(57)【要約】【課題】光学系の焦点距離とピントを合わせる被写体の撮像画面上での大きさ及び実空間での大きさに基づいて被写体距離Ｌを求め、その被写体距離Ｌに基づいてフォーカスの制御を行う粗調ＡＦによって、急速なズームミング時（焦点距離の変化時）においても大きなピントずれが生じないオートフォーカスシステムを提供する。【解決手段】フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６の操作ユニットＣＰＵ８０は、レンズ装置１２における通常ＡＦ（コントラスト方式のＡＦ）において合焦状態でない場合が生じると、粗調ＡＦのための被写体距離の算出を行う。被写体距離の算出は、対象被写体の画面上での大きさと実際の大きさと、そのときの焦点距離（ズームレンズの位置）に基づいて算出される。そして、その被写体距離の情報がレンズ装置１２のレンズＣＰＵ５０に与えられ、被写体距離に対応した位置にフォーカスが設定される。【選択図】図２
2010243843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系により結像された被写体像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像される撮像画像内においてオートフォーカスの対象として事前に登録された対象被写体を検出する対象被写体検出手段と、
前記光学系の焦点距離に応じた撮影画角の情報と、前記対象被写体の前記撮像画像内における大きさ及び実空間における大きさとに基づいて前記対象被写体までの被写体距離を算出する被写体距離算出手段と、
前記被写体距離算出手段により算出された被写体距離の被写体にピントが合うように前記光学系のフォーカスを制御する粗調ＡＦ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。
【請求項２】
前記撮像手段により撮像される撮像画像のうち所定のＡＦ枠の範囲内の画像のコントラストが最大となる合焦状態が得られるように前記光学系のフォーカスを制御する通常ＡＦ手段を備え、前記粗調ＡＦ手段によるフォーカスの制御は、前記通常ＡＦ手段により合焦状態が得られない場合に実行されることを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。
【請求項３】
前記撮像手段により撮像される撮像画像のうち所定のＡＦ枠の範囲内の画像のコントラストが最大となる合焦状態が得られるように前記光学系のフォーカスを制御する通常ＡＦ手段を備え、前記粗調ＡＦ手段によるフォーカスの制御は、前記光学系の焦点距離が所定のしきい値以上の速さで変化している場合に実行され、前記光学系の焦点距離が前記しきい値未満の速さで変化している場合には前記通常ＡＦ手段によるフォーカスの制御が実行されることを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオートフォーカスシステムに係り、特に急速なズーミング時においても大きなピントずれが生じないオートフォーカスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放送用又は業務用のテレビカメラにおいて、所望の被写体に自動でピントを合わせるオートフォーカス（ＡＦ）システムを搭載したものが知られている。この種のカメラシステムでは、一般にコントラスト方式のＡＦが採用されており、撮影映像のコントラストの高さを検出し、そのコントラストが最大（極大）となるように撮影光学系のフォーカスを制御することにより行われている。
【０００３】
また、特許文献１、２には、ピントを合わせる対象被写体の大きさによってその対象被写体までの被写体距離を検出し、その被写体距離に基づいてフォーカスを制御するオートフォーカス方法が提案されている。
【０００４】
更に、ＡＦによりピントを合わせる範囲であるＡＦ枠（ＡＦエリア）がピントを合わせたい所望の対象被写体（追尾対象の被写体）を自動で追尾するＡＦ枠自動追尾機能と搭載したオートフォーカスシステムも提案されている（例えば特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３２７９３号公報
【特許文献２】特開２００３−０７５７１７号公報
【特許文献３】特開２００６−２５８９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、カメラマンの一般的なカメラワークとして、ズームをワイド側にして撮影対象の被写体（ピントを合わせる対象被写体）を撮影画面内に捕捉し、その対象被写体が撮影画面内で適切な大きさとなるようにズームをテレ側に操作することが行われている。このとき、コントラスト方式のＡＦを使用した場合、ズームがワイド側のときは対象被写体に適切にピントが合わされていると判断される状態であっても、ピントが合っていると判断されるフォーカス位置の範囲が広いため、ズームがテレ側に急速に変化すると、ＡＦの処理が追従できず、ピントが対象被写体から大きくずれた状態となり、ＡＦ不能によりそのままの状態でフォーカスが静止してしまう不具合が生じていた。
【０００７】
