JP2018036331A - 焦点調節装置及び焦点調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焦点調節中に焦点検出領域が変更された場合でも滑らかな焦点調節ができる装置及び方法を提供する。【解決手段】焦点調節装置は、被写体を撮像して撮像信号に変換する撮像手段と、撮像信号のうち、焦点状態を検出するための焦点検出領域の撮像信号に基づいて焦点状態を検出する検出手段と、検出手段による焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御する焦点調節手段と、焦点検出領域を変更可能に設定する設定手段と、を有し、焦点調節手段は、設定手段により焦点検出領域が第１の領域とは異なる第２の領域に変更された場合、第２の領域における焦点検出結果を取得するまでは、第１の領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、焦点調節装置及び焦点調節方法に関する。

撮影者がデジタルカメラやビデオカメラのような撮像装置を用いて撮影をする際、主被写体を画面中央に据える場合が多い。そのため、一般的に撮像装置は撮像画面の中央に焦点状態を検出するための焦点検出領域を設定し、画面中央の被写体について重点的に焦点状態を検出し、その結果に基づいてフォーカスレンズを駆動し、焦点調節を行っている。
一方、撮影の構図の多様性に対応するため、撮影者が焦点検出領域を画面中央以外にも任意に変更できる撮像装置が提案されている。また、顔検出機能等により被写体の特定箇所に撮像装置が自動で焦点検出領域を設定し、焦点調節を行うような顔優先焦点調節機能を有する撮像装置も提案されている。

焦点検出領域を変更した場合、焦点検出領域の変更が反映されるまでの時間や変更後の焦点検出領域における焦点検出信号が蓄積されるまでに時間を要する。また、焦点検出信号に基づいて現在の焦点位置と合焦位置とのずれ量（いわゆるデフォーカス量やデフォーカス方向）やコントラスト評価値等の焦点検出結果を演算する時間も要する。したがって、焦点検出結果が得られるタイミングは焦点検出領域が変更されたタイミングに対して遅延が生じる。また、予め設定されている複数の焦点検出領域の中から撮影者が十字キー等で順番に領域を切替えて、任意の焦点検出領域に変更できる撮像装置がある。このような撮像装置の場合、切替え後の焦点検出領域での焦点検出結果に従って即座に焦点調節を行うと、撮影者が所望する焦点検出領域を選択するまでの途中段階において不要なピントの変化が見えてしまう。

このような問題に対して、特許文献１の自動焦点調節カメラは、焦点検出領域を変更した際に、撮影者からの所定の指示があるまでは、変更後の焦点検出領域での焦点検出結果に基づく焦点調節を禁止している。

特開平７−１５１９５７号公報

上述のように、特許文献１の技術では、撮影者からの指示を受けてから変更後の焦点検出領域を用いて焦点調節を行う。よって、撮影者からの指示が遅くなると、変更後の焦点検出領域中の被写体にピントを合わせるのが遅くなったり、焦点調節動作が一旦停止したりするために、滑らかな焦点調節を行うことができないという問題がある。特に動画撮影中に焦点検出領域を変更すると、焦点調節中の動画も記録されるため、品位がよくない（焦点位置の移動が滑らかでない）動画が記録されてしまう。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、焦点調節中に焦点検出領域が変更された場合でも滑らかな焦点調節を行うことを目的とする。

本発明にかかる焦点調節装置は、被写体を撮像して撮像信号に変換する撮像手段と、前記撮像信号のうち、焦点状態を検出するための焦点検出領域の撮像信号に基づいて焦点状態を検出する検出手段と、前記検出手段による焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御する焦点調節手段と、前記焦点検出領域を変更可能に設定する設定手段と、を有し、前記焦点調節手段は、前記設定手段により前記焦点検出領域が第１の領域とは異なる第２の領域に変更された場合、前記第２の領域における焦点検出結果を取得するまでは、前記第１の領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御することを特徴とする。

本発明によれば、焦点調節中に焦点検出領域が変更された場合でも滑らかな焦点調節を行うことができる。

ビデオカメラの構成を示すブロック図である。 デフォーカス量と像ずれ量の関係を示す図である。 焦点調節の処理を示すフローチャートである。 位相差方式による焦点検出の処理を示すフローチャートである。 顔検出による焦点検出領域変更の変化が小さい場合の模式図である。 顔検出による焦点検出領域変更の変化が大きい場合の模式図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における焦点調節装置を含むビデオカメラ（撮像装置）の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、後述するように、顔検出機能を有し、位相差方式の焦点検出結果に応じて焦点調節を制御するビデオカメラについて説明するが、デジタルスチルカメラ等の他の撮像装置にも適用できる。また、図１のビデオカメラは、レンズ一体型のカメラであるが、レンズ交換式の撮像装置にも適用できる。レンズ交換式の撮像装置の場合、撮像装置が装着されたレンズに対して焦点調節の指示を送ることで、焦点調節を制御することができる。

