(57)【要約】【課題】焦点位置調整装置およびカメラにおいて、簡素な構成により焦点位置調整時間を短縮することができるようにする。【解決手段】焦点位置調整装置１１０は、被写体からの光を結像するレンズ１ａと、被写体の像を、少なくとも２つの異なる波長または波長帯域の光を撮像面で光電変換して、少なくとも可視領域画像信号２００ａ、赤外領域画像信号２０１ａを生成する撮像素子２および撮像制御部３と、撮像面に対して、レンズ１ａを光軸に沿う方向に移動させる焦点位置移動機構５と、生成された可視領域画像信号２００ａ、赤外領域画像信号２０１ａに基づいて、それぞれの波長または波長帯域での合焦状態を評価する合焦状態評価部と、合焦状態評価部の評価結果に基づいて、焦点位置移動機構５を駆動する移動制御部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を結像する撮影光学系と、
該撮影光学系により結像される前記被写体の像を、少なくとも２つの異なる波長または波長帯域の光を撮像面で光電変換して、少なくとも第１および第２の画像信号を生成する撮像部と、
該撮像部の前記撮像面に対して、前記撮影光学系を光軸に沿う方向に移動させる焦点位置移動機構と、
前記撮像部によって生成された少なくとも前記第１および第２の画像信号に基づいて、それぞれの波長または波長帯域での合焦状態を評価する合焦状態評価部と、
該合焦状態評価部の評価結果に基づいて、前記焦点位置移動機構を駆動する移動制御部とを備えることを特徴とする焦点位置調整装置。
【請求項２】
前記撮像部は、
前記第１の画像信号として、可視領域光を光電変換した画像信号を生成し、
前記第２の画像信号として、赤外領域光を光電変換した画像信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の焦点位置調整装置。
【請求項３】
前記撮像部は、
光電変換を行う撮像素子と、
該撮像素子と、前記撮影光学系との間の光路上で、前記撮影光学系からの光の波長選択を行う波長選択手段とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の焦点位置調整装置。
【請求項４】
前記撮像部は、
互いに相対波長感度が異なる第１および第２の受光部を有する撮像素子を備え、
前記第１および第２の受光部のいずれか一方は、前記少なくとも２つの異なる波長または波長帯域の光のうち、いずれか１つの波長または波長帯域の光に対して、より大きな相対感度を有し、
前記第１および第２の受光部のいずれか一方によって、前記いずれか１つの波長または波長帯域の光を光電変換して、前記第１または第２の画像信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点位置調整装置。
【請求項５】
前記合焦状態評価部は、
前記少なくとも２つの異なる波長または波長帯域における前記撮影光学系のデフォーカス特性のデータを記憶するデータ記憶部を備え、
該データ記憶部に記憶された前記デフォーカス特性のデータに基づいて、前記第１および第２の画像信号から前記合焦状態の評価を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の焦点位置調整装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の焦点位置調整装置を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点位置調整装置およびカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等においてオートフォーカスを行う焦点位置調整装置では、撮像レンズの焦点状態を検出する際、例えば、山登り制御方式と呼ばれる方式や、ＴＴＬ（Through The Lens）位相差方式などを用いて焦点位置調整を行っている。
山登り制御方式とは、撮像レンズの位置を光軸に沿う方向に移動させながら、撮像素子から画像信号を取得し、その画像信号の合焦評価値の変化における最大ピーク値を探索し、この最大ピーク値が得られる撮像レンズ位置を、合焦位置と判定する方式である。合焦評価値としては、例えば、フォーカスエリア内のコントラスト値などが用いられる。
また、ＴＴＬ位相差方式とは、撮像レンズの瞳を一対の領域に分割して、分割された瞳領域を通過する光束が形成する一対の像の相対的な位置変化を検出することによって撮像レンズの焦点状態を評価し、合焦位置を探索する方式である。
例えば、特許文献１には、レンズを１ステップずつ移動させながら、このレンズを介してセンサ回路に入力された画像信号をもとに評価値データを算出し、この評価値データの大きさから合焦位置の特定を行う山登り制御方式による焦点位置調整を行うオートフォーカス装置が記載されている。
特許文献１では、電源投入時にレンズ原点位置を検出し、レンズを至近側の特定位置に移動させて、この至近側の特定位置から望遠側に向けて逐次レンズを移動させて山登り方式によるオートフォーカスを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２１５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の焦点位置調整装置には、以下のような問題があった。
ＴＴＬ位相差方式を採用する焦点位置調整装置では、山登り制御方式に比べて高速に焦点位置調整を行うことができるものの、撮影レンズ透過後の光束を分割する光学系と分割後の光束の位置検出を行う光センサとを配置する必要がある。このため、部品点数および部品配置スペースが増大するため、低コスト化、小型化が難しいという問題がある。特に、コンパクトカメラや携帯電話の内蔵カメラなどには、不向きな装置構成となる。
一方、山登り制御方式では、簡素な構成により焦点位置調整を行えるものの、１ステップずつ移動して、画像信号を取得しながら、合焦位置を超える位置まで移動し、さらにレンズを原点位置に復帰して再度合焦位置に移動するため、高速のオートフォーカスを行うことができないという問題がある。
特許文献１に記載の技術によれば、原点位置の復帰時間を短縮し、至近側の画像に対するフォーカス時間は短縮するため、従来の山登り制御方式よりは、ある程度、オートフォーカス時間を短縮することができるものの、望遠側の画像が多い場合には時間短縮の効果が低くなるという問題がある。また、合焦位置を検出してから、フォーカス位置に向かって検出方向と逆方向に戻って合焦位置に移動するため、移動方向による位置誤差が発生しやすいという問題もある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成により焦点位置調整時間を短縮することができる焦点位置調整装置およびカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、被写体からの光を結像する撮影光学系と、該撮影光学系により結像される前記被写体の像を、少なくとも２つの異なる波長または波長帯域の光を撮像面で光電変換して、少なくとも第１および第２の画像信号を生成する撮像部と、該撮像部の前記撮像面に対して、前記撮影光学系を光軸に沿う方向に移動させる焦点位置移動機構と、前記撮像部によって生成された少なくとも前記第１および第２の画像信号に基づいて、それぞれの波長または波長帯域での合焦状態を評価する合焦状態評価部と、該合焦状態評価部の評価結果に基づいて、前記焦点位置移動機構を駆動する移動制御部とを備える構成とする。
