JP2019109365A - 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】応答性と安定性を両立させたコントラスト検出方式のオートフォーカスが可能な撮像装置を提供。【解決手段】撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子と、ウォブリング動作に基づいて被写体像の合焦方向を判定する判定部と、フォーカスレンズを合焦方向に移動させて焦点調節を行う制御部と、撮像素子の第１の焦点検出領域から得られる焦点信号である第１の焦点信号を取得するとともに、第１の焦点検出領域を含み第１の焦点検出領域より大きい第２の焦点検出領域から得られる焦点信号である第２の焦点信号を取得する取得部と、を備え、制御部は、現在のフォーカスレンズの移動方向である第１の移動方向と、第１の合焦方向が一致している場合は、第１の合焦方向に基づいて最終的な合焦方向を判断し、第１の移動方向と第１の合焦方向が一致していない場合は、第１の合焦方向と、第２の合焦方向とに基づいて最終的な合焦方向を判断する。【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置における焦点調節技術に関するものである。

従来のコントラスト検出方式のオートフォーカス（ＡＦ）では、応答性（追従性）と安定性（品位）の両立が困難であったため、自然なピント合わせが要求される動画撮影時は後者を重視して設計されることが一般的であった。一方、近年では、撮像面における位相差検出方式のオートフォーカスの採用により、応答性（追従性）と安定性（品位）の両立が比較的容易となってきている。そのため、動画撮影時であっても、動く被写体に対してなめらかに追従することが求められるようになってきた。

このように撮像面位相差検出方式を用いれば応答性と安定性を両立したオートフォーカスが可能になってきている一方、被写体や状況によっては撮像面位相差検出方式よりもコントラスト検出方式の方がピント精度が良い場合などもある。また、撮像面位相差検出方式では、画素から位相差のある画像信号を得るために、複数回の読み出しをする必要があり、画素信号の高速な読み出しが要求される。そのため、撮像面位相差検出方式だけでなく、コントラスト検出方式のオートフォーカスにおいても、応答性と安定性を両立させることが望まれる。

しかしながら、動く被写体は焦点検出枠に対して被写体の位置が一定でないうえ、構図によっては焦点検出枠内に被写体のコントラスト部分が含まれなくなってしまう場合がある。そのため、安定してコントラストの変化を検出することが困難となってしまい、ウォブリング動作時に正しく合焦方向を判別できずにピント精度が悪化してしまう場合があった。

特許文献１には、焦点検出枠内の遠近競合被写体に対して安定したＡＦ制御を行う手法が開示されている。

特開２０１６−１９７２１５号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術は、焦点検出枠内に距離の異なる被写体が混在した場合にピントを安定させることを目的としており、ウォブリング動作の制御方法に関しては言及されていない。そのため、動く被写体に対してなめらかに焦点を追従させることはできていない。

ここで、コントラスト検出方式のオートフォーカスにおける一般的な動画ＡＦ制御であるウォブリング動作について図７を用いて説明する。ウォブリング動作とは、フォーカスレンズを光軸方向に連続的に振動させ、振動先の至近側／無限遠側の焦点信号の大小関係を確認しながら、焦点信号が大きくなる方向へ振動中心位置を移動させていく動作のことである。

図７（ａ）の例では、静止している被写体に対してＡＦ開始位置からＩのように順次フォーカスレンズを振動させ、焦点信号の大きくなる方向へと振動中心位置を移動させていく。そのため、ピントを大きくボケさせることなく合焦方向を判別することができ、スムーズにIIの山登り動作へ移行することが可能となる。その後、焦点信号が最大となる位置を発見したならば、IIIのピーク戻し動作で合焦位置近傍までフォーカスレンズの位置を戻し、IVのように再びウォブリング動作を行って最終的な合焦位置を判別する。

一方、被写体が動いている場合は、図７（ｂ）のように焦点信号がフレームごとに安定していない場合があるため、Ｉのウォブリング動作で焦点信号の変化に反応して、意図せずIIの山登り動作へ移行してしまい、ピントが不安定になってしまう場合がある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コントラスト検出方式のオートフォーカスを用いても、応答性と安定性を両立させたオートフォーカスが可能な撮像装置を提供することである。

本発明に係わる撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子と、焦点を調節するフォーカスレンズを光軸に沿って振動させたときに前記撮像素子から得られる焦点信号の大小関係に基づいて、被写体像の焦点を合わせるために前記フォーカスレンズを動かすべき方向である合焦方向を判定する判定手段と、前記フォーカスレンズの振動の中心位置を前記合焦方向に移動させて焦点調節を行う制御手段と、前記撮像素子の第１の焦点検出領域から得られる前記焦点信号である第１の焦点信号を取得するとともに、前記第１の焦点検出領域を含み該第１の焦点検出領域より大きい第２の焦点検出領域から得られる前記焦点信号である第２の焦点信号を取得する取得手段と、を備え、前記制御手段は、現在の前記フォーカスレンズの振動の中心位置の移動方向である第１の移動方向と、前記第１の焦点信号に基づいて前記判定手段により判定された前記合焦方向である第１の合焦方向が一致している場合は、当該第１の合焦方向に基づいて最終的な合焦方向を判断し、前記第１の移動方向と前記第１の合焦方向が一致していない場合は、前記第１の合焦方向と、前記第２の焦点信号に基づいて前記判定手段により判定された前記合焦方向である第２の合焦方向とに基づいて最終的な合焦方向を判断することを特徴とする。