ビデオカメラ１００は、第１固定レンズ１０１、変倍レンズ１０２、絞り１０３、第２固定レンズ１０４、及びフォーカスコンペンセータレンズ１０５により、被写体からの光を結像するための撮像光学系を構成する。変倍レンズ１０２は光軸方向に移動して変倍動作を行う。また、フォーカスコンペンセータレンズ（以下、フォーカスレンズ）１０５は変倍に伴う焦点面の移動を補正する機能と焦点調節機能とを兼ね備える。
ビデオカメラ１００は、光電変換素子としての撮像素子１０６を有する。撮像素子１０６は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサと周辺部を備えて構成される。また、撮像素子１０６は、撮像光学系を通過した光が結像して形成された被写体像を光電変換して電気信号を出力する。

ビデオカメラ１００は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７、カメラ信号処理回路１０８、表示装置１０９、記録装置１１０、フォーカシング駆動源１１１、ＡＦ用ゲート１１２、ＡＦ信号処理回路１１３、カメラマイコン１１４、顔検出回路１１５、操作部１１６を有する。
ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７は、撮像素子１０６からの電気信号をサンプリングし、ゲインを調整して、撮像信号を生成する。カメラ信号処理回路１０８は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの撮像信号に対して各種の画像処理を施し、出力信号を生成する。ここで、撮像素子１０６およびＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７は、撮像手段の一例に対応する。
表示装置１０９は、ＬＣＤ等により構成され、カメラ信号処理回路１０８からの出力信号に加え、カメラの撮影モードに関する情報、設定された焦点検出領域の目安となるＡＦ枠等を表示する。記録装置１１０は、カメラ信号処理回路１０８からの出力信号を磁気テープ、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録する。フォーカシング駆動源１１１は、焦点調節のためにフォーカスレンズ１０５を光軸方向に移動させるための駆動源であり、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータおよびボイスコイルモータ等のアクチュエータにより構成される。

ＡＦ用ゲート１１２は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１０７からの全画素の撮像信号のうち、後述するカメラマイコン１１４にて設定される焦点検出領域に対応する信号のみを通過させる。焦点検出領域は焦点状態を検出するための領域である。ＡＦ信号処理回路１１３は、ＡＦ用ゲート１１２を通過した撮像信号に基づいて被写体の焦点検出を行い、その結果をカメラマイコン１１４に出力する。なお、焦点検出の方法としては、例えば、撮像面上に配置された焦点検出用画素で結像光学系の異なる射出瞳領域を通過した受光信号のずれ量に基づいた位相差方式による方法がある。また、焦点検出の方法として、周知の撮像信号の高周波成分を抽出したコントラスト情報を用いたコントラスト方式による方法等もある。本実施形態では、位相差方式による方法を用いて焦点検出を行うものとして説明するが、それ以外の方式であってもよい。

本実施形態の撮像素子１０６は、各画素に１つのマイクロレンズが配置され、各画素において水平方向に２つの光電変換部が隣接して配置された構成となっており、１つのマイクロレンズを透過した光が、２つの光電変換部に入射する。そして、それぞれの光電変換部において結像光学系の異なる射出瞳領域を通過した光を光電変換して受光信号を取得し、対をなす２つの焦点検出信号を生成し焦点検出を行う。２つの焦点検出信号の一方は、もう一方に対して視差を有する画像信号である。また、撮像素子の画素毎に、２つの光電変換部からの信号を加算することで、撮像画像を生成する。本実施形態では、ＡＦ信号処理回路１１３は、ＡＦ用ゲート１１２を通過した２つの光電変換部からの信号（一対の焦点検出信号）に基づいて相関演算を行い、像ずれ量と信頼性情報（二像一致度、二像急峻度、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等）を算出する。ＡＦ信号処理回路１１３は、算出した像ずれ量と信頼性情報をカメラマイコン１１４へ出力する。なお、本発明および本明細書において、本実施形態の焦点検出用信号のように、撮像素子１０６からの電気信号に基づいて焦点検出用信号が取得される場合、特に断りがない限り、焦点検出用信号も撮像信号に含まれるものとする。
カメラマイコン１１４は、像ずれ量から焦点状態を検出する。本実施形態では、カメラマイコン１１４は、像ずれ量から撮像面上での現在の焦点位置と合焦位置とのずれ量、いわゆるデフォーカス量を算出し、デフォーカス量からフォーカスレンズ１０５を駆動させる駆動量を算出する。また、カメラマイコン１１４は、像ずれの方向から、現在の焦点位置から合焦位置に向かう方向、いわゆるデフォーカス方向も算出し、デフォーカス方向からフォーカスレンズ１０５を駆動させる駆動方向を取得する。このように、カメラマイコン１１４は焦点検出結果として、被写体に合焦するまでのフォーカスレンズ１０５の駆動量および駆動方向を算出する。なお、焦点検出結果は、駆動量または駆動方向の何れか一つのみであってもよい。

