JP2007121504A - 焦点検出装置及び方法、並びに、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 様々な撮影用途（撮影解像度、圧縮率、動画記録又は静止画記録、ＨＤ／ＳＤの記録モード等の条件設定）に対して、合焦精度を十分に確保すると共に、合焦点を高速に検出することができる焦点検出装置を提供する。
【解決手段】 被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号を用いて合焦点を検出する第１の焦点検出手段と、前記評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点を検出する第２の焦点検出手段と、少なくとも前記第２の焦点検出手段を用いて合焦点を検出するように制御する第１の制御と、前記第１の焦点検出手段および前記第２の焦点検出手段を用いて合焦点を検出するように制御する前記第１の制御とは異なる第２の制御とを、前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択する選択手段を有することを特徴とする焦点検出装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、焦点検出装置及び方法に係り、特に、複数の焦点検出手段を用いて撮像光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置及び方法に関する。

デジタルカメラやビデオカメラなどの普及に伴って、かかる撮像装置には高品位化及び操作性の向上がますます要求されるようになってきている。特に、撮像レンズの合焦状態を検出する焦点検出（オートフォーカス（ＡＦ））の高精度化及び高速化が望まれている。

焦点検出の一例として、従来から、撮像信号の高周波成分を抽出し、高周波成分が最大になる位置（高周波成分（山）の頂点）を合焦点とするＴＴＬ方式のオートフォーカス方式（以下、「撮像信号ＡＦ」と称する。）が提案されている。撮像信号ＡＦは、焦点を検出するためのメカ部材等を必要とせず、低コストを実現することができると共に、メカ部材の経時変化がない。更に、撮像信号ＡＦは、撮像信号で焦点を検出するために、精度が高いという特徴を有する。特に、高画素の撮像素子を用いた撮像では、焦点精度が極めて厳しいため、メカ部材の経時変化の影響を受けない撮像信号ＡＦが非常に有効である。

撮像信号ＡＦは、高周波成分（山）の頂点、即ち、合焦点を検出するために、全領域をスキャン（走査）して山の形を把握する、若しくは、所謂、山登り動作を行う必要がある。全領域をスキャンして山の形を把握する場合、焦点がぼけたり合ったりする動作が見えてしまうため、静止画撮影ではよくても、動画撮影やモニタにプレビューしている状態では動作が見苦しいという欠点がある。また、山登り動作は、一般的に、動画撮影やプレビューで用いられるが、合焦点から離れたレンズ位置から開始する場合、山の形が平坦な位置から開始されるため、山の頂点の方向がどちらにあるのかを判別することが難しい。山の頂点の方向を間違えると、頂点の方向とは逆の端まで行ってから戻るなどの見苦しい動作をすると共に、合焦までの時間が大幅にかかってしまう。

一方、赤外線三角焦点検出方式や瞳分割位相差検出方式を用いたＴＴＬや直接直接焦点検出方式のオートフォーカス（以下、「直接焦点検出ＡＦ」と称する。）は、直接焦点距離を測定することが可能である。直接焦点検出ＡＦは、合焦点の位置を検出するために、スキャン動作や山登り動作を必要とせず、合焦までの時間を短くする（即ち、高速に合焦状態を検出する）ことができる。

直接焦点検出ＡＦは、焦点を検出するためのメカ部材等が必要であり、撮像系とは異なる系を用いて焦点を検出する。従って、直接焦点検出ＡＦは、経時変化や温度変化によって合焦位置に誤差が含まれたり、距離に応じて撮像画像と焦点検出位置との間にパララックスが発生したりするなどの欠点を有する。特に、高画素の撮像素子を用いた撮像では、経時変化や温度変化による合焦位置の誤差が致命的なピンぼけになることもある。

そこで、撮像信号ＡＦと直接焦点検出ＡＦとを組み合わせることで、高速、且つ、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。ハイブリッドＡＦでは、２つのＡＦ方式の選択方法として、撮像スイッチの操作によって、直接焦点検出ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換えることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、特許文献１には、２つのＡＦ方式で検出した合焦位置を比較し、検出結果が所定の値以上異なる場合に、条件に応じてどちらかの方式を選択することも提案されている。

更に、直接焦点検出ＡＦを用いて所定量だけ前ピン又は後ピンの位置に駆動した後、撮像信号ＡＦに切り換え、撮像信号ＡＦで焦点を検出できない場合には、直接焦点検出ＡＦに再び切り換えることも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、焦点が大きくずれた場合は位相差方式を用いて焦点の方向判別及び速度を制御し、高周波成分が検出されたら撮像信号ＡＦを用いて焦点を検出することも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００１−２６４６２２号公報 特開２００１−１４１９８４号公報 特開平３−８１７１３号公報

近年の撮像装置は、高解像・高画素の撮像素子を搭載し、ハイビジョン規格の動画映像（ＨＤ）を記録メディアに記録できるばかりでなく、撮像記録設定（記録モード）によっては、同一の撮像装置で、通常解像度（ＳＤ）の動画を記録することもできる。また、更に解像度の低い又は低圧縮率のハンドリングを重視した動画像をメモリカード等に記録することもできる。また、動画とは別に、様々な解像度や圧縮率の静止画を記録することも可能であり、撮像装置は、様々な撮影用途に用いることができるようになってきている。

