(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルデータとして画像を取得する際にフォーカス制御用のレンズを有す光学系を制御する光学系制御装置であって、
画像中に評価領域を設定する領域設定手段と、
前記評価領域中のエッジを検出し、前記エッジの幅からフォーカスの程度を示す評価値を求める演算手段と、
前記評価値に基づいて前記光学系を駆動する制御手段と、
を備え、
前記領域設定手段が前記評価値の信頼性に相当する値に基づいて前記評価領域の拡大の要否を判定し、前記領域設定手段により前記評価領域が拡大された場合に、
前記レンズの合焦位置を求めるための基準値が変更され、
前記演算手段が、拡大された評価領域から前記レンズが第１の位置に位置する際の前記評価値としての第１の評価値、および、前記レンズが第２の位置に位置する際の前記評価値としての第２の評価値を求め、
前記制御手段が、前記第１および第２の評価値、並びに、前記基準値から前記レンズの合焦位置を求めることを特徴とする光学系制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学系制御装置であって、
前記信頼性に相当する値が、前記エッジの数であることを特徴とする光学系制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学系制御装置であって、
前記評価値が前記エッジの幅のヒストグラムから求められることを特徴とする光学系制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の光学系制御装置であって、
前記評価値が前記エッジの幅の平均値であり、
前記領域設定手段により前記評価領域が拡大された際に、前記基準値が増大されることを特徴とする光学系制御装置。
【請求項５】
デジタルデータとして画像を取得する際にフォーカス制御用のレンズを有す光学系を制御する光学系制御方法であって、
(a) フォーカスの程度を示す評価値の信頼性に相当する値に基づいて、画像中に設定される評価領域の拡大の要否を判定する工程と、
(b) 前記評価領域が拡大された場合に、前記レンズの合焦位置を求めるための基準値を変更する工程と、
(c) 拡大された評価領域からエッジを検出し、前記エッジの幅から前記レンズが第１の位置に位置する際の前記評価値としての第１の評価値、および、前記レンズが第２の位置に位置する際の前記評価値としての第２の評価値を求める工程と、
(d) 前記第１および第２の評価値、並びに、前記基準値から前記レンズの合焦位置を求める工程と、
を有することを特徴とする光学系制御方法。
【請求項６】
デジタルデータとして画像を取得する際に、制御装置にフォーカス制御用のレンズを有す光学系を制御させるプログラムを記録した記録媒体であって、前記プログラムの制御装置による実行は、前記制御装置に、
(a) フォーカスの程度を示す評価値の信頼性に相当する値に基づいて、画像中に設定される評価領域の拡大の要否を判定する工程と、
(b) 前記評価領域が拡大された場合に、前記レンズの合焦位置を求めるための基準値を変更する工程と、
(c) 拡大された評価領域からエッジを検出し、前記エッジの幅から前記レンズが第１の位置に位置する際の前記評価値としての第１の評価値、および、前記レンズが第２の位置に位置する際の前記評価値としての第２の評価値を求める工程と、
(d) 前記第１および第２の評価値、並びに、前記基準値から前記レンズの合焦位置を求める工程と、
を実行させることを特徴とする記録媒体。
【請求項７】
デジタルデータとして画像を取得する撮像装置であって、
請求項１ないし４のいずれかに記載の光学系制御装置、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を取得する際のオートフォーカス技術に関するものでり、例えば、デジタルデータとして画像を取得するデジタルカメラに利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のようにＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子を用いて画像を取得する撮像装置においては、いわゆるコントラスト方式と呼ばれる技術（または山登り方式とも呼ばれる。）がオートフォーカスを行うために適用されている。コントラスト方式は、フォーカスレンズを駆動させつつ各駆動段階で得られる画像のコントラストを評価値として取得し、最も評価値の高いレンズ位置をもって合焦位置とする方式である。
【０００３】
一方、特開平５−２１９４１８号公報に記載されているように、画像からエッジを抽出し、エッジの幅のヒストグラムからフォーカスレンズの合焦位置を推測するという方式（以下、「エッジ幅方式」という。）も提案されている。光学系が合焦状態にある場合に、ヒストグラムの重心に対応するエッジ幅は所定の値になるという原理を利用し、エッジ幅方式ではフォーカスレンズの複数の位置に対応するエッジ幅のヒストグラムを求めておき、複数のヒストグラムからフォーカスレンズの合焦位置が予測される。エッジ幅方式はフォーカスレンズの合焦位置を迅速に求めることができるという特徴を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来よりオートフォーカスを行う際には、計算量を減らすために画像中の固定された小領域に対してのみ演算処理が行われてきた。したがって、画像中のエッジを利用してオートフォーカスを行う場合に、その小領域の画像の空間周波数が低いとエッジが少ししか検出されないこととなる。この場合、エッジを利用して適切なオートフォーカスを行うことが困難となってしまう。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、画像のエッジを利用しつつオートフォーカス制御を適切に行うことを主たる目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、デジタルデータとして画像を取得する際にフォーカス制御用のレンズを有す光学系を制御する光学系制御装置であって、画像中に評価領域を設定する領域設定手段と、前記評価領域中のエッジを検出し、前記エッジの幅からフォーカスの程度を示す評価値を求める演算手段と、前記評価値に基づいて前記光学系を駆動する制御手段と、を備え、前記領域設定手段が前記評価値の信頼性に相当する値に基づいて前記評価領域の拡大の要否を判定し、前記領域設定手段により前記評価領域が拡大された場合に、前記レンズの合焦位置を求めるための基準値が変更され、前記演算手段が、拡大された評価領域から前記レンズが第１の位置に位置する際の前記評価値としての第１の評価値、および、前記レンズが第２の位置に位置する際の前記評価値としての第２の評価値を求め、前記制御手段が、前記第１および第２の評価値、並びに、前記基準値から前記レンズの合焦位置を求める。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学系制御装置であって、前記信頼性に相当する値が、前記エッジの数である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光学系制御装置であって、前記評価値が前記エッジの幅のヒストグラムから求められる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光学系制御装置であって、前記評価値が前記エッジの幅の平均値であり、前記領域設定手段により前記評価領域が拡大された際に、前記基準値が増大される。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、デジタルデータとして画像を取得する際にフォーカス制御用のレンズを有す光学系を制御する光学系制御方法であって、(a)フォーカスの程度を示す評価値の信頼性に相当する値に基づいて、画像中に設定される評価領域の拡大の要否を判定する工程と、(b)前記評価領域が拡大された場合に、前記レンズの合焦位置を求めるための基準値を変更する工程と、(c)拡大された評価領域からエッジを検出し、前記エッジの幅から前記レンズが第１の位置に位置する際の前記評価値としての第１の評価値、および、前記レンズが第２の位置に位置する際の前記評価値としての第２の評価値を求める工程と、(d)前記第１および第２の評価値、並びに、前記基準値から前記レンズの合焦位置を求める工程とを有する。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、デジタルデータとして画像を取得する際に、制御装置にフォーカス制御用のレンズを有す光学系を制御させるプログラムを記録した記録媒体であって、前記プログラムの制御装置による実行は、前記制御装置に、(a)フォーカスの程度を示す評価値の信頼性に相当する値に基づいて、画像中に設定される評価領域の拡大の要否を判定する工程と、(b)前記評価領域が拡大された場合に、前記レンズの合焦位置を求めるための基準値を変更する工程と、(c)拡大された評価領域からエッジを検出し、前記エッジの幅から前記レンズが第１の位置に位置する際の前記評価値としての第１の評価値、および、前記レンズが第２の位置に位置する際の前記評価値としての第２の評価値を求める工程と、(d)前記第１および第２の評価値、並びに、前記基準値から前記レンズの合焦位置を求める工程とを実行させる。