ここで、本実施形態で用いる撮像素子１０６により取得される２つの焦点検出信号の像ずれ量とデフォーカス量（デフォーカス方向）との関係について説明する。
図２は、２つの焦点検出信号のデフォーカス量と２つの焦点検出信号間の像ずれ量の関係を示す図である。本実施形態では、撮像面２００に撮像素子（不図示）が配置され、結像光学系の射出瞳が第１の瞳部分領域２０１と第２の瞳部分領域２０２に２分割される。
デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像面２００までの距離を大きさ｜ｄ｜としたとき、被写体の結像位置が撮像面より被写体側にある前ピン状態を負（ｄ＜０）、撮像面２００より被写体の反対側にある後ピン状態を正（ｄ＞０）として定義される。被写体の結像位置が撮像面２００（合焦位置）にある合焦状態はｄ＝０である。図２で、被写体２０３は合焦状態（ｄ＝０）の例を示しており、被写体２０４は前ピン状態（ｄ＜０）の例を示している。前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）を合わせて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）とする。

前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体２０４からの光束のうち、第１の瞳部分領域２０１を通過した被写体光は、一度、集光した後、光束の重心位置Ｇ１を中心として幅Γ１に広がり、撮像面２００でボケた像となる。第２の瞳部分領域２０２を通過した被写体光についても同様であり、重心位置Ｇ２を中心として幅Γ２に広がったボケた像を形成する。ボケた像は、撮像素子に配列された各画素を構成する２つの光電変換部（第１の光電変換部および第２の光電変換部）により受光され、２つの焦点検出信号（第１の焦点検出信号および第２の焦点検出信号）が生成される。よって、第１の焦点検出信号（第２の焦点検出信号）は、撮像面２００上の重心位置Ｇ１（Ｇ２）に、被写体２０４が幅Γ１（Γ２）にボケた被写体像として記録される。被写体像のボケ幅Γ１（Γ２）は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。同様に、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号間の被写体像の像ずれ量ｐ（＝光束の重心位置の差Ｇ１−Ｇ２）の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）でも、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となるが、同様である。
したがって、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号、もしくは、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号を加算した撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する。

本実施形態では、上述した第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の関連性を用いて、位相差方式による焦点検出を行う。具体的には、ＡＦ信号処理回路１１３は、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量を計算し、相関（信号の一致度）が良くなるシフト量から像ずれ量を検出する。撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する関連性から、カメラマイコン１１４は、像ずれ量をデフォーカス量に変換する。また、カメラマイコン１１４は、算出したデフォーカス量およびデフォーカス方向に基づいてフォーカスレンズ１０５の駆動目標位置を算出し、フォーカシング駆動源１１１を制御してフォーカスレンズ１０５を移動させ焦点調節を行う。更に、カメラマイコン１１４は、操作部１１６を介した操作や顔検出回路１１５による顔検出結果に基づいて焦点検出領域の位置および大きさを変更可能に設定する。カメラマイコン１１４は、焦点検出領域を変更した場合には、ＡＦ用ゲート１１２へ変更後の焦点検出領域の情報を送信する。また、カメラマイコン１１４は、変更前後での焦点検出領域の位置および大きさの変化量に基づいて焦点検出領域が大きく変更されたか否かの判定も行う。ここで、カメラマイコン１１４は、検出手段、焦点調節手段、および、設定手段の一例に対応する。

顔検出回路１１５は、撮像信号に対して公知の顔検出処理を施し、撮影画面内の人物の顔領域を検出して、検出結果をカメラマイコン１１４に送信する。カメラマイコン１１４は、検出結果に基づいて撮影画面内の顔領域を含む位置に焦点検出領域を設定し、ＡＦ用ゲート１１２に焦点検出領域の情報を送信する。なお、顔検出処理としては、例えば、画像データで表される各画素の階調色から、肌色領域を抽出し、予め用意する顔の輪郭テンプレートとのマッチング度で顔を検出する方法がある。また、顔検出処理としては、周知のパターン認識技術を用いて、目、鼻、口等の顔の特徴点を抽出することで顔検出を行う方法等もある。顔検出回路１１５は、特定検出手段の一例に対応する。
操作部１１６は、撮影者により操作されるタッチパネルや十字キー等である。操作部１１６は指示手段の一例に対応する。

次に、本実施形態に係るビデオカメラ１００の処理のうち、焦点検出領域を変更した際の焦点調節の処理について図３のフローチャートを参照して説明する。
図３は、焦点検出領域を変更した際の焦点調節のフローチャートである。図３のフローチャートは、例えばカメラマイコン１１４のプロセッサー（例えばＣＰＵ）がメモリに格納したプログラムを実行することで実現される。また、図３のフローチャートは、カメラマイコン１１４によって所定の周期毎に実行され、撮像素子１０６の撮像周期や、ＡＦ信号処理回路１１３の処理周期と動作周期を合わせて動作してもよいし、独立して速い周期で動作するようにしてもよい。

