(57)【要約】【課題】通常の被写体と低コントラストの被写体に対して適切なフォーカス制御を行うフォーカス制御装置を提供する。【解決手段】フォーカス制御装置の制御部は、オートフォーカスを行う際、予め記憶部に保存している過去の合焦したときの被写体の情報の内、現在の倍率に相関のある被写体の情報を選出し、選出した被写体の情報に紐付けされている合焦距離からフォーカスレンズの駆動範囲を決定する。フォーカスレンズの駆動範囲の決定後、その駆動範囲内でコントラスト方式に基づくオートフォーカス動作を行うことで、合焦状態となるまでの時間を短縮し、さらに合焦する確度を向上させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズを駆動する駆動部と、
フォーカスレンズおよびズームレンズを通じて得た被写体の情報を記憶する記憶部と、
オートフォーカスを行う際に、前記記憶部の過去に合焦した被写体の情報からフォーカスレンズの駆動範囲を求め、前記フォーカスレンズの駆動範囲を最小にし、合焦状態を探索する制御部と、
を備えることを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制御部は、レンズの位置及び倍率を求め、前記記憶部の過去に合焦した被写体の情報の倍率及び合焦距離から演算を行い、近似する倍率の被写体情報の値からフォーカスレンズの駆動範囲を求めることを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項３】
請求項１において、前記制御部は、フォーカスレンズの駆動範囲に合焦する状態が得られない場合に、駆動範囲を拡大させてオートフォーカスを行うかを判定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項４】
請求項２または３において、前記制御部は、フォーカスレンズを駆動して得られるコントラスト信号を用い、コントラスト信号の大きさ（コントラスト信号レベル）と、コントラスト信号レベルとフォーカスレンズの移動量の比率（コントラスト変化率）を求め、各々指定可能な閾値と比較することでフォーカスレンズの駆動範囲を判定することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項５】
請求項３において、前記制御部は、過去に合焦した被写体情報の最も遠い合焦距離と最も近い合焦距離に相当するフォーカスレンズの位置を上限、下限とする駆動範囲のコントラストレベル変化率が閾値以上の場合に、駆動範囲内でオートフォーカスを行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項６】
請求項２において、前記制御部は、演算で得た被写体情報の最も遠い合焦距離と最も近い合焦距離に相当するフォーカスレンズの位置を上限、下限とする駆動範囲に合焦を探索することを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項７】
請求項４において、前記制御部は、過去に合焦した被写体情報の最も遠い合焦距離と最も近い合焦距離に相当するフォーカスレンズの位置を上限、下限とする駆動範囲内でコントラストレベル変化率が閾値以下であったとき、前記の駆動範囲を拡大させてオートフォーカスを行うことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のフォーカス制御装置を搭載したことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
フォーカスレンズを駆動し、フォーカスレンズおよびズームレンズを通じて得た被写体の情報を記憶し、オートフォーカスを行う際に、過去に合焦した被写体の情報からフォーカスレンズの駆動範囲を求め、フォーカスレンズの駆動範囲を最小にし、合焦状態を探索する処理を行うことを特徴とするフォーカス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体に対してフォーカス制御を行うフォーカス制御装置、撮像装置及びフォーカス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、監視カメラやＤＶＤ（Digital Versatile Disc）カメラ等のビデオレコーダ付きの多くの撮像装置には、フォーカスを自動調整するＡＦ（Auto Focus）機能が搭載されている。ＡＦ機能における合焦方式として、撮影映像のコントラスト信号の振幅が最大値になる位置を合焦状態としてフォーカスの調整を行う、コントラスト方式がある。
【０００３】
撮像装置においては、フォーカスレンズをその光軸方向に移動させることによって、撮影映像が合焦状態又は非合焦状態となり、これに伴ってコントラスト信号の振幅も変化する。一般的なコントラスト方式は、フォーカスレンズをその光軸方向に移動させ、移動前後のコントラスト信号の振幅の大小に基づいて合焦する方向を検出し、その方向にフォーカスレンズを移動させて合焦を行っている。以下の説明では、ＡＦ機能に従ってフォーカスレンズを合焦させる制御を「ＡＦ制御」、ＡＦ制御によってフォーカスレンズが移動したり、ＡＦ機能を実行するために処理を行う状態を「ＡＦ動作」、ＡＦ機能を実行中にフォーカスレンズの移動を停止している状態を「ＡＦ待機」と呼ぶ。
【０００４】
コントラスト方式で注目するコントラストの強弱は被写体に依存している。ここで、図５を用い、コントラスト方式に基づく被写体を撮像する様子を説明する。
【０００５】
図５は一般的な被写体であり、フォーカスレンズ位置とコントラストの関係は図５−Ｂのようになっており、コントラスト方式によるＡＦにて合焦可能である。
【０００６】
次に、図６に、夜間に撮像する被写体の例を示す。
【０００７】
図６−Ｂ、図６−Ｃは、図６−Ａのような低コントラスト被写体を撮像するときに検波したフォーカスレンズ位置とコントラスト信号の関係を示す。
【０００８】
