JP2006023653A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率の良いフォーカスレンズの駆動制御を行うことのできる光学機器を提供する。
【解決手段】 第１の信号を出力する第１の焦点検出手段（９ｃ）と、被写体像のコントラスト状態を示す第２の信号を生成する第２の焦点検出手段（５０）と、第１の信号に基づいてフォーカスレンズの駆動範囲を決定し、駆動範囲でフォーカスレンズを所定量ずつ駆動するスキャン駆動を行って第２の信号に基づく合焦位置を求める制御手段（４６）を有する。制御手段は、位置検出手段によるフォーカスレンズの検出位置が駆動範囲内である場合と駆動範囲外である場合とでフォーカスレンズの駆動制御シーケンスを変更する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、フォーカスレンズの駆動制御を行う光学機器に関するものである。

近年、被写体像を撮像光学系により半導体撮像素子、たとえば撮像素子イメージセンサ上に結像して電気信号に変換し、これにより得られた静止画データを記録媒体に記録する、いわゆる電子カメラが広く普及しつつある。この電子カメラのほとんどは、被写体に対して自動的にピント調節を行うオートフォーカス（ＡＦ：自動合焦）機能を有しており、このＡＦ機能には、コントラストＡＦや山登りＡＦなどと称される方式が用いられることが多い。これは撮影画像を取り込む撮像素子の出力を用いて焦点検出を行うことができるためである。

一方、銀塩フィルムを用いた一眼レフタイプのカメラにおいては、コントラストＡＦの他に、位相差ＡＦ方式が広く用いられている。

また、位相差ＡＦ方式により焦点検出を行う光学系及び受光センサからなる焦点検出手段と、コントラストＡＦ方式により焦点検出を行う光学系及び受光センサからなる焦点検出手段と、位相差ＡＦ方式での焦点検出とコントラストＡＦ方式での焦点検出とを組み合わせて用いることにより、レンズを合焦位置まで駆動させるものがある（例えば、特許文献１参照）。すなわち、位相差ＡＦ方式の焦点検出により粗調を行うとともに、コントラストＡＦ方式の焦点検出により微調を行うことで、レンズを合焦位置まで移動させている。

また、位相差検出方式の焦点検出によって得られた合焦位置までフォーカスレンズを移動させた後、この位置を含む前後の領域内でフォーカスレンズを移動させてコントラスト検出方式による焦点検出を行うことで合焦位置を検出するものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、位相差検出信号に基づいて撮影レンズを駆動させた後に、撮像画像（被写体像）のコントラストに応じたＡＦ評価値に基づいて撮像レンズを合焦位置まで駆動するものがある（例えば、特許文献３参照）。

また、複数の測距手段が複数の測距エリアを持ち、測距手段を他の測距手段に切り換えたときに前回の測距エリア情報を参考にして測距を行うものがある（例えば、特許文献４参照）。
特開平７−４３６０５号公報（段落番号０００７、図１等） 特開平９−１８１９５４号公報（段落番号００３８、００３９、図４、図９等） 特開２００１−２８１５３０号公報（段落番号００５８、００６０、図５等） 特開平１０−３９１９６号公報（段落番号００３６〜００４８、図５等）

しかしながら、特許文献１や特許文献３では、位相差検出方式による焦点検出結果をコントラスト検出方式の焦点検出におけるレンズ駆動制御に反映させるといったことは行っていない。また、コントラスト検出方式の焦点検出を行う際のレンズ駆動の具体的なシーケンスには開示されていない。

特許文献２では、位相差検出方式の焦点検出によって得られた合焦位置までレンズを移動させた後、コントラスト検出方式の焦点検出を開始させる位置までレンズを移動させているため、焦点検出を行う際に時間的なロスが生じてしまう。また、同文献では、コントラスト検出方式の焦点検出を行う際のレンズ駆動範囲については何ら開示されていない。

また、特許文献４では、次の測距手段に参考にされるのは測距エリア情報であり、次の測距手段が測距シーケンスを変えるものではない。

本発明の光学機器は、フォーカスレンズを含む撮影光学系からの光束を分割して得られた複数の光学像を光電変換して得られた第１の信号を出力する第１の焦点検出手段と、撮影光学系により形成された光学像を光電変換して得られた映像信号から被写体像のコントラスト状態を示す第２の信号を生成する第２の焦点検出手段と、第１の信号に基づいてフォーカスレンズの駆動範囲を決定し、駆動範囲でフォーカスレンズを所定量ずつ駆動するスキャン駆動を行って第２の信号に基づく合焦位置を求める制御手段と、フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段とを有し、制御手段は、位置検出手段によるフォーカスレンズの検出位置が駆動範囲内である場合と駆動範囲外である場合とでフォーカスレンズの駆動制御シーケンスを変更することを特徴とする。

本発明によれば、フォーカスレンズの検出位置が駆動範囲内にある場合と駆動範囲外にある場合とに応じたフォーカスレンズの適切な駆動制御を行うことができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１であるカメラシステムにおける主要な構成を示す図である。本実施例のカメラシステムは、カメラ本体（光学機器）１００と、カメラ本体１００に装着されるレンズ装置１０１とを有している。

１及び２は撮影レンズである。具体的には、撮影レンズ１は光軸Ｌ方向に移動して撮影光学系の焦点距離を変更可能なズームレンズであり、撮影レンズ２は光軸Ｌ方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズである。３は被写体の輝度に応じて、像面に入射する光量を調節する光量調節部材としての絞りである。ここで、撮影レンズ１、２および絞り３は、レンズ装置１０１内に設けられている。

２２は位置検出ユニット（位置検出手段）であり、フォーカスレンズ２の位置を検出し、この検出結果をシステムコントローラ４６に出力する。

５はミラーであり、カメラ本体１００が非撮影状態にあるときには撮影光路内に配置され、非撮影状態にあるときには撮影光路から退避した位置にある。ミラー５はハーフミラー５ａおよびサブミラー５ｂを有している。

