JP5355239B2

JP5355239B2 - 撮像装置およびその制御方法

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Publication number: JP5355239B2
Application number: JP2009142867A
Authority: JP
Inventors: 光央新井田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2029-06-16
Also published as: JP2011002473A

Description

本発明は、撮像装置に関する。

特許文献１は、位相差方式のＡＦ（オートフォーカス）（位相差ＡＦ）で被写体の合焦位置近傍までフォーカスレンズを移動した後に、コントラスト方式のＡＦ（ＴＶＡＦ）により高精度に合焦位置にフォーカスレンズを移動するハイブリッドＡＦを開示している。

特許文献２は、被写体が動体であるか焦点距離が閾値未満であれば位相差ＡＦを行い、そうでなければハイブリッドＡＦを行なう撮像装置を開示している。

更に、過去の位相差ＡＦの結果に基づいて被写体が動体であるかどうかを判定し、動体である場合には次の撮影タイミングでの被写体距離を予測してフォーカスレンズを動作させる動体追従ＡＦも提案されている。

特開２００２−２５８１４７号公報特開２００６−０５３５４５号公報

しかし、位相差ＡＦは、撮像装置から被写体までの距離（被写体距離）が長くなると遠近競合のために精度が低下し、その場合は、被写体の動きを正確に予測できないために動体追従ＡＦの精度も低下する。

本発明は、被写体が遠距離で動体であっても焦点検出精度に優れた撮像装置およびその制御方法を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、第１光学系を介した被写体像のコントラストのピーク位置を検出する第１の検出部と、前記第１光学系とは異なる第２光学系を介した被写体像から被写体距離に対応する情報を検出する第２の検出部と、前記第１の検出部により検出されたコントラストのピーク位置に基づいて被写体距離に対応する情報を推定する推定部と、前記第２の検出部の過去の履歴から被写体との距離変化後の被写体距離を予測する予測部と、前記推定部より出力された被写体距離に対応する情報、又は、前記第２の検出部より出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離が第１の距離の場合に前記第１の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節し、前記推定部より出力された被写体距離に対応する情報、又は、前記第２の検出部より出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離である場合には前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節することで、動体に対して繰り返し焦点調節を実行する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第１の検出部の出力を用いて焦点調節が行われている場合には、前記推定部より出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離に応じて、前記第１の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するか、前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するかを選択し、前記予測部の出力を用いて焦点調節が行われている場合には、前記第２の検出部より出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離に応じて、前記第１の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するか、前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するかを選択することを特徴とする。
本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、第１光学系を介した被写体像のコントラストのピーク位置を検出する第１の検出ステップと、前記第１光学系とは異なる第２光学系を介した被写体像から被写体距離に対応する情報を検出する第２の検出ステップと、前記第１の検出ステップにより検出されたコントラストのピーク位置に基づいて被写体距離に対応する情報を推定する推定ステップと、前記第２の検出ステップの過去の履歴から被写体との距離変化後の被写体距離を予測する予測ステップと、前記推定ステップにより出力された被写体距離に対応する情報、又は、前記第２の検出ステップにより出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離が第１の距離の場合に前記第１の検出ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節し、前記推定ステップにより出力された被写体距離に対応する情報、又は、前記第２の検出ステップにより出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離である場合には前記予測ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節することで、動体に対して繰り返し焦点調節を実行する制御ステップと、を有し、前記制御ステップでは、前記第１の検出ステップの出力を用いて焦点調節が行われている場合には、前記推定ステップにより出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離に応じて、前記第１の検出ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するか、前記予測ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するかを選択し、前記予測ステップの出力を用いて焦点調節が行われている場合には、前記第２の検出ステップにより出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離に応じて、前記第１の検出ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するか、前記予測ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するかを選択することを特徴とする。

本発明は、被写体が遠距離で動体であっても焦点検出精度に優れた撮像装置およびその制御方法を提供することができる。

本実施例のビデオカメラ（撮像装置）のブロック図である。図１に示すビデオカメラのＣＰＵが実行するＡＦ動作を説明するためのフローチャートである。被写体がビデオカメラから遠ざかる場合の動体追従動作を示すグラフである。被写体がビデオカメラに近づく場合の動体追従動作を示すグラフである。リアフォーカスズーム光学系の特性を示すグラフである。図１に示す絞りの状態によってＦナンバーが変化した場合の距離閾値の変化を示すグラフである。