このような多機能の撮像装置のＡＦを考えると、同一の撮像装置であっても、撮影用途に応じて必要な合焦精度や焦点検出速度が異なる。撮像信号ＡＦと直接焦点検出ＡＦを組み合わせて最適なハイブリッドＡＦを構成する場合、一般に、撮像信号ＡＦを重点的に使用すると合焦までに時間がかかるが、合焦精度を確保することが可能となる。一方、直接焦点検出ＡＦを重点的に使用すると合焦までに時間はかからないが、合焦精度を確保することが難しくなる。換言すれば、従来技術では、近年の撮像装置に対して、焦点検出の高精度化及び高速化をバランスよく両立させることができなかった。

そこで、本発明は、様々な撮影用途（撮影解像度、圧縮率、動画記録又は静止画記録、ＨＤ／ＳＤの記録モード等の条件設定）に対して、合焦精度を十分に確保すると共に、合焦点を高速に検出することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の技術的特徴としては、少なくとも被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点の検出を行う第１の制御と、前記評価信号とは異なる検出信号に基づいた合焦点の検出および、前記評価信号に基づいた合焦点の検出を切り換えて合焦点の検出を行う第２の制御とを前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択して実行することを特徴とする。

また他の、本発明の技術的特徴としては、被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点の検出を行う第１の制御と、撮像光学系の合焦の度合いを検出し、前記検出された合焦度合いに応じて、前記評価信号とは異なる検出信号に基づいた合焦点の検出から、前記評価信号に基づいた合焦点の検出に切り換えて合焦点の検出を行う第２の制御とを前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択して実行することを特徴とする。

また他の、本発明の技術的特徴としては、被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点を検出し、前記撮像光学系を前記合焦点に移動させた後、前記合焦点の周辺において前記評価信号に基づいて合焦点を検出する第１の制御と、前記撮像光学系の合焦の度合いを検出し、前記検出された合焦度合いに応じて、前記評価信号とは異なる検出信号に基づいた合焦点の検出から、前記評価信号に基づいた合焦点の検出に切り換えて合焦点の検出を行う第２の制御とを前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択して実行することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、様々な撮影用途（撮影解像度、圧縮率、動画記録又は静止画記録、ＨＤ／ＳＤの記録モード等の条件設定）に対して、合焦精度を十分に確保すると共に、合焦点を高速に検出することができる焦点検出の技術を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１を参照して、本発明の一側面としての焦点検出装置１００の概念を説明する。図１は、本発明の焦点検出装置１００の構成を示す概略ブロック図である。焦点検出装置１００は、直接焦点検出ユニット１０１と、撮像信号検出ユニット１０２と、山登り制御部１０３と、生成手段１０４と、選択手段１０５と、スイッチ１０６と、レンズ駆動系１０７と、撮像記録設定部１０８とを有する。

直接焦点検出ユニット１０１は、検出結果として距離信号Ｄを出力する。換言すれば、直接焦点検出ユニット１０１は、直接焦点検出ＡＦの動作を行う。撮像信号検出ユニット１０２は、撮像信号ＡＦの評価値ＦＶを出力する。換言すれば、撮像信号検出ユニット１０２は、後述する山登り制御部１０３を介して、撮像信号ＡＦの動作を行う。山登り制御部１０３は、評価値ＦＶを用いた山登り動作によって、合焦点を検出する。

生成手段１０４は、直接焦点検出ユニット１０１からの距離信号Ｄ及び撮像信号検出ユニット１０２からの撮像信号ＡＦのいずれか一方、又は、両方に基づいて、ＡＦ方式選択基準信号ＩＦＡ１又はＩＦＡ２を生成する。

選択手段１０５は、ＡＦ方式選択基準信号生成手段１０４からのＡＦ方式選択基準信号ＩＦＡ１又はＩＦＡ２と撮像記録設定部１０８からの設定信号ＲＳとに基づいて、ＡＦ方式の選択を決定する。また、選択手段１０５は、スイッチ１０６を切り換えることによって、直接焦点検出ＡＦ又は撮像信号ＡＦを選択し（切り換え）、レンズ駆動系１０７に伝える。

図２は、図１に示す焦点検出装置１００を有する撮像装置２００の構成を示す概略ブロック図である。撮像装置２００は、動画や静止画を撮影し、テープ、固体メモリ、光ディスク、磁気ディスク等の様々なメディアに記録する。撮像装置２００は、例えば、ビデオカメラやデジタルスチルカメラで具現化される。撮像装置２００は、後述する各ユニットをバスＢＳを介して接続した構成を有する。なお、各ユニットは、主制御部２５１によって制御される。

レンズユニット２０１は、第１の固定レンズ群２０２と、ズームレンズ２１１と、絞り２０３と、第２の固定レンズ群２２１と、フォーカスレンズ２３１とを有する。レンズユニット２０１は、上述の光学部材を介して、被写体からの光を撮像素子２４１に結像し、被写体を撮像する。