請求項７に記載の発明は、デジタルデータとして画像を取得する撮像装置であって、請求項１ないし４のいずれかに記載の光学系制御装置、を備えている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜１．  第１の実施の形態＞
＜１．１  デジタルカメラの構成＞
図１ないし図４は、静止画像をデジタルデータとして取得するデジタルスチルカメラ（以下、「デジタルカメラ」という。）１の外観構成の一例を示す図であり、図１は正面図、図２は背面図、図３は側面図、図４は底面図である。
【００１５】
デジタルカメラ１は、図１に示すように、箱型のカメラ本体部２と直方体状の撮像部３とから構成されている。
【００１６】
撮像部３の前面側には、撮影レンズであるマクロ機能付きズームレンズ３０１が設けられるとともに、銀塩レンズシャッターカメラと同様に、被写体からのフラッシュ光の反射光を受光する調光センサ３０５および光学ファインダ３１が設けられる。
【００１７】
カメラ本体部２の前面側には左端部にグリップ部４、そのグリップ部４の上部側に外部器機と赤外線通信を行うためのＩＲＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）インターフェイス２３６、および中央上部に内蔵フラッシュ５が設けられ、上面側にはシャッタボタン８が設けられている。シャッタボタン８は、銀塩カメラで採用されているような半押し状態と全押し状態とが検出可能な２段階スイッチになっている。
【００１８】
一方、図２に示すように、カメラ本体部２の背面側には、略中央に撮影画像のモニタ表示（ビューファインダに相当）、記録画像の再生表示等を行うための液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）１０が設けられている。また、ＬＣＤ１０の下方に、デジタルカメラ１の操作を行うキースイッチ群２２１〜２２６および電源スイッチ２２７が設けられる。電源スイッチ２２７の左側には、電源がオン状態で点灯するＬＥＤ２２８およびメモリカードへのアクセス中である旨を表示するＬＥＤ２２９が配置される。
【００１９】
さらに、カメラ本体部２の背面側には、「撮影モード」と「再生モード」との間でモードを切り替えるモード設定スイッチ１４が設けられる。撮影モードは写真撮影を行って被写体に関する画像を生成するモードであり、再生モードはメモリカードに記録された画像を読み出してＬＣＤ１０に再生するモードである。
【００２０】
モード設定スイッチ１４は２接点のスライドスイッチであり、下方位置にスライドセットすると撮影モードが機能し、上方位置にスライドセットすると再生モードが機能するように構成される。
【００２１】
また、カメラ背面右側には、４連スイッチ２３０が設けられ、撮影モードにおいてはボタン２３１，２３２を押すことによりズーミング倍率の変更が行われ、ボタン２３３，２３４を押すことによって露出補正が行われる。
【００２２】
撮像部３の背面には、図２に示すように、ＬＣＤ１０をオン／オフさせるためのＬＣＤボタン３２１およびマクロボタン３２２が設けられる。ＬＣＤボタン３２１が押されるとＬＣＤ表示のオン／オフが切り替わる。例えば、専ら光学ファインダ３１のみを用いて撮影するときには、節電の目的でＬＣＤ表示をオフにする。マクロ撮影（接写）時には、マクロボタン３２２を押すことにより、撮像部３においてマクロ撮影が可能な状態になる。
【００２３】
カメラ本体部２の側面には、図３に示すように端子部２３５が設けられており、端子部２３５にはＤＣ入力端子２３５ａと、ＬＣＤ１０に表示されている内容を外部のビデオモニタに出力するためのビデオ出力端子２３５ｂとが設けられている。
【００２４】
カメラ本体部２の底面には、図４に示すように、電池装填室１８とカードスロット（カード装填室）１７とが設けられる。カードスロット１７は、撮影された画像等を記録するための着脱自在なメモリカード９１等を装填するためのものである。カードスロット１７および電池装填室１８は、クラムシェルタイプの蓋１５により開閉自在になっている。なお、このデジタルカメラ１では、４本の単三形乾電池を電池装填室１８に装填することにより、これらを直列接続してなる電源電池を駆動源としている。また、図３に示すＤＣ入力端子２３５ａにアダプタを装着することで外部から電力を供給して使用することも可能である。
【００２５】
＜１．２  デジタルカメラの内部構成＞
次に、デジタルカメラ１における構成についてさらに詳細に説明する。図５は、デジタルカメラ１の構成を示すブロック図である。また、図６は撮像部３における各構成の配置の概略を示す図である。
【００２６】
図６に示すように、撮像部３におけるズームレンズ３０１の後方位置の適所にはＣＣＤ３０３を備えた撮像回路が設けられている。また、撮像部３の内部には、ズームレンズ３０１のズーム比の変更と収容位置、撮像位置間のレンズ移動を行うためのズームモータＭ１、自動的に合焦を行うためにズームレンズ３０１内のフォーカスレンズ３１１を移動させるオートフォーカスモータ（ＡＦモータ）Ｍ２、ズームレンズ３０１内に設けられた絞り３０２の開口径を調整するための絞りモータＭ３とが設けられている。図５に示すように、ズームモータＭ１、ＡＦモータＭ２、絞りモータＭ３は、カメラ本体部２に設けられたズームモータ駆動回路２１５、ＡＦモータ駆動回路２１４、絞りモータ駆動回路２１６によってそれぞれ駆動される。また、各駆動回路２１４〜２１６はカメラ本体部２の全体制御部２１１から与えられる制御信号に基づいて各モータＭ１〜Ｍ３を駆動する。
【００２７】
ＣＣＤ３０３は、ズームレンズ３０１によって結像された被写体の光像を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色成分の画像信号（各画素で受光された画素信号の信号列からなる信号）に光電変換して出力する。
【００２８】
撮像部３における露出制御は、絞り３０２の調整と、ＣＣＤ３０３の露光量、すなわちシャッタスピードに相当するＣＣＤ３０３の電荷蓄積時間とを調整して行われる。被写体のコントラストが低いために適切な絞りおよびシャッタースピードが設定できない場合には、ＣＣＤ３０３から出力される画像信号のレベル調整を行うことにより露光不足による不適正露出が補正される。すなわち、低コントラスト時は、絞りとシャッタースピードとゲイン調整とを組み合わせて露出レベルが適正レベルとなるように制御が行われる。なお、画像信号のレベル調整は、信号処理回路３１３内のＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路３１３ｂのゲイン調整により行われる。
【００２９】
タイミングジェネレータ３１４は、カメラ本体部２のタイミング制御回路２０２から送信される基準クロックに基づきＣＣＤ３０３の駆動制御信号を生成するものである。タイミングジェネレータ３１４は、例えば、積分開始／終了（露出開始／終了）のタイミング信号、各画素の受光信号の読出制御信号（水平同期信号、垂直同期信号、転送信号等）等のクロック信号を生成し、ＣＣＤ３０３に出力する。
【００３０】
信号処理回路３１３は、ＣＣＤ３０３から出力される画像信号（アナログ信号）に所定のアナログ信号処理を施すものである。信号処理回路３１３は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路３１３ａとＡＧＣ回路３１３ｂとを有し、ＣＤＳ回路３１３ａにより画像信号のノイズの低減を行い、ＡＧＣ回路３１３ｂでゲインを調整することにより画像信号のレベル調整を行う。
【００３１】
調光回路３０４は、フラッシュ撮影における内蔵フラッシュ５の発光量を全体制御部２１１により設定された所定の発光量に制御するものである。フラッシュ撮影時には、露出開始と同時に被写体からのフラッシュ光の反射光が調光センサ３０５により受光され、この受光量が所定の発光量に達すると、調光回路３０４から発光停止信号が出力される。発光停止信号はカメラ本体部２に設けられた全体制御部２１１を介してフラッシュ制御回路２１７に導かれ、フラッシュ制御回路２１７はこの発光停止信号に応答して内蔵フラッシュ５の発光を強制的に停止し、これにより内蔵フラッシュ５の発光量が所定の発光量に制御される。
