(57)【要約】【課題】  被写体像の焦点調整の高速化と高精度化の両立を可能とする。【解決手段】  撮像装置１は、被写体の被写体像を形成するための撮影レンズ鏡筒３１と、撮影レンズ鏡筒３１により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得るＣＣＤ５と、ＣＣＤ５に形成される被写体像の焦点を調整するフォーカスレンズ３及びフォーカス駆動モータ（焦点調整手段）２２とを有し、ＣＰＵ１５は、被写体までの距離を求めるとともに、被写体像に対する合焦位置を検出し、測距結果に基づいて焦点調整手段の制御範囲を制限し、被写体像に対する合焦位置の検出結果に基づく焦点調整手段の制御を行う。【選択図】  図１
2006023652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の被写体像を形成するための撮影光学系と、
前記撮影光学系により結像される前記被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、
前記撮像手段に形成される前記被写体像の焦点を調整する焦点調整手段と、
前記被写体までの距離を求める測距手段と、
前記被写体像に対する合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、
前記測距手段による測距結果に基づいて前記焦点調整手段の制御範囲を制限し、前記合焦位置検出手段による検出結果に基づく前記焦点調整手段の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記合焦位置検出手段による検出結果に基づく前記焦点調整手段の制御が可能であるか否かを判断する判断手段を更に有し、
前記制御手段は、前記合焦位置検出手段による検出結果に基づく前記焦点調整手段の制御が不可能であると前記判断手段により判断された場合、前記測距手段による測距結果のみに基づいて前記焦点調整手段を制御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】
前記測距手段は、色分離のためのフィルタが設けられていないＣＣＤを含み、前記判断手段は、前記ＣＣＤからの出力信号に基づいて、前記合焦位置検出手段による検出結果に基づく前記焦点調整手段の制御が可能であるか否かを判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段により前記測距手段による測距結果のみに基づく前記焦点調整手段の制御のみが行われた場合であって、前記撮像光学系の焦点距離が所定値より短い場合には、合焦した旨の表示を行う表示手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
被写体の被写体像を形成するための撮影光学系と、前記撮影光学系により結像される前記被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、前記撮像手段に形成される前記被写体像の焦点を調整する焦点調整手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
前記被写体までの距離を求める測距ステップと、
前記被写体像に対する合焦位置を検出する合焦位置検出ステップと、
前記測距ステップによる測距結果に基づいて前記焦点調整手段の制御範囲を制限し、前記合焦位置検出ステップによる検出結果に基づく前記焦点調整手段の制御を行う制御ステップとを含むことを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項７】
請求項６に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動焦点調整機能を有する撮像装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子により取得される画像信号と外部測距手段を併用して、焦点調整を行う自動焦点調整装置に関するものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には以下のような発明が開示されている。コントラスト検出を用いたオートフォーカスと赤外光検出を用いたオートフォーカスを併用し、通常の撮影動作時にはコントラスト検出を用いたオートフォーカス手段を用いて焦点調整動作を行う一方で、このコントラスト検出を用いたオートフォーカス手段による焦点調整動作が困難となる撮影環境下においてのみ赤外光検出を用いたオートフォーカス手段に切換えて、所望の被写体に対する測距動作及びオートフォーカス動作を行うようにしている。従って、これによれば被写体の明るさによらず適切なオートフォーカスを行うことができる。
【０００４】
例えば、特許文献２には以下のような発明が開示されている。被写体を光電変換して画像信号を生成し生成された画像信号から所定の高周波成分を検出しそれにより焦点調節を行うコントラスト検出を用いたオートフォーカス手段と、赤外光を照射する発光手段（ＬＥＤ）と被写体からの反射光を受光し被写体距離に応じた出力信号を検出する赤外光検出を用いたオートフォーカス手段を併用し、環境温度を検出する温度検出手段の出力に応じて、コントラスト検出を用いたオートフォーカス手段と赤外光検出を用いたオートフォーカス手段のいずれか一方を選択し、オートフォーカス動作を行うようにしている。従ってこれによれば使用環境温度の変化によらず適切なオートフォーカスを行うことができる
