＣＤ５を駆動する。

また、ＣＰＵ１５は、第１モータ駆動回路１８、第２モータ駆動回路１９、第３モータ駆動回路２０をそれぞれ制御することにより、絞り駆動モータ２１、フォーカス駆動モータ２２、ズーム駆動モータ２３を介して、絞り４、フォーカスレンズ３、ズームスレンズ２を駆動制御する。すなわち、ＣＰＵ１５はＡＥ処理回路１３において算出されたＡＥ評価値等に基づき第１モータ駆動回路１８を制御して絞り駆動モータ２１を駆動し、絞り４の絞り量を適正になるように調節するＡＥ制御を行う。また、ＣＰＵ１５はスキャンＡＦ処理回路１４において算出されるＡＦ評価値信号に基づき第２モータ駆動回路１９を制御してフォーカス駆動モータ２２を駆動し、フォーカスレンズ３を合焦位置に移動させるＡＦ制御を行う。また、操作スイッチ２４のうち不図示のズームスイッチが操作された場合は、これを受けてＣＰＵ１５は、第３モータ駆動回路２０を制御してズームモータ２３を駆動制御することによりズームレンズ２を移動させ、撮影光学系の変倍動作（ズーム動作）を行う。

次に、本実施例１に係わる撮像装置１の実際の撮影動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。

撮像装置１の主電源スイッチがオン状態であり、かつ撮像装置１の動作モードが撮影（録画）モードにあるときは、図２の撮影処理シーケンスが実行される。まずステップＳ１において、ＣＰＵ１５は、撮影レンズ鏡筒３１を透過しＣＣＤ５上に結像した像をＬＣＤ１０に画像として表示する。すなわちＣＣＤ５上に結像した被写体像は、該ＣＣＤ５による光電変換処理されて電気的な信号に変換された後、撮像回路６に出力される。そこで入力した信号に対して各種の信号処理が施され、所定の画像信号が生成された後、Ａ／Ｄ変換回路７に出力されてデジタル信号（画像データ）に変換され、ＶＲＡＭ８に一時的に格納される。ＶＲＡＭ８に格納された画像データはＤ／Ａ変換回路９へ出力されてアナログ信号に変換され、表示するのに適した形態の画像信号に変換された後、ＬＣＤ１０に画像として表示される。

次に、ステップＳ２において、レリーズスイッチの状態を確認する。撮影者によってレリーズスイッチが操作され、スイッチＳＷ１がオン状態になったことをＣＰＵ１５が確認するとステップＳ３へ進み、通常のＡＥ処理を実行する。そして、次のステップＳ４において、スキャンＡＦ処理回路１４によりスキャンＡＦを行う。すなわちＣＰＵ１５は、ステップＳ４で合焦位置を検出するためのスキャンＡＦ処理を行う。

その概略につき、図３を用いて説明する。スキャンＡＦは、ＣＣＤ５によって生成された画像信号から出力される高周波成分が最も多くなるフォーカスレンズ３の位置を求めることにより行われる。ＣＰＵ１５はフォーカス駆動モータ２２を駆動制御する第２モータ駆動回路１９を介してフォーカス駆動モータ２２を制御し、フォーカスレンズ３を無限遠に相当する位置（図３における“Ａ”）から各々の撮影モードにおいて設定される至近距離に相当する位置（図３における“Ｂ”）まで駆動する。そして駆動しながらスキャンＡＦ処理回路１４の出力（ＡＦ評価値信号）を取得し、フォーカスレンズ３の駆動が終了した時点で取得したＡＦ評価値信号から、それが最大になる位置（図３における“Ｃ”）を求め、その位置にフォーカスレンズ３の駆動する。

