JP2009048136A - 焦点調節装置及び焦点調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 合焦位置の検出を短時間で行うことが可能な焦点調節装置及び焦点調節方法を提供する。
【解決手段】 レリーズスイッチが半押しされると（Ｓ１オン）、まず、ＡＦサーチ範囲が決定される（ステップＳ１０）。次に、基準焦点深度倍率ｂが算出され（ステップＳ１２）、Ｓ１オン時のズームポジションに対応する絞り値Ｆｎｏ．が求められ、サーチ間隔ｓが算出される（ステップＳ１４）。次に、上記ＡＦサーチ範囲とサーチ間隔ｓを用いてＡＦサーチが開始される（ステップＳ１６）。そして、ＡＦサーチ範囲内においてサーチ間隔ｓごとにＡＦ評価値が取得される（ステップＳ１８、Ｓ２０）。次に、上記ステップＳ１８及びＳ２０において取得したＡＦ検出ポイントごとのＡＦ評価値から補間演算（例えば、線形補間、スプライン補間）によりピーク位置（ベストピント位置）が検出され（ステップＳ２２）、フォーカスレンズ１４が駆動されて合焦位置に移動する（ステップＳ２４）。
【選択図】 図５

Description

本発明は焦点調節装置及び焦点調節方法に係り、特に撮影装置（電子カメラ）のオートフォーカス制御に用いられる焦点調節装置及び焦点調節方法に関する。

特許文献１及び２には、粗いステップで合焦位置のサーチを行った後に、必要に応じて細かいステップで再度サーチを行うカメラが開示されている。

特許文献３には、第１のコントラストサーチでピークが不明瞭な場合に、第１のコントラストサーチのほぼ中間のフォーカス位置で再度第２のサーチを行うオートフォーカス装置が開示されている。
特開２００６−２２７６０５号公報 特開２００４−３２５５１７号公報 特開２０００−３３８３８７号公報

上記特許文献１から３に記載の技術では、合焦位置の検出精度を高めるために、広いサーチ間隔と狭いサーチ間隔で合焦位置のサーチを２回繰り返す必要があるため、合焦位置の検出に時間がかかるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、合焦位置の検出を短時間で行うことが可能な焦点調節装置及び焦点調節方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る焦点調節装置は、フォーカス光学系を含む撮影手段によって撮影された被写体の画像信号を取得する画像取得手段と、所定の焦点距離において所定の空間周波数の被写体に対して求められたコントラスト特性を取得し、該コントラスト特性に基づいて撮影時のサーチ間隔を算出するサーチ間隔算出手段と、前記フォーカスレンズを所定のサーチ範囲内の前記サーチ間隔ごとの検出ポイントに移動させて、前記画像信号から各検出ポイントにおける焦点評価値を取得する焦点評価値取得手段と、前記焦点評価値取得手段により取得した各検出ポイントにおける焦点評価値を用いて合焦位置の検出を行う合焦検出手段とを備えることを特徴とする。

上記第１の態様によれば、コントラスト特性及び焦点距離（ズームポジション）に基づいて適切にサーチ間隔を設定することで、１回のＡＦサーチで高精度の合焦検出を実現することができるので、合焦位置の検出に要する時間を短縮することができる。

本発明の第２の態様は、上記第１態様に係る焦点調節装置において、前記サーチ間隔算出手段は、前記コントラスト特性からピーク位置を検出することが可能なサーチ間隔の最大値を求め、該サーチ間隔の最大値から基準焦点深度倍率を算出し、撮影時の焦点距離に応じて、前記撮影時の焦点深度倍率が前記基準焦点深度倍率と等しくなるようなサーチ間隔を算出することを特徴とする。

本発明の第３の態様は、上記第１又は第２の態様に係る焦点調節装置において、前記所定の空間周波数は、６００ＴＶから７００ＴＶであることを特徴とする。

本発明の第４の態様は、上記第１から第３の態様に係る焦点調節装置において、前記コントラスト特性は、ＭＴＦ特性、又は前記撮影手段により撮影された画像信号の高周波成分を抽出して生成された焦点評価値特性であることを特徴とする。

本発明の第５の態様は、上記第１から第４の態様に係る焦点調節装置において、前記サーチ間隔算出手段によって算出されたサーチ間隔と前記サーチ範囲から前記検出ポイントごとの焦点評価値を取得する回数を示すサーチ回数を算出し、前記サーチ回数が所定回数未満の場合に、前記撮影時のサーチ間隔を、前記サーチ間隔算出手段によって算出されたサーチ間隔よりも狭くするサーチ間隔変更手段を更に備えることを特徴とする。

