JP2011013499A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連写時の撮影間隔をより短くすることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】光学系２による像を撮像する撮像手段４と、光学系２の焦点調節状態を、第１調節状態から該第１調節状態と異なる第２調節状態を経て第１調節状態および第２調節状態とは異なる第３調節状態まで調節する焦点調節手段１３と、光学系２による像のコントラストに応じた焦点評価値を、焦点調節手段１３によって調節される光学系２の焦点調節状態に対応付けて検出する焦点検出手段８と、撮像手段４によって像を繰り返し撮像する際の複数の撮像間隔のうちの第１撮像間隔において、第１調節状態と第２調節状態との間で光学系２を調節して焦点評価値を検出するとともに、第１撮像間隔とは異なる第２撮像間隔において、第２調節状態と第３調節状態との間で光学系２を調節して焦点評価値を検出する制御手段１１とを備える撮像装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

撮像装置における焦点調節の手法として、撮影レンズを駆動させながら映像信号から焦点評価値を演算し、焦点評価値がピークとなるレンズ位置を求めることにより焦点調節を行う、いわゆる山登り方式が知られている。

一方、被写体を繰り返し連続的に撮影する際に前述の焦点調節手法を適用する場合、過去の焦点検出結果に応じて撮影レンズの駆動範囲を限定し、焦点合わせの所要時間を短縮する技術が存在する（例えば特許文献１）。

特開２００７−２０６４３３号公報

特許文献１に開示されている技術を用いても、連続撮影の撮影間隔の短縮には限度がある。

請求項１に係る発明は、光学系による像を撮像する撮像手段と、前記光学系の焦点調節状態を、第１調節状態から該第１調節状態と異なる第２調節状態を経て前記第１調節状態および前記第２調節状態とは異なる第３調節状態まで調節する焦点調節手段と、前記光学系による像のコントラストに応じた焦点評価値を、前記焦点調節手段によって調節される前記光学系の焦点調節状態に対応付けて検出する焦点検出手段と、前記撮像手段によって前記像を繰り返し撮像する際の複数の撮像間隔のうちの第１撮像間隔において、前記第１調節状態と前記第２調節状態との間で前記光学系を調節して前記焦点評価値を検出するとともに、前記第１撮像間隔とは異なる第２撮像間隔において、前記第２調節状態と前記第３調節状態との間で前記光学系を調節して前記焦点評価値を検出する制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置である。

本発明によれば、連続撮影の撮影間隔を、従来技術から更に短縮することができる。

第１の実施の形態による撮像装置１の構成を示すブロック図である。 システム制御回路１１が実行する連写処理を示すフローチャートである。 ＡＦ処理１の実行に伴うフォーカスレンズの位置の変化を示す図である。 合焦位置を算出するための三点内挿を説明する図である。 システム制御回路１１が実行するＡＦ処理１のフローチャートである。 ＡＦ処理２の実行に伴うフォーカスレンズの位置の変化を示す図である。 システム制御回路１１が実行するＡＦ処理２のフローチャートである。 システム制御回路１１により実行されるＡＦ処理２Ａのフローチャートである。 システム制御回路１１により実行されるＡＦ処理２Ｂのフローチャートである。 第１の実施の形態の変形例に係る一眼レフレックスタイプの撮像装置３００を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態による撮像装置１の構成を示すブロック図である。図１に示す撮像装置１は、撮影した被写体像を画像データとして記憶媒体に格納する電子スチルカメラであり、いわゆるコントラスト方式によるオートフォーカス機能を有する。以下、撮像装置１が有する各部について、図１を用いて順に説明する。

撮像レンズ群２は、撮影レンズの焦点を調節する不図示の焦点調節光学系や変倍を行う不図示の変倍光学系等で構成される。光量調節装置３は絞り装置およびシャッタ装置を備える。撮像素子４は、撮像レンズ群２を透過した光束を受光し電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子である。

アナログ信号処理回路５は、撮像素子４のアナログ信号出力に対してクランプ処理やゲイン処理等を行う。Ａ／Ｄ変換器６は、アナログ信号処理回路５の出力をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理回路８は、Ａ／Ｄ変換器６およびメモリ制御回路７が出力するデジタルデータに対して画素補間処理，色変換処理，各種の演算処理を行う。デジタル信号処理回路８が実行する各種の演算処理には、測光値の算出処理、画像のコントラストに基づく焦点評価値の算出処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）評価値の算出処理が含まれる。また、デジタル信号処理回路８が実行する色変換処理には、ＡＷＢ評価値に基づいて実行されるＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＡＷＢ処理が含まれる。

メモリ制御回路７はメモリ９を制御する回路であり、Ａ／Ｄ変換器６，デジタル信号処理回路８，Ｄ／Ａ変換器１４へメモリ９の読み書き機能を提供する。インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０はメモリカードやハードディスク等の記憶媒体を接続するためのインタフェースである。撮像装置１はＩ／Ｆ１０を用いて、他のコンピュータやプリンタ等の周辺機器との間で画像データおよび画像データに付属する管理情報を転送し合うことができる。

システム制御回路１１は撮像装置１を構成する各部の制御を行う。システム制御回路１１内にはメモリ９とは異なる不図示のメモリが存在し、システム制御回路１１を動作させるためのプログラムおよびこのプログラムが利用する定数や変数が記憶されている。露出制御回路１２は光量調節装置３が有する絞り装置およびシャッタ装置を制御する。焦点制御回路１３は撮像レンズ群２のフォーカシング動作およびズーミング動作を制御する。