この発明によれば、撮像部によって、少なくとも２つの異なる波長または波長帯域の光を光電変換して、少なくとも第１および第２の画像信号を生成する。そして、合焦状態評価部により、撮像部によって生成された少なくとも第１および第２の画像信号に基づいて、それぞれの波長または波長帯域での合焦状態を評価する。そして、移動制御部により、合焦状態評価部の評価結果に基づいて、焦点位置移動機構を駆動することで、撮影光学系の焦点位置調整を行うことができる。
第１および第２の画像信号は、２つの異なる波長または波長帯域による焦点状態の情報を含んでいるため、撮影光学系の色収差を考慮してこれらの合焦状態を比較することで、合焦位置からの距離を評価することができる。
本明細書では、「少なくとも２つの異なる波長または波長帯域の光」とは、少なくとも２つの異なる波長の光、または、少なくとも２つの異なる波長帯域の光を意味する。「異なる波長帯域」は、互いの波長帯域が重複しない場合に限定されず、一方の波長帯域が他方の波長帯域の一部または全部を包含する場合も含まれるものとする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の焦点位置調整機構において、前記撮像部は、前記第１の画像信号として、可視領域光を光電変換した画像信号を生成し、前記第２の画像信号として、赤外領域光を光電変換した画像信号を生成する構成とする。
この発明によれば、第１の画像信号として可視領域光を光電変換した画像信号を、第２の画像信号として赤外領域光を光電変換した画像信号を、それぞれ生成するので、可視領域光および赤外領域光のいずれか一方に対して収差補正された撮影光学系を用いることにより、可視領域光および赤外領域光のいずれか他方に対する色収差が顕著になるため、合焦状態の違いを容易に検出することができる。このため、従来用いられる汎用的な撮影光学系を用いて焦点位置調整を高精度に行うことができる。
また、一般にＣＣＤなどの汎用的な撮像素子は、赤外領域光にも感度を有しているため、撮像部を安価に構成することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の焦点位置調整装置において、前記撮像部は、光電変換を行う撮像素子と、該撮像素子と、前記撮影光学系との間の光路上で、前記撮影光学系からの光の波長選択を行う波長選択手段とを備える構成とする。
この発明によれば、撮像素子と撮影光学系との間の光路上に配置された波長選択手段を用いて、撮像素子に到達する光の波長選択を行うため、波長感度が同一の受光部を並べた撮像素子であっても、第１および第２の画像信号を容易に生成することができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の焦点位置調整装置において、前記撮像部は、
互いに相対波長感度が異なる第１および第２の受光部を有する撮像素子を備え、前記第１および第２の受光部のいずれか一方は、前記少なくとも２つの異なる波長または波長帯域の光のうち、いずれか１つの波長または波長帯域の光に対して、より大きな相対感度を有し、前記第１および第２の受光部のいずれか一方によって、前記いずれか１つの波長または波長帯域の光を光電変換して、前記第１または第２の画像信号を生成する構成とする。
この発明によれば、第１および第２の受光部のいずれか一方によって、少なくとも２つの異なる波長または波長帯域の光のうち、いずれか１つの波長または波長帯域の光を光電変換して、第１または第２の画像信号を生成することができる。このため、少なくとも第１および第２の受光部のいずれか一方は、例えば、フィルタなどによって波長選択を行うことなく、したがって光量損失することなく、いずれか１つの波長または波長帯域の光による第１または第２の画像信号を生成することができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の焦点位置調整装置において、前記合焦状態評価部は、前記少なくとも２つの異なる波長または波長帯域における前記撮影光学系のデフォーカス特性のデータを記憶するデータ記憶部を備え、該データ記憶部に記憶された前記デフォーカス特性のデータに基づいて、前記第１および第２の画像信号から前記合焦状態の評価を行う構成とする。
この発明によれば、データ記憶部に撮影光学系のデフォーカス特性のデータを記憶しておくので、合焦状態を迅速に評価することができる。また、複数のデフォーカス特性のデータをデータ記憶部に記憶しておいたり、必要に応じて、デフォーカス特性データをデータ記憶部に記憶させることで、例えば、撮影光学系が交換されたり、撮影光学系の焦点距離を可変したりする場合でも、それぞれに対応した焦点位置調整を行うことができる。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、カメラにおいて、請求項１〜５のいずれかに記載の焦点位置調整装置を備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜５のいずれかに記載の焦点位置調整装置を備えるので、請求項１〜５のいずれかに記載の発明と同様の作用を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の焦点位置調整装置およびカメラによれば、少なくとも２つの異なる波長または波長帯域の光を用いて合焦状態を評価することによって焦点位置調整を行うので、簡素な構成により焦点位置調整時間を短縮することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置を備えるカメラの概略構成を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置に用いる撮影光学系の色収差について説明するグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置に用いる撮像素子の撮像エリアについて説明する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置に用いる撮像素子の合焦状態評価エリアおよび合焦状態非評価エリアの単位受光部の配列を示す模式的な部分拡大図である。
