JP5106146B2 - 自動焦点調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いた撮像装置における焦点調節技術に関する。

従来より、光学の諸収差の自動焦点調整への悪影響を解消する技術は種々提案されている。

例えば、特許文献１は、被写体の持つ最適な測距方法をフィードバック可能な系で行えるようにして、合焦精度の向上を実現した自動合焦装置を提供するものである。具体的には、焦点評価値が最大値を示した位置から、色情報検出部により求められた所定のずらし量だけ移動させた位置へフォーカスユニットを移動する。

また特許文献２は、低周波パターンを有する被写体や微細なパターンを有する高周波被写体に対しても焦点検出を精度よく行うことを目的としている。このために、受光面上で複数のサンプリングピッチが選択可能であり、被写体像の空間周波数を所定値と比較してサンプリングピッチを選択し、選択されたサンプリングピッチで取得された被写体像に基づいて焦点検出を行う。

また特許文献３は、複数のフィルタを使い分けることにより、被写体に含まれる空間周波数成分に関わらず精度良く焦点調整が行える撮像装置の提供を目的としている。このために、複数のフィルタ（ＨＰＦ）を使い分けることで被写体の空間周波数に関わらず精度良く焦点調整を行う。手順としては、合焦動作は粗サーチを行った後に、粗サーチの結果に基づいて詳細サーチを行う。そして、粗サーチで取得された焦点評価値の最大値が所定値以上であった場合には、詳細サーチでは、粗サーチで用いたハイパスフィルタよりもカット周波数の高いハイパスフィルタを用いて高周波成分の抽出を行う。
特開２００４−３４７６６５号公報 特開平１１−１４９００号公報 特開２００４−３２５５１７号公報

しかしながら上述特許文献１では、色情報検出手段の検出情報及び／又は前記フォーカスレンズの特性情報により決まる所定のずらし量の個体による違いや撮影環境による違いを吸収することができなかった。この違いを吸収するためには、なるべく高域の空間周波数を持つ被写体に対して焦点調節を行うことが有効である。しかし、低照度下においては撮像素子やその周辺回路系で発生するノイズのため、被写体の持つ高域の空間周波数のフォーカスレンズ位置特性を取得できない場合がある。このような場合低照度下でも良好な焦点調整用の信号の得られる、通常照度時とは異なる特性の被写体の高域の空間周波数を抽出するフィルターを用いることが有効である。

また、特許文献２や特許文献３には、色情報検出手段の検出情報及び／又は前記フォーカスレンズの特性情報により決まる所定のずらし量に関する問題点の解決に関しては記載がない。

このような課題を解決するために、本発明の技術的特徴としての自動焦点調整装置は、フォーカスレンズを含む撮影光学系により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、前記画像信号から高周波成分を抽出する異なる特性を持つ複数のフィルターを有し、前記フォーカスレンズを駆動しながら取得した前記画像信号から前記フィルターを介して抽出された該画像信号の高周波成分に基づいて、合焦位置を検出する検出手段と、撮影時の照度に応じて、前記複数のフィルターから前記画像信号の高周波成分を抽出するのに用いるフィルターを設定するとともに、設定された該フィルターに応じて異なる、撮影光学系の特性情報により決まる所定の量だけ前記合焦位置からずらした位置に、前記フォーカスレンズを駆動するように制御する制御手段とを有することを特徴とする。
また、本発明の別の技術的特徴としての自動焦点調整装置の制御方法は、フォーカスレンズを含む撮影光学系により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、前記画像信号から高周波成分を抽出する異なる特性を持つ複数のフィルターを有する自動焦点調整装置の制御方法であって、前記フォーカスレンズを駆動しながら前記画像信号を取得する取得ステップと、取得した該画像信号から前記フィルターを介して抽出された該画像信号の高周波成分に基づいて、合焦位置を検出する検出ステップと、撮影時の照度に応じて、前記複数のフィルターから前記画像信号の高周波成分を抽出するのに用いるフィルターを設定する設定ステップと、設定された該フィルターに応じて異なる、前記撮影光学系の特性情報により決まる所定の量だけ前記合焦位置からずらした位置に、前記フォーカスレンズを駆動するように制御する制御ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、低照度下においても良好な自動焦点調整動作が可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。

図１に本発明の一実施形態のブロック図を示す。

１は撮像装置である。また、２はズームレンズ群、３はフォーカスレンズ群であり、４はズームレンズ群２フォーカスレンズ群３等からなる撮影光学系を透過する光束の量を制御する光量調節手段であり露出手段である絞りである。また、３１はズームレンズ群２フォーカスレンズ群３絞り４等からなる撮影レンズ鏡筒で先端部に焦点距離を変換するためのコンバージョンレンズを取り付けるための部材を有している。