上記スキャンＡＦ処理回路１４の出力の取得はスキャンＡＦの高速化のために、全てのフォーカスレンズ３の停止位置については行わず、適当な間隔をあけたフォーカスレンズ３の停止位置において該スキャンＡＦ処理回路１４の出力（ＡＦ評価値信号）を取得する。この場合、図３に示すａ１，ａ２，ａ３の各点においてＡＦ評価値信号を取得することがあり得る。このような場合はＡＦ評価値信号が最大値となった点とその前後の点のから合焦位置Ｃを計算にて求めている。このように補間計算を行い、ＡＦ評価値信号が最大値となる点（図３の“Ｃ”）を求める前にＡＦ評価値信号の信頼性を評価する。その信頼性が十分であれば、ＡＦ評価値信号が最大値となる点を求め、図２のステップＳ５へ進み、ＡＦＯＫ表示を行う。これはＬＣＤ２９を点灯することなどにより行うと同時に、ＬＣＤ１０上に緑の枠を表示するなどの処理を行う。

また、上記ステップＳ４においてＡＦ評価値信号の信頼性を評価した結果、その信頼性が低い場合には、ＡＦ評価値信号が最大値となる点を求める処理は行わずに上記ステップＳ５へ進み、ＡＦＮＧ表示を行う。これはＬＥＤ２９を点滅表示することなどにより行うと同時に、ＬＣＤ１０上に黄色の枠を表示するなどの処理を行う。そして、ＣＰＵ１５は次のステップＳ６において、スイッチＳＷ２の確認を行い、該スイッチＳＷ２がオンになっていたならばステップＳ７に進み、実際の露光処理を実行する。

ここで、上記ステップＳ４にて行われるスキャンＡＦの詳細について、図４のフローチャートにより説明する。なお、本実施例１の説明においてスキャンとは、フォーカスレンズ３を所定位置に駆動しながらＡＦ評価値を取得する動作をいい、スキャン間隔とは、ＡＦ評価値を取得するフォーカスレンズ３の位置の間隔をいうものとする。

本実施例１においては、比較的粗い間隔でＡＦ評価値を取得した結果から合焦位置を求めるが、該比較的粗い間隔でＡＦ評価値を取得を行う際のフォーカスレンズ３の駆動方向が、該フォーカスレンズ３の片寄せ方向と異なる場合のみ、比較的粗い間隔でＡＦ評価値を取得した結果から求めた仮の合焦位置を中心とした微小範囲において、片寄せ方向と同一方向に比較的細かい間隔でフォーカスレンズを駆動して得られるＡＦ評価値を取得した結果から合焦位置を求めるようにしている。なお、ここでいうところの片寄せとは、第１の方向（無限遠側）に駆動させ、目標とする停止位置よりわずかに（例えば数十μｍ、この値は鏡筒駆動系の素性により異なる）無限遠側に余計に駆動し、その位置でいったん停止後余分に駆動した分第２の方向（至近側）に駆動し、目標とする位置に停止するもので、このように第１の方向で駆動させている場合でも、停止する際には第２の方向（片寄せ方向）から停止するようにすることで、フォーカスレンズ３の停止位置の精度や光学的性能を高める撮像光学系の駆動方法である。

今、図３に示すように無限遠相当位置（“Ａ”）から至近相当位置（“Ｂ”）への方向のスキャンが片寄せ方向と同一方向のスキャンとする。このように片寄せ方向からスキャンを行い、最終的にも片寄せ方向からフォーカスレンズ３を合焦位置へ駆動する。これはフォーカスレンズ３の駆動機構の特徴により、片寄せ方向に駆動する場合には、該フォーカスレンズ３の停止位置の精度や光学的性能を高めることが可能なためである。また、スキャン間隔としては、第１、第２、第３の三つの間隔を持つ。第１のスキャン間隔は最も間隔が狭く、その間隔は像面深度の１〜１．５倍程度とする。第２のスキャン間隔は第１の間隔より広く、その間隔は像面深度の３〜５倍程度とする。第３のスキャン間隔は最も広い間隔で、その鏡筒光学系におけるフォーカスレンズ３の最高駆動速度でフォーカスレンズ３を駆動した際のスキャン間隔であり、像面深度の６倍以上に設定される。

