JP4850623B2 - 撮像装置及びフォーカス制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置に関し、さらに詳しくは該撮像装置におけるフォーカス制御に関する。

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。

その他に、外測測距方式には、超音波センサを用いて超音波の伝搬速度を測定し、該速度から被写体距離を求める方式や、赤外線センサを用いて三角測量法を用いて被写体距離を求める方式もある。

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生かすために、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方式では、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精度の高い合焦位置にフォーカスレンズを移動させる。

また、位相差検出方式で得られた情報をＴＶ−ＡＦにおいて補助的に用いることで、ＴＶ−ＡＦの応答性や正確性を向上させるフォーカス制御方法も特許文献２に提案されている。
特開２００５−８４４２６号公報（段落００３０〜００４８、図３等） 特開２００５−１２１８１９号公報（段落００９７〜０１０１、図１１等）

しかしながら、外測位相差検出方式では、測距センサは撮影レンズとは独立して設けられている。このため、撮影レンズのズーム等によって撮影範囲が変化する場合に、常に測距センサの検出視野の全体が撮影範囲内に含まれるわけではない。

例えば、図１０には、測距センサが水平方向に並んだ３つの検出視野を有する場合を示している。図１０の下側に示すように、撮影レンズがワイド側にある状態では、３つの検出視野（測距エリア）Ｃ，Ｌ，Ｒが撮影範囲（撮影画面）の中心部に重なり、該３つの検出視野で得られた被写体距離情報を外測位相差検出方式ＡＦに使用することができる。

一方、撮影レンズがテレ側にある状態では、図１０の上側に示すように、左右の検出視野Ｌ，Ｒが撮影範囲外にはみ出す。この場合、従来は、撮影範囲内に含まれる中央の検出視野Ｃで得られた被写体距離情報のみを用いて外測位相差検出方式ＡＦを行っていただけであった。このため、撮影範囲外の被写体距離情報をハイブリッドＡＦに生かせなかった。例えば、撮影画面内の被写体の状況により中央の検出視野で正確な被写体距離情報が求められないような場合に、ＴＶ−ＡＦの応答性や正確性が低下するおそれがあった。

本発明は、ＴＶ−ＡＦ方式と外測位相差検出方式とを組み合わせたハイブリッドＡＦにおいて、撮影範囲外の検出視野で得られた外測情報もＴＶ−ＡＦに有効利用できるようにした撮像装置及びフォーカス制御方法を提供することを目的の１つとしている。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮影映像のコントラスト状態に対応する第１の情報を生成する第１の検出手段と、前記第１の情報を用いた第１のフォーカス制御を行う制御手段と、被写体までの距離に対応する第２の情報を検出する第２の検出手段とを有し、前記第２の検出手段は、それぞれ検出視野が異なる複数の検出部を有し、前記制御手段は、前記第１のフォーカス制御を行う場合に、前記複数の検出部のうち検出視野が撮影範囲外である前記検出部において検出された前記第２の情報に基づいて求めた合焦方向と前記第１の情報に基づいて求めた合焦方向とが一致することを第１の回数判定した場合に該方向にフォーカスレンズを移動させ、前記第１の回数は、前記第２の情報を用いずに前記第１の情報に基づいて合焦方向を決定する場合に要する同一方向であるとの判定回数よりも少ないことを特徴とする。

また、本発明の他の側面としてのフォーカス制御方法は、撮影映像のコントラスト状態に対応する第１の情報を取得するステップと、前記第１の情報を用いた第１のフォーカス制御を行う制御ステップと、それぞれ検出視野が異なる複数の検出部により被写体までの距離に対応する第２の情報をそれぞれ検出する検出ステップとを有し、前記制御ステップにおいて、前記第１のフォーカス制御を行う場合に、前記複数の検出部のうち検出視野が撮影範囲外である前記検出部において検出された前記第２の情報に基づいて求めた合焦方向と前記第１の情報に基づいて求めた合焦方向とが一致することを第１の回数判定した場合に該方向にフォーカスレンズを移動させ、前記第１の回数は、前記第２の情報を用いずに前記第１の情報に基づいて合焦方向を決定する場合に要する同一方向であるとの判定回数よりも少ないことを特徴とする。

