JP5474528B2 - オートフォーカスシステム - Google Patents

Description

本発明は、オートフォーカスシステムに係り、特に、オートフォーカス（ＡＦ）によりピントを合わせる被写体の範囲を示すＡＦ枠（ＡＦエリア）を所定の被写体に自動追尾させる機能を備えたオートフォーカスシステムに関する。

従来、カメラのフォーカスを自動的に合わせるオートフォーカス（ＡＦ）システムにおいては、どこにフォーカスを合わせるかをカメラに対して指示しなければならない。このとき、一般のカメラなどでは、フォーカスを合わせる位置は撮影範囲のセンターに固定されていて、例えば撮影範囲の中央にいる人物等にフォーカスが合うようになっている。

しかし、動いている被写体を撮影する場合などにおいては、このようにフォーカスを合わせる位置が固定されていては都合が悪い。そこで、例えば、テレビカメラなどで、スポーツのように被写体の動きの激しいシーンを撮影する場合において、被写体にピントを合わせる目的でＡＦエリア（ＡＦ枠）を被写体に自動追尾させるオートフォーカスシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。尚、本明細書では、ＡＦエリアの範囲の輪郭を示すＡＦ枠をＡＦエリアと同様にピントを合わせる被写体の範囲を意味する用語として主に使用するものとする。

また、撮像された画像中から人物の顔を表す画像を検出し、その被写体となった顔に対して自動的にピントを合わせたり、あるいは上記検出された画像中の顔を表す領域が拡大されるように自動的にズーム倍率を変更させるデジタルカメラが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−２６７２２１号公報 特開２００４−３２０２８６号公報

ところで、ＡＦ枠自動追尾機能を備えたオートフォーカスシステムでは、ＡＦ枠の自動追尾を開始する場合、操作者は、ピントを合わせる被写体、即ち、追尾対象の被写体を指定する必要がある。そのため、操作者は、撮影範囲（画面）内でのＡＦ枠の位置をジョイスティックやタッチパネル等の操作装置で移動させ、ＡＦ枠の位置を追尾対象としたい被写体の位置に合わせるという操作を行う必要がある。そして、追尾開始スイッチのオン操作などによって、現在のＡＦ枠の範囲内の被写体を追尾対象の被写体として設定（確定）すると共に、ＡＦ枠自動追尾の開始を指示するための操作を行っている。

しかしながら、上記のようにＡＦ枠の位置を追尾対象の被写体の位置に設定する手動操作は、手間や時間を要するという問題がある。また、取材などで使用される肩担ぎタイプのテレビカメラ(ハンディカメラ)では、ＡＦ枠を操作するための操作装置を操作者（カメラマン）が操作し易い場所に設置することも難しいという問題もある。

また、操作者は常にビューファインダを見てカメラワークを行っているので、なるべく簡単な操作でＡＦ枠を自動追尾できるようにすることも要望されている。

特に、歌謡番組やスポーツ中継などのように人物優先で撮影が行われる状況において、撮影範囲内に複数の人物の顔が含まれる場合には、操作者が複数の人物の顔の中から追尾対象の被写体とする顔を探して選択する操作を行わなければならず、操作者への負担が大きいといった問題がある。

一方、上述のようにＡＦ枠の手動操作は面倒であることから自動的に設定できるようにすると便利であるが、カメラマンの意図するところにＡＦ枠を自動で設定することは容易でないといった問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＡＦ枠自動追尾を開始する際の煩雑な操作を不要にし、簡単な操作で人物の顔を追尾対象として設定することができ、カメラマンの負担を軽減したオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のオートフォーカスシステムは、カメラの撮影画面内においてピントを合わせるために手動操作されるフォーカス操作手段と、前記フォーカス操作手段の手動操作に従ってピント合わせが行われた前記撮影画面の中から、ベストピント状態の範囲を検出するベストピント範囲検出手段と、前記ベストピント状態の範囲に人物の顔が存在するか否かを判別し、前記ベストピント状態の範囲に人物の顔が存在する場合には前記人物の顔を追尾対象被写体として設定し、前記追尾対象被写体を自動で追尾しながらオートフォーカスによりピントを合わせる自動追尾手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、カメラマンはフォーカス操作手段を操作するだけで、追尾対象としたい人物の顔の範囲にＡＦ枠を自動的に設定することができ、追尾対象とされた被写体（即ち、人物の顔）の移動に追従してＡＦ枠を自動追尾させることが可能となる。これにより、ＡＦ枠自動追尾を開始する際の煩雑な操作が不要となり、カメラマンの負担を軽減することができる。

請求項２に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１に記載のオートフォーカスシステムにおいて、前記自動追尾手段は、前記ベストピント状態の範囲に複数の人物の顔が存在する場合には、前記複数の人物の顔の中から所定の優先順位に従って選択される１つの顔を追尾対象被写体として設定することを特徴とする。

複数の人物の顔の中から１つの顔を選択する優先順位としては、前ピン優先（又は後ピン優先）、画面右優先（又は左優先）、輝度の高い方優先（又は低い方優先）など様々な態様がある。

請求項３に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１又は２に記載のオートフォーカスシステムにおいて、前記自動追尾手段は、前記ベストピント状態の範囲に人物の顔が存在しない場合には、前記ベストピント状態の範囲に含まれる物体を追尾対象被写体として設定することを特徴とする。

請求項４に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のオートフォーカスシステムにおいて、前記ベストピント範囲検出手段は、前記撮影画面を複数の領域に分割し、各領域のピント状態を取得することにより前記ベストピント状態の範囲を検出することを特徴とする。

請求項５に記載のオートフォーカスシステムは、請求項４に記載のオートフォーカスシステムにおいて、前記各領域のピント状態は、ベストピント状態、前ピン、又は後ピンを含むことを特徴とする。