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１９２５０号公報
【特許文献２】特開２０００−１１１７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述従来例では、被写体の明るさや使用環境温度に応じてコントラスト検出を用いたオートフォーカス手段と赤外光検出を用いたオートフォーカス手段のいずれか一方を選択し、オートフォーカス動作を行っている。このため、高速かつ高精度なオートフォーカス動作ができないという欠点がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、被写体像の焦点調整の高速化と高精度化の両立を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、被写体の被写体像を形成するための撮影光学系と、前記撮影光学系により結像される前記被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、前記撮像手段に形成される前記被写体像の焦点を調整する焦点調整手段と、前記被写体までの距離を求める測距手段と、前記被写体像に対する合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、前記測距手段による測距結果に基づいて前記焦点調整手段の制御範囲を制限し、前記合焦位置検出手段による検出結果に基づく前記焦点調整手段の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の撮像装置の制御方法は、被写体の被写体像を形成するための撮影光学系と、前記撮影光学系により結像される前記被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、前記撮像手段に形成される前記被写体像の焦点を調整する焦点調整手段とを有する撮像装置の制御方法であって、前記被写体までの距離を求める測距ステップと、前記被写体像に対する合焦位置を検出する合焦位置検出ステップと、前記測距ステップによる測距結果に基づいて前記焦点調整手段の制御範囲を制限し、前記合焦位置検出ステップによる検出結果に基づく前記焦点調整手段の制御を行う制御ステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明のプログラムは、前記撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１１】
本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記プログラムを記録したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測距手段による測距結果に基づいて焦点調整手段の制御範囲を制限し、合焦位置検出手段による検出結果に基づく焦点調整手段の制御を行うように構成したので、被写体像の焦点調整の高速化と高精度化の両立が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。１は撮像装置、２はズームレンズ群、３はフォーカスレンズ群、４はズームレンズ群２及びフォーカスレンズ群３等からなる撮影光学系を透過する光束の量を制御する光量調節手段であり露出手段である絞り、３１はズームレンズ群２、フォーカスレンズ群３及び絞り４等からなる撮影レンズ鏡筒、５は撮影光学系を透過した被写体像が結像し、これを光電変換するＣＣＤ等の固体撮像素子（以下、固体撮像素子としてＣＣＤを例示して説明する）、６はこのＣＣＤ５によって光電変換された電気信号を受けて各種の画像処理を施すことにより所定の画像信号を生成する撮像回路、７はこの撮像回路６により生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、８はこのＡ／Ｄ変換回路７の出力を受けてこの画像信号を一時的に記憶するバッファメモリ等のメモリ（以下、メモリとしてＶＲＡＭと例示して説明する）、９はこのＶＲＡＭ８に記憶された画像信号を読み出してこれをアナログ信号に変換するとともに再生出力に適する形態の画像信号に変換するＤ／Ａ変換回路、１０はこの画像信号を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）等の画像表示装置（以下、画像表示装置としてＬＣＤを例示して説明する）、１２は半導体メモリ等からなる画像データを記憶する記憶用メモリ、１１は、ＶＲＡＭ８に一時記憶された画像信号を読み出して記憶用メモリ１２に対する記憶に適した形態にするために画像データの圧縮処理や符号化処理を施す圧縮回路、及び、記憶用メモリ１２に記憶された画像データを再生表示等するのに最適な形態とするための復号化処理や