JP2007057763A

JP2007057763A - 焦点調節装置、及び焦点調節方法

Info

Publication number: JP2007057763A
Application number: JP2005242317A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sasaki; 憲一佐々木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】合焦時間を短縮するための信号出力制御装置、信号出力制御方法を提供すること、及びこの出力信号を用いた高速の焦点調節を実現することを課題とする。
【解決手段】結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う制御方法であって、複数の画素部を有する撮像手段を第１の方向に走査して出力される第１の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を繰り返し得る動作と並行して、前記複数の画素部を前記第１の方向とは異なる第２の方向に走査して出力される第２の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を繰り返し得る動作を行うように制御する制御方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子からの信号出力の制御技術、及び撮像素子から出力された信号を用いた焦点調節技術に関する。

理想的に構成された結像光学系は光軸回りに軸対称な性能を有する。ところが、現実には複数のレンズを組み合わせて構成するので、各レンズ間に平行偏心や傾きが生ずることがある。この結果、組み合わせられた結像光学系の軸上の結像性能に偏りが生じる現象（偏心コマ収差）が起こる。

また、昨今、性能を確保しつつレンズ枚数を減らすために、非球面レンズを多用する傾向がある。非球面レンズの製法として、数値制御された砥石で直接ガラス表面を研削する方法があるが、製造に時間が掛かる。そこで、低コスト且つ短い製造タクトで生産する方法として、成型（モールド）法が一般的になりつつある。しかしながら、モールドレンズの場合、型の精度、成型条件により軸非対称な誤差がでやすくなる。例えば、交差する２方向の断面にて形状が異なる誤差が発生する場合がある。この結果、結像光学系には光軸上でありながら非点収差が現れる。

軸上にこれらの収差が発生した場合には、焦点調節に不都合が生じてしまうことがあった。特に、焦点調節装置では多くの場合、主に画面中央付近のエリアから、水平方向に１次元画像を取り出し、１次元画像情報を、略同時に一列以上取り出して、これらの画像情報から焦点調節のための情報を得る。この画面中央のエリアとは、結像光学系の軸上付近に他ならない。従って、前述した軸上に発生する収差が、焦点調節に大きな影響を与えることがあった。

以下に図面を用いて具体的に説明する。

図１８に示すような軸上に軸非対称な性能を有する結像光学系の場合、軸上の一点から出発した光束が、像面で一点に結像するのではなく、結像距離の異なる線像（焦線）に分かれる。このような結像光学系で結像される像は、その焦線の方向に応じて異なる結像面（焦点面）を有する。図１８のように、一点を出発する光束が異なる像面上に結像することは、次のような影響を及ぼす。図１９、図２０のように、縦横の縞を有する被写体を撮像する場合、撮像素子の中央付近のエリアから１次元画素列を複数列分取り出して分析すると、水平成分と垂直成分の最もコントラストの高くなるピント位置が異なる。（一般的には、被写体像は縦横問わずあらゆる方向の空間周波数を有しているが、図１９、図２０では水平・垂直方向の周波数成分を代表的に示している。）従来の水平方向に１次元画素列を取り出す構成の焦点調節装置の場合は、縦縞のコントラストが最も高くなる位置を合焦位置と判定していた（例えば文献１、２）。従って、同図中Ａにて示される像を合焦と判断していた。非点収差のない結像光学系の場合、縦縞のコントラストで合焦位置を決定しても問題ない。それは、他の方向の空間周波数成分に対しても略同じ合焦位置でコントラストが最大になるからである。しかし、軸非対称な性能を有する結像光学系では、縦縞のコントラストが最大になる合焦位置では、例えば横縞はデフォーカスしてしまう。よって、縦縞のコントラストで合焦位置を決定することは、あらゆる方向の空間周波数成分を含むような一般的な画像に対しては好ましくない。何処となくフォーカスの合っているようで、合っていない、はっきりしない画像になるからである。なお、同図中では説明の便宜上ひとつの被写体位置に対して、空間的に結像する位置の異なるＡ、Ｂ、Ｃの結像面を並べて表示している。しかしながら、実際にはフォーカスレンズの焦点調節動作（レンズの繰り出し等）により、所望の結像面を空間的に固定された撮像素子面上に一致させることになる。

上述したように、従来の光軸回りに非軸対称な性能を有する結像光学系において焦点調節を行う場合には、被写体によっては焦点調節の精度が低下するという問題が生じていた。

また、従来から、バンドパスフィルタを用いて映像信号の高域成分を抽出し、この高域成分に基づいて焦点調節を行う焦点調節装置が知られていた。この焦点調節装置では、合焦対象領域内での映像信号の高域成分をデジタル積分し、得られた値を合焦の度合を示す評価値として用い、この評価値が最大となるようにＡＦ用モータを駆動制御する。かかる焦点調節装置では、水平方向の画素方向の映像信号の高域成分を抽出するものであるため、被写体が縦線であるときには高レベルの高域成分が得られる。しかし、斜め線のときには高域成分レベルが低下し、横線の場合には高域成分が得られず、高精度な合焦制御ができないという問題が生じていた。

このように被写体によっては、合焦の精度が低下するという問題が発生する。これに対して、フィールドメモリを利用して映像信号を電気的に最適角度まで回転させることにより水平走査方向と交差する方向の走査情報も得る焦点調節装置が提案されている（例えば文献３〜５）。この焦点調節装置によれば、水平走査方向と交差する方向の走査情報を検出できるので、高精度の焦点調節機能を実現することが可能となる。
特開昭６２−０３８０８３号公報特開昭６２−０３８４０６号公報特開平６−１４２４２号公報特開平６−１４２４３号公報特開平５−３３６４３１号公報

しかしながら、文献３〜５では、合焦検知用の任意の方向の１次元走査情報を得るために、画像情報自体を電気的に回転させ、その結果任意の角度に於ける一次元走査情報を得るので、画像の回転を実施するための処理時間がかかってしまっていた。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、焦点調節を行うための信号を効率よく出力させること、及び、高速な焦点調節を実現することを目的とする。

上記の問題を解決するために、本発明の技術的特徴としては、結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、複数の画素部を有する撮像手段を第１の方向に走査して出力される第１の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を繰り返し得る動作と並行して、前記複数の画素部を前記第１の方向とは異なる第２の方向に走査して出力される第２の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を繰り返し得る動作を行うように制御することを特徴とする。

また、本発明の他の技術的特徴としては、結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、複数の画素部を有する撮像手段を第１の方向に走査して出力される第１の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を得ると共に、前記複数の画素部を前記第１の方向とは異なる第２の方向に走査して出力される第２の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を得、至近側又は無限側の何れかから他方側へ結像光学系が駆動する間に、前記第１の信号を出力する動作と、前記第２の信号を出力する動作を切換える。

また、本発明の他の技術的特徴としては、結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、撮像手段の複数の画素部における第１の方向の信号に基づいて取得されるコントラスト状態を示す第１の評価値と、前記複数の画素部における前記第１の方向とは異なる第２の方向の信号に基づいて取得されるコントラスト状態を示す第２の評価値の一方の評価値に重みを付けて用いて、結像光学系の駆動を制御する。

また、本発明の他の技術的特徴としては、結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、撮像手段の複数の画素部における第１の方向の信号に基づいて取得されるコントラスト状態を示す第１の評価値と、前記複数の画素部における前記第１の方向とは異なる第２の方向の信号に基づいて取得されるコントラスト状態を示す第２の評価値を基にそれぞれの合焦位置を検出し、前記検出された合焦位置の中央、もしくは略中央の位置に結像光学系を駆動するように制御する。

