JP4296511B2 - 自動焦点調節装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は自動焦点調節装置及びその方法に係り、特に撮像素子を備えた電子カメラに好適なオートフォーカス（ＡＦ）制御技術に関する。

従来、ＣＣＤなどの撮像素子から得られる画像信号の高周波成分を利用するコントラスト方式のＡＦ（コントラストＡＦ）と、投光部から投射した光の反射光を受光して三角測量の原理で被写体距離を測定するアクティブ方式のＡＦ（外光ＡＦ）を併用した電子カメラシステムが提案されている（特開平５−２１００４２号公報、特開平５−２１００４３号公報、特開２００１−１４１９８２号公報、特開２００１−１４１９８３号公報等）。これら従来提案されているシステムは、被写体距離が近いときはコントラストＡＦを行うもの（特開平５−２１００４３号公報）や、低輝度の時は外光ＡＦを行うもの（特開平２００１−１４１９８３号公報）のように、外光ＡＦセンサの測距結果から、合焦方式を選択するものであった。

また、外光ＡＦの結果から合焦位置付近にレンズを運び、その後コントラストＡＦを行うものも提案されている（特開平８−１８４８９０号公報、特開２００１−１４１９８４号公報）。
特開平５−２１００４２号公報 特開平５−２１００４３号公報 特開２００１−１４１９８２号公報 特開２００１−１４１９８３号公報 特開平８−１８４８９０号公報 特開２００１−１４１９８４号公報

しかしながら、特開平８−１８４８９０号公報及び特開２００１−１４１９８４号公報においては、外光ＡＦに基づいて合焦位置付近にレンズ移動させた後のコントラストＡＦにおけるサーチ範囲について言及しておらず、コントラストＡＦの結果から更にＡＦする点は想定していない。また、これら各公報ではコントラストＡＦするエリアについても記載されていない。

コントラストＡＦと外光ＡＦを併用したシステムの場合、被写体の影響で外光ＡＦの測距結果が異なることが想定される。また、外光ＡＦセンサと撮影レンズのパララックスにより外光ＡＦセンサによる測距ポイントが撮影画角の中央（ＡＦターゲットマーク）からずれる場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測距センサとコントラストＡＦを組み合わせたＡＦシステムの更なる性能の向上（高速かつ高精度化）を達成することができる自動焦点調節装置及び方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、被写体距離を測定する測距手段と、撮影レンズを通して入射する被写体の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いて前記撮影レンズの焦点位置を調節するコントラスト方式による焦点調節手段と、を有し、前記測距手段の測定結果に基づいて前記撮影レンズを駆動した後に、前記撮像手段から出力される画像信号に基づいて前記コントラスト方式による焦点調節を行う自動焦点調節装置において、撮影開始を指示する信号が入力される前から定期的に前記測距手段を作動させて測距出力を取得するように制御する制御手段を備え、前記制御手段は、スルー画表示の開始時に前記測距手段により前記被写体距離の値である測距値Ｌ１を取得する測距処理と前記コントラスト方式による焦点調節を行い、前記測距値Ｌ１を記憶するとともに、前記コントラスト方式による焦点調節による合焦動作を行った後、定期的に前記測距手段により前記被写体距離の値である測距値Ｌ２を取得する測距処理を行って前記測距値Ｌ２を記憶し、撮影開始を指示する信号の受入時に前記測距値Ｌ１と前記測距値Ｌ２の差｜Ｌ２−Ｌ１｜をしきい値ｎと比較して、｜Ｌ２−Ｌ１｜≧ｎの場合には前記コントラスト方式による焦点調節を行うように制御し、｜Ｌ２−Ｌ１｜＜ｎの場合には前記コントラスト方式による焦点調節を省略するように制御すること、を特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、定期的に前記測距手段により前記測距値Ｌ２を取得する測距処理を行う際に自動露出制御を行うこと、を特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、｜Ｌ２−Ｌ１｜≧ｎの場合に前記コントラスト方式による焦点調節を行なったときに、合焦位置が見つからなかった場合は、前記測距手段による前記被写体距離の測定結果から定まる合焦位置へ前記撮像レンズを駆動するように制御すること、を特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、被写体距離を測定し、その測定結果に基づいて撮影レンズを駆動した後に、撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いてコントラスト方式による合焦位置の検出を行い、当該検出した合焦位置に前記撮影レンズを移動させる自動焦点調節方法において、撮影開始を指示する信号が入力される前から定期的に被写体距離を測定し、スルー画表示の開始時に前記被写体距離の値である測距値Ｌ１を測定し、前記コントラスト方式による合焦位置の検出を行い、前記測距値Ｌ１を記憶するとともに、検出した前記合焦位置に前記撮影レンズを移動させた後、定期的に前記被写体距離の値である測距値Ｌ２を測定して前記測距値Ｌ２を記憶し、撮影開始を指示する信号の受入時に前記測距値Ｌ１と前記測距値Ｌ２の差｜Ｌ２−Ｌ１｜をしきい値ｎと比較して、｜Ｌ２−Ｌ１｜≧ｎの場合には前記コントラスト方式による合焦位置の検出を行い、｜Ｌ２−Ｌ１｜＜ｎの場合には前記コントラスト方式による合焦位置の検出を省略すること、を特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、定期的に前記測距値Ｌ２を取得する測距処理を行う際に自動露出制御を行なうこと、を特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、｜Ｌ２−Ｌ１｜≧ｎの場合に前記コントラスト方式による合焦位置の検出を行なったときに、合焦位置が見つからなかった場合は、前記被写体距離の測定結果から定まる合焦位置へ前記撮像レンズを駆動すること、を特徴としている。