ズーム制御部２１３は、主制御部２５１の制御に基づいて、ズームモータ（ＺＭ）２１２を介して、ズームレンズ２１１を駆動する。

撮像素子２４１は、結像された画像を光電変換し、撮像信号処理回路２４２に出力する。撮像制御部２４３は、主制御部２５１の指示に基づいて、撮影解像度、動画撮影／静止画撮影等、撮影条件に合わせた撮像方式で、撮像素子２４１や撮像信号処理回路２４２を制御する。撮像信号処理回路２４２は、撮像制御部２４３の制御に基づいて撮像素子２４１からの出力を画像信号として整えると共に、撮像信号ＴＶＳをＡＦ信号処理回路２３４に出力する。

ＡＦ信号処理回路２３４は、山登り動作を制御するためのＦＶ信号（所定周波数成分に応じた信号）と、合焦度を示すＩＦＡ信号を生成し、フォーカス制御部２３３に入力する。

一方、直接焦点検出ユニット２３０は、瞳分割光学系２３８を介して、位相差検出器２３９に結像された２つの被写体像（検出信号）を検出する。具体的には、直接焦点検出ユニット２３０は、位相差検出器２３９によって、２像の位相差量を検出する。更に、直接焦点検出ユニット２３０は、２像の位相差量から被写体までの距離信号Ｄを算出し、フォーカス制御部２３３に入力する。

フォーカス制御部２３３は、直接焦点検出ユニット２３０からの距離信号Ｄとフォーカスレンズ２３１の位置から図示しない合焦度信号ＩＦＡ２を生成する。フォーカス制御部２３３は、距離信号Ｄ又は合焦度信号ＩＦＡ２と、撮像信号ＡＦの評価値ＦＶ又は合焦度ＩＦＡに基づいて、フォーカスモータ（ＦＭ）２３２を介して、フォーカスレンズ２３１を駆動する。これにより、オートフォーカス（ＡＦ）が実現される。

撮像信号処理回路２４２で整えられた画像信号は、一時的にＲＡＭ２５４に蓄積される。画像圧縮解凍回路２５３は、ＲＡＭ２５４に蓄積された画像信号を、主制御部から指示された所定の圧縮率で圧縮処理し、画像記録メディア２５７に主制御部から指示された所定の記録フォーマット（ＳＤ動画／ＨＤ動画／静止画等）で記録される。また、画像処理部２５２は、ＲＡＭ２５４に蓄積された画像信号を最適なサイズに縮小又は拡大し、モニタディスプレイ２５０に表示し、リアルタイムで撮像画像を撮像者にフィードバックする。更に、撮像後には、モニタディスプレイ２５０に所定の時間だけ撮像画像を表示することで、撮像画像の確認を行うことも可能となる。

なお、画像記録メディア２５７は、光ディスク、ハードディスク、半導体メモリ（例えば、フラッシュメモリ）のようなランダムアクセスメディアでも構わないし、磁気テープのようなシーケンシャルメディアでも構わない。また、画像圧縮解凍回路２５３での画像圧縮方式は、動画ならばモーションＪＰＰＥＧやＤＶ圧縮でもよいし、ＭＰＥＧやＨ２６４のようなフレーム間を圧縮する動画圧縮方式でもよい。なお、磁気テープに記録する場合は、例えば、ＳＤ画像はフレーム内（フィールド内）圧縮のみを行うＤＶ圧縮方式で圧縮し、ＨＤ画像は、圧縮率を高めるために、ＭＰＥＧ圧縮を用いたＨＤＶ圧縮方式を用いてもよい。例えば、後述する撮像記録設定スイッチでＨＤ画像にした場合は、ＨＤＶ圧縮方式になり、ＳＤ画像にした場合は、ＤＶ圧縮方式になる。

また、図示していないが、画像記録メディア２５７を複数種類設けて、撮像記録設定スイッチに応じて、例えば、動画像はテープに記録し、静止画像はフラッシュメモリに記録しても構わない。また、高解像度の動画はテープに記録し、低解像度の動画はフラッシュメモリに記録しても構わない。勿論、高解像度の動画は光ディスクやハードディスクに記録し、低解像度の動画はフラッシュメモリ２５５に記録しても構わない。

操作スイッチ２５６は、本実施形態では、電源スイッチ、ズームスイッチ、レリーズスイッチ、モニタディスプレイ２５０のＯＮ／ＯＦＦスイッチ、撮像記録設定部１０８のスイッチ等を含む。電源スイッチは、撮像装置２００の電源のＯＮ／ＯＦＦを行う。ズームスイッチは、ズームレンズ２１１を駆動の指示を行う。レリーズスイッチは、本実施形態では、２段押しの構成を有し、以下、１段目をスイッチＳＷ１、２段目をスイッチＳＷ２とする。静止画撮影の場合、スイッチＳＷ１は、撮影スタンバイからの復帰や撮影開始準備を指示（例えば、オートフォーカスの開始、測光の開始の指示等）し、スイッチＳＷ２は、撮影を行い画像記録メディア２５７への画像の記録を指示する。また、動画撮影の場合、スイッチＳＷ２を一回操作することで、記録を開始し、記録状態でスイッチＳＷ２を再度操作することで記録を停止する。モニタディスプレイ２５０のＯＮ／ＯＦＦスイッチは、モニタディスプレイ２５０へ撮影状態の画像の表示又は非表示の切り替え等を行う。撮像記録設定スイッチは、ＨＤ（ハイビジョン）記録（画像）及びＳＤ（通常ＴＶ）記録（画像）のどちらを行うかの指示、静止画記録又は動画記録のどちらを行うかの指示、記録圧縮率の指示、記録解像度の指示を行う。更に、撮像記録設定スイッチは、記録解像度をＳＤ記録よりも低い動画撮影を行うかどうかの指示等を行う。つまり、記録モードの設定を行っている。

