JP3992992B2 - 被写体像取得装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体像取得装置に係り、特に被写体像の合焦状態を変化させ且つ被写体像に応じた被写体像情報から合焦状態の目安となる合焦評価値を求めつつ、前記合焦状態を連続的および間欠的の少なくとも一方にて変化させて複数の合焦評価値を得る合焦走査によって、合焦評価値が最も適正な値となる合焦点を探索してピント合わせを行なう被写体像取得装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディジタルカメラにおいては、撮影光学系のうちの合焦に寄与するフォーカスレンズ（フォーカシングレンズ）を駆動しながら、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等の撮像素子により画像情報を取込み、例えばその画像情報の高周波成分を合焦評価値、すなわち「ＡＦ（オートフォーカシング）評価値」としてフォーカス駆動範囲を走査し、前記ＡＦ評価値がピークとなる位置に前記フォーカスレンズを再設定することにより、自動合焦（ＡＦ）動作を行っているものが多い。通常この自動合焦（ＡＦ）方式をＣＣＤＡＦと称する。
図１０および図１１に、最も基本的なＣＣＤＡＦ動作を模式的に示す。このＣＣＤＡＦ動作においては、自動合焦のための合焦走査を開始しようとするその時点におけるフォーカスレンズ位置、すなわち初動位置、にかかわらず、まず走査開始点を無限遠端に移動させ、そこから最至近端までを走査して、ピーク位置を検出し、そのピーク位置に合焦させる。図１０および図１１中の曲線は、走査によって検出されるＡＦ評価値を縦軸にとって模式的に示している。なお、レンズ駆動系の構成によっては、ギヤのバックラッシュ等を除去するための動作が必要となるが、それは周知のしかも多種多様の技術に係るものであるので、以下の説明および関連する各図においては、バックラッシュ等を除去するための構成および動作についての説明は省略している。
【０００３】
図１０および図１１に示すように、自動合焦が指令されると、初動位置（すなわち、その時点でのフォーカスレンズ停止位置）Ｐｏから走査開始点である無限遠端、つまり無限遠合焦位置Ｐｉへフォーカスレンズがこの場合繰り込み方向へ一旦移動され、そこから最至近端、つまり最至近合焦位置Ｐｎまで繰り出し方向への合焦走査範囲全域の合焦走査が行なわれる。この全域走査によりＡＦ評価値のピーク位置を合焦点、つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出し、全域走査後にフォーカスレンズを前記繰り込み方向への戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。
図１０は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも無限遠寄りにある場合であり、図１１は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにある場合を示している。
【０００４】
図１０および図１１においては、走査開始点への移動動作および合焦点への戻し動作などの実際の合焦走査以外のレンズ駆動が比較的多く存在するため、無駄な時間を費やしている。例えば、図１１では、初動位置Ｐｏが最至近端Ｐｎに近いにもかかわらず、一旦、無限遠端Ｐｉまで戻すため、ほぼレンズ移動範囲全体を戻すことになる。
これに対して、図１２、図１３および図１４に示す方式は、フォーカスレンズを初動位置Ｐｏから、無限遠端および最至近端のうちの「近い方の端」まで一旦戻して、そこから走査するようにしたものである。すなわち、図１２〜図１４に示すように、自動合焦が指令されると、レンズ移動範囲両端の無限遠合焦位置Ｐｉおよび最至近合焦位置Ｐｎのうちの初動位置Ｐｏから近い方の一端を走査開始点として、当該位置へフォーカスレンズが一旦移動され、そこから他端まで合焦走査範囲全域の合焦走査が行なわれる。この全域走査によりＡＦ評価値のピーク位置を合焦点、つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出し、全域走査後にフォーカスレンズを戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。
【０００５】
図１２は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも無限遠寄りにある場合であり、図１３は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにある場合であり、そして図１４は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにあり、特に、図１４は、最終合焦位置Ｐｅが初動位置Ｐｏから前記近い方の一端までの間に存在する場合を示している。このような方式により、全域走査の走査開始までの時間を短縮することができる。
但し、この図１２〜図１４の方式では、初動位置Ｐｏによって走査方向が変化するため、ＡＦ評価値に「走査方向依存性」がある場合には、その分の補正が必要である。現実に、上述したようなバックラッシュや、フォーカスレンズの移動方向の違いによる機械的時定数等の相違に起因して、ＡＦ評価値には走査方向依存性があるのが普通であるので、試作段階においてデータを取得して適正な走査方向依存性補正を施す必要がある。
【０００６】
さらに、自動合焦動作を高速化しようとする場合には、合焦走査時間の短縮が重要な項目となる。すなわち、図１０および図１１、並びに図１２〜図１４において、自動合焦時間の大半を実際に占めているのは、初動位置Ｐｏから走査開始点までの移動動作や全域走査後の最終合焦位置Ｐｅへの戻し動作ではなく、全域操作時間、すなわち合焦走査範囲の全域を走査するのに要する時間、である。
走査によって取得すべきデータの数は、フォーカスレンズや撮像素子としてのＣＣＤの性能によって決定されるが、通常の場合は、フォーカスレンズを駆動するフォーカスモータがパルスモータであれば、該フォーカスモータの２〜４パルスに１つ程度のデータが必要になる。撮像素子等の画像情報取得周期は、通常１／３０秒程度であるので、フォーカスモータの１パルスあたり、１／６０〜１／１２０秒程度の時間を要するような駆動が要求される。すなわち、フォーカスモータパルスレートとしては、６０〜１２０ｐｐｓで駆動させながら、データを取得することになる。
一方、走査開始点への移動動作や、合焦点への戻し動作は、作動機構における機械的な制約のみで決定されるため、通常は５００〜１０００ｐｐｓのパルスレートで駆動される。すなわち、同一のパルス数を移動するとしても、両者の間には４〜１７倍もの時間の差があることになる。よって、自動合焦動作に要する自動合焦時間の短縮には、走査すべき範囲を狭くすることの方が効果的である。
【０００７】
図１５、図１６および図１７は、上述した状況を考慮した従来の他の自動合焦方式を示しており、合焦走査において「ＡＦ評価値のピークを検出した場合は、そこで走査を中断し、そのピーク位置へレンズを移動させる」というシーケンスを用いて高速化する方式である。この方式においては、「何をもってピークを判断するか？」ということが非常に重要である。すなわち、実際の被写体としては、いくつかの遠近の被写体が混在し得るため、ＡＦ評価値にも複数のピークが発生することが少なくない。このように、ＡＦ評価値に複数のピークが発生している場合に、撮影者の意図したピークに適切に合焦させるためには、ピークにおけるＡＦ評価値の絶対値や他のＡＦ評価値（周辺のＡＦ評価値、他のピーク状部分のＡＦ評価値など）に対する相対値、さらには、ピーク前後でのＡＦ評価値の傾斜の程度等を厳密に判断して、ピークを検出することになる。
【０００８】
そのため、図１５〜図１７に示すように、走査過程においてピークらしき部分を通過した後も、しばらく、すなわちある程度の範囲、は、走査を継続してから判断することになる。すなわち、図１５〜図１７のように、自動合焦が指令されると、レンズ移動範囲両端の無限遠合焦位置Ｐｉおよび最至近合焦位置Ｐｎのうちの初動位置Ｐｏから近い方の一端を走査開始点として、当該位置へフォーカスレンズが一旦移動され、そこから他端へ向かって合焦走査が行なわれる。この合焦走査の過程でＡＦ評価値のピークが検出されるとその後もある程度の範囲は走査を継続しつつ先のピークを判定し、その判定に基づいてＡＦ評価値のピーク位置を合焦点、つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出して走査を停止し、フォーカスレンズを戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。図１５は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも無限遠寄りにある場合であり、図１６は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにある場合であり、そして図１７は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにあり、最終合焦位置Ｐｅが初動位置Ｐｏから前記近い方の一端までの間に存在する場合を示している。
【０００９】
このような方式においては、通常の場合、合焦ミスを最低限とするために、ピーク判定の基準をかなり厳しく設定しておき、曖昧な場合には全域走査となるようにする場合が多い。とはいえ、ピークが検出された場合には、図１４の場合に対応する図１７のように、走査範囲を格段に狭くすることができるため、走査時間が激減し、自動合焦動作の高速化を図ることができる。
上述したような「逆方向走査」および「ピーク検出で走査中断」以外の高速化手法としては、特開平５−２４１０６６号公報に示されるように「初動位置からいきなり走査を開始する」という方式が考えられる。すなわち、特開平５−２４１０６６号公報には、自動合焦の高速化のために、合焦走査を初動位置から近い方の端の方向に向けて開始し、初動位置から近い方の端までの間でピークが検出されない場合には、前記初動位置に戻して、今度は遠い方の端に向けて再び合焦走査を実施することが示されている。その具体的な挙動を図１８、図１９および図２０に示している。
【００１０】
すなわち、図１８〜図２０に示すように、自動合焦が指令されると、初動位置Ｐｏを走査開始点として、レンズ移動範囲両端の無限遠合焦位置Ｐｉおよび最至近合焦位置Ｐｎのうちの初動位置Ｐｏから近い方の一端まで第１回目の合焦走査（図示「走査１」）が行なわれ、さらに、元の初動位置Ｐｏへフォーカスレンズが一旦移動され、その初動位置Ｐｏから他端まで第２回目の合焦走査（図示「走査２」）が行なわれる。この走査によりＡＦ評価値のピーク位置を合焦点つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出し、全域走査後にフォーカスレンズを戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。
図１８は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも無限遠寄りにある場合であり、図１９は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにある場合であり、そして図２０は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにあり、且つ最終合焦位置Ｐｅが初動位置Ｐｏから前記近い方の一端までの間に存在する場合を示している。
【００１１】
図２０の場合には、自動合焦が指令され、初動位置Ｐｏを走査開始点として、レンズ移動範囲両端のうちの初動位置Ｐｏから近い方の一端まで第１回目の合焦走査（走査１）が行なわれた時点で、この走査によりＡＦ評価値のピークを検出すると、初動位置Ｐｏから他端までの第２回目の合焦走査（走査２）を行なうことなく、そのピーク位置を合焦点、つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出し、フォーカスレンズを戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。
この特開平５−２４１０６６号公報の方式により、走査開始点への移動動作が排除されるため、その分だけ自動合焦の高速化を図ることができる。図１８〜図２０に示す特開平５−２４１０６６号公報の方式は、図１２〜図１４の方式に適用しているため、「ピーク検出での走査中断」動作は考慮していないが、当然、「ピーク検出での走査中断」動作を組み合わせることも可能であり、そうすれば更に動作が高速化される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、上述した特開平５−２４１０６６号公報に基づく図１８〜図２０における「初動位置から走査を開始する」動作には、幾つかの問題点がある。すなわち、この方式では、特に、図１８および図１９に示すように、初動位置Ｐｏから一端まで合焦走査を行なってから、フォーカスレンズを元の初動位置Ｐｏに戻し、初動位置Ｐｏから他端までの合焦走査を行なうことになり、合焦走査の一部が不連続となってしまう。この「走査の一部が不連続となることが、性能的に悪影響しないか？」という点がこの方式の問題点である。現実に、走査不連続点では、ＡＦ評価値の取得時刻にずれがあるため、ＡＦ評価値自体も不連続となる懸念が生じるし、その上、走査不連続点では走査方向も異なるため、走査方向依存性がＡＦ評価値に何らかの悪影響を及ぼす危険もある。すなわち、図２１に示すように、ピーク位置Ｐｅと走査不連続点とがほぼ重なる場合には、ピーク検出精度が低下するおそれがある。しかも、更に重大なことに、走査不連続点と初動位置だけでなく、さらに初動位置は多くの場合前回合焦位置とも一致することから、同一被写体の連続撮影を考えた場合に、最も合焦点が存在する可能性が高い部分において、走査の不連続が生じ、ピーク検出精度が多少低下してしまうという事実である。
【００１３】
さらには、同一被写体の連続撮影を考えて初動位置Ｐｏ付近に合焦点のある確率が高いことを考慮すると、この付近にある合焦点を、第１回目の走査（図１８〜図２０に示す走査１）で検出することができれば、高い確率で第２回目の走査（図１８〜図２０に示す走査２）を行なわずに済むのに対して、初動位置Ｐｏから走査を開始すると、図２２に示すように、走査方向とは逆方向にわずかにずれた被写体に対しては、どうしても第２回目の合焦走査（走査２）の範囲になってしまう。このような観点からも特開平５−２４１０６６号公報に示された技術は一考の余地がある。