撮影開始の指示が入力される以前から定期的に測距手段を作動させて被写体距離を測定しておくことにより、撮影開始の指示が入力された時の合焦時間を高速化できる。

本発明によれば、測距手段とコントラスト方式のＡＦを組み合わせ、測距結果や被写体の明るさ、焦点距離等の条件によってコントラストＡＦのサーチ範囲を可変する構成にしたので、高速かつ高精度の自動焦点調節装置を実現できる。

更に、本発明によれば、撮影開始の指示が入力される前から定期的に測距手段を作動させて被写体距離を測定しておくようにしたので、撮影開始の指示が入力された時の合焦時間を高速化できる。

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

図１は本発明が適用されたデジタルカメラの正面側斜視図である。図１に示したように、デジタルカメラ１０の前面には、焦点距離可変のレンズ部１２と、被写体距離を測定する測距センサ１４が設けられ、カメラ天面にはレリーズスイッチ１６が配設されている。また、レンズ部１２の前方にはレンズの焦点距離を変換するコンバージョンレンズ１８を取り付けることが可能である。

本例では測距センサ１４として、投光部１４Ａと受光部１４Ｂを有する赤外線アクティブ方式の測距センサが用いられている。ただし、本発明の実施に際して測距センサは、赤外ＬＥＤを投光するアクティブ方式のセンサに限定されず、超音波センサやパッシブ方式のセンサなど種々の測距センサを適用できる。

図２はデジタルカメラ１０の背面側斜視図である。デジタルカメラ１０の背面には、撮影倍率の変更操作を行うためのズームレバー２０と、液晶ディスプレイ等の画像表示装置２２が配設されている。画像表示装置２２は画角確認用の電子ファインダーとして使用できるとともに、記録した画像の再生映像やメニュー画面その他の情報を表示することができる。ユーザは画像表示装置２２に表示されるリアルタイム画像（スルー画）を確認しながら、ズームレバー２０を操作し、広角（WIDE）／望遠（TELE）などの画角を決定し、レリーズスイッチ１６を押下して撮影を行う。

図３はデジタルカメラ１０の内部構成を示すブロック図である。レンズ部１２は、倍率調整用の変倍レンズ３０と、フォーカス調整用のフォーカスレンズ３２及び絞り３３を含む。レンズ部１２を通して固体撮像素子３４の受光面に結像された被写体の光学像は、固体撮像素子３４によって光電変換され、画像信号として出力される。なお、固体撮像素子３４には、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど各種方式の撮像デバイスを用いることができる。

固体撮像素子３４から出力された画像信号は、撮像回路３６に送られる。撮像回路３６は、サンプリングホールド回路、色分離回路、ゲイン調整回路等の信号処理回路を含む。固体撮像素子３４から出力された画像信号は、撮像回路３６において相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理並びにＲ，Ｇ，Ｂの各色信号に色分離処理されるととに、各色信号の信号レベルの調整が行われる。

撮像回路３６から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換器３７によりデジタル信号に変換された後、デジタル信号処理回路３８に送られる。デジタル信号処理回路３８は、輝度・色差信号生成回路、明るさ検出回路、ガンマ補正回路、シャープネス補正回路、ホワイトバランス補正回路、圧縮伸張回路等を含む画像処理手段であり、制御ＣＰＵ４０からのコマンドに従って画像信号を処理する。制御ＣＰＵ４０は、本カメラシステムの制御を司る制御部である。制御ＣＰＵ４０は、ズームレバー２０、レリーズスイッチ１６その他の操作部から受入する信号に基づき、対応する回路の動作を制御する。

デジタル信号処理回路３８において表示用の信号に変換された画像信号が画像表示装置２２に出力されることにより、画像表示装置２２の画面上に画像内容が表示される。固体撮像素子３４から出力される画像信号によって表示用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映像信号が画像表示装置２２に供給されることにより、固体撮像素子３４が捉える画像がリアルタイムに動画像（スルー画）として画像表示装置２２に表示される。

撮影者がズームレバー２０を操作すると、その操作方向及び操作量を示す信号（ズーム操作信号）が制御ＣＰＵ４０に入力される。制御ＣＰＵ４０はズームレバー２０からのズーム操作信号に基づいてズーム制御回路４４を制御する。ズーム制御回路４４は、制御ＣＰＵ４０の指令に従ってズーム駆動用モータ（不図示）を制御し、変倍レンズ３０をテレ（TELE）方向又はワイド（WIDE）方向に移動させる。変倍レンズ３０の位置（ズーム位置）は、図示せぬ位置センサによって検出され、その検出信号は制御ＣＰＵ４０に入力される。

画角確認後レリーズスイッチ１６が押下されると、撮影開始指示（レリーズＯＮ）信号が発せられる。制御ＣＰＵ４０は、レリーズＯＮ信号を検知して記録用の撮像動作を実行する。すなわち、制御ＣＰＵ４０は、ＡＥ／ＡＦ処理を行い、ＡＥ演算に基づいて絞り３３の開口径や固体撮像素子３４の電子シャッター（不要電荷排出機能）を制御することにより露出制御を行うとともに、測距センサ１４からの検出信号及び画像信号を利用したコントラストＡＦ演算の結果に基づいて焦点調節回路４６に指令信号を出力し、図示せぬフォーカス駆動用モータの作動を制御してフォーカスレンズ３２を合焦位置に移動させる。ＡＦ制御の詳細は後述するが、測距センサ１４からの検出信号によって被写体距離を把握し、その測距情報を利用してコントラストＡＦの条件（検出エリアやサーチ範囲）を設定している。なお、フォーカスレンズ３２の位置（フォーカス位置）は、図示せぬ位置センサによって検出され、その検出信号は制御ＣＰＵ４０に入力される。