本発明によれば、コントラスト検出方式のオートフォーカスを用いても、応答性と安定性を両立させたオートフォーカスが可能な撮像装置を提供することが可能となる。

本発明の撮像装置の第１の実施形態であるデジタルカメラの構成を示す図。 動画におけるＡＦ制御の全体的な流れを示すフローチャート。 第１の実施形態における焦点検出枠の配置を示す図。 第１の実施形態におけるウォブリング動作の流れを示すフローチャート。 ウォブリング動作におけるフォーカスレンズの動きを示した図。 第２の実施形態におけるウォブリング動作の流れを示すフローチャート。 従来技術の課題を示した図。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の撮像装置の第１の実施形態であるデジタルカメラ１００の構成を示す図である。図１において、被写体からの光は、撮影光学系１２０を通って、撮像素子１０６上に被写体像として結像される。撮影光学系１２０には、被写体側から順に、固定されている第１群レンズ１０１、光軸方向に移動して変倍を行うズームレンズ１０２、光量を調整する絞り１０３、固定されている第２群レンズ１０４とが配置されている。また、変倍に伴う像面変動を補正する機能とフォーカス機能とを兼ね備えたフォーカスレンズ１０５も配置されている。なお、図１では、各レンズ群が１枚のレンズで構成されているように示されているが、実際には、１枚のレンズで構成されていてもよいし、複数枚のレンズで構成されていてもよい。

撮像素子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であり、被写体像を光電変換してアナログ信号を出力する。なお、撮像素子１０６を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のそれぞれに対して１つずつ設けてもよい。ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ１０７は、撮像素子１０６のアナログ出力をサンプリングし、ゲイン調整を行い、デジタル信号に変換する。カメラ信号処理回路１０８は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ１０７からの出力信号に対して各種の画像処理を行い、画像信号を生成する。

カメラ信号処理回路１０８内には、ＡＦ（オートフォーカス）信号処理回路１０８１が設けられている。ＡＦ信号処理回路１０８１は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤコンバータ１０７からの出力信号である撮像素子１０６の全画素の信号のうち焦点検出に用いる領域の画素の信号から、高周波成分を抽出する。そして、その高周波信号から生成した輝度差成分等を用いて焦点信号を生成する。焦点信号は、コントラスト評価値信号とも称され、撮像素子１０６からの出力信号に基づいて生成される画像の鮮鋭度（コントラスト状態）を表す。鮮鋭度は撮影光学系１２０の焦点状態によって変化するので、結果的に焦点信号は、撮影光学系１２０の焦点状態を表す信号となる。ＡＦ信号処理回路１０８１は、焦点信号生成部に相当する。

表示装置１０９は、カメラ信号処理回路１０８からの画像信号を表示し、記録装置１１０はカメラ信号処理回路１０８からの画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。カメラマイクロコンピュータ（以下、カメラマイコンという）１１１は、カメラ信号処理回路１０８からの出力に基づいて、後述のフォーカスレンズ駆動部１１３を制御し、フォーカスレンズ１０５を光軸方向に移動させる。この動作は主にカメラマイコン１１１内に設けられたＡＦ制御部１１１１によって行われる。このＡＦ制御部１１１１の動作の詳細については後述する。また、ＡＦ制御部１１１１は、決定されたフォーカスレンズ１０５の目標位置に従って実際にフォーカス制御を行う。さらに、変倍時（ズーム時）にはあらかじめ記憶されたズームトラッキングデータ（ズームトラッキングカム）に基づいてフォーカスレンズ１０５を移動させるズームトラッキング制御を行う。これにより、変倍に伴う像面変動（ボケ）を防止する。

ズームレンズ駆動部１１２は、ズームレンズ１０２を移動させて変倍動作を行い、フォーカスレンズ駆動部１１３はフォーカスレンズ１０５を移動させて焦点調節を行う。ズームレンズ駆動部１１２およびフォーカスレンズ駆動部１１３は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ、ボイスコイルモータ等の駆動源を備える。

次に、カメラマイコン１１１によって行われるＡＦ（オートフォーカス）制御の概要について、図２〜図４を用いて説明する。

図２は、動画におけるＡＦ制御の全体的な流れを示したフローチャートである。ここでの処理は、主にカメラマイコン１１１内のＡＦ制御部１１１１が、不図示のメモリに記憶されたプログラムに従って実行する。このことは、後述する他の実施形態でも同様である。

