JP6288968B2 - 自動焦点調整制御装置及びそれを有するレンズ装置、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、テレビレンズやビデオレンズ等の光学機器に使用される自動焦点調整制御装置に関し、特に、位相差検出方式の合焦状態検出手段を有するオートフォーカス機能を備えた光学機器に使用される自動焦点調整制御装置、及びそれを有するレンズ装置、撮像装置に関するものである。

従来、動画撮影において常に自動的に被写体に合焦させ続けるようにフォーカスレンズの位置を制御する自動焦点調整方法がある。（以下、フルタイムＡＦと呼ぶ）ただし、フルタイムＡＦでは、撮影条件によって撮影者が意図しない被写体に合焦してしまう場合がある。例えば、主被写体を撮影中に、合焦位置が背景に移動してしまう場合がある。このような問題を解決するために特許文献１は、被写体の移動に合わせてフォーカスレンズの駆動範囲に制限を設定し、制限範囲でのみフォーカスレンズを駆動する技術が開示されている。

特開２００８―１６４８３２号公報

撮影形態の一つとして、構図変更により合焦中の被写体から物体距離が異なる位置に存在する被写体に合焦させたい場合がある。しかしながら、特許文献１にて開示されている技術は、フォーカスレンズの駆動範囲を制限しているため、物体距離の異なる被写体に合焦させることが困難である。つまり、同一被写体に追従させることは可能だが、構図変更による被写体の変更に対応することが困難である。よって、構図変更によって被写体が変更された場合にも合焦させるために、駆動範囲の制限を設けない方法が考えられる。しかしながら、駆動範囲の制限を設けない方法だと構図変更に対応することが可能だが、撮影者が意図しない被写体に合焦してしまう可能性がある。そこで、複数の焦点検出センサを使用して、全ての焦点検出センサの蓄積完了を待ち、その検出結果から主被写体を選択する方法がある。焦点検出センサは対象とする被写体の輝度によって蓄積時間が異なり、輝度が低い被写体を対象とする焦点検出センサは他の焦点検出センサと比較して蓄積に時間がかかる。つまり、全ての焦点検出センサの蓄積完了を待つ方法だと主被写体以外の被写体に合焦することを低減でき、安定性が向上するが、必要以上の時間を要し、追従性が低下する。そこで、追従性向上のために最初に蓄積が完了した焦点検出センサの検出結果を採用し、他の焦点検出センサの蓄積を強制終了する方法が考えられる。しかし、最初に蓄積が完了した焦点検出センサを採用する方法では、構図変更にも対応でき、追従性も向上するが、背景に輝度の高い被写体が存在する場合、輝度の高い背景の被写体に合焦位置が移動してしまう可能性が考えられる。

図１５（ａ）に主被写体と複数の焦点検出センサで構成されたセンサ領域を示す。図１５（ａ）の内枠は焦点検出に使用するセンサ領域を設定するＡＦ枠、ＡＦ枠内の点線で区切られた３つの領域は各々センサ領域Ａ、Ｂ、Ｃを表す。図１５（ａ）は、主被写体に合焦しているとする。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に対して構図変更が行われて、背景に主被写体より輝度の高い被写体が存在した場合を示す。図１５（ｃ）に図１５（ｂ）の構図時のＡＦ処理のタイミングチャートを示す。図中の処理では、追従性向上のために最初に蓄積が完了したセンサ領域を採用して他のセンサ領域の蓄積を強制終了する場合を表す。時刻ｔ０にて、センサ領域Ａ、Ｂ、Ｃの蓄積を開始する。時刻ｔ１にて、センサ領域Ａの蓄積が完了したため、センサ領域Ｂ，Ｃの蓄積を強制終了する。最初に蓄積が完了したセンサ領域Ａの検出結果に基づいてデフォーカス量を演算し、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ目標位置を演算する。次にフォーカスレンズ目標位置に基づいてフォーカスレンズを駆動する。結果、主被写体ではない背景の被写体に合焦してしまう。この制御方法では、処理時間が短く追従性は高いが撮影者が意図しない被写体に合焦する場合があり、安定性が低下する。また、安定性向上のためにＡＦ枠内の全センサ領域の検出を行うと追従性が低下してしまう。

そこで、本発明の目的は、ＡＦ（自動焦点調整）の追従性と安定性との両立を可能とした自動焦点調整制御装置及びそれを有するレンズ装置、撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の自動焦点調整制御装置は、フォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、撮影画像の複数の領域それぞれに関して像信号対を取得する位相差検出方式の合焦状態検出手段と、を有するレンズ装置の自動焦点調整制御装置であって、前記合焦状態検出手段からの像信号対に基づいて演算されたデフォーカス量及び前記フォーカスレンズの位置に基づいて、該フォーカスレンズの目標位置を算出し、前記複数の領域のうちの１つに関して、算出された前記目標位置が有効範囲内に収まっている場合、前記複数の領域のうちの全てに関して前記目標位置が算出されていなくても、該目標位置に基づいて前記フォーカスレンズ駆動手段に指令を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、ＡＦ（自動焦点調整）の追従性と安定性との両立が可能な自動焦点調整制御装置及びそれを有するレンズ装置、撮像装置を提供することが可能となる。

第１実施例の自動焦点調整制御装置の構成図 第１実施例のフローチャート 第１実施例を適用した場合の、（ａ）撮影映像とセンサ領域、（ｂ）タイミングチャート 第２実施例の構成図 第２実施例のフローチャート 第２実施例の閾値演算フローチャート 第３実施例の構成図 第３実施例のフローチャート 第３実施例の優先順位判定フローチャート 第３実施例のタイミングチャート 第４実施例の被写体とセンサ領域（構図１、２） 第４実施例の構成図 第４実施例のフローチャート 第４実施例のセンサ領域予測フローチャート 従来例の、（ａ、ｂ）撮影映像とセンサ領域（構図１、２）、（ｃ）タイミングチャート

