(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子と、
前記撮影光学系を通らない光束により形成された複数の光学像を光電変換する受光センサにより検出された前記複数の光学像の位相差に基づく第１の焦点調節制御、および前記撮像素子からの出力により生成された画像信号に基づく第２の焦点調節制御を行う制御手段と、
前記撮像素子からの出力に基づいて生成された画像を記録メディアに記録させる記録手段と、
振れに関する情報を生成する振れ検出手段と、を有し、
前記撮像光学系は、前記振れ検出手段の情報を用いて振れ補正を行う振れ補正手段を有し、
前記制御手段は、前記受光センサの電荷蓄積動作中において前記振れが第１の所定値より大きいときは、前記電荷蓄積動作を再度行わせ、前記振れが前記第１の所定値より小さく設定された第２の所定値より小さいときは前記第１の焦点調節制御を優先して行い、前記振れが前記第１の所定値より小さく前記第２の所定値より大きいときは前記第２の焦点調節制御を優先して行うことを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記制御手段は、前記受光センサの電荷蓄積動作中において前記振れが前記第１の所定値より大きいときは、該電荷蓄積動作の終了を待たずに前記電荷蓄積動作を再度行わせることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
【請求項３】
前記受光センサは、第１の方向に配列された複数の受光素子を有し、
前記制御手段は、前記第１の方向での前記振れが前記第１の所定値より大きいときは、該電荷蓄積動作を再度行わせることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学機器。
【請求項４】
前記振れ検出手段は、角速度センサを用いて前記振れに関する情報を生成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光学機器。
【請求項５】
前記振れ検出手段は、前記撮像素子からの出力により生成された電子画像から前記振れに関する情報としての動きベクトル情報を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の光学機器。
【請求項６】
撮影光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子と、
前記撮影光学系を通らない光束により形成された複数の光学像を光電変換する受光センサにより検出された前記複数の光学像の位相差に基づく第１の焦点調節制御、および前記撮像素子からの出力により生成された画像信号に基づく第２の焦点調節制御を行う制御手段と、
前記撮像素子からの出力により生成された電子画像から動きベクトルの情報を生成するベクトル検出手段と、を有し、
前記撮像光学系は、前記ベクトル検出手段の情報を用いて振れ補正を行う振れ補正手段を有し、
前記制御手段は、前記受光センサの検出視野に対応した前記電子画像の領域の前記動きベクトル情報に応じて、前記受光センサの動作を制御し、前記受光センサの電荷蓄積動作中において前記動きベクトル情報が第１の所定値より大きいときは、前記電荷蓄積動作を再度行わせ、前記動きベクトル情報が前記第１の所定値より小さく設定された第２の所定値より小さいときは前記第１の焦点調節制御を優先して行い、前記動きベクトル情報が前記第１の所定値より小さく前記第２の所定値より大きいときは前記第２の焦点調節制御を優先して行うことを特徴とする光学機器。
【請求項７】
撮影光学系により形成された光学像を光電変換するステップと、
受光センサにより前記撮影光学系を通らない光束により形成された複数の光学像を光電変換するステップと、
前記受光センサにより検出された前記複数の光学像の位相差に基づいて焦点調節制御を行う第１の制御ステップと、
前記撮像素子からの出力により生成された所定周波数成分に基づいて焦点調節制御を行う第２の制御ステップと、
振れに関する情報を生成する振れ検出ステップと、
前記撮像素子からの出力に基づいて生成された画像を記録メディアに記録させる記録ステップと、
前記撮像光学系において、前記振れ検出手段の情報を用いて振れ補正を行う振れ補正ステップと、
前記振れに関する情報に応じて、電荷蓄積動作中において前記振れが第１の所定値より大きいときは、前記電荷蓄積動作を再度行わせ、前記振れが前記第１の所定値より小さく設定された第２の所定値より小さいときは前記第１の制御ステップを優先して行い、前記振れが前記第１の所定値より小さく前記第２の所定値より大きいときは前記第２の制御ステップを優先して行うステップと、を有することを特徴とする焦点調節方法。
【請求項８】
撮影光学系により形成された光学像を光電変換するステップと、
受光センサにより前記撮影光学系を通らない光束により形成された複数の光学像を光電変換するステップと、
前記受光センサにより検出された前記複数の光学像の位相差に基づいて第１の焦点調節制御を行う第１の制御ステップと、
前記撮像素子からの出力により生成された所定周波数成分に基づいて焦点調節制御を行う第２の制御ステップと、
前記撮像素子からの出力により生成された電子画像から動きベクトルの情報を生成するステップと、
前記撮像光学系において、前記ベクトル検出手段の情報を用いて振れ補正を行う振れ補正ステップと、