図２において、ステップＳ２０１では、ＡＦ信号処理回路１０８１により焦点信号を取得する領域となる焦点検出枠（焦点検出領域）を設定する。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、被写体位置に配置する主焦点検出枠に加え、主焦点検出枠を含み主焦点検出枠より大きい第１補助焦点検出枠および第１補助焦点検出枠を含み第１補助焦点検出枠より大きい第２補助焦点検出枠を設定する。なお、ここでは焦点検出枠を図３に示すように設定したが、補助焦点検出枠の数および位置、大きさは任意で構わない。以下、特に説明のない限り、ＡＦ（オートフォーカス）制御に使用する焦点信号は主焦点検出枠から得られた焦点信号とする。

ステップＳ２０２では、初期設定としてＡＦ制御状態をウォブリングに設定する。ステップＳ２０３では、現在の制御状態を判別し、その判別結果に応じて、制御状態がウォブリングであればステップＳ２０４へ、山登りであればステップＳ２１０へ、ピーク戻しであればステップＳ２１４へ、停止であればステップＳ２１７へ進む。

ステップＳ２０４では、設定された駆動量パラメータに基づいて、フォーカスレンズ１０５を光軸方向に連続的に振動させ、振動先の至近側／無限遠側の焦点信号の大小関係を確認しながら、焦点信号が大きくなる方向へ振動中心位置を移動させていくウォブリング動作を行う。ここで、駆動量パラメータとは、フォーカスレンズ１０５の振動、中心位置移動にともなう１回あたりの像面移動量を指す。通常これはピントを合わせる過程の品質を考慮して焦点深度内に設定される。しかし、基本的にはカメラとしての目標性能や動画対応レンズのフォーカス駆動特性などに基づいて自由に決定することができる。なお、ウォブリング動作の詳細については、後に図４を用いて説明する。

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４のウォブリング動作の結果、合焦状態にあるか否かを判別する。ここで、合焦状態であることの例として、たとえば、フォーカスレンズ１０５の位置の履歴から所定回数同一エリアで往復していることをもって合焦状態と判別することが考えられる。

ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５で合焦判別を行った結果に応じて、合焦と判別された場合はステップＳ２２０へ、そうでない場合はステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７では、ステップＳ２０４のウォブリング動作の結果、合焦点の存在する方向が特定できたか否かを判別する。ここで、合焦点の存在する方向を特定できることの例として、たとえば、フォーカスレンズ１０５の位置の履歴から所定回数連続して同一方向に振動中心位置が移動していることをもって合焦点の存在する方向を特定できたと判定することが考えられる。また、フォーカスレンズ１０５の位置の履歴から所定回数継続的に同一方向に振動中心位置が移動していることをもって被写体が動体被写体であるか否かも判定できる。

ステップＳ２０８では、ステップＳ２０７で方向判別を行った結果に応じて、合焦点の存在する方向が特定できたと判別された場合はステップＳ２１３へ、そうでない場合はステップＳ２０９へ進む。ステップＳ２０９では、制御状態をウォブリングに設定する。

ステップＳ２１０では、設定された駆動速度パラメータに基づいて、フォーカスレンズ１０５を所定の速度で光軸方向に移動させ、焦点信号が最大となる位置を探索する山登り動作を行う。ここで、駆動速度パラメータとは、フォーカスレンズ１０５の移動にともなう単位時間あたりの像面移動量を指す。通常これはピントを合わせる過程の品質を考慮して焦点深度内に設定されるが、基本的にはカメラとしての目標性能や動画対応レンズのフォーカス駆動特性などに基づいて自由に決定することができる。なお、山登り動作は公知の技術であるので、詳細な動作の説明は省略する。

ステップＳ２１１では、ステップＳ２１０の山登り動作の結果、焦点信号が最大となるピークを検出したか否かを判別する。ここで、ピークを検出することの例として、たとえば、焦点信号の値が最大値に対して所定量以上下降することをもってピークを検出したと判定することが考えられる。ステップＳ２１２では、ステップＳ２１１でピーク判別を行った結果に応じて、焦点信号が最大となるピークを検出したと判別された場合はステップＳ２１６へ、そうでない場合はステップＳ２１３へ進む。ステップＳ２１３では、制御状態を山登りに設定する。

ステップＳ２１４では、ステップＳ２１１で検出したピーク位置を目標位置に設定し、フォーカスレンズ１０５を所定の速度で移動させるピーク戻し動作を行う。ステップＳ２１５では、フォーカスレンズ１０５がステップＳ２１４で設定した目標位置に到達したか否かを判別し、到達した場合はステップＳ２０９へ、そうでない場合はステップＳ２１６へ進む。ステップＳ２１６では、制御状態をピーク戻しに設定する。

ステップＳ２１７では、ステップＳ２０５で合焦判別した際の焦点信号の値を記憶し、フォーカスレンズ１０５を停止させる合焦停止動作を行う。ステップＳ２１８では、ＡＦ制御を再開すべき被写体変化を検出したか否かを判別する。ここで、被写体変化を検出することの例として、たとえば、現在の焦点信号の値がステップＳ２０５で合焦判別したときの値に対して所定量以上変化することをもって被写体変化を検出することが考えられる。

