オートフォーカス装置
【課題】ＴＴＬ方式および非ＴＴＬ方式の焦点検出手段のデータに周期性パターンがある場合、複数の焦点候補が算出され正常な合焦目標位置を得られない。また、周期性パターンの被写体に対し、映像ＡＦのみを使用する場合、コントラストが最大となる合焦点をサーチするため、素早く合焦できい。
【解決手段】オートフォーカス装置は、フォーカス群の位置検出手段と、フォーカス群の駆動手段と、位相差方式による焦点検出手段と、撮像画像のコントラスト取得手段と、コントラストに基づく合焦判定手段を有し、該装置は、さらに、焦点検出手段による焦点情報をもとに被写体の周期性パターン判定手段と、フォーカス群の駆動の目標位置設定手段と、合焦方向判定手段を備え、被写体に周期性パターンがある場合、合焦点の方向を判定し、判定した合焦点の方向に目標位置を設定し、フォーカス群を目標位置に向けて駆動し、合焦判定手段によって合焦を判定する。
【解決手段】オートフォーカス装置は、フォーカス群の位置検出手段と、フォーカス群の駆動手段と、位相差方式による焦点検出手段と、撮像画像のコントラスト取得手段と、コントラストに基づく合焦判定手段を有し、該装置は、さらに、焦点検出手段による焦点情報をもとに被写体の周期性パターン判定手段と、フォーカス群の駆動の目標位置設定手段と、合焦方向判定手段を備え、被写体に周期性パターンがある場合、合焦点の方向を判定し、判定した合焦点の方向に目標位置を設定し、フォーカス群を目標位置に向けて駆動し、合焦判定手段によって合焦を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被写体を撮影するためのオートフォーカス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラやビデオカメラ等の撮像装置におけるオートフォーカス（ＡＦ）技術として、様々な提案が成されている。例えば、結像光学系内の光路中に分岐手段を有し、分岐光束により合焦状態を検出しＡＦ制御を行うＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）方式の位相差ＡＦが提案されている。また、結像光学系内の光束とは別の外光による光束を用いる非ＴＴＬ方式の外測ＡＦも提案されている。さらに、撮像素子から出力される映像信号を用いて焦点評価値を算出し、所謂山登り方式による映像ＡＦが提案されている。そして、位相差ＡＦや外測ＡＦと映像ＡＦを組み合わせたハイブリッドＡＦシステムが提案されている。
【０００３】
位相差ＡＦや外測ＡＦなどのＴＴＬ方式および非ＴＴＬ方式の焦点検出装置では、焦点検出装置から出力される像信号を用い相関演算を行うことによって位相差を求める。このとき、二像一致度を相関評価値として真の合焦点を求める。一般的には、相関評価値が極値かつ最大となるような位相差をもとに合焦候補点までのデフォーカス量を求める。しかしながら、焦点検出装置から得られるデータに周期性パターンがある場合、焦点検出演算時に相関評価値がほぼ同値となるような複数の合焦候補点が算出されてしまう。そのため、真の合焦目標位置を得ることは困難であった。
【０００４】
そこで、特許文献１では、周期性パターンのある被写体が検出された場合、位相差センサから出力されるデータのコントラスト値が最大となるポイントが真の合焦点であるとして、各合焦候補点をサーチする方式が提案されている。また、特許文献２から４のハイブリッドＡＦシステムでは、周期性パターンのある被写体に対しては、映像ＡＦのみを使用してコントラストが最大となる合焦点をサーチする方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２６２６１１号公報
【特許文献２】特開２００６−３０１１５０号公報
【特許文献３】特開２００７−２６４２９９号公報
【特許文献４】特開２００９−０６３９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１から４で提案されている方法では、コントラスト評価値を用いて所謂山登り方法によって最終的な合焦点を探索する方式となり、素早く合焦させることが困難である。また、コントラスト評価値のみを用いて合焦点をサーチする方法の場合、サーチ中に焦点調節部を高速に動作させてしまうと、光軸方向におけるコントラスト評価値のサンプリング間隔が広がってしまい、真の合焦点を通り過ぎてしまう可能性もある。そのため、特に動画を目的とした被写体撮影の場合、撮影者は、合焦に至るまでの撮影映像に不快感を覚える可能性が高い。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述の問題を解決し、周期性パターンのある被写体に対して適切にオートフォーカス制御を行うことにより、より使い勝手の良いオートフォーカス装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のオートフォーカス装置は、
フォーカスレンズ群と、該フォーカスレンズ群の位置を検出するフォーカス位置検出手段と、該フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス駆動手段と、撮像光学系を通過した光束による像を撮像する撮像手段と、被写体からの光束を用いて位相差方式により焦点を検出する焦点検出手段と、該撮像手段で撮像された撮像信号を用いてコントラスト情報を取得するコントラスト取得手段と、該コントラスト情報に基づいて合焦を判定する合焦判定手段と、を有する装置であって、該オートフォーカス装置はさらに、該焦点検出手段による焦点情報をもとに被写体の周期性パターンの有無を判定する周期性判定手段と、該フォーカスレンズ群の目標位置を設定する目標位置設定手段と、合焦点の方向を判定する合焦方向判定手段と、を備え、該周期性判定手段が被写体に周期性パターンがあると判定した場合、該合焦方向判定手段により合焦点の方向を判定し、該目標位置設定手段は該合焦点の方向に該フォーカスレンズ群の目標位置を設定し、該フォーカス駆動手段は該フォーカスレンズ群を該目標位置に向けて駆動し、該合焦判定手段によって合焦を判定すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、オートフォーカス動作を適切に設定することにより、周期性パターンのある被写体に対して、より使い勝手の良いオートフォーカスの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１におけるシステム構成図
【図２】（ａ）実施例１におけるＡＦセンサ構成図、（ｂ）実施例１における撮影映像の例を示す図
【図３】実施例１における処理のフローチャート１
【図４】実施例１における位相差センサ出力値の例を示す図
【図５】実施例１における相関評価値の例を示す図
【図６】実施例１における処理のフローチャート２
【図７】実施例１における処理のフローチャート３
【図８】実施例１における処理のフローチャート４
【図９】実施例１における合焦候補点の例を示す図
【図１０】実施例１における処理のフローチャート５
【図１１】実施例１における合焦候補点とコントラスト評価値の例を示す図
【図１２】実施例１におけるフォーカスの推移を示す図
【図１３】実施例２における処理のフローチャート１
【図１４】実施例２における処理のフローチャート２
【図１５】実施例２における合焦候補点とコントラスト評価値の例を示す図
【図１６】実施例２におけるフォーカスの推移を示す図
【図１７】実施例３における処理のフローチャート１
【図１８】実施例３における処理のフローチャート２
【図１９】実施例３における合焦候補点とコントラスト評価値の例を示す図
【図２０】実施例３におけるフォーカスの推移を示す図
【図２１】実施例４における処理のフローチャート１
【図２２】実施例４における処理のフローチャート２
【図２３】実施例４におけるコントラスト評価値の例を示す図
【図２４】実施例４における合焦候補点とコントラスト評価値の例を示す図
【図２５】実施例４におけるフォーカスの推移を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に、本発明の実施例１におけるオートフォーカス装置１００の構成を示す。
オートフォーカス装置１００は、撮像光学系を構成するフォーカスレンズ群１１１を含み、フォーカスレンズ群１１１には、フォーカス駆動手段であるフォーカスモータ１１２が接続されている。フォーカスドライバ１１３によってフォーカスモータ１１２が駆動され、フォーカスレンズ群１１１を光軸方向に移動させる。フォーカスレンズ群１１１の位置は、フォーカス位置検出部１１４により検出される。
フォーカスレンズ群１１１の像面側には、ハーフミラー１２１が設けられている。撮像光学系に入射した光束は、フォーカスレンズ群１１１を通り、ハーフミラー１２１を透過した光束とハーフミラー１２１で反射された光束とに分割される。ハーフミラー１２１を通過した光束は、撮像素子１４０に入射する。撮像素子１４０は電荷蓄積型のイメージセンサであり、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサによって構成される。ハーフミラー１２１で反射された光束は、撮像素子１４０と共役な位置に設けられた焦点検出部１２２に入射する。
【００１３】
焦点検出部１２２は、不図示の複数対の二次結像レンズと、不図示の位相差センサとしてのＡＦセンサとを含む。ＡＦセンサ上には複数のエリアセンサが設けられている。各エリアセンサ上には、ハーフミラー１２１を透過して各対の二次結像レンズによって二つに分割された光束により一対の被写体像（以下、二像という）が形成される。各エリアセンサは、該二像を光電変換して二像信号を出力する。二像信号からは、オートフォーカス装置１００のフォーカス状態に応じた位相差を得ることができる。
オートフォーカス装置１００が合焦状態にある場合は二像の間隔に相当する位相差は特定値を示す。被写体よりも像面に近い側に合焦している場合、所謂前ピンの場合は、位相差は該特定値よりも小さくなる。また、被写体よりも像面から遠い側に合焦している場合、所謂後ピンの場合は、位相差は該特定値よりも大きくなる。このように、焦点検出部１２２は、オートフォーカス装置１００に入射した光により形成された被写体像間の位相差を検出する機能を有する。
【００１４】
ＣＰＵ１３０内には、位相差焦点演算部１３１、コントラスト焦点演算部（コントラスト取得手段）１３２、デフォーカス量演算部１３３、レンズ制御部１３４が構成されている。焦点検出部１２２から出力される２つの像信号は、位相差焦点演算部１３１に入力される。また、撮像素子１４０から出力される撮像信号は、画像処理部１４１によって映像信号に変換され、コントラスト焦点演算部１３２に入力される。本実施例では、映像信号の更新周期を１６［ｍｓ］として説明する。
【００１５】
位相差焦点演算部１３１は、焦点検出部１２２から出力される二像信号に対する相関演算を行い、該像信号間の位相差を算出する。二像一致度を相関評価値として用いる。相関評価値が極値を得るときの位相差を合焦候補点として設定する。さらに、各合焦候補点のうち相関評価値が最大となるような点を最も有力な合焦候補点として設定する。
【００１６】
コントラスト焦点演算部１３２は、画像処理部１４１から出力される映像信号を取得し、該映像信号から高周波数成分を抽出する。そして、該高周波数成分から被写体画像のコントラスト状態を示すコントラスト評価値を生成する。画像処理部１４１から出力される映像信号は、周期的に更新される。コントラスト焦点演算部１３２は、映像信号の更新周期に合わせてコントラスト評価値を生成する。そして、コントラスト評価値が最大となるような点が合焦点であると判定する。
【００１７】
デフォーカス量演算部１３３は、位相差焦点演算部１３１およびコントラスト焦点演算部１３２の演算結果をもとに、フォーカスレンズ群１１１のデフォーカス量を算出する。
【００１８】
このようにして、焦点検出部１２２に設けられた位相差センサによる複数のデフォーカス量が算出される。算出されたデフォーカス量は、レンズ制御部１３４に入力される。レンズ制御部１３４は、フォーカス位置検出部１１４を通じて、フォーカスレンズ群１１１の位置を取得する。そして、レンズ制御部１３４は、デフォーカス量演算部１３３（目標位置設定手段）によって算出されたデフォーカス量にしたがって、フォーカスレンズ群１１１を目標位置へ駆動する。この時、レンズ制御部１３４は、該算出された目標位置までフォーカスレンズ群１１１が光軸方向に移動するように、フォーカスドライバ１１３を介してフォーカスモータ１１２を駆動し、フォーカスレンズ群１１１を移動させる。このようにして、オートフォーカスが行われる。
【００１９】
ここで、図２（ａ）に撮影画面内での焦点検出エリアの一例を示す。図２（ａ）の５０１から５２７は各焦点検出エリアである。図２（ａ）には、撮影範囲のうち上部、中部及び下部のそれぞれにおいて７つずつ横方向に並んだ２１の焦点検出エリアが配置された例を示す。上部左側から順に焦点検出エリア５０１〜５０７、中央部左側から順に焦点検出エリア５１１〜５１７、下部左側から順に焦点検出エリア５２１〜５２７とする。
【００２０】
デフォーカス量演算部１３３は、撮影可能な範囲である撮影範囲（撮影画面）内に予め設定された複数の焦点検出エリアの位置（座標）と、該焦点検出エリアの形状（大きさ）を記憶保持している。設定内容を変更することで、焦点検出エリアの位置、大きさ等の変更が可能である。本実施例では、図１のスイッチ２０１を用いて、焦点検出エリアを選択することとする。
【００２１】
図２（ｂ）には、図２（ａ）で示した焦点検出エリア５１４が選択された状態で被写体を撮影している撮影映像の様子を示している。図２（ｂ）に示すように、被写体は所謂縞模様であり周期性パターンを持っている。第１の実施例では、図２（ｂ）に示した撮影構図において、周期性パターンのある被写体に合焦させる例を説明する。
【００２２】
図３は、オートフォーカス装置１００におけるオートフォーカス処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ１３０は、これらの処理を、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って制御する。
【００２３】
レンズ装置１００に電源が入ると、レンズＣＰＵ１３０の処理は、ステップＳ１０１から処理を実行する。ステップＳ１０１において、レンズ制御部１３４は、フォーカス位置検出部１１４を通して、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）を取得する。