伸長処理等を施す伸長回路とからなる圧縮伸長回路、１３はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて自動露出（ＡＥ）処理を行うＡＥ処理回路、１４はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて自動焦点調節（ＡＦ）処理を行うスキャンＡＦ処理回路、１５は撮像装置の制御を行う演算用のメモリを内蔵したＣＰＵ、１６は所定のタイミング信号を発生するタイミングジェネレータ（以下、ＴＧと称す）、１７はＣＣＤドライバ、２１は絞り４を駆動する絞り駆動モータ、１８は絞り駆動モータ２１を駆動制御する第一モータ駆動回路、２２はフォーカスレンズ群３を駆動するフォーカス駆動モータ、１９はフォーカス駆動モータ２２を駆動制御する第ニモータ駆動回路、２３はズームスレンズ群２を駆動するズーム駆動モータ、２０はズーム駆動モータ２３を駆動制御する第三モータ駆動回路、２４は各種のスイッチ群からなる操作スイッチ、２５は各種制御等を行うプログラムや各種動作を行わせるために使用するデータ等が予め記憶されている電気的に書き換え可能な読み出し専用メモリであるＥＥＰＲＯＭ、２６は電池、２８はストロボ発光部、２７はストロボ発光部２８の閃光発光を制御するスイッチング回路、３０は被写体からの複数の光束を受光する複数の受光手段からなるパッシブ方式の外部測距手段（以下、パッシブＡＦ手段と称す）、３２は赤外光を遮断するｉＲカットフィルタである。
【００１５】
なお、パッシブＡＦ手段３０の受光手段からの出力から被写体までの距離を求める演算は本実施形態ではＣＰＵ１５が行う。すなわち、図１上では被写体からの光束を受光する受光レンズ、その像を電気信号に変換するＣＣＤなどの撮像センサ、センサを駆動するためのドライバなどをパッシブＡＦ手段３０として表示しているが、実際の動作においては図１に示したパッシブＡＦ手段３０及びＡ／Ｄ変換端子を有するＣＰＵ１５によってパッシブＡＦ手段は構成される。以下の実施形態の説明においても、パッシブＡＦ手段はこのＣＰＵを含む構成のものとなる。また、画像データ等の記憶媒体である記憶用メモリは、フラッシュメモリ等の固定型の半導体メモリや、カード形状やスティック形状からなり装置に対して着脱自在に形成されるカード型フラッシュメモリ等の半導体メモリの他、ハードディスクやフロッピィ−ディスク等の磁気記憶媒体等、様々な形態のものが適用される。
【００１６】
また、操作スイッチ２４としては、本撮像装置１を起動させ電源供給を行うための主電源スイッチや撮影動作（記憶動作）等を開始させるシャッタボタン、再生動作を開始させる再生スイッチ、撮影光学系のズームレンズ群２を移動させズームを行わせるズームスイッチ等がある。
【００１７】
そして、シャッタボタンは撮影動作に先立ち行われるＡＥ処理、ＡＦ処理を開始させる指示信号を発生する第一ストロークと実際の露光動作を開始させる指示信号を発生する第ニストロークとの二段スイッチにより構成される。このように構成された本実施形態における動作を以下に説明する。
【００１８】
まず、撮像装置１の撮影レンズ鏡筒３１を透過した被写体光束は、絞り４によってその光量が調整された後、ＣＣＤ５の受光面に結像される。この被写体像は、ＣＣＤ５による光電変換処理により電気的な信号に変換され撮像回路６に出力される。撮像回路６では、入力した信号に対して各種の信号処理が施され、所定の画像信号が生成される。この画像信号はＡ／Ｄ変換回路７に出力されデジタル信号（画像データ）に変換された後、ＶＲＡＭ８に一時的に格納される。
【００１９】
ＶＲＡＭ８に格納された画像データは、Ｄ／Ａ変換回路９へ出力されアナログ信号に変換され表示するのに適した形態の画像信号に変換された後、ＬＣＤ１０に画像として表示される。一方、ＶＲＡＭ８に格納された画像データは圧縮伸長回路１１にも出力される。この圧縮伸長回路１１における圧縮回路によって圧縮処理が行われた後、記憶に適した形態の画像データに変換され、記憶用メモリ１２に記憶される。
【００２０】
また、例えば操作スイッチ２４のうち不図示の再生スイッチが操作されオン状態になると再生動作が開始される。すると記憶用メモリ１２に圧縮された形で記憶された画像データは圧縮伸長回路１１に出力され、伸長回路において復号化処理や伸長処理等が施された後、ＶＲＡＭ８に出力され一時的に記憶される。更にこの画像データはＤ／Ａ変換回路９へ出力され、アナログ信号に変換され表示するのに適した形態の画像信号に変換された後、ＬＣＤ１０に画像として表示される。
【００２１】
他方、Ａ／Ｄ変換回路７によってデジタル化された画像データは、上述のＶＲＡＭ８とは別にＡＥ処理回路１３及びスキャンＡＦ処理回路１４に対しても出力される。まずＡＥ処理回路１３においては、入力されたデジタル画像信号を受けて、一画面分の画像データの輝度値に対して累積加算等の演算処理が行われる。これにより、被写体の明るさに応じたＡＥ評価値が算出される。このＡＥ評価値はＣＰＵ１５に出力される。
【００２２】
