(57)【要約】      （修正有）【課題】アオリ撮影が可能であって、アオリ角度を最適な角度に調整することが可能な角度範囲と、調整精度の両立が可能な撮像装置を得る。【解決手段】結像光学系１０１の絞りを制御する絞り制御手段１０２と、絞りを介した光を入射する撮像面を有し撮像信号を出力する撮像素子１０３と、撮像面と結像光学系の主面のなす角であるアオリ角度を制御するアオリ制御手段１０４と、撮像面の中の所定の評価枠のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得手段１１０と、絞りを第１の絞り状態にしたときのコントラスト評価値に基づきアオリ制御手段によりアオリ角度を調整する第１のアオリ角度調整動作を行うとともに、第１のアオリ角度調整動作の後に絞りを前記第１の絞り状態よりも開いた第２の絞り状態にしたときのコントラスト評価値に基づきアオリ制御手段によりアオリ角度を調整する第２のアオリ角度調整動作を行わせる制御手段１０５を有する。【選択図】図１
2020126184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系の絞りを制御する絞り制御手段と、
前記絞りを介した光を入射する撮像面を有し撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像面と前記結像光学系の主面のなす角であるアオリ角度を制御するアオリ制御手段と、
前記撮像面の中の所定の評価枠のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得手段と、
前記絞りを第１の絞り状態にしたときの前記コントラスト評価値に基づき前記アオリ制御手段により前記アオリ角度を調整する第１のアオリ角度調整動作を行うとともに、前記第１のアオリ角度調整動作の後に前記絞りを前記第１の絞り状態よりも開いた第２の絞り状態にしたときの前記コントラスト評価値に基づき前記アオリ制御手段により前記アオリ角度を調整する第２のアオリ角度調整動作を行わせる制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の絞り状態は前記絞りを最も絞った状態であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２の絞り状態は前記絞りを開放した状態であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１のアオリ角度調整動作における前記撮像素子の蓄積時間より前記第２のアオリ角度調整動作における撮像素子の蓄積時間の方が短いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１のアオリ角度調整動作における前記撮像素子のゲインより前記第２のアオリ角度調整動作における前記撮像素子のゲインの方が小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１のアオリ角度調整動作においては、前記撮像面の中の所定の第１の評価枠のコントラスト評価値が最も大きくなるアオリ角度に調整し、前記第２のアオリ角度調整動作においては、前記第１の評価枠よりも、撮像装置からの距離が近い被写体面に対応した、前記撮像面の中の第２の評価枠のコントラスト評価値が最も大きくなるアオリ角度に調整することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１のアオリ角度調整動作においては、前記第１の評価枠を含む部分領域である第１の範囲から撮像信号を読み出し、前記第２のアオリ角度調整動作においては、前記第２の評価枠を含む部分領域である第２の範囲から撮像信号を読み出すことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１のアオリ角度調整動作においては、前記第１の範囲から撮像信号を読み出すサンプリングピッチよりも、前記第１の範囲以外から撮像信号を読み出すサンプリングピッチが大きく、前記第２のアオリ角度調整動作においては、前記第２の範囲から撮像信号を読み出すサンプリングピッチよりも、前記第２の範囲以外から撮像信号を読み出すサンプリングピッチの方が大きいことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項９】
更に前記結像光学系のピントを調整するピント制御手段を有し、前記撮像素子の撮像面の中央よりも、撮像装置からの距離が近い被写体面に対応した、所定の評価枠のコントラスト評価値が最も大きくなるようにピント位置を調整する第１のピント位置調整動作を行った後、前記第１のアオリ角度調整動作を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１のアオリ角度調整動作を行った後、前記撮像素子の撮像面の中央の評価枠のコントラスト評価値が最も大きくなるようにピント位置を調整するピント位置調整動作を行った後に、前記第２のアオリ角度調整動作を行うことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
更に前記結像光学系のピント位置を調整するピント制御手段を有し、前記第２のアオリ角度調整動作において、アオリ角度調整を行う際に、前記撮像素子の撮像面の中央の第３の評価枠のコントラスト評価値が最も大きくなるように、前記ピント位置を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像装置を用いた監視システム。
【請求項１３】
