JP2006301032A - オートフォーカス装置とオートフォーカス方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】合焦時間が短くボケのない被写体画像を速やかに得る。
【解決手段】フォーカス位置ＦＰsが、測距センサで得られた測距結果に基づくフォーカス位置範囲ＦＪＡから判別距離ＬＤ1よりも離れているとき、フォーカスレンズの移動速度をレンズ駆動の最高速度である速度Ｖaとする。移動方向は範囲ＦＪＡの方向として合焦動作を開始する。フォーカス位置ＦＰsが範囲ＦＪＡから判別距離ＬＤ2よりも近づいたとき、速度Ｖaよりも遅い速度Ｖbに切り替える。フォーカス位置ＦＰsが範囲ＦＪＡとなったときは、撮像画枠内に設けた特定領域における映像信号の周波数成分を加算して得た評価値が極大となるようにフォーカス位置ＦＰsを移動する。ウォブリングを行って評価値の変化から移動方向を判別する必要がないため、合焦時間が短くボケのない被写体画像を速やかに得られる。
【選択図】 図９

Description

この発明は、カメラのオートフォーカス装置とオートフォーカス方法およびプログラムに関する。詳しくは、位置検出部で検出されたフォーカス位置と測距センサで得られた測距結果に基づいて、レンズの移動方向と移動速度を設定してオートフォーカス動作を開始するものである。

従来、ビデオカメラやディジタルカメラ等の撮像装置では、被写体に対して自動的にフォーカスを合わせるオートフォーカス機構が設けられている。このオートフォーカス機構では、例えば特許文献１に示すように、撮像画枠内に設けた特定領域における映像信号の周波数成分を加算して評価値を算出し、この評価値が極大となるようにフォーカスレンズが移動される。このため、特定領域を撮像画枠内の中央に設定しておき、被写体が撮像画枠内の中央に位置するように構図を決めて撮像を行うものとすれば、フォーカス位置が合焦位置に移動されて、自動的にフォーカスを被写体に合わせることができる。また、フォーカス位置を合焦位置に移動させる合焦動作を開始したとき、フォーカス位置が合焦位置とは逆方向に移動されないようにするため、ウォブリングレンズをウォブリングさせて、このときの評価値の変化からレンズの移動方向の判別が行われている。

特開平１０−２１３７３６号公報

ところで、放送局用や業務用として用いられるビデオカメラでは、口径の大きなレンズが用いられるので、ウォブリングを高速且つ短時間で行うことができず、レンズの移動方向の判別に時間を要してしまう。

また、図１０に示すように、合焦動作開始時のフォーカス位置ＦＰsが合焦位置ＦＰjから離れた状態、すなわち大ボケ状態であると、評価値は非常に小さいものとなる。このような状態でウォブリングを行ったとき、評価値の変化は少なく評価値の変化を示す傾きがフラットに近くなり、合焦位置ＦＰjの方向を判定することが困難となってしまう。特に、放送局用や業務用として用いられるビデオカメラでは、被写界深度を極めて浅くすることができるようになされているので、フォーカス位置ＦＰsが合焦位置ＦＰjから離れた位置では、評価値の変化を示す傾きがよりフラットになる。このため、ウォブリングを行っても、レンズの移動方向の判別は、さらに困難になってしまう。

さらに、レンズの移動方向が正しく判別されないため、フォーカス位置が合焦位置とは逆方向に移動されてしまうと、レンズがＮｅａｒ端やＦａｒ端に移動されるまで、あるいは移動方向が逆方向であるとの判定結果が得られるまでは、合焦位置ＦＰjの方向にフォーカス位置が移動されないことから、合焦時間がさらに長くなって、ボケのない被写体画像を速やかに得ることができない。

そこで、この発明では、合焦時間が短くボケのない被写体画像を速やかに得ることができるオートフォーカス装置とオートフォーカス方法およびプログラムを提供するものである。

この発明に係るオートフォーカス装置は、レンズを駆動するレンズ駆動部と、レンズのフォーカス位置を検出する位置検出部と、被写体までの距離を測定する測距センサと、レンズ駆動部を駆動して位置検出部で検出されたフォーカス位置を合焦位置に移動させる合焦動作を行う制御部とを有し、制御部は、位置検出部で検出されたフォーカス位置と測距センサで得られた測距結果に基づき、レンズの移動方向と移動速度を設定して合焦動作を開始するものである。

また、オートフォーカス方法あるいはプログラムでは、レンズのフォーカス位置を検出する位置検出工程と、被写体までの距離を測定する測距工程と、位置検出工程で検出されたフォーカス位置と測距工程で得られた測距結果に基づきレンズの移動方向と移動速度を設定するレンズ駆動設定工程と、レンズ駆動設定工程で設定された移動方向と移動速度でレンズ駆動を開始して、フォーカス位置を合焦位置に移動させる合焦動作を行うレンズ駆動処理工程を有する、あるいはコンピュータで実行するものである。

この発明においては、検出されたフォーカス位置が測距結果に基づくフォーカス位置範囲から第１の判別距離よりも離れているとき、レンズの移動速度が例えばレンズ駆動の最高速度である第１の速度で、移動方向が測距結果に基づくフォーカス位置範囲の方向に設定されて合焦動作が開始される。その後、位置検出部で検出されたフォーカス位置が測距結果に基づくフォーカス位置範囲から第２の判別距離よりも近づいたときに、移動速度が第１の速度よりも遅い第２の速度に切り替えられる。また、検出されたフォーカス位置が測距結果に基づくフォーカス位置範囲から第１の判別距離よりも離れておらず且つフォーカス位置範囲にないとき、レンズの移動速度と移動方向は、第２の速度で測距結果に基づくフォーカス位置範囲の方向に設定して合焦動作が開始される。フォーカス位置が測距結果に基づくフォーカス位置範囲内に移動したときには、撮像画枠内に設けた特定領域における映像信号の周波数成分を加算して得られる評価値が極大となるようにフォーカス位置が移動される。また、検出されたフォーカス位置が測距結果に基づくフォーカス位置範囲内であるとき、あるいは測距結果が予め設定した位置よりも近接した位置を示すとき、レンズのウォブリングが行われて、このウォブリングを行ったときの評価値の変化に基づきレンズの移動方向が設定されて合焦動作が開始される。