図１は、本実施例のビデオカメラ（撮像装置）の構成を示すブロック図である。ビデオカメラは、撮影レンズ、絞り１４、撮像素子１５、画像処理回路１６、各種駆動源（２１〜２３）、各種エンコーダ（３１〜３３）、各種ゲート（４０、４１）、コントラスト焦点検出部４２、ＣＰＵ５０、位相差焦点検出部６０、速度検出部６２を有する。

撮影レンズ（第１光学系）は、本実施例では４群であるが、これに限定されない。撮影レンズは、固定の前玉レンズ（群）１０、バリエータレンズ（群）１１、焦点調節用のフォーカシングレンズ（群）（以下、単に「フォーカスレンズ」という）１３を有する。

バリエータレンズ１１は、焦点距離を変更するのに使用され、一点鎖線で示す光軸方向に移動可能に構成される。バリエータレンズ１１は、バリエータエンコーダ３１によってその光軸方向の絶対位置が検出され、バリエータ駆動源２１によって光軸方向に移動される。バリエータ駆動源２１は、例えば、ステップモータや動力伝達部材から構成され、ＣＰＵ５０に接続されてＣＰＵ５０によって制御される。バリエータエンコーダ３１はＣＰＵ５０に接続されてバリエータエンコーダ３１の出力はＣＰＵ５０に供給される。

フォーカスレンズ１３は、焦点調節に使用され、光軸方向に移動可能に構成される。フォーカスレンズ１３は、フォーカスエンコーダ３３によってその光軸方向の絶対位置が検出され、フォーカス駆動源２３によって光軸方向に移動される。フォーカス駆動源２３は、例えば、ステップモータや動力伝達部材から構成され、ＣＰＵ５０に接続されてＣＰＵ５０によって制御される。フォーカスエンコーダ３３はＣＰＵ５０に接続されてフォーカスエンコーダ３３の出力はＣＰＵ５０に供給される。

絞り１４は、絞りエンコーダ３２によってその開口状態が検出され、絞り駆動源２２によって開口が調節される。絞り駆動源２２は、例えば、ステップモータや動力伝達部材から構成され、ＣＰＵ５０に接続されてＣＰＵ５０によって制御される。絞りエンコーダ３２はＣＰＵ５０に接続されて絞りエンコーダ３２の出力はＣＰＵ５０に供給される。

撮像素子１５は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサーなどから構成されて、被写体からの光を光電変換して画像データを生成する。

画像処理回路１６は、撮像素子１５の出力に対して増幅やガンマ補正などを行う信号処理回路である。信号処理された映像信号は、不図示の記録系（図１には「ＲＥＣ」と示す）や表示系に出力されると共にＡＥゲート４０とＡＦゲート４１に出力される。

ＡＥ（自動露出）ゲートは、画像処理回路１６に接続され、画像処理回路１６から信号処理された映像信号を受信して、露出決定に最適な信号取り出し範囲を決定する。

ＡＦゲート４１は、画像処理回路１６に接続され、画像処理回路１６から信号処理された映像信号を受信し、ピント合わせに最適な信号取り出し範囲を決定する。

コントラスト焦点検出部（第１の検出部）４２は、映像の輝度信号中における、ＡＦゲート回路４１で抽出された領域の信号に含まれている高周波成分を抽出して積算し、コントラストに対応するＡＦ評価値（焦点信号）をＣＰＵ５０に出力する信号処理回路である。コントラスト焦点検出部４２は、ＴＶＡＦを行うのに使用され、撮影レンズを介した被写体像のコントラストのピーク位置を検出することによって焦点状態を検出する。

ＣＰＵ（制御部、プロセッサ）５０は、ＡＦに関する様々な演算やビデオカメラの各部の制御を行う。ＣＰＵ５０は、焦点距離検出部５１、動体検出部５２、被写体距離予測部５３、Ｆナンバー算出部５４、被写体距離推定部５５、被写体距離比較部５６、ＡＦ切り替え部５７を有する。なお、これらのＣＰＵ５０の一又は複数の構成要素はＣＰＵ５０とは別個のユニット（回路、プロセッサ）としてＣＰＵ５０の外部に形成されてもよい。また、ＣＰＵ５０は、メモリ５８に接続されている。

