JP2008039854A - 焦点調節装置、撮像装置、及び焦点調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 動く被写体に追従して合焦すると共に、誤って所望の被写体以外の被写体に合焦した場合に、所望の被写体に合焦し直すことのできる焦点調節技術を提供すること。
【解決手段】 フォーカスレンズを移動させる範囲を設定し（Ｓ２２、Ｓ２４、Ｓ２８、Ｓ２９）、前記フォーカスレンズを設定された範囲移動させ、当該範囲の前記フォーカスレンズの移動に伴って得られる撮像手段からの出力信号に基づいて焦点状態を判断し（Ｓ３１）、被写体像が合焦状態となるよう前記駆動手段を制御する（Ｓ３２）。前記設定される範囲は、撮影した複数画像において合焦状態となる前記フォーカスレンズの位置の間隔が予め設定された閾値以下である場合に（Ｓ２７）、前記閾値を超える場合に設定される範囲よりも広い範囲が設定される（Ｓ２９）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、焦点調節技術に関する。

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フォーカスレンズ位置を、所望する被写体像が合焦状態となる合焦位置として焦点調節を行う。被写体像の輝度信号の高周波成分が多いということは被写体像のコントラストが高いということで、低い場合に比べて焦点が合っていることを示す。これは、所謂コントラスト検出方式の焦点調節技術である（例えば、非特許文献１参照）。このようなコントラスト検出方式では、フォーカスレンズを移動させて、複数の異なるフォーカスレンズ位置で被写体像の輝度信号の高周波成分を取得し（スキャン動作）、高周波成分が最も多くなる位置にフォーカスレンズを移動させる。

しかしながら、撮影間隔の短い所謂連続撮影においてはスキャン動作を行うことのできる時間が限られるため、連続撮影開始時の合焦位置でフォーカスロックしたり、撮影間のスキャン動作におけるフォーカスレンズの移動範囲を制限したりしている。

また、動く被写体に焦点を合わせるために、次の撮影の為の焦点調節制御を行う場合に、フォーカスレンズの移動範囲を現在の合焦位置を中心としてその両側に等しく振り分けるように設定し、焦点調節に掛かる時間を短縮する方法が提案されている。

また、連続撮影では短い時間間隔で連続的に撮影が行われるため、連続する撮影間では被写体が同一方向に移動している場合が多い。従って、前回の撮影までの被写体の移動方向、すなわち前回の撮影までのフォーカスレンズの駆動方向（合焦位置の移動方向）に基づいて、その次の撮影時における合焦位置をある程度予測することが可能である。これを利用して、現在の合焦位置を基準として、フォーカスレンズの駆動範囲の振り分け幅を異ならせることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図９（ａ）〜（ｃ）に示す例は、連続する３回の各撮影における合焦位置について示したものである。図９（ｃ）では、前々回（図９（ａ））及び前回（図９（ｂ））の撮影における合焦位置の移動方向に基づき、前回（図９（ｂ））の合焦位置を基準として、その両側の走査範囲の振り分け幅（ＳＣ１、ＳＣ２）を互いに異ならせるようにしている。すなわち、前回までの移動方向と同一方向側の振り分け幅を相対的に大きくしている。

このように、前回の撮影までの合焦位置の移動方向に基づいて、走査範囲の振り分け幅を異ならせることにより、効率的に合焦レンズを駆動することができ、合焦処理を高速化することが可能となる。

特開２００２−１２２７７３号公報 ＮＨＫ技術研究報告（昭和４０年、第１７巻、第１号、通算８６号、第２１〜３７頁）

しかしながら上述した従来例では、走査範囲の振り分け幅を相対的に大きくするだけで、その基準を変えていないため、像面移動速度が徐々に増していくような被写体には対応できない。具体的には、等速で近づいてくるような一般的な被写体では像面移動速度は加速度的に増加するため、従来例ではこのような一般的な動きをしている被写体に合焦することが難しい場合がある。

また従来の方法では、間違えて背景等、所望の被写体以外の被写体に合焦した場合に、当該被写体に合焦し続けてしまうという問題がある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、動く被写体に追従して合焦すると共に、誤って所望の被写体以外の被写体に合焦した場合に、所望の被写体に合焦し直すことのできる焦点調節技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の焦点調節装置は、フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、前記フォーカスレンズを移動させる範囲を設定する移動範囲設定手段と、前記フォーカスレンズを前記移動範囲設定手段により設定された範囲移動させ、当該範囲の前記フォーカスレンズの移動に伴って得られる撮像手段からの出力信号に基づいて焦点状態を判断し、被写体像が合焦状態となるよう前記駆動手段を制御する制御手段とを有し、前記移動範囲設定手段は、撮影した複数画像において合焦状態となる前記フォーカスレンズの位置の間隔が予め設定された閾値以下である場合に、前記閾値を超える場合に設定される範囲よりも広い範囲を設定することを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、上記焦点調節装置と、撮像手段とを有することを特徴とする。

更に、焦点調節方法は、本発明のフォーカスレンズを移動させる範囲を設定する移動範囲設定工程と、前記フォーカスレンズを前記移動範囲設定工程で設定された範囲移動させ、当該範囲の前記フォーカスレンズの移動に伴って得られる撮像手段からの出力信号に基づいて焦点状態を判断し、被写体像が合焦状態となるよう前記駆動手段を制御する制御工程とを有し、前記移動範囲設定工程では、撮影した複数画像において合焦状態となる前記フォーカスレンズの位置の間隔が予め設定された閾値以下である場合に、前記閾値を超える場合に設定される範囲よりも広い範囲を設定することを特徴とする。