この発明によれば、検出されたフォーカス位置と測距結果に基づき、レンズの移動方向と移動速度が設定されて、フォーカス位置を合焦位置に移動させる合焦動作が開始される。このため、ウォブリングを行うことなくフォーカスレンズの移動を開始することで、合焦時間が短くなり、ボケのない被写体画像を速やかに得ることができる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。図１はオートフォーカス機構を有する撮像装置例えばビデオカメラ１０の全体構成を示している。

ビデオカメラ１０のレンズブロック２０は、撮像レンズや撮像レンズの位置を検出するレンズ位置検出部および撮像レンズを駆動するレンズ駆動部等を用いて構成されている。なお、図１に示すレンズブロック２０では、撮像レンズとして、被写体画像を撮像素子の撮像面上に合焦させるためのフォーカスレンズ２１と、合焦位置の方向を判別するために使用されるウォブリングレンズ２２を有する場合を示している。

フォーカスレンズ２１に対しては、フォーカスレンズ２１の位置すなわちフォーカス位置を検出する位置検出部２１ａと、レンズ位置を光軸方向に移動させるレンズ駆動部２１ｂが設けられている。同様に、ウォブリングレンズ２２に対しても、ウォブリングを正しく行うことができるようにするため、位置検出部２２ａとレンズ位置を光軸方向に移動させるレンズ駆動部２２ｂが設けられている。また、レンズブロック２０は、光量を調節するためのアイリス２３を有しており、アイリス２３に関しても、アイリス２３の開口状態を検出するアイリス位置検出部２３ａと、アイリス２３を開閉させるためのアイリス駆動部２３ｂが設けられている。

レンズブロック制御部５１には、位置検出部２１ａからフォーカス位置を示す検出信号ＲＳf、位置検出部２２ａからウォブリング量を示す検出信号ＲＳw、アイリス位置検出部２３ａからアイリスの開口状態を示す検出信号ＲＳiがそれぞれ供給される。また、レンズブロック制御部５１には、オートフォーカス動作モードの設定やオートフォーカス動作を開始させるためのユーザインタフェース５５が接続されており、ユーザインタフェース５５の操作に応じて操作信号ＰＳＬがレンズブロック制御部５１に供給される。なお、レンズブロック制御部５１には、ＲＯＭ（またはＥＥＰＲＯＭ）等を用いて構成された記憶部（図示せず）が設けられており、フォーカスレンズ２１およびウォブリングレンズ２２の焦点距離データ，口径比データ、レンズブロックの製造メーカ名および製造番号等の情報が記憶されている。

レンズブロック制御部５１は、記憶している情報や検出信号ＲＳf，ＲＳw，ＲＳi，操作信号ＰＳＬおよび後述するカメラブロック制御部５２から供給されたフォーカス制御信号ＣＴfやウォブリング制御信号ＣＴwに基づいて、レンズ駆動信号ＲＤf，ＲＤwの生成を行う。さらに、生成したレンズ駆動信号ＲＤfをレンズ駆動部２１ｂに供給して、所望の被写体にフォーカスが合うようにフォーカスレンズ２１を移動させる。また、生成したレンズ駆動信号ＲＤwをレンズ駆動部２２ｂに供給して、合焦位置の方向を検出できるようにウォブリングレンズ２２をウォブリングさせる。また、レンズブロック制御部５１は、アイリス駆動信号ＲＤiを生成してアイリス駆動部２３ｂに供給することで、アイリスの開口量を制御する。

カメラブロック３０の色分解プリズム３１は、レンズブロック２０からの入射光をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色に色分解して、Ｒ成分の光を撮像素子３２Ｒ、Ｇ成分の光を撮像素子３２Ｇ、Ｂ成分の光を撮像素子３２Ｂにそれぞれ供給する。

撮像素子３２Ｒは、光電変換によってＲ成分の光に応じた撮像信号ＳRを生成してプリアンプ部３３Ｒに供給する。撮像素子３２Ｇは、光電変換によってＧ成分の光に応じた撮像信号ＳGを生成してプリアンプ部３３Ｇに供給する。撮像素子３２Ｂは、光電変換によってＢ成分の光に応じた撮像信号ＳBを生成してプリアンプ部３３Ｂに供給する。

プリアンプ部３３Ｒは、撮像信号ＳRのレベルを増幅すると共に、相関二重サンプリングを行いリセット雑音を除去してＡ／Ｄ変換部３４Ｒに供給する。Ａ／Ｄ変換部３４Ｒは、供給された撮像信号ＳRをディジタルの映像信号ＤRaに変換して前処理部３５に供給する。プリアンプ部３３Ｇは、撮像信号ＳGのレベルを増幅すると共に、相関二重サンプリングを行いリセット雑音を除去してＡ／Ｄ変換部３４Ｇに供給する。Ａ／Ｄ変換部３４Ｇは、供給された撮像信号ＳGをディジタルの映像信号ＤGaに変換して前処理部３５に供給する。プリアンプ部３３Ｂは、撮像信号ＳBのレベルを増幅すると共に、相関二重サンプリングを行いリセット雑音を除去してＡ／Ｄ変換部３４Ｂに供給する。Ａ／Ｄ変換部３４Ｂは、供給された撮像信号ＳBをディジタルの映像信号ＤBaに変換して前処理部３５に供給する。

前処理部３５は、供給された映像信号ＤRa，ＤGa，ＤBaのゲイン調整や黒レベルの安定化、ダイナミックレンジの調整等を行い、得られた映像信号ＤRb，ＤGb，ＤBbを信号処理部３６と評価値算出部３７に供給する。

