(57)【要約】      （修正有）【課題】ズーム中のピントのズレを軽減することを可能とするレンズ制御装置、レンズ制御方法および当該レンズ制御装置を備える撮像装置を提供する。【解決手段】レンズ制御装置１５は、ズームレンズ１の位置と、フォーカスレンズ２の位置とを制御すると共に、フォーカスレンズ２の目標位置を取得するレンズ制御部１０を備える。これらの情報を基に、レンズ制御部１０は、ズームレンズ１とフォーカスレンズ２とを有する撮影光学系の焦点位置が移動するように、ズームレンズ１の移動方向に基づいてフォーカスレンズ２の目標位置を取得する。【選択図】図１
2019082646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ズームレンズの位置と、フォーカスレンズの位置とを制御する制御手段と、
前記フォーカスレンズの目標位置を取得する取得手段とを備え、
前記制御手段は、前記フォーカスレンズの位置を前記目標位置へ制御し、
前記取得手段は、前記ズームレンズと前記フォーカスレンズとを有する撮影光学系の焦点位置が移動するように、前記ズームレンズの移動方向に基づいて前記フォーカスレンズの前記目標位置を取得することを特徴とするレンズ制御装置。
【請求項２】
前記取得手段は、
前記ズームレンズの移動によりズーム倍率が大きくなる場合は、前記焦点位置が遠ざかるように前記フォーカスレンズの前記目標位置を取得することを特徴とする請求項１に記載のレンズ制御装置。
【請求項３】
前記取得手段は、
前記ズームレンズの位置の移動に基づいて推定した、ズームレンズの移動後の被写体距離とズームレンズの移動による被写体距離の変化方向との少なくともいずれかと、前記ズームレンズの移動に基づく像面位置の変化と、に基づいて、前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ制御装置。
【請求項４】
前記取得手段は、
前記ズームレンズと前記フォーカスレンズとを有する撮影光学系を介して入射した光を光電変換して取得された映像信号に基づく焦点検出の結果に基づいて前記ズームレンズの移動前の被写体距離を取得し、
前記ズームレンズの移動前の被写体距離に基づいて前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
【請求項５】
複数の被写体距離のそれぞれに合焦するときの、前記ズームレンズの位置と、前記フォーカスレンズの位置との関係を示す軌跡を記憶する記憶手段と、
被写体距離を取得する被写体距離取得手段とを備え、
前記取得手段は、
前記ズームレンズの移動によりズーム倍率が大きくなると、
前記ズームレンズの移動前に取得した被写体距離に対応する軌跡である第１の軌跡と、該軌跡よりも長い被写体距離に対応する軌跡である第２の軌跡と、に基づいて、前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項３または４に記載のレンズ制御装置。
【請求項６】
前記取得手段は、
前記第１の軌跡と前記第２の軌跡とを合成して取得した軌跡に基づいて、前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項５に記載のレンズ制御装置。
【請求項７】
前記取得手段は、前記第２の軌跡を、前記フォーカスレンズと前記ズームレンズとを有する撮影光学系により決定される被写界深度に関する情報と、前記ズームレンズの移動速度に関する情報と、前記ズームレンズの移動量に関する情報との少なくともいずれかに応じて変更することを特徴とする請求項５又は６に記載のレンズ制御装置。
【請求項８】
前記ズームレンズの移動を指示するズーム動作指示手段を備え、
前記取得手段は、
前記ズーム動作指示手段により前記ズームレンズの位置の目標位置（ズーム先焦点距離）が指示された場合、
前記ズームレンズと前記フォーカスレンズとの位置関係が、前記ズームレンズの目標位置において前記第２の軌跡上の位置関係と一致するように、
前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
【請求項９】
前記取得手段は、前記ズームレンズの移動量と前記ズームレンズの移動に基づく前記焦点位置の移動量との比が所定値以下になるように前記目標位置を取得することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
【請求項１０】
前記取得手段は、
前記ズームレンズの移動前に取得した被写体距離と、前記ズームレンズの移動量に関する情報とに基づいて前記ズームレンズの移動後の被写体距離を推定することを特徴とする請求項３または４に記載のレンズ制御装置。
【請求項１１】
前記ズームレンズの移動量に関する情報は、ズームレンズの移動前の焦点距離とズームレンズの移動後の焦点距離との比であることを特徴とする請求項１０に記載のレンズ制御装置。
【請求項１２】
前記取得手段は、
被写体のサイズと前記ズームレンズの移動後のズーム倍率に関する情報とに基づいて前記ズームレンズの移動後の被写体距離を推定することを特徴とする請求項３に記載のレンズ制御装置。
【請求項１３】
前記取得手段は、
前記ズームレンズの移動により、前記映像信号における前記被写体の大きさが一定に保たれると仮定して、前記ズームレンズの移動量に基づいて前記目標位置を取得することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