電源管理ユニット２５８は、バッテリー２５９に接続し、バッテリー２５９の電源状態をチェックしたり、バッテリー２５９を充電したりし、電源管理を行う。

このような構成において、撮像装置２００がＯＦＦ状態から起動する（ＯＮ状態になる）と、フラッシュメモリ２５５に格納されていたプログラムがＲＡＭ２５４の一部にロードされる。主制御部２５１は、ＲＡＭ２５４にロードされたプログラムに従って動作を行う。

以下、ＡＦ信号処理回路２３４及びフォーカス制御部２３３について説明する。

図３は、ＡＦ信号処理回路２３４の具体的な構成を示す概略ブロック図である。図３を参照するに、撮像信号処理回路２４２からの撮像信号ＴＶＳは、一又は複数の焦点検出ゲート３０１において画面内の一部のみが抽出され、更に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３０２において所定の周波数成分（高域成分）のみが抽出される。検波器（ＤＥＴ）３０３は、所定の高域成分のみを抽出した撮像信号にピークホールドや積分等の検波処理を施し、撮像信号ＡＦの評価値ＦＶをフォーカス制御部２３３に出力する。

また、焦点検出ゲート３０１を通過した撮像信号ＴＶＳは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０４において高域成分が除去される。ライン最大値回路（Ｌｉｎｅ Ｍａｘ）３０５は、高域成分が除去された撮像信号の水平１ラインの最大値を検出する。ライン最小値回路（Ｌｉｎｅ Ｍｉｎ）３０６は、高域成分が除去された撮像信号の水平１ラインの最小値を検出する。

加算器３０７は、水平１ラインの最大値と最小値との差分（最大値−最小値）を算出する。

ピークホールド回路（Ｐｅａｋ Ｈｏｌｄ）３０８は、焦点検出ゲート内の全てのラインの最大値−最小値のピーク値ＭＭを検出する。これは、ほぼ、焦点検出ゲート内のコントラストの最大値に相当する。

除算器３０９は、焦点検出ゲート毎に、評価値ＦＶをピーク値ＭＭで除し、焦点検出の枠毎の合焦度ＩＦＡを算出する。焦点検出ゲート３０１が複数の場合は、それに続く回路も複数になり、評価値ＦＶ／合焦度ＩＦＡも複数の信号になる。フォーカス制御２３３は、このような複数の信号から条件に応じて最適な信号を選択したり、複数の信号に基づいてオートフォーカス動作を行ったりする。

図４（ａ）は、撮像信号ＡＦの評価値ＦＶと撮像条件との関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は、合焦度ＩＦＡと撮像条件との関係を示すグラフである。図４（ａ）を参照するに、撮像信号ＡＦの評価値ＦＶは、撮影条件（被写体の種類、被写体の輝度、照度、焦点距離等）により大幅に合焦点でのレベルが変わる。

図４（ａ）に示す評価値ＦＶ（Ａ）は、一般的な被写体Ａを撮影した場合の大ボケ（非合焦）から合焦点まで、フォーカスレンズ２３１を駆動したときの信号の変化を示している。一方、評価値ＦＶ（Ｂ）は、高コントラストの被写体Ｂの場合の信号変化を示しており、評価値ＦＶ（Ｃ）は、低コントラスト（低照度）の被写体Ｃの場合の信号変化を示している。

これに対して、合焦度ＩＦＡは、被写体Ａ、Ｂ及びＣの何れの場合も、図４（ｂ）に示すように、合焦点でのレベルはほぼ同じレベルになる。従って、被写体Ａ、Ｂ及びＣの何れの被写体でも、合焦度ＩＦＡのレベルを共通の閾値で判断すれば、同程度のボケ具合になる。

図５は、フォーカスレンズの位置（合焦点に対する位置）と焦点検出方式との関係を模式的に示す図である。図５（ａ）は、撮像記録設定部１０８において、ＨＤ記録のような高解像度や低圧縮率で記録を行うように記録モードの設定がなされた場合を示している。図４に示す合焦度ＩＦＡが閾値ＴＨ１のポイントＣＰ１を越えた時に、焦点検出方式を直接焦点検出ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換える。これにより、常に同程度のボケ具合の位置（ＣＰ１）で、直接焦点検出ＡＦから撮像信号ＡＦへスムーズに切り換わる。また、撮像信号ＡＦによって合焦点を決定（検出）することで、高精度に合焦点に到達する。この場合、直接焦点検出ＡＦの合焦位置ばらつきＥｒの範囲内に入る前に撮像信号ＡＦに切り換わるために、スムーズな切り換わりが可能になる。