こうして、制御ＣＰＵ４０は、被写体の撮影露出及び撮影ピントを制御し、露光及び読み出しを行う。取り込まれた画像データは、デジタル信号処理回路３８において必要な処理が施された後、外部記録装置４８に記録される。外部記録装置４８としては、メモリカード、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクその他のリムーバブルメディアを用いることができる。使用されるメディアに応じた信号処理手段とインターフェースが適用される。異種、同種の記録メディアを問わず、複数の媒体を装着可能な構成にしてもよい。リムーバブルメディアに限らず、デジタルカメラ１０に内蔵された記録媒体（内部メモリ）に画像データを保存する態様も可能である。

次に、上記の如く構成されたデジタルカメラの動作について説明する。図４は本例のデジタルカメラ１０におけるＡＦ動作の流れを示すフローチャートである。同図には、電源投入後、画像表示装置２２にスルー画を表示した状態から、レリーズスイッチ１６が押されて撮影を実行するまでの手順が示されている。

すなわち、カメラ電源ＯＮに伴って、まず、撮像回路３６やデジタル信号処理回路３８について必要な設定を行い、画像表示装置２２に固体撮像素子３４からの信号を連続的に表示するスルー画像（ムービー画像）を表示する（ステップＳ１１０）。スルー画像表示中に定期的に測距センサ１４を作動させて、測距値を取得するとともに（ステップＳ１１２）、定期的に自動露出制御（ＡＥ）を行い、被写体の明るさを検出して露出を合わせる（ステップＳ１１４）。また、コンバージョンレンズ１８が装着されたか否かを検出する処理を行う（ステップＳ１１６）。テレコンバージョンレンズ或いはワイドコンバージョンレンズがレンズ部１２に取り付けられると、測距センサ１４の検出光路内にコンバージョンレンズ１８の一部が進入し、被写体距離を正確に測定できない場合があり得るため、ステップＳ１１６においてコンバージョンレンズ１８の検出処理が行われる。

次いで、定期的に取得した測距値（被写体距離）の変化を監視する処理を行う（ステップＳ１１８）。これにより、被写体が動体である場合や、撮影者が画角を変えるカメラ操作を行っている場合など、何らかの原因で被写体距離が著しく変わっているか、それとも、被写体距離が安定していて、ほぼ同じ測距値が得られているかを判断する。

具体的には、一定の周期でステップＳ１１２において取得した測距値をバッファに記録しておき、その測距結果を利用する。ここでは、３回分の測距値を記憶する例を示す。現在取得した測距値Ｄ（ｔ）とする、前回と前々回の取得に係る測距値はそれぞれＤ（t-1 ）、Ｄ（t-2 ）であるとする。これら３つの測距値の最大値Ｄmax と最小値Ｄmin を計算する。被写体が動いていない場合や撮影者が撮影画角を変えない場合は、Ｄ（ｔ）の時間変化は少ないので、Ｄmax −Ｄminの値は小さい値となる。Ｄmax −Ｄmin の値によって、後述のコントラストＡＦ範囲を可変する。

次いで、レリーズスイッチ１６の押下の有無を判定し（ステップＳ１２０）、レリーズスイッチ１６が押されていなければ、ステップＳ１１２に戻り、上記工程（ステップＳ１１２〜Ｓ１２０）を一定の周期で繰り返す。ステップＳ１２０においてレリーズスイッチ１６が押されたことが検出されると、ステップＳ１２２に進む。ステップＳ１２２では、定期的に取得した測距値や被写体の明るさ、カメラの焦点距離の情報に基づいてコントラスト方式による焦点調節を行う範囲（コントラストＡＦ範囲）を決定する。

すなわち、被写体が立体物で近距離にある場合は、測距値のバラツキが多いことや、明るさが明るすぎたり、暗すぎたりする場合に測距値が安定しないことがあり、測距センサの測距精度が悪くなるため、より多くの範囲をコントラストＡＦする必要がある。また、定期的に取得した測距値のバラツキが大きい場合も、その分だけコントラストＡＦする焦点位置の範囲を広げる。カメラの焦点距離や絞りによって焦点深度が変わるので、ワイド側では範囲を小さく、テレ側では範囲を大きくする。

ここで、コントラストＡＦ範囲について解説する。一般に、フォーカスレンズを無限遠においた時にピントが合っている（許容錯乱円内にある）条件は、次式（１）のように示される。

[数１] Ｌ＝ｆ² ／（δ×Ｆ） …（１）
ただし、Ｌ：過焦点距離，δ：許容錯乱円径，Ｆ：絞り値，ｆ：焦点距離
式（１）において許容錯乱円径は固定値であるので、焦点距離が長く、絞り値（Ｆno）が小さい時は過焦点距離が大きくなる（被写界深度が浅くなる）。像面側に対し、被写体側が十分に大きいときは、近似的に次式（２）を使用できる。

[数２] Ｌ∝ｆ² ／（δ×Ｆ） …（２）
ただし、Ｌ：被写体距離，δ：像面移動量，Ｆ：絞り値，ｆ：焦点距離
図５にコントラストＡＦにおけるサーチ範囲の一例を示す。測距センサ１４で検出した被写体距離がＬであるとき、レンズの特性で決定されるフォーカスカーブにより、フォーカスレンズの理論的合焦位置Ｐ0 が決定される。しかしながら、測距センサの誤差やフォーカスレンズの温度特性・メカ的な誤差により、Ｐ0において必ずしもジャストピントにならない。

