(57)【要約】【課題】合焦位置へとフォーカスレンズを精度良く移動させることができるオートフォーカス装置の提供。【解決手段】初期位置復帰動作１および２を行うことにより、合焦位置探査駆動動作時の移動開始位置と合焦駆動動作時の移動開始位置とを同一位置（至近端）としてそれぞれ同一方向（無限方向）に駆動し、同一位置を基準位置としてレンズ位置を計測するようにした。さらに、初期位置復帰動作１および２で至近端に当接して静止する際に、当接する速度が同一の所定速度Ｖ１となるように制御する。その結果、至近端に位置決めしたときのガタ量をほぼ同程度とすることができ、合焦動作時にフォーカスレンズをピーク位置に精度良く位置決めすることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像信号に基づくコントラストＡＦ方式により合焦動作を行わせるオートフォーカス装置において、
フォーカスレンズを所定位置へ所定速度で到達させる第１の制御手段と、
前記フォーカスレンズを前記所定位置から移動させて撮像信号に基づく合焦位置を算出する演算手段と、
前記演算手段による前記合焦位置の算出後に、前記フォーカスレンズを前記所定位置へ前記所定速度で到達させる第２の制御手段と、
前記第２の制御手段による制御後に、前記所定位置から前記合焦位置へと前記フォーカスレンズを移動させて合焦動作を行わせる合焦手段とを備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
撮像信号に基づくコントラストＡＦ方式により合焦動作を行わせるオートフォーカス装置において、
フォーカスレンズを所定位置へ到達させる第１の制御手段と、
前記第１の制御手段により前記フォーカスレンズを前記所定位置へ到達させた際の速度を記憶する記憶手段と、
前記フォーカスレンズを前記所定位置から移動させて撮像信号に基づく合焦位置を算出する演算手段と、
前記演算手段による前記合焦位置の算出後に、前記フォーカスレンズを前記所定位置へ前記記憶手段に記憶された速度で到達させる第２の制御手段と、
前記第２の制御手段による制御後に、前記所定位置から前記合焦位置へと前記フォーカスレンズを駆動させて合焦動作を行わせる合焦手段とを備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のオートフォーカス装置において、
フォーカスレンズの移動を制限部材により機械的に制限して前記所定位置に停止させることを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置において、
前記第１および第２の制御手段は、前記フォーカスレンズが前記所定位置へ到達する際の速度を、前記所定位置に到達した際の位置決め誤差量と到達速度との間の相関関係が維持される上限速度以下に制御することを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置を備えた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、コントラストＡＦ方式のオートフォーカス装置、および、そのオートフォーカス装置を備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
コントラストＡＦ方式のカメラでは、例えば、無限側から至近側に向かってフォーカスレンズを移動させながら小刻みに焦点評価値を取得し、その焦点評価値がピークとなるレンズ位置へフォーカスレンズを移動することによりＡＦを行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１４２４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ピークレンズ位置へ移動する際にレンズ駆動方向を逆転させるが、その逆転駆動時に生じる駆動系の機械的ガタのために、ピーク位置に正確に移動することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、撮像信号に基づくコントラストＡＦ方式により合焦動作を行わせるオートフォーカス装置に適用され、フォーカスレンズを所定位置へ所定速度で到達させる第１の制御手段と、フォーカスレンズを所定位置から移動させて撮像信号に基づく合焦位置を算出する演算手段と、演算手段による合焦位置の算出後に、フォーカスレンズを所定位置へ所定速度で到達させる第２の制御手段と、第２の制御手段による制御後に、所定位置から合焦位置へとフォーカスレンズを移動させて合焦動作を