上記第５の態様によれば、サーチ回数が所定値未満の場合にサーチ回数を増加させることにより、最小限のサーチ回数で合焦位置の検出を行うことができる。

本発明の第６の態様に係る焦点調節装置は、フォーカス光学系を含む撮影手段によって撮影された被写体の画像信号を取得する画像取得手段と、前記フォーカスレンズを所定のサーチ範囲内で移動させて合焦位置の検出を行うときの焦点評価値の検出ポイントの間隔を示すサーチ間隔を算出し、前記サーチ範囲と前記サーチ間隔から焦点評価値を取得する回数を示すサーチ回数を算出し、前記サーチ回数が所定回数未満の場合に、前記撮影時のサーチ間隔を、前記算出したサーチ間隔よりも狭くするサーチ間隔算出手段と、前記フォーカスレンズを前記サーチ範囲内の前記サーチ間隔ごとの検出ポイントに移動させて、前記画像信号から各検出ポイントにおける焦点評価値を取得する焦点評価値取得手段と、前記焦点評価値取得手段により取得した各検出ポイントにおける焦点評価値を用いて合焦位置の検出を行う合焦検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明の第７の態様に係る焦点調節方法は、フォーカス光学系を含む撮影手段によって撮影された被写体の画像信号を取得する画像取得工程と、所定の焦点距離において所定の空間周波数の被写体に対して求められたコントラスト特性を取得し、該コントラスト特性に基づいて撮影時のサーチ間隔を算出するサーチ間隔算出工程と、前記フォーカスレンズを前記サーチ間隔の検出ポイントに移動させて、前記画像信号から各検出ポイントにおける焦点評価値を取得する焦点評価値取得工程と、前記焦点評価値取得工程により取得した各検出ポイントにおける焦点評価値を用いて合焦位置の検出を行う合焦検出工程とを備えることを特徴とする。

本発明の第８の態様は、上記第７の態様に係る焦点調節方法において、前記サーチ間隔算出工程は、前記コントラスト特性からピーク位置を検出することが可能なサーチ間隔の最大値を求める工程と、該サーチ間隔の最大値から基準焦点深度倍率を算出し、撮影時の焦点距離に応じて、前記撮影時の焦点深度倍率が前記基準焦点深度倍率と等しくなるようなサーチ間隔を算出する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の第９の態様は、上記第７又は第８の態様に係る焦点調節方法において、前記サーチ間隔算出工程において算出された第１サーチ間隔と前記サーチ範囲から前記検出ポイントごとの焦点評価値を取得する回数を示すサーチ回数を算出する工程と、前記サーチ回数が書定位置未満の場合に、前記撮影時のサーチ間隔を、前記第１サーチ間隔よりも狭い第２サーチ間隔に変更するサーチ間隔変更工程とを更に備えることを特徴とする。

本発明の第１０の態様に係る焦点調節方法は、フォーカス光学系を含む撮影手段によって撮影された被写体の画像信号を取得する画像取得工程と、前記フォーカスレンズを所定のサーチ範囲内で移動させて合焦位置の検出を行うときの焦点評価値の検出ポイントの間隔を示すサーチ間隔を算出し、前記サーチ範囲と前記サーチ間隔から焦点評価値を取得する回数を示すサーチ回数を算出し、前記サーチ回数が所定回数未満の場合に、前記撮影時のサーチ間隔を、前記算出したサーチ間隔よりも狭くするサーチ間隔算出工程と、前記フォーカスレンズを前記サーチ範囲内の前記サーチ間隔ごとの検出ポイントに移動させて、前記画像信号から各検出ポイントにおける焦点評価値を取得する焦点評価値取得工程と、前記焦点評価値取得工程において取得した各検出ポイントにおける焦点評価値を用いて合焦位置の検出を行う合焦検出工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、コントラスト特性及び焦点距離（ズームポジション）に基づいて適切にサーチ間隔を設定することで、１回のＡＦサーチで高精度の合焦検出を実現することができるので、合焦位置の検出に要する時間を短縮することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る焦点調節装置及び焦点調節方法の好ましい実施の形態について説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る焦点調節装置を備えた撮影装置の主要構成を示すブロック図である。図１に示すように、撮影装置１０（以下、カメラ１０という）は、静止画及び動画の記録及び再生機能を備えた電子カメラである。中央処理装置（ＣＰＵ）６６は、所定のプログラムに従ってカメラ１０全体の動作を制御するとともに、自動露出（ＡＥ）演算、自動焦点調節（ＡＦ）演算、ホワイトバランス（ＷＢ）調整演算等の各種演算を実施する。電源回路４０は、本カメラシステムの各ブロックに電源を供給する。

ＣＰＵ６６には、システムバス５２を介してフラッシュＲＯＭ５４及びＳＤＲＡＭ５６が接続されている。フラッシュＲＯＭ５４には、ＣＰＵ６６が実行するプログラム及び制御に必要な各種データ、カメラ動作に関する各種定数／情報、ユーザ設定情報等のカメラ１０の動作に関する各種設定情報等が格納されている。ＳＤＲＡＭ５６には、プログラムの展開領域、ＣＰＵ６６の演算作業用領域、及び画像データや音声データの一時記憶領域が設けられている。

