(57)【要約】【課題】撮像装置の支持状況によって評価値の判定のし易さが異なるので、安定したオートフォーカス動作が行えない。【解決手段】被写体からの光が通過する光学系と、前記光学系によって被写体からの光が結像される撮像素子とで構成される撮像系と、前記撮像装置に加わる振動を検出する振動検出手段と、前記撮像系を光軸方向に交番駆動させるウォブリングモードと、前記撮像系を光軸方向に前記ウォブリングモードより長い周期で駆動させる中心移動モードを有し、前記振動状態検出手段の検出信号に基づいて、前記ウォブリングモードと中心移動モードを関連づけて制御する制御手段で撮像装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光が通過する光学素子と、前記光学素子によって被写体からの光が結像される撮像素子とで構成される撮像系と、前記撮像系の光軸方向移動機構と、前記光軸方向移動機構を制御する制御手段を備えた撮像装置であって、前記撮像装置の振動を検出する振動検出手段と、前記撮像系が合焦状態となる為の、前記光軸方向移動機構による複数の合焦動作モードを有し、前記制御部は、前記振動検出手段からの検出信号により、前記複数の合焦動作モード間の遷移条件を変更することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記複数の合焦動作モードは、前記撮像系を光軸方向に交番駆動させるウォブリングモードと、前記撮像系を光軸方向に、前記ウォブリングモードより長い周期で駆動させる中心移動モードであり、前記振動検出手段の検出信号に基づいて、前記ウォブリングモードと前記中心移動モードを関連づけて制御する制御手段で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記振動検出手段は、前記撮像装置が三脚に固定されたことを検出する手段、或いは前記撮像装置に加わる加速度検出手段、或いは角速度検出手段、或いはそれらの組合せであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の合焦動作モードは、前記撮像系のウォブリングの振幅の中心が光軸方向に移動しないウォブリングと、前記撮像系のウォブリングの振幅の中心が移動するウォブリングと、前記撮像系が一定方向へ継続して移動する山登りと、前記撮像系の動作を停止することのいずれかであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置に関し、特にコントラスト検出によりオートフォーカスを行う機能に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動画撮影時の被写体の動きに追従するオートフォーカス（ＡＦ）機構としては、従来のフォーカスレンズではなく、撮像素子がウォブリング動作を行う撮像装置が提案されている。この装置は撮像素子が現在位置から光軸方向の前後に移動して、それぞれで取得した被写体のコントラストを表す評価値の大小を比較し、被写体の合焦位置が現在位置の前方、或いは後方のいずれにあるかを判断する方向判別動作を行う。撮像素子の方向判別の結果、フォーカスレンズが合焦位置に向かって移動する。適宜、これらの動作を組み合わせてオートフォーカス動作を実行する。
【０００３】
この動作の詳細について説明する。ここでは、撮像素子がその振幅の中心を移動せずに光軸方向の前後で評価値を取得する動作をウォブリングモードと称する。一方、ウォブリングの振幅の中心を光軸方向に移動させながらウォブリングを行うことを中心移動モードと称する。更に、フォーカスレンズが撮像素子の方向判別結果から、合焦状態となる為、合焦位置に向かって一定に移動する動作を山登りモードと称する。更に、一度、合焦位置に到達した後、被写体が安定している否かを確認し、その後通電を停止するという動作を合焦確認モードと称する。撮像素子が取得した評価値の計算結果と所定の条件に基づき、フォーカスレンズと撮像素子が連携して、次々とモードを遷移しながら合焦までの全体のシーケンスが実行される。
【０００４】
但し、この評価値の大きさは被写体のコントラストや輝度条件などにより大きく左右されるので、安定した方向判別が容易ではなく、前述のシーケンスの進行も影響される。
【０００５】
評価値判定が不安定となる要因の一つに測距の際のカメラブレがある。カメラブレにより、カメラから被写体までの距離が変化することや、撮像画面の測距枠の範囲に被写体が出入りすることなどで評価値が変動する。つまり、カメラブレの無い三脚などに固定した場合と、手持ちでの支持、或いは動く被写体に対しパンニングしている場合などではそれぞれ評価値の安定性が異なる。従って、このブレの状況はより良いオートフォーカス動作を維持する為に有効な情報となる。
