JP4819550B2

JP4819550B2 - 撮像装置、及び、プログラム

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Publication number: JP4819550B2
Application number: JP2006098184A
Authority: JP
Inventors: 優人大吉; 裕行松本
Original assignee: NEC Casio Mobile Communications Ltd
Current assignee: NEC Casio Mobile Communications Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007271983A

Description

本発明は、レンズを移動する機能を備える撮像装置、及び、プログラムに関する。

近年、携帯電話に代表されるように、モバイル機器に撮像装置としてカメラを組み込んだ商品が急速に普及してきている。モバイル機器に組み込まれるカメラは、オートフォーカス機構を備えているが、モバイル機器においては小型化が必須条件であり、オートフォーカス機構の小型化も望まれている。

従来、オートフォーカスを行うために、レンズ駆動用モータとしてステッピングモータが使用されてきた。ステッピングモータを使用したオートフォーカス機構は、モータの回転力をレンズの移動に変換する必要があり、小型化が難しい。

レンズ駆動用モータとしては超音波モータもあるが、これも小型化が難しい。

小型化を可能にするレンズ移動機構の一例として、スムーズインパクト駆動機構（以下、ＳＩＤＭという。）を用いたものがある。

ＳＩＤＭは、圧電素子の電圧印加による伸縮を利用したものである。圧電素子にパルスを繰り返して印加すると、パルス電圧に基づき圧電素子が伸縮運動する。ここで、パルスの立ち上がり速度やパルスの立ち下がり速度を調整すると、圧電素子の伸びる速度や縮む速度を調整できる。

ＳＩＤＭは、圧電素子を伸ばす速度と縮ませる速度とに差をつけることにより、レンズを所望の方向に移動させるものである。

小型電子カメラにおけるオートフォーカス（以下、ＡＦという。）は、ＳＩＤＭと、下記特許文献１に記載されているコントラストオートフォーカスと、を組み合わせることにより、原理的には、実現可能である。

コントラストオートフォーカスとは、所望のフォーカス範囲でレンズを複数ポイントに動かし、各ポイントで得られるコントラスト値から、撮像ターゲットに対する合焦位置を見つけ出し、その合焦位置にレンズを移動させることにより実現されるオートフォーカスのことである。コントラスト値が合焦位置で最大になる性質を利用している。
特開平５−１２２５７９号公報

ＡＦにおいては、レンズ位置の制御が重要である。そのためには、レンズの位置を把握しておくのが望ましい。

レンズ位置を把握する方法として、レンズ移動手段に与えた命令を記憶装置に記憶し、命令の履歴からレンズの現在位置を推定する方法がある。

例えば命令「無限遠端側に５ｍｍ移動せよ。」「マクロ端側に２ｍｍ移動せよ」「無限遠端側に１ｍｍ移動せよ」という３つの命令がなされた後は、レンズは、無限遠端側に５−２＋１＝４ｍｍ移動したと推定することができる。

かかる方法を採用するに際しては、レンズの移動距離がレンズ移動命令の内容に従い一意的に定まることが前提である。

しかしながら、レンズ移動機構の中には、かかる一意性が担保されないものもある。すなわち、命令内容が同じであっても、様々な原因により、レンズの移動距離にばらつきが生じる。

かかるばらつきのために、発された命令の履歴をたどることにより推定されたレンズ位置は、実際のレンズ位置とは乖離するおそれがある。

同様の問題は、ＳＩＤＭに限らず命令に対するレンズ移動量が一意的に定まらないタイプの小型アクチュエータを使用する場合にも同様に発生する。また、高精度のアクチュエータを使用する場合でも、何らかのずれにより、同様の問題が発生することがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、レンズの移動後の位置がレンズ移動命令に厳密には対応していない場合でも、レンズを適切な位置に移動制御できる撮像装置を提供することを目的とする。また、本発明を、小型アクチュエータで実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る撮像装置は、レンズと、前記レンズを介した被写体を撮像する撮像手段と、第１移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを撮像対象に対して近づく方向あるいは遠ざかる方向の一方に所定の範囲で移動させ、また第２移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを撮像対象に対して前記第１移動命令に応答して移動する方向の他方に所定の範囲で移動させるレンズ移動手段と、前記第１又は第２移動命令を連続して前記レンズ移動手段に与えて前記レンズを走査させた複数の位置それぞれにおける前記撮像手段からの入力画像の合焦指標と、該位置のそれぞれに達するまでに要した第１又は第２移動命令を与えた数と、を関連づけて取得する第１画像情報取得手段と、前記第１画像情報取得手段により取得された複数の合焦指標に基づいて合焦指標の最大値を推定し、該最大値の合焦指標に対応する合焦位置と前記レンズ移動手段によるレンズ位置の誤差を許容する合焦指標の第１許容範囲を設定する第１許容範囲設定手段と、前記第１画像情報取得手段により取得された前記合焦指標に関連づけられた第１又は第２移動命令の数に基づいて、前記レンズを前記合焦指標が最大値となる合焦位置になるように移動させる合焦位置接近手段と、前記合焦位置接近手段による前記レンズの該移動後に前記入力画像の合焦指標が、前記第１許容範囲設定手段により設定された前記第１許容範囲内にあるか否かを判別する第１許容範囲内外判別手段と、前記第１許容範囲内外判別手段により、前記合焦指標が前記第１許容範囲外にあると判別された場合、前記合焦位置接近手段により移動された前記レンズの位置から、該レンズの位置を前記合焦位置に再調整する再調整手段と、前記第１許容範囲内外判別手段により、前記合焦指標が前記第１許容範囲内にあると判別された場合、合焦動作を正常終了させる終了手段と、を備える、ことを特徴とする。