本発明によれば、動く被写体に追従して合焦すると共に、誤って所望の被写体以外の被写体に合焦した場合に、所望の被写体に合焦し直すことのできる焦点調節技術を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。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及びフォーカスレンズ群３等からなる撮像光学系を透過した光束の量を制御する光量調節及び後述する個体撮像素子５への露出を制御する絞りである。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鏡筒である。５はＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等に代表される固体撮像素子（以下、「ＣＣＤ」と呼ぶ。）で、撮影レンズ鏡筒３１を透過し、絞り４によって光量調節された光学被写体像がその受光面に結像され、この結像した被写体像を光電変換して電気的な画像信号を出力する。

６はＣＣＤ５から出力された画像信号を受けて各種の画像処理を施すことにより所定のフォーマット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（画像データ）に変換するＡ／Ｄ変換回路である。８はこのＡ／Ｄ変換回路７から出力される画像データ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ＶＲＡＭ８に記憶された画像信号を読み出してアナログ画像信号に変換すると共に、再生表示に適する形態の画像信号に変換するＤ／Ａ変換回路、１０はこのアナログ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」と呼ぶ。）である。ＣＣＤ５により得られた画像を、後述する記憶用メモリ１２に記憶せずにＶＲＡＭ８及びＤ／Ａ変換回路９を介してＬＣＤ１０に逐次表示することで、電子ファインダ機能を実現することができる。

また、１２は半導体メモリ等からなる画像データを記憶する記憶用メモリである。記憶用メモリ１２としては、フラッシュメモリ等の半導体メモリや、カード形状やスティック形状をし、撮像装置１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が用いられる。他にも、ハードディスクやフロッピー（登録商標）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。

１１は圧縮伸長回路であって、圧縮回路と伸長回路とからなる。圧縮回路は、ＶＲＡＭ８に一時記憶された画像データを読み出し、記憶用メモリ１２への記憶に適した形態に変換するために圧縮処理や符号化処理等を施す。伸長回路は、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為に適した形態に変換するための復号化処理や伸長処理等を施す。例えば、後述する操作スイッチ２４のうち、不図示のモード切替スイッチが操作されて撮影モードになり、更にレリーズスイッチが操作されて露光記録動作が指示されると、以下の処理が行われる。まず、上述したようにしてＶＲＡＭ８に一時記憶された画像データは圧縮伸長回路１１の圧縮回路により圧縮及び符号化された後、記憶用メモリ１２に記憶される。また、再生モードになると再生動作が開始され、以下の処理が行われる。まず、記憶用メモリ１２に記憶された画像データは圧縮伸長回路１１の伸長回路において復号及び伸長された後、ＶＲＡＭ８に一時的に記憶される。ＶＲＡＭ８に一時的に記憶された画像データはＤ／Ａ変換回路９を介して上述した処理により表示に適したフォーマットのアナログ信号に変換され、ＬＣＤ１０に画像として再生表示される。

１５は撮像装置１全体の制御を行う演算用のメモリを内蔵したＣＰＵ、１３はＡ／Ｄ変換回路７から出力されるデジタル画像信号に基づいて自動露出（ＡＥ）処理を行うＡＥ処理回路である。ＡＥ処理回路１３は、Ａ／Ｄ変換回路７によってデジタル化された一画面分のデジタル画像信号の輝度値に対して累積加算等の演算処理を行って、被写体の明るさに応じたＡＥ評価値を算出する。このＡＥ評価値はＣＰＵ１５に出力される。

１４はＡ／Ｄ変換回路７から出力されるデジタル画像信号に基づいて自動焦点調節（ＡＦ）処理を行うＡＦ処理回路である。ＡＦ処理回路１４では、Ａ／Ｄ変換回路７によってデジタル化された一画面分のデジタル画像信号の内、ＡＦ領域として指定された画面の一部分の領域に相当する画像データの高周波成分をハイパスフィルター（ＨＰＦ）等を介して抽出する。更に、累積加算等の演算処理を行って、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値を算出する。このように、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。なお、ＡＦ領域は中央部分の一箇所である場合や中央部分とそれに隣接する複数箇所である場合、離散的に分布する複数箇所である場合などがある。

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ＣＣＤ５を駆動するＣＣＤドライバである。ＴＧ１６は、所定のタイミング信号をＣＰＵ１５、撮像回路６、ＣＣＤドライバ１７へ出力し、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、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モータ駆動回路である。２３はズームスレンズ群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、２４は各種のスイッチ群からなる操作スイッチである。

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。これにより、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、フォーカスレンズ群３、ズームスレンズ群２をそれぞれ駆動制御する。具体的には、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整する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、フォーカスレンズ群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群２を移動させ、撮像光学系の変倍動作（ズーム動作）を行う。

