(57)【要約】【課題】画像の鮮鋭度を示す評価値を用いて焦点調節動作を行う撮像装置において、効率よく評価値を取得し、焦点調節動作にかかる時間の短縮と合焦精度の向上を両立させること。【解決手段】撮像部は、撮影レンズ１０１に入射した被写体光から映像信号を生成する。ＡＦ処理部１０５は映像信号から被写体像の鮮鋭度を示す焦点評価値を生成し、システム制御部１１５に出力する。システム制御部１１５はフォーカスレンズを駆動させながら焦点評価値を取得し、焦点評価値とそれに対応するレンズ位置とを対応付ける。その際、システム制御部１１５は、レンズが動き出す際の遅れの特性を示す特性情報を用いて、レンズの遅れの影響を受けた焦点評価値を特定し、これに対応するレンズ位置を補正し、合焦位置の判定処理を行う。フォーカスレンズ制御部１０４はシステム制御部１１５からの制御指令に従ってフォーカスレンズを光軸方向に移動させて焦点調節を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系を介して結像した光を光電変換して映像信号を生成する撮像素子と、
前記撮像光学系を構成する焦点調節用のレンズを移動させる駆動手段と、
前記映像信号を用いて画像の鮮鋭度を示す評価値を算出する評価値算出手段と、
前記レンズが動き出すときの遅れ特性を示す特性情報を記憶する記憶手段と、
前記レンズを駆動しながら前記評価値算出手段から前記評価値を取得するとともに、当該評価値を取得したときの前記レンズの位置情報を当該評価値に対応付ける処理を行って合焦位置を特定し、前記駆動手段を制御して焦点調節を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記対応付ける処理を行う際、前記記憶手段から前記特性情報を取得し、前記評価値を取得したときの前記撮像素子の露光条件を特定して、前記レンズの動き出しの遅れの影響を受けた前記評価値に対応する前記レンズの位置情報を補正することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記レンズの動き出しの遅れにより前記レンズが停止した状態で取得した前記評価値、または前記停止した状態から前記レンズが移動を開始した状態で取得した前記評価値を特定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記特性情報は、前記レンズが動き出すまでの遅延時間の情報を含んでおり、
前記制御手段は、前記特性情報の示す遅延時間内で前記レンズが停止状態にあると判定した場合、前記評価値算出手段から取得した前記評価値に対応付ける前記レンズの位置として、前記レンズの移動の開始位置を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記特性情報は、前記レンズの動き出しに遅れがない場合において当該レンズが移動する軌跡に戻るまでの戻り時間および戻り速度の情報を含んでおり、
前記制御手段は、前記特性情報の示す戻り時間内に前記レンズが移動していると判定した場合、前記評価値算出手段から取得した前記評価値に対応付ける前記レンズの位置情報について、前記戻り速度および前記撮像素子の露光時間の情報を用いて補正することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記レンズの動き出しの遅れの影響を受けていないと判定した前記評価値に対応付ける前記レンズの位置情報として、露光期間の中央の時刻における前記レンズの位置を算出することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記レンズの動き出しの遅れの影響を受けた前記評価値を特定し、当該評価値に対応する前記レンズの位置情報を補正する際、補正量が閾値以上である場合には当該評価値を合焦判定の対象から除外することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記制御手段は、第１焦点調節動作において検出された第１合焦位置の近傍に、前記レンズの遅れの影響を受けた評価値が存在すると判断した場合、前記１焦点調節動作とは異なる駆動条件の第２焦点調節動作にて前記第１合焦位置およびその近傍を含む検出範囲を決定して、第２合焦位置を探索することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記第２焦点調節動作を実施する際の駆動条件として、前記レンズの動き出しの遅れの影響を受けた前記評価値に対応する前記レンズの位置情報の補正量が閾値よりも小さくなる前記レンズの駆動速度を決定することを特徴とする請求項７の撮像装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記第２焦点調節動作を実施する際、前記レンズの動き出しの遅れの影響を受けた前記評価値を特定し、当該評価値に対応する前記レンズの位置情報の補正量が閾値以上である場合、当該レンズの位置情報の示す位置を除外した前記検出範囲を決定することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記第２焦点調節動作を実施する際、前記検出範囲を拡張する処理を行い、前記レンズの動き出しの遅れの影響を受ける前記評価値に対応する前記レンズの位置を、前記第１合焦位置の近傍から除外して前記第２合焦位置を探索することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像装置の姿勢を検出する姿勢検出手段を備え、
前記制御手段は前記姿勢検出手段から検出情報を取得して対応する前記特性情報を選択することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
撮像光学系を介して結像した光を光電変換して映像信号を生成する撮像素子と、
前記撮像光学系を構成する焦点調節用のレンズを移動させる駆動手段と、
前記映像信号を用いて画像の鮮鋭度を示す評価値を算出する評価値算出手段と、