上述の発明においては、取得された複数の合焦指標をもとに、レンズを合焦位置に移動するため、迅速なAFが可能になる。また、上記の発明においては、レンズ走査後、レンズを合焦位置に移動するべく必要なレンズ移動命令が発せられ、その後、該レンズ移動命令のとおりに合焦位置に移動したかどうかの確認が行われる。もしも、様々な要因によりレンズが命令のとおりに移動せずその結果合焦位置に達していなかった場合には、レンズ位置を再調整するので、高精度のAFが可能になる。

また、前記レンズ移動手段による前記第１及び第２移動命令の内、無効になった命令の数を記憶する記憶手段をさらに備え、前記合焦位置接近手段は、前記第１又は第２移動命令の数と前記記憶手段によって記憶された前記無効になった命令の数とに基づいて、前記レンズを前記合焦指標が最大値となる合焦位置になるように移動させてもよい。

上記の発明においては、レンズ位置の粗調をより精度よく行うことができる。

なお、前記レンズ移動手段は、前記第１又は第２移動命令とは異なる第３移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを前記第１移動命令と同じ方向により短い距離移動させ、第４移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを前記第２移動命令と同じ方向により短い距離移動させ、前記再調整手段は、前記第３又は第４移動命令を前記レンズ移動手段に与えて前記レンズを移動し、前記入力画像の前記合焦指標を取得する第２画像情報取得手段と、前記合焦指標について、前記第１許容範囲より狭い第２許容範囲を設定する第２許容範囲設定手段と、前記第３又は第４移動命令を前記レンズ移動手段に与えて前記レンズを移動させて、該移動後に前記入力画像の前記合焦指標が、前記第２許容範囲設定手段により設定された前記第２許容範囲内にあるか否かを判別する第２許容範囲内外判別手段と、前記第２許容範囲内外判別手段により、前記合焦指標が前記第２許容範囲外にあると判別された場合、前記レンズの位置を前記合焦位置に再調整する手段と、を備えてもよい。

上記の発明によれば、レンズ位置の粗調と微調を組み合わせることにより、ＡＦをいっそう高精度かつ高速にすることができる。

また、前記レンズの光軸の傾きを検出し、該光軸の傾きに拘わらず前記第１移動命令に対するレンズの移動距離及び第２移動命令に対するレンズの移動距離が一定値に保持されるように、前記レンズ移動手段を制御する補償手段をさらに備えてもよい。

上記の発明によれば、レンズ移動距離の様々なばらつき要因のうち、少なくとも重力によるばらつきは回避できるので、ＡＦの高速化に資する。

本発明の第２の観点に係るプログラムは、コンピュータに、レンズを介した被写体を撮像する撮像機能と、第１移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを撮像対象に対して近づく方向あるいは遠ざかる方向の一方に所定の範囲で移動させ、また第２移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを撮像対象に対して前記第１移動命令に応答して移動する方向の他方に所定の範囲で移動させるレンズ移動機能と、前記第１又は第２移動命令を連続して前記レンズ移動機能に与えて前記レンズを走査させた複数の位置それぞれにおける前記撮像機能からの入力画像の合焦指標と、該位置のそれぞれに達するまでに要した第１又は第２移動命令を与えた数と、を関連づけて取得する第１画像情報取得機能と、前記第１画像情報取得機能により取得された複数の合焦指標に基づいて合焦指標の最大値を推定し、該最大値の合焦指標に対応する合焦位置と前記レンズ移動機能によるレンズ位置の誤差を許容する合焦指標の第１許容範囲を設定する第１許容範囲設定機能と、前記第１画像情報取得機能により取得された前記合焦指標に関連づけられた第１又は第２移動命令の数に基づいて、前記レンズを前記合焦指標が最大値となる合焦位置になるように移動させる合焦位置接近機能と、前記合焦位置接近機能による前記レンズの該移動後に前記入力画像の合焦指標が、前記第１許容範囲設定機能により設定された前記第１許容範囲内にあるか否かを判別する第１許容範囲内外判別機能と、前記第１許容範囲内外判別機能により、前記合焦指標が前記第１許容範囲外にあると判別された場合、前記合焦位置接近機能により移動された前記レンズの位置から、該レンズの位置を前記合焦位置に再調整する再調整機能と、前記第１許容範囲内外判別機能により、前記合焦指標が前記第１許容範囲内にあると判別された場合、合焦動作を正常終了させる終了機能と、を実現させるためのプログラムであることを特徴とする。

本発明によれば、レンズ移動距離にばらつきがあるレンズ駆動装置を有する撮像装置であっても、レンズを適切な位置に移動制御することが可能になる。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係る撮像装置を説明する。

本実施形態に係る撮像装置１１の概要構成は、図１に示すように、レンズ１３、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）１５、撮像回路１７、コントラスト値検出部１９、メインコントローラ２１、メモリ２３、レンズ移動部２５、を備える。

ＣＣＤ１５には、レンズ１３を介した外光が導かれる。撮像回路１７は、ＣＣＤ１５に入射した光をドットマトリクスデータに変換する。

撮像回路１７は、ドットマトリクスデータをコントラスト値検出部１９に伝達する。コントラスト値検出部１９は、ＣＣＤ１５に映じた画像のコントラスト値を計算する。具体的には、例えば、撮像回路１７から引き渡されたドットマトリクスデータから画素毎に輝度を求め、集計し、分散値をコントラスト値とする。

