JP5408936B2

JP5408936B2 - 自動焦点調節装置、自動焦点調節装置の制御方法及び焦点調節制御プログラム

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Publication number: JP5408936B2
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Inventors: 宏幸荻野
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Description

本発明は焦点調節機能を有する電子スチルカメラなどに適用される自動焦点調節装置、撮像装置、自動焦点調節装置の制御方法及び焦点調節制御プログラムに関するものである。

従来から、電子スチルカメラやビデオカメラなどではオートフォーカス（以下、ＡＦという）を行う場合、ＣＣＤ（電荷結合素子）などを用いた撮像素子から得られる輝度信号の高域周波数成分が最大になるレンズ位置を合焦位置とする方式が用いられている。これには撮像素子から得られる輝度信号の高域周波数成分に基づく評価値（以下、焦点評価値と言う）が増加する方向にレンズを動かし、焦点評価値が最大になる位置を合焦位置とする山登り方式が知られている。また測距範囲の全域に亘ってレンズを駆動しながら焦点評価値をその都度に記憶していき、記憶した値のうち、その最大値に相当するレンズ位置を合焦位置とするスキャン方式が知られている。

この時、測距範囲の全域ではなく一部の範囲をスキャンした方が測距時間を短くすることができる。例えば、特許文献１には測距範囲の一部をスキャンする場合において対象とする範囲の決定の仕方が示されている。この場合、撮像手段とは異なる光電変換手段を設けるとともに、当該手段を使用して撮像装置と被写体との間の距離を検出して合焦位置を検出し、この合焦位置に基づいて、撮像素子から得られる輝度信号による合焦検出手段のサンプリング範囲を設定している。さらに、レンズの焦点距離に応じて、ワイド系の場合には上記範囲を狭く設定し、テレ端側になるに従って上記範囲を広く設定している。

一方、ＡＦを行う際に、撮影準備を指示するためのスイッチ（以下ＳＷ１と記す）を押し続けている間は合焦動作を繰り返し行う、いわゆるサーボＡＦという技術が知られている。すなわち動く被写体に対して繰り返し合焦動作を行うことによって、常にピントが合った状態（合焦状態）を保つことができる。従ってスイッチＳＷ１の押下後から撮影処理指示スイッチ（以下ＳＷ２と記す）の押下時点までの間に被写体が動いて該被写体とカメラとの間の距離が変わったとしても、撮影時にはピントの合った画像を得ることができる。
特開２００６−２９３３８３号公報

ところで上述のようなサーボＡＦを行う場合、被写体の移動量がほぼ一定であっても、撮影レンズを通過した被写体像の結像位置の移動量は被写体までの距離によって異なる。その理由は撮影レンズの被写界深度によるものである。例えば、被写体の移動量が同じであったとしても、被写体までの距離が遠距離の場合には被写界深度が深いために結像位置の移動量が小さく、被写体までの距離が近距離の場合には被写界深度が狭いために結像位置の移動量が大きいからである。

従って被写体の移動によって合焦状態から被写界深度を外れて実用上ピントがボケる、すなわち非合焦状態となるまでに要する時間についても被写体距離によって異なる。しかしこのことを考慮せずに、合焦動作と次の合焦動作との間の時間間隔、つまりサーボＡＦにおいて合焦動作を繰り返す際の時間間隔を被写体までの距離によらず一定にしてしまうと、次のような不具合が起こり得る。すなわち、被写体が遠距離にあってかつ被写界深度内にいるにもかかわらず合焦動作を行ったり、あるいは被写体が近距離にあってかつ被写界深度から外れてしまったにもかかわらず合焦動作を行わない、といった不具合が起こり得る。その結果、まだ合焦動作を行わなくてよいにもかかわらず当該動作を不必要に行ったり、これとは逆に合焦動作を行わなくてはならない時に当該動作が行われずに被写体像がボケてしまう、といった不具合が生じることになる。

また同様にサーボＡＦにおけるスキャン範囲（つまり探索範囲）を、被写体までの距離によらず一定にすると、ピント位置の移動量が少ないにもかかわらず広い範囲をスキャンすることが起こり得る。また、逆に広いにもかかわらず狭い範囲をスキャンしてしまうといったことが起こり得る。その結果、測距時間が無駄に長くなったり、スキャン範囲にピント位置を取り込むことができずに合焦不能になってしまう。