またスキャンＡＦ処理回路１４においては、入力されたデジタル画像信号を受けて画面のＡＦ枠に相当する部分の画像データの高周波成分がハイパスフィルタ（ＨＰＦ）等を介して抽出され、更に累積加算等の演算処理が行われる。これにより、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値が算出される。このようにスキャンＡＦ処理回路１４は、ＡＦ処理を行う過程において、ＣＣＤ５によって生成された画像信号から所定の高周波成分を検出する高周波成分検出手段の役割を担っている。
【００２３】
一方、ＴＧ１６からは所定のタイミング信号がＣＰＵ１５、撮像回路６、ＣＣＤドライバ１７へ出力されており、ＣＰＵ１５はこのタイミング信号に同期させて各種の制御を行う。また撮像回路６は、ＴＧ１６からのタイミング信号を受け、これに同期させて色信号の分離等の各種画像処理を行う。さらにＣＣＤドライバ１７は、ＴＧ１６のタイミング信号を受けこれに同期してＣＣＤ５を駆動する。
【００２４】
またＣＰＵ１５は、第一モータ駆動回路１８、第ニモータ駆動回路１９、第三モータ駆動回路２０をそれぞれ制御することにより、絞り駆動モータ２１、フォーカス駆動モータ２２、ズーム駆動モータ２３を介して、絞り４、フォーカスレンズ群３、ズームスレンズ群２を駆動制御する。すなわちＣＰＵ１５はＡＥ処理回路１３において算出されたＡＥ評価値等に基づき第一モータ駆動回路１８を制御して絞り駆動モータ２１を駆動し、絞り４の絞り量を適正になるように調整するＡＥ制御を行う。
【００２５】
またＣＰＵ１５はスキャンＡＦ処理回路１４において算出されるＡＦ評価値や、後述するパッシブＡＦ手段３０によって得られた出力に基づき第ニモータ駆動回路１９を制御してフォーカス駆動モータ２２を駆動し、フォーカスレンズ群３を合焦位置に移動させるＡＦ制御を行う。また操作スイッチ２４のうち不図示のズームスイッチが操作された場合は、これを受けてＣＰＵ１５は、第三モータ駆動回路２０を制御してズームモータ２３を駆動制御することによりズームレンズ群２を移動させ、撮影光学系の変倍動作（ズーム動作）を行う。
【００２６】
次に本撮像装置１の実際の撮影動作を図２に示すフローチャートを用いて説明する。
本撮像装置１の主電源スイッチがオン状態であり、かつ撮像装置の動作モードが撮影（録画）モードにあるときは、撮影処理シーケンスが実行される。
【００２７】
まず初めにＣＰＵ１５は、撮影レンズ鏡筒３１を透過しＣＣＤ５上に結像した像を、ＬＣＤ１０に画像として表示する。次いでステップＳ１において、シャッタボタンの状態を確認する。撮影者によってシャッタボタンが操作されるなどして、撮影動作に先立ち行われるＡＥ処理、ＡＦ処理を開始させる指示信号をＣＰＵ１５が認識すると、次のステップＳ２に進み、通常のＡＥ処理が実行される。
【００２８】
続いてステップＳ３においてパッシブＡＦ処理が行われる。ＣＰＵ１５は、パッシブＡＦ手段３０を制御し、受光された被写体から二つの光束によりパッシブＡＦ手段３０のセンサ上に形成された画像を読み出す。読み出された二つの画像信号はＡ／Ｄ変換された後、ＣＰＵ１５に入力される。ＣＰＵ１５では二つの画像信号からその像ずれ量、更に被写体までの距離が計算される。
【００２９】
ここで簡単に被写体までの距離の計算方法を説明する。
図３に示すように、左右のセンサに結像する二像の像ずれ量がｘのとき被写体までの距離Ｌは三角測量の原理から、
Ｌ＝Ｂ・ｆ／ｘ・・・・・（式１）
と求められる。但し、ｆは受光レンズの焦点距離、Ｂは基線長（二つの受光レンズの間隔）である。以後Ｂ・ｆをＢｆと記述しＢｆ積を称する。
【００３０】
像ずれ量の計算は左右どちらかの像を基準画像、他方を参照画像とした場合、参照画像の読み出し開始画素を変位し、基準画像と参照画像の相関値を計算する。そしてその相関値が最小になる位置を見つける。この相関値が最小になる位置が左右の像の像ずれ量となる。実際の演算はセンサの画素未満のずれ量を補間演算によって求めるため以下の様に行われる。
【００３１】
図３に示すように左側のセンサ列から出力される画像を基準画像、右側のセンサ列から出力される画像を参照画像とする。参照画像側は基準画像側より多くの画素数を読み出す必要がある。左右のセンサの画素数をＮ、基準画像（左）の読み出し画素数はＮＬｅｆｔ、参照画像（右）の読み出し画素数はＮＲｉｇｈｔ（ＮＬｅｆｔ＜ＮＲｉｇｈｔ）とする。ＮＬｅｆｔとＮＲｉｇｈｔの差はずれ量の最大値をどこまで見込むかによる。すなわち近側の測距をどこまで行うかによって決まることになる。例えば、Ｂｆ積が３２．６ｍｍ2、近側の測距距離を２０ｃｍ、センサのピッチを７μｍとするとＮＲｉｇｈｔ−ＮＬｅｆｔ＝２３．３画素となり、それ以上の差を持つことが必要となる。相関演算において十分なの精度を得るためには基準画像側の画素として最低でも４０画素程度は必要になる。よって、例えばＮ＝１００のセンサ列を二つ持つパッシブＡＦ手段の場合、ＮＬｅｆｔ＝５０画素、ＮＲｉｇｈｔ＝８０画素と設定すればよい。
【００３２】
また二像の相関量は以下の様に求める。参照画像の信号をｋｂｉｔシフトしたときの相関量を、Ｕｋとすると、
Ｕｋ＝Σｍｉｎ（ａj+1,bj+k）−Σｍｉｎ（ａj,bj+k+1）・・・・・（式２）
である。但し、ｍｉｎ（ｘ,ｙ）はｘ、ｙのうち小さい方を選択する演算、ａjは基準画像の信号、ｂiは参照画像である。またｋ、ｊの範囲は以下のとおりである。
【００３３】
