JP4646583B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動焦点検出機能を有する撮像装置及びその制御方法に関するものである。

従来より、撮像信号の高周波成分を抽出して、これが最大になる場所（山の頂点）を探して合焦点と判断する、ＴＴＬ方式のオートフォーカス（以下、ＡＦと称す）方式が提案されている。以下、この方式のＡＦを撮像信号ＡＦと称す。

この方式は、自動焦点検出の為のメカ部材等が必要無いので、低コストで実現でき、さらに、撮像信号そのもので焦点の判断を行うために、精度が高く、経時変化が無いなどの特徴がある。特に、高画素の撮像素子での撮影などでは、ピント精度が厳しいために、メカの部材の経時変化の影響を一切に受けない撮像信号ＡＦが非常に有効である。

この方式は、山の頂点、すなわち合焦点を判別するためには、端から端まで全領域をスキャンして山の形を把握するか、もしくは、いわゆる山登り動作を行う。スキャンで山の形を把握すると、ピントがボケたり合ったりする動作が見えてしまうために、動画撮影やモニタにプレビューしている状態には不適切である欠点がある。また、山登り動作は、動画撮影やモニタプレビュー動作で一般的に良く用いられるが、合焦点から遠く離れたレンズ位置から開始する場合は、山の形状が平坦な部分からの開始になるために、山の頂上の方向がどちらにあるかの判別が難しく、山の頂上の方向を間違えると、山の頂上とは逆の端まで行ってから戻るなどの見苦しい動作をすると同時に、合焦までの時間が大幅にかかるという問題点を有している。

一方、赤外線三角測距方式や瞳分割位相差検出方式を用いた、ＴＴＬや直接測距方式のオートフォーカス（以下、直接測距ＡＦと称す）は、直接距離を測定することが可能になるので、合焦点の位置を検出するのにスキャン動作や山登り動作を必要としないため、高速に合焦点が判別できる特徴があるが、自動焦点検出のためのメカ部材等が必要になり、撮像系とは異なる系で測距するため、経時変化や温度変化で合焦位置が狂いやすいとか、距離に応じて撮影画像と測距位置にパララックスが発生するなどの欠点があった。特に、高画素の撮像素子に応用した場合には、経時変化や温度変化での合焦位置の狂いが、致命的なピンぼけになることもある。

そこで、ＡＦの性能向上の一手段として、撮像信号ＡＦと直接測距ＡＦを組み合わせて、お互いの良いところを組み合わせることで、高速で高精度なオートフォーカスを実現するハイブリッドＡＦが提案されている。この２つのＡＦ方式の選択方法として、撮影スイッチの操作を境に外測測距ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換える方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この方式は静止画撮影向きであり、撮影スイッチの操作無しに、パンニング等で撮影被写体を次々と乗り換えて撮影する動画撮影には不向きである。また、２つの方式で合焦位置を検出して、２つの合焦位置の測定結果を比較した上で、測定結果が所定以上異なる場合には、条件に応じてどちらかの方式を選択する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方式は、合焦位置を検出するために、予めスキャンを行う方式を前提としており、動画用のＡＦとしてはスキャン動作が見えてしまうために、画像が見苦しくなり、不向きである。

さらに、直接測距ＡＦにて、所定量だけ前ピン／後ピンの位置へ駆動した後に、撮像信号ＡＦに切り換え、切り換えた後にコントラスト検出が出来ない場合は、再び直接測距ＡＦに戻す提案がなされている(例えば、特許文献２参照)。

また、焦点が大きくはずれた場合は位相差方式で方向判別／モータ速度制御を行い、高周波成分が検出されたら撮像信号ＡＦにてＡＦを行う提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−２６４６２２号公報 特開２００１−１４１９８４号公報 特開平３−８１７１３号公報

一方、従来の動画を撮影するデジタルビデオカメラは、ＴＶの方式がＮＴＳＣやＰＡＬ等に限られていたために、ＮＴＳＣ方式では一秒間にほぼ６０フィールドのインターレース撮影（６０Ｉ）や、ＰＡＬ方式では、一秒間にほぼ５０フレームのインターレース撮影（５０Ｉ）が一般的であり、撮像素子もこの周期に合わせて駆動をしていた。ところが、近年、ＴＶのデジタル放送化、ハイビジョン放送化、映画のデジタル撮影化などが一般化したことにより、デジタルビデオカメラもさまざまな撮像フォーマットで撮像されるようになってきた。