行わせる合焦手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、撮像信号に基づくコントラストＡＦ方式により合焦動作を行わせるオートフォーカス装置において、フォーカスレンズを所定位置へ到達させる第１の制御手段と、第１の制御手段によりフォーカスレンズを所定位置へ到達させた際の速度を記憶する記憶手段と、フォーカスレンズを所定位置から移動させて撮像信号に基づく合焦位置を算出する演算手段と、演算手段による合焦位置の算出後に、フォーカスレンズを所定位置へ記憶手段に記憶された速度で到達させる第２の制御手段と、第２の制御手段による制御後に、所定位置から合焦位置へとフォーカスレンズを移動させて合焦動作を行わせる合焦手段とを備えたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のオートフォーカス装置において、フォーカスレンズの移動を制限部材により機械的に制限して前記所定位置に停止させるようにしたものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置において、第１および第２の制御手段は、フォーカスレンズが所定位置へ到達する際の速度を、所定位置に到達した際の位置決め誤差量と到達速度との間の相関関係が維持される上限速度以下に制御するようにしたものである。
請求項５の発明によるカメラは、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオートフォーカス装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、合焦位置を算出する際のフォーカスレンズ移動開始位置と、合焦位置へとフォーカスレンズを移動させる際のフォーカスレンズ移動開始位置とが同一の所定位置であって、その所定位置にフォーカスレンズを到達させる際の速度も同一としたので、算出された合焦位置へとフォーカスレンズを精度良く移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明によるオートフォーカス装置を備えたカメラの一実施の形態を示したものであり、カメラの概略構成を示すブロック図である。図１に示すカメラは交換レンズ式のカメラであって、カメラボディ１００にレンズ鏡筒２００が装着される。３００はカメラボディ１００内に設けられた制御装置である。なお、本発明はレンズ交換式のカメラに限らず、レンズ一体型のカメラにも適用することができる。
【０００８】
レンズ鏡筒２００には、レンズ２１０ａ〜２１０ｄおよび絞り２５０が設けられている。レンズ２１０ｂは焦点距離調節用のズームレンズであって、不図示のズームリングを手動操作することによりズームレンズ２１０ｂが光軸方向に移動し、光学系全体の焦点距離が変化する。ズームレンズ２１０ｂの位置は、ズームエンコーダ２２０により検出される。レンズ２１０ｃは焦点調節用のフォーカスレンズであり、駆動モータ２４０により光軸方向に駆動される。駆動モータ２４０は、レンズ駆動制御部１４０からの駆動信号により制御される。フォーカスレンズ２１０ｃのレンズ位置は、距離エンコーダ２３０により検出される。
【０００９】
カメラボディ１００内には撮像装置１１０が設けられており、その撮像面にはレンズ２１０ａ〜２１０ｄにより被写体像が結像される。撮像装置１１０には、光電変換素子である撮像素子、赤外カットフィルタ、光学ローパスフィルタ等が設けられている。撮像素子には、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳセンサ、ＣＩＤなどが用いられる。
【００１０】
制御装置３００には、評価値演算部１２０、レンズ目標位置設定部１３０、レンズ駆動制御部１４０および記憶部１７０が設けられている。また、制御装置３００には、カメラに設けられたレリーズボタンの半押し操作でオンする半押しスイッチ１５０と、レリーズボタンの全押し操作でオンする全押しスイッチ１６０とが接続されている。記憶部１７０には、焦点評価値等のデータが記憶される。
【００１１】
評価値演算部１２０には、撮像装置１１０から撮像信号が入力される。評価値演算部１２０は、設定されたＡＦエリアに該当する部分の撮像信号に基づいて焦点評価値を算出する。焦点評価値の算出方法としては、撮像信号にフィルタ処理（主として高周波強調フィルタ処理）を施し、それらを積算することにより焦点評価値を得る。
【００１２】