まず、ステップＳ４００において、現在のズームポジションが所定値よりＴＥＬＥ側にあるか否かをチェックする。ＴＥＬＥ側の場合はステップＳ４０１に進む。ＷＩＤＥ側の場合はステップＳ４３０に進む。ステップＳ４３０へ進むと、一旦無限遠端に駆動させフォーカス方向を反転させて無限遠に相当するフォーカスレンズ位置から至近相当方向（片寄せの方向）に、第２のスキャン間隔でスキャンを行い、合焦位置を求める。このスキャン動作はＡＦ評価値のピーク位置が見つかるまで行う。ピーク位置が見つかったならば、合焦位置へフォーカスレンズ３を駆動するステップＳ４５０へ進む。ピークを検出できなかった場合はＡＦＮＧの表示を行う。また、フォーカスレンズ３を定点と呼ばれるズームポジション別に定められた位置へＡＦＮＧの際にフォーカスレンズ３を駆動する。

ここで、上記ステップＳ４０１以降で実施するＴＥＬＥ側の処理を行うか、ステップＳ４３０で実施するＷＩＤＥ側の処理を行うかのしきい値は以下の様にして決定される。一般に焦点距離が短い場合（本実施例ではワイド端側）はフォーカスレンズの移動量が小さい。そのためフォーカスレンズ３を無限遠に相当するフォーカスレンズ位置（片寄せ方向と一致する方向にスキャンする際のスキャン開始位置）へ移動する時間は短い。逆に焦点距離が長い場合（本実施例ではテレ端側）はこの移動時間が長い。片寄せ方向と一致する方向にスキャンする場合のスキャン開始位置へのフォーカスレンズの移動時間と、逆方向からスキャンした場合に行われる比較的細かい間隔での詳細スキャンの時間を比較し、それが等しくなる焦点距離がこの場合のしきい値となる。たとえば、詳細スキャンの範囲を８０μｍ、最高駆動レート５０００μｍ／ｓ、スキャン間隔２０μｍ〜１００μｍ（焦点距離による）、フォーカス敏感度約０.５、至近撮影距離５０ｃｍ、焦点距離５ｍｍ〜２０ｍｍと仮定した場合、ｆ＝１２．８ｍｍで開始位置への移動時間と、詳細スキャンの時間が等しくなる。この焦点距離に対応するズームポジションがしきい値となる。

現在のズームポジションが所定値よりＴＥＬＥ側にあるとしてステップＳ４０１ヘ進むと、その時点でフォーカスレンズ３が停止している位置からフォーカス方向を無限遠方向として、所定範囲（例えば、深度の５倍相当の範囲）スキャンを行う。これはフォーカスレンズ３の片寄せ方向が無限遠相当位置から至近相当位置への方向であるため、スキャン開始位置方向へレンズを動かし高速化を図るためである。この所定範囲スキャンの間隔は第２のスキャン間隔とする。この所定範囲のスキャンにおいて、そのスキャン範囲内で合焦が可能と判定された場合、すなわち、そのスキャン範囲内でＡＦ評価値のピークが検出された場合は、ステップＳ４１３に進む。

ステップＳ４１３ヘ進むと、無限遠相当から至近相当方向（片寄せの方向）に、所定範囲のスキャン（ステップＳ４０１）で見つかったＡＦ評価値のピーク付近を第１のスキャン間隔でスキャンを行い、合焦位置を求める。この時のＡＦ評価値を取得するポイント数は５〜７ポイント程度に設定する。ここで片寄せ方向から第１のスキャン間隔でスキャンを行うのは、所定範囲スキャンが片寄せと逆方向のため、ガタなどの機械的な要因によりフォーカスレンズ３の駆動位置に誤差が生じるためである。その誤差を補正するために、片寄せ方向から第１のスキャン間隔でスキャンを行い、ガタなどの誤差要因を除いた正確なピーク位置を求める。その後合焦位置へフォーカスレンズ３を駆動するステップＳ４５０へ進む。