テレビの放送方式だけを列挙しても、４８０ｉ、４８０ｐ、７２０ｐ、１０８０ｉの解像度で６０フィールド／フレームの地域や５０フィールド／フレームの地域が存在する。なお、プログレッシブの場合はフレーム数を用いて、６０フレームの場合は６０Ｐ、３０フレームの場合は３０Ｐと表現する。インターレースの場合はフィールド数を用いて、６０フィールドの場合は６０Ｉ、５０フィールドの場合は５０Ｉと表現する。またパソコンでの動画の再生を考えると、プログレッシブ撮影で３０フレームよりも少ないフレーム数（２０Ｐ，１５Ｐ，１０Ｐ等）の動画も一般的である。また、フィルム映画との互換性を考えて、一秒間に２４フレームの２４Ｐ撮影も一般的になりつつある。

また、暗い場所での撮影などは、高感度撮影を行うが、この場合には、撮像手段のフィールド／フレーム数を記録フィールド／フレーム数よりも減らすことで長時間露光撮影する、スローシャッタ撮影なる動画撮影技術が一般的である。この場合は、長時間露光のために、撮像手段のフィールド／フレーム数は減らすが、最終的な映像信号のフィールド／フレーム数は放送の方式やテレビのインターフェースに合わせて一定である。

従来からの撮像信号ＡＦを動画撮影に用いる場合、表示や記録に用いる動画撮像信号を生成しつつ、その一部からＡＦの評価値を得ているために、得られる情報量は撮像するフィールド数／フレーム数に依存する。撮像するフィールド数／フレーム数が多い場合は、スムーズな合焦動作が可能になるが、フィールド数／フレーム数が少ない時には、合焦までの速度が遅くなり、スムーズな合焦動作が難しくなる欠点があった。また、動く被写体に対しての追従も遅くなる欠点があった。静止画向けの撮像信号ＡＦならば、ＡＦ時のみは、ＡＦ用に撮像素子の駆動方法を変えることで一時的にフレーム数を増やすことも可能になるが、動画撮影ではＡＦと動画記録を同時に行うために不可能である。

そこで、本発明の目的は、撮影目的に応じて撮像フレーム数や撮像フィールド数が異なっていても、スムーズ且つ高速に焦点検出手段を切り替えることを可能とすることにある。

本発明の撮像装置は、入射光に基づき被写体像の撮像信号を出力する撮像手段と、測距結果に基づいて合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、前記撮像信号の高周波成分に基づいて合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、前記撮像手段による単位時間当たりの撮像信号の出力間隔を可変制御する出力間隔制御手段と、前記第１の焦点検出手段からの出力に応じて焦点状態を制御した後に前記第２の焦点検出手段からの出力に応じて焦点状態を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記出力間隔制御手段による撮像信号の出力間隔が第１の間隔の場合と当該第１の間隔よりも短い第２の間隔の場合とでは第１の間隔の場合の方が、合焦に近い位置で、前記第１の焦点検出手段の出力から前記第２の焦点検出手段からの出力に、焦点状態の制御に用いる焦点検出手段からの出力を切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、撮影目的に応じて撮像フレーム数や撮像フィールド数が異なっていても、スムーズ且つ高速に焦点検出手段の切り替えが可能となる。

以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の概念構成を示す図である。
１０１は直接距離測距ユニットで、検出結果として距離信号Ｄを出力する。１０２は撮像信号ＡＦ検出部で、撮像信号ＡＦの評価値ＦＶを出力する。１０３は撮像信号ＡＦ評価値ＦＶを用いた山登り動作による合焦点探索動作を行う山登り制御部である。１０４は、１０１の距離信号と１０２の撮像信号ＡＦ検出出力のどちらか、もしくは両方に基づいて、ＡＦ方式選択基準信号を生成する、ＡＦ選択基準信号生成部である。１０５は、１０４のＡＦ選択基準信号と１０２からの撮像信号のフレーム／フィールド数に基づいてＡＦ方式の選択を決定して、スイッチ１０６を切り換えることで、直接測距ＡＦと撮像信号ＡＦ検出を選択して、１０７のレンズ駆動部へと伝えるＡＦ方式選択部である。

図２は、後述する本発明の第１乃至第３の実施形態共通の、自動焦点検出装置を搭載したカメラの構成を表す図である。ここで言うカメラとは、動画や静止画を撮影してテープや固体メモリ、光ディスクや磁気ディスク等の様々なメディアに記録する、いわゆるビデオカメラやデジタルスチルカメラ等を総称してカメラと呼ぶ。カメラ内の各ユニットは、バス２５８を介して接続されており、各ユニットはメインＣＰＵ２５１によって制御される構造になっている。

