JP2013127640A

JP2013127640A - 撮像装置

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Publication number: JP2013127640A
Application number: JP2013019396A
Authority: JP
Inventors: Yasusuke Morimoto; 庸介森本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2027-02-16
Also published as: JP5930979B2

Abstract

【課題】ハイブリッドＡＦによりスムーズかつ高精度に合焦状態が得られるようにすること。
【解決手段】撮像素子から出力された信号を用いて生成された被写体像のコントラスト状態を示すフォーカス評価値に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御、及び互いに対をなす被写体像間の位相差に応じた信号に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、制御手段は、第２のフォーカス制御中に、フォーカス評価値に被写体像のコントラストが下がったことを示す変化が生じた場合に、第２のフォーカス制御によるフォーカスレンズの駆動を中止し、第１のフォーカス制御によってフォーカスレンズを振動させながらフォーカス評価値に基づいて合焦方向を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置に関し、特にＴＶ−ＡＦと外測又は内測位相差ＡＦとを併用するいわゆるハイブリッドＡＦを行う撮像装置に関する。

ビデオカメラ等のオートフォーカス（ＡＦ）制御では、撮像素子を用いて生成された映像信号の鮮鋭度（コントラスト状態）を示すＡＦ評価値信号を生成し、該ＡＦ評価値信号が最大となるフォーカスレンズの位置を探索するＴＶ−ＡＦ方式が主流である。

また、ＡＦ方式には、測距センサを撮影レンズとは独立に設け、該測距センサにより検出された被写体までの距離からフォーカスレンズの合焦位置を演算し、そこにフォーカスレンズを移動させる外測測距方式又は外測位相差検出方式がある。

外測位相差検出方式では、被写体から受けた光束を２分割し、該２分割した光束を一組の受光素子列（ラインセンサ）によりそれぞれ受光する。そして、該一組のラインセンサ上に形成された像のずれ量、すなわち位相差を検出し、該位相差から三角測量法を用いて被写体距離を求め、該被写体距離に対して合焦する位置にフォーカスレンズを移動させる。

また、内測位相差検出方式もある。内測位相差検出方式では、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、該２分割した光束を一組のラインセンサによりそれぞれ受光する。そして、該一組のラインセンサ上の２像の位相差を検出し、該位相差から撮影レンズのデフォーカス量を求め、該デフォーカス量に対応した量だけフォーカスレンズを移動させる。

そして、ＴＶ−ＡＦ方式の合焦精度の高さと位相差検出方式による合焦の高速性とを活かすために、これらのＡＦ方式を組み合わせたハイブリッドＡＦ方式が、特許文献１にて提案されている。該特許文献１にて提案されているハイブリッドＡＦ方式は、位相差検出方式で合焦位置近傍までフォーカスレンズを移動させた後、ＴＶ―ＡＦ方式に移行してより高精度に合焦位置にフォーカスレンズを移動させるものである。
特開平５−６４０５６号公報（段落０００８〜００１１、図１等）

従来のハイブリッドＡＦでは、まず位相差検出方式での合焦位置にフォーカスレンズを移動させ、その時点でのＡＦ評価値が高い場合にのみＴＶ―ＡＦ方式に変更してＴＶ―ＡＦ方式での合焦位置にフォーカスレンズを移動させる。

しかしながら、一般にＴＶ−ＡＦ方式よりも合焦精度が低い位相差検出方式で合焦位置にフォーカスレンズを移動させる際に、ＴＶ−ＡＦ方式での合焦位置を越えてフォーカスレンズが移動（オーバーシュート）する可能性がある。また、ＴＶ−ＡＦ方式での合焦位置の手前でフォーカスレンズの移動が一旦停止したりするおそれもある。

前者の場合は、映像のピント状態の変動が目立ち、品位が低下する。また、後者の場合は、フォーカスレンズの一旦停止によりＴＶ−ＡＦ方式での合焦が得られるまでの時間が長くなったり、ＴＶ−ＡＦ方式での合焦が得られるまでの映像のピント状態の変化にスムーズさがなくなりユーザに違和感を与えたりするおそれがある。

さらに、特に外測位相差検出方式を用いる場合、被写体までの距離によっては測距センサの視野範囲に、ＴＶ−ＡＦ方式での視野範囲（撮像範囲）に対するずれ（パララクス）が生じる。このため、外測位相差検出方式とＴＶ−ＡＦ方式とで互いに異なる被写体に対するフォーカスレンズの合焦位置が演算される可能性がある。このような場合、位相差検出方式で合焦位置として演算された誤った位置にフォーカスレンズが移動してしまい、映像のぼけが大きくなる。

本発明は、ハイブリッドＡＦによりスムーズかつ高精度に合焦状態が得られるようにした撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、被写体像を光電変換して信号を出力する撮像素子と、互い対をなす被写体像間の位相差に応じた信号を出力する受光センサと、前記撮像素子から出力された信号を用いて生成された被写体像のコントラスト状態を示すフォーカス評価値を生成するフォーカス評価値生成手段と、前記フォーカス評価値に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御、及び前記位相差に応じた信号に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、前記制御手段は、前記第２のフォーカス制御中に、前記フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値に被写体像のコントラストが下がったことを示す変化が生じた場合に、前記第２のフォーカス制御による前記フォーカスレンズの駆動を中止し、前記第１のフォーカス制御によって前記フォーカスレンズを振動させながら前記フォーカス評価生成手段によって生成されたフォーカス評価値に基づいて合焦方向を判定することを特徴とする。