【図５】図４（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置の焦点位置と合焦評価値との関係を示す模式的なグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置のオートフォーカス制御のフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施形態の変形例に係る焦点位置調整装置に用いる撮像素子の合焦状態評価エリアの単位受光部の配列を示す模式的な部分拡大図、およびそのＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る焦点位置調整装置の焦点位置と合焦評価値の比との関係を示す模式的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置について、それを備えるカメラとともについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置を備えるカメラの概略構成を示す模式的な断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置に用いる撮影光学系の色収差について説明するグラフである。横軸は横倍率、縦軸は光束のＲＭＳ値を示す。図３は、本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置に用いる撮像素子の撮像エリアについて説明する模式図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置に用いる撮像素子の合焦状態評価エリアおよび合焦状態非評価エリアの単位受光部の配列を示す模式的な部分拡大図である。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図４（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図６は、本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置の制御手段の機能構成を示す機能ブロック図である。図７は、本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置の焦点位置と合焦評価値との関係を示す模式的なグラフである。横軸は光軸に沿う方向の位置、縦軸は合焦評価値を示す。
【００１６】
本実施形態の焦点位置調整装置は、例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置に好適に用いることができるものである。また、例えば、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants、個人用携帯端末）などといったカメラ付情報機器などにも好適に用いることができる。
以下では、図１に示すように、一例として、一般撮影用途のコンパクトデジタルカメラであるカメラ１００において焦点位置調整を行う焦点位置調整装置１１０の場合の例で説明する。本実施形態のカメラ１００は、被写体を可視光領域で撮影するためものである。
【００１７】
カメラ１００の概略構成は、カメラ筐体７に、撮影レンズユニット１、撮像素子２、焦点位置移動機構５、液晶モニタ６、リリーススイッチ８、撮像制御部３、赤外領域光源１０、および焦点位置制御部４などが配置されてなる。
このうち、焦点位置調整装置１１０は、撮像素子２、撮像制御部３、焦点位置移動機構５、および焦点位置制御部４に含まれる後述の合焦状態評価部４０と移動制御部４３とから構成される。
【００１８】
撮影レンズユニット１は、被写体からの光を撮像素子２の撮像面に結像する撮影光学系であるレンズ１ａが、レンズ鏡筒１ｂに収められてなる。レンズ鏡筒１ｂは、カメラ筐体７に設けられた焦点位置移動機構５によって、光軸Ｏに沿って移動可能に保持されている。
なお、図１は模式図のため、レンズ１ａを単レンズのように描いているが、レンズ１ａは単レンズに限定されず、レンズ群からなっていてもよい。
また、レンズ１ａは、被写体の像を撮像素子２上に適宜倍率で結像することができれば、適宜のレンズを採用することができる。例えば、固定焦点レンズであってもよいし、可変焦点レンズであってもよい。
また、本実施形態では、撮影レンズユニット１は、カメラ１００本体に組み込まれており、交換可能には設けられていないが、例えば、カメラ１００本体に交換マウントなどを設けて、着脱可能および交換可能に設けてもよい。この場合、交換レンズの種類は、交換マウントに撮影レンズユニット１を装着することによって、後述する撮像制御部３が識別できるようになっている。
【００１９】
レンズ１ａの収差は、本実施形態では、一般的なカメラ用レンズと同様に、可視領域光において良好となるように補正されている。このため、可視領域光以外の波長領域の光、例えば赤外領域光や紫外領域光などでは色収差を有している。
図２に、レンズ１ａの色収差による焦点位置ずれの一例を示す。図２は、焦点距離１４．２５ｍｍのレンズ１ａの撮像面Ｍに対する焦点位置を、無限遠から至近位置の中間状態であるＭＧ＝−０．０３３の位置に合わせたときに、至近位置から無限遠まで物体撮影を試みた際の被写体からの光束の広がり径をＲＭＳ値でプロットしたものである。ここで、横軸は、物体距離に対応する横倍率ＭＧで表している。すなわち、ＭＧ＝０は物体距離が無限遠であることを表し、ＭＧが負側で絶対値が大きくなるほど至近位置に近づくことを意味する。
曲線３００は、可視領域光である波長５４６．０７ｎｍの場合、曲線３０１は、赤外領域光である波長９００ｎｍ場合の変化をそれぞれ示す。
レンズ１ａは、無収差レンズではないので、波長に応じて有限の広がりを有する。そのため、曲線３００、３０１は、いずれも、谷底部が湾曲した全体としてＶ字状の変化を示し、それぞれのＲＭＳ値は、横倍率ＭＧ＝−０.０３８、ＭＧ＝−０.０２２で最小値となる極値をとる。これらの極値は、それぞれの焦点位置に対応している。波長９００ｎｍの極値と、波長５４６．０７ｎｍの極値とは、Δ＝０.０１６だけずれており、波長５４６．０７ｎｍの光の結像位置に対して、波長９００ｎｍの光の結像位置が、像側に０.１９０ｍｍずれることが分かる。
また、光束径のＲＭＳ値が大きいほど、像がぼけるためコントラストが低くなることを意味する。
【００２０】
撮像素子２は、複数の単位受光部が配置され、レンズ１ａを通して結像される光の像を各単位受光部ごとに光電変換して、撮像信号を生成するものであり、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどを採用することができる。
本実施形態では、図３に示すように、矩形状の撮像エリアＰ内に単位受光部ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４からなる画素Ｐｉが、撮影画素数に応じた数だけ格子状に配列されている。
本実施形態では、単位受光部は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、可視領域光のカラー画像を撮影するため、光の三原色であるＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各色成分をそれぞれ受光するＲ光受光部２０Ｒ、Ｇ光受光部２０Ｇ、Ｂ光受光部２０Ｂを備える。また、焦点位置調整に用いる撮像信号を取得するため、赤外領域（ＩＲ）光を受光するＩＲ光受光部２０ＩＲを備える。
【００２１】
撮像エリアＰは、図３に示すように、中央部に、被写体の撮影用の撮像信号を取得するとともに合焦状態の評価に用いる撮像信号をも取得する合焦状態評価エリア２０ａが設けられている。そして、合焦状態評価エリア２０ａ以外の領域は、被写体の撮影用の撮像信号のみを取得する合焦状態非評価エリア２０ｂとされる。
本実施形態では、合焦状態評価エリア２０ａは、撮像エリアＰの中央の円状の領域としているが、例えば、矩形状や多角形状などの他の形状の領域としてもよい。設定位置は、中央には限定されないが、より良好な合焦精度を得るためには、レンズ１ａの収差が良好に補正された撮像エリアＰの中央の領域が好ましい。
【００２２】