請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の撮像装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンピュータプログラムを記憶したコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被写体面がカメラの光学系の光軸に対して傾いている場合に、被写界深度を被写体面に沿って深くするために、光学系の光軸を撮像素子の撮像面に対して傾けて撮影する、所謂アオリ撮影を可能とする撮像装置が提案されている。
特許文献１では、アオリ方向に平行な方向の撮像素子の撮像面の両端側のコントラスト評価値を取得し、コントラスト評価値が最も高くなる位置にアオリ角度を変更することで、所望の被写体面にピントが合うように調整を行う撮像装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１７３８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている手法を用いてピント面の調整を行う場合、以下のような課題が発生してしまう。即ち、一般に、Ｆ値が暗いほど、最適なアオリ角度からずれた場合のコントラスト評価値の変化が小さくなる。従って、Ｆ値が暗い状態でアオリ角度を調整しようとしても最適なアオリ角度を精度よく求めることが難しい。
【０００５】
一方で、Ｆ値が明るい状態でアオリ角度を調整した場合、アオリ角度が最適な角度からずれた時のコントラストの変化が大きいため、最適なアオリ角度を精度よく求めることができる。しかしながら、アオリ角度が最適な角度から大きくずれていた場合、コントラスト評価値がノイズに埋もれてしまい、最適な角度を求めることが難しい場合がある。
即ち、特許文献１に開示されている手法を用いた場合、アオリ角度を最適な角度に調整することが可能な角度範囲と、アオリ角度の調整精度の両立が困難である。
本発明はアオリ角度を最適な角度に調整することが可能な角度範囲と、アオリ角度の調整精度の両立が可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、
結像光学系の絞りを制御する絞り制御手段と、
前記絞りを介した光を入射する撮像面を有し撮像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像面と前記結像光学系の主面のなす角であるアオリ角度を制御するアオリ制御手段と、
前記撮像面の中の所定の評価枠のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得手段と、
前記絞りを第１の絞り状態にしたときの前記コントラスト評価値に基づき前記アオリ制御手段により前記アオリ角度を調整する第１のアオリ角度調整動作を行うとともに、前記第１のアオリ角度調整動作の後に前記絞りを前記第１の絞り状態よりも開いた第２の絞り状態にしたときの前記コントラスト評価値に基づき前記アオリ制御手段により前記アオリ角度を調整する第２のアオリ角度調整動作を行わせる制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アオリ撮影が可能であって、アオリ角度を最適な角度に調整することが可能な角度範囲と、アオリ角度の調整精度の両立を行うことができる、撮像装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の撮像装置のブロック図である。
【図２】アオリ撮影を行ったときのピント面と被写体面を説明する図である。
【図３】アオリ角度のずれとピント面のズレの関係を説明する図である。
【図４】アオリ角度調整時の撮像面の評価枠を説明する図である。
【図５】アオリ角度とコントラスト評価値の関係を説明する図である。
【図６】実施例１の撮像装置のフローチャートである。
【図７】実施例２の撮像装置のフローチャートである。
【図８】アオリ角度と評価枠毎のコントラスト評価値の関係を説明する図である。
【図９】実施例５の撮像装置のブロック図である。
【図１０】評価枠と焦点深度の関係を説明する図である。
【図１１】実施例５の撮像装置のフローチャートである。
【図１２】実施例６の撮像装置のフローチャートである。
【図１３】アオリ角度と評価枠毎のコントラスト評価値の関係を説明する図である。
【図１４】実施例７の監視システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を用いて、本発明の実施形態における撮像装置について説明する。その際、全ての図において同一の機能を有するものは同一の数字を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例における撮像装置のブロック図を図１に示す。図１において、撮像装置１００は、結像光学系１０１、結像光学系１０１の絞りを調整する絞り制御機構１０２、撮像素子１０３、撮像素子１０３の向きを回転するアオリ制御機構１０４を備える。なお、撮像素子１０３は例えばＣＣＤ型やＣＭＯＳ型等の撮像素子であり、前記結像光学系の絞りを介した光を入射する撮像面を有する。また、撮像装置１００は、撮像素子１０３および各々の機構を制御する制御手段としての制御部１０５を有する。また、撮像素子１０３で取得した撮像信号から、撮像素子１０３の所定の領域（以下、評価枠と呼ぶ）のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得部１１０を備える。
なお、制御部１０５はコンピュータとしてのＣＰＵが内蔵されており、不図示のメモリに記憶されたコンピュータプログラムに基づきＣＰＵが装置全体の各種動作を実行する。
【００１１】
絞り制御機構１０２は複数の絞り羽根およびモーターとギアで構成され、制御部１０５によってモーターに流れる電流を制御することで絞り羽根を動かし、絞り開口の大きさを制御できるようになっている。