【請求項１４】
前記取得手段は、
前記ズームレンズの移動に基づいて前記焦点位置が移動するように前記フォーカスレンズの目標位置を取得する第１のモードと、
前記ズームレンズと前記フォーカスレンズとを有する撮影光学系を介して入射した光を光電変換して取得された映像信号に基づく焦点検出の結果に基づいて前記フォーカスレンズの目標位置を取得する第２のモードと、のいずれかで前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
【請求項１５】
前記取得手段は、
前記ズームレンズの位置の変化に基づいて前記焦点位置が移動するように前記フォーカスレンズの目標位置を取得する第１のモードと、
前記ズームレンズの位置の変化に基づいて前記焦点位置が移動しないように前記フォーカスレンズの目標位置を取得する第２のモードと、のいずれかで前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のレンズ制御装置。
【請求項１６】
前記映像信号に基づいて、主被写体を検出する被写体検出手段を備え、
前記取得手段は、前記被写体検出手段により検出された前記主被写体の位置に応じて前記第１のモードと前記第２のモードとを切り替えることを特徴とする請求項１４または１５に記載のレンズ制御装置。
【請求項１７】
前記取得手段は、
撮影範囲において、撮影範囲の中心から前記主被写体までの距離が第１の閾値以下の場合は第２のモードにより前記フォーカスレンズの目標位置を取得し、
前記撮影範囲の中心から前記主被写体までの距離が前記第１の閾値より大きい場合は、第１のモードにより前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項１４または１５に記載のレンズ制御装置。
【請求項１８】
前記焦点検出の信頼度を取得する信頼度取得手段を備え、
前記信頼度が第２の閾値以下の場合は前記第１のモードにより前記フォーカスレンズの目標位置を取得し、
前記信頼度が前記第２の閾値より大きい場合は、前記第２のモードにより前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項１４に記載のレンズ制御装置。
【請求項１９】
前記取得手段は、前記レンズ制御装置がマニュアルフォーカスモードで前記焦点位置を調整している場合、前記第２のモードにより前記フォーカスレンズの目標位置を取得することを特徴とする請求項１４または１５に記載のレンズ制御装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のレンズ制御装置と、
前記ズームレンズと前記フォーカスレンズとを有する撮影光学系を介して入射した光を光電変換して映像信号を出力する撮像手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２１】
前記映像信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段を備え、
前記焦点検出手段は、前記映像信号のコントラストに基づいて前記焦点検出を行うことを特徴とする請求項２０に記載の撮像装置。
【請求項２２】
フォーカスレンズの目標位置を取得する取得工程と、
ズームレンズの位置と、前記フォーカスレンズの位置とを制御する制御工程と、を有し、
前記制御工程において、前記フォーカスレンズの位置を前記目標位置へ制御し、
前記取得工程は、前記ズームレンズと前記フォーカスレンズとを有する撮影光学系の焦点位置が移動するように、前記ズームレンズの移動方向に基づいて前記フォーカスレンズの前記目標位置を取得することを特徴とするレンズ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカスレンズとズームレンズの位置を制御する制御装置、該レンズ制御装置を備える撮像装置、及びレンズ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ズーム動作時にピントの合った状態を維持するため、ズーム中に画像の高周波成分のコントラストを示す評価値を用いたＡＦを行い、フォーカスレンズの位置を制御する技術（以下、ズーム中ＡＦ）が知られている。ズーム中ＡＦを行う場合には、実際にピントを動かしながら評価値に基づいてピントを合わせるため、低照度時や被写体によってはピント位置が不安定になる場合や、被写体が撮影範囲の中央にいないとピントがボケてしまう場合がある。
【０００３】
特許文献１には、十分な被写界深度が確保される場合、所定の焦点距離以下の特定の被写体の距離にピントが合うように制御し、それ以外の場合はズーム中ＡＦを行うことで、ズーム中のピントの安定性を向上させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−４５５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術では、焦点距離が長い場合など、十分な被写界深度が確保されない場合には、ピント位置が不安定になる場合や、ピントがボケてしまう場合がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、被写界深度に関わらず、ズーム中のピントのズレを軽減することを可能とするレンズ制御装置、レンズ制御方法および当該レンズ制御装置を備える撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としてのレンズ制御装置は、ズームレンズの位置と、フォーカスレンズの位置とを制御する制御手段と、前記フォーカスレンズの目標位置を取得する取得手段とを備え、前記制御手段は、前記フォーカスレンズの位置を前記目標位置へ制御し、前記取得手段は、前記ズームレンズと前記フォーカスレンズとを有する撮影光学系の焦点位置が移動するように、前記ズームレンズの移動方向に基づいて前記フォーカスレンズの前記目標位置を取得することを特徴とする。
