JP5418797B2 - オートフォーカス装置及びカメラ - Google Patents

Description

本発明は、カメラ等の撮影（撮像）装置に搭載されるオートフォーカス装置（自動合焦装置）及びこれを備えるカメラに関する。

近年、被写体の光学画像を、撮像レンズを介してＣＣＤ等の固体撮像素子に結像させ、該撮像素子により光電変換されて出力される画像信号を、記録媒体等に記録するようにしたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタルカメラが実用化されている。静止画を撮影するカメラに動画の撮影機能を付加し、あるいは動画を撮影するビデオカメラに静止画の撮影機能を付加したものも実用化されている。このようなデジタルカメラにおいては、パララックス（視差）が無く、被写体深度が浅い場合や遠方の被写体でも精度良いピント合わせ（合焦）が可能で、しかも、専用のセンサを設ける必要がないという利点から、コントラスト方式のＡＦ（オートフォーカス）装置が用いられている。

コントラスト方式は、焦点調節レンズ（フォーカスレンズ）を所定間隔（ピッチ）でステップ移動させつつ、撮影した各画像に基づいて焦点評価値（例えば、固体撮像素子から得られる画像信号の高周波成分の合計値等）を算出し、該焦点評価値が最大となるレンズ位置を合焦位置（ピントが合う位置）とするものである（例えば、特開平１０−１４２４８８号公報参照）。

このようなコントラスト方式においては、合焦位置を予測することは一般にできないため、撮影レンズの焦点調節が可能な範囲（詳述すれば、撮影レンズの光軸方向において、該撮影レンズ内の焦点調節レンズを駆動可能な範囲であり、以下、焦点調節可能範囲という）の全範囲に渡ってサーチ動作（焦点調節レンズのステップ移動、焦点評価値の算出等の繰返動作等をいい、以降ではこのサーチ動作を、単に「サーチ」と称することもある）を行う必要がある。

ここで、焦点調節可能範囲は、レンズの焦点距離と最短撮影距離で決まる。最短撮影距離とは、ピントが合わせられる最短の撮影距離であり、撮影距離とはカメラから被写体までの距離である。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、焦点調節可能範囲について説明するための図である。図１０（Ａ）は被写体が無限遠の位置（撮影距離＝∞）にある場合のレンズの結像の様子を表したものである。この場合はレンズからｆ（ｆは焦点距離）だけ離れたところに焦点を結ぶ。図１０（Ｂ）は被写体が最短撮影距離Ｒだけ離れている時の結像の様子を表したものである。

図１０（Ｂ）において、レンズの厚さを無視すれば、
ａ＋ｂ＝Ｒ …（数式１）
となる。ここで、ａは被写体からレンズまでの距離、ｂはレンズから焦点面までの距離である。また、レンズの結像では、ａ，ｂと焦点距離ｆとの間に以下の関係が成立する。

（１／ａ）＋（１／ｂ）＝（１／ｆ） …（数式２）
被写体が無限の距離（ａ＝∞）にあると、ｂは焦点距離ｆと同じ（ｂ＝ｆ）になるが、ａが有限の値の場合は必ずｂ＞ｆとなる。数式２をｂについて解くと、
ｂ＝（ａ・ｆ）／（ａ−ｆ） …（数式３）
となる。

通常、レンズは距離が無限遠から最短撮影距離の間にある被写体にピントを合わせることができ、これを焦点面側に換算した焦点調節可能範囲は、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、ｂ−ｆとなる。そこで、数式１〜３を利用して焦点調節可能範囲を求めると、以下の数式４のようになる。

ｂ−ｆ＝ｆ^２／（ａ−ｆ）
＝２・ｆ^２／［Ｒ−２・ｆ＋√（Ｒ^２−４・Ｒ・ｆ）］…（数式４）
数式４を撮影距離Ｒと焦点距離ｆのグラフにしたものが図１１である。図１１より、焦点距離が長く撮影距離が短いほど焦点調節可能範囲が大きくなることがわかる。一般に小型のデジタルカメラは焦点距離が短いため（５〜２０ｍｍ程度）、焦点調節可能範囲も狭い。例えば、数式４でｆ＝２０ｍｍ、Ｒ＝３０ｃｍの場合の焦点調節可能範囲は１．４ｍｍ程度となる。この程度であれば焦点調節可能範囲の全域をサーチしても、それ程時間がかからず実用上問題はないと考えられる。

一方、一眼レフの場合はレンズの焦点距離が小型デジタルカメラと比べて豊富であり、焦点距離も１０ｍｍ程度から６００ｍｍ程度と幅広い。そうするとレンズによって焦点調節可能範囲が大きく異なることになる。例えば、ｆ＝３０ｍｍ、Ｒ＝６０ｃｍの場合の焦点調節可能範囲は約１．６ｍｍであるが、ｆ＝２００ｍｍ、Ｒ＝１ｍの場合は焦点調節可能範囲は５０ｍｍ程度となり、小型デジタルカメラと比較して５０倍近く広い範囲となる。この場合、焦点調節可能範囲の全域をサーチすると時間がかかり過ぎ、実用上問題となる。

このような問題に対処するため、例えば、サーチ範囲を焦点調節可能範囲の一部に制限する技術が提案されている（例えば、特開２００４‐９４１３０号公報）。しかしながら、焦点調節可能範囲を単に狭くするだけでは、制限した範囲内に合焦位置が存在する場合には効果的であるものの、制限した範囲外に合焦位置が存在する場合には、合焦することなくオートフォーカス動作が終了してしまうという問題がある。