焦点距離検出部５１は、バリエータエンコーダ３１の出力を得て焦点距離を検出する。

動体検出部５２は、速度検出部６２から得た被写体速度ｖ_ｎが、メモリ５８に記憶された閾値Ｖｔｈよりも大きいかどうかを検出する。ＣＰＵ５０は、被写体速度ｖ_ｎが閾値Ｖｔｈよりも大きければ、被写体が動体と判断し、閾値Ｖｔｈ以下であれば動体ではないと判断することができる。ＣＰＵ５０は、動体検出部５２の検出結果から被写体が動体であると判断すると動体追従ＡＦを準備する。動体追従ＡＦは位相差焦点検出部６０の検出結果に基づいてＡＦを行うため、被写体が遠距離になると精度が低下する。

被写体距離予測部（予測部）５３は、位相差焦点検出部の過去の履歴から被写体との距離変化後の被写体距離を予測する。

Ｆナンバー算出部５４は、絞りエンコーダ３２の出力に基づいてＦナンバーの値を算出する。

被写体距離推定部５５は、ＴＶＡＦが行われている場合にフォーカスエンコーダ３３が測定するフォーカスレンズ１３の位置に基づいて被写体距離を推定する。

被写体距離比較部５６は、被写体距離推定部５５が推定した被写体距離（又はこれに対応する量）又は位相差焦点検出部６０から入力される被写体距離と、メモリ５８に記憶された距離閾値（又はこれに対応する量）とを比較する。

ＡＦ切り替え部５７は、被写体が動体でない場合に、焦点調節用の焦点検出部を、コントラスト焦点検出部４２と位相差焦点検出部６０との間で切り替える（又は優先的に使用する）。また、ＡＦ切り替え部５７は、被写体が動体である場合に、被写体距離比較部５６の比較結果に基づいて、焦点調節用の焦点検出部を、コントラスト焦点検出部４２と被写体距離予測部５３との間で切り替える（又は優先的に使用する）。

メモリ５８は、ＡＦ動作に必要な各種の閾値やデータ、図２に示すプロセッサが実行可能なＡＦ方法のプログラムを格納する。

位相差焦点検出部（第２の検出部）６０は、撮影レンズの焦点状態を位相差方式（コントラスト方式とは異なる方式）で検出する。具体的には、位相差焦点検出部６０は、被写体からの光を集光し、（撮影レンズとは異なる第２光学系である）セパレータレンズによって２つの光束に分割し、２つの光束を異なる２つの光電変換素子列に結像する。被写体距離が変化すると、２つの光束から生じる被写体像の間の距離が変動する。光電変換素子列は被写体輝度によって定まる時間だけ電荷を蓄積し、電荷蓄積後に光電変換素子列の出力はＡＤ変換器によって量子化され、量子化された信号は相関演算回路にて相関が検出される。この相関演算により、２つの信号の間で画素単位のずれ量が算出される。位相差焦点検出部６０は、ずれ量、２つの光電素子列間の距離及び測距光学系の焦点距離から三角測量の原理を用いて光軸方向の被写体距離を測定し、これをＣＰＵ５０に出力する。

速度検出部６２は、位相差焦点検出部６０とＣＰＵ５０に接続され、位相差焦点検出部６０の出力（被写体距離）に基づいて単位時間あたりの被写体距離変化量を算出し、被写体の光軸方向の移動速度（被写体速度）をＣＰＵ５０に送信する。速度検出部６２は、位相差焦点検出部６０の出力の取得時刻ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２…ｔ_ｎと、測距値（被写体距離の値）ｄ_０、ｄ_１、ｄ_２…ｄ_ｎとから次のように被写体速度ｖ_ｎを算出し、これをＣＰＵ５０（の動体検出部５２）に供給する。