請求項６に記載のオートフォーカスシステムは、請求項４又は５に記載のオートフォーカスシステムにおいて、前記ベストピント範囲検出手段は、撮影レンズに入射した被写体光からピント状態検出用に分離された被写体光を撮像素子で撮影して得られた映像信号に基づいて得られた被写体像の焦点評価値に基づいて前記各領域のピント状態を取得することを特徴とする。

請求項７に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のオートフォーカスシステムにおいて、前記自動追尾手段は、前記追尾対象被写体を自動で追尾しているときに前記フォーカス操作手段が手動操作された場合には、前記ベストピント範囲検出手段によるベストピント状態の範囲の検出結果に従って前記追尾対象被写体を再設定することを特徴とする。

本発明によれば、カメラマンはフォーカス操作手段を操作するだけで、追尾対象としたい人物の顔の範囲にＡＦ枠を自動的に設定することができ、追尾対象とされた被写体（即ち、人物の顔）の移動に追従してＡＦ枠を自動追尾させることが可能となる。これにより、ＡＦ枠自動追尾を開始する際の煩雑な操作が不要となり、カメラマンの負担を軽減することができる。

本発明の一実施形態に係るオートフォーカスシステムが適用されるテレビカメラシステムにおける光学系を示した構成図 ＡＦ用撮像素子の光路長差を説明するための図 レンズ装置の制御系の主要構成を示したブロック図 フォーカス位置と焦点評価値との関係の一例を示した図 撮影画面の一例を示した図 撮影画面に複数の人物が含まれる場合の一例を示した図 ＡＦ枠の自動設定モード時におけるレンズＣＰＵの処理の流れを示すフローチャート

以下、添付図面を参照して、本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るオートフォーカスシステムが適用されるテレビカメラシステムにおける光学系を示した構成図である。同図に示すテレビカメラシステム１０は、放送用又は業務用のテレビカメラに使用されるシステムであり、カメラ本体１２と、カメラ本体１２に装着されるレンズ装置１４と、を備えて構成される。

レンズ装置１４には、本線光路の光軸Ｏに沿って前段側からフォーカスレンズ（群）ＦＬ、ズームレンズ（群）ＺＬ、絞りＩ、前側リレーレンズＲＡ及び後側リレーレンズＲＢからなるリレーレンズ（リレー光学系）等が順に配置されている。フォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬは光軸Ｏに沿って前後移動可能なレンズ群であり、フォーカスレンズＦＬが移動するとピント位置（被写体距離）が変化し、ズームレンズＺＬが移動すると像倍率（焦点距離）が変化するようになっている。絞りＩは開閉動作し、絞りの開閉度（開口量）を調整することによって像の明るさ（光量）が変化する。

レンズ装置１４に入射した被写体光は、これらのレンズ群を通過してカメラ本体１２に入射する。カメラ本体１２には、レンズ装置１４から入射した被写体光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の波長に分解する色分解光学系１６と、色分解された各色の被写体光の像を撮像するＲ、Ｇ、Ｂごとの映像用撮像素子が配置されている。尚、光学的に等価な光路長の位置に配置されたＲ、Ｇ、Ｂの映像用撮像素子を同図に示すように１つの映像用撮像素子１８で表す。映像用撮像素子１８の撮像面に入射した被写体光は、映像用撮像素子１８によって光電変換されてカメラ本体１２内の所定の信号処理回路によって記録又は再生用の映像信号が生成される。

また、カメラ本体１２には、ビューファインダ（不図示）が設置されており、そのビューファインダにはカメラ本体１２で撮影された撮影映像が表示されるようになっている。また、ビューファインダには、撮影映像以外の各種情報が表示されるようになっており、例えば、現在の設定されているＡＦ枠の範囲（位置、大きさ、形状）を示す画像（枠画像）が撮影映像に重畳されて表示されるようになっている。ＡＦ枠はオートフォーカス（ＡＦ）によりピントを合わせる被写体の範囲（輪郭）を示す。

一方、レンズ装置１４のリレー光学系の前側リレーレンズＲＡと後側リレーレンズＲＢとの間には、ハーフミラー２０が配置されている。このハーフミラー２０によって、レンズ装置１４の本線光路からＡＦ用光路が分岐される。レンズ装置１４に入射した被写体光のうち、ハーフミラー２０を透過した被写体光は、本線用の被写体光としてそのまま光軸Ｏの本線光路を通過してカメラ本体１２へと導かれる。ハーフミラー２０で反射した被写体光は、ＡＦ用の被写体光として本線光路の光軸Ｏに略直交する光軸Ｏ′に沿ったＡＦ用光路へと導かれる。尚、ハーフミラー２０に入射した被写体光に対して、例えば約５０％の光量の被写体光がハーフミラー２０を透過する。但し、ハーフミラー２０として、任意の透過率と反射率の特性を有するものを使用することができる。

ＡＦ用光路には、上記後側リレーレンズＲＢと同等のＡＦ用リレーレンズＲＢ′と、２つのプリズム２２Ａ、２２Ｂから構成されるビームスプリッター（光分割光学系）２２と、ＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４Ｂが配置されている。ハーフミラー２０で反射してＡＦ用光路へと導かれた被写体光は、ＡＦ用リレーレンズＲＢ′を通過した後、ビームスプリッター２２に入射する。ビームスプリッター２２に入射した被写体光は、第１プリズム２２Ａと第２プリズム２２Ｂとが接合する部分のハーフミラー面Ｍで光量が等価な２つの被写体光に分割される。ハーフミラー面Ｍで反射した被写体光は、一方のＡＦ用撮像素子２４Ａの撮像面に入射し、ハーフミラー面Ｍを透過した被写体光は他方のＡＦ用撮像素子２４Ｂの撮像面に入射する。

ＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４Ｂは、ＡＦ専用に設けられた撮像素子（ＣＣＤ等の固体撮像素子）であり、ＡＦ用被写体光によって撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換してＡＦ用の映像信号を出力する。

図２は、カメラ本体１２の映像用撮像素子１８とＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４Ｂとを同一の光軸上に表した図である。同図に示すように、一方のＡＦ用撮像素子２４Ａに入射する被写体光の光路長は、他方のＡＦ用撮像素子２４Ｂに入射する被写体光の光路長よりも短く設定され、映像用撮像素子１８の撮像面に入射する被写体光の光路長は、その中間の長さとなるように設定されている。すなわち、一対のＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４Ｂ（の撮像面）は、それぞれ映像用撮像素子１８の撮像面に対して前後等距離ｄの位置となるように配置されている。

このようにレンズ装置１４に配置された一対のＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４Ｂによって、レンズ装置１４に入射した被写体光を映像用撮像素子１８の撮像面に対して前後の等距離の位置にそれぞれ撮像面を配置した場合と等価な映像信号が取得されるようになっている。尚、ＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４Ｂはカラー映像を撮像するものである必要はなく、本実施の形態ではＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４Ｂから白黒の映像信号（輝度信号）が取得されるものとする。

図３は、レンズ装置１４の制御系の主要構成を示したブロック図である。同図に示すように、レンズ装置１４の制御系は、主として、ＣＰＵ（レンズＣＰＵ）３０、アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡ、モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭ、フォーカスデマンド５２及びＡＦ枠操作部５４を含む操作ユニット（フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット）５０、ズームデマンド４８、及びＡＦ処理部３６を備えて構成されている。尚、レンズ装置１４の制御系の一部又は全部はレンズ装置１４（の光学系）とは別体の装置として構成されていてもよいし、全体で１つの装置として構成されていてもよい。図３では、操作ユニット５０及びズームデマンド４８がレンズ装置１４とは別体の装置からなる構成が一例として示されている。

レンズＣＰＵ３０は、レンズ装置１４全体を統括制御するものであり、Ｄ／Ａ変換器３２を介して各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡに駆動信号を出力する。各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭは、それぞれレンズＣＰＵ３０からＤ／Ａ変換器３２及び各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡを介して与えられる駆動信号の値（電圧）に応じた回転速度で駆動される。フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩは、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭにそれぞれ連結されており、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭによってフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩがそれぞれ駆動される。

また、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭの出力軸にはそれらの回転位置に応じた電圧信号を出力するポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰが連結されており、各ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰからの電圧信号がＡ／Ｄ変換器３４を介してレンズＣＰＵ３０に与えられる。即ち、レンズＣＰＵ３０は、各ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰの出力信号によってフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの現在位置の情報を取得することができるようになっている。これにより、レンズＣＰＵ３０から各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡに与えられる駆動信号によって撮影レンズのフォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬ、絞りＩの位置又は動作速度が所望の状態に制御される。

フォーカスデマンド５２やズームデマンド４８は、レンズ装置１４のコントローラとして、撮影レンズのフォーカス（フォーカスレンズＦＬ）やズーム（ズームレンズＺＬ）の目標となる位置や移動速度をマニュアル操作で指定するマニュアル操作部材を備えている。フォーカスデマンド５２は操作ユニット５０に組み込まれており、ＣＰＵ（操作ユニットＣＰＵ）６０を介してレンズＣＰＵ３０と接続されている。ズームデマンド４８は、Ａ／Ｄ変換器３４を介してレンズＣＰＵ３０と接続されている。

フォーカスレンズＦＬの制御（フォーカス制御）は、ＡＦスイッチ（不図示）の操作によってマニュアルフォーカス（ＭＦ）による制御モード（ＭＦモード）とオートフォーカス（ＡＦ）による制御モード（ＡＦモード）とで切り替えられるようになっている。例えば、レンズＣＰＵ３０にはＡＦスイッチのオン／オフ状態を示す信号が与えられるようになっており、レンズＣＰＵ３０はＡＦスイッチの状態に基づいてＭＦモードとＡＦモードとを切り替えている。

ＭＦモードでは、カメラマンによってフォーカスデマンド５２がマニュアル操作されると、レンズＣＰＵ３０は、フォーカスデマンド５２からＣＰＵ６０を介して与えられた指令信号が示す目標位置（又は目標速度）となるようにフォーカスレンズＦＬを制御する。

ＡＦモードでは、レンズＣＰＵ３０は、詳細を後述するようにＡＦ処理部３６から取得したＡＦ枠内の焦点評価値情報に基づいて、ＡＦ枠内の被写体にピントが合うようにフォーカスレンズＦＬを自動的に制御する。尚、ＡＦモードであってもＭＦの操作（フォーカスデマンド５２でのマニュアル操作）が行われた場合には、それを優先してＭＦの操作に従ってフォーカスレンズＦＬを制御するようにしてもよい。

ズームレンズＺＬの制御（ズーム制御）では、カメラマンによってズームデマンド４８がマニュアル操作されると、レンズＣＰＵ３０は、ズームデマンド４８から与えられる指令信号が示す目標速度（又は目標位置）となるようにズームレンズＺＬを制御する。

絞りＩの制御（絞り制御）では、レンズＣＰＵ３０は、カメラ本体１２（図１参照）から与えられる指令信号が示す設定位置（絞り値）となるように絞りＩを制御する。

次に、ＡＦモードの制御について説明する。ＡＦモードでは、レンズＣＰＵ３０は、ＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４Ｂによって撮影（撮像）された被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値に基づいて、ＡＦ枠内の被写体にピントが合うようにフォーカスレンズＦＬの制御を行う。尚、焦点評価値の算出はＡＦ処理部３６にて行われるようになっている。