上述のように、左右のセンサの総画素数をＮ、基準画像（左）の読み出し画素数はＮＬｅｆｔ、参照画像（右）の読み出し画素数はＮＲｉｇｈｔとすると基準画像の読み出し開始画素ＭＬｏ、参照画像の読み出し開始画素ＭＲｏはそれぞれ、
ＭＬｏ＝（Ｎ−ＮＬｅｆｔ）／２
ＭＲｏ＝（Ｎ−ＮＬｅｆｔ）／２−ΔＮ
となる。但しΔＮはＮの２０分の１程度の定数であるが、基線長、受光レンズの焦点距離、センサピッチなどのパッシブＡＦ手段の仕様によりその値は異なる。すなわち、基準画像はセンサ中央のＮＬｅｆｔ画素を、参照画像は基準画像を含む外側がより広い範囲のＮＲｉｇｈｔ画素を読み込む。例えば例えばＮ＝１００、ＮＬｅｆｔ＝５０画素、ＮＲｉｇｈｔ＝８０画素の場合は、ＭＬｏ＝２５画素、ＭＲｏ＝２０画素に設定すればよい。
【００３４】
このようにセンサからの読み出しが行われた場合の（式２）におけるｋ、ｊの範囲は、
ｋ＝−ΔＮ〜ＮＲｉｇｈｔ−ＮＬｅｆｔ−ΔＮ
ｊ＝１〜ＮＬｅｆｔ
である。
【００３５】
以上のようにしてＵｋを計算し、上記のｋの範囲でＵｋの符号が逆転するｋを求める。ｋ＝ｐとｋ＝ｐ＋１の間で符号が逆転したならば像ずれ量δは、
δ＝｜Ｕｐ｜／（｜Ｕｐ｜＋｜Ｕｐ＋１｜）＋ｐ・・・・・（式３）
となる。
【００３６】
この像ずれ量から三角測量の原理に基づき距離Ｌを求めるわけであるが、（式１）におけるｘは無限遠の被写体の像ずれ量との差を表しているので、実際には、
Ｌ＝Ｂｆ／（δ−δ∞）・・・・・（式１'）
より距離Ｌを求める。ここでδ∞は無限遠の被写体の像ずれ量である。またこのδ∞とＢｆはパッシブＡＦ手段の個体によって異なるので、設計値ではなく工程等で測定された値を用いる。
【００３７】
以上のようにして被写体までの距離Ｌを求めることができる。パッシブＡＦ手段３０による測距結果を求めたならば、ＣＰＵ１５はこのパッシブＡＦ手段３０によって求められた距離に相当するフォーカスレンズ群３の位置を示す設定値を求め、それをパッシブＡＦの合焦位置Ｇ１とする。
【００３８】
ステップＳ４において露光指示（シャッタボタンの第ニストローク）の確認を行う。露光が指示されたならば、ステップＳ５に進み、ステップＳ３のパッシブＡＦ処理で求められた合焦位置Ｇ１にフォーカスレンズ群３を駆動する。そしてステップＳ６でＣＰＵ１５は第一モータ駆動回路１８を制御することにより、絞り駆動モータ２１を介して絞り４を小絞り側へ駆動制御する。これにより被写界深度が深くし、パッシブＡＦの持つ合焦位置の誤差を吸収する。そして絞り４を絞ることにより露光量が不足しないようにステップＳ２で設定されたＣＣＤ６の蓄積時間を絞り４を絞った分だけ伸ばす。蓄積時間を伸ばすことによって手振れ等が生じ、画質に悪影響を及ぼす懸念がある場合は、蓄積時間を伸ばさずＣＣＤ６の感度をアップする。感度アップはノイズの増加につながるので、蓄積時間を手振れの生じない値まで伸ばした後に感度アップは行う。その後ステップＳ１１に進み、ステップＳ６での設定に従って実際の露光処理を実行する。
【００３９】
露光が指示されない場合は、スキャンＡＦ処理を実行するステップＳ７に進む。スキャンＡＦを行う場合は、パッシブＡＦ処理は、所望の被写体に対するおおまかな被写体距離（フォーカスレンズ群３の合焦位置）を検出するための粗調整のためのＡＦ処理として扱われる。そしてスキャンＡＦ処理は、その後正確な合焦位置を検出する微調整のための処理となる。
【００４０】
すなわちＣＰＵ１５は、ステップＳ３のパッシブＡＦ処理の測距結果で求められた合焦位置付近までにフォーカスレンズ群３を移動する。その後ステップＳ７で、正確な合焦位置を検出する微調整のためのスキャンＡＦ処理を行う。これはフォーカスレンズ群３を微小に駆動しながらスキャンＡＦ処理回路の出力をモニタし、ＣＣＤ５によって生成された画像信号から出力される高周波成分が最も多くなるフォーカスレンズ群３の位置を求めることにより行われる。
【００４１】
そしてステップＳ８１〜Ｓ８２又はステップＳ８１〜Ｓ８３において、その合焦位置にフォーカスレンズ群３を駆動する。この際、ステップＳ８１においてステップＳ７のスキャンＡＦにて合焦が可能か否かを判定する。スキャンＡＦにて合焦が可能な場合は、ステップＳ８２に進みスキャンＡＦの結果に基づいてフォーカスレンズを制御する。逆にスキャンＡＦが不可能または困難な場合は、ステップＳ３のパッシブＡＦの結果に基づいてフォーカスレンズを制御する。
【００４２】
通常はスキャンＡＦにて合焦状態を得ることが出来るわけであるが、低照度の場合、被写体のコントラストの低い場合などは図５に示すような形状にＡＦ評価値の信号がならないことがある。このような場合は図２のステップＳ７にて実行されるスキャンＡＦにおいて合焦位置（高周波成分のピーク値に対応するフォーカスレンズ群３の位置）を正確に求めることができない。
【００４３】
合焦位置が正しく求めることが可能か否かの判定は、ＡＦ評価値の信号の形状を評価して行う。すなわち形状が山状か否かをＡＦ評価信号の最大値と最小値の差、一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さ、傾斜している部分の傾斜の平均値から形状を判定することにより合焦位置が正しく求めることが可能か否かの判定する。この合焦位置が正しく求めることが可能か否かの判定方法は既に公知なので詳細な説明は割愛する。