以下、図２を参照して、ビデオカメラのＡＦ動作について説明する。ここで、図２は、ＡＦ動作を説明するためのフローチャートであり、「Ｓ」はステップの略である。

まず、ＣＰＵ５０は、動体検出部５２の検出結果に基づいて被写体が動体であるかどうかを判断する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ５０は、被写体が動体ではないと判断すると（Ｓ１０２のＮｏ）、通常のハイブリッドＡＦを行なう（Ｓ１０４）。ハイブリッドＡＦでは、位相差ＡＦで被写体の合焦位置近傍までフォーカスレンズ１３を移動（Ｓ１２２）した後に山登り方式のＴＶＡＦで高精度に合焦位置にフォーカスレンズ１３を移動する（Ｓ１２２）。

一方、ＣＰＵ５０は、被写体が動体であると判断すると（Ｓ１０２のＹｅｓ）、焦点距離検出部５１の検出結果に基づいて焦点距離が変動したかどうかを判断する（Ｓ１０６）。

ＣＰＵ５０は、焦点距離が変動していないと判断すると（Ｓ１０６のＮｏ）、Ｆナンバー算出部５４が検出したＦナンバーが変動したかどうかを判断する（Ｓ１０８）。

ＣＰＵ５０はＦナンバーが変動していないと判断すると（Ｓ１０８のＮｏ）、被写体距離比較部５６が、被写体距離は距離閾値よりも大きいかどうかを判断する（Ｓ１１０）。

被写体距離比較部５６が、被写体距離は距離閾値以下（第２の距離）であると判断すると（Ｓ１１０のＮｏ）、ＣＰＵ５０は、速度検出部６２が検出した被写体の移動速度ｖ_ｎがメモリ５８に記憶された速度閾値よりも大きいかどうか判断する（Ｓ１１２）。この速度閾値は、動体判定に使用される閾値Ｖｔｈよりも大きく、ＴＶＡＦが追従可能な速度よりも小さく設定される。

ＣＰＵ５０は、被写体の移動速度ｖ_ｎがメモリ５８に記憶された速度閾値よりも大きい（第２の速度）と判断すると、位相差焦点検出部６０を利用した動体追従ＡＦを行なう（Ｓ１１４）。動体追従ＡＦにおいて、被写体距離予測部５３は、最小二乗近似などの近似手法を用いて、過去の測距結果から近似式を算出して被写体距離の予測値を求める。予測値は、次に画像が取得される時刻情報と近似式から求めることができる。

なお、電子スティルカメラに適用する場合には、ユーザがシャッターをレリーズしてから実際に画像が取得されるまでのタイムラグを予め測定及び記憶し、このタイムラグを用いて画像取得時刻を算出する。

被写体距離の予測値が算出されると、ＣＰＵ５０は、それに対応するフォーカスレンズ１３の位置（フォーカスレンズ位置）を算出してその近傍にフォーカスレンズ１３が移動するようにフォーカス駆動源２３を制御する（Ｓ１１２）。これにより、被写体が動体である場合に合焦状態を維持することができる。

一方、被写体の移動速度ｖ_ｎがメモリ５８に記憶された速度閾値以下（閾値Ｖｔｈよりは大きい第１の速度）であると判断すると（Ｓ１１２のＮｏ）、ＡＦ切り替え部５７はコントラスト焦点検出部４２の出力を選択し、ＣＰＵ５０はＴＶＡＦを行う（Ｓ１１６）。被写体速度がＴＶＡＦで対応可能な速度なので、焦点調節精度が向上する。

同様に、被写体距離比較部５６が、被写体距離は距離閾値よりも大きい（第１の距離）と判断すると（Ｓ１１０のＹｅｓ）、ＡＦ切り替え部５７はコントラスト焦点検出部４２の出力を選択し、ＣＰＵ５０はＴＶＡＦを行う（Ｓ１１６）。ＴＶＡＦによって動体追従の効果が得られる。以下、これについて更に詳しく説明する。

図３は、被写体がビデオカメラから遠ざかる場合の動体追従動作を示すグラフであり、横軸は不図示のタイマが測定した時間、縦軸は位相差焦点検出部６０が測定した被写体距離を示している。