所定範囲スキャンの最中にフォーカスレンズ３の位置が無限遠相当位置より繰り込み側（超無限相当位置）に達したならば、ステップＳ４０３からステップＳ４３０へ進み、このステップＳ４３０では、無限遠に相当するフォーカスレンズ３の位置から至近相当方向（片寄せの方向）に、第２のスキャン間隔でスキャンを行い、合焦位置を求める。

所定範囲スキャン中にフォーカスレンズ３の位置が無限遠相当位置より繰り込み側（超無限遠相当位置）に達していない場合は、ステップＳ４０３からステップＳ４０４へ進み、ＡＦ評価値のピーク位置が現在位置より繰り込み側（遠側）にあるか繰り出し側（近側）にあるかの方向判別が可能か否かの判定を行う。もし方向判別が不可能な場合はステップＳ４２０へ進む。

ステップＳ４２０ヘ進むと、無限遠相当位置へフォーカスレンズ３を駆動する。この駆動は鏡筒光学系におけるフォーカスレンズ３の最高駆動速度で行う。そして同時にＡＦ評価値の取得を行う。この時のＡＦ評価値取得の間隔は第３のスキャン間隔となる。そして次のステップＳ４２１において、スキャン中にＡＦ評価値のピークが求められたかをチェックする。ピークが求められなければステップＳ４２２に進み、フォーカスレンズ３が無限遠相当位置に達したかをチェックする。この様にすることでフォーカスレンズが無限遠相当位置に達するまでにＡＦ評価値のピークが存在するか否かをチェックすることができる。

無限遠相当位置に達するまでにＡＦ評価値のピークが存在する場合は、ステップＳ４２１からステップＳ４２３に進む。そして無限遠相当位置方向へのスキャンで見つかったＡＦ評価値のピーク付近をスキャン無限遠相当位置から至近相当方向（片寄せの方向）に、第１のスキャン間隔でスキャンを行い、合焦位置を求める。但し、この時のＡＦ評価値を取得するポイント数はステップＳ４１３のスキャンに比べて２倍程度（１０〜１４ポイント程度）に設定する。これは、ステップＳ４２０〜Ｓ４２２で行ったスキャンの間隔が第３のスキャン間隔のため、第２のスキャン間隔でスキャンを行ったステップＳ４０１での所定範囲スキャンに比べて、求めたピークの位置の誤差が大きいからである。その後合焦位置へフォーカスレンズ３を駆動するステップＳ４５０へ進む。

ＡＦ評価値のピークが存在しないまま無限遠相当位置に達する場合は、ステップＳ４２２からステップＳ４３０に進む。ステップＳ４３０では、無限遠に相当するフォーカスレンズ位置から至近相当方向（片寄せの方向）に、第２のスキャン間隔でスキャンを行い、合焦位置を求める。

上記ステップＳ４０４でＡＦ評価値のピーク位置の方向判別が可能と判定した場合は、ステップＳ４０５に進み、ＡＦ評価値のピーク位置が現在のフォーカスレンズ位置より至近相当位置側にあるかを判定し、至近相当位置側にあればステップＳ４０６へ進み、至近相当方向（片寄せの方向）に、第２のスキャン間隔でスキャンを行う。そしてＡＦ評価値のピークが見つかったならば、ステップＳ４０７から合焦位置へフォーカスレンズ３を駆動するステップＳ４５０へ進む。

ＡＦ評価値のピーク位置が現在のフォーカスレンズ３の位置より無限遠相当位置側にあると判定した場合は、ステップＳ４０５からステップＳ４１０へ進み、無限遠に相当する方向（片寄せとは逆方向）に、第２のスキャン間隔でスキャンを行う。ＡＦ評価値のピークが見つかったならば、ステップＳ４１２へ進み、無限遠相当から至近相当方向（片寄せの方向）に、無限遠相当位置方向へのスキャンで見つかったＡＦ評価値のピーク付近を第１のスキャン間隔でスキャンを行い、合焦位置を求める。この時のＡＦ評価値を取得するポイント数は５〜７ポイント程度に設定する。その後、ステップＳ４０７から合焦位置へフォーカスレンズ３を駆動するステップＳ４５０へ進む。