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本実施例における自動焦点調整制御装置１１５、及びそれを有するレンズ装置１００、撮像装置３００の構成を図１に示す。以下の説明では、本発明を分かり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略した。

レンズ装置１００はフォーカスレンズ１０１を有し、光軸方向に移動してレンズ装置１００の結像面の位置を変化させる。

フォーカスレンズ１０１には、フォーカスモータ１０２が接続されている。フォーカスモータ１０２はフォーカスドライバ１０３によって駆動され、フォーカスレンズ１０１を光軸方向に移動させる。フォーカスモータ１０２とフォーカスドライバ１０３でフォーカスレンズ駆動手段を構成する。フォーカスレンズ１０１の位置は、フォーカスレンズ位置検出部１０４によって検出される。

ズームレンズ１０５は光軸方向に移動してレンズ装置１００の焦点距離を変化させる。ズームレンズ１０５は、ズームモータ１０６が接続されている。ズームモータ１０６はズームドライバ１０７によって駆動され、ズームレンズ１０５を光軸方向に移動させる。ズームモータ１０６とズームドライバ１０７でズームレンズ駆動手段を構成する。ズームレンズ１０５の位置は、ズームレンズ位置検出部１０８によって検出される。

可動絞り１０９には、アイリスモータ１１０が接続されている。アイリスモータ１１０はアイリスドライバ１１１によって駆動され、可動絞り１０９を駆動する。アイリスモータ１１０とアイリスドライバ１１１でアイリス駆動手段を構成する。可動絞り１０９の位置（開度）は、アイリス位置検出部１１２によって検出される。

分光プリズム１１３は、フォーカスレンズ１０１とズームレンズ１０５を透過した光を２つの光束に分光する。分光プリズム１１３を透過した一方の光束はリレーレンズ１２６を通って、レンズ装置１００に接続されたカメラ装置２００内の撮像素子１２７に入射し、撮像素子１２７はレンズ装置１００を介した被写体光を受光する。また、分光プリズム１１３で反射された他方の光束は、位相差検出方式の焦点検出部１１４に入射する。焦点検出部１１４は位相差検出レンズと位相差検出センサで構成され、位相差検出レンズによって分光された２つの光束により形成された一対の像（２像）を位相差センサにて光電変換する。位相差検出センサは、撮影画像を複数に分割した領域ごとに一対の像信号を出力するように構成されている。

レンズ制御部１１５は、例えばマイコンであり、フォーカスレンズ駆動手段、ズームレンズ駆動手段、アイリス駆動手段を制御する。

信頼性判定部１１６は焦点検出部１１４にて光電変換された撮影光束の一部である一対の像信号（像信号対）の信頼性を判定する。ここで一対の像信号（像信号対）の信頼性とは、対応する像の相関性の程度を示すものであり、同じ被写体に対する像であるか、或いは、同じ被写体の像であっても位相差を精度良く検出できる程度に波形が適当かどうかを評価するものである。すなわち、信頼性が高いとは、一対の像信号は同じ被写体に対する像信号である可能性が高く、波形の形状も位相差を正確に評価しやすい状態であることを示す。信頼性が低いとは、一対の像信号は同じ被写体に対する像信号である可能性が低い或いは焦点検出に供するための信号としては不適切である、ことを示すものである。

信頼性データ選択部１１７は信頼性判定部１１６にて信頼性が高いと判定された一つまたは複数の像信号対の中からデフォーカス量を演算するための像信号対を選択する。

デフォーカス量演算部１１８では、信頼性判定部１１６または、信頼性データ選択部１１７からの情報である一対の像信号の位相差を演算して所定の被写体に対するデフォーカス量を演算する。

フォーカスレンズ目標位置演算部１１９では、デフォーカス量演算部１１８で演算されたデフォーカス量及びフォーカスレンズ位置検出部１０４の位置情報からフォーカスレンズ目標位置を演算する。

フォーカスレンズ駆動速度設定部１２０はフォーカスレンズ目標位置演算部１１９にて演算されたフォーカスレンズ目標位置及び、応答速度設定部１２５からの情報に基づいてフォーカスレンズ１０１を駆動する速度を設定する。

閾値設定部（閾値設定手段）１２１は現在の合焦位置に対して、次回のフォーカスレンズ目標位置の差分量の有効範囲として、閾値を光軸方向に前後の幅で設定する。

閾値判定部１２２はフォーカスレンズ目標位置演算部１１９にて演算されたフォーカスレンズ目標位置が閾値設定部１２１にて設定された閾値内に収まっているか判定する。

蓄積指令部（蓄積指令手段）１２３は閾値判定部１２２の判定結果に基づいて、焦点検出部１１４に対して、ＡＦ枠設定部１２４にて設定されたＡＦ枠内のセンサの蓄積の継続及び終了を指令する。

ＡＦ枠設定部１２４は例えばスイッチであり、焦点検出部１１４のセンサの内、焦点検出に使用するセンサ領域を設定するＡＦ枠を設定する。

応答速度設定部１２５は例えばボリュームスイッチであり、フォーカスレンズ１０１の駆動速度及び、ＡＦ枠内の全センサの蓄積の終了後に最終的なＡＦ判定を行うか等ＡＦ処理の応答速度を決めるパラメータを設定する。

以上、説明した構成において図２の第１実施例のフローチャート、図３（ａ）の第１実施例を適用した場合の撮影映像とＡＦ枠及び図３（ｂ）の第１実施例のタイミングチャートを使用して詳細に説明する。