したがって、本実施形態ではこの誤差範囲分だけをコントラストＡＦによってサーチする。サーチ範囲はＰ0 の近傍、すなわちＰ0 から近距離方向にｄ1 の範囲及びＰ0 から遠距離方向にｄ2 の範囲とする。ｄ1 及びｄ2 はそれぞれ式（３）、式（４）で示される。

式（３）及び式（４）のＬ1 とＬ2 は、以下のように定められる。すなわち、測距センサ１４の出力距離がＬであったとすると、被写体が近い距離に存在するときは、立体物の影響が多い場合がある。立体物の「距離ばらつき」をｎとする。また、前述の定期的に測距した結果において被写体が安定していない場合も距離ばらつきとして得られる。

したがって、Ｌ1 、Ｌ2 はそれぞれ次式（５）、式（６）で与えられる。

式（５）及び式（６）に示したように、被写体変化がない場合は、Ｄmax −Ｄmin ＝0 となり、Ｌがｎに対して十分大きいときは、１／Ｌ1 及び１／Ｌ2 は０に近づく。つまり、被写体が遠く、かつ被写体距離が安定しているときは、サーチ範囲が小さくなる。
また、式（３）及び式（４）のαは測距センサ１４の測定誤差であり、ここではαは環境温度ｔ及び被写体輝度Ｂによって変わる関数としてα（t ，Ｂ）を次式（７）で与える。

[数７] α（t ，Ｂ）＝Ｒ（Ｂ）＋k ×｜t₀−t ｜ …（７）
ただし、Ｒ（Ｂ）は明るさに対する測距誤差であり、図６のグラフに示すような値とする。また、式（７）においてt₀は基準温度、ｋは定数とする。

したがって、被写体輝度が低い時は測定誤差が大きく、基準温度に対してずれが多いときは測定誤差が大きくなる。そして、測定誤差αの値が大きいと、式（３）及び式（４）に従い、コントラストＡＦ範囲も広くなる。

式（３）及び式（４）のβはレンズの像面側の誤差であり、レンズの温度特性によって変化し、レンズのメカ誤差ｑ（耐久、繰り返し誤差など）によって決定される。レンズの誤差については繰り返し使用によって変化することから固定値とすると、β（t ）は次式（８）
[数８] β（t ）＝ｑ＋ｍ×｜t₀−t ｜ ただし、ｍは定数 …（８）
で表され、基準温度t₀からのずれの関数として表される。

上述した演算式（３）〜（８）に従って図４のステップＳ１２２においてコントラストＡＦ範囲が計算される。その後、図４に示したステップＳ１２４に進み、コントラストＡＦを行うエリアを決定する。

コントラストＡＦのエリアを可変する主な理由は以下の点にある。すなわち、図７に示すように、撮影レンズ（レンズ部１２）と測距センサ１４のパララックスにより、図８に示すように、撮影画角に対して測距センサ１４が睨んでいる位置がずれ、被写体距離によってＡＦターゲットマーク５０からずれる場合がある。図８中符号５２はクロスポイント付近、符号５３は至近側、符号５４は無限遠側の被写体に対する測距センサ１４の睨み位置（測距ポイント）を示している。同図によれば、被写体距離約１．５ｍのクロスポイントよりも、被写体が至近側に存在する場合には、測距センサ１４の睨み位置は画面中心よりも上側にシフトしている（符号５３）。逆に、被写体が無限遠側に存在する場合は、測距センサ１４の睨み位置は画面中心よりも下側にシフトしている（符号５４）。このような事情に配慮して、被写体距離に応じてコントラストＡＦする範囲を広げたり、或いは距離によってコントラストＡＦする検出エリアを変更する。

図９にコントラストＡＦエリアの変更例を示す。同図に示すように、測距センサ１４の睨み位置（５２〜５４）に合わせて、コントラストＡＦエリアを可変する。クロスポイント近くに被写体が存在する場合には、画面中心部をコントラストＡＦエリアとして設定する（符号６２）。被写体が近距離の時には、測距センサ１４の睨み位置５３に合わせてコントラストＡＦエリアを画面中心よりも上側に設定する（符号６３）。被写体が無限遠の時には、測距センサ１４の睨み位置５４に合わせてコントラストＡＦエリアを画面中心よりも下側に設定する（符号６４）。

図９では＜上段／中心／下段＞の３つのコントラストＡＦエリアを例示したが、コントラストＡＦエリアは測距センサ１４のパララックスに合わせて測距結果に応じて連続的又は段階的に移動させる態様が好ましい。また、パララックスが大きい場合は、測距ポイントが中心から大きく外れる場合があるので、コントラストＡＦエリアを大きくして、中心とずれた分の全域を網羅するようにしてもよい。

また、コントラストＡＦするエリアを一つに限定せず、分割した複数のエリアについてＡＦすることで、パララックスで予想される部分をそれぞれ検出し、その結果を用いて合焦位置を決定してもよい。

図１０に多点測距の例を示す。同図によれば、画面内に３つのターゲットマーク７０Ｌ、７０Ｃ、７０Ｒが設けられ、測距センサ１４はこれら３箇所＜左／中心／右＞の各ポイントについて被写体距離を測定する。一つの測距センサ１４で複数のポイントを測距する方法は公知の技術である。例えば、アクティブセンサの場合は、投光する赤外ＬＥＤの方向を変えることで実現できる。パッシブセンサの場合は、水平方向のラインセンサの読み出し位置を変えることで実現できる。