Ｄ／Ａ変換器１４は、メモリ制御回路７を介してメモリ９から静止画および動画のデジタルデータを読み出し、アナログ信号に変換して出力する。表示装置１５は、Ｄ／Ａ変換器１４が出力するアナログ信号に基づいて静止画および動画を表示する液晶モニタである。操作部材１６は、撮像装置１に設けられたレリーズスイッチ等の各種操作部材である。撮像装置１のレリーズスイッチは、第１ストロークでオンになる半押しスイッチＳＷ１と、第２ストロークでオンになる全押しスイッチＳＷ２とを含む。ユーザにより操作部材１６に対して何らかの操作が為されると、これに応じた操作信号がシステム制御回路１１へ送信される。

撮影動作時、システム制御回路１１はデジタル信号処理回路８により算出された測光値に基づくＡＥ処理と、デジタル信号処理回路８により算出された焦点評価値に基づくＡＦ処理を実行する。ＡＥ処理により、露出制御回路１２を介して光量調節装置３が制御される。また、ＡＦ処理により、焦点制御回路１３を介して撮像レンズ群２が制御される。

撮影動作時、表示装置１５により、メモリ９に格納される静止画および動画が逐次表示される。以下、表示装置１５によるこれらの表示をライブビュー表示と呼ぶ。ライブビュー表示により、表示装置１５は電子ファインダとしての機能を実現できる。表示装置１５は更に、システム制御回路１１でのプログラムの実行に応じて、文字や画像等を用いて撮像装置１の動作状態やメッセージ等を表示する。

次に、撮像装置１の連写機能について説明する。撮像装置１の連写機能がオフに設定されているとき、撮像装置１は全押しスイッチＳＷ２が押下されたことに応じて１コマの撮影を行い、全押しスイッチＳＷ２が押下されない状態になるまで再度の撮影は行われない。ユーザが撮像装置１の連写機能をオンに設定すると、撮像装置１は、ユーザが全押しスイッチＳＷ２を押下している間、繰り返し撮影を行う。撮像装置１は連写機能による撮影時、オートフォーカス機能による合焦動作を連続する２回の撮影の合間に行う。

図２は、システム制御回路１１が実行する連写処理を示すフローチャートである。ステップＳ１１では、デジタル信号処理回路８から取得する測光値に基づき、ＡＥ処理を実行する。ステップＳ１２では、半押しスイッチＳＷ１がオンかオフかを判定する。ＳＷ１がオフだった場合にはステップＳ１１へ戻り、ＳＷ１がオンだった場合にはステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、サーチ範囲を無限遠端から至近端までに設定し、後述するＡＦ処理１を実行する。ステップＳ１４では、全押しスイッチＳＷ２がオンかオフかを判定する。ＳＷ２がオフだった場合にはステップＳ１１へ戻り、ＳＷ２がオンだった場合にはステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、ステップＳ１３と同様に後述するＡＦ処理１を実行する。なお、ステップＳ１５で実行するＡＦ処理１では、ステップＳ１３で実行するＡＦ処理１よりもサーチ範囲を狭く設定する。具体的には、焦点深度の２倍から３倍程度にサーチ範囲を設定する。これは、全押しスイッチＳＷ２の押下から撮影処理の実行までのタイムラグを短縮するためである。

ステップＳ１６では、撮影処理を実行し、メモリ９へ撮影画像データを記憶する。ステップＳ１７では、ステップＳ１６でメモリ９へ記憶した撮影画像データを、Ｉ／Ｆ１０を介して記憶媒体へ記憶する。ステップＳ１８では、全押しスイッチＳＷ２がオンかオフかを判定する。全押しスイッチＳＷ２がオフとなっていた場合には連写処理を終了し、全押しスイッチＳＷ２がオンであった場合にはステップＳ１９へ進む。ステップＳ１９では、ステップＳ１１と同様にＡＥ処理を実行する。ステップＳ２０では、後述するＡＦ処理２を実行し、ステップＳ１６へ戻る。

次に、システム制御回路１１が実行するＡＦ処理１について説明する。本実施の形態による撮像装置１は、撮像素子４で取り込んだ画像データの鮮鋭度が最大となるフォーカスレンズの位置を探索し、この位置へフォーカスレンズを移動することによりオートフォーカスを実行する、いわゆるコントラストＡＦ機能を備えている。

図３は、ＡＦ処理１の実行に伴うフォーカスレンズの位置の変化を示す図である。図３（ａ）に、ＡＦ処理１開始時のフォーカスレンズＦＬの位置を示す。図３（ａ）に示す水平線ＡＸはフォーカスレンズＦＬの光軸を表しており、フォーカスレンズＦＬが図の左方向に移動すると撮像素子４の撮像面にはより遠方の被写体にピントが合った像ができる。逆に、フォーカスレンズＦＬが図の右方向に移動するとより近距離の被写体にピントが合った像ができる。

図３（ａ）において、ＡＦ処理１実行開始時のフォーカスレンズＦＬの位置をＡＦＰｏｓ０、フォーカスレンズのサーチの開始位置をＬＳＳ１、フォーカスレンズのサーチの終了位置をＬＳＥ１、ＬＳＳ１からＬＳＥ１までの範囲すなわちサーチ範囲をＳＳ１としている。本実施形態では、開始位置ＬＳＳ１を無限遠側に、終了位置ＬＳＥ１を至近側に設定する。