一方、図５（ｂ）は、撮像記録設定部１０８において、低解像や高圧縮率で記録を行うように記録モードの設定がなされた場合を示している。図５（ｂ）は、合焦精度がそれほど高くなく、素早く合焦点へ到達させるために直接焦点検出ＡＦだけで合焦点を判別して合焦点に到達させる例を示している。この場合は、直接焦点検出の合焦位置ばらつきＥｒの範囲内のどこに停止するかわからない。しかし、この範囲が、撮像画像の解像度を満たすためのフォーカスレンズの停止位置よりも小さければ、直接焦点検出の合焦位置ばらつきＥｒの範囲内に停止して構わない。従って、図５（ａ）に示す焦点検出方式と図５（ｂ）に示す焦点検出方式のどちらを選択するかは、直接焦点検出ユニット２３０の精度によって決まる。例えば、直接焦点検出ユニット２３０の精度を高めてＳＤ記録でも十分な精度にすれば、図５（ｂ）に示す焦点検出方式を選択し、ＳＤ記録において直接焦点ＡＦだけで合焦点に到達させることが可能になる。しかし、ＨＤ記録では更なる高精度な合焦が必要なため、図５（ａ）に示す焦点検出方式での合焦動作を選択することになる。

次に、図６を参照して、フォーカス制御部２３３の処理（動作）について説明する。図６は、フォーカス制御部２３３の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、ＡＦの状態を表すＡＦＭＯＤＥに１を代入する（ステップ６０１）。次に、撮像信号処理回路２４２による撮像信号処理、ＡＦ信号処理回路２３４によるＡＦ信号処理、位相差検出器２３９による位相差検出処理を同期して行う（ステップ６０２）。これにより、ＡＦ信号処理回路２３４から評価値ＦＶ信号と合焦度ＩＦＶ信号を取得し、位相差検出器２３９から距離信号Ｄを取得する（ステップ６０３）。

次いで、ＡＦＭＯＤＥを判別する（ステップ６０４）。本実施形態では、ＡＦＭＯＤＥが１であればステップ６０５に、ＡＦＭＯＤＥが２であればステップ６２１に、ＡＦＭＯＤＥが３であればステップ６３１に分岐する。

ステップ６０４において、ＡＦＭＯＤＥが１の場合、ステップ６０３で取得した距離信号Ｄと、現在のフォーカスレンズ２３１の位置に基づいて、フォーカスレンズ２３１の駆動方向及び速度を決定する（ステップ６１１）。具体的には、距離信号Ｄの位置にフォーカスレンズ２３１が近づく方向において、距離が離れている場合は高速に、距離が近い場合は低速になるように方向と速度を決定する。

次に、現在の記録モードの設定状態を判別する（ステップ６１２）。記録モードが高解像度記録、低圧縮記録、ＨＤ記録などに設定されている場合には、ステップ６０３で取得した合焦度ＩＦＡのレベルを閾値ＴＨ１と比較する（ステップ６１３）。合焦度ＩＦＡのレベルが閾値ＴＨ１よりも大きい場合には、合焦点の近傍に位置しているため、ＡＦＭＯＤＥに２を代入し（ステップ６１４）、決定された駆動速度及び方向でフォーカスレンズ２３１を駆動する（ステップ６４１）。また、合焦度ＩＦＡのレベルが閾値ＴＨ１よりも小さい場合には、そのままステップ６４１に進む。なお、ステップ６４１以降は、撮像素子２４１の読み出し周期（撮像信号処理周期）に同期して、ステップ６０２以降を繰り返す。

一方、ステップ６１２において、記録モードが低解像度記録、高圧縮記録、ＳＤ記録などに設定されている場合には、距離信号Ｄと現在のフォーカスレンズ２３１の位置との比較に基づいて、合焦状態を判断する（ステップ６１３）。距離信号Ｄと現在のフォーカスレンズ２３１の位置とが一致している場合は合焦、一致していない場合は非合焦と判断する。ステップ６１３において、合焦状態と判断した場合は、フォーカスレンズ２３１の停止の設定（即ち、駆動速度を０とする）を行い（ステップ６１６）、ステップ６４１に進む。ステップ６１３において、非合焦状態と判断した場合は、そのままステップ６４１に進む。

ステップ６０４において、ＡＦＭＯＤＥが２の場合、ステップ６０３で取得した撮像信号ＡＦの評価値ＦＶが増加しているか（減少しているか）どうか判断する（ステップ６２１）。かかる判断は、撮像素子２４１の前回の読み出し結果との増減比較であり、本実施形態では説明を省略しているが、前回の評価値ＦＶを保持しているものとする。

