JP6087538B2

JP6087538B2 - 自動焦点検出装置およびその制御方法、ならびに撮像装置

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Publication number: JP6087538B2
Application number: JP2012181900A
Authority: JP
Inventors: 正晃上西
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: JP2014038291A

Description

本発明は、自動焦点検出装置および制御方法、ならびに撮像装置に関する。

従来、電子スチルカメラなどの撮像装置において、ＣＣＤなどの撮像素子から得られる画像信号から焦点評価値を算出し、焦点評価値がピークとなる位置を探索する自動焦点検出（オートフォーカス（ＡＦ））方式が用いられている。このような、撮像画像に基づくＡＦ方式では、焦点評価値のピークを探索するためにフォーカスレンズを所定範囲（スキャン範囲）内で駆動し、フォーカスレンズ位置ごとの焦点評価値取得するＡＦスキャン動作が行われる。ＡＦスキャン範囲は、フォーカスレンズの可動範囲とは同一とは限らず、フォーカスレンズの可動範囲の一部としてに設定される場合もある。

高い合焦精度と合焦時間短縮を両立するには、ＡＦスキャン時において、合焦すべき位置（目標位置）から離れた位置ではフォーカスレンズの移動速度を早め、目標位置近傍ではフォーカスレンズの移動速度を遅くすることが好ましい。例えば、所定時間内における焦点評価値の変化量とフォーカスレンズ位置の変化量との比を評価値変化率として算出し、評価値変化率が増加状態にあるか減少状態にあるかに応じてフォーカスレンズ位置の変更速度を可変することが知られている（特許文献１）。

また、引用文献２には、連続して増加している３点の焦点評価値から予測した、焦点評価値がピークとなる位置にフォーカスレンズを駆動することが開示されている。また、フォーカスレンズの駆動は複数回の予測結果ばらつきが所定範囲内となった時点で行うこと、予測結果のばらつきが所定範囲内になる前に焦点評価値の増加が０近傍の所定範囲内となったらフォーカスレンズを停止することも記載されている。さらに、予測位置が現在位置から遠い場合は、予測位置直前までフォーカスレンズを高速に移動させ、その後低速で移動させて位置の予測を再度行うとの記載もある。

また、ＡＦ動作開始の指示がなされた時点のフォーカスレンズ位置（初期位置）に応じて、ＡＦスキャン時のフォーカスレンズの初期駆動方向を決定することや、フォーカスレンズの初期駆動速度を駆動可能な最高速度とすることも知られている(特許文献３)。

特開平７−７６５０号公報特開平８−２９６６７号公報特開２００６−２１５５４６号公報

ＡＦ動作開始指示時のフォーカスレンズ位置に基づいてフォーカスレンズ初期駆動方向を選択する場合、フォーカスレンズの初期駆動速度を固定すると焦点検出に要する時間（ＡＦ時間）が長くなってしまうことがある。例えば、初期駆動方向を遠端側と決定した場合、合焦すべき被写体がフォーカスレンズ初期位置よりも近端側に存在すると、フォーカスレンズ初期駆動方向は目標位置から離れる方向となる。この場合、初期位置から大きく移動しないうちに目標位置が近端側にあることが判断できることが好ましいため、低速でフォーカスレンズを駆動することが望ましい。一方、この状況で初期駆動方向を近端方向と決定した場合、目標位置に近づく方向であるため、早く目標位置を検出できるように高速でフォーカスレンズを駆動することが望ましい。

しかし、特許文献１〜特許文献３には、フォーカスレンズの初期駆動速度は一定であるため、目標位置との関係によってはＡＦ時間が長くなってしまう。

本発明はこのような従来技術の課題を少なくとも軽減するためになされたものであり、フォーカスレンズの初期駆動速度を制御することによって焦点検出に要する時間を短縮することが可能な自動焦点検出装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、焦点評価値に基づいてフォーカスレンズを駆動する自動焦点検出装置であって、フォーカスレンズの駆動を制御する制御手段を有し、制御手段は、自動焦点検出動作の開始時にフォーカスレンズを予め設定されたスキャン範囲の端まで移動させる初期フォーカス駆動を行い、スキャン範囲で検出された焦点評価値のピークに対応する位置にフォーカスレンズを駆動するように構成され、制御手段は、初期フォーカス駆動を開始する際のフォーカスレンズの駆動速度である初期駆動速度を、スキャン範囲が所定範囲以下である場合よりも所定範囲を超える場合の方が速くなるように設定し、制御手段は、初期フォーカス駆動中に取得した焦点評価値の変化に基づいて、初期フォーカス駆動におけるフォーカスレンズの駆動速度を初期駆動速度から変更することを特徴とする自動焦点検出装置によって達成される。