前記レンズが動き出すときの遅れ特性を示す特性情報を記憶する記憶手段と、
前記レンズを駆動しながら前記評価値算出手段から前記評価値を取得して前記駆動手段を制御して焦点調節を行う制御手段を備えた撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記レンズを駆動しながら前記評価値算出手段から前記評価値を取得するステップと、
前記評価値を取得したときの前記レンズの位置情報を当該評価値に対応付ける処理を行って合焦位置を特定する際、前記記憶手段から取得した前記特性情報を用いて、前記評価値を取得したときの前記撮像素子の露光条件を特定し、前記レンズの動き出しの遅れの影響を受けた前記評価値に対応する前記レンズの位置情報を補正するステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像した画像データのコントラストを利用して焦点検出を行う焦点調節装置を備える撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等でのオートフォーカス（以下、ＡＦと略記する）制御では、コントラスト検出方式が用いられている。この方式では、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）等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を抽出し、当該成分が最大になるレンズ位置を合焦位置とする。如何に精度良く高速にピントを合わせることができるかが性能競争における課題となっている。
【０００３】
特許文献１には、いわゆるスキャン方式が開示されている。測距範囲の全域に亘ってフォーカスレンズを駆動しながら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、焦点評価値という）が算出されてその都度にメモリに記憶されていく。記憶値のうち、その最大値に相当するレンズ位置が合焦位置と判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コントラスト検出方式のＡＦは高速化が求められる一方で、近年、デジタルカメラの低価格化や小型化及び薄型化に対する要望も強い。例えば、コスト低減の観点から、フォーカスレンズの駆動源としてステッピングモータを採用することがある。これはオープンループ制御でモータを制御可能であるため、位置検出用センサが不要なことによる。
また、装置の小型化及び薄型化の観点から、ＡＦ機能を実現するための機構部にも工夫がなされている。例えば、ズームレンズやフォーカスレンズ等を備える鏡筒ユニットを薄型化するために、各レンズの駆動源であるモータをレンズから離した構成を採用し、モータの駆動力を、機構部を介してレンズに伝達させる。
【０００６】
しかし、ＡＦ動作の高速化の要請と、撮像装置の低価格化や小型化及び薄型化の要請の両方を満たすには技術的な困難を伴う。例えば、フォーカスレンズを駆動させながら焦点評価値を取得してレンズ位置と対応付ける際に正確な合焦位置が得られないと、ＡＦ精度の低下原因となる（これについては図２及び図３を参照して後述する）。
本発明は、画像の鮮鋭度を示す評価値を用いて焦点調節動作を行う撮像装置において、効率よく評価値を取得し、焦点調節動作にかかる時間の短縮と合焦精度の向上を両立させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、撮像光学系を介して結像した光を光電変換して映像信号を生成する撮像素子と、前記撮像光学系を構成する焦点調節用のレンズを移動させる駆動手段と、前記映像信号を用いて画像の鮮鋭度を示す評価値を算出する評価値算出手段と、前記レンズが動き出すときの遅れ特性を示す特性情報を記憶する記憶手段と、前記レンズを駆動しながら前記評価値算出手段から前記評価値を取得するとともに、当該評価値を取得したときの前記レンズの位置情報を当該評価値に対応付ける処理を行って合焦位置を特定し、前記駆動手段を制御して焦点調節を行う制御手段を備える。前記制御手段は、前記対応付ける処理を行う際、前記記憶手段から前記特性情報を取得し、前記評価値を取得したときの前記撮像素子の露光条件を特定して、前記レンズの動き出しの遅れの影響を受けた前記評価値に対応する前記レンズの位置情報を補正する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、効率よく評価値を取得し、焦点調節動作にかかる時間の短縮と合焦精度の向上を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図２ないし図１０と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】フォーカスレンズの動き出し時の理想的な状態と実際の状態を示す図である。
【図３】焦点評価値の観点からみたレンズの動き出し時の遅れの影響を示す図である。
【図４】ＡＦ動作例を示すフローチャートである。
【図５】スキャン動作例を示すフローチャートである。
【図６】遅延評価値特定処理例を示すフローチャートである。
【図７】レンズ位置補正処理例を示すフローチャートである。
【図８】遅れ特性情報を示す表である。
【図９】レンズの軌跡と露光タイミングを例示する説明図である。