前記受光センサの検出視野に対応した前記電子画像の領域の前記動きベクトル情報に応じて、前記受光センサの動作を制御し、前記受光センサの電荷蓄積動作中において前記動きベクトル情報が第１の所定値より大きいときは、前記電荷蓄積動作を再度行わせ、前記動きベクトル情報が前記第１の所定値より小さく設定された第２の所定値より小さいときは前記第１の制御ステップを優先して行い、前記動きベクトル情報が前記第１の所定値より小さく前記第２の所定値より大きいときは前記第２の制御ステップを優先して行うステップと、を有することを特徴とする焦点調節方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動焦点調節機能を有するビデオカメラ、デジタルススチルカメラ等の光学機器およびその焦点調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるコントラスト検出方式のオートフォーカス（以下、コントラストＡＦという）では、撮像信号の高周波成分を抽出して、これが最大になるフォーカスレンズ位置を探索することで合焦を得る。コントラストＡＦでは、撮影光学系によって形成された光学像の光電変換信号である撮像信号を用いて焦点調節制御を行うために、高精度に合焦を得ることができる。特に、要求されるピント精度が高い高画素の撮像素子を用いたカメラに有効である。但し、本方式によるＡＦは、合焦位置を探索しながらフォーカスレンズを移動させていくため、合焦が得られるまでにある程度長い時間を要する。
【０００３】
一方、いわゆる瞳分割位相差検出方式を用いた直接測距方式のオートフォーカス（以下、外部測距ＡＦという）は、直接被写体までの距離を測定するので、合焦位置を容易に特定することができ、短時間で合焦を得ることができる。但し、撮像系とは異なる系により測距を行うために、温度変化等によって合焦精度が低下し易い。
【０００４】
そこで、最近では、コントラストＡＦと外部測距ＡＦを組み合わせて用いることで、高速かつ高精度なオートフォーカスを実現するハイブリッドＡＦが提案されている（特許文献１〜４）。
【０００５】
特許文献１には、撮影スイッチの操作に応じて、外部測距ＡＦからコントラストＡＦに切り換える方法が提案されている。また、同特許文献には、外部測距ＡＦとコントラストＡＦのそれぞれで検出した合焦位置の差を求め、その差が所定値以上である場合に、所定の条件に応じてどちらかの方式を選択する方法が提案されている。
【０００６】
さらに、特許文献２には、外部測距ＡＦにて所定量だけ前ピン／後ピンの位置へフォーカスレンズを駆動した後に、コントラストＡＦに切り換える方法が提案されている。この方法では、該切り換え後にコントラストＡＦにより合焦が得られない場合には、再び外部測距ＡＦに戻される。
【０００７】
また、特許文献３には、焦点が大きく外れて撮像信号に高周波成分が含まれない場合は外部測距ＡＦで合焦位置の方向判別とフォーカスレンズ駆動を行い、高周波成分が検出された後はコントラストＡＦにて合焦を得る方法が提案されている。
【０００８】
ところで、最近のカメラには、いわゆる手振れ補正機能が備わっていることが多い。この手振れ補正機能の方式には、カメラの振れ情報を振動ジャイロ等により代表される角速度センサを用いて検出し、その検出結果に基づいて振れを打ち消すように光学系の一部を駆動する光学式手振れ補正がある。また、検出した振れ情報に応じて、撮像素子を該振れを打ち消すように光軸直交方向に移動させる方法もある。さらに、撮像素子からの出力に基づいて生成された電子画像から動きベクトルを検出し、該ベクトル情報に基づいて画像の切り出し範囲を変更することで、像振れの少ない映像が得られるようにする、いわゆる電子式手振れ補正もある。
【特許文献１】特開２００１−２６４６２２号公報（段落００９３〜００９９および図１０、段落００６１〜００６６および図５）
【特許文献２】特開２００１−１４１９８４号公報（段落００４３〜００５２、図３）
【特許文献３】特開平３−８１７１３号公報（３頁左上欄３〜１８行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、単独又はハイブリッドＡＦの一部として用いられる外部測距ＡＦを行う場合にカメラ振れが発生すると、外部測距ＡＦ用の受光センサ（ラインセンサ）上において光学像の位置がずれる。特にラインセンサを構成する受光素子の配列方向に光学像がずれると、正確な測距情報が得られず、合焦精度も低下する。仮に、撮像系に手振れ補正機能を有していても、外部測距ＡＦは撮像系とは異なる系で行われるので、このような問題が生じる。
【００１０】
本発明は、振れが発生しても、正確な焦点調節動作が行える光学機器および焦点調節方法を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面としての光学機器（第１の光学機器）は、撮影光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子と、前記撮影光学系を通らない光束により形成された複数の光学像を光電変換する受光センサにより検出された前記複数の光学像の位相差に基づく第１の焦点調節制御、および前記撮像素子からの出力により生成された画像信号に基づく第２の焦点調節制御を行う制御手段と、前記撮像素子からの出力に基づいて生成された画像を記録メディアに記録させる記録手段と、振れに関する情報を生成する振れ検出手段と、を有し、前記撮像光学系は、前記振れ検出手段の情報を用いて振れ補正を行う振れ補正手段を有し、前記制御手段は、前記受光センサの電荷蓄積動作中において前記振れが第１の所定値より大きいときは、前記電荷蓄積動作を再度行わせ、前記振れが前記第１の所定値より小さく設定された第２の所定値より小さいときは前記第１の焦点調節制御を優先して