レンズ目標位置設定部１３０は、駆動モータ２４０でフォーカスレンズ２１０ｃを駆動する際の目標位置を設定する。例えば、焦点評価値を用いるコントラストＡＦ方式では、フォーカスレンズ２１０ｃを所定量ずつ動かしながら焦点評価値を取得してそのピークを探し、ピークが検出されたならば、そのピーク位置へとフォーカスレンズ２１０ｃを移動する。その場合、レンズ目標位置設定部１３０は、焦点評価値のピークが検出されるまでは所定量先のレンズ位置を目標位置に設定し、ピーク検出後に合焦動作を行う際にはピーク位置が目標位置となる。
【００１３】
《レンズ駆動動作の説明》
次に、ＡＦ動作時におけるレンズ駆動動作について図２，３および４を参照して説明する。図２は、焦点評価値とフォーカスレンズ２１０ｃのレンズ位置との関係を表す評価値曲線Ｌ１と、ＡＦ開始からフォーカスレンズ２１０ｃがピーク位置に駆動されるまでのレンズ移動動作とを示す図である。至近端および無限端はフォーカスレンズ２１０ｃの可動範囲を機械的に制限するものであり、至近端は最至近の被写体にピントが合っている状態であり、無限端は無限遠の被写体にピントが合っている状態である。
【００１４】
本実施の形態では、ＡＦ開始からフォーカスレンズ２１０ｃがピーク位置に駆動されるまでに、４種類のレンズ移動動作、すなわち初期位置復帰動作１，合焦位置探索駆動動作，初期位置復帰動作２および合焦駆動動作が順に行われる。また、合焦位置探索駆動動作では、いわゆる山登りサーチ動作が行われる。なお、本実施の形態では、初期位置復帰動作１，２における初期位置を至近端としたが、無限端でも良いし、ＡＦ開始時のレンズ位置に近い方のレンズ位置端（至近端または無限端）であっても良い。
【００１５】
なお、従来の山登りサーチによるＡＦ動作では、レンズ位置ｘ１から無限方向へと合焦位置探査駆動動作を開始し、レンズ位置ｘ２が焦点評価値が最大となるピーク位置ｘｐを越えたならば、算出駆動量（ｘ２−ｘｐ）だけフォーカスレンズ１２０ｃを反転駆動することにより合焦動作を完了する。しかしながら、前述したように反転駆動した際に駆動系にガタが発生し、さらに、そのガタ量は予測ができないため、算出駆動量（ｘ２−ｘｐ）と実際の駆動量との間にズレが生じ、ピーク位置ｘｐに正確に位置決めできないという問題があった。
【００１６】
そこで、本実施の形態では、初期位置復帰動作１および２を行うことにより、合焦位置探査駆動動作時の移動開始位置と合焦駆動動作時の移動開始位置とを同一位置（至近端）としてそれぞれ同一方向（無限方向）に駆動し、同一位置を基準位置としてレンズ位置を計測するようにした。さらに、初期位置復帰動作１および２で至近端に当接して静止する際に、当接する速度が同一の所定速度Ｖ１となるように駆動モータ２４０の駆動制御量を制御する。
【００１７】
図５は、至近端に当接する際のレンズ駆動速度と発生するガタ量との関係を示したものであり、レンズ駆動速度が小さい領域では速度とガタ量との間に相関が見られるが、速度が所定速度ｖｔｈを越える領域では速度とガタ量との間に相関が見られなくなり、ガタ量が不定となる。よって、上述したように初期位置復帰動作１および２の際の当接の速度を同一速度Ｖ１とすることにより、至近端に位置決めしたときのガタ量をほぼ同程度とすることができる。そのため、合焦位置探査駆動動作の移動開始位置と合焦動作の移動開始位置とがほぼ同一位置となり、合焦位置探査駆動動作で計測されるピーク位置に含まれるガタによる誤差量と、合焦動作時に計測される駆動量に含まれるガタによる誤差量とがほぼ同じになる。その結果、フォーカスレンズ１２０ｃをピーク位置に精度良く位置決めすることができる。
【００１８】
図３は、ＡＦ動作の動作手順を示すフローチャートであり、フローチャートのプログラムは、半押しスイッチ１５０をオンすることによりスタートする。ステップＳ１では、ＡＦ処理に必要なデータやフラグ類を初期化する。例えば、記憶部１７０に記憶される焦点評価値の初期値をゼロに設定する。ステップＳ２では図２の初期位置復帰動作１が行われる。すなわち、フォーカスレンズ２１０ｃを図２のレンズ位置ｘ１から至近端側へと移動して至近端に当接させ、フォーカスレンズ２１０ｃを初期位置である至近端に位置決めする。このとき、速度Ｖ１で至近端に当接させる。
【００１９】
図３のステップＳ３〜ステップＳ５までの処理は、上述した合焦位置探索駆動動作に対応する処理である。ステップＳ３では、現在のレンズ位置における合焦点評価値を取得する。取得された焦点評価値は、記憶部１７０に記憶される。ステップＳ４では、ステップＳ３で取得された焦点評価値が、記憶部１７０に記憶されている前回焦点評価値よりも減少しているか否かを判定する。
【００２０】