Ｓ３０１では、カメラマイコン１１４は焦点検出領域（第１の領域）の位置および大きさを設定する。本実施形態では、顔検出回路１１５により顔検出されている場合には、カメラマイコン１１４は顔検出結果に基づいて顔領域を含むように焦点検出領域を設定する。一方、顔検出されていない場合は、カメラマイコン１１４は撮影画面の中央に所定の大きさ（例えば、水平方向および垂直方向ともに画面サイズの３０％の大きさ）で焦点検出領域を設定する。カメラマイコン１１４は設定した焦点検出領域の情報をＡＦ用ゲート１１２に送信する。また、撮影者による操作部１１６を介した操作により焦点検出領域の位置が指示された場合、カメラマイコン１１４は指示された位置に所定の大きさで焦点検出領域を設定する。

Ｓ３０２では、カメラマイコン１１４はＡＦ用ゲート１１２を通過した焦点検出信号に基づいてＡＦ信号処理回路１１３にて算出された像ずれ量と信頼性情報（二像一致度、二像急峻度、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等）を取得する。
Ｓ３０３では、カメラマイコン１１４は取得した像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出し、所定のＲＡＭ領域Ｄｅｆに格納する。

ここで、Ｓ３０２において取得する像ずれ量、および、Ｓ３０３において算出するデフォーカス量について、図４のフローチャートを参照して説明する。
図４は、位相差方式における焦点検出の処理を示すフローチャートである。なお、図４のフローチャートは、撮像素子１０６、ＡＦ信号処理回路１１３と、それらを制御するカメラマイコン１１４によって実行され、図３のフローチャートの処理と動作周期を合わせて動作してもよいし、独立して速い周期で動作するようにしてもよい。
Ｓ４０１では、ＡＦ用ゲート１１２およびＡＦ信号処理回路１１３は、撮像素子１０６の有効画素領域の中から、カメラマイコン１１４から受信した焦点検出領域の情報に従い、焦点検出領域を設定する。次に、カメラマイコン１１４は撮像素子１０６を制御し、焦点検出領域の第１の光電変換部の受光信号から第１の焦点検出信号を、また焦点検出領域の第２の光電変換部の受光信号から第２の焦点検出信号を取得する。

Ｓ４０２では、ＡＦ信号処理回路１１３は第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号に、それぞれ列方向に画素加算処理を行い信号のＳ／Ｎ向上のための処理を実施する。更に、ＲＧＢ信号を輝度Ｙ信号にするためにベイヤー（ＲＧＢ）加算処理を行う。これら２つの加算処理を合わせて画素加算処理とする。

Ｓ４０３では、ＡＦ信号処理回路１１３は第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号に、フィルター処理を行う。例えば大デフォーカス状態での焦点検出を行うため場合は、フィルター処理の通過帯域は低周波帯域を含むように構成する必要がある。必要に応じて、大デフォーカス状態から小デフォーカス状態まで焦点調節を行う際に、デフォーカス状態に応じて、フィルター処理の通過帯域を調整してもよい。

Ｓ４０４では、ＡＦ信号処理回路１１３はフィルター処理後の第１の焦点検出信号と第２の焦点検出信号を相対的に瞳分割方向にシフトさせるシフト処理を行い、信号の一致度を表す相関量を算出、すなわち相関演算を行う。ここで、フィルター処理後のｋ番目の第１の焦点検出信号をＡ（ｋ）、第２の焦点検出信号をＢ（ｋ）、焦点検出領域に対応する番号ｋの範囲をＷとする。第１のシフト処理によるシフト量をｓ１、シフト量ｓ１のシフト範囲をΓ１として、相関量（第１の評価値）ＣＯＲは、式（１）により算出される。

シフト量ｓ１のシフト処理により、ｋ番目の第１の焦点検出信号Ａ（ｋ）とｋ−ｓ１番目の第２の焦点検出信号Ｂ（ｋ−ｓ１）を対応させ減算し、シフト減算信号を生成する。生成されたシフト減算信号の絶対値を計算し、測距エリアに対応する範囲Ｗ内で番号ｋの和を取り、相関量ＣＯＲ（ｓ１）を算出する。必要に応じて、各行毎に算出された相関量を、各シフト量毎に、複数行に亘って加算してもよい。