操作部６８は、電源スイッチ、モード選択スイッチ、撮影モード切替スイッチ、レリーズスイッチ、メニュー／ＯＫキー、十字キー、キャンセルキーを含んでいる。操作部６８からの信号はＣＰＵ６６に入力され、ＣＰＵ６６は操作部６８からの入力信号に基づいてカメラ１０の各回路を制御し、例えば、レンズ駆動制御、撮影動作制御、画像処理制御、画像データの記録／再生制御、表示部７４の表示制御等を行う。

電源スイッチは、カメラ１０の電源のオン・オフを切り替えるための操作手段である。

モード選択スイッチは、撮影モードと再生モードとを切り替えるための操作手段である。

撮影モード切替スイッチは、カメラ１０の撮影モードを切り替える操作手段である。カメラ１０の撮影モードは、例えば、シーンポジション（例えば、ナチュラルフォト、人物、風景、スポーツ、夜景、水中撮影、接写（花等）又はテキスト文章撮影）に応じてフォーカスや露出を最適化して撮影するためのシーンポジションモード、被写体の顔を検出する顔検出モード、フォーカス及び露出を自動的に設定するオートモード、フォーカス及び露出をマニュアルで設定可能なマニュアルモード及び動画撮影モードの間で切り替えられる。

レリーズスイッチは、撮影開始の指示を入力する操作手段であり、半押し時にオンするＳ１スイッチと、全押し時にオンするＳ２スイッチとを有する２段ストローク式のスイッチで構成されている。

メニュー／ＯＫキーは、表示部７４の画面上にメニューを表示させる指令を行うためのメニューボタンとしての機能と、選択内容の確定及び実行等を指令するＯＫボタンとしての機能とを兼備した操作キーである。

十字キーは、上下左右の４方向の指示を入力する操作部であり、メニュー画面から項目を選択したり、各メニューから各種設定項目の選択を指示したりする操作手段（カーソル移動操作手段）である。また、十字キーの上キー及び下キーは撮影モード時のズームスイッチあるいは再生モード時の再生ズームスイッチとして機能し、左キー及び右キーは再生モード時のコマ送り（順方向／逆方向送り）ボタンとして機能する。

キャンセルキーは、選択項目等所望の対象の消去や指示内容の取り消し、あるいは１つ前の操作状態に戻す時等に使用される。

フラッシュボタンは、フラッシュモードを切り替えるためのボタンであり、撮影モードの下、フラッシュボタンを押圧操作することにより、フラッシュモードが、フラッシュ発光／発光禁止の各モードに設定される。

表示部７４は、カラー表示可能な液晶モニタ（ＬＣＤ）で構成されている。表示部７４は、撮影時に画角確認用の電子ファインダとして使用できるとともに、記録済み画像を再生表示する手段として利用される。また、表示部７４は、ユーザインターフェース用の表示画面としても利用され、メニュー情報や選択項目、設定内容等の情報が表示される。なお、表示部７４としては、液晶モニタのほか、有機ＥＬ（electro-luminescence）等の他の方式の表示装置を用いることも可能である。

カメラ１０には記録メディア６２を着脱可能に装着することができる。記録メディア６２の形態は特に限定されず、ｘＤピクチャカード（登録商標）、スマートメディア（登録商標）に代表される半導体メモリカード、可搬型小型ハードディスク、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等、種々の媒体を用いることができる。メディア制御部６０は、カメラ１０に装着される記録メディア６２に適した入出力信号の受渡しを行うために所要の信号変換を行う。

タイマ５８は、時間を計時するための手段であり、例えば、タイマ撮影時に用いられる。

また、カメラ１０は、パーソナルコンピュータその他の外部機器と接続するための通信手段として外部接続インターフェース部（外部接続Ｉ／Ｆ）７６を備えている。カメラ１０は、外部接続Ｉ／Ｆ７６を介して外部機器と接続されると、当該外部機器との間でデータの受渡しが可能となる。なお、カメラ１０と外部機器との間の通信方式としては、例えば、ＵＳＢ、IEEE1394やBluetooth（登録商標）等を採用することができる。

次に、カメラ１０の撮影機能について説明する。モード選択スイッチによって撮影モードが選択されると、撮像素子２２を含む撮影部に電源が供給され、撮影可能な状態になる。

撮像素子２２は、カラーＣＣＤ固体撮像素子である。以下、撮像素子２２をＣＣＤ２２という。なお、本実施形態では、撮像素子２２としては、例えば、ＣＭＯＳのような他の固体撮像素子を用いてもよい。

レンズユニット１２は、フォーカスレンズ１４、ズームレンズ１６、絞り１８及びシャッタ２０を含む光学ユニットである。ＣＰＵ６６は、レンズドライバ３４に制御信号を出力して、フォーカスレンズ１４を駆動させてその位置（フォーカス位置）を移動させることによりフォーカシングを行う。また、ＣＰＵ６６は、レンズドライバ３４に制御信号を出力して、ズームレンズ１６を駆動させてその位置（ズームポジション）を移動させることによりズーミングを行う。絞り１８は、いわゆるターレット型絞りで構成されており、Ｆ２．８からＦ８の絞り孔が穿孔されたターレット板を回転させることにより絞り値（Ｆ値）が変化する。ＣＰＵ６６は、レンズドライバ３４に制御信号を出力して絞り値を制御する。また、ＣＰＵ６６は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）３２からの駆動パルスに基づいてシャッタ２０の開閉のタイミングを制御する。