ＡＦ処理１の実行開始時、システム制御回路１１はまずフォーカスレンズＦＬを所定速度ＬＴＰｏｓＶ１でサーチ開始位置ＬＳＳ１へ駆動させる。速度ＬＴＰｏｓＶ１は可能な限り高速に設定する。フォーカスレンズＦＬがサーチ開始位置ＬＳＳ１に到達した様子を図３（ｂ）に示す。

図３（ｂ）のように、フォーカスレンズＦＬがサーチ開始位置ＬＳＳ１に到達すると、システム制御回路１１はフォーカスレンズのサーチを開始する。焦点評価値の検出は、フォーカスレンズＦＬをサーチ終了位置ＬＳＥ１へ向けて所定速度ＬＳＶ１で駆動させると共に、一定時間毎にデジタル信号処理回路８から焦点評価値を取得してメモリ９へ記憶させることにより行われる。このとき、メモリ９にはフォーカスレンズＦＬの位置とその位置における焦点評価値とが対応付けて記憶される。

フォーカスレンズのサーチは、フォーカスレンズＦＬがサーチ終了位置ＬＳＥ１に到達した時点で終了する。図３（ｃ）に、フォーカスレンズＦＬがサーチ終了位置ＬＳＥ１に到達した様子を示す。なお図３（ｃ）において、レンズ軌道上に存在する点ＬＰ１〜ＬＰ７は、その点において焦点評価値が取得されたことを表している。すなわち、メモリ９にはこれらの点ＬＰ１〜ＬＰ７の位置と、その位置における焦点評価値とが対応付けて記憶されている。

図３（ｃ）のように、フォーカスレンズＦＬがサーチ終了位置ＬＳＥ１に到達すると、システム制御回路１１は後述する三点内挿により焦点評価値が極大となるフォーカスレンズＦＬの位置ＡＦＰｏｓ１を算出する。この位置ＡＦＰｏｓ１は、ＡＦ処理１の実行時において、撮像素子４の撮像面に被写体像がもっとも鮮明に結像するフォーカスレンズＦＬの位置、すなわち合焦位置である。

合焦位置ＡＦＰｏｓ１を算出したシステム制御回路１１は、フォーカスレンズＦＬを所定速度ＬＴＰｏｓＶ１で合焦位置ＡＦＰｏｓ１まで駆動させる制御を行う。図３（ａ）の場合と同様に、速度ＬＴＰｏｓＶ１は可能な限り高速な速度である。図３（ｄ）に、フォーカスレンズＦＬが合焦位置ＡＦＰｏｓ１へ到達した様子を示す。

次に、システム制御回路１１が実行する三点内挿処理について説明する。三点内挿処理は、メモリ９に記憶されている複数の「フォーカスレンズＦＬの位置とその位置における焦点評価値との組み合わせ」に基づいて、焦点評価値が極大となるフォーカスレンズＦＬの位置すなわち合焦位置を算出する処理である。

図４は、合焦位置を算出するための三点内挿を説明する図である。図４に示したグラフは、横軸がフォーカスレンズＦＬの光軸上の位置、縦軸が焦点評価値の大きさを表す。図４に示した点Ｐ１〜Ｐ７は、それぞれ図３（ｃ）に示した位置ＬＰ１〜ＬＰ７と、フォーカスレンズＦＬがそれらの位置にある時の焦点評価値と、をグラフ上に描画した点である。例えば点Ｐ３は、フォーカスレンズＦＬが位置ＬＰ３にある時、焦点評価値がＦＶ３であったことを示している。

三点内挿の実行時、メモリ９には図４に示した点Ｐ１〜Ｐ７を表すデータ、すなわち、位置ＬＰ１〜ＬＰ７とその位置に対応する焦点評価値ＦＶ１〜ＦＶ７とが記憶されている。システム制御回路１１はこれらのデータに基づいて、フォーカスレンズＦＬの位置と焦点評価値との関係を表すグラフＧ１において焦点評価値が極大となるフォーカスレンズＦＬの位置ＡＦＰｏｓ１を算出する。

以下、図４を用いて、三点内挿により合焦位置を求める手順について説明する。まずメモリ９に記憶されているフォーカスレンズＦＬの位置と焦点評価値との組み合わせの中から、焦点評価値がもっとも大きい組み合わせ、ならびに、この組み合わせの前後の位置において取得された焦点評価値を含む組み合わせの、合計３つの組み合わせを取り出す。図４では、位置ＬＰ４における焦点評価値ＦＶ４がもっとも大きいので、点Ｐ４とその前後の点Ｐ３，Ｐ５の計３点を取り出すことになる。

これら取り出した３点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５のうち前の２点および後ろの２点を結ぶ直線を考え、これら２直線のうち傾きの絶対値が大きい方の直線、すなわち、より垂直に近い直線を選択する。図４では、前の２点Ｐ３，Ｐ４を結ぶ直線Ｌ２と、後ろの２点Ｐ４，Ｐ５を結ぶ直線Ｌ１を図示している。直線Ｌ１とＬ２とでは、直線Ｌ１の方が傾きの絶対値が大きいので、システム制御回路１１は直線Ｌ１を選択することとなる。