撮像素子１０３の向きを回転するアオリ制御機構１０４はモーターとギアで構成され、制御部１０５によってモーターに流れる電流を制御することで、撮像素子１０３の向きを、ＸＺ平面内で回転できるようになっている。回転中心は、結像光学系１０１の光軸と撮像素子１０３の交点を通り、Ｙ軸に平行な直線である。このようにアオリ制御機構１０４は、撮像素子の撮像面と結像光学系の主面のなす角であるアオリ角度を制御する。撮像素子１０３の駆動および、撮像素子１０３からの撮像信号読み出し動作は、制御部１０５によって制御される。
【００１２】
図２は、アオリ撮影を行ったときのピント面１０７を説明する図である。なお、本実施例では撮像素子を前記アオリ制御機構１０４により傾けるように制御することによってアオリ撮影を行うが、撮像素子の代わりに光学系を傾けても良い。
図２において、シャインプルーフの原理に従い、撮像素子１０３の撮像面と、結像光学系１０１の主面１０８と、ピント面１０７が一つのＹ軸方向に延びる直線で交わっている。従って、ピント面１０７は、結像光学系１０１の主面１０８に対して傾いている。即ち、アオリ撮影を行うことで、結像光学系１０１の主面１０８に対して傾いている被写体面１０９に対し、ピント面１０７を一致させることができる。なお、撮像素子１０３の撮像面と、結像光学系１０１の主面１０８とのなす角ｂをアオリ角度とよぶ。
【００１３】
図２の様に、光軸１１４０とピント面１０７のなす角をａ、撮像素子１０３と被写体までの距離をＤ、結像光学系１０１の焦点距離をｆとした時、アオリ角度ｂは以下の式１で求めることができる。
ｔａｎ（ｂ）＝ｆ÷（Ｄ×ｔａｎ（ａ））      ・・・（式１）
【００１４】
ユーザーが観察したい被写体面１０９とピント面１０７を一致させるためには、アオリ方向（図２のｘｚ平面に沿った方向）に平行な方向の、撮像素子の撮像面の両端側（図２〜図４の第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２に対応している。）のコントラスト評価値を取得し、例えば両者のコントラスト評価値の合計が最も高くなるようにアオリ角度を変更する。これによって、所望の被写体面にピントが合うように調整することができる。なお、図２においてピント面１０７上の１１１´、１１２´、１１３´は、撮像素子の撮像面（有効撮像面）１０００の中に予め設定された第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２、第３の評価枠１１３に対応した枠対応領域を示す。なお、図４のように実施例では第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２は撮像面の上下の端側に配置されている。
【００１５】
図５に、結像光学系１０１のＦ値が明るい場合と暗い場合について、アオリ角度とコントラスト評価値の関係を示す。図５（Ａ）はＦ値が明るい場合、即ち絞りを比較的開いた場合、図５（Ｂ）はＦ値が暗い場合、即ち絞りを比較的閉じた場合を示している。
一般に、結像光学系の解像力は、ピント面近傍が最も高く、ピント面から離れるに従って解像力が低下する。具体的には、物体が十分に遠い場合、ほぼピント面からの距離の逆数に比例して低下する。ピント面での解像力は、収差や回折の影響によって多少ずれるものの、おおまかには結像光学系のＦ値に反比例する。また、解像力のピント面からの距離の逆数に対する比例係数は、収差や回折の影響によって多少ずれるものの、おおまかには結像光学系のＦ値の２乗に反比例する。
【００１６】
また、図３において、第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２に対応した枠対応領域１１１´、１１２´おける、ピント面からの距離ΔＤは、収差や回折の影響を無視すると、以下のように算出できる。
まず、結像の公式から、以下の（数１）が成り立つ。
【００１７】
【数１】
2020126184.tif 000003
ここで、Ｓは、アオリ角度ｂ＝０の時の撮像素子１０３の有効画素領域のＸ軸方向の長さ、Δｂは最適なアオリ角度ｂからのズレ量である。
更に、数２のような近似を使用する。
【００１８】
【数２】
2020126184.tif 000004
すると以下の数３が導かれる。
【００１９】
【数３】
2020126184.tif 000005
従って、ピント面１０７からの距離のズレである距離ΔＤ＝ΔＤ１＋ΔＤ２は、以下の数４のようにあらわせる。
【００２０】
【数４】
2020126184.tif 000006
【００２１】
数４より、最適なアオリ角度ｂからのズレ量が大きいほど、ピント面からのズレである距離ΔＤが大きいことがわかる。
前述したように、結像光学系の解像力は、ピント面近傍が最も高く、ピント面から離れるに従って解像力が低下する。具体的には、物体が十分に遠い場合、ほぼピント面からの距離の逆数に比例して低下する。ピント面での解像力は、収差や回折の影響によって多少ずれるものの、おおまかには結像光学系のＦ値に反比例する。また、解像力のピント面からの距離の逆数に対する比例係数は、収差や回折の影響によって多少ずれるものの、おおまかには結像光学系のＦ値の２乗に反比例する。
一方、数４より、最適なアオリ角度からのズレ量が大きいほど、ピント面１０７からの距離ΔＤが大きい。従って、図５に示す様に、Ｆ値が明るいほど、最適なアオリ角度におけるコントラスト評価値の値が高く、Ｆ値が暗いほど、最適なアオリ角度からずれた場合のコントラスト評価値が高くなる。
その結果、以下に示すトレードオフが発生してしまう。
【００２２】
図５（Ａ）に示す様に、Ｆ値が明るい場合、最適なアオリ角度からずれた場合の、コントラスト評価値の低下度合いが大きい。従って、調整前のアオリ角度が、最適なアオリ角度から大きく外れている場合、アオリ角度を変更した場合としても、コントラスト評価値の変化がノイズレベルに埋もれてしまう。その結果、調整前のアオリ角度が、最適なアオリ角度から大きく外れている場合、最適なアオリ角度を探索することが困難になってしまう。言い換えると、Ｆ値が明るい場合、アオリ角度を最適な角度に調整することが可能な角度範囲１１３０（以下、「アオリ角度調整可能範囲」と呼ぶ）が狭くなってしまう。