レンズユニット２０１には、固定１群レンズ２０２、ズームレンズ２１１、絞り２０３、固定３郡レンズ２２１、フォーカスレンズ２３１が含まれ、これらの光学部材を通して、撮像素子２４１上に結像することで、被写体の撮像を行う。

ズーム制御部２１３は、メインＣＰＵ２５１の指示に従いズームモータ２１２を介してズームレンズ２１１を駆動する。

撮像素子２４１に結像された画像は撮像素子２４１にて光電変換され撮像信号処理部２４２で画像信号として整えられると共に、撮像信号ＴＶＳがＡＦ信号処理回路２３４へと入力される。ＡＦ信号処理回路２３４では、山登りＡＦ制御のためのＦＶ信号と、合焦度を表すＩＦＡ信号を作成しフォーカス制御部２３３へ入力する。

一方、外部測距ＡＦ検出モジュール２３０は、外部測距ＡＦ用瞳分割光学系２３８を通して位相差検出器２３９へ結像された２つの被写体像を、位相差検出器２３９で２像の位相差量を検出することで、被写体までの距離信号Ｄを算出してフォーカス制御部２３３へ入力する。フォーカス制御部２３３では、外部測距ＡＦ距離信号Ｄと撮像信号ＡＦ評価値ＦＶ／合焦度ＩＦＡに基づいて、フォーカスモータ２３２を介してフォーカスレンズ２３１を駆動することで、オートフォーカス（ＡＦ）を実現する。

撮像信号処理部２４２で整えられた画像信号は、一時的にＲＡＭ２５４に蓄積される。ＲＡＭ２５４に蓄積された画像信号は、画像圧縮解凍回路２５３にて圧縮処理され、画像記録メディア２５７に記録される。これと平行して、ＲＡＭ２５４に蓄積された画像信号は、画像処理部２５２にて最適なサイズに縮小・拡大処理がなされ、モニタディスプレイ２５０に表示することで、リアルタイムで撮影画像を撮影者に対してフィードバックする。また、撮影直後には、モニタディスプレイに所定時間だけ撮影画像を表示することで、撮影画像の確認を行うことも可能になる。

操作スイッチ２５６には、電源スイッチやズームスイッチ、レリーズスイッチ、モニタディスプレイＯＮ／ＯＦＦスイッチ等が含まれる。電源スイッチは、カメラの電源のＯＮ／ＯＦＦを行ない、ズームスイッチは、ズームを駆動の指示を行なう。

レリーズスイッチは２段押しに構成になっており、一段目をＳＷ１、二段目をＳＷ２と称す。静止画撮影では、ＳＷ１では、撮影スタンバイからの復帰や撮影開始準備の指示（例えば、オートフォーカスの開始、測光の開始の指示など）を行い、ＳＷ２では、撮影を行い画像記録メディア２５７への画像の記録を指示を行う。また、動画撮影の場合には、ＳＷ２を一回操作することで、記録を開始して、記録状態で再度操作することで記録を停止する。モニタディスプレイＯＮ／ＯＦＦスイッチは、モニタディスプレイ２５０へ撮影状態の画像を表示するか否かの切り替え等を行う。

電源管理ユニット２６０は、これに接続されたバッテリ２５９の電源状態をチェックしたり、バッテリを充電したり電源管理を行う。

これらの動作に先立って、カメラがＯＦＦ状態から起動すると、フラッシュメモリ２５５に格納されていたプログラムがＲＡＭ２５４の一部にロードされてメインＣＰＵ２５１はこのＲＡＭ２５４にロードされたプログラムに従って動作を行う。以上が、自動焦点検出装置を搭載したカメラの構成の説明である。

＜第１の実施形態＞
次に、本発明の第１の実施形態について説明する。
図３は、図２のＡＦ信号処理部２３４の一実施形態を示す図である。撮像信号処理部２４２からの撮像信号ＴＶＳは、一つ又は複数の測距ゲート３０１にて画面内の一部のみの撮像信号を抽出し、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３０２で所定の高域成分のみを抽出し、検波器３０３でピークホールドや積分等の検波処理を行うことで、撮像信号ＡＦ評価値ＦＶを出力し、フォーカス制御部２３３へ出力する。

また、測距ゲート３０１を通過したＴＶＳは、ローパスフィルタ３０４で高域成分が除去され、ライン最大値回路３０５で水平1ラインの輝度の最大値を検出し、ライン最小値回路３０６では、水平１ラインの輝度の最小値を検出する。水平１ラインの最大値と最小値の差分（最大値−最小値）を加算器３０７で算出し、ピークホールド回路３０８で測距ゲート内の全てのラインの最大値−最小値のピーク値ＭＭを検出する。これは、ほぼ測距ゲート内のコントラストの最大値に相当する。測距ゲートごとにＦＶをＭＭで除することで、測距枠ごとの合焦度ＩＦＡを算出する。