このような構成により、本発明によれば、フォーカスレンズの初期駆動速度を制御することによって焦点検出に要する時間を短縮することが可能な自動焦点検出装置およびその制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る自動焦点検出装置を備える撮像装置の一例としてのデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図本発明の実施形態に係るデジタルカメラの全体動作を示すフローチャート図２におけるＳ２０３のＡＦ動作の詳細を示すフローチャート図３におけるＳ３０３の初期フォーカス駆動の詳細を示すフローチャート図４のＳ４０４におけるフォーカス初速設定の詳細を示すフローチャート図４のＳ４０８で実施するピーク検出チェックの詳細を示すフローチャート図３のＳ３０５で実行するフォーカス速度の設定の詳細を示すフローチャート図３のＳ３０９、及び図６のＳ６０３で実行する焦点評価値の勾配検出の詳細を示すフローチャート図３のＳ３１０、図４のＳ４１２、図６のＳ６０２で実行する焦点評価値の勾配閾値SlopeThrの算出の詳細を示すフローチャート

以下、図１〜図９を参照しながら本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る自動焦点検出装置を備える撮像装置の一例としてのデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図である。なお、本発明の実施形態に係る自動焦点検出装置は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラのように撮影機能を専ら提供する装置に限らず、カメラを内蔵する任意の電子機器に適用可能である。このような電子機器には携帯電話機、ゲーム機、パーソナルコンピュータ等の通信装置や情報処理装置はもとより、家電機器や自動車なども含まれる。

１０１はズーム機構を含む撮影レンズ、１０２は光量を制御する絞り及びシャッター、１０３はＡＥ処理部である。フォーカスレンズ１０４は撮影レンズ１０１を含む結像光学系の合焦距離を調節するためのレンズであり、モータ１０５によって駆動される。ＡＦ処理部１０６はシステム制御部１１３の制御に基づきモータ１０５を通じてフォーカスレンズ１０４を駆動する。撮像素子１０７は被写体からの反射光を各画素で受光し、電気信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１０８は、撮像素子１０７の出力信号に含まれるノイズを低減する相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路や、Ａ／Ｄ変換前に行う非線形増幅回路を含み、撮像素子１０７の出力するアナログ信号をデジタル信号（画像データ）に変換する。画像処理部１０９は画像データに対してホワイトバランス調整や色補間処理などの画像処理を適用する。１１０はフォーマット変換部、１１１は高速な内蔵メモリ（例えばランダムアクセスメモリなど、以下DRAMと記す）、１１２はメモリーカードなどの記録媒体とそのインターフェースからなる画像記録部である。

システム制御部１１３は例えばＣＰＵやＭＰＵといったプログラム可能なプロセッサを有し、予め記憶されたプログラムを実行することによりデジタルカメラの動作全体を制御する。１１４は画像表示用メモリ（以下VRAMと記す）である。画像表示部１１５は、画像表示、操作補助のための表示やカメラ状態の表示を行うほか、撮像時には撮像画面と焦点検出領域を表示する。操作部１１６は、ユーザがデジタルカメラに各種の指示を入力するためのキー、ボタン等の入力デバイス群であり、例えば次のようなものが含まれる。撮影機能や画像再生時の設定などの各種設定を行うメニュースイッチ、撮影レンズのズーム動作を指示するズームレバー、撮影モードと再生モードの動作モード切換えスイッチなど。撮影モードスイッチ１１７は、マクロモード、遠景モード、スポーツモードなどの撮影モードをユーザが選択することを可能にする。撮影モードスイッチ１１７によって選択された撮影モードに応じて、焦点検出を行う距離の範囲やＡＦ動作などが変更されてもよい。メインスイッチ１１８はユーザがデジタルカメラの電源ＯＮ，ＯＦＦを行うためのスイッチである。第１スイッチ（ＳＷ１）１１９は、自動焦点検出（ＡＦ）や自動露出制御（ＡＥ）等、撮影スタンバイ動作の開始を指示するスイッチであり、シャッターボタンの半押しでＯＮするように構成されることが多い。第２スイッチ（ＳＷ２）１２０は、撮影動作の開始を指示するスイッチであり、シャッターボタンの全押しでＯＮするように構成されることが多い。

加速度センサ部１２１は手ぶれやパン、チルト操作などによるデジタルカメラの動きに応じた信号を出力する。動体検出部１２２は、異なる時間に撮像された複数の画像の例えば輝度情報から、画面（視野）内の動体を検出する。DRAM１１１は一時的な画像記憶を行う高速バッファとして、あるいは画像の圧縮伸張処理やシステム制御部１１３の処理の作業用メモリとして使用される。

（動作概要）
図２は、第１スイッチ１１９、第２スイッチ１２０の状態と、自動露出制御動作（ＡＥ動作），自動焦点検出動作（ＡＦ動作），撮影処理との関係を示すフローチャートである。
ここでは、電源が投入され、撮影スタンバイ状態であるものとする。本実施形態のデジタルカメラ１は、撮影スタンバイ状態において動画撮像を行い、撮像された動画を画像表示部１１５に表示することにより、画像表示部１１５にいわゆるライブビュー表示を行う。ライブビュー表示に用いる画像は、画像表示部１１５の表示解像度に応じた画像でよく、静止画記録用の画像よりも画素数が少なくてよい。