信号処理部３６は、前処理部３５から供給された映像信号ＤRb，ＤGb，ＤBbに対して種々の信号処理を行い、映像出力信号ＤＶoutを生成する。例えば、映像信号のあるレベル以上を圧縮するニー補正、映像信号のレベルを設定されたγカーブにしたがって補正するγ補正、映像信号の信号レベルが所定範囲となるように制限するホワイトクリップ処理やブラッククリップ処理等を行う。また信号処理部３６では、輪郭強調処理やリニアマトリクス処理、所望のフォーマット形式の映像出力信号ＤＶoutを生成するためのエンコード処理等を行う。

評価値算出部３７は、映像信号ＤRb，ＤGb，ＤBbから撮像画枠内に設けた特定領域における映像信号を用いて、この映像信号の周波数成分を用いて評価値ＩＤを算出し、カメラブロック制御部５２に供給する。

図２は、評価値算出部の構成を示している。評価値算出部３７は、映像信号ＤRb，ＤGb，ＤBbに基づいて輝度信号ＤＹを生成する輝度信号生成回路３７１と、例えば後述するように１４種類の評価値ＩＤ０〜ＩＤ１３を生成するための評価値生成回路３７２-ID0〜３７２-ID13、およびカメラブロック制御部５２と通信を行い、生成した評価値をカメラブロック制御部５２からの要求に応じて供給するインタフェース回路３７３を有している。

輝度信号生成回路３７１は、前処理部３５から供給された映像信号ＤRb，ＤGb，ＤBbを用いて演算（ＤＹ＝０．３０ＤRb＋０．５９ＤGb＋０．１１ＤBb）を行い、輝度信号ＤＹを生成する。このように輝度信号ＤＹを生成するのは、フォーカスが合っているかずれているかを判断するためには、コントラストが高いか低いかを判断すればよく、コントラストの変化は輝度信号ＤＹのレベル変化を検出すればよいからである。

評価値生成回路３７２-ID0は、評価値ＩＤ０の生成を行う。同様に、評価値生成回路３７２-ID1〜３７２-ID13は、評価値ＩＤ１〜ＩＤ１３の生成を行う。これらの評価値は、基本的には撮像画枠内に設けた特定領域（以下「評価枠」という）における映像信号の周波数成分を合計したものであり、画像のボケに対応した値を示すものである。

評価値ＩＤ０ ：評価値名「ＩＩＲ1_Ｗ1_ＨPeak」
評価値ＩＤ１ ：評価値名「ＩＩＲ1_Ｗ2_ＨPeak」
評価値ＩＤ２ ：評価値名「ＩＩＲ1_Ｗ2_ＨPeak」
評価値ＩＤ３ ：評価値名「ＩＩＲ4_Ｗ3_ＨPeak」
評価値ＩＤ４ ：評価値名「ＩＩＲ0_Ｗ1_ＶIntg」
評価値ＩＤ５ ：評価値名「ＩＩＲ3_Ｗ1_ＶIntg」
評価値ＩＤ６ ：評価値名「ＩＩＲ1_Ｗ1_ＨIntg」
評価値ＩＤ７ ：評価値名「Ｙ_Ｗ1_ＨIntg」
評価値ＩＤ８ ：評価値名「Ｙ_Ｗ1_Ｓatul」
評価値ＩＤ９ ：評価値名「ＩＩＲ1_Ｗ3_ＨPeak」
評価値ＩＤ１０：評価値名「ＩＩＲ1_Ｗ4_ＨPeak」
評価値ＩＤ１１：評価値名「ＩＩＲ1_Ｗ5_ＨPeak」
評価値ＩＤ１２：評価値名「Ｙ_Ｗ3_ＨIntg」
評価値ＩＤ１３：評価値名「Ｙ_Ｗ3_ＨIntg」
ここで、評価値ＩＤ０〜ＩＤ１３には、評価値の属性（使用データ_評価枠サイズ_評価値算出法）を示す評価値名を付与している。

評価値名の使用データには大別して「ＩＩＲ」および「Ｙ」がある。輝度信号ＤＹからＨＰＦ（ハイパスフィルタ）を使用して取り出した高周波成分のデータを使用するＩＩＲと、ＨＰＦを使用しないで輝度信号ＤＹの周波数成分をそのまま使用するＹとがある。

ＨＰＦを使用する場合は、ＩＩＲ型（無限長インパルス応答型）のＨＰＦを使用している。ＨＰＦの種類によって、評価値ＩＩＲ0，ＩＩＲ1，ＩＩＲ3およびＩＩＲ4に分けられ、これらは夫々異なったカットオフ周波数をもつＨＰＦを表している。このように、異なるカットオフ周波数をもつＨＰＦを設定することにより、例えば、合焦位置の近傍では、カットオフ周波数の高いＨＰＦを用いることで、カットオフ周波数の低いＨＰＦを用いる場合に比べて評価値の変化を大きくできる。また、フォーカスが大きくずれているところでは、カットオフ周波数の低いＨＰＦを用いることで、カットオフ周波数の高いＨＰＦを用いる場合に比べて評価値の変化を大きくできる。このように、オートフォーカス動作の過程で、フォーカス状態に応じて最適な評価値を選択できるようにするため、異なるカットオフ周波数をもつＨＰＦを設定している。

評価枠サイズは、評価値生成に用いる画像領域の大きさである。評価枠サイズは、図３に示すように、例えば評価枠サイズＷ1〜Ｗ5の５種類が設けられており、各評価枠の中心は、撮像画像の中心に一致する。なお、図３では、１フィールドの画面サイズが７６８画素×２４０画素であるときの評価枠サイズＷ1〜Ｗ5を示している。

評価枠サイズＷ1：１１６画素× ６０画素
評価枠サイズＷ2： ９６画素× ６０画素
評価枠サイズＷ3：２３２画素×１２０画素
評価枠サイズＷ4：１９２画素×１２０画素
評価枠サイズＷ5：５７６画素×１８０画素