また、本発明の他の側面は、被写体像を光電変換して信号を出力する撮像素子と、互い対をなす被写体像間の位相差に応じた信号を出力する受光センサと、前記撮像素子から出力された信号を用いて生成された被写体像のコントラスト状態を示すフォーカス評価値を生成するフォーカス評価値生成手段とを有する撮像装置の制御方法である。該方法は、フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御を行うステップと、前記位相差に応じた信号に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行うステップと、前記第２のフォーカス制御中に、前記フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値に被写体像のコントラストが下がったことを示す変化が生じた場合に、前記第２のフォーカス制御を中止し、前記第１のフォーカス制御によってフォーカスレンズを振動させながら前記フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値に基づいて合焦方向を判定するステップとを有することを特徴とする。

本発明では、位相差検出方式でのフォーカス制御中にフォーカス評価値に特定の変化（例えば、特定の減少、特定の増加又はピーク値越え）が生じたことに応じて該フォーカス制御を中止したりＴＶ−ＡＦ方式でのフォーカス制御に切り換えたりする。これにより、位相差検出方式によるフォーカス制御のオーバーシュート、合焦位置前での一旦停止、及び誤った合焦位置へのフォーカス制御を回避することができる。したがって、ハイブリッドＡＦによるスムーズで高精度のフォーカス制御を行うことができる。

本発明の実施例１であるビデオカメラの構成を示すブロック図。実施例１でのＡＦ制御を示すフローチャート。実施例１でのＴＶ−ＡＦ制御を示すフローチャート。実施例１での位相差ＡＦ制御を示すフローチャート。実施例１での位相差ＡＦにおけるモードを説明する図。実施例１での位相差ＡＦにおけるモードでのフォーカス制御の内容とその効果を説明する図。実施例１のＴＶ−ＡＦでの微小駆動動作を説明する図。実施例１のＴＶ−ＡＦでの山登り駆動動作を説明する図。本発明の実施例２であるビデオカメラの構成を示すブロック図。ＡＦ評価値とフォーカスレンズの位置との関係を説明する図。実施例１における測距原理を説明する図。実施例１における位相差検出原理を説明する図。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である撮像装置としてのビデオカメラの構成を示す。なお、本実施例では、ビデオカメラについて説明するが、本発明は、デジタルスチルカメラ等の他の撮像装置にも適用することができる。

図１において、１０１は第１固定レンズ、１０２は光軸方向に移動して変倍を行う変倍レンズ、１０３は絞りである。また、１０４は第２固定レンズ、１０５は変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能とフォーカシングの機能とを兼ね備えたフォーカス調節部材としてのフォーカスコンペンセータレンズ（以下、フォーカスレンズという）である。第１固定レンズ１０１、変倍レンズ１０２、絞り１０３、第２固定レンズ１０４及びフォーカスレンズ１０５により撮像光学系が構成される。

１０６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成される光電変換素子としての撮像素子である。１０７は撮像素子１０６の出力をサンプリングし、ゲイン調整するＣＤＳ／ＡＧＣ回路である。

１０８はカメラ信号処理回路であり、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの出力信号に対して各種の画像処理を施し、映像信号を生成する。１０９はＬＣＤ等により構成されるモニタディスプレイであり、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を表示する。１１３は記録部であり、カメラ信号処理回路１０８からの映像信号を磁気テープ、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録する。

１１０は変倍レンズ１０２を移動させるためのズーム駆動源である。１１１はフォーカスレンズ１０５を移動させるためのフォーカシング駆動源である。ズーム駆動源１１０及びフォーカシング駆動源１１１は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータにより構成される。

１１２はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの全画素の出力信号のうち焦点検出に用いられる領域の信号のみを通すＡＦゲートである。１１４はＡＦ信号処理回路である。ＡＦ信号処理回路１１４は、ＡＦゲート１１２を通過した信号から高周波成分や該高周波信号から生成した輝度差成分（ＡＦゲート１１２を通過した信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分）等を抽出してＡＦ評価値信号（フォーカス評価値）を生成する。ＡＦ評価値信号は、カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１５に出力される。ＡＦ評価値信号は、撮像素子１０６からの出力信号に基づいて生成される映像信号の鮮鋭度（コントラスト状態）を表すものであるが、鮮鋭度は撮像光学系の焦点状態によって変化するので、結果的に撮像光学系の焦点状態を表す信号となる。

図９には、フォーカスレンズ１０５の位置とＡＦ評価値信号との関係を示す。フォーカスレンズ１０５が合焦位置（合焦点）から離れたぼけ状態では、ＡＦ評価値は低い。しかし、フォーカスレンズ１０５が合焦位置に近づくにつれてＡＦ評価値が高くなり、それがピーク（最大）となる位置が合焦位置となる。

制御手段としてのカメラ／ＡＦマイクロコンピュータ（以下、単にマイクロコンピュータという）１１５は、ビデオカメラ全体の動作の制御を司るとともに、フォーカシング駆動源１１１を制御してフォーカスレンズ１０５を移動させるフォーカス制御を行う。マイクロコンピュータ１１５は、フォーカス制御として、ＴＶ−ＡＦ方式でのフォーカス制御（第１のフォーカス制御：以下、ＴＶ−ＡＦという）と、外測位相差検出方式でのフォーカス制御（第２のフォーカス制御：以下、位相差ＡＦという）とを行う。