上記課題を解決するために本発明に係る自動焦点調節装置は、被写体像を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段の出力信号から高周波成分を抽出して焦点信号を生成する抽出手段と、フォーカスレンズを移動させて前記焦点信号を順次取得するスキャン動作を行い、前記取得された焦点信号に基づいて前記フォーカスレンズの移動を制御することにより焦点調節動作を行う制御手段とを有し、前記焦点調節動作の開始が指示されてから撮影動作が指示されるまでの間、前記制御手段が繰り返し行う前記焦点調節動作中に、前記制御手段は、前記焦点信号に基づいて合焦可否を判定し、合焦可能と判定した場合には次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を第１の範囲に設定し、合焦不能と判定した場合には次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を前記第１の範囲よりも広く全域よりも狭い第２の範囲に設定する。
また、本発明の他の一側面としての自動焦点調節装置の制御方法は、被写体像を電気信号に変換した出力信号から高周波成分を抽出して焦点信号を生成する抽出ステップと、フォーカスレンズを移動させて前記焦点信号を順次取得するスキャン動作を行い、前記取得された焦点信号に基づいて前記フォーカスレンズの移動を制御することにより焦点調節動作を行う制御ステップとを有し、前記焦点調節動作の開始が指示されてから撮影動作が指示されるまでの間、前記制御ステップにおいて繰り返し行う前記焦点調節動作中に、前記抽出ステップで生成される前記焦点信号に基づいて合焦可否を判定する判定ステップと、前記判定ステップで合焦可能と判定された場合に次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を第１の範囲に設定するステップと、前記判定ステップで合焦不能と判定された場合に次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を前記第１の範囲よりも広く全域よりも狭い第２の範囲に設定するステップを有する。
また、本発明の他の一側面としての焦点調節制御プログラムは、被写体像を電気信号に変換した出力信号から高周波成分を抽出して焦点信号を生成する抽出ステップと、フォーカスレンズを移動させて前記焦点信号を順次取得するスキャン動作を行い、前記取得された焦点信号に基づいて前記フォーカスレンズの移動を制御することにより焦点調節動作を行う制御ステップとをコンピュータに実行させる焦点調節制御プログラムであって、前記焦点調節動作の開始が指示されてから撮影動作が指示されるまでの間、前記制御ステップにおいて繰り返し行う前記焦点調節動作中に、前記抽出ステップで生成される前記焦点信号に基づいて合焦可否を判定する判定ステップと、前記判定ステップで合焦可能と判定された場合に次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を第１の範囲に設定するステップと、前記判定ステップで合焦不能と判定された場合に次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を前記第１の範囲よりも広く全域よりも狭い第２の範囲に設定するステップを有する。

本発明によれば、合焦可否の判定結果に応じて、焦点調節動作を繰り返す際のフォーカスレンズの移動範囲を変更することで、不必要な合焦動作及びこれに伴う消費電力の無駄を省くことができ、合焦動作時間を短縮し、合焦精度を向上させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の自動合焦装置の一実施形態を説明する。図１は本発明を電子カメラに適用した場合の構成例を示すブロック図である。

本装置では、各種レンズ及び光学部材を含む撮像光学系を備えている。撮像光学系は、後述する光電変換手段である撮像素子上に焦点を合わせるためのフォーカスレンズ１０１及びその初期位置を検出するフォトインタラプタ１０２と含む。また、フォーカスレンズ１０１を駆動するモータ１０３と、駆動信号を入力してフォーカスレンズ１０１を動かすフォーカスレンズ駆動回路１０４が設けられている。撮像光学系はさらに絞り及びシャッタ１０５などの光量制御部材を備えている。また、光量制御部材を駆動するモータ１０６と、該モータ１０６に駆動信号を入力して絞り・シャッタ１０５を動かす絞り・シャッタ駆動回路１０７が設けられている。撮像光学系は、撮影レンズの焦点距離を変更するズームレンズ１０８と、該ズームレンズの初期位置を検出するフォトインタラプタ１０９を含む。また、ズームレンズ１０８を駆動するモータ１１０と、モータに駆動信号を入力してズームレンズ１０８を動かすズームレンズ駆動回路１１１が設けられている。

画像処理部は、被写体からの反射光を電気信号に変換する撮像素子１１２と、該撮像素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１３を含む。なお本構成例において、撮像素子１１２は、結像された被写体像を電気信号に変換する機能を備えている。また、撮像素子１１２やＡ／Ｄ変換器１１３を動作させるのに必要なタイミング信号を発生するタイミング信号発生回路１１４が設けられている。画像処理の中枢部は、Ａ／Ｄ変換器１１３から入力された画像データに所定の処理を施す画像処理プロセッサ１１５である。画像処理プロセッサ１１５は、撮像素子１１２の出力信号から被写体の輝度に関連する特定周波数帯域の信号成分を抽出する機能を有する。

また画像処理プロセッサ１１５で処理された画像データを一時的に記憶するバッファメモリ１１６や、後述する記録媒体との接続のためのインターフェース１１７が設けられている。このインターフェースを介して、メモリカードやハードディスクなどの記録媒体１１８との間で情報の読み出しや書き込みを行うことができる。

装置全体の動作の制御には、本例では撮影シーケンスなど、システムを制御するためのマイクロコントローラ（以下ＣＰＵと略記する）１１９が用いられる。ＣＰＵ１１９は、後述のプログラムメモリから焦点調節制御プログラムを読み出して実行する機能をもつ。ＣＰＵ１１９には各種操作部からの信号が入力されるようになっている。例えば、ズーム動作の開始および停止を指示する信号をＣＰＵ１１９に入力するズームＳＷ１２０と、ＡＦ（自動的な焦点調節）やＡＥ（自動露出）等の撮影準備を指示するための撮影準備指示スイッチ（以下ＳＷ１と記す）１２１が設けられている。また、操作部には、該スイッチＳＷ１の操作後に、本露光及び記録動作等の撮影処理を指示するための撮影処理指示スイッチ（以下ＳＷ２と記す）１２２がある。また、システムに電源を投入するためのメインスイッチ１２３、カメラの動作モードを設定するモードスイッチ１２４がある。

また、１２５は、ＣＰＵ１１９により解釈されて実行される焦点調節制御プログラムなどを記憶するプログラムメモリである。また、１２６は、ＣＰＵ１１９が、プログラムメモリ１２５内に記憶されたプログラムに従って処理を行う際に必要な各種データの書き込み及び読み出しを行うワークメモリである。また、カメラの動作状態や各種警告表示を行う操作表示部１２７や、画像を表示するモニタ１２８が用いられる。