また、操作スイッチ２４としては、例えば、以下のものがある。撮像装置１を起動させて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、ズーム倍率の変更、すなわち、ズームレンズ群２の移動を指示するズームスイッチ等である。本実施の形態では、レリーズスイッチは、第１ストローク（以下、「ＳＷ１」と呼ぶ。）と、第２ストローク（以下、「ＳＷ２」と呼ぶ。）との二段スイッチにより構成される。ＳＷ１は撮像動作に先立ってＡＥ処理及びＡＦ処理を開始させる指示信号を発生する。ＳＷ２は実際に画像を撮影して記録する露光記録動作を開始させる指示信号を発生する。

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、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。

３３はＬＥＤなどの光源で構成されるＡＦ補助光発光部、３２はＡＦ補助光発光部３３を駆動するためのＡＦ補助光駆動回路である。

次に、本第１の実施形態における撮像装置１の撮影動作について図２に示すフローチャートを用いて説明する。

なお、本発明の説明においては、フォーカスレンズ群３を所定位置に駆動しながらＣＣＤ５の出力にい基づいてＡＦ評価値を取得する動作をスキャンと呼ぶ。また、ＡＦ評価値を取得するフォーカスレンズの位置をスキャンポイント、スキャンポイントの間隔をスキャン間隔、ＡＦ評価値を取得する数をスキャンポイント数、ＡＦ評価値を取得するフォーカスレンズ群３の駆動範囲をスキャン範囲と呼ぶものとする。

図２に示す処理は、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Ｓ１において、ＣＰＵ１５は、上述したように、撮影レンズ鏡筒３１を透過しＣＣＤ５上に結像した被写体光学像を、撮像回路６、Ａ／Ｄ変換回路７、ＶＲＡＭ８、Ｄ／Ａ変換回路９を介して、ＬＣＤ１０に画像として表示する。この処理を所定時間おきに行うことで、ＬＣＤ１０は電子ビューファインダーとして機能する。ユーザーはＬＣＤ１０に表示された画像を観察することで、撮影するシーンを確認することができる。

次いでステップＳ２において、操作スイッチ２４の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がオン状態になったことをＣＰＵ１５が確認すると次のステップＳ３に進み、ＡＥ処理を行う。ここでは、ＣＰＵ５がＡＥ処理回路１３により求められたＡＥ評価値に基づいて第１モータ駆動回路１８を制御することにより、絞り駆動モータ２１を介して絞り４の開口状態を制御する。具体的には、ＡＥ評価値が低ければ（得られた画像が暗い）絞り４を開き、ＡＥ評価値が高ければ（得られた画像が明るい）絞り４を絞るように制御して、適切な明るさ（ＡＥ評価値）の画像が得られるようにする。

続いてステップＳ４においてＡＦ処理が行われる。ＡＦ処理では、ＣＣＤ５により得られた画像信号の高周波成分が最も多くなるフォーカスレンズ群３の位置を求め、ＣＰＵ１５は第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、フォーカスレンズ群３をその求めた位置に移動する。ここで、ＡＦ処理の概略を図３を用いて説明する。

ＡＦ処理は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群３の位置を求めることにより行われる。先ず、ＣＰＵ１５は第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、フォーカスレンズ群３を無限遠に相当する位置（図３における「Ａ」）に移動させる。そして、無限遠位置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」）までのスキャン範囲を、予め設定されたスキャン間隔でスキャンする。そして、各スキャンポイントでＡＦ処理回路１４によりＡＦ評価値を取得する。フォーカスレンズ群３の駆動が終了した時点で、取得したＡＦ評価値から、高周波成分が最大になる位置、即ち合焦位置（図３における「Ｃ」）を求め、その位置にフォーカスレンズ群３を移動する。

なお、スキャンＡＦ処理の高速化のために、ステップＳ４のスキャン間隔は、フォーカスレンズ群３を停止させることが可能な全ての停止位置ではなく、所定の停止可能位置おきにする。この場合、図３に示すように、実際にＡＦ評価値が最大値となる点でＡＦ評価値の取得が行われず、その前後の点ａ１、ａ２、ａ３においてＡＦ評価値を取得することがあり得る。このような場合は得られたＡＦ評価値の内、最大値となった点とその前後の点から合焦位置Ｃを計算にて求める。

なお、合焦位置を求める前にＡＦ評価値の信頼性を評価する。その信頼性が十分であれば、ＡＦ評価値が最大値となる点を求め、「ＡＦ ＯＫ」表示を行う。これは表示素子２９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ＡＦ評価値の信頼性を評価した結果、その信頼性が低い場合には、ＡＦ評価値が最大値となる点を求める処理は行わず、「ＡＦ ＮＧ」表示を行う。これは表示素子２９を点滅することなどにより行うと同時に、ＬＣＤ１９上に黄色の枠を表示するなどの処理を行う。なお、上述した表示方法や表示の仕方は一例であり、これらの方法に限るものではないことは言うまでもない。

このようにしてＡＦ処理を終了後、ＣＰＵ１５はステップＳ５において、ＳＷ１のオン状態が継続しているかをチェックする。オフであればステップＳ２に戻り、オンであればステップＳ６に進んでＳＷ２の確認を行う。ＳＷ２がオフであればステップＳ５に戻り、ＳＷ２がオンになっていたならばステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、連続撮影の枚数をカウントする連写カウンターＮの値を１に初期化し、ステップＳ８において被写体の画像を記録するための露光処理を実行する。露光してＣＣＤ５から得た画像信号は、上述したように、撮像回路６、Ａ／Ｄ変換回路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。