ハーフミラー５ａは、非撮影状態にあるとき、撮影レンズ１及びフォーカスレンズ２を通過した光束のうち一部の光束を透過させて像面側に向かわせるとともに、残りの光束を反射させてカメラ本体１００内に設けられた不図示のファインダ光学系に導く。ハーフミラー５ａに対して像面側に配置されたサブミラー５ｂは、非撮影状態にあるとき、ハーフミラー５ａを透過した光束を反射させて、後述する焦点検出ユニット９に導く。

６、７はそれぞれ、ハーフミラー５で分割された光束のうち像面に向かう光束の光軸と、焦点検出ユニット９に向かう光束の光軸である。８は、撮影レンズ１、２によって形成された被写体像（光学像）を光電変換する撮像素子（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ）である。

１０はシャッタ（フォーカルプレンシャッタ）であり、先幕および後幕を開閉動作させることで、撮像素子８に入射する光量を時間的に制限する。ここで、撮像素子８からデータを読み出すときには、シャッタ１０が閉じ状態となる。

９は焦点検出ユニットであり、ミラー５ｂで反射した光束（ＡＦ光束）を受光して位相差検出方式によって撮影光学系（撮影レンズ１、２を含む）の焦点状態を検出する。ここで、９ａはＡＦミラー（高反射率のミラー）であり、ミラー５ｂからのＡＦ光束を反射させて後述するＡＦセンサに導く。９ｂはＡＦ光束の瞳を分割するためのセパレータレンズである。９ｃはＡＦセンサであり、セパレータレンズ９ｂで分割されたＡＦ光束を受光して、位相差検出方式により焦点調節状態（デフォーカス量）を検出する。

図５は、本実施例のカメラシステムの構成を示すブロック図である。ここで、図１で説明した部材と同じ部材については同一符号を付している。

システムコントローラ４６は、撮像回路３０を介して撮像素子８の駆動を制御する。撮像素子８から読み出された信号は、Ａ／Ｄ変換器３１でデジタル信号に変換されるとともに、画像処理回路３２で所定の画像処理（色処理等）が施される。そして、画像処理回路３２で生成された画像信号は、バッファメモリ３３に一旦格納される。

ここで、画像データを保存する場合、バッファメモリ３３で格納されたデータは、圧縮伸長回路３４においてＪＰＥＧ方式等により圧縮処理された後、ディスクドライブ３５を介して記録媒体（例えば、半導体メモリや磁気ディスク）３６に記録される。

なお、記録媒体３６に記録された画像データは、圧縮伸長回路３４で伸長処理されてバッファメモリ３３に格納された後に、ＶＲＡＭ（ビデオＲＡＭ）４２を経て、表示制御回路４３により表示ユニット（ＥＶＦ、Electronic View Finder）４４で撮影画像として表示される。

ＡＦセンサ９ｃの出力信号は、システムコントローラ４６内のＡＦ制御部４５に入力され、位相差方式によるＡＦ制御に用いられる。また、システムコントローラ４６内のＡＦ制御部４５は、撮像素子８からの出力に基づいて、コントラスト方式によるＡＦ制御を行う。

システムコントローラ４６はカメラシステム内での制御を行い、電源スイッチ４９、レリーズスイッチ４１およびズームスイッチ４８からの指示を受けて、これらの指示に応じた動作を行う。

レリーズスイッチ４１は、撮影準備動作（測光動作や焦点調節動作等）の開始を指示するスイッチＳＷ１と、撮影動作（撮像素子８から読み出された信号の記録媒体３６への記録等）の開始を指示するスイッチＳＷ２とを有している。ズームスイッチ４７は、撮影光学系の焦点距離の切り換えを指示するスイッチである。

システムコントローラ４６は、ＡＦ制御部４５でのＡＦ制御に応じて、フォーカス駆動回路１９を介してフォーカスモータ２１の駆動制御を行うことによって、フォーカスレンズ２を駆動する。

また、システムコントローラ４６は、ズームスイッチ４８からの指示を受けると、ズーム駆動回路３９を介してズームモータ４０の駆動制御を行うことによって、ズームレンズ１を駆動する。ここで、システムコントローラ４６は、焦点距離検出回路４７を介してズームレンズ１の位置（撮影光学系の焦点距離）を検出している。

なお、カメラ本体１００およびレンズ装置１０１のそれぞれにコントローラが設けられている場合には、システムコントローラ４６の動作のうち一部の動作をカメラ本体１００内のコントローラによって行い、他の動作をレンズ装置１０１内のコントローラによって行うことができる。

図２は、位相差検出方式による焦点検出の原理を説明するための図である。ここで、セパレータレンズ９ｂによって分割されたＡＦ光束は、ＡＦセンサ９ｃ上に設けられた光電変換素子列９ｄ１、９ｄ２で受光される。

図２（Ａ）は、撮影光学系が合焦状態にあるときのフォーカスレンズ２の位置と、ＡＦセンサ９ｃの出力とを示している。このとき、セパレータレンズ９ｂで分割された２つの光束は、光電変換素子列９ｄ１、９ｄ２の中央部に結像している。

一方、フォーカスレンズ２が図２（Ａ）に示す合焦位置よりも図中右側又は左側に移動すると、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、光電変換素子列９ｄ１、９ｄ２上での結像位置が光電変換素子列９ｄ１、９ｄ２の端側に移動する。すなわち、図２（Ｂ）に示す状態（前ピンの状態）では、２つの光束の結像位置が互いに近づく方向に変位する。また、図２（Ｃ）に示す状態（後ピンの状態）では、２つの光束の結像位置が互いに離れる方向に変位する。