図２のフローチャートはＡＦが開始された時に処理を始める。
まず、ステップＳ２０１では、応答速度設定部１２５で設定されたＡＦ処理の応答速度を取得する。続いて、ステップＳ２０２で、ＡＦ枠設定部１２４にて設定されたＡＦ枠内の全センサの蓄積を開始する。ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２にて蓄積を開始したセンサの内、蓄積が完了したセンサの有無を判定する。蓄積が完了したセンサがある場合は、ステップＳ２０４へ進む。蓄積が完了したセンサがない場合は、ステップＳ２０３へ戻り、いずれかのセンサが蓄積完了するまで待つ。

ステップＳ２０４では、焦点検出部１１４にて光電変換された撮影光束の一部である一対の像信号の信頼性を判定する。判定方法は、一対の像信号の相関が高い信号は信頼性が高いと判定する。具体的な処理内容は本発明に関係しないので、詳細な説明は省略する。

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４にて判定された一対の像信号の信頼性が高いか判定する。一対の像信号の信頼性が高い場合は、ステップＳ２０６へ進む。一方、一対の像信号の信頼性が低い場合は、ステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５にて信頼性が高いと判定された一対の像信号を記憶する。

ステップＳ２０７では、ステップＳ２０１にて取得した応答速度が規定値以下か判定する。応答速度が規定値以下の場合（ＡＦ判定を高速で実施する必要がない設定の場合）は、ステップＳ２０８へ進む。一方、応答速度が規定値より大きい場合（ＡＦ判定を高速で実施する設定の場合）は、ステップＳ２１３へ進む。

ステップＳ２０８では、ＡＦ枠設定部１２４にて設定されたＡＦ枠内の全センサ（自動焦点調整の対象となる全ての領域の位相差検出センサ）の蓄積が終了したか判定する。ＡＦ枠内の全センサの蓄積が終了した場合は、ステップＳ２０９へ進む。一方、ＡＦ枠内の全センサの蓄積が終了していない場合は、ステップＳ２０３へ戻る。

ステップＳ２０９では、ステップＳ２０６にて記憶した信頼性の高い１以上の像信号対の中からデフォーカス量を演算する信号を選択する。選択方法としては、例えば、記憶した信号の中で最も信頼性の高い信号、２像の波形の形状の一致度が最も高い信号、を選択することができる。

ステップＳ２１０では、ステップＳ２１０にて選択する像信号対があったか否かを判定する。選択する信号があった場合は、ステップＳ２１１へ進む。選択する信号が無かった場合は、ステップＳ２０１へ戻る。

ステップＳ２１１では、ステップＳ２０９にて選択された一対の像信号の位相差を演算し、デフォーカス量を演算する。ステップＳ２１２では、ステップＳ２１１にて演算されたデフォーカス量及び、フォーカスレンズ位置検出部１０４から取得した現在のフォーカスレンズ位置から、フォーカスレンズ目標位置を演算する。

ステップＳ２１３では、ステップＳ２０５にて信頼性が高いと判定された一対の像信号の位相差を演算し、デフォーカス量を演算する。

ステップＳ２１４では、ステップＳ２１３にて演算されたデフォーカス量及び、フォーカスレンズ位置検出部１０４から取得した現在のフォーカスレンズ位置から、フォーカスレンズ目標位置を演算する。

ステップＳ２１５では、ステップＳ２１４にて演算したフォーカスレンズ目標位置が閾値設定部１２１にて設定された閾値内に収まっているか判定する。閾値内の場合は、ステップＳ２１６へ進む。閾値外の場合は、ステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２１６では、ＡＦ枠設定部１２４にて設定されたＡＦ枠内の全センサの蓄積を強制終了する。

ステップＳ２１７では、ステップＳ２１２または、ステップＳ２１４にて演算されたフォーカスレンズ目標位置及び、ステップＳ２０１にて取得した応答速度に基づいてフォーカスレンズ駆動速度をテーブルから読みだして（或いは計算で求めてもよい）設定する。

ステップＳ２１８では、ステップＳ２１７にて設定した駆動速度でフォーカスレンズを駆動する。

ステップＳ２１９では、ステップＳ２１２または、ステップＳ２１４にて演算したフォーカスレンズ目標位置に対して、次回のフォーカスレンズ目標位置の差分量の有効範囲として、閾値を設定する。例えば、フォーカスレンズ目標位置に対して物体距離で、光軸方向に前後で５ｍと設定する。

以上、一連の流れでフォーカスレンズ目標位置を演算してフォーカスレンズを駆動する。

図３（ａ）に被写体とＡＦセンサ、図３（ｂ）に図３（ａ）の構図時に第１実施例を適用したタイミングチャートを示す。図３（ａ）は、図１５（ｂ）と同様な構図であり、図１５（ａ）から構図変更したとする。また、主被写体より輝度の高い被写体が背景に存在している。更に、図１５（ａ）の時点では主被写体に合焦しているとして、主被写体位置に基づいて閾値が設定されているとする。図３（ｂ）の時刻ｔ０にて、センサ領域Ａ，Ｂ，Ｃの蓄積を開始する。時刻ｔ１にて、センサ領域Ａの蓄積が完了する。次にセンサ領域Ａの検出結果について、デフォーカス量を演算してフォーカスレンズ目標位置を演算する。時刻ｔ２にて、演算したフォーカスレンズ目標位置が閾値内に収まっているか判定する。図３（ａ）の場合、センサ領域Ａの検出結果は背景の被写体であるため、前回の合焦位置に対して閾値以上離れていると判定される。よって時刻ｔ２にて、センサ領域Ｂ，Ｃの蓄積を継続する。時刻ｔ３にて、センサ領域Ｂの蓄積が完了する。次にセンサ領域Ｂの検出結果について、デフォーカス量を演算してフォーカス目標位置を演算する。時刻ｔ４にて、演算したフォーカス目標位置が閾値内に収まっているか判定する。図３（ａ）の場合、センサ領域Ｂは主被写体に対して蓄積を行っている。よって、センサ領域Ｂの検出結果は閾値内と判定されるので、時刻ｔ４にて、センサ領域Ｃの蓄積を強制終了する。次に、センサ領域Ｂの検出結果によって演算されたフォーカスレンズ目標位置に向けてフォーカスレンズを駆動する。よって、従来例では追従性向上のために最初に蓄積が完了したセンサ領域の検出結果を採用することで、輝度の高い被写体が存在する場合、撮影者が意図しない被写体に合焦する場合があった。しかし、本発明では、前回の合焦位置に対して閾値を設け、閾値内に収まっている被写体に対するセンサ領域の蓄積が完了した時点で他のセンサ領域の蓄積を強制終了することで、追従性と安定性の両立を可能とした。また、安定性をより重視する場合は、応答速度設定手段の設定によってＡＦ枠内の全センサの蓄積の完了を待ってから検出結果を選択することも可能である。