また、上記特許文献１、２のように対象被写体の大きさによって被写体距離を検出し、検出した被写体距離に基づいてフォーカスを制御するＡＦの方式を採用することによって、ズームの急速な変化にＡＦによるフォーカス制御を対応させることが可能であると考えられるが、特許文献１にはズームの変化（焦点距離の変化）によって対象被写体に正確にピントが合うフォーカス位置が変化することが考慮されていない。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、急速なズームミング時（焦点距離の変化時）においても大きなピントずれが生じない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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、請求項１に係るオートフォーカスシステムは、光学系により結像された被写体像を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像される撮像画像内においてオートフォーカスの対象として事前に登録された対象被写体を検出する対象被写体検出手段と、前記光学系の焦点距離に応じた撮影画角の情報と、前記対象被写体の前記撮像画像内における大きさ及び実空間における大きさとに基づいて前記対象被写体までの被写体距離を算出する被写体距離算出手段と、前記被写体距離算出手段により算出された被写体距離の被写体にピントが合うように前記光学系のフォーカスを制御する粗調ＡＦ手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に係るオートフォーカスシステムは、請求項１に係る発明において、前記撮像手段により撮像される撮像画像のうち所定のＡＦ枠の範囲内の画像のコントラストが最大となる合焦状態が得られるように前記光学系のフォーカスを制御する通常ＡＦ手段を備え、前記粗調ＡＦ手段によるフォーカスの制御は、前記通常ＡＦ手段により合焦状態が得られない場合に実行されることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に係るオートフォーカスシステムは、請求項１に係る発明において、前記撮像手段により撮像される撮像画像のうち所定のＡＦ枠の範囲内の画像のコントラストが最大となる合焦状態が得られるように前記光学系のフォーカスを制御する通常ＡＦ手段を備え、前記粗調ＡＦ手段によるフォーカスの制御は、前記光学系の焦点距離が所定のしきい値以上の速さで変化している場合に実行され、前記光学系の焦点距離が前記しきい値未満の速さで変化している場合には前記通常ＡＦ手段によるフォーカスの制御が実行されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、急速なズームミング時（焦点距離の変化時）においても大きなピントずれが生じないようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明が適用されるテレビカメラシステムの全体構成を示した構成図である。
【図２】図２は、上記レンズ装置の制御系、及び、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニットの構成を示したブロック図である。
【図３】図３は、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニットの外観を示した外観図である。
【図４】図４は、ＡＦ用撮像素子の配置を示した説明図である。
【図５】図５は、フォーカス位置とＡＦ用撮像素子から得られる焦点評価値（コントラスト）との関係を示した図である。
【図６】図６は、粗調ＡＦの原理についての説明に使用した説明図である。
【図７】図７は、粗調ＡＦの原理についての説明に使用した説明図である。
【図８】図８は、ＡＦ枠の説明にしようした説明図である。
【図９】図９は、操作ユニットＣＰＵにおける粗調ＡＦ及びＡＦ枠自動追尾の処理手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用されるテレビカメラシステムの全体構成を示した構成図である。同図のテレビカメラシステムは、撮影レンズ（光学系）を有するレンズ装置１２と、そのレンズ装置１２が着脱可能に装着されるカメラ本体１４とから構成された放送用又は業務用のテレビカメラ１０と、レンズ装置１２にケーブルにより電気的に接続されるフォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６と、ズームデマンド１８とを備えている。
【００１６】
レンズ装置１２は、被写体像を結像するための撮影レンズ（光学系）と、光学系を構成する各種レンズ、絞りを制御するための制御系とから構成されており、カメラ本体１４は、レンズ装置１２の光学系により結像された被写体像を電気信号に変換する撮像部２０や撮像部２０から出力された信号に所定の処理を施し、記録／再生用の所定方式の映像信号を生成する信号処理部等を備えている。
【００１７】
レンズ装置１２の光学系は、カメラ本体１４の撮像部２０に映像用（記録／再生用）の被写体像を結像する映像用光学系と、詳細を後述するオートフォーカス（ＡＦ）用の被写体像を結像するＡＦ用光学系とから構成されている。
【００１８】
映像用光学系は、同図のレンズ装置１２に示すように前面側（被写体側）から固定フォーカスレンズＦ’、移動可能なフォーカスレンズＦ、変倍系と補正系とからなるズームレンズＺ、アイリスＩ、リレーレンズ（リレー光学系）を構成する前側リレーレンズＲ１、ハーフミラー２４、及び、後側リレーレンズＲ２とから構成されている。尚、図中の各レンズの構成は簡略化しており、複数のレンズから成るレンズ群を１つのレンズで示したものもある。
【００１９】
映像用光学系の前面側から入射した被写体光は、映像用光学系を通過して後面側から射出され、カメラ本体１４の撮像部２０に入射する。カメラ本体１４の撮像部２０に入射した被写体光は、例えば色分解光学系により、赤色光、緑色光、青色光の３色に分解され、各色ごとの映像用撮像素子２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ（例えばＣＣＤ）の撮像面に入射する。これによって記録／再生用のカラー映像が撮像部２０により撮影されるようになっている。