１１７はズームスイッチであり、ユーザがこれを操作することでマイクロコンピュータ１１５は、ズーム駆動源１１０を介して変倍レンズ１０２を移動させる。このとき、マイクロコンピュータ１１５は、その内部メモリ（図示せず）に格納されたズームトラッキングデータに基づいて変倍に伴う像面変動が小さくなるようにフォーカシング駆動源１１１を介してフォーカスレンズ１０５を移動させる。これにより、合焦状態が維持されたままの変倍（ズーミング）が行われる。

１１６は受光センサとしての外部測距ユニットであり、互いに対をなす被写体像間の位相差を検出し、該位相差に応じた信号を出力する。該位相差は、被写体までの距離に対応する。図１０及び図１１には、外部測距ユニット１１６を用いた位相差パッシブ方式による測距原理を示している。外部測距ユニット１１６は、撮像光学系とは別に設けられている。すなわち、外部測距ユニット１１６には、撮像光学系を通らない被写体からの光束が入射する。

図１０において、２０１は被写体、２０２は第１の結像レンズ、２０３は第１の受光素子列、２０４は第２の結像レンズ、２０５は第２の受光素子列である。第１及び第２の受光素子列２０３，２０５はそれぞれ、複数の受光素子（画素）を一列に並べて構成されている。第１及び第２の受光素子列２０３，２０５は、基線長Ｂだけ互いに離れて設置されている。

被写体２０１からの光のうち第１の結像レンズ２０２を通った光は、第１の受光素子列２０３上に結像し、第２の結像レンズ２０４を通った光は第２の受光素子列２０５上に結像する。これにより、第１及び第２の受光素子列２０３，２０５上に互いに対をなす２つの被写体像が形成される。

ここで、第１及び第２の受光素子列２０３，２０５からの出力信号（像信号）の例を図１１に示す。第１及び第２の受光素子列２０３，２０５は基線長Ｂだけ離れているため、第１の受光素子列２０３からの像信号と第２の受光素子列２０５からの像信号は、画素数Ｘだけずれた信号となる。そこで、２つの像信号の相関を画素をずらしながら演算し、相関が最大になる画素ずらし量を求めることでＸが演算できる。このＸと、基線長Ｂと、結像レンズ２０２，２０４の焦点距離ｆとにより、三角測量の原理で被写体までの距離Ｌが以下の式（１）により求められる。
Ｌ＝Ｂ・ｆ／Ｘ …（１）
外部測距ユニット１１６は上記画素ずらし量Ｘ（位相差に応じた信号）を出力し、マイクロコンピュータ１１５は該Ｘに基づいて被写体距離を求める。

マイクロコンピュータ１１５は、求めた被写体距離情報に基づいて、該距離の被写体に合焦するフォーカスレンズ位置（以下、位相差合焦位置という）を算出する。ここで、「算出」には、計算式を用いた演算だけでなく、予め不図示のメモリに記憶された、被写体距離に対する合焦位置のデータを読み出すことも含む。

次に、マイクロコンピュータ１１５で行われるＡＦ制御について、図２〜図７を用いて説明する。該ＡＦ制御は、マイクロコンピュータ１１５内に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。

まず、図２には、ＡＦ制御の全体の流れを示している。Ｓｔｅｐ２０１では、マイクロコンピュータ１１５は、ビデオカメラの電源投入に応じてＡＦ制御処理を開始する。

Ｓｔｅｐ２０２では、マイクロコンピュータ１１５は、後述する位相差移動中フラグがＯＮか否かを確認する。ＯＦＦであればＳｔｅｐ２０３に進む。ＯＮである場合はＳｔｅｐ２０９に進み、位相差ＡＦを継続する。

Ｓｔｅｐ２０３では、マイクロコンピュータ１１５は、ＴＶ−ＡＦを行う。このＴＶ−ＡＦの内容については、後に図３を用いて詳しく説明する。

Ｓｔｅｐ２０４では、マイクロコンピュータ１１５は、外部測距ユニット１１６からの信号に基づいて被写体距離を算出し、その被写体距離に対応する位相差合焦位置を演算する。

Ｓｔｅｐ２０５では、マイクロコンピュータ１１５は、位相差合焦位置にフォーカスレンズ１０５を移動させるべきか否かを判別するために用いるフォーカス移動量しきい値（ｔｈ）を設定する。

このフォーカス移動量しきい値は、ズーム位置に応じて変更することが好ましい。これは、本実施例のようにリアフォーカスタイプのズーム撮像光学系を有する場合、焦点距離に応じて、被写体距離の差に対する位相差合焦位置の差が変化するためである。例えば、１ｍの被写体距離と無限遠の被写体距離とでの位相差合焦位置の差は、焦点距離がテレ側になるほど大きくなる。

例えば、テレ側において、位相差ＡＦにおける合焦精度を考慮して、位相差ＡＦによって得られた情報から確実に被写体距離が変化していると判定できるフォーカス移動量しきい値を設定したとする。その場合、ワイド側で同じ設定値のままにすると、同じフォーカス移動量を得るためには、被写体距離変化が１ｍから無限遠までの差よりさらに大きくないと判定できなくなり、位相差ＡＦがワイド側では働かなくなってしまうためである。