【００２４】
次に、ＣＰＵ１３０はステップＳ１０２に進み、スイッチ２０１が選択している焦点検出エリアを選択し、焦点検出部１２２内の位相差センサを起動する。次に、ＣＰＵ１３０はステップＳ１０３に進む。
【００２５】
ステップＳ１０３において、位相差焦点演算部１３１は、焦点検出部１２２から二像信号を取得し、スイッチ２０１で選択された焦点検出エリア５１４の位相差を算出する。この時の二像信号と算出される焦点情報である、位相差および相関評価値、の例を図４および図５に示す。焦点検出エリア５１４から得られる像データは、前述したように被写体に周期性パターンがあるため、図４に示した波形が得られる。このとき、各位相差の二像一致度を示す相関評価値をプロットすると図５を得る。図５に示すように、位相差とその相関評価値をパラメータとしてもつ合焦候補点Ｃ（１）からＣ（５）を得る。また、合焦候補点の数および各合焦候補点のインデックスを記憶しておく。
【００２６】
被写体に周期性パターンがない場合、各合焦候補点における相関評価値に差が生じるため、真の合焦候補点を選別することが可能である。しかし、被写体に周期性パターンがある場合、図５のように各相関評価値がほぼ等しい値となることが特徴である。そのため、例えＣ（３）が真の合焦点であったとしても、その他の相関評価値とほぼ等しいため、真の合焦候補点がＣ（１）からＣ（５）のうちどれであるかを判定することが困難となる。
【００２７】
図３のフローチャートの説明に戻る。次にステップＳ１２０に進み、位相差焦点演算部１３１（周期性判定手段）によって被写体の周期性パターンの有無が判定される。ここでは、前述の合焦候補点Ｃ（１）からＣ（５）に対する各相関評価値が所定の範囲内に収まる値である場合に周期性パターンであると判定する方法を例に説明する。
【００２８】
周期性パターンの判定例を示すサブルーチンのフローチャートを図６に示す。まず、ステップＳ１７１では、ステップＳ１０４で算出した合焦候補点数が２点以上であるかどうかを判定する。合焦候補点数が２点以上である場合はステップＳ１７２に進み、２点未満である場合はステップＳ１７７に進む。ステップＳ１７２およびステップＳ１７３では、各相関評価値の最小値と最大値をサーチし記憶する。次に、ステップＳ１７４に進み、ステップＳ１７２およびステップＳ１７３で得た相関評価値の最大値と最小値の差分を取り、これを相関評価値範囲として記憶する。そして、ステップＳ１７５に進み、相関評価値範囲を所定の閾値βで評価する。ステップＳ１７５において、相関評価値範囲が閾値β未満である場合は真と判定し、ステップＳ１７６に進む。ステップＳ１７５が偽である場合は、ステップＳ１７７に進む。ステップＳ１７６では、周期性パターンであるという結果を格納し、周期性パターン判定サブルーチンを終了する。ステップＳ１７７では、通常パターンであるという結果を格納し、周期性パターン判定サブルーチンを終了する。なお、βは任意であり、所定の値をあらかじめプログラムに書き込んでも良いし、不図示のボリュームやスイッチを設けて、外部からの指定・選択が可能な構成にしても良い。
【００２９】
図３のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ１２０の判定の結果、周期性パターンであると判定した場合は、ステップＳ１２１へ進む。ステップＳ１２０において、周期性パターンではないと判定した場合、ステップＳ１５０へ進む。
【００３０】
ステップＳ１２１では合焦方向の判定を行う。ここでは、図７に示すフローチャートを例に方向判定を行うこととする。まず、ステップＳ１８１において、ステップＳ１０１で、レンズ制御部１３４によって検出されたフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）がフォーカス全域に対し無限側に位置しているかどうかを判定する。ステップＳ１８１が真つまり無限側である場合、ステップＳ１８２において合焦方向を至近側に設定して設定して処理を終了する。一方、ステップＳ１８１が偽つまり至近側である場合、ステップＳ１８３において合焦方向を無限側に設定して処理を終了する。例えば、フォーカスレンズ群の位置Ｆ（０）が可動範囲の中点よりも無限側である場合は、合焦方向を至近側と設定し、可動範囲の中点よりも至近側である場合は、合焦方向を無限側と設定してもよい。
【００３１】
図３のフローチャートの説明に戻る。次にステップＳ１２２に進み、デフォーカス量演算部１３３は、ステップＳ１２１で判定した合焦方向に該当する合焦候補点のうち最も近い合焦候補点を変数ｉに設定する。
【００３２】
ステップＳ１２２のサブルーチンを図８に示す。まず、ステップＳ１９１にて、ステップＳ１２１で判定した合焦方向を参照する。合焦方向が無限側である場合はステップＳ１９２に進み、合焦方向が至近側である場合はステップＳ１９６に進む。ステップＳ１９２では、インデックス変数ｊに１を設定し、ステップＳ１９４に進む。ステップＳ１９４では、デフォーカス量演算部１３３は、合焦候補点Ｃ（ｊ）に対応するフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｊ）を算出する。そして、Ｆ（０）とＦ（ｊ）の位置関係を判定する。Ｆ（０）がＦ（ｊ）よりも至近つまり真である場合は、ステップＳ１９５に進む。また、ステップＳ１９４が偽である場合は、ステップＳ１９３に進む。ステップＳ１９３では、インデックス変数ｊをインクリメントする。そしてステップＳ１９４から再び処理を実行する。ステップＳ１９６では、インデックス変数ｊに合焦候補数を設定する。つまり、図３のステップＳ１０３で算出した合焦候補点のうちの最後のインデックスとなる合焦候補点に該当するインデックスを変数ｊに設定することとなる。そして、ステップＳ１９７に進み、ステップＳ１９４と同様にＦ（ｊ）を算出して、Ｆ（０）とＦ（ｊ）の位置関係を判定する。Ｆ（０）がＦ（ｊ）よりも無限である場合、つまり真である場合はステップＳ１９５に進み、偽である場合はステップＳ１９８に進む。ステップＳ１９８ではインデックス変数ｊをデクリメントし、ステップＳ１９７から再び処理を実行する。ステップＳ１９５では、インデックス変数ｊを近傍の合焦点として変数ｉに設定し、サブルーチンを終了する。
【００３３】
ここで、図９に、各合焦候補点Ｃ（ｉ）と各Ｃ（ｉ）に対応するフォーカスレンズ群の位置Ｆ（ｉ）を示す。例えば、ステップＳ１０１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）が図９に示すように至近側の位置である場合、ステップＳ１２１の合焦方向判定は無限側となる。そして、ステップＳ１２２において、Ｆ（０）から最も近い合焦候補点のインデックスは１となり、変数ｉには１がセットされる。
【００３４】
次に、ステップＳ１２３において、デフォーカス量演算部１３３はフォーカスレンズ群１１１のデフォーカス量と駆動速度を演算し、合焦候補点Ｃ（ｉ）に対応するフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を目標位置として算出する。各Ｃ（ｉ）に対応する各Ｆ（ｉ）は図９に示したような関係を得る。このデフォーカス量と駆動速度の決定方法の詳細は後述する。次にステップＳ１２４に進み、レンズ制御部１３４は、フォーカスドライバ１１３およびフォーカスモータ１１２を通して、フォーカスレンズ群１１１を上記駆動速度で合焦候補位置Ｆ（ｉ）へ駆動する。その後、ステップＳ１２５において、コントラスト焦点演算部１３２は、画像処理部１４１からの映像信号を取得し、ステップＳ１０２で選択した焦点検出エリアに対応するエリアの高周波数成分およびコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を演算する。
【００３５】
次にステップＳ１３０へ進み、ステップＳ１２５で取得したコントラスト評価値Ｖ（ｉ）が所定の閾値αよりも大きいかどうかを判定する。Ｖ（ｉ）が閾値αよりも大きいとき、合焦であると判定してステップＳ１０１に戻って再び処理を実行する。一方、Ｖ（ｉ）が閾値α以下の時は、合焦ではないとして、ステップＳ１４０に進む。なお、αは任意であり、所定の値をあらかじめプログラムに書き込んでも良いし、不図示のボリュームやスイッチを設けて、外部からの指定・選択が可能な構成にしても良い。ステップＳ１３０における合焦判定方法については後述する。
【００３６】
ステップＳ１４０において、ステップＳ１２１で判定した合焦方向に該当する合焦候補点の数だけ合焦判定をしたかどうかを判定する。ステップＳ１４０が真である場合は、ステップＳ１０１から再び処理を実行する。ステップＳ１４０が偽である場合は、ステップＳ１４１に進み、ステップＳ１２１で判定した合焦方向に該当する次の合焦候補点を変数ｉにセットする。すなわち、現在のフォーカスレンズ群１１１の位置よりも合焦方向にある合焦候補位置で、最も現在のフォーカスレンズ群１１１に近い合焦候補位置をフォーカスレンズ群の目標位置に設定する。そして、ステップＳ１２３から再び処理を実行する。
【００３７】
ステップＳ１５０では、被写体に周期性パターンがない場合の通常のハイブリッドオートフォーカス処理が実行される。位相差方式とコントラスト方式とのハイブリッド方式によるオートフォーカスは公知であるため、ここでは簡単な一例として、図１０にサブルーチンのフローチャートを示す。まず、ステップＳ１５１では、位相差焦点演算部１３１によって算出された合焦候補点のうち、相関評価値が最大である合焦候補点を選択する。そして、デフォーカス量演算部１３３によってフォーカスレンズ群１１１の目標位置が計算される。次にステップＳ１５２において、レンズ制御部１３４は、フォーカスドライバ１１３およびフォーカスモータ１１２を通してフォーカスレンズ群１１１を駆動する。次に、ステップＳ１５３において、コントラスト焦点演算部１３２は画像処理部１４１から映像信号を取得し、コントラスト評価値を演算する。そして、Ｓ１５４において、ステップＳ１１０やＳ１３０と同様に合焦判定を行う。合焦である場合は、本サブルーチンを終了する。合焦ではない場合は、ステップＳ１５５に進む。ステップＳ１５５では、コントラスト評価値を用いた所謂山登り判定を行うためのデフォーカス量を演算する。そして、合焦となるまでステップＳ１５２から再び処理を繰り返し実行する。
【００３８】
ここで、図３に示したフローチャートのステップＳ１２０で真、つまり周期性パターンであると判定した場合のデフォーカス量および駆動速度の演算から合焦判定までの過程について説明する。図１１は、フォーカスレンズ群１１１の初期位置Ｆ（０）が至近側にある場合に、本実施例を適用した場合の合焦に至るまでの過程を示したものである。図１１の横軸に位相差焦点演算部１３１によって算出される合焦候補点Ｃ（ｉ）および、各Ｃ（ｉ）に対応するフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を示した。図１１の縦軸には、位相差による合焦候補点Ｃ（ｉ）の相関評価値および、コントラスト焦点演算部１３２が算出するコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を示した。図１１のＦ（０）はステップＳ１０１でレンズ制御部１３４が検出したフォーカスレンズ群１１１の位置である。ステップＳ１２３が実行されるとき、ステップＳ１２２でｉ＝１とすると、フォーカスレンズ群１１１の目標位置はＦ（１）に設定される。また、フォーカスレンズ群１１１がＦ（１）の位置に達した時に画像処理部１４１から出力される映像が更新されるタイミングとなるように、レンズ制御部１３４はフォーカスレンズ群１１１の駆動速度を決定し、ステップＳ１２４で駆動する。前述したように、映像処理部１４１が出力する映像の更新周期を１６［ｍｓ］とすると、１６［ｍｓ］の整数倍後にステップＳ１２５が実行され、コントラスト評価値Ｖ（１）を得るように駆動する。そして、コントラスト評価値Ｖ（１）をもとにステップＳ１３０にて合焦判定を行う。コントラスト評価値Ｖ（１）はαよりも小さいため、ステップＳ１４０およびステップＳ１４１にて、次の合焦候補位置となるＦ（２）を目標位置とし、ステップＳ１２３から同様の処理を実行する。そして、ｉ＝３であるとき、ステップＳ１３０において、コントラスト評価値Ｖ（３）がαより大となり合焦であると判定し、処理を終了する。
【００３９】
図１２にフォーカスレンズ群１１１の軌跡を示す。図１２は、横軸に時間軸をとり、縦軸にフォーカスレンズ群１１１の位置を示した。図１２に示すように、各時刻Ｔ（０）からＴ（３）において、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）からＦ（３）に駆動し、コントラスト評価値Ｖ（０）からＶ（３）を取得している。ある合焦候補点において合焦ではないと判定した場合は、各合焦候補点におけるフォーカスレンズ群１１１の駆動速度を落とすことなく、即座に次の合焦候補点へフォーカスレンズ群１１１を駆動することが可能である。また、各合焦点間のデフォーカス量に応じて、フォーカスレンズ群１１１の駆動速度を可変としている。
【００４０】
このように、本実施例では、画像処理部１４１の映像更新周期に合わせて合焦候補位置Ｆ（ｉ）（合焦候補点Ｃ（ｉ））にフォーカスレンズ群１１１を位置・速度制御して駆動することで、合焦候補点近傍のみをコントラスト評価することが可能となる。すなわち、各合焦候補点間はコントラスト評価する必要がないため、コントラスト評価のためにフォーカスレンズ群の駆動速度を遅くする必要がなく、真の合焦点に到達するまでの時間を短縮させることが可能となる。したがって、周期性パターンを有する被写体へのオートフォーカス処理を従来と比較して高速化することが可能となる。また、閾値αを設定することで、すべての合焦候補点をサーチする必要がなく、高速に合焦させることが可能となる。
【００４１】
なお、本実施例における、合焦方向判定の方法については、図７で示した方法以外の方法でも適用することが可能である。例えば、フォーカスレンズ群１１１の初期位置Ｆ（０）と合焦候補位置Ｆ（ｉ）の集合との関係から、合焦方向を判定しても良い。
【実施例２】
【００４２】
周期性パターンを有する被写体の位相差を算出した場合、合焦候補点の位相差間隔は、単位を位相差センサの画素とすると、原理上２画素以上となる。また、フォーカスレンズ群の位置によって敏感度が異なるため、図１２に示したように、合焦候補点間毎にデフォーカス量が異なる。よって、デフォーカス量が多い場合は、駆動可能な最大の速度でフォーカスレンズ群を駆動したとしても、次の合焦候補点へ駆動させる前に画像処理部１４１の映像更新周期を迎えてしまう可能性がある。すなわち、合焦候補点に該当するフォーカスレンズ群の位置でコントラスト評価を行うことが困難である場合がある。