測距ゲート３０１が複数の場合は、それに続く回路も複数になり、ＡＦ評価値ＦＶ／合焦度ＩＦＡも複数の信号になり、フォーカス制御部２３３において、複数の信号から条件に応じて選択したり、複数の信号に基づいてオートフォーカス動作を行う。

図４は、本実施形態の動作を説明するための図である。
撮像信号ＡＦ評価値ＦＶは、被写体の種類や撮影条件（被写体輝度、照度、焦点距離等）により大幅に合焦点でのレベルが変わる。図４のＦＶ（Ａ）は、一般的な被写体Ａを撮影した場合の大ボケ（非合焦）から合焦点まで、フォーカスレンズ２３１を動かしたときの信号の変化を表している。一方、ＦＶ（Ｂ）は高コントラスト被写体Ｂの場合の信号変化で、ＦＶ（Ｃ）は低コントラスト被写体や低照度被写体Ｃの場合の信号変化である。

これに対して、合焦度ＩＦＡは、被写体Ａ、Ｂ、Ｃの何れの場合も、合焦点でのレベルはほぼ同じレベルになる。従って、Ａ、Ｂ、Ｃの何れの被写体でも合焦度ＩＦＡレベルを共通の閾値で判断すれば、同程度のボケ具合になる。撮像信号が通常の撮影状態（フレームレイトやフィールドレイトが６０／秒程度ある場合）では、ＴＨ１で外部測距ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換えることで、いつも同程度のボケ具合の位置で、位相差検出ＡＦから撮像信号ＡＦへスムーズ切り替わり、撮像信号ＡＦにて素早く合焦点に到達する。

一方、撮像信号のフレームレイト（一秒間のフレーム数）が低い場合（３０Ｐ、２４Ｐ、スローシャッタ撮影など）は、素早く合焦点へ到達させるためには、撮像信号ＡＦでの制御速度が遅くなるために、より合焦点に近い位置で切り換える必要がある。従って、フレームレイトが低い場合は、ＴＨ２で外部測距ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換えることで、フレームレイトが高い場合と同様にスムーズで素早く合焦点に到達させることが出来る。

次に、本実施形態のフォーカス制御部２３３におけるアルゴリズムについて、図５のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５０１から開始して、ステップＳ５０２では、まずＡＦの状態を表すＡＦＭＯＤＥに１を代入する。ステップＳ５０３では、撮像信号処理回路２４２による撮像信号処理、ＡＦ信号処理回路２３４によるＡＦ信号処理、位相差検出回路２３９による位相差検出処理を同期して行う。

ステップＳ５０４では、ＡＦ信号処理回路２３４からＦＶ信号とＩＦＶ信号を取得し、位相差検出回路２３９から距離信号Ｄを取得する。ステップＳ５０５では、ＡＦＭＯＤＥに従って、ステップＳ５１１、ステップＳ５２１、ステップＳ５３１へ分岐する。最初はＡＦＭＯＤＥが１なのでステップＳ５１１へ分岐する。

ステップＳ５１１では、ステップＳ５０４で取得した距離信号Ｄと、現在のフォーカスレンズ２３１の位置に基づいてレンズ駆動方向と速度を決定する。つまりは、距離信号Ｄの位置にレンズが近づく方向に、距離が離れている場合は高速で、距離が近い場合は低速になるように方向と速度を決定する。もし、距離信号Ｄと現在のレンズ位置が一致したならば、レンズ駆動速度は停止の決定をする。

ステップＳ５１２では、現在の撮像信号のフレームレイトを調査し、６０Ｉや６０Ｐなどのフレームレイトが高い場合にはステップＳ５１３へ進み、３０Ｐや２４Ｐ、スローシャッタ撮影などのフレームレイトが低い場合はステップＳ５１４へ進む。ステップＳ５１３では、ステップＳ５０４で取得したＩＦＡのレベルを閾値ＴＨ１と比較する。ＴＨ１よりも小さいときはステップＳ５４１へ進み、大きいときは、合焦近傍にいるので、ステップＳ５１５でＡＦＭＯＤＥに２を代入して、ステップＳ５４１へ進む。