評価値ＦＶが増加していない場合には、フォーカスレンズ２３１の駆動方向を逆に設定し（ステップ６２２）、評価値ＦＶのピークを通過した後の減少であるかどうかを判断する（ステップ６２３）。評価値ＦＶのピークを通過した後の減少であれば、ＡＦＭＯＤＥに３を代入し（ステップ６２４）、ステップ６４１に進む。評価値ＦＶのピークを通過した後の減少でなければ（即ち、ピークを通過していなければ）、そのままステップ６４１に進む。

ステップ６０４において、ＡＦＭＯＤＥが３の場合、撮像信号ＡＦの評価値ＦＶのピーク位置（合焦位置）にフォーカスレンズ２３１を駆動する（ステップ６３１）。次に、評価値ＦＶが評価値ＦＶのピーク位置でのレベルから変化したかどうかを判断すると共に、距離信号Ｄが合焦位置から変化したかどうか判断する（ステップ６３２）。変化した場合には、ＡＦＭＯＤＥに１を代入し（ステップ６３３）、ステップ６４１に進む（再起動）。変化していない場合は、そのままステップ６４１に進む。

なお、本実施例では、記録モードが、高解像度記録、低圧縮記録、ＨＤ記録などに設定されている場合および低解像度記録、高圧縮記録、ＳＤ記録などに設定されている場合について述べた。しかし、記録モードが静止画撮像に設定されている場合と動画撮像に設定されている場合に適用してもよいことは言うまでもない。

図７は、フォーカスレンズ２３１の位置と合焦度ＩＦＡ２との関係を示すグラフである。合焦度ＩＦＡ２は、距離信号Ｄと現在のフォーカスレンズ２３１の位置との差分である。実施例２では、図７に示すように、合焦度ＩＦＡ２を用いて焦点検出を制御する。

図８は、フォーカスレンズの位置（合焦点に対する位置）と焦点検出方式との関係を模式的に示す図である。撮像記録設定部１０８において、ＨＤ記録のような高解像度（又は低圧縮率）で記録を行うように記録モードの設定がなされた場合には、図８（ａ）に示すように、所定の合焦度までは直接焦点検出ＡＦを用いて合焦点を検出する。また、合焦点近傍では撮像信号ＡＦを用いて合焦点を検出する。なお、実施例２では、合焦度ＩＦＡ２が閾値ＴＨ２以下になるポイントＣＰ２を、所定の合焦度とする。

一方、撮像記録設定部１０８において、低解像度（又は高圧縮率）で記録を行うように記録モードの設定がなされた場合には、図８（ｂ）に示すように、まず、位相差検出器２３９にて検出された合焦点まで直接焦点検出ＡＦを用いる。そして、直接焦点検出ＡＦでの合焦後に、撮像信号ＡＦを用いて焦点検出を再度行う。

図８（ａ）の場合は、直接焦点検出ＡＦでの合焦位置ばらつきＥｒの範囲外で撮像信号ＡＦに切り換わるため、スムーズに合焦点まで動作する。一方、図８（ｂ）の場合は、直接焦点検出ＡＦで到達する位置が、直接焦点検出ＡＦの合焦位置ばらつきＥｒの範囲内のどこに止まるかわからない。しかし、撮像記録設定（記録モード）が低解像度（又は高圧縮率）であるため、この範囲のどこに止まっても問題にはならず、最終的な合焦までの速度を高めることを重視している。

次に、図９を参照して、フォーカス制御部２３３の処理（動作）について説明する。図９は、フォーカス制御部２３３の動作を説明するためのフローチャートである。なお、図９において、図６と同じ参照番号のステップは同じ動作であるため、説明を省略する。

図９を参照するに、ステップ６０１及びステップ６０２を経て、ＡＦ信号処理回路２３４から評価値ＦＶ信号を、位相差検出器２３９から距離信号Ｄを取得すると共に、合焦度ＩＦＡ２を算出する（ステップ７０１）。

ステップ６０４において、ＡＦＭＯＤＥが１の場合、ステップ６１１を経て、現在の記録モードの設定状態を判別する（ステップ７０２）。記録モードの設定モードが高解像度記録、低圧縮記録、ＨＤ記録などに設定されている場合には、ステップ７０１で算出した合焦度ＩＦＡ２のレベルを閾値ＴＨ２と比較する（ステップ７０３）。合焦度ＩＦＡ２のレベルが閾値ＴＨ２よりも大きい場合には、そのままステップ６４１に進む。合焦度ＩＦＡ２のレベルが閾値ＴＨ２よりも小さい場合には、合焦点の近傍に位置しているため、ＡＦＭＯＤＥに２を代入し（ステップ７０４）、ステップ６４１に進む。

一方、ステップ７０２において、記録モードの設定モードが低解像度記録、高圧縮記録、ＳＤ記録などに設定されている場合には、距離信号Ｄと現在のフォーカスレンズ２３１の位置との比較に基づいて、合焦状態を判断する（ステップ７０５）。合焦状態と判断した場合は、ステップ７０４に進み、非合焦状態と判断した場合は、そのままステップ６４１に進む。

図８及び図１０を参照して、実施例３について説明する。図１０は、フォーカス制御部２３３の動作を説明するためのフローチャートである。なお、図１０において、図６及び図９と同じ参照番号のステップは同じ動作であるため、説明を省略する。