そこで、合焦候補点以外で更新される映像のコントラスト評価値を利用することによって、近傍の合焦候補点が真の合焦判定であるかを判定することが可能となる。
本実施例では、このような状況に適するオートフォーカスの方法について説明する。
【００４３】
実施例２のオートフォーカス装置の構成、ＡＦセンサの構成及び焦点検出エリアの構成は実施例１の図１、図２（ａ）と同様なので説明を省略する。第１実施例と同様に、図２（ｂ）の撮影シーンを例に、図１３から図１６を用いて説明する。
【００４４】
図１３は、オートフォーカス装置１００におけるオートフォーカス処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ１３０は、これらの処理を、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って制御する。
【００４５】
図１３のステップＳ１０１からＳ１０３では、実施例１と同様に、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）を検出する。また、焦点検出部１２２内において、スイッチ２０１によって選択されている位相差センサを起動する。次に、スイッチ２０１で選択されている焦点検出エリア５１４の位相差および合焦候補点を算出する。
【００４６】
ステップＳ１２０では、実施例１と同様に周期性パターン判定を行う。被写体が周期性パターンであると判定した場合は、ステップＳ１２１に進み、周期性パターンではないと判定した場合は、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、実施例１と同様に通常のハイブリッドＡＦ処理を行い、ステップＳ１０１から再び処理を繰り返す。ステップＳ１２１では、実施例１と同様に合焦方向の判定を行う。
【００４７】
次にステップＳ２１０において、デフォーカス量演算部１３３はデフォーカス量の演算を行う。ステップＳ２１０のサブルーチンを図１４に示す。まず、ステップＳ２１１において、レンズ制御部１３４はフォーカスレンズ群１１１の位置を検出する。次に、ステップＳ２１２では、コントラスト評価値を用いて合焦近傍判定を行う。合焦近傍である場合はステップＳ１２２に進み、合焦近傍ではない場合はステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１２の判定方法の詳細については後述する。
【００４８】
ステップＳ１２２では、実施例１と同様に、ステップＳ２１１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置近傍の合焦候補点ｉを設定する。次に、ステップＳ２１３に進み、近傍の合焦候補位置Ｆ（ｉ）をフォーカスレンズ群１１１の目標位置に設定し、サブルーチンを終了する。また、ステップＳ２１４では、ステップＳ１２１で決定した合焦方向端を目標位置に設定し、サブルーチンを終了する。合焦方向端とは、検出した合焦方向に該当するフォーカスレンズ群の位置の限界位置すなわち端である。
【００４９】
図１３のフローチャートの説明に戻る。次に、ステップＳ１２４に進み、実施例１と同様にフォーカスレンズ群１１１を目標位置に駆動する。次に、ステップＳ２１１に進み、前回に算出したコントラスト評価値を記憶しておく。Ｓ１２５に進み、実施例１と同様にコントラスト評価値を演算する。さらに、ステップＳ１３０に進み、実施例１と同様に合焦かどうかを判定する。合焦である場合はステップＳ１０１から再び処理を実行し、合焦ではない場合は、ステップＳ２１０へ戻る。以上の処理を繰り返し実行する。
【００５０】
ここで、図１３のフローチャートを実行したとき、合焦に至るまでの過程と図１４のステップＳ２１２の判定方法を、図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、実施例１で示した図１１と同様に、横軸には合焦候補点Ｃ（ｉ）とフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を示した。また、図１５の縦軸には同様に、合焦候補点Ｃ（ｉ）の相関評価値とコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を示した。図１６は、実施例１で示した図１２と同様に、横軸には時間軸をとり、縦軸にはフォーカスレンズ群１１１の位置を示した。
【００５１】
いま、図１６の時刻Ｔ（０）において、ステップＳ１０１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）が図１５および図１６に示す位置にあるものとする。また、真の合焦位置をＦ（３）と仮定する。このとき、ステップＳ１２１では、合焦方向判定の結果、合焦方向は無限側であると判定する。次のステップＳ２１０のサブルーチンである図１４のステップＳ２１２において、コントラスト評価値を用いて、現在位置が合焦近傍であるかどうかを判定する。ここでは、取得した最新のコントラスト評価値Ｖ（ｉ）とステップＳ２１１で記憶したコントラスト評価値前回値を比較する。最新のコントラスト評価値Ｖ（ｉ）の方が大きければ，合焦近傍であると判定する。最新のコントラスト評価値Ｖ（ｉ）が前回値以下である場合は、合焦近傍ではないと判定する。ｉ＝０のとき、ステップＳ２１４に進み、目標位置を無限側の端とし、デフォーカス量演算を終了する。次に、ステップＳ１２４では無限側にフォーカスレンズ群１１１を駆動する。次に、図１６の時刻Ｔ（１）のとき、ステップＳ１２５において、コントラスト評価値Ｖ（１）を演算する。次にステップＳ１３０にて合焦判定を行う。図１５に示すように、コントラスト評価値Ｖ（１）＜閾値αであるため、ステップＳ２１０へ進む。同様にして、図１３のステップＳ２１０からステップＳ１３０を繰り返し実行する。そして、ｉ＝２のとき、図１４のステップＳ２１２において、Ｖ（２）＞Ｖ（１）という結果が得られ、ステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３では、Ｖ（２）を取得したフォーカスレンズ群１１１の位置、すなわちステップＳ２１１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置に対する近傍の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を探索する。言い換えると、フォーカスレンズ群１１１の位置よりも合焦方向にあり、フォーカスレンズ群１１１の位置に最も近い合焦候補位置Ｆ（ｉ）を探索し目標位置として設定する。図１５より、ｉ＝３が得られ、目標位置にはＦ（３）が設定される。図１３のステップＳ１２４に進み、フォーカスレンズ群１１１を目標位置Ｆ（３）へ駆動する。ステップＳ１２４では、素早く合焦させるため、映像の更新周期とは非同期に目標位置Ｆ（３）へフォーカスレンズ群１１１を駆動することとする。次に、ステップＳ１２５に進み、コントラスト評価値Ｖ（３）を得る。そして、ステップＳ１３０の合焦判定にて、コントラスト評価値Ｖ（３）＞閾値αとなり、合焦と判定する。ここで、図１６に示すように、合焦に至るまでのフォーカスレンズ群１１１の軌跡に着目すると、合焦に至るまで一定速度で駆動していることがわかる。なお、位置Ｆ（２）からＦ（３）におけるフォーカスレンズ群１１１の駆動速度については、実施例１で示したように、画像処理部１４１から取得できる映像の更新周期に合わせて駆動速度を決定しても良い。
【００５２】
このように、合焦候補点以外で更新される映像のコントラスト評価値を利用することによって、前後の合焦候補点が真の合焦判定であるかを判定し、合焦位置までフォーカスレンズ群１１１を素早く駆動させることが可能である。
【実施例３】
【００５３】
実施例１および実施例２では、フォーカスレンズ群１１１の初期位置を至近側とした場合について述べた。これらの実施例では、フォーカスレンズ群１１１の初期位置Ｆ（０）に対し、合焦候補点の集合が一方向に存在するため、合焦点の方向を一意に決定することが可能である。一方、フォーカスレンズ群１１１の初期位置が合焦候補点の範囲内に位置する場合、合焦点の方向を一意に決定することが困難となる。そこで、初期位置Ｆ（０）近傍でコントラスト評価値を取得することにより、合焦点の方向判定を行うことが可能である。合焦点の方向が決定した後は、実施例１および２と同様に、合焦候補点におけるコントラスト評価値を用いて、素早く合焦させることが可能となる。本実施例では、このような状況に適するオートフォーカスの方法について説明する。
実施例３のオートフォーカス装置の構成、ＡＦセンサの構成及び焦点検出エリアの構成は実施例１の図１、図２（ａ）と同様なので説明を省略する。第１実施例と同様に、図２（ｂ）の撮影シーンを例に、図１７から図２０を用いて説明する。
【００５４】
図１７は、オートフォーカス装置１００におけるオートフォーカス処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ１３０は、これらの処理を、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って制御する。
【００５５】
図１７のステップＳ１０１からＳ１０３は、実施例１および実施例２と同様であるため説明を省略する。ステップＳ１０３の次にステップＳ１２０に進み、周期性パターン判定を行う。ステップＳ１２０で真、つまり周期性パターンであると判定した場合は、ステップＳ３１０に進む。ステップＳ１２０で偽、つまり通常の被写体である場合は、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０は、実施例１と同様の処理を実行するため、説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ３１０では、合焦方向判定を行う。ステップＳ３１０のサブルーチンを図１８に示す。まず、ステップＳ３１１において、コントラスト焦点演算部１３２はコントラスト評価値Ｖ（０）を算出する。次にステップＳ３１２に進み、デフォーカス量演算部１３３はフォーカスレンズを所定の量駆動するためのデフォーカス量を算出する。このデフォーカス量は任意であり、あらかじめプログラム等に書き込んでも良いし、オートフォーカス装置の光学条件に基づいて算出しても良い。そして、レンズ制御部１３４によってフォーカスレンズ群１１１を順方向に駆動する。本実施例では順方向の例として、フォーカスレンズ群１１１を至近側に駆動することとする。次に、ステップＳ３１３に進み、コントラスト焦点演算部１３２はコントラスト評価値Ｖ（０）’を算出する。そして、ステップＳ３１４に進み、コントラスト評価値Ｖ（０）とＶ（０）’を比較する。Ｖ（０）’＞Ｖ（０）であればステップＳ３１５に進み、Ｖ（０）’≦Ｖ（０）であれば、ステップＳ３１６に進む。本実施例では、ステップＳ３１５では、合焦方向１は順方向つまり無限側となり、ステップＳ３１６では、合焦方向２は逆方向つまり至近側となる。このように合焦方向を決定し、合焦方向判定のサブルーチンを終了する。そして、図１７のフローチャートのステップＳ１２２へ進む。
【００５７】
ステップＳ１２２、Ｓ１２３、Ｓ１２４、Ｓ１２５、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１４１については、実施例１と同様であるため、説明を省略する。以上これらの処理を繰り返して実行する。
【００５８】
ここで、図１７のフローチャートを実行したときの合焦に至るまでの過程、および図１８フローチャートの合焦方向判定の過程を、図１９および図２０を用いて説明する。図１９は、実施例１で示した図１１と同様に、横軸には合焦候補点Ｃ（ｉ）とフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を示した。また、図１９の縦軸には同様に、合焦候補点Ｃ（ｉ）の相関評価値とコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を示した。図２０は、実施例１で示した図１２と同様に、横軸には時間軸をとり、縦軸にはフォーカスレンズ群１１１の位置を示した。
【００５９】
いま、ステップＳ１０１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）が図１９に示す位置にあるものとする。また、真の合焦位置をＦ（３）と仮定する。図１８のステップＳ３１２において、フォーカスレンズを順方向つまり至近側に駆動することとすると、ステップＳ３１３で取得されるコントラスト評価値Ｖ（０）’は、図１９に示すような位置で取得される。次に、ステップＳ３１４の合焦方向の判定において，図１９および図２０に示すようにＶ（０）＞Ｖ（０）’であるため、ステップＳ３１６に進み、合焦方向が逆方向つまり無限側であると判定される。そして、合焦方向判定のサブルーチンを終了する。次に、ステップＳ１２２に進み、実施例１と同様に処理を行うと、Ｆ（０）から最も近い合焦候補点のインデックスは３となり、変数ｉには３がセットされる。また、ステップＳ１２３、Ｓ１２４、において、フォーカスレンズ群１１１はＦ（３）へ駆動され、ステップＳ１２５のコントラスト評価値Ｖ（３）を得る。そして、ステップＳ１３０の合焦判定にて、コントラスト評価値Ｖ（３）＞閾値αとなるため合焦と判定され、図１７のフローチャートを終了する。
【００６０】
このように、本実施例では、初期位置Ｆ（０）近傍でコントラスト評価値を取得することにより、合焦点の方向判定を行い、合焦方向判定を行うことによって、周期性パターンのある被写体に対して素早く合焦させることが可能である。
【００６１】
なお、本実施例では、図２０の時刻Ｔ（２）からＴ（３）かけて、映像の更新周期に合わせてフォーカスレンズ群１１１を速度制御する例を述べたが、映像の更新周期の整数倍よりも短い時間で到達できる場合は、実施例２のように最大速度で駆動し、真の合焦点に駆動させても良い。
【００６２】
また、本実施例では、図１８の合焦方向判定サブルーチンのステップＳ３１２において、フォーカスレンズ群１１１を順方向として至近側に駆動することとしたが、順方向を無限側として駆動しても良い。
【実施例４】
【００６３】