ステップＳ５４１では、決定されたモータ速度と方向でレンズを駆動し、ステップＳ５０３へと進み以後、撮像素子の読み出し周期（撮像信号処理周期）に同期して繰り返す。一方、ステップＳ５１４では、ステップＳ５０４で取得したＩＦＡのレベルを閾値ＴＨ２と比較する。ＴＨ２よりも小さいときはステップＳ５４１へ進み、大きいときは、より合焦近傍にいるので、ステップＳ５１５でＡＦＭＯＤＥに２を代入して、ステップＳ５４１へ進む。

次に、ステップＳ５０５にて、ＡＦＭＯＤＥが２の場合は、ステップＳ５２１へ分岐する。ステップＳ５２１では、ステップＳ５０４で取得した撮像ＡＦ信号ＦＶが増加しているか減少しているかの判断を行う（撮像素子２４１の前回の読み出し結果との増減比較なので、アルゴリズム中に記述していないが、前回のＦＶ値を保持している）。

もし、ステップＳ５２１でＦＶが増加している場合はステップＳ５４１へ進み、増加していない場合はステップＳ５２２へ進む。ステップＳ５２２では、レンズ駆動方向を逆転してステップＳ５２３でＦＶのピークを通過した後の減少かどうかの判別を行う。ステップＳ５２３でピークを通過していない判断をした場合はステップＳ５４１へ進み、ピークを通過した判断をした場合はステップＳ５２４へと進む。

ステップＳ５２４では、ＡＦＭＯＤＥに３を代入する。ステップＳ５０５でＡＦＭＯＤＥが３の判定をした場合は、ステップＳ５３１へ進む。ステップＳ５３１では、ＦＶのピーク位置へとレンズを戻し停止する（合焦）。ステップＳ５３２では、ＦＶのピーク位置（合焦位置）でのＦＶレベルから変化したかどうかの監視を行うと同時に距離信号Ｄが合焦位置から変化したかどうかの監視も行う。変化していない場合はステップＳ５４１へ進み、変化した場合は、ステップＳ５３３でＡＦＭＯＤＥに１を代入してステップＳ５４１へ進む（再起動）。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態の動作を説明するための図である。本実施形態では、撮像信号が通常の撮影状態（フレームレイトやフィールドレイトが６０／秒程度ある場合）では、第１の実施形態で既に説明したとおり、所定の合焦度までは外測位相差検出で行い、合焦近傍は撮像信号ＡＦにて合焦点を検出する。一方、撮像信号のフレームレイトが低い場合（３０Ｐ、２４Ｐ、スローシャッタ撮影など）は、まず外測位相差検出にて外測位相差で検出された合焦点まで導き、外測位相差で合焦後に撮像信号ＡＦにて再度合焦点の検出を行う。

次に、本実施形態のアルゴリズムについて、図７を用いて説明する。なお、図７にて、図５と同じ符号のステップは同じ動作をするので、説明を省略する。ステップＳ７０１では、ステップＳ５０４で取得した距離信号Ｄと、現在のフォーカスレンズ２３１の位置に基づいてレンズ駆動方向と速度を決定する。つまりは、距離信号Ｄの位置にレンズが近づく方向に、距離が離れている場合は高速で、距離が近い場合は低速になるように方向と速度を決定する。もし、距離信号Ｄと現在のレンズ位置が一致したならば、レンズ駆動速度は停止の決定をする。

ステップＳ７０２では、現在の撮像信号のフレームレイトを調査し、６０Ｉや６０Ｐなどのフレームレイトが高い場合にはステップＳ７０３へ進み、３０Ｐや２４Ｐ、スローシャッタ撮影などのフレームレイトが低い場合はステップＳ７０４へ進む。

ステップＳ７０３では、ステップＳ５０４で取得したＩＦＡのレベルを閾値ＴＨ１と比較する。ＴＨ１よりも小さいときはステップＳ５４１へ進み、大きいときは、合焦近傍にいるので、ステップＳ７０５でＡＦＭＯＤＥに２を代入して、ステップＳ５４１へ進む。

ステップＳ５４１では、決定されたモータ速度と方向でレンズを駆動し、ステップＳ５０３へと進み以後、撮像素子の読み出し周期（撮像信号処理周期）に同期して繰り返す。一方、ステップＳ７０４では、ステップＳ５０４で取得した距離信号Ｄと現在のフォーカスレンズ２３１の位置から合焦かどうかの判別を行う。合焦の場合はステップＳ７０５へ進み、非合焦の場合はステップＳ５４１へ進み繰り返す。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図８は、本発明の第３の実施形態の動作を説明するための図である。本実施形態では、撮像信号が通常の撮影状態（フレームレイトやフィールドレイトが６０／秒程度ある場合）では、第１の実施形態で既に説明したとおり、所定の合焦度までは外測位相差検出で行い、合焦近傍は撮像信号ＡＦにて合焦点を検出する。一方、撮像信号のフレームレイトが極端に低い場合（スローシャッタ撮影や、３０Ｐ、２４Ｐ、１５Ｐ、１０Ｐ、５Ｐなど）は、外測位相差検出のみにて外測位相差で検出された合焦点まで導き合焦とする。