図２で示したように映像用撮像素子１８の撮像面に対して光学的に前後等距離の位置に撮像面が配置された１対のＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４ＢではＡＦ用光路を通過して各撮像面に結像された被写体画像がフィールド周期で電気信号に変換され、映像信号として出力されている。そして、それらの映像信号はＡＦ処理部３６に入力されるようになっている。尚、ＡＦ用撮像素子２４Ａから得られる映像信号をｃｈＡの映像信号といい、ＡＦ用撮像素子２４Ｂから得られる映像信号をｃｈＢの映像信号という。

ＡＦ処理部３６は、ｃｈＡの映像信号を処理するためのＡ／Ｄ変換器３８Ａ、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４０Ａ、ゲート回路４２Ａ、加算回路４４Ａと、ｃｈＢの映像信号を処理するためのＡ／Ｄ変換器３８Ｂ、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４０Ｂ、ゲート回路４２Ｂ、加算回路４４Ｂと、ＡＦ用ＣＰＵ４６と、を備えて構成されている。

ＡＦ処理部３６に入力されたｃｈＡの映像信号は、まず、Ａ／Ｄ変換器３８Ａによりデジタル信号に変換される。次に、その映像信号は、ＨＰＦ４０Ａによって高域周波数成分の信号のみが抽出される。その高域周波数成分の映像信号は続いてゲート回路４２Ａに入力され、撮影範囲（画面）のうちＡＦ用ＣＰＵ４６によって指定されたＡＦ枠内の映像信号のみが抽出される。そして、ゲート回路４２Ａによって抽出されたＡＦ枠内の映像信号は加算回路４４Ａに入力され、１フィールド分（１画面分）ずつ積算される。尚、ＡＦ用ＣＰＵ４６は、レンズＣＰＵ３０から与えられるＡＦ枠情報に基づいてゲート回路４２ＡにＡＦ枠の指定を行う。

また、ｃｈＢの映像信号に対する各回路３８Ｂ〜４４Ｂの処理についても、ｃｈＡの映像信号を処理するための各回路３８Ａ〜４４Ａと同様の処理にして行われる。尚、各回路３８Ｂ〜４４Ｂの処理の説明については重複を避けるため省略する。

上記のようにして各加算回路４４Ａ、４４Ｂで得られる積算値は、それぞれＡＦ用撮像素子２４Ａ、２４Ｂで撮像された被写体画像のコントラストの高さを示す焦点評価値であり、これらの焦点評価値はＡＦ用ＣＰＵ４６に読み込まれる。尚、ｃｈＡの映像信号から得られた焦点評価値をｃｈＡの焦点評価値といい、ｃｈＢの映像信号から得られた焦点評価値をｃｈＢの焦点評価値という。

ＡＦ処理部３６のＡＦ用ＣＰＵ４６は、レンズＣＰＵ３０との間で各種データの送受信を行うことができるようになっており、上記のようにして取得したｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値を示す情報（焦点評価値情報）をレンズＣＰＵ３０からの要求に従って送信する。

そして、レンズＣＰＵ３０は、ＡＦ処理部３６から取得したｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいて映像用撮像素子１８に対するレンズ装置１４のピント状態を検出する。

ここで、レンズＣＰＵ３０において行われるピント状態検出の原理について説明する。図４は、横軸にレンズ装置１４のフォーカスレンズＦＬ（フォーカス）の位置（フォーカス位置）、縦軸に焦点評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置と焦点評価値との関係を例示した図である。図中実線で示す曲線Ａ、Ｂは、それぞれｃｈＡ、ｃｈＢの映像信号から得られるｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をフォーカス位置に対して示している。一方、図中点線で示す曲線Ｃは、映像用撮像素子１８から得られた映像信号により焦点評価値を求めたと仮定した場合の焦点評価値をフォーカス位置に対して示している。

同図において、ピント状態がベストピント（合焦）となるのは、曲線Ｃで示す映像用撮像素子１８の焦点評価値が最大（極大）となるときのフォーカス位置Ｆ０にフォーカスが設定された場合である。もし、レンズ装置１４のフォーカスがそのベストピント位置（合焦位置）Ｆ０よりも至近側のフォーカス位置Ｆ１に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ１に対応する曲線Ａの値Ｖ_Ａ１となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ１に対応する曲線Ｂの値Ｖ_Ｂ１となる。この場合、図から分かるようにｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ１の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ１よりも大きくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ１の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ１よりも大きい場合には、フォーカスが合焦位置Ｆ０よりも至近側に設定されている状態、すなわち、前ピンの状態であることが分かる。

一方、レンズ装置１４のフォーカスがベストピント位置Ｆ０よりも無限遠側のフォーカス位置Ｆ２に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ２に対応する曲線Ａの値Ｖ_Ａ２となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ２に対応する曲線Ｂの値Ｖ_Ｂ２となる。この場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ２の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ２よりも小さくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ２の方が、ｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ２よりも小さい場合には、フォーカスが合焦位置Ｆ０よりも無限遠側に設定されている状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。

これに対して、レンズ装置１４のフォーカスがフォーカス位置Ｆ０、即ち、ベストピント位置に設定されている場合には、ｃｈＡの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ０に対応する曲線Ａの値Ｖ_Ａ０となり、ｃｈＢの焦点評価値は、フォーカス位置Ｆ０に対応する曲線Ｂの値Ｖ_Ｂ０となる。この場合、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ０とｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ０は等しくなる。このことから、ｃｈＡの焦点評価値Ｖ_Ａ０とｃｈＢの焦点評価値Ｖ_Ｂ０とが等しい場合にはフォーカスがベストピント位置Ｆ０に設定されている状態、すなわち、ベストピント状態（合焦状態）であることが分かる。