メインコントローラ２１は、コントラスト値検出部１９からのコントラスト値を例えば当該値に比例する電圧として受け取る。また、メインコントローラ２１は、レンズ移動部２５にレンズ移動命令を送る。

メインコントローラ２１は、オートフォーカス（ＡＦ）の実現に必要なプログラム及び前記レンズ移動命令を格納したＲＯＭと、メモリ２３とのデータのやりとりを制御するためのプロセッサと、を備える。該プログラムとは、具体的には、発したレンズ移動命令の種類や回数を、該命令後のコントラスト値と関連させてメモリ２３に記憶させたり、必要に応じてメモリから命令履歴を呼び出し該命令履歴から命令の積算結果を演算させたりするものである。

レンズ移動部２５は、メインコントローラ２１から発せられた命令に従って、レンズを移動する。撮像装置を小型化するために、レンズの移動は、ＳＩＤＭによる。該命令とは、具体的には、ソースコードでいえば例えば「レンズをマクロ側に０．５ｍｍ移動せよ。」といった命令である。該命令が発せられると、レンズ駆動部はかかる向きにかかる距離だけ移動させることが期待されるパルスを圧電素子に印加する。

ただし、圧電素子の個体差、レンズ駆動部の個体差、圧電素子の重力軸に対する傾きにより、レンズの移動距離にばらつきが生じるので、前記命令がなされたにも関わらず、例えば０．４ｍｍしか移動しない、ということが起こり得る。

なお、図には示していないが、レンズの基準位置を定めるためのレンズストッパが、無限遠端とマクロ端に備えられている。レンズが移動を続けた結果かかるストッパの位置に達した場合、レンズ駆動部がそれ以上同じ方向にレンズを移動しようとしても、ＳＩＤＭの機構上、圧電素子の伸縮による摩擦力はストッパによるレンズ保持力に及ばないために、いわば空回りの状態になり、レンズはストッパの位置で停止する。

このことを利用して、メインコントローラ２１は、メモリ２３に記憶されている命令履歴情報をリセットして、初期化を行うことができる。すなわち、命令をまだひとつも発していない状態と、レンズが基準位置にある状態と、を対応づけることができるので、前述の、命令履歴から計算されるレンズ位置と実際のレンズの位置とのずれを解消できる。

撮像装置１１が行うＡＦは、基本的には、例えば特許文献１に開示されている、いわゆるコントラストオートフォーカスである。

コントラストオートフォーカスの典型的な基本動作について、本発明に係る粗動粗調についても一部言及しつつ、図２のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ２０３ではレンズを無限遠端のストッパまで移動させる。ここで、図１のメインコントローラ２１は、メモリ２３の内容をリセットした後、第１移動命令カウンタを設け、該カウンタを０にセットする。すなわち、「第１移動命令カウンタ＝０」という情報が、メモリ２３に記憶される。

また、メモリ２３内には、メインコントローラ２１により、配列Ｃ［ｉ］（ｉは自然数）の格納エリアも確保される。

第１移動命令は、レンズを一定距離だけマクロ端に向かって移動させる命令である。例えば、レンズが無限遠端のストッパの位置にある場合に、メインコントローラ２１が第１移動命令を何回も発すると、レンズはいずれマクロ端に達する。

レンズが無限遠端のストッパにある状態で、図１のコントラスト値検出部１９は、レンズを介して入力されＣＣＤ１５に映じ撮像回路１７によって得られた画像について、コントラスト値を検出し、それをメインコントローラ２１に送る。

該コントラスト値は、Ｃ［ｉ＝０］として、メモリ２３内に記憶される（ステップＳ２０５）。

メインコントローラ２１は第１移動命令をひとつ発するとともに、カウンタｉを１だけインクリメントする（ステップＳ２０７）。

図１のレンズ１３は、前記命令により、マクロ端側に第１命令ひとつぶんだけ移動する。ステップ２０９においては、該移動後、コントラスト値が測定され、その値はＣ［ｉ＝１］としてメモリ２３に記憶される。

レンズがマクロ端側のストッパまで到達したか否かを判別する（ステップＳ２１１）。

レンズがまだマクロ端側のストッパに到達していない場合（ステップＳ２１１；Ｎｏ）、ステップＳ２０７に戻り、さらに第１移動命令によるレンズ移動を行うとともに、カウンタｉを１だけインクリメントする。

これを繰り返すと、いずれはレンズはマクロ端側のストッパに達して停止する。この時点で、カウンタは、第１移動命令が発された回数を示しており、メモリ２３には、コントラスト値の配列Ｃ［０］〜Ｃ［ｉ］が記憶されている。ここからステップＳ２１３に進む（ステップＳ２１１；Ｙｅｓ）。

ステップ２１３では、任意のｋ（０≦ｋ≦ｉ）に対し、Ｃ［ｊ］≧Ｃ［ｋ］となるようなｊを求める。すなわち、ｊ番目の第１移動命令が発された直後のレンズ位置が、コントラスト値の最大値をもたらすレンズ位置である。コントラストオートフォーカスにおいては、この位置を合焦位置とする。

Ｃ［ｊ］から所定の許容値を求める。具体的には例えば、Ｃ［ｊ］に係数０．９を乗じた値を許容値とする（ステップＳ２１５）。許容値とは、レンズがある位置にあるとき、該許容値以上のコントラスト値をもたらすならば、該位置を合焦位置であるとみなすことを許容しようという意図から導き出された概念である。