何れの場合もスキャン中にＡＦ評価値のピークを検出できなかった場合はＡＦＮＧの表示を行う。また、フォーカスレンズ３を定点と呼ばれるズームポジション別に定められた位置へＡＦＮＧの際に該フォーカスレンズ３を駆動する。ピーク位置が検出できた場合はステップＳ４５０において合焦位置を求め、その位置へフォーカスレンズ３を駆動する。この合焦位置への駆動の際には片寄せ動作を行う。すなわち、目標とする停止位置よりわずかに（例えば数十μｍ、この値は鏡筒駆動系の素性により異なる）無限遠側に余計に駆動する。その位置でいったん停止後余分に駆動した分至近側に駆動し、目標とする位置に停止する。これにより、フォーカスレンズ３の停止位置の精度や光学的性能を高めることができる。

以上の実施例１によれば、比較的粗い第２又は第３のスキャン間隔（請求項１での第１間隔に相当）でＡＦ評価値を取得した結果から合焦位置を求めるが、該第２又は第３のスキャン間隔でＡＦ評価値の取得を行う際のフォーカスレンズ３の駆動方向が、該フォーカスレンズ３の片寄せ方向（この実施例１では、無限遠相当から至近相当方向）と異なる場合のみ、比較的粗い第２又は第３のスキャン間隔でＡＦ評価値を取得した結果から求めた仮の合焦位置を中心とした微小範囲において、片寄せ方向と同一方向に比較的細かい第１のスキャン間隔（請求項１での第２間隔に相当）でフォーカスレンズ３を駆動して得られるＡＦ評価値を取得した結果から合焦位置を求める（図４のステップＳ４０１→Ｓ４０２→Ｓ４１３、ステップＳ４０５→Ｓ４１０→Ｓ４１１→Ｓ４１２、ステップＳ４２０→Ｓ４２１→Ｓ４２３）ようにしている。

よって、片寄せ方向と異なる方向へのフォーカスレンズ３の駆動時にも第２又は第３のスキャン間隔でスキャンを行うようにしているので、フォーカスレンズ３がＡＦ評価値取得開始位置と離れた位置にある場合であってもＡＦ時間の更なる高速化が可能となる。また、この逆方向でのスキャンによってＡＦ評価値を取得した結果から求めた仮の合焦位置を中心とした微小範囲では、片寄せ方向と同一方向に第１のスキャン間隔でスキャンを行うようにしているので、スキャン方向が片寄せ方向と逆方向であるためにガタなどの機械的な要因でフォーカスレンズ３の駆動位置に誤差が生じても、その誤差を吸収したＡＦ評価値の取得が可能である。

次に、本発明の実施例２について説明する。上記実施例１との違いは、図４のステップＳ４０４において方向判別が不可能と判定された場合の処理である。この実施例２の撮像装置の基本的な回路構成（図１）や基本的な動作手順（図２）は上記実施例１と同様であり、その説明は省略する。

ここで、実施例２におけるスキャンＡＦの方向判別不可能の際の処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。図４と同じ動作を行う部分は同一のステップ番号を付し、説明は省略する。上記実施例１と同様に、図２のステップＳ４でスキャンＡＦは行われる。