実施例１から実施例３では、コントラスト評価値と閾値αを比較することによって合焦判定を行う例を示した。閾値αは任意の値であることを述べたが、撮影環境や被写体条件によっては、合焦点におけるコントラスト評価値のピーク値が変動するため、閾値αを一意に決定することが困難である場合がある。そのため、映像信号によるコントラストＡＦを行う場合、所謂山登り判定を行うことによって合焦点をサーチする方法が一般的である。サーチポイント数を増やすことによって、合焦精度は上がる一方で、合焦までに時間を要してしまうことは前に述べた。そこで、位相差目標位置として算出された合焦候補点の近傍を山登り判定することによって、素早くかつ精度の高い合焦動作を得ることが可能となる。本実施例では、このような状況に適するオートフォーカスの方法について説明する。
【００６４】
実施例４のオートフォーカス装置の構成、ＡＦセンサの構成及び焦点検出エリアの構成は実施例１の図１、図２（ａ）と同様なので説明を省略する。第１実施例と同様に、図２（ｂ）の撮影シーンを例に、図２１から図２５を用いて説明する。
【００６５】
図２１は、オートフォーカス装置１００におけるオートフォーカス処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ１３０は、これらの処理を、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って制御する。
【００６６】
図１７のステップＳ１０１からＳ１０３、Ｓ１２０からＳ１２２、およびＳ１５０は、実施例１と同様の処理を実行するため、説明を省略する。
【００６７】
ステップＳ１２２の後、ステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１ではデフォーカス量の演算を行う。このとき、目標位置を合焦候補位置Ｆ（ｉ）よりも所定の値オフセットした位置、Ｆ（ｉ）−ΔＦへ設定する。実施例１と同様にして、目標位置へと到達する時間を映像の更新周期の整数倍の時間となるようにデフォーカス量を決定する。次に、ステップＳ４０２へと進み、実施例１の図３のステップＳ１２４と同様に、フォーカスレンズ群１１１をＦ（ｉ）−ΔＦの位置へ駆動する。つまり、映像の更新周期１６［ｍｓ］の整数倍の時間後に目標位置へ到達する。ここで、ΔＦは任意であり、あらかじめプログラム等に書き込んでも良いし、撮影装置の光学条件に基づいて算出しても良いし、不図示のボリュームやスイッチ等によって外部から選択、切替可能なように構成しても良い。
【００６８】
次にステップＳ４１０に進み、コントラスト評価値による山登り判定を行う。ステップＳ４１０のサブルーチンを図２２に示す。まず、図２２のステップＳ４１１にて、コントラスト焦点演算部１３２は、画像処理部１４１から映像を取得し、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（ｉ）におけるコントラスト評価値Ｖ（ｉ）’を演算する。次に、ステップＳ４１２に進み、レンズ制御部１３４は、フォーカスレンズ群１１１を位置Ｆ（ｉ）へ駆動する。次に、ステップＳ４１３に進み、ステップＳ４１１と同様に、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（ｉ）におけるコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を演算する。さらに、ステップＳ４１４に進み、位置Ｆ（ｉ）よりも所定の値オフセットした位置Ｆ（ｉ）＋ΔＦへ、フォーカスレンズ群１１１を駆動する。そして、ステップＳ４１５へ進み、ステップＳ４１１やＳ４１３と同様に、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（ｉ）＋ΔＦにおけるコントラスト評価値Ｖ（ｉ）’’を演算する。
【００６９】
次にステップＳ４１６へ進み、ステップＳ４１１からＳ４１５で取得したコントラスト評価値Ｖ（ｉ）、Ｖ（ｉ）’、Ｖ（ｉ）’’を比較し、山登り判定を行う。ステップＳ４１６に示すように、Ｖ（ｉ）＞Ｖ（ｉ）’かつＶ（ｉ）＞Ｖ（ｉ）’’が真である場合は、合焦であると判定し、ステップＳ４１７へ進み合焦フラグをＯＮとする。一方、ステップＳ４１６が偽である場合は、合焦ではないと判定し、ステップＳ４１８へ進み合焦フラグをＯＦＦとする。
【００７０】
図２３は、ステップＳ４１６の判定を行う際の、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（ｉ）、Ｆ（ｉ）−ΔＦ、Ｆ（ｉ）＋ΔＦに対する、コントラスト評価値Ｖ（ｉ）、Ｖ（ｉ）’、Ｖ（ｉ）’’の関係を示したものである。図２３（ａ）に示すような関係である場合、所謂コントラストピークとなり、ステップＳ４１６において真であると判定される。一方、図２３（ｂ）および（ｃ）に示すような関係である場合は、コントラストピークを迎えていないため、ステップＳ４１６において偽であると判定される。
【００７１】
図２２のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ４１７の後はステップＳ４１９へと進み、フォーカスレンズ群１１１を合焦候補位置Ｆ（ｉ）へと駆動し、山登り判定のサブルーチンを終了する。
【００７２】
図２１のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ４１０の後は、ステップＳ４０３に進み、図２２のステップＳ４１７およびＳ４１８で設定した合焦フラグを判定する。真である場合は、再びステップＳ１０１から処理を繰り返す。一方、ステップＳ４０３が偽である場合は、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０およびＳ１４１は実施例１と同様に、他の合焦候補点を設定し、ステップＳ４０１から再び処理を繰り返し、他の合焦候補点を探索する。
【００７３】
ここで、図２１のフローチャートを実行したときの合焦に至るまでの過程、および図２２のフローチャートの所謂山登り判定の過程を、図２４および図２５を用いて説明する。図２４は、実施例１で示した図１１と同様に、横軸には合焦候補点Ｃ（ｉ）とフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を示した。また、図２４の縦軸には同様に、合焦候補点Ｃ（ｉ）の相関評価値とコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を示した。図２５は、実施例１で示した図１２と同様に、横軸には時間軸をとり、縦軸にはフォーカスレンズ群１１１の位置を示した。
【００７４】
いま、図２５の時刻Ｔ（０）にて、図２１のステップＳ１０１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）が図２４および図２５に示す位置にあるものとする。また、実施例１、２、３と同様に、真の合焦点をＦ（３）とする。図２１のフローチャートのステップＳ１２１にて、実施例１と同様に、合焦点の方向が無限であると判定される。次に、ステップＳ１２２にて、合焦候補点番号ｉには１が設定される。そして、ステップＳ４０１、Ｓ４０２を実行し、ステップＳ４１０において、図２４および図２５に示すように、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（１）近傍である３点の位置、Ｆ（１）−ΔＦ、Ｆ（１）、Ｆ（１）＋ΔＦにおいて山登り評価されることとなる。コントラスト評価値Ｖ（１）の近傍のコントラスト評価値Ｖ（１）’、Ｖ（１）’’は、図２３（ｂ）のような位置関係となる。よって、図２２のフローチャートのステップＳ４１６では合焦判定は偽となり、ステップ４１８へと進む。ｉ＝２のとき、図２５に示すような状況では、ｉ＝１と同様のコントラスト評価値が得られる。したがって、図２３（ｂ）のような位置関係となり、図２２のフローチャートのステップＳ４１６では合焦判定は偽となる。同様にして、ｉ＝３のとき、コントラスト評価値は図２３（ａ）のような関係が得られる。よって、図２２のフローチャートのステップＳ４１６において合焦判定は真となる。そして、ステップＳ４１９にて、フォーカスレンズ群１１１を位置Ｆ（３）へ駆動する。
【００７５】
図２５には、フォーカスレンズ群１１１の軌跡を示した。図２５に示すように、各合焦候補点間の駆動速度は、実施例１と同様に素早く駆動させるが、各合焦候補点の近傍の位置Ｆ（ｉ）±ΔＦにおいてコントラスト評価値を取得するために、駆動速度を落としている。これに加えて、各コントラスト評価値を演算するタイミングに合わせてフォーカスレンズ群１１１を駆動することによって、合焦近傍のみを効率的にサーチすることが可能となる。
【００７６】
このように、本実施例では、合焦候補点間においてはフォーカスレンズ群１１１の駆動速度を速くし、合焦候補点近傍においてはフォーカスレンズ群１１１の駆動速度を遅くすることによって、合焦点を素早くかつ高精度に検出することが可能となる。
【００７７】
なお、本実施例では、図２１のフローチャートにおいて、コントラスト評価値を用いて合焦候補点Ｃ（ｉ）の近傍を山登り判定する例を述べたが、図１０のフローチャートのステップＳ１５２、Ｓ１５３、Ｓ１５４、Ｓ１５５を適用させて、合焦点を詳細にサーチしても良い。
【００７８】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、実施例１から４に記載した処理を組み合わせて実施しても良い。さらには、複数の撮影シーンに対応するために、切替手段を設けて各処理を切り替えても良い。
【００７９】
なお、本発明では、結像光学系内に分岐手段を設け、分岐光束を用いた焦点検出部を構成する例を示したが、ハーフミラー１２１を構成せず、焦点検出部１２２をオートフォーカス装置１００の外部に構成し、外光による光束を用いて焦点を検出するようにしても良い。
【００８０】
また、本発明では、結像光学系内に分岐手段を設け、分岐光束を用いた焦点検出部を構成する例を示したが、ハーフミラー１２１を構成せず、撮像素子１４０と焦点検出部１２２をひとつの装置に構成しても良い。
【００８１】
さらに、本発明では、図１に示したように、スイッチ２０１を除いて各構成要素をオートフォーカス装置１００内部に構成したが、別々の装置に分散させても良い。また、位相差焦点演算部１３１とコントラスト焦点演算部１３２とデフォーカス量演算部１３３とレンズ制御部１３４をひとつのＣＰＵ１５０内に構成したが、別々のＣＰＵや演算装置に分散させても良いし、オートフォーカス装置１００外部に構成しても良い。
【００８２】
また、本発明では、映像信号の更新周期を１６［ｍｓ］としたが、１６［ｍｓ］に限定されないことはいうまでもなく、様々な映像信号の更新周期に対応して本発明を実施して良い。
【符号の説明】
【００８３】
１００ レンズ装置
１１１ フォーカスレンズ群
１１２ フォーカスモータ
１１３ フォーカスドライバ
１１４ フォーカス位置検出部
１２２ 焦点検出部
１３１ 位相差焦点検出部
１３２ コントラスト焦点検出部
１３３ デフォーカス量演算部
１３４ レンズ制御部
１４０ 撮像素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は被写体を撮影するためのオートフォーカス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラやビデオカメラ等の撮像装置におけるオートフォーカス（ＡＦ）技術として、様々な提案が成されている。例えば、結像光学系内の光路中に分岐手段を有し、分岐光束により合焦状態を検出しＡＦ制御を行うＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）方式の位相差ＡＦが提案されている。また、結像光学系内の光束とは別の外光による光束を用いる非ＴＴＬ方式の外測ＡＦも提案されている。さらに、撮像素子から出力される映像信号を用いて焦点評価値を算出し、所謂山登り方式による映像ＡＦが提案されている。そして、位相差ＡＦや外測ＡＦと映像ＡＦを組み合わせたハイブリッドＡＦシステムが提案されている。
【０００３】
位相差ＡＦや外測ＡＦなどのＴＴＬ方式および非ＴＴＬ方式の焦点検出装置では、焦点検出装置から出力される像信号を用い相関演算を行うことによって位相差を求める。このとき、二像一致度を相関評価値として真の合焦点を求める。一般的には、相関評価値が極値かつ最大となるような位相差をもとに合焦候補点までのデフォーカス量を求める。しかしながら、焦点検出装置から得られるデータに周期性パターンがある場合、焦点検出演算時に相関評価値がほぼ同値となるような複数の合焦候補点が算出されてしまう。そのため、真の合焦目標位置を得ることは困難であった。
【０００４】
そこで、特許文献１では、周期性パターンのある被写体が検出された場合、位相差センサから出力されるデータのコントラスト値が最大となるポイントが真の合焦点であるとして、各合焦候補点をサーチする方式が提案されている。また、特許文献２から４のハイブリッドＡＦシステムでは、周期性パターンのある被写体に対しては、映像ＡＦのみを使用してコントラストが最大となる合焦点をサーチする方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２６２６１１号公報
【特許文献２】特開２００６−３０１１５０号公報
【特許文献３】特開２００７−２６４２９９号公報
【特許文献４】特開２００９−０６３９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１から４で提案されている方法では、コントラスト評価値を用いて所謂山登り方法によって最終的な合焦点を探索する方式となり、素早く合焦させることが困難である。また、コントラスト評価値のみを用いて合焦点をサーチする方法の場合、サーチ中に焦点調節部を高速に動作させてしまうと、光軸方向におけるコントラスト評価値のサンプリング間隔が広がってしまい、真の合焦点を通り過ぎてしまう可能性もある。そのため、特に動画を目的とした被写体撮影の場合、撮影者は、合焦に至るまでの撮影映像に不快感を覚える可能性が高い。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述の問題を解決し、周期性パターンのある被写体に対して適切にオートフォーカス制御を行うことにより、より使い勝手の良いオートフォーカス装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のオートフォーカス装置は、