メインコントローラ２１はプロセッサによりｉ−ｊを計算し、それを新たなｉとして、メモリ２３に記憶する（ステップＳ２１７）。

メインコントローラ２１は第２移動命令をｉ回発する（ステップＳ２１９）。第２移動命令は、第１移動命令と同じ距離だけ、ただし向きは反対方向すなわち無限遠端側に、レンズを移動させる命令である。ステップＳ２１７における演算を考慮すると、ステップＳ２１９の後、レンズは合焦位置にあることが期待される。

ここまでが、コントラストオートフォーカスにおける動作の典型である。つまり、レンズを無限遠端からマクロ側まで一定間隔ずつ移動させそのたびにコントラスト値を取得し記憶装置に蓄積し、最大コントラスト値を生じたレンズ位置までレンズを無限遠端側に戻す。

以下では、レンズが無限遠端とマクロ端との間を走査した後、レンズを前述のように戻す動作を、「戻り粗調」という。

レンズが第１及び第２命令のとおりに移動したとすれば、戻り粗調によりレンズが合焦位置に達し、ＡＦの目的が達せられることは明らかである。

ところが、前述のとおり、ＳＩＤＭにおいては、各種ばらつき要因のために、命令内容から期待されるとおりにはレンズが移動していないおそれがある。つまり、戻り粗調後、レンズが合焦位置からずれている可能性がある。

そこで、ステップ２１９の戻り粗調後に、改めてコントラスト値を測定し（ステップＳ２２１）、コントラスト値がステップＳ２１５で定めた許容値より大きいかどうか判別する（ステップＳ２２３）。

コントラスト値を改めて測定した結果、コントラスト値がステップＳ２１５で定めた許容値よりも大きい場合（ステップＳ２２３；Ｙｅｓ）、レンズはすでに合焦位置にあるといえる。つまり、レンズは第１及び第２命令の指示通りに移動したと考えられ、結果的には、戻り粗調だけでＡＦ動作は完了したといえる。目的が達せられたので、正常終了に至る（ステップＳ２３１）。

ステップＳ２２１でコントラスト値を改めて測定した結果、コントラスト値が許容値よりも大きくない場合（ステップ２２３；Ｎｏ）、粗動粗調（ステップＳ２２５）によりレンズの合焦位置への移動を試みる。

粗動粗調とは、戻り粗調の後に、第１及び第２移動命令だけにより合焦位置を探索する過程であり、詳細については後述する。

ステップＳ２２５では、戻り粗調の後にいったん打ち切っていたレンズ移動命令の発令を再開する。第１移動命令と第２移動命令のうち一方又は両方の命令を、１回または複数回発し、１回移動するたびにコントラスト値を取得し、許容値との比較を行う。こうして粗動粗調により最終的に許容値より大きなコントラスト値が得られたら（ステップＳ２２７；Ｙｅｓ）、レンズは合焦位置にあると考えられるため、ＡＦ動作は正常に終了する（ステップＳ２３１）。

時間等の都合上現実的に許される回数の第１又は第２移動命令を行っても、コントラスト値がいつまでも許容値を超えない場合（ステップＳ２２７：Ｎｏ）も考え得る。

例えば、戻り粗調時に第２移動命令が１回だけ指示の半分の距離しか移動せず、その結果戻り粗調後にコントラスト値が許容値より大きくならなかった場合、さらにもう１回第２移動命令を実行すると、レンズは、合焦位置すなわちコントラスト値のピークをもたらすレンズ位置を通り過ぎた位置に停止する。この位置でもコントラスト値が許容値よりも大きくならなかった場合には、第１移動命令の実行によりレンズの合焦位置への接近を試行することとなる。すると再び合焦位置を通り過ぎ、結局、戻り粗調直後の位置に戻ってしまって、コントラスト値はまたもや許容値より大きくならない。このように往復を繰り返しているうちに、たまたま指示の半分の距離しか移動しない事態が生じれば、合焦位置を探し当てることができるが、合理的な時間内にかかる事態が生じるとは限らない。そこで、ステップＳ２２５の粗動粗調には一定の時間制限又は命令回数制限を課して、最終的にコントラスト値が許容値より大きくならなければ（ステップＳ２２７；Ｎｏ）、エラー終了（ステップＳ２２９）として扱う。

エラー終了の場合は、その旨を表示する表示部を撮像装置１１に設け、ユーザに知らせてもよい。あるいは、自動的にオートフォーカスを最初（ステップＳ２０３）からやり直すようにしてもよい。

ステップＳ２１７におけるｉ＝ｉ−ｊという演算は、レンズが命令内容から予期されるとおりに動くとすれば、レンズは完全に合焦位置に復帰すると想定していることに基づく。レンズが命令内容の移動距離より短めに動く傾向がある場合には戻り粗調の際に命令を多めに発したり、逆の傾向がある場合には命令を少なめに発したりするなど、事情に応じて戻り粗調のための命令回数を増減し、その後、粗動粗調や、後述の微動粗調及び微調の段階に入るようにしてもよい。

ステップＳ２１５では単に取得したコントラスト値のうち最大のものをコントラストのピーク値と考えたが、コントラスト値をレンズ位置の関数と捉え、取得したコントラスト値をプロットしてグラフに表し、所定の理論曲線でカーブ・フィッティングを行うなどして、コントラストのピーク値及びそれに対応するレンズ位置を推定してもよい。該レンズ位置は合焦位置と考えられる。