なお、合焦位置探索駆動時（図４の時刻ｔ１）には、前回焦点評価値の初期値としてゼロが記憶部１０に記憶されているので、ステップＳ４の処理が初めて行われた時には、減少していないと判定される。そして、減少していないと判定されるとステップＳ５へ進み、減少していると判定されるとステップＳ６へ進む。
【００２１】
ステップＳ４からステップＳ５へ進んだ場合には、フォーカスレンズ２１０ｃを図４の時刻ｔ１〜ｔ２間のように加速・減速して、無限方向に所定駆動量Δｘ（図２参照）だけ駆動する。そして、ステップＳ４において再び焦点評価値を取得する。ステップＳ３〜ステップＳ５の処理は、ステップＳ４において減少と判定されるまで繰り返し実行される。その結果、図２に示すように、フォーカスレンズ１２０ｃは焦点評価値が増加する方向へとステップ駆動されることになる。
【００２２】
図２に示すようにレンズ位置ｘ２がピーク位置ｘｐを通り越すと、焦点評価値は前回よりも減少することになり、ステップＳ４で減少と判定されてステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、合焦位置探索駆動動作により検出された焦点評価値に基づいてピーク位置を算出する。ピーク位置算出方法については後述する。
【００２３】
ステップＳ７では、初期位置復帰動作２が行われ、フォーカスレンズ１２０ｃがレンズ位置ｘ２から至近端まで駆動される（図２参照）。この場合も初期位置復帰動作１の場合と同様に、至近端に当接する際の速度を所定速度Ｖ１に設定する。ステップＳ８では、フォーカスレンズ１２０ｃを算出されたピーク位置へと移動する合焦駆動動作が行われ、そして、一連の合焦動作を終了する。その後、全押しスイッチ１６０がオンされると撮影動作が実行される。
【００２４】
図４は、ＡＦ動作中におけるフォーカスレンズ２１０ｃのレンズ駆動速度を示したものであり、縦軸はレンズ駆動速度を、横軸は時間をそれぞれ表す。ここでは、無限方向へ移動する場合の速度をプラスとし、至近方向へ移動する場合の速度をマイナスとした。時刻ゼロから時刻ｔ１までが初期位置復帰動作１を、時刻ｔ１〜ｔ３が合焦位置探査駆動動作を、時刻ｔ３〜ｔ４が初期位置復帰動作２を、時刻ｔ４〜ｔ５が合焦駆動動作をそれぞれ示している。また、時刻ｔ１〜ｔ２までの制御動作が、図２のΔｘの移動動作に対応しており、ステップＳ３〜Ｓ５の繰り返し回数と同じ回数だけ、同一制御動作が繰り返される。
【００２５】
初期位置復帰動作１においては、レンズ移動速度を予め設定された所定速度Ｖ１まで加速した後に速度をＶ１に保持し、符号Ａで示すように速度Ｖ１で至近端に当接させて位置決めする。また、初期位置復帰動作２においても、初期位置復帰動作１と同様の速度制御を行って、符号Ｂで示すようにフォーカスレンズ１２０ｃを速度Ｖ１で至近端に当接させる。上述したように、ピーク算出時の計測基準位置（至近端）と合焦駆動時の駆動開始基準位置（至近端）とがほぼ同一となるため、合焦動作によるピーク位置への位置決め精度の向上を図ることができる。
【００２６】
［ピーク位置の算出方法］
図６は合焦レンズ位置の算出方法を説明する図であり、ここでは三点内挿演算について説明する。図６に示した黒丸は焦点評価値のサンプリング点を示し、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の順に取得される。サンプリング点Ｓ３が取得されると、サンプリング点Ｓ３の焦点評価値はサンプリング点Ｓ２の焦点評価値に対して減少しているので、図３のステップＳ４からステップＳ６へと進みピーク位置算出が行われる。
【００２７】
三点内挿演算では、サンプリング点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を用いてピーク位置ｘｐを算出する。まず、点Ｓ１と点Ｓ２とを通る直線Ｌ１１を算出する。この直線Ｌ１１の傾きをＫとしたとき、傾きが−Ｋで点Ｓ３を通る直線Ｌ１２を算出する。そして、直線Ｌ１１と直線Ｌ１２との交点のレンズ位置をピーク位置ｘｐとする。
【００２８】
［変形例１］
図７（ａ）は、レンズ駆動制御の第１の変形例を示す図である。初期位置復帰動作１において、レンズ駆動速度をＶ２（＞Ｖ１）まで加速し、その後、Ｖ２からＶ１へと減速し、速度Ｖ１で至近端に当接させる。初期位置復帰動作２も同様な制御を行う。このような制御をすることにより、初期位置復帰動作１、２の所要時間を短縮することができる。一方、図７（ａ）の駆動制御において、所要時間を上述した実施形態と同じに保つように制御した場合、当接の速度をＶ１よりも低速のＶ３とすることが可能となり、同一速度におけるガタ量のばらつきを抑えることができる。その結果、位置決め精度をより高めることができる。