まず、Ｓ２０１でＡＥ処理部１０３は、画像処理部１０９が出力する画像データの輝度情報に基づいて露出条件を決定するＡＥ処理を行う。このＡＥ処理で決定された露出条件でライブビュー表示用の画像を撮像することで、被写体輝度の変化に対応した画像が表示される。Ｓ２０２でシステム制御部１１３は、第１スイッチ１１９の状態を調べ、ＯＮであればＳ２０３へ、ＯＦＦであればＳ２０１へ処理を進める。Ｓ２０３でシステム制御部１１３は、後述するＡＦ動作を行う。ここで、ＡＦ動作中の露出条件（シャッター速度、絞り、感度）は、直前のＳ２０１のＡＥ処理で決定したものを用いる。

Ｓ２０４でシステム制御部１１３は第１スイッチ１１９の状態を調べ、ＯＮであればＳ２０５へ、ＯＦＦならばＳ２０１へ処理を進める。Ｓ２０５でシステム制御部１１３は、第２スイッチ１２０の状態を調べ、ＯＮであればＳ２０６へ、ＯＦＦならばＳ２０４へ処理を進める。Ｓ２０６でシステム制御部１１３は本撮影動作（記録動作）を行い、処理をＳ２０１へ戻す。

（ＡＦ動作）
図３は、図２におけるＳ２０３のＡＦ動作の詳細を示すフローチャートである。
まず、Ｓ３０１でシステム制御部１１３は、画面内の所定の領域に焦点検出領域を設定する。Ｓ３０２でシステム制御部１１３は、例えば予め記憶されたテーブルを参照して、撮影モードや焦点距離に応じたＡＦスキャン範囲を設定する。Ｓ３０３でシステム制御部１１３は、Ｓ３０２で設定したＡＦスキャン範囲のスキャン開始位置へのフォーカスレンズ１０４の駆動および初期駆動方向の決定を含む、初期フォーカス駆動を行う。初期フォーカス駆動の詳細は後述する。なお、フォーカスレンズ１０４の駆動は、特段の説明が無い限り、システム制御部１１３が駆動方向および駆動量をＡＦ処理部１０６に通知し、ＡＦ処理部１０６が通知に従ってモータ１０５を駆動することによって実施される。また、フォーカスレンズ１０４の位置情報が、ＡＦ処理部１０６を通じてシステム制御部１１３にフィードバックされる。

Ｓ３０４でシステム制御部１１３は、Ｓ３０３の初期フォーカス駆動で決定した初期駆動方向が近端側で、かつ後述するＳ４０８のピーク検出におけるピーク検出結果が「ＯＫ」であれば処理をＳ３１６に進め、そうでなければ処理をＳ３０５に進める。これにより、初期フォーカス駆動で近端側の被写体が検出できていれば、ＡＦスキャンを打ち切り、合焦制御を行うことでＡＦ時間を短縮できる。

Ｓ３０５でシステム制御部１１３は、フォーカス速度の設定を行う。フォーカス速度の設定の詳細は後述する。Ｓ３０６でシステム制御部１１３は、Ｓ３０５で設定したフォーカス設定速度で、Ｓ３０３で決定した初期フォーカス駆動とは反対方向にフォーカスレンズ１０４の駆動を開始する。Ｓ３０７でシステム制御部１１３は、画像処理部１０９からＳ３０１で設定した焦点検出領域に対応する画像データを取得し、例えば輝度情報から所定の高周波成分を抽出することにより焦点評価値を算出する。なお、焦点評価値は画像処理部１０９が算出してもよい。撮像画像に基づく焦点評価値の算出方法に制限は無く、公知の方法を適用可能であるため、その詳細についての説明は省略する。

Ｓ３０８でシステム制御部１１３は、現在のフォーカスレンズ１０４の位置をＡＦ処理部１０６を通じて取得する。Ｓ３０９でシステム制御部１１３は、焦点評価値の勾配検出を行う（詳細は後述）。Ｓ３１０でシステム制御部１１３は、焦点評価値の勾配閾値であるSlopeThrを算出する（詳細は後述）。Ｓ３１１でシステム制御部１１３は、Ｓ３０９で検出した勾配がＳ３１０で算出した勾配閾値SlopeThr以上で、かつフォーカス設定速度が「高速」に設定されていれば処理をＳ３１２に進め、そうでなければ処理をＳ３１４に進める。なお、フォーカス設定速度はＳ３０５またはＳ３１２で設定される。

Ｓ３１２でシステム制御部１１３は、フォーカス設定速度を「低速」に設定する。Ｓ３１３でシステム制御部１１３は、Ｓ３１２で更新したフォーカス設定速度（＝低速）でフォーカスレンズを駆動する。これにより、ＡＦスキャン開始時に高速でフォーカスレンズの駆動を開始している場合に、フォーカスレンズが目標位置の近傍に到達したことが判断できた時点でフォーカスレンズの駆動を減速することができる。

Ｓ３１４でシステム制御部１１３は、Ｓ３０８で取得した現在のフォーカスレンズ１０４の位置がＳ３０２で設定したスキャン範囲内にあるかどうかを調べ、スキャン範囲内にあれば処理をＳ３０７に進め、そうでなければ処理をＳ３１５に進める。ここで、Ｓ３０７〜Ｓ３１４の一連の動作は、撮影スタンバイ状態で撮像している動画像のフレームレート（例えば３０フレーム／秒）の１フレーム分の時間（例えば１／３０秒）内に実行する。