このように、複数種の枠サイズを設定することにより、各枠サイズに対応した夫々異なる評価値を生成することができる。従って、目標被写体がどのような大きさであろうとも、評価値ＩＤ０〜ＩＤ１３の内のいずれかにより、適切な評価値を得ることができる。

評価値算出法は、ＨPeak，ＨIntg，ＶIntgおよびＳatulの各方式がある。ＨPeak方式はピーク方式の水平評価値算出法、ＨIntg方式は全積分方式の水平評価値算出法、ＶIntg方式は積分方式の垂直方向評価値算出法、そして、Ｓatul方式は飽和輝度の個数を夫々示している。

ＨPeak方式は、水平方向の映像信号からＨＰＦを用いて高周波成分を求める評価値算出法であり、評価値ＩＤ０，ＩＤ１，ＩＤ２，ＩＤ３，ＩＤ９，ＩＤ１０およびＩＤ１１の算出に使用されている。

図４は、ＨPeak方式に使用される水平方向評価値算出フィルタの構成を示したものである。水平方向評価値算出フィルタは、輝度信号生成回路の輝度信号ＤＹから高周波成分だけを抜き出すＨＰＦ３８１と、この高周波成分の絶対値をとる絶対値処理回路３８２、絶対値化高周波成分に水平方向の枠制御信号ＷＨを乗算する乗算回路３８３、１ライン当たり１つのピーク値を保持するラインピークホールド回路３８４と、評価枠内の全てのラインについて各ピーク値を垂直方向に積分する垂直方向積分回路３８６を有している。

輝度信号ＤＹは、ＨＰＦ３８１により高周波成分が抜き出され、絶対値処理回路３８２で絶対値化される。次に、水平方向の枠制御信号ＷＨが乗算回路３８３で乗算され、評価枠内の絶対値化高周波成分とされる。すなわち、評価枠外で乗算値が「０」となる枠制御信号ＷＨを乗算回路３８３に供給すれば、水平方向の評価枠内の絶対値化高周波成分のみを、ラインピークホールド回路３８４に供給できる。また、評価枠において枠周辺部で乗算値が小さくなるように枠制御信号ＷＨを設定すれば、フォーカスが進むにつれて評価枠周辺部に位置する枠外エッジ（評価枠周囲にある高輝度なエッジ）の枠内への侵入の影響による評価値のノイズや被写体の揺れに伴う評価値の急激な変化等を排除することができる。ラインピークホールド回路３８４は、ライン毎にピーク値をそれぞれホールドする。

垂直方向積分回路３８６は、垂直方向の枠制御信号ＷＶに基づき垂直方向の評価枠内の各ラインについて、ホールドされているピーク値を加算して評価値とする。この方式は、水平方向（Ｈ）のピークが一旦ホールドされるのでＨPeak方式と称する。

ＨIntg方式は、全積分方式で求める水平方向の評価値算出法である。図５は、全積分方式水平方向評価値算出フィルタの構成を示す。このフィルタは、図４のＨPeak方式の水平方向評価値算出フィルタと比較すると、乗算回路３８３までは同じであるが、水平方向加算回路３８５で、水平方向の評価枠内の絶対値化高周波成分を全て加算し、その後、垂直方向積分回路３８６で評価枠内における垂直方向の全ラインの加算結果を垂直方向に積分する点で異なっている。

この全積分方式水平方向評価値算出フィルタは、評価値ＩＤ６，ＩＤ７，ＩＤ１２およびＩＤ１３の算出に使用されている。ＨＰｅａｋ方式と比較すると、ＨＰｅａｋ方式が１ライン当たり１つのピーク値を求めて、それらを垂直方向に加算しているのに対して、ＨIntg方式では、各ラインの水平方向の評価枠内の絶対値化高周波成分を全て加算して、それらを垂直方向に加算している点で相違する。

ＨIntg方式には、使用データが高周波成分を使用するＩＩＲ１と、輝度信号ＤＹ自体をそのまま使用するＹとに分類される。なお、輝度加算値は、図５の全積分方式水平方向評価値算出フィルタからＨＰＦ３８１を取り外した輝度加算値算出フィルタ回路で得られる。

ＶIntg方式は、全積分方式の垂直方向評価値算出法であり、評価値ＩＤ４およびＩＤ５に使用される。ＨPeak方式およびＨIntg方式はいずれも、水平方向に加算して評価値を生成しているものであるが、ＶIntg方式は高周波成分を垂直方向に加算して生成された評価値である。例えば画面の上半分が白色で下半分が黒色の映像，水平線の映像等シーンによっては垂直方向の高周波成分のみとなり水平方向の高周波成分が無い場合、ＨPeak方式水平方向評価値は有効に機能しない。そこで、ＶIntg方式の評価値は、このようなシーンにもオートフォーカスが有効に機能するように定めている。

図６は、垂直方向評価値を算出する垂直方向評価値算出フィルタの構成を示している。垂直方向評価値算出フィルタは、水平方向平均値算出フィルタ３９１と、ＩＩＲ型ＨＰＦ３９２と、絶対値処理回路３９３と、積分回路３９４を有している。

水平方向平均値算出フィルタ３９１は、各ラインの輝度信号ＤＹから枠制御信号ＷＨcに基づき水平方向の評価枠内の中心部にある画素（例えば６４画素）の輝度信号を選択して平均値（合計値でも同じ。）を算出し、１水平期間に１回出力する。ここで、中心部の６４画素としたのは、評価枠周辺部のノイズを除去するためである。ここでは、単に６４画素分だけ逐次蓄積して最終的に１つの平均値を出力しているため、ラインメモリまたはフレームメモリ等のメモリ装置を必要としない簡易な構成となる。次に、これを、ライン周波数で同期を取ってＨＰＦ３９２により高周波成分を抜き出し、絶対値処理回路３９３で絶対値化高周波成分とする。さらに、積分回路３９４で垂直方向の枠制御信号ＷＶに基づき垂直方向の評価枠内の全てのラインに関して積分している。