【００２０】
一方、リレー光学系の前側リレーレンズＲ１と後側リレーレンズＲ２との間には映像用光学系の光軸Ｏに対して略４５度に傾斜したハーフミラー２４が配置されており、このハーフミラー２４により、カメラ本体１４の撮像部２０に導かれる映像用被写体光からＡＦ用の被写体像を結像するためのＡＦ用被写体光が分岐され、そのＡＦ用被写体光が映像用光学系の光軸Ｏと略直交する光軸Ｏ’のＡＦ用光学系に導かれるようになっている。
【００２１】
ＡＦ用光学系には、映像用光学系の後側リレーレンズＲ２と同様の性質を有するリレーレンズＲ３と、ＡＦ用の撮像部２６とから構成されており、ＡＦ用光学系に導かれたＡＦ用被写体光は、リレーレンズＲ３を通過してＡＦ用の撮像部２６の各撮像素子Ａ、Ｂ（例えばＣＣＤ）の撮像面に結像されるようになっている。詳細は省略するが、撮像部２６は、２つのプリズム（光分割光学系）と２つの撮像素子 Ａ 、Ｂ から構成されており、光分割光学系に入射したＡＦ用被写体光が光量が等価な２つの被写体光に分割され、分割された各被写体光により、各撮像素子Ａ、Ｂの撮像面に映像用撮像素子２２（２２Ａ 、２２Ｂ、２２Ｃ）と略同等に距離の被写体にピントが合わせられた被写体像（ＡＦ用被写体像）が結像されるようになっている。尚、各撮像素子Ａ、Ｂを映像用撮像素子２２（２２Ａ 、２２Ｂ、２２Ｃ）と区別するためにＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂというものとする。また、ＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂは、カラー映像を撮像するものである必要はなく、白黒画像を撮像するもの（被写体像の輝度信号を取得するもの）であるとする。
【００２２】
図２は、上記レンズ装置１２の制御系、及び、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６の構成を示したブロック図である。
【００２３】
同図において、レンズ装置１２の光学系を構成するフォーカスレンズＦ、ズームレンズＺ、アイリスＩが示されており、これらはモータＦＭ、ＺＭ、ＩＭにより駆動されるようになっている。レンズ装置１２は、レンズ装置１２の制御系の構成要素として、全体を統括的に制御するレンズＣＰＵ５０を備えており、そのレンズＣＰＵ５０から各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭの各アンプＦＡ、ＺＡ、ＩＡには、Ｄ／Ａ変換器５２を介して駆動信号が与えられ、その駆動信号の電圧に対応した速度で各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭが駆動されるようになっている。従って、レンズＣＰＵ５０により、フォーカスレンズＦ、ズームレンズＺ、アイリスＩを所望の動作速度となるように制御することができるようになっている。
【００２４】
また、各モータＦＭ、ＺＭ、ＩＭの回転位置を示す位置信号が、ポテンショメータＦＰ、ＺＰ、ＩＰから出力され、Ａ／Ｄ変換器５４を介してレンズＣＰＵ５０に与えられるようになっている。これにより、レンズＣＰＵ５０は、フォーカスレンズＦ、ズームレンズＺ、アイリスＩの位置を読み取ることができる。従って、レンズＣＰＵ５０は、フォーカスレンズＦ、ズームレンズＺ、アイリスＩの位置を読み取りながらフォーカスレンズＦ、ズームレンズＺ、アイリスＩの動作速度を制御することによって、フォーカスレンズＦ、ズームレンズＺ、アイリスＩを所望の位置となるように制御することができるようになっている。
【００２５】
一方、レンズＣＰＵ５０における上記制御は、例えば、フォーカスレンズＦに関しては、詳細を後述するフォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６から与えられる指示信号、又は、ＡＦ処理に従って行われ、ズームレンズＺに関しては、操作者がマニュアル操作する操作部材の操作に基づいてズームデマンド１８からＡ／Ｄ変換器５４を介して与えられる指示信号に従って行われ、アイリスＩに関しては、カメラ本体１４から与えられる指示信号（図示せず）に従って行われるようになっている。
【００２６】
フォーカスレンズＦの制御（フォーカス制御）について説明すると、フォーカス制御の制御モードとして、上記ＡＦによりフォーカス制御を行うＡＦモードと、マニュアルフォーカス（ＭＦ）によりフォーカス制御を行うＭＦモードとがある。
【００２７】
ここで、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６は、フォーカスをマニュアル操作するための操作部材（フォーカスリング）等を備えたフォーカスデマンドと呼ばれる従来のコントローラと、後述のＡＦ枠の制御を行うＡＦ枠制御装置とを併合したものであり、図２のフォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６において、フォーカスデマンド８２として示されているブロックは、その従来のフォーカスデマンドを示している。図３は、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６の外観を示した外観図であり、本体部１６ａには、回動可能にフォーカスリング１２０が設けられている。このフォーカスリング１２０はフォーカスデマンド８２を構成する操作部材であり、フォーカスリング１２０の回転位置に対応した位置へのフォーカスレンズＦの移動を指示する指示信号がフォーカスデマンド８２から出力され、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６の操作ユニットＣＰＵ８０が、その指示信号を例えばシリアル通信によりレンズＣＰＵ５０に送信するようになっている。また、フォーカスデマンド８２には、ＡＦモードとＭＦモードのいずれの制御モードでフォーカス制御を行うかを操作者が選択するモード選択スイッチが設けられており（図示せず）、このモード選択スイッチの状態に基づいて選択された制御モードを示す信号が操作ユニットＣＰＵ８０を介してレンズＣＰＵ５０に送信されるようになっている。