ステップＳ２１９では、ステップＳ２１８で被写体変化判別を行った結果に応じて、ＡＦ制御を再開すべき被写体変化を検出したと判別された場合はステップＳ２０９へ、そうでない場合はステップＳ２２０へ進む。ステップＳ２２０では、制御状態を合焦停止に設定する。以上が、基本的な動画ＡＦ制御の流れである。

続いて、ステップＳ２０４で行われるウォブリング動作の詳細について、図４を用いて説明する。図４において、ステップＳ４０１では、初期設定としてウォブリング動作の制御状態を無限遠駆動に設定する。

ステップＳ４０２では、現在の制御状態を判別し、その結果に応じて制御状態が無限遠駆動であればステップＳ４０３へ、至近駆動であればステップＳ４１８へ進む。

ステップＳ４０３では、設定された駆動量パラメータに基づいてフォーカスレンズ１０５を無限遠方向へ駆動する。なお、ここでの駆動量は駆動中心位置からの変位量で規定されるため、後述のステップＳ４０８、ステップＳ４１６、ステップＳ４２７、ステップＳ４２９のいずれかで駆動中心位置を無限遠方向へ移動させている場合はこのときの駆動量が大きくなる。逆に、後述のステップＳ４１２、ステップＳ４１４、ステップＳ４２３、ステップＳ４３１のいずれかで駆動中心位置を至近方向へ移動させている場合はこのときの駆動量が小さくなる。

ステップＳ４０４では、フォーカスレンズ１０５がステップＳ４０３で設定した目標位置に到達したか否かを判別し、到達した場合はステップＳ４０５へ進み、そうでない場合はステップＳ４０３へ戻る。ステップＳ４０５では、フォーカスレンズ１０５がステップＳ４０３で設定した目標位置に到達した後に撮像素子１０６で生成された画像信号から、無限遠側の焦点信号を取得する。なお、このときの焦点信号は、ステップＳ２０１で設定した主焦点検出枠、第１補助焦点検出枠、第２補助焦点検出枠のそれぞれの焦点検出枠から独立して取得する。

ステップＳ４０６では、現在の駆動中心位置の移動方向が無限遠方向であるか否か、すなわち、後述のステップＳ４０８、ステップＳ４１６、ステップＳ４２７、ステップＳ４２９のいずれかで駆動中心位置を無限遠方向へ移動させているか否かを判別する。そして、無限遠方向へ移動させている場合はステップＳ４０７へ、そうでない場合はステップＳ４１３へ進む。ステップＳ４０７では、ステップＳ４０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ４２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が大きい場合はステップＳ４０８へ、そうでない場合はステップＳ４０９へ進む。

ステップＳ４０８では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を無限遠方向へ移動させる。これにより、ウォブリング動作の中で徐々に合焦方向へとフォーカスレンズ１０５を移動させることができる。

ステップＳ４０９では、ステップＳ４０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ４２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が小さい場合はステップＳ４１０へ、そうでない場合はステップＳ４１７へ進む。

ステップＳ４１０では、ステップＳ４０５で取得した無限遠側の第１補助焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ４２０で取得した至近側の第１補助焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が小さい場合はステップＳ４１１へ、そうでない場合はステップＳ４１７へ進む。

ステップＳ４１１では、ステップＳ４０５で取得した無限遠側の第２補助焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ４２０で取得した至近側の第２補助焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が小さい場合はステップＳ４１２へ、そうでない場合はステップＳ４１７へ進む。

ステップＳ４１２では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を至近方向へ移動させる。これにより、ウォブリング動作の中で徐々に合焦方向へとフォーカスレンズ１０５を移動させることができる。

すなわち、ステップＳ４０７で判別した主焦点検出枠の焦点信号の大きくなる方向がステップＳ４０６で判別した現在の駆動中心位置の移動方向と一致している場合は、その方向を最終的な合焦方向と判断して、ステップＳ４０８でただちに駆動中心位置を移動させる。一方、図３（ｂ）のような構図で被写体が焦点検出枠に出入りする等の影響を受けて両者が一致していない場合は、ただちに駆動中心位置を移動させることはしない。そして、比較的被写体の出入り等の影響を受けにくい第１補助焦点検出枠および第２補助焦点検出枠と同一傾向である場合にのみ、この方向を最終的な合焦方向と判断して、ステップＳ４１２で駆動中心位置を移動させる。これにより、動体に対してもより確実にピント追従ができるようになる。

ステップＳ４１３では、ステップＳ４０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ４２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が小さい場合はステップＳ４１４へ、そうでない場合はステップＳ４１５へ進む。ステップＳ４１４では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を至近方向へ移動させる。

ステップＳ４１５では、ステップＳ４０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ４２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が大きい場合はステップＳ４１６へ、そうでない場合はステップＳ４１７へ進む。ステップＳ４１６では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を無限遠方向へ移動させる。ステップＳ４１７では、制御状態を至近駆動に設定する。