また、システム制御部１１３は、Ｓ３０７で取得した焦点評価値とＳ３０８で取得したフォーカスレンズ位置とを対応付けておき、後述するＳ３１６の焦点評価値のピーク位置（焦点評価値がピークとなるフォーカスレンズの位置）算出に用いる。なお、焦点評価値を算出もしくは取得している間もフォーカスレンズ１０４は移動しているため、露光期間の中心のタイミングでのフォーカスレンズ位置を焦点評価値と対応付ける。

Ｓ３１５でシステム制御部１１３は、フォーカスレンズ１０４の駆動を停止する。Ｓ３１６でシステム制御部１１３は、Ｓ３０７で取得した焦点評価値と、対応するフォーカスレンズ１０４の位置（Ｓ３０８で取得）とを用い、焦点評価値がピークとなるフォーカスレンズの位置を算出する。Ｓ３１７でシステム制御部１１３は合焦判定を行う。Ｓ３１８でシステム制御部１１３は、Ｓ３１６で求めた焦点評価値のピーク位置へフォーカスレンズ１０４を駆動して、ＡＦ動作を終了する。

（初期フォーカス駆動）
図４は、図３におけるＳ３０３の初期フォーカス駆動の詳細を示すフローチャートである。
まず、Ｓ４０１でシステム制御部１１３は、現在のフォーカスレンズ１０４の位置が所定位置よりも近端側の被写体に合焦する位置かどうかを調べ、そうであれば処理をＳ４０３に進め、そうでなければ処理をＳ４０２に進める。ここで、所定位置は、トータルのＡＦ時間が短くなるように、撮影シーンや被写体の存在する距離の統計的な情報を用い、焦点距離やズーム倍率ごとに予め実験的に設定された値を用いることができる。

Ｓ４０２でシステム制御部１１３は、フォーカスレンズ１０４の初期駆動方向を、現在の合焦距離よりも遠くの被写体に合焦する方向（以後、遠端側と表記する）に設定する。一方、Ｓ４０３でシステム制御部１１３は、フォーカスレンズ１０４の初期駆動方向を、現在の合焦距離よりも近くの被写体に合焦する方向（以後、近端側と表記する）に設定する。

Ｓ４０４でシステム制御部１１３は、詳細を後述するフォーカス初速設定を行う。Ｓ４０５でシステム制御部１１３は、Ｓ４０４で設定したフォーカス設定速度で所定方向にフォーカスレンズの駆動を開始する。Ｓ４０６でシステム制御部１１３は、Ｓ３０１で設定した焦点検出領域内の焦点評価値を取得する。Ｓ４０７でシステム制御部１１３は、現在のフォーカスレンズ１０４の位置をＡＦ処理部１０６を通じて取得する。Ｓ４０８でシステム制御部１１３は、詳細を後述するピーク検出チェックを行う。

Ｓ４０９でシステム制御部１１３は、フォーカスレンズ１０４の初期駆動方向が遠端側であり、かつ、Ｓ４０８でのピーク検出結果が「ＯＫ」かどうかを調べ、そうであれば処理をＳ４１２に進め、そうでなければ処理をＳ４１０に進める。Ｓ４１０でシステム制御部１１３は、フォーカスレンズ１０４の初期駆動方向が遠端であり、かつ、Ｓ４０８でのピーク検出結果が減少であり、かつ減少回数が減少回数閾値よりも多いかどうかを調べる。システム制御部１１３は、これら全ての条件が満たされていれば処理をＳ４１２に進め、そうでなければ処理をＳ４１１に進める。

Ｓ４１１でシステム制御部１１３は、現在のフォーカスレンズ１０４の位置が、Ｓ３０２で設定したスキャン範囲の端に到達したかどうかを調べ、そうであれば処理をＳ４１２に進め、そうでなければ処理をＳ４０６に進める。Ｓ４１２でシステム制御部１１３は、Ｓ３１０と同様に、焦点評価値の勾配閾値であるSlopeThrの算出を行う。Ｓ４１３でシステム制御部１１３は、Ｓ４０８のピーク検出チェックで検出された焦点評価値の勾配がＳ４１２で算出したSlopeThr以上かどうかを調べ、そうであれば処理をＳ４１４に進め、そうでなければ処理をＳ４１５に進める。

Ｓ４１４でシステム制御部１１３は、内部変数であるＦＡＳＴＡＦ判定を「ＮＧ」とする。ここで、ＦＡＳＴＡＦ判定は、ＡＦスキャン動作開始タイミングであるＳ３０６において、フォーカスレンズ１０４の現在位置がピント位置の近傍かどうかを判断することで高速にフォーカス駆動を開始するかを決定する指標の一つとなる。ＦＡＳＴＡＦ判定は、Ｓ３０５のフォーカス速度の設定で用いる。Ｓ４１５でシステム制御部１１３は、ＦＡＳＴＡＦ判定を「ＯＫ」とする。Ｓ４１６でシステム制御部１１３は、フォーカスレンズ１０４の駆動を停止し、処理をＳ３０４に進める。