本実施例では、ＡＦ枠はＡＦ枠設定部１２４をスイッチとしたが、十字キーやジョイスティックとしても本発明の効果を得ることができる。また、被写体の位置に基づいてＡＦ枠を自動的に設定しても本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、閾値をフォーカスレンズ目標位置に対して設定したが、これに限らない。例えば、一対の像信号のピーク位置の差を示すプレディクション値、デフォーカス量、被写体距離等を、フォーカスレンズ位置に代えて使用しても本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、閾値の値を光軸方向に前後で５ｍと設定したが、任意に変更しても本発明の効果を得ることができる。また、レンズ装置１００または、レンズ装置１００の外部にスイッチ等の外部入力手段（閾値変更手段）を設けて、使用者が閾値を任意に変更できるようにしても本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、フォーカスレンズ位置検出部１０４、ズームレンズ位置検出部１０８及び、アイリス位置検出部１１２を構成したが、これらを構成しないとしても本発明の効果を得ることができる。例えば、各々にステッピングモータを使用してステップ数で、フォーカスレンズ１０１、ズームレンズ１０５及び、可動絞り１０９位置を把握することが可能である。

本実施例では、分光プリズム１１３を使用して光束を分光したが、分光プリズム１１３を構成しなくても本発明の効果を得ることができる。例えば、撮像素子に位相差検出レンズと位相差検出センサを構成する。
これらは以降の実施例でも同様である。

第２実施例に係る自動焦点調整制御装置について説明する。
第１実施例に対する本実施例の自動焦点調整制御装置の最も特徴的な部分は、被写体の状態（静体、動体、移動方向、速度）に応じて閾値を設定することにある。

以下の説明では、本発明を分かり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略した。
本実施例における自動焦点調整制御装置の構成を図４に示す。図１に示す第１実施例と同様な構成については説明を省略し、第１実施例とは異なる部分について説明する。

被写体速度演算部４００は焦点検出部１１４が焦点検出に要した時間及び、フォーカスレンズ目標位置演算部１１９からの情報に基づいて被写体の光軸方向における移動速度を演算する。

閾値演算部４０１は被写体速度演算部４００にて演算された被写体移動速度に基づいて閾値を演算する。

以上、説明した構成について図５に示す第２実施例のフローチャート、図６に示す閾値演算フローチャートを使用して詳細に説明する。
図５に第２実施例のフローチャートを示す。

ステップＳ５０１では、焦点検出部１１４が焦点検出に要した時間、フォーカスレンズ目標位置及び、不図示の目標位置記憶手段に記憶されている少なくとも一つ以上前のフォーカスレンズ目標位置に基づき、式（１）を使用して光軸方向の被写体速度を演算する。
Ｖ ＝ （ｆctrl ｆctrl０） / Ｔ・・・・・・・・・・（１）
ここで、Ｖは被写体速度（遠距離側に移動する方向を正とする）を、ｆctrlはフォーカスレンズ目標位置を、ｆctrl０は少なくとも一つ以上前のフォーカスレンズ目標位置を示す。また、Ｔはフォーカスレンズ目標位置ｆctrlを演算してから前記少なくとも一つ以上前のフォーカスレンズ目標位置ｆctrl０を演算するまでに経過した時間を表す。すなわち、光軸方向の被写体速度Ｖは、フォーカスレンズ目標位置の履歴と、フォーカスレンズ目標位置が演算された時間の履歴とに基づいて演算される。

ステップＳ５０２では、ステップＳ５０１にて演算した被写体速度に基づいて閾値を演算する。
ここで、図６にステップＳ５０２の閾値演算処理の具体的な内容を示す。

ステップＳ６０１では、ステップＳ５０１にて演算された被写体速度Ｖに基づいて被写体が動体か静体か判定する。判定方法は、例えば、被写体速度Ｖの絶対値が５ｋｍ/ｈ以上なら動体と判定する。被写体が動体の場合は、ステップＳ６０２へ進む。一方、被写体が静体の場合は、ステップＳ６０７へ進む。

ステップＳ６０２では、被写体の移動方向を判定する。判定方法は、例えば、被写体移動速度Ｖの符号で判定する。被写体移動速度Ｖが正の場合は、遠方（レンズ装置から離れる方向）に移動していると判定して、ステップＳ６０３へ進む。一方、被写体移動速度Ｖが負の場合は、至近（レンズ装置に近づく方向）と判定して、ステップＳ６０５へ進む。

ステップＳ６０３では、変数Θ前に任意の値α１を代入する。
ステップＳ６０４では、変数Θ後に任意の値β１を代入する。α１≦β１とする。
ステップＳ６０５では、変数Θ前に任意の値α２を代入する。
ステップＳ６０６では、変数Θ後に任意の値β２を代入する。α２≧β２とする。
ステップＳ６０７では、変数Θ前に任意の値α３を代入する。
ステップＳ６０８では、変数Θ後に任意の値β３を代入する。
変数Θ前は合焦位置から至近側（レンズ装置側）を、変数Θ後は合焦位置から遠方側に対する閾値を表す。
ステップＳ２１９では、ステップＳ５０２にて演算された変数Θ前及び、変数Θ後を閾値として設定する。