【００４４】
図２のステップＳ７にて実行されるスキャンＡＦ合焦位置を正確に求めることができない場合は、スキャンＡＦの結果に基づいてフォーカスレンズを合焦位置に駆動することはしない。この場合は、ステップＳ３において行われたパッシブＡＦ処理の結果に基づきフォーカスレンズを合焦位置に駆動する。ステップＳ３では被写体までの距離が計算されている。この計算された被写体の距離と撮影レンズの焦点距離からフォーカスレンズを駆動する位置を求める。またこの際測定された環境温度などを用いて被写体の距離の補正を行う。
【００４５】
そして、フォーカスカムデータと呼ばれる被写体距離とその被写体に合焦させるためのフォーカスレンズの繰り出し量（フォーカスレンズ位置）を関連付けたテーブルを参照して、フォーカスレンズの駆動位置を求め、その位置にフォーカスレンズを駆動する。
【００４６】
このパッシブＡＦのみの結果でフォーカスレンズを合焦位置に駆動した場合で、焦点距離が所定値も短い場合は、合焦した旨の表示を行う。これは焦点距離の短いワイド側はパッシブＡＦの測距精度でもフォーカスレンズを深度内に制御することが可能であるが、焦点距離が長くなるにつれ、パッシブＡＦの測距精度では深度内にフォーカスレンズを制御することが困難になるからである。この所定値はパッシブＡＦ手段の測距精度により定められる。
【００４７】
このようにして所定のＡＦ処理が終了したならば、もう一度ＡＥ処理が実行される。その後ＣＰＵ１５はステップＳ１０において、露光指示（シャッタボタンの第ニストローク）の確認を行い、露光が指示されたならば、ステップＳ１１に進み、実際の露光処理を実行する。
【００４８】
なお、スキャンＡＦ処理の途中で露光が指示された場合は、スキャンＡＦ処理（ステップＳ７）、Ｓ８１〜Ｓ８２又はＳ８１〜Ｓ８３の終了後、ステップＳ１１に進み実際の露光処理を実行する。またステップＳ１０で露光指示がなされない場合はステップＳ１２に進み、再びパッシブＡＦ処理を行う。
【００４９】
次いで、図２のステップＳ７にて実行されるスキャンＡＦの詳細について説明する。図４にスキャンＡＦのシーケンスのフローチャートを示す。また図５にスキャンＡＦが実行される際の高周波成分量とフォーカスレンズ位置の関係を示す。
【００５０】
図４のステップＳ５１において、ＣＰＵ１５はスキャンＡＦ処理による焦点位置の検出動作を行うためにフォーカスレンズ群３を駆動させる開始位置及び停止位置を、パッシブＡＦ処理演算結果から設定する。ここで設定される開始位置の設定値は、パッシブＡＦ合焦位置（パッシブＡＦ処理演算結果の被写体距離に相当するフォーカスレンズ群３の位置を示す設定値）Ｇ１から変数Ｇｓを減じた値となる。また停止位置の設定値は、パッシブＡＦ合焦位置（パッシブＡＦ処理演算結果の被写体距離に相当するフォーカスレンズ群３の位置を示す設定値）Ｇ１に変数Ｇｓを加えた値となる。すなわち、スキャンＡＦを実行する範囲は、パッシブＡＦ処理演算結果による被写体距離を中心とする所定の範囲となる。なおこの変数Ｇｓは、撮影レンズの焦点距離・パッシブＡＦ処理演算結果（被写体距離）、パッシブＡＦ処理において想定される測距誤差等を考慮して決定される。
【００５１】
また、Ｇ１から変数Ｇｓを減じた値、Ｇ１に変数Ｇｓを加えた値がＧｓを加えた値が、フォーカスレンズ群３の駆動範囲を超えた場合は、駆動範囲で規制を行う。一般的に撮像装置における焦点調節動作は、撮影光学系によって集光された所望の被写体からの光束を撮像素子（ＣＣＤなど）の撮像面（受光面）上に合焦状態で結像させるための動作である。そのために撮影光学系の一部であるフォーカスレンズ群を光軸方向に動かし合焦状態を得る。この光軸方向の移動量は被写体が近づくほど多くなる傾向にある。また撮影レンズの焦点距離が長くなるほど多くなる傾向にある。
【００５２】
測距誤差としては撮像装置の製造時の調整誤差、撮影レンズ鏡筒３１の環境温度変化によって生じる歪などの温度誤差、パッシブＡＦ手段を構成する各部材の機械的誤差に起因する測距誤差、フォーカスレンズ群３の移動誤差などが考えられる。従って、パッシブＡＦ処理演算結果から得られる被写体まで距離及び撮影レンズの焦点距離から求められた値に、測距誤差を考慮して変数Ｇｓを設定する。
【００５３】
次いでステップＳ５２において、ＣＰＵ１５は第二モータ駆動回路１９を介してフォーカスモータ２２を駆動させ、フォーカスレンズ群３をステップＳ５１において設定された開始位置に移動させる。そして開始位置を起点として所定の移動量でフォーカスレンズ群３を移動させながら合焦位置を探すスキャンＡＦ処理を実行する。
【００５４】
ステップＳ５３においてＣＰＵ１５は、フォーカスレンズ群３がステップＳ５１において設定された終了位置に到達したか否かを判定する。ここでフォーカスレンズ群３が終了位置に到達していない場合は、ＣＰＵ１５は撮像手段等を制御して、その時点におけるフォーカスレンズ群３の位置に対応する画像データを取得する。この画像データは撮像回路６及びＡ／Ｄ変換回路７を介してスキャンＡＦ処理回路１４に出力され、ステップＳ５４においてＡＦ評価値が算出される。このＡＦ評価値はＣＰＵ１５に出力され、ＣＰＵ１５に内蔵された演算用メモリに記憶される。次のステップＳ５５においてＣＰＵ１５は所定の移動量だけフォーカスレンズ群３を移動させる。その後ステップＳ５３に戻り、フォーカスレンズ群３が設定された終了位置に到達するまで同様の処理を繰り返す。