このため、結像位置のズレ量とズレ方向を検知、演算すれば、フォーカスレンズ２を合焦位置まで駆動させるための信号を特定できる。

図３は、位相差検出方式による焦点検出動作を行う構成を示したブロック図である。

ＡＦセンサ９ｃの出力信号のレベルが所定値に達するか、もしくはシステムコントローラ４６内の蓄積時間計測部１８で決められた所定時間（Ｔｍａｘ）が経過するまで光電変換素子列９ｄ１、９ｄ２での電荷蓄積を行い、電荷蓄積が終了すると、ＡＦセンサ９ｃの出力信号は、信号処理回路１５で量子化された後、システムコントローラ４６に入力される。

システムコントローラ４６内のデフォーカス量演算部１６は、信号処理回路１５で量子化された量子情報を用いてずれ量算出の演算を行い、この演算結果をデフォーカス量Ｄｆとして正規化する。

ここで、合焦状態が維持されているか否か、すなわち被写体が移動しているか否かを判別するには、所定時間の間隔をおいて位相差検出方式による焦点検出を繰り返し行うことで判別することができる。

一方、コントラスト検出方式による焦点検出では、システムコントローラ４６内のＡＦ評価信号生成部５０が、撮像素子８の出力信号から高周波成分を抽出し、ＡＦ評価値を生成することによって行われる。そして、ＡＦ評価値のピークが最大となるようにフォーカスレンズ２を移動させることにより合焦が得られる。コントラスト検出方式による焦点検出では、撮影画像を取り込むための撮像素子８をセンサとして用いているため、位相差検出方式による焦点検出に比べて、きわめて高精度に焦点検出を行うことが可能である。なお、ＡＦ評価信号生成部５０は、システムコントローラ４６外に設けてもよい。

図４に、撮像素子における撮像領域の概略図を示す。本実施例では、読み出し動作の高速化を図るために、撮像領域のうち特定の領域２５では通常の速さで読み出し動作を行うようにし、他の領域２６、２７では特定の領域での読み出し速度よりも速い速度で読み出し動作を行うようにしている。システムコントローラ４６は、上述した動作を行わせるように、撮像回路３０を介して撮像素子８の駆動を制御する。上述したように他の領域２６、２７での読み出し速度を高速化させることで、部分読み出し動作を高速化させることができる。

図６は、本実施例のカメラシステムにおける撮影動作を示すフローチャートである。電源スイッチ４９をオン状態にするとカメラシステムが起動し（Ｓ１）、システムコントローラ４６は、各種スイッチの検出を行う（Ｓ２）。

そして、レリーズスイッチ４１のＳＷ１がオン状態であるか否かを判別し（Ｓ３）、ＳＷ１がオン状態でなければステップＳ２に戻る。また、ＳＷ１がオン状態である場合には、撮像素子８を用いて測光（Ｓ４）を行う。すなわち、被写体光を撮像素子８に到達させ、撮像素子８の出力に基づいて被写体輝度の測定を行う。

そして、システムコントローラ４６は、ステップＳ４での測光結果に基づいて絞り値を決定し、この絞り値となるように絞り３の駆動制御を行う（Ｓ５）次に、焦点距離検出回路４７の出力に基づいて、撮影光学系の焦点距離の検出を行う（Ｓ６）。

そして、位相差ＡＦルーチンに進み、位相差検出方式による焦点検出を行う（Ｓ７）。この位相差ＡＦルーチンに関しては図７を用いて後述する。

次に、システムコントローラ４６は、位相差ＡＦルーチン（Ｓ７）での検出結果（デフォーカス量）に基づいて、撮影光学系を合焦状態とさせるためのフォーカスレンズ２の移動停止位置を算出する（Ｓ８）。この移動停止位置は、位相差検出方式による焦点検出によって得られるフォーカスレンズ２の合焦位置（第２の合焦位置、以下、位相差合焦位置と称す）であり、この位相差合焦位置に関する情報は、システムコントローラ４６内のメモリ等に記憶される。

そして、スキャン範囲設定ルーチン（Ｓ９）に進む。ここで、スキャン範囲設定ルーチンでは、後述するようにステップＳ５で設定された絞り値およびステップＳ６で検出された焦点距離とに基づいて、コントラスト検出方式による焦点調節（以下、ＴＶ−ＡＦと称す）を行う際のスキャン範囲（フォーカスレンズの駆動範囲）を設定する。スキャン範囲設定ルーチンの詳細に関しては図８を用いて後述する。

スキャン範囲設定ルーチン（Ｓ９）が終了した後は、フォーカスレンズ２の移動方向を設定する（Ｓ１０）。具体的には、フォーカスモータ２１の回転方向Ｍｒを、フォーカスレンズ２の移動方向に対応した回転方向Ｒｏに設定する（Ｓ１０）。

次に、位置検出ユニット２２で検出されたフォーカスレンズ２の現在位置がステップＳ９（スキャン範囲設定ルーチン）で設定されたＴｖ−ＡＦでのスキャン範囲内にあるか否かの判別を行う（Ｓ１１）。フォーカスレンズ２の現在位置がスキャン範囲内にある場合には、ステップＳ９で設定されたスキャン範囲の一端に相当する位置までフォーカスレンズ２を移動させる（Ｓ１２）。

次に、第１のＴＶ−ＡＦルーチンに進む（Ｓ１３）。この第１のＴＶ−ＡＦルーチンについては図９を用いて後述する。

一方、フォーカスレンズ２の現在位置がスキャン範囲内に無い場合（Ｓ１１）には、フォーカスレンズ２を駆動して、スキャン範囲に近づく方向へ移動させる（Ｓ１５）。そして、フォーカスレンズ２の現在位置がスキャン範囲内にあるか否かの判別を行う（Ｓ１６）。

ここで、フォーカスレンズ２の現在位置がスキャン範囲外であれば（Ｓ１６）、引き続きフォーカスレンズ２を駆動してスキャン範囲に近づける（Ｓ１５）。一方、フォーカスレンズ２の現在位置がスキャン範囲内にある場合には、この位置からＴＶ−ＡＦ動作を行うために第２のＴＶ−ＡＦルーチンに進む（Ｓ１７）。この第２のＴＶ−ＡＦルーチンについては図１０を用いて後述する。

