JP2012128316A - 自動焦点調整装置およびそれを有するレンズ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動焦点調整における安定性および追従性の両立が可能な自動焦点調整装置を提供する。
【解決手段】自動焦点調整装置は、フォーカスレンズ群と、フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス機構と、位相差によって焦点を検出する第１焦点検出手段と、撮像素子からの信号を用いて焦点を検出する第２焦点検出手段と、第１の焦点検出手段による第１焦点検出結果と、第２焦点検出手段による第２焦点検出結果とに基づいてフォーカス機構を制御して自動焦点調整するフォーカス制御手段と、第１焦点検出手段から得られる像信号に基づき、被写体が光軸に垂直方向の成分を有して移動したことを検出する移動検出手段と、合焦後、新たに検出される第１焦点検出結果と第２焦点検出結果と該移動検出手段の検出結果とに基づき、フォーカス機構を制御する自動焦点調整を再起動するか否かを決定する再起動決定手段と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動焦点調整装置に関し、特にスチルカメラ、テレビカメラ、ビデオカメラ等に用いられる自動焦点調整装置およびそれを有するレンズ装置に関するものである。

従来、スチルカメラやテレビカメラおよびビデオカメラ等に用いられる自動焦点調整技術に関する様々な提案がなされている。

例えば、撮像素子により撮像された画像の高周波成分を抽出し、画像の鮮鋭度に対応する評価値が最大になるようにフォーカス位置を制御し、焦点調節を行うコントラスト方式自動焦点調整(以後、映像ＡＦと記載する）が提案されている。映像ＡＦにおいては、フォーカス位置に対する、画像のコントラストに対応する評価値の極大点があるフォーカスの方向の判定及び極大点の判定には、フォーカス位置を変動させるサーチ動作が不可欠となる。被写体を撮像する撮像素子からの出力信号に基づいて得られた映像信号を用いて合焦判定を行うので、合焦精度が高いことが知られている。

また、測距センサを撮影レンズとは独立に設け、求められた被写体距離からフォーカスレンズの合焦位置を算出し、フォーカスレンズを制御し焦点調節を行う、所謂、外測ＡＦが提案されている。また、撮影レンズを通過した光束を分岐光学系により分岐し、分岐された光束から被写体に対する合焦状態を検出し、その結果に基づき焦点調節を行う位相差方式自動焦点調整（以後、位相差ＡＦと記載する）が提案されている。

これらのうち外測ＡＦおよび位相差ＡＦについては、焦点検出装置内で、被写体からの光束を２つの光束に分割され、センサ上に２像を形成する。そして光電変換された２像信号に対して相関演算を行うことにより位相差を検出する。この位相差からデフォーカス量や、被写体距離を算出し、フォーカスレンズの駆動目標位置に変換し、フォーカスレンズの制御を行うことにより、焦点調節を行う。

外測ＡＦおよび位相差ＡＦは、映像ＡＦで行われるサーチ動作を行う必要がなく、合焦速度が速いことが知られている。

さらに、映像ＡＦの高い合焦精度と、外測ＡＦや位相差ＡＦの速い合焦速度を生かすために、これらのＡＦ方式を組み合わせたハイブリッドＡＦ方式が提案されている。

ところで、自動焦点調整により目的の被写体に合焦状態を維持させる場合において、被写体距離が変化し非合焦状態になった場合、その都度、自動焦点調整動作を実行する必要がある。

自動焦点調整装置を映像ＡＦのみで構成した場合において、合焦後再度、自動焦点調整動作（以後、ＡＦの再起動動作と呼ぶ）を実行する際、実行するか否かの判定基準を、映像ＡＦの評価値が所定値以上低下したことを条件としていた。

この場合、被写体が撮像面に対して平行方向(左右上下方向)に移動したり、パンニングしたりするなど、被写体が被写体距離の変化を伴わない移動をした場合、合焦状態であっても、被写体の移動中は、映像ＡＦの評価値が低下することがある。

したがって、映像ＡＦ評価値が所定値以上低下したという条件だけでは、被写体距離が変化したことによるものであるのか、被写体距離の変化を伴わない被写体の移動によるものであるのか、判断が困難である。そして、合焦中であれば必要のないはずであるＡＦの再起動動作が実行され、サーチ動作が行われると、撮影された映像は非常に見づらいものとなってしまう。