なお、装置仕様に応じた操作部や検出部、計時部などを設けることができ、例えば１２９は各種設定を行うための設定スイッチである。１３０は操作表示部１２７やモニタ１２８に表示されたメニュー項目の選択やＡＦ枠位置の移動指示等に使用する十字スイッチ（ＳＷ）である。また１３１は撮像した画像信号について顔の検出を行う顔検出部である。１３２は時間を計測するタイマである。

次に図２のフローチャートを使って本発明の電子カメラについて説明する。まずＳ２０１ではＣＰＵ１１９が、撮影準備を指示するＳＷ１の状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を判定し、該状態がＯＮ（オン）状態ならばＳ２０５へ進むが、ＯＦＦ（オフ）状態の場合にはＳ２０２へ進む。Ｓ２０２ではＣＰＵ１１９からの制御信号に基づき撮像光学系の駆動制御部により、絞り１０５やシャッタースピードを制御してモニタ１２８に表示される画像の明るさが適正になるようＡＥ動作を行う。Ｓ２０３では光源の色温度によらずモニタ１２８に表示される画像が適切な色バランスになるようにＣＰＵ１１９の制御下でオートホワイトバランス（ＡＷＢ）動作を行う。Ｓ２０４では撮像素子１１２から読み出した画像信号に対して所定の処理を施してモニタ１２８上に画像を表示する。またＳ２０５では後述する手順に従って撮影処理を行う。

図３は図２におけるＳ２０５の撮影処理を説明するフローチャートである。Ｓ３０１ではＣＰＵ１１９が本露光用ＡＥ動作を行う。Ｓ３０２では後述する手順に従ってＣＰＵ１１９が本露光用ＡＦ動作を行う。Ｓ３０３においてＣＰＵ１１９は撮影処理指示スイッチＳＷ２の状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を判定し、該状態がＯＮならばＳ３０６へ進むが、ＯＦＦ状態の場合にはＳ３０４へ進む。Ｓ３０４ではＣＰＵ１１９が撮影準備指示スイッチＳＷ１の状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を判定し、該状態がＯＮならばＳ３０５へ進むが、ＯＦＦ状態の場合には本処理を終了する。Ｓ３０５では後述する手順に従ってサーボＡＦ動作を行った後でＳ３０３に戻る。Ｓ３０６では後述する手順に従って本露光及び記録を行う。

図４は図３におけるＳ３０２の本露光用ＡＦ動作を説明するフローチャートである。まずＳ４０１ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ駆動回路１０４に送出する制御信号により、フォーカスレンズ１０１をスキャン開始位置へと移動させる。このスキャン開始位置は例えば合焦可能領域の無限遠端とする。

Ｓ４０２では撮像素子１１２から読み出されたアナログ映像信号をＡ／Ｄ変換器１１３がデジタル信号に変換し、その出力から画像処理プロセッサ１１５が輝度信号の高周波成分を抽出し、ＣＰＵ１１９はこれを焦点評価値としてワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ４０３ではフォーカスレンズ１０１の現在位置を取得してＣＰＵ１１９がワークメモリ１２６に記憶させる。例えばフォーカスレンズ駆動モータ１０３にステッピングモータを使用する場合には、フォトインタラプタ１０２によって検出される初期位置からの相対駆動パルス数をもってフォーカスレンズ１０１の位置とすることができる。また図示しないロータリーエンコーダ等を用いて絶対位置を測定してフォーカスレンズ１０１の位置情報を得てもよい。Ｓ４０４にてＣＰＵ１１９はフォーカスレンズ１０１の現在位置がスキャン終了位置と等しいか調べ、両者が等しい場合にＳ４０６へ進むが、そうでなければＳ４０５へ進む。なお、このスキャン終了位置は例えば合焦可能領域の至近端とする。Ｓ４０５ではＣＰＵ１１９からフォーカスレンズ駆動回路１０４に送出される制御信号により、フォーカスレンズ１０１をスキャン終了方向へ向かって所定量だけ移動させた後、Ｓ４０２に戻る。

Ｓ４０６ではＣＰＵ１１９がＳ４０２で取得した焦点評価値の中から最大のものを算出する。Ｓ４０７ではＳ４０６で算出した焦点評価値の最大値を取得した時のフォーカスレンズ１０１の位置（以下、これをピーク位置と呼ぶ）をＣＰＵ１１９がワークメモリ１２６に記憶させる。すなわち、ＣＰＵ１１９はフォーカスレンズ１０１の位置と関連付けて、画像処理プロセッサ１１５からの出力信号を記憶させる。Ｓ４０８ではＣＰＵ１１９によって実行されるプログラムに従ってＳ４０７で記憶したピーク位置を元にカメラから被写体までの距離を算出する。この時、カメラに使用されるレンズの光学特性やＡＦを行った時のズームレンズ１０８の焦点距離、製造時の調整データなどを使ってフォーカスレンズ１０１の位置を、被写体距離（カメラから被写体までの距離）に換算することができる。Ｓ４０９ではＣＰＵ１１９からフォーカスレンズ駆動回路１０４に送出される制御信号により、Ｓ４０７で記憶したピーク位置へフォーカスレンズ１０１を移動させる。