Ｓｔｅｐ２０６では、マイクロコンピュータ１１５は、Ｓｔｅｐ２０４で得られた位相差合焦位置と現在のフォーカスレンズ位置との差をＳｔｅｐ２０５で設定されたフォーカス移動量しきい値と比較する。現在のフォーカスレンズ位置は、不図示のエンコーダ等によって検出することができる。上記差がフォーカス移動量しきい値よりも大きい場合には、位相差合焦位置にフォーカスレンズ１０５を移動させるためにＳｔｅｐ２０７へ移行する。一方、上記差がフォーカス移動量しきい値よりも小さい場合には、Ｓｔｅｐ２０２へ戻り、Ｓｔｅｐ２０２を経てＴＶ−ＡＦを行う。

Ｓｔｅｐ２０７では、マイクロコンピュータ１１５は、その内部メモリに、データSTART_POSとして位相差ＡＦによるフォーカスレンズ１０５の駆動開始位置として現在のフォーカスレンズ位置を記憶する。

次にＳｔｅｐ２０８では、マイクロコンピュータ１１５は、データTARGET_POSとして位相差合焦位置を記憶し、Ｓｔｅｐ２０９に進む。

Ｓｔｅｐ２０９では、位相差ＡＦを行う。この位相差ＡＦの内容については後に図４を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ２０９からは、Ｓｔｅｐ２０２に戻る。

次に、上記Ｓｔｅｐ２０３で行われるＴＶ−ＡＦの内容について図３を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ３０１では、マイクロコンピュータ１１５は、ＴＶ−ＡＦの処理を開始する。

Ｓｔｅｐ３０２では、マイクロコンピュータ１１５は、ＡＦ信号処理回路１１４からのＡＦ評価値信号を取得する。

Ｓｔｅｐ３０３では、マイクロコンピュータ１１５は、現在、ＴＶ−ＡＦにおける微小駆動モードか否かを判別する。微小駆動モードである場合はＳｔｅｐ３０４へ進み、そうでなければＳｔｅｐ３１１へ進む。

Ｓｔｅｐ３０４では、マイクロコンピュータ１１５は、フォーカスレンズ１０５に微小駆動動作を行わせる。この微小駆動動作により、ＴＶ−ＡＦによる合焦位置（以下、ＴＶ−ＡＦ合焦位置という）の方向である合焦方向やＴＶ−ＡＦによる合焦が得られたか否かを判定することができる。この微小駆動動作については、後に図６を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ３０５では、マイクロコンピュータ１１５は、合焦判定ができたかどうかを判別する。合焦判定できた場合にはＳｔｅｐ３０８へ移行し、フォーカスレンズ１０５の駆動を停止させるとともに、Ｓｔｅｐ３０９において、合焦位置でのＡＦ評価値を保持する。そして、Ｓｔｅｐ３１０に進み、再起動モードへ移行する。一方、合焦判定できていない場合には、Ｓｔｅｐ３０６へ移行する。

Ｓｔｅｐ３０６では、マイクロコンピュータ１１５は、合焦方向判定ができたか否かを判別する。合焦方向判定ができた場合にはＳｔｅｐ３０７へ進み、山登り駆動モードへと移行する。合焦方向判定ができていない場合には、Ｓｔｅｐ３２６を介して微小駆動モードでの動作を継続する。

Ｓｔｅｐ３１１では、マイクロコンピュータ１１５は、現在、山登り駆動モードか否かを判別する。山登り駆動モードであればＳｔｅｐ３１２へ進み、そうでなければＳｔｅｐ３１８へ進み、再起動モードに移行する。

Ｓｔｅｐ３１２では、マイクロコンピュータ１１５は、フォーカスレンズ１０５を所定の速度で山登り駆動する。この山登り駆動については、後に図７を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ３１３では、マイクロコンピュータ１１５は、山登り駆動モードにおいてＡＦ評価値がピークを越えたか否かを判別する。ピークを越えたと判別した場合はＳｔｅｐ３１４へ進み、ピークを越えていないと判別した場合は、山登り駆動モードでの動作を継続する。

Ｓｔｅｐ３１４では、マイクロコンピュータ１１５は、山登り駆動モードによりＡＦ評価値のピークが得られた位置（ＴＶ−ＡＦ合焦位置）にフォーカスレンズ１０５を戻す。

Ｓｔｅｐ３１５では、マイクロコンピュータ１１５は、フォーカスレンズ１０５が、ＡＦ評価値がピークとなるＴＶ−ＡＦ合焦位置に戻ったか否かを判別する。戻った場合にはＳｔｅｐ３１６へ進み、微小駆動モードへと移行する。戻ってない場合には、山登り駆動モードによりＴＶ−ＡＦ合焦位置にフォーカスレンズ１０５を戻す動作を継続する。

Ｓｔｅｐ３１１において山登り駆動モードでないと判定した場合は、マイクロコンピュータ１１５は、Ｓｔｅｐ３１８からの再起動モードに進む。

Ｓｔｅｐ３１８では、マイクロコンピュータ１１５は、Ｓｔｅｐ３０９で保持したＡＦ評価値と最新のＡＦ評価値とを比較して、ＡＦ評価値の変動が特定の閾値より大きいか否かを判定する。ＡＦ評価値が閾値より大きく変動していればＳｔｅｐ３２０へ進み、微小駆動モードへと移行する。ＡＦ評価値の変動が閾値より小さい場合はＳｔｅｐ３１９へ進み、そのままフォーカスレンズ１０５を停止させる。

以下、ＴＶ−ＡＦにおける微小駆動モードでの動作について図６を用いて説明する。図６には、微小駆動動作時におけるフォーカスレンズ１０５の移動とＡＦ評価値の変化との関係を示している。ここで、横軸は時間を、縦軸はフォーカスレンズ位置を示している。また、図の上部には、映像信号の垂直同期信号を表している。