また、本発明の他の技術的特徴としては、結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、撮像手段の複数の画素部における第１の方向の信号又は前記複数の画素部における前記第１の方向とは異なる第２の方向の信号を出力する動作と、前記第１の方向の信号及び第２の方向の信号を出力する動作を至近側又は無限側の何れかから他方側への結像光学系の駆動の中で切換えるように前記撮像手段を制御する。

本発明によれば、焦点調節を行うための信号を効率よく出力させること、及び、高速な焦点調節を実現することができる。

本発明を実施するための最良の形態は、以下に記載の実施の形態に示す通りである。

［第１の実施の形態］
（撮像装置のブロック図）
図１において、１は撮像装置、２はズームレンズ群、３はフォーカスレンズ群、４はズームレンズ群２、フォーカスレンズ群３等の結像光学系を透過する光束の量を制御する光量調節手段であり露出手段である絞りである。３１はズームレンズ群２、フォーカスレンズ群３、絞り４等からなる撮影レンズである。５は結像光学系を透過した被写体像が結像し、これを光電変換し信号を出力する撮像手段であるＣＭＯＳ等の撮像素子である。６は撮像素子５から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路である。７はこのデジタル信号を受けて画像処理を施すことにより所定の画像信号を生成する画像処理回路である。８は画像処理回路７から出力される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（ＶＲＡＭ）である。９はこの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変換回路である。１０は画像信号を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示装置、１２は半導体メモリ等からなる画像信号を記憶する記憶用メモリである。１１ａは、ＶＲＡＭ８に記憶された画像信号を読み出して、記憶に適した形態にするために圧縮処理や符号化処理を行う圧縮回路である。１２は圧縮回路１１ａで処理された画像信号を記憶する記憶用メモリ、１１ｂは記憶用メモリ１２に記憶された画像信号を再生表示するのに最適な形態にするために復号化処理や伸長処理等を行う伸長回路である。

また、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焦点調節（ＡＦ）処理を行う焦点調節処理回路である。１５は撮像装置の制御を行う演算用のメモリを内蔵した制御回路である。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（ＴＧ）、１７はＣＭＯＳドライバである。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モータ駆動回路である。２２はフォーカスレンズ群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モーター駆動回路である。２３はズームレンズ群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。

更に、２４は各種のスイッチ群からなる操作スイッチである。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である。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である。２９は警告表示などを行うＬＥＤなどの表示素子、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、画像信号等の記憶媒体である記憶用メモリは、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成る。そして、記憶用メモリは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、操作スイッチ２４としては、本撮像装置１を起動させ、電源供給を行う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、ズームレンズ群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つＡＥ処理、焦点調節処理を開始させる指示信号を発生する第１ストローク（以下ＳＷ１）と画像記録のため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（以下ＳＷ２）とにより構成される。

（撮像素子の機能の模式図）
上述の説明にある撮像素子５の機能を模式的に説明したものが図７である。従来のＣＣＤが水平方向などの決まった方向にしか画素情報を転送できなかったのに対して、本実施の形態の撮像素子５は、駆動パルスと動作シーケンスの変更により水平・垂直の何れの方向にも転送を切換えることができる。よって、効率的に水平方向に読み出した信号と垂直方向に読み出した信号を得ることができ、焦点調節の高速化を実現できる。図７に示したとおり焦点調節のための信号を出力する領域を撮像素子の一部分の領域に設定すれば、より焦点調節を高速にできる。

（ＣＭＯＳ）
図２は、撮像素子（ＣＭＯＳ等）の構成を詳細に示したものである。この撮像素子は図１のＣＭＯＳ等の撮像素子５に相当する。図２において、１０１は単位画素（画素部）である。なお、図２では図の簡略化のために、画素単位１０１を４行×４列のみ示しているが、実際には非常に多数の画素単位１０１が２次元に配置されている。また、１０２は光を電荷に変換するフォトダイオード（ＰＤ）である。１０３は転送パルスφＴＸによってＰＤ１０２で発生した電荷を後述する蓄積領域（フローティングデフュージョン：ＦＤ）に転送する転送スイッチである。１０４は電荷を一時的に蓄積しておく蓄積領域（ＦＤ）である。１０５はソースフォロアとして機能する増幅ＭＯＳアンプである。１０６は選択パルスφＳＥＬによって画素を選択する選択スイッチであり、１０７はリセットパルスφＲＥＳによってＦＤ１０４に蓄積された電荷を除去するリセットスイッチである。ＦＤ１０４、増幅ＭＯＳアンプ１０５、及び後述する定電流源１０９でフローティングディフュージョンアンプが構成され、選択スイッチ１０６で選択された画素の信号電荷が電圧に変換され、信号出力線１０８を経て読み出し回路１１３に出力される。１０９は増幅ＭＯＳアンプ１０５の負荷となる定電流源である。１１０は読み出し回路１１３から出力信号を選択する選択スイッチであり、水平走査回路１１４によって駆動される。１１１は信号を撮像素子外部に出力するための出力アンプである。また、１１２はスイッチ１０３、１０６、１０７を選択するための垂直走査回路である。

なお、パルス信号φＴＸ、φＲＥＳ、φＳＥＬそれぞれについて、垂直走査回路１１２によって走査選択された、例えばｎ番目の走査ラインに印加するパルス信号をφＴＸｎ、φＲＥＳｎ、φＳＥＬｎと記述する。

（水平方向走査）
まず、水平方向に走査され出力された信号から合焦状態（コントラスト状態）を示す評価値（水平方向の評価値）を出力するために、フォーカスレンズ群３を所定量ずつ移動させながら水平方向に信号を読み出して評価値を得るときの駆動パルスと動作シーケンスについて図３を参照しながら説明する。この評価値は、撮像系が合焦点位置に近いほど高くなるので評価値が最大になったフォーカスレンズ群３の位置が合焦位置である。

なお、図３では説明を簡略にするために垂直走査回路１１２によって走査選択されたｎラインからｎ＋３ラインの４行分の駆動制御に関して記述する。

ｎラインにおいて、まず時刻ｔ３１からｔ３２の期間、φＲＥＳｎとφＴＸｎを印加して、転送スイッチ１０３及びリセットスイッチ１０７をオンにし、ｎライン目のＰＤ１０２とＦＤ１０４に蓄積されている不用電荷を除去するリセット動作を行う。時刻ｔ３２で転送スイッチ１０３がオフになり、ＰＤ１０２で発生した光電荷が蓄積される蓄積動作が開始される。次に時刻ｔ３４においてφＴＸｎを印加して、転送スイッチ１０３をオンにし、ＰＤ１０２に蓄積された光電荷をＦＤ１０４に転送する転送動作を行う。なお、リセットスイッチ１０７は、転送動作に先んじてオフする必要があり、図３に示す駆動制御では、時刻ｔ３２で転送スイッチ１０３と同時にオフとなる。ここで、リセット動作終了の時刻ｔ３２から、転送終了の時刻ｔ３５までが蓄積時間となる。