このように戻り粗調の後にコントラスト値再取得及び合焦位置到達判別を行い判別結果次第では粗動粗調を行うことにすれば、各種のばらつき因子を有する圧電素子を用いたＳＩＤＭを採用してもコントラストオートフォーカスの枠組みを利用することができる。

（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係る撮像装置を説明する。

撮像装置の概要は図１に示すとおり、実施形態１に係る撮像装置１１と同じである。ただし、メインコントローラ内部のＲＯＭに格納された合焦位置探索プログラムの内容に、実施形態１に係るものに比較して追加事項がある。

本実施形態に係る合焦位置探索過程を、図３のフローチャートを参照して説明する。

図中、戻り粗調（ステップＳ３０３）及び粗動粗調（ステップＳ３０７）は、すでに説明したものと同じである。

本実施形態においては、合焦位置探索にあたって新たに微動粗調（ステップＳ３１１）及び微調（ステップＳ３１７）が加わる。

粗動粗調の詳細は、微動粗調及び微調の詳細と合わせて説明する。この３つは、原理としては同じものである。

また、微動粗調のためには、実施形態１と同じく第１移動命令又は第２移動命令を用いるが、微調のためには、第１及び第２移動命令よりも単位命令あたりのレンズ移動距離が短い第３及び第４移動命令を用いる。移動の向きは、第１移動命令と第３移動命令が同じであり、第２移動命令と第４移動命令が同じである。

また、本実施形態においては、コントラスト値の許容範囲として、第１許容範囲と第２許容範囲の２種が存在する。第１許容範囲とは、実施形態１における許容範囲と同じものである。一方、第２許容範囲とは、第１許容範囲よりも狭いことを特徴とする。

例えば、具体的には、図２のステップＳ２１５に示したように、第１許容範囲をコントラストのピーク値の０．９倍以上と設定した場合には、第２許容範囲は該ピーク値の０．９９倍以上に設定するなどする。

第２許容範囲に収まるようにレンズ位置を調整すれば、第１許容範囲内に収まることだけを目標にレンズ位置を調整した場合に比べて、より精密な合焦位置調整ができることを意味する。

ステップＳ３０３での戻り粗調の結果、コントラスト値が第１許容範囲内に収まれば（ステップＳ３０５；Ｙｅｓ）、第２許容範囲内に収まっているかどうかを判別するステップＳ３１５に進む。

ステップＳ３０５で第１許容範囲内に収まっていない場合（ステップＳ３０５；Ｎｏ）、粗動粗調（ステップＳ３０７）を行い、第１許容範囲内に収まるかどうか判別する（ステップＳ３０９）。

収まっていれば（ステップＳ３０９；Ｙｅｓ）、第２許容範囲内に収まっているかどうかを判別するステップＳ３１５に進む。収まっていなければ、微動粗調（ステップＳ３１１）を行う。

微動粗調の結果、第１許容範囲内に収まれば（ステップＳ３１３；Ｙｅｓ）、第２許容範囲内に収まるかどうか判別する（ステップＳ３１５）。

微動粗調を行っても、第１許容範囲内に収まらない場合には（ステップＳ３１３；Ｎｏ）、エラー終了となる（ステップＳ３２１）。この場合に備えて、装置１１にユーザへの通知手段を備えたり、自動的に最初（ステップＳ３０１）に戻って合焦位置探索をやり直すようにしてもよい。

ステップＳ３１５では、コントラスト値が第２許容範囲内にあるかどうか判別する。該範囲内にあれば（ステップＳ３１５；Ｙｅｓ）、レンズは合焦位置に到達したといえるので、正常終了する（ステップＳ３２３）。

第２許容範囲にない場合（ステップＳ３１５；Ｎｏ）、ステップＳ３１７で微調を行う。その結果第２許容範囲内に収まれば（ステップＳ３１９；Ｙｅｓ）、正常終了（ステップＳ３２３）する。

ステップＳ３１９で第２許容範囲内に収まらなかった場合（ステップＳ３１９；Ｎｏ）、エラー終了（ステップＳ３２１）となる。

エラー終了（ステップＳ３２１）となる原因として、レンズ移動のための命令ひとつあたりの移動距離が長すぎたり、第１又は第２許容範囲が狭すぎたりすることが考えられる。

そこで、撮像装置１１に、エラー終了になりそうか監視する機構を備えて、許容範囲を適宜拡大して正常終了に誘導するようにしてもよい。この場合ある程度は画質が犠牲になるが、エラー終了が多発してＡＦが事実上機能しない事態を避けることができる。

戻り粗調（ステップＳ３０３）の後に粗動粗調（ステップＳ３０７）を省略して微動粗調（ステップＳ３１１）に進んだり、そもそも戻り粗調の際に最初から微調（ステップＳ３１７）を行うことも考え得る。

しかし、長距離移動用の命令である第１及び第２移動命令と、短距離移動用の命令である第３及び第４移動命令と、を用意して、上記のように使い分けることが、ＡＦの高精度化とそれに要する時間の短縮の両立に最も資する。

（粗動粗調、微動粗調、微調の詳細）
粗動粗調、微動粗調、微調は、レンズ位置を少しずつ移動し、該移動のつどコントラスト値を測定し、理想的にはコントラスト値のピークをもたらすレンズ位置を、ただし実際には第１又は第２許容範囲内のコントラスト値をもたらすレンズ位置を、見つけ出す動作である。