【００２３】
逆に、図５（Ｂ）に示す様に、Ｆ値が暗い場合、最適なアオリ角度からずれた場合の、コントラスト評価値が、Ｆ値が明るい場合よりも高くなる。従って、Ｆ値が暗いほど、アオリ角度調整可能な角度範囲１１３０を大きくすることができる。
一方、Ｆ値が暗い場合には、調整後のアオリ角度と、最適なアオリ角度とのずれが大きくなってしまう、という課題が発生する。なぜならば、Ｆ値が暗い場合、最適なアオリ角度からずれた場合の、コントラスト評価値の低下度合いが小さいため、コントラスト評価値のピーク検出誤差１１４が増大してしまうためである。
【００２４】
逆に、Ｆ値が明るい場合には、最適なアオリ角度からずれた場合の、コントラスト評価値の低下度合いが大きいため、コントラスト評価値のピーク検出誤差１１４が小さくなる。即ち、Ｆ値が明るいほど、アオリ角度の調整精度（以下、「アオリ角度調整精度」と呼ぶ）を高めることができる。
以上のように、アオリ角度調整範囲と、アオリ角度調整精度にはトレードオフが存在する。本実施例の撮像装置１００では、最適なアオリ角度からの角度ずれ量に応じて、結像光学系１０１の絞り制御機構１０２を制御することで、アオリ角度調整範囲とアオリ角度調整精度の両立を可能としている。具体的には、最適なアオリ角度からの角度ずれ量が大きい場合には、Ｆ値を暗くすることで、アオリ角度調整範囲を大きくする。Ｆ値が暗い状態でアオリ角度の調整を行い、最適なアオリ角度からの角度ずれが小さくなった後で、Ｆ値を明るくして再度アオリ角度の調整を行うことで、アオリ角度調整精度を高くする。以下で、更に説明を行う。
【００２５】
本実施例の撮像装置１００における、アオリ角度調整のフローチャートを図６に示す。
ステップＳ６００において、コントラスト評価値が図５（Ａ）、（Ｂ）に例示したような、所定のレベルＸ１より大きいか判断し、Ｙｅｓの場合には後述のステップＳ６０３に進む。なお、ステップＳ６００におけるコントラスト評価値は枠１１１、１１２のコントラスト評価値の合計または平均値などで良いが、一方だけのコントラスト値に基づいて判断しても良い。なぜならほぼ同じコントラスト値が得られるはずだからである。Ｎｏの場合にはステップＳ６０１において、絞り制御機構１０２を制御することによって、結像光学系１０１の絞りを比較的閉じた第１の絞り状態（第１のＦ値）にする。
次にステップＳ６０２（第１のアオリ角度調整動作）において、アオリ角度を変更しながら、コントラスト評価値を求める。そしてアオリ方向に平行な方向の、撮像素子の撮像面の両端側の第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値の合計または平均値などが最も大きくなるアオリ角度に調整する。
【００２６】
続いて、ステップＳ６０３において、絞り制御機構１０２を制御することによって、結像光学系１０１の絞りを第１の絞り状態よりも開いた第２の絞り状態（第２のＦ値）に設定する。
そして、ステップＳ６０４（第２のアオリ角度調整動作）において、再度、アオリ角度を変更しながら、コントラスト評価値を求める。更に、アオリ方向に平行な方向の、撮像素子の撮像面の両端側の第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値の合計または平均値などが、最も大きくなるアオリ角度を探索する。
【００２７】
前述したように、Ｆ値が暗いほどアオリ角度調整範囲が大きいため、Ｆ値が暗い状態（絞りを絞った状態）でアオリ角度の調整を行っているステップＳ６０２では、最適なアオリ角度から大きく外れている場合でも、アオリ角度の調整が可能である。即ち、本実施例の撮像装置１００は、アオリ角度調整範囲を大きくすることができている。
一方、Ｆ値が明るいほどアオリ角度調整精度が高いため、ステップＳ６０４では、調整後のアオリ角度と、最適なアオリ角度とのずれを小さく抑えることができる。なお、前述したように、Ｆ値が明るい場合（絞りを開いた状態）には、アオリ角度調整範囲が小さくなってしまうため、ステップＳ６０４のみでは、最適なアオリ角度から大きく外れている場合における、アオリ角度の調整が困難になってしまう。
【００２８】
本実施例の撮像装置１００では、ステップＳ６０２において、Ｆ値が比較的暗い状態で一旦アオリ角度の調整を行うことで、最適なアオリ角度からのずれを抑えている。その結果、アオリ角度調整範囲がステップＳ６０２よりも狭いステップＳ６０４において、アオリ角度調整精度の高いアオリ調整が可能となっている。
以上のように、本実施例の撮像装置１００では、図６に示すフローチャートのようにアオリ角度の調整を行うことで、アオリ角度調整範囲と、アオリ角度調整精度の両立を可能としている。
【００２９】
なお、ステップＳ６０２、Ｓ６０４において第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値が最も大きくなるアオリ角度が異なる場合、平均の角度をアオリ角度の最適値とすればよい。あるいは第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値の平均値や合計値が最も大きくなるアオリ角度になるように調整しても良い。また、第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値の信頼度を求め、信頼度が高い方に重みづけを行って、最適なアオリ角度を決めても良い。具体的には、存在するテクスチャの数が多かったり、画像信号のＳＮ比が高かったりする方を、信頼度が高いとみなせばよい。
【００３０】
なお、アオリ角度調整範囲を大きくするために、ステップＳ６０１で設定する第１の絞り状態はなるべく絞り開口が小さい方が好ましい。具体的には、結像光学系１０１の絞り開口を最も絞った状態と一致しているほうが良い。例えば、絞りを最も絞った状態としてＦ値を１６から６４の間の値を使用する。即ち、前記第１の絞り状態は前記結像光学系の前記絞りを最も絞った状態とすることが望ましい。