【図１０】レンズの軌跡と露光タイミングの別例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る合焦判定処理例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るＡＦ動作例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る粗いスキャンと合わせこみスキャンの範囲を示す説明図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る粗いスキャンと合わせこみスキャンの範囲を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の各実施形態を以下に説明する。尚、以下ではレンズの種別を特に明示しない場合、「レンズ」はフォーカスレンズ、つまり焦点調節用の可動レンズを意味し、「レンズ位置」は光軸上におけるフォーカスレンズの位置を意味するものとする。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る撮像装置の回路構成例を示すブロック図である。撮影レンズ１０１はズーム機構を含み、撮像光学系を構成する。絞りシャッタ制御部１０２は光量を制御する絞り及びシャッタを駆動制御する。フォーカスレンズ制御部１０４は撮像素子１０８上に焦点を合わせるためのフォーカスレンズを駆動制御する。フォーカスレンズの駆動機構には、例えばステッピングモータが使用される。ストロボ１０６は被写体へ向けて光を照射する発光部を備え、ＥＦ処理部１０７により調光制御される。尚、絞りシャッタ制御部１０２、フォーカスレンズ制御部１０４に関しては、図示しないレンズ等の光学要素、絞り・シャッタといった機構部、及びそれらを駆動するアクチュエータや駆動制御回路が設けられている。この他、Ｄ（Digital）／Ａ（Analog）変換器や、制御動作に必要な各種装置がある。
【００１２】
撮像素子１０８は、撮像光学系により結像される被写体からの光を電気信号に変換する受光及び光電変換手段としての機能をもつ。撮像素子１０８は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）を用いたイメージセンサである。撮像素子１０８は入射光を光電変換によって電荷に変換して映像信号を撮像処理部１０９に出力する。撮像処理部１０９はＣＤＳ（Correlated Double Sampling）回路、非線形増幅回路、Ａ（Analog）／Ｄ（Digital）変換部を備える。ＣＤＳ回路は撮像素子１０８の出力ノイズを相関二重サンプリング方式により除去する。ＣＤＳ回路によりノイズを除去された撮像信号に対して非線形増幅回路は信号増幅（ゲイン制御）を行う。Ａ／Ｄ変換部はアナログ信号である撮像信号をデジタル信号に変換する。
【００１３】
画像処理部１１０は、ガンマ補正や輪郭補正等の画像処理を行う。ＷＢ（ホワイトバランス）処理部１１１の制御に基づき、画像データのホワイトバランス処理が実行される。フォーマット変換部１１２は画像処理部１１０から取得した画像データを所定の形式に変換する。所定の形式とは、後述する画像記録部１１４での記録媒体に対する記録や、操作表示部１１７に供するのに適した形式である。メモリ１１３は高速な内蔵メモリ（例えばダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ等、以下、ＤＲＡＭと記す）である。ＤＲＡＭ１１３は一時的な画像記憶手段としての高速バッファや、画像データの圧縮伸長処理における作業用メモリ等に使用される。画像記録部１１４はメモリカード等の記録媒体とそのインターフェース部を備える。
【００１４】
システム制御部１１５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）及びＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）を有し、撮像装置全体の動作を制御する。ＣＰＵは、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムを読み出して実行し、ＲＡＭを作業領域として使用する。後述のフローチャートにて説明する処理はＣＰＵによって実行される。
ＡＥ（自動露出）処理部１０３は、撮像処理部１０９により得られた画像データに基づいて被写体の明るさに応じた測光値を算出する。この測光値に基づき、システム制御部１１５は絞りシャッタ制御部１０２と、撮像処理部１０９の非線形増幅回路を制御し、露光量を自動的に調整する。ＡＦ処理部１０５は、撮像処理部１０９により得た画像データから高周波成分を抽出して評価値算出処理、つまり焦点評価値の算出処理を行う。焦点評価値演算により算出された焦点評価値は画像の鮮鋭度を表わす目安となる。ＡＦ処理部１０５で得た焦点評価値はシステム制御部１１５に送られ、フォーカスレンズ制御部１０４が制御されて自動焦点調節（ＡＦ）動作が行われる。
【００１５】
画像表示用メモリ（以下、ＶＲＡＭと表記する）１１６はＤＲＡＭ１１３からの画像データを記憶する。操作表示部１１７はシステム制御部１１５の制御指令に従って、画像表示や操作補助のための表示、カメラ状態の表示、撮影時の撮影画像等を表示する。メインスイッチ１１８はユーザが撮像装置の電源投入時に操作する。第１スイッチ（以下、ＳＷ１と表記する）１１９は、ユーザがＡＦ動作やＡＥ動作等の撮影スタンバイ動作（撮影準備動作）をシステム制御部１１５に指示する際に操作する。第２スイッチ（以下、ＳＷ２と表記する）１２０は、ユーザがスイッチＳＷ１の操作後に、撮影動作をシステム制御部１１５に指示する際に操作する。姿勢センサ１２１は、撮像装置の姿勢（上向き、下向き等）を検出し、検出信号をシステム制御部１１５に出力する。
【００１６】
次に、フォーカスレンズの動き出し時の理想的な状態と実際の状態との差異について説明する。撮像装置はＡＦ動作の高速化が求められる一方で、低価格化、小型化及び薄型化が要請されるため、焦点評価値に対する影響を考慮する必要がある。具体的には、フォーカスレンズを駆動させながら焦点評価値を取得する際、レンズの動き出し時点の付近で焦点評価値が正しい値を示さなくなる現象が生じる。これは、光軸上の実際のフォーカスレンズ位置とステッピングモータに供給する駆動パルスとは一対一の関係にあることが前提であり、駆動パルスを物理的なレンズ位置と等価に扱っていることに起因する。しかしながら、実際のレンズの動き出し時点の付近では、ステッピングモータが脱調しない状態であったとしても、慣性等の影響によりレンズ位置と電気的な位置（駆動パルスの数）とが一時的に乖離した状態となる場合がある。