次に、システムコントローラ４６（ＡＦ制御部４５）は、第１のＴＶ−ＡＦルーチン（Ｓ１３）及び第２のＴＶ−ＡＦルーチン（Ｓ１７）での処理を完了した後に、撮影光学系が合焦状態にあるか否かの判別を行う（Ｓ１４）。ここで、合焦状態でなければステップＳ２に戻り、上述した動作を繰り返す。一方、撮影光学系が合焦状態にあれば、合焦表示を行う（Ｓ１８）。具体的には、表示ユニット４４やファインダ視野内に、撮影光学系が合焦状態にあることを示す情報を表示する。

次に、レリーズスイッチ４１のＳＷ２がオン状態であるか否かの判別を行い、ＳＷ２がオフ状態の場合にはステップＳ２に戻り、上述した動作を繰り返す（Ｓ１９）。一方、ＳＷ２がオン状態の場合（Ｓ１９）には、露光制御を行う（Ｓ２０）。具体的には、シャッタ１０を開閉動作させることによって、撮像素子８への露光を行い、撮像素子８から読み出された信号に対して所定の処理（Ａ／Ｄ変換器３１、画像処理回路３２および圧縮伸長回路３４での処理）を行った後に、記録媒体３６に記録する。そして、撮影動作を終了する。

図７は、本実施例における位相差ＡＦルーチンを示すフローチャートである。位相差検出方式による焦点検出が開始されると、ＡＦセンサ９ｃ（光電変換素子列９ｄ１、９ｄ２）での電荷蓄積を開始し（Ｓ２１）、図３を用いて説明したように所定時間の経過を待って蓄積動作を終了する（Ｓ２２）。そして、システムコントローラ４６内のデフォーカス量演算部１６（図３参照）は、ＡＦセンサ９ｃの出力に基づいて、デフォーカス量（Ｄｆ）を演算する（Ｓ２３）。システムコントローラ４６は、上記デフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ２の位相差合焦位置を算出する（図６のＳ８）。

図８は、本実施例におけるスキャン範囲設定ルーチンを示す図である。ここで、スキャン範囲設定ルーチンでは、図６のステップＳ５で決定された絞り値及びステップＳ６で検出された焦点距離情報に基づいて、スキャン範囲を設定する。

まず、スキャン範囲設定ルーチンがスタートすると、図６のステップＳ６で得られた焦点距離Ｌが所定の焦点距離Ｌ０よりも小さいか否かを判別する（Ｓ２６）。焦点距離Ｌが所定の焦点距離Ｌ０よりも小さい場合（Ｓ２６）には、焦点距離から算出されるＴＶ−ＡＦのスキャン範囲ＷＬを移動刻み間隔Ｂのｎ１倍に設定する（Ｓ２７）。また、焦点距離Ｌが所定の焦点距離Ｌ０よりも大きい場合（Ｓ２６）には、スキャン範囲ＷＬを移動刻み間隔Ｂのｎ２倍に設定する（Ｓ２８）。

ここで、移動刻み間隔Ｂは、フォーカスレンズ２の最小駆動量であり、例えば、フォーカスモータ２１としてステッピングモータを用いたときの１ステップ分に相当する駆動量である。また、ｎ１とｎ２は互いに異なる数値であって、ｎ１＞ｎ２の関係を満たす数値である。

焦点距離Ｌが所定の焦点距離Ｌ０よりも長い場合には、所定の焦点距離Ｌ０よりも短い場合に比べて被写界深度が浅くなるため、ＴＶ−ＡＦでのスキャン範囲を狭くしても焦点検出を行うことが可能である。そこで、本実施例では、上述したように撮影光学系の焦点距離に応じてスキャン範囲を変更することで、焦点距離に応じた効率の良いＴＶ−ＡＦ動作を行うことができる。すなわち、焦点距離Ｌが所定の焦点距離Ｌ０よりも長い場合におけるスキャン範囲を、焦点距離Ｌが所定の焦点距離Ｌ０よりも短い場合におけるスキャン範囲よりも狭くすることで、無駄なレンズ駆動を省略して効率の良いＴＶ−ＡＦ動作を行うことが可能となる。そして、ＴＶ−ＡＦ動作に要する時間を短縮することが可能となる。

次に、図６のステップＳ５で決定した絞り値Ａが所定の絞り値Ａ０よりも小さいか否かの判別を行う（Ｓ２９）。ここで、絞り値Ａが絞り値Ａ０よりも小さい場合には、絞り値から算出されるＴＶ−ＡＦのスキャン範囲ＷＡを移動刻み間隔Ｂのｎ３倍に設定する（Ｓ３０）。一方、絞り値Ａが絞り値Ａ０よりも大きい場合には、絞り値から算出されるＴＶ−ＡＦのスキャン範囲ＷＡを移動刻み間隔Ｂのｎ４倍に設定する（Ｓ３１）。

ここで、ｎ３とｎ４は互いに異なる数値であって、ｎ３＜ｎ４を満たす数値である。

絞り値Ａが所定の絞り値Ａ０よりも小さい（絞り口径が大きい）場合には、所定の絞り値Ａ０よりも大きい場合に比べて被写界深度が浅くなるため、ＴＶ−ＡＦでのスキャン範囲を狭くしても焦点検出を行うことが可能である。そこで、本実施例では、上述したように絞り値Ａに応じてスキャン範囲を変更することで、絞り値に応じた効率の良いＴＶ−ＡＦ動作を行うことができる。すなわち、絞り値Ａが所定の絞り値Ａ０よりも小さい場合におけるスキャン範囲を、絞り値Ａが所定の絞り値Ａ０よりも小さい場合におけるスキャン範囲よりも狭くすることで、無駄なレンズ駆動を省略して効率の良いＴＶ−ＡＦ動作を行うことができる。そして、ＴＶ−ＡＦ動作に要する時間を短縮することが可能となる。