【０００８】
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被写界深度に関わらず、ズーム中のピントのズレを軽減することを可能とするレンズ制御装置、レンズ制御方法および当該レンズ制御装置を備える撮像装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１にかかる撮像装置の構成図
【図２】実施例１にかかるカムデータの例
【図３】実施例１にかかる画角と焦点位置との関係を示す図
【図４】実施例１にかかるレンズ制御のフローチャート
【図５】実施例２にかかるレンズ制御のフローチャート
【図６】実施例３にかかるレンズ制御のフローチャート
【図７】実施例３にかかるカムデータの例
【図８】実施例３の変形例にかかるカムデータの例
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の好ましい実施形態の概要について説明をする。本実施形態のレンズ制御装置は、撮影光学系を構成するズームレンズとフォーカスレンズとの位置を制御する制御手段と、フォーカスレンズの目標位置を取得する取得手段とを備える。制御手段は、取得手段により取得された目標位置へフォーカスレンズの位置を制御する。取得手段は、ズームレンズの移動に基づいて、焦点位置が移動するように、フォーカスレンズの目標位置を取得する。ここで、焦点位置とは、焦点が合う位置のことを指し、焦点位置に被写体が存在する場合はその被写体に合焦している状態となる。つまり、本実施形態のレンズ制御装置では、ズームレンズが移動すると、焦点位置も移動する。より具体的にはズームレンズの位置の変化により、ズーム倍率が大きくなる（ズームインされる）と、焦点位置を遠ざける（無限遠側に移動させる）。これは、ズームイン動作が指示されることは、被写体自体の移動又は被写体が変更されたことにより、被写体までの距離が長くなることに起因する可能性が高いという推定に基づく。インナーフォーカス方式のズームレンズの場合、フォーカスレンズを固定した状態でズームレンズを移動させると、像面位置の変化により、焦点位置が移動する。本実施形態のレンズ制御装置は、ズームレンズの移動に伴う像面位置の変化分も考慮して、焦点位置が適当な方向に移動するようにフォーカスレンズの目標位置を取得する。
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１３】
本実施例では、ズームレンズの移動量と移動方向とに基づいて焦点位置を移動させるレンズ制御装置を備える撮像装置について説明をする。本実施例の撮像装置として、撮像される映像の表示、撮像装置の操作などを遠隔地で行うことができる、ネットワークカメラを想定して説明をする。
【００１４】
図１は、本実施例の撮像装置１６の構成例を示すブロック図である。
【００１５】
撮像装置１６は、撮影光学系と、撮影光学系からの光を光電変換して映像信号として出力する撮像素子４と、撮像素子４からの映像信号を加工する自動利得制御部（以下ＡＧＣ）５、Ａ／Ｄ変換器６、信号処理部７とを備える。また、撮像装置１６が備えるレンズ制御装置１５は、特定の被写体距離にピントが合うときのズームレンズとフォーカスレンズとの位置関係を示す軌跡（以下、カム軌跡）を複数有する情報（以下、カムデータ）を保持するカムデータ保持部８を備える。さらに、レンズ制御装置１５は、フォーカスレンズとズームレンズの位置を制御するレンズ制御部１０と、レンズ制御部１０の指示に従ってフォーカスレンズとズームレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部１２とズームレンズ駆動部１３を備える。更に、レンズ制御装置１５は、レンズ制御装置１５は、カムデータとフォーカスレンズとズームレンズとの位置とに基づいて被写体距離を取得する被写体距離取得部９と、ズーム動作指示を受け付けるズーム動作指示部１１を備える。各構成について説明をする。
【００１６】
ズームレンズ１、フォーカスレンズ２、カラーフィルタ３を有する撮影光学系を介して撮像素子４に入射した光は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどを備える撮像素子４により光電変換され、映像信号として自動利得制御部（以下ＡＧＣ）５へ出力される。ＡＧＣ５は、映像信号のゲインを調整し、調整後の映像信号をＡ／Ｄ変換器６に出力する。Ａ／Ｄ変換器６は、ゲインが調整された映像信号をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の映像信号を信号処理部７に出力する。
【００１７】