以上、一連の流れで被写体の状態に応じて閾値を変更する。例えば、被写体が移動していてレンズ装置に近づいてくる場合、Θ前をΘ後より広い値にすることで、背景へ合焦位置が移動することを低減することが可能となる。更に、被写体の移動方向の閾値が広く設定されるので追従性向上が可能となる。つまり、主被写体が閾値外となる事を抑制できる。また、被写体が静止している場合は、今後、遠方側または、至近側どちらに移動しても対応できるためにΘ前とΘ後を同じ値に設定することが好ましい。更に、Θ前とΘ後をより小さな値に設定することで合焦位置の移動を低減することが可能となる。

ステップＳ６０１では、被写体が動体か静体か判定する基準を被写体移動速度Ｖの絶対値が５ｋｍ/ｈ以上なら動体としたが、５ｋｍ/ｈ以上に限らない。例えば、０ｋｍ/ｈより大きい場合は、動体と判定しても本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、α１、α２、α３、β１、β２、β３を任意の値としたが、被写体の移動速度に応じて変更することでより本発明の効果を得ることができる。具体的には、被写体が高速で遠方側に移動している場合は、β１の値を大きくする。また、被写体距離に応じて、α１、α２、α３、β１、β２、β３の値を変更しても本発明の効果を得ることができる。また、ズームレンズ位置に応じて、α１、α２、α３、β１、β２、β３の値を変更しても本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、遠距離側に移動する方向を正とするとしたが、至近側に移動する方向を正としても本発明の効果を得ることができる。
これらは以降の実施例でも同様である。

第３実施例に係る自動焦点調整制御装置について説明する。

第１及び、第２実施例に対する本実施例の自動焦点調整制御装置の最も特徴的な部分は、センサ領域にデフォーカス量演算に供する優先順位を設定することにある。優先順位の高いセンサ領域について優先的にデフォーカス量の演算を行う。また、優先順位が規定値以上高いセンサ領域の蓄積が完了した場合は、他のセンサ領域の蓄積を強制終了する。例えば、レンズ制御部１１５が、蓄積完了したセンサ領域からの一対の像信号を取得しようと焦点検出部１１４にアクセスした時に、同時に３つのセンサ領域の蓄積が完了していた場合を考える。この時、３つのセンサ領域の検出結果を同時に平行して演算することができればセンサ領域の処理順序を考慮することなく迅速に演算することができる。しかし、演算装置によっては平行して演算できず、一つのセンサ領域ごとに順番に計算しなければならない場合も考えられる。この場合、３つのセンサ領域の検出結果を一つずつ順番に計算すると、単純には平行計算する場合に比べて３倍の時間が必要となる。そこで、３つのセンサ領域の中で、検出結果が採用される可能性の高い（優先順位が高く設定されている）センサ領域から計算を行い、フォーカスレンズの駆動に供するデフォーカス値として採用できる演算結果が得られた場合は、残りのセンサ領域について計算を行わない。つまり、本実施例では、少なくとも一つ以上前にＡＦ演算サイクルにおいてフォーカス駆動に供したフォーカス値を取得したセンサ領域に基づいてセンサ領域に優先順位を設定し、優先順位に基づいてセンサ領域の演算を実施する。また、高い優先順位が設定されたセンサ領域の蓄積が完了した場合には、主被写体に対するデフォーカス量が検出されたと見なすことができるため、その他のセンサ領域の電荷蓄積を強制終了する。これにより、更にＡＦの処理速度を速くすることが可能となる。結果としてＡＦの追従性を向上させることができる。

以下の説明では、本発明を分かり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略した。
本実施例における自動焦点調整制御装置の構成を図７に示す。図１に示す第１実施例及び、図４に示す第２実施例と同様な構成については説明を省略し、第１実施例及び、第２実施例とは異なる部分について説明する。

優先順位判定部７００は焦点検出部１１４の各センサ領域の優先順位を判定する。
優先順位設定部７０１は焦点検出部１１４の各センサ領域の優先順位を設定する。

以上、説明した構成について図８に示す第３実施例のフローチャート、図９に示す優先順位判定フローチャート、図１０第３実施例のタイミングチャートを使用して詳細に説明する。

図８に第３実施例のフローチャートを示す。
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０１にて取得した応答速度が規定値以下か判定する。応答速度が規定値以下の場合（ＡＦ判定を高速で実施する必要がない設定の場合）は、ステップＳ２０８へ進む。一方、応答速度が規定値より大きい場合（ＡＦ判定を高速で実施する設定の場合）は、ステップＳ８０１へ進む。

ステップＳ８０１では、ステップＳ２０５にて信頼性が高いと判定された一対の像信号を検出したセンサ領域の優先順位判定を行う。

ステップＳ２１５では、ステップＳ２１４にて演算したフォーカスレンズ目標位置が閾値設定部１２１にて設定された閾値内に収まっているか判定する。閾値内の場合は、ステップＳ２１６へ進む。閾値外の場合は、ステップＳ８０２へ進む。

ステップＳ８０２では、ステップＳ８０１にて複数の検出結果の内、後回しデータとして保持されている検出結果があるか判定する。後回しデータがある場合は、ステップＳ２１３へ戻る。後回しデータがない場合は、ステップＳ２０８へ進む。尚、後回しデータに関しては後述する。