【００２９】
図７（ｂ）はレンズ駆動制御の第２の変形例を示す図である。まず、高速（例えば、駆動モータの最高速で）で復帰動作を行い、至近端に当接させる。その後、いったん無限方向へわずかに移動させる。そして、所定速度Ｖ１で至近端に当接させる。初期位置復帰動作２も同様な制御を行う。このように、最初に最高速度で至近端に復帰させることで、復帰動作１，２に要する時間を短縮することができる。２回目の当接はいずれも所定速度Ｖ１で行われるので、ガタ量をほぼ同一とすることができ、１回目の動作は合焦時の位置決め精度に影響しない。
【００３０】
また、上述した実施の形態では、予め設定された所定速度Ｖ１で至近端に当接させるようにしたが、初期位置復帰動作１の当接速度を記憶し、初期位置復帰動作２においては記憶された速度で至近端に当接させるようにしても良い。例えば、レンズ駆動速度を加速中に至近端に当接してしまった場合、初期位置復帰動作２の当接速度を上述したように所定速度Ｖ１とすると、初期位置復帰動作１，２間で当接速度が異なることになり不都合が生じる。しかし、初期位置復帰動作１時に記憶した当接速度を初期位置復帰動作２に採用することにより、同一速度とすることができる。
【００３１】
上述した本実施の形態の作用効果をまとめると以下のようになる。
（１）撮像信号に基づくコントラストＡＦ方式により合焦動作を行わせるオートフォーカス装置において、フォーカスレンズ１２０ｃを所定位置（至近端）へ所定速度で到達させる制御手段（レンズ駆動制御部１４０）と、フォーカスレンズ１２０ｃを所定位置（至近端）から移動させて撮像信号に基づく合焦位置を算出する手段（制御装置３００）と、合焦位置の算出後に、フォーカスレンズ１２０ｃを所定位置（至近端）へ所定速度Ｖ１で到達させる制御手段（レンズ駆動制御部１４０）と、所定位置から合焦位置へとフォーカスレンズ２０ｃを移動させて合焦動作を行わせる合焦手段（レンズ駆動制御部１４０）とを備えたので、合焦位置におけるフォーカスレンズ１２０ｃの位置決め精度を向上させることができる。
（２）最初にフォーカスレンズ１２０ｃを所定位置へ到達させた際の速度を記憶部１７０記憶しておき、２回目にフォーカスレンズ１２０ｃを所定位置へ到達させる際の速度を記憶部１４０に記憶された速度とるようにしても良く、同様の作用効果が得られる。
（３）また、フォーカスレンズが所定位置へ到達する際の速度を、所定位置に到達した際の位置決め誤差量と到達速度との間の相関関係が維持される上限速度Ｖｔｈ以下に制御することにより、高精度な位置決めができる。
【００３２】
以上説明した実施の形態では、合焦位置探索駆動動作が山登りサーチ動作の場合を例に説明したが、山登りサーチに限らず、全域スキャンサーチ後にピーク位置へ合焦駆動する様なＡＦ動作の場合にも同様に適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明によるオートフォーカス装置を備えたカメラの一実施の形態を示したものであり、カメラの概略構成を示すブロック図である。
【図２】評価値曲線Ｌ１とＡＦ動作時のレンズ移動動作とを示す図である。
【図３】ＡＦ動作の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】ＡＦ動作中におけるレンズ駆動速度を説明する図である。
【図５】至近端に当接する際のレンズ駆動速度とガタとの関係を説明する図である。
【図６】合焦レンズ位置の算出方法を説明する図である。
【図７】変形例を示す図であり、（ａ）は第１の変形例を、（ｂ）は第２の変形例をそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００３４】
１１０：撮像装置    １２０：評価値演算部    １３０：レンズ駆動制御部
１４０：レンズ目標位置設定部    ２００：レンズ鏡筒    ３００：制御装置
２１０ａ〜２１０ｄ：レンズ    ２２０：ズームエンコーダ
２３０：距離エンコーダ    ２４０：駆動モータ    ２５０：絞り
【図１】
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【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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【図７】
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