信号処理部７は、映像信号に対して画像処理を行い、画像処理を行った映像信号を外部に出力する。出力された映像信号は、例えば、ネットワークを介して遠隔地のビューワを有するコンピュータへ送信され、映像信号に基づく画像が、該コンピュータに接続されたディスプレイ上に表示される。また、信号処理部７は、レンズ制御部１０と共に焦点検出手段としても機能し、コントラスト方式のオートフォーカス（以下、ＡＦ）のために用いられるＡＦ評価値を算出する。本実施例の信号処理部７は、信号処理部７に入力された映像信号の高周波成分を用いてＡＦ評価値を算出する。
【００１８】
カムデータ保持部８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）など、各種記憶手段で構成することができ、複数の被写体距離のそれぞれに合焦するときの、ズームレンズ１の位置とフォーカスレンズ２の位置との関係を示すカムデータを保持する。図２は、カムデータ保持部８が保持するカムデータをグラフ化した例であり、ズームレンズ１の位置に対して特定の被写体距離にピントが合うようにフォーカスレンズ２の位置を決めたテーブルに基づく。横軸がズームレンズ、縦軸がフォーカスレンズの位置を表しており、撮影光学系を構成するレンズの最も被写体側のレンズの位置から被写体までの距離（以下、被写体距離）ごとに軌跡が決まっている。横軸は値が大きいほど至近側、小さいほど無限遠側であり、縦軸は値が大きいほど望遠側、小さいほど広角側である。１ｍ先の被写体にピントを合わせながらズームしたい場合には図示された１ｍの軌跡を追従するようにズームレンズとフォーカスレンズとの位置を制御する。カムデータは複数本持っていて無限（ＩＮＦ）から至近（０．５ｍ）をカム軌跡の本数で割るように設定される。本数は被写体距離を追従できる精度、レンズやセンサピッチによって最適なものが設定される。本明細書では、１つの被写体距離にピントがあうフォーカスレンズとズームレンズとの位置関係をカム軌跡、複数のカム軌跡のデータをカムデータと呼ぶ。
【００１９】
被写体距離取得部９は、レンズ制御部１０から取得した、フォーカスレンズ位置とズームレンズ位置、及びカムデータ保持部８から取得したカムデータの少なくとも一部を受け取り、被写体距離を取得する。具体的には、被写体距離取得時には被写体に合焦しているものとし、フォーカスレンズ位置とズームレンズの位置からカムデータを参照して取得した焦点位置までの距離を被写体距離として取得する。取得した被写体距離は、レンズ制御部１０へ出力する。
【００２０】
レンズ制御部１０は、ズームレンズ１とフォーカスレンズ２の位置を制御するために、各種処理を行う。ＡＦ時には、フォーカスレンズ２を所定量ずつ移動させる制御を行い、各位置で取得された映像信号に基づいて信号処理部７が算出したＡＦ評価値がピークを示すレンズ位置を合焦位置として検出する。尚、合焦位置は、被写体にピントが合うレンズの位置であり、焦点位置とは異なる。また、ズーム動作時には、ズーム動作指示部１１からのズーム動作指示に応じてズームレンズが移動するようにズームレンズ位置を制御する。加えて、ズームレンズの移動に基づいて焦点位置も移動するように、フォーカスレンズの目標位置を取得する取得手段としても機能する。また、フォーカスレンズを目標位置に移動させるための移動量を取得し、移動量を駆動部に指示することで、フォーカスレンズを目標位置に制御する制御手段としても機能する。フォーカスレンズの目標位置の取得方法については後述する。
【００２１】
ズーム動作指示部１１は、ビューワやカメラのズームバーからのズーム動作の指示を受け付け、該指示をレンズ制御部１０に出力する。ズーム動作の指示は、ズーム後のズーム倍率又はそれに対応する情報（焦点距離、画角等）を指示してもよいし、ズーム方向のみを指示してもよい。前者は例えば、ズーム倍率５倍というような指示であり、この指示を受けるとレンズ制御部１０は、ズーム倍率が５倍になるまでズームレンズが移動するようにズームレンズの位置を制御する。一方、後者は、例えば、ズームインボタンを押している間は望遠側にズームレンズを移動させるような指示である。
【００２２】
フォーカスレンズ駆動部１２とズームレンズ駆動部１３のそれぞれは、各種アクチュエータで構成でき、レンズ制御部１０からの制御信号に基づいて、フォーカスレンズ２とズームレンズ１のそれぞれを駆動する。
【００２３】
尚、信号処理部７、被写体距離取得部９、レンズ制御部１０、ズーム動作指示部１１は、上述の処理を実現するプログラムを記憶する記憶手段（不図示）から該プログラムをＣＰＵ等の各種プロセッサーが読み出して実行することで構成される。
【００２４】
次に、ズーム動作時のフォーカスレンズの位置制御処理に関して説明する。ネットワークカメラにおいては、プリセット位置など特定のパンチルト位置、ズーム位置で撮影したり、特定の被写体の検出をしたい場合などのユースケースがある。特定の被写体として人物を検知したい場合には、人物の顔や全体に対して所定数以上のピクセル数が必要となり、図３（ａ）のように人物２０を特定の大きさで撮影することが求められる。そのため、図３（ｂ）のように撮影画角と被写体距離とは相関関係があり、撮影画角が望遠側のときの撮像装置２１と人物２３との距離（５ｍ）のほうが、広角側のときの撮像装置２１と人物２２との距離（１ｍ）よりも長くなる。よって、被写体が略同等の大きさになるような被写体距離にピント制御を行うとよい。
【００２５】