そして、選択された直線Ｌ１について、この直線の傾きの正負を反転させた新たな直線を考える。この新たな直線を、上述した３点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５のうち選択された直線Ｌ１に含まれない１点を通るように配置する。図４では、選択された直線Ｌ１の傾きの正負を反転させた新たな直線Ｌ３を、３点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５のうち直線Ｌ１に含まれない点Ｐ３を通るように配置している。この新たな直線Ｌ３と選択された直線Ｌ１との交点ＰＦに対応するフォーカスレンズＦＬの位置が、合焦位置ＡＦＰｏｓ１である。

図５は、システム制御回路１１が実行するＡＦ処理１を示すフローチャートである。なお、ＡＦ処理１におけるサーチ開始位置ＬＳＳ１，サーチ終了位置ＬＳＥ１，レンズ移動速度ＬＴＰｏｓＶ１およびＬＳＶ１は、ＡＦ処理１の実行に際して事前に設定される。

まずステップＳ２１では、現在位置ＡＦＰｏｓ０からサーチ開始位置ＬＳＳ１へのフォーカスレンズＦＬの駆動を開始する。このとき、フォーカスレンズＦＬの駆動速度はＬＴＰｏｓＶ１に設定される。ステップＳ２２では、フォーカスレンズＦＬがサーチ開始位置ＬＳＳ１に到達したか否かを判定し、到達するまでステップＳ２２を繰り返す。フォーカスレンズＦＬがサーチ開始位置ＬＳＳ１に到達すると、ステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２３では、サーチ終了位置ＬＳＥ１へのフォーカスレンズＦＬの駆動を開始する。このとき、フォーカスレンズＦＬの駆動速度はＬＳＶ１に設定される。サーチ時のフォーカスレンズＦＬの駆動速度ＬＳＶ１は、サーチ範囲内を所定の分割数で焦点評価値が取得できる速度が設定される。焦点評価値を取得可能なサンプリングレートとサーチ範囲ＳＳ１と記憶する焦点評価値の数とが決まれば駆動速度ＬＳＶ１を決定することが可能である。

ステップＳ２４では、デジタル信号処理回路８から焦点評価値を取得し、現時点でのフォーカスレンズの位置と対応付けてメモリ９へ記憶させる。ステップＳ２５では、焦点評価値を検出する際の撮像素子の蓄積時間の中心におけるレンズ位置を計算し、システム制御回路１１の内部メモリ（不図示）もしくはメモリ９に記憶する。ステップＳ２６では、サーチ終了位置ＬＳＥ１における焦点評価値を取得済みか否かを判定する。サーチ終了位置ＬＳＥ１の焦点評価値を取得していればステップＳ２７に進み、取得していなければステップＳ２４に戻る。

ステップＳ２７では、メモリ９に記憶されている焦点評価値に基づき、図４を用いて説明した三点内挿により合焦位置ＡＦＰｏｓ１を計算する。ステップＳ２８では、メモリ９に記憶されている焦点評価値の中で最大のもの、すなわち図４において点Ｐ４に対応する焦点評価値ＦＶ４が、所定のしきい値以上であるか否かを判定する。焦点評価値がしきい値以上となる場合、ステップＳ２７で求めた合焦位置ＡＦＰｏｓ１の信頼性が高いと判断してステップＳ２９へ進む。ステップＳ２９ではフォーカスレンＦＬズをステップＳ２７で求めた合焦位置ＡＦＰｏｓ１へ駆動させる。他方、ステップＳ２８において最大の焦点評価値が所定のしきい値未満であった場合にはステップＳ３０へ進み、フォーカスレンズＦＬを所定位置へ駆動させる。

ステップＳ３０における所定位置は、撮像素子４から前方に２ｍの位置に存在する被写体にピントが合う位置とする。人物撮影を行うと想定できる場合には、所定位置を撮像素子４から前方に１．５ｍ〜３ｍの位置に存在する被写体にピントが合う位置とするとよい。なお、ステップＳ３０における所定位置を例えば人物，風景，クローズアップ等の撮影モードに基づいて変更することにより、ピント合わせができなかった場合であっても撮影画像がピントの合った画像になる確率を高くすることができる。

次に、システム制御回路１１が実行するＡＦ処理２について説明する。本実施の形態による撮像装置１は、連写機能による連続する２回の撮影の合間にＡＦ処理２を実行し、被写体へのピント合わせを試みる。ＡＦ処理２はＡＦ処理１を前半の処理と後半の処理に分割した構成となっており、連写機能による各撮影間隔において、前半の処理と後半の処理とが交互に実行される。以下の説明では、上記の前半の処理をＡＦ処理２Ａと呼び、後半の処理をＡＦ処理２Ｂと呼ぶ。すなわち、システム制御回路１１は連写機能による撮影を行うとき、まずＡＦ処理１を実行してから１回目の撮影を行う。その後、１回目の撮影から２回目の撮影までの間隔すなわち第１撮像間隔において、ＡＦ処理２Ａを実行する。２回目の撮影を行った後、２回目の撮影から３回目の撮影までの間隔すなわち第２撮像間隔において、ＡＦ処理２Ｂを実行する。３回目の撮影を行うった後、ＡＦ処理２Ａの実行と４回目の撮影、ＡＦ処理２Ｂの実行と５回目の撮影、というように、ＡＦ処理２ＡおよびＡＦ処理２Ｂが、撮影毎に交互に実行される。

なお、連写機能による各撮影は、露出補正やシャッタースピード、感度などの撮影条件が同一となっていることが望ましい。これは、デジタル信号処理回路８による焦点評価値の演算へ、感度などが無視できない影響を与えるためである。