この点を改善するため、制限した範囲内で合焦位置が検出できなかった場合に、ステップ間隔（焦点調節レンズのステップ移動の間隔）を大きくして、焦点調節可能範囲の全範囲を再サーチする技術が提案されている（例えば、特開２００５‐２４９８８４号公報）。しかしながら、レンズの焦点距離が長い（即ち、焦点調節可能範囲が大きい）場合には、この方法は有効であると考えられるが、焦点距離が短い（即ち、焦点調節可能範囲が小さい）場合は、合焦位置を決定するために十分な数の焦点評価値が蓄積される前に、焦点調節可能範囲の全域のサーチが終了してしまい（例えば、５つの焦点評価値を得たいところが、その焦点調節可能範囲内で３回のステップの駆動しかできず、３つの焦点評価値しか得られないような場合）、結果として合焦位置が検出できなくなる場合がある。

また、特開２００１‐３４３５８１号公報には、焦点調節レンズの移動範囲が大きい場合に、比較的に大きいステップ間隔で全範囲をサーチして大まかな合焦位置を求め、次いで、大まかな合焦位置の周辺を比較的に小さいステップ間隔で再サーチして、合焦位置を求めるようにした技術が開示されている。しかしながら、この技術では、最初のサーチにおいてレンズの移動範囲が大き過ぎてステップ間隔が大きくなってしまうと、焦点評価値のピーク（大まかな合焦位置）を検出することができない場合があるという問題がある。また、最初に全城をサーチし、その後に細かいサーチを実施するので、合焦位置の検出に要する時間をそれ程短縮することができない場合があるという問題がある。

本発明は上述したような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装着された撮影レンズの仕様にかかわらず、合焦位置を短時間で高効率的に検出できるようにすることである。
特開平１０−１４２４８８号公報 特開２００４‐９４１３０号公報 特開２００５‐２４９８８４号公報 特開２００１‐３４３５８１号公報

本発明のオートフォーカス装置は、撮影レンズから焦点調節可能範囲を示す情報を取得するレンズ情報取得部と、前記撮影レンズを駆動してサーチ動作を行った時に、焦点評価値を算出する焦点評価算出部と、予め決められた第１サーチ範囲内を、予め決められた駆動ステップ幅の第１サーチ動作を行った時に、前記焦点評価算出部が算出した焦点評価値が所定の値より小さい場合、前記レンズ情報取得部から取得した前記焦点調節可能範囲を示す情報に基づいて、前記焦点調節可能範囲に対する前記第１サーチ範囲の割合が所定の割合以上であるか判定する判定部と、前記焦点調節可能範囲に対する前記第１サーチ範囲の割合が所定割合以上であると前記判定部によって判定された場合には、前記第１サーチ動作時の駆動ステップ幅と同等に設定して第２サーチ動作を実行し、前記焦点調節可能範囲に対する前記第１サーチ範囲の割合が前記所定割合未満であると前記判定部によって判定された場合には、前記第２サーチ動作時の駆動ステップ幅を前記第１サーチ動作時の駆動ステップ幅よりも大きなステップ幅にして前記第２サーチ動作を実行する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明では、第１のサーチ動作で合焦検出に失敗した場合に装着されている撮影レンズのレンズ情報に基づいて第２のサーチ動作を制御するようにしたので、レンズ情報に基づく撮影レンズの仕様（例えば、焦点距離、焦点調節可能範囲の長短等）に応じて第２のサーチ動作を実施する場合の条件（例えば、サーチ範囲、ステップ間隔等）を適宜に選定することができるので、合焦位置を短時間で高効率的に検出できるようになるという効果がある。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置を備えたカメラシステムの概略構成を模式的に示す断面図である。このカメラシステムは、デジタル一眼レフカメラシステムであり、動画の撮影機能をも備えている。

図１において、カメラシステムＣＭは、カメラボディＣＢ及びカメラボディＣＢに交換可能に装着される撮影レンズＣＬを備えて構成されている。カメラボディＣＢの上部には、ファインダ部ＦＤが一体的に固定されている。但し、撮影レンズＣＬはカメラボディＣＢに一体的に固定されていてもよい。

なお、本願明細書においては、撮影レンズとは、単一のレンズ若しくは複数のレンズやその他の光学素子等を含むレンズ系を、又はレンズ系に加えてレンズ鏡筒や一部のレンズを駆動する機構部、場合により該機構部等を制御する制御部やメモリ等も含むレンズアセンブリ全体をいうものとする。本実施形態における撮影レンズＣＬは、そのようなレンズアセンブリ全体を意味している。

カメラボディＣＢの内部には、高解像度のＣＣＤ等の撮像素子２０が取り付けられている。撮像素子２０は、受光面に結像される被写体の像を画像信号に変換して出力する。なお、撮像素子２０は、その前面（撮影レンズＣＬ側）に、赤外光をカットするための赤外カットフィルタや画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタ等も備えている。撮像素子２０は、電気的な制御により投影される被写体の像の露光時間を調節するための電子シャッタ（機能）を備えている。また、図示は省略しているが、撮像素子２０の前面には、斜光部材を機械的に駆動して当該露光時間を調節するためのメカニカルシャッタも設けられている。

ファインダ部ＦＤは、撮影レンズＣＬや後述するクイックリターンミラー７０等を介して形成される被写体の光学像を観察するための光学式のファインダであり、フォーカシングスクリーン２５、ペンタプリズム３０、測光素子４０、リレーレンズ５０、接眼部６０等を備えて構成されている。測光素子４０は、シャッタスピードや絞り値を決定するために、これに結像される像の明るさを測定する素子である。

なお、カメラボディＣＢの背面には、撮像素子２０に結像される画像を表示可能な液晶パネルが設けられている。従って、被写体の像は、ファインダ部ＦＤの接眼部６０又は液晶パネルの何れかを介して目視できるようになっている。