ここで、期間Ａの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷（斜線楕円で示す）に対するＡＦ評価値ＥＶ_Ａが時刻Ｔ_Ａで取り込まれ、期間Ｂの間に撮像素子１０６に蓄積された電荷に対するＡＦ評価値ＥＶ_Ｂが時刻Ｔ_Ｂで取り込まれる。時刻Ｔ_Ｃでは、ＡＦ評価値ＥＶ_Ａ，ＥＶ_Ｂを比較し、ＥＶ_Ｂ＞ＥＶ_Ａであれば、微小駆動の駆動（振動）中心を移動させる（駆動振幅＝振動振幅＋中心移動振幅）。一方、ＥＶ_Ａ＞ＥＶ_Ｂであれば、振動中心を移動させない（駆動振幅＝振動振幅）。このようにフォーカスレンズ１０５を移動させながらＡＦ評価値が増加する方向を検出したり、ＡＦ評価値が最も大きくなるフォーカスレンズ位置（ピーク位置）を探したりするのが微小駆動動作である。

そして振動中心の移動方向が、所定回数連続して同じ方向であれば、その方向を合焦方向と判定する。この判定結果は、図３のＳｔｅｐ３０６において、山登り駆動モードへ移行するか否かの判定に用いられる。

次に、ＴＶ−ＡＦにおける山登り駆動モードでの動作について図７を用いて説明する。山登り駆動動作では、フォーカスレンズ１０５を高速で駆動して、その間に得られたＡＦ評価値がピークとなるピーク位置又はその近傍を検出する。図７には、山登り駆動動作時におけるフォーカスレンズ１０５の移動とＡＦ評価値の変化との関係を示している。

ここで、Ｃの動きでは、ＡＦ評価値がピークを越えて減少するので、ピーク位置（ＴＶ−ＡＦ合焦位置）の存在を確認することができ、山登り駆動動作を終了して微小駆動動作に移行する。一方、Ｄの動きではピークが無く、単調に減少しているので、フォーカスレンズ１０５の駆動方向が誤りであると判定できる。この場合は、駆動方向を反転して山登り駆動動作を続ける。

次に、図２のＳｔｅｐ２０９で行われる位相差ＡＦの処理について、図４、図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。

図５Ａは、位相差ＡＦによるフォーカスレンズ１０５の位相差合焦位置への駆動開始から駆動終了までを複数の段階（以下、モードという）に分割することを示している。本実施例では、マイクロコンピュータ１１５は、駆動開始から駆動終了までを４つのモード（モード１〜４）に分割する。ただし、モードの分割数はこれに限るものではない。

図の横軸はフォーカスレンズ位置を示す。START_POSは図２のＳｔｅｐ２０７で記憶した現在のフォーカスレンズ位置、すなわちフォーカス駆動開始位置を示す。また、TARGET_POSは図２のＳｔｅｐ２０８で記憶した位相差合焦位置、すなわち駆動終了位置を示す。

位相差ＡＦでは、フォーカスレンズ１０５はSTART_POSからTARGET_POSに向けて、図５Ａの左から右の方向に駆動される。

縦軸はＡＦ評価値を示す。実線Ｌ１は、ＴＶ−ＡＦ合焦位置が位相差合焦位置（駆動終了位置）TARGET_POSよりも手前となる被写体に対するＡＦ評価値の例を示す。また、破線Ｌ２は、位相差合焦位置（駆動終了位置）TARGET_POSよりも更に先にＴＶ−ＡＦ合焦位置がある被写体に対するＡＦ評価値の例を示している。

図５Ａに示すように、フォーカスレンズ１０５が駆動開始位置START_POSからの範囲（閾値）ＴＨ１内に位置する場合は、駆動開始段階としてのモード1として、フォーカスレンズ１０５の駆動開始直後の状態に適したフォーカス制御を選択する。

一方、フォーカスレンズ１０５が駆動終了位置TARGET_POSを終端とする範囲（閾値）ＴＨ２内に位置する場合は、駆動終了直前段階であるモード３として、フォーカスレンズ１０５の駆動終了直前の状態に適したフォーカス制御を選択する。

モード1とモード３との間の中間領域（中間段階）では、モード２として中間領域に適したフォーカス制御を選択する。さらに、駆動終了時点では、駆動終了段階であるモード４として、駆動終了時点の状態に適したフォーカス制御を選択する。

なお、本実施例では、フォーカスレンズ１０５の駆動開始時点から駆動終了（フォーカスレンズ１０５が駆動終了位置TARGET_POSに到達した）時点までを「位相差ＡＦによるフォーカス制御中」（第２のフォーカス制御中）と表現する。

モード１，２及び４では、マイクロコンピュータ１１５は、フォーカスレンズ１０５の現在位置に基づいてモード決定（又はモード切り換え）を行う。一方、モード３、すなわち範囲ＴＨ２については、位相差合焦位置付近の状態であることから、撮像光学系の焦点深度に基づいて決定することが望ましい。

次に、各モードに応じたフォーカス制御の内容を、図５Ｂを併せ用いて説明する。

モード１は、フォーカスレンズ１０５の駆動開始直後の状態である。この状態では、外部測距ユニット１１６の視野範囲がＴＶ−ＡＦ（撮像素子１０６）の視野範囲に対してパララクスを持つことで、誤った位相差合焦位置TARGET_POSへのフォーカスレンズ駆動が行われる可能性がある。