露光処理が終わると、ステップＳ９で連写カウンターの値を＋１し、ステップＳ１０で再びＳＷ２の確認を行う。ＳＷ２がオフになっていたならばステップＳ１２に進んでＳＷ１がオフされるのを待ち、処理を終了する。

一方、ＳＷ２のオン状態が維持されたままならばステップＳ１１に進み、連続撮影（連写）が指示されているかどうかを判断する。指示されていなければステップＳ１０に戻ってＳＷ２がオフされるのを待ち、ＳＷ２がオフされるとステップＳ１２でＳＷ１がオフされるのを待って処理を終了する。指示されていれば、ステップＳ１３で撮影と撮影の間に行われるＡＦ処理（連写間ＡＦ処理）を行ってから、ステップＳ８に戻って露光処理を行う。

ここで、ステップＳ１３で行われる連写間ＡＦ処理の詳細について、図４を参照して説明する。

この処理は連続撮影の２枚目以降にしか実行されないので、初めにこの処理が実行されるときは連続撮影の２枚目用の処理となる。またこのときの連写カウンターＮの値は２である。

ステップＳ２１では、連続撮影の２枚目の撮影であるかどうか調べる。２枚目（連写カウンターＮの値が２）であればステップＳ２２へ進み、２枚目でなければステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２２では、連続撮影の１枚目の撮影の際のフォーカスレンズ群３の位置（合焦位置ＦＰ１）をスキャン範囲の中心ＯｂｊＰ２として設定する。更にスキャン範囲を設定するが、連続撮影の際の撮影間隔を延ばさないことを優先して設定される。具体的には、連続撮影間内に行われる処理、例えばＣＣＤ５からの画像信号の読み出し時間や、次の撮影動作のためのチェック時間等を考慮して、撮影間にＡＦ動作が終了するようにスキャンポイント数を定める。更に、ＡＦ動作（合焦位置探索）が可能なスキャン間隔を設定する。つまり、スキャン範囲は（スキャンポイント数−１）とスキャン間隔の積となる。但し、設定されたスキャン範囲が全域（合焦すべき至近端から無限遠端までの範囲）を越える場合は全域をスキャン範囲とする。また設定されたスキャン範囲の端が、合焦可能な至近端または無限遠端を越える場合はスキャン範囲をシフトして、合焦可能な至近端または無限遠端をスキャン範囲が越えないようにする。

スキャン範囲の設定が終了したならば、ステップＳ３１へ進む。

一方、２枚目の撮影でない場合、ステップＳ２３において連続撮影の３枚目（連写カウンターＮの値が３）であるかどうか調べる。３枚目であればステップＳ２４へ進む。

３枚目の場合は、合焦位置履歴情報として連続撮影の１回目、２回目の２つの合焦位置（合焦位置ＦＰ１、ＦＰ２）に関する情報がある。従って、ステップＳ２４では、連続撮影間の時間は一定であるとして、２つの合焦位置に関する情報から１次近似により被写体位置の予測（３回目の撮影の際の合焦位置の予測）を行って、スキャン範囲の中心位置ＯｂｊＰ３を式（１）より求める。
ＯｂｊＰ３＝ＦＰ２＋（ＦＰ２−ＦＰ１）×ＦｐＡｄｊ３ …（１）。

なお、パラメータＦｐＡｄｊ３は、被写体位置の予測の結果と直前の合焦位置の重み付け設定のパラメータであり、０〜１の値をとる。図６のフォーカスレンズ位置を示す図はＦｐＡｄｊ３を１としている。このようにして演算された中心位置ＯｂｊＰ３に基づいてスキャン範囲が設定され、前回のスキャン範囲から被写体像が移動する方向にずらされる。ここでも、ステップＳ２２と同様にスキャン範囲は連続撮影の際の撮影間隔を延ばさないことを優先して設定される。その後ステップＳ３１へ進む。
また、ステップＳ２３において連続撮影の４枚目以降の場合、ステップＳ２５に進む。ここでは４枚目以降の撮影であるので、合焦位置履歴情報として少なくとも３回の撮影で用いられた合焦位置に関する情報がある。上述したように連続撮影の時間間隔は一定であるので、２次近似により被写体位置の予測（今回の撮影の際の合焦位置の予測）を行う。例えば４枚目の撮影の際のスキャン範囲の中心位置ＯｂｊＰ４は、式（２）より求める。
ＯｂｊＰ４
＝（ＦＰ１−３ＦＰ２＋３ＦＰ３）×ＦｐＡｄｊ４＋ＦＰ３（１−ＦｐＡｄｊ４）
＝（ＦＰ１−３ＦＰ２＋２ＦＰ３）×ＦｐＡｄｊ４＋ＦＰ３ …（２）。

なお、ここでは３枚目までと異なり、スキャン範囲の設定は行わない。
ついでステップＳ２６において、３枚目の撮影の合焦位置ＦＰ３と、求めた４枚目の中心位置ＯｂｊＰ４の差の絶対値を求め、これを被写体の光軸方向の移動量とする。なお、５枚目以降であれば、求めた中心位置とその直前の撮影における合焦位置との差の絶対値が移動量となる。