（フォーカス初速設定）
図５は、図４のＳ４０４におけるフォーカス初速設定の詳細を示すフローチャートである。まず、Ｓ５０１でシステム制御部１１３は、Ｓ３０２で設定したスキャン範囲が所定範囲以下かどうかを調べ、そうであれば処理をＳ５０７に進め、そうでなければ処理をＳ５０２に進める。

Ｓ５０２でシステム制御部１１３は、撮影レンズ１０１の焦点距離またはズーム倍率が所定値以下かどうかを調べ、そうであれば処理をＳ５０２に進め、そうでなければ処理をＳ５０６に進める。Ｓ５０３でシステム制御部１１３は、フォーカスレンズの初期駆動方向を調べ、初期駆動方向が遠端側であれば処理をＳ５０４に進め、そうでなければ処理をＳ５０５に進める。Ｓ５０４〜Ｓ５０７でシステム制御部１１３は、フォーカスレンズの初期駆動速度を初速Ａ，初速Ｂ，初速Ｃ，および初速Ｄにそれぞれ設定して処理をＳ４０５に進める。

Ｓ５０４〜Ｓ５０７の初速Ａ〜初速Ｄ、Ｓ５０１の所定範囲、Ｓ５０２の所定値の決め方についてそれぞれ説明する。
初速Ａは、フォーカスレンズ１０４の初期駆動方向が遠端側の場合での初速である。フォーカスレンズ１０４の初期位置よりも近端側に被写体が存在した場合、被写体距離に対応する目標位置から離れる方向へのフォーカスレンズ駆動となってしまう。そのため、ピーク検出チェックにおいて目標位置が判断可能なフォーカスレンズの駆動速度の範囲内でできるだけ遅い速度（例えば焦点評価値のサンプリング間隔が３深度）となるように設定する。一方、フォーカスレンズ１０４の初期位置よりも遠端側に被写体が存在する場合には、近端側に被写体が存在しないと判断された時点でフォーカスレンズの駆動速度を上昇させ（ピーク検出チェックのＳ６１０またはＳ６２２）、ＡＦ時間の短縮を図る。

初速Ｂは初期駆動方向が近端側の場合の初速であり、できるだけ早く被写体に合焦するためにＡＦ精度が確保できる範囲内でできるだけ早い速度（例えば焦点評価値のサンプリング間隔が５深度）となるように設定する。通常、初速Ｂは初速Ａよりも大きい。本実施形態では、フォーカスレンズ１０４の初期位置に対して遠端側の被写体よりも近端側の被写体を優先する構成としているため、このような初速Ａ、初速Ｂを設定する。

初速Ｃは、撮影レンズ１０１の焦点距離が所定値よりも長い場合の初速である。この場合、初期駆動方向に応じて初速Ａまたは初速Ｂを設定するより、目標位置より手前でフォーカスレンズが減速できる範囲でできるだけ早い速度で駆動し、目標位置の直前で減速した方が、ＡＦ時間を短くできる。そのため、Ｓ３１２における駆動速度の減速が目標位置よりも手前の位置で実施可能な範囲で、できるだけ早い速度（例えば焦点評価値のサンプリング間隔が１０深度）となるように設定する。通常、初速Ｃは初速Ｂ（および初速Ａ）よりも大きい。また、Ｓ５０２の判定に用いる所定値は、初速Ａ〜初速Ｃに基づいてトータルのＡＦ時間が短くなるよう、例えば実験的に決定することができる。

初速Ｄはスキャン範囲が所定範囲以下である場合であり、できるだけ早くスキャン開始位置にフォーカスレンズを移動させた方が効率が良いため、例えばモータ１０５で実現可能な最高速を設定することができる。つまり、初速Ｄ≧初速Ｃ＞初速Ｂ＞初速Ａとなる。なお、Ｓ５０１の判定に用いる所定範囲は、初速Ａ〜初速Ｄに基づいてトータルのＡＦ時間が短くなるよう、例えば実施的に決定することができる。あるいは、初速Ｄでの焦点評価値のサンプリングが所定数（例えば１０）となる範囲で決定する。

（ピーク検出チェック）
図６は、図４のＳ４０８で実施するピーク検出チェックの詳細を示すフローチャートである。まず、Ｓ６０１でシステム制御部１１３は、現在までに初期フォーカス駆動のＳ４０６で取得した焦点評価値の最大値、最小値を求め、記憶する。Ｓ６０２でシステム制御部１１３は、詳細を後述する焦点評価値の勾配閾値であるSlopeThrの算出を行う。Ｓ６０３でシステム制御部１１３は、詳細を後述する焦点評価値の勾配検出を行う。Ｓ６０４でシステム制御部１１３は、今回取得した焦点評価値が、前回取得した焦点評価値に対して所定量以上増加しているかどうかを調べ、そうであれば処理をＳ６０５に進め、そうでなければ処理をＳ６１４に進める。