図１０を参照するに、ステップ６１１を経て、現在の記録モードの設定状態を判別する（ステップ８０１）。実施例３では、記録モードが動画記録であるか静止画記録であるか判別し、動画記録である場合にはステップ７０３に進み、静止画記録である場合にはステップ７０５に進む。

動画記録では、合焦過程での品位も重要であるため、図８（ａ）に示すように、直接焦点検出での合焦位置ばらつきＥｒの外側である位置ＣＰ２において、直接焦点検出ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換える。これにより、ハンチング等のない滑らかなＡＦを実現することができる。

一方、静止画記録の場合は、最終的に合焦すればよい。換言すれば、合焦過程の動きが多少見苦しくても早く合焦することが優先されるため、図８（ｂ）に示すように、直接焦点検出でのばらつきＥｒの範囲の何処に止まるかわからず、動きが見苦しくなる可能性もある。しかし、静止画記録の場合は、高速に合焦させることを優先させる。

なお、実施例１乃至実施例３において、実施例１では合焦度ＩＦＡを、実施例２及び実施例３では合焦度ＩＦＡ２を用いて説明したが、実施例１に合焦度ＩＦＡ２を、実施例２や実施例３に合焦度ＩＦＭを用いてもよい。

また、本実施形態では、直接的に距離を測定する直接焦点検出ＡＦの一例として、外測の位相差検出を用いているが、これに限定するものではない。撮像光学系により形成された被写体の像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号の所定周波数成分に応じた信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点の検出する、例えば、ＴＴＬの位相差検出、被写体に投光した赤外線を受光することで、三角焦点検出の原理から被写体の距離を求める赤外ＡＦなどでもよい。

撮像装置２００は、記録モード（高解像度、低解像度、低圧縮率、高圧縮率、ＨＤ記録、ＳＤ記録等）に応じて、撮像信号ＡＦで合焦点を検出（決定）する方式と、直接焦点検出ＡＦで合焦点を検出する方式とを選択することができる。これにより、様々な記録モードに対して、十分に合焦精度を確保することができると共に、高速な焦点検出を実現することができる。

また、撮像装置２００は、記録モードに応じて（及び合焦度に応じて）、直接焦点検出ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換える方式と、直接焦点検出ＡＦのみで焦点を検出する方式とを選択することができる。これにより、様々な記録モードに対して、十分に合焦精度を確保することができると共に、高速な焦点検出を実現することができる。

更に、撮像装置２００は、記録モードに応じて（及び合焦度に応じて）、直接焦点検出ＡＦから撮像信号ＡＦに切り換える方式と、直接焦点検出ＡＦのみで合焦させた後に撮像信号ＡＦで更に合焦点を補正する方式とを選択することができる。これにより、様々な記録モードに対して、十分に合焦精度を確保することができると共に、高速な焦点検出を実現することができる。また、静止画記録では可能な限り高速に合焦させ、一方、動画記録では合焦過程の品位を保つことができ、滑らかなＡＦでの撮影を可能にする。

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、画像を撮像し記録を行うモードと、記録はせずにモニタに画像を表示するモードとで、ＡＦの方式を選択可能とするように構成しても良い。これにより、様々な記録モードに対して、十分に合焦精度を確保することができると共に、高速な焦点検出を実現することができる。

本発明の一側面としての焦点検出装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の一側面としての撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。 図２に示すＡＦ信号処理回路の具体的な構成を示す概略ブロック図である。 撮像信号の評価値及び合焦度と撮像条件との関係を示すグラフである。 フォーカスレンズの位置（合焦点に対する位置）と焦点検出方式との関係を模式的に示す図である。 図２に示すフォーカス制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 フォーカスレンズの位置と合焦度との関係を示すグラフである。 フォーカスレンズの位置（合焦点に対する位置）と焦点検出方式との関係を模式的に示す図である。 図２に示すフォーカス制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 図２に示すフォーカス制御部の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１００ 焦点検出装置
１０１ 直接焦点検出ユニット
１０２ 撮像信号検出ユニット
１０３ 山登り制御部
１０４ 生成手段
１０５ 選択手段
１０６ スイッチ
１０７ レンズ駆動系
１０８ 撮像記録設定部
２００ 撮像装置
２０１ レンズユニット
２１３ ズーム制御部
２３１ フォーカスレンズ
２３３ フォーカス制御部
２３４ ＡＦ信号処理回路
２４２ 撮像信号処理回路
２５１ 主制御部

Claims (13)