そしてステップＳ２７において、ステップＳ２６で求められた被写体の光軸方向の移動量を所定値と比較することで、被写体が光軸方向に大きく移動しているか否かを判定する。その結果、被写体の光軸方向の移動量が所定値を超える場合はステップＳ２８へ進み、スキャン範囲の設定を行う。この場合の設定の仕方はステップＳ２２及びステップＳ２４で行われた設定の仕方と同様で、連続撮影の際の撮影間隔を延ばさないことを優先して設定される。その後ステップＳ３１へ進む。

一方、被写体の光軸方向の移動量が所定値以下の場合はステップＳ２９へ進み、スキャン範囲の設定を行う。ここでは、以下のような現象により、移動した主被写体がスキャン範囲外になってしまい、合焦しないという弊害を解決するため、移動した主被写体をスキャン範囲に含むように設定する。

例えば、１枚目の撮影において、背景の被写体がＡＦ領域に占める割合が大きい場合などは背景に合焦してしまい、その後も背景に合焦し続けることがある。これは例えば背景の被写体のＡＦ領域に占める割合が大きいために、１枚目の撮影で背景に合焦し、その後も背景のＡＦ領域に占める割合が大きいため主被写体ではなく背景に合焦する場合である。そして主被写体が移動し、ＡＦ領域に占める背景の割合がより大きくなった時には、移動した主被写体は、ステップＳ２４等で設定されるスキャン範囲ではその外になってしまい、被写体に合焦しなくなってしまう。

よってステップＳ２７において比較に用いるこの所定値は、連写間ＡＦ処理の結果が背景に張り付いていないか否かを判定するためのものとなる。その値は、合焦位置や予測位置の検出誤差等を考慮して被写体が動いていないと判断できる値となる。

ステップＳ２９では、スキャン範囲の設定を行う。ここでは被写体は大きく動いていないと判断されているので、連写速度よりも合焦精度が重要視される。従って被写体へ確実に合焦できるように、ステップＳ２８などで設定されるスキャン範囲の１倍〜３倍程度のスキャン範囲を設定する。

具体的には以下のようにして設定させる。図５に図４のステップＳ２９におけるスキャン範囲の設定処理手順を示す。

まずステップＳ５１において初期のスキャン範囲の設定を行う。ステップＳ２８と同様に、撮影間にＡＦ動作が終了するようにスキャンポイント数を定め、更にＡＦ動作（合焦位置探索）が可能なスキャン間隔を設定することで行われる。スキャン範囲は（スキャンポイント数−１）とスキャン間隔の積となる。このようにして設定されたスキャン範囲が全域（合焦すべき至近端から無限遠端までの範囲）を越える場合（ステップＳ５２でＹＥＳ）、またはスキャン範囲をシフトすることで全域をカバーできる場合は全域をスキャン範囲とする（ステップＳ５３）。

上記の設定で全域をカバーできない場合は（ステップＳ５２でＮＯ）、ステップＳ５４においてスキャン間隔は変えずにスキャンポイント数を１増やす。そして（スキャンポイント数−１）とスキャン間隔の積で求まるスキャン範囲が全域を越える、またはスキャン範囲をシフトすることで全域をカバーできる場合（ステップＳ５５でＹＥＳ）は、全域をスキャン範囲とする（ステップＳ５３）。

スキャンポイント数を１増やしても全域をカバーできない場合は、ステップＳ５４において、スキャン間隔は変えずにスキャンポイント数を１増やす前のスキャンポイント数（初期スキャンポイント数）の２倍にする。そして、（スキャンポイント数−１）とスキャン間隔の積で求まるスキャン範囲が全域を越える、またはスキャン範囲をシフトすることで全域をカバーできる場合（ステップＳ５７でＹＥＳ）は、全域をスキャン範囲とする（ステップＳ５３）。

全域をカバーしない場合は、ステップＳ５８で、設定されたスキャン範囲が全域の２分の１以上か否かを判定する。全域の２分の１以上の場合はその時点で設定されているスキャン範囲（初期スキャン範囲の２倍）をそのままスキャン範囲とする。一方、ステップＳ５８で、設定されたスキャン範囲が全域の２分の１未満の場合は全域のスキャン範囲の２分の１をスキャン範囲とする（ステップＳ５９）。

以上のようにしてスキャン範囲設定処理が終了すると、図４に戻り、ステップＳ３０において連写カウンターを１に初期化する。これにより、背景に合焦し続けるなどして被写体が移動していないと判断された場合は、その時の撮影は連続撮影の１枚目ではないが、１枚目の撮影として扱われる。よって次の撮影は２枚目の撮影として扱われることになる。以下の撮影も同様である。

上記処理が終了したならばステップＳ３１へ進む。ステップＳ３１において、後述する図７のフローチャートに従ってスキャンを行い、ＡＦ評価値のピーク値を求め、ステップＳ３２で合焦位置へフォーカスレンズ群３を移動する。

なお、同様にして５枚目以降（連写カウンターＮの値が５以上）の連続撮影の際には、図４のステップＳ２５で２次近似により被写体位置の予測（今回の撮影の際の合焦位置の予測）を行って、スキャン範囲の中心位置ＯｂｊＰ（ｎ）を式（３）より求める。このようにして演算された中心位置ＯｂｊＰ（ｎ）に基づいてスキャン範囲が設定され、前回のスキャン範囲から被写体像が移動する方向にずらされる。
ＯｂｊＰ（ｎ）
＝（ＦＰ（ｎ−３）−３ＦＰ（ｎ−２）＋２ＦＰ（ｎー１））×ＦｐＡｄｊ（ｎ）＋ＦＰ（ｎ−１） …（３）。