この場合、デジタルカメラ１０は、３箇所の測距値から最も信頼できるセンサ出力、或いは最も近い距離を示したセンサ出力を出したポイントを選び、そこをターゲットとしてピントを合わせる。例えば、図１０において右（Ｒ）の測距ポイントを選択したとする。その場合、測距値が１．５ｍだった場合はパララックスが最も少なく、ターゲットマーク７０Ｒの中心に被写体が存在するが、仮に測距値が無限遠である場合は下方（Ｒ3 ）の位置に被写体が存在し、測距値が至近距離（例えば０．８ｍ）のときは上方（Ｒ1 ）の位置に被写体が存在する。したがって、測距センサ１４の測距ポイントと測距値に応じてコントラストＡＦの検出エリアを変更することで、正確に合焦できる。

図１１に多点測距エリアに対応するコントラストＡＦの検出エリアを例示する。測距センサ１４が睨む測距エリアＬi ，Ｃi ，Ｒi （i ＝1,2,3 ）と比較してコントラストＡＦのエリアＡＬi ，ＡＣi ，ＡＲi （i ＝1,2,3 ）を大きくとっているが、エリアの大小関係については特に限定されず、測距エリアＬi ，Ｃi，Ｒi （i ＝1,2,3 ）とコントラストＡＦのエリアＡＬi ，ＡＣi ，ＡＲi （i＝1,2,3 ）を一致させてもよい。

図７乃至図１１で説明した手法に従ってコントラストＡＦを行うエリアが決定される。図４のステップＳ１２２及びステップＳ１２４でコントラストＡＦ範囲（サーチ範囲）と検出エリアが決定されると、その条件に従ってフォーカスレンズ３２をサーチ開始位置（初期位置）に移動し（ステップＳ１２６）、コントラストＡＦ処理を実行する（ステップＳ１２８）。すなわち、サーチ開始位置から一定の方向に向かって所定のピッチでフォーカスレンズ３２を移動させながら、複数のＡＦ検出ポイント（サーチポイント）で検出エリア内のコントラストを検出し、評価値を算出する。なお、本例では INF側からNEAR側に向かってフォーカスレンズを移動させるが、本発明の実施に際してサーチ方向は限定されず、NEAR側から INF側に向かうサーチ方向であってもよい。

評価値の演算手法は従来から知られている方法を用いる。例えば、固体撮像素子３４を介して取得された画像信号のうちＧ成分のデータをサンプリングしてＡＦ検出対象エリア内での高周波成分を抽出するとともにその絶対値をとり、当該エリア内で絶対値データを積算して得られた値（評価値に相当）を制御ＣＰＵ４０に提供する。画像信号のＧ成分を用いる態様に限らず、輝度信号（Ｙ信号）を用いてもよい。

制御ＣＰＵ４０は、各サーチポイントで算出された評価値を総合して、合焦位置の判定を行う（ステップＳ１３０）。合焦位置が見つかったか否かの判定は、コントラストＡＦの結果、十分コントラストがあるピークが見つかったか否か等の公知に技術で行う。

図１２に示したように、サーチ範囲において評価値のピークが検出された場合には、評価値が最大となるレンズ位置を合焦位置として決定する。評価値のピークは、離散的に取得された評価値の中から求めてもよいし、補間演算によって評価値のカーブ（評価値曲線）を求め、得られた評価値曲線のピークを検出してもよい。

図４のステップＳ１３０において合焦位置が見つかった場合、フォーカスレンズ３２をその合焦位置に移動させるレンズ駆動を行った後に（ステップＳ１５０）、記録用の撮影を実行する（ステップＳ１６０）。そして、この撮影動作（ステップＳ１６０）によって取得された画像が外部記録装置４８に記録される。

その一方、ステップＳ１３０において合焦位置が見つからなかった場合は、測距センサ１４の測距誤差が大きかったり、パララックスによって中抜けしたことが想定される。したがって、かかる場合には、サーチ範囲を拡張して（ステップＳ１３２）、再度コントラストＡＦを行う（ステップＳ１３４）。サーチ範囲の拡張については、至近から無限遠までの全域をサーチ範囲とする方法と、サーチ範囲を限定する方法がある。

１回目のコントラストＡＦサーチで評価値のピークが検出できなかった場合であっても、図１３に示すように、評価値の変化が単調減少であった場合には、被写体は INF側にあることが想定されるので、２回目のサーチは１回目のサーチ開始位置から無限遠までをサーチ範囲とする。ただし、１回目のサーチ範囲と２回目のサーチ範囲が若干オーバーラップしても構わない。

このようにして、図４のステップＳ１３４において再度コントラストＡＦを実行し、合焦位置の判定を行う（ステップＳ１３６）。その結果、合焦位置が見つかった場合は、フォーカスレンズを合焦位置に駆動し（ステップＳ１４０）、撮影を実行する（ステップＳ１５０）。

その一方、ステップＳ１３６において合焦位置が見つからなかった場合は、ローコントラストであることが想定されるので、測距センサでの測距結果で想定される合焦位置へフォーカスレンズを駆動するとともに（ステップＳ１４２）、合焦不能であった旨の警告を行い（ステップＳ１４４）、その後撮影を実行する（ステップＳ１５０）。

警告の手段としては、画像表示装置の画面上に警告用のマークやメッセージ等を表示する態様、図示せぬ警告ランプ等を点灯（又は点滅）させる態様、音声による報知を行う態様、或いはこれらの組み合わせが考えられる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