次に、ステップＳ２７又はステップＳ２８で決定したスキャン範囲ＷＬと、ステップＳ３０又はステップＳ３１で決定したスキャン範囲ＷＡとを比較する（Ｓ３２）。ここで、ＷＬ＞ＷＡの場合（Ｓ３２）には、ＴＶ−ＡＦでの最終的なスキャン範囲Ｗをスキャン範囲ＷＬとする（Ｓ３３）。また、ＷＬ≦ＷＡの場合（Ｓ３２）には、ＴＶ−ＡＦでの最終的なスキャン範囲Ｗをスキャン範囲ＷＡとする（Ｓ３４）。

そして、ステップＳ３３又はステップＳ３４で設定されたスキャン範囲Ｗに基づいて、フォーカスレンズ２の移動すべき絶対位置を算出し（Ｓ３５）、メインフローチャート（図６のステップＳ１０）に戻る（Ｓ３６）。

図９は、第１のＴＶ−ＡＦルーチンのフローチャートを示している。第１のＴＶ−ＡＦルーチンがスタートすると、まず露光準備のためとＴＶ−ＡＦを行うために、撮像素子８を用いた測光を行う（Ｓ４０）。次に、フォーカスモータ２１の回転方向を設定する（Ｓ４１）。具体的には、図６のステップＳ１２におけるレンズ駆動方向とは反対方向にフォーカスレンズ２を移動させることができるように、フォーカスモータ２１の回転方向を回転方向Ｒ０に設定する（Ｓ４１）。

ステップＳ４１で設定された回転方向でフォーカスレンズ２を駆動し、フォーカスレンズ２を上述した移動刻み間隔Ｂの分だけ移動させる（Ｓ４２）。そして、フォーカスレンズ２がスキャン範囲の一端に相当する位置にあるか否かを判別し（Ｓ４３）、上記一端に相当する位置に無ければフォーカスレンズ２の駆動を停止させるとともに、フォーカスモータ２１の回転方向を回転方向Ｒ０に設定する（Ｓ４４）。

次に、撮像素子８への露光条件を設定し（Ｓ４５）、撮像素子８への露光および電荷蓄積を行う（Ｓ４６）。そして、蓄積された電荷を撮像素子８から読み出して（Ｓ４７）、ＡＦ評価信号生成部５０においてＡＦ評価信号を生成する（Ｓ４８）。

次に、フォーカスレンズ２を移動刻み間隔Ｂの分だけさらに移動させる（Ｓ４９）。そして、フォーカスレンズ２がスキャン範囲の他端に相当する位置に移動するまで、ステップＳ４５〜ステップＳ５０までの動作を繰り返し行う。

フォーカスレンズ２がスキャン範囲の他端に相当する位置まで移動したときには、フォーカスレンズ２がスキャン範囲の一端側に移動するようにフォーカスモータ２１の回転方向を設定する（Ｓ５１）。そして、フォーカスモータ２１の駆動用によって、フォーカスレンズ２をスキャン範囲の他端側から一端側に向けて移動させて、ＡＦ評価値が最大値を示す位置まで移動させる（Ｓ５２）。

上述した動作を、図１２を用いて具体的に説明する。図１２は、図６のステップＳ１２での処理および第１のＴＶ−ＡＦルーチンによるフォーカスレンズの駆動を説明するための図である。図１２の横方向は、フォーカスレンズ２の位置を示している。

ａで示す位置は、図６のステップＳ７での位相差検出方式による焦点検出を行う前のフォーカスレンズ２の現在位置を示している。まず、フォーカスレンズ２がａの位置にある状態において、ステップＳ７で位相差ＡＦルーチン（図７）へ進むと、フォーカスレンズ２の位相差合焦位置を特定し、この位置に関するデータをシステムコントローラ４６内のメモリに記憶する。

ここで、図７のステップＳ２３で得られたデフォーカス量に基づいて決定される位相差合焦位置が、図１２のｂで示す位置であったとする。

フォーカスレンズ２の位相差合焦位置ｂが分かると、図６のステップＳ９（ＴＶ−ＡＦのスキャン範囲設定ルーチン）で決定されたスキャン範囲Ｗから、フォーカスレンズ２を移動させる位置範囲が分かる。スキャン範囲Ｗの両端に相当する位置は、図１２に示すように、スキャン範囲Ｗの中心を位相差合焦位置ｂとすることで決定される。すなわち、位相差合焦位置ｂからスキャン範囲Ｗの一端に相当する位置ｃまでの距離（距離Ａ）と、位相差合焦位置ｂからスキャン範囲Ｗの他端に相当する位置ｄまでの距離（距離Ａ）とが等しくなる。そして、第１のＴＶ−ＡＦ動作では、上述したように決定された位置範囲の中でフォーカスレンズ２を駆動させる。

図１２に示すように、フォーカスレンズ２の現在位置ａと位相差合焦位置ｂとスキャン範囲Ｗとに基づいて、現在位置ａがスキャン範囲Ｗ内にあると判断した場合（図６のＳ１１）には、位置ｃまでフォーカスレンズ２を移動させる（図６Ｓ１２）。この動作をIV示す。

次に、フォーカスモータ２１を逆回転させて（図９のＳ４１）、フォーカスレンズ２に対して矢印Ｖで示す動作を行わせる（Ｓ４２）。すなわち、位置ｃから位置ｄまでフォーカスレンズ２を移動させる。矢印Ｖで示す動作では、ステップＳ４５〜Ｓ４９の処理を黒丸の数だけ繰り返す。ここで、互いに隣り合う黒丸の位置の間隔は、上述した移動刻み間隔Ｂを示している。

次に、複数の黒丸の位置で得られたＡＦ評価値に基づいて、スキャン範囲Ｗの中で最もＡＦ評価値が高かった位置ｅを算出し、フォーカスモータ２１を逆転させることで（Ｓ５１）、フォーカスレンズ２を位置ｅまで移動させる（Ｓ５２）。この動作を、図１２の矢印VIで示す。ここで、位置ｅがＴＶ−ＡＦ動作によって得られた合焦位置（第１の合焦位置、以下、コントラスト合焦位置と称す）を示す。なお、コントラスト合焦位置は、位相差合焦位置と一致しない場合もある。