Ｓ６０５でシステム制御部１１３は、内部変数である減少回数を０にクリアする。Ｓ６０６でシステム制御部１１３は、内部変数である増加回数をインクリメント（＋１）する。Ｓ６０７でシステム制御部１１３は、増加回数が加減速判定閾値よりも多いかどうかを調べ、そうであれば処理をＳ６０８に進め、そうでなければ処理をＳ６１１に進める。Ｓ６０８でシステム制御部１１３は、焦点評価値の勾配がＳ６０２で算出したSlopeThr以上かどうかを調べ、そうであればＳ６０９でフォーカス設定速度を「低速」に設定し、そうでなければ処理をＳ６１０でフォーカス設定速度を「高速」に設定する。

Ｓ６１１でシステム制御部１１３は、ＦＡＳＴＡＦ判定を「ＯＫ」にする。Ｓ６１１でシステム制御部１１３は、ＦＡＳＴＡＦ判定を「ＮＧ」にする。Ｓ６１３でシステム制御部１１３は、内部変数であるピーク検出結果を「増加」として処理をＳ６２５に進める。

今回取得した焦点評価値が前回取得した焦点評価値に対して所定量以上増加していないとＳ６０４で判定された場合、Ｓ６１４でシステム制御部１１３は、今回取得した焦点評価値が前回取得した焦点評価値に対して所定量以上減少しているかどうかを調べる。システム制御部１１３は、今回取得した焦点評価値が前回取得した焦点評価値に対して所定量以上減少していれば処理をＳ６１５に進め、そうでなければ処理をＳ６２１に進める。

Ｓ６１５でシステム制御部１１３は、
・増加回数が１以上、
・今回取得した焦点評価値がＳ６０１で記憶した焦点評価値の最大値よりも所定割合以上減少、
・Ｓ６０１で記憶した焦点評価値の最大値と最小値の差が所定量以上、
・検出されたピーク位置が、今回までに取得している焦点評価値の最古もしくは最新のものに対応したものではない（取得した一連の焦点評価値列の端に対応した物ではない）
の全てを満たされていれば処理をＳ６２０に進め、そうでなければ処理をＳ６１６に進める。

Ｓ６１６でシステム制御部１１３は、増加回数を０にクリアする。Ｓ６１７でシステム制御部１１３は、減少回数をインクリメント（＋１）する。Ｓ６１８でシステム制御部１１３は、ＦＡＳＴＡＦ判定を「ＯＫ」にする。Ｓ６１９でシステム制御部１１３は、ピーク検出結果を「減少」として処理をＳ６２５に進める。また、Ｓ６２０でシステム制御部１１３は、ピーク検出結果を「ＯＫ」にして処理をＳ６２５に進める。

Ｓ６１４で、今回取得した焦点評価値が前回取得した焦点評価値に対して所定量以上減少していないと判定された場合、Ｓ６２１でシステム制御部１１３は、焦点評価値の変化がない回数が加減速判定閾値よりも多いかどうかを調べる。焦点評価値の変化がない回数が加減速判定閾値よりも多ければ、システム制御部１１３は処理をＳ６２２に進め、そうでなければ処理をＳ６２３に進める。Ｓ６２２でシステム制御部１１３は、フォーカス設定速度を「最高速」に設定する。Ｓ６２３でシステム制御部１１３は、ＦＡＳＴＡＦ判定を「ＯＫ」とする。Ｓ６２４でシステム制御部１１３は、ピーク検出結果を「変化なし」として処理をＳ６２５に進める。

Ｓ６２５でシステム制御部１１３は、設定されたフォーカス設定速度でフォーカスレンズを駆動するようＡＦ処理部１０６に通知し、処理をＳ４０９に進める。

このように初期フォーカス駆動を行うことにより、ＡＦスキャンの開始位置までフォーカスレンズ１０４を駆動する間に取得した焦点評価値の変化に基づいて、合焦すべき位置（目標位置）がフォーカスレンズ位置の近傍にあるかどうかを判断することができる。また、初期フォーカス駆動においても、フォーカスレンズ位置が目標位置から離れている場合は、フォーカスレンズを高速に駆動し、目標位置近傍では低速に駆動することで、無駄な駆動時間を短縮することができる。

（フォーカス速度の設定）
図７は、図３のＳ３０５で実行するフォーカス速度の設定の詳細を示すフローチャートである。まずＳ７０１でシステム制御部１１３は、ＦＡＳＴＡＦ判定が「ＯＫ」かどうかを調べ、そうであれば処理をＳ７０２に進め、そうでなければ処理をＳ７０８に進める。Ｓ７０８でシステム制御部１１３は、フォーカス設定速度を「低速」に更新して処理をＳ３０６に進める。

Ｓ７０２でシステム制御部１１３は、加速度センサ部１２１で検出したデジタルカメラ１の動き量が所定量以下かどうかを調べ、そうであれば処理をＳ７０３に進め、そうでなければ処理をＳ７０８に進める。これにより、デジタルカメラ１の動き量が所定量を超える場合には、フォーカス設定速度が「低速」に設定される。そのため、手ぶれにより撮像画像のコントラストが低下し、焦点評価値が変動した場合の、図３のＳ３０９、図６のＳ６０３で行う焦点評価値の勾配検出に対する影響を低減することができる。