次に、本発明の第３の実施形態のアルゴリズムについて、図９を用いて説明する。なお、図９にて、図５と同じ符号のステップは同じ動作をするので、説明を省略する。ステップＳ９１１では、ステップＳ５０４で取得した距離信号Ｄと、現在のフォーカスレンズ２３１の位置に基づいてレンズ駆動方向と速度を決定する。つまりは、距離信号Ｄの位置にレンズが近づく方向に、距離が離れている場合は高速で、距離が近い場合は低速になるように方向と速度を決定する。もし、距離信号Ｄと現在のレンズ位置が一致したならば、合焦とみなせるので、レンズ駆動速度は停止の決定をする。

ステップＳ９１２では、現在の撮像信号のフレームレイトを調査し、６０Ｉや６０Ｐなどのフレームレイトが高い場合にはステップＳ９１３へ進み、３０Ｐや２４Ｐ、１５Ｐ、１０Ｐ、５Ｐ、スローシャッタ撮影などのフレームレイトが極端に低い場合はステップＳ９１５へ進み合焦かどうかの判断をする。ステップＳ９１５で合焦では無いと判断した場合はステップＳ５４１へ進みＡＦＭＯＤＥが１のまま動作を継続する。一方、合焦と判断した場合はステップＳ９１６へ進み、モータを停止してからステップＳ５４１へ進み、この場合もＡＦＭＯＤＥが１のままで動作を継続する。ステップＳ９１３では、ステップＳ５０４で取得したＩＦＡのレベルを閾値ＴＨ１と比較する。ＴＨ１よりも小さいときはステップＳ５４１へ進み、大きいときは、合焦近傍にいるので、ステップＳ９１４でＡＦＭＯＤＥに２を代入して、ステップＳ５４１へ進む。ステップＳ５４１では、決定されたモータ速度と方向でレンズを駆動し、ステップＳ５０３へと進み以後、撮像素子の読み出し周期（撮像信号処理周期）に同期して繰り返す。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
本発明の第４の実施形態は、第１乃至第３の実施形態の合焦度を判別するのに用いたＩＦＡ信号の生成方法を別な形態で実施した例である。

図１０は、図２のＡＦ信号処理部２３４の第４の実施形態の内容を説明する図である。撮像信号処理部２４２からの撮像信号ＴＶＳは、一つ又は複数の測距ゲート３０１にて画面内の一部のみの撮像信号を抽出し、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３０２で所定の高域成分のみを抽出し、検波器３０３でピークホールドや積分等の検波処理を行うことで、撮像信号ＡＦ評価値ＦＶを出力し、フォーカス制御部２３３へ出力する部分は、第１の実施形態と同じである。

一方、測距ゲート３０１を通過したＴＶＳは、バンドパスフィルタ１（ＢＰＦ１）１００２／バンドパスフィルタ２（ＢＰＦ２）１００２で、それぞれ所定の高域成分のみを抽出し、検波器１００３、１００４でピークホールドや積分等の検波処理を行い、除算器１００５にてＢＰＦ１／ＢＰＦ２を求めることで、測距枠ごとの合焦度ＩＦＡを算出する。

なお、ＢＰＦ１の周波数は、ＢＰＦ２の周波数よりも高い周波数を抽出するように特性を選定する。測距ゲート３０１が複数の場合は、それに続く回路も複数になり、ＡＦ評価値ＦＶ／合焦度ＩＦＡも複数の信号になり、フォーカス制御部２３３において、複数の信号から条件に応じて選択したり、複数の信号に基づいてオートフォーカス動作を行う。ＦＶ、ＩＦＡ、Ｄを用いたアルゴリズムは、第１乃至第３の実施形態と同様なので、説明を省略する。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
第５の実施形態は、第１乃至第３の実施形態の合焦度を判別するのに用いたＩＦＡ信号の生成方法をさらに別な形態で実施した例である。