Ｓatul方式は、評価枠内の飽和した（具体的には、輝度レベルが所定量以上の）輝度信号ＤＹの個数を求める算出法であり、評価値ＩＤ８の算出に使用される。評価値ＩＤ８のい算出では、輝度信号ＤＹと閾値αとを比較して、輝度信号ＤＹが閾値α以上の画素数が評価枠内で何画素あるか１フィールド毎に計数して評価値ＩＤ８とする。

基準信号生成部４０では、ビデオカメラ１０における各部の動作の基準となる垂直同期信号ＶＤ，水平同期信号ＨＤおよび基準信号ＣＬＫを生成して撮像素子駆動部４２に供給する。撮像素子駆動部４２は、供給された垂直同期信号ＶＤ，水平同期信号ＨＤおよび基準信号ＣＬＫに基づいて駆動信号ＲＩRを生成して撮像素子３２Ｒに供給して、撮像素子３２Ｒを駆動する。同様に、駆動信号ＲＩG，ＲＩBを生成して撮像素子３２Ｇ，３２Ｂに供給して、撮像素子３２Ｇ，３２Ｂを駆動する。なお、プリアンプ部３３Ｒ，３３Ｇ,３３ＢやＡ／Ｄ変換部３４Ｒ，３４Ｇ,３４Ｂ，前処理部３５，信号処理部３６，評価値算出部３７等は、前段から供給される映像信号に同期した垂直同期信号ＶＤ，水平同期信号ＨＤおよび基準信号ＣＬＫを用いて処理を行う。これらの信号は、基準信号生成部４０から供給してもよく、また映像信号とともに前段から供給するものとしてもよい。

測距センサ４５は、カメラブロック制御部５２からの要求に応じて測距を行い、被写体までの距離を示す測距結果Ｍagをカメラブロック制御部５２に供給する。また、測距できない場合には、測距結果Ｍagとして測距不能であることを示すデータ（以下「測距不能データＮＧ」という）を出力する。この測距センサ４５は、赤外線や電波等を出力したときの反射を利用して被写体までの距離を測定するアクティブ方式の測距センサや、被写体の輝度情報をセンサで検出して得られた輝度信号のずれや鮮鋭度等から被写体までの距離を測定するパッシブ方式の測距センサを用いる。

カメラブロック制御部５２には、ユーザインタフェース５６が接続されており、ユーザインタフェース５６から供給された操作信号ＰＳＣ等に基づいて制御信号を生成して、各部に供給することで、ビデオカメラ１０の動作が操作信号ＰＳＣ等に基づいた動作となるように制御する。

また、上述のレンズブロック制御部５１とカメラブロック制御部５２は、予め定めたフォーマットやプロトコル等を用いて通信ができるようになされており、レンズブロック制御部５１とカメラブロック制御部５２によって、オートフォーカス動作の制御を行う。

ここで、レンズブロック制御部５１は、上述したように、例えば要求に応じて各種情報（例えばフォーカス位置やアイリス値等）ＱＦをカメラブロック制御部５２に供給する。また、カメラブロック制御部５２から供給されたフォーカス制御信号ＣＴfやウォブリング制御信号ＣＴw等に基づいて、レンズ駆動信号ＲＤf，ＲＤwを生成して、フォーカスレンズ２１やウォブリングレンズ２２の駆動処理を行う。カメラブロック制御部５２は、評価値算出部３７で算出された評価値ＩＤや測距センサ４５で得られた測距結果Ｍag、およびレンズブロック制御部５１から読み出した各種情報に基づいて、フォーカスレンズ２１を駆動制御するためのフォーカス制御信号ＣＴfや、ウォブリングレンズ２２を駆動制御するためのウォブリング制御信号ＣＴwを生成して、レンズブロック制御部５１に供給する。

なお、レンズブロック制御部５１とカメラブロック制御部５２は、一体に構成するものとしてもよく、以下の説明では、レンズブロック制御部５１とカメラブロック制御部５２をまとめて制御部５０として呼ぶものとする。また、制御部５０は、マイクロコンピュータやメモリ等を用いて構成し、メモリに記憶されているプログラムを読み出して実行することによりオートフォーカス動作を行うものとしてもよい。

次に、ビデオカメラ１０のオートフォーカス動作について説明する。図７は、オートフォーカス動作のフローチャートを示している。

ステップＳＴ１で制御部５０は、測距センサ４５を用いて測距処理を行い、被写体までの距離を測距センサ４５で測定させて、測距結果Ｍagを測距センサ４５から読み出す。ステップＳＴ２で制御部５０は、位置検出部２１ａからの検出信号ＲＳfに基づいて現在のフォーカス位置ＦＰsを検出する。

ステップＳＴ３で制御部５０は、レンズ駆動設定処理を行う。このレンズ駆動設定処理では、現在のフォーカス位置ＦＰsと測距結果Ｍagに基づいてフォーカスレンズ２１の移動方向と移動速度を設定する。

図８は、レンズ駆動設定処理を示すフローチャートである。ステップＳＴ５１で制御部５０は、測距結果Ｍagが測距不能データＮＧであるか否かを判別する。ここで、測距結果Ｍagが測距不能データＮＧでないときはステップＳＴ５２に進み、測距結果Ｍagが測距不能データＮＧであるときはステップＳＴ５６に進む。

ステップＳＴ５２で制御部５０は、現在のフォーカス位置ＦＰsが、測距結果Ｍagに基づくフォーカス位置範囲ＦＪＡから第１の判別距離ＬＤ1よりも離れているか否かを判別する。ここで、現在のフォーカス位置ＦＰsから測距結果Ｍagに基づくフォーカス位置範囲ＦＪＡまでの距離ＬＥが、第１の判別距離ＬＤ1よりも大きい場合にはステップＳＴ５３に進み、判別距離ＬＤ1以下であるときにはステップＳＴ５４に進む。