同様に、アオリ角度調整精度を高めるために、ステップＳ６０３で設定する第２の絞り状態はなるべく絞り開口を開いた方が好ましい。即ち、前記第２の絞り状態は前記結像光学系の前記絞りを開放した状態であることが望ましい。
【００３１】
なお、ステップＳ６０２とステップＳ６０４では、結像光学系１０１のＦ値を変更するため、撮像素子１０３中の画素に入射する光量が異なる。そこで、ステップＳ６０２とステップＳ６０４では、撮像素子の蓄積時間や感度（ゲイン）を制御することで、露光量（出力信号レベル）をほぼ同じにする。具体的には、ステップＳ６０４の方が、ステップＳ６０２よりも撮像素子の蓄積時間を短くするか感度（ゲイン）の値を小さくする。即ち、ステップＳ６０２（第１のアオリ角度調整動作）における撮像素子の蓄積時間よりステップＳ６０４（第２のアオリ角度調整動作）における撮像素子の蓄積時間の方が短くなるように制御される。あるいは、ステップＳ６０２における撮像素子の感度よりステップＳ６０４における撮像素子の感度の方が小さくなるように制御される。
【００３２】
図６では、第１の絞り状態でアオリ調整を行った後、第２の絞り状態でアオリ調整を行う、というように、２種類の絞り状態を使用していた。但し、３種類以上の絞り状態を使用しても良い。絞り状態が閉じているほどアオリ角度調整範囲が広く、絞り状態が開いているほどアオリ角度調整精度が高いため、絞りを比較的閉じた状態から連続的に徐々に開きつつ、アオリ調整を行ってもよい。
【００３３】
前述したように、絞りが閉じているほど、最適なアオリ角度からずれた場合の、結像光学系１０１の解像力が下がりにくい。そのため、コントラスト評価値がＸ１より低い場合即ち最適なアオリ角度とのずれが大きい時には絞りを比較的閉じた状態でアオリ角度を調整することで、最初から絞りが開いた状態でアオリ角度を調整した場合に対し、アオリ調整中に取得する画質が向上する。
一方、絞りが開いているほど、最適なアオリ角度での、結像光学系１０１の解像力が高くなる。そのため、最適なアオリ角度とのずれが小さい時には絞りが比較的開いた状態でアオリ角度を調整することで、最後までＦ値が暗い状態でアオリ角度を調整した場合に比べ、アオリ調整後に取得する画質が向上する。
即ち、本実施例の撮像装置１００によれば、制御部１０５によって、結像光学系の絞りを第１の絞り状態にした状態でコントラスト評価値に基づきアオリ制御手段によりアオリ角度を調整する第１のアオリ角度調整動作を行う。そして、前記第１のアオリ角度調整動作後に前記結像光学系の前記絞りを前記第１の絞り状態よりも開いた第２の絞り状態にした状態で前記コントラスト評価値に基づき前記アオリ制御手段により前記アオリ角度を調整する第２のアオリ角度調整動作を行わせる。それによって、アオリ角度調整範囲とアオリ角度調整精度の両立に加え、アオリ調整中と、アオリ調整後の画質を両立することができる。
【実施例２】
【００３４】
実施例２の撮像装置２００（不図示）のブロック構成は、実施例１の撮像装置１００と同じであり、アオリ角度を調整する際に使用する評価枠の位置のみが異なる。図７は実施例２のフローチャートであり、図７において、図６と同じ符番は同じ動作を示すので説明は省略する。
実施例１の撮像装置１００は、図６のステップＳ６０２、ステップＳ６０４の双方において、アオリ方向に平行な方向の、撮像素子の撮像面の両端側のコントラスト評価値を取得する。そして、両方のコントラスト評価値の合計または平均値などが最も高くなる位置にアオリ角度を変更していた。
【００３５】
それに対し、撮像装置２００は、図７に示す様に、ステップＳ７０２（第１のアオリ角度調整）では第１の評価枠１１１の撮像信号からコントラスト評価値を取得し、コントラスト評価値が最も高くなる位置にアオリ角度を変更する。そして、ステップＳ７０４（第２のアオリ角度調整）では第１の評価枠よりも、撮像装置から被写体面までの距離が比較的近い、第２の評価枠１１２の撮像信号からコントラスト評価値を取得し、コントラスト評価値が最も高くなる位置にアオリ角度を変更する。これにより、実施例１の撮像装置１００に対し、更にアオリ角度調整範囲を広げるとともに、アオリ角度調整精度を向上させることができる。
【００３６】
一般に、被写体までの距離が十分に遠い場合、結像光学系の錯乱円の大きさは、距離の２乗に反比例する。従って、図８のピークで規格化したコントラスト評価値のグラフで示すように、第１の評価枠１１１よりも、第２の評価枠１１２の方がアオリ角度を変化させたときのコントラスト評価値の変化が大きくなる。即ち、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値を用いた方が、アオリ角度調整精度が高い。しかし、第１の評価枠１１１のコントラスト評価値を用いた方が、現在のアオリ角度と、最適なアオリ角度の差が大きくなった時の、コントラスト評価値の低下度合いが小さいため、アオリ角度調整範囲が広い。
【００３７】
そのため、現在のアオリ角度と、最適なアオリ角度の相違が大きく、Ｆ値を暗くしてアオリ角度を調整するステップＳ７０２（第１のアオリ角度調整）では、第１の評価枠１１１のコントラスト評価値を用いてアオリ角度を調整する。一方、Ｆ値を明るくしてアオリ角度を調整するステップＳ７０４（第２のアオリ角度調整）では、前記第２の評価枠１１２のコントラスト評価値を用いてアオリ角度を調整する。
このように、結像光学系１０１のＦ値に加えて、コントラスト評価値を取得する領域も制御することで、更にアオリ角度調整範囲を広げ、アオリ角度調整精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００３８】