【００３２】
次に、カメラ本体部２のブロックについて説明する。
【００３３】
カメラ本体部２内において、Ａ／Ｄ変換器２０５は、画像の各画素の信号を例えば１０ビットのデジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換器２０５は、タイミング制御回路２０２から入力されるＡ／Ｄ変換用のクロックに基づいて各画素信号（アナログ信号）を１０ビットのデジタル信号に変換する。
【００３４】
タイミング制御回路２０２は、基準クロック、タイミングジェネレータ３１４、Ａ／Ｄ変換器２０５に対するクロックを生成するように構成されている。タイミング制御回路２０２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を含む全体制御部２１１によって制御される。
【００３５】
黒レベル補正回路２０６は、Ａ／Ｄ変換された画像の黒レベルを所定の基準レベルに補正するものである。また、ＷＢ（ホワイトバランス）回路２０７は、γ補正後にホワイトバランスも併せて調整されるように、画素のＲ、Ｇ、Ｂの各色成分のレベル変換を行うものである。ＷＢ回路２０７は、全体制御部２１１から入力されるレベル変換テーブルを用いて画素のＲ、Ｇ、Ｂの各色成分のレベルを変換する。なお、レベル変換テーブルの各色成分の変換係数（特性の傾き）は全体制御部２１１により撮影画像ごとに設定される。
【００３６】
γ補正回路２０８は、画像のγ特性を補正するものである。画像メモリ２０９は、γ補正回路２０８から出力される画像のデータを記憶するメモリである。画像メモリ２０９は、１フレーム分の記憶容量を有している。すなわち、画像メモリ２０９は、ＣＣＤ３０３がｎ行ｍ列の画素を有している場合、ｎ×ｍ画素分のデータの記憶容量を有し、各画素のデータが対応するアドレスに記憶される。
【００３７】
ＶＲＡＭ（ビデオＲＡＭ）２１０は、ＬＣＤ１０に再生表示される画像のバッファメモリである。ＶＲＡＭ２１０は、ＬＣＤ１０の画素数に対応した画像データを格納することが可能な記憶容量を有している。
【００３８】
撮影モードにおける撮影待機状態では、ＬＣＤボタン３２１（図２参照）によってＬＣＤ表示がオン状態となっているときに、ＬＣＤ１０にライブビュー表示が行われる。具体的には、撮像部３から所定間隔ごとに得られる各画像に対して、Ａ／Ｄ変換器２０５〜γ補正回路２０８において各種の信号処理を施した後、全体制御部２１１が画像メモリ２０９に格納される画像を取得し、それをＶＲＡＭ２１０に転送することで、ＬＣＤ１０に撮影された画像を表示する。そして、ＬＣＤ１０に表示される画像を所定時間ごとに更新することで、ライブビュー表示が行われる。ライブビュー表示により、撮影者はＬＣＤ１０に表示された画像により被写体を視認することができる。なお、ＬＣＤ１０において画像を表示する際には、全体制御部２１１の制御によりバックライト１６が点灯する。
【００３９】
また、再生モードにおいては、メモリカード９１から読み出された画像が全体制御部２１１で所定の信号処理が施された後、ＶＲＡＭ２１０に転送され、ＬＣＤ１０に再生表示される。
【００４０】
カードインターフェイス２１２は、カードスロット１７を介してメモリカード９１への画像の書き込みおよび読み出しを行うためのインターフェイスである。
【００４１】
フラッシュ制御回路２１７は、内蔵フラッシュ５の発光を制御する回路であり、全体制御部２１１からの制御信号に基づいて内蔵フラッシュ５を発光させる一方、既述の発光停止信号に基づいて内蔵フラッシュ５の発光を停止させる。
【００４２】
ＲＴＣ（リアルタイムクロック）回路２１９は、撮影日時を管理するための時計回路である。
【００４３】
また、全体制御部２１１にはＩＲＤＡインターフェイス２３６が接続され、ＩＲＤＡインターフェイス２３６を介してコンピュータ５００や他のデジタルカメラといった外部器機と赤外線無線通信を行い、画像の無線転送等を行うことが可能となっている。
【００４４】
操作部２５０は、上述した、各種スイッチ、ボタンを包括するものであり、ユーザによって操作入力される情報は、操作部２５０を介して全体制御部２１１に伝達される。
【００４５】
全体制御部２１１は、上述した撮像部３内およびカメラ本体部２内の各部材の駆動を有機的に制御し、デジタルカメラ１の全体動作を司る。
【００４６】
また、全体制御部２１１は、自動焦点合わせを効率的に行うための動作制御を行うＡＦ（オートフォーカス）制御部２１１ａと、自動露出を行うためのＡＥ（オートエクスポージャ）演算部２１１ｂとを備えている。
【００４７】
ＡＦ制御部２１１ａには黒レベル補正回路２０６から出力される画像が入力され、オートフォーカスに用いるための評価値を求め、この評価値を用いて各部を制御することで、ズームレンズ３０１により形成される像の位置をＣＣＤ３０３の撮像面に一致させる。
【００４８】
また、ＡＥ演算部２１１ｂにも黒レベル補正回路２０６から出力される画像が入力され、所定のプログラムに基づいて、シャッタスピードと絞り３０２との適正値を演算する。ＡＥ演算部２１１ｂは、被写体のコントラストに基づいて、シャッタスピードと絞り３０２との適正値を所定のプログラムに従って演算する。
【００４９】
さらに、全体制御部２１１は撮影モードにおいて、シャッタボタン８により撮影が指示されると、画像メモリ２０９に取り込まれた画像のサムネイル画像と操作部２５０に含まれるスイッチから設定入力された圧縮率によりＪＰＥＧ方式で圧縮された圧縮画像とを生成し、撮影画像に関するタグ情報（コマ番号、露出値、シャッタスピード、圧縮率、撮影日、撮影時のフラッシュのオンオフのデータ、シーン情報、画像の判定結果等の情報）とともに両画像をメモリカード９１に記憶する。
【００５０】
撮影モードおよび再生モードを切り替えるためのモード設定スイッチ１４を再生モードに設定したときには、例えばメモリカード９１内のコマ番号の最も大きな画像データが読み出され、全体制御部２１１にてデータ伸張され、その画像がＶＲＡＭ２１０に転送されることにより、ＬＣＤ１０にはコマ番号の最も大きな画像、すなわち最後に撮影された画像が表示される。
【００５１】
＜１．３  デジタルカメラの動作の概略＞
次に、デジタルカメラ１の動作の概略について説明する。図７はデジタルカメラ１の動作の概略を示す図である。
【００５２】
モード設定スイッチ１４によりデジタルカメラ１の動作が撮影モードに設定されると、シャッタボタン８の半押しを待機する状態となる（ステップＳ１１）。シャッタボタン８が半押しされると、半押しを示す信号が全体制御部２１１に入力され、全体制御部２１１により撮影準備であるＡＥ演算（ステップＳ１２）およびＡＦ制御（ステップＳ１３）が実行される。すなわち、シャッタボタン８により全体制御部２１１への撮影準備の指示が行われる。
【００５３】
ＡＥ演算では、ＡＥ演算部２１１ｂにより露出時間および絞り値が求められ、ＡＦ制御では、ＡＦ制御部２１１ａによりズームレンズ３０１が合焦状態とされる。その後、シャッタボタン８の全押しを待機する状態へと移行する（ステップＳ１４）。
【００５４】
シャッタボタン８が全押しされると、ＣＣＤ３０３からの信号がデジタル信号に変換された後、画像メモリ２０９に画像データとして記憶される（ステップＳ１５）。これにより、被写体の画像が取得される。
【００５５】
撮影動作の終了後、または、シャッタボタン８の半押しの後、全押しされることがなかった場合（ステップＳ１６）、最初の段階へと戻る。
【００５６】
＜１．４  オートフォーカス制御＞
次に、ＡＦ制御部２１１ａの構成、および、第１の実施の形態におけるオートフォーカス（ＡＦ）制御について説明する。
【００５７】
図８は図５に示すＡＦ制御部２１１ａの構成を周辺の構成とともに示すブロック図である。ＡＦ制御部２１１ａは、黒レベル補正回路２０６から画像が入力されるヒストグラム生成回路２５１およびコントラスト算出回路２５２を有し、さらに、全体制御部２１１内のＣＰＵ２６１およびＲＯＭ２６２がＡＦ制御部２１１ａとしての機能の一部を担う。
【００５８】
ヒストグラム生成回路２５１は、画像中のエッジを検出し、エッジ幅のヒストグラムを生成する。コントラスト算出回路２５２は、画像のコントラストを求める。これらの構成の詳細については後述する。
【００５９】
ＣＰＵ２６１はＲＯＭ２６２内のプログラム２６２ａに従って動作を行うことにより、オートフォーカス動作の一部を行うとともにＡＦモータ駆動回路２１４に制御信号を送出する。プログラム２６２ａはデジタルカメラ１を製造した際にＲＯＭ２６２に記憶されていてもよく、プログラムを記録した記録媒体としてメモリカード９１を利用し、メモリカード９１からＲＯＭ２６２にプログラムが転送されてもよい。
【００６０】