まず、被写体距離予測部５３は、最小二乗近似などの近似手法を用いて、過去の測距結果である時間Ｔ１〜Ｔ６とその時の被写体距離Ｄ１〜Ｄ６に対応する点Ｌ１〜Ｌ６に基づいて近似式（直線Ｌ）を算出して被写体距離の予測値Ｄ_Ｅを求める。予測値Ｄ_Ｅは、次に画像が取得される時刻情報Ｔ_Ｅが近似式において対応する点Ｌ_Ｅから求めることができる。

次に、被写体距離比較部５６は、予測値Ｄ_Ｅが、メモリ５８に記憶された距離閾値Ｄ_ｔｈよりも大きいかどうかを判断する（Ｓ１１０）。被写体距離比較部５６は、予測値Ｄ_Ｅが距離閾値Ｄ_ｔｈよりも大きいと判断すると（Ｓ１１０のＹｅｓ）、ＣＰＵ５０はフォーカスレンズ１３を予測値Ｄ_Ｅに対応するフォーカスレンズ位置に移動させる。また、ＡＦ切り替え部５７がＡＦ方式をＴＶＡＦに切り換える（Ｓ１１８）。

なお、被写体距離比較部５６は、位相差焦点検出部６０の出力がメモリ５８に格納された距離閾値Ｄ_ｔｈを越えたと判断するとＡＦ方式を切り換えてもよい。例えば、図３において、Ｌ６が最新の測距結果だとするとそれに対応する被写体距離Ｄ６が距離閾値Ｄ_ｔｈよりも大きいので、ＡＦ切り替え部５７がＡＦ方式を動体追従ＡＦからＴＶＡＦに切り換える。そして、ＣＰＵ５０は、フォーカスレンズ１３を距離閾値Ｄ_ｔｈ付近に移動させてＴＶＡＦにより合焦動作を行う。このように、図３において、被写体距離がＤ５〜Ｄ６は距離閾値Ｄ_ｔｈを跨ぐためにその区間で動体追従ＡＦを行なうかＴＶＡＦを行なうかは選択的である。

ＣＰＵ５０は、被写体距離Ｄ１〜Ｄ５においては被写体距離が距離閾値Ｄ_ｔｈ以下であると判断する（Ｓ１１０のＮｏ）。このため、ＣＰＵ５０は、被写体速度（直線Ｌの傾き）が速度閾値よりも大きいと判断した場合（Ｓ１１２のＹｅｓ）には動体追従ＡＦを行い（Ｓ１１４）、速度閾値以下であると判断した場合には（Ｓ１１２のＮｏ）、ＴＶＡＦを行う（Ｓ１１６）。

なお、ＣＰＵ５０は図２において被写体距離が距離閾値Ｄ_ｔｈ以下である場合には合焦速度を重視して常に動体追従ＡＦを行ってもよい。被写体距離が距離閾値Ｄ_ｔｈ以下であるので動体追従ＡＦはある程度の焦点調節精度を維持することができる。

Ｓ１１６が行われている場合に被写体が遠方から近接してくる際のＣＰＵ５０の動作について説明する。被写体距離が距離閾値Ｄ_ｔｈよりも大きければＴＶＡＦが使用されるが、ＴＶＡＦでは、直接的に被写体距離を測定できない。ＡＦ方式の切り替えは以下のように行なわれる。

ＴＶＡＦでは、ＡＦ評価値のピークが探索される。ＡＦ評価値のピークにフォーカスレンズ１３が配置されると、被写体距離推定部５５が、そのフォーカスレンズ位置から被写体距離を推定する。また、Ｆナンバー算出部５４が絞りエンコーダ３２の出力値からＦナンバーの値を算出する。

ＣＰＵ５０は、Ｆナンバー算出部５４が算出したＦナンバー、被写体距離推定部５５が推定した被写体距離、及び、メモリ５８に格納されている光学系の設計データとから、許容錯乱円の直径を生ずるフォーカスレンズ１３の移動距離ｄ_ｃを算出する。