【０００６】
特許文献１には、ジャイロなどのブレセンサと光学系の補正機構を有して手ブレを補正する装置において、光学系補正機構がオフであってもジャイロは常時、信号出力可能として、オートフォーカス機構にブレ信号を送ることができる装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２９４９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１にはブレの情報を取得したオートフォーカス機構における具体的な動作については詳述が無い。
【０００９】
前述したように撮像装置の支持状況によって評価値の判定のし易さが異なる為に、例えば手ぶれが大きい場合には安定した評価値を得られずオートフォーカス動作に不要に時間をかけてしまう場合がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、安定したオートフォーカス動作の実現である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明に係る撮像装置は、被写体からの光が通過する光学素子と、前記光学素子によって被写体からの光が結像される撮像素子とで構成される撮像系と、前記撮像系の光軸方向移動機構と、前記光軸方向移動機構を制御する制御手段を備えた撮像装置であって、前記撮像装置の振動を検出する振動検出手段と、前記撮像系が合焦状態となる為の、前記光軸方向移動機構による複数の合焦動作モードを有し、前記制御部は、前記振動検出手段からの検出信号により、前記複数の合焦動作モード間の遷移条件を変更するように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮影装置に加わる振動が大きい時にはそれに応じた撮像系の駆動制御を行うので安定したＡＦ検出が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例の合焦動作のシーケンスのフローチャートである。
【図３】（ａ）は本発明の実施例のモード遷移条件設定のフローチャート、（ｂ）は本発明の実施例のモード遷移条件設定内容の表である。
【図４】本発明の実施例のレンズと撮像素子の動作の様子を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の各実施形態に係る撮像装置を、添付図面を用いて説明する。
【００１５】
撮像装置の例はデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、携帯電話に搭載されるカメラなどであり、その種類は限定されない。また撮像装置は、撮像素子３を光軸方向に微小移動させるウォブリング動作によって合焦位置（コントラストのピーク位置）がある方向を判別する、自動焦点調節（ＡＦ）機能を有する。
【００１６】
以下、図１から図４を参照して本発明の第１実施形態に係る撮像装置について説明する。図１は本発明の撮像装置のシステム構成を示すブロック図であり、図２はオートフォーカス動作の全体のシーケンスのフローチャートである。図３（ａ）は全体シーケンスの中のモード遷移条件設定サブルーチンのフローチャートであり、図３（ｂ）は振動状況により設定されるモード遷移の為の条件として設定される内容を示す表である。図４は例としてある振動条件でのレンズ部１と撮像素子３の動作の様子を示すグラフである。
【００１７】
本実施例の撮像装置は以下の構成を含む。
【００１８】
撮像素子３は、光学素子であるところのレンズ部１を通して被写体からの光が結像される光電変換素子で、例えば、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサやＣＣＤ（電荷結合素子）センサなどである。ここでレンズ部１と撮像素子３は撮像系を構成している。
【００１９】
光軸方向移動機構であるところの光学素子移動手段２及び撮像素子駆動手段４はそれぞれレンズ部１、撮像素子３を光軸方向に前後移動させるメカ機構及び電気回路などで、撮像素子３に被写体の鮮鋭な画像を結像させるオートフォーカス機能を有している。
【００２０】
５の映像信号処理回路は、撮像素子３で生成された画像信号に対し所定の画像処理を行うと共にオートフォーカス機能として画像のコントラストを示す評価値を算出する。
【００２１】
６は制御手段であるところのシステム制御部で、所定のクロックに基づき、５の映像処理回路を制御して記録手段７により、所定のタイミングで被写体画像を記録媒体８に記録し、表示手段９に表示する。また、映像信号処理回路５で取得された評価値を記憶、演算する。また、光学素子移動手段２により、レンズ部１を一定方向に継続して移動する山登り動作をさせる。更にシステム制御部６は撮像素子３を撮影光軸方向にウォブリング動作させるウォブリングモードと、撮像素子３をウォブリング動作より長い周期で撮影光軸方向に沿って所定の方向に駆動させる中心移動モードを有する。そして映像処理回路５から得られた評価値にもとづき、被写体の合焦方向の判別を行い、それに従って光学素子駆動手段２により、レンズ部１を合焦方向へ移動する。