本実施例においては、ステップＳ２１８でフォーカスレンズを駆動し、ステップＳ２１９において閾値を設定した後、ステップＳ８０３に進み、ＡＦ枠内の各センサ領域に対して優先順位を設定する。優先順位設定の方法としては、フォーカスレンズの駆動目標位置として採用したフォーカスレンズ目標位置を演算する際に使用した、一対の像信号を検出したセンサ領域の優先順位を高く設定する。ステップＳ８０３の処理の後は、ステップＳ２０１に戻り、一連の処理を繰り返し行う。

図９にステップＳ８０１の優先順位判定のフローチャートを示す。
まず、ステップＳ９０１では、ステップＳ２０２にて蓄積が完了したと判定されたセンサ領域が複数あるか判定する。蓄積が完了したセンサ領域が複数ある場合は、ステップＳ９０２へ進む。一方、蓄積が完了したセンサ領域が一つの場合は、ステップＳ９０４へ進む。

ステップＳ９０２では、蓄積が完了した複数のセンサ領域の優先順位を比較し、各センサ領域の検出結果に対して演算する順番を決める。

ステップＳ９０３では、ステップＳ９０２にて優先順位を比較した結果、最初に演算する検出結果以外を後回しデータとして優先順位に従って保持する。

ステップＳ９０４では、ステップＳ９０２にて最初に演算すると判定された検出結果または、ステップＳ９０１にて検出結果が一つと判定された場合は、該検出結果の優先順位が規定値以上か判定する。優先順位が規定値以上の場合は、ステップＳ９０５へ進む。一方、優先順位が規定値に満たなかった場合は、優先順位判定処理を終了する。

ステップＳ９０５では、ステップＳ９０４にて優先順位が規定値以上と判定されたので、ＡＦ枠内の全センサの蓄積を強制終了する。

以上、説明した一連の流れで、蓄積が完了したセンサ領域の優先順位判定を行い、優先順位の高いセンサ領域を優先的に演算する。

図１０に図３（ｂ）と同様に図１５（ａ）から図３（ａ）に構図変更した場合に本実施例を適用したタイミングチャートを示す。本実施例を説明する上で、以下で説明する時刻ｔ０以前において、図１５（ａ）の構図時にセンサ領域Ｂの検出結果を採用したとしてセンサ領域Ｂの優先順位を高く設定してあるものとする。

時刻ｔ０にて、ＡＦ枠内のセンサ領域Ａ，Ｂ，Ｃの蓄積を開始する。時刻ｔ１に、レンズ制御部１１５が焦点検出部１１４の蓄積完了データを取得しにいったときに、センサ領域Ａの蓄積が完了していたので、優先順位判定部７００は時刻ｔ１から優先順位判定を行う。その結果、時刻ｔ１の時点で蓄積が完了したセンサ領域はＡのみ、且つセンサ領域Ａの優先順位が高く設定されていないのでセンサ領域Ｂ，Ｃの蓄積を終了させることなく、時刻ｔ２からセンサ領域Ａの検出結果について、デフォーカス量を演算してフォーカス目標位置を演算する。時刻ｔ３にて、演算したフォーカス目標位置が閾値内に収まっているかの判定結果が、閾値内に収まっていないのでセンサ領域Ｂ，Ｃの蓄積を強制終了させることなく継続する。

時刻ｔ４に、レンズ制御部１１５が焦点検出部１１４の蓄積完了データを取得しにいったときに、センサ領域Ｂ，Ｃの蓄積が完了していた。蓄積完了していたセンサ領域が複数あるので、ステップＳ８０１の優先順位判定処理を実施し、センサ領域Ｂ，Ｃの優先順位を比較する。図１５（ａ）の構図時にセンサ領域Ｂの優先順位を高く設定していたので、センサ領域Ｂを最初に演算すると判定する。また、センサ領域Ｃは後回しデータとして保持し、センサ領域Ｂの優先順位が規定値より高いので他のセンサ領域の蓄積を強制終了する。次に、時刻ｔ５から、センサ領域Ｂの検出結果について、デフォーカス量を演算してフォーカス目標位置を演算し、演算したフォーカス目標位置が閾値内に収まっているか判定する。結果、閾値内に収まっているため、時刻ｔ６から、センサ領域Ｂの検出結果によって演算さえたフォーカスレンズ目標位置に向けてフォーカスレンズを駆動する。よって、複数のセンサ領域の蓄積が同時に完了した場合、優先順位付けによって演算する順番を決めることで、一つずつ順番に演算する場合に比べて、フォーカスレンズを駆動するまでの処理時間を短縮することが可能となる。また、センサ領域Ａの優先順位が規定値以上の場合は、時刻ｔ２の時点で他のセンサ領域の蓄積を強制終了するので、より処理時間を短縮することが可能となり、追従性向上が可能となる。

本実施例では、採用したフォーカスレンズ目標位置を演算する際に使用した、一対の像信号を検出したセンサ領域の優先順位を高く設定したが、レンズ装置または、外部に入力手段（優先順位変更手段）を設けて使用者が各センサ領域に優先順位を設定しても本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、第１実施例の構成に優先順位判定部７００及び、優先順位設定部７０１を加えて構成したが、第２実施例の構成に加えて構成しても本発明の効果を得ることができる。
これらは、以降の実施例でも同様である。

第４実施例に係る自動焦点調整制御装置について説明する。

第１、第２及び、第３実施例に対する本実施例の自動焦点調整制御装置の最も特徴的な部分は、主被写体を検出したセンサ領域の軌跡（履歴）に応じて、次回、主被写体を検出する可能性の高いセンサ領域を予測し、予測したセンサ領域の優先順位を高く設定することにある。図１１（ａ）に主被写体とセンサ領域、図１１（ｂ）に、図１１（ａ）の所定時間経過後の次の構図を示す。図１１（ａ）はＡＦ枠内に９つのセンサ領域を有し、センサ領域Ｂ１が主被写体を検出したことを表す。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の構図に対して、被写体が移動または、レンズ装置のパンが行われた時の構図を示す。図中、センサ領域Ｂ２が主被写体に対して検出を行うことが分かる。つまり、図１１（ａ）から図１１（ｂ）の構図にかけて被写体を検出しているセンサ領域がＢ１からＢ２へ変わったことが分かる。よって、さらに所定時間経過後の次回の検出時にはセンサ領域Ｂ３が主被写体に対して検出を行う可能性が高いと予測することが可能である。よってセンサ領域Ｂ３の優先順位を高く設定する。