また、特開平５−２４１０６６号公報の技術においては、初動位置Ｐｏが端点に近い場合にも、好ましくない状況が発生する。すなわち、図２３に示すように、第１回目の合焦走査（走査１）が非常に短くなってしまい、そのため、この範囲にピークらしきものがあっても、これをピークと断定するのは困難となる。すると、必然的に第２回目の合焦走査（走査２）へ移行することになり、自動合焦の高速化の効果が失効してしまい、走査不連続点の存在に起因する合焦精度の低下の懸念だけが残ることになる。すなわち、デメリットのみが残ってしまう状況が存在するわけである。
【００１４】
したがって、上述を考慮すると、典型的には、次の２つの点が解決すべき課題として要求されている。
（１）同一の被写体の連続撮影時において、合焦精度を確保するとともに、より一層の高速化を図ること。すなわち、初動位置Ｐｏ近傍が走査不連続点とならないようにして、初動位置Ｐｏ近傍での合焦精度を確保するとともに、当該初動位置Ｐｏ近傍に存在する可能性が高い合焦点を、洩らすことなく、第１回目の合焦走査（走査１）にて検出可能にする。
（２）無限遠近傍または最至近近傍の撮影後の走査シーケンスの適正化を図り、より一層高い合焦精度を維持するようにすること。すなわち、第１回目の合焦走査（走査１）として、ピークを認識するために充分な長さを確保することができない場合には、自動合焦を有効に高速化することが困難となり、合焦精度の低下の可能性のみが残る。よって、自動合焦の走査シーケンスの上で、このような状況を避けるような構成とする。
【００１５】
すなわち、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、合焦走査に関連する動作を適正化して無駄な動作を抑制し、特に、被写体が同一の被写体で且つほぼ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上し得る被写体像取得装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、上述した目的を達成するために、被写体像を所定の結像面上に結像させるための撮影光学系と、
前記被写体像を映像信号に変換するための撮像手段と、
前記撮影光学系または前記撮像手段を光軸方向に移動させて前記撮像手段上の被写体像の合焦状態を変化させるフォーカス作動手段と、
前記撮像手段によって得られる前記映像信号から合焦評価値を求める合焦評価値検出手段と、
合焦動作完了時の合焦評価値を記憶する合焦完了評価値記憶手段と、を備え、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を、
初動位置から所定の方向に第１の所定量だけ離れた走査開始位置へ移動させた後、
前記走査開始位置から前記所定の方向とは逆の方向に向かって移動させ、
当該移動中に前記合焦評価値検出手段が、合焦評価値が適正な値となる合焦位置を探索し、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を前記合焦位置へ移動させる被写体像取得装置であって、
前記合焦完了評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作完了時の合焦評価値と、当該合焦動作開始前の合焦評価値とを比較し、
これらがほぼ同一の場合には前記第１の所定量を第２の所定量に設定し、
これらが異なる場合には前記第１の所定量をゼロもしくは前記第２の所定量より大きい値に設定する
ことを特徴としている。
【００２４】
請求項２に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、前記所定の方向を、当該走査範囲の両側の端点のうちの前記初動位置から遠い側の端点へ向かう方向とすることを特徴としている。
【００２５】
請求項３に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、カメラであることを特徴としている。
請求項４に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、画像入力装置であることを特徴としている。
請求項５に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、光学的観察装置であることを特徴としている。
請求項６に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、顕微鏡であることを特徴としている。
請求項７に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、望遠鏡であることを特徴としている。
請求項８に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項または２に記載の被写体像取得装置が、複写機であることを特徴としている。
【００３８】
【作用】
すなわち、本発明に係る被写体像取得装置は、被写体像を所定の結像面上に結像させるための撮影光学系と、
前記被写体像を映像信号に変換するための撮像手段と、
前記撮影光学系または前記撮像手段を光軸方向に移動させて前記撮像手段上の被写体像の合焦状態を変化させるフォーカス作動手段と、
前記撮像手段によって得られる前記映像信号から合焦評価値を求める合焦評価値検出手段と、
合焦動作完了時の合焦評価値を記憶する合焦完了評価値記憶手段と、を備え、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を、
初動位置から所定の方向に第１の所定量だけ離れた走査開始位置へ移動させた後、
前記走査開始位置から前記所定の方向とは逆の方向に向かって移動させ、
当該移動中に前記合焦評価値検出手段が、合焦評価値が適正な値となる合焦位置を探索し、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を前記合焦位置へ移動させる被写体像取得装置であって、
前記合焦完了評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作完了時の合焦評価値と、当該合焦動作開始前の合焦評価値とを比較し、
これらがほぼ同一の場合には前記第１の所定量を第２の所定量に設定し、
これらが異なる場合には前記第１の所定量をゼロもしくは前記第２の所定量より大きい値に設定するように構成する。
このような構成により、合焦走査に関連する動作を適正化して無駄な動作を抑制し、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上することができる。
【００４３】
本発明に係る被写体像取得装置は、前記所定の方向を、当該走査範囲の両側の端点のうちの前記初動位置から遠い側の端点へ向かう方向とする。
このような構成により、特に、合焦走査の効率を一層向上することができる。
【００４４】
本発明に係る被写体像取得装置は、カメラである。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得るカメラを提供することができる。
【００４５】
本発明に係る被写体像取得装置は、画像入力装置である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る画像入力装置を提供することができる。
【００４６】
本発明に係る被写体像取得装置は、光学的観察装置である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る光学的観察装置を提供することができる。
【００４７】
本発明に係る被写体像取得装置は、顕微鏡である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る顕微鏡を提供することができる。
【００４８】
本発明に係る被写体像取得装置は、望遠鏡である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る望遠鏡を提供することができる。
【００４９】
本発明に係る被写体像取得装置は、複写機である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る複写機を提供することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係るカメラ、被写体像取得装置、自動合焦システムおよび自動合焦方法について詳細に説明する。
図１〜図９は、本発明の実施の形態に係るディジタルカメラの構成および動作を説明するための図である。図１は、本発明の一つの実施の形態に係るディジタルカメラの要部の構成を示す模式的なブロック図、図２〜図７は、当該ディジタルカメラの自動合焦動作における合焦走査を説明するための図、そして図８および図９は、当該カメラの自動合焦動作の概略を説明するためのフローチャートである。
図１に示すカメラは、光学系１、シャッタ／絞り部２、フォーカス駆動系３、ズーム駆動系４、シャッタ／絞り駆動系５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６、撮像素子７、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器８、画像処理部９、システムコントローラ１０、メモリ群１１、表示部１２、半押し検出部１３、全押し検出部１４、受光部１５、ストロボ発光部１６、ストロボ制御部１７、カメラ操作部１８およびレリーズ押圧部Ｂを具備している。
図１において、被写体光は、撮影光学系である光学系１に入射される。光学系１は、光軸方向に沿う進退移動により被写体像のピント合わせ、つまり合焦動作のための焦点調節を行なうフォーカスレンズ（フォーカシングレンズ群）１ａと、光軸方向に沿う進退により光学系１の焦点距離を調節して被写体像の拡大／縮小を行なうズームレンズ（ズーミングレンズ群）１ｂと、フォーカスレンズ１ａおよびズームレンズ１ｂと共に被写体像を結像させる対物レンズ１ｃとを備えている。フォーカスレンズ１ａとズームレンズ１ｂとの間には、シャッタ／絞り部２が配置され、このシャッタ／絞り部２により、フォーカスレンズ１ａに入射する光量が制限される。フォーカスレンズ１ａは、フォーカス作動手段としてのフォーカス駆動系３により、ズームレンズ１ｂは、ズーム駆動系４により、そしてシャッタ／絞り部２は、シャッタ／絞り駆動系５によりそれぞれ駆動される。
光学系１を通過した被写体光は、光の高周波成分を除去するローパスフィルタ６を介して、撮像手段としての撮像素子７に入射する。撮像素子７は、複数の光電変換画素を２次元マトリクス状に配列した撮像面を有し、前記撮像面に被写体光に基づいて入射結像される被写体像を電気信号からなる画像データに変換して出力する。
【００６１】
上述したフォーカスレンズ１ａ、ズームレンズ１ｂおよび対物レンズ１ｃからなる光学系１と、シャッタ／絞り部２と、ローパスフィルタ６と、撮像素子７とで、鏡胴ユニットＵを構成している。
撮像素子７から出力された画像データは、Ａ／Ｄ変換器８によりディジタル値に変換された後、画像処理部９に与えられる。画像処理部９は、与えられた画像データに対して圧縮／伸長処理および解像度の変更等のような所要の画像処理を施す。
【００６２】
システムコントローラ１０は、当該ディジタルカメラ全体の制御を行なうものであり、所定のプログラムに従って各種演算処理を行なうマイクロプロセッサ等を用いて構成したＣＰＵ（中央処理ユニット）、ＣＰＵの処理プログラム等を格納した読出し専用の半導体メモリ等からなるＲＯＭ（リードオンリメモリ）、およびＣＰＵにおける各種処理の過程で利用するワークエリアや各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する書込み／読出し自在の半導体メモリ等からなるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などを有している。また、システムコントローラ１０には、先に述べたフォーカス駆動系３、ズーム駆動系４およびシャッタ／絞り駆動系５と、画像処理部９で得られる画像データを格納するためのメモリ等を含むメモリ群１１と、前記画像データを表示する液晶ディスプレイ等のモニタ、撮影等に係る各種情報を表示する表示液晶ディスプレイ（表示ＬＣＤ）および自動合焦による焦点調整結果を報知するＡＦ発光ダイオード（ＡＦＬＥＤ）などを含む表示部１２とが接続されている。システムコントローラ１０は、これら接続された各部を制御する。
【００６３】
また、このディジタルカメラには、２段操作のレリーズボタン等のレリーズ押圧部Ｂが設けられ、撮影者がレリーズ押圧部Ｂの１段目操作、つまり半押し操作により、自動合焦（オートフォーカシング）等の被写体像調整の指示を与え、さらにレリーズ押圧部Ｂの２段目操作、つまり全押し操作により被写体像撮像の指示を与えるようにしている。すなわち、このディジタルカメラは、レリーズ押圧部Ｂの半押し操作を検出する半押し検出部１３、およびレリーズ押圧部Ｂの全押し操作を検出する全押し検出部１４を備えており、これら半押し検出部１３および全押し検出部１４は、システムコントローラ１０に接続されている。
さらに、このディジタルカメラは、被写体輝度を計測する受光部１５、被写体に照明光を照射するストロボ発光部１６、および受光部１５で計測される被写体輝度に基づいてストロボ発光部１６の発光制御を行なうストロボ制御部１７を備えており、ストロボ制御部１７は、システムコントローラ１０からのストロボ発光についての制御指示に基づいてストロボの発光制御を行なう。また、当該ディジタルカメラには、ストロボモードを設定するストロボモードスイッチ等のように撮影者の操作により撮影動作を設定するためのカメラ操作部１８が設けられており、システムコントローラ１０は、カメラ操作部１８の操作に基づいて撮影動作に関する種々の設定を行なう。
【００６４】
図１に示したディジタルカメラは、基本的な構成自体には特別な構成はなく、従来の一般に市販されているディジタルカメラと同等である。本願発明に係る自動合焦機能は、レリーズ押圧部Ｂの半押し動作を半押し検出部１３が検出すると、システムコントローラ１０がそれに応答し、光学系１のフォーカスレンズ１ａをフォーカス駆動系３を介して、連続的に、または間欠的に、あるいは両者を適宜組み合わせて駆動しつつ、Ａ／Ｄ変換器８および画像処理部９を介して得られる撮像素子７で取得された画像データに基づいてＡＦ評価値を求めて合焦走査を実行することによって行なわれる。
【００６５】