合焦状態評価エリア２０ａでは、各画素Ｐｉは、図４（ａ）に示すように、単位受光部ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４が、それぞれＲ光受光部２０Ｒ、Ｇ光受光部２０Ｇ、ＩＲ光受光部２０ＩＲ、Ｂ光受光部２０Ｂから構成されている。
また、合焦状態非評価エリア２０ｂでは、各画素Ｐｉは、図４（ｂ）に示すように、単位受光部ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４が、それぞれＲ光受光部２０Ｒ、Ｇ光受光部２０Ｇ、Ｇ光受光部２０Ｇ、Ｂ光受光部２０Ｂから構成されている。
合焦状態非評価エリア２０ｂにおける単位受光部の配列は、ベイヤ配列ＲＧＧＢとして知られる配列であり、合焦状態評価エリア２０ａにおける単位受光部の配列は、ベイヤ配列において、Ｇ光受光部２０ＧをＩＲ光受光部２０ＩＲに置換した、配列ＲＧ（ＩＲ）Ｂなる配列になっている。
【００２３】
撮像素子２の断面構成は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、電源線や撮像信号を転送する回路が形成された回路基板２ｃと、受光部２ｂ、およびカバーガラス２ａが層状に配置されている。
受光部２ｂは、光電変換を行うセンサ部分であり、可視領域および赤外領域の波長光に感度を有する。そして、各画素Ｐｉにおける各単位受光部ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４の配列に対応して、回路基板２ｃ上に格子状に配列されている。各受光部２ｂの受光面は、一平面に整列され、撮像面Ｍを形成している。
各受光部２ｂ上には、Ｒ光受光部２０Ｒ、Ｇ光受光部２０Ｇ、Ｂ光受光部２０Ｂ、ＩＲ光受光部２０ＩＲのエリアに応じて、入射光の波長選択を行うＲフィルタ２Ｒ、Ｇフィルタ２Ｇ、Ｂフィルタ２Ｂ、ＩＲフィルタ２ＩＲが、形成されている。
Ｒフィルタ２Ｒ、Ｇフィルタ２Ｇ、Ｂフィルタ２Ｂは、それぞれ、光の三原色であるＲ光、Ｇ光、Ｂ光の波長帯域の光のみをそれぞれ透過させるものである。
ＩＲフィルタ２ＩＲは、少なくとも後述する赤外領域光源１０の波長光を含み、受光部２ｂに感度を有する赤外領域光のみを透過させて波長選択を行うものである。
また、特に図示しないが、同様に、合焦状態非評価エリア２０ｂの各受光部２ｂ上には、Ｒ光受光部２０Ｒ、Ｇ光受光部２０Ｇ、Ｂ光受光部２０Ｂのエリアに応じて、入射光の波長選択を行うＲフィルタ２Ｒ、Ｇフィルタ２Ｇ、Ｂフィルタ２Ｂが形成されている。
【００２４】
焦点位置移動機構５は、撮影レンズユニット１のレンズ鏡筒１ｂをレンズ１ａの光軸Ｏに沿って移動可能に保持し、撮像制御部３および焦点位置制御部４からの制御信号に応じて、撮像面Ｍに対してレンズ１ａの焦点位置を移動させるものである。
焦点位置移動機構５としては、本実施形態では、特に図示しないが、ステッピングモータなどの回転力をボールネジなどの直動機構に伝達してレンズ鏡筒１ｂを光軸Ｏに沿って移動させる機構を採用している。この他にも、アクチュエータやリニアモータなどの周知の直動機構を適宜採用することができる。
【００２５】
液晶モニタ６は、撮像素子２によって撮像された画像や、カメラ１００の操作や設定を行う操作画面などを表示する表示部である。
リリーススイッチ８は、シャッタを開放するための操作スイッチであり、撮像制御部３に電気的に接続されている。そして、リリーススイッチ８は、例えば、半押し操作によってオートフォーカス動作を行う制御信号を撮像制御部３に送出する。
【００２６】
撮像制御部３は、カメラ１００の装置動作全般を制御するものである。そして、例えば、ボタン、スイッチ、ダイヤルなどからなる操作部（不図示）、液晶モニタ６、焦点位置移動機構５、撮像素子２、リリーススイッチ８、焦点位置制御部４、撮像素子２、および赤外領域光源１０などと電気的に接続されている。
撮像制御部３は、例えば、以下のような動作を行うことができるようになっている。
すなわち、操作部からの操作入力を受け付け、それら操作入力に基づいて撮像動作を制御したり、液晶モニタ６に撮像された画像を表示したり、操作画面の表示を行ったりする。
また、焦点位置移動機構５を制御して撮影レンズユニット１を光軸Ｏに沿う方向に移動させる。本実施形態のカメラ１００では、電源が投入されると、撮像制御部３によって、焦点位置移動機構５を駆動し、撮影レンズユニット１の光軸Ｏに沿う方向の位置を初期化する。本実施形態では、撮影レンズユニット１を、無限遠の被写体に対する焦点面の位置が撮像面Ｍに一致する位置に移動させる。以下ではこの初期化された位置を基準位置と称する。
また、リリーススイッチ８からのオートフォーカス動作を行う制御信号に基づいて、赤外領域光源１０を発光させる。
赤外領域光源１０は、被写体の像を赤外領域光によって撮像するために、受光部２ｂが感度を有する赤外領域光を発生する光源である。
赤外領域光の波長域は、７００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の範囲が好ましい。このような波長範囲であれば、汎用の電子撮像装置に用いる撮像素子の受光感度が十分にあり、特別な改良を施すことなくオートフォーカスを実施することができるため好ましい。
本実施形態では、一例として、波長９００ｎｍのＬＥＤ光源を備える。
【００２７】
また、撮影レンズユニット１が交換可能に設けられている場合には、撮影レンズユニット１にはレンズ１ａの光学特性を特定するための識別情報が読取可能に設けられており、撮像制御部３は、交換マウントに装着された撮影レンズユニット１からこの識別情報を読み取ることによって、レンズ１ａの光学特性を特定できるようになっている。識別情報は、例えば、カメラ１００内に設けられた不図示の光学センサなどを用いて読み取ってもよいし、交換マウントの接点を介して電気的に読み取ってもよい。あるいは、識別情報を記憶したＩＣチップなどを撮影レンズユニット１に設け、このＩＣチップと通信を行って読み取ってもよい。
【００２８】
また、撮像制御部３は、撮像素子２で光電変換された撮像信号を、必要に応じてノイズ除去処理やシェーディング補正処理などを行い、Ａ／Ｄ変換して画像信号を取得し、画像記憶部９（図６参照）に記憶させる。画像記憶部９に記憶された画像信号から、焦点位置調整を行うための可視領域画像信号２００ａ（第１の画像信号）および赤外領域画像信号２０１ａ（第２の画像信号）と、合焦後の被写体の像である撮影画像信号２０２とを生成できるようになっている。
【００２９】
生成された可視領域画像信号２００ａおよび赤外領域画像信号２０１ａは、これらの画像信号の生成時のレンズ１ａの種類や焦点距離などを特定するレンズ情報信号２２０とともに、焦点位置制御部４に送出される。レンズ情報信号２２０は、例えば、レンズ１ａが可変焦点レンズの場合は、操作部によって設定された焦点距離の情報である。また、レンズ１ａが交換レンズの場合には、さらに、撮影レンズユニット１から読み取ったレンズ１ａの識別情報が含まれる。
ただし、レンズ情報信号２２０は、レンズ１ａが固定焦点レンズでかつ交換レンズでない場合には、省略することができる。
【００３０】
生成された撮影画像信号２０２は、液晶モニタ６に送出されて表示されるとともに、画像記憶部９に送出されて画像記憶部９に保存される
【００３１】