例えば、特許文献１では、ブレ検出手段を用いて、構図変更を検出し、構図変更中は焦点調節をしないよう制御することが、開示されている。流し撮りなどによる動画撮影中に構図変更があった場合、画面内における被写体の遠近状況が変化することをうけて、ＡＦが追従しフォーカスが不安定になることを防ぐことができる。

特開２００７−１７４５２１号公報

上述の特許文献１に開示された従来技術では、構図変更の検出中はＡＦを停止させるので、パンニングした際は上述の通り、フォーカスが不安定になることを防ぐことができる。

しかしながら、構図変更ではなく、被写体が撮像面に対して平行に移動した場合には、構図変更を検出しないため、被写体の移動中に映像ＡＦ評価値が低下した際、ＡＦサーチが実行されフォーカスが不安定になってしまう可能性がある。
そこで、本発明の目的は、被写体の移動や構図変更があった場合に、ＡＦ再起動動作を適切に実行することにより、ＡＦにおける安定性および追従性を両立することを可能にした自動焦点調整装置を提供することである。

本発明の自動焦点調整装置は、フォーカスレンズ群と該フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス機構と、位相差によって焦点を検出する第１の焦点検出手段と、撮像素子からの信号を用いて焦点を検出する第２の焦点検出手段と、該第１の焦点検出手段による第１の焦点検出結果と、該第２の焦点検出手段による第２の焦点検出結果とに基づいて、該フォーカス機構を制御して自動焦点調整するフォーカス制御手段と、該第１の焦点検出手段から得られる像信号に基づき、被写体が光軸に垂直な方向の成分を有して移動したことを検出する移動検出手段と、合焦後、新たに検出される第１の焦点検出結果と第２の焦点検出結果と該移動検出手段が検出する結果とに基づき、フォーカス機構を制御する自動焦点調整を再起動するか否か決定する再起動決定手段と、を有するすることを特徴とする。

本発明によれば自動焦点調整における安定性および追従性を両立することを可能にした自動焦点調整装置を提供することができる。

実施例における自動焦点調整装置の構成を示すブロック図。 外測センサを用いた位相差検出の概念を説明する図。 実施例における合焦動作を説明するフローチャート。 実施例における外測ＡＦの処理を説明するフローチャート。 実施例における映像ＡＦの処理を説明するフローチャート。 実施例におけるＡＦ再起動判定(映像ＡＦ評価値、外測ＡＦ結果)の処理を説明するフローチャート。 実施例における被写体の平行移動検出の処理を説明するフローチャート。 実施例における平行移動検出の原理を説明する図。 実施例におけるＡＦ再起動判定(映像ＡＦ評価値のみ)の処理を説明するフローチャート。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかわる自動焦点調整装置の構成を示すブロック図である。

以下、図１を参照して、本発明の実施例による、自動焦点調整装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかわる自動焦点調整装置の構成を示すブロック図である。同図において、本自動焦点調整装置は、レンズ装置１００とカメラ装置２００とから構成されている。

レンズ装置１００は、フォーカスレンズ群１１１と、フォーカスモータ１１２と、ドライバ１１３と、フォーカス位置検出部１１４を含むフォーカス機構を含む。フォーカスレンズ群１１１は、ドライバ１１３によって駆動されるフォーカスモータ１１２によって光軸方向に移動する。
フォーカスレンズ群１１１の位置は、フォーカス位置検出部１１４によって検出される。

センサ結像レンズ１２１は、後述する撮像素子２０１に入射する光束が通過する光学系とは独立した位置に配置され、このセンサ結像レンズ１２１に入射した光束は、２つの光束に分割され、外測センサ１２２上に一対の像（以下２像と呼ぶ）が形成される。外測センサ１２２は形成された２像を光電変換し、２つの像信号として出力する。

図２に、センサ結像レンズ１２１および外測センサ１２２を用いた位相差検出および被写体距離算出の概念図を示す。センサ結像レンズ１２１は一対のレンズ１２１−１、１２１−２により構成され、外測センサ１２２は一対のエリアセンサ１２２−１、１２２−２により構成される。外測センサ１２２の基線長をＢ、センサ結像レンズ１２１の焦点距離をｆ、エリアセンサ１２２−１とエリアセンサ１２２−２に結像される各像信号の位相差をＰとする。そして、被写体からセンサ結像レンズ１２１までの距離である被写体距離Ｌは、式（１）により算出することができる。
Ｌ＝ｆ×Ｂ／Ｐ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）