５は撮影光学系を透過した被写体像が結像し、これを光電変換する固体撮像素子（以下ＣＣＤ）である。また、６はこのＣＣＤ５によって光電変換された電気信号を受けて各種の画像処理を施すことにより所定の画像信号を生成する撮像回路である。また、７はこの撮像回路６により生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変化するＡ／Ｄ変換回路である。また、８はこのＡ／Ｄ変換回路７の出力を受けてこの画像信号を一時的に記憶するバッファメモリ等のメモリ（ＶＲＡＭ）である。また、９はこのＶＲＡＭ８に記憶された画像信号を読み出してこれをアナログ信号に変換するとともに再生出力に適する形態の画像信号に変換するＤ／Ａ変換回路である。また、１０はこの画像信号を表示する液晶表示装置（ＬＣＤ）等の画像表示装置（以下ＬＣＤ）である。また、１２は半導体メモリ等からなる画像データを記憶する記憶用メモリである。また、１１は圧縮処理や符号化処理を施す圧縮回路及び復号化処理や伸長処理等を施す伸長回路とからなる圧縮伸長回路である。ここで、圧縮回路は、ＶＲＡＭ８に一時記憶された画像信号を読み出して記憶用メモリ１２に対する記憶に適した形態にするために画像データの圧縮や符号化を行う処理を行う。また、伸長回路は、記憶用メモリ１２に記憶された画像データを再生表示等をするのに最適な形態とするための符号化や伸長の処理を行う。１３はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて自動露出（ＡＥ）処理を行うＡＥ処理回路である。また、１４はＡＦ評価値生成手段であるＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて自動焦点調節（ＡＦ）処理を行うスキャンＡＦ処理回路である。また、１５は撮像装置の制御を行う演算用のメモリを内蔵したＣＰＵである。また、１６は所定のタイミング信号を発生するタイミングジェネレータ（以下ＴＧ）である。また、１７はＣＣＤドライバーである。また、２１は絞り４を駆動する絞り駆動モータである。また、１８は絞り駆動モータ２１を駆動制御する第一モータ駆動回路である。また、２２はフォーカスレンズ群３を駆動するフォーカス駆動モータである。また、１９はフォーカス駆動モータ２２を駆動制御する第ニモーター駆動回路である。また、２３はズームレンズ群２を駆動するズーム駆動モータである。また、２０はズーム駆動モータ２３を駆動制御する第三モータ駆動回路である。また、２４は各種のスイッチ群からなる操作スイッチである。また、２５は各種制御等を行うプログラムや各種動作を行わせるために使用するデータ等が予め記憶されている電気的に書き換え可能な読み出し専用メモリであるＥＥＰＲＯＭである。また、２６は電池である。また、２８はストロボ発光部、２７はストロボ発光部２８の閃光発光を制御するスイッチング回路である。また、２９は警告表示などを行うＬＥＤなどの表示素子である。また、３０は音声によるガイダンスや警告などを行うためのスピーカーである。また、３３はＬＥＤなどの光源で構成されるＡＦ補助光、３３はＡＦ補助光３２を駆動するためのＡＦ補助光駆動回路、３４はコンバージョンレンズ取付け検出スイッチである。

なお、画像データ等の記憶媒体である記憶用メモリは、フラッシュメモリ等の固定型の半導体メモリや、カード形状やスティック形状からなり装置に対して着脱自在に形成されるカード型フラッシュメモリ等の半導体メモリがある。その他、ハードディスクやフロッピィ−ディスク等の磁気記憶媒体等、様々な形態のものが適用される。

また、操作スイッチ２４としては、本撮像装置１を起動させ電源供給を行うための主電源スイッチや撮影動作（記憶動作）等を開始させるレリーズスイッチがある。また、再生動作を開始させる再生スイッチ、撮影光学系のズームレンズ群２を移動させズームを行わせるズームスイッチ等もある。

そしてレリーズスイッチは撮影動作に先立ち行われるＡＥ処理、ＡＦ処理を開始させる指示信号を発生する第一ストローク（以下ＳＷ１）と実際の露光動作を開始させる指示信号を発生する第ニストローク（以下ＳＷ２）との二段スイッチにより構成される。

このように構成された本実施形態における動作を以下に説明する。

まず、撮像装置１の撮影レンズ鏡筒３１を透過した被写体光束は絞り部４によってその光量が調整された後、ＣＣＤ５の受光面に結像される。この被写体像は、ＣＣＤ５による光電変換処理により電気的な信号に変換され撮像回路６に出力される。撮像回路６では、入力した信号に対して各種の信号処理が施され、所定の画像信号が生成される。この画像信号はＡ／Ｄ変換回路７に出力されデジタル信号（画像データ）に変換された後、ＶＲＡＭ８に一時的に格納される。ＶＲＡＭ８に格納された画像データはＤ／Ａ変換回路９へ出力されアナログ信号に変換され表示するのに適した形態の画像信号に変換された後、ＬＣＤに画像として表示される。一方ＶＲＡＭ８に格納された画像データは圧縮伸長回路１１にも出力される。この圧縮伸長回路１１における圧縮回路によって圧縮処理が行われた後、記憶に適した形態の画像データに変換され、記憶用メモリ１２に記憶される。

また。例えば操作スイッチ２４のうち不図示の再生スイッチが操作されオン状態になると、再生動作が開始される。すると記憶用メモリ１２に圧縮された形で記憶された画像データは圧縮伸長回路１１に出力され、伸長回路において復号化処理や伸長処理等が施された後、ＶＲＡＭ８に出力され一時的に記憶される。更に、この画像データはＤ／Ａ変換回路９へ出力されアナログ信号に変換され表示するのに適した形態の画像信号に変換された後、ＬＣＤ１０に画像として表示される。