ステップＳ４１８では、設定された駆動量パラメータに基づいてフォーカスレンズ１０５を至近方向へ駆動する。なお、ここでの駆動量は駆動中心位置からの変位量で規定されるため、ステップＳ４１２、ステップＳ４１４、後述のステップＳ４２３、ステップＳ４３１のいずれかで駆動中心位置を至近方向へ移動させている場合はこのときの駆動量が大きくなる。逆に、ステップＳ４０８、ステップＳ４１６、後述のステップＳ４２７、ステップＳ４２９のいずれかで駆動中心位置を無限遠方向へ移動させている場合はこのときの駆動量が小さくなる。

ステップＳ４１９では、フォーカスレンズ１０５がステップＳ４１８で設定した目標位置に到達したか否かを判別し、到達した場合はステップＳ４２０へ進み、そうでない場合はステップＳ４１８へ戻る。ステップＳ４２０では、フォーカスレンズ１０５がステップＳ４１８で設定した目標位置に到達した後に撮像素子１０６で生成された画像信号から、至近側の焦点信号を取得する。なお、このときの焦点信号は、ステップＳ２０１で設定した主焦点検出枠、第１補助焦点検出枠、第２補助焦点検出枠のそれぞれの焦点検出枠から独立して取得する。

ステップＳ４２１では、現在の駆動中心位置の移動方向が至近方向であるか否か、すなわち、ステップＳ４１２、ステップＳ４１４、後述のステップＳ４２３、ステップＳ４３１のいずれかで駆動中心位置を至近方向へ移動させているか否かを判別する。そして、至近方向へ移動させている場合はステップＳ４２２へ、そうでない場合はステップＳ４２８へ進む。

ステップＳ４２２では、ステップＳ４２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号とステップＳ４０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が大きい場合はステップＳ４２３へ、そうでない場合はステップＳ４２４へ進む。ステップＳ４２３では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を最終的な合焦方向としての至近方向へ移動させる。これにより、ウォブリング動作の中で徐々に合焦方向へとフォーカスレンズ１０５を移動させることができる。

ステップＳ４２４では、ステップＳ４２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号とステップＳ４０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が小さい場合はステップＳ４２５へ、そうでない場合はステップＳ４３２へ進む。
ステップＳ４２５では、ステップＳ４２０で取得した至近側の第１補助焦点検出枠の焦点信号とステップＳ４０５で取得した無限遠側の第１補助焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が小さい場合はステップＳ４２６へ、そうでない場合はステップＳ４３２へ進む。

ステップＳ４２６では、ステップＳ４２０で取得した至近側の第２補助焦点検出枠の焦点信号とステップＳ４０５で取得した無限遠側の第２補助焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が小さい場合はステップＳ４２７へ、そうでない場合はステップＳ４３２へ進む。ステップＳ４２７では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を最終的な合焦方向としての無限遠方向へ移動させる。これにより、ウォブリング動作の中で徐々に合焦方向へとフォーカスレンズ１０５を移動させることができる。

すなわち、ステップＳ４２２で判別した主焦点検出枠の焦点信号の大きくなる方向がステップＳ４２１で判別した現在の駆動中心位置の移動方向と一致している場合は、ステップＳ４２３でただちに駆動中心位置を移動させる。一方、図３（ｂ）のような構図で被写体が焦点検出枠に出入りする等の影響を受けて両者が一致していない場合は、ただちに駆動中心位置を移動させることはしない。そして、比較的被写体の出入り等の影響を受けにくい第１補助焦点検出枠および第２補助焦点検出枠と同一傾向である場合にのみ、ステップＳ４２７で駆動中心位置を移動させる。これにより、動体に対してもより確実にピント追従ができるようになる。

ステップＳ４２８では、ステップＳ４２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号とステップＳ４０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が小さい場合はステップＳ４２９へ、そうでない場合はステップＳ４３０へ進む。ステップＳ４２９では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を無限遠方向へ移動させる。

ステップＳ４３０では、ステップＳ４２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号とステップＳ４０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が大きい場合はステップＳ４３１へ、そうでない場合はステップＳ４３２へ進む。ステップＳ４３１では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を至近方向へ移動させる。ステップＳ４３２では、制御状態を無限遠駆動に設定する。

このウォブリング動作におけるフォーカスレンズ１０５の位置の時間変化を図５に示す。図５の上部の図は、画像信号の垂直同期信号を示し、下部の図は、横軸が時間、縦軸がフォーカスレンズ１０５の位置を示している。Ａで示す時刻に撮像素子１０６で蓄積された電荷に対する焦点信号ＥＶＡは、時刻ＴＡでカメラマイコン１１１内のＡＦ制御部１１１１に取り込まれる。また、Ｂで示す時刻に撮像素子１０６で蓄積された電荷に対する焦点信号ＥＶＢは、時刻ＴＢでカメラマイコン１１１内のＡＦ制御部１１１１に取り込まれる。時刻ＴＣでは焦点信号ＥＶＡとＥＶＢを比較し、図中のＥＶＢが大きい場合のみ振動中心位置を移動する。

このように、カメラマイコン１１１内のＡＦ制御部１１１１で行う動画ＡＦ制御では、常に焦点信号が最大となるようにウォブリング、山登り、ピーク戻し、合焦停止を繰り返しながらフォーカスレンズ１０５を制御することで、合焦状態を維持することが可能となる。特にウォブリング動作において、駆動中心の移動方向の状態に応じて方向判別に使用する焦点信号の焦点検出枠を適切に選択することにより、移動被写体に対してもより確実にピント追従ができるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、移動被写体においてもなめらかに追従するＡＦ動作を提供することが可能となる。