Ｓ７０３でシステム制御部１１３は、動体検出部１２２で検出した被写体の動きが所定量よりも小さいかどうかを調べ、そうであれば処理をＳ７０４に進め、そうでなければ処理をＳ７０８に進める。Ｓ７０４でシステム制御部１１３は、例えば撮像画像の輝度情報から算出した被写体輝度が所定の範囲内かどうかを調べ、そうであれば処理をＳ７０５に進め、そうでなければ処理をＳ７０８に進める。

Ｓ７０５でシステム制御部１１３は、撮影レンズ１０１の現在の焦点距離が所定よりも長いかどうかを調べ、そうであれば処理をＳ７０６に進め、そうでなければ処理をＳ７０８に進める。Ｓ７０６でシステム制御部１１３は、現在の設定において焦点検出距離範囲が所定よりも広いかどうかを調べ、そうであれば処理をＳ７０７に進め、そうでなければ処理をＳ７０８に進める。

システム制御部１１３は、Ｓ７０７でフォーカス設定速度を「高速」に、Ｓ７０８でフォーカス設定速度を「低速」にそれぞれ設定し、処理をＳ３０６に進める。

（焦点評価値の勾配検出）
図８は、図３のＳ３０９、及び図６のＳ６０３で実行する焦点評価値の勾配検出の詳細を示すフローチャートである。
まずＳ８０１でシステム制御部１１３は、Ｓ３０８またはＳ４０７で今回取得したフォーカスレンズ位置をＰｏｓ１とする。Ｓ８０２でシステム制御部１１３は、Ｓ３０７またはＳ４０６で今回取得した焦点評価値をＴ１とする。Ｓ８０３でシステム制御部１１３は、Ｓ３０８またはＳ４０７で前回取得したフォーカスレンズ位置をＰｏｓ２とする。Ｓ８０４でシステム制御部１１３は、Ｓ３０７またはＳ４０６で前回取得した焦点評価値をＴ２とする。Ｓ８０５でシステム制御部１１３は、
焦点評価値の勾配＝(Ｔ１−Ｔ２）／｜Ｐｏｓ１−Ｐｏｓ２｜
を算出し、処理をＳ３１０またはＳ６０４に進める。

（焦点評価値の勾配閾値SlopeThrの算出）
図９は、図３のＳ３１０、図４のＳ４１２、図６のＳ６０２で実行する焦点評価値の勾配閾値SlopeThrの算出の詳細を示すフローチャートである。
まず、Ｓ９０１でシステム制御部１１３は、ＡＥ処理部１０３を通じて現在の絞り及びシャッター１０２の状態を調べ、現在の絞り値を取得する。Ｓ９０２でシステム制御部１１３は、Ｓ３０１で設定した焦点検出領域のサイズ（例えば水平方向および垂直方向の画素数）を取得する。

Ｓ９０３でシステム制御部１１３は、Ｓ３０１で設定した焦点検出領域に対応する画像信号からコントラスト値を取得する。ここで、コントラスト値は、Ｓ３０１で設定した焦点検出領域内の画像信号の輝度値の最大値と最小値の差分とする。これにより、被写体に合焦していなくても、焦点検出領域内の被写体のコントラストをある程度把握することができる。

Ｓ９０４でシステム制御部１１３は、Ｓ３０１で設定した焦点検出領域内の画像信号の空間周波数、例えば平均空間周波数を取得して処理をＳ９０５に進める。ここで、焦点検出領域内の空間周波数の取得方法は公知の方法を適用可能であるため詳細な説明は省略する。

Ｓ９０５でシステム制御部１１３は、現在のフォーカスレンズ駆動速度を取得する。
Ｓ９０６でシステム制御部１１３は、後述するＳ９０７でSlopeThrを算出するための基準となるSlopeThr0を決定する。ここで、SlopeThr0は、基準となる被写体やデジタルカメラの設定に基づいて決定することができる。また、用途によってSlopeThr0の決定の仕方を変えてもよい。例えば、図３のＳ３０３における初期フォーカス駆動では、後に行うＡＦスキャン動作時に焦点評価値のピークを検出できるように、焦点評価値のピークを過ぎた位置で減速されればよい。これに対し、ＡＦスキャン動作時には、焦点評価値のピークを過ぎる前に、ＡＦ精度を確保するために必要なフォーカスレンズ速度まで減速しなければならない。よって、ＡＦスキャン前の初期フォーカス駆動中であるＳ４１２またはＳ６０２で算出するSlopeThr0よりも、ＡＦスキャン動作中のＳ３１０で算出するSlopeThr0を小さくすることができる。

Ｓ９０７でシステム制御部１１３は、焦点評価値の勾配閾値であるSlopeThrを算出してＳ３１１、Ｓ４１３、Ｓ６０３のいずれかへ進む。ここで、SlopeThrは、例えば以下の計算式によって算出する。
SlopeThr = SlopeThr0 × MMP × WinSize × Freq / Speed / FNum
FNum：絞り値によって決まる係数（絞り値大であるほど焦点深度が深く、焦点評価値の変化がなだらかになるため、係数を小さくして正規化する）
MMP：焦点検出領域内のコントラストによって決まる係数（コントラスト大であるほど焦点評価値が大きくなるため係数も大きくする）
Freq：焦点検出領域内の周波数によって決まる係数（平均周波数が高いほど焦点評価値の変化が急峻となるため、係数も大きくする）
WinSize：焦点検出領域サイズによって決まる係数（サイズ大であるほど焦点評価値が大きくなるため係数も大きくする）
Speed：フォーカスレンズ速度によって決まる係数（速度が大きいほど時間あたりの焦点評価値の変化が大きくなるため、係数も大きくして正規化する）
具体的な係数は、例えば実験的に求めればよい。これにより、被写体やデジタルカメラの設定によって、フォーカスレンズ位置に対する焦点評価値の変化特性が異なる場合でも、焦点評価値のピークを適切に判断することができる。