第５の実施形態では、合焦度信号ＩＦＡをＦＶから生成する例である。図１１において、被写体Ａの大ボケ（非合焦）から合焦にかけての変化はＦＶ(Ａ)である。これの微分をとったものがＦＶ(Ａ)'であり、合焦点で０になるように変化する。さらに微分をとったものが、ＦＶ(Ａ)''であり、ＣＰ２で０になり、合焦点でも０になる。このＣＰ２で０になる特性を利用して、ＣＰ２までは外測位相差ＡＦで、ＣＰ２から合焦点までは撮像信号ＡＦを用いてＡＦを行うように切り換える。つまりＦＶ(Ａ)''の符号を、合焦度信号ＩＦＡとして使用する。アルゴリズムに関しては、第１乃至第３の実施形態に対して、ＩＦＡの判別方法がＴＨ１との比較ではなくＦＶ(Ａ)''の符号による比較以外は違いが無いので、説明を省略する。

＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
第６の実施形態は、第１の実施形態の合焦度を判別するのに用いたＩＦＡ信号の代わりに、外測位相差検出ユニット２３０から出力される距離信号Ｄを用いた場合の実施形態である。

本実施形態では、合焦度を、ＩＦＡの代わりに、距離信号Ｄとフォーカスレンズ位置の被写体距離との差の絶対値で求める。図１２は、縦軸が合焦度で、横軸はフォーカスレンズ位置を表す。撮像信号が通常の撮影状態（フレームレイトやフィールドレイトが６０／秒程度ある場合）では、ＴＨ３で外部測距ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換えることで、位相差検出ＡＦから撮像信号ＡＦへスムーズに切り替わり、撮像信号ＡＦにて素早く合焦点に到達する。

一方、撮像信号のフレームレイトが低い場合（３０Ｐ、２４Ｐ、スローシャッタ撮影など）は、素早く合焦点へ到達させるためには、撮像信号ＡＦでの制御速度が遅くなるために、より合焦点に近い位置で切り換える必要がある。従って、フレームレイトが低い場合は、ＴＨ４で外部測距ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換えることで、フレームレイトが高い場合と同様にスムーズで素早く合焦点に到達させることが出来る。

なお、本実施形態の合焦度は、第２の実施形態や第３の実施形態にも同様に、ＩＦＡの代わりに適用できることは言うまでもない。

最後に、第1乃至第６の実施形態では、直接的に距離を測定する直接測距ＡＦ方式の一例として、外測の位相差検出で説明しているが、ＴＴＬの位相差検出でも構わないし、被写体に投光した赤外線を受光することで、三角測距の原理から被写体の距離を求める赤外ＡＦでも構わないことは言うまでもない。

また、通常撮影を６０Ｐや６０Ｉと表現し、フレームレイトが低い場合を３０Ｐ、２４Ｐ、２０Ｐ、１５Ｐ、１０Ｐ、スローシャッタと表現しているが、これはほんの一例であり、インターレース／プログレッシブ問わずに、これ以外のフレームレイトでも構わないし、一秒間のフレーム数が整数にならない場合もある。地域によっては、６０Ｐや６０Ｉは、５０Ｐや５０Ｉになり、３０Ｐは２５Ｐになる。また、実施形態の説明の都合上、通常撮影とフレームレイトが低い場合の２つの切換で説明しているが、フレームレイトに応じて複数に場合分けして複数の閾値を設けても構わないし、フレームレイトに応じて連続的に閾値を設定しても構わないことも言うまでもない。

以上、上記実施形態によれば、撮像フレーム数またはフィールド数を可変できる撮像装置における、直接測距ＡＦと撮像信号ＡＦを適宜切り換えて、真の合焦点を特定する自動焦点検出装置において、撮像信号または直接測距AFにに基づいて合焦度を検出し、前記撮影フレーム数またはフィールド数、および合焦度に基づいて直接測距ＡＦから撮像信号ＡＦへと切り換えることで、撮影目的に応じて撮像フレーム数や撮像フィールド数をどのように設定しても、それらあらゆる撮像条件にて、あらゆる被写体に対して、スムーズかつ高速に直接測距ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換えて合焦点へ導くことが可能になる効果がある。

また、所定の撮像フレーム数またはフィールド数の時には、直接測距ＡＦ手段で前記光学系を合焦させた後に、撮像信号ＡＦで真の合焦点を特定することで、撮像信号ＡＦに不利な撮像条件でも、あらゆる被写体に対して、スムーズかつ高速に直接測距ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換えて合焦点へ導くことが可能になる効果がある。

さらに、所定の撮像フレーム数またはフィールド数の時には、直接測距ＡＦ手段のみで合焦点を特定することで、撮像信号ＡＦに不利な撮像条件でも、あらゆる被写体に対して、スムーズかつ高速に直接測距ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換えて合焦点へ導くことが可能になる効果がある。