図４のフローチャートを用いてズーム動作中のピント制御について説明する。まず、ステップＳ５０１にて、ＡＦ動作やユーザによるフォーカス操作により、撮影対象の被写体に合焦するように、焦点調節を行う。ＡＦ動作により焦点調節を行う場合、コントラスト方式のＡＦによる焦点検出の結果に基づいてフォーカスレンズの目標位置を取得し、該目標位置にフォーカスレンズを制御することで焦点調節を行う。コントラスト方式のＡＦは公知技術であるためここでは説明を省略する。尚、コントラスト方式の代わりに、撮像素子から視差画像信号取得して位相差方式の焦点検出を行う撮像面位相差方式のＡＦも用いることができる。
【００２６】
ステップＳ５０２にて基準被写体距離を取得する。基準被写体距離とは、ズーム位置の移動前における被写体距離である。上述のように、被写体距離は、被写体に合焦しているものとして、フォーカスレンズ位置とズームレンズの位置からカムデータを参照して取得する。例えば、図５の場合、ズームレンズ位置が８０の位置にあり、フォーカスレンズ位置が５００の位置にある場合、被写体距離は１ｍである。尚、カムデータ保持部８は、限られた被写体距離におけるズームレンズとフォーカスレンズの位置関係しか保持していないため、必要に応じて補間により被写体距離を算出する。例えば、ズームレンズ位置が９０の位置にあり、フォーカスレンズ位置が５００の位置にある場合、被写体距離は０．５ｍと１ｍの間の値であるため、内挿により被写体距離を算出する。
【００２７】
次に、ステップＳ５０３にて基準焦点距離の取得を行う。基準焦点距離とは、ズーム位置の移動前における焦点距離である。焦点距離は、ズームレンズ１とフォーカスレンズ２との位置から公知の方法で算出することができる。また、レンズ位置と焦点距離との関係を示すテーブルを記憶手段に記憶しておき、テールブルを参照することで焦点距離を取得してもよい。
【００２８】
次に、ステップＳ５０４で、ズーム動作指示部１１からズーム操作が指示されているか否かを判定する。ズーム操作が指示されている場合には、ステップＳ５０５へ進み、指示されていない場合は、ステップＳ５０１へ戻り、ズーム操作が指示されるまでＳ５０１〜Ｓ５０４を繰り返しながら待機する。
【００２９】
ステップＳ５０５では、所定時間経過後の焦点距離（以下、ズーム先焦点距離）を取得する。ズーム先焦点距離は、現在の焦点距離、ズームレンズの駆動速度及び駆動方向に基づいて取得することができる。所定時間は、ズームレンズの位置制御を行う周期であり、映像の駆動周期Ｖや、ネットワーク配信のフレームレートなどに対して設定することができる。ズーム先焦点距離の取得後、ステップＳ５０６へ進む。
【００３０】
ステップＳ５０６では、ステップＳ５０５で取得したズーム先焦点距離とステップＳ５０２で取得した基準被写体距離とステップＳ５０３で取得した基準焦点距離に基づいて、所定時間経過後の被写体距離（以下、ズーム先被写体距離）を推定する。以下にズーム先被写体距離の計算式の一例を示す。
Ｄｐｏｓｔ＝Ｄｐｒｅ×Ｆｐｏｓｔ／Ｆｐｒｅ    （式１）
Ｄｐｒｅ：基準被写体距離
Ｄｐｏｓｔ：ズーム先被写体距離
Ｆｐｒｅ：基準焦点距離
Ｆｐｏｓｔ：ズーム先焦点距離
【００３１】
式１は、ズームレンズの移動の前後で映像信号における被写体の大きさ（撮影範囲における被写体の大きさ）が等しい、言い換えると、ズームレンズの移動により、映像信号における被写体の大きさが一定に保たれるという仮定に基づく。式１は、この仮定に基づき、ズーム動作前の被写体距離にズーム動作の前後の焦点距離の比をかけることでズーム動作後の被写体距離を算出している。尚、焦点深度にもよるが、映像信号における被写体の大きさは３０％程度ずれても問題ないことが多いため、本発明及び本明細書において、映像信号における被写体の大きさが一定とは、３０％程度の誤差を許容する。焦点深度が浅い場合や精度を高めたい場合は、この誤差を２０％程度に収めてもよい。また、この誤差を式に反映させて被写体距離を算出してもよい。尚、式１では焦点距離を用いて計算をしているが、三角関数を使用することにより画角に基づいてズーム先被写体距離を算出することもできる。計算式においても種々の変形及び変更が可能である。
【００３２】
ステップＳ５０７にて焦点位置を移動させる。本実施例では、カムデータの中からズーム先被写体距離に対応するカム軌跡を選択し、ズームレンズの位置に対応するフォーカスレンズの位置をフォーカスレンズの目標位置として取得する。そして、所定時間経過後に、該目標位置とフォーカスレンズの位置が一致するように、フォーカスレンズを移動させる。これにより、ズーム動作によるズームレンズの移動に基づいて焦点位置が移動する。このように、本実施例では、所定時間経過後の焦点位置が、取得したズーム先被写体距離と一致するようにフォーカスレンズの位置を制御する。しかしながら、ズームイン動作の場合は無限側へ、ズームアウト動作の場合は至近側へ焦点位置を移動させれば、焦点位置ずれを軽減するという効果を奏することができる。
【００３３】
ＡＦモードで動画を撮影している場合のように、周期的にＡＦを行う場合にはズーム中に若干のピントずれが発生することが多いが、ズーム後のＡＦによりピントを合わせようとする動作が行われる。本実施例の制御を行うことで、ズーム中にも合焦状態を維持することができたり、ズーム後にＡＦする際に合焦までにかかる時間の短縮やボケとまりの防止効果も期待できたり、という効果がある。
【００３４】
尚、本実施例では、ズーム先焦点距離やズーム先被写体距離を取得する際の所定時間を、ズームレンズの位置制御を行う周期とした。しかしながら、ズーム動作指示がズーム動作後のズーム倍率を指示するものである場合、所定時間を指示されたズーム倍率までのズーム動作に必要な時間としてもよい。所定時間が長くなる分、ズーム中に焦点位置ずれが生じる可能性は高くなるが、ズーム動作終了時には本実施例と同じ位置に焦点位置が移動しているため、ズーム後にＡＦする際に合焦までにかかる時間の短縮やボケとまりの防止効果が期待できる。