但し、４枚目の撮影と同様に被写体の移動量が所定値以下の場合は、ステップＳ２９からステップＳ３０に進み、被写体へ確実に合焦できるようにスキャン範囲の設定を行う。

このような処理を行うことは連写速度単位時間あたりの撮影枚数の低下を招くが、確実に主被写体に合焦することができる。もし本当に被写体が動いていない場合や、被写体が動いていたとしても大きく動いていない場合は連写速度（単位時間あたりの撮影枚数）は問題にならず、スキャン範囲を広くとっても構わない。これは、移動の少ない被写体ではスキャン中に主被写体の画面内での位置がほとんど変わらないため、撮影者の意図どおりの構図を得られるからである。動きが少ない被写体はスキャンする時間が多少かかっても、その間の被写体移動は少ない場合が多いからである。

上記処理によれば、上述した理由により生じる、移動した主被写体に合焦せず背景に合焦する弊害を防止することが可能になる。

図６を用いて上記の動作を説明する。図６（ａ）に主被写体にフォーカスが追従している例、図６（ｂ）に背景に一旦合焦したために連続撮影の初期は主被写体にフォーカスが追従していない例を示す。

まず図６（ａ）のシーンを例に説明する。なお、式（１）等に示すパラメータＦｐＡｄｊ（ｎ）は、被写体位置の予測の結果と直前の合焦位置の重み付け設定のパラメータであり、０〜１の値をとるが、図６のフォーカスレンズ位置を示す図においてはＦｐＡｄｊ（ｎ）を１としている。

ＳＷ１がオンになり一連の撮影動作が開始されると、図２のステップＳ４におけるＡＦ処理にて、１枚目の撮影の合焦位置ＦＰ１が求められる。

図２のステップＳ１３で行われる２枚目用の連写間ＡＦ処理においては、図４のステップＳ２２で説明したように、１枚目の合焦位置ＦＰ１を２枚目の撮影における被写体の予想移動位置ＯｂｊＰ２とする。そして上述したようにしてこの予想移動位置ＯｂｊＰ２に基づいてスキャン範囲（図６（ａ）の示す矢印の範囲）を設定し、スキャン範囲においてスキャンを行う。その結果、２枚目の合焦位置ＦＰ２が求まる。

３枚目用の連写間ＡＦ処理においては、図４のステップＳ２４で説明したように、１枚目の合焦位置ＦＰ１と２枚目の合焦位置ＦＰ２から式（１）を用いて、３枚目の撮影における被写体の予想移動位置ＯｂｊＰ３を求める。そして２枚目の撮影と同様にしてスキャン範囲を設定し、設定されたスキャン範囲においてスキャンを行う。その結果、合焦位置ＦＰ３が求まる。

４枚目用の連写間ＡＦ処理においては、図４のステップＳ２５で説明したように、１枚目、２枚目、３枚目の合焦位置ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３から式（２）を用いて、４枚目の撮影における被写体の予想移動位置ＯｂｊＰ４を求める。そして被写体の光軸方向の移動量（３枚目の撮影の合焦位置ＦＰ３と、４枚目の撮影の際のスキャン範囲の中心位置ＯｂｊＰ４の差の絶対値）を求める。

図６（ａ）の様に、この値が所定値以上の場合は、被写体の予想移動位置ＯｂｊＰ４を中心にスキャン範囲を設定し、その範囲においてスキャンを行う。その結果、合焦位置ＦＰ４が求まる。

これ以降の撮影においては同様にして、合焦位置を求める。すなわちｎ枚目の撮影においては、ｎ−３枚目、ｎ−２枚目、ｎ−１枚目の合焦位置から式（３）を用いて、ｎ枚目の撮影における被写体の予想移動位置ＯｂｊＰｎを求める。そして被写体の光軸方向の移動量（ｎ−１枚目の撮影の合焦位置ＦＰ（ｎ−１）と、ｎ枚目の撮影の際のスキャン範囲の中心位置ＯｂｊＰｎの差の絶対値）を求める。そしてこの値が所定値以上の場合は、被写体の予想移動位置ＯｂｊＰｎを中心にスキャン範囲を設定し、その範囲においてスキャンを行い、合焦位置ＦＰｎが求まる。

一方、図６（Ｂ）のように、３枚目の合焦位置ＦＰ３と４枚目の撮影の際の中心位置ＯｂｊＰ４の差の絶対値が所定値以上でない場合は、上述したように例えば、動きのない背景に合焦している可能性がある。そのため、被写体へ確実に合焦できるようにスキャン範囲を設定する。この際、被写体の移動量が所定値以上の場合のスキャン範囲に比べて、１倍〜３倍程度の範囲になる様にスキャン範囲を設定する。そして、スキャンを行う。その結果、図６（ｂ）に示す様に合焦位置ＦＰ４が求まる。そしてこの撮影を連続撮影の１枚目として扱う。