図９は、オートフォーカスの際のＣＰＵ２６１の機能を他の構成とともにブロックにて示す図である。図９において、ヒストグラム生成回路２５１にて生成されたヒストグラムからノイズ成分を除去するノイズ除去部２６３、ヒストグラムからフォーカスの程度を示す評価値を求めるヒストグラム評価部２６４、フォーカスレンズ３１１の位置を変更するためのＡＦモータＭ２の駆動量を求める駆動量決定部２６５、コントラスト算出回路２５２からのコントラストを用いてＡＦモータＭ２の駆動方向（すなわち、フォーカスレンズ３１１の駆動（移動）方向）を決定する駆動方向決定部２６６、光学系が合焦状態であるか否かを検出する合焦検出部２６７、ＡＦモータＭ２への制御信号を生成してＡＦモータ駆動回路２１４に与える制御信号生成部２６８、および、ヒストグラム評価部２６４からの信号によりＡＦエリア（後述する）を設定し直す領域設定部２６９が、ＣＰＵ２６１が演算処理を行うことにより実現される機能に相当する。レンズの駆動制御は実質的には駆動量決定部２６５、駆動方向決定部２６６および合焦検出部２６７により実行される。
【００６１】
図１０はヒストグラム生成回路２５１におけるエッジ検出の様子を説明するための図である。図１０において横軸は水平方向に関する画素の位置に対応し、縦軸の上段は画素の輝度に対応する。縦軸の下段はエッジ幅の検出値に対応する。
【００６２】
図１０において左から右へとエッジの検出が行われる場合、隣接する画素の輝度差がしきい値Ｔｈ１以下の場合には、エッジは存在しないと判定される。一方、輝度差がしきい値Ｔｈ１を超える場合には、エッジの開始端が存在すると判定される。左から右へとしきい値Ｔｈ１を超える輝度差が連続する場合、エッジ幅検出値が上昇する。
【００６３】
エッジ開始端の検出後、輝度差がしきい値Ｔｈ１以下になるとエッジの終端が存在すると判定される。このとき、エッジの開始端に相当する画素と終端に相当する画素との輝度の差がしきい値Ｔｈ２以下の場合には、適切なエッジではないと判定され、しきい値Ｔｈ２を超える場合には適切なエッジであると判定される。
【００６４】
以上の処理を画像中の水平方向に並ぶ画素配列に対して行うことにより、画像中の水平方向のエッジの幅の値が検出される。
【００６５】
図１１は、ヒストグラム生成回路２５１の具体的構成を示す図であり、図１２ないし図１４はヒストグラム生成回路２５１の動作の流れを示す図である。以下、これらの図を参照しながらヒストグラムの生成についてさらに詳しく説明する。ただし、図１５に示すように画像４００の中央にオートフォーカスを行うための領域（以下、「ＡＦエリア」という。）４０１が予め設定されているものとし、図１６に示すようにＡＦエリア４０１内の座標（ｉ，ｊ）の画素の輝度をＤ（ｉ，ｊ）と表現する。
【００６６】
黒レベル補正回路２０６に接続されるヒストグラム生成回路２５１は、図１１に示すように第１微分フィルタ２７１が設けられる左側の構造と第２微分フィルタ２７２が設けられる右側の構造とが対称となっており、画像中を左から右へと走査した際に、輝度の立上がりに対応するエッジが第１微分フィルタ２７１側の構成により検出され、輝度の立下がり対応するエッジが第２微分フィルタ２７２側の構成により検出される。
【００６７】
ヒストグラム生成回路２５１では、まず、各種変数が初期化された後（ステップＳ１０１）、第１微分フィルタ２７１により隣接する画素間の輝度差（Ｄ（ｉ＋１，ｊ）−Ｄ（ｉ，ｊ））が求められ、比較器２７３により輝度差がしきい値Ｔｈ１を超えるか否かが確認される（ステップＳ１０２）。ここで、輝度差がしきい値Ｔｈ１以下の場合には、エッジは存在しないものと判定される。
【００６８】
一方、第２微分フィルタ２７２により隣接する画素間の輝度差（Ｄ（ｉ，ｊ）−Ｄ（ｉ＋１，ｊ））も求められ、比較器２７３により輝度差がしきい値Ｔｈ１を超えるか否かが確認される（ステップＳ１０５）。輝度差がしきい値Ｔｈ１以下の場合には、エッジは存在しないものと判定される。
【００６９】
その後、ｉを増加させつつステップＳ１０２およびステップＳ１０５が繰り返される（図１４：ステップＳ１２１，Ｓ１２２）。
【００７０】
ステップＳ１０２において、輝度差がしきい値Ｔｈ１を超える場合には、エッジの開始端（輝度信号の立ち上がり）が検出されたものと判定され、第１微分フィルタ２７１側のエッジ幅カウンタ２７６によりエッジ幅を示すエッジ幅検出値Ｃ１（初期値０）がインクリメントされ、かつ、エッジ幅を検出中であることを示すフラグＣＦ１が１にセットされる（ステップＳ１０３）。さらに、検出開始時の輝度がラッチ２７４に記憶される。
【００７１】
以後、ステップＳ１０２において輝度差がしきい値Ｔｈ１以下となるまでエッジ幅検出値Ｃ１が増加し（ステップＳ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１２１，Ｓ１２２）、輝度差がしきい値Ｔｈ１以下となると、フラグＣＦ１が０にリセットされ、このときの輝度がラッチ２７５に記憶される（ステップＳ１０２，Ｓ１０４）。
【００７２】
フラグＣＦ１が０にリセットされると、ラッチ２７４およびラッチ２７５に記憶されている輝度の差Ｄｄ１が比較器２７７に与えられ、輝度差Ｄｄ１がしきい値Ｔｈ２を超えるか否かが確認される（図１３：ステップＳ１１１）。輝度差Ｄｄ１がしきい値Ｔｈ２を超える場合には、適切なエッジが検出されたものと判定され、エッジ幅カウンタ２７６からエッジ幅検出値Ｃ１がヒストグラム生成部２７８に与えられ、エッジ幅がＣ１であるエッジの度数Ｈ［Ｃ１］がインクリメントされる（ステップＳ１１２）。これにより、エッジ幅がＣ１である１つのエッジの検出が完了する。
【００７３】
その後、エッジ幅検出値Ｃ１が０にリセットされる（ステップＳ１１５，Ｓ１１６）。
【００７４】
ステップＳ１０５において輝度差がしきい値Ｔｈ１を超える場合も同様に、エッジの開始端（輝度信号の立ち下がり）が検出されたものと判定され、第２微分フィルタ２７２側のエッジ幅カウンタ２７６によりエッジ幅を示すエッジ幅検出値Ｃ２（初期値０）がインクリメントされ、かつ、エッジ幅を検出中であることを示すフラグＣＦ２が１にセットされて検出開始時の輝度がラッチ２７４に記憶される（ステップＳ１０５，Ｓ１０６）。
【００７５】
以後、ステップＳ１０５において輝度差がしきい値Ｔｈ１以下となるまでエッジ幅検出値Ｃ２が増加し（ステップＳ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１２１，Ｓ１２２）、輝度差がしきい値Ｔｈ１以下となると、フラグＣＦ２が０にリセットされ、このときの輝度がラッチ２７５に記憶される（ステップＳ１０５，Ｓ１０７）。
【００７６】
フラグＣＦ２が０にリセットされると、ラッチ２７４およびラッチ２７５に記憶されている輝度の差Ｄｄ２が比較器２７７に与えられ、輝度差Ｄｄ２がしきい値Ｔｈ２を超えるか否かが確認される（ステップＳ１１３）。輝度差Ｄｄ２がしきい値Ｔｈ２を超える場合には、ヒストグラム生成部２７８においてエッジ幅がＣ２であるエッジの度数Ｈ［Ｃ２］がインクリメントされ（ステップＳ１１４）、エッジ幅がＣ２である１つのエッジの検出が完了する。
【００７７】
その後、エッジ幅検出値Ｃ２が０にリセットされる（ステップＳ１１７，Ｓ１１８）。
【００７８】
以上のエッジ検出処理を繰り返し、変数ｉがＡＦエリア４０１外の値となると（正確には、（ｉ＋１）がＡＦエリア４０１外の値となると）、変数ｊ以外が初期化されるとともに変数ｊがインクリメントされる（図１４：ステップＳ１２２〜Ｓ１２４）。これにより、ＡＦエリア４０１内の次の水平方向の画素配列に対してエッジ検出が行われる。水平方向のエッジ検出を繰り返し、やがて変数ｊがＡＦエリア４０１外の値になると、エッジ検出が終了する（ステップＳ１２５）。これにより、ヒストグラム生成部２７８にはエッジ幅と度数との関係を示すヒストグラムが生成される。
【００７９】
次に、図９に示すコントラスト算出回路２５２について説明する。デジタルカメラ１ではＡＦ制御の際にＡＦエリア４０１のコントラストも利用される。コントラストとしては、ＡＦエリア４０１内の輝度の変化の程度を示す指標値であればどのようなものが利用されてもよいが、デジタルカメラ１では、数１にて示される値がコントラストＶｃとして利用される。すなわち、コントラストＶｃとして、水平方向に隣接する画素の輝度差の総和が利用される。
【００８０】
【数１】
0003555583.tif 000002
【００８１】
ただし、数１においてｘはＡＦエリア４０１の水平方向の画素数であり、ｙは垂直方向の画素数である（図１６参照）。図示を省略しているが、コントラスト算出回路２５２は、図１１に示す第１微分フィルタ２７１および第２微分フィルタ２７２からの出力を累積する構造となっている。なお、コントラスト検出回路を別に設けてもよいし、コントラスト検出においては隣接する画素ではなく、２つ隣の画素との差を算出しても構わない。
【００８２】