可視領域画像信号２００ａ、赤外領域画像信号２０１ａは、いずれも、リリーススイッチ８からのオートフォーカス動作を行う制御信号を検出したときに、撮像素子２の合焦状態評価エリア２０ａの各画素Ｐｉの画像信号に基づいて生成され、画像記憶部９に記憶される。
可視領域画像信号２００ａは、合焦状態評価エリア２０ａの各画素Ｐｉ内のＲ光受光部２０Ｒ、Ｇ光受光部２０Ｇ、Ｂ光受光部２０Ｂの受光輝度の和から生成されるものである。そのため、可視領域画像信号２００ａは、可視領域光のモノクロ輝度を表している。
赤外領域画像信号２０１ａは、合焦状態評価エリア２０ａの各画素Ｐｉ内のＩＲ光受光部２０ＩＲの受光輝度から生成されるものである。
【００３２】
撮影画像信号２０２は、焦点位置制御部４によって合焦状態と評価された場合に、合焦状態評価エリア２０ａの各画素Ｐｉ内のＲ光受光部２０Ｒ、Ｇ光受光部２０Ｇ、Ｂ光受光部２０Ｂの受光輝度に基づいた可視領域光の色分解信号と、合焦状態非評価エリア２０ｂの各画素Ｐｉ内のＲ光受光部２０Ｒ、２つのＧ光受光部２０Ｇ、Ｂ光受光部２０Ｂの受光輝度に基づいた可視領域光の色分解信号とを合わせたものである。
ただし、Ｇ光受光部２０Ｇの輝度については、合焦状態評価エリア２０ａでは、そのままの輝度を採用し、合焦状態非評価エリア２０ｂでは、２つのＧ光受光部２０Ｇの平均輝度を採用する。
【００３３】
このような撮像制御部３の装置構成は、適宜の制御回路を備えるハードウェアのみで構成されていてもよいが、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェースを有するコンピュータを備えてなる。そして、このコンピュータによりそれぞれの制御機能に対応するプログラムを実行するようにしている。
【００３４】
撮像素子２および撮像制御部３は、レンズ１ａにより結像される被写体の像を、２つの異なる波長帯域の光を光電変換して、可視領域画像信号２００ａおよび赤外領域画像信号２０１ａを生成する撮像部を構成している。
【００３５】
焦点位置制御部４は、図６に示すように、合焦状態評価部４０、データ記憶部４１、および移動制御部４３からなる。
【００３６】
合焦状態評価部４０は、撮像制御部３によって生成された可視領域画像信号２００ａおよび赤外領域画像信号２０１ａに基づいて、それぞれの波長帯域での合焦状態を評価するものである。
本実施形態では、可視領域画像信号２００ａ、および赤外領域画像信号２０１ａに画像処理を施して、それぞれから合焦評価値を演算するようにしている。
合焦評価値は、合焦状態評価エリア２０ａ内の画像信号を変数とし、合焦状態で最大または最小の極値を示す評価値であれば、いかなる評価値を採用してもよい。例えば、画像の高周波成分の大きさや、輝度の大きさや、点像強度分布（PSF）などの合焦評価値を採用することができる。
【００３７】
合焦状態評価部４０では、可視領域画像信号２００ａ、赤外領域画像信号２０１ａに応じてそれぞれ算出される合焦評価値を、データ記憶部４１に記憶された、各合焦評価値と可視領域光の焦点位置との関係（デフォーカス特性）を示す参照データに基づいて評価し、合焦位置に移動するための光軸Ｏに沿う方向の移動量を算出する。そして、この移動量の情報を移動制御部４３に送出する。
また、合焦状態評価部４０は、移動制御部４３から移動が完了したことを検知すると合焦完了信号２１０を、撮像制御部３に送出する。
【００３８】
合焦状態評価部４０の装置構成は、適宜の制御回路を備えるハードウェアのみで構成されていてもよいが、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェースを有するコンピュータを備えてなる。このコンピュータは、撮像制御部３に用いるコンピュータを共通に利用してもよい。
【００３９】
データ記憶部４１は、本実施形態では、ＲＯＭとＲＡＭとからなる。
ＲＯＭは、複数種類の参照データが格納可能になっている。複数種類の参照データとしては、例えば、レンズ１ａが可変焦点レンズである場合には、レンズ１ａの焦点距離に応じた参照データを格納することができる。また、レンズ１ａが交換可能に設けられている場合には、各交換レンズ固有の光学特性に応じた参照データを格納することができる。
ＲＡＭは、ＲＯＭに格納された複数種類の参照データから焦点位置調整に用いる参照データを呼び出して記憶するものである。ＲＡＭに呼び出された参照データは、合焦状態評価部４０から参照できるようになっている。
なお、レンズ１ａが固定焦点レンズでかつ交換レンズでない場合には、参照データは１種類のみでよい。
【００４０】
図７に、データ記憶部４１に記憶された参照データの一例を示した。
図７では、撮像面Ｍに対するレンズ１ａの光軸に沿う方向の位置を、基準位置を０とし、至近位置側、すなわち、撮影レンズユニット１の物体側への繰り出し方向を負とする座標系で表している。−ｘ０は、至近位置の限界を示す。
なお、座標系の取り方は任意であり、以下の座標系に沿う大小関係や正負方向の記述は、異なる座標系を採用する場合には、適宜読み替えるものとする。
【００４１】
一般用途向けの撮影光学系は可視領域の収差は良好に補正されているが、赤外領域の収差に対しては補正されていない場合が多い。すなわち、撮像素子面上では可視光と赤外領域光との集光状態は異なる。
可視領域画像信号２００ａの位置ｘに対する合焦評価値の変化は、ｙ＝ｆ（ｘ）で表される。すなわち、曲線３０２で示すように、谷底部が湾曲した全体としてＶ字状の変化を示し、谷底部のｘ＝Ｓ１では最小値となる極値をとり、位置ｘが位置Ｓ１から離れるにしたがって合焦評価値が略直線的に増大する。
一方、赤外領域画像信号２０１ａの位置ｘに対する合焦評価値の変化は、ｙ＝ｇ（ｘ）で表される。すなわち、曲線３０３で示すように、谷底部が湾曲した全体としてＶ字状の変化を示し、谷底部のｘ＝Ｓ２で最小値となる極値をとり、位置ｘが位置Ｓ２から離れるにしたがって合焦評価値が略直線的に増大する。
【００４２】
ここで、位置Ｓ１、Ｓ２の差は、レンズ１ａの色収差に対応する焦点距離のずれ量に等しい。また、ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）の関数形は、レンズ１ａによる集光状態の変化に対応しており、合焦評価値の種類によってはレンズ１ａのレンズデータから計算することができる。また、直接的に計算できない場合でも、予めテストチャートなどの被写体を用い被写体の位置を変化させて撮影を行うことで、実験的に関数形を決定することができる。
また、参照データは、関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）を近似式等で表した場合の各係数が記憶されていてもよいし、位置ｘと、関数値ｙ＝ｆ（ｘ）、ｙ＝ｇ（ｘ）とからなる表データとして記憶されていてもよい。
【００４３】
移動制御部４３は、合焦状態評価部４０から送出された移動量だけ撮影レンズユニット１を移動させる制御信号を焦点位置移動機構５に送出するものである。
【００４４】
次に、カメラ１００の動作について、オートフォーカス動作を中心に説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態に係る焦点位置調整装置のオートフォーカス制御のフローチャートである。
【００４５】
本実施形態のカメラ１００では、電源が投入されると、装置全体の初期化動作が行われる。例えば、撮像制御部３が焦点位置移動機構５を駆動し、撮影レンズユニット１を基準位置に移動させる。