本発明によれば、複数の検出視野のうち撮影範囲外の検出視野において検出された第２の情報を、第１のフォーカス制御の応答性や正確性を向上させる等の目的で有効利用することができ、第１のフォーカス制御を円滑に行うことができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例であるビデオカメラ（撮像装置）の構成を示している。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（撮影光学系）が構成される。本実施例の撮像光学系は、リアフォーカスタイプのズームレンズである。

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。該撮像素子上に、被写体像が形成される。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。１１０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。

１１１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。１１２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１１１及びフォーカシング駆動源１１２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。

ズーム駆動源１１１は、変倍レンズ１０２の位置、つまりは撮像光学系の焦点距離を検出するためのエンコーダ等のズーム位置検出器１１１ａを含む。

また、フォーカシング駆動源１１２は、フォーカスレンズ１０５の位置を検出するためのエンコーダ等のフォーカス位置検出器１１２ａを含む。

１１３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は第１の検出手段としてのＡＦ信号処理回路である。ＡＦ信号処理回路１１４は、ＡＦゲート１１３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１１３を通過した信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分）等を抽出して第１の情報としてのＡＦ評価値信号を生成する。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（カメラ／ＡＦマイクロコンピュータ１１５は、第１の情報を取得する）。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撮影映像の鮮鋭度（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。

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１１２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（以下、単にＴＶ−ＡＦという）と、外測位相差検出（外測測距）方式でのフォーカス制御（以下、単に外測ＡＦという）とを行う。

ＴＶ−ＡＦは、フォーカスレンズ１０５を移動させてＡＦ評価値信号の変化をモニタし、該ＡＦ評価値信号が最大となるフォーカスレンズ位置を検出することで、合焦を得るフォーカス制御である。

ＡＦ評価値信号としては、一般に、ビデオ信号の輝度信号成分のうちある帯域のバンドパスフィルタにより抽出された高周波成分を用いている。この高周波成分は、特定の距離の被写体を撮像してフォーカスレンズ１０５を至近位置から無限位置に移動させた場合には、図９に示すように変化する。図９において、ＡＦ評価値が最大になるフォーカスレンズ位置が、その被写体に対する合焦位置（合焦点）となる。

１１６は第２の検出手段としての外部測距ユニットであり、被写体までの距離に対応する第２の情報を検出し、出力する。測距方法としては種々の方式が従来用いられているが、図５及び図６にはそのうちの１つである位相差パッシブ方式による測距原理を示している。この外部測距ユニットは、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５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６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からの像信号とは、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）。

なお、本発明では、このパッシブ測距方式に限らず、他の測距方式を用いることができる。例えば、アクティブ測距方式として、赤外線を投光して三角測量原理で距離を求める方法や、超音波センサを用いて伝搬速度を測定する方式を用いてもよい。また、外部測距ユニットから上記画素ずらし量Ｘ（第２の情報）を出力させ、マイクロコンピュータにて該Ｘに基づいて被写体距離を求めるようにしてもよい。

ここで、外部測距ユニット１１６からの被写体距離情報は、マイクロコンピュータ１１５に入力される。マイクロコンピュータ１１５は、入力され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、外測合焦位置という）を算出する。また、「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。

本実施例では、外部測距ユニット１１６は、図１０に示す中央、左及び右の３つの互いに隣り合う検出視野を有する３つの外測センサ部（検出部）１１６ａ〜１１６ｃにより構成されている。なお、本実施例では、３つの外測センサ部を有する外部測距ユニットを用いる場合について説明するが、本発明の第２の検出手段としては２つ又は４つ以上の検出部を有していてもよい。

１１７はズームスイッチである。ズームスイッチ１１７はその操作方向に応じた信号を出力し、マイクロコンピュータ１１５は該信号に応じて変倍レンズ１０２及びフォーカスレンズ１０５を移動させてズーミングを行う。

次に、マイクロコンピュータ１１５で行われるＡＦ処理（フォーカス処理）について、図３のフローチャートを用いて説明する。このＡＦ処理は、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、Ｓｔｅｐ３０１では、マイクロコンピュータ１１５は処理を開始する。本フローに示す処理は、例えば１フィールド画像を生成するための撮像素子１０６からの撮像信号の読み出し周期にて繰り返し実行される。