他方、Ａ／Ｄ変換回路７によってデジタル化された画像データは、上述のＶＲＡＭ８とは別にＡＥ処理回路１３及びスキャンＡＦ処理回路１４に対しても出力される。まずＡＥ処理回路１３においては、入力されたデジタル画像信号を受けて、一画面分の画像データの輝度値に対して累積加算等の演算処理が行われる。これにより、被写体の明るさに応じたＡＥ評価値が算出される。このＡＥ評価値はＣＰＵ１５に出力される。

またスキャンＡＦ処理回路１４においては、入力されたデジタル画像信号を受けて、画像データの高周波成分がハイパスフィルター（ＨＰＦ）等を介して抽出され、更に累積加算等の演算処理を行い、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値信号が算出される。具体的にはスキャンＡＦ処理はＡＦ領域として指定された画面の一部分の領域に相当する画像データの高周波成分をハイパスフィルター（ＨＰＦ）等を介して抽出し、更に累積加算等の演算処理を行う。これにより、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値信号が算出される。このＡＦ領域は中央部分の一箇所である場合や中央部分とそれに隣接する複数箇所である場合、離散的に分布する複数箇所である場合などがある。またＣＣＤや回路系で重畳されるノイズ成分をキャンセルするために高域側の輪郭成分量等を抽出するハイパスフィルター（ＨＰＦ）の前にローパスフィルターを通すことが一般的である。従ってスキャンＡＦ処理回路１４は実際には高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値信号が算出するバンドパスフィルター（ＢＰＦ）として構成されている。

このようにスキャンＡＦ処理回路１４は、ＡＦ処理を行う過程において、ＣＣＤ５によって生成された画像信号から所定の高周波成分を検出する高周波成分検出手段の役割を担っている。

本実施形態においてはフォーカスレンズの特性情報により決まる所定の量（ベストピント補正量：ＢＰ補正量と略す）の個体による違いや撮影環境による違いを吸収することが可能にする。このために、異なる特性を持つ複数の被写体の高域の空間周波数を抽出するＢＰＦを用いている。

一方、ＴＧ１６からは所定のタイミング信号がＣＰＵ１５、撮像回路６、ＣＣＤドライバー１７へ出力されており、ＣＰＵ１５はこのタイミング信号に同期させて各種の制御を行う。また撮像回路６は、ＴＧ１６からのタイミング信号を受け、これに同期させて色信号の分離等の各種画像処理を行う。さらにＣＣＤドライバー１７は、ＴＧ１６のタイミング信号を受けこれに同期してＣＣＤ５を駆動する。

またＣＰＵ１５は、第一モータ駆動回路１８、第ニモータ駆動回路１９、第三モータ駆動回路２０をそれぞれ制御する。これにより、絞り駆動モータ２１、フォーカス駆動モータ２２、ズーム駆動モータ２３を介して、絞り４、フォーカスレンズ群３、ズームレンズ群２を駆動制御する。すなわちＣＰＵ１５はＡＥ処理回路１３において算出されたＡＥ評価値等に基づき第一モータ駆動回路１８を制御して絞り駆動モータ２１を駆動し、絞り４の絞り量を適正になるように調整するＡＥ制御を行う。またＣＰＵ１５はスキャンＡＦ処理回路１４において算出されるＡＦ評価値信号に基づき第ニモータ駆動回路１９を制御してフォーカス駆動モータ２２を駆動し、フォーカスレンズ群３を合焦位置に移動させるＡＦ制御を行う。またマニュアルフォーカスに設定されているときは、操作スイッチ２４のうち不図示のフォーカス駆動指示部材が操作された際に、その操作量に応じて第ニモータ駆動回路１９を制御してフォーカス駆動モータ２２を駆動し、フォーカスレンズ群３を移動させる。また操作スイッチ２４のうち不図示のズームスイッチが操作された場合は、これを受けてＣＰＵ１５は、第三モータ駆動回路２０を制御してズーム駆動モータ２３を駆動制御することによりズームレンズ群２を移動させ、撮影光学系の変倍動作（ズーム動作）を行う。

次に本撮像装置の実際の撮影動作を図２に示すフローチャートを用いて説明する。

本撮像装置１の主電源スイッチがオン状態であり、かつ撮像装置の動作モードが撮影（録画）モードにあるときは、撮影処理シーケンスが実行される。

まずステップＳ１においてＣＰＵ１５は、撮影レンズ鏡筒３１を透過しＣＣＤ５上に結像した像をＬＣＤに画像として表示する。すなわちＣＣＤ５上に結像した被写体像は、ＣＣＤ５による光電変換処理され電気的な信号に変換された後、撮像回路６に出力される。そこで入力した信号に対して各種の信号処理が施され、所定の画像信号が生成された後、Ａ／Ｄ変換回路７に出力されデジタル信号（画像データ）に変換されＶＲＡＭ８に一時的に格納される。ＶＲＡＭ８に格納された画像データはＤ／Ａ変換回路９へ出力されアナログ信号に変換され表示するのに適した形態の画像信号に変換された後、ＬＣＤに画像として表示される。