ここで、ＡＦ評価値の演算は、上述したようにフォーカスレンズ２が黒丸の位置にあるときに行われるが、各位置で得られたＡＦ評価値に基づいて２つの位置間でのＡＦ評価値も演算される。これにより、スキャン範囲Ｗの全領域におけるＡＦ評価値が得られることになる。

一方、フォーカスレンズ２の現在位置ａが位相差合焦位置ｂと位置ｄとの間にある場合には、まず、フォーカスレンズ２を位置ｄまで移動させる。そして、スキャン範囲Ｗ内において、黒丸の位置でフォーカスレンズ２を停止させてＡＦ評価値を取得する。フォーカスレンズ２を位置ｃまで移動させると、フォーカスモータ２１を逆回転させることによって、ＡＦ評価値が最も高い値を示す位置（コントラスト合焦位置）まで移動させる。

次に、図１０の第２のＴＶ−ＡＦルーチンのフローチャートについて、図１１とともに説明を行う。ここで、図１１は、図６のステップＳ１５からステップＳ１７までの動作を説明するための図である。図１１の横方向はフォーカスレンズ２の位置を示している。

図１１のａ１で示す位置は、図６のステップＳ７の処理（位相差ＡＦルーチン）を行う前のフォーカスレンズ２の現在位置を示している。ここで、現在位置ａ１は、スキャン範囲Ｗ外に位置している。

フォーカスレンズ２が位置ａ１にある状態において、ステップＳ７の位相差ＡＦルーチン（図７）へ進むと、位相差検出方式による焦点検出によって撮影光学系におけるデフォーカス量が演算される。

次に、図６のステップＳ８では、フォーカスレンズ２の現在位置ａおよび上記デフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ２の位相差合焦位置ｂ１（図１１参照）が特定される。

フォーカスレンズ２の位相差合焦位置ｂ１が分かると、上述したように図６のステップＳ９（ＴＶ−ＡＦのスキャン範囲設定ルーチン）で決定されたスキャン範囲Ｗから、フォーカスレンズ２を移動させる位置範囲が分かる。スキャン範囲Ｗの両端に相当する位置は、図１１に示すように、スキャン範囲Ｗの中心を位相差合焦位置ｂ１とすることで決定される。

図１１に示すように、フォーカスレンズ２の現在位置ａ１と位相差合焦位置ｂ１とスキャン範囲Ｗとに基づいて、現在位置ａ１がスキャン範囲Ｗ外に位置していると判断すると（図６のＳ１１）、図６のステップＳ１５の処理によって、フォーカスレンズ２をスキャン範囲Ｗの一端に相当する位置ｃ１まで移動させる。この動作を図１１の矢印Iで示す。

次に、図６のステップＳ１６において、フォーカスレンズ２の位置がスキャン範囲Ｗ内に入ったか否かの判別を行う。ここで、スキャン範囲Ｗ内に入ったと判別したときには、フォーカスレンズ２が位置ｃ１まで移動したことになる。そして、ステップＳ１７の第２のＴＶ−ＡＦルーチンへ進む。

第２のＴＶ−ＡＦルーチン（図１０）では、測光（Ｓ６０、図９のＳ４０に対応）後、ステップＳ１５でのレンズ駆動方向と同じ方向でフォーカスレンズ２を駆動させるようにフォーカスモータ２１の回転方向を設定する（Ｓ４１）。そして、フォーカスレンズ２に対して図１０のIIに示す動作を行わせる。

すなわち、フォーカスレンズ２を黒丸で示す位置に停止させて、撮像素子８への露光を行い、撮像素子８の出力に基づいてＡＦ評価値の演算を行う（Ｓ６２〜Ｓ６５）。そして、この動作を繰り返しながら、フォーカスレンズ２を位置ｃ１から位置ｄ１まで移動させる。

ここで、互いに隣り合う黒丸の位置の間隔は、上述した移動刻み間隔Ｂを示している。

次に、上述したように複数の黒丸の位置でのＡＦ評価値に基づいて、スキャン範囲内で最もＡＦ評価値が高かった位置ｅ１を算出するとともに、フォーカスモータ２１を逆回転させるように設定を行う（Ｓ６８）。ここで、位置ｅ１は、ＴＶ−ＡＦ動作によって得られたフォーカスレンズ２の合焦位置（コントラスト合焦位置）を示す。

そして、フォーカスモータ２１を駆動することによって、フォーカスレンズ２を位置ｄ１から位置ｅ１まで移動させる。この動作を、図１１の矢印IIIで示す。これにより、撮影光学系は合焦状態となる。なお、ステップＳ６２からステップＳ６９までの各処理は、図９のステップＳ４５からステップＳ５２までの各処理に対応している。

一方、図６のステップＳ７の処理を行う前のフォーカスレンズ２の現在位置ａ１が、位置ｄ１に対して図１１中右側にある場合には、まず、フォーカスレンズ２を位置ｄ１まで移動させる。そして、スキャン範囲Ｗ内の黒丸の位置でＡＦ評価値を取得しながら、フォーカスレンズ２を位置ｄ１から位置ｃ１まで移動させる。次に、位置ｃ１にあるフォーカスレンズ２を、ＡＦ評価値が最も高い位置まで移動させる。これにより、撮影光学系は合焦状態となる。

本実施例によれば、位相差検出方式による焦点検出によって位相差合焦位置を特定しておき、この位相差合焦位置を含むスキャン範囲内でＴＶ−ＡＦによる焦点検出を行うため、効率の良い焦点検出を行うことができる。これにより、従来のように位相差検出方式による焦点検出に基づいてレンズ駆動を行うとともに、コントラスト検出方式による焦点検出のためのレンズ駆動を行う場合に比べて、焦点検出に要する時間（合焦状態に至るまでの時間）を短縮することができる。すなわち、本実施例では、従来のようにフォーカスレンズを位相差合焦位置まで移動させた後に、スキャン範囲の一端まで移動させるのではなく、位相差合焦位置を含むスキャン範囲の端まで移動させておき、その後にスキャン範囲内でＴＶ−ＡＦ動作を行うため、レンズの駆動量を少なくでき、焦点検出に要する時間を短縮できる。