図１７ないし図２０は、デジタルカメラ１におけるＡＦ制御（図７：ステップＳ１３）の全体の流れを示す図である。以下、図１７ないし図２０、並びに、図９を参照しながらオートフォーカスの際の動作について説明する。なお、以下の説明においてオートフォーカスの際に駆動されるフォーカスレンズ３１１を適宜、「レンズ」と略し、光学系が合焦状態となるフォーカスレンズ３１１の位置を「合焦位置」と呼ぶ。
【００８３】
まず、制御信号生成部２６８の制御により、レンズが基準位置Ｐ２から所定量だけ最近接側（最近接する被写体に焦点を合わせる位置側）の位置Ｐ１へと移動し、コントラスト算出回路２５２がコントラストＶｃ１を求め、駆動方向決定部２６６へと出力する（ステップＳ２０１）。続いて、レンズが基準位置Ｐ２へと戻ってコントラストＶｃ２が求められ（ステップＳ２０２）、さらに無限遠側（無限遠の被写体に焦点を合わせる位置側）へと所定量だけ移動した位置Ｐ３にてコントラストＶｃ３が求められる（ステップＳ２０３）。
【００８４】
駆動方向決定部２６６では、コントラストＶｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３が条件（Ｖｃ１≧Ｖｃ２≧Ｖｃ３）を満たすか否かを確認し（ステップＳ２０４）、満たされる場合には合焦位置が現在の位置Ｐ３に対して最近接側に存在するため、駆動方向を最近接側に向かう方向に決定し、満たされない場合には駆動方向を無限遠側に向かう方向に決定する（ステップＳ２０５，Ｓ２０６）。
【００８５】
次に、レンズが位置Ｐ３に位置する状態にて、ヒストグラム生成回路２５１によりエッジ幅のヒストグラムが生成され、ノイズ除去部２６３にてヒストグラムのノイズ成分が除去された後、ヒストグラム評価部２６４により検出されたエッジの個数（以下、「エッジ数」という。）Ｖｅｎが取得される（図１８：ステップＳ３０１）。
【００８６】
図２１は、ノイズ除去部２６３の処理の詳細を示す流れ図である。また、図２２および図２３はノイズ除去部２６３の動作の様子を説明するための図である。
【００８７】
ノイズ除去部２６３によるノイズの除去では、まず、ヒストグラムからエッジ幅が１（すなわち、１画素）の部分が削除される（ステップＳ４０１）。図２２に示すようにヒストグラム４１０はエッジ幅が１の部分４１１が突出した形状となっている。これは、ＡＦエリア４０１中の高周波ノイズが幅１のエッジとして検出されるためである。したがって、エッジ幅が１の部分４１１を削除することにより、後述する重心エッジ幅の精度向上が実現される。
【００８８】
次に、ヒストグラム４１０において度数が所定値Ｔｈ３以下の部分４１２，４１３が削除される（ステップＳ４０２）。ヒストグラム４１０において度数が低い部分は、一般に主被写体像以外のエッジを多く含むためである。換言すれば、ヒストグラムから度数が所定値よりも高い部分が抽出される。
【００８９】
さらに、図２３に示すように、度数が最大となるエッジ幅Ｅが検出され（ステップＳ４０３）、エッジ幅Ｅを中心として所定範囲内（図２３においてエッジ幅が（Ｅ−Ｅ１）から（Ｅ＋Ｅ１）の範囲内）の部分を抽出した新たなヒストグラム４１４が求められる（ステップＳ４０４）。なお、図２２および図２３では図示されていないが、ヒストグラムの形状によっては図２２において削除される部分４１２，４１３は図２３において削除される部分に必ず含まれるとは限らない。そこで、ステップＳ４０２の後にさらにステップＳ４０４が実行される。
【００９０】
ステップＳ４０４における抽出範囲の中心となるエッジ幅Ｅは、ステップＳ４０２後のヒストグラムの重心に対応するエッジ幅であってもよい。処理を簡略化するために、単に、所定値以下のエッジ幅の部分、あるいは、所定値以上のエッジ幅の部分をヒストグラムから除去するという手法が採用されてもよい。主被写体像のエッジ（すなわち、背景像から導かれるノイズ成分を含まないエッジ）の幅は所定の範囲内に通常収まることから、このような簡略化された処理であっても主被写体像におよそ対応するヒストグラムが求められる。
【００９１】
なお、図１８中のステップＳ３０１において取得されるエッジ数Ｖｅｎとしては、ステップＳ４０２にてノイズ成分が除去されたヒストグラムにおける総度数が利用されてもよく、ステップＳ４０４にてさらにノイズ成分が除去されたヒストグラムにおける総度数が利用されてもよい。
【００９２】
エッジ数Ｖｅｎが取得された後のステップＳ３０２〜Ｓ３０９はＡＦエリアの拡大に係る処理であるが、最初に実行される場合には繰り返しカウント値Ｒｅｐの初期値が０であることから、ＡＦエリアの拡大（ステップＳ３０７，Ｓ３０８）は実行されることなくステップＳ３１１へと移行する。
【００９３】
ステップＳ３１１では、ヒストグラム生成回路２５１により作成されたエッジ幅のヒストグラムからヒストグラムの代表値が求められる。ヒストグラムの代表値としては、デジタルカメラ１ではヒストグラムの重心に対応するエッジ幅（以下、「重心エッジ幅」という。）Ｖｅｗが利用される。ヒストグラムの代表値としては他の統計学的値が利用されてもよく、例えば、最大度数に対応するエッジ幅、エッジ幅のメジアン等が利用可能である。
【００９４】
ヒストグラム評価部２６４により、エッジ数Ｖｅｎおよび重心エッジ幅Ｖｅｗが取得されると、エッジ数Ｖｅｎが０であるか確認され、０でない場合にはエッジ数Ｖｅｎが所定値以下であるか確認され、所定値以下でない場合には、さらに、重心エッジ幅Ｖｅｗが８以上であるか否かが順次確認される（ステップＳ３１２，Ｓ３１４，Ｓ３１６）。
【００９５】
エッジ数Ｖｅｎが０の場合には、駆動量決定部２６５により、レンズの駆動による像面の移動量が１６Ｆδに決定され、駆動方向決定部２６６にて決定された方向にレンズの駆動が行われる（ステップＳ３１３）。ただし、Ｆは光学系のＦナンバーであり、δはＣＣＤ３０３の画素間のピッチ（間隔）に対応する許容散乱円の直径であり、Ｆδは焦点深度に相当する。フォーカス用のレンズを用いてＡＦ制御を行う場合、像面の移動量はレンズの移動量と等しいことから、実際にはレンズの移動量が１６Ｆδに決定される。
【００９６】
エッジ数Ｖｅｎが所定値以下の場合にはレンズが１２Ｆδだけ移動するように駆動され（ステップＳ３１５）、重心エッジ幅Ｖｅｗが８以上の場合にはレンズが８Ｆδだけ移動するように駆動される（ステップＳ３１７）。
【００９７】
このように、ＡＦ制御部２１１ａではエッジ数Ｖｅｎおよび重心エッジ幅Ｖｅｗを用いてレンズの駆動量を決定するようになっている。なぜならば、これらの値はフォーカスの程度を示す評価値として利用することができる値であり、フォーカスの程度が低い、すなわち、合焦位置からレンズが遠く離れているほど、１回の駆動でレンズを大きく移動させることが許容されるからである。
【００９８】
図２４は、エッジ数Ｖｅｎがフォーカスに関する評価値として利用可能であることを説明するための図である。図２４において横軸はレンズの位置に対応し、縦軸は検出されるエッジの総数（すなわち、エッジ数Ｖｅｎ）に対応する。図２４においてレンズ位置が４の場合にレンズが合焦位置に位置する。このとき、エッジ数は最大となる。そして、レンズ位置が合焦位置から離れるほどエッジ数が減少する。このようにエッジ数はフォーカスの程度を示す評価値として利用することができる。
【００９９】
一方、レンズが合焦位置に近づくほど画像がシャープになり、検出される各エッジの幅は短くなることから、当然、重心エッジ幅Ｖｅｗもフォーカスの程度を示す評価値として利用することができる。この場合、フォーカスの程度が高いほど値は小さくなる。なお、仮にフォーカスの程度が高いほど評価値が大きくなると定義する場合は、重心エッジ幅Ｖｅｗの逆数や所定値から重心エッジ幅Ｖｅｗを減算したもの等が評価値に相当する。
【０１００】
デジタルカメラ１の場合、予め実験により、エッジ数Ｖｅｎが０である場合に１６Ｆδ、エッジ数Ｖｅｎが所定値（例えば、２０）以下の場合には１２Ｆδ、重心エッジ幅Ｖｅｗが８以上の場合には８Ｆδだけレンズを移動させてもレンズが合焦位置を通り過ぎないことが確認されている。以上の理由により、図１９に示すステップＳ３１１〜Ｓ３１７によるレンズの駆動制御が行われる。
【０１０１】
その後、図１８中のステップＳ３０１へと戻り、エッジ数Ｖｅｎの取得が再度行われ、ステップＳ３０２〜Ｓ３０９の処理を経た後、ステップＳ３１１〜Ｓ３１７が繰り返される。すなわち、デジタルカメラ１では重心エッジ幅Ｖｅｗが８未満となるまでレンズの駆動が繰り返されるようになっている。
【０１０２】
ところで、初期設定あるいは使用者による設定ミスにより、ＡＦエリアが図２５に示すＡＦエリア４０２のようにコントラストの低い領域に設定されている場合、つまり、ＡＦエリア内にエッジがほとんど存在しない場合にはレンズの駆動を繰り返してもエッジ数Ｖｅｎが所定値以上にならなかったり、重心エッジ幅Ｖｅｗが８未満とならない可能性がある。この場合、適切なＡＦ制御を行うことが不可能となる。