【００２２】
１０のジャイロは撮像装置の角速度を検出するレートジャイロである。ここでは３軸以上の方向検知が可能で、撮像装置が手持ちされて撮像されている場合は例えば比較的小さく、不規則な角速度信号が出力される。また、撮像装置がパンニング或いはチルトされている場合は一定方向に比較的大きな角速度が発生することから特徴的な信号出力がなされる。従って、ジャイロ１０からの角速度信号出力の大小により、手持ちであるか、また、パンニング或いはチルト動作中などの撮像装置に加わっている振動がわかることになる。すなわち、ジャイロ１０は振動検出手段である。
【００２３】
１１は三脚検出器で、ここでは不図示の三脚ネジ取付穴の内部に設けられたスイッチで、三脚が取り付けられたことでオンとなり、撮像装置が三脚に取り付けられたことをシステム制御部６に伝達する。撮像装置に三脚が取り付けられた状況では撮像装置に加わる振動は限りなく小さくなるので、この三脚検出器１１も振動検出手段である。
【００２４】
次に、撮像装置の動作を説明する。
【００２５】
図４（ａ）は横軸を時間、縦軸を無限大側から至近側までのレンズ部１と撮像素子３の位置としたグラフで、オートフォーカス開始（レンズ部１は遠点側、撮像素子３は待機位置）から被写体合焦位置（近点側）に向けたレンズ部１と撮像素子３の動作を模式的に示す。図中、撮像素子３の動きはレンズ部１に比べて微小量なので図３（ａ）においては概略の線で示した○で囲んだ範囲（ｂ）と範囲（ｃ）の部分をそれぞれ図４（ｂ）、（ｃ）に拡大図として示した。
【００２６】
図４（ｂ）はオートフォーカス開始時の撮像素子３のウォブリングと中心移動動作を示し、ｙは撮像素子３のウォブリング振幅であり、ｃはウォブリングの振幅の中心が移動する中心移動の量である。また、◎はウォブリング振幅の頂点で取得した評価値のタイミングを最初の３点のみ示す。レンズ部１或いは撮像素子３のウォブリングの振幅の中心が移動するウォブリングであるところの中心移動モードとは、ウォブリングの振幅の中心が光軸方向に移動しないウォブリングを数回行って、得られた評価値で合焦方向を判断し、合焦方向に向かってウォブリング振幅の中心を移動させることである。ここではウォブリング後に中心移動を４回行った後、基準位置に停止する状況を示す。
【００２７】
図４（ｃ）にはレンズ部１が山登りモードにおいて合焦位置の近傍で停止した後、撮像素子３が最終的に合焦させる状況を示している。ここでは撮像素子３が再び、ピーク位置を超えた後、ウォブリングを４回行って停止する状況を示す。
【００２８】
図２及び図３（ａ）のフローチャートを用いてシーケンスを説明する。不図示のＡＦ開始スイッチをＯＮとして、撮像素子３からの画像により、評価値の取得が可能となる（Ｓ００２）。
【００２９】
次に撮像装置の振動状況から、それに応じて合焦動作モードが遷移する為の条件の設定を行う。（Ｓ００３）このサブルーチンを図３（ａ）に示す。
ここでは３つの合焦動作モードへの遷移条件を、３つの振動状況毎に異なる設定とし、各々の設定内容を図３（ｂ）の表に示した。
【００３０】
図３（ａ）のモード遷移条件設定フローにおいて、撮像装置が三脚に固定されているか否かを三脚検出器１１で判定する（Ｓ１０２）。三脚検出器１１のスイッチがオンであれば三脚撮影設定とする（Ｓ１０６）。また、三脚検出器スイッチがオフとしてＳ１０３に進み、ジャイロ１０の角速度信号Ａが所定値の角速度Ａ１より大きくない場合、撮像装置は手持ち状態と判断し、手持ち撮影設定とする（Ｓ１０５）。
【００３１】
また、角速度Ａが所定値の角速度Ａ１より大きい場合は、撮像装置がパンニング或いはチルト撮影中であると判断し、パンニング設定とする（Ｓ１０４）。
【００３２】
図３（ｂ）において、例えば手持ち撮影設定であれば３つの合焦動作モード遷移の際、次のように条件設定されている。
【００３３】
撮像素子３をウォブリングモードから、中心移動モードへ遷移する為の条件として、参照する評価値の個数は遠点１個、近点２個の合計３個とする。すなわち、近点１＞遠点１かつ近点２＞遠点１となれば、遷移条件はクリアされ、次に進む。また、中心移動モードから、レンズ部１或いは撮像素子３を一定方向へ継続して移動する山登りであるところの山登りモードへ遷移する為の条件としては連続して中心移動した回数を条件とし、ここでは４回連続中心移動すれば遷移条件はクリアされ、次に進む。また、合焦確認モードを経てオートフォーカス動作を停止する際は、ウォブリングを行って４回のウォブリング時の評価値の変動が無ければ遷移条件はクリアされ、次に進む。