レンズＣＰＵ３０は、このようにｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値によってレンズ装置１４の現在のピント状態が映像用撮像素子１８に対して前ピン、後ピン、ベストピント（合焦）のいずれの状態であるかを検出しながらフォーカスレンズＦＬを制御する。例えば、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値から検出したピント状態が前ピンの場合にはフォーカスレンズＦＬを無限遠方向に移動させ、ピント状態が後ピンの場合にはフォーカスレンズＦＬを至近方向に移動させる。そして、ピント状態がベストピント（合焦）の場合には、フォーカスレンズＦＬを停止させる。これによって、レンズ装置１４のピント状態がベストピント状態となる位置にフォーカスレンズＦＬが移動して停止する。尚、このようにｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値に基づいてレンズ装置１４のフォーカスを制御し合焦させるＡＦの方式を光路長差方式と称している。また、ピント状態の検出（認識）は実際の処理上では必ずしも必要ではなく、ｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値から合焦のためのフォーカスレンズＦＬの移動方向を検出することができる。

また本実施の形態においては、詳細を後述するようにＡＦ枠の自動設定モードにおいて、レンズＣＰＵ３０は、ＡＦ用ＣＰＵ４６から撮影画面の中でベストピント状態となっている範囲（領域）を取得できるようになっている。尚、本明細書では、撮影画面の中でベストピント状態となっている範囲を「ベストピント位置」と称することもある。

ここで、レンズＣＰＵ３０から撮影画面上のベストピント位置の要求があったときのＡＦ用ＣＰＵ４６の処理について説明する。図５は、撮影画面の一例を示した図である。同図では、ベストピントの被写体（人物）７２を含む領域７０ａは符号「０」、前ピンの被写体（人物以外）７４を含む領域７０ａは符号「＋」、後ピンの被写体（人物以外）７６を含む領域７０ａは符号「−」でそれぞれ表示している。尚、上記の符号（「０」、「＋」、及び「−」）のいずれも表示されていない領域７０ａは、ピントがあっていない（ボケ）又は被写体が含まれていない領域である。

ＡＦ用ＣＰＵ４６は、レンズＣＰＵ３０から撮影画面７０の中のベストピント位置の要求があると、図５に示したように、撮影画面７０を複数の領域７０ａに分割して、各領域７０ａに対するｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をそれぞれ算出する。各領域７０ａに対するｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値の算出方法としては、前述したＡＦ枠内の焦点評価値を算出する場合と同様にして行われるので、ここでは重複を避けるため説明を省略する。

さらにＡＦ用ＣＰＵ４６は、領域７０ａ毎にｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値を算出して、それらの差を比較することによって各領域７０ａのピント状態（ベストピント、前ピン、後ピン）をそれぞれ検出する。そして、撮影画面７０の中からベストピント位置として検出された領域７０ａ（図４において符号「０」で示された領域）をレンズＣＰＵ３０に送信する。

このようにしてレンズＣＰＵ３０は、ＡＦ用ＣＰＵ４６から撮影画面７０の中のベストピント位置（ベストピント状態となっている範囲）を取得して、後述するようにしてベストピント位置に人物の顔が存在するか否かの判断を行い、ベストピント位置に人物の顔が存在する場合にはその顔の範囲を示す顔枠にＡＦ枠７８を設定するようになっている。尚、撮影画面７０の中に含まれる人物の顔の検出は操作ユニット５０によって行われる。

次に、操作ユニット（フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット）５０について説明する。

図３に示すように、操作ユニット５０は、フォーカスデマンド５２、ＡＦ枠操作部５４、画像メモリ５６、画像処理回路５８、ＣＰＵ６０、及びモードスイッチ６２を備えて構成される。例えば、操作ユニット５０は筐体内に納められた状態でレンズ装置１４のレンズ鏡胴側部やカメラ本体１２の筐体外壁面等に設置される。

尚、操作ユニット５０が設置される位置は特に限定されるものでなく、他の任意の位置に設置してもよく、また、レンズ装置１４やカメラ本体１２以外の部分に配置するようにしてもよい。

フォーカスデマンド５２は、上述したようにフォーカスレンズＦＬをマニュアル操作するための操作部材（フォーカス操作部材）を備えている。カメラマンによってフォーカスデマンド５２がマニュアル操作されると、ＣＰＵ６０によってフォーカスデマンド５２によって指定された目標となる位置（又は移動速度）が読み取られ、その位置（又は移動速度）を示す指令信号がＣＰＵ６０からレンズＣＰＵ３０に送信される。そして、レンズＣＰＵ３０は、フォーカスデマンド５２からＣＰＵ６０を介して与えられた指令信号に基づいて、フォーカスレンズＦＬの制御を行うようになっている。尚、フォーカスデマンド５２は、操作ユニット５０とは別体の装置として構成されていてもよい。

ＡＦ枠操作部５４は、主にＡＦ枠の制御に関する操作を行うための操作部であり、ＡＦ枠の範囲を操作者がマニュアル操作で指示入力するための操作部材や、ＡＦ枠を所望の被写体に自動で追尾させるＡＦ枠自動追尾に関する操作を行うための操作部材を備えている。図示は省略するが、ＡＦ枠操作部５４には、ＡＦ枠の位置をユーザの手動操作により上下左右に移動させるための位置操作部材（例えばジョイスティックやトラックボール）、ＡＦ枠の大きさを手動操作により変更するためのサイズ操作部材（例えばツマミ）、ＡＦ枠の形状を手動操作により変更するための形状操作部材（例えばツマミ）、ＡＦ枠自動追尾の開始を指示する追尾開始スイッチ、ＡＦ枠自動追尾の停止を指示する追尾停止スイッチが設けられており、これらの操作部材の操作状態がＣＰＵ６０によって読み取られるようになっている。尚、ＡＦ枠操作部５４の一部又は全てが、操作ユニット５０とは別体の装置として構成され、操作ユニット５０とケーブル等で接続される態様であってもよい。