図６は、ＡＦ処理２の実行に伴うフォーカスレンズの位置の変化を示す図である。図６（ａ）に、ＡＦ処理２Ａの実行開始時におけるフォーカスレンズＦＬの位置を示す。図３と同様に、図６（ａ）に示す水平線ＡＸはフォーカスレンズＦＬの光軸を表しており、フォーカスレンズＦＬが図の左方向に移動すると撮像素子４の撮像面にはより遠方の被写体にピントが合った像ができる。逆に、フォーカスレンズＦＬが図の右方向に移動するとより近距離の被写体にピントが合った像ができる。

図６（ａ）において、ＡＦ処理２Ａの実行開始時におけるフォーカスレンズＦＬの位置をＡＦＰｏｓ０、フォーカスレンズのサーチの開始位置をＬＳＳ３１、フォーカスレンズのサーチの終了位置をＬＳＥ３１、ＬＳＳ３１からＬＳＥ３１までの範囲すなわちサーチ範囲をＳＳ３１としている。同様に、ＡＦ処理２Ｂにおけるフォーカスレンズのサーチの開始位置をＬＳＳ３２、フォーカスレンズのサーチの終了位置をＬＳＥ３２、ＬＳＳ３２からＬＳＥ３２までの範囲すなわちサーチ範囲をＳＳ３２としている。ＳＳ３１とＳＳ３２は同一の距離でなくてもよい。

フォーカスレンズＦＬの初期位置ＡＦＰｏｓ０は、システム制御回路１１が以前実行したＡＦ処理１における合焦位置を表している。ＡＦ処理２Ａにおけるサーチ終了位置ＬＳＥ３１、ならびに、ＡＦ処理２Ｂにおけるサーチ開始位置ＬＳＳ３２は、フォーカスレンズＦＬの初期位置ＡＦＰｏｓ０に設定される。すなわち、ＡＦＰｏｓ０と、ＬＳＥ３１と、ＬＳＳ３２と、は同一の位置を指す。

ＡＦ処理２Ａのサーチ開始位置ＬＳＳ３１は、サーチ終了位置ＬＳＥ３１に対して撮影時の焦点深度ＦＤの０．５〜１．５倍程度無限遠側に離れた位置に設定される。同様に、ＡＦ処理２Ｂのサーチ終了位置ＬＳＥ３２は、サーチ開始位置ＬＳＳ３２に対して撮影時の焦点深度ＦＤの０．５〜１．５倍程度至近側に離れた位置に設定される。また、サーチ速度ＬＳＶ３１，ＬＳＶ３２は、それぞれサーチ範囲ＳＳ３１，ＳＳ３２を所定の分割数で焦点評価値が取得できる速度に設定される。

ＡＦ処理２Ａの開始時、システム制御回路１１はサーチ範囲ＳＳ３１をサーチするために、まずフォーカスレンズＦＬを所定速度ＬＴＰｏｓＶ３でサーチ開始位置ＬＳＳ３１まで駆動させる。速度ＬＴＰｏｓＶ３はＡＦ処理１と同様に、可能な限り高速に設定する。フォーカスレンズＦＬがサーチ開始位置ＬＳＳ３１に到達した様子を図６（ｂ）に示す。この、フォーカスレンズＦＬがＡＦ処理２Ａにおけるサーチ開始位置ＬＳＳ３１に移動した状態を、撮像レンズ群２の第１調節状態と呼ぶ。

図６（ｂ）に示すように、撮像レンズ群２が第１調節状態になると、システム制御回路１１はフォーカスレンズのサーチを開始する。焦点評価値の検出は、フォーカスレンズＦＬをサーチ終了位置ＬＳＥ３１へ向けて所定速度ＬＳＶ３１で駆動させると共に、一定時間毎にデジタル信号処理回路８から焦点評価値を取得してメモリ９へ記憶させることにより行われる。このとき、メモリ９にはフォーカスレンズＦＬの位置とその位置における焦点評価値とが対応付けて記憶される。

システム制御回路１１が実行するＡＦ処理２Ａは、フォーカスレンズＦＬがサーチ終了位置ＬＳＥ３１に到達した時点で終了する。図６（ｃ）に、フォーカスレンズＦＬがサーチ終了位置ＬＳＥ３１に到達した様子を示す。サーチ終了位置ＬＳＥ３１は、前回撮影時に焦点評価値が極大となったフォーカスレンズＦＬの位置である。この位置にフォーカスレンズＦＬが到達した状態を、撮像レンズ群２の第２調節状態と呼ぶ。なお図６（ｃ）において、レンズ軌道上に存在する点ＬＰ３１〜ＬＰ３４は、その点において焦点評価値が取得されたことを表している。すなわち、メモリ９にはこれらの点ＬＰ３１〜ＬＰ３４の位置と、その位置における焦点評価値とが対応付けて記憶されている。

システム制御回路１１は、ＡＦ処理２Ａが終了した時点で撮影処理を実行する。すなわち、連写機能による２回目の撮影は、フォーカスレンズＦＬがＡＦ処理１実行時の合焦位置ＡＦＰｏｓ０に位置している状態で行われる。前回ＡＦ処理１を実行してからこの２回目の撮影が行われるまでに被写体と撮像装置１との位置関係が変化していなければ、この２回目の撮影は被写体にピントが合った状態で行われる。例えば被写体が前後に高速移動を行っていた場合には、この２回目の撮影は被写体にピントが合っていない状態で行われる可能性がある。