【００３４】
また、撮像装置がパンニング状態と判断されたパンニング設定では同様に以下のように設定され、クリアされれば各々のステイタスから次に進む。中心移動モードへの遷移条件の評価値はウォブリング３回の計６個で、例えば遠点３個、近点３個とし、全ての近点側が遠点より大きい評価値であれば撮像素子３が近点側に中心移動する、というように設定する。山登りモードへの遷移条件は中心移動が連続６回とし、合焦確認モードからの停止の際はウォブリング６回、よって評価値は遠近各６個を参照する。以上のようにパンニングのように、より評価値取得の安定性を欠く場合はより多い測定を行ってオートフォーカスの信頼性を確認している。
【００３５】
また、三脚に固定されていると判断された三脚撮影設定では同様に以下のように設定され、クリアされれば各々のステイタスから次に進む。中心移動モードへの遷移条件の評価値は２個で、例えば遠点１個、近点１個とし、いずれかの大きい方向に撮像素子３が中心移動することとなる。山登りモードへの遷移条件は中心移動が連続２回とし、合焦確認モードからの停止の際はウォブリング２回、よって評価値は遠近各２個を参照する。以上のように三脚固定時のように、より評価値取得の安定性が高い場合はより少ない測定を行ってオートフォーカスの時間を短縮している。
【００３６】
図２に戻り、ウォブリングモードにおいて、実際にウォブリングを実行し、（Ｓ００４）設定された中心移動モードへの遷移条件に基づいて、まず、評価値の数を比較する（Ｓ００５）。
【００３７】
ここでは図４（ｂ）に示すように近点１＞遠点１かつ近点２＞遠点１となれば遷移条件クリアとしてＳ００６に進む。ここでは実際に中心移動モードに移るに先立って、中心移動モードの次のモードとして山登りモードを実行するか否かの判定を行う（Ｓ００６）。すなわち、Ｓ００５で使用した評価値の平均値Ｅを所定の評価値Ｅ１と比較し、Ｅ＜Ｅ１であれば現在の被写体画像は大ボケであると判断し、高速でレンズ部１を移動させる為の山登りモードの実行（Ｓ００９）を経由するＳ００７において中心移動モードを実行する。Ｅ≧Ｅ１であれば評価値の数値が高く、ピークに近いので合焦位置が近いとして山登りモードへの遷移はせずにジャンプしてＳ０１２の中心移動モードを実行する。Ｓ００５において遷移条件をクリアできなかった場合は再び、Ｓ００４に戻ってウォブリングを継続する。
【００３８】
Ｓ００７の中心移動モードにて中心移動を実行すると、次のモードである山登りモードへの遷移条件として図３（ｂ）を参照する。ここでは手持ち撮影設定として中心移動の連続回数は４回であるから、この領域の遠近点の評価値の大小関係が変わらなければ遷移条件クリアとなる（Ｓ００８）。次に山登りモードへ遷移して、撮像素子３は基準位置に復帰し、レンズ部１は判定された合焦方向（ここでは近点側）へ高速で移動する（Ｓ００９）。
【００３９】
これまでのレンズ部１と撮像素子３の動きを図４（ａ）に示す。システム制御部６からの指示により、撮像素子駆動手段４を経て撮像素子３が振幅ｙだけ至近側に移動し、その画像信号から評価値（◎近点１）を取得し、不図示の記憶手段に記憶する。次に同様に撮像素子３が振幅ｙだけ、無限側に移動して同様に評価値（◎遠点１）を記憶した後、再度、至近側に振幅ｙだけ移動して評価値（◎近点２）を記憶する（Ｓ００４）。
【００４０】
よって、近点１、遠点１、近点２と合わせて合計３つの評価値を取得し、記憶した結果を比較する。ここでは近点１、２は合焦位置に近いのでコントラストが高くなり、近点１＞遠点１かつ近点２＞遠点１となって被写体は確実に近点側にあると判定できる（Ｓ００５）。また、ここで取得した評価値近点１、遠点１、近点２の平均は所定の評価値Ｅ１より小さいので（Ｓ００６）よって、撮像素子３はウォブリングの振幅の中心を近点側に中心移動量ｃだけ移動し、中心移動モードを開始した。すなわち、ウォブリングモードから中心移動モードに遷移した（Ｓ００７）。
【００４１】
次に中心移動を実行しながら評価値の取得を続けて、ここでは毎回近点側が遠点よりも評価値が大きいので近点側への中心移動を継続し、４回連続すると前述の手持ち撮影設定の山登りモードへの遷移条件をクリアするので（Ｓ００８）、システム制御部６からの指示により、光学素子駆動手段２によりレンズ部１が近点側に高速で移動を開始し、撮像素子３は基準位置へ復帰する（Ｓ００９）。
【００４２】