フォーカスレンズ群と、該フォーカスレンズ群の位置を検出するフォーカス位置検出手段と、該フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス駆動手段と、撮像光学系を通過した光束による像を撮像する撮像手段と、被写体からの光束を用いて位相差方式により焦点を検出する焦点検出手段と、該撮像手段で撮像された撮像信号を用いてコントラスト情報を取得するコントラスト取得手段と、該コントラスト情報に基づいて合焦を判定する合焦判定手段と、を有する装置であって、該オートフォーカス装置はさらに、該焦点検出手段による焦点情報をもとに被写体の周期性パターンの有無を判定する周期性判定手段と、該フォーカスレンズ群の目標位置を設定する目標位置設定手段と、合焦点の方向を判定する合焦方向判定手段と、を備え、該周期性判定手段が被写体に周期性パターンがあると判定した場合、該合焦方向判定手段により合焦点の方向を判定し、該目標位置設定手段は該合焦点の方向に該フォーカスレンズ群の目標位置を設定し、該フォーカス駆動手段は該フォーカスレンズ群を該目標位置に向けて駆動し、該合焦判定手段によって合焦を判定すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、オートフォーカス動作を適切に設定することにより、周期性パターンのある被写体に対して、より使い勝手の良いオートフォーカスの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１におけるシステム構成図
【図２】（ａ）実施例１におけるＡＦセンサ構成図、（ｂ）実施例１における撮影映像の例を示す図
【図３】実施例１における処理のフローチャート１
【図４】実施例１における位相差センサ出力値の例を示す図
【図５】実施例１における相関評価値の例を示す図
【図６】実施例１における処理のフローチャート２
【図７】実施例１における処理のフローチャート３
【図８】実施例１における処理のフローチャート４
【図９】実施例１における合焦候補点の例を示す図
【図１０】実施例１における処理のフローチャート５
【図１１】実施例１における合焦候補点とコントラスト評価値の例を示す図
【図１２】実施例１におけるフォーカスの推移を示す図
【図１３】実施例２における処理のフローチャート１
【図１４】実施例２における処理のフローチャート２
【図１５】実施例２における合焦候補点とコントラスト評価値の例を示す図
【図１６】実施例２におけるフォーカスの推移を示す図
【図１７】実施例３における処理のフローチャート１
【図１８】実施例３における処理のフローチャート２
【図１９】実施例３における合焦候補点とコントラスト評価値の例を示す図
【図２０】実施例３におけるフォーカスの推移を示す図
【図２１】実施例４における処理のフローチャート１
【図２２】実施例４における処理のフローチャート２
【図２３】実施例４におけるコントラスト評価値の例を示す図
【図２４】実施例４における合焦候補点とコントラスト評価値の例を示す図
【図２５】実施例４におけるフォーカスの推移を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に、本発明の実施例１におけるオートフォーカス装置１００の構成を示す。
オートフォーカス装置１００は、撮像光学系を構成するフォーカスレンズ群１１１を含み、フォーカスレンズ群１１１には、フォーカス駆動手段であるフォーカスモータ１１２が接続されている。フォーカスドライバ１１３によってフォーカスモータ１１２が駆動され、フォーカスレンズ群１１１を光軸方向に移動させる。フォーカスレンズ群１１１の位置は、フォーカス位置検出部１１４により検出される。
フォーカスレンズ群１１１の像面側には、ハーフミラー１２１が設けられている。撮像光学系に入射した光束は、フォーカスレンズ群１１１を通り、ハーフミラー１２１を透過した光束とハーフミラー１２１で反射された光束とに分割される。ハーフミラー１２１を通過した光束は、撮像素子１４０に入射する。撮像素子１４０は電荷蓄積型のイメージセンサであり、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサによって構成される。ハーフミラー１２１で反射された光束は、撮像素子１４０と共役な位置に設けられた焦点検出部１２２に入射する。
【００１３】
焦点検出部１２２は、不図示の複数対の二次結像レンズと、不図示の位相差センサとしてのＡＦセンサとを含む。ＡＦセンサ上には複数のエリアセンサが設けられている。各エリアセンサ上には、ハーフミラー１２１を透過して各対の二次結像レンズによって二つに分割された光束により一対の被写体像（以下、二像という）が形成される。各エリアセンサは、該二像を光電変換して二像信号を出力する。二像信号からは、オートフォーカス装置１００のフォーカス状態に応じた位相差を得ることができる。
オートフォーカス装置１００が合焦状態にある場合は二像の間隔に相当する位相差は特定値を示す。被写体よりも像面に近い側に合焦している場合、所謂前ピンの場合は、位相差は該特定値よりも小さくなる。また、被写体よりも像面から遠い側に合焦している場合、所謂後ピンの場合は、位相差は該特定値よりも大きくなる。このように、焦点検出部１２２は、オートフォーカス装置１００に入射した光により形成された被写体像間の位相差を検出する機能を有する。
【００１４】
ＣＰＵ１３０内には、位相差焦点演算部１３１、コントラスト焦点演算部（コントラスト取得手段）１３２、デフォーカス量演算部１３３、レンズ制御部１３４が構成されている。焦点検出部１２２から出力される２つの像信号は、位相差焦点演算部１３１に入力される。また、撮像素子１４０から出力される撮像信号は、画像処理部１４１によって映像信号に変換され、コントラスト焦点演算部１３２に入力される。本実施例では、映像信号の更新周期を１６［ｍｓ］として説明する。
【００１５】
位相差焦点演算部１３１は、焦点検出部１２２から出力される二像信号に対する相関演算を行い、該像信号間の位相差を算出する。二像一致度を相関評価値として用いる。相関評価値が極値を得るときの位相差を合焦候補点として設定する。さらに、各合焦候補点のうち相関評価値が最大となるような点を最も有力な合焦候補点として設定する。
【００１６】
コントラスト焦点演算部１３２は、画像処理部１４１から出力される映像信号を取得し、該映像信号から高周波数成分を抽出する。そして、該高周波数成分から被写体画像のコントラスト状態を示すコントラスト評価値を生成する。画像処理部１４１から出力される映像信号は、周期的に更新される。コントラスト焦点演算部１３２は、映像信号の更新周期に合わせてコントラスト評価値を生成する。そして、コントラスト評価値が最大となるような点が合焦点であると判定する。
【００１７】
デフォーカス量演算部１３３は、位相差焦点演算部１３１およびコントラスト焦点演算部１３２の演算結果をもとに、フォーカスレンズ群１１１のデフォーカス量を算出する。
【００１８】
このようにして、焦点検出部１２２に設けられた位相差センサによる複数のデフォーカス量が算出される。算出されたデフォーカス量は、レンズ制御部１３４に入力される。レンズ制御部１３４は、フォーカス位置検出部１１４を通じて、フォーカスレンズ群１１１の位置を取得する。そして、レンズ制御部１３４は、デフォーカス量演算部１３３（目標位置設定手段）によって算出されたデフォーカス量にしたがって、フォーカスレンズ群１１１を目標位置へ駆動する。この時、レンズ制御部１３４は、該算出された目標位置までフォーカスレンズ群１１１が光軸方向に移動するように、フォーカスドライバ１１３を介してフォーカスモータ１１２を駆動し、フォーカスレンズ群１１１を移動させる。このようにして、オートフォーカスが行われる。
【００１９】
ここで、図２（ａ）に撮影画面内での焦点検出エリアの一例を示す。図２（ａ）の５０１から５２７は各焦点検出エリアである。図２（ａ）には、撮影範囲のうち上部、中部及び下部のそれぞれにおいて７つずつ横方向に並んだ２１の焦点検出エリアが配置された例を示す。上部左側から順に焦点検出エリア５０１〜５０７、中央部左側から順に焦点検出エリア５１１〜５１７、下部左側から順に焦点検出エリア５２１〜５２７とする。
【００２０】
デフォーカス量演算部１３３は、撮影可能な範囲である撮影範囲（撮影画面）内に予め設定された複数の焦点検出エリアの位置（座標）と、該焦点検出エリアの形状（大きさ）を記憶保持している。設定内容を変更することで、焦点検出エリアの位置、大きさ等の変更が可能である。本実施例では、図１のスイッチ２０１を用いて、焦点検出エリアを選択することとする。
【００２１】
図２（ｂ）には、図２（ａ）で示した焦点検出エリア５１４が選択された状態で被写体を撮影している撮影映像の様子を示している。図２（ｂ）に示すように、被写体は所謂縞模様であり周期性パターンを持っている。第１の実施例では、図２（ｂ）に示した撮影構図において、周期性パターンのある被写体に合焦させる例を説明する。
【００２２】
図３は、オートフォーカス装置１００におけるオートフォーカス処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ１３０は、これらの処理を、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って制御する。
【００２３】
レンズ装置１００に電源が入ると、レンズＣＰＵ１３０の処理は、ステップＳ１０１から処理を実行する。ステップＳ１０１において、レンズ制御部１３４は、フォーカス位置検出部１１４を通して、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）を取得する。
【００２４】
次に、ＣＰＵ１３０はステップＳ１０２に進み、スイッチ２０１が選択している焦点検出エリアを選択し、焦点検出部１２２内の位相差センサを起動する。次に、ＣＰＵ１３０はステップＳ１０３に進む。
【００２５】
ステップＳ１０３において、位相差焦点演算部１３１は、焦点検出部１２２から二像信号を取得し、スイッチ２０１で選択された焦点検出エリア５１４の位相差を算出する。この時の二像信号と算出される焦点情報である、位相差および相関評価値、の例を図４および図５に示す。焦点検出エリア５１４から得られる像データは、前述したように被写体に周期性パターンがあるため、図４に示した波形が得られる。このとき、各位相差の二像一致度を示す相関評価値をプロットすると図５を得る。図５に示すように、位相差とその相関評価値をパラメータとしてもつ合焦候補点Ｃ（１）からＣ（５）を得る。また、合焦候補点の数および各合焦候補点のインデックスを記憶しておく。
【００２６】
被写体に周期性パターンがない場合、各合焦候補点における相関評価値に差が生じるため、真の合焦候補点を選別することが可能である。しかし、被写体に周期性パターンがある場合、図５のように各相関評価値がほぼ等しい値となることが特徴である。そのため、例えＣ（３）が真の合焦点であったとしても、その他の相関評価値とほぼ等しいため、真の合焦候補点がＣ（１）からＣ（５）のうちどれであるかを判定することが困難となる。
【００２７】
図３のフローチャートの説明に戻る。次にステップＳ１２０に進み、位相差焦点演算部１３１（周期性判定手段）によって被写体の周期性パターンの有無が判定される。ここでは、前述の合焦候補点Ｃ（１）からＣ（５）に対する各相関評価値が所定の範囲内に収まる値である場合に周期性パターンであると判定する方法を例に説明する。
【００２８】
周期性パターンの判定例を示すサブルーチンのフローチャートを図６に示す。まず、ステップＳ１７１では、ステップＳ１０４で算出した合焦候補点数が２点以上であるかどうかを判定する。合焦候補点数が２点以上である場合はステップＳ１７２に進み、２点未満である場合はステップＳ１７７に進む。ステップＳ１７２およびステップＳ１７３では、各相関評価値の最小値と最大値をサーチし記憶する。次に、ステップＳ１７４に進み、ステップＳ１７２およびステップＳ１７３で得た相関評価値の最大値と最小値の差分を取り、これを相関評価値範囲として記憶する。そして、ステップＳ１７５に進み、相関評価値範囲を所定の閾値βで評価する。ステップＳ１７５において、相関評価値範囲が閾値β未満である場合は真と判定し、ステップＳ１７６に進む。ステップＳ１７５が偽である場合は、ステップＳ１７７に進む。ステップＳ１７６では、周期性パターンであるという結果を格納し、周期性パターン判定サブルーチンを終了する。ステップＳ１７７では、通常パターンであるという結果を格納し、周期性パターン判定サブルーチンを終了する。なお、βは任意であり、所定の値をあらかじめプログラムに書き込んでも良いし、不図示のボリュームやスイッチを設けて、外部からの指定・選択が可能な構成にしても良い。
【００２９】
図３のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ１２０の判定の結果、周期性パターンであると判定した場合は、ステップＳ１２１へ進む。ステップＳ１２０において、周期性パターンではないと判定した場合、ステップＳ１５０へ進む。
【００３０】
ステップＳ１２１では合焦方向の判定を行う。ここでは、図７に示すフローチャートを例に方向判定を行うこととする。まず、ステップＳ１８１において、ステップＳ１０１で、レンズ制御部１３４によって検出されたフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）がフォーカス全域に対し無限側に位置しているかどうかを判定する。ステップＳ１８１が真つまり無限側である場合、ステップＳ１８２において合焦方向を至近側に設定して設定して処理を終了する。一方、ステップＳ１８１が偽つまり至近側である場合、ステップＳ１８３において合焦方向を無限側に設定して処理を終了する。例えば、フォーカスレンズ群の位置Ｆ（０）が可動範囲の中点よりも無限側である場合は、合焦方向を至近側と設定し、可動範囲の中点よりも至近側である場合は、合焦方向を無限側と設定してもよい。
【００３１】
図３のフローチャートの説明に戻る。次にステップＳ１２２に進み、デフォーカス量演算部１３３は、ステップＳ１２１で判定した合焦方向に該当する合焦候補点のうち最も近い合焦候補点を変数ｉに設定する。
【００３２】