【００２８】
レンズＣＰＵ５０は、操作ユニットＣＰＵ８０からＭＦモードが選択されたことを示す信号を受信した場合、ＭＦによるフォーカス制御を行うための処理（ＭＦ処理）を実行する。即ち、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６（フォーカスデマンド８２）のフォーカスリング１２０の回転位置に基づいて、操作ユニットＣＰＵ８０から与えられる指示信号が指示する位置（目標位置）となるようにフォーカスレンズＦの位置を制御する。
【００２９】
一方、レンズＣＰＵ５０は、操作ユニットＣＰＵ８０からＡＦモードが選択されたことを示す信号を受信した場合、ＡＦによるフォーカス制御を行うための処理（ＡＦ処理）を実行し、自動でピント調整を行う。
【００３０】
ＡＦについて説明すると、本実施の形態では、光路長差方式（コントラスト方式）による精度の高いＡＦ（通常ＡＦという）と、通常ＡＦよりも精度が低いが高速でピント合わせが可能な粗調ＡＦとでフォーカス制御を行うことが可能となっており、上記のようにＡＦモードを選択した場合には、原則として通常ＡＦが連続的に行われるが、粗調ＡＦモードをオンにすると、通常ＡＦで合焦状態でない状況が生じた場合には、粗調ＡＦによるフォーカス制御が通常ＡＦよりも優先して行われるようになっている。尚、粗調ＡＦモードのオン／オフは、図２及び図３のモードスイッチ８６によって操作者が選択できるようになっている。
【００３１】
まず、通常ＡＦについて説明すると、通常ＡＦでは、図１及び図２に示したＡＦ用光学系のＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂを用いた光路長差方式のＡＦが採用されている。ＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂは、図４に示すように、ＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂの光軸を同一直線上で示すと、各ＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂの撮像面に被写体光が入射するまで光路長が相違しており、カメラ本体１４の映像用撮像素子２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ）の撮像面と一致する光路長となる位置Ｃに対して前後等距離となる位置にＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂの撮像面が配置されている。
【００３２】
このとき、フォーカスレンズＦの位置（フォーカス位置）を無限遠側から至近側まで変化させながら状態の変化しない被写体を撮影したとすると、ＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂの各々により撮像される画像のコントラスト（焦点評価値）が、図５に示すように変化する。
【００３３】
詳細は省略するが、ＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂで撮像される画像の焦点評価値を比較した場合に、それらの焦点評価値が一致した場合には映像用光学系の映像用撮像素子２２に対するピント状態が合焦状態であると判断することができる。即ち、映像用撮像素子２２により撮像される画像のコントラストが最大となる。
【００３４】
一方、ＡＦ用撮像素子Ａの焦点評価値の方が大きい場合には、前ピン状態、ＡＦ用撮像素子Ｂの焦点評価値の方が大きい場合には、後ピン状態と判断することができる。
【００３５】
レンズＣＰＵ５０は、ＡＦモードの場合、後述のようにＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂにより撮像される画像の焦点評価値をＡＦ用ＣＰＵ６０から取得してピント状態を検出し、そのピント状態に基づいてフォーカスレンズＦを移動させ、合焦状態となる位置にフォーカスレンズＦを設定する。
【００３６】
図２において、ＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂで撮影された映像（ＡＦ用映像）の映像信号（輝度信号）は、Ａ／Ｄ変換器６２Ａ、６２Ｂ、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６４Ａ、６４Ｂ、ゲート回路６６Ａ、６６Ｂ、加算回路６８Ａ、６８Ｂを通過し、１コマ単位（１画面単位）で焦点評価値が求められ、ＡＦ用ＣＰＵ６０に読み込まれるようになっている。
【００３７】
即ち、ＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂで撮影されたＡＦ用映像の映像信号は、まず、Ａ／Ｄ変換器６２Ａ、６２Ｂによりデジタル信号に変換された後、ＨＰＦ６４Ａ、６４Ｂにより高域周波数成分のみが抽出される。そして、その高域周波数成分の映像信号のうち、ＡＦによりピントを合わせる対象被写体の範囲（ＡＦの対象範囲）である後述のＡＦ枠内（ＡＦエリア内）の映像信号がゲート回路６６Ａ、６６Ｂにより抽出され、そのＡＦ枠内の映像信号の値が１コマ毎に加算回路６８Ａ、６８Ｂにより加算されて焦点評価値が求められるようになっている。