次いでステップＳ２において、レリーズスイッチの状態を確認する。撮影者によってレリーズスイッチが操作され、ＳＷ１（レリーズスイッチの第一ストローク）がオン状態になったことをＣＰＵ１５が確認すると、次のステップＳ３に進み、通常のＡＥ処理が実行される。続いてステップＳ４においてスキャンＡＦ処理を行う。

すなわちＣＰＵ１５は、ステップＳ４で合焦位置を検出するためのスキャンＡＦ処理を行う。その概略を図３を用いて説明する。スキャンＡＦはＣＣＤ５によって生成された画像信号から出力される高周波成分が最も多くなるフォーカスレンズ群３の位置を求めることにより行われる。ＣＰＵ１５はフォーカス駆動モータ２２を駆動制御する駆動モータ２１を介してはフォーカス駆動モータ２２を制御する。そして、フォーカスレンズ群３を無限遠に相当する位置（図３における「Ａ」）から各々の撮影モードにおいて設定される至近距離に相当する位置（図３における「Ｂ」）まで駆動する。そして駆動しながらスキャンＡＦ処理回路の出力（ＡＦ評価値信号）を取得し、フォーカスレンズ群３の駆動が終了した時点で取得したＡＦ評価値信号から、それが最大になる位置（図３における「Ｃ」）を求める。そして詳細を後述する方法でＢＰ補正量（ベストピント補正量）を求め、それを加味した位置にフォーカスレンズ群３の駆動する。

このＡＦ処理回路の出力の取得はスキャンＡＦの高速化のために、全てのフォーカスレンズ群３の停止位置については行わず、所定にステップ毎に行う。この場合、図３に示すａ１、ａ２、ａ３点においてＡＦ評価値信号を取得することがありうる。このような場合はＡＦ評価値信号が最大値となった点とその前後の点のから合焦位置Ｃを計算にて求めている。このように補間計算を行いＡＦ評価値信号が最大値となる点（図３のＣ）を求める前にＡＦ評価値信号の信頼性を評価する。本実施形態では複数のＢＰＦにてＡＦ評価値を求めているので、そのいずれかの信頼性が十分であれば、そのＢＰＦにおけるＡＦ評価値信号が最大値となる点を求め、ステップＳ５においてＡＦＯＫ表示を行う。これは表示素子２９を点灯することなどにより行うと同時にＬＣＤ上に緑の枠を表示するなどの処理を行う。

またステップＳ４において、全てのＢＰＦで得られたＡＦ評価値信号の信頼性が低い場合には、ＡＦ評価値信号が最大値となる点を求める処理は行わず、ステップＳ５に進みＡＦＮＧ表示を行う。これは表示素子２９を点滅表示することなどにより行うと同時にＬＣＤ上に黄色の枠を表示するなどの処理を行う。

ＣＰＵ１５はステップＳ６のおいて、ＳＷ２（レリーズスイッチの第ニストローク）の確認を行い、ＳＷ２がオンになっていたならば、ステップＳ７に進み、実際の露光処理を実行する。

ここでステップＳ５で行われるスキャンＡＦの詳細を説明する。つまり、通常照度時と低照度時のフォーカスレンズ群３を駆動しながら取得するＡＦ評価値信号が最大になる位置に対するＢＰ補正量（ベストピント補正量）を求め方、及びそれを加味した位置にフォーカスレンズ群３の駆動する方法に関してである。

一般に光学系の球面収差などの収差が生じると、被写体の周波数に応じたピント位置が異なる。よって異なる特性を持つ複数の被写体の高域の空間周波数を抽出するフィルターを用いて、フォーカスレンズ群３を駆動しながらＡＦ評価値信号を取得すると、例えば図４に示すようになる。

図４において、（１）はナイキスト周波数の１０％、（２）はナイキスト周波数の２０％、（３）はナイキスト周波数の３０％、（４）はナイキスト周波数の４０％でフィルターの透過率が最大となるような特性を持つＢＰＦである。図４に示すようにフィルターの周波数特性が異なると、ＡＦ評価値が最大となる位置が異なり、ＢＰＦの透過率が最大となる周波数が高くなるほど、左側（すなわちピントとしては近いものにピントを合わせる側）にＡＦ評価値が最大になる位置が分布している。この分布の仕方はフォーカスレンズ群３を含む撮影レンズ鏡筒３１の特性によるものであるため、必ず図４の様になるとは限らない。逆の特性になる場合もあれば、その差が小さくほとんど同じ位置にＡＦ評価値が最大になる位置が分布する場合もある。

またその量は、撮影レンズ鏡筒の変倍に伴う焦点距離や撮影距離などによっても異なることがある。

従って自動焦点調整動作を行う場合は、なるべく高い周波数においてフィルターの透過率が最大となるものを用い、そのＡＦ評価値が最大になる位置へフォーカスレンズ群３を駆動する。そうすれば、撮影者が見た目でベストのピント位置と感じるフォーカスレンズ群３の位置を得ることが可能になる。