1. 被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号を用いて合焦点を検出する第１の焦点検出手段と、
   前記評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点を検出する第２の焦点検出手段と、
   少なくとも前記第２の焦点検出手段を用いて合焦点を検出するように制御する第１の制御と、前記第１の焦点検出手段および前記第２の焦点検出手段を用いて合焦点を検出するように制御する前記第１の制御とは異なる第２の制御とを、前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択する選択手段を有することを特徴とする焦点検出装置。
2. 被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号を用いて合焦点を検出する第１の焦点検出手段と、
   前記評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点を検出する第２の焦点検出手段と、
   前記撮像光学系の合焦の度合いを検出する合焦度検出手段と、
   前記第２の焦点検出手段により合焦点を検出するように制御する第１の制御と、前記合焦度検出手段により検出された合焦度合いに応じて、前記第１の焦点検出手段から前記第２の焦点検出手段に切り換えて合焦点を検出するように制御する第２の制御とを、前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択する選択手段とを有することを特徴とする焦点検出装置。
3. 被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号を用いて合焦点を検出する第１の焦点検出手段と、
   前記評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点を検出する第２の焦点検出手段と、
   前記撮像光学系の合焦の度合いを検出する合焦度検出手段と、
   前記第２の焦点検出手段により合焦点を検出し、前記撮像光学系を該合焦点に移動させた後、前記第１の焦点検出手段により前記合焦点の周辺において前記撮像光学系を駆動させて合焦点を検出するように制御する第１の制御と、前記合焦度検出手段により検出された合焦度合いに応じて、前記第２の焦点検出手段から前記第１の焦点検出手段に切り換えて合焦点を検出するように制御する第２の制御とを、前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択する選択手段を有することを特徴とする焦点検出装置。
4. 前記記録モードは、前記撮像手段で得る画像の解像度の設定値であって、前記選択手段は、前記記録モードが第１の解像度を有する場合には、前記第１の制御を選択し、前記記録モードが前記第１の解像度よりも高い第２の解像度を有する場合には、前記第２の制御を選択することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
5. 前記第２の解像度は、ハイビジョン規格であることを特徴とする請求項４に記載の焦点検出装置。
6. 前記記録モードは、前記撮像手段で得る画像の圧縮率の設定値であって、前記選択手段は、前記記録モードが第１の圧縮率を有する場合には、前記第１の制御を選択し、前記記録モードが前記第１の圧縮率よりも低い第２の圧縮率を有する場合には、前記第２の制御を選択することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 前記記録モードは、前記撮像手段で得る画像が静止画であるか動画であるかの設定であって、
   前記選択手段は、前記記録モードが静止画の場合には、前記第１の制御を選択し、前記記録モードが動画の場合には、前記第２の制御を選択することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
8. 前記合焦度検出手段は、前記撮像信号から得た信号に基づいて、前記撮像光学系の合焦点までの度合いを検出することを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
9. 前記合焦度検出手段は、前記第１の焦点検出手段の検出結果と前記撮像光学系のレンズ位置とに基づいて、前記撮像光学系の合焦点までの度合いを検出することを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか一項に記載の焦点検出装置。
10. 撮像光学系を介して被写体像を撮像する撮像装置であって、
    請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の焦点検出装置と、
    前記焦点検出装置の検出結果に基づいて、前記撮像光学系を構成するレンズを駆動する駆動手段とを有することを特徴とする撮像装置。
11. 被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号を用いて合焦点を検出する第１の焦点検出手段と、前記評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点を検出する第２の焦点検出手段とを有する焦点検出装置の焦点検出方法であって、
    少なくとも前記第２の焦点検出手段を用いて合焦点を検出する第１の検出ステップと、
    前記第１の焦点検出手段および前記第２の焦点検出手段を用いて合焦点を検出する前記第１の検出ステップとは異なる第２の検出ステップと、
    前記第１の検出ステップ又は前記第２の検出ステップを前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択する選択ステップとを有することを特徴とする焦点検出方法。
12. 被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号を用いて合焦点を検出する第１の焦点検出手段と、前記評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点を検出する第２の焦点検出手段とを有する焦点検出装置の焦点検出方法であって、
    前記第２の焦点検出手段により合焦点を検出する第１の検出ステップと、
    前記撮像光学系の合焦の度合いを検出し、前記検出された合焦度合いに応じて、前記第２の焦点検出手段による合焦点の検出から、前記第１の焦点検出手段による合焦点の検出に切り換えて合焦点を検出する第２の検出ステップと、
    前記第１の検出ステップ又は前記第２の検出ステップを前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択する選択ステップとを有することを特徴とする焦点検出方法。
13. 被写体像を撮像手段により光電変換して得られる撮像信号に基づいた撮像光学系の焦点状態を表す評価信号を用いて合焦点を検出する第１の焦点検出手段と、前記評価信号とは異なる検出信号に基づいて合焦点を検出する第２の焦点検出手段とを有する焦点検出装置の焦点検出方法であって、
    前記第２の焦点検出手段により合焦点を検出し、前記撮像光学系を前記合焦点に移動させた後、前記合焦点の周辺において前記前記第２の焦点検出手段により合焦点の検出を行う第１の検出ステップと、
    前記撮像光学系の合焦の度合いを検出する合焦度検出ステップと、
    前記検出された合焦度合いに応じて、前記第２の焦点検出手段による合焦点の検出から、前記第１の焦点検出手段による合焦点の検出に切り換えて合焦点を検出する第２の検出ステップと、
    前記第１の検出ステップ又は前記第２の検出ステップを前記撮像手段により得る画像の記録モードに応じて選択する選択ステップとを有することを特徴とする焦点検出方法。