行い、前記振れが前記第１の所定値より小さく前記第２の所定値より大きいときは前記第２の焦点調節制御を優先して行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の側面としての光学機器（第２の光学機器）は、撮影光学系により形成された光学像を光電変換する撮像素子と、前記撮影光学系を通らない光束により形成された複数の光学像を光電変換する受光センサにより検出された前記複数の光学像の位相差に基づく第１の焦点調節制御、および前記撮像素子からの出力により生成された画像信号に基づく第２の焦点調節制御を行う制御手段と、前記撮像素子からの出力により生成された電子画像から動きベクトルの情報を生成するベクトル検出手段と、を有し、前記撮像光学系は、前記ベクトル検出手段の情報を用いて振れ補正を行う振れ補正手段を有し、前記制御手段は、前記受光センサの検出視野に対応した前記電子画像の領域の前記動きベクトル情報に応じて、前記受光センサの動作を制御し、前記受光センサの電荷蓄積動作中において前記動きベクトル情報が第１の所定値より大きいときは、前記電荷蓄積動作を再度行わせ、前記動きベクトル情報が前記第１の所定値より小さく設定された第２の所定値より小さいときは前記第１の焦点調節制御を優先して行い、前記動きベクトル情報が前記第１の所定値より小さく前記第２の所定値より大きいときは前記第２の焦点調節制御を優先して行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他の側面としての焦点調節方法（第１の焦点調節方法）は、撮影光学系により形成された光学像を光電変換するステップと、受光センサにより前記撮影光学系を通らない光束により形成された複数の光学像を光電変換するステップと、前記受光センサにより検出された前記複数の光学像の位相差に基づいて焦点調節制御を行う第１の制御ステップと、前記撮像素子からの出力により生成された所定周波数成分に基づいて焦点調節制御を行う第２の制御ステップと、
振れに関する情報を生成する振れ検出ステップと、前記撮像素子からの出力に基づいて生成された画像を記録メディアに記録させる記録ステップと、前記撮像光学系において、前記振れ検出手段の情報を用いて振れ補正を行う振れ補正ステップと、前記振れに関する情報に応じて、電荷蓄積動作中において前記振れが第１の所定値より大きいときは、前記電荷蓄積動作を再度行わせ、前記振れが前記第１の所定値より小さく設定された第２の所定値より小さいときは前記第１の制御ステップを優先して行い、前記振れが前記第１の所定値より小さく前記第２の所定値より大きいときは前記第２の制御ステップを優先して行うステップと、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の側面としての焦点調節方法（第２の焦点調節方法）は、撮影光学系により形成された光学像を光電変換するステップと、受光センサにより前記撮影光学系を通らない光束により形成された複数の光学像を光電変換するステップと、前記受光センサにより検出された前記複数の光学像の位相差に基づいて第１の焦点調節制御を行う第１の制御ステップと、前記撮像素子からの出力により生成された所定周波数成分に基づいて焦点調節制御を行う第２の制御ステップと、前記撮像素子からの出力により生成された電子画像から動きベクトルの情報を生成するステップと、前記撮像光学系において、前記ベクトル検出手段の情報を用いて振れ補正を行う振れ補正ステップと、前記受光センサの検出視野に対応した前記電子画像の領域の前記動きベクトル情報に応じて、前記受光センサの動作を制御し、前記受光センサの電荷蓄積動作中において前記動きベクトル情報が第１の所定値より大きいときは、前記電荷蓄積動作を再度行わせ、前記動きベクトル情報が前記第１の所定値より小さく設定された第２の所定値より小さいときは前記第１の制御ステップを優先して行い、前記動きベクトル情報が前記第１の所定値より小さく前記第２の所定値より大きいときは前記第２の制御ステップを優先して行うステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の光学機器および第１の焦点調節方法によれば、振れに関する情報に応じて受光センサの動作を制御することで、光学機器に振れが生じても正確な位相差検出を行うことができ、高精度な焦点調節制御を行うことができる。
【００１８】
また、本発明の第２の光学機器および第２の焦点調節方法によれば、光学機器の振れだけでなく、被写体の移動による受光センサ上での光学像の変位が生じても、正確な位相差検出を行うことができ、高精度な焦点調節制御を行うことができる。
【００１９】
さらに、本発明の第２の光学機器および第２の焦点調節方法によれば、振れに関する情報に応じて、位相差に基づく焦点調節制御と映像信号の所定周波数成分に基づく焦点調節制御のうち一方を優先して行うことで、光学機器の振れに応じた最適な焦点調節制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１には、本発明の実施例１である光学機器としてのカメラの構成を示している。ここで言うカメラとは、動画や静止画を撮影して、磁気テープ、磁気ディスク、半導体メモリ、光ディスク等の画像記録メディアに記録するビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置を表す。
【００２２】
本実施例のカメラ内に設けられた複数のユニットは、バス１５８を介して接続されており、各ユニットはメインＣＰＵ１５１によって制御される。
【００２３】