図５は図３におけるＳ３０５のサーボＡＦ動作を説明するフローチャートである。まずＳ５０１においてＣＰＵ１１９は図４のＳ４０８で算出した被写体距離を、所定距離、つまり予め決められた閾値（距離基準値）と比較し、被写体距離が閾値より大きい場合にはＳ５０２へ進むが、被写体距離が閾値以下の場合にはＳ５０５へ進む。Ｓ５０２ではＣＰＵ１１９の制御に従い、サーボＡＦにおいて合焦動作を繰り返す場合の時間間隔Ｔ、すなわち、合焦動作を行った時点から次の合焦動作を行う時点までの時間間隔をＴ１に設定する。Ｓ５０３では今回の合焦動作におけるスキャン範囲ＲをＲ１に設定する。なおスキャン範囲は、ある合焦動作におけるフォーカスレンズの全移動量、すなわち移動範囲に相当する。そしてＳ５０４では今回の合焦動作におけるスキャンステップＳをＳ１に設定する。このスキャンステップは、ある合焦動作の期間内にて、輝度信号の高周波成分を表す信号を記憶する度に移動制御されるフォーカスレンズの移動量に相当する。

Ｓ５０５では前記時間間隔ＴをＴ２に設定し、Ｓ５０６では前記スキャン範囲ＲをＲ２に設定する。Ｓ５０７では前記スキャンステップＳをＳ２に設定する。
Ｓ５０２からＳ５０７までの説明において、Ｔ１＞Ｔ２、Ｒ１＜Ｒ２、Ｓ１＜Ｓ２の関係を有するものとする。つまり、ＣＰＵ１１９の制御により、以下の条件を満たすように設定を行う。

・時間間隔Ｔは、被写体までの距離が短い場合に比して当該距離が長い場合に長い。
・スキャン範囲Ｒは、被写体までの距離が短い場合に比して当該距離が長い場合に狭い。
・スキャンステップＳは、被写体までの距離が短い場合に比して当該距離が長い場合に小さい。

Ｓ５０８ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ駆動回路１０４に信号を送出してフォーカスレンズ１０１をスキャン開始位置へ移動させる。このスキャン開始位置は「現在位置−Ｒ／２」で求められる位置とする。つまり現在位置から、Ｓ５０３またはＳ５０６で設定したスキャン範囲Ｒの２分の１だけフォーカスレンズ１０１を移動させた位置をスキャン開始位置とする。

Ｓ５０９では撮像素子１１２から読み出されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器１１３を使ってデジタル信号に変換する。そして、その出力を画像処理プロセッサ１１５に送出することにより、輝度信号の高周波成分を抽出し、ＣＰＵ１１９がこれを焦点評価値としてワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ５１０ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ１０１の現在位置を取得してその位置データをワークメモリ１２６に記憶させる。なおフォーカスレンズ１０１の駆動にステッピングモータを使用する場合には、フォトインタラプタ１０２により検出される初期位置からの相対駆動パルス数を位置情報として用いることができるが、ロータリーエンコーダ等を用いて絶対位置を測定してもよい。

Ｓ５１１においてＣＰＵ１１９は、フォーカスレンズ１０１の現在位置がスキャン終了位置と等しいか否かを調べ、両位置が等しい場合にはＳ５１３へ進むが、異なる場合はＳ５１２へ進む。このスキャン終了位置は、「スキャン開始位置＋Ｒ」で求められる位置とする。Ｓ５１２ではフォーカスレンズ１０１をスキャン終了方向へ向かって所定量だけ移動させてからＳ５０９に戻る。この時の所定量についてはＳ５０４またはＳ５０７で設定したＳとする。

Ｓ５１３ではＳ５０９で取得した焦点評価値の中から最大のものをＣＰＵ１１９が算出する。Ｓ５１４ではＳ５１３で算出した焦点評価値のうち、その最大値を取得した時点におけるフォーカスレンズ１０１のピーク位置をＣＰＵ１１９がワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ５１５ではＣＰＵ１１９の制御により、Ｓ５１４で記憶したピーク位置へとフォーカスレンズ１０１を移動させる。

Ｓ５１６ではＣＰＵ１１９の制御下でタイマ１３２をリセットして、タイマカウント値を０にする。Ｓ５１７ではタイマ１３２が計時を開始する。Ｓ５１８ではＣＰＵ１１９が撮影処理指示スイッチＳＷ２の状態を判定し、該状態がＯＮならば本処理は終了するが、そうでなければＳ５１９へ進む。Ｓ５１９ではＣＰＵ１１９が、タイマ１３２の計測時間と、Ｓ５０２またはＳ５０５で設定した合焦動作の時間間隔Ｔとを比較し、タイマ１３２の計測時間がＴ以上ならば本処理を終了するが、そうでなければＳ５１８に戻る。

図５に示した制御に従うように装置を構成した場合の動作は次のようになる。まず図４の本露光用ＡＦ処理において算出された被写体までの距離に応じて、隣り合う合焦動作同士の時間間隔Ｔ、スキャン範囲Ｒ、スキャンステップＳを設定する。この時、同じ時間内における実空間での移動量が同じであっても、被写体が遠方にある時は被写界深度が深いために、レンズを通過した被写体像の結像位置の移動量は小さくなることを利用して、これらの値を以下のように設定する。

まず被写体までの距離が所定距離（距離基準値であり、以下では閾値という）より遠い場合は、被写体までの距離が近い時よりも前記時間間隔Ｔを長く設定する。図６はこのようにして設定した時間間隔Ｔを説明するための図である。被写体までの距離が閾値よりも大きい時には結像位置の移動量が小さいためにピントがボケる（非合焦）までの時間が長くなるので、それに応じて時間間隔Ｔも長くする。一方、被写体距離が閾値より小さい場合には、同様の理由で時間間隔Ｔを短く設定する。この時の閾値は例えば１ｍとする。