これは空間周波数の高い被写体と、低い被写体が混在する被写体を撮影した場合、空間周波数の低い被写体は多少ベストのピント位置からずれていても像がボケていると感じないためである。また、空間周波数の高い被写体の場合は僅かなずれでも像がボケていると感じやすいからである。

しかし低照度時に高い周波数においてフィルターの透過率が最大となるＢＰＦを用いた場合、得られるＡＦ評価値信号の信頼性が十分でない場合が多い。

その理由は、高域の信号にはＣＣＤや回路系において重畳されるノイズが含まれているため、偽の信号を発生させることがある。特に低照度では、ＣＣＤにて受光される光量が減少するため本来の信号成分が減少するためこの傾向が顕著になる。

そのため特許文献１のように比較的低い周波数においてフィルターの透過率が最大となるものを用いる方法が採用されてきた。また、そのＡＦ評価値が最大になる位置からフォーカスレンズの特性情報により決まる所定の量だけずらした位置に、フォーカスレンズ群３を駆動する方法が採用されてきた。すなわち従来例においては通常照度でも低照度でも同じＢＰＦ（被写体の高域の空間周波数を抽出するフィルター）を用いてきた。

しかしこの方法には、低照度時にＣＣＤや回路系において重畳されるノイズが含まれているため、偽の信号を発生させることがあり、合焦の能力が低下する問題があった。

例えば図１０に示すように、通常照度時は比較的高いＢＰＦでも十分信頼性のあるＡＦ評価値を得ることができるが（図１０上図（２））、低照度時は比較的高いＢＰＦでは信頼性のあるＡＦ評価値を得ることができない（図１０下図（２））。これに対して比較的低いＢＰＦを用いた場合低照度時においても信頼性のあるＡＦ評価値を得ることができるが（図１０下図（１））。

よって本実施形態においては、通常照度用と低照度用に異なる特性を持つ複数の被写体の高域の空間周波数を抽出するフィルターを用いている。

すなわち、通常照度時はより高域ＢＰＦでＡＦ評価値の算出を行い各々の信頼性を評価し、そのピーク位置を求め、そのピーク位置からこの通常照度用のＢＰＦに対応するＢＰ補正量分ずらした位置へフォーカスレンズ群３を駆動する。

そして一定照度以下になった場合は、低照度用として通常照度用より低域のＢＰＦでＡＦ評価値の算出を行う信頼性を評価し、そのピーク位置を求めそのピーク位置からこの低照度用のＢＰＦに対応するＢＰ補正量分ずらした位置へフォーカスレンズ群３を駆動する。

これにより低照度下においても良好な自動焦点調整動作を可能にしている。

本実施形態スキャンＡＦの動作手順を図５に示す。

まずステップＳ５０１にて照度の測定を行い、一定照度未満（低照度）であればステップＳ５０２からステップＳ５０３に進み、低照度時のＡＦ評価値を取得するための特性を持つＢＰＦを設定する。例えば、ＣＣＤ５のより実際にＡＦを行う際に読み出される画素数により決定されるナイキスト周波数の２０％にフィルターの透過率が最大となるような特性を持つＢＰＦを設定する。

逆に一定照度以上（通常照度）であればステップＳ５０２からステップＳ５０４に進み、通常照度時のＡＦ評価値を取得するための特性を持つＢＰＦを設定する。例えば、ＣＣＤ５のより実際にＡＦを行う際に読み出される画素数により決定されるナイキスト周波数の５０％にフィルターの透過率が最大となるような特性を持つＢＰＦを設定する。

ついで、ステップＳ５０５ではフォーカスレンズ群３をスキャン開始位置にスキャン動作中の速度より速い速度で移動する。スキャン開始位置は、本実施形態においては、設定されたスキャン範囲の一端に設定される。

ステップＳ５０５では、撮影領域内に設定されるＡＦ領域に対応する領域のステップＳ５０３もしくはステップＳ５０４で設定されたＢＰＦにおいて求められるＡＦ評価値とフォーカスレンズ群３の位置をＣＰＵ１５に内蔵される図示しない演算メモリに記憶する。

ステップＳ５０６ではレンズ位置がスキャン終了位置にあるかどうかを調べ、終了位置であればステップＳ５０９へ、そうでなければステップＳ５０８へ進む。前記スキャン終了位置は、設定されたスキャン範囲の他端に設定される。

ステップＳ５０８ではフォーカスレンズ群３を駆動して所定の方向へ所定量動かす。

ステップＳ５０９では、設定されたＢＰＦで取得されたＡＦ評価値からその信頼性を計算する。その詳細については後述する。

ステップＳ５１０ではステップＳ５０９で求められた信頼性を評価し、その値が所定値以上か否かを判定する。

信頼性が所定値未満と判定された場合は、後述するＡＦ評価値信号が最大値となる点を求める処理は行わず、ステップＳ５１１へ進み、定点と呼ばれるあらかじめ定められた自動焦点調整が不能な場合に駆動する位置へフォーカスレンズ群３を駆動する。この場合は上述のように図２ステップＳ５にてＡＦＮＧ表示を行う。