フォーカス位置範囲ＦＪＡは、測距結果Ｍagに対応する被写体についての合焦位置ＦＰjが含まれるように、測距結果Ｍagに対して設定する。例えば測距結果Ｍagにおける測距誤差範囲をフォーカス位置範囲ＦＪＡとする。あるいは、測距結果Ｍagにおける測距誤差範囲よりも広く設定する。判別距離ＬＤ1は、フォーカスレンズ２１の制御性を考慮してその大きさを設定する。すなわち、フォーカスレンズ２１を後述するように第１の速度Ｖaで移動させる場合、判別距離ＬＤ1が短いと、第１の速度Ｖaに達する前に合焦位置ＦＰjに近づいてしまう。また、フォーカスレンズ２１の移動速度が速いときには、フォーカスレンズ２１を停止するまでに要する時間が長いことから、合焦位置ＦＰjに近づいたときにフォーカスレンズ２１を停止させようとしても合焦位置ＦＰjを通り過ぎてしまい、違和感のあるフォーカス動作となってしまう虞もある。このため、判別距離ＬＤ1は、フォーカスレンズ２１を移動させる際の最高スピードや制御性に応じて設定する。さらに、最高スピードや制御性は、焦点距離やアイリス値に応じて異なるものであることから、焦点距離やアイリス値に応じて判別距離ＬＤ1を調整する。

ここで、焦点距離が短い場合やアイリスの開口量が小さくなると、被写界深度が深くなる。一方、焦点距離が長い場合やアイリスの開口量が大きくなると、被写界深度が浅くなる。被写界深度が深いときには、フォーカスレンズ２１を移動したときの評価値の変化が緩やかで、評価値の山の領域が広くなる。従って、評価値の変化する部分でフォーカスレンズ２１が第１の速度Ｖaで移動されることがないように判別距離ＬＤ1を大きくする。なお、判別距離ＬＤ1が大きくされて、第１の速度Ｖaでフォーカスレンズ２１を移動させる期間が短くされても、被写界深度が深いことから、ボケの少ないあるいはボケのない撮像画像を速やかに得ることができる。被写界深度が浅いときには、フォーカスレンズ２１を移動したときの評価値の変化が急峻となることから、評価値の山の領域が狭くなる。従って、判別距離ＬＤ1を小さくしても、評価値の変化する部分でフォーカスレンズ２１が第１の速度Ｖaで移動されることがないようにすることができる。また、判別距離ＬＤ1が小さくされることにより、第１の速度Ｖaでフォーカスレンズ２１を移動させる期間が長くなるので、この場合にもボケの少ないあるいはボケのない撮像画像を速やかに得ることができる。

ステップＳＴ５３で制御部５０は、現在のフォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡから判別距離ＬＤ1よりも離れているので、フォーカス位置ＦＰsが合焦位置ＦＰjに速やかに近づくように、フォーカスレンズ２１の移動速度を第１の速度Ｖaに設定する。また、フォーカスレンズ２１の移動方向は、測距結果Ｍagに基づく方向、すなわち測距結果Ｍagが示すフォーカス位置ＦＰmの方向にフォーカス位置ＦＰsが移動するように設定する。また、測距センサ４５の測距結果Ｍagに基づいて、フォーカスレンズ２１の移動方向を正しく判別できるので、移動方向を判別するためのウォブリングは不要となる。

第１の速度Ｖaは、フォーカス位置を合焦位置に速やかに近づけることを目的とするものであって、評価値が１フィールドに１回しか更新されないために評価値の山を通り越してしまうことがないように移動速度を制限する必要がない。従って、第１の速度Ｖaは、フォーカスレンズ２１を駆動する際の許容可能な最も早い速度とする。

ステップＳＴ５２からステップＳＴ５４に進むと、ステップＳＴ５４で制御部５０は、現在のフォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡに含まれているか否かを判別する。ここで、現在のフォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡに含まれていないときにはステップＳＴ５５に進む。また、フォーカス位置範囲ＦＪＡに含まれているときにはステップＳＴ５６に進む。

ステップＳＴ５５で制御部５０は、フォーカスレンズ２１の移動速度を第１の速度Ｖaよりも低速である第２の速度Ｖbに設定する。また、移動方向は、測距結果Ｍagに基づく方向、すなわち測距結果Ｍagが示すフォーカス位置ＦＰmの方向にフォーカス位置ＦＰsが移動するように設定する。この第２の速度Ｖbは、フォーカスレンズ２１を移動したときの評価値の変化を示す評価値曲線がつぶれを生じて、第２の速度Ｖbから、第２の速度Ｖbよりも低速である第３の速度Ｖcへの速度切り替えがうまく行われなくなってしまうことがないように設定する。例えば、焦点深度をＦsとしたとき、第２の速度Ｖbは「１２Ｆs／フィールド」に設定する。なお、第３の速度Ｖcは、評価値の山を精度良く検出できる速度であり、例えば「２Ｆs／フィールド」に設定する。また、フォーカスレンズ２１を駆動する際の許容可能な最も早い速度が「１２Ｆs／フィールド」以下であるときは、第１の速度Ｖaと第２の速度Ｖbは等しい速度とする。

ステップＳＴ５１あるいはステップＳＴ５４からステップＳＴ５６に進むと、制御部５０は、従来と同様にウォブリングを行い、ウォブリングレンズ２２を動かしたときの評価値の変化に基づいてフォーカスレンズ２１の移動方向を設定する。また、フォーカスレンズ２１の移動速度を第２の速度Ｖbに設定する。なお、現在のフォーカス位置ＦＰsとフォーカス位置ＦＰmとの距離が短い場合、現在のフォーカス位置ＦＰsは合焦位置ＦＰjに近くなっていることから、フォーカスレンズ２１の移動速度を第３の速度Ｖcに設定するものとしてもよい。