また被写体までの距離が閾値よりも大きい場合は当該距離が閾値よりも小さい場合に比して、スキャン範囲Ｒを狭く設定する。図７はこのように設定したスキャン範囲Ｒを説明する図である。このような設定を行う理由は、被写体までの距離が閾値より大きい時は結像位置の移動量が小さいため、狭い移動範囲内でも十分に合焦位置を含むようにスキャンを行えるからである。これによってスキャン時間を短縮できる。一方、被写体までの距離が閾値より小さい場合は、同様の理由でスキャン範囲Ｒを広く設定する。これによってスキャン範囲Ｒから合焦位置が外れないように防止できる。

さらに、被写体までの距離が閾値より大きい場合は、当該距離が近い場合よりも前記スキャンステップＳを小さく設定する。スキャン範囲Ｒと同様に、図７はこのようにして設定したスキャンステップＳを説明する図でもある。前述の説明では、被写体までの距離が閾値より大きい場合において、該距離が近い場合よりもスキャン範囲Ｒを狭く設定したため、それに応じてスキャンステップＳも小さく設定する。こうすることで狭く設定したスキャン範囲Ｒ内でも、焦点評価値の取得数について必要十分な数を確保でき、従って、取得した焦点評価値を元に補間演算を行ってピーク位置を算出する場合に有効である。

なお被写体像の結像位置の移動量はレンズの焦点距離によっても変わるので、前記時間間隔Ｔ、スキャン範囲Ｒ、スキャンステップＳを設定する際の判定に使用する閾値をズームレンズ１０８の位置に応じて変えてもよい。さらに、同じ焦点距離であっても閾値を複数個持つように設定してもよい。この場合には前記時間間隔Ｔ、スキャン範囲Ｒ、スキャンステップＳの組を３つ以上持つことになる（つまりＮ個の場合、[Ｔi、Ｒi、Ｓi],i=1,2,・・・,N）。

図８は図３のＳ３０６における本露光処理を説明するフローチャートである。まずＳ８０１における撮像素子１１２の露光後に、Ｓ８０２では撮像素子１１２に蓄積されたデータを読み出す。Ｓ８０３ではＡ／Ｄ変換器１１３を使って撮像素子１１２から読み出したアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ｓ８０４では画像処理プロセッサ１１５を使って、Ａ／Ｄ変換器１１３から出力されるデジタル信号に対して各種画像処理を施す。Ｓ８０５ではＳ８０４で処理した画像をＣＰＵ１１９の制御下でＪＰＥＧなどのフォーマットにしたがって圧縮する。Ｓ８０６ではＳ８０５で圧縮したデータを記録媒体インターフェース１１７に送り、これを介して電子カメラ本体に装着されたメモリカードなどの記録媒体１１８に記録させるようにＣＰＵ１１９が制御を行う。

前記ステップＳ８０１での撮像素子１１２による処理は、ＣＰＵ１１９が、撮像素子１１２およびＡ／Ｄ変換器１１３それぞれに対し、タイミング信号発生回路１１４を介して、該当する処理にかかわる制御を行うことにより実施される。同様に、ステップＳ８０２およびステップＳ８０３でのＡ／Ｄ変換器１１３による処理も、ＣＰＵにより制御される。ＣＰＵ１１９が、撮像素子１１２およびＡ／Ｄ変換器１１３それぞれに対し、タイミング信号発生回路１１４を介して、該当する処理にかかわる制御を行うことにより実施される。また、ステップＳ８０４からステップＳ８０６での画像処理プロセッサ１１５による処理は、ＣＰＵ１１９が、画像処理プロセッサ１１５に対し、該当する処理にかかわる制御を行うことにより実施される。

なお、第１実施形態では、ステップＳ８０６の処理については、ＣＰＵ１１９が、画像処理プロセッサ１１５から圧縮データを取得し、この取得した圧縮データを、記録媒体インターフェース１１７を介して記録媒体１１８へ記録するようにしてもよい。

第１実施形態では、上述した電子カメラの基本的な処理（図２参照）の処理手順に対応するプログラム（メインプログラム）が、プログラムメモリ１２５に格納されている。
また、撮影処理（図３参照）、本露光用ＡＦ処理（図４参照）、サーボＡＦ処理（図５参照）、および本露光処理（図３参照）の各処理手順に対応する各プログラム（サブプログラム）とを含む所定のプログラムもプログラムメモリ１２５に格納されている。

上記所定のプログラムのうち、本露光用ＡＦ処理およびサーボＡＦ処理の各処理手順（図４および図５参照）に対応する各プログラム（サブプログラム）は、上述した焦点調節制御プログラムに対応する。

そして、ＣＰＵ１１９が、焦点調節制御プログラムを含む上記所定のプログラムをプログラムメモリ１２５から読み出して実行することにより、電子カメラの基本的な処理、撮影処理、本露光用ＡＦ処理、サーボＡＦ処理を実施する。また、これとともに、本露光処理に係る構成要素（撮像素子１１２、Ａ／Ｄ変換器１１３、画像処理プロセッサ１１５）を制御する。

以上説明したように、第１実施形態によれば、被写体までの距離に応じて合焦動作を繰り返す際の時間間隔Ｔを変えることによって、被写体が遠距離にある場合に無駄な合焦動作を省くことができる。また被写体が近距離にある場合には被写体像が非合焦の状態となる前に合焦動作を行うことができる。さらに被写体までの距離に応じてスキャン範囲Ｒを変えることによって、被写体が遠距離にある場合にスキャン時間を無駄に長くすることが無くなる。また被写体が近距離にある場合にはスキャン範囲の不足が原因で合焦不能に陥るといったことも無くなる。さらには被写体までの距離に応じてスキャンステップＳを変えることによって、スキャン範囲Ｒに応じた適切な幅のスキャンステップＳを設定することができる。こうすることで狭く設定したスキャン範囲内であっても、焦点評価値の取得数を必要な分だけ確保できる。