【００１７】
図２（Ａ）はフォーカスレンズの移動開始時点ｔ０での位置Ｐ０と、その後の時刻ｔ１での位置Ｐ１を示す模式図である。フォーカスレンズは本来、時間経過とともに図２（Ａ）に示すように光軸上を移動するはずである。しかし、実際には図２（Ｂ）に示すように時刻ｔ１でのフォーカスレンズの姿勢に変化が生じ得る。つまり、駆動源側に近い部分の動きに対して、レンズの先端部分の動きが遅れてしまう場合がある。光軸上のレンズ位置で比較した場合、停止時（時刻ｔ０）での位置Ｐ０との差が小さい状態が存在する（時刻ｔ１でレンズは位置Ｐ１に来るべきであるが、実際のレンズ中心位置はＰ１よりもＰ０に近い位置Ｑとなる）。このようなレンズの状態で得られた焦点評価値を、電気的な位置（ステッピングモータの駆動パルス数）に基づくレンズ位置と対応付けたのでは正しい状態は得られない。
図３は、フォーカスレンズの動き出し時の遅れの影響を示す図である。横軸にレンズ位置を示し、縦軸に焦点評価値を示す。レンズを動かしながら焦点評価値を取得する際、レンズの移動開始位置の付近に合焦位置が存在する場合を想定する。レンズの移動が理想的な状態(図２（Ａ）参照)にて、レンズ移動中に取得される焦点評価値は、図３の(α)に実線で示す山型形状となるはずである。しかし、実際には図２（Ｂ）で説明したように、レンズの遅れの影響により、レンズ移動中に取得する焦点評価値は図３の(β)に点線で示す曲線となる。つまり、最初の焦点評価値のレベルが（α）に比べて下がる。厳密には、図２の理想的な位置Ｐ１での露光ではなく、遅れの影響により位置Ｑで露光された焦点評価値が得られる。その結果、（β）で示す焦点評価値の形状（左半部）が（α）よりも全体的に右側へシフトした形になる。合焦位置がレンズ動き出し時点の付近で存在する場合には、合焦位置のずれ（誤差）が生じ、正しい合焦位置が得られなくなるので、ＡＦ精度の低下原因となる。
【００１８】
以下では、低価格化と小型化及び薄型化の要請を満たしつつ、効率よく焦点評価値を取得し、ＡＦ動作時間の短縮と合焦精度との両立を実現できるＡＦ動作を説明する。まず、本実施形態におけるＡＦ動作について図４を参照して基本的な流れを説明する。
Ｓ４０１にてシステム制御部１１５は、フォーカスレンズを動かしながら焦点評価値を取得する際の移動速度、及びレンズの移動開始位置と終了位置を決定する。この移動速度は焦点深度や焦点調節時のフレームレート等を考慮して決定される。次のＳ４０２にてシステム制御部１１５はフォーカスレンズ制御部１０４に指令を送り、Ｓ４０１で決定した移動開始位置にレンズを移動させる。次に、Ｓ４０３でスキャン動作が実行される。ここでいうスキャン動作とは、レンズを移動させながら合焦可否判断に用いる焦点評価値を連続して取得する焦点調節動作である。スキャン動作では、Ｓ４０１で決定した駆動条件に従って、指定されたレンズ移動範囲での焦点評価値を取得する処理が行われるが、その詳細については後述する。次にＳ４０４にてシステム制御部１１５は合焦判定を行う。合焦判定ではＳ４０３で得られた焦点評価値に基づいて、最大となる焦点評価値に対応するレンズ位置が特定される。レンズの移動速度やフレームレートによっては、取得できる焦点評価値に対応するレンズ位置の間隔が広くなる場合がある。本実施形態では得られた焦点評価値に基づいて本来の焦点評価値の形状を近似し、その値が最大となるレンズ位置を算出する処理が行われる。Ｓ４０５でシステム制御部１１５は、Ｓ４０４で算出した合焦位置にレンズを移動させる制御を行う。
【００１９】
次に、図４のＳ４０３で述べたスキャン動作について、図５を参照して詳細に説明する。
まず、Ｓ５０１にてシステム制御部１１５は遅延評価値の特定処理を実行する。遅延評価値とは、レンズが動き出す際の光軸上の実際のレンズ位置と、システム制御部１１５及びフォーカスレンズ制御部１０４が把握している電気的な位置との乖離の影響を受ける評価値である。Ｓ５０１では、スキャン動作を実施する際のレンズの駆動条件や遅延評価値の発生箇所が特定される。遅延評価値については、撮像装置に搭載された各種センサの出力に基づいてスキャン動作を実施した際の発生箇所を特定する処理が実行される。処理の詳細については後述する。次のＳ５０２でレンズが移動を開始する。Ｓ５０３でＡＦ処理部１０５は周期的に実行される焦点評価値の算出処理が完了したか否かを判断する。Ｓ５０３にて焦点評価値の算出処理が完了してなければ、再度Ｓ５０３に戻り算出の完了を待つ。一方、焦点評価値の算出処理が完了している場合、Ｓ５０４に処理を進める。Ｓ５０４では、ＡＦ処理部１０５で算出された焦点評価値を取得してシステム制御部１１５のＲＡＭに一時的に記憶する処理が実行される。次のＳ５０５でシステム制御部１１５は取得済みの焦点評価値の数（以下、焦点評価値数という）をカウントする。カウント値はスキャン動作の開始時点でゼロであり、レンズの移動開始後に焦点評価値が取得される度にカウント値が増加していく。したがって、スキャン動作中及びスキャン動作後にはその時点で何個の焦点評価値が取得済みであるかを把握できる。次のＳ５０６でレンズ位置の補正処理が実行される。補正処理の詳細については後述するが、基本的には焦点評価値にそれぞれ対応付けるレンズの位置情報が、シャッタースピードやフォーカスレンズの動き出し時の遅れを考慮して決定される。
【００２０】
Ｓ５０７にてシステム制御部１１５は、Ｓ５０４で得られた焦点評価値と、Ｓ５０６で決定したレンズ位置とを対応付けてシステム制御部１１５のＲＡＭに記憶する。次のＳ５０８は現在のレンズ位置が目標位置（移動終了位置）に到達したか否かの判定処理である。フォーカスレンズ制御部１０４はＳ５０８にてレンズ位置が目標位置に到達していないと判定した場合、Ｓ５０３に処理を戻す。一方、Ｓ５０８にて現在のレンズ位置が目標位置に到達していると判定された場合、Ｓ５０９に処理を進めてフォーカスレンズ制御部１０４はレンズの移動を停止させる。そしてリターン処理に移行する。