ステップＳ１２２のサブルーチンを図８に示す。まず、ステップＳ１９１にて、ステップＳ１２１で判定した合焦方向を参照する。合焦方向が無限側である場合はステップＳ１９２に進み、合焦方向が至近側である場合はステップＳ１９６に進む。ステップＳ１９２では、インデックス変数ｊに１を設定し、ステップＳ１９４に進む。ステップＳ１９４では、デフォーカス量演算部１３３は、合焦候補点Ｃ（ｊ）に対応するフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｊ）を算出する。そして、Ｆ（０）とＦ（ｊ）の位置関係を判定する。Ｆ（０）がＦ（ｊ）よりも至近つまり真である場合は、ステップＳ１９５に進む。また、ステップＳ１９４が偽である場合は、ステップＳ１９３に進む。ステップＳ１９３では、インデックス変数ｊをインクリメントする。そしてステップＳ１９４から再び処理を実行する。ステップＳ１９６では、インデックス変数ｊに合焦候補数を設定する。つまり、図３のステップＳ１０３で算出した合焦候補点のうちの最後のインデックスとなる合焦候補点に該当するインデックスを変数ｊに設定することとなる。そして、ステップＳ１９７に進み、ステップＳ１９４と同様にＦ（ｊ）を算出して、Ｆ（０）とＦ（ｊ）の位置関係を判定する。Ｆ（０）がＦ（ｊ）よりも無限である場合、つまり真である場合はステップＳ１９５に進み、偽である場合はステップＳ１９８に進む。ステップＳ１９８ではインデックス変数ｊをデクリメントし、ステップＳ１９７から再び処理を実行する。ステップＳ１９５では、インデックス変数ｊを近傍の合焦点として変数ｉに設定し、サブルーチンを終了する。
【００３３】
ここで、図９に、各合焦候補点Ｃ（ｉ）と各Ｃ（ｉ）に対応するフォーカスレンズ群の位置Ｆ（ｉ）を示す。例えば、ステップＳ１０１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）が図９に示すように至近側の位置である場合、ステップＳ１２１の合焦方向判定は無限側となる。そして、ステップＳ１２２において、Ｆ（０）から最も近い合焦候補点のインデックスは１となり、変数ｉには１がセットされる。
【００３４】
次に、ステップＳ１２３において、デフォーカス量演算部１３３はフォーカスレンズ群１１１のデフォーカス量と駆動速度を演算し、合焦候補点Ｃ（ｉ）に対応するフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を目標位置として算出する。各Ｃ（ｉ）に対応する各Ｆ（ｉ）は図９に示したような関係を得る。このデフォーカス量と駆動速度の決定方法の詳細は後述する。次にステップＳ１２４に進み、レンズ制御部１３４は、フォーカスドライバ１１３およびフォーカスモータ１１２を通して、フォーカスレンズ群１１１を上記駆動速度で合焦候補位置Ｆ（ｉ）へ駆動する。その後、ステップＳ１２５において、コントラスト焦点演算部１３２は、画像処理部１４１からの映像信号を取得し、ステップＳ１０２で選択した焦点検出エリアに対応するエリアの高周波数成分およびコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を演算する。
【００３５】
次にステップＳ１３０へ進み、ステップＳ１２５で取得したコントラスト評価値Ｖ（ｉ）が所定の閾値αよりも大きいかどうかを判定する。Ｖ（ｉ）が閾値αよりも大きいとき、合焦であると判定してステップＳ１０１に戻って再び処理を実行する。一方、Ｖ（ｉ）が閾値α以下の時は、合焦ではないとして、ステップＳ１４０に進む。なお、αは任意であり、所定の値をあらかじめプログラムに書き込んでも良いし、不図示のボリュームやスイッチを設けて、外部からの指定・選択が可能な構成にしても良い。ステップＳ１３０における合焦判定方法については後述する。
【００３６】
ステップＳ１４０において、ステップＳ１２１で判定した合焦方向に該当する合焦候補点の数だけ合焦判定をしたかどうかを判定する。ステップＳ１４０が真である場合は、ステップＳ１０１から再び処理を実行する。ステップＳ１４０が偽である場合は、ステップＳ１４１に進み、ステップＳ１２１で判定した合焦方向に該当する次の合焦候補点を変数ｉにセットする。すなわち、現在のフォーカスレンズ群１１１の位置よりも合焦方向にある合焦候補位置で、最も現在のフォーカスレンズ群１１１に近い合焦候補位置をフォーカスレンズ群の目標位置に設定する。そして、ステップＳ１２３から再び処理を実行する。
【００３７】
ステップＳ１５０では、被写体に周期性パターンがない場合の通常のハイブリッドオートフォーカス処理が実行される。位相差方式とコントラスト方式とのハイブリッド方式によるオートフォーカスは公知であるため、ここでは簡単な一例として、図１０にサブルーチンのフローチャートを示す。まず、ステップＳ１５１では、位相差焦点演算部１３１によって算出された合焦候補点のうち、相関評価値が最大である合焦候補点を選択する。そして、デフォーカス量演算部１３３によってフォーカスレンズ群１１１の目標位置が計算される。次にステップＳ１５２において、レンズ制御部１３４は、フォーカスドライバ１１３およびフォーカスモータ１１２を通してフォーカスレンズ群１１１を駆動する。次に、ステップＳ１５３において、コントラスト焦点演算部１３２は画像処理部１４１から映像信号を取得し、コントラスト評価値を演算する。そして、Ｓ１５４において、ステップＳ１１０やＳ１３０と同様に合焦判定を行う。合焦である場合は、本サブルーチンを終了する。合焦ではない場合は、ステップＳ１５５に進む。ステップＳ１５５では、コントラスト評価値を用いた所謂山登り判定を行うためのデフォーカス量を演算する。そして、合焦となるまでステップＳ１５２から再び処理を繰り返し実行する。
【００３８】
ここで、図３に示したフローチャートのステップＳ１２０で真、つまり周期性パターンであると判定した場合のデフォーカス量および駆動速度の演算から合焦判定までの過程について説明する。図１１は、フォーカスレンズ群１１１の初期位置Ｆ（０）が至近側にある場合に、本実施例を適用した場合の合焦に至るまでの過程を示したものである。図１１の横軸に位相差焦点演算部１３１によって算出される合焦候補点Ｃ（ｉ）および、各Ｃ（ｉ）に対応するフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を示した。図１１の縦軸には、位相差による合焦候補点Ｃ（ｉ）の相関評価値および、コントラスト焦点演算部１３２が算出するコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を示した。図１１のＦ（０）はステップＳ１０１でレンズ制御部１３４が検出したフォーカスレンズ群１１１の位置である。ステップＳ１２３が実行されるとき、ステップＳ１２２でｉ＝１とすると、フォーカスレンズ群１１１の目標位置はＦ（１）に設定される。また、フォーカスレンズ群１１１がＦ（１）の位置に達した時に画像処理部１４１から出力される映像が更新されるタイミングとなるように、レンズ制御部１３４はフォーカスレンズ群１１１の駆動速度を決定し、ステップＳ１２４で駆動する。前述したように、映像処理部１４１が出力する映像の更新周期を１６［ｍｓ］とすると、１６［ｍｓ］の整数倍後にステップＳ１２５が実行され、コントラスト評価値Ｖ（１）を得るように駆動する。そして、コントラスト評価値Ｖ（１）をもとにステップＳ１３０にて合焦判定を行う。コントラスト評価値Ｖ（１）はαよりも小さいため、ステップＳ１４０およびステップＳ１４１にて、次の合焦候補位置となるＦ（２）を目標位置とし、ステップＳ１２３から同様の処理を実行する。そして、ｉ＝３であるとき、ステップＳ１３０において、コントラスト評価値Ｖ（３）がαより大となり合焦であると判定し、処理を終了する。
【００３９】
図１２にフォーカスレンズ群１１１の軌跡を示す。図１２は、横軸に時間軸をとり、縦軸にフォーカスレンズ群１１１の位置を示した。図１２に示すように、各時刻Ｔ（０）からＴ（３）において、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）からＦ（３）に駆動し、コントラスト評価値Ｖ（０）からＶ（３）を取得している。ある合焦候補点において合焦ではないと判定した場合は、各合焦候補点におけるフォーカスレンズ群１１１の駆動速度を落とすことなく、即座に次の合焦候補点へフォーカスレンズ群１１１を駆動することが可能である。また、各合焦点間のデフォーカス量に応じて、フォーカスレンズ群１１１の駆動速度を可変としている。
【００４０】
このように、本実施例では、画像処理部１４１の映像更新周期に合わせて合焦候補位置Ｆ（ｉ）（合焦候補点Ｃ（ｉ））にフォーカスレンズ群１１１を位置・速度制御して駆動することで、合焦候補点近傍のみをコントラスト評価することが可能となる。すなわち、各合焦候補点間はコントラスト評価する必要がないため、コントラスト評価のためにフォーカスレンズ群の駆動速度を遅くする必要がなく、真の合焦点に到達するまでの時間を短縮させることが可能となる。したがって、周期性パターンを有する被写体へのオートフォーカス処理を従来と比較して高速化することが可能となる。また、閾値αを設定することで、すべての合焦候補点をサーチする必要がなく、高速に合焦させることが可能となる。
【００４１】
なお、本実施例における、合焦方向判定の方法については、図７で示した方法以外の方法でも適用することが可能である。例えば、フォーカスレンズ群１１１の初期位置Ｆ（０）と合焦候補位置Ｆ（ｉ）の集合との関係から、合焦方向を判定しても良い。
【実施例２】
【００４２】
周期性パターンを有する被写体の位相差を算出した場合、合焦候補点の位相差間隔は、単位を位相差センサの画素とすると、原理上２画素以上となる。また、フォーカスレンズ群の位置によって敏感度が異なるため、図１２に示したように、合焦候補点間毎にデフォーカス量が異なる。よって、デフォーカス量が多い場合は、駆動可能な最大の速度でフォーカスレンズ群を駆動したとしても、次の合焦候補点へ駆動させる前に画像処理部１４１の映像更新周期を迎えてしまう可能性がある。すなわち、合焦候補点に該当するフォーカスレンズ群の位置でコントラスト評価を行うことが困難である場合がある。
そこで、合焦候補点以外で更新される映像のコントラスト評価値を利用することによって、近傍の合焦候補点が真の合焦判定であるかを判定することが可能となる。
本実施例では、このような状況に適するオートフォーカスの方法について説明する。
【００４３】
実施例２のオートフォーカス装置の構成、ＡＦセンサの構成及び焦点検出エリアの構成は実施例１の図１、図２（ａ）と同様なので説明を省略する。第１実施例と同様に、図２（ｂ）の撮影シーンを例に、図１３から図１６を用いて説明する。
【００４４】
図１３は、オートフォーカス装置１００におけるオートフォーカス処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ１３０は、これらの処理を、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って制御する。
【００４５】
図１３のステップＳ１０１からＳ１０３では、実施例１と同様に、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）を検出する。また、焦点検出部１２２内において、スイッチ２０１によって選択されている位相差センサを起動する。次に、スイッチ２０１で選択されている焦点検出エリア５１４の位相差および合焦候補点を算出する。
【００４６】
ステップＳ１２０では、実施例１と同様に周期性パターン判定を行う。被写体が周期性パターンであると判定した場合は、ステップＳ１２１に進み、周期性パターンではないと判定した場合は、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、実施例１と同様に通常のハイブリッドＡＦ処理を行い、ステップＳ１０１から再び処理を繰り返す。ステップＳ１２１では、実施例１と同様に合焦方向の判定を行う。
【００４７】
次にステップＳ２１０において、デフォーカス量演算部１３３はデフォーカス量の演算を行う。ステップＳ２１０のサブルーチンを図１４に示す。まず、ステップＳ２１１において、レンズ制御部１３４はフォーカスレンズ群１１１の位置を検出する。次に、ステップＳ２１２では、コントラスト評価値を用いて合焦近傍判定を行う。合焦近傍である場合はステップＳ１２２に進み、合焦近傍ではない場合はステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１２の判定方法の詳細については後述する。
【００４８】
ステップＳ１２２では、実施例１と同様に、ステップＳ２１１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置近傍の合焦候補点ｉを設定する。次に、ステップＳ２１３に進み、近傍の合焦候補位置Ｆ（ｉ）をフォーカスレンズ群１１１の目標位置に設定し、サブルーチンを終了する。また、ステップＳ２１４では、ステップＳ１２１で決定した合焦方向端を目標位置に設定し、サブルーチンを終了する。合焦方向端とは、検出した合焦方向に該当するフォーカスレンズ群の位置の限界位置すなわち端である。
【００４９】
図１３のフローチャートの説明に戻る。次に、ステップＳ１２４に進み、実施例１と同様にフォーカスレンズ群１１１を目標位置に駆動する。次に、ステップＳ２１１に進み、前回に算出したコントラスト評価値を記憶しておく。Ｓ１２５に進み、実施例１と同様にコントラスト評価値を演算する。さらに、ステップＳ１３０に進み、実施例１と同様に合焦かどうかを判定する。合焦である場合はステップＳ１０１から再び処理を実行し、合焦ではない場合は、ステップＳ２１０へ戻る。以上の処理を繰り返し実行する。
【００５０】
ここで、図１３のフローチャートを実行したとき、合焦に至るまでの過程と図１４のステップＳ２１２の判定方法を、図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、実施例１で示した図１１と同様に、横軸には合焦候補点Ｃ（ｉ）とフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を示した。また、図１５の縦軸には同様に、合焦候補点Ｃ（ｉ）の相関評価値とコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を示した。図１６は、実施例１で示した図１２と同様に、横軸には時間軸をとり、縦軸にはフォーカスレンズ群１１１の位置を示した。
【００５１】