図１の説明に戻る。レンズ装置１００はＣＰＵ１３０を有し、ＣＰＵ１３０は、後述するセンサ制御部１３１、位相差検出部１３２、移動検出部１３３、制御部１３４、コントラスト焦点検出部１３５、レンズ制御部１３６および記憶部１３７を含む。

センサ制御部１３１は、外測センサ１２２を制御し、外測センサ１２２から２つの像信号を取得し、２像波形として出力する。位相差検出部１３２は、センサ制御部１３１が出力する２像波形に基づき、相関演算を行うことにより位相差を求め、式（１）により被写体距離を求める。

本発明の自動焦点調整装置において、センサ結像レンズ１２１と、外測センサ１２２と、センサ制御部１３１と、位相差検出部１３２とで、位相差検出方式による第１の焦点検出手段（外測ＡＦ機構）を構成し、コントラスト焦点検出部１３５は、コントラスト方式による第２の焦点検出手段を形成する。

移動検出部１３３は、２像波形に基づき、被写体が外測センサ１２２の光軸に垂直な方向の成分を有して移動したか否かを検出（判定）する。被写体が外測センサ１２２の光軸に垂直な方向の成分を有して移動することは、撮像面が光軸に対して垂直に配置される通常の場合においては、被写体が撮像面に対して平行な方向の成分を有して移動することを意味する。本実施例においては、光軸に対して垂直な撮像面に対して左右方向の成分を有して被写体が移動（以後、平行移動と記載する）する場合について述べる。被写体の平行移動を検出する方法については後述する。

フォーカス制御手段である制御部１３４は、位相差検出部１３２から得られる被写体距離（第１の焦点検出結果）や、後述のコントラスト焦点検出部１３５から得られる映像ＡＦ評価値（第２の焦点検出結果）に基づき、後述のレンズ制御部１３６に対してフォーカスレンズ群１１１を駆動させるための指令値を出力する。

ここで、カメラ装置２００は、撮像素子２０１および画像処理部２０２を有する。撮像素子２０１は、フォーカスレンズ群１１１を含む光学系を通過した光束が入射し、それを光電変換し出力する。画像処理部２０２は、光電変換された信号を画像信号に変換し、レンズ装置１００に対し出力する。

レンズ装置１００のコントラスト焦点検出部１３５は、カメラ装置２００の画像処理部２０２から画像信号を得る。さらに、得られた画像信号から高周波成分を抽出し、合焦判定のために用いる映像ＡＦ評価値を求める。レンズ制御部１３６は、ドライバ１１３、フォーカスモータ１１２を介して、フォーカスレンズ群１１１を光軸方向における目標位置に移動させる。

記憶部１３７は、外測センサ１２２から得る２像波形や、位相差検出部１３２により求める被写体距離や、コントラスト焦点検出部１３５により求める映像ＡＦ評価値、およびフォーカス位置などの、ＡＦの再起動動作を実行するか否かを制御部１３４（再起動決定手段）が判定するために必要な情報、を記憶する。

次に、本実施例における自動焦点調整装置のＡＦ動作の一連の流れを、図３以降のフローチャートおよび図を用いて説明する。図３は本実施例における、ＡＦ動作の処理の流れを示している。ＣＰＵ１３０は、これらの処理を、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って制御する。レンズ装置１００に電源が入ると、ＣＰＵ１３０の処理は、ステップＳ１１０から処理を実行する。ステップＳ１１０からステップＳ１７０を経て、本実施例における自動焦点調整装置は、目標とする被写体に合焦している状態となる。そして、ステップＳ１９０もしくはステップＳ２００において、ＡＦ動作の再起動が必要と判定されると、再びステップＳ１１０から処理を実行する。

以下、順を追って説明する。
ステップＳ１１０において、制御部１３４は、記憶部１３７に記憶されている、外測ＡＦの２像波形や、被写体距離や映像ＡＦ評価値、フォーカス位置などの再起動判定に必要な情報を初期化する。