図７のステップＳＴ４で制御部５０は、レンズ駆動処理を行い、レンズ駆動処理が終了したときにはオートフォーカス動作を終了する。このレンズ駆動処理では、フォーカスレンズ２１の移動速度の切り替えや、従来と同様に山登り制御処理を行ってフォーカス位置ＦＰsを合焦位置ＦＰjに移動させる合焦動作を行う。

移動速度の切り替えは、フォーカス位置ＦＰsから上述のフォーカス位置範囲ＦＪＡまでの距離が、判別距離ＬＤ1よりも短い第２の判別距離ＬＤ2より短くなったとき、移動速度を第１の速度Ｖaから第２の速度Ｖbに切り替える。ここで、判別距離ＬＤ2は、例えばフォーカス位置範囲ＦＪＡから判別距離ＬＤ2だけ離れた位置において、移動速度を第１の速度Ｖaから後述する第２の速度Ｖbに切り替えたときに、移動速度がフォーカス位置範囲ＦＪＡで第２の速度Ｖbに減速されているように設定する。このように設定すれば、フォーカス位置範囲ＦＪＡにおいて、評価値が少ないために評価値の山を通り越してしまうことを防止できる。

山登り制御処理では、評価値算出部３７で算出された評価値の増減を検出して評価値が極大となるようにフォーカス位置ＦＰsを移動して合焦位置ＦＰjに追い込む。この評価値を用いた山登り制御処理では、例えば上述の評価値ＩＤ０，ＩＤ２等が極大となるようにフォーカスレンズ２１を移動させる。また、評価値ＩＤ８を利用して、輝度の大きい画素が増えたときには、ボケが生ずる方向にフォーカスレンズ２１が移動されてしまうことがないように、評価枠サイズＷ1から評価枠サイズＷ5に切り替えて評価値の算出を行う。さらに、評価値ＩＤ０や他の評価値ＩＤ１〜ＩＤ７，ＩＤ９〜ＩＤ１３を利用することで、レンズ移動速度の切り替えや揺れの判定、逆送の判定、レンズのＮｅａｒ端やＦａｒ端到達の判定等を行い、判定結果に基づいてフォーカス合わせが精度良く行われるようにフォーカスレンズ２１の駆動動作を制御する。このように、山登り制御処理を行い、フォーカス位置ＦＰsを合焦位置ＦＰjに追い込んで合焦動作を終了する。

図９は、測距結果を利用したオートフォーカス動作を示している。現在のフォーカス位置ＦＰsが、測距結果Ｍagに基づくフォーカス位置範囲ＦＪＡから第１の判別距離ＬＤ1よりも離れている場合、すなわち現在のフォーカス位置ＦＰsから測距結果Ｍagに基づくフォーカス位置範囲ＦＪＡまでの距離ＬＥが、第１の判別距離ＬＤ1よりも大きい場合、ウォブリングを行うことなくフォーカスレンズ２１が第１の速度Ｖaで移動されて、その後、第２の速度Ｖbや第３の速度Ｖcに切り替えられて、時間Ｔafuが経過したときにフォーカス位置ＦＰsが合焦位置ＦＰjに追い込まれる。このため、破線で示す従来のオートフォーカス動作、すなわちウォブリングを行って移動方向を判別したのち第２の速度Ｖbでフォーカスレンズ２１を移動して、時間Ｔafvが経過したときに合焦位置ＦＰjに追い込まれる場合に比べて、合焦時間を大幅に短縮できる。

また、現在のフォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡの外であって判別距離ＬＤ1よりも離れていない場合、ウォブリングを行うことなく第２の速度Ｖbでフォーカスレンズ２１が移動されることから、フォーカス動作開始時にウォブリングを行う従来のオートフォーカス動作に比べて合焦時間を短くできる。特に、放送業務用・業務用カメラのレンズは大きいので、ウォブリングの時間が長くかかる（例えば、約０．２５秒〜０．５秒）。従って、ウォブリングを行わないだけであっても、合焦時間の短縮効果が大きい。

現在のフォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡの範囲内にある場合、フォーカスレンズの移動方向は、測距結果Ｍagとフォーカス位置ＦＰsから決定することはできない。すなわち、測距結果Ｍagは誤差を有しているため、例えば、フォーカス位置ＦＰsが、測距結果Ｍagで示すフォーカス位置ＦＰmと合焦位置ＦＰjとの間である場合、測距結果Ｍagに基づいてフォーカス位置ＦＰsを移動させると、合焦位置ＦＰjとは逆方向にフォーカス位置ＦＰsが移動されてしまうこととなる。従って、フォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡ内にある場合、従来と同様に、ウォブリングを行ってフォーカスレンズ２１の移動方向の判別等を行い、その後、山登り制御処理を行う。このように、フォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡ内にある場合、合焦時間は従来と同等となる。なお、測距センサ４５で正しく測距を行うことができず、測距結果Ｍagが測距不能データＮＧである場合、測距結果Ｍagに基づいたレンズ駆動動作を行うことができないため、従来と同じオートフォーカス動作を行う。この場合にも、合焦時間は従来のオートフォーカス動作と同等となる。

このように、フォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡから離れている場合、ウォブリングを行うことなくフォーカスレンズの移動が開始されるので、合焦時間を短くできる。さらに、フォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡから判別距離ＬＤ1よりも離れているときには、フォーカスレンズがより早く移動されるので、さらに合焦時間を短くできる。また、フォーカス位置ＦＰsがフォーカス位置範囲ＦＪＡ内とされたときには、従来と同様にして、フォーカス位置ＦＰsが合焦位置ＦＰjに追い込まれるので、合焦時間が短くなってもフォーカスの追い込み精度は、従来の追い込み精度を維持できる。