更に、実施例３の撮像装置では、撮像素子から信号読み出し動作を変更することで、アオリ角度調整を更に高速化する。これにつき以下説明を行う。なお、以下では、撮像素子１０３として、撮像信号を行毎に順次読み出す方式の、ＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合について説明する。
一般に、ＣＭＯＳイメージセンサから１フレーム分の撮像信号を読み出す時間の長さを律速する要因は大きく３つある。
【００３９】
一つ目は、各々の画素に入射した光を撮像信号に変換して、列毎に設けられた垂直信号線に読み出すための、画素回路の駆動時間（以下、画素回路駆動時間）である。二つ目は、各々の画素回路から出力される撮像信号を、列毎に設けられた垂直信号線に対して、行毎にずらしたタイミングで読み出すための時間（以下、撮像信号読み出し時間）である。従って、二つ目の要因で律速される時間は、撮像信号を読み出す行数が少ないほど、短くなる。
三つ目は、行毎に順次読み出される１行分の撮像信号を、撮像素子の外部に出力するための時間（以下、撮像信号出力時間）である。従って、三つ目の要因で律速される時間は、撮像信号を読み出す列数が少ないほど、短くなる。なお、内部にアナログデジタル変換機能を備えたＣＭＯＳイメージセンサを使用した場合、１列分の撮像信号をアナログデジタルするための時間、という律速要因も存在する。但し、この律速要因も、撮像信号を読み出す列数が少ないほど短くなるため、三つ目の要因に含むものとする。
【００４０】
従って、１フレーム分の撮像信号を読み出す時間の長さは、画素回路駆動時間と撮像信号出力時間の内の長い方と、撮像信号読み出し時間の積で決定される。画素回路駆動時間と撮像信号出力時間の長さの大小関係は、撮像素子に依存する。
また、同じ撮像素子を使用した場合でも、撮像素子の駆動モードによって、画素回路駆動時間と撮像信号出力時間の長さの大小関係は異なる。即ち、撮像信号を読み出す列数が特定の列数よりも多い場合には、撮像信号出力時間の方が長く、撮像信号を読み出す列数が特定の列数よりも少ない場合には、画素回路駆動時間の時間の方が長い。
以上より、使用する撮像素子や、撮像素子の駆動モードによらず、読み出す撮像信号の行数が少ないほど、１フレーム分の撮像信号を読み出す時間の長さは短い。更に、使用する撮像素子や、撮像素子の駆動モードによっては、読み出す撮像信号の行数と読み出す撮像信号の列数の積、即ち、読み出す撮像信号の数が少ないほど、１フレーム分の撮像信号を読み出す時間の長さは短い。
【００４１】
従って、実施例３では、コントラスト評価値を取得するための、評価枠の範囲からのみ、撮像信号を読み出すことにより、１フレーム分の撮像信号を読み出す時間の長さを短くすることができ、アオリ角度調整を高速化することができる。
具体的には、ステップＳ７０２において撮像信号を読み出す第１の範囲を、少なくとも第１の評価枠１１１を含む、撮像面の中の部分領域とする。つまり例えば第１の評価枠１１１の撮像信号（とその近傍の領域）だけを読み出す。また、ステップＳ７０４において撮像信号を読み出す第２の範囲を、少なくとも第２の評価枠１１２を含む、撮像面の中の部分領域とする。つまり例えば第２の評価枠１１２の撮像信号（とその近傍の領域）だけを読み出す。
撮像素子から一部の撮像信号のみを読み出すためには、画素回路を駆動し、撮像信号を撮像素子の外部に出力する水平走査回路および、撮像信号を垂直信号線に読み出す、垂直走査回路に、スキップの機能を設ければよい。
【実施例４】
【００４２】
実施例３では、ピント位置調整時とアオリ角度調整時の各々において、評価枠（とその近傍）以外の領域からの撮像信号は読み出さないようにした。しかし、評価枠（とその近傍）と、評価枠（とその近傍）以外からの、両方から読出しを行うとともに、両者の読み出しピッチを変更することで、１フレーム分の撮像信号を読み出す時間の長さを制御しても良い。
具体的には、ステップＳ７０２において、第１の評価枠１１１内の全ての撮像信号を読み出し、第１の評価枠１１１以外からは、撮像信号を間引いて読み出せばよい。また、ステップＳ７０４において、第２の評価枠１１２内の全ての撮像信号を読み出し、評価枠１１２以外からは、撮像信号を間引いて読み出せば良い。
【００４３】
このように、評価枠（とその近傍）以外から読み出す撮像信号の読出しピッチを、評価枠（とその近傍）から読み出す撮像信号の読出しピッチよりも粗くしている。これにより、全ての撮像信号を読み出す場合より、１フレーム分の撮像信号を読み出す時間の長さを短くすることができる。なお、評価枠（とその近傍）以外の領域からの撮像信号は読み出さない、という場合は、評価枠（とその近傍）以外から読み出す撮像信号の読出しピッチが非常に長い所定値以上ということにもなる。
【００４４】
即ち、具体的には、実施例４では、ステップＳ７０２においては、第１の範囲から撮像信号を読み出すサンプリングピッチよりも、第１の範囲以外から撮像信号を読み出すサンプリングピッチを大きくする。そして、ステップＳ７０４においては、第２の範囲から撮像信号を読み出すサンプリングピッチよりも、第２の範囲以外から撮像信号を読み出すサンプリングピッチを大きくする。このようにすることで、アオリ角度調整を高速化しつつ、画像情報を取得することができる。
【００４５】
なお、撮像信号を間引かずに、複数の撮像信号を加算ないしは加算平均することで、読み出す撮像信号の数を減らし（サンプリングピッチを大きくし）ても良いし、間引きと加算を組み合わせて、読み出す撮像信号の数を減らしても良い。なお、複数の撮像信号を加算ないしは加算平均したほうが、撮像信号を単純に間引く場合よりも、画像のＳＮ比が向上するため、好ましい。
【実施例５】
【００４６】
図９に示す、実施例５の撮像装置３００においては、実施例１の撮像装置１００に比べて、結像光学系１０１中に、ピント位置を制御するピント制御機構１０６を備えている点が異なる。ピント制御機構１０６は、フォーカスレンズをステッピングモータ等の駆動機構を用いて光軸方向に移動させることで、結像光学系１０１のピント位置を調整する。