【０１０３】
そこで、デジタルカメラ１ではこのような問題を図１８中のステップＳ３０１〜Ｓ３０９により回避している。すなわち、一般に画像全体にわたってコントラストが低いということは希であることから、初期設定時のＡＦエリア４０２から検出されるエッジが少ない場合には図２６に示すようにＡＦエリア４０２を拡大して新たなＡＦエリア４０３の設定が行われる。これにより、十分な数のエッジを取得することができ、適切なＡＦ制御が実現される。以下、主として領域設定部２６９により実行されるステップＳ３０１〜Ｓ３０９の動作について詳細に説明する。
【０１０４】
まず、ヒストグラム評価部２６４にて取得されたエッジ数Ｖｅｎが領域設定部２６９へと転送され（ステップＳ３０１）、ＡＦエリアが再設定されているか否かを示すＡＦエリア再設定フラグがＯＦＦであるか否かが確認される（ステップＳ３０２）。ＡＦエリア再設定フラグは初期値がＯＦＦであるため、ＡＦエリアの再設定が実行された後でない限りステップＳ３０３に移行する。ステップＳ３０３では、エッジ数Ｖｅｎが所定値以下であるか否かが確認される。所定値を越える場合には繰り返しカウント値Ｒｅｐが初期化され（ステップＳ３０４）、エッジ数Ｖｅｎが所定値を超えない場合は繰り返しカウント値Ｒｅｐがインクリメントされる（ステップＳ３０５）。すなわち、繰り返しカウント値Ｒｅｐは連続してエッジ数Ｖｅｎが所定値以下となる回数を示す。
【０１０５】
次に、繰り返しカウント値Ｒｅｐの値が３に達しているか否かが確認され（ステップＳ３０６）、繰り返しカウント値Ｒｅｐが３未満の場合は、ステップＳ３１１へと移行し、重心エッジ幅Ｖｅｗが求められる（ステップＳ３１１）。その後、ステップＳ３１６において重心エッジ幅Ｖｅｗが８未満とならない限り、レンズの駆動が行われ（ステップＳ３１３、Ｓ３１５、Ｓ３１７）、ステップＳ３０１へと戻る。
【０１０６】
ステップＳ３０１〜Ｓ３０６並びにステップＳ３１１〜Ｓ３１７の処理が繰り返された結果、エッジ数Ｖｅｎが連続して所定値以下となる回数が３回になると（Ｒｅｐ＝３）、現在のＡＦエリアでは適切なＡＦ制御が困難である可能性があるため、領域設定部２６９により現在のＡＦエリア（図２５参照）を４倍に拡大した新たなＡＦエリア（図２６参照）が再設定され（ステップＳ３０６，Ｓ３０７）、ＡＦエリア再設定フラグがＯＮとされる（ステップＳ３０８）。また、拡大されたＡＦエリアに対するエッジ数Ｖｅｎが再度求められる（ステップＳ３０９）。
【０１０７】
なお、ステップＳ３０６でエッジ数Ｖｅｎの比較対照となる所定値と、ステップＳ３１４でエッジ数Ｖｅｎの比較対照となる所定値とは独立に設定されてよく、これらの所定値の大小関係は任意であってよい。
【０１０８】
ただし、デジタルカメラ１ではエッジ数Ｖｅｎを重心エッジ幅Ｖｅｗの信頼性に相当する値として利用することによりＡＦエリアの拡大を行うことから、ステップＳ３１６，Ｓ３１７にて重心エッジ幅に基づくレンズ駆動が行われる前にＡＦエリアの拡大の要否が判定されることが好ましい場合がある。この場合、デジタルカメラ１では、ステップＳ３０６における所定値はステップＳ３１４における所定値よりも小さく設定される。
【０１０９】
ＡＦエリアの拡大が行われた後は、ＡＦエリア再設定フラグがＯＮであることからステップＳ３０２〜Ｓ３０９が実行されることなくエッジ数Ｖｅｎおよび重心エッジ幅Ｖｅｗの取得（ステップＳ３０１，Ｓ３１１）、並びに、レンズの駆動が繰り返される。
【０１１０】
レンズの駆動が繰り返されると、ＡＦエリアの拡大の有無に関わらず、やがてレンズが合焦位置に近づき、重心エッジ幅Ｖｅｗが８（画素）未満となる。以後は、通常の山登り方式によりレンズの駆動が行われる。すなわち、コントラスト算出回路２５２がコントラストＶｃを求め（図２０：ステップＳ３２１）、コントラストＶｃに応じて駆動量決定部２６５が移動量が２〜４Ｆδとなる範囲内でレンズの駆動量を求め、制御信号生成部２６８が駆動量に応じた制御信号をＡＦモータ駆動回路２１４に与えることによりＡＦモータＭ２の駆動が行われる（ステップＳ３２２）。
【０１１１】
その後、コントラストＶｃが再度取得され、コントラストＶｃが減少したか否かを合焦検出部２６７が確認しつつ駆動量決定部２６５がレンズを微少量ずつ移動させる（ステップＳ３２２〜Ｓ３２４）。コントラストＶｃの取得およびレンズの駆動が繰り返されると、やがてレンズが合焦位置を通り過ぎ、コントラストＶｃが減少する（ステップＳ３２４）。ここで、現在のレンズ位置近傍の複数のレンズ位置に対応するコントラストＶｃを補間することにより、コントラストＶｃが最大となるレンズ位置が合焦位置として求められ、さらに、レンズを振動させつつコントラストＶｃを取得してレンズ位置の微調整が行われる（ステップＳ３２５）。以上の動作により、ＡＦ制御が終了する。
【０１１２】
以上に説明したように、デジタルカメラ１ではＡＦエリアからエッジを検出し、エッジに関するフォーカスの程度を示す評価値を用いてレンズの１回の移動量、すなわち、レンズの駆動速度が変更される。これにより、高解像度の静止画像を取得する際の精度の高いフォーカス動作であっても迅速に行うことができる。
【０１１３】
また、検出されるエッジの数が少ない場合には、オートフォーカスに用いる評価値の信頼性が低いと考えられるため、ＡＦエリアを拡大し、より多くのエッジを検出して評価値が再度求められる。すなわち、デジタルカメラ１ではエッジ数Ｖｅｎを評価値の信頼性に相当する値として利用している。これにより、ＡＦエリアがローコントラストであるためＡＦ制御不能となることが低減され、適切なＡＦ制御が可能となる。
【０１１４】
なお、上記説明においてエッジ数Ｖｅｎおよび重心エッジ幅Ｖｅｗがレンズ駆動に利用されるフォーカスの程度を示す評価値であると説明したが、エッジ数Ｖｅｎを評価値として捉えた場合、評価値と評価値の信頼性に相当する値とは同一となる。すなわち、評価値自体が評価値の信頼性に対応していてもよい。
【０１１５】
また、一般に、高度な評価値をエッジから求めるためにはエッジ幅のヒストグラムが求められ、ヒストグラムの代表値が評価値として利用されることが好ましい。ヒストグラムの代表値は演算技術を考慮した場合、統計学的値として与えられることが好ましく、統計学的値としては平均値、メジアン、ピークに相当するエッジ幅等も利用可能である。デジタルカメラ１では、評価値の信頼性および演算量を比較考慮し、ヒストグラムの重心に対応するエッジ幅（すなわち、エッジ幅の平均値）が代表値として利用される。
【０１１６】
また、デジタルカメラ１では重心エッジ幅Ｖｅｗを求める際に、ヒストグラムからノイズに由来するノイズ成分を除去している。ノイズ成分のほとんどは幅が１（画素）のエッジであることから、エッジ幅が１の部分をヒストグラムから除去することにより効果的なノイズ除去が実現される。さらに、デジタルカメラ１では主被写体像に着目し、主被写体像以外のエッジと想定される部分もノイズとみなしてヒストグラムから除去することによりさらに適切なヒストグラムが生成される。ノイズ除去により高速かつ正確なＡＦ制御が実現される。
【０１１７】
一方、デジタルカメラ１では、エッジに関するフォーカスの評価値のみならず、コントラストを用いたフォーカスの評価値も利用することにより、精度の高いオートフォーカスを実現している。具体的には、コントラストＶｃをレンズの駆動方向の決定に用い、最終的な制御も重心エッジ幅よりも精度を高めることが可能なコントラストＶｃを用いて行っている。
【０１１８】
オートフォーカスの際にコントラストを求めるという技術は既に用いられている技術であることから、デジタルカメラ１では既存の技術とエッジを用いる技術とを利用し、さらに、精度の異なるコントラストＶｃ、重心エッジ幅Ｖｅｗおよびエッジ数Ｖｅｎを使い分けることにより、迅速かつ高精度なオートフォーカスが実現されている。一般に静止画像の取得する際には、撮影準備の指示に応じてフォーカスレンズが大きく移動するため、精度の異なる評価値を利用しつつレンズの駆動速度を変更することにより、静止画像を取得する際のオートフォーカスが迅速かつ適切に実現される。
【０１１９】
＜２．  第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、ＡＦエリアから抽出されるエッジを利用してフォーカスレンズの１回の駆動量（移動量）を求めるが、２つの重心エッジ幅を利用して合焦位置を予測することも可能である。以下、合焦位置を予測する基本的手法について説明した上で、この手法を利用する第２の実施の形態に係るＡＦ制御について説明する。
【０１２０】
図２７は、レンズが合焦位置に近づくにつれてエッジ幅のヒストグラムが変化する様子を示す図である。符号４３１はレンズが合焦位置から大きく離れている場合のヒストグラムを示し、符号４３２はヒストグラム４３１の場合よりもレンズが合焦位置に近い場合のヒストグラムを示す。符号４３３はレンズが合焦位置に位置する場合のヒストグラムを示す。また、符号Ｖｅｗ１１，Ｖｅｗ１２，Ｖｅｗｆはそれぞれ、ヒストグラム４３１，４３２，４３３の重心エッジ幅である。