ｎライン目の転送動作終了後、φＳＥＬｎとφＳＥＬｍ，φＳＥＬｍ＋１，φＳＥＬｍ＋２，φＳＥＬｍ＋３を印加して選択スイッチ１０６をオンにすることにより、ＦＤ１０４に保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路１１３に出力される。読み出し回路１１３で一時的に保持された信号が水平走査回路１１４によって時刻ｔ３６より順次出力される。時刻ｔ３４の転送開始から時刻ｔ３７の読み出し終了までの時間をＴ３ｒｅａｄとし、時刻ｔ３１から時刻ｔ３３までの時間をＴ３ｗａｉｔとする。他のラインにおいても同様に、転送開始から読み出し終了までの時間がＴ３ｒｅａｄとなり、あるラインのリセット開始から次のラインのリセット開始までの間の時間がＴ３ｗａｉｔとなる。

（垂直方向走査）
次に、垂直方向に走査され出力された信号から合焦状態を示す評価値（垂直方向の評価値）を出力するために、垂直方向に信号を読み出す駆動パルスと動作シーケンスについて図４を参照しながら説明する。垂直方向の信号の読み出しは１画素ずつ順次行うこととなる。なお、上述の水平方向に信号を読み出す場合の駆動パルスと動作シーケンスで説明した動作シーケンスと同一の部分については説明を省略する。また、図４では説明を簡略にするために水平走査回路１１４によって走査選択された１列分の駆動制御に関して記述する。

垂直走査回路１１２によって走査選択されたｎラインにおいて、まず時刻ｔ４１からｔ４２の期間、φＲＥＳｎとφＴＸｎを印加して、転送スイッチ１０３及びリセットスイッチ１０７をオンにする。そして、ｎライン目のＰＤ１０２とＦＤ１０４に蓄積されている不用電荷を除去するリセット動作を行う。時刻ｔ４２で転送スイッチ１０３がオフになり、ＰＤ１０２で発生した光電荷が蓄積される蓄積動作が開始される。次に時刻ｔ４４においてφＴＸｎを印加して、転送スイッチ１０３をオンにし、ｎライン目のＰＤ１０２に蓄積された光電荷をＦＤ１０４に転送する転送動作を行う。ｎライン目の転送動作終了後（時刻ｔ４５）、φＳＥＬｎとφＳＥＬｍを印加して選択スイッチ１０６をオンにすることにより、ｍ列ｎライン目の画素部のＦＤ１０４に保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路１１３に出力される。読み出し回路１１３で一時的に保持された信号が水平走査回路１１４によって時刻ｔ４６より出力される。

同様に、垂直走査回路１１２によって走査選択されたｎ＋１ラインにおいて、まず時刻ｔ４３から、φＲＥＳｎとφＴＸｎを印加して、転送スイッチ１０３及びリセットスイッチ１０７をオンにする。そして、ｎ＋１ライン目においてＰＤ１０２とＦＤ１０４に蓄積されている不用電荷を除去するリセット動作を行う。そして、蓄積動作を開始し、時刻ｔ４７においてφＴＸｎを印加して、転送スイッチ１０３をオンにし、ｎ＋１ライン目のＰＤ１０２に蓄積された光電荷をＦＤ１０４に転送する。

ｎ＋１ライン目の転送動作終了後（時刻ｔ４８）、φＳＥＬｎとφＳＥＬｍを印加して選択スイッチ１０６をオンにすることにより、ｍ列ｎ＋１ライン目の画素部のＦＤ１０４に保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路１１３に出力される。読み出し回路１１３で一時的に保持された信号が水平走査回路１１４によって出力される。同様に順次ｍ列ｎ＋２ライン目の画素部とｍ列ｎ＋３ライン目の画素部の信号も出力されることにより、水平走査回路１１４によって走査選択された１列分の駆動が行われる。また、同様に図４のシーケンスに従って駆動パルスを印加すれば、ｍ＋１列目、ｍ＋２列目、ｍ＋３列目も信号を読み出すことができる。

上述のように、信号読み出しのための駆動パルスを切換えることにより、水平方向の信号の読み出しと垂直方向の信号の読み出しが任意に行える。なお、焦点調節のための信号を取り出す領域を撮像素子の一部分にすれば焦点調節の高速化を更に図ることができる。

なお、読み出し動作をしている間に、読み出し動作以外の動作（例えば、リセット動作等）をするように駆動させれば、信号を出力するための時間を短縮することができる。

（信号出力タイミング）
図９は、焦点調節処理を行う際の撮像素子５からの信号の取得のタイミングを示したタイミングチャートである。横軸が時間を表し、「表示用」が各撮像素子で表示用の信号を読み出す期間を表している。また、「ＶＦｏｃｕｓ」が垂直方向の評価値を得るための信号を、撮像素子５の垂直方向に走査して読み出す期間である。また、「ＨＦｏｃｕｓ」が水平方向の評価値を得るための信号を、撮像素子５の水平方向に走査して読み出す期間である。これらの信号の読み出しは、フォーカスモータ２２を駆動させ、フォーカスレンズ群３を、予め設定された開始位置を起点として所定の移動量で移動させながら実行する。

また、表示用の画像は、同じ撮像素子５から取り出すため、焦点調節のために信号を取り出す合間に、表示用の信号も取り出さねばならない。表示用の画像を取り出すタイミングが粗くなると、表示される画像がリアルタイムに反応しないなど使い勝手上の不都合が生ずるためである。そこで本実施の形態では、フォーカスレンズ群３を所定量ずつ移動させながら、水平方向、垂直方向の信号を交互に取り出したうえ、表示用の画像情報も取り出す。これは、上述の図３の（水平方向走査）と図４の（垂直方向走査）を繰り返し、信号を読み出すように駆動させることにより、実現できる。

例えば、（水平方向走査）により表示用の画像信号を出力し、更に、（水平方向走査）により、水平方向の評価値を得るための信号を出力する。そして、再び（水平方向走査）により表示用の画像信号を出力し、次に、（垂直方向走査）により垂直方向の評価値を得るための信号を出力する。以上の駆動を繰り返すことにより、フォーカスレンズ群３の移動方向及び移動量を変更せずに効率的に、両者の空間周波数成分に対して合焦位置を検出することが可能となる。

なお、（水平方向走査）と（垂直方向走査）において、読み出し動作をしている間に、読み出し動作以外の動作（例えば、リセット動作等）を行うように駆動させれば、信号を出力するための時間を短縮することができる。

（撮影動作のフロー）
次に撮像装置１における撮影動作について図５に示す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）モードにあるときに、撮影処理シーケンスが実行される。

まずステップＳ５１において制御回路１５は、上述したように、撮影レンズ３１を透過し撮像素子５上に結像した被写体光学像を、Ａ／Ｄ変換回路６、画像処理回路７、ＶＲＡＭ、Ｄ／Ａ変換回路９を介して、ＬＣＤ１０に画像として表示する。

次いでステップＳ５２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、ＳＷ１（レリーズスイッチの第１ストローク）がオン状態になったことを制御回路１５が確認すると、次のステップＳ５３に進み、ＡＥ処理が実行される。続いてステップＳ５４において正確な合焦位置を検出する焦点調節処理及びＬＣＤ１０への画像の表示を行う。焦点調節処理では、フォーカスレンズ群３を移動しながら正確な合焦位置を検出する。

このようにして所定の焦点調節処理が終了したならば、制御回路１５はステップＳ５５において、ＳＷ２（レリーズスイッチの第２ストローク）の確認を行い、ＳＷ２がオンになっていたならば、ステップＳ５６に進み、画像記録のための露光処理を実行する。そして、ステップＳ５７において露光して得た画像を上述したように撮像素子５、Ａ／Ｄ変換回路６、画像処理回路７、ＶＲＡＭ８、圧縮伸長回路１１を介して記憶用メモリ１２に記憶する（ステップＳ５７）。