２回目の撮影が行われた後、全押しスイッチＳＷ２が押下された状態のままであれば、今度はＡＦ処理２Ｂが実行される。図６（ｃ）に示すように、ＡＦ処理２Ｂの開始時、フォーカスレンズＦＬはサーチ開始位置ＬＳＳ３２に位置している。そこで、システム制御回路１１は即座にサーチ範囲ＳＳ３２のサーチを開始する。フォーカスレンズのサーチは、フォーカスレンズＦＬをサーチ終了位置ＬＳＥ３２へ向けて所定速度ＬＳＶ３２で駆動させると共に、一定時間毎にデジタル信号処理回路８から焦点評価値を取得してメモリ９へ記憶させることにより行われる。このとき、メモリ９にはフォーカスレンズＦＬの位置とその位置における焦点評価値とが対応付けて記憶される。

システム制御回路１１が実行するＡＦ処理２Ｂは、フォーカスレンズＦＬがサーチ終了位置ＬＳＥ３２に到達した時点で終了する。図６（ｄ）に、フォーカスレンズＦＬがサーチ終了位置ＬＳＥ３２に到達した様子を示す。この、フォーカスレンズＦＬがＡＦ処理２Ｂにおけるサーチ終了位置ＬＳＥ３２に移動した状態を、撮像レンズ群２の第３調節状態と呼ぶ。

撮像レンズ群２が第３調節状態となった時点で、メモリ９には、図６（ｄ）に示した点ＬＰ３５〜ＬＰ３７の位置と、その位置における焦点評価値とが対応付けて記憶されている。すなわち、ＡＦ処理２Ａで取得した焦点評価値と合わせて、点ＬＰ３１〜ＬＰ３７の各位置における焦点評価値が取得できたことになる。システム制御回路１１は、これらのデータに基づいて、ＡＦ処理１と同様の三点内挿により合焦位置ＡＦＰｏｓ３を計算する。そして、フォーカスレンズＦＬをＡＦＰｏｓ３まで所定速度ＬＴＰｏｓＶ３で駆動させる。速度ＬＴＰｏｓＶ３は図６（ａ）と同様に、可能な限り高速に設定する。

図６（ｅ）に示すように、フォーカスレンズＦＬが合焦位置ＡＦＰｏｓ３に到達したことに応じて、システム制御回路１１は連写機能による３回目の撮影を行う。３回目の撮影が行われた後、全押しスイッチＳＷ２が押下された状態のままであれば、メモリ９に記憶されているフォーカスレンズＦＬの位置と焦点評価値との組み合わせは全て消去され、再びＡＦ処理２Ａが開始される。以上のように、連写機能による複数回の連写においては、前述のＡＦ処理１が撮影毎に半分ずつ実行される。

図７は、システム制御回路１１が実行するＡＦ処理２のフローチャートである。まずステップＳ３１では、ＡＦ処理を行う必要があるか否かを判定する。連写機能使用時は短い間隔で撮影が繰り返されるので、そもそもＡＦ処理を行う必要がない可能性があるために、このような判定を行っている。ＡＦ処理の要否判定は、例えば前回撮影時からの焦点評価値の変化が所定のしきい値以上か否かを調べる、前回撮影時からの輝度値の変化が所定のしきい値以上か否かを調べる、Ａ／Ｄ変換器６の出力を解析し算出された被写体の移動距離が所定のしきい値以上か否かを調べる、などの処理により行われる。ステップＳ３１においてＡＦ処理を行う必要があると判定された場合にはステップＳ３２へ進み、ＡＦ処理の必要が無いと判定された場合にはＡＦ処理２を終了する。

ステップＳ３２では、ＡＦ処理２の前回実行時にＡＦ処理２Ａが実行されたか否かを判定する。ＡＦ処理２ＢではなくＡＦ処理２Ａが実行されていた場合にはステップＳ３４へ進み、ＡＦ処理２Ｂを実行する。他方、ＡＦ処理２Ａが実行されていなかった場合にはステップＳ３３へ進み、ＡＦ処理２Ａを実行する。

図８は、図７のステップＳ３３でシステム制御回路１１により実行されるＡＦ処理２Ａのフローチャートである。まずステップＳ４１では、現在位置ＡＦＰｏｓ０からサーチ開始位置ＬＳＳ３１へのフォーカスレンズＦＬの駆動を開始する。このとき、フォーカスレンズＦＬの駆動速度はＬＴＰｏｓＶ３に設定される。ステップＳ４２では、フォーカスレンズＦＬがサーチ開始位置ＬＳＳ３１に到達したか否かを判定し、到達するまでステップＳ４２を繰り返す。フォーカスレンズＦＬがサーチ開始位置ＬＳＳ３１に到達すると、ステップＳ４３へ進む。

ステップＳ４３では、サーチ終了位置ＬＳＥ３１へのフォーカスレンズＦＬの駆動を開始する。このとき、フォーカスレンズＦＬの駆動速度はＬＳＶ３１に設定される。サーチ時のフォーカスレンズＦＬの駆動速度ＬＳＶ３１は、サーチ範囲内を所定の分割数で焦点評価値が取得できる速度が設定される。焦点評価値を取得可能なサンプリングレートとサーチ範囲ＳＳ３１と記憶する焦点評価値の数とが決まれば駆動速度ＬＳＶ３１を決定することが可能である。