カメラボディＣＢ内において、撮像素子２０の前面側には、クイックリターンミラー７０が回動可能に軸支されている。クイックリターンミラー７０のメインミラーの裏面側（撮像素子２０側）には、サブミラー８０が一体的に取り付けられている。クイックリターンミラー７０は、図１に示すような撮像素子２０の撮像面に対して略４５度で該撮像素子２０の前面を遮断するような姿勢（第１姿勢／ミラーダウン状態）と、図１において時計方向に回動して撮像素子２０の受光面に対して略直交（フォーカシングスクリーン２５の下側で略平行）となる姿勢（第２姿勢／ミラーアップ状態）とで選択的に高速動作可能なミラーである。

クイックリターンミラー７０のメインミラーはその一部（中央部近傍）がハーフミラー（その余の部分は全反射ミラー）となっており、クイックリターンミラー７０が第１姿勢にある状態で、撮影レンズＣＬからの光は、その殆どが該メインミラーによってファインダ部ＦＤ（フォーカシングスクリーン２５）側へ反射され、メインミラーのハーフミラー部を透過した一部の光は、サブミラー８０で反射されるようになっている。サブミラー８０で反射された光は、ミラー９０で更に反射されて、位相差検出方式ＡＦ検出素子１００に入射される。

クイックリターンミラー７０が第２姿勢に切り換えられると、撮影レンズＣＬからの光は上述したメカニカルシャッタ（不図示）を介して撮像素子２０に入射される。位相差検出方式ＡＦ検出素子１００は、２つのラインセンサ及び入射される光を２つに分割して該ラインセンサにそれぞれ入射させるマスク等を備えて構成されている。マスクにより２つに分けられた光を２つのラインセンサ上にそれぞれ再結像させて、それぞれの像面位置の差を検出する。この差がピントのズレ量（デフォーカス量）に相当する。

カメラボディＣＢの上部又は背面には、位相差ＡＦスイッチ（ＡＦ＿ＳＷ）９２及びコントラストＡＦスイッチ（ＡＦ＿ＳＷ）９５が設けられている。これらのスイッチは撮影者が操作するスイッチである。位相差ＡＦスイッチ９２が押されている間は、クイックリターンミラー７０が第１姿勢の状態で位相差検出方式ＡＦ検出素子１００の検出値に基づいて、位相差ＡＦが実行される。コントラストＡＦスイッチ９５が押されると、クイックリターンミラー７０が第２姿勢に切り換えられ、コントラストＡＦスイッチ９５が押されている間は、撮像素子２０で検出された画像信号に基づいて、コントラストＡＦが実行される。

撮影レンズＣＬは、被写体の像を撮像素子２０の受光面上に結像させるための光学系である。図１では、撮影レンズＣＬは焦点距離が変更可能なズームレンズが例示されているが、単焦点レンズであってもよい。フィッシュアイレンズ、広角レンズ、望遠レンズ、マイクロレンズ等を任意に交換して装着することも可能である。

撮影レンズＣＬは、レンズ鏡筒２００内部に、固定レンズ２１０ａ、焦点距離調節レンズ２１０ｂ、焦点調節レンズ２１０ｃ、及び固定レンズ２１０ｄを備えて構成されている。なお、各レンズ２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄは、それぞれ単一のレンズ又は複数のレンズから構成されるレンズ系である。固定レンズ２１０ａ，２１０ｄはレンズ鏡筒２００に固定されており、焦点距離調節レンズ２１０ｂ及び焦点調節レンズ２１０ｃは、それぞれ撮影レンズＣＬの光軸ＡＸに沿う方向に移動可能に取り付けられている。

焦点距離調節レンズ２１０ｂは、通常は、図示しないズーム環等を撮影者が手動で回すことにより、その光軸ＡＸ方向の位置が変化し、それに応じて撮影レンズＣＬの焦点距離を変化させることができるようになっている。焦点距離調節レンズ２１０ｂの位置は、ズームエンコーダ２２０により検出（モニタ）されるようになっている。ズームエンコーダ２２０の検出値は、焦点距離検出部３４０に供給される。

焦点調節レンズ２１０ｃは、レンズ駆動量設定部３７０からのレンズ駆動信号に基づいて、焦点調節レンズ駆動モータ（アクチュエータ）２４０により光軸ＡＸに沿う方向の位置が変化され、その位置の変化は焦点調節レンズ位置エンコーダ２３０により検出（モニタ）されるようになっている。

絞り２５０は、撮像素子２０へ入射させる光の量を調節するための可変開口絞りであり、絞りの設定は、カメラが自動で行う場合と、撮影者が手動で行う場合とがある。その絞り値は、プログラムモードやシャッタスピード優先モードの場合には、測光素子４０の出力等に基づき決定される。絞り優先モードやマニュアルモードの場合には、撮影者により手動で設定される。絞り２５０の作動は、自動又は手動で設定された絞り値に基づき、不図示の絞り制御モータ等によって制御される。

コントラストＡＦ制御部ＣＮＴは、焦点評価値算出部３３０、焦点距離検出部３４０、レンズ駆動量設定部３７０等と協働して制御系を構成し、後述するコントラストＡＦの制御処理の主要な部分を実行する処理装置である。

焦点評価値算出部３３０は、撮像素子２０から出力される画像信号のうち、所定の測距エリアに相当する部分の焦点評価値を算出し、算出結果をコントラストＡＦ制御部ＣＮＴに供給する。焦点評価値算出部３３０における焦点評価値を算出する方式としては、画像に高周波強調フィルタ処理を施し、その結果を積算する方法を用いることができる。但し、焦点評価値の算出方式は、他の方式であっても勿論よい。焦点距離検出部３４０は、焦点調節レンズ位置エンコーダ２２０の出力から撮影レンズＣＬの現在の焦点距離を検出し、コントラストＡＦ制御部ＣＮＴに供給する。