このように、図５で示すスキャン動作では、図４のＳ４０１で決定された駆動条件にて連続した焦点評価値とそれに対応するレンズ位置が取得され、システム制御部１１５はＲＡＭにそれらのデータを対応付けて記憶させる。得られた一連の焦点評価値とそれに対応付けられたレンズ位置は、図４のＳ４０４に示す合焦判定で使用される。
【００２１】
次に、図５のＳ５０１で示した遅延評価値の特定処理について図６、図８、図９を参照して説明する。
まず、レンズの動き出しの遅れ（以下、レンズ遅れという）による影響を受ける際の、レンズの動きと露光期間との関係について図９を用いて説明する。図９（Ａ）は、スキャン動作時の要求速度が高速時(例えば1000pps)の場合の理想的なレンズ軌跡（実線）及び実際のレンズの遅れをモデル化した軌跡(破線)を例示する。図９（Ｂ）は、スキャン動作時の要求速度が低速時(例えば100pps)の場合の理想的なレンズ軌跡（実線）及び実際のレンズの遅れをモデル化した軌跡(破線)を例示する。グラフ図の横軸は時間ｔを示し、縦軸はレンズ位置を示す。その下方にＶＤ（垂直同期信号）、読み出しパルス、露光状態をそれぞれ示す。
図９（Ａ）にて、理想的なレンズ軌跡（実線）は原点を起点として点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通る右上がりの直線である。これに対して実際のレンズ軌跡は原点を起点として遅延時間TDelay1000が経過するまでの間の移動量はゼロである（停止状態）。その後のレンズ位置は、遅延時間TDelay1000の経過後、TRecovery1000の期間で立ち上がって点Ｑ１，点Ｐ１Rを通り、点Ｐ１と点Ｐ２との間の位置で理想的なレンズ軌跡に回復するグラフ線で表わされる。
【００２２】
図９（Ａ）を参照して、レンズ遅れの影響を受ける焦点評価値に対応するレンズ位置を説明する。まず、１フレーム期間の長さ（TVDと記す）、遅延時間TDelay1000、及び露光時間(ＴVと記す)の関係から、レンズ遅れの影響を受ける露光期間におけるレンズの停止期間と移動期間が求まる。本実施形態では、移動期間の中央の時刻におけるレンズ位置を、焦点評価値に対応するレンズ位置とする。その際の速度SpeedRecovery1000と移動期間により、レンズ遅れの影響を受ける際の第１レンズ位置を算出することができる。一方、レンズが理想的な軌跡をたどる場合には、要求速度（レンズ駆動速度）と露光期間に基づいて露光期間の中央（ＴV／２）の時刻における第２レンズ位置を算出することができる。第１レンズ位置と第２レンズ位置との差が、レンズ遅れの影響を受ける場合と受けない場合との誤差である。この誤差を解消できないと、レンズの動き出し時点付近で生じる合焦精度の低下原因となる。本実施形態中の遅延評価値とは、レンズ遅れの影響を受けた焦点評価値を指す。
【００２３】
一般的にスキャン動作の要求速度に応じて理想的なレンズ軌跡と実際のレンズ軌跡とが異なる場合がある。例えば、図９（Ａ）のように高速スキャン動作を実施した場合、理想的なレンズ軌跡をたどる場合の最初の焦点評価値に対応するレンズ位置をＰ１とする。レンズの動き出しの遅れを考慮した場合のレンズ位置はＱ１となり、レンズ遅れの影響による誤差は大きくなる。図９（Ｂ）のように低速スキャン動作の場合、レンズ遅れの影響による誤差は高速スキャン動作の場合と比較して小さくなる。このようにレンズ遅れの影響によるレンズ位置の誤差については、実際のレンズの動き出しの軌跡が、どのような変化をどのような条件で示すかを特定する情報があれば算出可能である。
【００２４】
遅延評価値を特定するため、システム制御部１１５はＲＯＭ領域にて実際のレンズ軌跡を特定するためのレンズ遅れに関する特性情報（以下、遅れ特性情報という）を記憶している。具体的には、図８に示す表のように、スキャン動作を実施する際の要求速度ごとに、遅延時間、戻り時間、戻り速度の３情報が関連付けられてＲＯＭ領域に保持される。図８に示す遅延時間は、図９（Ａ）ではTDelay1000に該当し、要求速度でフォーカスレンズを動かした場合に実際にレンズが動き出すまでの時間を示している。戻り時間は図９（Ａ）におけるTRecovery1000に該当し、理想的なレンズ軌跡（実線）に戻るまでの時間を示している。戻り速度は図９（Ａ）におけるSpeedRecovery1000に該当し、理想的なレンズ軌跡（実線）に戻る際のレンズの速度を示している。本実施形態では、実際のレンズ軌跡を遅延時間、戻り時間、戻り速度に基づいて近似し、遅れ特性情報として利用する。この遅れ特性情報を用いることで、レンズ遅れの影響を受けた焦点評価値を特定できる。
【００２５】
露光タイミングにおけるレンズ状態に応じて焦点評価値をいくつかに分類することができる。例えば、遅延時間内での露光を「停止状態」とし、戻り時間内での露光を「戻り状態」とし、レンズ遅れの影響がなくなって要求速度で露光される状態を「安定状態」とする。この場合、下記の６種類に分類できる。
（１）停止状態のみ
（２）停止状態及び戻り状態
（３）停止状態及び戻り状態及び安定状態
（４）戻り状態
（５）戻り状態及び安定状態
（６）安定状態
これらの中で、（１）〜（５）の場合に取得される焦点評価値が遅延評価値に該当する。特に（１）の停止状態で取得される焦点評価値を「停止状態評価値」と呼び、（２）ないし（５）の場合に取得される焦点評価値を「戻り状態評価値」と呼ぶこととする。また、（６）の安定状態のみで露光されて取得される焦点評価値を「安定状態評価値」と呼ぶ。これらを特定する方法として、図９（Ａ）を用いて説明すると下式に示す評価値数が定義される。
・遅延評価値数(上記（１）〜（５）のいずれかの場合) ＝ （TDelay1000+TRecovery1000）/TVD 
(剰余が存在する場合は１を加算する)
・停止状態評価値数(上記（１）の場合) ＝ TDelay1000/TVD
・戻り状態評価値数（上記（２）〜（５）のいずれかの場合）＝遅延評価値数 − 停止状態評価値数
【００２６】