レンズユニット１２を通過した光は、ＣＣＤ２２の受光面に結像される。ＣＣＤ２２の受光面には多数の受光素子（例えば、フォトダイオード）が２次元的に配列されており、各受光素子に対応して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色カラーフィルタが所定の配列構造で配置されている。ＣＣＤ２２は、各受光素子の電荷蓄積時間（シャッタスピード）を制御する電子シャッタ機能を有している。ＣＰＵ６６は、ＴＧ３２からの駆動パルスに基づいてＣＣＤ２２における電荷蓄積時間を制御する。また、ＣＰＵ６６は、ＣＣＤ２２のＯＦＤ（Overflow Drain）の電位を制御して、ＣＣＤ２２の受光素子に蓄積される信号電荷の上限値を調整する。

ＣＣＤ２２の受光面に結像された被写体像は、各受光素子によって入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。各受光素子に蓄積された信号電荷は、ＣＰＵ６６の指令に従いＴＧ３２から与えられる駆動パルスに基づいて信号電荷に応じたアナログの電圧信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ信号）として順次読み出される。

ＣＣＤ２２から読み出されたアナログの電圧信号は、アナログ信号処理部（ＣＤＳ／ＡＭＰ）２４に入力される。アナログ信号処理部２４に入力されたアナログの電圧信号は、ＣＤＳ２６によってサンプリングホールド（相関２重サンプリング処理）されて、ゲイン制御回路２８によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３０によってＡ／Ｄ変換される。ゲイン制御回路２８におけるＲ、Ｇ、Ｂ信号の増幅ゲインは、撮影感度（ＩＳＯ感度）に相当する。ＣＰＵ６６は、この増幅ゲインを調整することにより撮影感度を設定する。Ａ／Ｄ変換器３０によってデジタル信号に変換された点順次のＲ、Ｇ、Ｂ信号は、ＲＡＷデータとしてデジタル信号処理部４２に入力され、画像バッファ４４を介してＳＤＲＡＭ５６に記憶される。

ＳＤＲＡＭ５６に記憶されたＲ、Ｇ、Ｂ信号は、同時化処理（単板ＣＣＤのカラーフィルタ配列に伴う色信号の空間的なズレを補間して色信号を同時式に変換する処理）が行われた後、ＹＣ処理部４６によって輝度信号（Ｙ信号）及び色差信号（Ｃｒ、Ｃｂ信号）に変換されるとともに、階調変換処理（例えば、ガンマ補正）、輪郭補正回路等の所定の処理が施される。

撮影画像を表示部７４にモニタ出力する場合、ＳＤＲＡＭ５６から画像データが読み出され、システムバス５２を介してエンコーダ７０に送られる。エンコーダ７０は、入力された画像データを表示用の所定方式のビデオ信号（例えば、ＮＴＳＣ方式のカラー複合画像信号）に変換して表示部７４に出力する。

ライブビュー画像（スルー画）を表示部７４にモニタ出力する場合には、ＣＣＤ２２から出力される画像信号によって、１コマ分の画像を表す画像データがＳＤＲＡＭ５６のＡ領域とＢ領域とで交互に書き換えられる。ＳＤＲＡＭ５６のＡ領域及びＢ領域のうち、画像データが書き換えられている方の領域以外の領域から、書き込まれている画像データが読み出される。このようにしてＳＤＲＡＭ５６内の画像データが定期的に書き換えられ、その画像データから生成される画像信号が表示部７４に供給されることにより、撮影中の画像がリアルタイムに表示部７４に表示される。撮影者は、表示部７４に表示されるスルー画によって撮影画角を確認できる。

レリーズスイッチが半押しされると（Ｓ１オン）、ＣＣＤ２２から出力された画像信号はＡ／Ｄ変換後に画像バッファ４４を介してＡＥ・ＡＷＢ検出回路４８並びにＡＦ検出回路５０に入力され、自動露出処理（ＡＥ処理）及び自動焦点調節処理（ＡＦ処理）が開始される。

ＡＥ・ＡＷＢ検出回路４８は、１画面を複数の分割エリア（例えば、８×８又は１６×１６）に分割し、この分割エリアごとにＲ、Ｇ、Ｂ信号を積算し、その積算値をＣＰＵ６６に提供する。ＣＰＵ６６は、ＡＥ・ＡＷＢ検出回路４８によって得られた積算値に基づいて被写体の明るさ（被写体輝度）を検出し、撮影に適した露出値（撮影ＥＶ値）を算出する。ＣＰＵ６６は、求めた露出値と所定のプログラム線図に従って、絞り値とシャッタスピードを決定し、また、オートモードの場合に、フラッシュ発光モード／非発光モードの設定を行う。これにより、ＣＣＤ２２の電子シャッタ機能、絞り１８及びフラッシュ発光が制御されて適正な露光量を得る。更に、ＣＰＵ６６は、ＡＥ・ＡＷＢ検出回路４８によって得られた積算値に基づいて検出した被写体輝度に基づいてＡＦサーチ時における露出値を決定し、シャッタスピード、絞り値、フレームレート、増幅ゲイン（撮影感度）を決定する。ここで、ＡＦ露出は、例えば、ＡＦ検出エリアのスポット測光値に基づいて決定され、例えば、撮影時の露出よりもやや明るめに設定される。