一方、メモリ５８は、距離閾値Ｄ_ｔｈに対するフォーカスレンズ位置Ｐ_ｔｈを予め記憶している。被写体距離比較部５６（又はＣＰＵ５０）は、ＴＶＡＦの結果得られた現在のフォーカスレンズ位置Ｐ_ｃと、許容錯乱円径を生じるフォーカスレンズ１３の移動距離ｄ_ｃ、及び、位置Ｐ_ｔｈを比較に使用する。具体的には、被写体距離比較部５６は、Ｐ_ｃが、Ｐ_ｔｈからｄ_ｃ／２を減じた値よりも至近であるかどうか（Ｐ_ｃ＜（Ｐ_ｔｈ−ｄ_ｃ／２））を判断する。被写体距離比較部５６は、Ｐ_ｃが、Ｐ_ｔｈからｄ_ｃ／２を減じた値よりも至近であると判断するとＡＦ切り替え部５７はＡＦ方式をＴＶＡＦから動体追従ＡＦに切り換える。

図４は、上記動作を説明するための、特定の被写体についてフォーカスレンズ位置に対するＡＦ評価値の変化を示す曲線Ｃを示している。図４において、横軸はフォーカスレンズ位置、縦軸はＴＶＡＦのＡＦ評価値であり、許容錯乱円を生じるＡＦ評価値の閾値はＴｈ３であるとする。曲線Ｃは、ピーク付近では至近側と無限遠側とでほぼ対称である。従って、距離閾値Ｄ_ｔｈに相当するフォーカスレンズ位置Ｐ_ｔｈが曲線Ｃ上でＴｈ３である場合、フォーカスレンズ位置が（Ｐ_ｔｈ−ｄ_ｃ／２）であるときに、ＡＦ評価値がピーク近傍になることが期待できる。

本実施例によれば、被写体距離が大きくなった場合に、ＣＰＵ５０のＡＦ切り替え部５７がＡＦ方式を動体追従ＡＦからＴＶＡＦに切り換え、遠近競合などにより動体追従ＡＦの精度が低下してピンぼけが発生することを防止することができる。また、焦点深度が比較的浅い近距離領域で移動する被写体に対しては動体追従ＡＦで迅速に合焦動作を行うことができる。

一方、ＣＰＵ５０は、焦点距離検出部５１の検出結果に基づいて焦点距離が変動したと判断すると（Ｓ１０６のＹｅｓ）、被写体距離比較部５６が使用する、焦点距離検出部５１の検出結果に基づいて設定される距離閾値を算出（変更）して設定する（Ｓ１１８）。撮像光学系の焦点距離が変動した場合とは、ユーザがズーム動作を行った場合である。

本実施例の光学系は、バリエータレンズ１１の移動に対する焦点面の移動をフォーカスレンズ１３の移動によって補償するリアフォーカスズーム光学系である。リアフォーカスズーム光学系では、光学系の焦点距離と被写体距離とのどちらか一方が変動すると焦点面が変動してしまうので、フォーカスレンズ１３を移動させなければ合焦状態を維持できない特性がある。

図５は、リアフォーカスズーム光学系の特性を示すグラフである。図５において、横軸はバリエータレンズ１１の位置（図５には「バリエータ位置」と記す）、縦軸はフォーカスレンズ１３の位置である。被写体距離が無限遠、６ｍ、３ｍ、１ｍ、０．３ｍ、０．２ｍ、０．１ｍの場合に合焦するための、バリエータレンズ１１の位置とフォーカスレンズ１３の位置との関係を実線Ｌ１１〜Ｌ１７で示す。また、図５において、バリエータレンズ１１の移動に対する、距離閾値Ｄ_ｔｈに相当するフォーカスレンズ１３の位置Ｐ_ｔｈを破線Ｌ１０で示す。

本実施例の光学系では、フォーカスレンズ１３の移動に対する焦点面の移動敏感度はほぼ１．０であるので破線Ｌ１０は実線Ｌ１１からほぼ等距離の位置となる。本実施例では、距離閾値Ｄ_ｔｈはワイド端で約０．３ｍ、テレ端で約６ｍとなっている。もちろんフォーカスレンズ１３の移動に対する焦点面の移動敏感度や距離閾値Ｄ_ｔｈの設定は限定されない。