ステップＳ１２０において、外測ＡＦ機構によりフォーカス目標位置を算出する。ステップＳ１２０の外測目標位置算出について、図４のフローチャートを用いて説明する。

図４のステップＳ１２１において、位相差検出部１３２は、得られた２像波形に基づき、相関演算によって、位相差を求める。このとき、記憶部１３７に、２像波形Ｗ１を記憶する。

相関演算時、２像波形の像形状がどの程度一致しているかを表す二像一致度を考慮する。この二像一致度は、相関演算の過程で得られるものであり、二像一致度が大きいほど、相関演算結果の信頼性が高いことを示す。

したがって、外測ＡＦ信頼性値が所定値より大きい場合は、相関演算結果が信頼できることを示し、所定値より小さい場合は、相関演算結果が信頼できないことを示す。本実施例においては、二像一致度を外測ＡＦ信頼性値と称する。第１の焦点検出手段からは、前記外測ＡＦ信頼性値と、２像波形、被写体距離が、焦点検出に関する情報である第１の焦点検出結果として出力される。

ステップＳ１２２において、この外測ＡＦ信頼性値が所定値以上の場合は、ステップＳ１２３に進み、所定値より小さい場合は、外測ＡＦによるフォーカス目標位置を算出せずに、図２のステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１２３において、位相差検出部１３２は、位相差から前述の式（１）により、不図示の被写体の被写体距離Ｄ１を算出する。

ステップＳ１２４において、制御部１３４は、ステップＳ１２３で算出した被写体距離Ｄ１に対応するフォーカス目標位置Ｐｔを算出する。フォーカス目標位置は、ステップＳ１２３で算出した被写体距離Ｄ１と不図示のプログラムに格納してあるテーブルを用いることにより求める。ここで、制御部１３４は、被写体距離Ｄ１を記憶部１３７に記憶する。その後図３のステップＳ１３０へ進む。

図３のステップＳ１３０に進み、外測ＡＦ信頼性値が所定値以上のとき、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０において、外測ＡＦが信頼できることを示す外測ＡＦ_ＯＫフラグをＯＮし、ステップＳ１６０に進む。

また、ステップＳ１３０において、外測ＡＦ信頼性値が所定値より小さいとき、ステップＳ１５０に進み外測ＡＦ_ＯＫフラグをＯＦＦし、ステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１６０において、レンズ制御部１３６は、ドライバ１１３およびフォーカスモータ１１２を介して、ステップＳ１２４で求めたフォーカス目標位置Ｐｔにフォーカスレンズ群１１１を駆動する。

ステップＳ１７０において、映像ＡＦによる合焦動作を実行する。ここで、ステップＳ１７０の映像ＡＦについて、図５のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１７１において、制御部１３４は、その時点におけるフォーカス位置において、フォーカス位置を至近方向及び無限遠方向に移動させるウォブリング動作を実行し、映像ＡＦ評価値が大きくなるフォーカスレンズ群１１１の駆動方向を判定する。

ステップＳ１７２において、所定のサンプリング間隔だけ離れた位置をフォーカス目標位置として更新する。

ステップＳ１７３において、レンズ制御部１３６は、ステップＳ１７２にて求めたフォーカス目標位置に向けて、フォーカスレンズ群１１１を駆動させる。

ステップＳ１７４において、コントラスト焦点検出部１３５は、画像処理部２０２から得る画像信号から高周波成分を抽出し、映像ＡＦ評価値を求める。

ステップＳ１７５において、ステップＳ１７４にて求めた映像ＡＦ評価値が極大値を得たか否かを判断する。ステップＳ１７１からステップＳ１７５までは所謂山登り検出と呼ばれ、極大値を検出するまで、サーチ動作を繰り返す。

ステップＳ１７５において極大値を検出すると、ステップＳ１７６へ進む。ステップＳ１７６において、レンズ制御部１３６は、極大値を示したフォーカス位置へフォーカスレンズ群１１１を駆動させる。このフォーカス位置が合焦点となる。