ＣＰＵ６６は、フラッシュ発光モードに設定された場合にフラッシュ制御回路３８にコマンドを送って動作させる。フラッシュ制御回路３８は、フラッシュ発光部３６（放電管）を発光させるための電流を供給するためのメインコンデンサを含んでおり、ＣＰＵ６６からのフラッシュ発光指令に従ってメインコンデンサの充電制御、フラッシュ発光部３６への放電（発光）のタイミング及び放電時間の制御等を行う。なお、フラッシュ発光部３６としては、放電管に代えて発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることも可能である。

また、ＡＥ・ＡＷＢ検出回路４８は、自動ホワイトバランス調整時に、分割エリアごとにＲ、Ｇ、Ｂ信号の色別の平均積算値を算出し、その算出結果をＣＰＵ６６に提供する。ＣＰＵ６６は、Ｒの積算値、Ｂの積算値、Ｇの積算値を得て、分割エリアごとにＲ／Ｇ及びＢ／Ｇの比を求め、これらＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇの値のＲ／Ｇ、Ｂ／Ｇ軸座標の色空間における分布等に基づいて光源種判別を行い、判別された光源種に応じてホワイトバランス調整回路のＲ、Ｇ、Ｂ信号に対するゲイン値（ホワイトバランスゲイン）を制御し、各色チャンネルの信号に補正をかける。

カメラ１０におけるＡＦ制御は、例えば、画像信号のＧ信号の高周波成分が極大になるようにフォーカスレンズ１４を移動させるコントラストＡＦが適用される。即ち、ＡＦ検出回路５０は、Ｇ信号の高周波成分のみを通過させるハイパスフィルタ、絶対値化処理部、画面内（例えば、画面中央部）にあらかじめ設定されているフォーカス対象エリア内の信号を切り出すＡＦエリア抽出部及びＡＦエリア内の絶対値データを積算する積算部から構成される。

ＡＦ検出回路５０により求められた積算値のデータはＣＰＵ６６に通知される。ＣＰＵ６６は、フォーカスレンズ１４を駆動して移動させながら、ＡＦ検出ポイントごとにＡＦ用ＲＡＷデータを取得する。ＡＦ検出回路５０は、ＡＦ検出ポイントごとのＡＦ用ＲＡＷデータから焦点評価値（ＡＦ評価値）を演算してＳＤＲＡＭ５６に格納する。ＣＰＵ６６は、ＡＦ評価値を用いて、移動平均後評価値作成処理、ＡＦサーチ中断判定、合焦判定及び合焦演算を行う。具体的には、ＣＰＵ６６は、ＡＦ評価値又は移動平均後評価値が極大となるフォーカス位置を検出して合焦位置として決定する。そして、ＣＰＵ６６は、合焦位置が検出できた場合には、求めた合焦位置にフォーカスレンズ１４を移動させ、合焦位置が検出できなかった場合には、フォーカスレンズ１４をパーン位置（パーンフォーカス位置）に移動させる。なお、ＡＦ評価値の演算はＧ信号を利用する態様に限らず、輝度信号（Ｙ信号）を利用してもよい。

レリーズスイッチが半押しされ（Ｓ１オン）、ＡＥ処理及びＡＦ処理が行われた後、レリーズスイッチが全押しされると（Ｓ２オン）、記録用の撮影動作がスタートする。Ｓ２オンに応動して取得された画像データはＹＣ処理部４６によって輝度／色差信号（Ｙ／Ｃ信号）に変換され、ガンマ補正等の所定の処理が施された後、ＳＤＲＡＭ５６に格納される。

ＳＤＲＡＭ５６に格納されたＹ／Ｃ信号は、圧縮・伸張回路６４によって所定のフォーマットに従って圧縮された後、メディア制御部６０を介して記録メディア６２に記録される。例えば、静止画についてはＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）形式、動画についてはＡＶＩ（Audio Video Interleaving）形式の画像ファイルとして記録される。

モード選択スイッチにより再生モードが選択されると、記録メディア６２に記録されている最終の画像ファイル（最後に記録された画像ファイル）の圧縮データが読み出される。最後の記録に係る画像ファイルが静止画ファイルの場合、この読み出された画像圧縮データは、圧縮・伸張回路６４によって非圧縮のＹ／Ｃ信号に伸張され、エンコーダ７０によって表示用の信号に変換された後、表示部７４に出力される。これにより、当該画像ファイルの画像内容が表示部７４の画面上に表示される。