なお、システムコントローラ１０は、撮像素子７によって得られる画像データから合焦状態の目安となる合焦評価値を求める合焦評価値検出手段、およびフォーカス駆動系３を介してフォーカスレンズ１ａを駆動させながら前記合焦評価値検出手段を作動させて複数の合焦評価値を得る走査により、合焦評価値が最も適正な値となる合焦点を探索し、フォーカスレンズ１ａを前記合焦点に駆動させてピント合わせを行なう合焦制御手段、そして前記合焦制御手段において、フォーカスレンズ１ａの初動位置から所定の方向に第１の所定量だけ移動させた点から、前記所定の方向とは逆の方向に向かって走査を開始するように、前記走査の走査開始点および走査方向を設定する第１の走査制御手段、フォーカスレンズ１ａの初動位置から、当該走査範囲の両側の端点のうちの、前記初動位置に近い側の端点までの距離が第２の所定量よりも小さい場合に、前記近い側の端点へ移動させた後に、該端点から他の端点へ向かって走査を開始するように、前記走査の走査開始点および走査方向を設定する第２の走査制御手段、次に行われる合焦動作が電源投入後の１回目の合焦動作か、２回目以降の合焦動作かを判別する動作回数判別手段、前記合焦動作において、合焦点が検出されたか否かを示す動作結果を記憶する動作結果記憶手段、前記合焦動作における最終的な合焦評価値を記憶する評価値記憶手段、装置電源投入状態において常時継続的に合焦評価値を取得し且つ記憶する継続評価値記憶手段、前記第１の所定量および前記第２の所定量のうちの少なくとも一方を、前記動作回数判別手段の判別結果に応じて可変制御する第３の走査制御手段、前記第１の所定量および前記第２の所定量のうちの少なくとも一方を、前記動作結果記憶手段に記憶されている前回の合焦動作時における動作結果に基づいて可変制御する第４の走査制御手段、前記第１の所定量を、前記評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作時における最終的な合焦評価値と当該合焦動作開始時における合焦評価値との比較結果に応じて可変制御する第５の走査制御手段、前記第１の所定量を、前記継続評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作終了時から当該合焦動作開始時に至るまでの合焦評価値の時系列的な変化状況に応じて可変制御する第６の走査制御手段、および前記第１の所定量および前記第２の所定量のうちの少なくとも一方を、光学系１の焦点距離情報に応じて可変制御する第７の走査制御手段等の各機能を有している。
【００６６】
次に、従来、対応が要求されていた課題に対するこの実施の形態における対応策について、図２〜図７に示す自動合焦動作を示す模式図を参照して説明する。
まず、課題（１）の回避方法であるが、この実施の形態においては、図２〜図７に示すように、走査開始点Ｐｓを、開始しようとする合焦走査の走査方向とは逆方向に初動位置Ｐｏからずらしてスタート位置を補正し、第１回目の走査（走査１）で初動位置Ｐｏを通過するようにする。このようにすることにより、図５および図６に示すように、初動位置Ｐｏが合焦位置Ｐｅにほぼ一致していても、初動位置Ｐｏ付近での走査は常に連続となり、この近傍における合焦精度を低下させることがなくなる。その上、直前の合焦位置とは微妙に被写体距離が変化した場合にも、第１回目の合焦走査（走査１）の範囲内で検出することが可能となり、同一被写体に対する連続撮影時における画期的な自動合焦の高速化を図ることができる（図５および図６を参照）。このスタート位置補正のためのずらし量（Ｐｏ→Ｐｓ）が第１の所定量であり、以下の説明においては、これを「フォーカス戻し量Ｆｒ」と称する。
【００６７】
フォーカス戻し量Ｆｒを大きくするほど、第１回目の合焦走査（走査１）で初動位置近傍に位置する合焦点を検出することができる可能性は高くなるが、その分だけ、フォーカス戻し量Ｆｒについての戻し時間が大きくなり、自動合焦の高速化には逆行するので、適切な戻し量を設定することが重要である。このようなフォーカス戻し量の設定については、後述する。
次に、第１回目の合焦走査（走査１）の走査方向について、常に一定方向に走査する方式と、条件によって至近方向と無限遠方向との走査を使い分ける方式とが考えられる。特に、ＡＦ評価値の走査方向依存性が顕著で、容易に補正できないレベルである場合には、走査方向を１方向に規定せざるをえなくなる。逆に、ＡＦ評価値の走査方向依存性が容易に補正できる場合は、図１８〜図２３の特開平５−２４１０６６号公報の場合とほぼ同様に第１回目の合焦走査（走査１）を近い方の端部へ向かう走査とするようにフォーカス戻しによるスタート位置補正の方向を設定すると、第１回目の合焦走査（走査１）後に第２回目の合焦走査（走査２）の開始点までの戻し量が少なくて済むため、自動合焦動作の高速化の点では、若干有利になると考えられる。
【００６８】
さらに、第１回目の合焦走査（走査１）の終了後に、該第１回目の合焦走査（走査１）の範囲内においてピーク判定して、ピークが検出された場合には第２回目の合焦走査を省略する方式を前提とした場合には、近い方の端点方向へ第１回目の合焦走査（走査１）を開始した方が、全走査に対する第１回目の合焦走査（走査１）の割合が小さくなり、第１回目の合焦走査（走査１）の範囲内に合焦点があった場合の自動合焦の高速化に寄与する。
そして、課題（２）についての対策としては、単純に「第１回目の走査と第２の回目の走査に分けるメリットがないと予測される場合には、走査開始点を一方の端点まで移動させて他方の端点へ向けて走査を開始する」ということになる。具体的には、初動位置Ｐｏから近い方の端点までの距離（Ｆｓ）が第２の所定量としての所定値（Ｆｓ１）よりも小さい場合には、全フォーカス範囲の途中からの走査をせずに、図７に示すように、素直にその近い方の端点まで移動させた後に、遠い方の端点に向かって走査を開始させるようなシーケンスを用いる。
【００６９】
このようにすることにより、不連続な分割走査による高速化のメリットがないと予想される状況のもとでは、より確実な全域連続走査を実施することになり、合焦精度を犠牲にする状況の発生を低減させることができる。
次に、上述の第１の所定量であるフォーカス戻し量（Ｆｒ）の設定について説明する。既に説明したように、フォーカス戻しによるスタート位置補正によって初動位置近傍を走査する本方式においては、同一被写体の連続撮影時にその威力を発揮する。逆に言えば、電源オン直後の１ショット目（厳密には、最初の撮影動作ではなく、合焦動作として初めてかどうか）では、あまり意味がないことになるので、シーケンスを変えた方が賢明である場合が発生する。すなわち、電源オンの直後は、通常は、「常焦点（パンフォーカス〜一般的に撮影される被写体の多くが存在する被写体距離であり、通常は、なるべく絞りを絞り込んで被写界深度が広くなるようにして被写体の多くが被写界深度内となるようにする）」位置にフォーカス駆動されるが、この状態で、レリーズ操作によって、この常焦点位置近傍を最初に走査しても、合焦点が存在する可能性は高くない。
【００７０】
このような場合の対応策として幾つかの処置が考えられる。まずは、電源オン後の１ショット目は素直に、走査範囲のいずれか一方の端点から走査を開始するという方法であり、これは、１ショット目においては、上述した第２の所定量である所定値Ｆｓ１の値を大きくすることにより、実現される。もう一つは、電源オン後の１ショット目であっても、やはり被写体が存在する確率が高いのは常焦点位置の周辺であろうという予測のもとに、２ショット目以降よりはフォーカス戻し量Ｆｒ（第１の所定量）を大きめに設定するという方法である。前者は、撮影可能な最至近距離が長めのカメラ（例えば、撮影可能距離８０ｃｍ〜∞）において有効であるが、撮影可能な最至近距離が短めのカメラ（例えば、撮影可能距離３０ｃｍ〜∞）では、後者が有効となる。なぜならば、仮に３０ｃｍまで撮影可能であっても、実際に３０ｃｍ近辺で撮影する状況は、一般の撮影者にとっては、極めてまれであり、したがって、至近端からの走査ではなく、常焦点位置から特定のフォーカス量を戻した点のような特定の距離位置から走査する方が、自動合焦が短時間で終了する可能性が高くなるからである。
これらの方法によって、電源オン後の１ショット目においてもより適切なＡＦ動作を実施することが可能となる。
【００７１】
同様にして、２ショット目以降であっても、前回の合焦結果があまり信用できない場合や、明らかに被写体が変化または大きく移動している場合などにおいても、フォーカス戻し量Ｆｒおよび端点から走査を開始させるかどうかの判定値Ｆｓ１の少なくともいずれかを適切に設定し直した方が、自動合焦の一層の高速化、および高精度化を図ることができるはずである。
すなわち、まず、「前回の合焦結果が合焦失敗（ＡＦＮＧ）」であった場合について考える。合焦走査の結果、ピークが見つからなかった場合には、やむを得ず常焦点位置にフォーカス駆動するのが一般的であるが、この場合にも上述した場合と同様に、この点周辺に被写体が存在する確率は高くない。したがって、素直に端点からの合焦走査とするか、またはフォーカス戻し量を大きめに設定することが望ましい。これによって、前回に合焦失敗であった後においても、一層適切な合焦動作を実施することができるはずである。
【００７２】
次に、もっと積極的に「同一被写体の連続撮影かどうか」を判断して、その結果に応じて、フォーカス戻し量（Ｆｒ）を設定するという手法が考えられる。例えば、前回の合焦完了時のＡＦ評価値を記憶しておいて、今回のＡＦ動作前のＡＦ評価値と比較して、これらがほぼ同一であるならば、被写体が変化していないと判断し、フォーカス戻し量を比較的小さい値にすることにより初動位置のごく近傍を最初に走査するようにすることができる。逆に、ＡＦ評価値が全く異なる場合は、その近傍に合焦点がある可能性は低いので、フォーカス戻し量を「０」とすると効率的である。この場合、上述した「初回の自動合焦」や「前回の合焦失敗」の場合と同様に、逆にフォーカス戻し量を（０とする代わりに）大きめに設定することも、場合によっては有効である。
【００７３】
さらに高度な手法として、前回の合焦後から継続的にＡＦ評価値を取込むようにして、途中で１回でも大きな変化があった場合には、被写体が変化したと判断するようなこともできる。いずれの場合も、ＡＦ評価値の相違の程度および変化の度合いによって、被写体の変化の程度を段階的に判断し、それによってフォーカス戻し量の値を、細かく設定することも可能であり、このような制御により、それぞれの状況に応じて、精度および速度の面で常に最適な自動合焦動作を実施させることができる。なお、「被写体が変化していないと判断される場合は自動合焦動作を実施しない」という手法も、高速化においては有効な方法であるが、どうしても、微妙なピントのずれが発生する懸念があり、合焦精度を保つという観点では、本実施の形態のように狭い範囲であっても走査を実施し、合焦点を探る方が好ましい場合が多いと思われる。
【００７４】
そして、ズーム位置によって、上述した２つの所定量を示す数値ＦｒおよびＦｓ１の少なくとも一方を微調整することも有意義である。すなわち、通常、ワイド（Ｗｉｄｅ：広角〜単焦点）とテレ（Ｔｅｌｅ：望遠〜長焦点）では、ワイドの方がフォーカス駆動範囲が狭くなるため、合焦走査時間としては短くなる。したがって、ワイド状態においては、合焦動作の高速化を最重点で考える必要が薄いので、より精度重視に数値を変更する。例えば、ワイドの時は、極力走査不連続点が発生しないように、数値Ｆｓ１の値を大き目にとって、多くの場合で端点からの走査開始となるように設定することが好ましい。このようにすることにより、ズーム点に応じて、精度と速度の釣り合いが取れた自動合焦動作を実現することができる。なお、ズーム情報検出手段つまり光学系の焦点距離情報を検出出力する焦点距離出力手段としては、光学系１に関連して配設した抵抗板等を用いて各ズーム点での出力値を検出する手段でもよく、ズーム域のうちの１点の基準点のみを機械的に検出し、それ以外はモータパルスをカウントすることによって相対的にズーム情報を検出するような手段であっても構わない。
【００７５】
次に、上述した実施の形態における具体的な処理の一例を図８および図９に示すフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示す制御処理は、主としてシステムコントローラ１０において行なわれる。ちなみに、このフローチャートにおいては、被写体の変化を前回のＡＦ評価値との比較により判別する手法と、ズーム位置検出情報を用いて上述した２つの所定量を示す数値ＦｒおよびＦｓ１の少なくとも一方を制御する手法については、反映させていない。
まず、図８および図９に示すように、カメラの電源がオンとなると（ステップ＃１）、合焦動作回数の初期化およびフォーカスレンズ１ａの常焦点位置Ｐｊへの移動等の初期設定がなされ（ステップ＃２、ステップ＃３）、レリーズ押圧部Ｂが半押しされるのを待つ（ステップ＃５）。このステップ＃３とステップ＃５との間にＡＦ評価値を継続的に取得し（ステップ＃４）、後にフォーカス戻し量設定時に「被写体が変化したかどうか？」の判定（ステップ＃９、ステップ＃１０）の材料として用いられる。この時点で、合焦動作が未実施（Ｎｔ＝０）である場合には、この継続的ＡＦ評価値は必要ないので、合焦動作回数Ｎｔの値に応じて、ステップ＃４でＡＦ評価値を取得するか否かを判断するようにしてもよいが、制御の流れが煩雑になること、不要の情報を取得しても特に問題はないことから、常に取得するようなシーケンスとしている。
【００７６】
レリーズ押圧部Ｂの半押しが半押し検出部１３により検出されると（ステップ＃５）、引き続き撮影準備動作に移行する。まず、合焦動作が１回目か？（ステップ＃６）、もしくは前回の合焦動作が合焦失敗（ＡＦＮＧ）で終了しているか？（ステップ＃７）を判別し、合焦動作が１回目もしくは前回が合焦失敗であった場合には、フォーカス戻し量として値Ｆｒ１を選択する（ステップ＃８）。この値Ｆｒ１（電源オン直後に合焦失敗の後（常焦点位置）におけるフォーカス戻し量（Ｐｏ〜Ｐｓ））は比較的大きい数値であり、その後の合焦動作で、まず常焦点中心の広いエリアを走査するような設定である。合焦動作時間優先という見地において、Ｆｒ１の値を、比較的大きい数値ではなく、「０」に設定することもカメラの構成によってはあり得る。
【００７７】
さらに、ステップ＃９およびステップ＃１０においては、前回の合焦動作時から、被写体が変化しているか否かを、３段階に判別し、Ｆｒの値をそれぞれで設定する。すなわち、完全に被写体が変化していると判断される場合には、初動位置から戻して走査を実施するメリットが少ないため、値Ｆｒ＝０に設定し（ステップ＃１１）、逆に、ほぼ同一条件での連続撮影だと判断される場合には、Ｆｒを比較的小さいＦｒ３（前回撮影と同一シーンであると思われる場合のフォーカス戻し量）という値に設定する（ステップ＃１３）。これらの中間的な場合、すなわち概ね被写体は変化していないと判断される場合、には、Ｆｒ３よりは大きめのＦｒ２（前回撮影とおおむね同一シーンであると思われる場合のフォーカス戻し量（Ｆｒ１＞Ｆｒ２＞Ｆｒ３））という数値に設定される（ステップ＃１２）。なお、被写体が変化しているか否かを判別するファクタとして前回合焦以後の経過時間を含めても良い。すなわち、長時間が経過していれば被写体が変化している可能性が高いし、長時間が経過していなければ被写体が変化している可能性が低いことを判定に利用する。
【００７８】