次に本発明に係る第２の実施形態について詳述する。
前述の説明では、本露光用ＡＦの結果得られた、被写体までの距離に応じて合焦動作の時間間隔、スキャン範囲、スキャンステップを変えたが、これらを合焦可否の判定結果に応じて変えても良い。このように構成した場合の動作を以下に説明する。

図９は第１の実施形態における図４の本露光用ＡＦ動作を説明するフローチャートを置き換えたものである。まずＳ９０１ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ駆動回路１０４に信号を送出してフォーカスレンズ１０１をスキャン開始位置へと移動させる。このスキャン開始位置は例えば合焦可能領域の無限遠端とする。

Ｓ９０２では撮像素子１１２から読み出されたアナログ映像信号について、Ａ／Ｄ変換器１１３を使ってデジタル信号に変換する。そして、その出力を画像処理プロセッサ１１５に送出し、ここで輝度信号の高周波成分を抽出し、ＣＰＵ１１９がこれを焦点評価値としてワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ９０３ではフォーカスレンズ１０１の現在位置を取得してワークメモリ１２６に記憶する。なお、フォーカスレンズ１０１の位置情報の取得については上述の通りである。Ｓ９０４においてＣＰＵ１１９はフォーカスレンズ１０１の現在位置がスキャン終了位置と等しいか調べ、両位置が等しい場合にはＳ９０６へ進むが、そうでなければＳ９０５へ進む。このスキャン終了位置としては、例えば合焦可能領域の至近端とする。Ｓ９０５ではＣＰＵ１１９の制御下でフォーカスレンズ１０１をスキャン終了方向へ向かって所定量だけ移動させる。

Ｓ９０６ではＳ９０２で取得した焦点評価値の中から最大のものをＣＰＵ１１９が算出する。Ｓ９０７ではＳ９０６で算出した焦点評価値の最大値をＣＰＵ１１９が所定値（評価基準値）と比較し、最大値が所定値より大きい場合にはＳ９０８へ進むが、そうでなければＳ９１１へ進む。Ｓ９０８ではＳ９０６で算出した焦点評価値の最大値を取得した時のフォーカスレンズ１０１のピーク位置をＣＰＵ１１９がワークメモリ１２６に記憶させた後、Ｓ９０９では合焦状態をＯＫ（合焦可能）としてワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ９１０ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ駆動回路１０４に信号を送出し、Ｓ９０８で記憶したピーク位置へとフォーカスレンズ１０１を移動させる。

Ｓ９１１ではＣＰＵ１１９が合焦状態をＮＧ（合焦不能）としてワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ９１２ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ駆動回路１０４に信号を送出し、所定位置へフォーカスレンズ１０１を移動させる。この時の所定位置については無限遠を被写界深度の遠端に含む、いわゆる過焦点距離に相当する位置に設定する。または所定位置を合焦可能範囲の中央点に設定しても良い。

図１０は図３に示したＳ３０５のサーボＡＦ動作を説明するフローチャートを置き換えたものである。まずＳ１００１では図９のＳ９０９またはＳ９１１で記憶した合焦状態、もしくは後述するＳ１０１４またはＳ１０１６で記憶する合焦状態をＣＰＵ１１９が調べ、該状態がＯＫ（合焦可能）ならばＳ１００２へ進むが、ＮＧ（合焦不能）ならばＳ１００４へ進む。

Ｓ１００２では今回の合焦動作におけるスキャン範囲ＲをＣＰＵ１１９がＲ３に設定し、次のＳ１００３では今回の合焦動作におけるスキャンステップＳをＳ３に設定する。
他方、Ｓ１００４では今回の合焦動作におけるスキャン範囲ＲをＣＰＵ１１９がＲ４に設定し、次のＳ１００５では今回の合焦動作におけるスキャンステップＳをＳ４に設定する。

Ｓ１００２からＳ１００５までの説明において、Ｒ３＜Ｒ４、Ｓ３＞Ｓ４の関係を有するものとする。つまり、ＣＰＵ１１９の制御により、以下の条件を満たすように設定を行う。
・スキャン範囲Ｒは、合焦可否の判定結果がＯＫとされた場合に比して該判定結果がＮＧとされた場合に広く設定する。
・スキャンステップＳは、合焦可否の判定結果がＯＫとされた場合に比して該判定結果がＮＧとされた場合に小さく設定する。

Ｓ１００６ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ駆動回路１０４に信号を送出してフォーカスレンズ１０１をスキャン開始位置へ移動させる。このスキャン開始位置は、「現在位置−Ｒ／２」で求められる位置とする。つまり現在位置から、Ｓ１００２またはＳ１００４で設定したスキャン範囲Ｒの２分の１だけフォーカスレンズ１０１を移動させた位置をスキャン開始位置とする。

Ｓ１００７では撮像素子１１２から読み出されたアナログ映像信号を、Ａ／Ｄ変換器１１３を使ってデジタル信号に変換する。そして、その出力を画像処理プロセッサ１１５に送出することにより、輝度信号の高周波成分を抽出し、ＣＰＵ１１９がこれを焦点評価値としてワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ１００８ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ１０１の現在位置を取得してその位置データをワークメモリ１２６に記憶させる。なお、フォーカスレンズ１０１の位置情報の取得については上述の通りである。Ｓ１００９でＣＰＵ１１９は、フォーカスレンズ１０１の現在位置がスキャン終了位置と等しいか否かを調べ、両位置が等しい場合にはＳ１０１１へ進むが、そうでなければＳ１０１０へ進む。このスキャン終了位置は、「スキャン開始位置＋Ｒ」で求められる位置とする。Ｓ１０１０ではフォーカスレンズ１０１をスキャン終了方向へ向かって所定量だけ移動させる。この時の所定量についてはＳ１００３またはＳ１００５で設定したＳとする。