本実施形態では、焦点評価値の勾配が焦点評価値の勾配閾値であるSlopeThr以上か否かにより、低速または高速の２値でフォーカスレンズの駆動を制御しているが、焦点評価値の勾配に応じてより細かく速度を制御してもよい。

以上説明したように本実施形態によれば、フォーカスレンズの初期駆動方向、撮影レンズの焦点距離、スキャン範囲などに応じてフォーカスレンズの初期駆動速度を変更することにより、ＡＦ動作に要する時間を短縮することができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介して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等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims

焦点評価値に基づいてフォーカスレンズを駆動する自動焦点検出装置であって、
前記フォーカスレンズの駆動を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、自動焦点検出動作の開始時に前記フォーカスレンズを予め設定されたスキャン範囲の端まで移動させる初期フォーカス駆動を行い、前記スキャン範囲で検出された前記焦点評価値のピークに対応する位置に前記フォーカスレンズを駆動するように構成され、
前記制御手段は、前記初期フォーカス駆動を開始する際の前記フォーカスレンズの駆動速度である初期駆動速度を、前記スキャン範囲が所定範囲以下である場合よりも前記所定範囲を超える場合の方が速くなるように設定し、
前記制御手段は、前記初期フォーカス駆動中に取得した前記焦点評価値の変化に基づいて、前記初期フォーカス駆動における前記フォーカスレンズの駆動速度を前記初期駆動速度から変更することを特徴とする自動焦点検出装置。
焦点評価値に基づいてフォーカスレンズを駆動する自動焦点検出装置であって、
前記フォーカスレンズの駆動を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、自動焦点検出動作の開始時に前記フォーカスレンズを予め設定されたスキャン範囲の端まで移動させる初期フォーカス駆動を行い、前記スキャン範囲で検出された前記焦点評価値のピークに対応する位置に前記フォーカスレンズを駆動するように構成され、
前記制御手段は、前記初期フォーカス駆動を開始する際の前記フォーカスレンズの駆動速度である初期駆動速度を、前記フォーカスレンズの駆動方向が遠端側である場合よりも近端側である場合の方が速くなるように設定するとともに、前記初期フォーカス駆動中に取得した前記焦点評価値の変化に基づいて、前記初期フォーカス駆動における前記フォーカスレンズの駆動速度を前記初期駆動速度から変更することを特徴とする自動焦点検出装置。
前記制御手段は、前記初期フォーカス駆動を開始する際の前記フォーカスレンズの位置が予め定めた位置よりも近端側であれば近端側に、そうでなければ遠端側に、前記フォーカスレンズの駆動方向を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の自動焦点検出装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の自動焦点検出装置と、
画像データを取得する撮像手段と、を有し、
前記焦点評価値が前記画像データに基づいて算出される、
ことを特徴とする撮像装置。
自動焦点検出装置の制御方法であって、
自動焦点検出動作の開始時に、フォーカスレンズを予め設定されたスキャン範囲の端まで移動させる初期フォーカス駆動を行うステップと、
前記スキャン範囲で検出された焦点評価値のピークに対応する位置に前記フォーカスレンズを駆動するステップと、を有し、
前記初期フォーカス駆動を行うステップが、
前記初期フォーカス駆動を開始する際の前記フォーカスレンズの駆動速度である初期駆動速度を、前記フォーカスレンズの駆動方向が遠端側である場合よりも近端側である場合の方が速くなるように設定するステップと、
前記初期フォーカス駆動中に取得した前記焦点評価値の変化に基づいて、前記初期フォーカス駆動における前記フォーカスレンズの駆動速度を前記初期駆動速度から変更するステップと、
を有することを特徴とする自動焦点検出装置の制御方法。
自動焦点検出装置の制御方法であって、
自動焦点検出動作の開始時に、フォーカスレンズを予め設定されたスキャン範囲の端まで移動させる初期フォーカス駆動を行うステップと、
前記スキャン範囲で検出された焦点評価値のピークに対応する位置に前記フォーカスレンズを駆動するステップと、を有し、
前記初期フォーカス駆動を行うステップが、
前記初期フォーカス駆動を開始する際の前記フォーカスレンズの駆動速度である初期駆動速度を、前記スキャン範囲が所定範囲以下である場合よりも前記所定範囲を超える場合の方が速くなるように設定するステップと、
前記初期フォーカス駆動中に取得した前記焦点評価値の変化に基づいて、前記初期フォーカス駆動における前記フォーカスレンズの駆動速度を前記初期駆動速度から変更するステップと、を有することを特徴とする自動焦点検出装置の制御方法。