図１４は本発明の他の実施形態に係るデジタルカメラにおけるＡＦ動作の流れを示すフローチャートである。同図では、レリーズスイッチ１６が押された時のＳ1 時にコントラストＡＦを実行するか否かを判断する制御例が示されている。すなわち、スルー画の表示処理（ステップＳ２１０）を開始した時に、測距センサ１４による測距処理（ステップＳ２１２）と、コントラスト方式による合焦位置検出を行う（ステップＳ２１４）。このときの測距値をＬ1 として記憶し、コントラストＡＦによる合焦処理の結果に基づいてフォーカスレンズ３２を合焦位置へ駆動する（ステップＳ２１６）。その後は消費電流を低減するために、コントラストＡＦによる処理を行わずに、測距センサ１４による測距処理を定期的に行う（ステップＳ２１８）。このときの測距値をＬ2 として記憶する。また、測距値Ｌ2 の取得と併せてＡＥ処理を行い（ステップＳ２２０）、被写体輝度値を取得する。

制御ＣＰＵ４０は、レリーズスイッチ１６の操作を監視し（ステップＳ２２４）、レリーズスイッチ１６が押されていなければ、ステップＳ２１８に戻って測距処理とＡＥ動作を繰り返す。ユーザによってレリーズスイッチ１６が押されると、ステップＳ２２４においてＹＥＳ判定となり、ステップＳ２２６に進む。

ステップＳ２２６では測距値Ｌ1 ，Ｌ2 より、次式（９）
[数９] ｜Ｌ2 −Ｌ1 ｜＜ｎ ただし、ｎはしきい値 …（９）
を満たしているか否かを判定する。

式（９）を満たした時は、コントラストＡＦした時から被写体は変化していないものとし、コントラストＡＦの処理を省略して、撮影を実行する（ステップＳ２３８）。その一方、ステップＳ２２６において式を満たさないときは、被写体が変化したものとして、再度コントラストＡＦを行う（ステップＳ２２８）。ステップＳ２２８のコントラストＡＦの結果に基づいて合焦位置の判定を行い（ステップＳ２３０）、合焦位置が見つかった場合は、フォーカスレンズ３２を合焦位置に駆動し（ステップＳ２３２）、撮影を実行する（ステップＳ２３８）。

また、ステップＳ２３０において合焦位置が見つからなかった場合は、測距センサでの測距結果で想定される合焦位置へフォーカスレンズを駆動し（ステップＳ２３４）、合焦不能であった旨の警告を行ってから（ステップＳ２３６）、撮影を実行する（ステップＳ２３８）。

図１５は本発明の更に他の実施形態に係るカメラの制御手順を示すフローチャートである。同図では、スルー画（ムービー出力）表示中にコントラストＡＦするか否かを判断する制御例が示されている。すなわち、スルー画の表示処理（ステップＳ３１０）を開始した時に、測距センサ１４による測距処理（ステップＳ３１２）と、コントラスト方式による合焦位置検出を行う（ステップＳ３１４）。このときの測距値をＬ1 として記憶し、コントラストＡＦによる合焦処理の結果に基づいてフォーカスレンズ３２を合焦位置へ駆動する（ステップＳ３１６）。その後は消費電流を低減するために、コントラストＡＦによる処理を行わずに、測距センサ１４による測距処理を定期的に行う（ステップＳ３１８）。このときの測距値をＬ2 として記憶する。また、測距値Ｌ2 の取得と併せて、ＡＥ処理を行い（ステップＳ３２０）、被写体輝度値を取得する。

このスルー画表示中に定期的にＬ1 とＬ2 の結果を判断し、次式（１０）
[数１０] ｜Ｌ2 −Ｌ1 ｜＜ｎ ただし、ｎはしきい値 …（１０）
を満たすか否かの判定を行う（ステップＳ３２２）。この判定においてＮＯ判定、すなわち、｜Ｌ2 −Ｌ1 ｜≧ｎである場合は、ステップＳ３１４でコントラストＡＦした時から被写体は変化したものとして、再度コントラストＡＦを行い（ステップＳ３２４）、合焦位置を更新する（ステップＳ３２６）。同時にＬ2 を新たなＬ1 として記憶し（ステップＳ３２８）、レリーズスイッチ１６の押下の有無を判断する（ステップＳ３３０）。

レリーズスイッチ１６が押されていなければ、ステップＳ３１８に戻り、定期的に測距を続け、式（１０）の成否を判断する。ステップＳ３２２の判断において式（１０）を満たす場合は、被写体が変化していないものとして、コントラストＡＦ処理を省略して、ステップＳ３３０に進む。

ステップＳ３１８〜Ｓ３３０を通じて周期的に測距処理を行い、被写体変化が認められた場合には、コントラストＡＦを行って合焦位置を更新するようにしたので、ユーザによってレリーズスイッチ１６が押された時には既に合焦状態が達成されている。このため、ステップＳ３３０においてＹＥＳ判定を得た場合は、コントラストＡＦを行わずに、撮影を実行する（ステップＳ３３２）。

なお、フローチャートには示さないが、ズームレバー２０が操作され焦点距離が変更された場合にも測距センサ１４による測距とコントラストＡＦを行い、常に合焦している状態を保持する。

上述したとおり、本明細書は以下に記載する発明の開示を含んでいる。

[発明（１）]：被写体距離を測定する測距手段と、撮影レンズを通して入射する被写体の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いて前記撮影レンズの焦点位置を調節するコントラスト方式による焦点調節手段と、を有し、前記測距手段の測定結果に基づいて前記撮影レンズを駆動した後に、前記撮像手段から出力される画像信号に基づいて前記コントラスト方式による焦点調節を行う自動焦点調節装置において、前記コントラスト方式で焦点調節する焦点位置の範囲を撮影条件に応じて可変設定する焦点位置範囲設定手段を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。

[発明(２)]：前記焦点位置範囲設定手段は、前記測距手段で測定された被写体距離に応じて前記焦点位置の範囲を変更することを特徴とする発明（１）に記載の自動焦点調節装置。