静止画の１コマ再生中（動画の先頭フレーム再生中も含む）に、十字キーの右キー又は左キーを操作することによって、再生対象の画像ファイルを切り換えること（順コマ送り／逆コマ送り）ができる。コマ送りされた位置の画像ファイルが記録メディア６２から読み出されて表示部７４に再生表示される。

次に、本発明に係る焦点調節方法について説明する。図２は、カメラのＭＴＦ特性を示すグラフである。図２のグラフには、空間周波数に応じたコントラスト感度の特性が表されている。カメラのＭＴＦ特性は、主にレンズ及び撮像素子（ＣＣＤ）の性能に影響される。

図３は、異なる空間周波数をもつ被写体をデフォーカスして撮影して得られたＭＴＦ特性を示すグラフである。図３からわかるように、空間周波数が高いほどＭＴＦ特性関数の山の幅が狭くなる。

図４は、ＭＴＦ特性とサンプリング間隔の関係を模式的に示す図である。ＭＴＦ特性グラフに対して正しくサンプリングするためにサンプリング間隔の最大値を△ｄとする。図４のＭＴＦ特性曲線Ｌ１０からピーク位置を正確に算出するためには、ＭＴＦ特性の周波数の２倍の周波数でサンプリングする必要があるため、△ｄは、例えば、ＭＴＦ特性曲線Ｌ１０の山の幅Ｗの１／２以下になる（サンプリング定理）。△ｄよりサンプリング間隔を拡大すると、サンプリング精度が低下する可能性がある。通常の撮影画像では、空間周波数が６００ＴＶ本より低い成分がメインに占めている。従って、通常のシーンを撮影する場合には、空間周波数が高い場合、例えば、目標空間周波数を６００ＴＶ本〜７００ＴＶ本とした場合のＭＴＦ特性関数から求めたサンプリング間隔△ｄを用いることにより十分なサンプリング精度を確保することができる。なお、サンプリング間隔△ｄは、画像のＭＴＦ特性、コントラスト特性又はカメラ１０により撮影された画像信号の高周波成分を抽出して生成された焦点評価値特性から求めることができる。

ＭＴＦ特性関数から求めたサンプリング間隔△ｄ、絞り値をＦｎｏ．、許容錯乱円径をＰｈｉとした場合、基準焦点深度倍率ｂは、下記の式（１）により定義される。

ｂ＝△ｄ／（２×Ｆｎｏ．×Ｐｈｉ） …（１）

表１は、ズームポジションと絞り値Ｆｎｏ．の関係を示している。焦点距離及び絞り値は、ズームポジションによって異なる。撮影時のサーチ間隔ｓは、Ｓ１オン時（ＡＦサーチ時）のズームポジションに応じた絞り値Ｆｎｏ．を下記の式（２）に代入することにより算出される。

ｓ＝ｂ×（２×Ｆｎｏ．×Ｐｈｉ） …（２）
図５は、本発明の第１の実施形態に係るＡＦ処理の流れを示すフローチャートである。レリーズスイッチが半押しされると（Ｓ１オン）、まず、ＡＦサーチ範囲が決定される（ステップＳ１０）。ここで、ＡＦサーチ範囲は、例えば、ズームポジション、撮影モード（シーンポジションモード、マクロモード等）に基づいて決定され、例えば、テキスト撮影モード（白板モード）又はマクロ（接写）モードの場合には狭くなる。

次に、上記式（１）により基準焦点深度倍率ｂが算出される（ステップＳ１２）。そして、上記表１によりＳ１オン時のズームポジションに対応する絞り値Ｆｎｏ．が求められ、上記式（２）によりサーチ間隔ｓが算出される（ステップＳ１４）。

次に、上記ステップＳ１０において決定されたＡＦサーチ範囲と、ステップＳ１４において算出されたサーチ間隔ｓを用いてＡＦサーチが開始される（ステップＳ１６）。そして、ステップＳ１８及びＳ２０が繰り返されて、ＡＦサーチ範囲内においてサーチ間隔ｓごとにＡＦ評価値が取得される（ステップＳ１８、Ｓ２０）。

次に、上記ステップＳ１８及びＳ２０において取得したＡＦ検出ポイントごとのＡＦ評価値から補間演算（例えば、線形補間、スプライン補間）によりピーク位置（ベストピント位置）が検出され（ステップＳ２２）、フォーカスレンズ１４が駆動されて合焦位置に移動する（ステップＳ２４）。

従来のＡＦ処理では、合焦位置を高精度に検出するためには、サーチ間隔を広げてＡＦサーチを行った後、サーチ間隔を狭くしてＡＦサーチを再度行う必要があった。即ち、通算２度ＡＦサーチを行うため、合焦位置の検出までに時間がかかる。本実施形態によれば、適切にサーチ間隔を設定することで、１回のＡＦサーチで高精度の合焦検出を実現することができるので、合焦位置の検出に要する時間を短縮することができる。