次に、本発明の実施例２であるカメラシステムについての説明を行う。本実施例のカメラシステムの構成は、実施例１のカメラシステムの構成と同様であるため説明を省略する。また、以下の説明では、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。

図１３は、本実施例におけるスキャン範囲設定ルーチンを示す図（実施例１の図８に対応する図）である。

ここで、図１３のスキャン範囲設定ルーチンの前に行われた図６の位相差ＡＦルーチン（Ｓ７）での結果（ＡＦセンサ９ｃの出力）を用いることで、被写体のコントラストが第１の所定値よりも高いか否かを判別できる。このコントラストが高いか否かの判別は、図２に示すようにＡＦセンサ９ｃの出力波形の高さｈに基づいて判別することができる。つまり、出力波形の高さｈが第２の所定値（第１の所定値に対応した値）よりも高ければコントラストが第１の所定値よりも高くなり、高さｈが第２の所定値よりも低ければコントラストが第１の所定値よりも低くなることになる。

図１３において、システムコントローラ４６は、位相差ＡＦルーチンでのＡＦセンサ９ｃの出力に基づいて、被写体のコントラストｈが第１の所定値ｈ０よりも高いか否かを判別する（Ｓ８０）。

ここで、コントラストｈが第１の所定値ｈ０よりも高い場合には、スキャン範囲ＷＣを移動刻み間隔Ｂのｎ５倍の範囲に設定する（Ｓ８１）。また、コントラストｈが第１の所定値ｈ０よりも低い場合には、スキャン範囲ＷＣを移動刻み間隔Ｂのｎ６倍の範囲に設定する（Ｓ８２）。ここで、ｎ５とｎ６は互いに異なる数値であって、ｎ５＜ｎ６を満たす数値である。

そして、最終的なスキャン範囲Ｗを、ステップＳ８１又はステップＳ８２で決定したスキャン範囲ＷＣに設定して（Ｓ８３）、図６のステップＳ１０に進む。

本実施例では、上述したように、被写体のコントラストが第１の所定値に対して高い場合と低い場合とで、スキャン範囲ＷＣを変更している。すなわち、コントラストが高い場合には、コントラストが低い場合に比べてスキャン範囲を狭くしている。ここで、コントラストが高い場合には、スキャン範囲が狭くてもＴＶ−ＡＦによる焦点検出を行うことが可能である。そして、スキャン範囲を狭くした分だけ、ＴＶ−ＡＦでのフォーカスレンズ２の総駆動量も小さくなり、素速いＡＦ動作を行うことができる。

次に、本発明の実施例３であるカメラシステムについて、図１４及び図１５を用いて説明する。ここで、図１４は、本実施例における第１のＴＶ−ＡＦルーチンのフローチャート（実施例１の図９に対応するフローチャート）を示し、図１５は、本実施例における第２のＴＶ−ＡＦルーチンのフローチャート（実施例１の図１０に対応するフローチャート）を示している。なお、本実施例のカメラシステムの構成は、実施例１のカメラシステムの構成と同じであり、以下で説明する動作以外の動作は実施例１で説明した動作と同様である。

図１４及び図１５に示すフローチャートは、図９及び図１０に示すフローチャートの一部を変更したものである。具体的には、図１４では、図９のステップＳ４９とステップＳ５０との間に、ステップＳ５４〜ステップＳ５６を追加している。また、図１５では、図１０のステップＳ６６とステップＳ６７との間に、ステップＳ７１〜ステップＳ７３を追加している。なお、図１４および図１５において、図９および図１０で説明した処理と同じ処理については同一符号を付している。

図１４のステップＳ４５〜Ｓ５０は、ＴＶ−ＡＦによるスキャン動作を示しているが、本実施例では、上記スキャン動作の最中に位相差検出方式に基づいて再度合焦状態を確認するようにしている。

ＴＶ−ＡＦのスキャン動作において、フォーカスレンズ２をスキャン範囲内の所定位置（図１２の黒丸で示す位置）に停止させたときに（Ｓ４９）、フォーカスレンズ２が位相差合焦位置まで移動したか否かを判別する（Ｓ５４）。ここで、位相差合焦位置の情報は、図６のステップＳ８で予め記憶されているため、この合焦位置情報を用いることで、フォーカスレンズ２が合焦位置まで移動したか否かを判別することができる。

ステップＳ５４において、フォーカスレンズ２が位相差合焦位置を通過していなければ、スキャン範囲内にフォーカスレンズ２が位置しているか否かの判別を行う（Ｓ５０）。

一方、ステップＳ５４において、フォーカスレンズ２が位相差合焦位置を通り過ぎている場合には、再度位相差ＡＦルーチン（図７）へ進む（Ｓ５５）。そして、位相差検出方式による焦点検出の結果（デフォーカス量）に基づいて、先に設定されたスキャン範囲内に位相差合焦位置があるか否かの判別を行う（Ｓ５６）。

ここで、位相差合焦位置がスキャン範囲内にある場合にはステップＳ５０に進む。一方、位相差合焦位置がスキャン範囲外である場合には、被写体が大きく移動したことになり、スキャン範囲内でＴＶ−ＡＦ動作を行っても被写体にピントを合わせることができないため、図６のステップＳ８へ戻る。

また、図１５のステップＳ６２〜Ｓ６７は、ＴＶ−ＡＦによるスキャン動作を示しているが、上記スキャン動作の最中に位相差検出方式に基づいて再度合焦状態を確認するようにしている。