【０１２１】
図２７に示すように、重心エッジ幅はレンズが合焦位置に近づくにつれて小さくなる。最小の重心エッジ幅Ｖｅｗｆは、光学系のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：光学系が空間周波数に対して像のコントラストをどの程度再現することができるのかを示す指標値）、撮影条件、被写体等によって若干変化するが、合焦であると判定する基準が緩やかな場合には、レンズが合焦位置に位置する際の最小の重心エッジ幅Ｖｅｗｆを一定の値とみなすことが可能であり、予め求めておくことができる。以下の説明において、最小の重心エッジ幅Ｖｅｗｆを「基準エッジ幅」という。
【０１２２】
図２８は、レンズ位置と重心エッジ幅との関係を示す図であり、レンズ位置Ｌ１，Ｌ２に対応する重心エッジ幅がＶｅｗ２１，Ｖｅｗ２２であり、合焦位置Ｌｆに対応する基準エッジ幅がＶｅｗｆである。図２８に示すように、一般に、レンズ位置と重心エッジ幅とは線形の関係にあるとみなすことができる。したがって、レンズ位置Ｌ１，Ｌ２に対応する重心エッジ幅Ｖｅｗ２１，Ｖｅｗ２２が求められると、基準エッジ幅Ｖｅｗｆを利用して数２により合焦位置Ｌｆを求めることができる。
【０１２３】
【数２】
0003555583.tif 000003
【０１２４】
なお、重心エッジ幅に代えて、エッジ幅の平均値、ヒストグラムのピークに対応するエッジ幅、メジアン等の統計学的値を合焦位置を求める際に利用することも可能である。
【０１２５】
また、図２６に示す手法では、少なくとも２つのレンズ位置において重心エッジ幅を求めることにより合焦位置Ｌｆを求めることが可能であるが、より精度を高めるために、各レンズ位置Ｌ１，Ｌ２から所定距離ａＦδだけ前後の位置（Ｌ１±ａＦδ），（Ｌ２±ａＦδ）での重心エッジ幅を用いてレンズ位置Ｌ１，Ｌ２における重心エッジ幅の精度が高められてもよい。具体的には、位置（Ｌ１−ａＦδ），Ｌ１，（Ｌ１＋ａＦδ）における重心エッジ幅がＶｅｗ３１，Ｖｅｗ３２，Ｖｅｗ３３である場合には、数３によりこれらの値にローパスフィルタを作用させた値Ｖｅｗ３がレンズ位置Ｌ１の重心エッジ幅として求められる。
【０１２６】
【数３】
0003555583.tif 000004
【０１２７】
同様に、位置（Ｌ２−ａＦδ），Ｌ２，（Ｌ２＋ａＦδ）における重心エッジ幅がＶｅｗ４１，Ｖｅｗ４２，Ｖｅｗ４３である場合には、数４により値Ｖｅｗ４がレンズ位置Ｌ２の重心エッジ幅として求められる。
【０１２８】
【数４】
0003555583.tif 000005
【０１２９】
もちろん、３以上の任意のレンズ位置にて重心エッジ幅を求め、最小二乗法を用いてレンズ位置と重心エッジ幅との関係を示す直線が求められてもよい。
【０１３０】
次に、第２の実施の形態におけるＡＦ制御の流れについて説明する。なお、第２の実施の形態に係るデジタルカメラ１の構成および基本動作（図７）は第１の実施の形態と同様であるものとする。
【０１３１】
図２９ないし図３１は、第２の実施の形態におけるＡＦ制御の流れの一部を示す図である。オートフォーカスでは、まず、第１の実施の形態と同様の手法（図１７：ステップＳ２０１〜Ｓ２０６）にてレンズの駆動方向が決定される。
【０１３２】
駆動方向が決定されると、レンズが初期位置に存在する状態にてヒストグラム評価部２６４によって、エッジ数Ｖｅｎが取得される（ステップＳ５０１）。その後、繰り返しカウント値Ｒｅｐが０であることから、第１の実施の形態と同様にＡＦエリアの拡大に係る処理がスキップされ、ステップＳ５１１へと移行する。
【０１３３】
取得されたエッジ数Ｖｅｎが０の場合、駆動量決定部２６５により駆動量（レンズの移動量）が１６Ｆδに設定され（ステップＳ５１１、Ｓ５１２）、エッジ数Ｖｅｎが０ではないが所定値（例えば、２０）以下の場合にはレンズの移動量が１２Ｆδに設定される（ステップＳ５１３、Ｓ５１４）。
【０１３４】
ステップＳ５１２またはステップＳ５１４が実行された場合には、設定された駆動方向に設定された移動量だけレンズが移動し（ステップＳ５１６）、ステップＳ５０１へと戻る。そして、移動量の設定およびレンズ移動、並びに、エッジ数Ｖｅｎの算出が繰り返されることにより、エッジ数Ｖｅｎが所定値を超えるレンズ位置（以下、「位置Ｌ１」と呼ぶ。）までレンズが移動し、その位置における重心エッジ幅Ｖｅｗが求められる（ステップＳ５１５）。
【０１３５】
このとき、第１の実施の形態と同様に、ＡＦエリアから検出されるエッジ数が少ない場合には領域設定部２６９によるＡＦエリアの拡大が行われる。すなわち、ステップＳ５０１にて取得されるエッジ数Ｖｅｎが所定値以下の場合には繰り返しカウント値Ｒｅｐがインクリメントされ、所定値を越える場合には０に設定される（ステップＳ５０３〜Ｓ５０５）。レンズ移動が繰り返されることにより、繰り返しカウント値Ｒｅｐが３になった場合（すなわち、連続してエッジ数Ｖｅｎが所定値以下になると）、ＡＦエリアが４倍に拡大され、ＡＦエリア再設定フラグがＯＮとされるとともに合焦位置の予測に利用される基準エッジ幅Ｖｅｗｆが増大される（例えば、２増加される。）（ステップＳ５０７〜Ｓ５０９）。その後、拡大されたＡＦエリアからエッジ数が再度取得される（ステップＳ５１０）。
【０１３６】
ＡＦエリアが拡大されると、拡大されたＡＦエリアにて遠近の被写体が競合する確率が高くなる。通常、遠近の被写体が競合する場合、合焦とみなせる際の重心エッジ幅が大きくなることから、拡大前のＡＦエリア用に予め定められている基準エッジ幅Ｖｅｗｆは拡大後のＡＦエリアにおいては適切な値とはいえない。そこで、基準エッジ幅ＶｅｗｆがＡＦエリアの拡大に伴って大きな値に変更される（ステップＳ５０９）。
【０１３７】
なお、ＡＦエリアが拡大された場合、通常、基準エッジ幅Ｖｅｗｆは大きく設定されるが、レンズにレインドロップあるいはほこり等が付着していてもそれらにピントを合わせる必要がないため、そのような場合には基準エッジ幅Ｖｅｗｆを小さく変更するように手動にて切替可能とされてもよい。
【０１３８】
以上のように、第２の実施の形態では、必要に応じてＡＦエリアを拡大しながら、エッジ数Ｖｅｎが所定値以下となるレンズ位置Ｌ１までレンズの駆動が行われる。
【０１３９】
レンズが位置Ｌ１に達し、位置Ｌ１における重心エッジ幅Ｖｅｗ２１が求められると（ステップＳ５１５）、重心エッジ幅Ｖｅｗ２１を記憶するとともに設定された駆動方向に予め定められた移動量だけレンズが大きく駆動される（図３１：ステップＳ５２１）。移動後の位置（以下、「位置Ｌ２」と呼ぶ。）では、重心エッジ幅Ｖｅｗ２２が再度求められる（ステップＳ５２２）。
【０１４０】
その後、数２による演算が行われ、およその合焦位置が求められる（ステップＳ５２３）。すなわち、合焦位置が推測される。レンズは求められた合焦位置へと速やかに移動し（ステップＳ５２４）、コントラストＶｃを求めつつレンズが合焦位置へと正確に一致するように微調整が行われる（ステップＳ５２５）。
【０１４１】
以上のように、第２の実施の形態におけるＡＦ制御では、第１の位置Ｌ１および第２の位置Ｌ２にて重心エッジ幅Ｖｅｗを求め、合焦位置の推測を行う。したがって、レンズを合焦位置へと迅速に移動させることができる。また、重心エッジ幅を用いたレンズ移動とコントラストを用いたレンズ移動とを併用するため、レンズを合焦位置に正確に位置させることも可能となる。
【０１４２】
また、第１の実施の形態と同様にＡＦエリアから検出されるエッジ数Ｖｅｎが所定値以下の場合には、ＡＦエリアを拡大することによって、より適切なＡＦ制御を行うことができる。
【０１４３】
さらに、ＡＦエリアを拡大した場合に、基準エッジ幅Ｖｅｗｆも変更することにより、より適切なＡＦ制御を行うことができる。
【０１４４】
また、第２の実施の形態では、エッジ数が所定値を超える位置Ｌ１まで予め移動させておき、その上で予め決定された駆動方向、すなわち、合焦位置へと向かう方向へとレンズを移動させて位置Ｌ２に位置させるため、合焦位置の推測を適切に行うことができる。
【０１４５】
なお、第２の実施の形態においても重心エッジ幅Ｖｅｗに代えてヒストグラムの他の代表値がフォーカスの程度を示す評価値として利用されてもよい。
【０１４６】
また、第１の位置Ｌ１と第２の位置Ｌ２との間の距離は、予め一定の値に定められていてもよいが、位置Ｌ１におけるエッジ数Ｖｅｎや重心エッジ幅Ｖｅｗに応じて変更されてもよい。すなわち、合焦位置の推測を適切に行うためにこれらの評価値が示すフォーカスの程度が低いほど、位置Ｌ１と位置Ｌ２との間の距離が大きく設定されてもよい。
【０１４７】