Ｓ１０１１ではＳ１００７で取得した焦点評価値の中から最大のものをＣＰＵ１１９が算出する。Ｓ１０１２ではＳ１０１１で算出した焦点評価値の最大値を所定値（評価基準値）と比較し、最大値が所定値より大きい場合にはＳ１０１３へ進むが、そうでなければＳ１０１６へ進む。Ｓ１０１３ではＳ１０１１で算出した焦点評価値のうち、その最大値を取得した時点におけるフォーカスレンズ１０１のピーク位置をＣＰＵ１１９がワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ１０１４では合焦状態をＯＫとしてこれをＣＰＵ１１９がワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ１０１５ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ駆動回路１０４に信号を送出し、Ｓ１０１３で記憶したピーク位置へとフォーカスレンズ１０１を移動させる。

Ｓ１０１６ではＣＰＵ１１９が合焦状態をＮＧとしてワークメモリ１２６に記憶させる。Ｓ１０１７ではＣＰＵ１１９がフォーカスレンズ駆動回路１０４に信号を送出し、所定位置へフォーカスレンズ１０１を移動させる。この時の所定位置については無限遠を被写界深度の遠端に含む、いわゆる過焦点距離に相当する位置に設定する。または所定位置を合焦可能範囲の中央点に設定しても良い。

Ｓ１０１８ではＣＰＵ１１９の制御下でタイマ１３２をリセットして、タイマカウント値を０にする。Ｓ１０１９ではタイマ１３２が計時を開始する。Ｓ１０２０ではＣＰＵ１１９が撮影処理指示スイッチＳＷ２の状態を判定し、該状態がＯＮならば本処理は終了するが、そうでなければＳ１０２１へ進む。Ｓ１０２１ではＣＰＵ１１９が、タイマ１３２の計測時間と所定時間（比較基準時間）を比較し、タイマ１３２の計測時間が所定時間以上ならば本処理を終了するが、そうでなければＳ１０２０に戻る。

図１０のように構成した場合の動作は次のようになる。まず図９の本露光用ＡＦ処理において判定された合焦状態に応じて、ＣＰＵ１１９はスキャン範囲Ｒ、スキャンステップＳを設定する。

この時、スキャン範囲Ｒは合焦状態がＯＫである場合の方がＮＧの場合に比べて狭くなっている。図１１はこれを説明する図である。この理由は、合焦状態がＯＫであれば合焦位置が分かっているので、次のスキャンを行う際に前回の合焦位置の近傍だけをスキャンすれば合焦位置を検出できるからである。これによって合焦動作に無駄な時間をかけずに済む。一方、合焦状態がＮＧの場合には合焦位置が事前にわからないので、次のスキャンではより広い範囲をスキャンすることによって、合焦位置を検出できる可能性が高くなる。

また、スキャンステップＳは合焦状態がＮＧである場合の方がＯＫの場合に比べて狭くなっている。この理由は、合焦状態がＮＧの場合にはＯＫの場合よりもスキャンステップＳを狭くすることで合焦位置の検出精度をより高くすることができ、従って次の合焦動作において合焦状態がＯＫとなる可能性が高まるからである。

第２実施形態では、上述した電子カメラの基本的な処理（図２参照）の処理手順に対応するプログラム（メインプログラム）がプログラムメモリ１２５に格納されている。
また、撮影処理（図３参照）、本露光用ＡＦ処理（図９参照）、サーボＡＦ処理（図１０参照）、および本露光処理（図８参照）の各処理手順に対応する各プログラム（サブプログラム）とを含む所定のプログラムもプログラムメモリ１２５に格納されている。

上記所定のプログラムのうち、本露光用ＡＦ処理およびサーボＡＦ処理の各処理手順（図９および図１０参照）に対応する各プログラム（サブプログラム）は、上述した焦点調節制御プログラムに対応する。

そして、ＣＰＵ１１９が、焦点調節制御プログラムを含む上記所定のプログラムをプログラムメモリ１２５から読み出して実行する。これにより、電子カメラの基本的な処理、撮影処理、本露光用ＡＦ処理、サーボＡＦ処理を実施するとともに、本露光処理に係る構成要素（撮像素子１１２、Ａ／Ｄ変換器１１３、画像処理プロセッサ１１５）を制御する。

この第２実施形態では、合焦状態の判定を行い、その結果の如何に応じてスキャン範囲を変えることによって、合焦動作を効率良く行え、合焦位置を検出できる可能性が高まることになる。また合焦位置の検出精度をより高くすることができる。

本願明細書では、上述した焦点調節制御プログラム（上述した制御機能を実現するためのソフトウェア）などのプログラムを記録媒体としてのプログラムメモリに記録する実施形態として説明した。しかし、少なくとも焦点調節制御プログラムを次のようにして提供することも可能である。

すなわち、少なくとも上記焦点調節制御プログラムをメモリカードなどなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体（例えば着脱可能な記録媒体１１８に対応）に格納して配布するようにしてもよい。この場合、その記録媒体に記録されたプログラムをＣＰＵがインストールした後、このプログラムをＣＰＵが実行するようにする。このプログラム（少なくとも焦点調節制御プログラム）のインストール先としては、ＲＡＭ等のメモリなどの記憶装置がある。