レンズ駆動量設定部３７０は、コントラストＡＦ制御部ＣＮＴからの制御信号に基づいて、レンズ駆動量を設定して焦点調節駆動モータ２４０に駆動信号を送り、焦点調節レンズ２１０ｃを光軸ＡＸに沿う方向に移動させる。

コントラストＡＦ制御部ＣＮＴは、後に詳述する各種の制御処理に従って、レンズ駆動量設定部３７０を介して焦点調節レンズ駆動モータ２４０を駆動して、焦点調節レンズ２１０ｃをステップ移動させつつ、各位置での撮像素子２０による画像信号に基づき焦点評価値算出部３３０で算出された焦点評価値を蓄積保持する。次いで、該焦点評価値が最大になる位置を、所定の数学的補間式を用いて算出して、これを合焦位置として、焦点調節レンズ２１０ｃを当該合焦位置に位置させるように、レンズ駆動量設定部３７０を介して焦点調節レンズ駆動モータ２４０を制御するものである。

次に、本発明の第１実施形態に係るＡＦ（オートフォーカス）装置の制御について説明する。この実施形態のコントラストＡＦは、概略、以下の４つの処理（第１〜第３サーチ、合焦駆動）から構成される。なお、サーチ（サーチ動作）とは、焦点調節レンズのレンズ光軸ＡＸ方向におけるステップ移動、焦点評価値の算出等の繰返動作を行って、合焦位置を検出する一連の処理、即ち、合焦位置を探索する処理である。

第１サーチ（第１のサーチ動作）では、撮影レンズＣＬの焦点調節可能範囲よりも狭い所定のサーチ範囲（第１サーチ範囲）で所定のステップ幅で合焦位置を検出する。第１サーチにおけるステップ幅も、合焦位置を必要な精度で算出できる程度の比較的に小さい値に設定される。第１サーチでのステップ幅は、例えば、１００μｍ〜２００μｍ程度である。なお、これら第１サーチのパラメータ（第１サーチ範囲とステップ幅）は、レンズの種類とは無関係に、予めカメラ内のメモリ（制御部ＣＮＴ内のメモリ）に記憶されているものである。

第２サーチ（第２のサーチ動作）は、第１サーチで合焦位置が検出できず（第１サーチ範囲内に合焦位置が無い場合等）、かつ撮影レンズＣＬの焦点距離が予め設定された所定のしきい値以上である場合に実施される。第２サーチにおけるサーチ範囲（第２サーチ範囲）は、第１サーチ範囲よりも広い範囲で設定し、かつステップ幅も第１サーチのそれよりも大きい値、即ち、収集される焦点評価値に基づいて、合焦位置を必要な精度で算出できる程度ではないが、合焦位置の大まかな位置を検出することができる程度の比較的に大きい値に設定される。第２サーチ範囲は、第１サーチ範囲とその位置が完全に異なっていてもよく（第１サーチ範囲と重複しなくても良く）、又は第１サーチ範囲と一部が重複していてもよい。即ち、第２サーチ範囲は、一部でもその位置が第１サーチ範囲と異なっていれば良い。第２サーチでのステップ幅は、例えば、１ｍｍ〜１．２ｍｍ程度である。

第３サーチは、第２サーチで合焦位置の大まかな位置が検出された場合に実施される。第３サーチでは、第２サーチでの合焦位置を中心として、第１サーチと略同じステップ幅で合焦位置のサーチを行う。合焦駆動は、第１又は第３サーチにおいて、合焦位置が検出された場合に、その合焦位置ヘ焦点調節レンズ２１０ｃを移動させる処理である。

次に、図２を参照して、上記の処理をさらに詳細に説明する。図２は本発明の第１実施形態に係るオートフォーカス装置のコントラストＡＦ制御部ＣＮＴを含む制御系の処理を示すフローチャートである。処理が開始されると、まず、Ｓ１００において、位相差ＡＦスイッチ９２がＯＦＦか否かを判定し、Ｎｏ（ＯＮの場合）にはＳ２００へ進んで、上述した位相差ＡＦを実行する。Ｓ１００において、Ｙｅｓの場合（ＯＦＦの場合）にはＳ３００へ進み、コントラストＡＦスイッチ９５がＯＮか否かを判定する。Ｓ３００において、Ｎｏの場合（ＯＦＦの場合）にはこの判定を繰り返し、Ｙｅｓの場合（ＯＮの場合）にはＳ４００へ進む。

Ｓ４００において、クイックリターンミラー７０をアップ（第２姿勢に設定）し、撮影レンズＣＬを介した光を撮像素子２０へ導き、撮像素子２０はここから画像信号の取り込みと出力を開始し、焦点評価値算出部３３０は焦点評価値の算出を開始する。次いで、Ｓ５００において、第１サーチを実行する直前の焦点調節レンズ２１０ｃの位置を初期位置として取得し、Ｓ６００において、第１サーチを実行する。

第１サーチでは、上述した通り、比較的小さいステップ幅で焦点調節レンズ２１０ｃをステップ移動させつつ、焦点評価値算出部３３０が焦点評価値を算出し、算出された焦点評価値は、コントラストＡＦ制御部ＣＮＴに順次供給される。コントラストＡＦ制御部ＣＮＴは、供給される各焦点評価値に基づいて、所定の補間演算を実施して、合焦位置を算出する。ここで合焦位置の検出ができなかった場合には、合焦検出失敗となる。