撮像装置３００では、結像光学系の絞りだけではなく、ピント位置も制御することで、更にアオリ角度調整範囲を広げている。以下で、従来の撮像装置と比較して説明する。
本実施例の撮像装置３００では、撮像素子の撮像面の中央よりも、撮像装置からの距離が近い被写体面に対応した、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値が最も大きくなるようにピント位置を調整してから、アオリ角度の調整を行う。
【００４７】
図１０は、アオリ撮影時における、第１の評価枠１１１の領域と、第２の評価枠１１２の領域の、結像光学系１０１の光軸方向に沿った焦点深度の深さを説明する図である。図１０よりわかるように、撮像装置から被写体面までの距離が近い被写体面に対応した領域１１２´の焦点深度３１７は、撮像装置から被写体面までの距離が遠い被写体面に対応した領域１１１´の焦点深度３１６よりも、焦点深度が浅くなっている。
即ち、調整前のアオリ角度が、最適なアオリ角度からずれている場合、第２の評価枠１１２に対応した被写体面１１２´の方が、第１の評価枠１１１に対応した被写体面の領域１１１´よりも、焦点深度から外れやすく、コントラスト評価値が低下しやすい。そのため、仮に撮像素子の撮像面の中央を優先してピント位置を調整した場合には、最適なアオリ角度からのずれが大きい時に、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値がノイズレベルを下回り、アオリ角度の調整が困難になってしまう。
【００４８】
そこで、本実施例の撮像装置では、撮像素子の撮像面の中央よりも、撮像装置からの距離が近い被写体面の領域１１２´に対応した、第２の評価枠１１２を優先してピント位置を調整する。従って、最適なアオリ角度からのずれが大きい時でも、第１の評価枠１１１のコントラスト評価値の低下は小さいため、アオリ角度の調整を行うことができる。即ち、本実施例の撮像装置の方が、従来の撮像装置よりも、アオリ角度調整範囲を広げることができる。
実施例５の撮像装置３００を用いたアオリ角度調整のフローチャートを図１１に示す。まず、ステップＳ１１００において、評価枠１１１、１１２，１１３のコントラスト評価値の合計または平均値が所定のレベルＸ１より大きいか判断し、ＹｅｓであればステップＳ１１０４に進み、ＮｏであればステップＳ１１０１に進む。なお、ステップＳ１１００におけるコントラスト評価値は評価枠１１１〜１１３のコントラスト評価値のいずれか一つに基づくものであっても良いし、或いはいずれか二つの合計または平均値などでも良い。ステップＳ１１０１において、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値が最も大きくなるように、撮像装置３００のピント位置を調整する（第１のピント位置調整動作）。次に、ステップＳ１１０２において、絞りを第１の絞り状態（第１のＦ値）に設定する。その後、ステップＳ１１０３（第１のアオリ角度調整動作）において、第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値が最も大きくなるように、アオリ角度の調整を行う。ステップＳ１１０１〜Ｓ１１０３によって、ピント位置、アオリ角度の最適値からのズレを抑えることで、ステップＳ１１０４以降の、精度の高いアオリ角度調整を可能としている。
【００４９】
ステップＳ１１０４で絞り開口を第１の絞り状態（Ｆ値大）よりも開いた第２の絞り状態（第２のＦ値）にした後、ステップＳ１１０５（第２のピント位置調整）で再度ピント位置の調整を行う。ステップＳ１１０５では、ステップＳ１１０１と異なり、撮像素子の撮像面の中央に対応した評価枠（図１０の第３の評価枠１１３）のコントラスト評価値が最も大きくなるように、ピント位置を調整する。最後に、ステップＳ１１０６（第２のアオリ角度調整）において、第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値が最も大きくなるように、アオリ角度の調整を行う。このように、結像光学系の絞りだけではなく、ピント位置も制御することで、更にアオリ角度調整範囲を広げつつ、精度の高いアオリ角度調整が可能となっている。
【実施例６】
【００５０】
実施例６の撮像装置４００（不図示）のブロック構成は、実施例３の撮像装置３００と同じである。但し、実施例６の撮像装置４００では、ピント位置とアオリを順次調整したのち、フォーカスとアオリを同時に調整する。
図１２は、実施例６の撮像装置４００を用いたピント位置調整、アオリ角度調整のフローを説明するフローチャートである。
まず、ステップＳ１２００において、評価枠１１１〜１１３のコントラスト評価値の合計または平均値が所定のレベルＸ１より大きいか判断し、ＹｅｓであればステップＳ１２０４に進み、ＮｏであればステップＳ１２０１に進む。なお、ステップＳ１２００におけるコントラスト評価値は評価枠１１１〜１１３のコントラスト評価値のいずれか一つに基づくものであっても良いし、或いはいずれか二つの合計または平均値などでも良い。ステップＳ１２０１で絞り開口を第１の絞り状態（第１のＦ値）に設定した後、ステップＳ１２０２で、第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値が最も大きくなるように、アオリ角度の調整を行う（第１のアオリ角度調整動作）。その後、ステップＳ１２０３で撮像素子の撮像面の中央の第３の評価枠１１３のコントラスト評価値が最も高くなるように、ピント位置を調整する。このように、ステップＳ１２０１〜Ｓ１２０３によって、アオリ角度、ピント位置の最適値からのズレを抑えることで、ステップＳ１２０４以降において、精度の高いピント位置とアオリ角度の同時調整を可能としている。
【００５１】