＜３．  変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【０１４８】
例えば、上記実施の形態では、光学系を有する撮像部３と、光学系を制御するカメラ本体部２とが分離可能となっており、カメラ本体部２が光学系に対する制御装置となっているが、光学系と制御系とを一体的に有するデジタルカメラであってもよい。また、光学系と制御装置とをケーブルを用いて接続した構成であってもよい。この場合、制御装置としては汎用のコンピュータが利用されてもよく、コンピュータには光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等の記録媒体を介して予め光学系制御用のプログラムがインストールされる。
【０１４９】
撮影準備はシャッタボタン８以外の構成によりＡＦ制御部２１１ａに指示されてもよい。例えば、使用者がファインダ３１に目を近づけたことを検出したり、グリップ部４が把持されたことを検出するセンサがＡＦ制御部２１１ａに撮影準備を指示する信号を送出してもよい。シャッタボタン８以外のボタンの操作により発生する信号やセルフタイマー、インターバル撮影の際に利用されるタイマーからの信号により撮影準備が指示されてもよい。このように、撮影直前であることをＡＦ制御部２１１ａに指示することができるのであるならば、様々な構成を撮影準備の指示を行う構成として利用することができる。
【０１５０】
デジタルカメラ１では、図８に示すようにＡＦ制御部２１１ａにおける処理が、専用の回路による処理とＣＰＵによるソフトウェア的処理とに分担されているが、全てＣＰＵにより実行することも可能である。この場合、プログラムをＣＰＵが実行することにより上記実施の形態にて説明したＡＦ制御の全てが実行されることとなる。逆に、ＡＦ制御部２１１ａにおける処理の全てを専用の回路により実現することも可能である。
【０１５１】
なお、上記実施の形態におけるエッジ検出処理は一例にすぎず、他の手法によりエッジが検出されてもよい。また、上記実施の形態におけるエッジ検出は水平方向に対してのみ行われるが、垂直方向に対してエッジが検出されてもよく、双方向からエッジ検出が行われてもよい。
【０１５２】
第１の実施の形態では、コントラストを評価値として用いてレンズの駆動方向が決定される。しかしながら、コントラストに代えて重心エッジ幅を用いてレンズの駆動方向を決定することも可能である。この場合、コントラストを用いることなくレンズの駆動方向が決定される。
【０１５３】
同様に、レンズを合焦位置に正確に合わせる際もコントラストに代えて重心エッジ幅を利用することが可能である。
【０１５４】
また、エッジに関する評価値としてはさらに他のものも利用可能であり、例えば、基準エッジ幅に近い幅３，４程度のエッジの度数が単純に評価値として利用されてもよく、基準エッジ幅を含む所定のエッジ幅の範囲内におけるエッジの度数が全度数に占める割合を評価値として利用することも可能である。この場合、度数が高いほどフォーカスの程度が高くなる。
【０１５５】
デジタルカメラ１では、フォーカスレンズの位置を制御することによりＡＦ制御が行われるため、レンズ位置という言葉を用いてＡＦ制御を説明したが、複数のレンズを駆動してＡＦ制御を行う場合であっても上記実施の形態に係るＡＦ制御を利用することができる。すなわち、上記実施の形態におけるレンズ位置は、少なくとも１つのレンズの配置に対応付けることが可能である。
【０１５６】
また、デジタルカメラ１では、オートフォーカス用の評価値を求めるために黒レベル補正回路２０６から画像信号を全体制御部２１１に入力するが、他の部分から全体制御部２１１に入力されてもよい。撮像のための少なくとも１つのレンズもズームレンズでなくてもよい。
【０１５７】
上記実施の形態では、エッジ数Ｖｅｎによってオートフォーカス用の評価値の信頼性を評価しＡＦエリアを拡大しているが、例えば、二つのレンズ位置による評価値を求め、その差分を評価値の信頼性に相当する値として利用することも可能である。この場合、例えば、差分がしきい値を越えない場合にＡＦエリアが拡大されるようにしてもよい。
【０１５８】
上記実施の形態では、ＡＦエリア再設定フラグを判定することにより（図１８：ステップＳ３０２および図２９：ステップＳ５０２）、一度再設定が行われた後は再度ＡＦエリアの再設定が行われることはないが、任意の回数再設定を行うようにしてもよい。例えば、第１の実施の形態において、ステップＳ３０２によりステップＳ３０３〜Ｓ３０８がスキップされる際に、ＡＦエリア再設定フラグをＯＦＦに初期化してもよい。
【０１５９】
また、ＡＦエリア４０１の拡大率は４倍に限られるものではなく、任意に設定されてよい。
【０１６０】
上記実施の形態では、連続してエッジ数Ｖｅｎが所定値以下である回数が３回に達した場合にＡＦエリアがコントラストの低い状態であるとみなしているが、３回に限られるものではなく、任意の回数に設定されてよい。
【０１６１】
上記実施の形態では、エッジを利用することにより高速なＡＦ制御を実現するため静止画像の取得に特に適しているが、上記実施の形態における様々な技術は動画像の取得に応用することができる。
【０１６２】
【発明の効果】
請求項１ないし７の発明では、必要に応じて評価領域が拡大されるため、オートフォーカスを適切に行うことができる。また、レンズの第１の位置と第２の位置とにおける評価値並びに基準値からレンズの合焦位置を求めることにより、迅速なオートフォーカスが可能となる。さらに、評価領域を拡大する際に、基準値を変更することにより、より適切なオートフォーカスが可能となる。
【０１６３】
請求項２の発明では、評価値の信頼性に相当する値としてエッジの数を用い、請求項３の発明では、ヒストグラムの重心エッジ幅を評価値として用いることにより、適切なオートフォーカスが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】デジタルカメラの正面図である。
【図２】デジタルカメラの背面図である。
【図３】デジタルカメラの側面図である。
【図４】デジタルカメラの底面図である。
【図５】デジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図６】撮像部の内部構成を示す図である。
【図７】デジタルカメラの動作の概略を示す流れ図である。
【図８】ＡＦ制御部の構成を示すブロック図である。
【図９】ＡＦ制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図１０】エッジ検出の様子を説明するための図である。
【図１１】ヒストグラム生成回路の構成を示すブロック図である。
【図１２】ヒストグラム生成の流れを示す図である。
【図１３】ヒストグラム生成の流れを示す図である。
【図１４】ヒストグラム生成の流れを示す図である。
【図１５】ＡＦエリアを示す図である。
【図１６】ＡＦエリアの画素配列を示す図である。
【図１７】第１の実施の形態におけるＡＦ制御の流れを示す図である。
【図１８】第１の実施の形態におけるＡＦ制御の流れを示す図である。
【図１９】第１の実施の形態におけるＡＦ制御の流れを示す図である。
【図２０】第１の実施の形態におけるＡＦ制御の流れを示す図である。
【図２１】ヒストグラムのノイズ除去の流れを示す図である。
【図２２】ヒストグラムからノイズ成分を除去する様子を示す図である。
【図２３】ヒストグラムからノイズ成分を除去する様子を示す図である。
【図２４】レンズ位置とエッジ数との関係を示す図である。
【図２５】ＡＦエリアがコントラストの低い位置に設定される例を示す図である。
【図２６】ＡＦエリアが拡大された状態を示す図である。
【図２７】レンズ位置の変化によるヒストグラムの変化を示す図である。
【図２８】レンズ位置と重心エッジ幅との関係を示す図である。
【図２９】第２の実施の形態におけるＡＦ制御の流れを示す図である。
【図３０】第２の実施の形態におけるＡＦ制御の流れを示す図である。
【図３１】第２の実施の形態におけるＡＦ制御の流れを示す図である。
【符号の説明】
１  デジタルカメラ
２  本体部
８  シャッタボタン
９１  記録媒体
２５１  ヒストグラム生成回路
２６１  ＣＰＵ
２６２  ＲＯＭ
２６２ａ  プログラム
２６４  ヒストグラム評価部
２６５  駆動量決定部
２６８  制御信号生成部
２６９  領域設定部
３０１  ズームレンズ
４０１，４０２，４０３  ＡＦエリア
４１０，４１４，４３１〜４３３  ヒストグラム
Ｓ２０１〜Ｓ２０６，Ｓ３０１〜Ｓ３０９，Ｓ３１１〜Ｓ３１７，Ｓ３２１，Ｓ４０１〜Ｓ４０４，Ｓ５０１〜Ｓ５１０，Ｓ５１１〜Ｓ５１６，Ｓ５２１  ステップ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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