上記実施例１と同様に、無限遠相当位置から至近相当位置への方向のスキャンが片寄せ方向と同一方向のスキャンとする。このように片寄せ方向からスキャンを行い、最終的にも片寄せ方向からフォーカスレンズ３を合焦位置へ駆動する。これは該フォーカスレンズ３の停止位置の精度や光学的性能を高めるためである。また、スキャン間隔としては、第１、第２、第３の三つの間隔を持つ。第１のスキャン間隔は最も間隔が狭く、その間隔は像面深度の１〜１．５倍程度とする。第２のスキャン間隔は第１の間隔より広く、その間隔は像面深度の３〜５倍程度とする。第３のスキャン間隔は最も広い間隔で、その鏡筒光学系におけるフォーカスレンズ３の最高駆動速度で該フォーカスレンズ３を駆動した際のスキャン間隔であり、像面深度の６倍以上に設定される。

図５のステップＳ４０４において、ＡＦ評価値のピーク位置が現在位置より繰り込み側（遠側）にあるか繰り出し側（近側）にあるかの方向判別が可能か否かの判定を行う。もし方向判別が不可能な場合はステップＳ５１０へ進む。方向判別が可能の場合の処理は上記実施例１と同じである。

ステップＳ５１０では、その時点のフォーカスレンズ３の位置が所定位置より無限遠相当位置寄りにあるか否かを判定し、所定位置より無限遠相当位置寄りにある場合はステップＳ５１１へ、所定値より至近相当位置寄りにある場合はステップＳ５２１へ進む。この所定位置はほぼフォーカスレンズ３の駆動範囲の中間に設定されるが、更に片寄せ方向から逆方向にスキャンしたときの詳細スキャンの範囲を考慮し、その分至近側に寄った位置を所定位置にしている。これは、それぞれの最長のスキャン範囲を同じにするためである。

所定値より至近相当位置寄りにあるとしてステップＳ５２１ヘ進むと、至近相当方向（片寄せの方向）に、第２のスキャン間隔でスキャンを行う。このスキャンにおいてＡＦ評価値のピークが見つかったならば、ステップＳ５２２から合焦位置へフォーカスレンズ３を駆動するステップＳ４５０へ進み、この動作をフォーカスレンズ３が至近端相当位置に達するまで行う。

一方、ＡＦ評価値のピークを検出できず（ステップＳ５２２のＮ）に至近端に達したならば、ステップＳ５２３からステップＳ５２４へ進み、無限遠に相当する方向（片寄せとは逆方向）に、第３のスキャン間隔でスキャンを行う。このスキャンにおいてＡＦ評価値のピークが見つかったならば、ステップＳ５２５からステップＳ４２３へ進む。そして、無限遠相当位置方向へのスキャンで見つかったＡＦ評価値のピーク付近を無限遠相当から至近相当方向（片寄せの方向）に、第１のスキャン間隔でスキャンを行い、合焦位置を求める。但し、この時のＡＦ評価値を取得するポイント数は１０〜１４ポイント程度に設定する。これは、ステップＳ５２４で行ったスキャンの間隔が第３のスキャン間隔のため、第２のスキャン間隔でスキャンを行った場合に比べて、求めたピークの位置の誤差が大きいからである。その後、合焦位置へフォーカスレンズ３を駆動するステップＳ４５０へ進む。この動作を、ピークが見つかるか、無限遠相当位置にフォーカスレンズ３が達するまで行う。無限遠相当位置方向へのスキャンでＡＦ評価値のピークが見つからない場合は、ＡＦＮＧの表示を行い、また、フォーカスレンズ３を定点と呼ばれるズームポジション別に定められた位置へＡＦＮＧの際にフォーカスレンズ３を駆動する。

また、フォーカスレンズ３の位置が所定位置より無限遠相当位置寄りにあるとしてステップＳ５１０からステップＳ５１１へ進むと、無限遠に相当する方向（片寄せとは逆方向）に、第３のスキャン間隔でスキャンを行う。このスキャンにおいてＡＦ評価値のピークが見つかったならば、ステップＳ５１２からＳ４２３へ進む。そして、無限遠相当位置方向へのスキャンで見つかったＡＦ評価値のピーク付近を無限遠相当から至近相当方向（片寄せの方向）に、第１のスキャン間隔でスキャンを行い、合焦位置を求める。この動作をフォーカスレンズ３が無限遠相当位置に達するまで行う。