信頼性が所定値以上の場合はステップＳ５１２へ進み、ステップＳ５０３で記憶された選択されたＢＰＦによるＡＦ評価値とそのレンズ位置から、ＡＦ評価値が最大となる位置に対応するフォーカスレンズのピーク位置を計算する。

それとともに選択されたＢＰＦに対応するＢＰ補正量を求める。

このＢＰ補正量は、図４に示すようにＢＰＦの透過率が最大となる周波数が異なると異なることが一般的であり、また撮影レンズ鏡筒の焦点距離や撮影距離などによっても異なることがある。そこで使用するＢＰＦ毎に以下のように補正量をデータとして不図示のメモリーに記録している。すなわち通常照度用と低照度用で異なるデータを記録している。

距離に関しては例えば無限遠、２ｍ、５０ｃｍの３つの距離における補正量を記録している。中間の距離はその両側の距離の値より補間する。５０ｃｍと２ｍの間の距離Ｌ１の補正量Ｈ１は、２ｍと５０ｃｍの補正量を用いた以下の式で求められる。
Ｈ１＝
ＬｎＬｍ（Ｈｎ−Ｈｍ）／（Ｌｍ−Ｌｎ）（１／Ｌ１）＋Ｈｎ−Ｌｍ（Ｈｎ−Ｈｍ）／（Ｌｍ−Ｌｎ）
但し、Ｌｎは５０ｃｍ、Ｌｍは２ｍ、Ｈｎは５０ｃｍの補正量、Ｈｍは２ｍでの補正量である。

また２ｍと無限遠の間の距離Ｈ２は
Ｈ２＝Ｌｍ（Ｈｍ−Ｈｉ）（１／Ｌ２）＋Ｈｉ
但し、Ｌｍは２ｍ、Ｈｉは無限遠の補正量、Ｈｍは２ｍでの補正量である。

この計算で使用される距離は自動焦点調整の結果から逆算される。

焦点距離に関しては停止可能な全てのポジションにおける補正量を記録する。但しその停止するポジションがあまりにも多い場合は、その量を考慮していくつかのズームポジションをまとめて一つの値を持つことがある。例えば０〜１２８のズームポジションに停止可能な場合は０〜８、９〜１６・・・・・１２１〜１２８の様に分割し、分割した単位ごとに補正量を持つことにする。

この補正量はレンズ設計値から各焦点距離・各距離について計算して求める場合、実際に複数の個体の補正量を各焦点距離・各距離について測定しその平均値を用いる場合、個別に測定したその個体特有の値を用いる場合がある。

どの方法を採るかは、撮影レンズ鏡筒３１の設計がある程度終了した段階で、補正量の各個体ごとの補正量がどの程度ばらつくのかを検討し決定する。

その後ステップＳ５１３に進み、ステップＳ５１２で求められたＡＦ評価値が最大となる位置に対応するフォーカスレンズのピーク位置と選択されたＢＰＦに対応するＢＰ補正量からフォーカスレンズ群３の駆動位置を求め、その位置へレンズを駆動する。

ここでステップＳ５０９にて行われ各々のＢＰＦで取得されたＡＦ評価値からその信頼性を計算する処理について説明する。

ＡＦ評価信号は遠近競合の特殊な場合を除けば、横軸に距離、縦軸にＡＦ評価値をとるとその形は図６に示すような山状になる。そこで本実施形態においてはＡＦ評価信号が山状になっているか否かをＡＦ評価信号の最大値と最小値の差、一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さ、傾斜している部分の勾配から判断することによりＡＦ評価信号の信頼性を判断している。

本実施形態においては図６に示すように、山の頂上（Ａ点）から傾斜していると認められる点Ｄ点、Ｅ点を求め、Ｄ点とＥ点の幅を山の幅Ｌ、Ａ点とＤ点のＡＦ評価値の差ＳＬ１とＡ点とＥ点のＡＦ評価値の差ＳＬ２の和ＳＬ１＋ＳＬ２を山の勾配ＳＬとしている。

その詳細を以下に説明する。

図７にその動作のフローチャートを示す。

まずステップＳ７０１において、スキャンＡＦ処理回路１４から出力されるＡＦ評価値の最大値と最小値、及び最大値を与えるスキャンポイントｉｏを求める。その後ステップＳ７０２において、ＡＦ評価値の山の幅を表す変数Ｌ、山の勾配を表す変数ＳＬをともに零に初期化する。

ついで最大値を与えるスキャンポイントｉｏが無限遠に相当する位置か否かを調べ、無限遠に相当する位置でないならば、ステップＳ１０４に進み無限遠に相当する位置方向への単調減少を調べる。無限遠に相当する位置であったならば、この処理をスキップしステップＳ７０５に進む。

ここでステップＳ７０４における無限遠に相当する位置方向への単調減少を調べる処理について説明する。

図８にそのフローチャートを示す。

まずステップＳ８０１において、カウンター変数ｉをｉｏに初期化する。そしてｉにおけるＡＦ評価値の値ｄ［ｉ］とｉより１スキャンポイント分無限遠よりのスキャンポイントｉ−１におけるＡＦ評価値の値ｄ［ｉ−１］を比較する。ｄ［ｉ］がｄ［ｉ−１］より大きければ、無限遠方向への単調減少が生じていると判断し、ステップＳ８０３に進み、ＡＦ評価値の山の幅を表す変数Ｌ、山の勾配を表す変数ＳＬを以下の式に従い更新する。
Ｌ ＝ Ｌ＋１
ＳＬ＝ ＳＬ＋（ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ−１］）
ステップＳ８０２で、ｄ［ｉ］＞ｄ［ｉ−１］でなければ、無限遠方向への単調減少は生じていないと判断し、無限遠方向の単調減少をチェックする処理を終了し、ステップＳ７０５に進む。