図６（ｂ）の様に、一旦背景に合焦してしまった場合は、４枚目の撮影において比較的広いスキャン範囲をスキャンすることで、正確な合焦位置を得ることができる。

図６（ｂ）の場合の５枚目用の連写間ＡＦ処理においては、４枚目の合焦位置ＦＰ４を５枚目の撮影における被写体の予想移動位置Ｏｂｊｐ５とする。そして２枚目の撮影と同様にしてスキャン範囲を設定し、設定されたスキャン範囲（図６（Ｂ）の示す矢印の範囲）においてスキャンを行い、合焦位置ＦＰ５が求まる。

６枚目用の連写間ＡＦ処理においては、４枚目の合焦位置ＦＰ４と５枚目の合焦位置ＦＰ５から式（１）を用いて、６枚目の撮影における被写体の予想移動位置ＯｂｊＰ６を求める。そして２枚目の撮影と同様にしてスキャン範囲を設定し、設定されたスキャン範囲においてスキャンを行う。その結果、合焦位置ＦＰ６が求まる。

７枚目用の連写間ＡＦ処理においては、４枚目、５枚目、６枚目の合焦位置から式（２）を用いて、７枚目の撮影における被写体の予想移動位置ＯｂｊＰ７を求める。そして被写体の光軸方向の移動量（６枚目の撮影の合焦位置ＦＰ６と、７枚目の撮影の際のスキャン範囲の中心位置ＯｂｊＰ７の差の絶対値）を求める。

この値が所定値以上の場合は、被写体の予想移動位置ＯｂｊＰ７を中心にスキャン範囲を設定し、その範囲においてＡＦを行い、合焦位置ＦＰ７が求まる。

これ以降の撮影においては同様にして、合焦位置を求める。

次に、図７のフローチャートを参照しながら図４のフローチャートにおけるスキャン動作（ステップＳ３１）を説明する。

まず、ステップＳ７１ではフォーカスレンズ群３をスキャン開始位置にスキャン速度より速い速度で移動する。

スキャン開始位置は、本第１の実施形態においては、設定されたスキャン範囲の一端に設定される。ステップＳ７２では、各スキャンポイントについて、撮影領域内に設定されるＡＦ領域の焦点評価値とフォーカスレンズ群３の位置をＣＰＵ１５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Ｓ７３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Ｓ７５へ、そうでなければステップＳ７４へ進む。前記スキャン終了位置は、設定されたスキャン範囲の他端に設定される。ステップＳ７４ではフォーカスレンズ群３を駆動してスキャン終了位置方向の次のスキャンポイントまで動かし、ステップＳ７２へ戻る。

スキャン範囲のスキャンが終了すると、ステップＳ７５において、ステップＳ７２で記憶した焦点評価値とそのレンズ位置から、焦点評価値が最大となる位置に対応するフォーカスレンズ群３の合焦位置を計算する。

上記の通り、本第１の実施形態によれば、連写撮影中に、移動した主被写体に合焦せず背景に合焦する弊害を防止し、確実に主被写体に合焦することが可能になる。

なお、上記第１の実施形態においては、スキャン時に各スキャンポイントでフォーカスレンズ群３を停止するものとして説明したが、本願発明はこれに限るものではない。例えば、等速でフォーカスレンズ群３を駆動しながら、所定時間間隔でＣＣＤ５から画像信号を読み出してＡＦ評価値を取得するように制御しても良い。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

本第２の実施形態においても、図１を参照して説明したものと同様の撮像装置を用いるため、ここでは説明を省略する。

本発明の第２の実施形態の第１の実施形態に対する違いは、図４のステップＳ２９における連写撮影の４枚目以降のスキャン範囲の設定の仕方である。第２の実施形態ではステップＳ２７において被写体の光軸方向の移動量が所定値以下であると判定された場合には、その移動量などに応じて連写間ＡＦ処理に許される時間を求め、その時間からスキャンポイント数とスキャン範囲を設定する。これ以外の処理は、上記第１の実施形態で説明した処理と同様であるため説明を省略し、本第２の実施形態においてステップＳ２９で行われる処理について図８を参照して説明する。

まずステップＳ８１において、移動量ΔＦＰを求める。４枚目用の連写間ＡＦ処理においては、１枚目、２枚目、３枚目の合焦位置ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３から式（２）を用いて、４枚目の撮影における被写体の予想移動位置ＯｂｊＰ４が求められる。この値と３枚目の撮影における合焦位置ＦＰ３の差の絶対値を被写体の光軸方向の移動量ΔＦＰとなる。

ΔＦＰが「０」の場合は（ステップＳ８２でＹＥＳ）全域をスキャン範囲とする（ステッＳ８３）。

「０」でない場合は、ステップＳ８４において式（４）を用いて、連写間ＡＦ処理に許される時間Ｔｓを求める。
Ｔｓ＝Ｔso×ΔＦＰmax／ΔＦＰ …（４）

但し、ΔＦＰmaxは想定した最高像面移動速度、ＴsoはΔＦＰmax時の基準ＡＦ時間である。基準ＡＦ時間とはその時間内の移動被写体の像面移動量が所定量以下、具体的には１深度以下になる時間である。すなわち像面移動量ΔＦＰmaxの場合、基準ＡＦ時間Ｔso内の像面移動量は１深度以下のため、連写間ＡＦで求められた合焦位置からのずれ量は１深度以下になる。そのため合焦しているとみなすことが可能である。
ステップＳ８５において、スキャンポイント数Ｎspを
Ｎsp＝ＩＮＴ(Ｔs／信号読み出しレート)