そして、撮影者がリリーススイッチ８を半押しすると、撮像制御部３によって、赤外領域光源１０が発光され、図８に示すフローにしたがってオートフォーカス制御が開始される。
【００４６】
ステップＳ１では、撮像制御部３により、焦点位置移動機構５を駆動して、撮影レンズユニット１を基準位置から光軸Ｏに沿う一定方向に移動させる。本実施形態では、基準位置から至近位置に対応するレンズ位置、すなわち、物体側に繰り出す方向に移動させる。本実施形態では、ステッピングモータで駆動するため、基準位置からの移動量は、ステップ状に変化する。一回の駆動量は、合焦精度に応じて、適宜設定することができる。
【００４７】
次に、ステップＳ２では、撮像制御部３は、撮像素子２によって、被写体を撮像し、可視領域画像信号２００ａおよび赤外領域画像信号２０１ａを生成する。そして、生成された可視領域画像信号２００ａ、および赤外領域画像信号２０１ａを、それぞれ第１および第２の画像信号として、合焦状態評価部４０に送出する。
また、撮像制御部３は、レンズ情報信号２２０も合わせて合焦状態評価部４０に送出する。
【００４８】
次に、ステップＳ３では、合焦状態評価部４０によって、可視領域画像信号２００ａ、赤外領域画像信号２０１ａに対する演算処理を行い、それぞれの合焦評価値を算出する。このとき、合焦評価値の算出は、レンズ情報信号２２０に応じて、データ記憶部４１に記憶された参照データの種類を選択することで、適宜の関数形を表すデータもしくはデータテーブルを呼び出すことによって行う。
例えば、現在位置をｘとすると、それぞれの合焦評価値は、ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）となる。
算出された合焦評価値ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）は、焦点位置移動機構５の駆動量で表される位置情報ｘとともに、データ記憶部４１に記憶される。
【００４９】
次に、ステップＳ４では、赤外領域画像信号２０１ａの合焦評価値ｇ（ｘ）と、予めデータ記憶部４１に記憶され、レンズ情報信号２２０に基づいて選択された、参照データを参照して、現在位置ｘが、赤外領域光の合焦位置Ｓ２を負方向側に超えたかどうかを判定する。ここで、判定ミスを防止するため、超えたかどうかの判定基準は、合焦位置Ｓ２、Ｓ１の中間の所定位置Ｌ１を基準とし、ｘ≦Ｌ１の場合に、合焦位置Ｓ２を負方向側に超えたものと判定する。
参照データは、図７に示す曲線３０２、３０３のように、それぞれ略Ｖ字状の曲線となるため、それぞれの曲線上で１つの合焦評価値に対する撮影レンズユニット１の位置ｘは、合焦位置Ｓ１、Ｓ２を除いて２つ存在するが、それら２つの位置では、他方の合焦評価値を参照すると、位置の判別が可能である。
例えば、可視領域画像信号２００ａから計算された合焦評価値がｙ１であった場合、ｙ１となる位置は、ｙ１＝ｆ（Ｌ１）＝ｆ（Ｌ０）のため、位置Ｌ１、Ｌ０（ただし、Ｌ０＜Ｌ１）のいずれかの可能性がある。
一方、赤外領域画像信号２０１ａの合焦評価値では、ｇ（Ｌ１）＜ｇ（Ｌ０）のように異なっているため、算出された赤外領域画像信号２０１ａの合焦評価値を参照データのｇ（Ｌ１）、ｇ（Ｌ０）と比較することで、位置がＬ１なのかＬ０なのかを判別することができる。
したがって、ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）の値から参照データに基づいて、合焦位置Ｓ１、Ｓ２に対する現在位置ｘの位置関係を知ることができる。
【００５０】
現在位置ｘが、合焦位置Ｓ２の正方向側にあり、合焦位置Ｓ２を負方向側に超えていないと判定された場合、すなわち、合焦位置Ｓ２を超えていないか、超えているとしても位置Ｌ１を超えていないと判定された場合には、ステップＳ１に戻って上記ステップＳ１〜ステップＳ３を繰り返す。
現在位置ｘが、例えば、ｘ＝Ｌ１を超えて合焦位置Ｓ２の負方向側にあると判定された場合には、ステップＳ５に移行する。
【００５１】
ステップＳ５では、上記各ステップＳ３でデータ記憶部４１に記憶された合焦評価値ｇ（ｘ）を相互に比較して、最小値ｙｍｉｎ＝ｇ（ｘ２）を探索し、最小値ｙｍｉｎに対応する位置ｘ２を求める。そして、参照データに記憶された、合焦位置Ｓ２、Ｓ１の差を用いて、可視領域光による被写体の合焦位置ｘ１を次式のように求める。
ｘ１＝ｘ２＋（Ｓ１−Ｓ２）                                ・・・（１）
【００５２】
次に、ステップＳ６では、次式で表されるステップＳ５で求めた位置ｘ１と、ステップＳ５における現在位置ｘと差Δｘを、移動制御部４３に送出する。
Δｘ＝ｘ１−ｘ                                            ・・・（２）
移動制御部４３は、現在位置ｘからΔｘだけ、さらに物体側に撮影レンズユニット１を駆動するための制御信号を焦点位置移動機構５に送出する。これにより、撮影レンズユニット１が位置ｘ１に移動される。
移動制御部４３は、位置ｘ１への移動が完了すると、合焦状態評価部４０に移動が完了したことを通知する。そして、合焦状態評価部４０は、合焦完了信号２１０を撮像制御部３に送出する。
以上で合焦が完了する。
【００５３】
撮像制御部３では、合焦完了信号２１０を検出すると、必要に応じて、合焦を撮影者に知らせる表示などを行い、リリーススイッチ８のシャッタリリースを許可する。これにより、撮影者はシャッタを切って、撮影を行うことが可能となる。
【００５４】
なお、レンズ１ａが可変焦点レンズで、操作部から焦点距離を変えた場合には、撮像制御部３によって、焦点距離の変更が検知され、上記ステップＳ２で送出されるレンズ情報信号２２０が切り替えられる。また、レンズ１ａが交換レンズであって、レンズ交換が行われた場合には、交換時に、撮像制御部３によって、交換されたレンズ１ａの光学特性が取得され、上記ステップＳ２で送出されるレンズ情報信号２２０が切り替えられる。
このため、本実施形態では、焦点距離を切り替えたりレンズ１ａを交換したりする場合であっても、合焦評価値の演算処理や、参照データを、それぞれの焦点距離やレンズの種類に適合するものに、自動的に切り替えることができる。
【００５５】
このように、本実施形態によれば、撮像素子２が、ＩＲ光受光部２０ＩＲを備えることで、可視領域画像信号２００ａと赤外領域画像信号２０１ａとを取得することができる。そして、赤外領域光に基づく赤外領域画像信号２０１ａから合焦位置ｘ２を検出し、参照データとして記憶されたレンズ１ａの色収差によって決まる赤外領域光と可視領域光とのデフォーカス特性を利用して、可視領域光による合焦位置ｘ１に撮影レンズユニット１を移動させるオートフォーカス動作を行うことができる。
本実施形態では、撮影レンズユニット１を無限遠位置に対応する基準位置から物体側に向かって移動させてオートフォーカスを行うため、無限遠位置に対応する基準位置に近い長波長側の合焦位置ｘ２を検出するために移動してから、さらに同方向に移動して、合焦位置ｘ１に移動することができる。
このため、無限遠位置に対応する基準位置から１ステップずつ合焦状態を評価しながらレンズを移動させて、赤外領域より短波長側の可視光の合焦位置ｘ１を検出する従来のオートフォーカス制御に比べて、より基準位置に近い赤外領域光による合焦位置ｘ２を検出し、その後連続移動して可視光の合焦位置ｘ１に移動するので、短時間に合焦状態を検出し、合焦位置に向かってより高速で移動できる。このため、合焦動作をより高速化することができる。