この山登り開始動作において、パンニング設定であれば中心移動の連続回数はは６回とし、三脚撮影設定であれば２回と少ない回数の実行で遷移可否を判断して次に進む。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、山登り動作を実行中も所定のタイミングで評価値を取得し続け、レンズ１が合焦位置に近づくにつれて評価値も増大していく。システム制御部６は増大した評価値をその都度、最大値として記憶しておく。やがてレンズ部１が合焦位置を通過すると、被写体のコントラストが低下し始めるので、通過後に取得した評価値が、これまで記憶した評価値より初めて低下してピークを超えたことになり、システム制御部６が合焦位置を通過したこと認識する（Ｓ０１０）。記憶された評価値はピーク値として改めて記憶しておく。ついで光学素子駆動手段２によりレンズ部１の移動方向を反転させて、低速で移動させるなどして記憶したピーク値に至るまで戻ったら停止する。よって、レンズ部１は山登りモードを終了し、停止し、次に撮像素子３が基準位置から中心移動モードを開始して合焦位置に向かう（Ｓ０１１）。
【００４４】
尚、ここでレンズ部１の停止した位置と被写体の合焦位置の間の距離は、撮像素子３の中心移動可能な最大距離以下であることで、レンズ部１を再び移動することなく、撮像素子３の中心移動動作のみで合焦に至ることが可能である。場合により、最大距離を超えている場合はレンズ部１を再び、移動することが必要である。
【００４５】
図４（ｃ）に示すように、撮像素子３が中心移動しながら、更に合焦位置に接近し、やがて、前述の山登りモードと同様に合焦位置を超えて、評価値のピークを超えたことを認識する（Ｓ０１２）。ピーク位置を超えるまで中心移動モードを繰り返す。
【００４６】
合焦位置を超えると、中心移動モードから合焦確認動作としてのウォブリングモードへ遷移する（Ｓ０１３）。ここでは前述の図３（ｂ）の遷移条件設定に従い、ここでは手持ち撮影設定として４回のウォブリングにおいて評価値の大小関係に変動が無ければ遷移条件をクリアとして、合焦となり撮像素子３のウォブリングを停止する（Ｓ０１５、Ｓ０１８）。評価値が安定しなければ再度、ウォブリングを継続する（Ｓ０１３）。この時のループの通過回数をｎとしてカウントしておき、（Ｓ０１６）所定回数（Ｎ）観察しても評価値が安定しなければ、被写体が動き出すなどしたと判断し、中心移動モードに復帰して合焦位置を探す（Ｓ０１１）。
【００４７】
この合焦近傍において、パンニング設定であればウォブリング回数は６回と多めに観察し、三脚撮影設定であれば２回と少ない回数の観察で遷移可否を判断して次に進む。
【００４８】
以上説明したように、図３（ａ）に示すモード遷移条件設定フローにおいて、撮像装置の振動状況により異なる設定毎に、ウォブリングモードから中心移動モードへの遷移時、中心移動モードから山登りモードへの遷移時、合焦確認モードから停止への遷移時の条件を変更している。つまり、撮像装置の振動検出手段からの検出信号により、オートフォーカスの複数の合焦動作モード間の遷移条件を変更している。オートフォーカスの各モード間の遷移条件を、撮像装置の支持状況により変更しているので、オートフォーカスの安定化が図れる。
【００４９】
また、撮像素子３を中心移動モードで中心移動させると共にウォブリングモードでウォブリングさせると以下のメリットが生まれる。
【００５０】
一般に駆動する慣性質量が大きいと高周波で大きな振幅の駆動を行なう為には大きなエネルギーが必要とされる。本発明では評価値の読み出しを律するウォブリング駆動として高周波小振幅のウォブリングモードと、大きな振幅であるが周波数の低い中心移動モードを組み合わせる事で少ない電力で安定したコントラスト評価値を得る事が出来た。
【００５１】
また、本実施例では撮像素子ウォブリングとフォーカスレンズの山登り移動が連携したシーケンス及び装置について説明した。すなわち本実施例においてシステム制御部６は、レンズ部１を山登り動作をして合焦駆動させると共に、撮像素子３をウォブリングモードと中心移動モードで駆動して合焦方向を判別していた。
【００５２】
しかしながらすべての動作をレンズ部１のみで行うことも可能であり、システム制御部６によりレンズ部１を合焦駆動させると共にウォブリングモードと中心移動モードで駆動して合焦方向を判別する方式でも良い。
【００５３】
本実施例においては撮像装置の振動検出手段としてジャイロによる角速度検出について説明したが、この他に例えば加速度センサーなどにより、加速度を検出する方式であっても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１  レンズ部
２  光学素子駆動手段
３  撮像素子
４  撮像素子駆動手段
５  映像信号処理回路
６  システム制御部
７  記録手段
８  記録媒体
９  表示手段
１０  ジャイロ
１１  三脚検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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