画像メモリ５６には、カメラ本体１２からダウンコンバータ６４を介して操作ユニット５０に入力される映像信号が一旦格納されるようになっている。画像メモリ５６に格納された映像信号は、画像処理回路５８によってＣＰＵ６０にてデジタル処理可能なデータに変換される。これにより、ＣＰＵ６０は、画像処理回路５８から出力される映像信号を１コマ単位の撮影画像として取得することができるようになっている。尚、画像処理回路５８は、ＣＰＵ６０により書込み・読出し可能なメモリ等も備えており、処理データの記憶などに適宜使用される。

ＣＰＵ６０は、追尾対象としたい被写体にＡＦ枠が設定されると、被写体の移動に追従するようにＡＦ枠の自動追尾処理を実行する機能を備えている。ＡＦ枠の自動追尾処理では、まず始めに、追尾対象としたい被写体にＡＦ枠が自動又は手動で設定され（ＡＦ枠設定処理）、続いて、画像処理回路５８から順次得られる撮影画像から追尾対象としている被写体の画像が顔検出処理又はパターンマッチング処理により検出され、検出された被写体の画像の範囲がＡＦ枠の範囲として更新される（ＡＦ枠更新処理）。尚、ＣＰＵ６０において行われる顔検出処理やパターンマッチング処理については周知であるため、ここでは説明を省略する。

このようにして設定又は更新されたＡＦ枠の範囲（位置、サイズ、形状）を示す情報（ＡＦ枠情報）はレンズＣＰＵ３０に与えられ、レンズＣＰＵ３０は、ＡＦ枠内のｃｈＡとｃｈＢの焦点評価値をＡＦ処理部３６のＡＦ用ＣＰＵ４６から取得し、ＡＦ枠内の被写体にピントが合うようにフォーカスレンズＦＬを制御する。

モードスイッチ６２は、ＡＦ枠設定処理のモードとして、ＡＦ枠操作部５４の操作に応じてＡＦ枠の手動設定が可能なＡＦ枠手動設定モードと、ＡＦ枠操作部５４を操作することなくフォーカスデマンド５２の操作のみでＡＦ枠の自動設定が可能なＡＦ枠自動設定モードとを切り替える選択スイッチ（例えばスライドスイッチ）である。モードスイッチ６２によって選択されているＡＦ枠の設定処理モードはＣＰＵ６０によって読み取られて、レンズＣＰＵ３０に送信されるようになっており、レンズＣＰＵ３０はＡＦ枠設定処理モードを認識することが可能となっている。

ＡＦ枠手動設定モードは、カメラマンがＡＦ枠操作部５４を操作することによって、撮影画面の中から追尾対象としたい被写体にＡＦ枠を手動で設定するモードである。ＡＦ枠操作部５４によって設定されたＡＦ枠の範囲（位置、サイズ等）はＣＰＵ６０によって読み取られてレンズＣＰＵ３０に送信され、レンズＣＰＵ３０においてＡＦ枠内の被写体にピントが合うようにＡＦモードによるフォーカスレンズＦＬの制御が行われる。また、ＡＦ枠の自動追尾処理の開始及び停止についてもＡＦ枠操作部５４の操作によって行われる。

一方、ＡＦ枠自動設定モードは、カメラマンが撮影画面の中から追尾対象としたい被写体にピントが合うようにフォーカスデマンド５２を操作すると、撮影画面の中でベストピント状態となっている範囲（ベストピント位置）に存在する被写体にＡＦ枠が自動的に設定されるモードである。

ＡＦ枠自動設定モードでは、レンズＣＰＵ３０は、操作ユニット５０のＣＰＵ６０に対して撮影画面の中に含まれる人物の顔を検出するように要求すると共に、ＡＦ処理部３６のＡＦ用ＣＰＵ４６に対して撮影画面の中のベストピント位置を要求する。

操作ユニット５０のＣＰＵ６０は、レンズＣＰＵ３０からの要求に応じて、画像処理回路５８から順次得られる撮影画像に対して周知の顔検出処理を行い、その撮影画像の中から１又は複数の人物の顔を検出した場合には、検出された全ての顔の枠（顔枠）の位置とサイズをレンズＣＰＵ３０に送信する。

ＡＦ処理部３６のＡＦ用ＣＰＵ４６は、前述したように、レンズＣＰＵ３０からの要求に応じて、撮影画面を複数の領域に分割して、領域毎にピント状態（ベストピント、前ピン、後ピン）を検出して、撮影画面の中からベストピント状態となっている領域（（ベストピント位置）を抽出してレンズＣＰＵ３０に送信する。

このようにしてレンズＣＰＵ３０は、操作ユニット５０のＣＰＵ６０から撮影画面の中に含まれる人物の顔の範囲を示す顔枠の位置とサイズを取得すると共に、ＡＦ処理部３６のＡＦ用ＣＰＵ４６から撮影画面の中のベストピント位置を取得する。そして、撮影画面の中のベストピント位置に人物の顔が存在するか否かを判断し、人物の顔が存在すると判断した場合には、ベストピント位置に存在する顔の範囲を示す顔枠を追尾対象としてＡＦ枠を自動的に設定する。