また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ(基本システム或いはオペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

本発明の一実施形態の概念構成を示す図である。 本発明の第１乃至第３の実施形態共通の、自動焦点検出装置を搭載したカメラの構成を示す図である。 図２のＡＦ信号処理部の一実施形態を示す図である。 本発明の第１の実施形態の動作を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態のフォーカス制御部におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の動作を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態のフォーカス制御部におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の動作を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態のフォーカス制御部におけるアルゴリズムを示すフローチャートである。 図２のＡＦ信号処理部２３４の第４の実施形態の内容を説明するための図である。 本発明の第５の実施形態における合焦度信号ＩＦＡを生成する例を示す図である。 本発明の第６の実施形態における合焦検出手段を切り替えるための基準信号を説明するための図である。

符号の説明

１０１ 直接距離測距ユニット
１０２ 撮像信号ＡＦ検出部
１０３ 山登り制御部
１０４ ＡＦ選択基準信号生成部
１０５ ＡＦ方式選択部
１０６ スイッチ
１０７ レンズ駆動部
２０１ レンズユニット
２３１ フォーカスレンズ
２３２ フォーカスモータ
２３３ フォーカス制御部
２３４ ＡＦ信号処理部
２４１ 撮像素子
２４２ 撮像信号処理部
２４３ 撮像部制御部

Claims (10)

1. 入射光に基づき被写体像の撮像信号を出力する撮像手段と、
   測距結果に基づいて合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、
   前記撮像信号の高周波成分に基づいて合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、
   前記撮像手段による単位時間当たりの撮像信号の出力間隔を可変制御する出力間隔制御手段と、
   前記第１の焦点検出手段からの出力に応じて焦点状態を制御した後に前記第２の焦点検出手段からの出力に応じて焦点状態を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記出力間隔制御手段による撮像信号の出力間隔が第１の間隔の場合と当該第１の間隔よりも短い第２の間隔の場合とでは第１の間隔の場合の方が、合焦に近い位置で、前記第１の焦点検出手段の出力から前記第２の焦点検出手段からの出力に、焦点状態の制御に用いる焦点検出手段からの出力を切り替えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像手段から出力される撮像信号に基づいて合焦度を算出する合焦度算出手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記合焦度算出手段により算出される合焦度と所定の合焦度とを比較し、当該所定の合焦度よりも前記算出される合焦度の方が高い場合に前記第１の焦点検出手段から前記第２の焦点検出手段に切り替え、かつ、前記制御手段は、前記出力間隔制御手段による撮像信号の出力間隔が前記第１の間隔の場合には前記第２の間隔の場合よりも、前記合焦度算出手段により算出される合焦度と比較する前記所定の合焦度を高くすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記合焦度算出手段は、前記撮像手段から出力される撮像信号における水平ラインの輝度の最大値と最小値との差分に基づいて、当該撮像信号に係る合焦度を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記合焦度算出手段は、前記撮像手段から出力される撮像信号の夫々異なる高周波成分を抽出する複数のバンドパスフィルタを含み、前記複数のバンドパスフィルタにより夫々抽出された高周波成分に基づいて、当該撮像信号に係る合焦度を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記合焦度算出手段は、前記複数のバンドパスフィルタにより夫々抽出された高周波成分の比に基づいて、当該撮像信号に係る合焦度を算出することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記合焦度算出手段は、前記撮像手段から出力される撮像信号の高周波成分を二階微分した値に基づいて、当該撮像信号に係る合焦度を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
7. 前記合焦度算出手段は、当該撮像信号の撮像時における測距結果に基づいて当該撮像信号に係る合焦度を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
8. 入射光に基づき被写体像の撮像信号を出力する撮像手段と、測距結果に基づいて合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、前記撮像信号の高周波成分に基づいて合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記撮像手段による単位時間当たりの撮像信号の出力間隔を可変制御する出力間隔制御ステップと、
   前記第１の焦点検出手段からの出力に応じて焦点状態を制御した後に前記第２の焦点検出手段からの出力に応じて焦点状態を制御する制御ステップとを含み、
   前記制御ステップでは、前記出力間隔制御ステップによる撮像信号の出力間隔が第１の間隔の場合と当該第１の間隔よりも短い第２の間隔の場合とでは第１の間隔の場合の方が、合焦に近い位置で、前記第１の焦点検出手段の出力から前記第２の焦点検出手段からの出力に、焦点状態の制御に用いる焦点検出手段からの出力を切り替えることを特徴とする撮像装置の制御方法。
9. 請求項８に記載の撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
10. 請求項９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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