Ｓ４０５では、ＡＦ信号処理回路１１３は相関量から、サブピクセル演算により、相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出して像ずれ量ｐ１とする。カメラマイコン１１４は像ずれ量ｐ１に、焦点検出領域の像高と、撮像レンズ（結像光学系）のＦ値、射出瞳距離に応じた変換係数Ｋをかけて、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。本実施形態では、デフォーカス量Ｄｅｆは正負の値を取るものとし、符号がデフォーカス方向を表すものとするが、デフォーカス方向は別の値で算出するようにしてもよい。
Ｓ４０６では、ＡＦ信号処理回路１１３はＳ４０５で算出されたデフォーカス量Ｄｅｆがどれだけ信頼できるのかを表す信頼性を算出する。
なお、相関演算およびデフォーカス量の算出は焦点検出領域が複数設定されている場合は、各焦点検出領域毎に行われ、全ての焦点検出領域で実施された後に処理を終了する。

図３に戻り、Ｓ３０４ではカメラマイコン１１４は焦点検出領域が前回から変更されたか否かを判定する。本実施形態では、カメラマイコン１１４が顔検出回路１１５の顔検出結果に基づいて焦点検出領域を再設定した場合に焦点検出領域が変更されたと判定し、再設定していない場合には焦点検出領域が変更されていないと判定する。焦点検出領域が変更されたと判定した場合はＳ３０５に進み、変更されていないと判定した場合はＳ３０６に進む。なお、カメラマイコン１１４は設定されている焦点検出領域の位置および大きさを常時監視し、変化がある場合に焦点検出領域が前回から変更されたと判定してもよい。また、カメラマイコン１１４は撮影者による操作部１１６を介した操作により焦点検出領域の変更が指示された場合に焦点検出領域が前回から変更されたと判定してもよい。また、顔検出結果に基づく焦点検出領域の再設定と撮影者の操作による焦点検出領域の変更との両方を焦点検出領域の変更と判定してもよい。なお、焦点検出領域が自動設定されている状態において撮影者の操作によって焦点検出領域が設定された場合も、撮影者の操作による焦点検出領域の変更であるとみなす。

ここで、焦点検出領域を変更した際の焦点調節に関する課題について実際の撮影シーンを想定した図５に示す模式図を参照して説明する。
図５（ａ）は、撮影領域５００に対してほぼ中央に所定の大きさで設定されている焦点検出領域５０１と被写体との位置関係を示す図である。被写体５０２（花）は被写体５０３（人物）よりも至近側に位置し、至近側の被写体５０２に合焦している状態でフォーカスレンズ１０５が停止しているものとする。なお、この状況では無限側の被写体５０３は大きくボケているため、顔検出ができない状態となっている。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態から被写体５０３に合焦させるために、焦点検出領域５０１が被写体５０３にかかるようにカメラを左方向にパンニングした状態を示す図である。焦点検出領域５０１において被写体５０３に合焦するまでのデフォーカス量Ｄｅｆが算出され、算出されたデフォーカス量に従って無限方向にフォーカスレンズ１０５を駆動させることで焦点調節が行われる。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）よりも無限側にフォーカスレンズ１０５が駆動している状態を示す図である。図５（ｃ）では徐々に被写体５０３に合焦するため、被写体５０３の顔がはっきりと撮像されてくることを示している。ここで、顔検出回路１１５が撮像信号から顔検出できた場合には、図５（ｄ）に示すように、カメラマイコン１１４は被写体５０３の顔領域に焦点検出領域５０４を再設定することで、焦点検出領域が５０１から５０４に変更される。この際、特許文献１のように撮影者からの所定の指示があるまで焦点調節を禁止してしまう場合を想定する。この場合には、図５（ｂ）および図５（ｃ）のように無限方向に滑らかに焦点調節が行われていたのが、顔検出したタイミングで停止してしまう。この場合、特に、動画撮影中においては品位の悪い映像が記録されてしまうという課題がある。
このような課題を解決するための方法をＳ３０５以降で説明する。

Ｓ３０５では、カメラマイコン１１４は変更後の焦点検出領域（第２の領域）においてデフォーカス量Ｄｅｆが算出できているか否かを判定する。算出できている場合にはＳ３０６に進み、算出できていない場合にはＳ３０７に進む。なお、変更後の焦点検出領域においてデフォーカス量が算出できない場合とは、変更後の焦点検出領域において焦点検出信号の蓄積を待っている時間に加え、取得した焦点検出信号に基づく相関演算やデフォーカス量を算出する時間が経過していない場合を含む。また、デフォーカス量が算出されていても、図４のＳ４０６にて算出された信頼度が高いデフォーカス量（有効なデフォーカス量）が所定回数連続して算出できていない場合でも、カメラマイコン１１４はデフォーカス量が算出できていないと判定してもよい。