次いで、Ｓ７００において、コントラストＡＦ制御部ＣＮＴは、第１サーチで合焦位置が見つかったか否か（合焦検出に成功したか、失敗したか）を判定し、見つかった場合（Ｙｅｓの場合）にはＳ８００へ進んで、レンズ駆動量設定部３７０及び焦点調節レンズ駆動モータ２４０を介して、焦点調節レンズ２１０ｃを当該検出された合焦位置に移動させる合焦駆動を実行する。Ｓ７００において、合焦位置が見つからなかった場合（Ｎｏの場合）にはＳ９００へ進む。

次いで、Ｓ９００において、コントラストＡＦ制御部ＣＮＴは、撮影レンズＣＬの焦点距離が所定値未満であるか（短いか）否かを判定する。この判定は、焦点距離検出部３４０により検出された撮影レンズＣＬの現在の焦点距離（レンズ情報）と、コントラストＡＦ制御部ＣＮＴが備えるメモリ内に予め設定された所定値（しきい値）とを比較することにより行われる。焦点距離が所定値未満の場合（Ｙｅｓの場合）にはＳ１０００へ進み、所定値以上の場合（Ｎｏの場合）にはＳ１２００へ進む。かかる所定値は、撮影レンズＣＬの焦点距離との関係で予め適宜な値に設定される。

Ｓ９００において、焦点距離が所定値未満である場合（Ｙｅｓの場合）には、焦点調節可能範囲も小さいので、第１サーチによって焦点調節可能範囲のうちの相当量のサーチが行われていると推定できるため、合焦位置が存在しない可能性が高い。そこで、Ｓ１０００において、焦点調節レンズ２１０ｃを初期位置へ駆動し、次いで、Ｓ１１００において、コントラストＡＦの動作を停止する。なお、本実施形態では合焦位置が見つからなかった場合には、所期位置へ駆動することにしているが、これに限らず、例えば検出不能と判定した時点のレンズ位置を保持するようにしてもよい。なお、Ｓ１１００において、コントラストＡＦの動作を停止した場合には、合焦位置が見つからなかった旨（ＡＦ検出不能な被写体である旨）を撮影者に通知するようにすることが好ましい。この通知は、例えば、液晶画面やファインダ内に文書や図形等で表示し、あるいは警告音によって行うようにしてもよい。

Ｓ９００において、焦点距離が所定値以上である場合（Ｎｏの場合）には、焦点調節可能範囲も大きいので、第１サーチ範囲内で合焦位置が見つからなくても、第１サーチ範囲外に合焦位置が存在する可能性が高い。そこで、この場合には、Ｓ１２００に進んで、第１サーチ範囲よりも広い第２サーチ範囲を設定するとともに、ステップ幅も第１サーチよりも大きく設定して、第２サーチを実行する。第２サーチ範囲は、第１サーチ範囲と重複しないように設定すると効率的であるが、一部が重複していてもよい。

次いで、Ｓ１３００において、第２サーチで合焦位置が見つかったか否かを判定する。見つからなかった場合にはＳ１０００へ進み、見つかった場合にはＳ１４００へ進んで、第３サーチを実行する。第２サーチでは、合焦位置が見つかったとしても、ステップ幅が大きいため、必要な精度は保証できない。そこで、第２サーチで見つかった合焦位置付近を第１サーチと同程度の細かいステップ幅でサーチする第３サーチを実行する。

次いで、Ｓ１５００において、第３サーチで合焦位置が見つかったか否かを判定し、見つかった場合（Ｙｅｓの場合）にはＳ８００へ進んで、合焦駆動を実行し、見つからなかった場合（Ｎｏの場合）にはＳ１０００へ進む。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は焦点距離の短いレンズを用い、第１サーチで合焦位置が見つかった場合の一例を示している。図３（Ａ）は、レンズ位置と焦点評価値との関係を示すグラフであり、横軸がレンズ位置、縦軸が焦点評価値である。図３（Ａ）中の黒丸で示したＰ１〜Ｐ５がコントラストＡＦ制御部ＣＮＴが取得した焦点評価値である。なお、Ｐ０はＡＦ動作を開始する時点でのレンズ位置を示している。図３（Ｂ）は図３（Ａ）に対応するレンズ位置と時間との関係を示すグラフであり、横軸がレンズ位置、縦軸が時間である。

コントラストＡＦの実行開始時には、レンズはＰ０に位置しており、次にＰ１までレンズを駆動してからＰ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ５と焦点評価値を取得していく。Ｐ５の時点で焦点評価値が山状になったと判定して合焦位置を求め、合焦駆動を行う。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は焦点距離の長いレンズを用い、第１サーチで合焦位置が見つかった場合の一例を示している。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）における横軸及び縦軸は図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の場合と同じである。図４（Ａ）に示されているように、焦点評価値曲線の裾野の部分が図３（Ａ）のそれよりも広くなっている。基本的な動作は図３（Ａ）及び図３（Ｂ）と同様であり、第１サーチで合焦位置が見つかったならば、そのまま合焦駆動してオートフォーカス動作を完了する。このように、第１サーチで合焦位置が見つかる場合、本実施形態のコントラストＡＦによるオートフォーカス動作は焦点距離によらず同じ動作となり、焦点距離の長短にかかわらず、合焦位置を高速に検出することができる。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は焦点距離の短いレンズを用い、第１サーチで合焦位置が見つからなかった場合の一例を示している。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）における横軸及び縦軸は図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の場合と同じである。コントラストＡＦの動作は図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の場合と同様であるが、Ｐ１からＰ５まで焦点評価値を取得しても焦点評価値が山状にならない。また、焦点距離が短いと焦点調節可能範囲も狭くなるので、第１サーチ範囲で焦点調節可能範囲の大半をカバーできる。従って、第１サーチで合焦位置が見つからなかった場合には、焦点調節可能範囲全体をサーチしても合焦位置が見つかる可能性は低い。よって、焦点距離が短くて、かつ第１サーチで合焦位置が見つからない場合は検出不能として、Ｐ０を取得した位置（初期位置）にレンズを戻すようにしている。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は焦点距離の長いレンズを用い、第１サーチで合焦位置が見つからなかった場合の一例を示している。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）における横軸及び縦軸は図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の場合と同じである。この例でも第１サーチ（Ｐ１〜Ｐ５）の焦点評価値が山状にならなかったので、第１サーチ範囲内では合焦位置が見つからない。しかし、焦点距離が長いレンズは焦点調節可能範囲が広く、第１サーチ範囲から離れた位置に合焦位置が存在する可能性がある。よって、焦点距離が短いレンズのように第１サーチの範囲で合焦位置が見つからなかったとしても、焦点調節可能範囲内に合焦位置が存在しないとは限らない。