【００３８】
尚、ゲート回路６６Ａ、６６Ｂにおいて映像信号を抽出するＡＦ枠の範囲は、ＡＦ用ＣＰＵ６０により設定されるようになっており、ＡＦ用ＣＰＵ６０は、そのＡＦ枠の範囲を、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６からレンズＣＰＵ５０を介して与えられるＡＦ枠情報に基づいて設定するようになっている。詳細は後述する。
【００３９】
続いて、粗調ＡＦについて説明すると、粗調ＡＦは、映像用撮像素子２２の撮像画面におけるピントを合わせる対象被写体の大きさ（寸法）と、対象被写体の実空間での実際の大きさ（実寸法）と、そのときの撮影画角（焦点距離）とに基づいて、対象被写体までの距離（被写体距離）を測定し、その被写体距離に基づいてフォーカスを制御する方式であり、上述の通常ＡＦにおいて合焦状態でないと判断された状況が生じた場合に実行される。通常ＡＦにおいて合焦状態でないと判断される状況とは、例えば、通常ＡＦによるピント合わせが不能となった場合（例えば大ボケの場合等）も含む。この粗調ＡＦにおける被写体距離の測定はフォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６において行われるようになっている。
【００４０】
粗調ＡＦの原理について説明すると、図６に示すように映像用撮像素子２２により撮像された画像の画面（撮像画面）２５０において、粗調ＡＦの対象被写体としてボール２５２にピントを合わせるものとする。このとき、撮像画面２５０の水平方向の寸法（水平寸法）をＨ０（ｍｍ）、撮像画面内におけるボール２５２の水平方向の寸法（水平寸法）をＨ１（ｍｍ）とする。
【００４１】
また、図７に示すように実空間におけるボール２５２の実際の水平方向の寸法（実水平寸法）をＤ（ｍｍ）、撮影レンズ（映像用光学系）のズームレンズＺの現在位置によって決まる水平方向の画角（水平画角）をθ（°）とする。尚、点Ｓは、光学系の焦点位置を示す。
【００４２】
このとき、図７のようにボール２５２の位置において、水平画角の範囲内となる実空間の水平距離Ｈ（ｍｍ）は、次式（１）、
Ｈ＝Ｄ・Ｈ０／Ｈ１  …（１）
により求められる。従って、撮影レンズの焦点から対象被写体であるボールまでの距離（被写体距離）Ｌ（ｍｍ）は、次式（２）、
Ｌ＝（Ｈ／２）／ｔａｎ（θ／２）  …（２）
により求められる。
【００４３】
ここで、撮像画面の水平寸法Ｈ０は既知となる値であり、撮像画面内におけるボール２５２の水平寸法Ｈ１は被写体距離Ｌを算出する際に測定される寸法であり、ボール２５２の実水平寸法Ｄは事前に登録される値であり、水平画角θは被写体距離Ｌを算出する際にそのときのズームレンズＺの位置（焦点距離）に基づいて算出される値である。従って、粗調ＡＦを有効に行うためには、粗調ＡＦの対象被写体の実水平寸法Ｄを事前に登録しておくことが必要である。尚、粗調ＡＦの対象被写体はボール２５２に限らず、任意のものとすることができる。
【００４４】
上記のような被写体距離Ｌの算出は、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６において行われるようになっており、図２に示すようにフォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６には、カメラ本体１４の映像用撮像素子２２により撮影された映像の映像信号がダウンコンバータ７０を介して入力されるようになっており、ダウンコンバータ７０により適切な解像度にダウンコンバートされた映像信号から１コマ単位の撮影画像が画像メモリ８８に順次取り込まれるようになっている。画像処理回路９０は、後述のようにＡＦ枠自動追尾の処理においてピントを合わせるための対象被写体としてＡＦ枠で自動追尾する追尾対象の被写体を設定するが、その際、その追尾対象の被写体と、被写体画像及び実水平寸法Ｄの登録が行われている粗調ＡＦの対象被写体との照合を行う。尚、被写体画像及び実水平寸法Ｄは所望の被写体について事前に登録することができるようになっており、例えば、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６に搭載されたメモリ（不揮発性メモリ）や、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６にカードスロットを設け、そのカードスロットに装填可能なメモリ（ＳＤカード等）等に登録できるようにしておけばよい。その登録は、他の装置（ＰＣ等）を使用して行えるようにしてもよいし、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６に入力される映像信号と後述のＡＦ枠操作部８４を用いて、登録する被写体画像の範囲をＡＦ枠により指定して被写体画像を登録すると共に、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６に数値入力部を設けてその数値入力部により登録した被写体画像の実水平寸法Ｄを登録できるようにしてもよい。
【００４５】
被写体画像及び実水平寸法Ｄの登録が行われている粗調ＡＦの対象被写体が追尾対象の被写体の場合、操作ユニットＣＰＵ８０は、その被写体の実水平寸法Ｄをその値が登録されているメモリから取得すると共に、画像処理回路９から、その被写体の水平寸法Ｈ１を取得する。また、レンズ装置１２のレンズＣＰＵ５０からズームレンズＺの位置（焦点距離）の情報を取得して水平画角θを求める。そして、それらの水平寸法Ｈ１と、水平画角θと、実水平寸法Ｄと、既知の値の水平寸法Ｈ０とを用いて、上式（１）、（２）により被写体距離Ｌを算出し、算出した被写体距離Ｌの情報をレンズ装置１２のレンズＣＰＵ５０にシリアル通信により送信する。