ＴＶ−ＡＦのスキャン動作において、フォーカスレンズ２をスキャン範囲内の所定位置（図１１の黒丸で示す位置）に停止させたときに（Ｓ６６）、フォーカスレンズ２が位相差合焦位置まで移動したか否かを判別する（Ｓ７１）。

ここで、フォーカスレンズ２が位相差合焦位置を通過していなければ、スキャン範囲内にフォーカスレンズ２が位置しているか否かの判別を行う（Ｓ６７）。一方、フォーカスレンズ２が位相差合焦位置を通過していれば（Ｓ７１）、再度位相差ＡＦルーチン（図７）へ進む（Ｓ７２）。そして、位相差検出方式による焦点検出の結果（デフォーカス量）に基づいて、先に設定されたスキャン範囲内に位相差合焦位置があるか否かの判別を行う（Ｓ７３）。

ここで、位相差合焦位置がスキャン範囲内にある場合にはステップＳ６７へ進む。一方、位相差合焦位置がスキャン範囲外である場合には、被写体が大きく移動したことになり、スキャン範囲内でＴＶ−ＡＦ動作をおこなっても被写体にピントを合わせることができないため、図６のステップＳ８へ戻る。

本実施例では、上述したようにＴＶ−ＡＦ動作中に再度位相差検出方式による焦点検出を行うようにしている。これにより、被写体が元の位置から動いてしまうこと等によって、ＴＶ−ＡＦ動作中に位相差合焦位置がスキャン範囲外となった場合には、ＴＶ−ＡＦ動作を中止することで、無駄なＡＦ動作の時間を省略することができる。そして、再びスキャン範囲を設定してＴＶ−ＡＦ動作を行うため、被写体に移動に応じた効率の良いＡＦ動作を行うことができる。

本発明の実施例１であるカメラシステムの構成図。 位相差検出方式による焦点検出の原理説明図。 位相差検出方式による焦点検出を行う部分の構成を示すブロック図。 撮像素子における撮像領域の概略図。 実施例１のカメラシステムの構成を示すブロック図。 実施例１のカメラシステムにおける撮影動作を示すフローチャート。 実施例１における位相差ＡＦルーチンを示すフローチャート。 実施例１におけるスキャン範囲設定ルーチンを示すフローチャート。 実施例１における第１のＴＶ−ＡＦルーチンを示すフローチャート。 実施例１における第２のＴＶ−ＡＦルーチンを示すフローチャート。 第２のＴＶ−ＡＦ動作によるフォーカスレンズの駆動を説明するための図。 第１のＴＶ−ＡＦ動作によるフォーカスレンズの駆動を説明するための図。 実施例２におけるスキャン範囲設定ルーチンを示すフローチャート。 実施例３における第１のＴＶ−ＡＦルーチンを示すフローチャート。 実施例３における第２のＴＶ−ＡＦルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

２：フォーカスレンズ
８：撮像素子
９：焦点検出ユニット
２２：位置検出ユニット
４６：システムコントローラ
５０：ＡＦ評価信号生成部

Claims (6)

1. フォーカスレンズを含む撮影光学系からの光束を分割して得られた複数の光学像を光電変換して得られた第１の信号を出力する第１の焦点検出手段と、
   前記撮影光学系により形成された光学像を光電変換して得られた映像信号から該被写体像のコントラスト状態を示す第２の信号を生成する第２の焦点検出手段と、
   前記第１の信号に基づいて前記フォーカスレンズの駆動範囲を決定し、該駆動範囲で前記フォーカスレンズを所定量ずつ駆動するスキャン駆動を行って前記第２の信号に基づく合焦位置を求める制御手段と、
   前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段とを有し、
   前記制御手段は、前記位置検出手段による前記フォーカスレンズの検出位置が前記駆動範囲内である場合と前記駆動範囲外である場合とで前記フォーカスレンズの駆動制御シーケンスを変更することを特徴とする光学機器。
2. 前記制御手段は、前記検出位置が前記駆動範囲内である場合は、前記フォーカスレンズを前記駆動範囲内における所定位置に駆動した後、駆動方向を反転させて前記スキャン駆動を行い、前記検出位置が前記駆動範囲外である場合は、前記フォーカスレンズを前記所定位置に駆動した後、駆動方向を反転せずに前記スキャン駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. フォーカスレンズを含む撮影光学系からの光束を分割して得られた複数の光学像を光電変換して得られた第１の信号を出力する第１の焦点検出手段と、
   前記撮影光学系により形成された光学像を光電変換して得られた映像信号から該光学像のコントラスト状態を示す第２の信号を生成する第２の焦点検出手段と、
   前記フォーカスレンズを所定量ずつ駆動するスキャン駆動を行って前記第２の信号に基づく合焦位置を求める制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記第１の信号の出力レベルに応じて前記スキャン駆動を行う駆動範囲を変更することを特徴とする光学機器。
4. 前記制御手段は、前記第１の信号の出力レベルが所定値よりも高いときは、低いときよりも前記駆動範囲を狭くすることを特徴とする請求項３に記載の光学機器。
5. フォーカスレンズを含む撮影光学系からの光束を分割して得られた複数の光学像を光電変換して得られた第１の信号を出力する第１の焦点検出手段と、
   前記撮影光学系により形成された光学像を光電変換して得られた映像信号から該光学像のコントラスト状態を示す第２の信号を生成する第２の焦点検出手段と、
   前記第１の信号に基づいて前記フォーカスレンズの駆動範囲を決定し、該駆動範囲で前記フォーカスレンズを所定量ずつ駆動するスキャン駆動を行って前記第２の信号に基づく第１の合焦位置を求める制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記スキャン駆動中に前記第１の信号に基づいて第２の合焦位置を求め、該第２の合焦位置が前記駆動範囲内か否かを判定することを特徴とする光学機器。
6. 前記制御手段は、前記第２の合焦位置が前記駆動範囲外であると判定したときは、前記スキャン駆動を中止することを特徴とする請求項５に記載の光学機器。
   
   
   

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