ステップＳ４４では、デジタル信号処理回路８から焦点評価値を取得し、現時点でのフォーカスレンズＦＬの位置と対応付けてメモリ９へ記憶させる。ステップＳ４５では、焦点評価値を取得したときの蓄積重心となるレンズ位置を計算し、システム制御回路１１の内部メモリもしくはメモリ９に記憶する。ステップＳ４６では、サーチ終了位置ＬＳＥ３１における焦点評価値を取得済みか否かを判定する。サーチ終了位置ＬＳＥ３１の焦点評価値を取得していれば処理を終了し、取得していなければステップＳ４４に戻る。

図９は、図７のステップＳ３４でシステム制御回路１１により実行されるＡＦ処理２Ｂのフローチャートである。まずステップＳ５１では、現在位置ＡＦＰｏｓ０からサーチ終了位置ＬＳＥ３２へのフォーカスレンズＦＬの駆動を開始する。ステップＳ５１におけるフォーカスレンズＦＬの現在位置ＡＦＰｏｓ０は、常にサーチ開始位置ＬＳＳ３２と同一なので、サーチ開始位置ＬＳＳ３２へのフォーカスレンズＦＬの駆動処理を行う必要はない。

ステップＳ５２では、デジタル信号処理回路８から焦点評価値を取得し、現時点でのフォーカスレンズの位置と対応付けてメモリ９へ記憶させる。ステップＳ５３では、焦点評価値を検出する際の撮像素子の蓄積時間の中心におけるレンズ位置を計算し、システム制御回路１１の内部メモリもしくはメモリ９に記憶する。ステップＳ５４では、サーチ終了位置ＬＳＥ３２における焦点評価値を取得済みか否かを判定する。サーチ終了位置ＬＳＥ３２の焦点評価値を取得していればステップＳ５５に進み、取得していなければステップＳ５２に戻る。

ステップＳ５５では、ＡＦ処理１と同様に、メモリ９に記憶されている焦点評価値に基づき合焦位置ＡＦＰｏｓ３を計算する。ステップＳ５６では、メモリ９に記憶されている焦点評価値の中で最大のもの、すなわち図４において位置ＬＰ４に対応する焦点評価値ＦＶ４が、所定のしきい値以上であるか否かを判定する。焦点評価値がしきい値以上となる場合、ステップＳ５５で求めた合焦位置の信頼性が高いと判断してステップＳ５７へ進む。ステップＳ５７ではフォーカスレンズＦＬをステップＳ５５で求めた合焦位置へ駆動させる。他方、ステップＳ５６において最大の焦点評価値が所定のしきい値未満であった場合にはステップＳ５８へ進み、フォーカスレンズＦＬを所定位置へ駆動させる。この所定位置はＡＦ処理１のステップＳ３０（図５）と同様に設定される。

なお、ＡＦ処理１およびＡＦ処理２において、サーチ範囲はフォーカスレンズＦＬの駆動におけるバックラッシ等の誤差を考慮し、公知の方法により適切な補正を行うものとする。

上述した第１の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）システム制御回路１１は、連写機能を用いて被写体を繰り返し撮影する際に、２回目の撮影と３回目の撮影の間すなわち第１撮像間隔においてＡＦ処理２Ａを実行すると共に、３回目の撮影と４回目の撮影の間すなわち第２撮像間隔においてＡＦ処理２Ｂを実行する。これにより、連写機能における各撮影毎のＡＦ処理に必要な時間が従来以上に短縮される。

（２）ＡＦ処理２の実行開始時、ＡＦ処理を行う必要があるか否かを判定する。これにより、被写体の動きが小さくＡＦ処理を行う必要が無い場合には、より短い時間で連続撮影が行われる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
図１０は、第１の実施の形態の変形例に係る一眼レフレックスタイプの撮像装置３００を示す図である。撮像装置３００はカメラボディ１００と交換レンズ２００から構成される。交換レンズ２００はフォーカスレンズを含む撮像レンズ群２０１を備える。またカメラボディ１００は、接眼レンズ１０６と、撮像レンズ群２０１からの光束を受光し撮像する撮像素子１０３と、撮像レンズ群２０１からの光束の光路上に配置され撮像レンズ群２０１からの光束を一部透過し一部反射するクイックリターンミラー１０１と、クイックリターンミラー１０１が反射した光束を接眼レンズ１０６へ導くペンタゴナルダハプリズム１０５と、撮像面位相差方式の焦点調節装置１０４とを備える。クイックリターンミラー１０１の背面には、クイックリターンミラー１０１を透過した光束を焦点調節装置１０４へ導くためのサブミラー１０２が設けられている。

連写機能がオフになっている場合、撮像装置３００は焦点調節装置１０４を用いて焦点合わせを行う。撮影時には図１０に破線で示すようにクイックリターンミラー１０１およびサブミラー１０２が光路から退避し、撮像レンズ群２０１からの光束が撮像素子１０３へ入射する。撮影が終了したら、クイックリターンミラー１０１およびサブミラー１０２は光路上へ復帰される。

連写機能がオンになっている場合、撮像装置３００は最初の撮影時のみ焦点調節装置１０４を用いて焦点合わせを行う。１回目の撮影が行われた後、不図示の全押しスイッチが押下され続けていた場合には、撮像装置３００はクイックリターンミラー１０１およびサブミラー１０２を光路上に復帰させない。そのため、クイックリターンミラー１０１およびサブミラー１０２の駆動時間が必要なく、各撮影の間隔はその分短縮される。しかしながら、焦点調節装置１０４による焦点合わせを各撮影毎に行うことができない。