【００４６】
レンズＣＰＵ５０は、その被写体距離Ｌの情報が与えられた場合にはその被写体距離Ｌに基づいてフォーカスレンズＦを制御し、被写体距離Ｌの対象被写体にピントが合う位置にフォーカスレンズＦを設定する。これにより粗調ＡＦによるピント合わせが行われる。
【００４７】
尚、ズームレンズＺの位置（焦点距離）を水平画角θに変換する際、また、求められた被写体距離Ｌに対して設定すべきフォーカスレンズＦの位置を求める際（被写体距離ＬをフォーカスレンズＦの位置に変換する際）に誤差が生じるため，精度が必要な場合には実測値で校正しておくことが望ましい。
【００４８】
次に、ＡＦ枠の制御について説明する。図８に示すように、ＡＦ枠２０２は、映像用撮像素子２２の撮像画面２００に対して、四角形状の領域（ＡＦエリア）の輪郭として設定され、ＡＦモード時においてそのＡＦ枠２０２の範囲内の被写体にピントが合わせられる。図２において、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６には、上記のようにＡＦ枠の制御を行うＡＦ枠制御装置が組み込まれており、全体を統括的に制御する操作ユニットＣＰＵ８０が具備されている。操作ユニットＣＰＵ８０は、位置、大きさ、及び、形状（縦横比）を要素とするＡＦ枠の範囲を決定し、そのＡＦ枠の範囲を示すＡＦ枠情報をレンズＣＰＵ５０にシリアル通信により送信する。これにより、上記のようにそのＡＦ枠の範囲がレンズＣＰＵ５０からＡＦ用ＣＰＵ６０に与えられ、ゲート回路６６Ａ、６６Ｂにおいて抽出する映像信号の範囲がフォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６の操作ユニットＣＰＵ８０から与えられたＡＦ枠の範囲に設定される。
【００４９】
一方、ＡＦ枠の制御として、操作者がマニュアル操作でＡＦ枠を撮影画面内の所望の位置に設定するためのマニュアルモードと、撮影画面内における所定の追尾対象の被写体の位置（範囲）にＡＦ枠の範囲を自動で変更するＡＦ枠自動追尾モードとが選択できるようになっている。このＡＦ枠の制御モードは、図示しないモードスイッチによって切り替えられるようになっている。
【００５０】
マニュアルモードの場合、操作ユニットＣＰＵ８０は、図２のＡＦ枠操作部８４に含まれる操作部材のマニュアル操作に従ってＡＦ枠の範囲を決定する。図３においてフォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６の本体部１６ａに設けられている位置操作部材１００（トラックボール）、サイズ操作部材１０２（つまみ）、形状操作部材１０４（つまみ）は、図２のＡＦ枠操作部８４に含まれる操作部材であり、各々、ＡＦ枠の位置、大きさ、形状を操作者がアニュアル操作で設定するための操作部材である。操作ユニットＣＰＵ８０は、これらの操作部材１００、１０２、１０４の設定状態に基づいてＡＦ枠の範囲を決定する。尚、現在設定されているＡＦ枠の範囲は、例えばカメラ本体１４にその情報が与えられ、カメラ本体に設置されているモニタに撮影映像に重畳表示されるようになっており、これによって操作者は現在のＡＦ枠の範囲を確認しながらＡＦ枠に関する操作を行うことができるようになっている。
【００５１】
一方、ＡＦ枠自動追尾モードの場合、カメラ本体１４の映像用撮像素子２２により撮影された映像に基づいて追尾対象の被写体の範囲が検出され、操作ユニットＣＰＵ８０はその範囲をＡＦ枠の範囲として決定する。尚、ＡＦ枠自動追尾モードにおいてもマニュアルモードと同様にＡＦ枠の範囲をマニュアル操作する操作部材１００、１０２、１０４が操作された場合には、その操作に従ってＡＦ枠の範囲が設定される。
【００５２】
カメラ本体１４の映像用撮像素子２２により撮影されてカメラ本体１４から出力された映像信号は、ダウンコンバータ７０により適切な解像度にダウンコンバートされた後、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６に入力される。そして、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６の画像メモリ８８に順次１コマ単位の画像が記憶されるようになっている。
【００５３】
画像処理回路９０は、画像メモリ８８に記憶された画像の中から予め登録した基準パターンの画像に一致する範囲をパターンマッチング処理により検出する。本実施の形態では、ＡＦ枠自動追尾モードに設定した際の初期のＡＦ枠の範囲内の被写体画像が基準パターンとして設定され、その被写体が追尾対象として設定されるようになっている。操作ユニットＣＰＵ８０は、画像処理回路９０により基準パターンが検出された範囲を追尾対象の被写体の範囲として、その範囲をＡＦ枠の範囲として決定する。この処理を順次繰り返すことによってＡＦ枠が追尾対象の被写体を追尾するように変更されるようになっている。
【００５４】
以上、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６において行われる粗調ＡＦ及びＡＦ枠自動追尾の処理を図９のフローチャートを用いて説明する。
【００５５】
操作ユニットＣＰＵ８０は、まず、各種モードスイッチの状態を読み込む（ステップＳ１０）。ここで、フォーカスの制御モードはＡＦモードが選択されると共に、粗調ＡＦモードがオンに設定され、ＡＦ枠の制御モードはＡＦ枠自動追尾モードが選択されているものとする。
【００５６】