また、このように無限遠位置に対応する基準位置から至近側に向かう一方向に移動して、合焦させることができるので、従来のように、合焦位置ｘ１を検出してから、一度逆方向にレンズ位置を戻して、再度合焦位置ｘ１に移動することなく、合焦動作を行うことができるため、迅速な合焦を行うことができる。また、焦点位置移動機構５が、例えば、駆動機構のバックラッシなどによって、移動方向の変更により移動位置誤差が発生しやすい機構を採用しても、移動方向の変更による移動位置誤差が発生しないため、高精度に合焦することができる。
【００５６】
また、従来のＴＴＬ位相差検出方式のように、撮影レンズ透過後の光束を分割する光学系と分割後の光束の位置検出を行う光センサなどを配置することなく、簡素な構成によりオートフォーカスを行うことができる。
【００５７】
次に、上記第１の実施形態の変形例について説明する。
図９（ａ）は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る焦点位置調整装置に用いる撮像素子の合焦状態評価エリアの単位受光部の配列を示す模式的な部分拡大図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００５８】
本変形例は、上記第１の実施形態の撮像素子２に代えて、撮像素子２Ａを備えるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
撮像素子２Ａは、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、撮像素子２の合焦状態評価エリア２０ａにおけるＩＲ光受光部２０ＩＲを、ＩＲ光受光部２１ＩＲに代えたものである。
ＩＲ光受光部２１ＩＲは、赤外領域光のみに感度を有する受光部２１ｂからなる。
【００５９】
本変形例の構成によれば、受光部２１ｂの受光輝度によって赤外領域画像信号２０１ａを生成することができる。受光部２１ｂは、赤外領域光のみに感度を有するため、波長選択フィルタなどが不要となるため、光量損失を低減することができる。この結果、赤外領域光源１０の発光出力を低減することができるので、カメラ１００を小型化、低消費電力化することができる。
【００６０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る焦点位置調整装置について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る焦点位置調整装置の焦点位置と合焦評価値の比との関係を示す模式的なグラフである。横軸は光軸に沿う方向の位置、縦軸は合焦評価値を示す。
【００６１】
本実施形態の焦点位置調整装置１１０Ａは、図１に示すように、上記第１の実施形態の焦点位置調整装置１１０において、焦点位置制御部４に代えて焦点位置制御部４Ａを備え、第１の実施形態のカメラ１００に好適に用いることができるものである。
焦点位置制御部４Ａは、焦点位置制御部４の合焦状態評価部４０を合焦状態評価部４０Ａに代えたものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
本実施形態の合焦状態評価部４０Ａは、上記第１の実施形態の合焦状態評価部４０と同様に、可視領域画像信号２００ａ、および赤外領域画像信号２０１ａに画像処理を施して、それぞれから合焦評価値を演算するもので、合焦状態評価部４０と同様に、例えばコンピュータなどから構成される。
ただし、本実施形態による合焦評価値は、上記第１の実施形態の合焦状態評価部４０と同様にして、赤外領域画像信号２０１ａおよび可視領域画像信号２００ａに基づく合焦評価値を求めてから、赤外領域画像信号２０１ａに基づく合焦評価値に対する可視領域画像信号２００ａに基づく合焦評価値の比Ｒとして算出する点が上記第１の実施形態と異なる。
比Ｒを求めるための各合焦評価値は、上記第１の実施形態と同様に種々の評価値を採用することができる。以下では、光束の広がり径をＲＭＳ値の場合の例で説明する。
【００６３】
また、合焦状態評価部４０Ａでは、算出された比Ｒを、データ記憶部４１に記憶された、比Ｒと可視領域光の焦点位置との関係を示す参照データに基づいて評価し、合焦位置に移動するための光軸に沿う方向の移動量を算出する。そして、この移動量の情報を移動制御部４３に送出する。
また、合焦状態評価部４０Ａは、移動制御部４３から移動が完了したことを検知すると合焦完了信号２１０を、撮像制御部３に送出する。
【００６４】
図１０に、データ記憶部４１に記憶された参照データの一例を示した。
図１０は、上記第１の実施形態で説明した図２に示す例に対応する参照データであり、焦点距離１４．２５ｍｍのレンズ１ａの撮像面Ｍに対する焦点位置を、無限遠から至近位置の中間状態であるＭＧ＝−０．０３３の位置に合わせたときに、至近位置から無限遠まで物体撮影を試みた際の被写体からの光束の広がり径をＲＭＳ値でプロットしたものである。ここで、横軸は、物体距離に対応する横倍率ＭＧで表している。曲線３０３は、可視領域である波長５４６．０７ｎｍのＲＭＳ値に対する赤外領域である波長９００ｎｍのＲＭＳ値の比Ｒを示す。
このような曲線３０３は、データ記憶部４１には、位置情報に対するＲＭＳ値の比Ｒの値が、適宜の関数形を表すデータもしくはデータテーブルの形で記憶されている。
曲線３０３に示すように、比Ｒは、横倍率ＭＧが、ＭＧ＝０〜−０．０２２で減少して、ＭＧ＝−０．０２２となる位置Ｓ２で最小値Ｒｍｉｎをとり、ＭＧ＝−０．０２２〜−０．０３８で増大して、ＭＧ＝−０．０３８となる位置Ｓ１で最大値Ｒｍａｘをとり、ＭＧ＝−０．０３８〜−∞の間で、Ｓ字状曲線を描いて減少してからＲ＝１に漸近する曲線を描き、位置Ｓ２、Ｓ１の近傍にそれぞれ谷部、頂部を有するような曲線を描いている。
ここで、位置Ｓ１、Ｓ２の差は、レンズ１ａの色収差に対応する焦点距離のずれ量に等しい。
【００６５】
次に、本実施形態の焦点位置調整装置１１０Ａの動作について合焦動作を中心に説明する。
上記第１の実施形態と同様に、撮像制御部３から可視領域画像信号２００ａ、赤外領域画像信号２０１ａが送出されると、合焦状態評価部４０Ａによって、各画像信号に応じて、現在位置でのＲＭＳ値が算出され、それらの比Ｒが算出される。例えば、位置Ｌａでは比Ｒ＝ａが算出され、位置Ｌｂでは比Ｒ＝ｂが算出される。
【００６６】
例えば、１＜ａ＜ＲｍａｘのようなＲ＝ａが得られた場合、曲線３０３から、現在位置は、ＬａまたはＬａ’の２箇所に絞られる。
そこで、合焦状態評価部４０Ａは、移動制御部４３に制御信号を送出して、焦点位置移動機構５を駆動し、撮影レンズユニット１を無限遠側または至近側に一定距離だけ移動させる。この一定移動距離は、位置Ｌａと位置Ｓ１との差、および位置Ｌａ’と位置Ｓ１との差のうち小さい方を超えない適宜距離とする。
【００６７】
例えば、無限遠側（グラフの正方向側）に移動して位置Ｌｂに到達したとする。位置Ｌｂで、同様にして、可視領域画像信号２００ａ、赤外領域画像信号２０１ａを取得して、位置Ｌｂでの比Ｒを求める。例えば、図示の状態では、Ｒ＝ｂであり、ａ＜ｂ＜Ｒｍａｘである。