安定状態評価値は、遅延評価値以外の焦点評価値である。尚、図９（Ｂ）の場合にはTDelay1000、TRecovery1000の代わりにTDelay100、TRecovery100を使用すればよい。
こうしてスキャン動作の開始時点から順次得られる評価値に関して、どの評価値が、どのような露光条件で得られたのかを特定可能となる。
【００２７】
次に、図６のフローチャートを参照して遅延評価値の特定処理の流れについて説明する。図６の処理は図５で示したスキャン動作において、スキャン動作開始時に実行され、その結果は後述するレンズ位置情報の補正処理に利用される。
まず、Ｓ６０１にてスキャン動作時の要求速度（駆動速度）が取得される。次にＳ６０２にて遅れ特性情報が選択される。前述のとおり、遅れ特性情報は要求速度ごとに保持されている（図８参照）。このため、Ｓ６０１で得た要求速度に基づいて、以降の処理で使用する遅れ特性情報が選択されることになる。次にＳ６０３でシステム制御部１１５は停止状態評価値を特定する。この処理では、遅れ特性情報とTVD、VD（垂直同期信号）の関係から停止状態評価値が特定される。同様にＳ６０４では戻り状態評価値が特定される。次にＳ６０５にて遅延評価値数が算出される。遅延評価値数は、Ｓ６０３で特定した停止状態評価値の数と、Ｓ６０４で特定した戻り状態評価値の数との和として求めることができる。ここで算出される遅延評価値数、停止状態評価値数、戻り状態評価値数については、後述のレンズ位置情報の補正処理で利用するために、システム制御部１１５はそのＲＡＭ領域に一旦保存する。
【００２８】
次に、図７及び図９、図１０を参照してレンズ位置補正処理について説明する。図７のフローチャートに示す処理は図５で説明したとおり、焦点評価値の取得ごとに実行される。図１０はレンズの軌跡と露光タイミングを例示した図である。図１０にて理想的なレンズ軌跡（実線）は原点を起点として点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ３Rを通る右上がりの直線である。これに対して実際のレンズ軌跡は原点を起点として遅延時間TDelayが経過するまでの間の移動量はゼロである（停止状態）。遅延時間TDelayの経過後、TRecoveryの期間で立ち上がって点Ｑ２，点Ｐ２Rを通り、点Ｐ３の位置で理想的なレンズ軌跡に回復するグラフ線で表わされる。
【００２９】
まずＳ７０１では、図５のＳ５０５でのカウントにより取得した焦点評価値数と、図６のＳ６０５で求めた遅延評価値数とが比較される。遅延評価値数よりも取得した焦点評価値数の方が多い場合、つまり、レンズ遅れの影響を受けない安定状態評価値であることが特定された場合にはＳ７０５に処理を進める。ここでは、安定状態におけるレンズ位置情報の補正処理が実行される。図９（Ｂ）に示す２番目の露光タイミングを例に説明すると、この露光はレンズ遅れの影響を受けていない。このため、露光期間中は一定速度でレンズが移動している。この場合、露光期間の中央（Ｔv／２）の時刻におけるレンズ位置（Ｐ２参照）が算出され、その位置が露光より生成される焦点評価値に対応付けられる。これが安定状態における補正処理である。
【００３０】
一方、Ｓ７０１にて、取得した焦点評価値数が遅延評価値数以下の場合はＳ７０２に処理を進める。Ｓ７０２では、取得した焦点評価値数が図６のＳ６０３で求めた停止状態評価値数よりも多いか否かについて判定される。取得した焦点評価値数が停止状態評価値数以下の場合、すなわちレンズの遅れによりレンズの停止状態で露光された焦点評価値が得られたと判断される場合にはＳ７０３に進む。Ｓ７０３では、得られた焦点評価値に対応付けるレンズ位置としてスキャン動作の開始位置を設定する。
Ｓ７０２にて、取得した焦点評価値数が停止状態評価値数よりも多い場合、すなわち、レンズ遅れの影響を受け、戻り速度で露光された影響を含む焦点評価値が得られたと判断される場合にはＳ７０４に進む。Ｓ７０４で戻り状態補正処理が実行される。戻り状態補正処理とは、レンズ遅れの影響により戻り速度と戻り時間が生じる場合の焦点評価値に対応するレンズ位置を算出する処理である。具体的には、前記（２）〜（５）のいずれの状態での露光により得られた焦点評価値であるかが特定され、個々の状況にあった補正処理が行われる。その詳細は下記のとおりである。
【００３１】
（２）「停止状態および戻り状態」の場合  （図９（Ａ）に示す１番目の露光が該当）
特定方法（判定条件）：
・「遅延評価値数 ＞ 停止状態評価値数」かつ「遅延評価値数が１より大きい」を満たすこと。
・「TVD×N番目 − ( 遅延時間＋戻り時間 ) 」が負数であること。
・「Tv − (TVD×N番目 − 遅延時間) ＞ 0」を満たすこと。
算出方法：
・レンズ位置 = P1R − 戻り速度 × (TVD×N番目 − 遅延時間)/2
尚、P1Rはｔ＝TVDでのレンズ位置を表す。
（３）「停止状態及び戻り状態及び安定状態」の場合  （図９（Ｂ）の１番目の露光が該当）
特定方法（判定条件）：
・「遅延評価値数 ＞ 停止状態評価値数」かつ「遅延評価値数が１」を満たすこと。
算出方法：
・レンズ位置 = P1R−要求速度 × (TVD− ( 遅延時間＋戻り時間 ) )/2 
− 戻り速度 × (TVD− 遅延時間)/2
（４）「戻り状態」の場合 （図１０の２番目の露光が該当）
特定方法（判定条件）：
・「遅延評価値数 ＞ 停止状態評価値数」を満たすこと。
・「TVD×N番目− (遅延時間＋戻り時間)」が負数であること。
・「Tv − (TVD×N番目− 遅延時間) ＜ 0」を満たすこと。
算出方法：
・レンズ位置 = P1R − 戻り速度 × Tv/2
（５）「戻り状態および安定状態」の場合  （図１０の３番目の露光が該当）
特定方法（判定条件）：
・「遅延評価値数 ＞ 停止状態評価値数」を満たすこと。
・「TVD×N番目− (遅延時間＋戻り時間)」が正数であること。
算出方法：
・TVD×N番目− (遅延時間＋戻り時間)  ＞ Tv/2 の場合
レンズ位置 = P3R − 要求速度×Tv/2
・上記以外
レンズ位置 = P3R − 要求速度×(TVD×N番目− (遅延時間＋戻り時間))/2 