撮影レンズユニット（撮影光学系）１０１には、物体側から順に、固定レンズ１０２、変倍レンズ１１１、絞りユニット１０３、振れ補正レンズ１２１、フォーカスレンズ１３１が含まれる。このレンズユニット１０１により被写体像が撮像素子１４１上に形成される。撮像素子１４１が該物体像を光電変換することで、被写体の撮像が行われる。この撮像は、メインＣＰＵ１５１からの指示に従って撮像制御回路１４３が制御する。
【００２４】
ズーム制御回路１１３は、メインＣＰＵ１５１からの指示に従ってズームモータ１１２の駆動を制御し、変倍レンズ１１１を駆動する。
【００２５】
撮像素子１４１による光電変換出力は、撮像信号処理回路１４２で画像信号として整えられる。また、該画像信号は、撮像信号ＡＦ検出回路１３４に入力される。撮像信号ＡＦ検出回路１３４では、１又は複数のＡＦゲート１３５にて画面内の一部の撮像信号から、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３６を用いて所定の高周波成分を抽出する。該高周波成分に対して検波器１３７によってピークホールドや積分等の検波処理を行うことで、ＡＦ評価値信号ＦＶが生成され、フォーカス制御回路１３３に入力される。
【００２６】
ＡＦゲート１３５、ＢＰＦ１３６および検波器１３７が複数設けられている場合は、ＡＦ評価値信号ＦＶも複数生成される。そして、メインＣＰＵ１５１とともに制御手段を構成するフォーカス制御回路１３３において、該複数のＡＦ評価値信号ＦＶから所定の条件に応じて使用する信号が選択されたり、該複数のＡＦ評価値信号ＦＶに基づいてオートフォーカス制御が行われたりする。このＡＦ評価値信号ＦＶは、コントラストＡＦ（山登りＡＦ）に用いられる。
【００２７】
一方、外部測距ＡＦモジュール１３０では、外部測距ＡＦ用の瞳分割光学系１３８を通して位相差センサ１３９上の２つの被写体像（以下、２像という）が形成される。外部測距ＡＦモジュール１３０は、フォーカス制御回路１３３からの指示に従って、相関演算器１４０で該２像の位相差量を示す信号（位相差信号）を生成する。さらに、該位相差信号に基づいて、被写体までの距離を示す距離信号Ｄを算出し、フォーカス制御回路１３３に入力する。
【００２８】
フォーカス制御回路１３３では、距離信号Ｄ又はＡＦ評価値信号ＦＶに基づいて、フォーカスモータ１３２を介してフォーカスレンズ１３１を駆動する。これにより、オートフォーカス（第１の焦点調節制御としての外部測距ＡＦ又は第２の焦点調節制御としてのコントラストＡＦ）制御が行われる。なお、距離信号Ｄに基づいてオートフォーカス制御を行うことは、結局のところ、上記２像の位相差に基づいてオートフォーカス制御を行うことと同義である。
【００２９】
振れ補正制御回路１２４は、振動ジャイロ等の角速度センサを含む振れ検出回路１２５を通じて、カメラのヨー方向（水平回転方向）の振れ情報ＭＶＹと、ピッチ方向（垂直回転方向）の振れ情報ＭＶＰを検出する。
【００３０】
振れ補正レンズ１２１は、位置エンコーダ１２３によってその位置が検出される。振れ補正制御回路１２４は、振れ補正レンズ１２１のヨー方向およびピッチ方向の現在位置を常時検出して監視する。このカメラの振れ情報（ＭＶＹ，ＶＭＰ）と振れ補正レンズ１２１の現在位置情報とに基づいて振れ補正モータ１２２の駆動を制御することで、振れ補正レンズ１２１をヨー方向およびピッチ方向の目標位置に駆動し、振れ補正動作を行う。
【００３１】
振れ検出回路１２５からの振れ情報（ＭＶＹ、ＭＶＰ）は、フォーカス制御回路１３３へも入力される。振れ補正動作を行わないときや、振れ補正を開始する直前においては、位置エンコーダ１２３からの現在位置情報に基づいて、振れ補正レンズ１２１を所定の位置（振れ補正レンズ１２１の光軸がレンズユニット１０１の光軸に略一致する位置）で停止するように制御する。
【００３２】
なお、本実施例では、ヨー方向およびピッチ方向を含む光軸直交方向に振れ補正レンズ１２１を駆動する場合について説明するが、これ以外に、いわゆる可変頂角プリズムや光軸上の一点を中心としてレンズをヨー方向およびピッチ方向に回動させるタイプの振れ補正ユニットを用いてもよい。また、本実施例では、振れ補正レンズ１２１を３群レンズとして用いているが、頂角可変プリズム等を固定レンズ１０２よりも被写体側に配置してもよい。
【００３３】
撮像信号処理回路１４２で整えられた画像信号は、一時的にＲＡＭ１５４に蓄積される。ＲＡＭ１５４に蓄積された画像信号は、画像圧縮解凍回路１５３にて圧縮処理され、前述した画像記録メディア１５７に記録される。
【００３４】
また、ＲＡＭ１５４に蓄積された画像信号は、画像処理回路１５２にて最適なサイズに縮小・拡大処理がなされ、モニタディスプレイ１５０に表示される。これにより、リアルタイムで撮影画像を撮影者に対してフィードバックする。また、撮影直後には、モニタディスプレイ１５０に所定時間だけ撮影画像を表示することで、撮影画像の確認を行うことも可能になる。
【００３５】
操作スイッチ１５６には、電源スイッチ、ズームスイッチ、レリーズスイッチ、動画記録スイッチ、モニタディスプレイＯＮ／ＯＦＦスイッチ等が含まれる。電源スイッチは、カメラの電源のＯＮ／ＯＦＦを行うためのスイッチである。ズームスイッチは、ズーム駆動の指示を行うためのスイッチである。静止画撮影のためのレリーズスイッチは２段操作構成となっており、以下、第１ストロークスイッチをＳＷ１、第２ストロークスイッチをＳＷ２という。
【００３６】
ＳＷ１は、撮影スタンバイからの復帰や撮影準備動作の開始を指示するためのスイッチである。撮影準備動作には、例えば、像振れ補正、オートフォーカス、測光が含まれる。ＳＷ２は、静止画撮影と、画像記録メディア１５７への該撮影画像の記録を指示するためのスイッチである。