次に、初動位置Ｐｏがいずれかの端点に近い場合は、端点まで移動してから合焦走査を開始する方が高い合焦精度が期待できるため、端点までの近さを判定する（ステップ＃１４、ステップ＃１５）。初回の合焦動作時や前回合焦失敗（ＡＦＮＧ）時は、いずれもステップ＃８を通過しており、既に端点から近くないことが明確であるが、制御の流れを簡略化するため、同一の流れの上に戻している。ステップ＃１５で端点まで近いと判断された場合は、近い方の端点まで移動し（ステップ＃１６）、遠い方の端点に向けて合焦走査を開始する（ステップ＃１７）。走査途中でピークが検出された場合は（ステップ＃１８、ステップ＃１９）、走査を中断して、「合焦成功（ＡＦＯＫ）表示」を行った後にピーク位置にフォーカスレンズ１ａを駆動させる（ステップ＃２９）。合焦成功表示および後述する合焦失敗（ＡＦＮＧ）表示は、通常はファインダ近辺に配置された合焦発光ダイオード（ＡＦＬＥＤ）の点灯または点滅によって行われることが多いが、他の方法を採用しても良い。一方、全域走査してもピークが検出されなかった場合には（ステップ＃１８、ステップ＃１９）、再度、全域のＡＦ評価値を検証して、ピークと判断できるポイントがあるかどうかを判断する（ステップ＃２７）。
【００７９】
ここで、ステップ＃１８のピーク判定は、偽合焦（間違ったピークに合焦させてしまうこと）を避けるために、比較的厳しい判定を実施するが、ステップ＃２７のピーク判定は、全域のデータを用いて判定するため、比較的緩い基準でピークを判定するようになっている。ステップ＃２７でピークありと判断された場合は、ステップ＃１８の場合と同様にステップ＃２９へ進み、表示動作および合焦動作を実施する。一方、全域走査でもピークが検出されない場合には、「合焦失敗（ＡＦＮＧ）」表示を行うとともに、次回に備えて、合焦失敗（ＡＦＮＧ）であった事実を記憶させ、常焦点位置へとフォーカスレンズを駆動させる（ステップ＃２８）。
一方、ステップ＃１５で端点まで遠いと判断した場合には、設定されているＦｒの値の分だけフォーカス位置を遠い方の端点に向かって移動させ（ステップ＃２０）、その位置から、近い方の端点に向かって走査を開始する（ステップ＃２１）。この場合にも、上述と同様に、走査中にもピーク判定を実施しながら走査を行ない（ステップ＃２２、ステップ＃２３）、端点に到達した場合は、残りの領域を走査すべく、第１回目の走査（走査１）の走査開始点まで戻してから、ピーク検出を実施しつつ（ステップ＃２５、ステップ＃２６）、遠い方の端点まで第１回目の走査（走査１）とは逆方向に第２回目の走査（走査２）を実施する。ステップ＃２２またはステップ＃２５のピーク検出においてピークが検出された場合の挙動は、ステップ＃１８におけるピーク検出の場合と同様であり、全域走査が完了（ステップ＃２６）した後の挙動も、ステップ＃１９の全域走査完了後の挙動と同様である。
次に、ステップ＃２８またはステップ＃２９において合焦結果の表示やフォーカスレンズ１ａの駆動を済ませた後に、レリーズ半押しが継続しているか？（ステップ＃３１）、レリーズ押圧部Ｂが全押しされているか？（ステップ＃３２）、を半押し検出部１３および全押し検出部１４を用いて検出する。この際、継続的にＡＦ評価値を取得し（ステップ＃３０）、ステップ＃４におけるＡＦ評価値の取得の場合と同様に、次回の被写体変化の判定（ステップ＃９、ステップ＃１０）で用いることになる。
【００８０】
ステップ＃３１において、レリーズ半押し解除が検出された場合には、合焦動作回数をアップカウントしてから（ステップ＃３４）、初めのステップ＃５におけるレリーズ半押し待ち状態へ移行し、あるいは、ステップ＃３２においてレリーズ全押しが検出された場合には、所定の撮影動作を実施した後に（ステップ＃３３）、ステップ＃３４の合焦動作回数のアップカウント、ステップ＃５のレリーズ半押し待ちへと移行する。いずれの場合にも、フォーカスレンズ１ａの位置は、ステップ＃２８またはステップ＃２９にて設定された合焦位置もしくは常焦点位置を保ったまま、ステップ＃５へと移行する。
なお、図８および図９においては、煩雑になるのを防止するため、合焦動作に係る動作以外の動作（ＡＥおよびＡＷＢ等）についての説明は省略してある。
【００８１】
以上が本発明の一つの実施の形態によるディジタルカメラであるが、本発明の主要構成を逸脱しない限り、様々な方式と組み合わせることが可能である。
例えば、ピーク検出により合焦走査を中断する／しないや、第２回目の合焦走査（走査２）の走査方向を第１回目の合焦走査（走査１）の走査方向と同一とする／逆にする等々は、対応する機種の特性や要求される性能によって、それぞれにメリットがあり、本発明は、いずれにも対応させることができる。
また、上述においては、本発明による自動合焦方法を用いた自動合焦システムをディジタルカメラに適用した実施の形態について説明したが、その他のカメラに適用しても良いし、本発明の自動合焦方法および自動合焦システムは、カメラに限らず、他の画像入力装置、例えばイメージスキャナまたは複写機等、あるいは、光学的観察装置、例えば顕微鏡、望遠鏡、双眼鏡または内視鏡等、のような被写体像を取得する被写体像取得装置に広く適用することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、合焦走査に関連する動作を適正化して無駄な動作を抑制し、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を向上し得る被写体像取得装置および自動合焦方法を提供することができる。
すなわち、本発明の請求項１の被写体像取得装置によれば、被写体像を所定の結像面上に結像させるための撮影光学系と、
前記被写体像を映像信号に変換するための撮像手段と、
前記撮影光学系または前記撮像手段を光軸方向に移動させて前記撮像手段上の被写体像の合焦状態を変化させるフォーカス作動手段と、
前記撮像手段によって得られる前記映像信号から合焦評価値を求める合焦評価値検出手段と、
合焦動作完了時の合焦評価値を記憶する合焦完了評価値記憶手段と、を備え、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を、
初動位置から所定の方向に第１の所定量だけ離れた走査開始位置へ移動させた後、
前記走査開始位置から前記所定の方向とは逆の方向に向かって移動させ、
当該移動中に前記合焦評価値検出手段が、合焦評価値が適正な値となる合焦位置を探索し、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を前記合焦位置へ移動させる被写体像取得装置であって、
前記合焦完了評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作完了時の合焦評価値と、当該合焦動作開始前の合焦評価値とを比較し、
これらがほぼ同一の場合には前記第１の所定量を第２の所定量に設定し、
これらが異なる場合には前記第１の所定量をゼロもしくは前記第２の所定量より大きい値に設定することにより、
合焦走査に関連する動作を適正化して無駄な動作を抑制し、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上することができる。
【００８７】
本発明の請求項２の被写体像取得装置によれば、前記所定の方向を、当該走査範囲の両側の端点のうちの前記初動位置から遠い側の端点へ向かう方向とするようにしたので、合焦走査の効率を一層向上することができる。
【００８８】
本発明の請求項３の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置がカメラであるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得るカメラを提供することができる。
【００８９】
本発明の請求項４の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が画像入力装置であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る画像入力装置を提供することができる。
【００９０】
本発明の請求項５の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が光学的観察装置であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る光学的観察装置を提供することができる。
【００９１】
本発明の請求項６の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が顕微鏡であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る顕微鏡を提供することができる。
【００９２】
本発明の請求項７の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が望遠鏡であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る望遠鏡を提供することができる。
【００９３】
本発明の請求項８の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が複写機であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る複写機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るディジタルカメラの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１のディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図３】図１のディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図４】図１のディジタルカメラの第３の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図５】図１のディジタルカメラの第４の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図６】図１のディジタルカメラの第５の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図７】図１のディジタルカメラの第６の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図８】図１のディジタルカメラの合焦動作の制御の流れの一部を説明するためのフローチャートである。
【図９】図１のディジタルカメラの合焦動作の制御の流れの残部を説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来の最も基本的なディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１１】図１０と同様の従来の最も基本的なディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１２】高速化を図った従来の第１のディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１３】図１２の従来のディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１４】図１２の従来のディジタルカメラの第３の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１５】高速化を図った従来の第２のディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１６】図１５の従来のディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１７】図１５の従来のディジタルカメラの第３の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１８】高速化を図った従来の（特開平５−２４１０６６号公報に示された）第３のディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１９】図１８の従来のディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図２０】図１８の従来のディジタルカメラの第３の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図２１】図１８の従来のディジタルカメラの第４の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図２２】図１８の従来のディジタルカメラの第５の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図２３】図１８の従来のディジタルカメラの第６の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 光学系
１ａ フォーカスレンズ（フォーカシングレンズ）
１ｂ ズームレンズ（ズーミングレンズ）
１ｃ 対物レンズ
２ シャッタ／絞り部
３ フォーカス駆動系
４ ズーム駆動系
５ シャッタ／絞り駆動系
６ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
７ 撮像素子
８ Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器
９ 画像処理部
１０ システムコントローラ
１１ メモリ群
１２ 表示部
１３ 半押し検出部
１４ 全押し検出部
１５ 受光部
１６ ストロボ発光部
１７ ストロボ制御部
１８ カメラ操作部
Ｂ レリーズ押圧部
Ｕ 鏡胴ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体像取得装置に係り、特に被写体像の合焦状態を変化させ且つ被写体像に応じた被写体像情報から合焦状態の目安となる合焦評価値を求めつつ、前記合焦状態を連続的および間欠的の少なくとも一方にて変化させて複数の合焦評価値を得る合焦走査によって、合焦評価値が最も適正な値となる合焦点を探索してピント合わせを行なう被写体像取得装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディジタルカメラにおいては、撮影光学系のうちの合焦に寄与するフォーカスレンズ（フォーカシングレンズ）を駆動しながら、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等の撮像素子により画像情報を取込み、例えばその画像情報の高周波成分を合焦評価値、すなわち「ＡＦ（オートフォーカシング）評価値」としてフォーカス駆動範囲を走査し、前記ＡＦ評価値がピークとなる位置に前記フォーカスレンズを再設定することにより、自動合焦（ＡＦ）動作を行っているものが多い。通常この自動合焦（ＡＦ）方式をＣＣＤＡＦと称する。