− 戻り速度 ×(Tv − TVD×N番目− (遅延時間＋戻り時間))/2
尚、P3Rはｔ＝3×TVDでのレンズ位置を表す。
前記「N」は自然数変数を表わし、算定方法にて示すレンズ位置は補正されたフォーカスレンズの位置である。
【００３２】
第１実施形態では、システム制御部１１５のＲＯＭ領域にフォーカスレンズの遅れ特性情報を保持する。遅れ特性情報を用いて、レンズの動き出し時の焦点評価値に対応するレンズ位置が算出される。これにより、レンズ遅れの影響を受けた焦点評価値に対応するレンズ位置について、実際のレンズの軌跡を考慮した上で算出可能となる。したがって、レンズの動き出し時点付近での焦点評価値の信頼性を確保するとともに、レンズ遅れの影響を受ける焦点評価値を合焦判定に無駄なく使用できる。すなわち、レンズ遅れが生じる場合であっても、その影響を受ける評価値を有効に活用できる。
第１実施形態によれば、新たな位置検出センサ等を追加することなく、正しい傾向を持った焦点評価値を効率よく取得できる。よって、ＡＦ動作にかかる時間の短縮と合焦精度の向上との両立を実現できる。
【００３３】
[第２実施形態]
次に本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では合焦精度を重視し、信頼性の低い焦点評価値が合焦判定で使用されないように規制する。基本的な処理の流れは第１実施形態の場合と同様であり、よって相違点を中心に説明する。尚、第１実施形態の場合と同様の構成要素については既に使用した符号を用いることでそれらの詳細な説明を省略する。このような説明の省略の仕方は後述する実施形態でも同様である。第２実施形態では、図４のＳ４０４の処理を図１１のフローチャートのように変更する。
【００３４】
まずＳ１１０１にて図５のＳ５０１の結果を参照し、現在のスキャン動作によって遅延評価値が何個発生するかが特定される。次のＳ１１０２からＳ１１０５に示す一連の処理では、取得済みの各焦点評価値に対してレンズ遅れの影響が判断される。これは、取得済みの焦点評価値を合焦判定において使用するか否かを判断することである。まず、Ｓ１１０２にてシステム制御部１１５は、チェック済みの焦点評価値の数が、遅延評価値数を超えたか否かについて判定する。チェック済みの焦点評価値の数が遅延評価値数を超えていない場合、次のＳ１１０３に処理を進め、チェック対象としている焦点評価値の補正量が算出される。ここでいう補正量とは、図５のＳ５０６にて算出したレンズ位置と、理想的な軌跡でレンズが移動した場合のレンズ位置との差であり、図９（Ａ）ではＰ１とＱ１の差となる。
【００３５】
Ｓ１１０４にて、Ｓ１１０３で求めた補正量と許容補正量とが比較される。許容補正量とは、合焦精度が確保できるか否かを判断するための閾値であり、事前に決定しておくものとする。補正値が閾値以上である場合にはＳ１１０５に進む。チェック済みの焦点評価値を合焦判定に使用しないように無効化するデータが記憶される。無効化するデータは、合焦判定の対象から除外するために用いる情報を含む。尚、焦点評価値に対して、無効化するデータへの書き換えが行われない限り、当該焦点評価値は有効な評価値として扱われるものとする。その後、再度Ｓ１１０２に戻る。一方、Ｓ１１０４にて補正値が閾値未満であると判定された場合にはＳ１１０２に戻る。したがって、該当する焦点評価値が存在する限り、Ｓ１１０４の判定処理が継続し、Ｓ１１０２にてチェック対象の焦点評価値がなくなるとＳ１１０６に進む。Ｓ１１０６では、有効な焦点評価値のみを使って合焦位置を特定する処理が実行される。
第２実施形態では、レンズ遅れの影響を受けた焦点評価値のうち、影響の大きい評価値を除外し、影響の小さい評価値を使用して合焦位置を特定できるので、合焦精度の低下を抑えることができる。
【００３６】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、レンズ遅れの影響を受けた焦点評価値が合焦位置近傍に存在する場合にスキャン動作（焦点調節動作）を行う。このスキャン動作（以下、合わせこみスキャンという）は、合焦精度を維持するために実行される。第３実施形態では、図４を図１２のフローチャートのように変更する。図１２のＳ１２０１からＳ１２０４の処理は、図４のＳ４０１からＳ４０４と同じである。但し、Ｓ１２０１で決定するスキャン動作（以下、「粗いスキャン」という）の要求速度は、後述するＳ１２０７で決定する合わせこみスキャンの速度よりも速いものとする。
【００３７】
Ｓ１２０５にてシステム制御部１１５は、合焦位置近傍の遅れ判定を実施する。この判定処理では、直前のＳ１２０４で求めた合焦位置と、スキャン動作の開始直後の動き出し付近での遅延評価値との位置関係が判断される。図１３は粗いスキャンの範囲と合わせこみスキャンの範囲を例示する。(ａ)に示す粗いスキャン範囲１３０１において、領域１３０１ａは、レンズ遅れの影響を強く受ける領域を示し、レンズ位置の補正量が閾値以上である。領域１３０１ａを除いた領域はレンズ遅れの影響を受けない領域である。(a)に示すように、粗いスキャンで検出した第１合焦位置が、合わせこみスキャンの実施判断領域に含まれるか否かについて判断される。尚、本実施形態では、合わせこみスキャンの実施判断領域を、遅延評価値が取得された領域＋αとして設定し、αを予めパラメータとして決定しておくものとする。図１３に示すように、粗いスキャンの合焦位置がＰ０の場合、Ｓ１２０５での判定結果は「合焦位置近傍に遅延評価値は存在しない」となる。また、粗いスキャンにより検出される第１合焦位置が、合わせこみスキャンの実施判断領域に含まれるＰ１の場合、判定結果は「合焦位置近傍に遅延評価値が存在する」となる。Ｓ１２０６では、Ｓ１２０５の判定結果を踏まえて、合焦位置近傍に遅延評価値が存在したか否かについて判断される。合焦位置近傍に遅延評価値が存在すると判断された場合、Ｓ１２０７へ進み、また、そのような遅延評価値が存在しない場合にはＳ１２１１に進む。Ｓ１１２１１では、粗いスキャンで検出した合焦位置にフォーカスレンズを移動させる制御が行われる。