Ｓｔｅｐ３０２では、ＡＦ評価値を取り込む。

Ｓｔｅｐ３０３では、３つの外測センサ部１１６ａ〜１１６ｃから被写体距離情報を求め、さらに各被写体距離情報に応じた外測合焦位置を算出する。そして、これら３つの外測合焦位置の中から、使用する外測合焦位置（以下、外測使用合焦位置）を決定し、取り込む。この処理について、図２を用いて後に詳しく説明する。

Ｓｔｅｐ３０４では、フォーカスレンズ１０５の外測使用合焦位置への移動中か否かを判断する。移動中であればＳｔｅｐ３０５へ進み、移動中でなければＳｔｅｐ３０８へ進む。

Ｓｔｅｐ３０５では、フォーカスレンズ１０５を外測使用合焦位置に向けて移動させる（第２のフォーカス制御）。

Ｓｔｅｐ３０６では、フォーカスレンズ１０５が外測使用合焦位置に移動済みか否かを判定する。移動済みであればＳｔｅｐ３０７へ進み、そうでなければＳｔｅｐ３０２へ戻る。

Ｓｔｅｐ３０７では、ＴＶ−ＡＦでの微小駆動動作を行うための微小駆動モードに移行する。微小駆動動作については後述する。

Ｓｔｅｐ３０８では、外測使用合焦位置とフォーカス位置検出器１１２ａにより検出された現在のフォーカスレンズ１０５の位置との差が特定量（第１の値）より大きいか否かを判定する。差が特定量より大きい場合はＳｔｅｐ３０５に進み、外測使用合焦位置へフォーカスレンズ１０５を移動させる。差が特定量より小さければＳｔｅｐ３０９へ進む。

Ｓｔｅｐ３０９では、現在、微小駆動モードか否かを判定する。微小駆動モードであればＳｔｅｐ３１０へ進み、そうでなければＳｔｅｐ３１６へ進む。

Ｓｔｅｐ３１０では、微小駆動動作を行い、合焦状態か否か、及び合焦状態でない場合は現在のフォーカスレンズ位置に対して合焦位置がどの方向（以下、合焦方向という）にあるかを判別する。ここでの詳細な動作については、後に図４を用いて説明する。

なお、ＡＦ評価値の変化から合焦方向を判別するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動動作させる制御は、合焦方向判別制御ということもできる。また、ＡＦ評価値の変化から合焦状態か否かを判別するためにフォーカスレンズ１０５を微小駆動動作させる制御は、合焦確認制御ということもできる。

Ｓｔｅｐ３１１では、Ｓｔｅｐ３１０で合焦判定ができたか否かを判別する。合焦判定ができた場合はＳｔｅｐ３１４へ進んで合焦処理を行い、合焦判定ができていない場合はＳｔｅｐ３１２へ進む。

Ｓｔｅｐ３１４では、合焦判定時のＡＦ評価値を不図示のメモリに保存する。これは後の再起動判定において使用される。

Ｓｔｅｐ３１５では、再起動判定モードに移行する。

一方、Ｓｔｅｐ３１２では、Ｓｔｅｐ３１０の微小駆動動作により合焦方向の判別ができたか否かを判定し、方向判別ができた場合はＳｔｅｐ３１３に進んで、山登り駆動動作（合焦位置検出制御）を行う山登り駆動モードへと移行する。方向判別ができていない場合はＳｔｅｐ３０２へ戻り、微小駆動動作を継続する。

Ｓｔｅｐ３１６では、現在、山登り駆動モードか否かを判定する。山登り駆動モードであればＳｔｅｐ３１７へ進み、そうでなければＳｔｅｐ３２１へ進む。

Ｓｔｅｐ３１７では、所定の速度でフォーカスレンズ１０５を山登り駆動する（第１のフォーカス制御）。山登り駆動動作については後に図６を用いて説明する。

Ｓｔｅｐ３１８では、Ｓｔｅｐ３１７での山登り駆動において、ＡＦ評価値がピークを越えたかどうかを判別する。ピークを越えた場合はＳｔｅｐ３１９へ進み、ピークを越えていない場合はＳｔｅｐ３０２へ戻り、山登り駆動を継続する。