【００５５】
そしてステップＳ５３においてフォ−カスレンズ群３が終了位置に到達したと判定されたならば、ステップＳ５６に進む。ステップＳ５６において、ＣＰＵ１５はステップＳ５５において算出されたＡＦ評価値に基づいて合焦位置の演算を行う。そしてこの演算結果に基づいてＣＰＵ１５は、ステップＳ５７において第二モータ駆動回路１９を介してフォーカスモータ２２を駆動させ、フォーカスレンズ群３を合焦位置に移動し、この位置に停止し一連のシーケンスを終了する。その後、図２のステップＳ９に進む。
【００５６】
図５を用いて上記一連の動作を説明すると以下のようになる。
例えば、フォーカスレンズ群３が図５のＡで示す位置にある状態において、フォーカスレンズ群３はまずＡの位置から、開始位置であるパッシブＡＦの測距結果からＧｓを減じた位置Ｂまで移動する（スッテプＳ５２）。この開始位置を起点としフォーカスレンズ群３が、終了位置であるパッシブＡＦの測距結果にＧｓを加えた位置Ｃに達するまで、スキャンＡＦ処理が実行される（ステップＳ５２〜Ｓ５５）。そしてこれにより取得されたＡＦ評価に基づいてＣＰＵ１５は合焦位置の演算を行う（ステップＳ５６）。この演算により図５のＤの位置、即ち高周波成分のピーク値に対応するフォーカスレンズ群３の位置が合焦位置として求められる。その後ＣＰＵ１５はその位置へフォーカスレンズ群３を駆動する（ステップＳ５７）。
【００５７】
このように本実施形態においては、通常時には、パッシブＡＦの測距結果に基づいてフォーカスレンズを駆動しながら撮像手段によって生成された画像信号から合焦位置を検出する合焦位置検出手段のフォーカスレンズを駆動する範囲を限定することで、オートフォーカス動作の高速化と高精度化の両立が可能となり、低輝度下の低コントラスト被写体のような特別な場合は合焦位置検出手段による合焦動作が不可能であることを検出しパッシブＡＦの測距結果のみに基づいてフォーカスレンズを制御することで、合焦率を向上させている。
【００５８】
−第２の実施形態−
本発明の第２の実施形態は、パッシブＡＦ手段３０の出力信号によって、スキャンＡＦでの合焦が可能か否かを判定している点が第１の実施形態と異なる。本実施形態における撮像装置の構成は、図１に示す第１の実施形態の構成と同様であるため、説明は省略する。
【００５９】
本実施形態に係る撮像装置１の撮影動作を図６に示すフローチャートを用いて説明する。以下では、第１の実施形態と同一の部分の説明は省略する。ステップＳ４において露光指示（シャッタボタンの第ニストローク）の確認を行い、露光が指示されない場合は、ステップＳ７１に進む。
【００６０】
ステップＳ７１ではパッシブＡＦ手段３０の出力信号を用いて、輝度とコントラストを概算し、スキャンＡＦでの合焦が可能か否かを判定する。一般に撮像素子として用いられるＣＣＤより、パッシブＡＦ手段３０のセンサとして用いられるＣＣＤなどの方が１画素の面積が大きい。またパッシブＡＦ手段３０のセンサとして用いられるＣＣＤには色分離のためのフィルタが設けられていない場合がほとんどである。このため、撮像用のＣＣＤより低輝度限界、低コントラストに対する能力は高くなる。よってパッシブＡＦ手段３０のセンサからの出力信号を調べることで、スキャンＡＦにおいて合焦可能な輝度であるか、被写体が合焦可能なコントラストであるかを判定することができる。
【００６１】
具体的には以下の様にして輝度コントラストを概算し、スキャンＡＦにおいて合焦可能か否かを判定する。実際にはステップＳ３においてパッシブＡＦ処理を行った際に必要な処理を行い、結果をメモリに保存しておき、その内容をステップＳ７１で用いて判定を行う。
【００６２】
図３に示すように左側のセンサ列から出力される画像を基準画像、右側のセンサ列から出力される画像を参照画像とすると、参照画像側は基準画像側より多くの画素数を読み出す必要があるため、右側のセンサ列からより多くの画素数の信号が出力される。パッシブＡＦ手段とスキャンＡＦ手段の間にはパララックスが存在するため、両者の見る位置は必ずしも一致しない。そこでより広い範囲を見る右側のセンサ列から出力信号にて被写体の輝度コントラストを判定する。
【００６３】
パッシブＡＦ処理の際に読み出された右側のセンサ列から出力信号から、その最大値と最小値を求める。その最大値をＳｉｇＭａｘ、最小値をＳｉｇＭｉｎとする。また自動蓄積終了モードにてパッシブＡＦ手段を制御しているので、実際の蓄積時間を取得する。その時間をＴｓｔｒとする。
【００６４】
自動蓄積終了モードとは、読み出した信号の最大値が所定値に達した時点でパッシブＡＦセンサの蓄積を終了するモードである。蓄積終了を判断した時点と実際に蓄積が終了される時点にはずれが生じるので、信号の最大値が蓄積終了を判定する所定値にはならない。
【００６５】