（焦点調節動作と表示動作のフロー）
次いで、図５のステップＳ５４で実行される焦点調節処理及びＬＣＤ表示の詳細について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。

図６のステップＳ６１において、制御回路１５は焦点調節処理により合焦位置の検出動作を行うために、第２モータ駆動回路１９を介してフォーカスモータ２２を駆動させ、フォーカスレンズ群３を予め設定された開始位置に移動させる。そして、ステップＳ６２において、Ｖフラグを初期化する（つまり、Ｖ＝０とする）。ステップＳ６３において制御回路１５は、フォーカスレンズ群３が予め設定された終了位置に到達したか否かを判定する。そして開始位置を起点として所定の移動量でフォーカスレンズ群３を無限側から至近側へ所定範囲移動させながら合焦位置を探す焦点調節処理を実行する。なお、フォーカスレンズ群３を至近側から無限側へ所定範囲移動させながら合焦位置を探す焦点調節処理を実行してもよい。

フォーカスレンズ群３が終了位置に到達していない場合は、次のステップＳ６４において制御回路１５は所定の移動量だけフォーカスレンズ群３を移動させる。そして、ステップＳ６５において制御回路１５は撮像素子５を制御して、その時点におけるフォーカスレンズ群３の位置に対応する信号を取得する。この信号はＡ／Ｄ変換回路６及び画像処理回路７を介してＶＲＡＭ８に一時的に記憶される。そしてＶＲＡＭ８に記憶された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。そして、ＬＣＤ１０に画像として表示される。次に、ステップＳ６６において、Ｖフラグが１であるか否かを判定する。Ｖが１でない場合には、制御回路１５は撮像素子５を制御して、その時点におけるフォーカスレンズ群３の位置に対応する信号を水平方向に走査して読み出す。この信号はＡ／Ｄ変換回路６を介して焦点調節処理回路１４に出力され、水平方向に走査された信号に基づく合焦状態を示す評価値が算出される。この評価値は制御回路１５に出力され、制御回路１５に内蔵された演算用メモリに記憶される（ステップＳ６７）。そして、ＶフラグをＶ＝１とする（ステップＳ６８）。また、ステップＳ６６においてＶが１であると判定された場合には、制御回路１５は撮像素子５を制御して、その時点におけるフォーカスレンズ群３の位置に対応する信号を垂直方向に走査して読み出す。この信号はＡ／Ｄ変換回路６を介して焦点調節処理回路１４に出力され、垂直方向に走査された信号に基づく合焦状態を示す評価値が算出される。この評価値は制御回路１５に出力され、制御回路１５に内蔵された演算用メモリに記憶される（ステップＳ６９）。そして、ＶフラグをＶ＝０とする（ステップＳ７０）。その後ステップＳ６３に戻り、フォーカスレンズ群３が設定された終了位置に到達するまで同様の処理を繰り返す。

そしてステップＳ６３においてフォ−カスレンズ群３が終了位置に到達したと判定されたならば、ステップＳ７１に進む。ステップＳ７１において、制御回路１５はステップＳ６７、Ｓ６９において算出された水平方向及び垂直方向の評価値に基づいて合焦位置の演算を行う。そしてこの演算結果に基づいて制御回路１５は、ステップＳ７２において第２モータ駆動回路１９を介してフォーカスモータ２２を駆動させ、フォーカスレンズ群３を合焦位置に移動し、この位置に停止すると一連のシーケンスを終了する。その後、図５のステップＳ５５に進む。

なお、評価値はその値が高いほど良く合焦していると見なせる数値である。それは、フォーカスレンズ群３を移動させると、最も良く合焦したところで或る最大値になる。

被写体に水平・垂直方向共に所定の空間周波数にてコントラストを呈するパターンを有するとき、又は結像光学系の非点収差などの誤差が存在するとき、デフォーカス状態から、焦点調節動作を行うと、水平方向の評価値と垂直方向の評価値は異なる位置で最大値を示す。このような場合に、本実施の形態のように水平方向と垂直方向の両方の評価値に基づいて合焦位置を決定する構成とすれば適切な合焦動作を行うことが可能となる。また、本実施例によれば、フォーカスレンズ群３を一方向に駆動する間に撮像素子５の水平方向及び垂直方向に走査して信号を出力するので、水平方向に走査された信号に基づく評価値と垂直方向に走査された信号に基づく評価値を効率よく得ることが可能となる。これにより高速な焦点調節を実現できる。

（非点収差を有する結像光学系）
図８に示すのが、本実施の形態にて用いる撮像素子５を、軸上に非点収差を有する結像光学系に組み込んだ場合の説明図である。軸上に非点収差があり、その方向が水平方向と垂直方向に略一致しているとする。なお、図８では、撮像素子５を固定して合焦位置（距離）に仮の被写体を置いた場合の被写体の位置を示すものとする。ここで、例えば、縦縞と横縞の両方が混在する被写体を撮影した場合には、同じ距離に存在する縦縞と横縞であっても、検出される合焦位置が水平方向と垂直方向で異なる現象が発生する。しかし、本実施の形態では、水平方向及び垂直方向の転送を両方行い、焦点調節のための評価値を得る。よって、光学系の収差により両者間にフォーカスずれ分があるときでも、図６のステップＳ３６にて、これらの２つの空間周波数成分を用いて合焦位置を決定し、適切な合焦位置にフォーカスレンズ群３を駆動することができる。

（横縞の多い被写体）
また、例えば地平線からの太陽の日の出を撮影する場合、あるいは横縞の多い被写体を撮影する場合には、水平方向のコントラストが低いため、うまく焦点調節を行うことができないという問題が発生していた。しかし、本実施の形態のように、水平方向及び垂直方向の転送を両方行って、焦点調節のための評価値を取得すれば、垂直方向の評価値を主に用いて合焦位置を決定できる。つまり、空間周波数成分を用いて合焦位置を決定できる。よって、適切な合焦位置にフォーカスレンズ群３を駆動することが可能となる。なお、ここでいう評価値とはそれぞれのフォーカスレンズ群３の位置における合焦状態を示す信号のことである。

（合焦位置の決定方法）
次に、具体的な合焦動作において、水平方向及び垂直方向に走査され出力された信号に基づく評価値をどのように用いるかについて説明する。

例えば、以下の３つの方法がある。

［１］図６のフローチャートに従って、デフォーカス状態から、焦点調節動作を行うとき、水平方向及び垂直方向の２つの方向の評価値を同時に観測する。所定の焦点調節処理を完了し、２つの方向の評価値の最大値をそれぞれ取得したら、両者の中心の位置を合焦位置と決定する。（図１０（ａ））
非点収差が支配的である光学系の場合、一般に最小錯乱円は二つの焦線の略中心に位置するため、実用精度として劣ることはない。この方式では、処理が単純であるので高速処理が可能である。