続いて、フォーカスデマンド８２の操作（フォーカスリング１２０の操作）が行われたか否かを判定する（ステップＳ１２）。ＹＥＳと判定した場合には、フォーカスリング１２０の回転位置に対応した位置へのフォーカスレンズＦの移動を指示する指示信号を生成し（ステップＳ１４）、その情報をレンズ装置１２のレンズＣＰＵ５０に送信する（ステップＳ５０）。そして、ステップＳ１０に戻る。尚、ＡＦモードにおいても、フォーカスリング１２０が操作された場合には、フォーカスリング１２０の操作に従ってフォーカスレンズＦが移動する。
【００５７】
ステップＳ１２においてＮＯと判定した場合、つぎにＡＦ枠のマニュアル操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ１６）。即ち、フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット１６の位置操作部材１００、サイズ操作部材１０２、又は、形状操作部材１０４が操作されたか否かを判定する。ＹＥＳと判定した場合には、ＡＦ枠の範囲をそれらの操作部材の操作に従って決定し（ステップＳ１８）、その情報（ＡＦ枠情報）をレンズ装置１２のレンズＣＰＵ５０に送信する（ステップＳ５０）。そして、ステップＳ１０に戻る。
【００５８】
ステップＳ１６においてＮＯと判定した場合には、次に、ＡＦ枠自動追尾モードか否かを判定する（ステップＳ２０）。この判定は、モードスイッチによってＡＦ枠自動追尾モードが選択されてから、本ステップＳ２０からステップＳ２６までの処理を既に行っているか否かの判定に等しい。ＮＯと判定した場合には、ＡＦ自動追尾モードに設定し、ステップＳ２０の再度の判定時にＹＥＳと判定するようにしておく（ステップＳ２２）。続いて、カメラ本体１４から入力される映像信号から１画面分（１コマ分）の画像を画像メモリ８８に取り込む（ステップＳ２４）。そして、画像メモリ８８に取り込んだ画像のうち、現在のＡＦ枠の範囲内の画像を追尾対象の被写体画像を示す基準パターンとして設定する（ステップＳ２６）。
【００５９】
ステップＳ２０においてＹＥＳと判定した場合には、ステップＳ２２〜ステップＳ２６の処理を行わずにステップＳ２８に移行する。
【００６０】
ステップＳ２０においてＮＯと判定してステップＳ２６の処理が終了した場合、又は、ステップＳ２０においてＹＥＳと判定した場合、次に、ＡＦ用撮像素子Ｃにより撮影されてレンズ装置１２から伝送される映像信号から１画面分（１コマ分）の画像を画像メモリ８８に取り込む（ステップＳ２８）。
【００６１】
続いて、操作ユニットＣＰＵ８０は、レンズ装置１２のレンズＣＰＵ５０における通常ＡＦの処理において合焦状態であるか否かの情報をレンズＣＰＵ５０から取得し、合焦状態か否かを判定する（ステップＳ３０）。即ち、レンズＣＰＵ５０はＡＦ用ＣＰＵ６０から焦点評価値の情報を取得して通常ＡＦの処理を連続的に行い合焦状態となるようにフォーカスレンズＦを制御しており、通常の状態であればＡＦ枠の範囲内の追尾対象の追尾対象の被写体に合焦した状態となっている。しかしながら、通常ＡＦでフォーカスレンズＦを合焦位置に移動させるまでの時間を要し、ズームレンズＺがワイド側からテレ側に急速に移動している場合や追尾対象の被写体の被写体距離が急速に変化した場合には、合焦状態を維持することができず、ＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂから得られる焦点評価値に差が生じる。また、ピントのずれが大きくなった場合にはＡＦ用撮像素子Ａ、Ｂから得られる焦点評価値が極めて小さい値となりＡＦ不能の状態となる。このような場合には粗調ＡＦによりフォーカスレンズＦを制御することによってピントずれが大きくなることを防止するため、ステップＳ３０において合焦状態か否かを判定し、ＮＯと判定した場合には粗調ＡＦのための処理に移行する。
【００６２】
ステップＳ３０においてＮＯと判定した場合には、粗調ＡＦモードがオンされているか否かを判定する（ステップＳ３２）。本説明では粗調ＡＦモードがオンされていると仮定しているためＹＥＳと判定される。粗調ＡＦモードがオフの場合には、以下のステップＳ３４からステップＳ４０までの処理を行わずステップＳ４２に移行する。
【００６３】
ステップＳ３２においてＹＥＳと判定した場合、画像処理回路９０によりＡＦ枠の範囲とその周辺部の画像範囲の中から、粗調ＡＦの対象被写体として登録されている被写体画像を例えばパターンマッチング処理により検出し、その画像範囲の中に粗調ＡＦの対象被写体が存在するか否かを判定する（ステップＳ３４）。尚、粗調ＡＦの対象被写体を検出する範囲をＡＦ枠の範囲に関連付けるのは処理時間を短縮するためであり、処理時間を特に要しない場合には、粗調ＡＦの対象被写体を検出する範囲を画像メモリ８８に取り込まれる１コマ分の撮影画像（撮像画面）の全範囲としてもよい。但し、粗調ＡＦの対象被写体の少なくとも一部がＡＦ枠の範囲内に含まれ、その粗調ＡＦの対象被写体にピントを合わせる状態となっている場合にのみステップＳ３４においてＹＥＳと判定される。また、粗調ＡＦの対象被写体として登録されている被写体画像を検出する方法はパターンマッチング処理に限らず、人物の顔であれば顔認識や顔認証の技術を使用することも可能である。
【００６４】
ステップＳ３４においてＮＯと判定した場合には、以下のステップＳ３６からステップＳ４０までの処理を行わずにステップＳ４２に移行する。一方、ステップＳ３４においてＹＥＳと判定した場合には，続いて、撮像画面内における粗調ＡＦの対象被写体の大きさ（水平寸法Ｈ１）を測定し（ステップＳ３６）、粗調ＡＦの対象被写体に関する水平寸法Ｈ１及び実水平寸法Ｄのデータと、撮影画角に関する水平画角θのデータと、撮像画面に関する水平寸法Ｈ０のデータとを用いて上式（１）、（２）により被写体距離Ｌを算出する（ステップＳ３８）。尚、水平画角θは、レンズＣＰＵ５０からズームレンズＺの現在位置の情報を取得して算出する。