【００３７】
動画記録スイッチは、動画記録待機状態で押されることにより、画像記録メディア１５７への動画記録を開始させるスイッチである。また、動画記録スイッチが動画記録状態で押された場合には、画像記録待機状態に移行する。モニタディスプレイＯＮ／ＯＦＦスイッチは、モニタディスプレイ１５０に画像を表示するか否かの切り換えを行うためのスイッチである。
【００３８】
電源管理ユニット１５８は、これに接続されたバッテリー１５９の電源状態をチェックしたり、バッテリーを充電したりして電源管理を行う。
【００３９】
カメラが電源ＯＦＦの状態から起動すると、フラッシュメモリ１５５に格納されていたプログラムがＲＡＭ１５４の一部にロードされる。メインＣＰＵ１５１、ズーム制御回路１１３、振れ補正制御回路１２４、撮像制御回路１４３およびフォーカス制御回路１３３は、このロードされたプログラムに従って動作する。
【００４０】
次に、図２および図３を用いて、本実施例における外部測距ＡＦモジュール１３０の動作原理について説明する。瞳分割光学系１３８は、位相差センサ１３９に含まれる受光センサであるＡラインセンサ２０３へと光を導くレンズ２０１と、同じく受光センサであるＢラインセンサ２０４へと光を導くレンズ２０２とで構成される。
【００４１】
ここで、瞳分割光学系１３８は、撮影レンズユニットとは独立して設けられた光学系である。つまり、位相差センサ１３９上には、撮影レンズユニットを通らない光束、さらに言えば、振れ補正レンズ１２１による像振れ補正効果が及ばない光束によって形成された光学像が形成される。
【００４２】
レンズ２０１およびＡラインセンサ２０３と、レンズ２０２およびＢラインセンサ２０４は、被写体に対して、図２に示すように、基線長ｂだけ離して配置されている。Ａラインセンサ２０３とＢラインセンサ２０４での結像位置は被写体距離に応じて変化する。
【００４３】
図３（ａ）には、図２における距離１（距離２に対して遠距離）の被写体Ａ１の２像がＡラインセンサ２０３とＢラインセンサ２０４上にそれぞれ結像する様子を示している。一方、図３（ｂ）には、図２における距離２（距離１に対して近距離）の被写体Ａ２の２像がＡラインセンサ２０３とＢラインセンサ２０４上にそれぞれ結像する様子を示している。この図から、Ａラインセンサ２０３上の結像位置を基準とした場合に、Ｂラインセンサ２０４上での結像位置が距離１と距離２とでずれていることがわかる。
【００４４】
相関演算器１４０にて、このずれ量、すなわち位相差を表す信号を生成することで、三角測距の原理に従って被写体距離に相当する距離信号Ｄを生成することができる。
【００４５】
ここで、カメラに手振れ等の振れが発生したとすると、Ａラインセンサ２０３とＢラインセンサ２０４上に結像している被写体像にも振れが発生する。その振れの発生を表したのが図４である。図４（ａ）には、ヨー方向（水平方向）のカメラ振れが発生したときの被写体像の振れを表す。また、図４（ｂ）には、ピッチ方向（垂直方向）のカメラ振れが発生したときの被写体像の振れを表す。
【００４６】
各ラインセンサでは、ヨー方向（第１の方向）に複数の受光素子（画素）が配列されている。このため、位相差センサ１３９の露光期間、すなわち電荷蓄積時間内でヨー方向の像振れが生じると、その像は各ラインセンサ内の別の画素上にかかる。したがって、位相差が変化し、その結果、誤った距離信号Ｄが生成される可能性がある。
【００４７】
一方、各画素はピッチ方向に長く延びている。このため、位相差センサ１３９の露光期間内にピッチ方向にある程度の大きさの像振れが生じても、位相差に変化は生じず、誤まった距離信号Ｄが生成される可能性は低い。
【００４８】
次に、本実施例のカメラにおいて実行されるプログラムのアルゴリズムについて、図５のフローチャートを用いて説明する。本プログラムは主としてメインＣＰＵ１５１とフォーカス制御回路１３３とにより実行される。以下、該プログラムのステップを「Ｓ」と記す。
【００４９】
Ｓ５０１で本プログラムが開始されると、Ｓ５０２では、フォーカス制御回路１３３は、ＡＦモードを表すＡＦＭＯＤＥフラグに１を立てる。
【００５０】
次に、Ｓ５０３では、メインＣＰＵ１５１は、撮像信号処理回路１４２に撮像信号の処理を行わせるとともに、ＡＦ信号処理回路１３４にＡＦ信号処理を行わせる。
【００５１】
次に、Ｓ５０４では、フォーカス制御回路１３３は、撮像素子ＡＦ検出回路１３４からＡＦ評価値信号ＦＶ（以下、ＦＶ信号という）を取得するとともに、その直前に取得したＦＶ信号との差分を示すΔＦＶ信号を生成する。本フローチャートには記載していないが、ＦＶ信号は取得されるごとに不図示のメモリに更新記憶され、新たに取得されたＦＶ信号との差分算出に用いられる。
【００５２】
また、Ｓ５０４では、振れ検出回路１２５からカメラのヨー方向（水平方向）の振れ情報ＭＶＹとピッチ方向（垂直方向）の振れ情報ＭＶＰを取得する。
【００５３】
次に、Ｓ５０５では、ＡＦＭＯＤＥフラグに応じて、Ｓ５１１，Ｓ５２１およびＳ５３１のいずれかに進む。最初のルーチンでは、ＡＦＭＯＤＥフラグが１であるので（Ｓ５０２）、Ｓ５１１へ進む。
【００５４】
Ｓ５１１では、後述するサブルーチンに従って、外部測距ＡＦモジュール１３０から距離信号Ｄを取得する。
【００５５】
Ｓ５１２では、Ｓ５１１のサブルーチンでＭＶフラグ（以下、ＭＶＦＬＧと記す）がセットされたかどうかを判別し、セットされた（ＭＶＦＬＧ＝１）の場合はＳ５１３へ、セットされていない（ＭＶＦＬＧ＝０）場合はＳ５１４へ進む。ＭＶＦＬＧは、中程度の振れの有無を表すフラグであり、中程度の振れがある場合にＭＶＦＬＧ＝１となり、それよりも小さな振れがある場合には、ＭＶＦＬＧ＝０となる。