そこで、撮像装置３００は連写機能による２回目以降の撮影について、撮像装置１０３を用いたコントラストＡＦを利用する。２回目の撮影前には第１の実施の形態で述べたＡＦ処理２Ａが実行され、３回目の撮影前には第１の実施の形態で述べたＡＦ処理２Ｂが実行される。これにより、各ミラーの駆動を省略し撮影間隔の短縮を図ると共に、２回に分けて行われるＡＦ処理による撮影毎の焦点合わせを行うことができる。

（変形例２）
ＡＦ処理２Ａのサーチ終了位置ＬＳＥ３１およびＡＦ処理２Ｂのサーチ開始位置ＬＳＳ３２を、前回実行されたＡＦ処理における合焦位置ＡＦＰｏｓ０以外の位置に設定してもよい。例えば、特許文献１に記載されているように、過去の合焦位置に基づいて被写体の移動に追従した位置をＬＳＥ３１およびＬＳＳ３２としてもよい。また、撮像面位相差方式のＡＦセンサや、外光パッシブ方式のＡＦセンサなどを撮像装置に設け、それらのＡＦセンサにより検出された合焦位置をＬＳＥ３１およびＬＳＳ３２としてもよい。これらのＡＦセンサによる演算は、ＡＦ処理２Ａのためフォーカスレンズを駆動している間に行うことが可能である。

（変形例３）
ＡＦ処理２Ａのサーチ開始位置ＬＳＳ３１およびＡＦ処理２Ｂのサーチ終了位置ＬＳＥ３２を、過去の合焦位置に基づいて決定するようにしてもよい。例えば、過去の合焦位置から被写体の動きが大きいと判断される場合にはサーチ範囲ＳＳ３１およびＳＳ３２を広くし、被写体の動きが小さいと判断される場合にはサーチ範囲ＳＳ３１およびＳＳ３２を狭くしてもよい。また、被写体の動く方向に応じてサーチ範囲を変化させてもよい。例えば、被写体が至近側に移動していると考えられる場合には、サーチ範囲ＳＳ３１を短くし、サーチ範囲ＳＳ３２を長くするようにしてもよい。

（変形例４）
第１の実施の形態では、連写機能を用いた複数回の撮影が可能な限り高速に行われることを重視した構成としていた。すなわち、サーチ開始位置やサーチ終了位置にフォーカスレンズが到達し次第、次の処理を実行するように構成していた。これを、等間隔で撮影が行われることを重視した構成としてもよい。例えば、サーチ開始位置やサーチ終了位置にフォーカスレンズが到達した場合であっても、フォーカスレンズの駆動開始から所定時間が経過していない場合には次の処理を実行しないように撮像装置を構成してもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１ 撮像装置
２ 撮像レンズ群
１１ システム制御回路
ＦＬ フォーカスレンズ

Claims (8)

1. 光学系による像を撮像する撮像手段と、
   前記光学系の焦点調節状態を、第１調節状態から該第１調節状態と異なる第２調節状態を経て前記第１調節状態および前記第２調節状態とは異なる第３調節状態まで調節する焦点調節手段と、
   前記光学系による像のコントラストに応じた焦点評価値を、前記焦点調節手段によって調節される前記光学系の焦点調節状態に対応付けて検出する焦点検出手段と、
   前記撮像手段によって前記像を繰り返し撮像する際の複数の撮像間隔のうちの第１撮像間隔において、前記第１調節状態と前記第２調節状態との間で前記光学系を調節して前記焦点評価値を検出するとともに、前記第１撮像間隔とは異なる第２撮像間隔において、前記第２調節状態と前記第３調節状態との間で前記光学系を調節して前記焦点評価値を検出する制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記第２調節状態は、前記焦点評価値が極大となる前記光学系の焦点調節状態であり、
   前記制御手段は、前記第１撮像間隔において前記第１焦点状態から前記第２焦点状態へ向けて調節した後に前記撮像手段による撮像を行い、前記第２撮像間隔において前記第３焦点状態から前記第２焦点状態へ向けて調節した後に前記撮像手段による撮像を行うよう制御することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記焦点検出手段によって検出した前記焦点評価値が最大となる前記光学系の焦点調節状態の履歴に基づいて前記第２調節状態を決定することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２または３に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記焦点検出手段によって検出した前記焦点評価値が最大となる前記光学系の焦点調節状態の履歴に基づいて、前記第１調節状態と前記第３調節状態とを決定することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１または２に記載の撮像装置において、
   前記光学系を通る一対の光束に基づいて、前記光学系の像面のずれ量を検出するずれ量検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記ずれ量に基づいて前記第２調節状態を決定することを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、
   前記撮像手段は、前記光学系を通る一対の光束を受光して一対の受光信号を出力する受光手段を有し、
   前記ずれ量検出手段は、前記受光手段から出力された前記一対の受光信号に基づいて前記撮像手段と前記光学系の像面とのずれ量を検出することを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記撮像手段は、前記焦点調節手段による前記第１調節状態から前記第３調節状態までの調節を含む１周期の焦点調節に対応する複数回の前記撮像の際の撮像条件を同一にすることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記光学系からの光束の光路中に配置されて前記光束を遮断するとともに、選択的に前記撮像手段に向ける光路遮断手段を更に備え、
   前記撮像手段は、前記光路遮断手段によって前記光束が前記撮像手段に向けられた状態で前記光学系による像を繰り返し撮像することを特徴とする撮像装置。

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