そこで、モード１では、位相差ＡＦによるフォーカス制御中（TARGET_POSに向かうフォーカスレンズ駆動中）に、ＡＦ評価値が特定の閾値よりも大きく減少した場合は駆動方向が誤っていると判定する。そして、TARGET_POSへの駆動を中止してＴＶ−ＡＦに切り換える。これにより、ＴＶ−ＡＦの合焦対象である被写体に対するぼけが大きくなる方向にフォーカスレンズ１０５が移動し続けることを回避できる。さらに、モード１では、TARGET_POSに向かうフォーカスレンズ１０５の駆動速度を低速SPEED1（第１の速度）に設定する。これにより、フォーカスレンズ１０５の駆動方向が誤っていた場合に、ぼけが急激に大きくなり目立つことを回避できる。

モード２は、フォーカスレンズ１０５の駆動開始から駆動終了までの中間の状態である。この状態では、TARGET_POSへの移動に要する時間、すなわち合焦時間を短縮するために、モード１での低速SPEED1よりも速い高速SPEED2（第２の速度）でフォーカスレンズ１０５を駆動する。また、仮にこの中間領域にＴＶ−ＡＦ合焦位置が存在していた場合に、位相差ＡＦにより駆動されているフォーカスレンズ１０５が該ＴＶ−ＡＦ合焦位置に対して行きすぎて（オーバーシュートして）ぼけが目立つのを回避することが好ましい。このため、モード１と同様に、ＡＦ評価値が特定の閾値よりも大きく減少した場合はTARGET_POSへの駆動を中止してＴＶ−ＡＦに切り換える。なお、モード１とモード２での閾値は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

モード３は、フォーカスレンズ１０５の駆動終了直前の状態である。この範囲には、図５ＡのＡＦ評価値Ｌ１から得られるＴＶ−ＡＦ合焦位置が存在する可能性が高く、位相差ＡＦにより駆動されているフォーカスレンズ１０５が該ＴＶ−ＡＦ合焦位置をオーバーシュートすることを確実に回避する必要がある。このため、モード３では、ＡＦ評価値がピークを越えて減少に転じた場合にはTARGET_POSへの駆動を中止する。そして、ＴＶ−ＡＦにおける山登り駆動モードと同様に、フォーカスレンズ１０５をピーク位置に戻すように駆動する。このとき、フォーカスレンズ１０５の駆動方向は反転することになる。

なお、この場合、TARGET_POSへの駆動を中止して、ＴＶ−ＡＦの山登り駆動モードに移行した上でピーク位置にフォーカスレンズ１０５を駆動してもよい。

また、モード３では、フォーカスレンズ１０５の駆動速度を、高速SPEED2よりも遅い低速SPEED3（第３の速度）に設定する。これにより、ＡＦ評価値のピーク位置を確実に検出したり該ピーク位置に精度良くフォーカスレンズ１０５を戻したりすることができる。なお、低速SPEED3は、先に説明した低速SPEED1と同じ速度であってもよいし、異なる速度であってもよい。

モード４は、フォーカスレンズ１０５の移動終了状態である。この状態では、図５ＡのＡＦ評価値Ｌ２が得られる被写体に対するＴＶ−ＡＦ合焦位置よりも手前でフォーカスレンズ１０５が一旦停止してしまう現象を回避する必要がある。そこで、モード４では、モード３からモード４にかけてＡＦ評価値が増加している場合には、TARGET_POSよりも先にＴＶ−ＡＦ合焦位置があるとみなす。そして、位相差ＡＦでのフォーカスレンズ駆動方向と同じ方向に山登り駆動方向を設定してＴＶ−ＡＦによる山登り駆動モードに入り、ＴＶ−ＡＦを行う。これにより、位相差ＡＦからＴＶ−ＡＦへの途切れのない（フォーカスレンズ１０５の一旦停止が生じない）切り換えが行われる。

以上説明した位相差ＡＦの処理について、図４を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ４０１では、マイクロコンピュータ１１５は、位相差ＡＦの処理を開始する。

Ｓｔｅｐ４０２では、マイクロコンピュータ１１５は、位相差合焦位置にフォーカスレンズ１０５が到達したか否かを判別する。到達した場合はモード４に移行するためＳｔｅｐ４２３に進む。この場合については後述する。到達していない場合はＳｔｅｐ４０３に進む。

Ｓｔｅｐ４０３では、マイクロコンピュータ１１５は、モード３でのＡＦ評価値のピーク位置への戻し駆動中であることを示すピーク位置戻しフラグがＯＮか否かを判別する。ＯＮの場合はＳｔｅｐ４１９に進む。この場合については後述する。フラグがＯＦＦの場合はＳｔｅｐ４０４に進む。

Ｓｔｅｐ４０４では、マイクロコンピュータ１１５は、現在のフォーカスレンズ位置と駆動開始位置START_POSとの差分DIST1を求める。

次に、Ｓｔｅｐ４０５では、マイクロコンピュータ１１５は、現在のフォーカスレンズ位置と駆動終了位置TARGET_POSとの差分DIST2を求める。

Ｓｔｅｐ４０６では、差分DIST1が閾値ＴＨ１より小さいか否かどうかを判別する。小さい場合はモード１、すなわちフォーカスレンズ移動開始直後の状態であるとしてＳｔｅｐ４０７に進む。