【００５６】
Ｓ５１３（第２の制御ステップ）では、撮像信号から得られるΔＦＶ信号に応じて、ΔＦＶが増加する方向にいわゆる山登りＡＦ動作を開始するためのレンズ駆動方向と速度を決定する。中程度の振れがある場合に山登りＡＦ動作を行うのは、撮像素子１４１上に形成される被写体像の振れが振れ補正レンズ１２１の像振れ補正効果によって抑えられており、コントラストＡＦを行うのに適するからである。
【００５７】
一方、Ｓ５１４（第１の制御ステップ）では、距離信号Ｄと現在のフォーカスレンズ１３１の位置との関係から、合焦位置に近づくようにフォーカスレンズ１３１の駆動方向と速度（つまりは、フォーカスモータ１３２の駆動方向と速度）を決定する。つまり、距離信号Ｄに対応するフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１３１を近づける方向を駆動方向に設定する。また、現在のフォーカスレンズ１３１の位置から距離信号Ｄに対応するフォーカスレンズ位置までの距離が離れている場合には高速に、距離が近い場合は低速に駆動速度を決定する。距離信号Ｄに対応するフォーカスレンズ位置に対して現在のフォーカスレンズ１３１が所定の合焦範囲に入っていれば、フォーカスレンズ１３１を停止させる決定をする。
【００５８】
Ｓ５１５では、現在のフォーカスレンズ１３１の位置が所定の合焦範囲内にあるか否かを判別し、合焦範囲内である場合にはＳ５１６に進み、Ｓ５１６でＡＦＭＯＤＥフラグに２を立ててＳ５４１へ進む。
【００５９】
Ｓ５４１では、決定された駆動速度で決定された方向にフォーカスレンズ１３１を駆動し、Ｓ５０３へと進む。これ以後は、撮像素子１４１からの蓄積電荷の読み出し周期（撮像信号処理周期）に同期してＳ５０３からの処理を繰り返す。
【００６０】
一方、Ｓ５１５で合焦範囲内にないと判断した場合は、直接Ｓ５４１へ進む。
【００６１】
次に、Ｓ５０５にて、ＡＦＭＯＤＥフラグが２である場合は、Ｓ５２１へ進む。Ｓ５２１では、Ｓ５０４で取得したＦＶ信号が増加しているか減少しているかの判断をΔＦＶ信号を用いて行う。Ｓ５２１で、ＦＶ信号が減少し、ΔＦＶ信号が所定の逆転しきい値よりも大きい（ΔＦＶ＞ＲＥＶＴＨ）場合はＳ５４１へ進み、逆転しきい値以下の場合（ΔＦＶ≦ＲＥＶＴＨ）はＳ５２２へ進む。
【００６２】
Ｓ５２２では、フォーカスレンズの駆動方向を逆転させる。そして、Ｓ５２３にて、該ＦＶ信号の減少が、ＦＶ信号のピーク通過後の減少かどうかを判別する。Ｓ５２３でピークをまだ通過していないと判断した場合はＳ５４１へ進み、ピーク通過後であると判断した場合はＳ５２４へと進む。Ｓ５２４では、ＡＦＭＯＤＥフラグに３を立てる。
【００６３】
また、Ｓ５０５でＡＦＭＯＤＥフラグが３である場合は、Ｓ５３１へ進む。Ｓ５３１では、ＦＶ信号がピークを示す位置にフォーカスレンズ１３１を戻して停止させる。このフォーカスレンズ位置が合焦位置である。
【００６４】
Ｓ５３２では、後述するサブルーチンに従って、外部測距ＡＦモジュール１３０から距離信号Ｄを取得する。次にＳ５３３では、ＦＶ信号がピーク値を含む所定レベルから減少したか否かを監視するとともに、距離信号Ｄが現在のフォーカスレンズ位置に対応する距離信号から変化したか否かも監視する。これらに変化がない場合はＳ５４１へ進み、変化があった場合は、Ｓ５３４でＡＦＭＯＤＥフラグに１を立てて、Ｓ５４１へ進む。Ｓ５４１からＳ５０３に戻ることによって、ＡＦ処理が再起動される。
【００６５】
次に、図６のフローチャートを用いて、図５におけるＳ５１１およびＳ５３２で行われる位相差測距サブルーチンについて説明する。
【００６６】
Ｓ６０１でメインＣＰＵ１５１から測距開始指令が入力されると、フォーカス制御回路１３３は、Ｓ６０２にて位相差センサ（つまりは各ラインセンサ）１３９の電荷蓄積動作（露光）を開始させる。
【００６７】
次に、Ｓ６０３では、振れ検出回路１２５からヨー方向の振れ情報ＭＶＹを取得する。そして、Ｓ６０４では、ヨー方向の振れ情報ＭＶＹが所定のしきい値ＴＨ１（第１の所定値）より大きいか否かを判別する。ヨー方向の振れ情報ＭＶＹを用いて振れの大きさを判別するのは、前述したように、ヨー方向の振れの大きさによって２像の位相差が変動するからである。
【００６８】
振れ情報ＭＶＹがしきい値ＴＨ１より大きい場合、すなわち前述した中程度の振れよりも大きい振れが生じている場合は、Ｓ６０２へ戻る。これにより、位相差センサ１３９の電荷蓄積動作が終了する前（電荷蓄積動作中）に、再度電荷蓄積動作が開始される（電荷蓄積動作が再度行われる）。すなわち、位相差センサ１３９の電荷蓄積動作の終了を待たずに、電荷蓄積動作が最初からやり直される。
【００６９】
Ｓ６０４において振れ情報ＭＶＹがしきい値ＴＨ１以下である場合は、Ｓ６０５に進む。Ｓ６０５では、振れ情報ＭＶＹが、しきい値ＴＨ１より小さく設定されたしきい値ＴＨ２（第２の所定値）より大きいか否か、すなわちしきい値ＴＨ１より小さく、しきい値ＴＨ２より大きいかか否かを判別する。
【００７０】
しきい値ＴＨ２より大きいと判別したとき、つまり中程度の振れが生じている場合は、Ｓ６０７へと進み、ＭＶＦＬＧに１を立てる。この後、図５のフローチャートに戻ると、ＦＶ信号に基づく山登りＡＦが行われることになる。
【００７１】