図１０および図１１に、最も基本的なＣＣＤＡＦ動作を模式的に示す。このＣＣＤＡＦ動作においては、自動合焦のための合焦走査を開始しようとするその時点におけるフォーカスレンズ位置、すなわち初動位置、にかかわらず、まず走査開始点を無限遠端に移動させ、そこから最至近端までを走査して、ピーク位置を検出し、そのピーク位置に合焦させる。図１０および図１１中の曲線は、走査によって検出されるＡＦ評価値を縦軸にとって模式的に示している。なお、レンズ駆動系の構成によっては、ギヤのバックラッシュ等を除去するための動作が必要となるが、それは周知のしかも多種多様の技術に係るものであるので、以下の説明および関連する各図においては、バックラッシュ等を除去するための構成および動作についての説明は省略している。
【０００３】
図１０および図１１に示すように、自動合焦が指令されると、初動位置（すなわち、その時点でのフォーカスレンズ停止位置）Ｐｏから走査開始点である無限遠端、つまり無限遠合焦位置Ｐｉへフォーカスレンズがこの場合繰り込み方向へ一旦移動され、そこから最至近端、つまり最至近合焦位置Ｐｎまで繰り出し方向への合焦走査範囲全域の合焦走査が行なわれる。この全域走査によりＡＦ評価値のピーク位置を合焦点、つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出し、全域走査後にフォーカスレンズを前記繰り込み方向への戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。
図１０は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも無限遠寄りにある場合であり、図１１は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにある場合を示している。
【０００４】
図１０および図１１においては、走査開始点への移動動作および合焦点への戻し動作などの実際の合焦走査以外のレンズ駆動が比較的多く存在するため、無駄な時間を費やしている。例えば、図１１では、初動位置Ｐｏが最至近端Ｐｎに近いにもかかわらず、一旦、無限遠端Ｐｉまで戻すため、ほぼレンズ移動範囲全体を戻すことになる。
これに対して、図１２、図１３および図１４に示す方式は、フォーカスレンズを初動位置Ｐｏから、無限遠端および最至近端のうちの「近い方の端」まで一旦戻して、そこから走査するようにしたものである。すなわち、図１２〜図１４に示すように、自動合焦が指令されると、レンズ移動範囲両端の無限遠合焦位置Ｐｉおよび最至近合焦位置Ｐｎのうちの初動位置Ｐｏから近い方の一端を走査開始点として、当該位置へフォーカスレンズが一旦移動され、そこから他端まで合焦走査範囲全域の合焦走査が行なわれる。この全域走査によりＡＦ評価値のピーク位置を合焦点、つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出し、全域走査後にフォーカスレンズを戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。
【０００５】
図１２は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも無限遠寄りにある場合であり、図１３は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにある場合であり、そして図１４は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにあり、特に、図１４は、最終合焦位置Ｐｅが初動位置Ｐｏから前記近い方の一端までの間に存在する場合を示している。このような方式により、全域走査の走査開始までの時間を短縮することができる。
但し、この図１２〜図１４の方式では、初動位置Ｐｏによって走査方向が変化するため、ＡＦ評価値に「走査方向依存性」がある場合には、その分の補正が必要である。現実に、上述したようなバックラッシュや、フォーカスレンズの移動方向の違いによる機械的時定数等の相違に起因して、ＡＦ評価値には走査方向依存性があるのが普通であるので、試作段階においてデータを取得して適正な走査方向依存性補正を施す必要がある。
【０００６】
さらに、自動合焦動作を高速化しようとする場合には、合焦走査時間の短縮が重要な項目となる。すなわち、図１０および図１１、並びに図１２〜図１４において、自動合焦時間の大半を実際に占めているのは、初動位置Ｐｏから走査開始点までの移動動作や全域走査後の最終合焦位置Ｐｅへの戻し動作ではなく、全域操作時間、すなわち合焦走査範囲の全域を走査するのに要する時間、である。
走査によって取得すべきデータの数は、フォーカスレンズや撮像素子としてのＣＣＤの性能によって決定されるが、通常の場合は、フォーカスレンズを駆動するフォーカスモータがパルスモータであれば、該フォーカスモータの２〜４パルスに１つ程度のデータが必要になる。撮像素子等の画像情報取得周期は、通常１／３０秒程度であるので、フォーカスモータの１パルスあたり、１／６０〜１／１２０秒程度の時間を要するような駆動が要求される。すなわち、フォーカスモータパルスレートとしては、６０〜１２０ｐｐｓで駆動させながら、データを取得することになる。
一方、走査開始点への移動動作や、合焦点への戻し動作は、作動機構における機械的な制約のみで決定されるため、通常は５００〜１０００ｐｐｓのパルスレートで駆動される。すなわち、同一のパルス数を移動するとしても、両者の間には４〜１７倍もの時間の差があることになる。よって、自動合焦動作に要する自動合焦時間の短縮には、走査すべき範囲を狭くすることの方が効果的である。
【０００７】
図１５、図１６および図１７は、上述した状況を考慮した従来の他の自動合焦方式を示しており、合焦走査において「ＡＦ評価値のピークを検出した場合は、そこで走査を中断し、そのピーク位置へレンズを移動させる」というシーケンスを用いて高速化する方式である。この方式においては、「何をもってピークを判断するか？」ということが非常に重要である。すなわち、実際の被写体としては、いくつかの遠近の被写体が混在し得るため、ＡＦ評価値にも複数のピークが発生することが少なくない。このように、ＡＦ評価値に複数のピークが発生している場合に、撮影者の意図したピークに適切に合焦させるためには、ピークにおけるＡＦ評価値の絶対値や他のＡＦ評価値（周辺のＡＦ評価値、他のピーク状部分のＡＦ評価値など）に対する相対値、さらには、ピーク前後でのＡＦ評価値の傾斜の程度等を厳密に判断して、ピークを検出することになる。
【０００８】
そのため、図１５〜図１７に示すように、走査過程においてピークらしき部分を通過した後も、しばらく、すなわちある程度の範囲、は、走査を継続してから判断することになる。すなわち、図１５〜図１７のように、自動合焦が指令されると、レンズ移動範囲両端の無限遠合焦位置Ｐｉおよび最至近合焦位置Ｐｎのうちの初動位置Ｐｏから近い方の一端を走査開始点として、当該位置へフォーカスレンズが一旦移動され、そこから他端へ向かって合焦走査が行なわれる。この合焦走査の過程でＡＦ評価値のピークが検出されるとその後もある程度の範囲は走査を継続しつつ先のピークを判定し、その判定に基づいてＡＦ評価値のピーク位置を合焦点、つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出して走査を停止し、フォーカスレンズを戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。図１５は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも無限遠寄りにある場合であり、図１６は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにある場合であり、そして図１７は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにあり、最終合焦位置Ｐｅが初動位置Ｐｏから前記近い方の一端までの間に存在する場合を示している。
【０００９】
このような方式においては、通常の場合、合焦ミスを最低限とするために、ピーク判定の基準をかなり厳しく設定しておき、曖昧な場合には全域走査となるようにする場合が多い。とはいえ、ピークが検出された場合には、図１４の場合に対応する図１７のように、走査範囲を格段に狭くすることができるため、走査時間が激減し、自動合焦動作の高速化を図ることができる。
上述したような「逆方向走査」および「ピーク検出で走査中断」以外の高速化手法としては、特開平５−２４１０６６号公報に示されるように「初動位置からいきなり走査を開始する」という方式が考えられる。すなわち、特開平５−２４１０６６号公報には、自動合焦の高速化のために、合焦走査を初動位置から近い方の端の方向に向けて開始し、初動位置から近い方の端までの間でピークが検出されない場合には、前記初動位置に戻して、今度は遠い方の端に向けて再び合焦走査を実施することが示されている。その具体的な挙動を図１８、図１９および図２０に示している。
【００１０】
すなわち、図１８〜図２０に示すように、自動合焦が指令されると、初動位置Ｐｏを走査開始点として、レンズ移動範囲両端の無限遠合焦位置Ｐｉおよび最至近合焦位置Ｐｎのうちの初動位置Ｐｏから近い方の一端まで第１回目の合焦走査（図示「走査１」）が行なわれ、さらに、元の初動位置Ｐｏへフォーカスレンズが一旦移動され、その初動位置Ｐｏから他端まで第２回目の合焦走査（図示「走査２」）が行なわれる。この走査によりＡＦ評価値のピーク位置を合焦点つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出し、全域走査後にフォーカスレンズを戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。
図１８は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも無限遠寄りにある場合であり、図１９は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにある場合であり、そして図２０は、初動位置Ｐｏがレンズ移動範囲の中央位置Ｐｃよりも最至近点寄りにあり、且つ最終合焦位置Ｐｅが初動位置Ｐｏから前記近い方の一端までの間に存在する場合を示している。
【００１１】
図２０の場合には、自動合焦が指令され、初動位置Ｐｏを走査開始点として、レンズ移動範囲両端のうちの初動位置Ｐｏから近い方の一端まで第１回目の合焦走査（走査１）が行なわれた時点で、この走査によりＡＦ評価値のピークを検出すると、初動位置Ｐｏから他端までの第２回目の合焦走査（走査２）を行なうことなく、そのピーク位置を合焦点、つまり最終合焦位置Ｐｅとして検出し、フォーカスレンズを戻し動作により最終合焦位置Ｐｅに設定して自動合焦を完了する。
この特開平５−２４１０６６号公報の方式により、走査開始点への移動動作が排除されるため、その分だけ自動合焦の高速化を図ることができる。図１８〜図２０に示す特開平５−２４１０６６号公報の方式は、図１２〜図１４の方式に適用しているため、「ピーク検出での走査中断」動作は考慮していないが、当然、「ピーク検出での走査中断」動作を組み合わせることも可能であり、そうすれば更に動作が高速化される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、上述した特開平５−２４１０６６号公報に基づく図１８〜図２０における「初動位置から走査を開始する」動作には、幾つかの問題点がある。すなわち、この方式では、特に、図１８および図１９に示すように、初動位置Ｐｏから一端まで合焦走査を行なってから、フォーカスレンズを元の初動位置Ｐｏに戻し、初動位置Ｐｏから他端までの合焦走査を行なうことになり、合焦走査の一部が不連続となってしまう。この「走査の一部が不連続となることが、性能的に悪影響しないか？」という点がこの方式の問題点である。現実に、走査不連続点では、ＡＦ評価値の取得時刻にずれがあるため、ＡＦ評価値自体も不連続となる懸念が生じるし、その上、走査不連続点では走査方向も異なるため、走査方向依存性がＡＦ評価値に何らかの悪影響を及ぼす危険もある。すなわち、図２１に示すように、ピーク位置Ｐｅと走査不連続点とがほぼ重なる場合には、ピーク検出精度が低下するおそれがある。しかも、更に重大なことに、走査不連続点と初動位置だけでなく、さらに初動位置は多くの場合前回合焦位置とも一致することから、同一被写体の連続撮影を考えた場合に、最も合焦点が存在する可能性が高い部分において、走査の不連続が生じ、ピーク検出精度が多少低下してしまうという事実である。
【００１３】
さらには、同一被写体の連続撮影を考えて初動位置Ｐｏ付近に合焦点のある確率が高いことを考慮すると、この付近にある合焦点を、第１回目の走査（図１８〜図２０に示す走査１）で検出することができれば、高い確率で第２回目の走査（図１８〜図２０に示す走査２）を行なわずに済むのに対して、初動位置Ｐｏから走査を開始すると、図２２に示すように、走査方向とは逆方向にわずかにずれた被写体に対しては、どうしても第２回目の合焦走査（走査２）の範囲になってしまう。このような観点からも特開平５−２４１０６６号公報に示された技術は一考の余地がある。
また、特開平５−２４１０６６号公報の技術においては、初動位置Ｐｏが端点に近い場合にも、好ましくない状況が発生する。すなわち、図２３に示すように、第１回目の合焦走査（走査１）が非常に短くなってしまい、そのため、この範囲にピークらしきものがあっても、これをピークと断定するのは困難となる。すると、必然的に第２回目の合焦走査（走査２）へ移行することになり、自動合焦の高速化の効果が失効してしまい、走査不連続点の存在に起因する合焦精度の低下の懸念だけが残ることになる。すなわち、デメリットのみが残ってしまう状況が存在するわけである。
【００１４】
したがって、上述を考慮すると、典型的には、次の２つの点が解決すべき課題として要求されている。
（１）同一の被写体の連続撮影時において、合焦精度を確保するとともに、より一層の高速化を図ること。すなわち、初動位置Ｐｏ近傍が走査不連続点とならないようにして、初動位置Ｐｏ近傍での合焦精度を確保するとともに、当該初動位置Ｐｏ近傍に存在する可能性が高い合焦点を、洩らすことなく、第１回目の合焦走査（走査１）にて検出可能にする。
（２）無限遠近傍または最至近近傍の撮影後の走査シーケンスの適正化を図り、より一層高い合焦精度を維持するようにすること。すなわち、第１回目の合焦走査（走査１）として、ピークを認識するために充分な長さを確保することができない場合には、自動合焦を有効に高速化することが困難となり、合焦精度の低下の可能性のみが残る。よって、自動合焦の走査シーケンスの上で、このような状況を避けるような構成とする。
【００１５】