Ｓｔｅｐ３１９では、山登り駆動中のＡＦ評価値がピークとなる位置（以下、ピーク位置という）にフォーカスレンズ１０５を戻す。

Ｓｔｅｐ３２０では、停止モードに移行する。

Ｓｔｅｐ３２１では、停止モードか否かを判定する。停止モードであればＳｔｅｐ３２２へ進み、そうでなければＳｔｅｐ３２４へ進む。

Ｓｔｅｐ３２２においては、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。ピークに戻った場合はＳｔｅｐ３２３へ進み、ピークに戻っていない場合はＳｔｅｐ３０２へ戻り、ピーク位置に戻す動作を継続する。

Ｓｔｅｐ３２３では、微小駆動モードへ移行する。

Ｓｔｅｐ３２４は、再起動判定モードのときに実行される。このＳｔｅｐ３２４では、Ｓｔｅｐ３１４で記憶したＡＦ評価値と最新のＡＦ評価値とを比較し、これらの差、すなわちＡＦ評価値の変動が所定値より大きいか否かを判定する。ＡＦ評価値が所定値より大きく変動した場合はＳｔｅｐ３２５へ進み、微小駆動モードに移行し、その後Ｓｔｅｐ３０２に戻る。ＡＦ評価値の変動が所定値より小さい場合は、そのままＳｔｅｐ３０２へ戻る。

次に、微小駆動動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。

Ｓｔｅｐ４０１では、微小駆動動作の処理を開始する。

Ｓｔｅｐ４０２では、現在のモード（Ｍｏｄｅ）が０か否かを判別する。０であればＳｔｅｐ４０３へ進み、後述する至近側のフォーカスレンズ位置における処理を行い、そうでなければＳｔｅｐ４０４へ進む。

（至近側のフォーカスレンズ位置における処理）
Ｓｔｅｐ４０３では、ＡＦ評価値を無限側ＡＦ評価値として不図示のメモリに保存する。このＡＦ評価値は、後述するＭｏｄｅ＝２で無限側にフォーカスレンズ１０５が位置している状態でＡＦゲート１１３を通過した信号から抽出されたものである。

Ｓｔｅｐ４１９では、Ｍｏｄｅの値を１加算（但し、４からは０に戻す）してＳｔｅｐ４２０へ進み、処理を終了する。

Ｓｔｅｐ４０４では、現在のＭｏｄｅが１か否かを判別する。１であればＳｔｅｐ４０５へ進み、後述するフォーカスレンズ１０５を無限に駆動する処理を行い、そうでなければＳｔｅｐ４２１へ進む。

（フォーカスレンズを無限に駆動する処理）
Ｓｔｅｐ４０５では、振動振幅と中心移動振幅とが演算される。ここでは詳しく述べないが、焦点深度を基準として該深度が浅いときは振幅を小さく、深度が深いときは振幅を大きくするのが一般的である。

Ｓｔｅｐ４０６では、前述のＭｏｄｅ＝０における無限側ＡＦ評価値と後述するＭｏｄｅ＝３における至近側ＡＦ評価値とを比較する。無限側ＡＦ評価値が至近側ＡＦ評価値よりも大きければＳｔｅｐ４０７へ進み、無限側ＡＦ評価値が至近側ＡＦ評価値よりも小さければＳｔｅｐ４０８へ進む。

Ｓｔｅｐ４０７では、駆動振幅を、
駆動振幅＝振動振幅＋中心移動振幅
とする。

Ｓｔｅｐ４０８では、駆動振幅を、
駆動振幅＝振動振幅
とする。

Ｓｔｅｐ４０９では、無限方向へＳｔｅｐ４０７又はＳｔｅｐ４０８で決められた振幅で駆動する。

Ｓｔｅｐ４１０では、方向判別の閾値であるｔｈをＡ（回）に設定する。

Ｓｔｅｐ４１１では、図１に示したズーム位置検出器１１１ａからの信号により検出した現在のズーム位置が特定ズーム位置（第１の焦点距離）よりもテレ側かどうかを判別する。このズーム位置がテレ側か否かを判別するときの基準となる特定ズーム位置は、後述する外測センサ選択処理と同一にする。テレ側であればＳｔｅｐ４１２へ進む。そうでなければＳｔｅｐ４１５へ進む。