また、レンズＣＰＵ３０は、ベストピント位置に複数の人物の顔が含まれる場合には、複数の人物の顔の中から所定の優先順位に従って１つの顔の範囲を示す顔枠にＡＦ枠を自動的に設定する。優先順位としては、前ピン優先（又は後ピン優先）、画面右優先（又は左優先）、輝度の高い方優先（又は低い方優先）など様々な態様が挙げられる。また、ユーザ（例えばカメラマン）の好みに応じて優先順位を設定できる手段を備えた態様が好ましく、ユーザの利便性を向上させることができる。

また、レンズＣＰＵ３０は、ベストピント位置に人物の顔が存在しない場合には、ベストピント状態となっている範囲に存在する物体にＡＦ枠を自動的に設定する。このときのＡＦ枠の生成方法としては、例えばベストピント状態となっている範囲の中で同色の範囲を基準にしてＡＦ枠を生成する方法が挙げられる。

このように設定されたＡＦ枠はレンズＣＰＵ３０からカメラ本体１２に送信され、カメラ本体１２に設置されるビューファインダの表示画面にカメラ本体１２の撮影映像に重畳されて表示される。

尚、本実施の形態では、例えば図６に示すように、撮影画面７０の中から複数の人物の顔が検出された場合には、全ての人物の顔に対して顔枠は表示されず、フォーカスデマンド５２の操作によって撮影画面７０の中のベストピント位置となっている領域７０ａ（符号「０」で示される領域）に存在する１つの顔のみに顔枠がＡＦ枠７８として表示されるようになっている。

次に、ＡＦ枠自動設定モード時における処理の流れについて、図７を参照して説明する。図７は、ＡＦ枠の自動設定モード時におけるレンズＣＰＵ３０の処理の流れを示すフローチャートである。

図７に示すように、所定の初期設定を行った後、ＡＦ以外の処理を行う（ステップＳ１００）。

次に、操作ユニット５０のＣＰＵ６０に対してフォーカスデマンド５２が操作されているか否かを示す情報（フォーカス操作情報）を要求し、その結果をＣＰＵ６０から受信する（ステップＳ１０２）。

次に、先のステップ１０２で取得したフォーカス操作情報に基づいて、フォーカスデマンド５２が操作されているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。フォーカスデマンド５２が操作されている場合にはステップＳ１０６に進み、操作されていない場合にはステップＳ１２０に進む。

フォーカスデマンド５２が操作されている場合（ステップＳ１０４においてＹｅｓの場合）、ＡＦ処理部３６のＡＦ用ＣＰＵ４６に撮影画面上のベストピント位置を要求し、その結果をＡＦ用ＣＰＵ４６から受信する（ステップＳ１０６）。

次に、操作ユニット５０のＣＰＵ６０に撮影画面上の人物の顔（顔画像）の範囲を示す顔枠の位置とサイズを要求し、その結果をＣＰＵ６０から受信する（ステップＳ１０８）。このとき、ＣＰＵ６０は、レンズＣＰＵ３０から要求を受けると、ＣＰＵ６０に具備される顔検出機能によって撮影画面の中に含まれる全ての顔枠の位置とサイズを検出してレンズＣＰＵ３０に送信する。

次に、撮影画面上のベストピント位置に人物の顔が存在するか否かを判断する（ステップＳ１１０）。ベストピント位置に人物の顔が存在する場合にはステップＳ１１２に進み、存在しない場合にはステップＳ１１８に進む。

撮影画面上のベストピント位置に人物の顔が存在する場合（ステップＳ１１０においてＹｅｓの場合）、さらにベストピント位置に存在する人物の顔は複数か否かを判断する（ステップＳ１１２）。

ベストピント位置に複数の人物の顔が存在する場合（ステップＳ１１２においてＹｅｓの場合）には、複数の人物の顔の中から前ピン寄りの顔をＡＦ枠の設定対象として選択して（ステップＳ１１４）、ステップＳ１１６に進む。

一方、ベストピント位置に複数の人物の顔が存在しない場合（ステップＳ１１２においてＮｏの場合）、即ち、ベストピント位置に存在する人物の顔が１つだけの場合には、その顔をＡＦ枠の設定対象として選択して、ステップＳ１１６に進む。

次に、ＡＦ枠の設定対象として選択された顔を基準にしてＡＦ枠の位置とサイズを決定する（ステップＳ１１６）。そして、ステップＳ１２６に進む。

また、ベストピント位置に人物の顔が存在しないと判断された場合（ステップ１１０においてＮｏの場合）には、ベストピント状態となっている範囲の中で同色の範囲を基準にＡＦ枠の位置とサイズを決定する（ステップＳ１１８）。そして、ステップＳ１２６に進む。

また、フォーカスデマンド５２が操作されていない場合（ステップＳ１０４においてＮｏの場合）には、フォーカスデマンド５２の操作が停止されてから所定時間（例えば０．３秒）が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２０）。

フォーカスデマンド５２の操作が停止されてから所定時間経過した場合（ステップＳ１２０においてＹｅｓの場合）、フォーカスデマンド５２の操作によるＡＦ枠の設定処理は終了したものと判断して、被写体の移動に伴いＡＦ枠を自動追尾させる（ステップＳ１２２）。そして、自動追尾によって更新されたＡＦ枠の範囲がベストピントとなるようにフォーカスレンズＦＬを制御する（ステップＳ１２４）。その後、ステップＳ１２６に進む。

一方、フォーカスデマンド５２の操作が停止されてからの経過時間が所定時間（例えば０．３秒）未満の場合（ステップＳ１２０）には、フォーカスデマンド５２の操作によるＡＦ枠の設定処理は継続中であると判断して、ステップＳ１２２及びステップＳ１２４の各処理はスキップして、ステップＳ１２６に進む。