すなわち、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、合焦走査に関連する動作を適正化して無駄な動作を抑制し、特に、被写体が同一の被写体で且つほぼ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上し得る被写体像取得装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、上述した目的を達成するために、被写体像を所定の結像面上に結像させるための撮影光学系と、
前記被写体像を映像信号に変換するための撮像手段と、
前記撮影光学系または前記撮像手段を光軸方向に移動させて前記撮像手段上の被写体像の合焦状態を変化させるフォーカス作動手段と、
前記撮像手段によって得られる前記映像信号から合焦評価値を求める合焦評価値検出手段と、
合焦動作完了時の合焦評価値を記憶する合焦完了評価値記憶手段と、を備え、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を、
初動位置から所定の方向に第１の所定量だけ離れた走査開始位置へ移動させた後、
前記走査開始位置から前記所定の方向とは逆の方向に向かって移動させ、
当該移動中に前記合焦評価値検出手段が、合焦評価値が適正な値となる合焦位置を探索し、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を前記合焦位置へ移動させる被写体像取得装置であって、
前記合焦完了評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作完了時の合焦評価値と、当該合焦動作開始前の合焦評価値とを比較し、
これらがほぼ同一の場合には前記第１の所定量を第２の所定量に設定し、
これらが異なる場合には前記第１の所定量をゼロもしくは前記第２の所定量より大きい値に設定する
ことを特徴としている。
【００２４】
請求項２に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、前記所定の方向を、当該走査範囲の両側の端点のうちの前記初動位置から遠い側の端点へ向かう方向とすることを特徴としている。
【００２５】
請求項３に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、カメラであることを特徴としている。
請求項４に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、画像入力装置であることを特徴としている。
請求項５に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、光学的観察装置であることを特徴としている。
請求項６に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、顕微鏡であることを特徴としている。
請求項７に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が、望遠鏡であることを特徴としている。
請求項８に記載した本発明に係る被写体像取得装置は、請求項または２に記載の被写体像取得装置が、複写機であることを特徴としている。
【００３８】
【作用】
すなわち、本発明に係る被写体像取得装置は、被写体像を所定の結像面上に結像させるための撮影光学系と、
前記被写体像を映像信号に変換するための撮像手段と、
前記撮影光学系または前記撮像手段を光軸方向に移動させて前記撮像手段上の被写体像の合焦状態を変化させるフォーカス作動手段と、
前記撮像手段によって得られる前記映像信号から合焦評価値を求める合焦評価値検出手段と、
合焦動作完了時の合焦評価値を記憶する合焦完了評価値記憶手段と、を備え、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を、
初動位置から所定の方向に第１の所定量だけ離れた走査開始位置へ移動させた後、
前記走査開始位置から前記所定の方向とは逆の方向に向かって移動させ、
当該移動中に前記合焦評価値検出手段が、合焦評価値が適正な値となる合焦位置を探索し、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を前記合焦位置へ移動させる被写体像取得装置であって、
前記合焦完了評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作完了時の合焦評価値と、当該合焦動作開始前の合焦評価値とを比較し、
これらがほぼ同一の場合には前記第１の所定量を第２の所定量に設定し、
これらが異なる場合には前記第１の所定量をゼロもしくは前記第２の所定量より大きい値に設定するように構成する。
このような構成により、合焦走査に関連する動作を適正化して無駄な動作を抑制し、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上することができる。
【００４３】
本発明に係る被写体像取得装置は、前記所定の方向を、当該走査範囲の両側の端点のうちの前記初動位置から遠い側の端点へ向かう方向とする。
このような構成により、特に、合焦走査の効率を一層向上することができる。
【００４４】
本発明に係る被写体像取得装置は、カメラである。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得るカメラを提供することができる。
【００４５】
本発明に係る被写体像取得装置は、画像入力装置である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る画像入力装置を提供することができる。
【００４６】
本発明に係る被写体像取得装置は、光学的観察装置である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る光学的観察装置を提供することができる。
【００４７】
本発明に係る被写体像取得装置は、顕微鏡である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る顕微鏡を提供することができる。
【００４８】
本発明に係る被写体像取得装置は、望遠鏡である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る望遠鏡を提供することができる。
【００４９】
本発明に係る被写体像取得装置は、複写機である。
このような構成により、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る複写機を提供することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係るカメラ、被写体像取得装置、自動合焦システムおよび自動合焦方法について詳細に説明する。
図１〜図９は、本発明の実施の形態に係るディジタルカメラの構成および動作を説明するための図である。図１は、本発明の一つの実施の形態に係るディジタルカメラの要部の構成を示す模式的なブロック図、図２〜図７は、当該ディジタルカメラの自動合焦動作における合焦走査を説明するための図、そして図８および図９は、当該カメラの自動合焦動作の概略を説明するためのフローチャートである。
図１に示すカメラは、光学系１、シャッタ／絞り部２、フォーカス駆動系３、ズーム駆動系４、シャッタ／絞り駆動系５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６、撮像素子７、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器８、画像処理部９、システムコントローラ１０、メモリ群１１、表示部１２、半押し検出部１３、全押し検出部１４、受光部１５、ストロボ発光部１６、ストロボ制御部１７、カメラ操作部１８およびレリーズ押圧部Ｂを具備している。
図１において、被写体光は、撮影光学系である光学系１に入射される。光学系１は、光軸方向に沿う進退移動により被写体像のピント合わせ、つまり合焦動作のための焦点調節を行なうフォーカスレンズ（フォーカシングレンズ群）１ａと、光軸方向に沿う進退により光学系１の焦点距離を調節して被写体像の拡大／縮小を行なうズームレンズ（ズーミングレンズ群）１ｂと、フォーカスレンズ１ａおよびズームレンズ１ｂと共に被写体像を結像させる対物レンズ１ｃとを備えている。フォーカスレンズ１ａとズームレンズ１ｂとの間には、シャッタ／絞り部２が配置され、このシャッタ／絞り部２により、フォーカスレンズ１ａに入射する光量が制限される。フォーカスレンズ１ａは、フォーカス作動手段としてのフォーカス駆動系３により、ズームレンズ１ｂは、ズーム駆動系４により、そしてシャッタ／絞り部２は、シャッタ／絞り駆動系５によりそれぞれ駆動される。
光学系１を通過した被写体光は、光の高周波成分を除去するローパスフィルタ６を介して、撮像手段としての撮像素子７に入射する。撮像素子７は、複数の光電変換画素を２次元マトリクス状に配列した撮像面を有し、前記撮像面に被写体光に基づいて入射結像される被写体像を電気信号からなる画像データに変換して出力する。
【００６１】
上述したフォーカスレンズ１ａ、ズームレンズ１ｂおよび対物レンズ１ｃからなる光学系１と、シャッタ／絞り部２と、ローパスフィルタ６と、撮像素子７とで、鏡胴ユニットＵを構成している。
撮像素子７から出力された画像データは、Ａ／Ｄ変換器８によりディジタル値に変換された後、画像処理部９に与えられる。画像処理部９は、与えられた画像データに対して圧縮／伸長処理および解像度の変更等のような所要の画像処理を施す。
【００６２】
システムコントローラ１０は、当該ディジタルカメラ全体の制御を行なうものであり、所定のプログラムに従って各種演算処理を行なうマイクロプロセッサ等を用いて構成したＣＰＵ（中央処理ユニット）、ＣＰＵの処理プログラム等を格納した読出し専用の半導体メモリ等からなるＲＯＭ（リードオンリメモリ）、およびＣＰＵにおける各種処理の過程で利用するワークエリアや各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する書込み／読出し自在の半導体メモリ等からなるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などを有している。また、システムコントローラ１０には、先に述べたフォーカス駆動系３、ズーム駆動系４およびシャッタ／絞り駆動系５と、画像処理部９で得られる画像データを格納するためのメモリ等を含むメモリ群１１と、前記画像データを表示する液晶ディスプレイ等のモニタ、撮影等に係る各種情報を表示する表示液晶ディスプレイ（表示ＬＣＤ）および自動合焦による焦点調整結果を報知するＡＦ発光ダイオード（ＡＦＬＥＤ）などを含む表示部１２とが接続されている。システムコントローラ１０は、これら接続された各部を制御する。
【００６３】
また、このディジタルカメラには、２段操作のレリーズボタン等のレリーズ押圧部Ｂが設けられ、撮影者がレリーズ押圧部Ｂの１段目操作、つまり半押し操作により、自動合焦（オートフォーカシング）等の被写体像調整の指示を与え、さらにレリーズ押圧部Ｂの２段目操作、つまり全押し操作により被写体像撮像の指示を与えるようにしている。すなわち、このディジタルカメラは、レリーズ押圧部Ｂの半押し操作を検出する半押し検出部１３、およびレリーズ押圧部Ｂの全押し操作を検出する全押し検出部１４を備えており、これら半押し検出部１３および全押し検出部１４は、システムコントローラ１０に接続されている。
さらに、このディジタルカメラは、被写体輝度を計測する受光部１５、被写体に照明光を照射するストロボ発光部１６、および受光部１５で計測される被写体輝度に基づいてストロボ発光部１６の発光制御を行なうストロボ制御部１７を備えており、ストロボ制御部１７は、システムコントローラ１０からのストロボ発光についての制御指示に基づいてストロボの発光制御を行なう。また、当該ディジタルカメラには、ストロボモードを設定するストロボモードスイッチ等のように撮影者の操作により撮影動作を設定するためのカメラ操作部１８が設けられており、システムコントローラ１０は、カメラ操作部１８の操作に基づいて撮影動作に関する種々の設定を行なう。
【００６４】
図１に示したディジタルカメラは、基本的な構成自体には特別な構成はなく、従来の一般に市販されているディジタルカメラと同等である。本願発明に係る自動合焦機能は、レリーズ押圧部Ｂの半押し動作を半押し検出部１３が検出すると、システムコントローラ１０がそれに応答し、光学系１のフォーカスレンズ１ａをフォーカス駆動系３を介して、連続的に、または間欠的に、あるいは両者を適宜組み合わせて駆動しつつ、Ａ／Ｄ変換器８および画像処理部９を介して得られる撮像素子７で取得された画像データに基づいてＡＦ評価値を求めて合焦走査を実行することによって行なわれる。
【００６５】
なお、システムコントローラ１０は、撮像素子７によって得られる画像データから合焦状態の目安となる合焦評価値を求める合焦評価値検出手段、およびフォーカス駆動系３を介してフォーカスレンズ１ａを駆動させながら前記合焦評価値検出手段を作動させて複数の合焦評価値を得る走査により、合焦評価値が最も適正な値となる合焦点を探索し、フォーカスレンズ１ａを前記合焦点に駆動させてピント合わせを行なう合焦制御手段、そして前記合焦制御手段において、フォーカスレンズ１ａの初動位置から所定の方向に第１の所定量だけ移動させた点から、前記所定の方向とは逆の方向に向かって走査を開始するように、前記走査の走査開始点および走査方向を設定する第１の走査制御手段、フォーカスレンズ１ａの初動位置から、当該走査範囲の両側の端点のうちの、前記初動位置に近い側の端点までの距離が第２の所定量よりも小さい場合に、前記近い側の端点へ移動させた後に、該端点から他の端点へ向かって走査を開始するように、前記走査の走査開始点および走査方向を設定する第２の走査制御手段、次に行われる合焦動作が電源投入後の１回目の合焦動作か、２回目以降の合焦動作かを判別する動作回数判別手段、前記合焦動作において、合焦点が検出されたか否かを示す動作結果を記憶する動作結果記憶手段、前記合焦動作における最終的な合焦評価値を記憶する評価値記憶手段、装置電源投入状態において常時継続的に合焦評価値を取得し且つ記憶する継続評価値記憶手段、前記第１の所定量および前記第２の所定量のうちの少なくとも一方を、前記動作回数判別手段の判別結果に応じて可変制御する第３の走査制御手段、前記第１の所定量および前記第２の所定量のうちの少なくとも一方を、前記動作結果記憶手段に記憶されている前回の合焦動作時における動作結果に基づいて可変制御する第４の走査制御手段、前記第１の所定量を、前記評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作時における最終的な合焦評価値と当該合焦動作開始時における合焦評価値との比較結果に応じて可変制御する第５の走査制御手段、前記第１の所定量を、前記継続評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作終了時から当該合焦動作開始時に至るまでの合焦評価値の時系列的な変化状況に応じて可変制御する第６の走査制御手段、および前記第１の所定量および前記第２の所定量のうちの少なくとも一方を、光学系１の焦点距離情報に応じて可変制御する第７の走査制御手段等の各機能を有している。