[発明(３)]：発明（１）又は（２）に記載の自動焦点調節装置において、被写体の明るさを検出する明るさ検出手段を備え、前記焦点位置範囲設定手段は、前記明るさ検出手段で検出した明るさに応じて前記焦点位置の範囲を変更することを特徴とする自動焦点調節装置。

[発明(４)]：前記焦点位置範囲設定手段は、前記撮影レンズの焦点距離に応じて前記焦点位置の範囲を変更することを特徴とする発明（１）、（２）又は（３）に記載の自動焦点調節装置。

[発明(５)]：前記焦点位置範囲設定手段は、前記撮影レンズの絞り値に応じて前記焦点位置の範囲を変更することを特徴とする発明（１）乃至（４）の何れか１項に記載の自動焦点調節装置。

[発明(６)]：前記測距手段を複数回動作させて複数の測距値を取得し、前記焦点位置範囲設定手段は、前記複数の測距値の変化に応じて前記焦点位置の範囲を変更することを特徴とする発明（１）乃至（５）の何れか１項に記載の自動焦点調節装置。

[発明(７)]：前記焦点位置範囲設定手段で設定された範囲で前記コントラスト方式による焦点調節を実施した結果、合焦位置を得ることができなかった場合に、前記焦点位置範囲設定手段により焦点調節すべき焦点位置の範囲を自動的に変更し、当該変更された範囲で前記コントラスト方式による焦点調節を行うように制御される特徴とする発明（１）乃至（６）の何れか１項に記載の自動焦点調節装置。

[発明(８)]：被写体距離を測定する測距手段と、撮影レンズを通して入射する被写体の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いて前記撮影レンズの焦点位置を調節するコントラスト方式による焦点調節手段と、を有し、前記測距手段の測定結果に基づいて前記撮影レンズを駆動した後に、前記撮像手段から出力される画像信号に基づいて前記コントラスト方式による焦点調節を行う自動焦点調節装置において、前記コントラスト方式で焦点調節する被写体のエリアを撮影条件に応じて可変設定するエリア設定手段を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。

[発明(９)]：前記エリア設定手段は、前記測距手段で測定された被写体距離に応じて前記エリアを変更することを特徴とする発明（８）に記載の自動焦点調節装置。

[発明(１０)]：前記エリア設定手段は、前記撮影レンズの焦点距離に応じて前記エリアを変更することを特徴とする発明（８）又は（９）に記載の自動焦点調節装置。

[発明(１１)]：前記測距手段は、複数の被写体ポイントについて測距を行う多点測距手段であり、前記エリア設定手段は、前記多点測距手段による多点測距の結果に応じて前記エリアを変更することを特徴とする発明（８）、（９）又は（１０）に記載の自動焦点調節装置。

[発明(１２)]：被写体距離を測定する測距手段と、撮影レンズを通して入射する被写体の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いて前記撮影レンズの焦点位置を調節するコントラスト方式による焦点調節手段と、を有し、前記測距手段の測定結果に基づいて前記撮影レンズを駆動した後に、前記撮像手段から出力される画像信号に基づいて前記コントラスト方式による焦点調節を行う自動焦点調節装置において、撮影開始を指示する信号が入力される前から定期的に前記測距手段を作動させて測距出力を取得し、撮影開始を指示する信号の受入に伴い、前記取得した測距出力を使用して前記コントラスト方式による焦点調節を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。

[発明(１３)]：被写体距離を測定する測距手段と、撮影レンズを通して入射する被写体の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いて前記撮影レンズの焦点位置を調節するコントラスト方式による焦点調節手段と、を有し、前記測距手段の測定結果に基づいて前記撮影レンズを駆動した後に、前記撮像手段から出力される画像信号に基づいて前記コントラスト方式による焦点調節を行う自動焦点調節装置において、定期的に前記測距手段を作動させて測距出力を取得し、前記取得した測距出力の変化を検出する被写体変化検出手段と、前記検出した測距出力の変化に基づいて被写体の変化を判断し、被写体変化が大きいと判定した場合に前記コントラスト方式による焦点調節を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。

[発明(１４)]：被写体距離を測定し、その測定結果に基づいて撮影レンズを駆動した後に、撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いてコントラスト方式による合焦位置の検出を行い、当該検出した合焦位置に前記撮影レンズを移動させる自動焦点調節方法において、前記コントラスト方式で焦点調節する焦点位置の範囲を被写体距離、被写体の明るさ、撮影レンズの焦点距離及び絞り値のうち少なくとも一つの条件に応じて可変することを特徴とする自動焦点調節方法。

[発明(１５)]：被写体距離を測定し、その測定結果に基づいて撮影レンズを駆動した後に、撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いてコントラスト方式による合焦位置の検出を行い、当該検出した合焦位置に前記撮影レンズを移動させる自動焦点調節方法において、前記コントラスト方式で焦点調節する被写体のエリアを被写体距離及び撮影レンズの焦点距離のうち少なくとも一つの条件に応じて可変することを特徴とする自動焦点調節方法。

[発明(１６)]：被写体距離を測定し、その測定結果に基づいて撮影レンズを駆動した後に、撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いてコントラスト方式による合焦位置の検出を行い、当該検出した合焦位置に前記撮影レンズを移動させる自動焦点調節方法において、撮影開始を指示する信号が入力される前から定期的に被写体距離を測定し、撮影開始を指示する信号の受入に伴い、前記取得した測距出力を使用して前記コントラスト方式による焦点調節を行うことを特徴とする自動焦点調節方法。