処理を継続する場合は処理をステップＳ８０４へ進め、ｉ＝ｉ−１として、検出をする点を１スキャンポイント無限遠側に移す。

Ｓ８０５ではカウンターｉが無限遠相当の値（＝０）になったかどうかをチェックする。カウンターの値が０、すなわち単調減少を検出する開始点が無限遠相当の位置に達したならば、無限遠方向の単調減少をチェックする処理を終了し、ステップＳ７０５に進む。

このようにｉ＝ｉｏから無限遠方向への単調減少をチェックする。

無限遠方向への単調減少をチェックする処理を終了したならば、最大値を与えるスキャンポイントｉｏがスキャンＡＦを行う至近端に相当する位置か否かを調べる。そして、至近端に相当する位置でないならば、ステップＳ７０６に進み至近端に相当する位置方向への単調減少を調べる。至近端に相当する位置であったならば、この処理をスキップしステップＳ７０７に進む。

ここでステップＳ７０６における至近端に相当する位置方向への単調減少を調べる処理について説明する。

図９にそのフローチャートを示す。

まずステップＳ９０１において、カウンター変数ｉをｉｏに初期化する。そしてｉにおけるＡＦ評価値の値ｄ［ｉ］とｉより１スキャンポイント分至近端よりのスキャンポイントｉ＋１におけるＡＦ評価値の値ｄ［ｉ＋１］を比較する。ｄ［ｉ］がｄ［ｉ＋１］より大きければ、至近端方向への単調減少が生じていると判断し、ステップＳ９０３に進み、ＡＦ評価値の山の幅を表す変数Ｌ、山の勾配を表す変数ＳＬを以下の式に従い更新する。
Ｌ ＝ Ｌ＋１
ＳＬ＝ ＳＬ＋（ｄ［ｉ］−ｄ［ｉ＋１］）

ステップＳ９０２で、ｄ［ｉ］＞ｄ［ｉ＋１］でなければ、至近端方向への単調減少は生じていないと判断し、至近端方向の単調減少をチェックする処理を終了し、ステップＳ７０７に進む。

処理を継続する場合は処理をステップＳ３０４へ進め、ｉ＝ｉ＋１として、検出をする点を１スキャンポイント至近端側に移す。

Ｓ３０５ではカウンターｉが至近端相当の値（＝Ｎ）になったかどうかをチェックする。カウンターの値がＮ、すなわち単調減少を検出する開始点が至近端相当の位置に達したならば、至近端方向の単調減少をチェックする処理を終了し、ステップＳ７０７に進む。

このようにｉ＝ｉｏから至近端方向への単調減少をチェックする。

無限遠方向、至近端方向への単調減少のチェックが終了したならば、ＡＦ評価値の信頼性を判定するための諸係数をそれぞれのしきい値と比較し。全ての条件を満たしたならばＡＦ評価値の信頼性があると判定する。

まずステップＳ７０７において、ＡＦ評価値の最大値と最小値の差をその所定値と比較し、所定値より小さい場合は信頼性がないと判断し、ステップＳ７１１へ進む。ついでステップＳ７０８において、一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さＬをその所定値Ｌｏと比較し、所定値より小さい場合は信頼性がないと判断し、ステップＳ７１１へ進む。そしてステップＳ７０９において、傾斜している部分の傾斜の平均値ＳＬ／Ｌをその所定値ＳＬｏ／Ｌｏ比較し、所定値より小さい場合は信頼性がないと判断し、ステップＳ７１１へ進む。

以上の３つの条件を満たした場合はＡＦ評価値の信頼性があると判定し、ステップＳ７１０へ進む。そして、以下の式を用いて信頼性の数値を求める。ここで、これまでに求められた、ＡＦ評価値の最大値と最小値の差ｄｅｆ＿ＭａｘＭｉｎをその所定値ｄｅｆ＿ＭａｘＭｉｎ０とする。また、一定値以上の傾きで傾斜している部分の長さＬをその所定値Ｌｏとする。また、傾斜している部分の傾斜の平均値ＳＬ／Ｌをその所定値ＳＬｏ／Ｌｏとする。

信頼性
＝（ｄｅｆ＿ＭａｘＭｉｎ／ｄｅｆ＿ＭａｘＭｉｎ０）（Ｌ／Ｌｏ）｛ＳＬ／Ｌ｝／（ＳＬｏ／Ｌｏ）｝
＝（ｄｅｆ＿ＭａｘＭｉｎ／ｄｅｆ＿ＭａｘＭｉｎ０）（ＳＬ／ＳＬｏ）
なおこの信頼性を計算する場合に使用する所定値ｄｅｆ＿ＭａｘＭｉｎ０、Ｌｏ、ＳＬｏ／Ｌｏは規定条件での測定値によって定める。規定条件は所定の距離・照度において、所定のコントラストで複数の異なる所定の線幅を有するチャートを用いた測定である。上記の条件は合焦すべき最低条件であり、この条件において各ＢＰＦでＡＦ評価値を取得し、その結果から信頼性を計算する場合に使用する所定値を求める。