Ｓ３０６では、カメラマイコン１１４はＳ３０３にて算出したデフォーカス量Ｄｅｆを所定のＲＡＭ領域Ｄｅｆ_Ｂｋに記憶して、Ｓ３１１に進む。ここで、ＲＡＭ領域Ｄｅｆ_Ｂｋには、変更後の焦点検出領域でのデフォーカス量が算出されるまでは、変更前の焦点検出領域でのデフォーカス量が記憶されていることになる。
Ｓ３０７では、カメラマイコン１１４は焦点調節中であるか否かを判定する。焦点調節中であると判定した場合にはＳ３０８に進み、焦点調節中ではないと判定した場合にはＳ３１０に進む。本実施形態では、焦点調節中とは、Ｓ３０３にて算出したデフォーカス量Ｄｅｆに基づいて合焦位置に向かってフォーカスレンズ１０５が駆動している状態をいうものとする。焦点調節中ではない場合とは、合焦してフォーカスレンズ１０５が停止している状態をいうものとする。但し、例えば、フォーカスレンズ１０５が駆動中であっても、合焦位置に対し深度分手前の位置まで駆動し、ほぼ合焦状態と見なせる場合、カメラマイコン１１４は焦点調節中ではないと判定してもよく、この限りではない。

Ｓ３０８では、カメラマイコン１１４は変更前後での焦点検出領域の位置あるいは大きさの少なくとも一方の変化量を算出し、変化量が閾値以上であるか否かを判定する。変化量が閾値よりも小さい場合にはＳ３０９に進み、閾値以上の場合にはＳ３１０に進む。本実施形態では、カメラマイコン１１４が変更前後の焦点検出領域の重心位置の距離差、および、焦点検出領域の面積の差分量を算出し、重心位置の距離差と面積の差分量との少なくとも一方が、閾値以上であるか否かを判定する。重心位置の距離差の閾値、および、面積の差分量の閾値は予めカメラマイコン１１４が記憶している。
但し、例えば、カメラマイコン１１４は変更前後での焦点検出領域のオーバーラップ量（重なり具合）を算出し、オーバーラップ量が閾値以上であるか否かを判定するようにしてもよい。また、カメラマイコン１１４は、重心位置の距離、面積の差分量、および、オーバーラップ量等を組み合わせて判定するようにしてもよい。

Ｓ３０９では、カメラマイコン１１４はデフォーカス量Ｄｅｆとして、焦点検出領域が変更される前にＳ３０６で記憶したＤｅｆ_Ｂｋ、つまり、変更前の焦点検出領域におけるデフォーカス量を設定する。すなわち、Ｓ３０４からＳ３０９までの処理によって、変更後の焦点検出領域においてデフォーカス量Ｄｅｆが算出されるまでは、カメラマイコン１１４は変更前の焦点検出領域におけるデフォーカス量Ｄｅｆ_Ｂｋに基づいて焦点調節を継続する。したがって、変更前の焦点検出領域での検出結果に基づいて焦点調節を行っている際に、顔検出機能や操作部１１６を介した操作等により焦点検出領域の位置や大きさが変更されても、フォーカスレンズ１０５の駆動が継続されるため、滑らかな焦点調節を実現できる。

ここまでは、顔検出により焦点検出領域が変更された場合でも、滑らかな焦点調節を行う場合について説明したが、撮影シーンによっては変更前の焦点検出領域でのデフォーカス量に基づいて焦点調節を行うと、不都合が生じてしまう場合がある。
図６（ａ）は、撮影領域６００に対してほぼ中央に所定の大きさで設定されている焦点検出領域６０１と被写体との位置関係を示す図である。至近側から被写体６０２（花）、被写体６０４（人物）、被写体６０３（山）の順に位置し、至近側の被写体６０２に合焦している状態でフォーカスレンズ１０５が停止しているものとする。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態から被写体６０３に合焦させるために、焦点検出領域６０１が被写体６０３にかかるようにカメラを左方向にパンニングした状態を示す図である。焦点検出領域６０１において被写体６０３に合焦するまでのデフォーカス量Ｄｅｆが算出され、算出されたデフォーカス量に従って無限方向にフォーカスレンズ１０５を駆動させることで焦点調節が行われる。この際、撮影領域６００内で焦点検出領域６０１にかからない位置で被写体６０２よりも無限側に被写体６０４（人物）が位置しているものとし、図５と同様に被写体６０４は大きくボケているため、顔検出ができない状態となっている。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）よりも無限側にフォーカスレンズ１０５が駆動している状態を示す図である。図６（ｃ）では徐々に被写体６０３に合焦していくため、被写体６０３および被写体６０４の顔がはっきりと撮像されてくることを示している。ここで、図５と同様に顔検出回路１１５が撮像信号から顔検出できた場合には、図６（ｄ）に示すように、カメラマイコン１１４は被写体６０４の顔領域に焦点検出領域６０５を再設定することで、焦点検出領域が６０１から６０５に変更される。この際、図５と同様に変更前の焦点検出領域（ここでは焦点検出領域６０１）でのデフォーカス量に基づいて焦点調節を継続してしまうと、焦点検出を行う対象の被写体が変わっているのに、被写体６０３に合焦するようにフォーカスレンズ１０５が駆動してしまう。具体的には焦点検出を行う対象の被写体が、被写体６０３から被写体６０４に変わっているにも関わらず、被写体６０３に合焦するようにフォーカスレンズ１０５が駆動してしまう。したがって、変更後の焦点検出領域（ここでは焦点検出領域６０５）でのデフォーカス量が取得できた時点ですでに被写体６０４の合焦位置を通り過ぎてしまうような場合は、その後反転する動作が起こり品位の悪い映像が記録されてしまうことも考えられる。
このような課題を解決するための方法をＳ３１０で説明する。