［２］図６のフローチャートに従って、デフォーカス状態から、焦点調節動作を行うとき、２つの方向の評価値を同時に観測する。所定の焦点調節処理を完了し、２つの方向の評価値の最大値とそれに対応するフォーカスレンズ群３の位置をそれぞれ検出する。そして、２つの方向の評価値が最大値となるフォーカスレンズ群３の位置の間の距離を、各最大値の逆比例になるよう分割して、最大値の高い方に近い位置を合焦位置と決定する。（図１０（ｂ））
この方法の利点は、評価値の高い被写体の方に優先的に近づけて合焦位置を決定することである。被写体の中にも垂直方向、水平方向のそれぞれの空間周波数成分が含まれている。それらのコントラストが評価値の元になっているので、被写体に於いて、より多くの評価値の元になる成分は、当然被写体としてコントラストが高く、支配的な情報成分である。例えば、結像光学系に、軸上の非点収差が存在し、ふたつの焦線方向は撮像素子の水平方向と垂直方向に略一致しており、たまたま被写体の像に含まれる空間周波数成分の殆どが０°であった場合には、横縞が非常に多いとする（図１３）。この場合、図１３に示したとおり、撮像素子を固定したときに合焦位置（距離）に仮の被写体を置くとすると、推定される被写体の位置は水平方向に走査して出力した信号から推定した合焦位置と垂直方向に走査して出力した信号から推定した合焦位置とで異なる。このように縦縞と横縞の合焦位置に差があり、像に含まれる成分に大きな偏りがあるときは、両者に均等にバランスする位置にフォーカスを合わせる必然性はない。逆に、コントラストの高い成分に合焦位置を近づけることが好ましい。この方法は、最大値の逆比例値に基づいて分割するという簡単な演算（線形演算）であるため、多くの処理時間を必要とすることがなく適正な焦点調節を行える。

［３］図６のフローチャートに従って、デフォーカス状態から、焦点調節動作を行うとき、２つの方向の評価値を同時に観測する。所定の焦点調節処理を完了し、２つの方向の評価値の最大値とそれに対応するフォーカスレンズ群３の位置をそれぞれ検出する。２つの方向の評価値が最大値となるフォーカスレンズ群３の位置の間の距離を、各最大値の逆比例値に所定の係数を掛けた比率に応じて分割して、最大値の高い方に近い位置を合焦位置と決定する。（図１０（ｃ））
この方法は先の［２］の方法に準じて、両者の最大値の逆比例値を所定の関数演算に基づいて換算し、それに基づいて、２つの評価値の山の間隔を分割して合焦位置を決定する方法である。この方法は、実際の合焦位置が２つの評価値の山の間の最も適した位置を決定する非線形な関数（例えば、予め実験で求められ記憶させた２次関数など）に基づいて、山の間隔を分割し、より精密な合焦位置を算出して、合焦させる方法である。この方法により、より精度のよい合焦位置を決定できる。

［２］［３］は、評価値が被写体上のパターンのコントラストに依存するので、例えば被写体上に於ける水平、垂直各方向の空間周波数パターンのコントラストが各々異なる場合、よりコントラストの高いパターンを有する方向を優先的に合焦させることになる。そして［２］ではコントラスト比に対して線形に、［３］では非線形に合焦位置を割り振ることに相当する。これらの方式を撮影条件に応じて切り換えて採用すれば、それぞれの撮像シーンに適した焦点調節を実現することができる。

なお、本実施の形態では、垂直方向及び水平方向への走査により撮像素子５から信号を読み出したが、走査方向はこれに限らず、２方向以上であればどの方向から信号を読み出してもよい。また、信号を出力するための走査方向を２方向以上にして、評価値を複数得てから、それらの複数の評価値に基づいて合焦位置を決定すれば、より精度の高い焦点調節を実現させることができる。

いずれの方向に走査して撮像素子５から信号を読み出した場合でも、交互に信号を出力するように駆動制御すれば、フォーカスレンズ群３を同一方向に駆動させる間に信号を得ることができるので焦点調節の速度を高速にすることが可能となる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態における撮像装置の構成は図１と同様である。また、撮像素子（ＣＭＯＳ等）の構成は図２と同様であるまた、水平方向、垂直方向に走査して撮像素子から信号を出力する際の駆動方法は、図３、４と同様である。よって、構成要素についての説明及び撮像素子からの信号出力方法についての説明は省略する。

（信号出力タイミング）
図１１に示すのが、第２の実施の形態において、被写体に対して焦点合わせを行う際の信号の取り出しタイミングを示したタイミングチャートである。

第２の実施の形態では、焦点調節動作にて、まだ大きくフォーカスがずれているうちは、水平方向だけから評価値を得る。コントラストが高くなり、合焦位置に近づくと、第１の実施の形態で説明したフローと同様に、水平方向の評価値及び垂直方向の評価値を交互に得る。

（焦点調節動作と表示動作のフロー）
この動作を、図１２を用いて説明する。図１２は焦点調節処理及びＬＣＤ１０への表示処理を示すフローチャートである。

図１２のステップＳ１２１において、制御回路１５は焦点調節処理により合焦位置の検出動作を行うために、制御回路１５は第２モータ駆動回路１９を介してフォーカスモータ２２を駆動させ、フォーカスレンズ群３を予め設定された開始位置に移動させる。

ステップＳ１２２において、Ｖフラグを初期化する（つまり、Ｖ＝０とする）。そして、ステップＳ１２３において制御回路１５は、フォーカスレンズ群３が予め設定された終了位置に到達したか否かを判定する。ここでフォーカスレンズ群３が終了位置に到達していない場合は、次のステップＳ１２４において制御回路１５は所定の移動量だけフォーカスレンズ群３を移動させる。そして、ステップＳ１２５において制御回路１５は撮像素子５を制御して、その時点におけるフォーカスレンズ群３の位置に対応する信号を取得する。この信号はＡ／Ｄ変換回路６及び画像処理回路７を介して、ＶＲＡＭ８に一時的に記憶される。そしてＶＲＡＭ８に記憶された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。そして、ＬＣＤ１０に画像として表示される。

次に、ステップＳ１２６において、Ｖフラグが１であるか否かを判定する。

Ｖが１でない場合には、制御回路１５は撮像素子５を制御して、その時点におけるフォーカスレンズ群３の位置に対応する信号を水平方向に走査して読み出す。この信号はＡ／Ｄ変換回路６を介して焦点調節処理回路１４に出力され、水平方向の合焦状態を示す評価値が算出される。この評価値は制御回路１５に出力され、制御回路１５に内蔵された演算用メモリに記憶される（ステップＳ１２７）。次に、ステップＳ１２８において、合焦度が所定の閾値以上か否かを判定する。合焦度が所定の閾値以上の場合には、ステップＳ１３０に進み、所定の閾値よりも小さい場合にはステップＳ１２９に進む。ステップＳ１３０ではＶフラグをＶ＝１とする。また、ステップＳ１２９ではＶフラグをＶ＝１とする。その後ステップＳ１２３に戻る。

また、ステップＳ１２６においてＶが１であると判定された場合には、制御回路１５は撮像素子５を制御して、その時点におけるフォーカスレンズ群３の位置に対応する信号を垂直方向に走査して読み出す。この信号はＡ／Ｄ変換回路６を介して焦点調節処理回路１４に出力され、垂直方向の合焦状態を示す評価値が算出される。この評価値は制御回路１５に出力され、制御回路１５に内蔵された演算用メモリに記憶される（ステップＳ１３１）。そして、ＶフラグをＶ＝０とする（ステップＳ１３２）。その後ステップＳ１２３に戻り、フォーカスレンズ群３が設定された終了位置に到達するまで同様の処理を繰り返す。

そしてステップＳ１２３においてフォ−カスレンズ群３が終了位置に到達したと判定されたならば、ステップＳ１３３に進む。ステップＳ１３３において、制御回路１５はステップＳ１２７、Ｓ１３１において算出された水平方向及び垂直方向の評価値に基づいて合焦位置の演算を行う。そしてこの演算結果に基づいて制御回路１５は、ステップＳ１３４において第２モータ駆動回路１９を介してフォーカスモータ２２を駆動させ、フォーカスレンズ群３を合焦位置に移動し、この位置に停止すると一連のシーケンスを終了する。その後、図５のステップＳ５５に進む。