輝度、コントラストの概算とスキャンＡＦにおいて合焦可能か否かを判定は以下の様に行う。まず、パッシブＡＦ手段の実際の蓄積時間をＴｓｔｒから被写体輝度を推測する。この輝度をＢＶｐｒｄとする。あるＢｖ値における蓄積時間を測定しておけば、Ｂｖが一段上下するごとに蓄積時間は倍半分になるので、蓄積時間から被写体輝度ＢＶｐｒｄを推定することが出来る。例えば、Ｂｖ＝３の時の蓄積時間が３０ｍｓであったならば、蓄積時間１２０ｍｓでＢＶｐｒｄ＝１、蓄積時間７．５ｍｓでＢＶｐｒｄ＝５となる。
【００６６】
次いでセンサ列から出力信号の最大値ＳｉｇＭａｘと最小値ＳｉｇＭｉｎの比を取り、被写体のコントラストを推測する。このコントラスをＣＲｐｒｄとすると、ＣＲｐｒｄは、
ＣＲｐｒｄ＝ＳｉｇＭａｘ／ＳｉｇＭｉｎ×９０
で求められる。×９０とすることで、被写体の明側を９０とした時の被写体の暗側の指標を求めている。これはコントラストを被写体の反射率の差で表すことが一般的だからである。例えば低コントラスト被写体として明側を反射率９０％の被写体とし、暗側の反射率を７５％として設定し、９０％対７５％の被写体として測定等に用いている。
【００６７】
スキャンＡＦで合焦可能な条件は被写体輝度とコントラストの組み合わせでは決まるので、推測された輝度ＢＶｐｒｄとコントラスＣＲｐｒｄから、設定された合焦可能範囲か否かを判定し、範囲内なら合焦可能とし、ステップＳ７２に進みスキャンＡＦを実行する。
【００６８】
例えばコントラスト定数ＣＲｐｒｄ＜＝６４の時は、ＢＶ値が−４以上なら合焦可能なので、ＢＶｐｒｄ＞＝−５を合焦可能範囲と設定する。またＣＲｐｒｄ＞６４の時は、ＢＶｐｒｄ＞＝−２を合焦可能範囲と設定する。このようにステップＳ７１の輝度コントラスト判定の結果、スキャンＡＦで合焦可能と判定された場合はステップＳ７２に進みスキャンＡＦ処理を実行する。詳細は第１の実施形態における図２のステップＳ７と同じである。
【００６９】
逆にステップＳ７１で、スキャンＡＦで合焦不可能と判定された場合はステップＳ８に進み、ステップＳ３において行われたパッシブＡＦ処理の結果に基づきフォーカスレンズを合焦位置に駆動する。
【００７０】
このように本実施形態においては 、パッシブＡＦ処理回路の出力信号からスキャンＡＦによる合焦動作が不可能と判断された場合には、パッシブＡＦの測距結果のみに基づいてフォーカスレンズを制御している。これにより、通常はパッシブＡＦの測距結果に基づいてフォーカスレンズを駆動しながら撮像手段によって生成された画像信号から合焦位置を検出するスキャンＡＦに基づくフォーカスレンズを駆動する範囲を限定することでオートフォーカス動作の高速化と高精度化の両立が可能となり、低輝度下の低コントラスト被写体のような特別な場合はスキャンＡＦによる合焦動作が不可能であることを検出しパッシブＡＦの測距結果のみに基づいてフォーカスレンズを制御することで、高速化を図るとともに合焦率を向上させている。
【００７１】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、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）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００７２】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００７３】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００７４】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ(基本システム或いはオペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００７５】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】パッシブＡＦの動作を説明するための図である。
【図４】スキャンＡＦの動作を示すフローチャートである。
【図５】スキャンＡＦが実行される際の高周波成分量とフォーカスレンズ位置の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１  撮像装置
２  ズームレンズ群
３  フォーカスレンズ群
４  絞り
５  ＣＣＤ
６  撮像回路
７  Ａ／Ｄ変換回路
８  ＶＲＡＭ
９  Ｄ／Ａ変換回路
１０  ＬＣＤ
１１  圧縮／伸張回路
１２  記憶用メモリ
１３  ＡＥ処理回路
１４  スキャンＡＦ処理回路
１５  ＣＰＵ
１６  タイミングジェネレータ
１７  ＣＣＤドライバ
１８  第一モータ駆動回路
１９  第ニモーター駆動回路
２０  第三モータ駆動回路
２１  絞り駆動モータ
２２  フォーカス駆動モータ
２３  ズーム駆動モータ
２４  操作スイッチ
２５  ＥＥＰＲＯＭ
２６  電池
２８  ストロボ発光部
２７  スイッチング回路
３０  パッシブＡＦ手段
３１  撮影レンズ鏡筒
３２  ｉＲカットフィルタ
【図１】
2006023652.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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