第１及び第３移動命令は、無限遠端からマクロ端の向きにレンズを移動する命令である。例えば、図１のメインコントローラ２１がこの命令をひとつ発した後、取得したコントラスト値が、該命令が発される前のコントラスト値よりも小さい場合には、レンズは合焦位置から遠ざかってしまったと考えられる。

かかる場合には、レンズを逆向きに移動する第２又は第４移動命令により、レンズを合焦位置に近づける必要がある。同じ向きにレンズを移動し続けている間、コントラスト値が増加し続ければ、レンズは合焦位置に近づいていると考えられる。

そこで、第１又は第３移動命令と、第２又は第４移動命令とを使い分けながら、コントラスト値がピークになる位置又はコントラスト値が許容範囲内に収まる位置に接近することが、合焦位置を探し当てる動作となる。

この様子を、図４のフローチャートを参照して説明する。

レンズがある位置に存在するとし、該位置におけるコントラスト値ΔＣ_０は、図２のステップＳ２２３、Ｓ２２７、図３のステップＳ３０５、Ｓ３０９、Ｓ３１３、Ｓ３１５、Ｓ３１９での許容範囲内外判別過程において、取得済みであるとする。図1のメモリ２３には、コントラストのピーク値（図２のステップＳ２１３におけるＣ［ｊ］）から該位置でのコントラスト値を引いた結果を格納するための変数ΔＣが確保され、ΔＣ＝ΔＣ_０にセットされる（ステップＳ４０１）。

図１のメインコントローラ２１は、粗動粗調の場合は第１移動命令を、微動粗調又は微調の場合には第３移動命令を発し、レンズを現在位置から移動する（ステップＳ４０３）。すなわち、レンズは、無限遠端からマクロ端に向けて命令１つぶんだけ移動する。

移動後のレンズ位置で、コントラスト値を取得し、メインコントローラ２１は該コントラスト値をコントラストのピーク値から引いた値であるΔＣ_１を求め、テンポラリレジスタに格納する（ステップＳ４０５）。

メインコントローラ２１は、粗動粗調及び微動粗調の場合はΔＣ_１が第１許容範囲内にあるか否かを判別し、微調の場合はΔＣ_１が第２許容範囲内にあるか否かを判別する（ステップＳ４０７）。

許容範囲内にある場合（ステップＳ４０７；Ｙｅｓ）、正常終了（ステップＳ４２５）する。ただし、微調の場合は合焦位置に達したとしてＡＦ動作全体が完了するのに対し、粗動粗調及び微動粗調の場合はステップＳ４２５は仮の終了状態に過ぎず、続いて微動粗調又は微調の過程が開始される。

許容範囲外にある場合（ステップＳ４０７；Ｎｏ）、メインコントローラ２１はメモリ２３からΔＣの値を読み込み、テンポラリレジスタ内のΔＣ_１と比較する（ステップＳ４０９）。ΔＣ_１がΔＣよりも小さい場合（ステップＳ４０９；Ｙｅｓ）、レンズの移動後の方が合焦位置に近づいたと考えられる。そこで、次回の移動により合焦位置に近づいたかどうかの判別に役立てるため、ステップＳ４１１で、プロセッサ２１はメモリ２３の中のΔＣをΔＣ_１に更新する。その後、同じ向きにレンズを移動する命令を発して、さらに合焦位置に近づくようにする（ステップＳ４０３）。

ΔＣ_１≧ΔＣの場合（ステップＳ４０９；Ｎｏ）、レンズは合焦位置から遠ざかってしまったと考えられるから、これ以上第１又は第３移動命令を発してレンズをマクロ端に向けて移動すると、ますます合焦位置から遠ざかってしまう。

そこで、次回の移動により合焦位置に近づいたかどうかの判別に役立てるため、ΔＣをΔＣ１に更新する（ステップＳ４１３）。その後、第２又は第４移動命令を発することにより、レンズを逆側、すなわちマクロ端から無限遠端に向かう向きに移動する（ステップＳ４１５）。

レンズ移動後、ステップＳ４１７において、該移動後のコントラスト値をコントラスト値のピーク値から引いてΔＣ_１を求める。

粗動粗調及び微動粗調の場合はΔＣ_１が第１許容範囲内にあるかどうかを、また、微調の場合はΔＣ_１が第２許容範囲内にあるかどうかを、判別する（ステップＳ４１９）。

許容範囲内に収まれば（ステップＳ４１９；Ｙｅｓ）、正常終了する。

許容範囲内に収まらない場合（ステップＳ４１９；Ｎｏ）、ΔＣ_１がΔＣよりも小さいかどうか判別するステップＳ４２１に進む。

ΔＣ_１がΔＣよりも小さい場合（ステップＳ４２１；Ｙｅｓ）、レンズは先の移動により合焦位置に近づいたと考えられる。

そこで、次回の移動により合焦位置に近づいたかどうかの判別に役立てるため、ΔＣをΔＣ_１に更新する（ステップＳ４１３）。その後、移動の向きを維持しつつ、先の命令と同じ命令を繰り返し（ステップＳ４１５）、合焦位置への接近を試みる。

前述のように、命令ひとつあたりのレンズ移動距離が長すぎたり、許容範囲が狭すぎたりすると、ステップＳ４２１において、ΔＣ_１≧ΔＣとなってしまうことがあり得る（ステップＳ４２１；Ｎｏ）。かかる場合はエラー終了（ステップＳ４２３）とし、図１の撮像装置１１にあらかじめ表示部を設けておいてユーザにその旨を通知したり、自動的にＡＦ動作を最初からやり直すようにしたりしてもよい。