上述したように、まだフォーカスが大きくずれているうちは一方の方向から合焦位置検出のための情報を取得し、合焦位置に近づくにつれて他方の合焦位置検出のための情報を増やしていくように構成する。これにより、始めは早く、合焦位置付近では精度を細かくして焦点調節の動作を行うことができ、早くて精度のよい焦点調節動作が可能となる。

また、評価値を得るための信号と、表示用の信号とを交互に読み出すので、表示画像が途切れ途切れになることを防止すると共に焦点調節のための情報も順次得ることができ高速な焦点調節ができる。

なお、本実施の形態では、合焦位置に近づいたときに合焦位置検出のための情報を増やすことのできるように信号の撮像素子からの走査方向を変更して、複数の方向から走査された信号を得るように構成した。しかし、これに限らず、焦点調節動作の途中で、撮像素子から信号を走査する方向を増減させる構成であれば、高速で精度のよい焦点調節を実現できる。例えば、はじめは複数方向に撮像素子を走査して、コントラストがほとんど検出できないと判断された時点で、コントラストの出ない方向の走査を禁止するよう制御することが考えられる。これにより、コントラストのほとんどない方向の信号の出力をしないように動作させることができ、無駄な信号出力がなく効率的に焦点調節できる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態における撮像装置の構成は図１と同様である。また、撮像素子（ＣＭＯＳ等）の構成は図２と同様である。また、水平方向に走査して撮像素子から信号を出力する際の駆動方法は、図３と同様である。よって、構成要素についての説明及び撮像素子からの信号出力方法についての説明は省略する。

（垂直方向走査）
垂直方向に走査され出力された信号から合焦状態を示す評価値（垂直方向の評価値）を出力するために、垂直方向に信号を読み出す駆動パルスと動作シーケンスについて図１７を参照しながら説明する。垂直方向の信号の読み出しは１画素ずつ順次行うこととなる。なお、上述の水平方向に信号を読み出す場合の駆動パルスと動作シーケンスで説明した動作シーケンスと同一の部分については説明を省略する。また、図１７では説明を簡略にするために図２に示した４列分の駆動制御に関して記述する。

φＳＥＬｎとφＳＥＬｍを印加して選択スイッチ１０６をオンにすることにより、ＦＤ１０４に保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路１１３に出力される。読み出し回路１１３で一時的に保持された信号が水平走査回路１１４によって出力される。また、φＳＥＬｎ＋１とφＳＥＬｍを印加して選択スイッチ１０６をオンにすることにより、ＦＤ１０４に保持した電荷が電圧に変換され、読み出し回路１１３に出力される。読み出し回路１１３で一時的に保持された信号が水平走査回路１１４によって出力される。同様に順次ｎ＋２ライン目とｎ＋３ライン目の信号も出力されることにより、水平走査回路１１４によって走査選択された１列分の駆動が行われる。同様にして、ｍ＋１行目、ｍ＋２行目、ｍ＋３行目の信号の読み出しも順次行う。

（信号出力タイミング）
図１６に示すのが、第３の実施の形態において、被写体に対して焦点合わせを行う際の信号の取り出しタイミングを示したタイミングチャートである。

第３の実施の形態では、撮像素子５に蓄積された信号を、表示するため及び水平方向の評価値を得るために水平方向に走査して出力し共用する。これは、図１からも分かるように、Ａ／Ｄ変換回路６からの信号を、画像処理回路７を介してＶＲＡＭ８に出力するとともに焦点調節回路１４に出力することにより実現できる。更に、表示用及び水平方向の評価値を得るためにＰＤ１０２に蓄積され光電荷をＦＤ１０４に転送された信号を、図１７のタイミングチャートのように垂直方向に走査して読み出す。そして、出力された信号から、評価値を得る。これにより同一のフォーカスレンズ位置において、表示用の信号、水平方向の評価値を得るための信号、垂直方向の評価値を得るための信号を得ることができ、より高速化を図れる。

（焦点調節動作と表示動作のフロー）
この動作を、図１５を用いて説明する。図１５は焦点調節処理及びＬＣＤ１０への表示処理を示すフローチャートである。

図１５のステップＳ１５１において、制御回路１５は焦点調節処理により合焦位置の検出動作を行うために、制御回路１５は第２モータ駆動回路１９を介してフォーカスモータ２２を駆動させ、フォーカスレンズ群３を予め設定された開始位置に移動させる。

そして、ステップＳ１５２において制御回路１５は、フォーカスレンズ群３が予め設定された終了位置に到達したか否かを判定する。ここでフォーカスレンズ群３が終了位置に到達していない場合は、次のステップＳ１５３において制御回路１５は所定の移動量だけフォーカスレンズ群３を移動させる。そして、ステップＳ１５４において撮像素子５に蓄積された信号を制御回路１５の制御により水平方向に走査して出力する。この信号は、制御回路１５により撮像素子５を制御して得られる、その時点におけるフォーカスレンズ群３の位置に対応する信号である。この信号はＡ／Ｄ変換回路６及び画像処理回路７を介して、ＶＲＡＭ８に一時的に記憶される。そしてＶＲＡＭ８に記憶された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。そして、ＬＣＤ１０に画像として表示される。更に、ステップＳ１５４においてＡ／Ｄ変換回路６から出力された信号が、焦点調節処理回路１４に出力され、水平方向の合焦状態を示す評価値が算出される。この評価値は制御回路１５に出力され、制御回路１５に内蔵された演算用メモリに記憶される（ステップＳ１５５）。次に、ステップＳ１５４において撮像素子５に蓄積された信号を制御回路１５の制御により垂直方向に走査して読み出す（この読み出し方式を、非破壊読み出しという）。読み出された信号はＡ／Ｄ変換回路６を介して焦点調節処理回路１４に出力され、垂直方向の合焦状態を示す評価値が算出される。この評価値は制御回路１５に出力され、制御回路１５に内蔵された演算用メモリに記憶される（ステップＳ１５６）。その後ステップＳ１５２に戻り、フォーカスレンズ群３が設定された終了位置に到達するまで同様の処理を繰り返す。

そしてステップＳ１５２においてフォ−カスレンズ群３が終了位置に到達したと判定されたならば、ステップＳ１５７に進む。ステップＳ１５７において、制御回路１５はステップＳ１５５、Ｓ１５６において算出された水平方向及び垂直方向の評価値に基づいて合焦位置の演算を行う。そしてこの演算結果に基づいて制御回路１５は、ステップＳ１５８において第２モータ駆動回路１９を介してフォーカスモータ２２を駆動させ、フォーカスレンズ群３を合焦位置に移動し、この位置に停止すると一連のシーケンスを終了する。その後、図５のステップＳ５５に進む。

上述のように、１回の露光で、表示用の信号及び水平方向の評価値を得るための信号、及び垂直方向の評価値を得るための信号を取得するので、表示画像が途切れ途切れになることを防止すると共に焦点調節のための情報も効率よく得ることができ、高速な焦点調節を実現できる。