[発明(１７)]：被写体距離を測定し、その測定結果に基づいて撮影レンズを駆動した後に、撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いてコントラスト方式による合焦位置の検出を行い、当該検出した合焦位置に前記撮影レンズを移動させる自動焦点調節方法において、定期的に被写体距離を測定し、前記取得した測距出力の変化を検出するとともに、前記検出した測距出力の変化に基づいて被写体の変化を判断し、被写体変化が大きいと判定した場合に前記コントラスト方式による焦点調節を行うことを特徴とする自動焦点調節方法。

本発明の実施形態に係るデジタルカメラの正面側斜視図 図１に示したデジタルカメラの背面側斜視図 本例のデジタルカメラの内部構成を示すブロック図 本例のデジタルカメラにおけるＡＦ動作の流れを示すフローチャート コントラストＡＦにおけるサーチ範囲の一例を示す図 被写体の明るさに対する測距センサの測距誤差Ｒ（Ｂ）を示すグラフ 撮影レンズと測距センサのパララックスを示した説明図 被写体距離に応じた測距センサの睨み位置を示した説明図 測距センサの睨み位置に対応したコントラストＡＦエリアを示した説明図 多点測距を行う例を示した説明図 多点測距を行う場合の測距センサの睨み位置に対応したコントラストＡＦエリアを示した説明図 コントラストＡＦによってサーチ範囲内で評価値のピークが検出される様子を示したグラフ １回目のコントラストＡＦで合焦位置を検出できない場合に、サーチ範囲を変更して２回目のコントラストＡＦを行う様子を示したグラフ 本発明の他の実施形態に係るデジタルカメラにおけるＡＦ動作の流れを示すフローチャート 本発明の更に他の実施形態に係るデジタルカメラにおけるＡＦ動作の流れを示すフローチャート

符号の説明

１０…デジタルカメラ、１２…レンズ部、１４…測距センサ、１６…レリーズスイッチ、２０…ズームレバー、２２…画像表示装置、３０…変倍レンズ、３２…フォーカスレンズ、３３…絞り、３４…固体撮像素子、３８…デジタル信号処理回路、４０…制御ＣＰＵ、４８…外部記録装置

Claims (6)

1. 被写体距離を測定する測距手段と、撮影レンズを通して入射する被写体の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いて前記撮影レンズの焦点位置を調節するコントラスト方式による焦点調節手段と、を有し、前記測距手段の測定結果に基づいて前記撮影レンズを駆動した後に、前記撮像手段から出力される画像信号に基づいて前記コントラスト方式による焦点調節を行う自動焦点調節装置において、
   撮影開始を指示する信号が入力される前から定期的に前記測距手段を作動させて測距出力を取得するように制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、スルー画表示の開始時に前記測距手段により前記被写体距離の値である測距値Ｌ１を取得する測距処理と前記コントラスト方式による焦点調節を行い、前記測距値Ｌ１を記憶するとともに、前記コントラスト方式による焦点調節による合焦動作を行った後、定期的に前記測距手段により前記被写体距離の値である測距値Ｌ２を取得する測距処理を行って前記測距値Ｌ２を記憶し、撮影開始を指示する信号の受入時に前記測距値Ｌ１と前記測距値Ｌ２の差｜Ｌ２−Ｌ１｜をしきい値ｎと比較して、｜Ｌ２−Ｌ１｜≧ｎの場合には前記コントラスト方式による焦点調節を行うように制御し、｜Ｌ２−Ｌ１｜＜ｎの場合には前記コントラスト方式による焦点調節を省略するように制御すること、
   を特徴とする自動焦点調節装置。
2. 前記制御手段は、定期的に前記測距手段により前記測距値Ｌ２を取得する測距処理を行う際に自動露出制御を行うこと、
   を特徴とする請求項１の自動焦点調節装置。
3. 前記制御手段は、｜Ｌ２−Ｌ１｜≧ｎの場合に前記コントラスト方式による焦点調節を行なったときに、合焦位置が見つからなかった場合は、前記測距手段による前記被写体距離の測定結果から定まる合焦位置へ前記撮像レンズを駆動するように制御すること、
   を特徴とする請求項１または２の自動焦点調節装置。
4. 被写体距離を測定し、その測定結果に基づいて撮影レンズを駆動した後に、撮像手段から出力される画像信号の高周波成分を用いてコントラスト方式による合焦位置の検出を行い、当該検出した合焦位置に前記撮影レンズを移動させる自動焦点調節方法において、
   撮影開始を指示する信号が入力される前から定期的に被写体距離を測定し、
   スルー画表示の開始時に前記被写体距離の値である測距値Ｌ１を測定し、前記コントラスト方式による合焦位置の検出を行い、前記測距値Ｌ１を記憶するとともに、検出した前記合焦位置に前記撮影レンズを移動させた後、定期的に前記被写体距離の値である測距値Ｌ２を測定して前記測距値Ｌ２を記憶し、撮影開始を指示する信号の受入時に前記測距値Ｌ１と前記測距値Ｌ２の差｜Ｌ２−Ｌ１｜をしきい値ｎと比較して、｜Ｌ２−Ｌ１｜≧ｎの場合には前記コントラスト方式による合焦位置の検出を行い、｜Ｌ２−Ｌ１｜＜ｎの場合には前記コントラスト方式による合焦位置の検出を省略すること、
   を特徴とする自動焦点調節方法。
5. 定期的に前記測距値Ｌ２を取得する測距処理を行う際に自動露出制御を行うこと、
   を特徴とする請求項４の自動焦点調節方法。
6. ｜Ｌ２−Ｌ１｜≧ｎの場合に前記コントラスト方式による合焦位置の検出を行なったときに、合焦位置が見つからなかった場合は、前記被写体距離の測定結果から定まる合焦位置へ前記撮像レンズを駆動すること、
   を特徴とする請求項４または５の自動焦点調節方法。

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