ステップＳ１７７において、制御部１３４は、合焦時の映像ＡＦ評価値Ｖ１を記憶部１３７に記憶する。その後ステップＳ１８０へ進む。

ステップＳ１８０において、制御部１３４は、記憶部１３７に記憶されている外測ＡＦ_ＯＫフラグがＯＮのとき、ステップＳ１９０の再起動判定１に進み、外測ＡＦ_ＯＫフラグがＯＦＦのとき、ステップＳ２００の再起動判定２に進む。

そして、ステップＳ１７０での合焦後に、新たに検出される被写体距離（第１の焦点検出評価値）と映像ＡＦ評価値（第２の焦点検出評価値）に基づいて、ステップＳ１９０もしくはステップＳ２００においてＡＦ動作の再起動が必要と判定されると、再びステップＳ１１０から処理を実行する。

ステップＳ１９０の再起動判定１について、図６のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１９１において、コントラスト焦点検出部１３５は、ステップＳ１７４と同様の処理を行い、映像ＡＦ評価値Ｖnowを算出する。

ステップＳ１９２において、制御部１３４は、図５のステップＳ１７７にて記憶した合焦時の映像ＡＦ評価値Ｖ１と、ステップＳ１９１で求めた映像ＡＦ評価値Ｖnowを比較し、Ｖ１とＶnowの差（変動量）が閾値ＴｈＶ１以下（第１の所定値以下）である場合は、ステップＳ１９１に戻る。このときステップＳ１８０の合焦時から被写体の位置に変化がないと判断している。Ｖ１とＶnowの差が閾値ＴｈＶ１よりも大きい場合、ステップＳ１９３に進む。

閾値ＴｈＶ１は、ステップＳ１７６にて合焦状態となった被写体に対して、合焦状態ではなくなった可能性があると判断するための閾値であり、例えば、合焦時の映像ＡＦ評価値Ｖ１の２０％とするなど、Ｖ１に対して相対的な値であることが望ましい。また、閾値ＴｈＶ１は、撮影環境に応じてその都度適切な値を設定しても良いし、あらかじめ固定値をプログラムに書き込んだものを用いても良い。

ステップＳ１９３において、位相差検出部１３２は、外測センサ１２２およびセンサ制御部１３１を介して得られた２像波形に基づき、ステップＳ１２１と同様の処理を行い、相関演算によって、位相差を求める。このとき、記憶部１３７に、２像波形Ｗnowを記憶する。

ステップＳ１９４において、位相差検出部１３２は、ステップＳ１２３と同様の処理を行い、位相差から被写体距離Ｄnowを算出する。

ステップＳ１９５において、制御部１３４は、ステップＳ１２３で記憶した外測ＡＦによる合焦時の被写体距離Ｄ１と、ステップＳ１９４で算出した被写体距離Ｄnowを比較する。Ｄ１とＤnowの差（変動量）の絶対値が閾値ＴｈＤ（第２の所定値）よりも大きい場合は、ＡＦ再起動が必要であると判断し、図３のステップＳ１１０に戻る。被写体が移動し、被写体距離が変化し、合焦状態ではなくなったときこの処理が行われる。

Ｄ１とＤnowの差の絶対値が閾値ＴｈＤ以下（第２の所定値以下）である場合は、被写体距離が変化していない、もしくは合焦範囲内での被写体距離の変化であると判断し、ステップＳ１９６に進む。

閾値ＴｈＤは、被写界深度から被写体が外れるまでの距離である。閾値ＴｈＤは、不図示の光学系の焦点距離や絞り値などから決定する被写界深度に応じて、その都度適切な値を設定しても良いし、あらかじめ固定値をプログラムに書き込んだものを用いても良い。

ステップＳ１９６において、移動検出部１３３は、ステップＳ１２１にて記憶した２像波形Ｗ１と、ステップＳ１９３にて記憶した２像波形Ｗnowとに基づき、ステップＳ１２１からステップＳ１９３の間に、被写体が撮像面に対し平行な成分を有して移動したか否か（以後、平行移動検出と記載する）を検出する。