なお、上記の第１の実施形態では、主焦点検出枠に加え、主焦点検出枠を含み主焦点検出枠より大きい第１補助焦点検出枠および第１補助焦点検出枠を含み第１補助焦点検出枠より大きい第２補助焦点検出枠を設定する場合について説明した。しかし、主焦点検出枠と、主焦点検出枠を含み主焦点検出枠より大きい第１補助焦点検出枠との２つの焦点検出枠だけで、ウォブリングの駆動中心の移動方向を判定するようにしてもよい。その場合は、図４のステップＳ４１１、Ｓ４２６がスキップされる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態ではウォブリング動作の駆動中心の移動条件を焦点検出枠に応じて切り替えたが、本実施形態では、駆動中心の移動量についても切り替える。撮像装置の構成および動画ＡＦ制御のフローチャートは第１の実施形態の図１、図２と同様である。第２の実施形態におけるステップＳ２０４でのウォブリング動作の詳細フローチャートを図６に示す。

図６において、ステップＳ６０１では、初期設定としてウォブリング動作の制御状態を無限遠駆動に設定する。

ステップＳ６０２では、現在の制御状態を判別し、その結果に応じて制御状態が無限遠駆動であればステップＳ６０３へ、至近駆動であればステップＳ６１８へ進む。

ステップＳ６０３では、設定された駆動量パラメータに基づいてフォーカスレンズ１０５を無限遠方向へ駆動する。なお、ここでの駆動量は駆動中心位置からの変位量で規定されるため、後述のステップＳ６０８、ステップＳ６１６、ステップＳ６２７、ステップＳ６２９のいずれかで駆動中心位置を無限遠方向へ移動させている場合はこのときの駆動量が大きくなる。逆に、後述のステップＳ６１２、ステップＳ６１４、ステップＳ６２３、ステップＳ６３１のいずれかで駆動中心位置を至近方向へ移動させている場合はこのときの駆動量が小さくなる。

ステップＳ６０４では、フォーカスレンズ１０５がステップＳ６０３で設定した目標位置に到達したか否かを判別し、到達した場合はステップＳ６０５へ進み、そうでない場合はステップＳ６０３へ戻る。ステップＳ６０５では、フォーカスレンズ１０５がステップＳ６０３で設定した目標位置に到達した後に撮像素子１０６で生成された画像信号から、無限遠側の焦点信号を取得する。なお、このときの焦点信号は、ステップＳ２０１で設定した主焦点検出枠、第１補助焦点検出枠、第２補助焦点検出枠のそれぞれの焦点検出枠から独立して取得する。

ステップＳ６０６では、現在の駆動中心位置の移動方向が無限遠方向であるか否か、すなわち、後述のステップＳ６０８、ステップＳ６１６、ステップＳ６２７、ステップＳ６２９のいずれかで駆動中心位置を無限遠方向へ移動させているか否かを判別する。そして、無限遠方向へ移動させている場合はステップＳ６０７へ、そうでない場合はステップＳ６１３へ進む。ステップＳ６０７では、ステップＳ６０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ６２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が大きい場合はステップＳ６０８へ、そうでない場合はステップＳ６０９へ進む。

ステップＳ６０８では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を無限遠方向へ移動させる。第２の実施形態では、このときの駆動量パラメータを通常より大きく設定することで、動体被写体に対してより追従性を向上させることができる。これにより、ウォブリング動作の中で徐々に合焦方向へとフォーカスレンズ１０５を移動させることができる。

ステップＳ６０９では、ステップＳ６０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ６２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が小さい場合はステップＳ６１０へ、そうでない場合はステップＳ６１７へ進む。

ステップＳ６１０では、ステップＳ６０５で取得した無限遠側の第１補助焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ６２０で取得した至近側の第１補助焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が小さい場合はステップＳ６１１へ、そうでない場合はステップＳ６１７へ進む。

ステップＳ６１１では、ステップＳ６０５で取得した無限遠側の第２補助焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ６２０で取得した至近側の第２補助焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が小さい場合はステップＳ６１２へ、そうでない場合はステップＳ６１７へ進む。

ステップＳ６１２では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を至近方向へ移動させる。これにより、ウォブリング動作の中で徐々に合焦方向へとフォーカスレンズ１０５を移動させることができる。

すなわち、ステップＳ６０７で判別した主焦点検出枠の焦点信号の大きくなる方向がステップＳ６０６で判別した現在の駆動中心位置の移動方向と一致している場合は、より積極的に駆動中心位置を移動させる。一方、図３（ｂ）のような構図で被写体が焦点検出枠に出入りする等の影響を受けて両者が一致していない場合は、ただちに駆動中心位置を移動させることはしない。そして、比較的被写体の出入り等の影響を受けにくい第１補助焦点検出枠および第２補助焦点検出枠と同一傾向である場合にのみ、ステップＳ６１２で駆動中心位置を移動させる。これにより、動体に対してもより確実にピント追従ができるようになる。