Ｓｔｅｐ４０７では、マイクロコンピュータ１１５は、モード１におけるフォーカスレンズ１０５の駆動速度である低速SPEED1を設定する。

さらに、Ｓｔｅｐ４０８では、マイクロコンピュータ１１５は、ＡＦ評価値が特定の閾値以上減少したか否かを判別する。特定の閾値以上減少していない場合は位相差ＡＦによるフォーカス制御中であることを示す位相差移動中フラグをＯＮにセットして本処理を終了する。

一方、特定の閾値以上減少した場合は、駆動方向が誤っているとして、位相差ＡＦを中止してＴＶ−ＡＦに切り換えるため、位相差移動中フラグをクリア（ＯＦＦ）し、ＴＶ−ＡＦの微小駆動モードに移行して本処理を終了する。なお、微小駆動モードに代えて、山登り駆動モードに移行し、山登り駆動方向を位相差ＡＦでの駆動方向と反対方向に設定してもよい。

Ｓｔｅｐ４０６で差分DIST1が閾値ＴＨ１より大きい場合は、Ｓｔｅｐ４１２に進み、マイクロコンピュータ１１５は差分DIST2が閾値ＴＨ２より小さいか否かを判別する。大きい場合はモード２の状態であるとしてＳｔｅｐ４１３に進む。

Ｓｔｅｐ４１３では、マイクロコンピュータ１１５は、モード２におけるフォーカスレンズ１０５の駆動速度である高速SPEED2を設定する。前述したように、高速SPEED2を設定することで、位相差合焦位置への駆動に要する時間を短縮することができる。モード２では、駆動速度の設定処理以外の処理はモード１と同様であるので、Ｓｔｅｐ４０８に進んで以後の処理を行う。

一方、Ｓｔｅｐ４１２で差分DIST2が閾値ＴＨ２より小さい場合は、マイクロコンピュータ１１５は、モード３に移行するためＳｔｅｐ４１４に進む。

Ｓｔｅｐ４１４では、マイクロコンピュータ１１５は、モード３におけるフォーカスレンズ１０５の駆動速度として低速SPEED3を設定する。

次に、Ｓｔｅｐ４１５では、マイクロコンピュータ１１５は、ＡＦ評価値がピーク値を越えた後減少したか否かを判別する。ピーク位置を越えていない場合はＳｔｅｐ４１６に進み、位相差移動中フラグをＯＮにセットして本処理を終了する。

一方、ＡＦ評価値がピーク値を越えたと判別した場合は、フォーカスレンズ１０５がＴＶ−ＡＦ合焦位置をオーバーシュートしてぼけが発生するのを回避するため、Ｓｔｅｐ４１７でピーク位置にフォーカスレンズ１０５を戻すように駆動する。

そして、Ｓｔｅｐ４１８ではピーク位置戻しフラグをＯＮにセットする。

次に、Ｓｔｅｐ４１９では、マイクロコンピュータ１１５は、フォーカスレンズ１０５がピーク位置に戻ったか否かを判別する。戻っていない場合はＳｔｅｐ４１６に進み、位相差移動中フラグをＯＮにセットして本処理を終了する。

一方、フォーカスレンズ１０５がピーク位置に戻ったと判別した場合は、Ｓｔｅｐ４２０に進み、ピーク位置戻しフラグをクリアし、さらにＳｔｅｐ４２１で位相差移動中フラグをクリアする。

そして、Ｓｔｅｐ４２２でＴＶ−ＡＦの微小駆動モードに移行して本処理を終了する。

また、前述したＳｔｅｐ４０２にて位相差合焦位置にフォーカスレンズ１０５が到達したと判別した場合には、モード４に移行するためＳｔｅｐ４２３に進み、位相差移動中フラグをクリアする。

Ｓｔｅｐ４２４では、マイクロコンピュータ１１５は、ＡＦ評価値が増加中であるか否かを判別する。増加していない場合はＳｔｅｐ４２７に進み、ＴＶ−ＡＦの微小駆動モードに移行して本処理を終了する。

一方、ＡＦ評価値が増加中である場合は、より先方にＴＶ−ＡＦ合焦位置があるとみなして、Ｓｔｅｐ４２５に進み、山登り駆動方向を位相差ＡＦの駆動方向と同じ方向に設定する。そして、Ｓｔｅｐ４２６では、設定された山登り駆動方向でのＴＶ−ＡＦの山登り駆動モードに移行する。その後、本処理を終了する。

なお、以上の説明では、位相差ＡＦでのモード切り換えをフォーカスレンズ位置や撮像光学系の焦点深度に基づいて行う場合について説明した。しかし、例えば、駆動開始時刻から１００ｍｓまでをモード1とするというように、フォーカスレンズ１０５の駆動時間に基づいてモード切り換えを行ってもよい。

以上説明したように、本実施例では、位相差ＡＦによる位相差合焦位置へのフォーカスレンズ１０５の駆動中において、ＡＦ評価値に特定の変化が生じた場合に、位相差ＡＦを中止したりＴＶ−ＡＦに切り換えたりする。これにより、位相差ＡＦで駆動されているフォーカスレンズ１０５のＴＶ−ＡＦ合焦位置に対するオーバーシュートや、ＴＶ−ＡＦ合焦位置よりも手前での一旦停止を回避できる。また、誤った位相差合焦位置へのフォーカスレンズ駆動によるぼけの発生も回避できる。これらにより、ハイブリッドＡＦによりスムーズかつ高精度に合焦状態を得ることができ、ビデオカメラのＡＦに関する品位を向上させることができる。