ステップＳ１２０４で絞り開口を第１の絞り状態（Ｆ値大）よりも開いた第２の絞り状態（第２のＦ値）にする。その後、ステップＳ１２０５でフォーカスレンズの駆動とアオリ角度の制御を同時に行いつつ、第１の評価枠１１１、第２の評価枠１１２、第３の評価枠１１３のコントラスト評価値をすべて取得することで、フォーカスとアオリを同時に調整する。
具体的には、第１〜第３の評価枠１１１〜１１３のコントラスト評価値の平均が最大となるように、ピント制御機構及びアオリ制御機構を制御する。このように、ピント制御機構及びアオリ制御機構を同時に動かしながら、各々の評価枠のコントラスト評価値を取得することで、ピントおよびアオリが同時に調整できるため、短い時間でフォーカスとアオリを調整することが可能となる。
【００５２】
調整前のピント位置およびアオリ角度の、最適な値からのずれが大きい場合には、ステップＳ１２０１〜ステップＳ１２０３を行わずに、いきなりステップＳ１２０４、Ｓ１２５を用いてピントとアオリを同時に調整することは難しい。以下で理由を説明する。
調整前のピント位置およびアオリ角度の、最適な値からのずれが大きい場合、第１の評価枠１１１のコントラスト評価値が最大となるアオリ角度と、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値が最大となるアオリ角度の乖離が大きい。更に、第１の評価枠１１１のコントラスト評価値が最大となるアオリ角度と、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値が最大となるアオリ角度の中間値と、最適なアオリ角度との差異も大きくなってしまう。
【００５３】
図１３に具体例を示した。図１３は、アオリ角度を振った時の、第１、第２の評価枠１１１、１１２のコントラスト評価値を示したものである。図１３よりわかるように、第１の評価枠１１１のコントラスト評価値が最大となるアオリ角度と、第２の評価枠１１２のコントラスト評価値が最大となるアオリ角度の中間値と、最適なアオリ角度との差異が大きくなっている。
従って、調整前のピント位置およびアオリ角度の、最適な値からのずれが大きい場合、即ち評価枠１１１、１１２のコントラスト評価値の合計または平均値が例えば所定のレベルＸ１より低い場合には、ステップＳ１２０１〜Ｓ１２０３を行う。そして、ピント位置およびアオリ角度の、最適なアオリ角度からのズレを抑えておく必要がある。このように実施例６の撮像装置４００では、Ｆ値が暗い状態でコントラストとアオリを各々独立に調整し、ピント位置およびアオリ角度の、最適なアオリ角度からのズレを抑えた後に、Ｆ値を明るくしてピント位置とアオリ角度を同時に調整している。その結果、アオリ角度調整範囲とアオリ角度調整精度の両立に加え、短い時間でのフォーカスとアオリの調整が可能となる。
【実施例７】
【００５４】
実施例７では、実施例１から６に示す撮像装置を用いた監視システム（撮像システム）６００について説明する。図１４は、実施例１から６に示す撮像装置５００を用いた監視システム（撮像システム）６００の構成図である。撮像装置とクライアント装置５０１は、ネットワーク５０２を介して相互に通信可能な状態に接続されている。クライアント装置５０１は、撮像装置５００を制御する各種コマンドを送信する。それを受けて、撮像装置５００は、コマンドに対するレスポンスや撮像した画像データをクライアント装置５０１に送信する。撮像装置５００を被写界深度優先モードで駆動するか否かは、クライアント装置５０１を介してユーザーが選択できるようになっている。
クライアント装置５０１は例えばＰＣなどの外部機器であり、ネットワーク５０２は、  有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮ等により構成されている。また、ネットワーク５０２を介して撮像装置５００に電源を供給する構成となっていても良い。
【００５５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
また、本実施例における制御の一部または全部を上述した実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介して撮像装置や撮像制御装置に供給するようにしてもよい。そしてその撮像装置や撮像制御装置におけるコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。
【符号の説明】
【００５６】
１００、２００、３００、４００、５００：撮像装置
１０１：結像光学系
１０２：絞り制御機構
１０３：撮像素子
１０４：アオリ制御機構
１０５：制御部
１０６：ピント制御機構
１０７：ピント面
１０８：結像光学系の主面
１０９：被写体面
１１０：コントラスト評価値取得部
１１１：第１の評価枠
１１２：第２の評価枠
１１３：第３の評価枠
６００：監視システム（撮像システム）
５０１：クライアント装置
５０２：ネットワーク
【図１】
2020126184.tif 000007
【図２】
2020126184.tif 000008
【図３】
2020126184.tif 000009
【図４】
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【図５】
2020126184.tif 000011
【図６】
2020126184.tif 000012
【図７】
2020126184.tif 000013
【図８】
2020126184.tif 000014
【図９】
2020126184.tif 000015
【図１０】
2020126184.tif 000016
【図１１】
2020126184.tif 000017
【図１２】
2020126184.tif 000018
【図１３】
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【図１４】
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