このようなことから、焦点距離が長い場合で、第１サーチで合焦位置が見つからなかった場合には、第２サーチを実行する。この第２サーチはサーチ範囲が第１サーチ範囲よりも広く、例えば焦点調節可能範囲の全域に設定する。また、ステップ幅も第１サーチのそれよりも広く設定してサーチにあまり時間がかからないようにする。そのようにサーチ範囲とステップ幅を設定した後、レンズを焦点調節可能範囲の端に駆動し、そこからもう一方の端に向かってサーチを開始する。図６（Ａ）中の黒三角で示したＱ１〜Ｑ７が第２サーチでコントラストＡＦ制御部ＣＮＴが取得した焦点評価値である。第２サーチも第１サーチと同様、焦点評価値が山状になった場合に合焦位置が見つかったとする。

但し、ステップ幅が広い第２サーチでは合焦位置が見つかっても精度が十分に出ていない可能性がある。従って、第２サーチで合焦位置が見つかったならば、第１サーチとほぼ同じステップ幅（狭いステップ幅）で第３サーチを実行して合焦位置を検出する。図６（Ａ）中の黒丸で示したＲ１〜Ｒ４が第３サーチでコントラストＡＦ制御部ＣＮＴが取得した焦点評価値である。

このように、第１実施形態では、装着された撮影レンズの焦点距離に応じて（ズームレンズの焦点距離を変更した場合、焦点距離の異なる撮影レンズに交換した場合等に応じて）、動作を変えることにより、焦点距離が短いレンズでは検出不能であることを迅速に撮影者に伝えることにより、撮影者は速やかな対応ができるようになる。また、焦点距離が長いレンズでは合焦位置を検出する確率を高くすることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、第１サーチで合焦位置が見つからなかった場合であって、焦点距離が長い場合にのみ、第２サーチを実行するようにしていた。これに対し、この第２実施形態では、第１サーチで合焦位置が見つからなかった場合には、焦点距離の長短によらず第２サーチを実行するようにし、焦点距離の長短に応じて、第２サーチのステップ幅を変えるようにしている。即ち、焦点距離が短い場合には焦点調節可能範囲が狭いのでステップ幅を小さくし、焦点距離が長い場合には焦点調整可能範囲が広いので逆にステップ幅を広くするようにしている。

図７は本発明の第２実施形態に係るオートフォーカス装置のコントラストＡＦ制御部ＣＮＴを含む制御系の処理を示すフローチャートである。図２と実質的に同じステップについては同じ符号を付し、その説明の一部を省略する。Ｓ７００において、第１サーチによって合焦位置が見つからない場合に、Ｓ９００において焦点距離の長短を判断するのは第１実施形態と同じである。Ｓ９００において、焦点距離が所定値未満であると判定された場合（Ｙｅｓの場合）にはＳ９１０に進んで、第２サーチのステップ幅を第１サーチと同じステップ幅に設定し、焦点距離が所定値以上であると判定された場合（Ｎｏの場合）には、Ｓ９２０に進んで、第２サーチのステップ幅を第１サーチよりも広く設定する。

次いで、Ｓ１２００において、Ｓ９１０又はＳ９２０で設定されたステップ幅で第２サーチを実行し、Ｓ１３００において、合焦位置が見つかったか否かを判定する。第２サーチ範囲は、第１実施形態の場合と同様である。Ｓ１３００において、合焦位置が見つからなかった場合（Ｎｏの場合）にはＳ１０００へ進む。Ｓ１３００において、合焦位置が見つかった場合（Ｙｅｓの場合）にはＳ１３４０に進んで、Ｓ９００と同様に焦点距離の長短を所定値と比較判定し、焦点距離が所定値未満である場合（Ｙｅｓの場合）にはＳ８００に進み、焦点距離が所定値以上である場合（Ｎｏの場合）にはＳ１４００に進んで第３サーチを実行する。