【００６６】
次に、従来、対応が要求されていた課題に対するこの実施の形態における対応策について、図２〜図７に示す自動合焦動作を示す模式図を参照して説明する。
まず、課題（１）の回避方法であるが、この実施の形態においては、図２〜図７に示すように、走査開始点Ｐｓを、開始しようとする合焦走査の走査方向とは逆方向に初動位置Ｐｏからずらしてスタート位置を補正し、第１回目の走査（走査１）で初動位置Ｐｏを通過するようにする。このようにすることにより、図５および図６に示すように、初動位置Ｐｏが合焦位置Ｐｅにほぼ一致していても、初動位置Ｐｏ付近での走査は常に連続となり、この近傍における合焦精度を低下させることがなくなる。その上、直前の合焦位置とは微妙に被写体距離が変化した場合にも、第１回目の合焦走査（走査１）の範囲内で検出することが可能となり、同一被写体に対する連続撮影時における画期的な自動合焦の高速化を図ることができる（図５および図６を参照）。このスタート位置補正のためのずらし量（Ｐｏ→Ｐｓ）が第１の所定量であり、以下の説明においては、これを「フォーカス戻し量Ｆｒ」と称する。
【００６７】
フォーカス戻し量Ｆｒを大きくするほど、第１回目の合焦走査（走査１）で初動位置近傍に位置する合焦点を検出することができる可能性は高くなるが、その分だけ、フォーカス戻し量Ｆｒについての戻し時間が大きくなり、自動合焦の高速化には逆行するので、適切な戻し量を設定することが重要である。このようなフォーカス戻し量の設定については、後述する。
次に、第１回目の合焦走査（走査１）の走査方向について、常に一定方向に走査する方式と、条件によって至近方向と無限遠方向との走査を使い分ける方式とが考えられる。特に、ＡＦ評価値の走査方向依存性が顕著で、容易に補正できないレベルである場合には、走査方向を１方向に規定せざるをえなくなる。逆に、ＡＦ評価値の走査方向依存性が容易に補正できる場合は、図１８〜図２３の特開平５−２４１０６６号公報の場合とほぼ同様に第１回目の合焦走査（走査１）を近い方の端部へ向かう走査とするようにフォーカス戻しによるスタート位置補正の方向を設定すると、第１回目の合焦走査（走査１）後に第２回目の合焦走査（走査２）の開始点までの戻し量が少なくて済むため、自動合焦動作の高速化の点では、若干有利になると考えられる。
【００６８】
さらに、第１回目の合焦走査（走査１）の終了後に、該第１回目の合焦走査（走査１）の範囲内においてピーク判定して、ピークが検出された場合には第２回目の合焦走査を省略する方式を前提とした場合には、近い方の端点方向へ第１回目の合焦走査（走査１）を開始した方が、全走査に対する第１回目の合焦走査（走査１）の割合が小さくなり、第１回目の合焦走査（走査１）の範囲内に合焦点があった場合の自動合焦の高速化に寄与する。
そして、課題（２）についての対策としては、単純に「第１回目の走査と第２の回目の走査に分けるメリットがないと予測される場合には、走査開始点を一方の端点まで移動させて他方の端点へ向けて走査を開始する」ということになる。具体的には、初動位置Ｐｏから近い方の端点までの距離（Ｆｓ）が第２の所定量としての所定値（Ｆｓ１）よりも小さい場合には、全フォーカス範囲の途中からの走査をせずに、図７に示すように、素直にその近い方の端点まで移動させた後に、遠い方の端点に向かって走査を開始させるようなシーケンスを用いる。
【００６９】
このようにすることにより、不連続な分割走査による高速化のメリットがないと予想される状況のもとでは、より確実な全域連続走査を実施することになり、合焦精度を犠牲にする状況の発生を低減させることができる。
次に、上述の第１の所定量であるフォーカス戻し量（Ｆｒ）の設定について説明する。既に説明したように、フォーカス戻しによるスタート位置補正によって初動位置近傍を走査する本方式においては、同一被写体の連続撮影時にその威力を発揮する。逆に言えば、電源オン直後の１ショット目（厳密には、最初の撮影動作ではなく、合焦動作として初めてかどうか）では、あまり意味がないことになるので、シーケンスを変えた方が賢明である場合が発生する。すなわち、電源オンの直後は、通常は、「常焦点（パンフォーカス〜一般的に撮影される被写体の多くが存在する被写体距離であり、通常は、なるべく絞りを絞り込んで被写界深度が広くなるようにして被写体の多くが被写界深度内となるようにする）」位置にフォーカス駆動されるが、この状態で、レリーズ操作によって、この常焦点位置近傍を最初に走査しても、合焦点が存在する可能性は高くない。
【００７０】
このような場合の対応策として幾つかの処置が考えられる。まずは、電源オン後の１ショット目は素直に、走査範囲のいずれか一方の端点から走査を開始するという方法であり、これは、１ショット目においては、上述した第２の所定量である所定値Ｆｓ１の値を大きくすることにより、実現される。もう一つは、電源オン後の１ショット目であっても、やはり被写体が存在する確率が高いのは常焦点位置の周辺であろうという予測のもとに、２ショット目以降よりはフォーカス戻し量Ｆｒ（第１の所定量）を大きめに設定するという方法である。前者は、撮影可能な最至近距離が長めのカメラ（例えば、撮影可能距離８０ｃｍ〜∞）において有効であるが、撮影可能な最至近距離が短めのカメラ（例えば、撮影可能距離３０ｃｍ〜∞）では、後者が有効となる。なぜならば、仮に３０ｃｍまで撮影可能であっても、実際に３０ｃｍ近辺で撮影する状況は、一般の撮影者にとっては、極めてまれであり、したがって、至近端からの走査ではなく、常焦点位置から特定のフォーカス量を戻した点のような特定の距離位置から走査する方が、自動合焦が短時間で終了する可能性が高くなるからである。
これらの方法によって、電源オン後の１ショット目においてもより適切なＡＦ動作を実施することが可能となる。
【００７１】
同様にして、２ショット目以降であっても、前回の合焦結果があまり信用できない場合や、明らかに被写体が変化または大きく移動している場合などにおいても、フォーカス戻し量Ｆｒおよび端点から走査を開始させるかどうかの判定値Ｆｓ１の少なくともいずれかを適切に設定し直した方が、自動合焦の一層の高速化、および高精度化を図ることができるはずである。
すなわち、まず、「前回の合焦結果が合焦失敗（ＡＦＮＧ）」であった場合について考える。合焦走査の結果、ピークが見つからなかった場合には、やむを得ず常焦点位置にフォーカス駆動するのが一般的であるが、この場合にも上述した場合と同様に、この点周辺に被写体が存在する確率は高くない。したがって、素直に端点からの合焦走査とするか、またはフォーカス戻し量を大きめに設定することが望ましい。これによって、前回に合焦失敗であった後においても、一層適切な合焦動作を実施することができるはずである。
【００７２】
次に、もっと積極的に「同一被写体の連続撮影かどうか」を判断して、その結果に応じて、フォーカス戻し量（Ｆｒ）を設定するという手法が考えられる。例えば、前回の合焦完了時のＡＦ評価値を記憶しておいて、今回のＡＦ動作前のＡＦ評価値と比較して、これらがほぼ同一であるならば、被写体が変化していないと判断し、フォーカス戻し量を比較的小さい値にすることにより初動位置のごく近傍を最初に走査するようにすることができる。逆に、ＡＦ評価値が全く異なる場合は、その近傍に合焦点がある可能性は低いので、フォーカス戻し量を「０」とすると効率的である。この場合、上述した「初回の自動合焦」や「前回の合焦失敗」の場合と同様に、逆にフォーカス戻し量を（０とする代わりに）大きめに設定することも、場合によっては有効である。
【００７３】
さらに高度な手法として、前回の合焦後から継続的にＡＦ評価値を取込むようにして、途中で１回でも大きな変化があった場合には、被写体が変化したと判断するようなこともできる。いずれの場合も、ＡＦ評価値の相違の程度および変化の度合いによって、被写体の変化の程度を段階的に判断し、それによってフォーカス戻し量の値を、細かく設定することも可能であり、このような制御により、それぞれの状況に応じて、精度および速度の面で常に最適な自動合焦動作を実施させることができる。なお、「被写体が変化していないと判断される場合は自動合焦動作を実施しない」という手法も、高速化においては有効な方法であるが、どうしても、微妙なピントのずれが発生する懸念があり、合焦精度を保つという観点では、本実施の形態のように狭い範囲であっても走査を実施し、合焦点を探る方が好ましい場合が多いと思われる。
【００７４】
そして、ズーム位置によって、上述した２つの所定量を示す数値ＦｒおよびＦｓ１の少なくとも一方を微調整することも有意義である。すなわち、通常、ワイド（Ｗｉｄｅ：広角〜単焦点）とテレ（Ｔｅｌｅ：望遠〜長焦点）では、ワイドの方がフォーカス駆動範囲が狭くなるため、合焦走査時間としては短くなる。したがって、ワイド状態においては、合焦動作の高速化を最重点で考える必要が薄いので、より精度重視に数値を変更する。例えば、ワイドの時は、極力走査不連続点が発生しないように、数値Ｆｓ１の値を大き目にとって、多くの場合で端点からの走査開始となるように設定することが好ましい。このようにすることにより、ズーム点に応じて、精度と速度の釣り合いが取れた自動合焦動作を実現することができる。なお、ズーム情報検出手段つまり光学系の焦点距離情報を検出出力する焦点距離出力手段としては、光学系１に関連して配設した抵抗板等を用いて各ズーム点での出力値を検出する手段でもよく、ズーム域のうちの１点の基準点のみを機械的に検出し、それ以外はモータパルスをカウントすることによって相対的にズーム情報を検出するような手段であっても構わない。
【００７５】
次に、上述した実施の形態における具体的な処理の一例を図８および図９に示すフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示す制御処理は、主としてシステムコントローラ１０において行なわれる。ちなみに、このフローチャートにおいては、被写体の変化を前回のＡＦ評価値との比較により判別する手法と、ズーム位置検出情報を用いて上述した２つの所定量を示す数値ＦｒおよびＦｓ１の少なくとも一方を制御する手法については、反映させていない。
まず、図８および図９に示すように、カメラの電源がオンとなると（ステップ＃１）、合焦動作回数の初期化およびフォーカスレンズ１ａの常焦点位置Ｐｊへの移動等の初期設定がなされ（ステップ＃２、ステップ＃３）、レリーズ押圧部Ｂが半押しされるのを待つ（ステップ＃５）。このステップ＃３とステップ＃５との間にＡＦ評価値を継続的に取得し（ステップ＃４）、後にフォーカス戻し量設定時に「被写体が変化したかどうか？」の判定（ステップ＃９、ステップ＃１０）の材料として用いられる。この時点で、合焦動作が未実施（Ｎｔ＝０）である場合には、この継続的ＡＦ評価値は必要ないので、合焦動作回数Ｎｔの値に応じて、ステップ＃４でＡＦ評価値を取得するか否かを判断するようにしてもよいが、制御の流れが煩雑になること、不要の情報を取得しても特に問題はないことから、常に取得するようなシーケンスとしている。
【００７６】
レリーズ押圧部Ｂの半押しが半押し検出部１３により検出されると（ステップ＃５）、引き続き撮影準備動作に移行する。まず、合焦動作が１回目か？（ステップ＃６）、もしくは前回の合焦動作が合焦失敗（ＡＦＮＧ）で終了しているか？（ステップ＃７）を判別し、合焦動作が１回目もしくは前回が合焦失敗であった場合には、フォーカス戻し量として値Ｆｒ１を選択する（ステップ＃８）。この値Ｆｒ１（電源オン直後に合焦失敗の後（常焦点位置）におけるフォーカス戻し量（Ｐｏ〜Ｐｓ））は比較的大きい数値であり、その後の合焦動作で、まず常焦点中心の広いエリアを走査するような設定である。合焦動作時間優先という見地において、Ｆｒ１の値を、比較的大きい数値ではなく、「０」に設定することもカメラの構成によってはあり得る。
【００７７】
さらに、ステップ＃９およびステップ＃１０においては、前回の合焦動作時から、被写体が変化しているか否かを、３段階に判別し、Ｆｒの値をそれぞれで設定する。すなわち、完全に被写体が変化していると判断される場合には、初動位置から戻して走査を実施するメリットが少ないため、値Ｆｒ＝０に設定し（ステップ＃１１）、逆に、ほぼ同一条件での連続撮影だと判断される場合には、Ｆｒを比較的小さいＦｒ３（前回撮影と同一シーンであると思われる場合のフォーカス戻し量）という値に設定する（ステップ＃１３）。これらの中間的な場合、すなわち概ね被写体は変化していないと判断される場合、には、Ｆｒ３よりは大きめのＦｒ２（前回撮影とおおむね同一シーンであると思われる場合のフォーカス戻し量（Ｆｒ１＞Ｆｒ２＞Ｆｒ３））という数値に設定される（ステップ＃１２）。なお、被写体が変化しているか否かを判別するファクタとして前回合焦以後の経過時間を含めても良い。すなわち、長時間が経過していれば被写体が変化している可能性が高いし、長時間が経過していなければ被写体が変化している可能性が低いことを判定に利用する。
【００７８】
次に、初動位置Ｐｏがいずれかの端点に近い場合は、端点まで移動してから合焦走査を開始する方が高い合焦精度が期待できるため、端点までの近さを判定する（ステップ＃１４、ステップ＃１５）。初回の合焦動作時や前回合焦失敗（ＡＦＮＧ）時は、いずれもステップ＃８を通過しており、既に端点から近くないことが明確であるが、制御の流れを簡略化するため、同一の流れの上に戻している。ステップ＃１５で端点まで近いと判断された場合は、近い方の端点まで移動し（ステップ＃１６）、遠い方の端点に向けて合焦走査を開始する（ステップ＃１７）。走査途中でピークが検出された場合は（ステップ＃１８、ステップ＃１９）、走査を中断して、「合焦成功（ＡＦＯＫ）表示」を行った後にピーク位置にフォーカスレンズ１ａを駆動させる（ステップ＃２９）。合焦成功表示および後述する合焦失敗（ＡＦＮＧ）表示は、通常はファインダ近辺に配置された合焦発光ダイオード（ＡＦＬＥＤ）の点灯または点滅によって行われることが多いが、他の方法を採用しても良い。一方、全域走査してもピークが検出されなかった場合には（ステップ＃１８、ステップ＃１９）、再度、全域のＡＦ評価値を検証して、ピークと判断できるポイントがあるかどうかを判断する（ステップ＃２７）。
【００７９】
ここで、ステップ＃１８のピーク判定は、偽合焦（間違ったピークに合焦させてしまうこと）を避けるために、比較的厳しい判定を実施するが、ステップ＃２７のピーク判定は、全域のデータを用いて判定するため、比較的緩い基準でピークを判定するようになっている。ステップ＃２７でピークありと判断された場合は、ステップ＃１８の場合と同様にステップ＃２９へ進み、表示動作および合焦動作を実施する。一方、全域走査でもピークが検出されない場合には、「合焦失敗（ＡＦＮＧ）」表示を行うとともに、次回に備えて、合焦失敗（ＡＦＮＧ）であった事実を記憶させ、常焦点位置へとフォーカスレンズを駆動させる（ステップ＃２８）。