あるいは、一定レベルの画質の維持を条件に許容範囲を広げる所定の許容範囲緩和手段を設け、エラー終了になりそうな場合には該手段を起動するようにしてもよい。

（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３に係る撮像装置を説明する。

撮像装置の概要は、実施形態１又は２に係る撮像装置１１と同じである。

ただし、本実施形態に係る撮像装置は、レンズを基準位置に接近する向きに、レンズの現在位置と基準位置との間の距離よりも長い距離だけ移動するような命令を図１のメインコントローラ２１が発した場合、無効となってしまう命令内容を記憶しておくことに特徴がある。

例えば、かかる特徴は、戻り粗調の際に役立つことがある。このことを、図２のフローチャートを参照しつつ、説明する。該フローチャートでは、ステップＳ２０１〜ステップＳ２１９が、戻り粗調である。

第１乃至第４移動命令の各命令は、１命令が印加電圧１パルスに対応する必要はない。例えば、あるパルス形状を１０個まとめて印加するのが第１及び第３移動命令、同じパルス形状を１個ずつ印加するのが第２及び第４移動命令である場合が考えられる。

かかる場合、例えば、ステップＳ２０７の直前に、レンズが既に十分にマクロ端に近づいているときは、図１のメインコントローラ２１が引き続き移動命令１を発すると、例えば、パルス２個分でレンズがストッパに達し、残りのパルス８個分はＳＩＤＭの圧電素子にとってはいわば空回りの状態となる。

この無駄になった８個分を無視すると、戻し粗調のとき、ステップＳ２１７により求めた戻し粗調に必要な第２命令の個数は、過大評価されていることになる。つまり、パルス８個分、合焦位置を通り越してしまう。

そこで、撮像装置１１に、レンズがストッパに接した後に加えられたパルス数など、レンズ移動命令のうち、ストッパの存在のために無駄になってしまった内容を記憶する手段を設けておけば、その分を差し引く演算をするなどして、戻し粗調をより精度よく行うことができるようになる。

（実施形態４）
以下、本発明の実施形態４に係る撮像装置を説明する。

撮像装置の概要は、実施形態１に係る撮像装置１１と同じである。

本実施形態に係る撮像装置は、重力センサを備えている。該重力センサの出力に基づいてレンズの向きを判定し、撮像装置の姿勢に適したレンズ駆動の制御を行う。

以下では、第１移動命令と第２移動命令の対を例にして説明する。第３移動命令と第４移動命令の対に関しても、同様である。そして、第１移動命令と第２移動命令は、レンズの移動の向きは逆だが、理想的には、レンズの移動距離は等しくなることが期待されているとする。

しかし、ＳＩＤＭの性質上、レンズが下向きとなる場合、レンズに対して無限遠端からマクロ端の方向に重力が働き、第１移動命令により無限遠端からマクロ端の方向にレンズを移動する際には、単位命令あたりのレンズの移動距離が前述の期待よりも長くなり、第２移動命令によりマクロ端から無限遠端の方向にレンズが戻る際には、単位命令あたりのレンズの移動距離が短くなる。

一方、レンズが上向きとなる場合、レンズに対してマクロ端から無限遠端の方向に重力が働き、第１移動命令により無限遠端からマクロ端の方向にレンズが移動する際には、単位命令あたりのレンズの移動距離が短くなり、第２移動命令によりマクロ端から無限遠端の方向にレンズが戻る際には、レンズの移動距離が長くなる。

そこで、重力センサの出力をもとにレンズの向きを検出し、該検出の結果に応じて、レンズ駆動に必要なパルス数を増減させることを特徴とする。

本発明はレンズ移動距離が命令内容から予期されるものとは異なってしまう問題の解決を目指したものではあるが、それでも、できる限り、レンズ移動命令により意図された距離だけレンズが移動する方が有利であることはいうまでもない。本実施例は、重力センサの利用により、ＳＩＤＭの短所を改善し、第１乃至第３実施例に係る装置のＡＦ精度向上及び所要時間短縮に資するものである。

上述の機械的構成、動作等は、一例であり、同様の作用・効果を実現できるならば、任意であり、上記実施形態に限定されない。

ＡＦに役立つ画像情報としてはコントラスト値が広く知られているので、上述の説明ではコントラストオートフォーカスの採用を前提にしたが、他の画像情報であっても、ＡＦに役立つのであれば、採用してさしつかえない。

理解を容易にするために、レンズを長距離移動するための第１及び第２移動命令と、レンズを短距離移動するための第３及び第４移動命令と、を用意し、合焦位置探索のための調整方法として、粗動粗調と、微動粗調と、微調と、を説明し、許容範囲を２種類設けたが、命令の数やバリエーションは更に設けられてもよい。例えば、レンズを中距離移動するための命令を新たに設けることが考えられる。それに応じて調整方法をさらに増やしてもよいし、許容範囲をさらに何段階か増やしてもよい。

すなわち、ＡＦにおいて、精度の高さと焦点あわせの速さを、できるだけ両立するようなものであれば、合焦点位置探索法は更に複雑なものであってもよい。

本発明に係る撮像装置の概要構成図である。コントラストオートフォーカスと戻り粗調の様子を示すフローチャートである。戻り粗調、粗動粗調、微動粗調、微調の処理を示すフローチャートである。粗動粗調、微動粗調、微調の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１・・・撮像装置、１３・・・レンズ、１５・・・ＣＣＤ、１７・・・撮像回路、１９・・・コントラスト値検出部、２１・・・メインコントローラ、２３・・・メモリ、２５・・・レンズ移動部