Ｓｔｅｐ４１２では、図１０の上側に示すように、撮影範囲（撮影画面）外に検出視野Ｌ，Ｒがはみ出している左右の外測センサ部１１６ｂ，１１６ｃにより被写体距離が検出されているかどうかを判別する。検出されていればＳｔｅｐ４１３へ進み、そうでなければＳｔｅｐ４１５へ進む。

Ｓｔｅｐ４１３では、左右の外測センサ部１１６ｂ，１１６ｃにより検出された被写体距離に基づいて外測合焦位置を算出する。そして、ＴＶ−ＡＦの合焦方向がこの外測合焦位置の方向と同一かどうかを判別する。同一であればＳｔｅｐ４１４へ進み、そうでなければＳｔｅｐ４１５へ進む。

Ｓｔｅｐ４１４では、方向判別の閾値であるｔｈをＢ（第１の回数）に設定する。ここで、Ｂ＜Ａである。つまり、Ｂ（第１の回数）は、Ａの判定回数よりも少ない。これは、現在のフォーカスレンズ１０５の位置に対する外測合焦位置の方向とＴＶ−ＡＦによる合焦方向とが同一方向のときは、Ａ（回）よりも少ない回数の方向判定により山登りモードへ移行させるためである。

Ｓｔｅｐ４１５では、ＴＶ−ＡＦの合焦方向と外測合焦位置の方向とがｔｈ回連続して同一と判別されたか否かを判定する。ＴＶ−ＡＦの合焦方向と外測合焦位置の方向とが連続して一致することを第１の回数判定された場合はＳｔｅｐ４１６へ進み、そうでなければＳｔｅｐ４１８へ進む。

このように、左右の外測センサ部１１６ｂ，１１６ｃの検出視野が撮影画面内に収まらないテレ側では、該外測センサ部１１６ｂ，１１６ｃにより検出された被写体距離情報に基づく外測合焦位置を、ＴＶ−ＡＦの微小駆動動作における合焦方向判別に利用する。すなわち、ＴＶ−ＡＦの補助情報として有効利用する。これにより、ＴＶ−ＡＦの応答性や正確性を向上させることができる。例えば、撮影画面内の被写体の状況により中央の外測センサ部１１６ａで正確な被写体距離情報が求められないような場合でも、ＴＶ−ＡＦの応答性や正確性を向上させることができる。

また、ＴＶ−ＡＦにより判定された合焦方向と撮影範囲外の外測センサ部による外測合焦位置の方向とが同一である場合に、ＴＶ−ＡＦ単独での合焦方向判別回数よりも少ない判別回数を設定することで、山登り駆動モードへの移行を早めることができる。

Ｓｔｅｐ４１８では、フォーカスレンズ１０５が所定回数、同一エリアで往復を繰り返したか否かを判別する。所定回数往復を繰り返した場合はＳｔｅｐ４１７へ進み、そうでない場合はＳｔｅｐ４１９へ進む。

Ｓｔｅｐ４１６では、方向判別ができたとして、Ｓｔｅｐ４１９へ進む。また、Ｓｔｅｐ４１７では、合焦判定ができたとして、Ｓｔｅｐ４１９へ進む。Ｓｔｅｐ４１９の動作は前述した通りである。

一方、Ｓｔｅｐ４０４で現在のＭｏｄｅが１でないと判別された場合は、Ｓｔｅｐ４２１で、現在のＭｏｄｅが２か否かを判別する。２であればＳｔｅｐ４２２へ進み、後述する無限側のフォーカスレンズ位置における処理を行う。また、２でなければＳｔｅｐ４２３へ進む。