Ｓ３１０では、カメラマイコン１１４はデフォーカス量Ｄｅｆを初期化し、例えば０に設定する。ここでは、Ｓ３０７からＳ３１０に進む場合、または、Ｓ３０８からＳ３１０に進む場合がある。
Ｓ３０７からＳ３１０に進む場合とは、焦点調節中ではなく、焦点検出領域が変更された際に既に合焦してフォーカスレンズ１０５が停止している。この場合には、上述したような滑らかな焦点調節をする必要性はない。したがって、図３のフローチャートのように、カメラマイコン１１４はデフォーカス量Ｄｅｆを初期化し、変更後の焦点検出領域でのデフォーカス量が算出されるまで待ち続けてもよい。また、Ｓ３０８からＳ３１０に進む場合とは、焦点検出領域の位置および大きさの少なくとも何れかの変化量が大きい場合である。この場合には、上述したように焦点検出を行う対象となる被写体が変わっている可能性が高い。したがって、合焦位置を通り過ぎてしまうケースが生じにくくなるように、カメラマイコン１１４は焦点調節を継続するよりデフォーカス量を初期化して、変更後の焦点検出領域での焦点検出を行うほうがよい。

Ｓ３１１では、カメラマイコン１１４はＲＡＭ領域Ｄｅｆに格納されているデフォーカス量に基づいて目標となるフォーカスレンズ位置を算出し、フォーカシング駆動源１１１を制御することでフォーカスレンズ１０５を駆動させ、焦点調節を行う。
ここで、Ｓ３０８からＳ３１０を経由しＳ３１１に進む場合、デフォーカス量Ｄｅｆに０が設定されていることから、目標となるフォーカスレンズ位置は現在のフォーカスレンズ位置となり、その結果フォーカスレンズを停止することとなる。このように、焦点検出領域の位置および大きさの変化量が大きい場合に、フォーカスレンズ１０５を停止させることで、焦点検出領域の変更前後で焦点検出を行う対象となる被写体が変わっていても、不適切な焦点調節が起こることを防止できる。

また、Ｓ３０９からＳ３１１に進む場合、デフォーカス量ＤｅｆにＳ３０６で記憶したＤｅｆ_Ｂｋが設定されていることから、カメラマイコン１１４は焦点検出領域が変更されても、変更前の焦点検出領域での焦点検出結果に基づいて焦点調節を行う。したがって、フォーカスレンズ１０５の駆動が停止されずに継続されるため、滑らかな焦点調節を実現できる。
また、Ｓ３０４からＳ３０６を経由してＳ３１１に進む場合、焦点検出領域の変更はされておらず、デフォーカス量ＤｅｆにＳ３０１で設定した焦点検出領域のデフォーカス量が設定されている。よって、カメラマイコン１１４はＳ３０１で設定した焦点検出領域での焦点検出結果に基づいて焦点調節を行う。
また、Ｓ３０５からＳ３０６を経由してＳ３１１に進む場合、デフォーカス量Ｄｅｆに焦点検出領域の変更後のデフォーカス量が設定されていることから、カメラマイコン１１４は変更後の焦点検出領域での焦点検出結果に基づいて焦点調節を行う。
以降、カメラマイコン１１４は撮影者により焦点調節を停止させる指示があるまでＳ３０１からＳ３１１までの処理を繰り返す。

以上のように、本実施形態では、焦点検出領域が変更された場合に、変更後の焦点検出結果を取得するまでは、変更前の焦点検出領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御される。したがって、焦点検出領域が変更された際に焦点調節が停止されることなく、変更前の焦点検出領域における焦点検出結果に基づいて焦点調節が継続されることから、滑らかな焦点調節を実現することができる。
また、変更前の焦点検出領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御している際に、変更後の焦点検出領域における焦点検出結果を取得した場合には、変更後の焦点検出領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御される。したがって、変更後の焦点検出領域における焦点検出結果を取得した場合には、所望する変更後の焦点検出領域において速やかに焦点調節を実現することができる。