【実施例２】
【００３５】
本実施例では、実施例１と同様に、ズームレンズの移動量と移動方向とに基づいて焦点位置を移動させるレンズ制御装置を備える撮像装置について説明をする。本実施例のレンズ制御装置は、基準焦点距離及び基準被写体距離を用いずにズーム先被写体距離を取得する点で実施例１と異なる。本実施例にかかる撮像装置の構成は、実施例１と同様のため、説明は省略するが、信号処理部７が、映像信号に基づいて被写体を検出する被写体検出手段としても機能する。
【００３６】
撮影対象の被写体（主被写体）が決まっている場合には、主被写体の大きさと画角から被写体距離を取得することができる。図５のフローチャートを用いて本実施例におけるズーム動作について詳細に説明する。
【００３７】
まず、ステップＳ６０１にて主被写体の設定を行う。主被写体の設定は、ユーザの設定により行ってもよいし、映像信号に基づいて主被写体を自動判別し、設定してもよい。
【００３８】
ステップＳ６０２では、ステップＳ５０４と同様に、ズーム操作指示の有無を判定する。ズーム操作が指示されている場合には、ステップＳ６０３に進み、指示されていない場合はステップＳ６０１へ戻って待機する。
【００３９】
ステップＳ６０３では、ステップＳ５０５と同様に、ズーム先焦点距離を取得し、ステップＳ６０４へ進む。ズーム先焦点距離の取得方法については、ステップＳ５０５と同様であるため説明を省略する。
【００４０】
ステップＳ６０４では、ズーム先被写体距離を取得するが、取得方法がステップＳ５０６と異なる。本ステップでは、ステップＳ６０１で設定された主被写体の大きさと、ステップＳ６０３で取得したズーム先焦点距離から算出された撮影画角からズーム先被写体距離を算出する。主被写体の大きさは、信号処理部７による主被写体の検出結果から取得することができる。
【００４１】
以下にズーム先被写体距離の計算式の一例を示す。
【００４２】
【数１】
2019082646.tif 000003
【００４３】
Ｈｏｂｊ  ：主被写体の大きさ
Ａｎｇｌｅ：撮影画角
Ｄｏｂｊ  ：特定の被写体距離
【００４４】
撮像装置や被写体によって精度が異なる場合には、画角の代わりに焦点距離を用いるなど必要な精度に応じて計算式を簡略化しても構わない。計算式は種々の変形及び変更が可能である。
【００４５】
ステップＳ６０５では、ステップＳ５０７と同様に、フォーカスレンズの目標位置を取得し、フォーカスレンズを目標位置へ移動させることで焦点位置の移動を行う。これにより、ズーム動作によるズームレンズの移動に基づいて焦点位置が移動する。
【実施例３】
【００４６】
本実施例では、ズーム動作後の被写体距離の推定をより簡略化し、ズームレンズの移動方向に基づいて被写体距離の変化方向を推定し、変化方向に基づいてレンズ制御に用いるカムデータを選択する。
【００４７】
本実施例の構成は、被写体距離取得部９を備えない点が実施例１と異なるが、そのほかの構成は実施例１と同様のため省略する。ズーム動作時に急に焦点位置を移動させると、焦点位置の移動がユーザに分かってしまうような場合には、時間当たりの焦点位置の移動量を所定量以下に抑えた形でズーム動作をすることで、ユーザへの違和感を軽減することが好ましい。そのために、本実施例では、ズーム動作前の焦点位置に対応するカムデータと、ズーム動作後の焦点位置に対応するカムデータとを用いて、ズーム動作に用いるカムデータを合成する。そして、合成したカムデータを追従するように、ズームレンズの移動に伴ってフォーカスレンズを移動させる。
【００４８】
ズーム動作後のズーム倍率がユーザにより指示された場合の例を、図６のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ７０１、Ｓ７０２、Ｓ７０３のそれぞれは、ステップＳ５０１、Ｓ５０２、Ｓ５０４のそれぞれと同様のため、説明は省略する。ユーザによってズーム倍率変更後のズーム倍率がビューワに入力されると、ズーム動作指示部１１を介してレンズ制御部１０に入力される。ステップＳ７０４では、入力されたズーム倍率変更後のズーム倍率に基づいて、ズーム倍率変更後のズームレンズ位置（以下、ズーム先ズームレンズ位置）を取得して、ステップＳ７０５へ進む。ズーム倍率に基づいてズームレンズ位置を取得する方法は、テーブル参照でもよいし、ズーム倍率からズームレンズ位置を算出する計算式を用いて算出してもよい。
【００４９】
ステップＳ７０５では、被写体距離の変化方向を取得する。本実施例では、実施例１のステップＳ５０６と実施例２のステップＳ６０４のように、ズーム先被写体距離を算出せず、被写体距離の変化方向、つまり、ズーム先被写体距離が基準被写体距離よりも長いか短いかを推定し、Ｓ７０６へ進む。
【００５０】
ステップＳ７０６では、基準被写体距離、被写体距離の変化方向、ズーム動作前のズームレンズの位置、及びズーム先ズームレンズ位置に基づいて、今回のズーム動作に用いる、追従カム軌跡を合成する。追従カム軌跡は、後述するステップＳ７０６において、フォーカスレンズとズームレンズとの位置関係が追従する曲線であり、基準被写体距離に対応するカム軌跡と、被写体距離の変化方向に応じて選択したカム軌跡とを合成することで取得する。本実施例では、ズーム動作前後のズームレンズの位置を用い、ズームレンズがズーム先ズームレンズ位置に一致するところで、ズームレンズとフォーカスレンズの位置が被写体距離の変化方向に応じて選択したカム軌跡に一致するように追従カム軌跡を合成する。