（無限側のレンズ位置における処理）
Ｓｔｅｐ４２２では、ＡＦ評価値を至近側ＡＦ評価値として不図示のメモリに保存する。このＡＦ評価値は、前述したＭｏｄｅ＝０で至近側にフォーカスレンズ１０５が位置する状態でＡＦゲート１１３を通過した信号から抽出されたものである。そして、Ｓｔｅｐ４１９に進む
（フォーカスレンズを至近側に駆動する処理）
Ｓｔｅｐ４２３では、振動振幅と中心移動振幅とを演算する。前述したように、一般に、被写体深度を基準として該深度が浅いときは振幅を小さく、深度が深いときは振幅を大きくする。

Ｓｔｅｐ４２４では、前述したＭｏｄｅ＝０における無限側ＡＦ評価値と前述したＭｏｄｅ＝３における至近側ＡＦ評価値とを比較する。至近側ＡＦ評価値が無限側ＡＦ評価値よりも大きければＳｔｅｐ４２５へ進み、至近側ＡＦ評価値が無限側ＡＦ評価値よりも小さければＳｔｅｐ４２６へ進む。

Ｓｔｅｐ４２５では、駆動振幅を、
駆動振幅＝振動振幅＋中心移動振幅
とする。

Ｓｔｅｐ４２６では、駆動振幅を、
駆動振幅＝振動振幅
とする。

Ｓｔｅｐ４２７では、フォーカスレンズ１０５を至近方向へＳｔｅｐ４２５又はＳｔｅｐ４２６で決められた振幅で駆動する。そして、Ｓｔｅｐ４１０に進む。

図７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。

次に、山登り駆動動作について、図８のフローチャートを用いて説明する。

Ｓｔｅｐ６０１では、山登り駆動動作の処理を開始する。

Ｓｔｅｐ６０２では、今回サンプリングしたＡＦ評価値が前回サンプリングしたＡＦ評価値より大きいか否かを判別する。今回のＡＦ評価値の方が大きければＳｔｅｐ６０３へ進み、そうでなければＳｔｅｐ６０５へ進む。

Ｓｔｅｐ６０３では、前回の山登り駆動と同じ方向（順方向）に所定の速度でフォーカスレンズ１０５を山登り駆動させる。そして、Ｓｔｅｐ６０４へ進み、今回の処理を終了する。

また、Ｓｔｅｐ６０５では、ＡＦ評価値がピークを越えて減ったか否かを判定する。ピークを超えて減っていればＳｔｅｐ６０４へ進み、そうでなければＳｔｅｐ６０６へ進む。

Ｓｔｅｐ６０６では、前回の山登り駆動とは逆方向に所定の速度でフォーカスレンズ１０５を山登り駆動させる。そして、Ｓｔｅｐ６０４へ進み、今回の処理を終了する。

図９には、山登り駆動動作におけるＡＦ評価値の変化の様子を示している。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。

ここで、図中のＤ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（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、Ｅ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のフローチャートに、図３のＳｔｅｐ３０３において行われる処理、すなわち複数の外測センサ部１１６ａ〜１１６ｃによる外測合焦位置の中から外測使用合焦位置を選択する処理を示す。

Ｓｔｅｐ２０１では、該処理を開始する。

Ｓｔｅｐ２０２では、全ての外測センサ部１１６ａ〜１１６ｃによる外測合焦位置を取り込む。

Ｓｔｅｐ２０３では、中央の外測センサ部１１６ａによる外測合焦位置が取り込まれている（検出されている）かどうかを判別する。中央の外測センサ部１１６ａによる外測合焦位置が検出されていればＳｔｅｐ２０４へ進み、そうでなければＳｔｅｐ２０６へ進む。

Ｓｔｅｐ２０４では、中央の外測センサ部１１６ａによる外測合焦位置を使用合焦位置に設定する。そして、Ｓｔｅｐ２０５に進み、本処理を終了する。

Ｓｔｅｐ２０６では、現在のズーム位置がテレ側かどうかを判定する。すなわち、ズーム位置検出器１１１ａからの信号により検出した現在のズーム位置が特定ズーム位置（第１の焦点距離）よりもテレ側かどうかを判別する。ズーム位置がテレ側の場合は、図１０の上側に示すように、左右の外測センサ部１１６ｂ，１１６ｃは撮影画面外の被写体を捉えている。このため、Ｓｔｅｐ２１３へ進み、これら左右の外測センサ部１１６ｂ，１１６ｃによる外測合焦位置は外測使用合焦位置としては選択しない。つまり、撮影画面外に検出視野がはみ出しているテレ状態では、前述したＴＶ−ＡＦ（微小駆動動作）での補助情報としては使用されるが、外測ＡＦの目標合焦位置としては使用しない。