一方、しきい値ＴＨ２以下と判別したとき、すなわち小さな振れが生じている場合は、Ｓ６０６へと進み、ＭＶＦＬＧに０を立てる。この後、図５のフローチャートに戻ると、外部測距ＡＦが行われることになる。すなわち、振れ情報ＭＶＹに応じて、山登りＡＦと外部測距ＡＦのうち優先して行う方を決定する。
【００７２】
次に、Ｓ６０８では、ラインセンサのうち特定画素の電荷レベルが所定レベルに達したか否かの判別や、電荷蓄積開始後に所定時間が経過したか否かの判別を用いて、電荷蓄積が完了したか否かを判別する。所定レベルに達したか否かの判別を行うのは、被写体の状態や撮影条件によって異なるからである。また、電荷蓄積時間が所定時間に達したか否かの判別を行うのは、被写体が暗い場合に電荷レベルが所定レベルに達するのを待っていると、ＡＦ処理が遅くなるからである。
【００７３】
電荷蓄積が完了した場合にはＳ６０９へと進み、完了していない場合にはＳ６０３へと戻り、電荷蓄積が完了するまでＳ６０３〜Ｓ６０８を繰り返す。
【００７４】
Ｓ６０９では、位相差センサ１３９の電荷蓄積動作を終了させて、Ｓ６１０にて位相差センサ１３９から蓄積された電荷の読み出しを行う。そして、Ｓ６１１では、読み出した電荷のデータに基づいて、Ａラインセンサ２０３の出力とＢラインセンサ２０４の出力との相関演算を行って位相差を求め、さらに該位相差から距離信号Ｄを求める。
【００７５】
次に、Ｓ６１２では、Ｓ６１１での演算結果を、不図示のメモリに距離信号Ｄのデータとして格納し、Ｓ６１３で測距を終了する。
【００７６】
なお、本実施例においては、角速度センサからの振れ情報を用いてカメラ振れを検出する場合について説明したが、後述する実施例３のように、撮像素子を用いて生成された電子画像（画像信号）から得た動きベクトルの情報を振れに関する情報として用いてもよい。
【実施例２】
【００７７】
本発明の実施例２であるカメラでは、位相差センサ１３９からの測距結果を得る方法が実施例１と異なる。本実施例は、実施例１に対して、図１に表した構成および図５で説明したフローチャートでの基本的な手順は同じであるが、図５中のＳ５１１やＳ５３２での距離信号Ｄの取得方法が異なる。
【００７８】
図７には、本実施例のカメラにおいて、図５のＳ５１１およびＳ５３２で実行されるプログラム（位相差測距サブルーチン）のアルゴリズムを示している。なお、実施例１の図１に示した構成要素と共通する構成要素については、図１と同符号を用いる。
【００７９】
Ｓ７０１でメインＣＰＵ１５１から測距開始指令が入力されると、フォーカス制御回路１３３は、Ｓ７０２にて位相差センサ（つまりは各ラインセンサ）１３９の電荷蓄積動作（露光）を開始させる。
【００８０】
次に、Ｓ７０３では、振れ検出回路１２５からヨー方向の振れ情報ＭＶＹと、ピッチ方向の振れ情報ＭＶＰとを取得する。そして、Ｓ７０４では、ヨー方向の振れ情報ＭＶＹが所定のしきい値ＴＨ１（ヨー方向の第１の所定値）より大きいか否かを判別する。振れ情報ＭＶＹがしきい値ＴＨ１より大きい場合、すなわちヨー方向に中程度の振れよりも大きい振れが生じている場合は、Ｓ７０２へ戻る。これにより、位相差センサ１３９の電荷蓄積動作が終了する前に、再度電荷蓄積動作が開始される。すなわち、位相差センサ１３９の電荷蓄積動作の終了を待たずに、電荷蓄積動作が最初からやり直される。
【００８１】
Ｓ７０４において振れ情報ＭＶＹがしきい値ＴＨ１以下である場合は、Ｓ７０５に進み、ピッチ方向の振れ情報ＭＶＰがしきい値ＴＨ３（ピッチ方向の第１の所定値）より大きいか否かを判別する。ここで、位相差センサ１３９はヨー方向に細かい画素ピッチを有し、該ヨー方向において像振れの影響を受けやすいため、ヨー方向のしきい値ＴＨ１はピッチ方向のしきい値ＴＨ３よりも小さく設定されている。
【００８２】
ピッチ方向の振れ情報ＭＶＰがしきい値ＴＨ３以下の場合は、Ｓ７０６に進み、ヨー方向の振れ情報ＭＶＹが、しきい値ＴＨ１より小さく設定されたしきい値ＴＨ２（ヨー方向の第２の所定値）より大きいか否かを判別する。ヨー方向の振れ情報ＭＶＹがしきい値ＴＨ２より大きく（しきい値ＴＨ１より小さく、しきい値ＴＨ２より大きい）場合は、中程度の振れが生じているとしてＳ７０９へと進み、ＭＶＦＬＧに１を立てる。この後、図５のフローチャートに戻ると、ＦＶ信号に基づく山登りＡＦが行われることになる。
【００８３】
一方、ヨー方向の振れ情報ＭＶＹがしきい値ＴＨ２以下で、小さな振れが生じていると判別した場合は、Ｓ７０７へと進み、ピッチ方向の振れ情報ＭＶＰがしきい値ＴＨ３より小さく設定されたしきい値ＴＨ４（ピッチ方向の第２の所定値）より大きいか否かを判別する。ここで、しきい値ＴＨ２とＴＨ４は、撮像素子１４１の水平方向と垂直方向の画素ピッチの比と同じ比となるように決定される。
【００８４】
ピッチ方向の振れ情報ＭＶＰがしきい値ＴＨ４より大きいと判別したときは、Ｓ７０８に進み、ＭＶＦＬＧに０を立てる。この後、図５のフローチャートに戻ると、外部測距ＡＦが行われることになる。すなわち、振れ情報ＭＶＹ，ＭＶＰに応じて、山登りＡＦと外部測距ＡＦのうち優先して行う方を決定する。
【００８５】
次に、Ｓ７１０では、ラインセンサのうち特定画素の電荷レベルが所定レベルに達したか否かの判別や、電荷蓄積開始後に所定時間が経過したか否かの判別を用いて、電荷蓄積が完了したか否かを判別する。電荷蓄積が完了した場合にはＳ７１１へと進み、完了していない場合にはＳ７０３へと戻り、電荷蓄積が完了するまでＳ７０３〜Ｓ７１０を繰り返す。
【００８６】
Ｓ７１１では、位相差センサ１３９の電荷蓄積動作を終了させて、Ｓ７１２にて位相差センサ１３９から蓄積された電荷の読み出しを行う。そして、Ｓ７１３では、読み出した電荷のデータに基づいて、Ａラインセンサ２０３の出力とＢラインセンサ２０４の出力との相関演算を行って位相差を求め、さらに該位相差から距離信号Ｄを求める。