と求めた後、スキャンポイント数ＮspにＡＦ動作（合焦位置探索）が可能なスキャン間隔を掛けてスキャン範囲を求める。但し、ＩＮＴ( )は（ ）内の値の小数点以下切捨てを意味する。
スキャン範囲が全域（合焦すべき至近端から無限遠端までの範囲）を越えた場合は（ステップＳ８６でＹＥＳ）全域をスキャン範囲とする（ステップＳ８３）。

上記の通り本第２の実施形態によれば、被写体が光軸方向に動いている場合に、連写間ＡＦ処理で許される時間内で連写間ＡＦを行うことが可能となる。

なお、上記第２の実施形態の説明では、ΔＦＰが０か否かに応じてスキャン範囲の設定の仕方を変えるものとして説明したが、これに限るものではない。本題２の実施形態では被写体が光軸方向に動いているか否かを判断できれば良いため、合焦位置の検出誤差などを考慮すると必ずしも０と比較する必要はなく、第１の実施形態のように所定値と比較するようにしても構わない。

本発明の第１及び第２の実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１及び第２の実施形態における撮像処理の手順を示すフローチャートである。 オートフォーカス処理を説明する概略図である。 本発明の第１及び第２の実施形態における連写間ＡＦ処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態におけるスキャン範囲設定処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における被写体の動きに対する焦点位置及び連写間ＡＦ処理を説明する為の図である。 本発明の第１及び第２の実施形態におけるスキャン処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態におけるスキャン範囲設定処理の手順を示すフローチャートである。 従来のＡＦ処理を説明する為の図である。

符号の説明

１ 撮像装置。
２ ズームレンズ群。
３ フォーカスレンズ群。
４ 絞り。
５ 固体撮像素子。
６ 撮像回路。
７ Ａ／Ｄ変換回路。
８ ＶＲＡＭ。
９ Ｄ／Ａ変換回路。
１０ 画像表示装置。
１１ 圧縮伸長回路。
１２ 記憶用メモリ。
１３ ＡＥ処理回路。
１４ ＡＦ処理回路。
１５ ＣＰＵ。
１６ タイミングジェネレータ。
１７ ＣＣＤドライバ。
１８ 第１モータ駆動回路。
１９ 第２モータ駆動回路。
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。
２４ 操作スイッチ。
２５ ＥＥＰＲＯＭ。
２６ 電池。
２７ スイッチング回路。
２８ ストロボ発光部。
２９ 表示素子。
３０ スピーカー。
３１ 撮影レンズ鏡筒。
３２ ＡＦ補助光駆動回路。
３３ ＡＦ補助光発光部。

Claims (10)

1. フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、
   前記フォーカスレンズを移動させる範囲を設定する移動範囲設定手段と、
   前記フォーカスレンズを前記移動範囲設定手段により設定された範囲移動させ、当該範囲の前記フォーカスレンズの移動に伴って得られる撮像手段からの出力信号に基づいて焦点状態を判断し、被写体像が合焦状態となるよう前記駆動手段を制御する制御手段とを有し、
   前記移動範囲設定手段は、撮影した複数画像において合焦状態となる前記フォーカスレンズの位置の間隔が予め設定された閾値以下である場合に、前記閾値を超える場合に設定される範囲よりも広い範囲を設定することを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記移動範囲設定手段は、前記間隔が前記閾値以下の場合に、前記フォーカスレンズを焦点状態判断可能な全範囲を前記範囲として設定することを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記移動範囲設定手段は、前記間隔が前記閾値以下の場合を除いて、予め決められた時間内で前記制御手段により合焦状態が得られるように前記範囲を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点調節装置。
4. 前記移動範囲設定手段は、前記間隔が前記閾値を超える場合に、更に、被写体の像面移動量に応じて前記範囲を設定することを特徴とする請求項３に記載の焦点調節装置。
5. 前記移動範囲設定手段は、前記範囲を前記フォーカスレンズの駆動可能範囲を上限として設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の焦点調節装置。
6. 前記閾値は、少なくとも合焦位置及び予測位置の検出誤差に基づく値であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の焦点調節装置。
7. 前記閾値は、０であることを特徴とする請求項２または３に記載の焦点調節装置。
8. 前記移動範囲設定手段は、連続撮影の際に、前記撮影した複数画像において合焦状態となる前記フォーカスレンズの位置の間隔と前記閾値との比較結果に基づいて、前記範囲を決定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の焦点調節装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の焦点調節装置と、撮像手段とを有することを特徴とする撮像装置。
10. フォーカスレンズを移動させる範囲を設定する移動範囲設定工程と、
    前記フォーカスレンズを前記移動範囲設定工程で設定された範囲移動させ、当該範囲の前記フォーカスレンズの移動に伴って得られる撮像手段からの出力信号に基づいて焦点状態を判断し、被写体像が合焦状態となるよう前記駆動手段を制御する制御工程とを有し、
    前記移動範囲設定工程では、撮影した複数画像において合焦状態となる前記フォーカスレンズの位置の間隔が予め設定された閾値以下である場合に、前記閾値を超える場合に設定される範囲よりも広い範囲を設定することを特徴とする焦点調節方法。

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