一方、ズーム位置がテレ側ではない場合は、Ｓｔｅｐ２０７に進む。

Ｓｔｅｐ２０７では、左右両方の外測センサ部１１６ｂ，１１６ｃによる外測合焦位置が検出されているかどうかを判別する。両方の外測合焦位置が検出されている場合は、Ｓｔｅｐ２０８へ進む。

Ｓｔｅｐ２０８では、右の外測センサ部１１６ｃによる外測合焦位置が、左の外測センサ部１１６ｂによる外測合焦位置に比べて至近側か否かを判定する。右の外測センサ部１１６ｃによる外測合焦位置の方が至近である場合はＳｔｅｐ２０９へ進み、そうでなければＳｔｅｐ２１０へ進む。

Ｓｔｅｐ２０９では、右の外測センサ部１１６ｃによる外測合焦位置を外測使用合焦位置に設定する。これは、一般に、より至近側に撮影対象の被写体が存在する場合が多いためである。

一方、Ｓｔｅｐ２１０では、右の外測センサ部１１６ｃによる外測合焦位置よりも至近である左の外測センサ部１１６ｂによる外測合焦位置を外測使用合焦位置に設定する。

また、Ｓｔｅｐ２０７において左右の外測センサ部１１６ｂ，１１６ｃの外測合焦位置がいずれも検出されていない場合は、Ｓｔｅｐ２１１へ進む。

Ｓｔｅｐ２１１では、右の外測センサ部１１６ｃによる外測合焦位置が検出されているかどうかを判定する。検出されていればＳｔｅｐ２０９へ進み、右の外測センサ部１１６ｃによる外測合焦位置を外測使用合焦位置に設定する。検出されていなければＳｔｅｐ２１２へ進む。

Ｓｔｅｐ２１２では、左の外測センサ部１１６ｂによる外測合焦位置が検出されているかどうかを判定する。検出されていればＳｔｅｐ２１０へ進み、左の外測センサ部１１６ｂによる外測合焦位置を外測使用合焦位置に設定する。検出されていなければＳｔｅｐ２１３へ進み、外測使用合焦位置をなしとする。

そして、Ｓｔｅｐ２０５で、本処理を終了する。

以上説明したように、本実施例では、再起動判定→微小駆動→山登り駆動→微小駆動 →再起動判定を繰り返しながらフォーカスレンズ１０５を移動させてＡＦ評価値を最大にするようにＴＶ−ＡＦを行う。そして、この中で、現在のフォーカスレンズ位置と外測合焦位置との差が大きい場合は、外測合焦位置へフォーカスレンズ１０５を高速で移動させる。これにより、素早く合焦状態に達することができる。

また、本実施例によれば、高倍率のテレ側で中央の外測センサ部１１６ａの検出視野のみが撮影範囲内に収まる場合は、検出視野が撮影範囲外である左右の外測センサ部１１６ｂ，１１６による外測合焦位置情報をＴＶ−ＡＦの補助情報として有効活用する。したがって、ＴＶ−ＡＦの微小駆動動作だけで合焦方向判別を行う場合に比べて、ＴＶ−ＡＦの応答性や正確性を向上させることができる。また、テレ側では、ＴＶ−ＡＦから、中央の外測センサ部１１６ａによる外測合焦位置を目標位置とした外測ＡＦに切り替えることで、ハイブリッドＡＦの応答性を向上させることができる。

また、すべての外測センサ部１１６ａ〜１１６ｃが撮影範囲内に収まるワイド側では、ＴＶ−ＡＦから、中央又は左右の外測センサ部１１６ａ〜１１６ｃによる外測合焦位置を目標位置とした外測ＡＦを行う。これにより、ハイブリッドＡＦの応答性を向上させることができる。