一方、ステップ＃１５で端点まで遠いと判断した場合には、設定されているＦｒの値の分だけフォーカス位置を遠い方の端点に向かって移動させ（ステップ＃２０）、その位置から、近い方の端点に向かって走査を開始する（ステップ＃２１）。この場合にも、上述と同様に、走査中にもピーク判定を実施しながら走査を行ない（ステップ＃２２、ステップ＃２３）、端点に到達した場合は、残りの領域を走査すべく、第１回目の走査（走査１）の走査開始点まで戻してから、ピーク検出を実施しつつ（ステップ＃２５、ステップ＃２６）、遠い方の端点まで第１回目の走査（走査１）とは逆方向に第２回目の走査（走査２）を実施する。ステップ＃２２またはステップ＃２５のピーク検出においてピークが検出された場合の挙動は、ステップ＃１８におけるピーク検出の場合と同様であり、全域走査が完了（ステップ＃２６）した後の挙動も、ステップ＃１９の全域走査完了後の挙動と同様である。
次に、ステップ＃２８またはステップ＃２９において合焦結果の表示やフォーカスレンズ１ａの駆動を済ませた後に、レリーズ半押しが継続しているか？（ステップ＃３１）、レリーズ押圧部Ｂが全押しされているか？（ステップ＃３２）、を半押し検出部１３および全押し検出部１４を用いて検出する。この際、継続的にＡＦ評価値を取得し（ステップ＃３０）、ステップ＃４におけるＡＦ評価値の取得の場合と同様に、次回の被写体変化の判定（ステップ＃９、ステップ＃１０）で用いることになる。
【００８０】
ステップ＃３１において、レリーズ半押し解除が検出された場合には、合焦動作回数をアップカウントしてから（ステップ＃３４）、初めのステップ＃５におけるレリーズ半押し待ち状態へ移行し、あるいは、ステップ＃３２においてレリーズ全押しが検出された場合には、所定の撮影動作を実施した後に（ステップ＃３３）、ステップ＃３４の合焦動作回数のアップカウント、ステップ＃５のレリーズ半押し待ちへと移行する。いずれの場合にも、フォーカスレンズ１ａの位置は、ステップ＃２８またはステップ＃２９にて設定された合焦位置もしくは常焦点位置を保ったまま、ステップ＃５へと移行する。
なお、図８および図９においては、煩雑になるのを防止するため、合焦動作に係る動作以外の動作（ＡＥおよびＡＷＢ等）についての説明は省略してある。
【００８１】
以上が本発明の一つの実施の形態によるディジタルカメラであるが、本発明の主要構成を逸脱しない限り、様々な方式と組み合わせることが可能である。
例えば、ピーク検出により合焦走査を中断する／しないや、第２回目の合焦走査（走査２）の走査方向を第１回目の合焦走査（走査１）の走査方向と同一とする／逆にする等々は、対応する機種の特性や要求される性能によって、それぞれにメリットがあり、本発明は、いずれにも対応させることができる。
また、上述においては、本発明による自動合焦方法を用いた自動合焦システムをディジタルカメラに適用した実施の形態について説明したが、その他のカメラに適用しても良いし、本発明の自動合焦方法および自動合焦システムは、カメラに限らず、他の画像入力装置、例えばイメージスキャナまたは複写機等、あるいは、光学的観察装置、例えば顕微鏡、望遠鏡、双眼鏡または内視鏡等、のような被写体像を取得する被写体像取得装置に広く適用することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、合焦走査に関連する動作を適正化して無駄な動作を抑制し、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を向上し得る被写体像取得装置および自動合焦方法を提供することができる。
すなわち、本発明の請求項１の被写体像取得装置によれば、被写体像を所定の結像面上に結像させるための撮影光学系と、
前記被写体像を映像信号に変換するための撮像手段と、
前記撮影光学系または前記撮像手段を光軸方向に移動させて前記撮像手段上の被写体像の合焦状態を変化させるフォーカス作動手段と、
前記撮像手段によって得られる前記映像信号から合焦評価値を求める合焦評価値検出手段と、
合焦動作完了時の合焦評価値を記憶する合焦完了評価値記憶手段と、を備え、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を、
初動位置から所定の方向に第１の所定量だけ離れた走査開始位置へ移動させた後、
前記走査開始位置から前記所定の方向とは逆の方向に向かって移動させ、
当該移動中に前記合焦評価値検出手段が、合焦評価値が適正な値となる合焦位置を探索し、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を前記合焦位置へ移動させる被写体像取得装置であって、
前記合焦完了評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作完了時の合焦評価値と、当該合焦動作開始前の合焦評価値とを比較し、
これらがほぼ同一の場合には前記第１の所定量を第２の所定量に設定し、
これらが異なる場合には前記第１の所定量をゼロもしくは前記第２の所定量より大きい値に設定することにより、
合焦走査に関連する動作を適正化して無駄な動作を抑制し、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上することができる。
【００８７】
本発明の請求項２の被写体像取得装置によれば、前記所定の方向を、当該走査範囲の両側の端点のうちの前記初動位置から遠い側の端点へ向かう方向とするようにしたので、合焦走査の効率を一層向上することができる。
【００８８】
本発明の請求項３の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置がカメラであるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得るカメラを提供することができる。
【００８９】
本発明の請求項４の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が画像入力装置であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る画像入力装置を提供することができる。
【００９０】
本発明の請求項５の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が光学的観察装置であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る光学的観察装置を提供することができる。
【００９１】
本発明の請求項６の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が顕微鏡であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る顕微鏡を提供することができる。
【００９２】
本発明の請求項７の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が望遠鏡であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る望遠鏡を提供することができる。
【００９３】
本発明の請求項８の被写体像取得装置によれば、請求項１または２に記載の被写体像取得装置が複写機であるので、特に、被写体が同一の被写体で且つ同一の状況に近い可能性の程度にさらに的確に対応させて合焦走査の効率および合焦の確実性を一層向上させ得る複写機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るディジタルカメラの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１のディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図３】図１のディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図４】図１のディジタルカメラの第３の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図５】図１のディジタルカメラの第４の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図６】図１のディジタルカメラの第５の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図７】図１のディジタルカメラの第６の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図８】図１のディジタルカメラの合焦動作の制御の流れの一部を説明するためのフローチャートである。
【図９】図１のディジタルカメラの合焦動作の制御の流れの残部を説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来の最も基本的なディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１１】図１０と同様の従来の最も基本的なディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１２】高速化を図った従来の第１のディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１３】図１２の従来のディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１４】図１２の従来のディジタルカメラの第３の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１５】高速化を図った従来の第２のディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１６】図１５の従来のディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１７】図１５の従来のディジタルカメラの第３の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１８】高速化を図った従来の（特開平５−２４１０６６号公報に示された）第３のディジタルカメラの第１の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図１９】図１８の従来のディジタルカメラの第２の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図２０】図１８の従来のディジタルカメラの第３の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図２１】図１８の従来のディジタルカメラの第４の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図２２】図１８の従来のディジタルカメラの第５の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【図２３】図１８の従来のディジタルカメラの第６の状態における合焦動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 光学系
１ａ フォーカスレンズ（フォーカシングレンズ）
１ｂ ズームレンズ（ズーミングレンズ）
１ｃ 対物レンズ
２ シャッタ／絞り部
３ フォーカス駆動系
４ ズーム駆動系
５ シャッタ／絞り駆動系
６ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
７ 撮像素子
８ Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器
９ 画像処理部
１０ システムコントローラ
１１ メモリ群
１２ 表示部
１３ 半押し検出部
１４ 全押し検出部
１５ 受光部
１６ ストロボ発光部
１７ ストロボ制御部
１８ カメラ操作部
Ｂ レリーズ押圧部
Ｕ 鏡胴ユニット
Claims (8)
- 被写体像を所定の結像面上に結像させるための撮影光学系と、
前記被写体像を映像信号に変換するための撮像手段と、
前記撮影光学系または前記撮像手段を光軸方向に移動させて前記撮像手段上の被写体像の合焦状態を変化させるフォーカス作動手段と、
前記撮像手段によって得られる前記映像信号から合焦評価値を求める合焦評価値検出手段と、
合焦動作完了時の合焦評価値を記憶する合焦完了評価値記憶手段と、を備え、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を、
初動位置から所定の方向に第１の所定量だけ離れた走査開始位置へ移動させた後、
前記走査開始位置から前記所定の方向とは逆の方向に向かって移動させ、
当該移動中に前記合焦評価値検出手段が、合焦評価値が適正な値となる合焦位置を探索し、
前記フォーカス作動手段が、前記撮影光学系または前記撮像手段を前記合焦位置へ移動させる被写体像取得装置であって、
前記合焦完了評価値記憶手段に記憶されている前回の合焦動作完了時の合焦評価値と、当該合焦動作開始前の合焦評価値とを比較し、
これらがほぼ同一の場合には前記第１の所定量を第２の所定量に設定し、
これらが異なる場合には前記第１の所定量をゼロもしくは前記第２の所定量より大きい値に設定する
ことを特徴とする被写体像取得装置。 - 前記所定の方向を、当該走査範囲の両側の端点のうちの前記初動位置から遠い側の端点へ向かう方向とすることを特徴とする請求項１に記載の被写体像取得装置。
- 前記被写体像取得装置がカメラである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の被写体像取得装置。 - 前記被写体像取得装置が画像入力装置である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の被写体像取得装置。 - 前記被写体像取得装置が光学的観察装置である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の被写体像取得装置。 - 前記被写体像取得装置が顕微鏡である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の被写体像取得装置。 - 前記被写体像取得装置が望遠鏡である
ことを特徴とする請求項または２に記載の被写体像取得装置。 - 前記被写体像取得装置が複写機である
ことを特徴とする請求項または２に記載の被写体像取得装置。
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