以下の説明では、本発明を分かり易くするために本発明の主要な部位のみ図示し、本発明の特徴ではない部位は省略した。
本実施例における自動焦点調整制御装置の構成を図１２に示す。図１に示す第１実施例、図４に示す第２実施例及び、図７に示す第３実施例と同様な構成については説明を省略し、第１、第２及び、第３実施例とは異なる部分について説明する。

センサ領域予測部１２００（予測手段）は、主被写体を検出したセンサ領域の軌跡（履歴）を記憶し、記憶された軌跡（履歴）から次回、主被写体を検出する可能性が高いセンサ領域を予測する。

以上、説明した構成について図１３に示す第４実施例のフローチャート及び、図１４に示す第４実施例のセンサ領域予測フローチャートを使用して詳細に説明する。また、本実施例では、図１１（ａ）及び、図１１（ｂ）の示すＡＦ枠内のセンサ領域に基づいて説明する。

図１３に第４実施例のフローチャートを示す。
本実施例では、ステップＳ２１８でフォーカスレンズを駆動し、ステップＳ２１９において閾値を設定した後、ステップＳ１３０１に進み、主被写体を検出したセンサ領域の軌跡から次回、主被写体を検出する可能性の高いセンサ領域を予測し、ステップＳ８０３に進む。

ステップＳ８０３では、ステップＳ１３０１にて次回、主被写体を検出する可能性が高いと予測されたセンサ領域の優先順位を高く設定する。

図１４にステップＳ１３０１のセンサ領域予測のフローチャートを示す。
ステップＳ１４０１では、ステップＳ２１８にてフォーカスレンズを駆動する際に採用したセンサ領域を識別する番号を取得し、変数Ｎnowに格納する。図１１（ｂ）の場合、Ａ１等の縦軸と横軸でそれぞれ表される番号とし、変数ＮnowにＢ２を格納する。
ステップＳ１４０２では、変数Ｎ１に変数Ｎnowを代入する。

ステップＳ１４０３では、前回、採用したセンサ領域を識別する番号を格納した変数Ｎ0と変数Ｎnowを比較してＡＦ枠内のセンサ領域においてセンサ番号が縦方向に移動したか判定する。センサ番号が上方向に移動した場合は、ステップＳ１４０４へ進む。センサ番号が下方向に移動した場合は、ステップＳ１４０６へ進む。一方、センサ番号の縦方向の移動が無かった場合は、ステップＳ１４０８へ進む。図１１（ａ）及び、（ｂ）の場合、センサ番号Ｂ１からセンサ番号Ｂ２へ採用したセンサ領域を識別する番号が移動しているので、縦方向の移動は無いと判定してステップＳ１４０８へ進む。

ステップＳ１４０４では、変数Ｎ１の縦方向を識別する番号がＡＦ枠内の上限に達しているか判定する。上限に達している場合は、ステップＳ１４０８へ進む。一方、上限に達していない場合は、ステップＳ１４０５へ進む。図１１（ａ）及び、（ｂ）の場合、センサ領域の縦方向の上限はＡとなる。

ステップＳ１４０５では、変数Ｎ１の縦方向の番号をデクリメントする。図１１（ａ）及び、（ｂ）の場合、縦方向の番号はＡ，Ｂ，Ｃで表されるので、ＢをデクリメントするとＡに、インクリメントするとＣになるとする。

ステップＳ１４０６では、変数Ｎ１の縦方向を識別する番号がＡＦ枠内の下限に達しているか判定する。下限に達している場合は、ステップＳ１４０８へ進む。一方、下限に達していない場合は、ステップＳ１４０７へ進む。図１１（ａ）及び、（ｂ）の場合、センサ領域の縦方向の下限はＣとなる。
ステップＳ１４０７では、変数Ｎ１の縦方向の番号をインクリメントする。

ステップＳ１４０８では、前回、採用したセンサ領域を識別する番号を格納した変数Ｎ0と変数Ｎnowを比較してＡＦ枠内のセンサ領域においてセンサ番号が横方向に移動したか判定する。センサ番号が左方向に移動した場合は、ステップＳ１４０９へ進む。センサ番号が右方向に移動した場合は、ステップＳ１４１０へ進む。一方、センサ番号の横方向の移動が無かった場合は、ステップＳ１４１３へ進む。図１１（ａ）及び、（ｂ）の場合、センサ番号Ｂ１からセンサ番号Ｂ２へ採用したセンサ領域を識別する番号が移動しているので、横方向の移動は右と判定してステップＳ１４１０へ進む。

ステップＳ１４０９では、変数Ｎ１の横方向を識別する番号がＡＦ枠内の左限に達しているか判定する。左限に達している場合は、ステップＳ１４１３へ進む。一方、左限に達していない場合は、ステップＳ１４１１へ進む。図１１（ａ）及び、（ｂ）の場合、センサ領域の横方向の左限は１となる。
ステップＳ１４１１では、変数Ｎ１の横方向の番号をデクリメントする。

ステップＳ１４１０では、変数Ｎ１の横方向を識別する番号がＡＦ枠内の右限に達しているか判定する。右限に達している場合は、ステップＳ１４１３へ進む。一方、右限に達していない場合は、ステップＳ１４１２へ進む。図１１（ａ）及び、（ｂ）の場合、センサ領域の横方向の右限は３となり、Ｎ１はＢ２なのでステップＳ１４１２へ進む。
ステップＳ１４１２では、変数Ｎ１の横方向の番号をインクリメントする。