以上の内容を言い換えれば、外測センサ部には、それから得られた被写体距離情報を使用する優先順位（検出視野が撮影範囲内であるセンサ部が優先）がある。そして、優先順位が高いセンサ部で距離情報が得られた場合は、これを用いて外測ＡＦにより焦点調節を行う。一方、優先順位が低いセンサ部で距離情報が得られた場合は、これをＴＶ−ＡＦの補助情報として用いる。これにより、ＴＶ−ＡＦと互いに検出視野が異なる複数のセンサ部を有する外測測距ユニットを使用する外測ＡＦとのハイブリッドＡＦにおける動作特性を向上させることかできる。

本発明の実施例であるビデオカメラの構成を示すブロック図。 実施例における使用外測合焦位置の選択処理を示すフローチャート。 実施例におけるＡＦ制御処理を示すフローチャート。 実施例における微小駆動動作の処理を示すフローチャート。 位相差パッシブ方式の距離計測原理を示す図。 位相差パッシブ方式での像信号を示す図。 ＴＶ−ＡＦにおける微小駆動動作を説明する図。 ＴＶ−ＡＦにおける山登り駆動動作の処理を示すフローチャート。 微小駆動動作を説明する図。 外測エリアと撮像画面との関係を説明する図。

符号の説明

１０２ 変倍レンズ
１０５ フォーカスレンズ
１０６ 撮像素子
１１４ ＡＦ信号処理回路
１１５ カメラＡＦマイクロコンピュータ
１１６ 外測測距ユニット
１１６ａ〜１１６ｃ 外測センサ部
１１７ ズームスイッチ
Ｃ，Ｌ，Ｒ 検出視野（外測エリア）

Claims (5)

1. 撮影映像のコントラスト状態に対応する第１の情報を生成する第１の検出手段と、
   前記第１の情報を用いた第１のフォーカス制御を行う制御手段と、
   被写体までの距離に対応する第２の情報を検出する第２の検出手段とを有し、
   前記第２の検出手段は、それぞれ検出視野が異なる複数の検出部を有し、
   前記制御手段は、前記第１のフォーカス制御を行う場合に、前記複数の検出部のうち検出視野が撮影範囲外である前記検出部において検出された前記第２の情報に基づいて求めた合焦方向と前記第１の情報に基づいて求めた合焦方向とが一致することを第１の回数判定した場合に該方向にフォーカスレンズを移動させ、前記第１の回数は、前記第２の情報を用いずに前記第１の情報に基づいて合焦方向を決定する場合に要する同一方向であるとの判定回数よりも少ないことを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、撮像素子上に被写体像を形成する撮影光学系の焦点距離が第１の焦点距離より長い場合に、前記複数の検出部のうち検出視野が撮影範囲外である前記検出部において検出された前記第２の情報を用いて前記第１のフォーカス制御を行う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、前記撮影光学系の焦点距離が前記第１の焦点距離より短い場合に、前記複数の検出部のうち検出視野が撮影範囲内である前記検出部において検出された前記第２の情報を用いてフォーカスレンズの合焦位置を求め、該合焦位置に前記フォーカスレンズを移動させる第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記複数の検出部のうち検出視野が撮影範囲内である前記検出部において検出された前記第２の情報を用いて求めた合焦位置と前記位置検出手段により検出した前記フォーカスレンズの位置との差が第１の値より大きい場合に、前記第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 撮影映像のコントラスト状態に対応する第１の情報を取得するステップと、
   前記第１の情報を用いた第１のフォーカス制御を行う制御ステップと、
   それぞれ検出視野が異なる複数の検出部により被写体までの距離に対応する第２の情報をそれぞれ検出する検出ステップとを有し、
   前記制御ステップにおいて、前記第１のフォーカス制御を行う場合に、前記複数の検出部のうち検出視野が撮影範囲外である前記検出部において検出された前記第２の情報に基づいて求めた合焦方向と前記第１の情報に基づいて求めた合焦方向とが一致することを第１の回数判定した場合に該方向にフォーカスレンズを移動させ、前記第１の回数は、前記第２の情報を用いずに前記第１の情報に基づいて合焦方向を決定する場合に要する同一方向であるとの判定回数よりも少ないことを特徴とするフォーカス制御方法。