【００３８】
Ｓ１２０７でシステム制御部１１５は、合わせこみスキャンの駆動条件を決定する。この合わせこみスキャンでの検出範囲は、図１３の(b)のように粗いスキャンの合焦位置を中心として精度を保証したい範囲１３０２を含むように決定される。範囲１３０２において、領域１３０２ａは許容できるレベルの影響を受ける領域を示し、レンズ位置の補正量が閾値未満である。領域１３０２ａを除いた領域はレンズ遅れの影響を受けない領域である。このように、焦点評価値に対応するレンズ位置補正量が閾値以上である場合、当該レンズ位置を除外した検出範囲が決定される。合わせこみスキャンにより範囲１３０２内で第２合焦位置の探索が行われる。尚、精度を保証したい範囲１３０２については、焦点深度等を考慮し、必要な合焦精度が確保できるように決定されるものとする。また、合わせこみスキャンにおけるレンズの速度は、合焦精度を満たすべく決定した速度以下であって、かつレンズの遅れ特性情報に基づいて遅延評価値のレンズ位置補正量が規定値（閾値）未満となる速度に決定される。このように範囲と速度を決定することにより、合わせこみスキャンにおける合焦精度の維持と、無駄のない効率的なスキャン動作を実現できる。尚、Ｓ１２０８からＳ１２１０の処理は図４のＳ４０２からＳ４０４と同様である。
【００３９】
第３実施形態では、粗いスキャン（第１焦点調節動作）として高速なスキャン動作が先ず実施される。そして、レンズ遅れの影響を考慮すべく、検出された合焦位置とレンズ遅れの影響を受ける領域との位置関係より、合わせこみスキャン（第２焦点調節動作）の実施の可否が判断される。さらに、粗いスキャンの合焦位置を中心としてより狭い範囲で、かつレンズ遅れの影響を抑えた速度で合わせこみスキャンが実施される。これにより、ＡＦ動作における速度と合焦精度の両立を図ることができる。
尚、本実施形態では、合わせこみスキャンを実施の有無を決定する際に、合焦位置とレンズ遅れの影響を受ける領域との位置関係を判断した。さらには、最大のレンズ位置補正量が、合焦精度を維持可能な所定の範囲（判定基準範囲）内に収まっているか否かについての判定結果を、合わせこみスキャンの実施基準として採用してもよい。この場合、スキャン動作の要求速度から遅れ特性情報をもとに最大のレンズ位置補正量が特定され、この補正量が前記所定の範囲内であると判定された場合に合わせこみスキャンが実施される。
【００４０】
[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態でも合わせこみスキャンを行う点で基本的な処理の流れは第３実施形態と同様である。第４実施形態では図１２のＳ１２０７の処理内容を変更し、レンズ遅れの影響を考慮して、合わせこみスキャンを実施する範囲を設定する。図１４は粗いスキャンの範囲１４０１と合わせこみスキャンの範囲１４０３を例示する。
【００４１】
図１４の(a)では、粗いスキャンにおける合焦位置が合わせこみスキャンの実施判断領域内に存在し、合わせこみスキャンを実施する条件が成立した場合を示す。合わせこみスキャン時のレンズ速度については、合焦精度や焦点深度等を考慮して決定されているものとする。その際、スキャン動作の要求速度を使用し、第１実施形態で説明した遅延評価値の特定処理を適用することで、レンズ遅れの影響を受ける遅延評価値の数を特定することができる。本来は、図１４に破線で示すブロック１４０２のように、精度を保証したい範囲内で取得される焦点評価値の一部がレンズ遅れの影響を受けることになるが、この影響を受ける焦点評価値を特定できる。システム制御部１１５は逆算により、その一部の範囲を、図１４の(b)のように拡張する処理を行う。合わせこみスキャンの範囲１４０３において、領域１４０３ａはレンズ遅れの影響を受ける領域であり、精度を保証したい範囲から除外される。つまり、範囲１４０３にて、ブロック１４０２に相当する領域内ではレンズ遅れの影響を受けない。これにより、本実施形態では粗いスキャンの合焦位置近傍で高い精度を確保することが可能となる。
【００４２】
尚、本発明は前記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明の技術的範囲に含まれる。前記実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。例えば、フォーカスレンズの動き出しの遅れ特性については、撮像装置の姿勢によって変化し得る。そこで、撮像装置の姿勢（上向き、下向き等）を検出し、検出情報に応じて図８に例示した遅れ特性情報をメモリに保持する処理が実行される。姿勢検出情報に応じてレンズの遅れ特性情報を選択して使用することで合焦精度を向上させることができる。具体的には、図６のＳ６０２にて、姿勢センサ１２１の検出情報を取得し、姿勢検出結果に対応するレンズの遅れ特性情報の表を選択する処理が実行される。スキャン動作時の要求速度に応じてレンズの遅れ特性情報が選択されて適切なレンズ位置補正処理が行われる。
【００４３】
［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。
【符号の説明】
【００４４】
１０４  フォーカスレンズ制御部
１０５  ＡＦ処理部
１０８  撮像素子
１０９  撮像処理部
１１５  システム制御部
【図１】
2014174441.tif 000003
【図２】
2014174441.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014174441.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】
2014174441.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2014174441.tif 000015
【図１４】
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