ステップＳ１４１３では、前回、採用したセンサ領域を識別する番号を格納する変数Ｎ0に今回、採用したセンサ領域番号を識別する番号を格納している変数Ｎnowを代入する。

以上、説明したセンサ領域予測フローチャートにて予測した変数Ｎ１にて識別されるセンサ領域の優先順位を高く設定する。

以上、一連の流れで採用したセンサ領域の軌跡に基づいて次回、主被写体を検出する可能性の高いセンサ領域を予測し、予測したセンサ領域の優先順位を高く設定する。よって、次回、主被写体を検出する可能性の高いセンサ領域を優先的に演算するので、演算処理の高速化と追従性向上が可能となる。

本実施例では、予測したセンサ領域の優先順位を高く設定したが、予測したセンサ領域及び、前回採用したセンサ領域両方の優先順位を高く設定しても本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、センサ領域の予測に前回と今回採用したセンサ領域に基づいて予測したが、少なくとも一つ以上前に採用したセンサ領域と今回採用したセンサ領域に基づいて予測しても本発明の効果を得ることができる。また、前回と今回採用したセンサ領域の二つに基づいて予測を行ったが、予測処理に使用するセンサ領域は二つ以上としても本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、センサ領域を識別する番号を縦方向及び、横方向を用いて行ったが、センサ領域を識別すること且つ、センサ領域の配置関係を認識することができればこれに限らない。例えば、センサ領域を識別する番号を縦横方向関係なく通し番号とし、番号毎の配置関係をテーブル等で認識する方法でも本発明の効果を得ることができる。

本実施例では、次回、主被写体を検出する可能性が高いと予測されるセンサ領域は、今回採用したセンサ領域を識別する番号に対して一つインクリメント及び、デクリメントを行い予測したが、二つ以上としても本発明の効果を得ることができる。例えば、今回採用したセンサ領域の横方向の番号が前回採用したセンサ領域の横方向の番号に対して３つ増えていた場合、予測するセンサ領域の横方向の番号は、今回採用したセンサ領域の横方向の番号に対して３つインクリメントした値とする。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ ：レンズ装置
１０１ ：フォーカスレンズ
１０３ ：フォーカスレンズ駆動手段
１０４ ：フォーカスレンズ位置検出手段
１１４ ：焦点検出部
１１５ ：レンズ制御部
１１９ ：フォーカスレンズ目標位置演算部
１２３ ：蓄積指令部

Claims (15)

1. フォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、撮影画像の複数の領域それぞれに関して像信号対を取得する位相差検出方式の合焦状態検出手段と、を有するレンズ装置の自動焦点調整制御装置であって、
   前記合焦状態検出手段からの像信号対に基づいて演算されたデフォーカス量及び前記フォーカスレンズの位置に基づいて、該フォーカスレンズの目標位置を算出し、
   前記複数の領域のうちの１つに関して、算出された前記目標位置が有効範囲内に収まっている場合、前記複数の領域のうちの全てに関して前記目標位置が算出されていなくても、該目標位置に基づいて前記フォーカスレンズ駆動手段に指令を行う、
   ことを特徴とする自動焦点調整制御装置。
2. 前記目標位置が前記有効範囲内に収まっているかは、前記一対の像信号のピーク位置の差、デフォーカス量、被写体距離、前記フォーカスレンズの位置のうちいずれかに基づいて判定することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点調整制御装置。
3. 前記有効範囲の閾値を変更する閾値変更手段を有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整制御装置。
4. 前記合焦状態検出手段からの前記像信号対の相関性に基づき該像信号対の信頼性を判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動焦点調整制御装置。
5. 前記目標位置の履歴と、前記目標位置が算出された時間の履歴とに基づいて、光軸方向の被写体速度を演算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自動焦点調整制御装置。
6. 前記被写体速度に基づいて前記有効範囲の閾値を設定する閾値設定手段を有することを特徴とする請求項５に記載の自動焦点調整制御装置。
7. 前記複数の領域に対して優先順位を設定し、
   前記優先順位に従って前記目標位置を算出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の自動焦点調整制御装置。
8. 前記複数の領域のうち前記目標位置の算出に使用された領域の優先順位を高く設定することを特徴とする請求項７に記載の自動焦点調整制御装置。
9. 前記優先順位を変更する優先順位変更手段を有することを特徴とする請求項７に記載の自動焦点調整制御装置。
10. 前記複数の領域のうち前記目標位置の算出に使用した領域の履歴に基づき、前記目標位置の算出に次に使用する領域を予測し、
    予測された前記次に使用する領域に基づいて前記優先順位を設定する、
    ことを特徴とする請求項７に記載の自動焦点調整制御装置。
11. 前記複数の領域のうちの電荷蓄積が完了した領域の優先順位が規定値以上である場合は、前記複数の領域のうちの残る全ての領域に対して電荷蓄積の終了を指令することを特徴とする請求項７に記載の自動焦点調整制御装置。
12. 前記複数の領域のうちの焦点検出に使用する領域を設定する設定手段を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の自動焦点調整制御装置。
13. 自動焦点調整制御の応答速度を設定する応答速度設定手段を有し、
    設定された前記応答速度が規定値以下である場合は、前記複数の領域のうちの全ての領域に関して電荷蓄積が終了した後に、前記目標位置を算出することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の自動焦点調整制御装置。
14. フォーカスレンズと、前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動手段と、前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段と、撮影画像の複数の領域それぞれに関して像信号対を取得する位相差検出方式の合焦状態検出手段と、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の自動焦点調整制御装置と、を有することを特徴とするレンズ装置。
15. 請求項１４に記載のレンズ装置と、該レンズ装置からの光が入射するする撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。

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