いま、図１６の時刻Ｔ（０）において、ステップＳ１０１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）が図１５および図１６に示す位置にあるものとする。また、真の合焦位置をＦ（３）と仮定する。このとき、ステップＳ１２１では、合焦方向判定の結果、合焦方向は無限側であると判定する。次のステップＳ２１０のサブルーチンである図１４のステップＳ２１２において、コントラスト評価値を用いて、現在位置が合焦近傍であるかどうかを判定する。ここでは、取得した最新のコントラスト評価値Ｖ（ｉ）とステップＳ２１１で記憶したコントラスト評価値前回値を比較する。最新のコントラスト評価値Ｖ（ｉ）の方が大きければ，合焦近傍であると判定する。最新のコントラスト評価値Ｖ（ｉ）が前回値以下である場合は、合焦近傍ではないと判定する。ｉ＝０のとき、ステップＳ２１４に進み、目標位置を無限側の端とし、デフォーカス量演算を終了する。次に、ステップＳ１２４では無限側にフォーカスレンズ群１１１を駆動する。次に、図１６の時刻Ｔ（１）のとき、ステップＳ１２５において、コントラスト評価値Ｖ（１）を演算する。次にステップＳ１３０にて合焦判定を行う。図１５に示すように、コントラスト評価値Ｖ（１）＜閾値αであるため、ステップＳ２１０へ進む。同様にして、図１３のステップＳ２１０からステップＳ１３０を繰り返し実行する。そして、ｉ＝２のとき、図１４のステップＳ２１２において、Ｖ（２）＞Ｖ（１）という結果が得られ、ステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３では、Ｖ（２）を取得したフォーカスレンズ群１１１の位置、すなわちステップＳ２１１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置に対する近傍の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を探索する。言い換えると、フォーカスレンズ群１１１の位置よりも合焦方向にあり、フォーカスレンズ群１１１の位置に最も近い合焦候補位置Ｆ（ｉ）を探索し目標位置として設定する。図１５より、ｉ＝３が得られ、目標位置にはＦ（３）が設定される。図１３のステップＳ１２４に進み、フォーカスレンズ群１１１を目標位置Ｆ（３）へ駆動する。ステップＳ１２４では、素早く合焦させるため、映像の更新周期とは非同期に目標位置Ｆ（３）へフォーカスレンズ群１１１を駆動することとする。次に、ステップＳ１２５に進み、コントラスト評価値Ｖ（３）を得る。そして、ステップＳ１３０の合焦判定にて、コントラスト評価値Ｖ（３）＞閾値αとなり、合焦と判定する。ここで、図１６に示すように、合焦に至るまでのフォーカスレンズ群１１１の軌跡に着目すると、合焦に至るまで一定速度で駆動していることがわかる。なお、位置Ｆ（２）からＦ（３）におけるフォーカスレンズ群１１１の駆動速度については、実施例１で示したように、画像処理部１４１から取得できる映像の更新周期に合わせて駆動速度を決定しても良い。
【００５２】
このように、合焦候補点以外で更新される映像のコントラスト評価値を利用することによって、前後の合焦候補点が真の合焦判定であるかを判定し、合焦位置までフォーカスレンズ群１１１を素早く駆動させることが可能である。
【実施例３】
【００５３】
実施例１および実施例２では、フォーカスレンズ群１１１の初期位置を至近側とした場合について述べた。これらの実施例では、フォーカスレンズ群１１１の初期位置Ｆ（０）に対し、合焦候補点の集合が一方向に存在するため、合焦点の方向を一意に決定することが可能である。一方、フォーカスレンズ群１１１の初期位置が合焦候補点の範囲内に位置する場合、合焦点の方向を一意に決定することが困難となる。そこで、初期位置Ｆ（０）近傍でコントラスト評価値を取得することにより、合焦点の方向判定を行うことが可能である。合焦点の方向が決定した後は、実施例１および２と同様に、合焦候補点におけるコントラスト評価値を用いて、素早く合焦させることが可能となる。本実施例では、このような状況に適するオートフォーカスの方法について説明する。
実施例３のオートフォーカス装置の構成、ＡＦセンサの構成及び焦点検出エリアの構成は実施例１の図１、図２（ａ）と同様なので説明を省略する。第１実施例と同様に、図２（ｂ）の撮影シーンを例に、図１７から図２０を用いて説明する。
【００５４】
図１７は、オートフォーカス装置１００におけるオートフォーカス処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ１３０は、これらの処理を、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って制御する。
【００５５】
図１７のステップＳ１０１からＳ１０３は、実施例１および実施例２と同様であるため説明を省略する。ステップＳ１０３の次にステップＳ１２０に進み、周期性パターン判定を行う。ステップＳ１２０で真、つまり周期性パターンであると判定した場合は、ステップＳ３１０に進む。ステップＳ１２０で偽、つまり通常の被写体である場合は、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０は、実施例１と同様の処理を実行するため、説明を省略する。
【００５６】
ステップＳ３１０では、合焦方向判定を行う。ステップＳ３１０のサブルーチンを図１８に示す。まず、ステップＳ３１１において、コントラスト焦点演算部１３２はコントラスト評価値Ｖ（０）を算出する。次にステップＳ３１２に進み、デフォーカス量演算部１３３はフォーカスレンズを所定の量駆動するためのデフォーカス量を算出する。このデフォーカス量は任意であり、あらかじめプログラム等に書き込んでも良いし、オートフォーカス装置の光学条件に基づいて算出しても良い。そして、レンズ制御部１３４によってフォーカスレンズ群１１１を順方向に駆動する。本実施例では順方向の例として、フォーカスレンズ群１１１を至近側に駆動することとする。次に、ステップＳ３１３に進み、コントラスト焦点演算部１３２はコントラスト評価値Ｖ（０）’を算出する。そして、ステップＳ３１４に進み、コントラスト評価値Ｖ（０）とＶ（０）’を比較する。Ｖ（０）’＞Ｖ（０）であればステップＳ３１５に進み、Ｖ（０）’≦Ｖ（０）であれば、ステップＳ３１６に進む。本実施例では、ステップＳ３１５では、合焦方向１は順方向つまり無限側となり、ステップＳ３１６では、合焦方向２は逆方向つまり至近側となる。このように合焦方向を決定し、合焦方向判定のサブルーチンを終了する。そして、図１７のフローチャートのステップＳ１２２へ進む。
【００５７】
ステップＳ１２２、Ｓ１２３、Ｓ１２４、Ｓ１２５、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１４１については、実施例１と同様であるため、説明を省略する。以上これらの処理を繰り返して実行する。
【００５８】
ここで、図１７のフローチャートを実行したときの合焦に至るまでの過程、および図１８フローチャートの合焦方向判定の過程を、図１９および図２０を用いて説明する。図１９は、実施例１で示した図１１と同様に、横軸には合焦候補点Ｃ（ｉ）とフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を示した。また、図１９の縦軸には同様に、合焦候補点Ｃ（ｉ）の相関評価値とコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を示した。図２０は、実施例１で示した図１２と同様に、横軸には時間軸をとり、縦軸にはフォーカスレンズ群１１１の位置を示した。
【００５９】
いま、ステップＳ１０１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）が図１９に示す位置にあるものとする。また、真の合焦位置をＦ（３）と仮定する。図１８のステップＳ３１２において、フォーカスレンズを順方向つまり至近側に駆動することとすると、ステップＳ３１３で取得されるコントラスト評価値Ｖ（０）’は、図１９に示すような位置で取得される。次に、ステップＳ３１４の合焦方向の判定において，図１９および図２０に示すようにＶ（０）＞Ｖ（０）’であるため、ステップＳ３１６に進み、合焦方向が逆方向つまり無限側であると判定される。そして、合焦方向判定のサブルーチンを終了する。次に、ステップＳ１２２に進み、実施例１と同様に処理を行うと、Ｆ（０）から最も近い合焦候補点のインデックスは３となり、変数ｉには３がセットされる。また、ステップＳ１２３、Ｓ１２４、において、フォーカスレンズ群１１１はＦ（３）へ駆動され、ステップＳ１２５のコントラスト評価値Ｖ（３）を得る。そして、ステップＳ１３０の合焦判定にて、コントラスト評価値Ｖ（３）＞閾値αとなるため合焦と判定され、図１７のフローチャートを終了する。
【００６０】
このように、本実施例では、初期位置Ｆ（０）近傍でコントラスト評価値を取得することにより、合焦点の方向判定を行い、合焦方向判定を行うことによって、周期性パターンのある被写体に対して素早く合焦させることが可能である。
【００６１】
なお、本実施例では、図２０の時刻Ｔ（２）からＴ（３）かけて、映像の更新周期に合わせてフォーカスレンズ群１１１を速度制御する例を述べたが、映像の更新周期の整数倍よりも短い時間で到達できる場合は、実施例２のように最大速度で駆動し、真の合焦点に駆動させても良い。
【００６２】
また、本実施例では、図１８の合焦方向判定サブルーチンのステップＳ３１２において、フォーカスレンズ群１１１を順方向として至近側に駆動することとしたが、順方向を無限側として駆動しても良い。
【実施例４】
【００６３】
実施例１から実施例３では、コントラスト評価値と閾値αを比較することによって合焦判定を行う例を示した。閾値αは任意の値であることを述べたが、撮影環境や被写体条件によっては、合焦点におけるコントラスト評価値のピーク値が変動するため、閾値αを一意に決定することが困難である場合がある。そのため、映像信号によるコントラストＡＦを行う場合、所謂山登り判定を行うことによって合焦点をサーチする方法が一般的である。サーチポイント数を増やすことによって、合焦精度は上がる一方で、合焦までに時間を要してしまうことは前に述べた。そこで、位相差目標位置として算出された合焦候補点の近傍を山登り判定することによって、素早くかつ精度の高い合焦動作を得ることが可能となる。本実施例では、このような状況に適するオートフォーカスの方法について説明する。
【００６４】
実施例４のオートフォーカス装置の構成、ＡＦセンサの構成及び焦点検出エリアの構成は実施例１の図１、図２（ａ）と同様なので説明を省略する。第１実施例と同様に、図２（ｂ）の撮影シーンを例に、図２１から図２５を用いて説明する。
【００６５】
図２１は、オートフォーカス装置１００におけるオートフォーカス処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ１３０は、これらの処理を、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って制御する。
【００６６】
図１７のステップＳ１０１からＳ１０３、Ｓ１２０からＳ１２２、およびＳ１５０は、実施例１と同様の処理を実行するため、説明を省略する。
【００６７】
ステップＳ１２２の後、ステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１ではデフォーカス量の演算を行う。このとき、目標位置を合焦候補位置Ｆ（ｉ）よりも所定の値オフセットした位置、Ｆ（ｉ）−ΔＦへ設定する。実施例１と同様にして、目標位置へと到達する時間を映像の更新周期の整数倍の時間となるようにデフォーカス量を決定する。次に、ステップＳ４０２へと進み、実施例１の図３のステップＳ１２４と同様に、フォーカスレンズ群１１１をＦ（ｉ）−ΔＦの位置へ駆動する。つまり、映像の更新周期１６［ｍｓ］の整数倍の時間後に目標位置へ到達する。ここで、ΔＦは任意であり、あらかじめプログラム等に書き込んでも良いし、撮影装置の光学条件に基づいて算出しても良いし、不図示のボリュームやスイッチ等によって外部から選択、切替可能なように構成しても良い。
【００６８】
次にステップＳ４１０に進み、コントラスト評価値による山登り判定を行う。ステップＳ４１０のサブルーチンを図２２に示す。まず、図２２のステップＳ４１１にて、コントラスト焦点演算部１３２は、画像処理部１４１から映像を取得し、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（ｉ）におけるコントラスト評価値Ｖ（ｉ）’を演算する。次に、ステップＳ４１２に進み、レンズ制御部１３４は、フォーカスレンズ群１１１を位置Ｆ（ｉ）へ駆動する。次に、ステップＳ４１３に進み、ステップＳ４１１と同様に、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（ｉ）におけるコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を演算する。さらに、ステップＳ４１４に進み、位置Ｆ（ｉ）よりも所定の値オフセットした位置Ｆ（ｉ）＋ΔＦへ、フォーカスレンズ群１１１を駆動する。そして、ステップＳ４１５へ進み、ステップＳ４１１やＳ４１３と同様に、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（ｉ）＋ΔＦにおけるコントラスト評価値Ｖ（ｉ）’’を演算する。
【００６９】
次にステップＳ４１６へ進み、ステップＳ４１１からＳ４１５で取得したコントラスト評価値Ｖ（ｉ）、Ｖ（ｉ）’、Ｖ（ｉ）’’を比較し、山登り判定を行う。ステップＳ４１６に示すように、Ｖ（ｉ）＞Ｖ（ｉ）’かつＶ（ｉ）＞Ｖ（ｉ）’’が真である場合は、合焦であると判定し、ステップＳ４１７へ進み合焦フラグをＯＮとする。一方、ステップＳ４１６が偽である場合は、合焦ではないと判定し、ステップＳ４１８へ進み合焦フラグをＯＦＦとする。
【００７０】
図２３は、ステップＳ４１６の判定を行う際の、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（ｉ）、Ｆ（ｉ）−ΔＦ、Ｆ（ｉ）＋ΔＦに対する、コントラスト評価値Ｖ（ｉ）、Ｖ（ｉ）’、Ｖ（ｉ）’’の関係を示したものである。図２３（ａ）に示すような関係である場合、所謂コントラストピークとなり、ステップＳ４１６において真であると判定される。一方、図２３（ｂ）および（ｃ）に示すような関係である場合は、コントラストピークを迎えていないため、ステップＳ４１６において偽であると判定される。
【００７１】
図２２のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ４１７の後はステップＳ４１９へと進み、フォーカスレンズ群１１１を合焦候補位置Ｆ（ｉ）へと駆動し、山登り判定のサブルーチンを終了する。
【００７２】