ステップＳ６１３では、ステップＳ６０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ６２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が小さい場合はステップＳ６１４へ、そうでない場合はステップＳ６１５へ進む。ステップＳ６１４では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を至近方向へ移動させる。

ステップＳ６１５では、ステップＳ６０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号と後述のステップＳ６２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が大きい場合はステップＳ６１６へ、そうでない場合はステップＳ６１７へ進む。ステップＳ６１６では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を無限遠方向へ移動させる。ステップＳ６１７では、制御状態を至近駆動に設定する。

ステップＳ６１８では、設定された駆動量パラメータに基づいてフォーカスレンズ１０５を至近方向へ駆動する。なお、ここでの駆動量は駆動中心位置からの変位量で規定されるため、ステップＳ６１２、ステップＳ６１４、後述のステップＳ６２３、ステップＳ６３１のいずれかで駆動中心位置を至近方向へ移動させている場合はこのときの駆動量が大きくなる。逆に、ステップＳ６０８、ステップＳ６１６、後述のステップＳ６２７、ステップＳ６２９のいずれかで駆動中心位置を無限遠方向へ移動させている場合はこのときの駆動量が小さくなる。

ステップＳ６１９では、フォーカスレンズ１０５がステップＳ６１８で設定した目標位置に到達したか否かを判別し、到達した場合はステップＳ６２０へ進み、そうでない場合はステップＳ６１８へ戻る。ステップＳ６２０では、フォーカスレンズ１０５がステップＳ６１８で設定した目標位置に到達した後に撮像素子１０６で生成された画像信号から、至近側の焦点信号を取得する。なお、このときの焦点信号は、ステップＳ２０１で設定した主焦点検出枠、第１補助焦点検出枠、第２補助焦点検出枠のそれぞれの焦点検出枠から独立して取得する。

ステップＳ６２１では、現在の駆動中心位置の移動方向が至近方向であるか否か、すなわち、ステップＳ６１２、ステップＳ６１４、後述のステップＳ６２３、ステップＳ６３１のいずれかで駆動中心位置を至近方向へ移動させているか否かを判別する。そして、至近方向へ移動させている場合はステップＳ６２２へ、そうでない場合はステップＳ６２８へ進む。

ステップＳ６２２では、ステップＳ６２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号とステップＳ６０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較する。そして、前者が大きい場合はステップＳ６２３へ、そうでない場合はステップＳ６２４へ進む。ステップＳ６２３では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を至近方向へ移動させる。第２の実施形態では、このときの駆動量パラメータを通常より大きく設定することで、動体被写体に対してより追従性を向上させることができる。これにより、ウォブリング動作の中で徐々に合焦方向へとフォーカスレンズ１０５を移動させることができる。

ステップＳ６２４では、ステップＳ６２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号とステップＳ６０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が小さい場合はステップＳ６２５へ、そうでない場合はステップＳ６３２へ進む。
ステップＳ６２５では、ステップＳ６２０で取得した至近側の第１補助焦点検出枠の焦点信号とステップＳ６０５で取得した無限遠側の第１補助焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が小さい場合はステップＳ６２６へ、そうでない場合はステップＳ６３２へ進む。

ステップＳ６２６では、ステップＳ６２０で取得した至近側の第２補助焦点検出枠の焦点信号とステップＳ６０５で取得した無限遠側の第２補助焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が小さい場合はステップＳ６２７へ、そうでない場合はステップＳ６３２へ進む。ステップＳ６２７では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を無限遠方向へ移動させる。これにより、ウォブリング動作の中で徐々に合焦方向へとフォーカスレンズ１０５を移動させることができる。

すなわち、ステップＳ６２２で判別した主焦点検出枠の焦点信号の大きくなる方向がステップＳ６２１で判別した現在の駆動中心位置の移動方向と一致している場合は、より積極的に駆動中心位置を移動させる。一方、図３（ｂ）のような構図で被写体が焦点検出枠に出入りする等の影響を受けて両者が一致していない場合は、ただちに駆動中心位置を移動させることはしない。そして、比較的被写体の出入り等の影響を受けにくい第１補助焦点検出枠および第２補助焦点検出枠と同一傾向である場合にのみ、ステップＳ６２７で駆動中心位置を移動させる。これにより、動体に対してもより確実にピント追従ができるようになる。

ステップＳ６２８では、ステップＳ６２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号とステップＳ６０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が小さい場合はステップＳ６２９へ、そうでない場合はステップＳ６３０へ進む。ステップＳ６２９では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を無限遠方向へ移動させる。

ステップＳ６３０では、ステップＳ６２０で取得した至近側の主焦点検出枠の焦点信号とステップＳ６０５で取得した無限遠側の主焦点検出枠の焦点信号の大きさを比較し、前者が大きい場合はステップＳ６３１へ、そうでない場合はステップＳ６３２へ進む。ステップＳ６３１では、設定された駆動量パラメータに基づいてウォブリング動作の駆動中心位置を至近方向へ移動させる。ステップＳ６３２では、制御状態を無限遠駆動に設定する。その他の処理については第１の実施形態と同様である。