なお、第１〜第３の実施の形態では、撮像素子としてＣＭＯＳを例に取り上げたが、少なくとも２方向に走査して信号を読み出せるものであれば、ＣＭＯＳでなくてもよい。

［その他の実施の形態］
（山登りＡＦ）
第１〜第３の実施の形態では、フォーカスレンズ群３が設定された終了位置に到達するまで処理を繰り返すことにより、測距範囲の全域にわたりフォーカスレンズを駆動しながら焦点評価値を記憶してく全域スキャン方式を例に取って説明した。しかし、フォーカスレンズを動かしながら撮像素子５から得られる輝度信号の高域成分（評価値）を取得し、評価値が増加する方向にフォーカスレンズを移動して焦点評価値が最大になる位置を合焦位置とする、いわゆる山登り方式を採用してもよい。山登り方式の場合には、水平・垂直方向の評価値が両方とも減少していると判断した場合に駆動方向を反転させるように制御する。また、水平・垂直方向の評価値の平均を取って、この平均が減少していると判断した場合に駆動方向を反転させるように制御してもよい。また、水平・垂直方向の評価値に基づいて合焦状態を取得し、取得された合焦状態に応じて駆動方向を反転させるように制御してもよい。

一般的な被写体には、任意の方向にコントラストを呈するパターンが存在すると考えられる。しかし、場合によっては単純な垂直又は水平の縞パターンのように、片方の方向にはコントラストを有し、それと直交する方向では、全くコントラストを持たない、というものがあり得る。このとき、評価値は片方の方向で最大値を示しても、もう片方の方向ではどこへ行っても全く山が現れない。このような場合、ひとつの評価値が最大値になっても、もう片方はいくら焦点調節動作を続けても最大値が見つからない（略一定値であったり、減少したりする）ので、大変時間が無駄になる。

このような場合に、上述のように焦点調節動作時には常に評価値を監視するように構成すれば無駄な焦点調節時間の発生を防止することができる。つまり、評価値が増加傾向にある場合は継続して焦点調節動作を行う。そして、評価値が一定の増加傾向を持たない場合や、片方の評価値が最大値を示した後も、もう片方が一定の距離以内で最大値を見つけられない場合は、同方向へのフォーカスレンズ群３の焦点調節動作を中止する。言い換えると、図６におけるステップＳ６３（又は図１２におけるステップＳ１２３、又は図１５におけるステップＳ１５２）において、終了位置に達していなくても、同方向へのフォーカスレンズ群３の焦点調節動作を中止する。そして、合焦位置算出のステップに進み、片方の評価値における最大値に基づいて合焦位置を決定する。このような制御を行うことにより、無駄な時間を発生させることを防ぐことができ、焦点調節にかかる時間を短縮することが可能となる。

また、垂直方向と水平方向の最大値が取得された時点で、フォーカスレンズ群３が終了位置に達していなくても、合焦位置算出のステップに進み、片方の評価値における最大値に基づいて合焦位置を決定するように構成してもよい。

（像面の倒れの検出）
図１４は焦点調節のための信号を取り出す領域が複数ある場合に適応した場合の一実施例を説明するための図面である。図に示したように撮像素子上の上下（α）、左右（β）、中央の領域毎に水平成分と垂直成分の合焦位置をそれぞれ求める。像面の中心と周辺で合焦位置が異なるような場合には、画面全体や画面中心の各々の領域を優先した焦点調節を設定可能とする。これにより、例えば、像面に中心と周辺で合焦位置が異なるような軸対称な倒れがある場合にも、画面の中心優先／周辺優先のように合焦位置を変えることができる。よって、撮影モード（シーン）に応じた焦点調節を行って撮像することが可能となる。

なお、図中では説明の便宜上ひとつの被写体位置に対して、空間的に結像する位置の異なる結像面を並べて表示している。しかし、実際にはフォーカスレンズの焦点調節動作（レンズの繰り出し等）により、所望の結像面を空間的に固定された撮像素子面上に一致させることになる。

（装置の姿勢による場合分け）
また、撮像装置が縦位置であるか、横位置であるかを検出するための姿勢検知センサ（不図示）を設け、撮像装置の姿勢検知センサと連動して合焦を優先させる方向を変えるように構成してもよい。具体的には、撮像装置が縦位置である場合には、縦の被写体（水平方向にエッジのある被写体）を撮影する場合が多いので、水平方向に撮像素子を走査して出力した信号を優先する。また、撮像装置が横位置である場合には、横の被写体（垂直方向にエッジのある被写体）を撮影する場合が多いので、垂直方向に撮像素子を走査して出力した信号を優先する。つまり、実施の形態１の（合焦位置の決定方法）で説明した方法と同様に撮像装置の姿勢に応じて、垂直方向の評価値と水平方向の評価値に比率をつけて用いて合焦位置を決定することにより、適切な合焦動作を行うことが可能となる。

（被写体の移動による場合分け）
また、被写体が画面内で移動しているか否か、また、移動している場合にはどの方向に移動しているかを検出するための移動検知センサ（不図示）を設けることも考えられる。被写体が画面内で移動している場合には、画面内方向での移動方向に合わせて、合焦検知を優先する方向を変えるように構成する。具体的には、移動検知センサにおいて被写体が画面において横方向に移動していると判断された場合には、垂直方向に撮像素子を走査して出力した信号を優先する。また、移動検知センサにおいて被写体が画面において縦方向に移動していると判断された場合には、水平方向に撮像素子を走査して出力した信号を優先する。これにより、より高精度の合焦動作を行うことが可能となる。

なお、移動検知センサは、撮像された２つフレーム間での画像信号の変化から動きベクトルを検出し移動検知する方式や、撮影者が事前にいずれかの機能を選択するマニュアルモード設定を行う方式が考えられる。

上述のように、水平・垂直の両方向に撮像素子を走査して信号を出力することにより、水平方向の評価値と、垂直方向の評価値を一度に得ることができる。これらの評価値を撮影条件に応じて用い、合焦位置を判断すれば、高精度の焦点調節が可能となる。

なお、本発明の実施の形態においては、焦点調節のための評価値を得るために、撮像手段から２方向に走査して信号を出力する場合を例にとって説明したが、出力した信号の利用方法はこれに限るものではない。また、本発明の実施の形態においては、焦点調節を行う装置であれば撮像装置でなくてもよい。例えば顕微鏡などが考えられる。

本発明の実施の形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。撮像素子の構成を示す回路図である。撮像素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。撮像素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。本発明の実施の形態における撮像装置の撮影動作を示すフローチャートである。第１の実施の形態における焦点調節処理を説明するフローチャートである。撮像素子の信号転送方向について説明する図である。実際の焦点面の合わせ方について説明する図である。第１の実施の形態における撮像素子の信号出力のタイミングを示した図である。（ａ）〜（ｃ）は評価値をどのように用いるかについて説明する図である。第２の実施の形態における撮像素子の信号出力のタイミングを示した図である。第２の実施の形態における焦点調節処理を説明するフローチャートである。軸上に非点収差のある結像光学系を示した図である。像面に倒れのある結像光学系を示した図である。第３の実施の形態における焦点調節処理を説明するフローチャートである。第３の実施の形態における撮像素子の信号出力のタイミングを示した図である。信号読み出しの駆動方法の一例を示すタイミングチャートである。従来例の説明図で、軸上に非点収差がある場合の結像光学系を示した図である。従来例の説明図で、軸上に非点収差がある場合の結像光学系を示した図である。従来例の説明図で、軸上に非点収差がある場合の結像位置の像面を示した図である。

符号の説明

１撮像装置
３１撮影レンズ
５撮像素子
６Ａ／Ｄ変換回路
７画像処理回路
１２記憶用メモリ
１４焦点調節処理回路
１５制御回路
１６タイミングジェネレータ
１７ＣＭＯＳドライバ
１８第１モータ駆動回路
１９第２モーター駆動回路
２０第３モータ駆動回路
２１絞り駆動モータ
２２フォーカス駆動モータ
２３ズーム駆動モータ