【００６５】
そして、操作ユニットＣＰＵ８０は、算出した被写体距離Ｌの情報をレンズＣＰＵ５０に送信し、その被写体距離Ｌの被写体にピントが合う位置にフォーカスレンズＦを移動させる（ステップＳ４０）。
【００６６】
次に、操作ユニットＣＰＵ８０は、画像処理回路９０におけるパターンマッチング処理より、画像メモリ８８に取り込んだ画像のうち、基準パターンと一致する画像範囲を検出する（ステップＳ４２）。
【００６７】
続いて、検出した画像範囲が前回検出した位置と相違するか否かで追尾対象の被写体が移動したか否かを判定する（ステップＳ４４）。尚、検出した画像範囲の大きさ（及び形状）が前回検出した大きさ（及び形状）と相違する場合も追尾対象の被写体が移動したと判定する。
【００６８】
ステップＳ４４において、ＹＥＳと判定した場合には、ＡＦ枠の範囲をステップＳ４２において検出した画像範囲に更新すると共に（ステップＳ４６）、基準パターンをその画像範囲の画像に更新する（ステップＳ４８）。そして、更新したＡＦ枠の範囲の情報をレンズＣＰＵ５０に送信し（ステップＳ５０）、ステップＳ１０に戻る。ステップＳ４４においてＮＯと判定した場合には、ステップＳ４６からステップＳ５０までの処理を行わずにステップＳ１０に戻る。
【００６９】
以上、上記実施の形態では通常ＡＦにより合焦状態が得られない状況となると粗調ＡＦが実行されるが、一度、粗調ＡＦを行った後、粗調ＡＦの対象被写体の撮像画面内での大きさ（水平寸法Ｈ１）に変化が生じない場合には粗調ＡＦを行わず、通常ＡＦのみを行うようにしてもよい。
【００７０】
また、通常ＡＦと粗調ＡＦを併用するのではなく、通常ＡＦのみを実行するモードと粗調ＡＦのみを実行するモードとを選択できるようにしてもよい。
【００７１】
また、ズーミングが所定の速度以上で行われている場合、即ち、光学系の焦点距離が所定のしきい値以上の速さで変化している場合には粗調ＡＦを行い、ズーミングが前記所定の速度未満で行われている場合、即ち、光学系の焦点距離が前記しきい値未満の速さで変化している場合には通常ＡＦを行うようにしてもよい。この条件に加えてズーミングがワイド側からテレ側に行われている場合にのみ粗調ＡＦを行うようにしてもよい。
【００７２】
また、上記実施の形態では、ＡＦ枠の制御モードがＡＦ枠自動追尾モードの場合について説明したが、粗調ＡＦは、ＡＦ枠の制御モードに関係なく、マニュアルモードの場合であっても適用できる。
【００７３】
また、粗調ＡＦの対象被写体として、複数の候補の被写体を事前に登録しておいた場合に、ＡＦ枠の範囲内のピントを合わせる対象となっている被写体がどの候補の被写体かを選定する方法は、画像処理により自動で行うようにしてもよいし、操作者が選択するようにしてもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態のように粗調ＡＦの対象被写体の情報を事前に登録するのではなく、ＡＦ枠の範囲を操作して粗調ＡＦの対象被写体の水平方向の幅にＡＦ枠の水平方向の幅を一致させ、その対象被写体の実水平寸法Ｄを所定の入力手段から入力して粗調ＡＦを開始するようにしてもよい。
【００７５】
また、上記実施の形態では、被写体距離Ｌを算出するために水平方向の寸法を使用したが、鉛直方向や他の方向の寸法を使用して被写体距離Ｌを算出してもよい。
【００７６】
また、撮影する対象が特定の個人に決まっている場合には、粗調ＡＦの対象被写体とする被写体画像を登録しておく必要はなく、画像処理回路９０によって撮像画面内から任意の人物の顔や体全体を抽出するようにし、その顔や体全体の寸法として、事前に登録した特定の個人の寸法を使用して被写体距離Ｌを求めるようにしてもよい。
【００７７】
又、不特定多数の人物を撮影する場合に、そのグループの平均身長などを事前に登録しておき、平均身長の値を使用して被写体距離Ｌを求めるようにしてもよい。
【００７８】
また、自動車や航空機などの撮影方向が変わるものを粗調ＡＦの対象被写体とする場合には、その物の３次元データ（３次元形状や寸法のデータ）を登録しておけば、任意の角度からの撮影時にも粗調ＡＦを使用することができる。
【００７９】
また、上記実施の形態では、ＡＦ枠自動追尾をパターンマッチング処理により行う場合について説明したが、ＡＦ枠自動追尾の方法は任意の方法を採用することができる。
【００８０】
また、上記実施の形態では、光路長が異なる位置に撮像面が配置された複数のＡＦ用撮像素子により光路長差方式のＡＦを行う態様について説明したが、ＡＦの方式はこれに限らない。１つのＡＦ用撮像素子を使用してＡＦを行うものであってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０…テレビカメラ、１２…レンズ装置、１４…カメラ本体、１６…フォーカス・ＡＦ枠操作ユニット、１８…ズームデマンド、２０、２６…撮像部、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…映像用撮像素子、２４…ハーフミラー、３０…撮影レンズ、５０…レンズＣＰＵ、６０…ＡＦ用ＣＰＵ、８０…操作ユニットＣＰＵ、８２…フォーカスデマンド、８４…ＡＦ枠操作部、８６…モードスイッチ、１２０…フォーカスリング、Ｆ…フォーカスレンズ、Ｚ…ズームレンズ、Ｉ…アイリス、Ｒ１…前側リレーレンズ、Ｒ２…後側リレーレンズ、Ｒ３…リレーレンズ、Ａ、Ｂ…ＡＦ用撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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