また、ＡＦ評価値の信頼性がないと判断しステップＳ７１１へ進んだ場合は、信頼性＝０とする。

上記実施形態ではコンパクトタイプのデジタルカメラを例に説明したが、本発明は、デジタルビデオカメラやデジタルＳＬＲにも適用可能である。

上述のように構成することで、所定のずらし量の撮影環境（撮影時の照度）による違いを吸収することが可能になり、低照度下においても良好な自動焦点調整動作が可能になる。

撮像装置のブロック図である。 動作手順の説明図である。 動作手順の説明図である。 被写体の空間周波数とピント位置の関係の一例を示す図である。 スキャンＡＦの動作手順の説明図である。 ＡＦ評価値の信頼性に関する説明図である。 ＡＦ評価値の信頼性を求める動作手順の説明図である。 無限遠側の単調減少を調べる動作手順の説明図である。 至近側の単調減少を調べる動作手順の説明図である。 通常照度・低照度のＡＦ評価値の例を説明する図である。

符号の説明

１ 撮像装置
２ ズームレンズ群
３ フォーカスレンズ群
４ 絞り
３１ 撮影レンズ鏡筒
５ 固体撮像素子（ＣＣＤ）
６ 撮像回路
７ Ａ／Ｄ変換回路
８ メモリ（ＶＲＡＭ）
９ Ｄ／Ａ変換回路
１０ 画像表示装置
１２ 記憶用メモリ
１１ 圧縮伸長回路
１３ ＡＥ処理回路
１４ スキャンＡＦ処理回路
１５ ＣＰＵ
１６ タイミングジェネレータ
１７ ＣＣＤドライバー
２１ 絞り駆動モータ
１８ 絞り駆動モータ２１を駆動制御する第一モータ駆動回路
２２ 駆動するフォーカス駆動モータ
１９ フォーカス駆動モータ２２を駆動制御する第ニモーター駆動回路
２３ ズーム駆動モータ
２０ ズーム駆動モータ２３を駆動制御する第三モータ駆動回路
２４ 操作スイッチ
２５ ＥＥＰＲＯＭ
２６ 電池
２８ ストロボ発光部
２７ スイッチング回路
２９ 表示素子
３０ スピーカー
３１ 撮影レンズ鏡筒
３２ ＡＦ補助光駆動回路
３３ ＡＦ補助光
３４ コンバージョンレンズ取付け検出スイッチ

Claims (4)

1. フォーカスレンズを含む撮影光学系により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、
   前記画像信号から高周波成分を抽出する異なる特性を持つ複数のフィルターを有し、前記フォーカスレンズを駆動しながら取得した前記画像信号から前記フィルターを介して抽出された該画像信号の高周波成分に基づいて、合焦位置を検出する検出手段と、
   撮影時の照度に応じて、前記複数のフィルターから前記画像信号の高周波成分を抽出するのに用いるフィルターを設定するとともに、設定された該フィルターに応じて異なる、前記撮影光学系の特性情報により決まる所定の量だけ前記合焦位置からずらした位置に、前記フォーカスレンズを駆動するように制御する制御手段とを有することを特徴とする自動焦点調整装置。
2. 前記制御手段は、第１の照度より低い第２の照度の場合、前記第１の照度の場合よりも透過率が最大となる空間周波数が低い前記フィルターを設定することを特徴とする請求項１記載の自動焦点調整装置。
3. 前記制御手段は、前記画像信号の高周波成分に対応する評価信号の信頼性が第１の場合より低い第２の場合、所定の位置へ前記フォーカスレンズを駆動するように制御し、前記評価信号の信頼性が前記第１の場合、設定された前記フィルターに応じて、前記撮影光学系の特性情報により決まる前記所定の量だけ前記合焦位置からずらした位置に前記フォーカスレンズを駆動するように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の自動焦点調整装置。
4. フォーカスレンズを含む撮影光学系により結像される被写体像を光電変換して電気的な画像信号を得る撮像手段と、前記画像信号から高周波成分を抽出する異なる特性を持つ複数のフィルターを有する自動焦点調整装置の制御方法であって、
   前記フォーカスレンズを駆動しながら前記画像信号を取得する取得ステップと、
   取得した該画像信号から前記フィルターを介して抽出された該画像信号の高周波成分に基づいて、合焦位置を検出する検出ステップと、
   撮影時の照度に応じて、前記複数のフィルターから前記画像信号の高周波成分を抽出するのに用いるフィルターを設定する設定ステップと、
   設定された該フィルターに応じて異なる、前記撮影光学系の特性情報により決まる所定の量だけ前記合焦位置からずらした位置に、前記フォーカスレンズを駆動するように制御する制御ステップとを有することを特徴とする自動焦点調整装置の制御方法。

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