動作において、ユーザのズーム操作によってバリエータレンズ１１の位置が変動すると、ＣＰＵ５０は、バリエータエンコーダ３１によって検出されたバリエータレンズ１１の位置に対する距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ）を算出する。距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ）の算出には、複数の主要なバリエータレンズ１１の位置と距離閾値との関係を予めメモリ５８に記憶して線形補間を行って記憶されていないバリエータレンズ１１の位置と距離閾値との関係を算出する方法を適用してもよい。また、距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ）の算出に、バリエータレンズ１１の位置と距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ）との関係を近似式としてメモリ５８に記憶し、検出されたバリエータレンズ１１の位置から距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ）を演算によって求める方法やその他の方法を適用してもよい。

距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ）が算出されると図２に示すフローはＳ１１０に移行する。即ち、被写体距離が距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ）以下で（Ｓ１１０のＮｏ）、かつ、被写体速度が速度閾値よりも大きい場合（Ｓ１１２のＹｅｓ）には動体追従ＡＦが行なわれる（Ｓ１１４）。また、被写体速度が速度閾値以下の場合（Ｓ１１２のＮｏ）又は距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ）を超えた場合（Ｓ１１０のＹｅｓ）にはＴＶＡＦが行われる（Ｓ１１６）。これにより、焦点距離が変動しても、遠距離の被写体に対して遠近競合などによる誤測距の影響を低減することができる。また、ズーム操作に伴って距離閾値が調節されるので、遠近競合の生じやすく焦点深度の深いワイド側では広い被写体距離範囲でＴＶＡＦを使用することにより、誤測距の影響を効果的に低減することができる。

図６は、絞り１４の状態によってＦナンバーが変化した場合の距離閾値の変化を示すグラフである。図６において、横軸はバリエータレンズ１１の位置（図６には「バリエータ位置」と記す）、縦軸はフォーカスレンズ１３の位置である。

実線Ｌ２０は絞り１４が開放の場合の距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）に相当するフォーカスレンズ１３の位置Ｐ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）の、バリエータレンズ１１位置に対する変化を示している。また、実線Ｌ２１〜Ｌ２３はＦナンバーがそれぞれ∞、８、１６の場合の距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）に相当するフォーカスレンズ１３の位置Ｐ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）の、バリエータレンズ１１の位置に対する変化を示している。このように、Ｆナンバー算出部５４が算出したＦナンバーが大きいほど距離閾値が小さくなる（コントラスト焦点検出部４２の出力が焦点検出用に選択されやすくなる）ようにＣＰＵ５０は距離閾値を算出及び設定する。

動作において、バリエータ位置が変動すると、ＣＰＵ５０は、バリエータエンコーダ３１によって検出されたバリエータレンズ１１の位置に対する距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）及び対応するフォーカスレンズ１３の位置Ｐ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）を算出する。

距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ、Ｆ）の算出には、複数の主要なバリエータ位置とＤ_ｔｈ（ｆ、Ｆ）、Ｐ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）との関係を予めメモリ５８に記憶して線形補間を行って記憶されていないバリエータ位置とＤ_ｔｈ（ｆ）、Ｐ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）との関係を求めてもよい。距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ、Ｆ）の算出に、バリエータ位置とＤ_ｔｈ（ｆ、Ｆ）、Ｐ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）との関係を近似式としてメモリ５８に記憶し、検出されたバリエータ位置からそれらを演算によって求める方法やその他の方法を適用してもよい。距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ、Ｆ）と対応するフォーカスレンズ１３の位置Ｐ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）が算出されると、図２に示すフローはＳ１１０に移行する。
即ち、被写体距離が距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）以下で（Ｓ１１０のＮｏ）、かつ、被写体速度が速度閾値よりも大きい場合（Ｓ１１２のＹｅｓ）には動体追従ＡＦが行なわれる（Ｓ１１４）。また、被写体速度が速度閾値以下の場合（Ｓ１１２のＮｏ）又は距離閾値Ｄ_ｔｈ（ｆ，Ｆ）を超えた場合（Ｓ１１０のＹｅｓ）にはＴＶＡＦが行われる（Ｓ１１６）。