一方、ＡＦ評価値のピークを検出できず（ステップＳ５１２のＮ）に無限遠相当位置に達したならば、ステップＳ５１３からステップＳ５１４へ進み、至近相当方向（片寄せの方向）に第２のスキャン間隔でスキャンを行い、合焦位置を求める。そして、ピーク位置が検出できた場合はステップＳ５１５からステップＳ４５０ヘ進んで合焦位置を求め、その位置へフォーカスレンズ３を駆動する。

ステップＳ４５０で行われるこの合焦位置への駆動の際には片寄せ動作を行う。すなわち、目標とする停止位置よりわずかに（例えば数十μｍ、この値は鏡筒駆動系の素性により異なる）無限遠側に余計に駆動する。その位置で一旦停止後、余分に駆動した分至近側に駆動し、目標とする位置に停止する。これにより、フォーカスレンズ３の停止位置の精度や光学的性能を高めることができる。

また、ステップＳ５１４〜Ｓ５２５におけるスキャン中にＡＦ評価値のピークを検出できなかった場合はＡＦＮＧの表示を行う。また、フォーカスレンズ３を定点と呼ばれるズームポジション別に定められた位置へＡＦＮＧの際に該フォーカスレンズ３を駆動する。

以上の実施例２によれば、上記実施例１と同様の効果を得ることが出来ることに加え、ＡＦ時間のより高速化を実現可能となる。

本発明の実施例１および２に係わる撮像装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１および２に係わる撮像装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１および２に係わる撮像装置のスキャンＡＦ処理動作の概念の説明図である。 本発明の実施例１に係わるスキャンＡＦの詳細動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係わるスキャンＡＦの詳細動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 撮像装置、
２ ズームレンズ
３ フォーカスレンズ
５ 固体撮像素子（ＣＣＤ）
６ 撮像回路
１０ 画像表示装置（ＬＣＤ）
１４ スキャンＡＦ処理回路
１５ ＣＰＵ
２２ フォーカス駆動モータ
１９ フォーカス駆動モータ用の第２モータ駆動回路
２３ ズーム駆動モータ
２０ ズーム駆動モータ用の第３モータ駆動回路

Claims (5)

1. フォーカスレンズを含む撮影光学系により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、
   前記フォーカスレンズの位置を移動させながら前記画像信号に含まれる高周波成分に基づいて第１間隔または第１間隔より短い第２間隔で信号を取得する信号取得手段と、
   前記第１間隔または前記第２間隔で取得された信号から合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、
   を有し、
   合焦位置を検出する際には前記第１間隔で取得された信号に基づいて行い、前記第１間隔での前記信号取得の際の前記フォーカスレンズの移動方向が第１の方向の場合、当該第１の方向と反対の第２の方向に前記フォーカスレンズを移動させながら前記第２間隔で再度信号を取得することを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 撮影光学系により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、
   前記撮影光学系の位置を移動させながら前記画像信号に含まれる高周波成分に基づいて第１間隔または第１間隔より短い第２間隔で複数の信号を取得する信号取得手段と、
   前記第１間隔または前記第２の間隔で取得された信号から合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、
   を有し、
   前記信号を前記第１間隔で取得する第１のモードと、前記信号を前記第１間隔で取得した後に前記第２間隔で取得する第２のモードとを焦点距離に応じて切り分けることを特徴とする自動焦点調節装置。
3. 前記第１のモードと、前記第２のモードとでは、前記撮影光学系の移動を開始する際の移動方向が異なることを特徴とする請求項２または３に記載の自動焦点調節装置。
4. 前記第２のモードでは、前記第１間隔で信号を取得した後に前記撮影光学系を反転させて第２間隔での取得に切り換わることを特徴とする請求項２または３に記載の自動焦点調節装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載された自動焦点調節装置を具備することを特徴とする撮像装置。
   

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