このようにして設定又は更新されたＡＦ枠の位置とサイズをカメラ本体１２に送信する（ステップＳ１２６）。その後、ステップＳ１００に戻って最初からの処理を繰り返す。

このように本実施の形態では、基本的に、ステップＳ１００からステップＳ１１６までの流れのように、カメラマンがフォーカスデマンド５２を操作して追尾対象としたい被写体にピントを合わせると、撮影画面内のベストピント位置の検出が行われると共に、撮影画面内の人物の顔の検出が行われる。そして、撮影画面内のベストピント位置に人物の顔が存在する場合には、その顔の範囲を示す顔枠にＡＦ枠が自動的に設定される。また、フォーカスデマンド５２の操作が停止してから所定時間（例えば０．３秒間）が経過すると、追尾対象としたＡＦ枠内の被写体（つまり、人物の顔）の移動に追従してＡＦ枠の自動追尾処理が行われる。

例えば、図５に示した例の場合には、フォーカスデマンド５２の操作によって撮影画面７０の中のベストピント位置となっている領域７０ａ（符号「０」で示される領域）に存在する人物の顔の範囲を示す顔枠にＡＦ枠７８が設定されて、ＡＦ枠の自動追尾処理が行われる。

また、図６に示した例のように撮影画面７０の中に複数の人物（本例では２人）の顔が含まれる場合には、右側人物を含む領域がベストピント位置となるようにフォーカスデマンド５２が操作されると、これらの顔のうちベストピント位置に存在する右側人物の顔の範囲を示す顔枠にＡＦ枠７８が設定されて、ＡＦ枠の自動追尾処理が行われる。尚、撮影画面７０には、ベストピント位置に存在する右側人物の顔枠のみがＡＦ枠７８として表示され、ベストピント位置以外に存在する左側人物の顔枠は表示されないようになっており、カメラマンはＡＦ枠の設定対象となる顔枠を瞬時に把握できるようになっている。

また、撮影画面の中のベストピント位置に人物の顔が含まれない場合には、ベストピント位置に存在する物体（人物の顔以外）にＡＦ枠が自動的に設定されて、ＡＦ枠の自動追尾処理が行われる。

また、カメラマンがフォーカスデマンド５２を操作しようとした場合には、その操作が優先されるようになっている。これにより、自動で設定されたＡＦ枠の位置がカメラマンの意図した位置ではなかった場合やＡＦ枠の自動追尾が失敗した場合には、カメラマンはフォーカスデマンド５２を再び操作することで即座にＡＦ枠の再設定が可能である。

以上説明したように本実施の形態によれば、ＡＦ枠の位置をジョイスティックやタッチパネル等の操作装置を操作することなく、カメラマンが操作に慣れているフォーカスデマンド５２を操作するだけでＡＦ枠を容易に設定することができると共に、ＡＦ枠の自動追尾中に追尾が失敗しても、即座にフォーカスデマンド５２の操作でＡＦ枠の再設定が可能である。これにより、ＡＦ枠自動追尾を開始する際の煩雑な操作が不要となり、カメラマンの負担を軽減することができる。また、システムに高価なタッチパネル式モニター等の操作装置が不要となり、コストダウンを図ることができる。

以上、本発明のオートフォーカスシステムについて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…テレビカメラシステム、１２…カメラ本体、１４…レンズ装置、１８…映像用撮像素子、２４Ａ、２４Ｂ…ＡＦ用撮像素子、３０…レンズＣＰＵ、３６…ＡＦ処理部、４６…ＡＦ用ＣＰＵ、４８…ズームデマンド、５０…操作ユニット、５２…フォーカスデマンド、５４…ＡＦ枠操作部、６０…ＣＰＵ、６２…モードスイッチ、７０…撮影画面、７８…ＡＦ枠

Claims (7)

1. カメラの撮影画面内においてピントを合わせるために手動操作されるフォーカス操作手段と、
   前記フォーカス操作手段の手動操作に従ってピント合わせが行われた前記撮影画面の中から、ベストピント状態の範囲を検出するベストピント範囲検出手段と、
   前記ベストピント状態の範囲に人物の顔が存在するか否かを判別し、前記ベストピント状態の範囲に人物の顔が存在する場合には前記人物の顔を追尾対象被写体として設定し、前記追尾対象被写体を自動で追尾しながらオートフォーカスによりピントを合わせる自動追尾手段と、
   を備えたことを特徴とするオートフォーカスシステム。
2. 前記自動追尾手段は、前記ベストピント状態の範囲に複数の人物の顔が存在する場合には、前記複数の人物の顔の中から所定の優先順位に従って選択される１つの顔を追尾対象被写体として設定することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカスシステム。
3. 前記自動追尾手段は、前記ベストピント状態の範囲に人物の顔が存在しない場合には、前記ベストピント状態の範囲に含まれる物体を追尾対象被写体として設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のオートフォーカスシステム。
4. 前記ベストピント範囲検出手段は、前記撮影画面を複数の領域に分割し、各領域のピント状態を取得することにより前記ベストピント状態の範囲を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のオートフォーカスシステム。
5. 前記各領域のピント状態は、ベストピント状態、前ピン、又は後ピンを含むことを特徴とする請求項４に記載のオートフォーカスシステム。
6. 前記ベストピント範囲検出手段は、撮影レンズに入射した被写体光からピント状態検出用に分離された被写体光を撮像素子で撮影して得られた映像信号に基づいて得られた被写体像の焦点評価値に基づいて前記各領域のピント状態を取得することを特徴とする請求項４又は５に記載のオートフォーカスシステム。
7. 前記自動追尾手段は、前記追尾対象被写体を自動で追尾しているときに前記フォーカス操作手段が手動操作された場合には、前記ベストピント範囲検出手段によるベストピント状態の範囲の検出結果に従って前記追尾対象被写体を再設定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のオートフォーカスシステム。

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