Claims

結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置において、
複数の画素部を有する撮像手段を第１の方向に走査して出力される第１の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を得ると共に、前記複数の画素部を前記第１の方向とは異なる第２の方向に走査して出力される第２の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を得る評価値取得手段と、
前記撮像手段から第１の信号を繰り返し読み出す動作と並行して、前記撮像手段から第２の信号を繰り返し読み出す動作を行うように前記撮像手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする焦点調節装置。
前記第１の評価値及び前記第２の評価値は、至近側又は無限側の何れかから他方側へ結像光学系が駆動する間に出力された前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて得られることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置において、
複数の画素部を有する撮像手段を第１の方向に走査して出力される第１の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を得ると共に、前記複数の画素部を前記第１の方向とは異なる第２の方向に走査して出力される第２の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を得る評価値取得手段と、
至近側又は無限側の何れかから他方側へ結像光学系が駆動する間に、前記第１の信号を出力する動作と、前記第２の信号を出力する動作を繰り返し切換える切換え制御手段とを有することを特徴とする焦点調節装置。
前記第１の信号と前記第２の信号が出力される間に前記複数の画素部から出力された信号が、表示部へ出力されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
前記複数の画素部を第１の方向に走査して出力された前記第１の信号が、表示部へ出力され表示されることを特徴とする請求項４に記載の焦点調節装置。
前記第１の信号及び前記第２の信号は、１回の撮像で前記第１の方向及び前記第２の方向に走査して出力されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
前記第１及び第２の評価値の一方の評価値に重みを付けて用いて、結像光学系の駆動を制御する光学系駆動制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
前記光学系駆動制御手段は、前記第１及び第２の評価値のうちで、高域成分の多い方の評価値に重みを付けて用いて結像光学系の駆動を制御することを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
前記光学系駆動制御手段は、光軸に対する撮像手段の回転位置に応じて前記第１又は第２の評価値に重みを付けて用いて結像光学系の駆動を制御することを特徴とする請求項７に記載の焦点調節装置。
前記第１及び第２の評価値を基にそれぞれの合焦位置を検出し、前記検出された合焦位置の中央、もしくは略中央の位置に結像光学系を駆動するように制御する光学系駆動制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
前記制御手段は、前記第１及び第２の信号の出力は合焦度に応じて、前記第１又は第２の信号の一方が出力され当該出力された信号に基づいてコントラスト状態を示す評価値を得る動作と、前記第１及び第２の信号の一方が出力され当該出力された信号に基づいてコントラスト状態を示す評価値を得る動作を切換えるように前記撮像手段を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置において、
撮像手段の複数の画素部における第１の方向の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を得、前記複数の画素部における前記第１の方向とは異なる第２の方向の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を得る評価値取得手段と、
前記第１及び第２の評価値の一方の評価値に重みを付けて用いて、結像光学系の駆動を制御する光学系駆動制御手段を有することを特徴とする焦点調節装置。
前記光学系駆動制御手段は、前記第１及び第２の評価値のうちで、高域成分の多い方の評価値に重みを付けて用いて、結像光学系の駆動を制御することを特徴とする請求項１０に記載の焦点調節装置。
光学系駆動制御手段は、前記第１及び第２の評価値に光軸に対する前記撮像手段の回転位置に応じた重み付けをして、前記重み付けされた評価値を用いて結像光学系の駆動を制御することを特徴とする請求項１２及び請求項１３に記載の焦点調節装置。
結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置において、
撮像手段の複数の画素部における第１の方向の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を得、前記複数の画素部における前記第１の方向とは異なる第２の方向の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を得る評価値取得手段と、
前記第１、第２の評価値を基にそれぞれの合焦位置を検出し、前記検出された合焦位置の中央、もしくは略中央の位置に結像光学系を駆動するように制御する光学系駆動制御手段を有することを特徴とする焦点調節装置。
前記第１、第２の方向は、互いに直角な方向であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置において、
撮像手段の複数の画素部における第１の方向の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を得、前記複数の画素部における前記第１の方向とは異なる第２の方向の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を得る評価値取得手段と、
至近側又は無限側の何れかから他方側への結像光学系の駆動の中で前記第１の方向の信号又は前記第２の方向の信号を取得する動作と、前記第１の方向の信号及び前記第２の方向の信号を取得する動作とを切換えるように前記撮像手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする焦点調節装置。
前記複数の画素部から出力された信号の合焦度を所定の閾値と比較する比較手段を有し、
前記制御手段は、前記比較手段により前記所定の閾値よりも合焦度が大きいと判断された場合に、評価値を増やすように制御することを特徴とする請求項１７に記載の焦点調節装置。
前記第１の方向は水平方向、第２の方向は垂直方向であり、前記制御手段は、前記比較手段により合焦度が所定の閾値以下と判断された場合には、水平方向に走査された信号に基づいて第１の評価値を取得し、前記比較手段により合焦度が所定の閾値よりも大きいと判断された場合には、水平方向および垂直方向に走査された信号に基づいて第１及び第２の評価値を得るように制御することを特徴とする請求項１８に記載の焦点調節装置。
前記複数の画素部から出力された信号を記録手段に記録するように制御する記録制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の焦点調節装置又は制御装置。
結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、
複数の画素部を有する撮像手段を第１の方向に走査して出力される第１の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を繰り返し得る動作と並行して、前記複数の画素部を前記第１の方向とは異なる第２の方向に走査して出力される第２の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を繰り返し得る動作を行うように制御することを特徴とする焦点調節方法。
結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、
複数の画素部を有する撮像手段を第１の方向に走査して出力される第１の信号に基づいてコントラスト状態を示す第１の評価値を得ると共に、前記複数の画素部を前記第１の方向とは異なる第２の方向に走査して出力される第２の信号に基づいてコントラスト状態を示す第２の評価値を得、
至近側又は無限側の何れかから他方側へ結像光学系が駆動する間に、前記第１の信号を出力する動作と、前記第２の信号を出力する動作を切換えることを特徴とする焦点調節方法。
結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、
撮像手段の複数の画素部における第１の方向の信号に基づいて取得されるコントラスト状態を示す第１の評価値と、前記複数の画素部における前記第１の方向とは異なる第２の方向の信号に基づいて取得されるコントラスト状態を示す第２の評価値の一方の評価値に重みを付けて用いて、結像光学系の駆動を制御することを特徴とする焦点調節方法。
結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、
撮像手段の複数の画素部における第１の方向の信号に基づいて取得されるコントラスト状態を示す第１の評価値と、前記複数の画素部における前記第１の方向とは異なる第２の方向の信号に基づいて取得されるコントラスト状態を示す第２の評価値を基にそれぞれの合焦位置を検出し、前記検出された合焦位置の中央、もしくは略中央の位置に結像光学系を駆動するように制御することを特徴とする焦点調節方法。
結像光学系を駆動させて撮像手段から繰り返し出力される複数の信号の相対変化に応じて、コントラスト状態が高くなる位置に結像光学系を駆動して焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法であって、
撮像手段の複数の画素部における第１の方向の信号又は前記複数の画素部における前記第１の方向とは異なる第２の方向の信号を出力する動作と、前記第１の方向の信号及び第２の方向の信号を出力する動作を至近側又は無限側の何れかから他方側への結像光学系の駆動の中で切換えるように前記撮像手段を制御することを特徴とする焦点調節方法。