なお、上述の実施の形態では、撮像装置がビデオカメラである場合について説明したが、ディジタルカメラ等の撮像装置にも同様にして適用できる。

ビデオカメラの構成を示す図である。 評価値算出部の構成を示す図である。 評価枠サイズを示す図である。 水平方向評価値算出フィルタの構成を示す図である。 全積分方式水平方向評価値算出フィルタの構成を示す図である。 垂直方向評価値算出フィルタの構成を示す図である。 オートフォーカス動作を示すフローチャートである。 レンズ駆動設定処理を示すフローチャートである。 測距結果を利用したオートフォーカス動作を説明するための図である。 フォーカス位置と評価値の関係を示す図である。

符号の説明

１０・・・ビデオカメラ、２０・・・レンズブロック、２１・・・フォーカスレンズ、２１ａ，２２ａ・・・位置検出部、２１ｂ，２２ｂ・・・レンズ駆動部、２２・・・ウォブリングレンズ、２３・・・アイリス、２３ａ・・・アイリス位置検出部、２３ｂ・・・アイリス駆動部、３０・・・カメラブロック、３１・・・色分解プリズム、３２Ｒ，３２Ｂ，３２Ｂ・・・撮像素子、３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ・・・プリアンプ部、３４Ｒ，３４Ｇ,３４Ｂ・・・Ａ／Ｄ変換部、３５・・・前処理部、３６・・・信号処理部、３７・・・評価値算出部、４０・・・基準信号生成部、４２・・・撮像素子駆動部、４５・・・測距センサ、５１・・・レンズブロック制御部、５２・・・カメラブロック制御部、５５，５６・・・ユーザインタフェース、３７１・・・輝度信号生成回路、３７２-ID0〜３７２-ID13・・・評価値生成回路、３７３・・・インタフェース回路、３８１，３９２・・・高域通過フィルタ、３８２，３９３・・・絶対値処理回路、３８３・・・乗算回路、３８４・・・ラインピークホールド回路、３８５・・・水平方向加算回路、３８６・・・垂直方向積分回路、３９１・・・水平方向平均値算出フィルタ、３９４・・・積分回路

Claims (10)

1. レンズを駆動するレンズ駆動部と、
   前記レンズのフォーカス位置を検出する位置検出部と、
   被写体までの距離を測定する測距センサと、
   前記レンズ駆動部を駆動して前記位置検出部で検出されたフォーカス位置を合焦位置に移動させる合焦動作を行う制御部とを有し、
   前記制御部は、前記位置検出部で検出されたフォーカス位置と前記測距センサで得られた測距結果に基づき、前記レンズの移動方向と移動速度を設定して前記合焦動作を開始する
   ことを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 前記制御部は、前記位置検出部で検出されたフォーカス位置が前記測距結果に基づくフォーカス位置範囲から第１の判別距離よりも離れているとき、前記レンズの移動速度と移動方向を、第１の速度で前記測距結果に基づくフォーカス位置範囲の方向に設定して前記合焦動作を開始する
   ことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
3. 前記位置検出部で検出されたフォーカス位置が前記測距結果に基づくフォーカス位置範囲から第２の判別距離よりも近づいたときに、前記移動速度を第１の速度よりも遅い第２の速度に切り替える
   ことを特徴とする請求項２記載のオートフォーカス装置。
4. 前記制御部は、前記位置検出部で検出されたフォーカス位置が前記測距結果に基づくフォーカス位置範囲から第１の判別距離よりも離れておらず且つフォーカス位置範囲にないとき、前記レンズの移動速度と移動方向を、前記第２の速度で前記測距結果に基づくフォーカス位置範囲の方向に設定して前記合焦動作を開始する
   ことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
5. 撮像画枠内に設けた特定領域における映像信号の周波数成分を用いて評価値を算出する評価値算出部を有し、
   前記制御部は、前記位置検出部で検出されたフォーカス位置が前記測距結果に基づくフォーカス位置範囲内に移動されたとき、前記合焦動作として前記評価値が最大となるようにフォーカス位置を移動させる
   ことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
6. 撮像画枠内に設けた特定領域における映像信号の周波数成分を用いて評価値を算出する評価値算出部を有し、
   前記制御部は、前記位置検出部で検出されたフォーカス位置が前記測距結果に基づくフォーカス位置範囲内であるとき、前記レンズのウォブリングを行い、該ウォブリングを行ったときの評価値の変化に基づき前記レンズの移動方向を設定して前記合焦動作を開始する
   ことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
7. 前記制御部は、前記測距結果が予め設定した位置よりも近接した位置を示すとき、前記位置検出部で検出されたフォーカス位置にかかわらず前記レンズのウォブリングを行い、該ウォブリングを行ったときの評価値の変化に基づいて前記レンズの移動方向を設定し、前記レンズの移動速度を予め設定した移動速度として前記合焦動作を開始する
   ことを特徴とする請求項６記載のオートフォーカス装置。
8. 光量を制御するアイリスを有し、
   前記レンズの焦点距離および／または前記アイリスの開口量に応じて、前記第１の判別距離を可変させる
   ことを特徴とする請求項２記載のオートフォーカス装置。
9. レンズのフォーカス位置を検出する位置検出工程と、
   被写体までの距離を測定する測距工程と、
   前記位置検出工程で検出されたフォーカス位置と前記測距工程で得られた測距結果に基づき前記レンズの移動方向と移動速度を設定するレンズ駆動設定工程と、
   前記レンズ駆動設定工程で設定された移動方向と移動速度で前記レンズの駆動を開始して、前記フォーカス位置を合焦位置に移動させる合焦動作を行うレンズ駆動処理工程を有する
   ことを特徴とするオートフォーカス方法。
10. コンピュータに、
    レンズのフォーカス位置を検出する位置検出工程と、
    被写体までの距離を測定する測距工程と、
    前記位置検出工程で検出されたフォーカス位置と前記測距工程で得られた測距結果に基づき前記レンズの移動方向と移動速度を設定するレンズ駆動設定工程と、
    前記レンズ駆動設定工程で設定された移動方向と移動速度で前記レンズの駆動を開始して、前記フォーカス位置を合焦位置に移動させる合焦動作を行うレンズ駆動処理工程を実行させるプログラム。
    

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