上述したように、第２サーチにおいては、焦点距離が短い場合は第１サーチと同じステップ幅（つまり狭い幅）なので、見つかった合焦位置の精度は十分保証できる。従って、焦点距離が短い場合はそのまま合焦駆動へ移行しても良い。一方、焦点距離が長い場合は第２サーチのステップ幅が広いため、見つかった合焦位置の精度は保証できない。このため、焦点距離が長い場合は第２サーチで見つかった合焦位置付近を精細にサーチするべく第３サーチを実行するようにしている。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は焦点距離の短いレンズを用い、第１サーチで合焦位置が見つからなかった場合の一例を示している。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）における横軸及び縦軸は図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の場合と同じである。図８（Ａ）では、Ｐ１〜Ｐ５で焦点評価値が山状にならないため合焦位置が検出されない。そこで、レンズを焦点調節可能範囲の端に駆動して、そこから第２サーチを開始する。但し、焦点調節可能範囲が狭いのでステップ幅を第１サーチと同じ値に設定してサーチを行う。すると、まもなく合焦位置が検出されて合焦駆動へ移行して動作を完了する。また、焦点距離が長い場合は図６（Ａ）及び図６（Ｂ）と同じ動作となる。

このように、焦点距離が短い場合には、第２サーチのステップ幅を第１サーチと同じ値にすることで、第３サーチを実行しなくて済むので合焦時間を短縮することができる。また、狭い焦点検出可能範囲内でも合焦位置があるかどうかの判定に必要な数の焦点評価値が取得でき、確実に合焦位置が検出できるようになる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について、図９を参照して説明する。図９は本発明の第３実施形態に係るカメラの概略構成を示す断面図である。図１と実質的に同一の構成部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

図９に示すように、撮影レンズＣＬには、当該撮影レンズＣＬに係る各種のレンズ情報が予め記憶されたメモリＭＥＭが内蔵されている。メモリＭＥＭに記憶されるレンズ情報としては、ここでは、撮影レンズＣＬの最短撮影距離に関する情報が予め格納されているものとする。撮影レンズＣＬがカメラボディＣＢに取り付けられると、不図示の接続電極を介して、カメラボディＣＢ側に内蔵されたコントラストＡＦ制御部ＣＮＴよって、メモリＭＥＭのレンズ情報を読み込むことができるようになっている。コントラストＡＦ制御部ＣＮＴは、メモリＭＥＭから読み込んだレンズ情報としての最短撮影距離と、焦点距離検出部３４０からのレンズ情報としての焦点距離とに基づいて、焦点調節可能範囲を算出する。

上述した第１又は第２実施形態では、焦点距離の長短で焦点調節可能範囲が長いか否かを推定し、焦点距離に応じて第２サーチの実行の有無や第２サーチのステップ幅を決定していた。しかし、図１１に示すように、焦点調節可能範囲はレンズの焦点距離だけではなく、最短撮影距離にも依存する。従って、レンズの仕様によっては同じ焦点距離でも第２サーチを実行する必要がなかったり、第２サーチのステップ幅を広げたりする必要のないレンズが出てくる可能性もある。

そこで、この第３実施形態では、さらに高効率的にレンズを駆動するために、焦点距離の他に最短撮影距離を利用する構成とした。このようにすると、焦点距離と最短撮影距離から、数式４によって焦点調節可能範囲が算出できるので、それを基にサーチ動作を決定すればよい。また、基本的な動作は図２や図７に示したフローチャートと同様であり、焦点距離の長短を判断するステップ（Ｓ９００，Ｓ１３４０）が、最短撮影距離と焦点距離から算出した焦点調節可能範囲の長短を判断するステップになる。この判断に用いられる所定値も焦点調節可能範囲に対応したものとなる。

なお、メモリＭＥＭに記憶されるレンズ情報として、最短撮影距離ではなく、焦点調節可能範囲自体を記憶させるようにしてもよい。焦点調節可能範囲自体を記憶させることにより、焦点調節可能範囲を焦点距離と最短撮影距離とを用いて算出する必要がなくなり、より速いＡＦ動作、より正確なＡＦ動作が可能となる。

また、上述した第１又は第２実施形態では、コントラストＡＦ制御部ＣＮＴは、装着されている撮影レンズＣＬのレンズ情報としての焦点距離を、焦点距離検出部３４０から供給を受けて、Ｓ９００において、その長短を所定値と比較することにより、判断するようにしているが、上述した第３実施形態の撮影レンズＣＬのメモリＭＥＭに、レンズ情報として焦点距離に関する情報（単焦点レンズの場合にはその焦点距離、ズームレンズの場合には焦点距離の代表値若しくは平均値又は可変範囲等）を予め格納しておき、当該メモリＭＥＭから焦点距離に関する情報を読み出して、その長短を判断するようにしてもよい。

さらに、上述した第３実施形態のように、焦点調節可能範囲の取得が可能な場合において、第１実施形態に係る図２のＳ９００において、焦点距離の長短を所定値と比較判定するのではなく、焦点調節可能範囲に対する第１サーチ範囲の割合を予め設定された所定割合と比較判定するようにし、その割合が所定割合以上である場合には、Ｓ１０００へ進んで第２サーチを実行することなく終了し、所定割合未満である場合にはＳ１２００へ進んで第２サーチを実行するようにしてもよい。所定割合としては、焦点調節可能範囲の５０〜７０％に設定することができる。焦点調節可能範囲の５０〜７０％程度のサーチが終了していても、合焦位置が検出できない場合には、全範囲をサーチしたとしても合焦位置が存在しない可能性が高いため、その余の部分をサーチすることなく終了した方が、効率的であると考えられるからである。

また、同様に、第２実施形態に係る図７のＳ９００において、焦点距離の長短を所定値と比較判定するのではなく、焦点調節可能範囲に対する第１サーチ範囲の割合を予め設定された所定割合と比較判定するようにし、その割合が所定割合以上である場合には、Ｓ９１０へ進んで、第２サーチのステップ幅を第１サーチのステップ幅と同程度に設定し、所定割合未満である場合にはＳ９２０へ進んで、第２サーチのステップ幅を第１サーチのステップ幅よりも広く設定して、Ｓ１２００で第２サーチを実行するようにしてもよい。所定割合としては、焦点調節可能範囲の５０〜７０％に設定することができる。