本実施例では、絞り１４を絞り込んでＦナンバーが大きくなった場合には距離閾値を小さくしているので、焦点深度が深い場合にＴＶＡＦを使用する範囲が広くなり、誤測距の影響を減じることができる。

ＣＰＵ５０は、焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズ１３を駆動して合焦したと判断すると（Ｓ１２４）、合焦表示を行い（Ｓ１２６）、ＡＥゲート４０の出力を利用して露出制御に移行する。合焦していないと判断すると（Ｓ１２４）、フローはＳ１０２に戻る。

撮像装置は、被写体の撮像に適用することができる。

１１バリエータレンズ
１３フォーカスレンズ（群）
１４絞り
１５撮像素子
２１バリエータ駆動源
２２絞り駆動源
２３フォーカス駆動源
３１バリエータエンコーダ
３２絞りエンコーダ
３３フォーカスエンコーダ
４２ＡＦ信号処理回路
５０ＣＰＵ（制御部、プロセッサ）
５１位相差焦点検出部
５２速度検出回路

Claims

第１光学系を介した被写体像のコントラストのピーク位置を検出する第１の検出部と、
前記第１光学系とは異なる第２光学系を介した被写体像から被写体距離に対応する情報を検出する第２の検出部と、
前記第１の検出部により検出されたコントラストのピーク位置に基づいて被写体距離に対応する情報を推定する推定部と、
前記第２の検出部の過去の履歴から被写体との距離変化後の被写体距離を予測する予測部と、
前記推定部より出力された被写体距離に対応する情報、又は、前記第２の検出部より出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離が第１の距離の場合に前記第１の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節し、前記推定部より出力された被写体距離に対応する情報、又は、前記第２の検出部より出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離である場合には前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節することで、動体に対して繰り返し焦点調節を実行する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記第１の検出部の出力を用いて焦点調節が行われている場合には、前記推定部より出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離に応じて、前記第１の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するか、前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するかを選択し、前記予測部の出力を用いて焦点調節が行われている場合には、前記第２の検出部より出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離に応じて、前記第１の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するか、前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するかを選択することを特徴とする撮像装置。
前記撮像装置は、前記第１光学系のＦナンバーを算出するためのＦナンバー算出部を更に有し、
前記制御部は、前記Ｆナンバー算出部が算出した前記Ｆナンバーが大きいほど前記第１の検出部の出力が焦点調節用に選択されやすくなることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像装置は、前記第２の検出部の出力から前記被写体の速度を検出するための速度検出部を更に有し、
前記制御部は、前記被写体距離が前記第２の距離の場合であっても前記被写体の移動速度が第１の速度の場合には前記第１の検出部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節し、前記被写体距離が前記第２の距離の場合で、かつ、前記被写体の移動速度が前記第１の速度より大きい第２の速度の場合には前記予測部の出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
第１光学系を介した被写体像のコントラストのピーク位置を検出する第１の検出ステップと、
前記第１光学系とは異なる第２光学系を介した被写体像から被写体距離に対応する情報を検出する第２の検出ステップと、
前記第１の検出ステップにより検出されたコントラストのピーク位置に基づいて被写体距離に対応する情報を推定する推定ステップと、
前記第２の検出ステップの過去の履歴から被写体との距離変化後の被写体距離を予測する予測ステップと、
前記推定ステップにより出力された被写体距離に対応する情報、又は、前記第２の検出ステップにより出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離が第１の距離の場合に前記第１の検出ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節し、前記推定ステップにより出力された被写体距離に対応する情報、又は、前記第２の検出ステップにより出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離が前記第１の距離よりも短い第２の距離である場合には前記予測ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節することで、動体に対して繰り返し焦点調節を実行する制御ステップと、
を有し、
前記制御ステップでは、前記第１の検出ステップの出力を用いて焦点調節が行われている場合には、前記推定ステップにより出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離に応じて、前記第１の検出ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するか、前記予測ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するかを選択し、前記予測ステップの出力を用いて焦点調節が行われている場合には、前記第２の検出ステップにより出力された被写体距離に対応する情報に基づく被写体距離に応じて、前記第１の検出ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するか、前記予測ステップの出力を用いて前記被写体の移動に対して追従して焦点調節するかを選択することを特徴とする撮像装置の制御方法。