【００８７】
次に、Ｓ７１４では、Ｓ７１３での演算結果を、不図示のメモリに距離信号Ｄのデータとして格納し、Ｓ７１５で測距を終了する。
【実施例３】
【００８８】
本発明の実施例３では、振れ検出に振動ジャイロ等の角速度センサを用いる代わりに、撮像素子１４１で取得した電子画像の動きベクトルを用いる場合について説明する。この動きベクトルの情報も、角速度センサにより得られる振れ情報と同様に、「振れに関する情報」に含まれる。
【００８９】
図８には、実施例３であるカメラの構成を示している。なお、図８において、実施例１の図１と共通する構成要素には、図１と同符号を付す。
【００９０】
図８において、８０１はベクトル検出回路であり、撮像信号処理回路１４２からの画像信号（映像信号）から動きベクトルを検出する。具体的には、不図示のメモリに記憶した直前の１フィールド（フレーム）画像内の各ブロックと今回得られた１フィールド画像内の対応する各ブロックの特徴点をそれぞれ抽出し、該特徴点の変位を検出することで、ブロックごとの動きベクトルを検出する。
【００９１】
図９には、ブロックごとの動きベクトルの検出例を示している。ここでは、１フィールド画像の画面（撮影範囲）９０１を、１０×１０の小ブロックに分割して、ブロックごとの平均的な動きベクトルを検出する。画面中央の太枠内の領域は、位相差センサ１３９の検出視野に対応するブロックを表す。
【００９２】
ここで、従来の振れ補正のための動きベクトル検出では、画面中央に人物等の主被写体が存在する場合が多く、人物は動くことが多いため、動きベクトルの検出は、動かない背景が存在する画面周辺領域で行われることが一般的である。これに対し、本実施例では、位相差センサ１３９の検出視野に対応する領域で動きベクトルを検出する。これにより、カメラ振れによる位相差センサ１３９上での結像位置の変化と主被写体の動きによる結像位置の変化による位相差の変動を検出する。
【００９３】
図９に示した位相差センサ１３９の検出視野に対応する領域９０２内では、ヨー方向（水平方向）の平均最大動きベクトルがＭＶＨ、ピッチ方向（垂直方向）の平均最大動きベクトルがＭＶＶである。このヨー方向の動きベクトルＭＶＨを、実施例１および実施例２にて説明した振れ情報ＭＶＹの代わりに用い、ピッチ方向の動きベクトルＭＶＶを実施例２で説明した振れ情報ＭＶＰの代わりに用いる。これにより、前述したように、カメラ振れだけではなく、動く被写体に対しても位相差変動による誤った距離信号Ｄの生成を回避することができる。
【００９４】
なお、本実施例のカメラにおけるフォーカス制御のフローチャートは、前述した動きベクトルＭＶＨ，ＭＶＶを用いることを除いて、実施例１（図５および図６）および実施例２（図７）と同じである。
【００９５】
以上説明したように、上記各実施例によれば、振れに関する情報（振れ情報又は動きベクトル情報）に応じて位相差センサの電荷蓄積動作を制御することで、カメラ振れが生じたり被写体が動いたりしても正確な位相差検出を行うことができる。したがって、カメラ振れや被写体の動きに強いハイブリッドＡＦを実現することができる。
【００９６】
さらに、振れに関する情報に応じて、外部測距ＡＦとコントラストＡＦのうち一方を優先して行うので、振れに応じた最適な焦点調節制御を行うハイブリッドＡＦを実現することができる。
【００９７】
なお、上記各実施例では、いわゆる光学的な防振機構によって像振れを補正する場合について説明したが、本発明における防振方法はこれに限らない。例えば、振れ検出結果に基づいて、撮像素子により取得された各フィールド画像からの切り出し範囲をシフトさせることにより、出力画像（電子画像）の像振れを抑える電子的防振処理を行うようにしてもよい。また、光学的防振の一種として、振れ検出結果に基づいて撮像素子をヨーおよびピッチ方向にシフトさせて像振れを抑えるようにしてもよい。つまり、本発明での防振方法は、最終的に出力される電子画像における像振れが抑えられれば、光学的、電子的のいずれの方法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施例１であるカメラの構成を示すブロック図。
【図２】実施例１における外部測距ＡＦモジュールの動作原理を説明する図。
【図３】実施例１における位相差センサ上に形成される被写体像の様子を示す図。
【図４】実施例１における位相差センサ上に形成される被写体像の振れの様子を示す図。
【図５】実施例１のカメラの動作を説明するフローチャート。
【図６】実施例１のカメラの動作を説明するフローチャート。
【図７】本発明の実施例２であるカメラの動作を説明するフローチャート。
【図８】本発明の実施例３であるカメラの構成を示すブロック図。
【図９】実施例３のカメラにおける動きベクトル検出を説明する図。
【符号の説明】
【００９９】
１０１  撮影レンズユニット
１２５  振れ検出回路
１３０  外部測距ＡＦモジュール
１３３  フォーカス制御回路
１４１  撮像素子
２０３，２０４  ラインセンサ
【図６】
0004717572.tif 000002
【図９】
0004717572.tif 000003
【図１】
0004717572.tif 000004
【図２】
0004717572.tif 000005
【図３】
0004717572.tif 000006
【図４】
0004717572.tif 000007
【図５】
0004717572.tif 000008
【図７】
0004717572.tif 000009
【図８】
0004717572.tif 000010