これにより、合焦状態評価部４０Ａは、移動前の位置が位置Ｌａであって、位置Ｌａ’ではなかったと判定する。もし、Ｒ＝ａであった移動前の位置が位置Ｌａ’であったとすると、ｂ＜ａでなければならないからである。
また、同様に、移動後の現在位置は、Ｒ＝ｂとなる位置のうち、位置Ｌｂ’ではなく、位置Ｌｂであることが分かる。
このようにして、合焦状態評価部４０Ａは、現在位置Ｌｂと合焦位置である位置Ｓ１との間の距離をデータ記憶部４１に記憶された参照データから取得して、位置Ｓ１に移動するための制御信号を移動制御部４３に送出する。
これにより、焦点位置移動機構５が駆動され、撮影レンズユニット１は合焦位置である位置Ｓ１に移動される。
このようにして、合焦が完了する。
【００６８】
本実施形態の合焦状態評価部４０Ａによれば、合焦評価値の比に基づいた参照データを記憶しておくことで、少なくとも２回の移動によって取得された２箇所における合焦評価値の比から合焦位置への移動距離、移動方向を算出し、オートフォーカス動作を行うことができる。したがって、例えば、従来の山登り制御方式のように、合焦状態を繰り返し評価しながら、合焦位置を越える位置を探査するため、多数回の移動および合焦評価を繰り返し行うことなく、移動および合焦評価の回数を格段に低減できるので、迅速なオートフォーカス動作を行うことができる。
また、本実施形態における合焦評価は、合焦位置Ｓ１から離れた２箇所でも行うことができるため、現在位置がどこであっても同様に最低３回の移動でオートフォーカス動作を行うことができる。１回ごとの移動は、与えられた移動距離だけ連続移動する移動動作となるため、細かいステップでの単位移動を繰り返して同距離だけ間欠的に移動する場合に比べて格段に高速な移動を行うことができる。
【００６９】
また、本実施形態では、参照データとして、合焦位置が異なる２波長の合焦評価値の比を用いることにより、例えば、第１の実施形態に用いた合焦評価値の変化に比べて、合焦位置の近傍での参照データの変化が急峻となっている。このため、合焦位置精度を向上することができる。
【００７０】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
本変形例は、参照データとして、上記第２の実施形態の曲線３０３の変化率を表す曲線を採用したものである。曲線３０３を、ＭＧで表した位置をｘとして、Ｒ＝Ｈ（ｘ）と表す。すると、曲線３０３の変化率ｒ（ｘ）は、Δｘ＝Ｃ（一定）として、ｒ（ｘ）＝｛Ｈ（ｘ＋Δｘ）−Ｈ（ｘ）｝／Δｘのように算出することができる。この変化率ｒ（ｘ）は曲線３０３から一義的に決まるものである。
ここで、一定値Ｃは、例えば、焦点位置移動機構５の最小送り量などをとればよい。例えば、レンズ１ａを、ＭＧ＝０．００２ずつ移動させるとした場合、Ｃ＝０．００２とする。
変化率ｒ（ｘ）は、ｘをＭＧの軸上で変化させたとき、ｘ＝Ｓ１、Ｓ２の位置にて傾きがほぼゼロ（極値＝合焦位置）の曲線となる。
例えば、曲線３０３の場合、レンズ１ａを、ｘ＝−０．１から、ｘ＝０に向かって一定速度で移動させると、変化率ｒ（ｘ）は、正→ゼロ（Ｓ１）→負→ゼロ（Ｓ２）→正のように変化する。この変化率ｒ（ｘ）は、曲線３０３の場合、位置ｘに１対１に対応しているので、この位置ｘにおける変化率ｒ（ｘ）をデータテーブルとして記憶しておく。
オートフォーカスは、現在位置ｘ＝Ｌａで、比Ｒ＝ａを取得し、その後、無限遠側に、Δｘ＝０．００２だけ、レンズ１ａを移動させた位置Ｌｂで、Ｒ＝ｂを取得する。そして、これらからｒ＝（ａ−ｂ）／（Ｌａ−Ｌｂ）を算出する。そして、この位置Ｌａにおける変化率ｒを、データテーブルのｒ（ｘ）と比較して、位置Ｌａを検出する。そして、データテーブルから合焦位置Ｓ１までの移動方向および移動距離を求めて、合焦位置Ｓ１にレンズ１ａを駆動する。これによりオートフォーカス動作を行うことができる。
【００７１】
ただし、レンズ１ａのデフォーカス特性によっては、変化率ｒ（ｘ）が、ｘに固有の関数とならない場合がある。例えば、図１０において、−０．０８≦ＭＧ≦Ｓ１とＳ２≦ＭＧ≦０の範囲では、変化率が正となるため、現在位置がいずれの領域か判断できない場合があり得る。すなわち、位置ｘと変化率ｒ（ｘ）とが１対１に対応しない場合がある。
このような場合、予めレンズ１ａのデフォーカス特性に基づいて、データテーブルを作成する際に分かるので、（１）これらの領域で、変化率が重ならないように、Δｘ＝Ｃの値を選定しておくか、あるいは（２）変化率ｒ（ｘ）に加えて、比Ｒ＝Ｈ（ｘ）を加えた複合テーブルデータを作成し、位置ｘに対して変化率ｒ（ｘ）と比Ｒ＝Ｈ（ｘ）の組み合わせが一意に定まるようにしておくことで、位置ｘの検出が可能である。
【００７２】
このように、本変形例では、１回の微小移動前後における２箇所での合焦評価値から、合焦評価値の比の変化率ｒを算出することで、合焦位置を検出することができるので、迅速なオートフォーカス動作を行うことができる。
【００７３】
なお、上記の説明では、第１の画像信号が可視領域光を光電変換した画像信号であり、第２の画像信号が赤外領域光を光電変換した画像信号である場合の例で説明したが、第１および第２の画像信号は、異なる波長を有し色収差に十分な差がある波長光であれば、それぞれ適宜の波長光による画像信号を採用することができる。
【００７４】
また、上記の第２の実施形態の説明では、２箇所の位置における合焦評価値の比を算出して、参照データを参照することによって合焦位置まで移動量を求める場合の例で説明したが、
撮影光学系を一定方向に駆動して、各移動位置で合焦評価値の比を算出し、例えば、山登り制御方式と同様にして、ピーク検出を行い、合焦評価値の比のピーク位置に合焦動作を行うようにしてもよい。この場合、合焦評価値の比は、合焦評価値の変化に比べてより急峻な変化を示すので、合焦検出の感度に優れており、単に合焦評価値のピーク検出を行う場合に比べて、少ない合焦評価回数でも合焦位置を検出することができる。
【００７５】
また、上記の各実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  撮影レンズユニット
１ａ  レンズ（撮影光学系）
２、２Ａ  撮像素子（撮像部）
２ｂ  受光部
３  撮像制御部（撮像部）
４、４Ａ  焦点位置制御部
５  焦点位置移動機構
９  画像記憶部
１０  赤外領域光源
２０Ｂ  Ｂ光受光部
２０Ｇ  Ｇ光受光部
２０ＩＲ  ＩＲ光受光部
２０Ｒ  Ｒ光受光部
２１ＩＲ  ＩＲ光受光部
２１ｂ  受光部
４０、４０Ａ  合焦状態評価部
４１  データ記憶部
４３  移動制御部
１００  カメラ
１１０、１１０
１１０、１１０Ａ  焦点位置調整装置
２００ａ  可視領域画像信号（第１の画像信号）
２０１ａ  赤外領域画像信号（第２の画像信号）
Ｍ  撮像面
ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）  合焦評価値
Ｒ  比（合焦評価値）
【図１】
2010230776.tif 000003
【図２】
2010230776.tif 000004
【図３】
2010230776.tif 000005
【図４】
2010230776.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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