ここで、ステップＳ１９６の平行移動検出について、図７および図８を用いて説明する。

図７のステップＳ１９６１において、ステップＳ１２２において記憶した２像波形Ｗ１における輝度レベルの最大値を示す画素のインデックス（座標）Idx_W1を求める。

次にステップＳ１９６２において、ステップＳ１９３で得られた、２像波形Ｗnowにおける輝度レベルの最大値を示す画素のインデックスIdx_Wnowを求める。

図８の（ａ）は、図３のステップＳ１２１における、２像波形Ｗ１を表したものである。図８の（ｂ）は、ステップＳ１９３における、被写体距離の変化を伴わずに右方向に移動中の被写体の２像波形Ｗnowを表したものである。２像波形のうち、一方のみを表している。それぞれ縦軸は輝度レベル、横軸は外測センサの画素である。

ステップＳ１９６３において、ステップＳ１９６１およびステップＳ１９６２にて求めたそれぞれの画素のインデックスを比較する。比較した結果、図８の様にIdx_W1とIdx_Wnowに差があるとき、ステップＳ１９６４に進み平行移動フラグをＯＮにする。一方、Idx_W1とIdx_Wnowが等しいときは、ステップＳ１９６５に進み平行移動フラグをＯＦＦにする。その後、図６のステップＳ１９７に進む。

図６のステップＳ１９７において、平行移動フラグがＯＮのとき、ステップＳ１９１に戻り、再び再起動判定１の処理を行う。例えば、被写体距離の変化を伴わない方向に被写体が移動している間は、この処理が実行される。

ステップＳ１９７において、平行移動フラグがＯＦＦのとき、ステップＳ１９８に進む。

ステップＳ１９８において、制御部１３４は、図３のステップＳ１７７にて記憶した映像ＡＦ評価値Ｖ１と、ステップＳ１９１にて求めた映像ＡＦ評価値Ｖnowを比較する。

Ｖ１とＶnowの差（変動量）が、閾値ＴｈＶ１より大きい閾値ＴｈＶ２以下（第３の所定値以下）である場合は、ステップＳ１９１に戻り、再び再起動判定１の処理を行う。例えば、被写体の位置は変わらずに、被写体の輝度や周囲の明るさが低下した場合、この処理が実行される。

一方、Ｖ１とＶnowの差が閾値ＴｈＶ２よりも大きい場合は、撮影シーンが変わり、ステップＳ１８０で合焦したときから状況が変わったと判断し、ＡＦを再起動するため、図３のステップＳ１１０に戻る。一般に撮影シーンが変わると映像ＡＦ評価値が大幅に下がる場合が多く、撮影シーンが変わり、撮影対象被写体が変化したことを検出するためには、閾値ＴｈＶ２の値が、閾値ＴｈＶ１よりも大きな値である必要がある。

次に、ステップＳ２００の再起動判定２に進んだときの処理の流れを図９のフローチャートを用いて説明する。被写体のコントラストが低い場合、外測ＡＦ信頼性値が低くなってしまうため、映像ＡＦ評価値のみを用いて公知の方法で再起動判定を行う。ここではその一例を述べる。

図９のステップＳ２０１において、コントラスト焦点検出部１３５は、映像ＡＦ評価値を算出する。ステップＳ１７４と同様の処理を行い、映像ＡＦ評価値Ｖnowを求める。

ステップＳ２０２において、制御部１３４は図３のステップＳ１７７にて記憶した合焦時の映像ＡＦ評価値Ｖ１と、ステップＳ２０１にて求めた映像ＡＦ評価値Ｖnowを比較する。ステップＳ２０２において、Ｖ１とＶnowの差が閾値ＴｈＶ３より大きい場合は、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３において、Ｖ１とＶnowの差が閾値を上回った回数を数えるためのカウンタｉをインクリメントする。閾値ＴｈＶ３は、前述した閾値Ｖ１と等しい値とするのが望ましい。

ステップＳ２０５において、閾値を上回った回数が所定の回数を超えたか否かを判定する。所定の回数を超えたときは、ＡＦの再起動となり、図３のステップＳ１１０に戻る。一方、所定の回数を超えていないときは、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６において、Ｖ１とＶnowの差が閾値ＴｈＶ４（＞ＴｈＶ３）より大きい場合は、Ｖ１とＶnowの差が閾値を上回った回数にかかわらず、ＡＦの再起動となり、図３のステップＳ１１０に戻る。

一方、Ｖ１とＶnowの差が閾値ＴｈＶ４以下である場合は、ステップＳ２０１に戻り、再び再起動判定２の処理を行う。閾値ＴｈＶ４は、ステップＳ１７６にて合焦状態となった被写体に対して、完全に合焦状態ではなくなった、または撮影シーンが変わった、と判断するための閾値であり、閾値ＴｈＶ３よりも大きい値である必要がある。