［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。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図６及び図７は、ＡＦサーチを模式的に示す図である。予め設定した第１サーチ間隔でＡＦサーチする場合、図６に示すように、ＡＦサーチ範囲の全域をサーチして補間演算を行っても、ＡＦ検出ポイントが少ないので、合焦精度が低下する可能性がある。例えば、所定のＡＦサーチ範囲を１０００μｍ、第１サーチ間隔を４００μｍとすると、ＡＦサーチ回数がわずか２回ほどで終了してしまう。このため、ＡＦ検出ポイント３か所分（Ｐ１〜Ｐ３）のＡＦ評価値しか取得できず、補間演算を行っても正確に合焦位置（ベストピント位置）を算出するにはデータ数が不十分である。

本実施形態では、ＡＦサーチ範囲とサーチ間隔からＡＦサーチ回数を計算し、合焦位置の検出に必要十分なＡＦサーチ回数が得られない場合、図７に示すように、サーチ間隔を第１サーチ間隔よりも狭い第２サーチ間隔に狭めてＡＦサーチ回数を増やす。

図８は、本発明の第２の実施形態に係るＡＦ処理の流れを示すフローチャートである。レリーズスイッチが半押しされると（Ｓ１オン）、まず、ＡＦサーチ範囲が決定されるとともに（ステップＳ３０）、第１サーチ間隔が算出され、ＡＦサーチのサーチ間隔として設定される（ステップＳ３２）。第１サーチ間隔の算出方法は、例えば、上記第１の実施形態と同様に算出される。なお、第１サーチ間隔は、第１の実施形態とは異なる方法で算出するようにしてもよい。

次に、上記ステップＳ３０において決定されたＡＦサーチ範囲と、ステップＳ３２において算出された第１サーチ間隔からＡＦサーチ回数が算出される（ステップＳ３４）。そして、ＡＦサーチ回数が所定回数（例えば、３又は４）未満の場合には（ステップＳ３６のＹｅｓ）、第１サーチ間隔よりも狭い第２サーチ間隔がサーチ間隔として設定される（ステップＳ３８）。一方、ＡＦサーチ回数が所定回数以上の場合には（ステップＳ３６のＮｏ）、サーチ間隔は第１サーチ間隔のままとなる。

次に、ＡＦサーチ範囲内のサーチ範囲ごとのＡＦ評価値が取得され（ステップＳ４０）、合焦位置（ベストピント位置）が判定され（ステップＳ４２）、フォーカスレンズ１４が駆動されて合焦位置に移動する（ステップＳ４４）。

本実施形態によれば、予めサーチ範囲とサーチ間隔からＡＦサーチ回数を計算し、合焦精度を保つために必要なＡＦサーチ回数を確保することで、サーチ間隔が過度に増えることによる合焦精度及び合焦速度の低下を防ぐことができる。

本発明の第１の実施形態に係る焦点調節装置を備えた撮影装置の主要構成を示すブロック図 カメラのＭＴＦ特性を示すグラフ 異なる空間周波数をもつ被写体をデフォーカスして撮影して得られたＭＴＦ特性を示すグラフ ＭＴＦ特性とサンプリング間隔の関係を模式的に示す図 本発明の第１の実施形態に係るＡＦ処理の流れを示すフローチャート ＡＦサーチを模式的に示す図 ＡＦサーチを模式的に示す図 本発明の第２の実施形態に係るＡＦ処理の流れを示すフローチャート

符号の説明

１０…撮影装置、１２…レンズユニット、１４…フォーカスレンズ、１６…ズームレンズ、１８…絞り、２０…シャッタ、２２…ＣＣＤ、２４…アナログ信号処理部（ＡＦＥ）、２６…相関２重サンプリング処理部（ＣＤＳ）、２８…ゲイン制御部、３０…Ａ／Ｄ変換器、３２…タイミングジェネレータ（ＴＧ）、３４…レンズドライバ、３６…フラッシュ発光部、３８…フラッシュ制御回路、４０…電源回路、４２…デジタル信号処理部（ＤＳＰ）、４４…画像バッファ、４６…ＹＣ処理部、４８…ＡＥ・ＡＷＢ検出回路、５０…ＡＦ検出回路、５２…システムバス、５４…フラッシュＲＯＭ、５６…ＳＤＲＡＭ、５８…タイマ、６０…メディア制御部、６２…記録メディア、６４…圧縮・伸張処理部、６６…ＣＰＵ、６８…操作部、７０…エンコーダ、７２…ドライバ、７４…表示部、７６…外部接続インターフェース部（外部接続Ｉ／Ｆ）

Claims (10)