図２１のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ４１０の後は、ステップＳ４０３に進み、図２２のステップＳ４１７およびＳ４１８で設定した合焦フラグを判定する。真である場合は、再びステップＳ１０１から処理を繰り返す。一方、ステップＳ４０３が偽である場合は、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０およびＳ１４１は実施例１と同様に、他の合焦候補点を設定し、ステップＳ４０１から再び処理を繰り返し、他の合焦候補点を探索する。
【００７３】
ここで、図２１のフローチャートを実行したときの合焦に至るまでの過程、および図２２のフローチャートの所謂山登り判定の過程を、図２４および図２５を用いて説明する。図２４は、実施例１で示した図１１と同様に、横軸には合焦候補点Ｃ（ｉ）とフォーカスレンズ群１１１の合焦候補位置Ｆ（ｉ）を示した。また、図２４の縦軸には同様に、合焦候補点Ｃ（ｉ）の相関評価値とコントラスト評価値Ｖ（ｉ）を示した。図２５は、実施例１で示した図１２と同様に、横軸には時間軸をとり、縦軸にはフォーカスレンズ群１１１の位置を示した。
【００７４】
いま、図２５の時刻Ｔ（０）にて、図２１のステップＳ１０１で検出したフォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（０）が図２４および図２５に示す位置にあるものとする。また、実施例１、２、３と同様に、真の合焦点をＦ（３）とする。図２１のフローチャートのステップＳ１２１にて、実施例１と同様に、合焦点の方向が無限であると判定される。次に、ステップＳ１２２にて、合焦候補点番号ｉには１が設定される。そして、ステップＳ４０１、Ｓ４０２を実行し、ステップＳ４１０において、図２４および図２５に示すように、フォーカスレンズ群１１１の位置Ｆ（１）近傍である３点の位置、Ｆ（１）−ΔＦ、Ｆ（１）、Ｆ（１）＋ΔＦにおいて山登り評価されることとなる。コントラスト評価値Ｖ（１）の近傍のコントラスト評価値Ｖ（１）’、Ｖ（１）’’は、図２３（ｂ）のような位置関係となる。よって、図２２のフローチャートのステップＳ４１６では合焦判定は偽となり、ステップ４１８へと進む。ｉ＝２のとき、図２５に示すような状況では、ｉ＝１と同様のコントラスト評価値が得られる。したがって、図２３（ｂ）のような位置関係となり、図２２のフローチャートのステップＳ４１６では合焦判定は偽となる。同様にして、ｉ＝３のとき、コントラスト評価値は図２３（ａ）のような関係が得られる。よって、図２２のフローチャートのステップＳ４１６において合焦判定は真となる。そして、ステップＳ４１９にて、フォーカスレンズ群１１１を位置Ｆ（３）へ駆動する。
【００７５】
図２５には、フォーカスレンズ群１１１の軌跡を示した。図２５に示すように、各合焦候補点間の駆動速度は、実施例１と同様に素早く駆動させるが、各合焦候補点の近傍の位置Ｆ（ｉ）±ΔＦにおいてコントラスト評価値を取得するために、駆動速度を落としている。これに加えて、各コントラスト評価値を演算するタイミングに合わせてフォーカスレンズ群１１１を駆動することによって、合焦近傍のみを効率的にサーチすることが可能となる。
【００７６】
このように、本実施例では、合焦候補点間においてはフォーカスレンズ群１１１の駆動速度を速くし、合焦候補点近傍においてはフォーカスレンズ群１１１の駆動速度を遅くすることによって、合焦点を素早くかつ高精度に検出することが可能となる。
【００７７】
なお、本実施例では、図２１のフローチャートにおいて、コントラスト評価値を用いて合焦候補点Ｃ（ｉ）の近傍を山登り判定する例を述べたが、図１０のフローチャートのステップＳ１５２、Ｓ１５３、Ｓ１５４、Ｓ１５５を適用させて、合焦点を詳細にサーチしても良い。
【００７８】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、実施例１から４に記載した処理を組み合わせて実施しても良い。さらには、複数の撮影シーンに対応するために、切替手段を設けて各処理を切り替えても良い。
【００７９】
なお、本発明では、結像光学系内に分岐手段を設け、分岐光束を用いた焦点検出部を構成する例を示したが、ハーフミラー１２１を構成せず、焦点検出部１２２をオートフォーカス装置１００の外部に構成し、外光による光束を用いて焦点を検出するようにしても良い。
【００８０】
また、本発明では、結像光学系内に分岐手段を設け、分岐光束を用いた焦点検出部を構成する例を示したが、ハーフミラー１２１を構成せず、撮像素子１４０と焦点検出部１２２をひとつの装置に構成しても良い。
【００８１】
さらに、本発明では、図１に示したように、スイッチ２０１を除いて各構成要素をオートフォーカス装置１００内部に構成したが、別々の装置に分散させても良い。また、位相差焦点演算部１３１とコントラスト焦点演算部１３２とデフォーカス量演算部１３３とレンズ制御部１３４をひとつのＣＰＵ１５０内に構成したが、別々のＣＰＵや演算装置に分散させても良いし、オートフォーカス装置１００外部に構成しても良い。
【００８２】
また、本発明では、映像信号の更新周期を１６［ｍｓ］としたが、１６［ｍｓ］に限定されないことはいうまでもなく、様々な映像信号の更新周期に対応して本発明を実施して良い。
【符号の説明】
【００８３】
１００ レンズ装置
１１１ フォーカスレンズ群
１１２ フォーカスモータ
１１３ フォーカスドライバ
１１４ フォーカス位置検出部
１２２ 焦点検出部
１３１ 位相差焦点検出部
１３２ コントラスト焦点検出部
１３３ デフォーカス量演算部
１３４ レンズ制御部
１４０ 撮像素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズ群を含む撮像光学系と、
該フォーカスレンズ群の位置を検出するフォーカス位置検出手段と、
該フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス駆動手段と、
該撮像光学系を通過した光束により被写体像を撮像する撮像手段と、
被写体からの光束を用いて位相差方式により焦点を検出する焦点検出手段と、
該撮像手段で撮像された撮像信号を用いてコントラスト評価値を取得するコントラスト取得手段と、
該コントラスト評価値に基づいて合焦を判定する合焦判定手段と、
を有するオートフォーカス装置であって、
該焦点検出手段による焦点情報をもとに被写体の周期性パターンの有無を判定する周期性判定手段と、
該フォーカスレンズ群の駆動の目標位置を設定する目標位置設定手段と、
合焦点の方向を判定する合焦方向判定手段と、
をさらに有し、
該周期性判定手段が被写体に周期性パターンがあると判定した場合、該合焦方向判定手段により合焦点の方向を判定し、該目標位置設定手段は該合焦点の方向に該フォーカスレンズ群の目標位置を設定し、該フォーカス駆動手段は該フォーカスレンズ群を該目標位置に向けて駆動し、該合焦判定手段によって合焦を判定すること、
を特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記目標位置設定手段は、前記フォーカスレンズ群の位置におけるコントラスト評価値と、該フォーカスレンズ群の該位置とは異なる位置におけるコントラスト評価値とに基づいて、前記目標位置を、前記焦点検出手段の検出に基づく複数の合焦候補位置のいずれかに設定するか、前記合焦位置の方向の端に設定するか、を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記フォーカス駆動手段は、前記コントラスト評価値が更新されるタイミングに、前記目標位置に到達するように、前記フォーカスレンズ群を任意の速度で駆動すること、を特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記周期性判定手段が被写体に周期性パターンがあると判定した場合、前記目標位置設定手段は、前記焦点検出手段の検出に基づく複数の合焦候補位置のうち、前記フォーカスレンズ群の位置より前記合焦点の方向でかつ該フォーカスレンズ群の位置に最も近い合焦候補位置に基づいて前記目標位置を設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記合焦判定手段は、前記焦点検出手段の検出に基づく合焦候補位置における前記コントラスト評価値を所定の閾値と比較して合焦か否かを判定する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
前記合焦判定手段は、前記焦点検出手段の検出に基づく合焦候補位置における前記コントラスト評価値と、該合焦候補位置の近傍における該コントラスト評価値とに基づいて合焦か否かを判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項７】
前記合焦方向判定手段は、前記フォーカスレンズ群の可動範囲のうち、前記フォーカスレンズ群の位置が該可動範囲の中点よりも無限側である場合は、合焦点の方向を至近側と判定し、前記フォーカスレンズ群の位置が該可動範囲の中点よりも至近側である場合は、合焦点の方向を無限側と判定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項８】
前記合焦方向判定手段は、前記フォーカスレンズ群の位置が、前記焦点検出手段の検出に基づく複数の合焦候補位置よりも無限側である場合は、合焦点の方向を至近側と判定し、前記フォーカスレンズ群の位置が、前記焦点検出手段の検出に基づく該複数の合焦候補位置よりも至近側である場合は、合焦点の方向を無限側と判定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項９】
前記合焦方向判定手段は、前記フォーカスレンズ群の位置における前記コントラスト評価値と、前記フォーカスレンズ群とは別の位置におけるコントラスト評価値とに基づいて合焦点の方向を判定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項１】
フォーカスレンズ群を含む撮像光学系と、
該フォーカスレンズ群の位置を検出するフォーカス位置検出手段と、
該フォーカスレンズ群を駆動するフォーカス駆動手段と、
該撮像光学系を通過した光束により被写体像を撮像する撮像手段と、
被写体からの光束を用いて位相差方式により焦点を検出する焦点検出手段と、
該撮像手段で撮像された撮像信号を用いてコントラスト評価値を取得するコントラスト取得手段と、
該コントラスト評価値に基づいて合焦を判定する合焦判定手段と、
を有するオートフォーカス装置であって、
該焦点検出手段による焦点情報をもとに被写体の周期性パターンの有無を判定する周期性判定手段と、
該フォーカスレンズ群の駆動の目標位置を設定する目標位置設定手段と、
合焦点の方向を判定する合焦方向判定手段と、
をさらに有し、
該周期性判定手段が被写体に周期性パターンがあると判定した場合、該合焦方向判定手段により合焦点の方向を判定し、該目標位置設定手段は該合焦点の方向に該フォーカスレンズ群の目標位置を設定し、該フォーカス駆動手段は該フォーカスレンズ群を該目標位置に向けて駆動し、該合焦判定手段によって合焦を判定すること、
を特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記目標位置設定手段は、前記フォーカスレンズ群の位置におけるコントラスト評価値と、該フォーカスレンズ群の該位置とは異なる位置におけるコントラスト評価値とに基づいて、前記目標位置を、前記焦点検出手段の検出に基づく複数の合焦候補位置のいずれかに設定するか、前記合焦位置の方向の端に設定するか、を切り替えることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記フォーカス駆動手段は、前記コントラスト評価値が更新されるタイミングに、前記目標位置に到達するように、前記フォーカスレンズ群を任意の速度で駆動すること、を特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記周期性判定手段が被写体に周期性パターンがあると判定した場合、前記目標位置設定手段は、前記焦点検出手段の検出に基づく複数の合焦候補位置のうち、前記フォーカスレンズ群の位置より前記合焦点の方向でかつ該フォーカスレンズ群の位置に最も近い合焦候補位置に基づいて前記目標位置を設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記合焦判定手段は、前記焦点検出手段の検出に基づく合焦候補位置における前記コントラスト評価値を所定の閾値と比較して合焦か否かを判定する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
前記合焦判定手段は、前記焦点検出手段の検出に基づく合焦候補位置における前記コントラスト評価値と、該合焦候補位置の近傍における該コントラスト評価値とに基づいて合焦か否かを判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項７】
前記合焦方向判定手段は、前記フォーカスレンズ群の可動範囲のうち、前記フォーカスレンズ群の位置が該可動範囲の中点よりも無限側である場合は、合焦点の方向を至近側と判定し、前記フォーカスレンズ群の位置が該可動範囲の中点よりも至近側である場合は、合焦点の方向を無限側と判定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項８】
前記合焦方向判定手段は、前記フォーカスレンズ群の位置が、前記焦点検出手段の検出に基づく複数の合焦候補位置よりも無限側である場合は、合焦点の方向を至近側と判定し、前記フォーカスレンズ群の位置が、前記焦点検出手段の検出に基づく該複数の合焦候補位置よりも至近側である場合は、合焦点の方向を無限側と判定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項９】
前記合焦方向判定手段は、前記フォーカスレンズ群の位置における前記コントラスト評価値と、前記フォーカスレンズ群とは別の位置におけるコントラスト評価値とに基づいて合焦点の方向を判定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−１５０１７９（Ｐ２０１１−１５０１７９Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０９３（Ｐ２０１０−１２０９３）
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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