焦点調節可能範囲の５０〜７０％程度以上のサーチが終了している場合には、サーチが終了していないその余の範囲は小さいので、ステップ幅を広く設定することなく狭いステップ幅で合焦検出を継続した方が、短時間で合焦位置を検出できる場合が多いと考えられる。これと反対に、焦点調節可能範囲の５０〜７０％程度未満しかサーチが終了していない場合には、サーチが終了していないその余の範囲は大きいので、ステップ幅を広くして大まかに合焦位置を検出した後に、大まかな合焦位置の周辺を必要な精度で細かくサーチした方が、効率的であると考えられるからである。

また、第１サーチの上述のパラメータ（サーチ範囲、ステップ幅）を、メモリＭＥＭに記憶させ、第１サーチ動作前に、カメラ側の制御部ＣＮＴにそのパラメータを送信する（第１サーチの際に使用するパラメータとして）ようにしておけば、レンズ毎に最適なサーチパラメータを使って、第１サーチ動作を行うことができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本発明の第１実施形態のカメラの概略構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態のカメラのコントラストＡＦの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の焦点距離が短い場合であって、第１サーチにより合焦検出に成功した場合を説明するためのグラフであり、（Ａ）はレンズ位置と焦点評価値との関係を、（Ｂ）はレンズ位置と時間との関係を示している。 本発明の第１実施形態の焦点距離が長い場合であって、第１サーチにより合焦検出に成功した場合を説明するためのグラフであり、（Ａ）はレンズ位置と焦点評価値との関係を、（Ｂ）はレンズ位置と時間との関係を示している。 本発明の第１実施形態の焦点距離が短い場合であって、第１サーチにより合焦検出に失敗した場合を説明するためのグラフであり、（Ａ）はレンズ位置と焦点評価値との関係を、（Ｂ）はレンズ位置と時間との関係を示している。 本発明の第１実施形態の焦点距離が長い場合であって、第１サーチにより合焦検出に失敗し、第２及び第３サーチを実行した場合を説明するためのグラフであり、（Ａ）はレンズ位置と焦点評価値との関係を、（Ｂ）はレンズ位置と時間との関係を示している。 本発明の第２実施形態のカメラのコントラストＡＦの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の焦点距離が短い場合であって、第１サーチにより合焦検出に失敗し、第２サーチを実行した場合を説明するためのグラフであり、（Ａ）はレンズ位置と焦点評価値との関係を、（Ｂ）はレンズ位置と時間との関係を示している。 本発明の第３実施形態のカメラの概略構成を示す断面図である。 焦点調節可能範囲について説明するための図であり、（Ａ）は被写体が無限遠にある場合のレンズの結像の様子を示し、（Ｂ）は被写体が最短撮影距離だけ離れた位置にある場合のレンズの結像の様子を示している。 理想的なレンズ系における焦点距離及び最短撮影距離と焦点調節可能範囲との関係を示す図である。

ＣＭ…カメラ、ＣＢ…カメラボディ、ＣＬ…撮影レンズ、ＦＤ…ファインダ部、ＣＮＴ…コントラストＡＦ制御部、ＭＥＭ…メモリ、２０…撮像素子、７０…クイックリターンミラー、２１０ｃ…焦点調節レンズ、３３０…焦点評価値算出部、３４０…焦点距離検出部、３７０…レンズ駆動量設定部。

Claims (6)

1. 撮影レンズから焦点調節可能範囲を示す情報を取得するレンズ情報取得部と、
   前記撮影レンズを駆動してサーチ動作を行った時に、焦点評価値を算出する焦点評価算出部と、
   予め決められた第１サーチ範囲内を、予め決められた駆動ステップ幅の第１サーチ動作を行った時に、前記焦点評価算出部が算出した焦点評価値が所定の値より小さい場合、前記レンズ情報取得部から取得した前記焦点調節可能範囲を示す情報に基づいて、前記焦点調節可能範囲に対する前記第１サーチ範囲の割合が所定の割合以上であるか判定する判定部と、
   前記焦点調節可能範囲に対する前記第１サーチ範囲の割合が所定割合以上であると前記判定部によって判定された場合には、前記第１サーチ動作時の駆動ステップ幅と同等に設定して第２サーチ動作を実行し、前記焦点調節可能範囲に対する前記第１サーチ範囲の割合が前記所定割合未満であると前記判定部によって判定された場合には、前記第２サーチ動作時の駆動ステップ幅を前記第１サーチ動作時の駆動ステップ幅よりも大きなステップ幅にして前記第２サーチ動作を実行する制御部とを備える
   ことを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 請求項１に記載されているオートフォーカス装置であって、
   前記制御部は、前記第１サーチ範囲内で前記第１サーチ動作を行った際、前記焦点評価
   算出部が算出した焦点評価値が所定の値より小さい場合、前記第１サーチ範囲よりも広い
   範囲の第２サーチ範囲内で前記第２サーチ動作を実行する
   ことを特徴とするオートフォーカス装置。
3. 請求項２に記載されているオートフォーカス装置であって、
   前記第２サーチ範囲は、前記第１サーチ範囲と重複しない範囲に設定される
   ことを特徴とするオートフォーカス装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されているオートフォーカス装置であって、
   前記レンズ情報取得部は、装着された撮影レンズから焦点調節可能範囲を示す情報を取得する
   ことを特徴とするオートフォーカス装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載されているオートフォーカス装置であって、
   前記焦点調節可能範囲を示す情報は、前記撮影レンズの焦点距離情報である
   ことを特徴とするオートフォーカス装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置を備えるカメラ。

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