【００５１】
図７を用いて、本実施例における追従カム軌跡の例について説明をする。図７の追従カム軌跡は、ズーム動作前、０．５ｍ先の被写体にピントが合わせられており（基準被写体距離＝０．５ｍ）、ズーム動作前のズームレンズ位置が０付近、ズーム先レンズ位置が１００の場合の追従カム軌跡である。ズームレンズとフォーカスレンズとの位置関係は、ズームレンズ位置０付近（ワイド端）では、被写体距離０．５ｍのカム軌跡上にあり、ズームレンズ位置が１００（テレ端）のところで被写体距離１ｍのカム軌跡と一致する。ズームレンズが位置０付近から１００の間を移動する間、焦点位置を略均等に移動させるため、被写体距離０．５ｍと１．０ｍカム軌跡を用いた補間（内挿）により、焦点位置が０．５ｍから１．０ｍに徐々に移動するようにカム軌跡を合成する。焦点位置を均等に移動させるためには、焦点位置の移動量とズーム移動量との比を一定に保つ方法やズーム動作による画角変動量と焦点距離の移動量の比を一定に保つ方法が考えられる。基準被写体距離が１ｍの場合には５ｍ、５ｍの場合はＩＮＦへと焦点位置を動かしていく。尚、今回の説明では所定量としてズーム動作に伴い焦点位置をカム軌跡１本分無限側に動かしたが、１本と限らず２本、３本、その間など１本分以上動かすのでも構わない。また、光学系の被写界深度やズームレンズの移動速度によってどの程度焦点位置を移動させるかを変更してもよい。例えば、被写界深度が所定値以上（深い）場合よりも、被写界深度が所定値未満（浅い）場合の方が、被写体距離が遠い側のカム軌跡を被写体距離の変化方向に応じて選択したカム軌跡としてもよい。また、ズームレンズの移動速度が所定値以上（速い）場合よりも移動速度が所定値未満（遅い）場合の方が、被写体距離が遠い側のカム軌跡を被写体距離の変化方向に応じて選択したカム軌跡としてもよい。尚、移動速度に関連する情報として、ズーム倍率・撮影画角の変化速度を用いてもよい。追従カム軌跡を合成すると、ステップＳ７０７へ進む。
【００５２】
ステップＳ７０７では、フォーカスレンズとズームレンズの位置関係（以下、レンズの位置関係）が合成した追従カム軌跡に追従する（軌跡上に乗る）ように、フォーカスレンズとズームレンズとの位置を制御する。これにより、焦点位置の移動とズーム倍率の変更を行う。
【００５３】
広角系のレンズやセンサピッチが大きい撮像装置においては、所定の被写体距離以上になると無限遠までピントが合った状態となる。図８に例を示す。レンズの位置関係が、曲線８０上にあると、無限遠も被写界深度内に入る。言い換えると、焦点位置までの距離を破線で示す曲線８０に対応する被写体距離以上にすると、無限遠までピントが合った状態にすることができる。図８の例だと、ズームレンズが位置１０付近では曲線８０は被写体距離５．０ｍのカム軌跡よりも若干３．０ｍのカム軌跡よりに位置するため、被写体距離が５．０ｍ弱であれば、無限遠にもピントが合った状態になる。そのため、ズームイン動作により、レンズの位置関係が、無限遠が被写界深度内に入る位置関係になる場合には、無限遠が被写界深度内に入り、最も至近側にピントが合うレンズの位置関係に追従するようにレンズの位置関係を制御することが好ましい。言い換えると、ズームイン動作により焦点位置を遠くへ移動させている途中で、レンズの位置関係が曲線８０と交わる場合には、交点から先は曲線８０に追従するようにフォーカスレンズとズームレンズの位置を制御することが好ましい。例えば、曲線８０を予めカムデータ保持部８に保持しておき、レンズの位置関係が、交点まではステップＳ７０６で合成した追従カム軌跡に追従し、交点からは曲線８０に追従するようにフォーカスレンズとズームレンズの位置を制御すればよい。また、被写界深度を決定するパラメータとして、レンズ情報の他に絞り値もある。よって、絞り値に応じて曲線８０に相当する情報を取得してもよい。またステップＳ７０６において、曲線８０と、基準被写体距離に対応するカム軌跡と、被写体距離の変化方向に基づいて選択したカム軌跡とを用いて、交点までは２つのカム軌跡を合成したカム軌跡に、交点からは曲線８０になるような追従カムを合成してもよい。このように制御することで、広い範囲にピントがあった状態を維持しながらズームイン動作を行うことが可能となる。
【００５４】
本実施例では、ズームレンズの移動が終了した時点で、レンズの位置関係が別のカム軌跡（被写体距離１ｍのカム軌跡）と一致するように追従カム軌跡を合成する例について説明をした。しかしながら、ユーザへの違和感を軽減するように焦点位置の移動量を調整する方法はこれに限定されない。例えば、単純に複数のカム軌跡を合成するのではなく、ズームレンズの移動量と焦点位置の移動量との比が所定値以下になるように、追従カムを合成してもよい。また、ズームレンズの移動速度を考慮し、単位時間当たりの焦点位置の移動量が所定量以下になるように追従カムを合成してもよい。このような方法は、特に、ズームレンズの移動方向のみがズーム動作指示部１１から指示される場合、例えば、ズームボタンを押している間はズームレンズを移動し、離すとズームレンズを停止させるケースに有効である。
【００５５】