また、本実施形態では、変更前後の焦点検出領域の位置および大きさの少なくとも一方の変化量に応じて、焦点を調節する制御を変更する。具体的には、変更前後の焦点検出領域の位置および大きさの変化量が小さい場合には、同じ被写体に対する焦点検出結果が取得される可能性が高く、変更前の焦点検出領域における焦点検出結果に基づく焦点調節を継続させて、滑らかな焦点調節を実現できる。一方、変更前の焦点検出領域の大きい場合には、異なる被写体に対する焦点検出結果が取得される可能性が高く、変更前の焦点検出領域における焦点検出結果に基づく焦点調節をしないようにして、不適切な焦点調節が起こることを防止する。したがって、変更前後の焦点検出領域の位置および大きさの少なくとも一方の変化量に応じて、焦点を調節する制御を変更することで、適切な焦点調節を実現できる。

なお、本実施形態では、顔検出回路１１５が撮像信号から人物の顔領域を検出し、カメラマイコン１１４が検出結果に基づいて顔領域を含む位置に焦点検出領域を設定する場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、カメラマイコン１１４は撮像信号から、人物の顔領域以外の特定の領域を検出し、検出した特定の領域の位置および大きさの少なくとも何れか一つに基づいて焦点検出領域を設定してもよい。

以上、本発明を上述した実施形態により説明したが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
また、本発明はビデオカメラのような撮影を主目的とした機器に限定されず、携帯電話、パーソナルコンピュータ（ラップトップ型、デスクトップ型、タブレット型など）、ゲーム機等、焦点調節装置を内蔵もしくは外部接続する任意の機器に適用可能である。従って、本明細書における「焦点調節装置」は、焦点調節機能を備えた任意の電子機器を包含することが意図されている。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００：ビデオカメラ（焦点調節装置） １０２：変倍レンズ １０５：フォーカスレンズ １０６：撮像素子 １０７：ＣＤＳ／ＡＧＣ回路 １０８：カメラ信号処理回路 １０９：表示装置 １１２：ＡＦ用ゲート １１３：ＡＦ信号処理回路 １１４：カメラマイコン １１５：顔検出回路 １１６：操作部

Claims (10)

1. 被写体を撮像して撮像信号に変換する撮像手段と、
   前記撮像信号のうち、焦点状態を検出するための焦点検出領域の撮像信号に基づいて焦点状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段による焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御する焦点調節手段と、
   前記焦点検出領域を変更可能に設定する設定手段と、を有し、
   前記焦点調節手段は、
   前記設定手段により前記焦点検出領域が第１の領域とは異なる第２の領域に変更された場合、前記第２の領域における焦点検出結果を取得するまでは、前記第１の領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御することを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記焦点調節手段は、
   前記第１の領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節している際に、前記第２の領域における焦点検出結果を取得した場合には、前記第２の領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御することを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記焦点調節手段は、
   前記第１の領域と前記第２の領域との間での位置および大きさの少なくとも一方の変化量に応じて、焦点を調節する制御を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点調節装置。
4. 前記焦点調節手段は、
   前記設定手段により前記焦点検出領域が前記第１の領域とは異なる前記第２の領域に変更された場合であっても、前記第１の領域と前記第２の領域との間での位置および大きさの少なくとも一方の変化量が閾値以上である場合には、前記第１の領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節しないように制御することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の焦点調節装置。
5. 前記焦点調節手段は、
   前記第１の領域における焦点検出結果を初期化、または、前記第１の領域における焦点検出結果に基づく焦点の調節を停止することで、前記第１の領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節しないように制御することを特徴とする請求項４に記載の焦点調節装置。
6. 前記撮像信号から前記被写体の特定の領域を検出する特定検出手段を有し、
   前記設定手段は、
   前記特定検出手段により検出された前記被写体の特定の領域の位置および大きさの少なくとも何れか一つに基づいて前記焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の焦点調節装置。
7. 前記被写体の特定の領域は、人物の顔であることを特徴とする請求項６に記載の焦点調節装置。
8. 前記焦点検出領域の位置を指示する指示手段を有し、
   前記設定手段は、
   前記指示手段により指示された位置に応じて前記焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の焦点調節装置。
9. 前記焦点検出結果は、前記被写体に合焦するまでのフォーカスレンズの駆動方向および駆動量の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の焦点調節装置。
10. 被写体を撮像して取得される撮像信号のうち、焦点状態を検出するための焦点検出領域の撮像信号に基づいて焦点状態を検出する検出ステップと、
    前記検出ステップによる焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御する焦点調節ステップと、
    前記焦点検出領域を変更可能に設定する設定ステップと、を有し、
    前記焦点調節ステップでは、
    前記設定ステップにおいて前記焦点検出領域が第１の領域とは異なる第２の領域に変更された場合、前記第２の領域における焦点検出結果を取得するまでは、前記第１の領域における焦点検出結果に基づいて焦点を調節するように制御することを特徴とする焦点調節方法。