さらに、本実施例では、フォーカスレンズ１０５の駆動開始から駆動終了までを複数のモードに分割し、該モードに応じて上記ＡＦ評価値の特定の変化の内容を変更したり、フォーカスレンズ１０５の駆動速度を切り換えたりしている。これにより、駆動開始直後や駆動終了付近での状況に応じた適切なフォーカス制御を行うことができる。

図８には、本発明の実施例２であるビデオカメラの構成を示す。

本実施例において、上記実施例１と共通する構成要素については、実施例１と同符号を付して説明に代える。実施例１では、第２のフォーカス制御として外部測距ユニット１１６を用いた外測位相差検出方式を採用したが、本実施例では、ＴＴＬ内測位相差検出方式を採用する。

図８において、６２１は撮像光学系を通過した光束の一部を反射する光分割手段としてのハーフプリズムである。本実施例では、絞り１０３は動画撮影中は常時開閉方向に動作しているため、ハーフプリズム６２１は、絞り１０３よりも被写体側に配置されている。

６２２はハーフプリズム６２１からの反射光束を反射するサブミラーであり、６２３はサブミラー６２２からの光束に位相差ＡＦのための対の被写体像を形成させる結像レンズである。

６２４は上記対の被写体像を受光し、該被写体像間の位相差に応じた信号を出力する受光センサとしての焦点検出センサである。６２５は焦点検出センサ６２４からの出力信号を処理するＡＦ回路である。

マイクロコンピュータ１１５は、焦点検出センサ６２４からＡＦ回路６２５を介して入力された位相差に応じた信号に基づいて、撮像光学系のデフォーカス量（デフォーカス方向を含む）を検出する。そして、該デフォーカス量に基づいて、合焦を得るためのフォーカスレンズ１０５の駆動量、つまりは位相差合焦位置を算出する。

本実施例では、実施例１で説明した図２のＳｔｅｐ２０４において、被写体距離の代わりにデフォーカス量（方向を含む）を得ることにより、実施例１で説明したＡＦ制御アルゴリズムの適用が可能である。

つまり、図２のフローチャートにおいて、Ｓｔｅｐ２０４では、撮像光学系のデフォーカス量を取得するとともに、該デフォーカス量から位相差合焦位置を算出すればよい。

このように、内測位相差検出方式を用いた場合でも、位相差合焦位置へのフォーカスレンズ１０５の駆動中においてＡＦ評価値に特定の変化が生じた場合に、位相差ＡＦを中止したりＴＶ−ＡＦに切り換えたりすることができる。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。

１０１第１固定レンズ
１０２変倍レンズ
１０３絞り
１０４第２固定レンズ
１０５フォーカスレンズ
１０６撮像素子
１１２ＡＦゲート
１１４ＡＦ信号処理回路
１１５カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ
１１６外部測距ユニット
６２１ハーフプリズム
６２２サブミラー
６２３結像レンズ
６２４焦点検出センサ
６２５ＡＦ回路

Claims

被写体像を光電変換して信号を出力する撮像素子と、
互いに対をなす被写体像間の位相差に応じた信号を出力する受光センサと、
前記撮像素子から出力された信号を用いて生成された被写体像のコントラスト状態を示すフォーカス評価値を生成するフォーカス評価値生成手段と、
前記フォーカス評価値に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御、及び前記位相差に応じた信号に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記第２のフォーカス制御中に、前記フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値に被写体像のコントラストが下がったことを示す変化が生じた場合に、前記第２のフォーカス制御による前記フォーカスレンズの駆動を中止し、前記第１のフォーカス制御によって前記フォーカスレンズを振動させながら前記フォーカス評価生成手段によって生成されたフォーカス評価値に基づいて合焦方向を判定することを特徴とする撮像装置。
前記制御手段は、前記第２のフォーカス制御中に前記フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値のピーク値を超えた後に前記変化が生じた場合は、前記第２のフォーカス制御による前記フォーカスレンズの駆動中止し、前記フォーカスレンズを前記フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値がピークとなった位置に戻すように駆動することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記第２のフォーカス制御による前記フォーカスレンズの駆動開始から駆動終了までを複数の段階に分割し、前記第２のフォーカス制御中に前記フォーカス評価値に前記変化が生じない場合は、前記段階に応じて前記フォーカスレンズの駆動速度を変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記フォーカスレンズの駆動開始段階から駆動終了段階にかけて、前記フォーカスレンズの駆動速度を、第１の速度、該第１の速度より速い第２の速度、該第２の速度より遅い第３の速度に変更することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記複数の段階を、前記フォーカスレンズの位置、駆動時間及び撮像光学系の焦点深度のうち少なくとも一方に基づいて設定することを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
被写体像を光電変換して信号を出力する撮像素子と、互い対をなす被写体像間の位相差に応じた信号を出力する受光センサと、前記撮像素子から出力された信号を用いて生成された被写体像のコントラスト状態を示すフォーカス評価値を生成するフォーカス評価値生成手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
前記フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値に基づいてフォーカスレンズの駆動を制御する第１のフォーカス制御を行うステップと、
前記位相差に応じた信号に基づいて前記フォーカスレンズの駆動を制御する第２のフォーカス制御を行うステップと、
前記第２のフォーカス制御中に、前記フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値に被写体像のコントラストが下がったことを示す変化が生じた場合に、前記第２のフォーカス制御を中止し、前記第１のフォーカス制御によってフォーカスレンズを振動させながら前記フォーカス評価値生成手段によって生成されたフォーカス評価値に基づいて合焦方向を判定するステップとを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。