本実施例では、ズームレンズの移動前の焦点位置に対応するカム軌跡（０．５ｍ）とズームレンズの移動後の焦点位置に対応するカム軌跡（１．０ｍ）とを合成したカム軌跡を用いてズーム動作中の焦点位置を制御した。しかしながら、焦点深度が深い場合やズーム時間が短い場合など、ズーム中の焦点位置の変化が目立たない場合は、ズーム中に使用するカム軌跡を、ズーム動作前の焦点位置に対応するカム軌跡からズーム動作後の焦点位置に対応するカム軌跡へ切り替えてもよい。
【００５６】
また、合成したカム軌跡に対応するカム軌跡を、予めカムデータ保持部に保持していてもよい。この場合、カムデータ保持部に保持するデータ量が増えるが、合成に必要な計算量を減らすことができる。
【００５７】
また、本実施例では、被写体距離変化方向に基づいて合成するカム軌跡を選択したが、実施例１、２のようにズーム先被写体距離を取得し、取得したズーム先被写体距離に対応するカム軌跡を合成するカム軌跡として選択してもよい。
【００５８】
〔変形例〕
ここでは、実施例１〜３の何れにも共通する変形例について説明をする。
【００５９】
一般的に、広角側に対して望遠側はカムが疎になる傾向になる。そのため、望遠側から広角側にズームする場合には望遠側でピントを合わせた被写体距離を維持したままズームすることができる。望遠側でピントを合わせた被写体にピントを合わせたままズーム動作を行う方法を優先する場合には、広角側から望遠側にズームする場合にのみ本実施例のようなズーム動作に連動した焦点位置の移動を行うことも有効である。実施例１をこのように変形する場合、例えば、ステップＳ５０４をズームイン操作の有無を判定するステップに置き換え、ズームインの指示があったときのみステップＳ５０５へ進むようなフローにしてもよい。また、レンズによって、ズーム方向に限らずズーム中に深度から外れるようなズーム動作となる場合には、図４のフローのように、ズームの方向に関わらず焦点位置の移動を行うことが好ましい。
【００６０】
ズーム中ＡＦを行うと、ズーム中に焦点が不安定になる可能性はあるが、合焦位置を探しながらズームすることができる。よって、被写体距離が長くなると画角が狭く（ズーム倍率大きく）なるという関係を持たないでズーム動作をする場合には、ズーム中ＡＦは有効である。よって、レンズ制御装置は、図４〜６のいずれかのフロー処理を行う第１のモードと、ズーム中ＡＦを行う第２のモードとを備えていてもよい。ズーム中ＡＦを行うモードにおける、フォーカスレンズの目標位置は合焦位置であり、コントラストＡＦを行う場合はＡＦ評価値が極大値を示すレンズ位置である。モードの切り替えは、ユーザによる選択に従って行ってもよいし、焦点検出の信頼度を取得し、信頼度が閾値以下の場合は第２のモードから第１のモードへ自動で切り替わるような形態でもよい。信頼度の取得方法は特に問わないが、例えば、映像信号に基づいて取得したコントラストや輝度から取得することができる。コントラストや輝度が低いシーン等、ズーム中ＡＦが苦手な被写体を撮影するシーンでは低い信頼度が取得される。尚、信号処理部７が信頼度取得手段として機能してもよいし、別の構成を追加してもよい。また、ＡＦ評価値の高い被写体を主被写体とし、主被写体が中央付近にいない場合は、第２のモードから第１のモードへ自動で切り替わるような本実施例の制御を行うことが有効である。つまり、撮影範囲の中心から主被写体までの距離が閾値より大きい場合は第１のモードで、閾値以下の場合は第２のモードで、フォーカスレンズの目標位置を取得し、該目標位置にフォーカスレンズを制御する。
【００６１】
また、第２のモードとして、ズーム中ＡＦを行うモードの代わりに、焦点位置が移動しないようにフォーカスレンズの目標位置を取得し、目標位置にフォーカスレンズを制御するモードを有していてもよい。焦点位置が移動しないような目標位置は、ズームレンズが移動しても同じ被写体距離のカム軌跡に追従する位置である。
【００６２】
また、実施例１〜３では、ズーム操作があると判定した場合、ズームの操作方向に応じた方向に焦点位置を変更したが、ズーム操作によるズーム倍率の変化が所定値以上の場合のみズームの操作方向に応じた方向へ焦点位置を変更してもよい。所定値は、固定値でもよいし、ズーム操作により被写体のサイズが一定に保たれると仮定した場合に、被写体が被写界深度外に移動したと判定される値を撮影条件に応じて設定してもよい。
【００６３】
また、実施例１〜３では、オートフォーカスとマニュアルフォーカスの何れで焦点調節がされていても、ズーム操作に応じて焦点距離を移動させたが、マニュアルフォーカスの場合はユーザが特定の被写体にピントを合わせたいシーンに使用される可能性が高い。その場合、オートフォーカスで撮影されている場合よりも、特定の被写体を拡大して撮影したいというケースである可能性が高くなると考えられる。よって、マニュアルフォーカスモードが設定時には像面位置変化に応じて焦点位置が移動しないようにフォーカスレンズを移動させてもよい。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ズームレンズ
２  フォーカスレンズ
３  カラーフィルタ
４  撮像素子
５  ＡＧＣ
６  Ａ／Ｄ変換器
７  信号処理部
８  カムデータ保持部
９  被写体距離取得部
１０  レンズ制御部
１１  ズーム動作指示部
１２  フォーカスレンズ駆動部
１３  ズームレンズ駆動部
１５  レンズ制御装置
１６  撮像装置
【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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