1. フォーカス光学系を含む撮影手段によって撮影された被写体の画像信号を取得する画像取得手段と、
   所定の焦点距離において所定の空間周波数の被写体に対して求められたコントラスト特性を取得し、該コントラスト特性に基づいて撮影時のサーチ間隔を算出するサーチ間隔算出手段と、
   前記フォーカスレンズを所定のサーチ範囲内の前記サーチ間隔ごとの検出ポイントに移動させて、前記画像信号から各検出ポイントにおける焦点評価値を取得する焦点評価値取得手段と、
   前記焦点評価値取得手段により取得した各検出ポイントにおける焦点評価値を用いて合焦位置の検出を行う合焦検出手段と、
   を備えることを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記サーチ間隔算出手段は、前記コントラスト特性からピーク位置を検出することが可能なサーチ間隔の最大値を求め、該サーチ間隔の最大値から基準焦点深度倍率を算出し、撮影時の焦点距離に応じて、前記撮影時の焦点深度倍率が前記基準焦点深度倍率と等しくなるようなサーチ間隔を算出することを特徴とする請求項１記載の焦点調節装置。
3. 前記所定の空間周波数は、６００ＴＶから７００ＴＶであることを特徴とする請求項１又は２記載の焦点調節装置。
4. 前記コントラスト特性は、ＭＴＦ特性、又は前記撮影手段により撮影された画像信号の高周波成分を抽出して生成された焦点評価値特性であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の焦点調節装置。
5. 前記サーチ間隔算出手段によって算出されたサーチ間隔と前記サーチ範囲から前記検出ポイントごとの焦点評価値を取得する回数を示すサーチ回数を算出し、前記サーチ回数が所定回数未満の場合に、前記撮影時のサーチ間隔を、前記サーチ間隔算出手段によって算出されたサーチ間隔よりも狭くするサーチ間隔変更手段を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の焦点調節装置。
6. フォーカス光学系を含む撮影手段によって撮影された被写体の画像信号を取得する画像取得手段と、
   前記フォーカスレンズを所定のサーチ範囲内で移動させて合焦位置の検出を行うときの焦点評価値の検出ポイントの間隔を示すサーチ間隔を算出し、前記サーチ範囲と前記サーチ間隔から焦点評価値を取得する回数を示すサーチ回数を算出し、前記サーチ回数が所定回数未満の場合に、前記撮影時のサーチ間隔を、前記算出したサーチ間隔よりも狭くするサーチ間隔算出手段と、
   前記フォーカスレンズを前記サーチ範囲内の前記サーチ間隔ごとの検出ポイントに移動させて、前記画像信号から各検出ポイントにおける焦点評価値を取得する焦点評価値取得手段と、
   前記焦点評価値取得手段により取得した各検出ポイントにおける焦点評価値を用いて合焦位置の検出を行う合焦検出手段と、
   を備えることを特徴とする焦点調節装置。
7. フォーカス光学系を含む撮影手段によって撮影された被写体の画像信号を取得する画像取得工程と、
   所定の焦点距離において所定の空間周波数の被写体に対して求められたコントラスト特性を取得し、該コントラスト特性に基づいて撮影時のサーチ間隔を算出するサーチ間隔算出工程と、
   前記フォーカスレンズを前記サーチ間隔の検出ポイントに移動させて、前記画像信号から各検出ポイントにおける焦点評価値を取得する焦点評価値取得工程と、
   前記焦点評価値取得工程により取得した各検出ポイントにおける焦点評価値を用いて合焦位置の検出を行う合焦検出工程と、
   を備えることを特徴とする焦点調節方法。
8. 前記サーチ間隔算出工程は、
   前記コントラスト特性からピーク位置を検出することが可能なサーチ間隔の最大値を求める工程と、
   該サーチ間隔の最大値から基準焦点深度倍率を算出し、撮影時の焦点距離に応じて、前記撮影時の焦点深度倍率が前記基準焦点深度倍率と等しくなるようなサーチ間隔を算出する工程と、
   を備えることを特徴とする請求項７記載の焦点調節方法。
9. 前記サーチ間隔算出工程において算出された第１サーチ間隔と前記サーチ範囲から前記検出ポイントごとの焦点評価値を取得する回数を示すサーチ回数を算出する工程と、
   前記サーチ回数が書定位置未満の場合に、前記撮影時のサーチ間隔を、前記第１サーチ間隔よりも狭い第２サーチ間隔に変更するサーチ間隔変更工程と、
   を更に備えることを特徴とする請求項７又は８記載の焦点調節方法。
10. フォーカス光学系を含む撮影手段によって撮影された被写体の画像信号を取得する画像取得工程と、
    前記フォーカスレンズを所定のサーチ範囲内で移動させて合焦位置の検出を行うときの焦点評価値の検出ポイントの間隔を示すサーチ間隔を算出し、前記サーチ範囲と前記サーチ間隔から焦点評価値を取得する回数を示すサーチ回数を算出し、前記サーチ回数が所定回数未満の場合に、前記撮影時のサーチ間隔を、前記算出したサーチ間隔よりも狭くするサーチ間隔算出工程と、
    前記フォーカスレンズを前記サーチ範囲内の前記サーチ間隔ごとの検出ポイントに移動させて、前記画像信号から各検出ポイントにおける焦点評価値を取得する焦点評価値取得工程と、
    前記焦点評価値取得工程において取得した各検出ポイントにおける焦点評価値を用いて合焦位置の検出を行う合焦検出工程と、
    を備えることを特徴とする焦点調節方法。

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