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

（他の実施形態）
また本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現できる。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現できる。

１０１：第１群レンズ、１０２：ズームレンズ、１０３：絞り、１０４：第２群レンズ、１０５：フォーカスレンズ、１０６：撮像素子、１０８：カメラ信号処理回路、１１１：カメラマイコン、１０８１：ＡＦ信号処理回路、１１１１：ＡＦ制御部

Claims (13)

1. 被写体像を撮像する撮像素子と、
   焦点を調節するフォーカスレンズを光軸に沿って振動させたときに前記撮像素子から得られる焦点信号の大小関係に基づいて、被写体像の焦点を合わせるために前記フォーカスレンズを動かすべき方向である合焦方向を判定する判定手段と、
   前記フォーカスレンズの振動の中心位置を前記合焦方向に移動させて焦点調節を行う制御手段と、
   前記撮像素子の第１の焦点検出領域から得られる前記焦点信号である第１の焦点信号を取得するとともに、前記第１の焦点検出領域を含み該第１の焦点検出領域より大きい第２の焦点検出領域から得られる前記焦点信号である第２の焦点信号を取得する取得手段と、を備え、
   前記制御手段は、現在の前記フォーカスレンズの振動の中心位置の移動方向である第１の移動方向と、前記第１の焦点信号に基づいて前記判定手段により判定された前記合焦方向である第１の合焦方向が一致している場合は、当該第１の合焦方向に基づいて最終的な合焦方向を判断し、前記第１の移動方向と前記第１の合焦方向が一致していない場合は、前記第１の合焦方向と、前記第２の焦点信号に基づいて前記判定手段により判定された前記合焦方向である第２の合焦方向とに基づいて最終的な合焦方向を判断することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記第１の移動方向と前記第１の合焦方向が一致している場合は、前記第１の合焦方向を最終的な合焦方向と判断することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記第１の移動方向と前記第１の合焦方向が一致している場合は、前記第１の合焦方向を最終的な合焦方向と判断するとともに、前記フォーカスレンズの振動の中心位置の移動量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記第１の移動方向と前記第１の合焦方向が一致しておらず、前記第１の合焦方向と前記第２の合焦方向が一致している場合に、当該一致する第１の合焦方向および第２の合焦方向を最終的な合焦方向と判断することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記取得手段は、前記第２の焦点検出領域を含み該第２の焦点検出領域より大きい第３の焦点検出領域から得られる前記焦点信号である第３の焦点信号をさらに取得することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記第１の移動方向と前記第１の合焦方向が一致していない場合は、前記第１の合焦方向と、前記第２の合焦方向と、前記第３の焦点信号に基づいて前記判定手段により判定された前記合焦方向である第３の合焦方向とに基づいて最終的な合焦方向を判断することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記第１の移動方向と前記第１の合焦方向が一致しておらず、前記第１の合焦方向と前記第２の合焦方向と前記第３の合焦方向とが一致している場合に、当該一致する第１の合焦方向、第２の合焦方向および第３の合焦方向を最終的な合焦方向と判断することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズの光軸に沿った振動の中心位置の移動方向の履歴に基づいて、被写体が動いているか否かを判断することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズの光軸に沿った振動の中心位置が継続的に同一方向へ移動した場合に被写体が動いていると判断することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記制御手段は、被写体が動いていないと判断した場合、前記第１の合焦方向を最終的な合焦方向と判断することを特徴とする請求項８または９に記載の撮像装置。
11. 被写体像を撮像する撮像素子を備える撮像装置を制御する方法であって、
    焦点を調節するフォーカスレンズを光軸に沿って振動させたときに前記撮像素子から得られる焦点信号の大小関係に基づいて、被写体像の焦点を合わせるために前記フォーカスレンズを動かすべき方向である合焦方向を判定する判定工程と、
    前記フォーカスレンズの振動の中心位置を前記合焦方向に移動させて焦点調節を行う制御工程と、
    前記撮像素子の第１の焦点検出領域から得られる前記焦点信号である第１の焦点信号を取得するとともに、前記第１の焦点検出領域を含み該第１の焦点検出領域より大きい第２の焦点検出領域から得られる前記焦点信号である第２の焦点信号を取得する取得工程と、を有し、
    前記制御工程では、現在の前記フォーカスレンズの振動の中心位置の移動方向である第１の移動方向と、前記第１の焦点信号に基づいて前記判定工程において判定された前記合焦方向である第１の合焦方向が一致している場合は、当該第１の合焦方向に基づいて最終的な合焦方向を判断し、前記第１の移動方向と前記第１の合焦方向が一致していない場合は、前記第１の合焦方向と、前記第２の焦点信号に基づいて前記判定工程において判定された前記合焦方向である第２の合焦方向とに基づいて最終的な合焦方向を判断することを特徴とする撮像装置の制御方法。
12. 請求項１１に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
13. 請求項１１に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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