また、電子カメラを通信回線（例えばケーブル等の有線通信回線、無線通信回線）を介して、電子カメラ外部のプログラム提供装置、例えばコンピュータと接続してもよい。そして、当該電子カメラ（のＣＰＵ）が、コンピュータから上記少なくとも焦点調節制御プログラムをダウンロードした後、このプログラムを実行してもよい。このプログラム（少なくとも焦点調節制御プログラム）のダウンロード先としては、ＲＡＭ等のメモリなどの記憶装置がある。

第１実施形態に係る撮像装置を適用した電子カメラの機能構成を示すブロック図である。第１実施形態に係る電子カメラの基本的な処理の処理手順を示すフローチャートである。第１実施形態に係る撮影処理の処理手順を示すフローチャートである。第１実施形態に係る本露光用ＡＦ処理の処理手順を示すフローチャートである。第１実施形態に係るサーボＡＦ処理の処理手順を示すフローチャートである。第１実施形態に係るサーボＡＦ処理において設定される合焦動作時間間隔を説明する図である。第１実施形態に係るサーボＡＦ処理において設定されるスキャン範囲およびスキャンステップを説明する図である。第１実施形態に係る本露光処理の処理手順を示すフローチャートである。第２実施形態に係る本露光用ＡＦ処理の処理手順を示すフローチャートである。第２実施形態に係るサーボＡＦ処理の処理手順を示すフローチャートである。第２実施形態に係るサーボＡＦ処理において設定されるスキャン範囲およびスキャンステップを説明する図である。

符号の説明

１０１フォーカスレンズ
１０３、１０４駆動部
１１２光電変換部（撮像素子）
１１５、１１６抽出部
１１９、１２５、１２６制御部

Claims

被写体像を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段の出力信号から高周波成分を抽出して焦点信号を生成する抽出手段と、
フォーカスレンズを移動させて前記焦点信号を順次取得するスキャン動作を行い、前記取得された焦点信号に基づいて前記フォーカスレンズの移動を制御することにより焦点調節動作を行う制御手段とを有し、
前記焦点調節動作の開始が指示されてから撮影動作が指示されるまでの間、前記制御手段が繰り返し行う前記焦点調節動作中に、
前記制御手段は、前記焦点信号に基づいて合焦可否を判定し、合焦可能と判定した場合には次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を第１の範囲に設定し、合焦不能と判定した場合には次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を前記第１の範囲よりも広く全域よりも狭い第２の範囲に設定することを特徴とする自動焦点調節装置。
前記制御手段は、前記合焦可否の判定結果が合焦可能とされた場合、前記フォーカスレンズを、前記焦点信号の最大値を取得した位置に移動し、前記合焦可否の判定結果が合焦不能とされた場合、前記フォーカスレンズを所定の位置に移動するよう制御することを特徴とする、請求項１に記載の自動焦点調節装置。
前記制御手段は、次の焦点調節動作において前記焦点信号を取得する度に移動制御される前記フォーカスレンズの移動量を、前記合焦可否の判定結果に基づいて変更することを特徴とする、請求項１又は２に記載の自動焦点調節装置。
前記制御手段は、次の焦点調節動作において前記焦点信号を取得する度に移動制御される前記フォーカスレンズの移動量であるスキャンステップを、前記合焦可否の判定結果が合焦可能とされた場合に比して該判定結果が合焦不能とされた場合に小さく設定することを特徴とする、請求項３に記載の自動焦点調節装置。
被写体像を電気信号に変換した出力信号から高周波成分を抽出して焦点信号を生成する抽出ステップと、
フォーカスレンズを移動させて前記焦点信号を順次取得するスキャン動作を行い、前記取得された焦点信号に基づいて前記フォーカスレンズの移動を制御することにより焦点調節動作を行う制御ステップとを有し、
前記焦点調節動作の開始が指示されてから撮影動作が指示されるまでの間、前記制御ステップにおいて繰り返し行う前記焦点調節動作中に、前記抽出ステップで生成される前記焦点信号に基づいて合焦可否を判定する判定ステップと、前記判定ステップで合焦可能と判定された場合に次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を第１の範囲に設定するステップと、前記判定ステップで合焦不能と判定された場合に次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を前記第１の範囲よりも広く全域よりも狭い第２の範囲に設定するステップを有することを特徴とする自動焦点調節装置の制御方法。
被写体像を電気信号に変換した出力信号から高周波成分を抽出して焦点信号を生成する抽出ステップと、フォーカスレンズを移動させて前記焦点信号を順次取得するスキャン動作を行い、前記取得された焦点信号に基づいて前記フォーカスレンズの移動を制御することにより焦点調節動作を行う制御ステップとをコンピュータに実行させる焦点調節制御プログラムであって、
前記焦点調節動作の開始が指示されてから撮影動作が指示されるまでの間、前記制御ステップにおいて繰り返し行う前記焦点調節動作中に、前記抽出ステップで生成される前記焦点信号に基づいて合焦可否を判定する判定ステップと、前記判定ステップで合焦可能と判定された場合に次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を第１の範囲に設定するステップと、前記判定ステップで合焦不能と判定された場合に次の焦点調節動作における前記フォーカスレンズの移動範囲を前記第１の範囲よりも広く全域よりも狭い第２の範囲に設定するステップを有することを特徴とする焦点調節制御プログラム。