Claims

レンズと、
前記レンズを介した被写体を撮像する撮像手段と、
第１移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを撮像対象に対して近づく方向あるいは遠ざかる方向の一方に所定の範囲で移動させ、また第２移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを撮像対象に対して前記第１移動命令に応答して移動する方向の他方に所定の範囲で移動させるレンズ移動手段と、
前記第１又は第２移動命令を連続して前記レンズ移動手段に与えて前記レンズを走査させた複数の位置それぞれにおける前記撮像手段からの入力画像の合焦指標と、該位置のそれぞれに達するまでに要した第１又は第２移動命令を与えた数と、を関連づけて取得する第１画像情報取得手段と、
前記第１画像情報取得手段により取得された複数の合焦指標に基づいて合焦指標の最大値を推定し、該最大値の合焦指標に対応する合焦位置と前記レンズ移動手段によるレンズ位置の誤差を許容する合焦指標の第１許容範囲を設定する第１許容範囲設定手段と、
前記第１画像情報取得手段により取得された前記合焦指標に関連づけられた第１又は第２移動命令の数に基づいて、前記レンズを前記合焦指標が最大値となる合焦位置になるように移動させる合焦位置接近手段と、
前記合焦位置接近手段による前記レンズの該移動後に前記入力画像の合焦指標が、前記第１許容範囲設定手段により設定された前記第１許容範囲内にあるか否かを判別する第１許容範囲内外判別手段と、
前記第１許容範囲内外判別手段により、前記合焦指標が前記第１許容範囲外にあると判別された場合、前記合焦位置接近手段により移動された前記レンズの位置から、該レンズの位置を前記合焦位置に再調整する再調整手段と、
前記第１許容範囲内外判別手段により、前記合焦指標が前記第１許容範囲内にあると判別された場合、合焦動作を正常終了させる終了手段と、
を備える、
ことを特徴とする撮像装置。
前記レンズ移動手段による前記第１及び第２移動命令の内、無効になった命令の数を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記合焦位置接近手段は、
前記第１又は第２移動命令の数と前記記憶手段によって記憶された前記無効になった命令の数とに基づいて、前記レンズを前記合焦指標が最大値となる合焦位置になるように移動させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記レンズ移動手段は、前記第１又は第２移動命令とは異なる第３移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを前記第１移動命令と同じ方向により短い距離移動させ、第４移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを前記第２移動命令と同じ方向により短い距離移動させ、
前記再調整手段は、
前記第３又は第４移動命令を前記レンズ移動手段に与えて前記レンズを移動し、前記入力画像の前記合焦指標を取得する第２画像情報取得手段と、
前記合焦指標について、前記第１許容範囲より狭い第２許容範囲を設定する第２許容範囲設定手段と、
前記第３又は第４移動命令を前記レンズ移動手段に与えて前記レンズを移動させて、該移動後に前記入力画像の前記合焦指標が、前記第２許容範囲設定手段により設定された前記第２許容範囲内にあるか否かを判別する第２許容範囲内外判別手段と、
前記第２許容範囲内外判別手段により、前記合焦指標が前記第２許容範囲外にあると判別された場合、前記レンズの位置を前記合焦位置に再調整する手段と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記レンズの光軸の傾きを検出し、該光軸の傾きに拘わらず前記第１移動命令に対するレンズの移動距離及び第２移動命令に対するレンズの移動距離が一定値に保持されるように、前記レンズ移動手段を制御する補償手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
コンピュータに、
レンズを介した被写体を撮像する撮像機能と、
第１移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを撮像対象に対して近づく方向あるいは遠ざかる方向の一方に所定の範囲で移動させ、また第２移動命令が与えられるごとに応答して、前記レンズを撮像対象に対して前記第１移動命令に応答して移動する方向の他方に所定の範囲で移動させるレンズ移動機能と、
前記第１又は第２移動命令を連続して前記レンズ移動機能に与えて前記レンズを走査させた複数の位置それぞれにおける前記撮像機能からの入力画像の合焦指標と、該位置のそれぞれに達するまでに要した第１又は第２移動命令を与えた数と、を関連づけて取得する第１画像情報取得機能と、
前記第１画像情報取得機能により取得された複数の合焦指標に基づいて合焦指標の最大値を推定し、該最大値の合焦指標に対応する合焦位置と前記レンズ移動機能によるレンズ位置の誤差を許容する合焦指標の第１許容範囲を設定する第１許容範囲設定機能と、
前記第１画像情報取得機能により取得された前記合焦指標に関連づけられた第１又は第２移動命令の数に基づいて、前記レンズを前記合焦指標が最大値となる合焦位置になるように移動させる合焦位置接近機能と、
前記合焦位置接近機能による前記レンズの該移動後に前記入力画像の合焦指標が、前記第１許容範囲設定機能により設定された前記第１許容範囲内にあるか否かを判別する第１許容範囲内外判別機能と、
前記第１許容範囲内外判別機能により、前記合焦指標が前記第１許容範囲外にあると判別された場合、前記合焦位置接近機能により移動された前記レンズの位置から、該レンズの位置を前記合焦位置に再調整する再調整機能と、
前記第１許容範囲内外判別機能により、前記合焦指標が前記第１許容範囲内にあると判別された場合、合焦動作を正常終了させる終了機能と、
を実現させるためのプログラム。