ステップＳ２０２において、制御部１３４は図３のステップＳ１７０で記憶した映像ＡＦ評価値Ｖ１と、ステップＳ２０１で求めた映像ＡＦ評価値Ｖnowを比較し、その差が閾値ＴｈＶ３以下である場合は、ステップＳ２０４に進み、ｉをクリアし、ステップＳ２０１に戻り、再び再起動判定２の処理を行う。

以上説明した様に、本実施例によれば、目的の被写体に対して合焦状態となった後、被写体距離が変化し、その被写体が合焦状態ではなくなった際にはすぐにＡＦの再起動を実行可能になる。

また、被写体距離の変化を伴わない被写体の移動のほか、撮像装置のパンニングにより映像ＡＦ評価値が下がった場合でも、合焦状態を保っている際はＡＦの再起動判定処理を継続し、サーチ動作によりフォーカスが不安定になることを防ぐことができる。

さらに、本実施例によれば、映像ＡＦ評価値の変化、被写体距離の変化、および平行移動の３つの要素を合焦時と比較しＡＦの再起動動作を行うか否かを決定している。すなわち再起動判定中もＡＦの被写体距離や映像ＡＦ評価値などを検出している。常に検出系は動作しているので、ＡＦの再起動が必要な際は、すぐに再起動動作を実行することができる。

この様に、ＡＦにおける安定性および追従性を両立することを可能にした自動焦点調整装置を提供することができる。

本実施例で述べた閾値ＴｈＶ１，ＴｈＶ２，ＴｈＤ，の設定方法については、ステップＳ１２０の外測目標位置算出や、ステップＳ１７０の映像ＡＦ合焦動作で実行される各演算結果に基づいて自動的に設定されるようにしても良いし、外部から任意の値に設定可能としても良い。このように閾値を任意に設定可能とすることにより、室内撮影、屋外撮影、夜間撮影等の撮影条件や、接続される撮像装置等の特徴にあわせて、柔軟に閾値を変更可能とし、良好な条件の撮影を実現することができる。

また本実施例では、平行移動検出の方法として、ステップＳ１２１にて記憶した２像波形Ｗ１と、ステップＳ１９３にて記憶した２像波形Ｗnowにおいて、輝度レベルの最大値をとる画素のインデックスを比較すると説明したが、次に示す方法としても良い。

例えば、ステップＳ１２１にて記憶した２像波形Ｗ１と、ステップＳ１９３にて記憶した２像波形Ｗnowにおいて、各波形の重心をとる画素のインデックス（座標）を比較する様にしても良い。

例えば、図８に示す、Ｗ１とＷnowにおいて相関演算を行い、位相差を持つ場合に、被写体が平行移動したと判定するようにしても良い。すなわち、異なる複数の時刻における波形を相関演算して位相差が得られたことをもって、被写体が平行移動していると判定することもできる。このことにより、Ｗ１およびＷnowの像形状が完全に一致していない場合においても、高精度に平行移動を検出することが可能となる。

また本実施例では、図５のステップＳ１７１において、ウォブリング動作によりフォーカスレンズ群１１１の駆動方向を判定しているが、図４のステップＳ１２４にて算出したフォーカス目標位置Ｐｔに基づき駆動方向の判定をするようにしても良い。

また本実施例では、レンズ装置１００に電源が入り、図３のステップＳ１１０からＳ１８０を経て、目標とする被写体に合焦している状態となることを説明したが、本発明は、これらの処理順序、処理内容に限定されるものではない。映像ＡＦのみにより目標とする被写体に合焦しても良いし、外測ＡＦのみより合焦しても良い。すなわち、ステップＳ１９０の再起動判定１およびステップＳ２００の再起動判定２において必要な値である、被写体距離Ｄ１と映像ＡＦ評価値Ｖ１および２像波形Ｗ１が、合焦時に取得される方法であれば良い。

また本実施例では、図８において、被写体が被写体距離の変化を伴わずに右方向に移動中の例を挙げたが、外測センサ１２２を取り付ける角度によっては、上下方向に移動している被写体の移動も検出可能である。

また本実施例では外測ＡＦ（非ＴＴＬ位相差ＡＦ）による構成例を示したが、ＴＴＬ位相差ＡＦによる構成としても同様の効果が得られる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１００ レンズ装置
１１１ フォーカスレンズ群
１１２ フォーカスモータ
１１３ ドライバ
１２２ 外測センサ
１３０ ＣＰＵ
１３１ センサ制御部
１３２ 位相差検出部
１３３ 移動検出部
１３４ 制御部
１３５ コントラスト焦点検出部
１３６ レンズ制御部

Claims (10)

1. フォーカスレンズ群と、
   該フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス機構と、
   位相差によって焦点を検出する第１の焦点検出手段と、
   撮像素子からの信号を用いて焦点を検出する第２の焦点検出手段と、
   該第１の焦点検出手段による第１の焦点検出結果と、該第２の焦点検出手段による第２の焦点検出結果とに基づいて、該フォーカス機構を制御して焦点調整するフォーカス制御手段と、
   該第１の焦点検出手段から得られる像信号に基づき、被写体が光軸に垂直な方向の成分を有して移動したことを検出する移動検出手段と、
   合焦後、新たに検出される該第１の焦点検出結果と該第２の焦点検出結果と該移動検出手段が検出する結果とに基づき、フォーカス機構を制御する自動焦点調整を再起動するか否かを決定する再起動決定手段と、
   を有することを特徴とする自動焦点調整装置。
2. 前記再起動決定手段は、合焦時の前記第２の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第２の焦点検出結果の変動量が第１の所定値以下であるときは、自動焦点調整を再起動しない、ことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調整装置。
3. 前記再起動決定手段は、合焦時の前記第２の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第２の焦点検出結果の変動量が第１の所定値よりも大きく、かつ、合焦時の前記第１の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第１の焦点検出結果の変動量が第２の所定値よりも大きいとき、自動焦点調整を再起動する、ことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調整装置。
4. 前記再起動決定手段は、合焦時の前記第２の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第２の焦点検出結果の変動量が第１の所定値よりも大きく、かつ、合焦時の前記第１の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第１の焦点検出結果の変動量が第２の所定値以下であり、かつ、前記移動検出手段が被写体の前記垂直な方向の成分を有する移動を検出したとき、自動焦点調整を再起動しないこと、を特徴とする請求項１に記載の自動焦点調整装置。
5. 前記再起動決定手段は、合焦時の前記第２の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第２の焦点検出結果の変動量が第１の所定値よりも大きく、かつ、合焦時の前記第１の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第１の焦点検出結果の変動量が第２の所定値以下であり、かつ、前記移動検出手段が被写体の前記垂直な方向の成分を有する移動を検出せず、かつ、合焦時の前記第２の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第２の焦点検出結果の前記変動量が第３の所定値よりも大きいとき、自動焦点調整を再起動すること、を特徴とする請求項１に記載の自動焦点調整装置。
6. 前記再起動決定手段は、合焦時の前記第２の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第２の焦点検出結果の変動量が第１の所定値よりも大きく、かつ、合焦時の第１の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第１の焦点検出結果の変動量が第２の所定値以下であり、かつ、前記移動検出手段が被写体の前記垂直な方向の成分を有する移動を検出せず、かつ、合焦時の前記第２の焦点検出結果に対する合焦後に新たに検出した前記第２の焦点検出結果の前記変動量が第３の所定値以下であるとき、自動焦点調整を再起動しないこと、を特徴とする請求項１に記載の自動焦点調整装置。
7. 前記移動検出手段は、前記位相差を算出するための輝度の最大値を示す座標が変化したとき、被写体が前記垂直な方向の成分を有する移動をしたと判定すること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の自動焦点調整装置。
8. 前記移動検出手段は、前記位相差を算出するための波形の重心の座標が変化したとき、被写体が前記垂直な方向の成分を有する移動をしたと判定すること、を特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の自動焦点調整装置。
9. 前記移動検出手段は、異なる複数の時刻における波形を相関演算して得られた位相差に基づいて、被写体が前記垂直な方向の成分を有する移動をしたか否かを判定すること、を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の自動焦点調整装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の自動焦点調整装置を有するレンズ装置。

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