従来の撮像装置は、図６内の被写体のコントラスト信号を検波する。しかし、夜間には低コントラスト被写体自体が暗く、背景も黒であるため、図６内の被写体の輪郭が背景に溶け込んでしまう。
【０００９】
図６−Ｂ、図６−Ｃに示すように低コントラスト被写体の鮮鋭度の度合いを表すコントラスト信号レベルの形がなだらかであり、撮像装置がフォーカスレンズを光軸方向に移動させてもコントラスト信号レベルの振幅が最大値となる合焦点を見つけにくい。このため、一般的な方法として、フォーカスレンズの駆動可能範囲全てのコントラストの大きさを計測し、駆動範囲の中で最もコントラスト信号レベルが大きい位置へとフォーカスレンズを移動させる方法がとられる。
【００１０】
しかしながら、上述の方法では、フォーカスレンズを駆動可能範囲全てを大きく移動させるため、処理を終えるまで時間を要し、さらには焦点が合っていない状態の映像が長い時間取得される。また、ノイズなどにより、振幅が最大値位置と合焦位置が一致しないこともあり合焦しないままＡＦが停止したりすることがあった。
【００１１】
これらの問題は、ＡＦ動作を行う際、被写体がどの範囲内にあるかわからないといった、コントラスト方式における根本的なアルゴリズムが原因である。
【００１２】
このような理由から、ＡＦ機能にコントラスト方式を使用しているフォーカスレンズの駆動範囲を予め決定するという要望があった。
【００１３】
特許文献１には、Pan Tilt Zoomカメラ（以下、PTZカメラ）において、パン・チルト角に対応してそれぞれの合焦距離の最大値を不揮発性のメモリに記録し、その記録されている合焦距離の手前側にフォーカスレンズを駆動させＡＦ動作を行い、合焦を図ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開2004-126291号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１に開示されている手法では、PTZカメラにおいて、ＡＦ動作を行った際、不揮発性のメモリ内のデータが初期状態であればＡＦ動作停止時の合焦距離を現在のPTZカメラのパン・チルト角にひも付けて保存する。以降、データが保存されたパン・チルト角においてＡＦを行う際は、この合焦距離データを参照し、その合焦距離の手前側のみでＡＦ動作を行う。また、特許文献1に開示されている手法では、ＡＦ動作中にメモリ内に記録されている合焦距離に対し、一定の条件判定によって、その合焦距離よりも遠方に被写体があると判定された場合はその合焦距離よりも遠方において、ＡＦ動作を行うものである。また、そうした条件下にてＡＦ動作を停止した合焦距離が、すでに格納されているパン・チルト角に紐付けされている合焦距離よりも遠方に在る場合は、そのデータを更新しより遠方の合焦距離をパンチルト角に紐付けする。この動作によって、その角度における最大距離となる被写体の手前側でのみＡＦ動作を行うことが可能となる。
【００１６】
しかしながら、この手法においては常に最大の距離に対し手前側で、フォーカスレンズを動かすこととなるため、一般的にズームフォーカスレンズの特に焦点距離が長い状態においては、手前側と遠方側でのフォーカスレンズの合焦位置が大きく異なるため、例え手前側にフォーカスレンズの駆動範囲を制限したとしても、ボケた状態が続くことととなり、合焦するまでの時間も相応な分のみしか削減できない。また、前記の方法ではズーム位置によらず、最も遠い合焦距離を保存するため、焦点距離による被写界深度を考慮しておらず、例えば、Ｗｉｄｅ端位置にて撮影した最も遠い合焦距離はかならずしも最も遠い被写体に対する合焦距離ではない可能性がある。それだけでなく、前記の手法では必ずPTZカメラのパン・チルト角に対し合焦距離が紐付けされていなくてはならず、ズームフォーカスレンズ単体に対しては適用できないものである。
【００１７】
以上から、よりボケた状態を減らし、合焦までの時間を短縮するためには遠方側の合焦距離に限らず、手前側の合焦距離も考慮することが必要となり、パン・チルト角情報を用いず、倍率情報から駆動範囲を決定することが有効である。
【００１８】
本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、通常の被写体と低コントラストの被写体に対して適切なフォーカス制御を行うフォーカス制御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】
【００１９】
フォーカス制御装置は、フォーカスレンズを駆動する駆動部と、フォーカスレンズおよびズームレンズを通じて得た被写体の情報を記憶する記憶部と、オートフォーカスを行う際に、前記記憶部の過去に合焦した被写体の情報からフォーカスレンズの駆動範囲を求め、前記フォーカスレンズの駆動範囲を最小にし、合焦状態を探索する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、通常の被写体と低コントラストの被写体に対して適切なフォーカス制御を行うフォーカス制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態例に係る撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態例に係る被写体情報テーブル２００の構成例である。
【図３】本発明の一実施の形態例に係る倍率情報テーブル３００の構成例である。
【図４】本発明の一実施の形態例に係る距離情報テーブル４００の構成例である。
【図５】本発明が有効に働く環境の一例の図で、交差点の昼間の環境を示している。
【図６】本発明が有効に働く環境の一例の図で、図５と同じ交差点の夜間の環境を示している。
【図７】本発明の一実施の形態例に係る撮像装置が行うＡＦ動作の処理例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係るフォーカス制御装置は、駆動部と、コントラスト信号生成部と、制御部と、記憶部と、を備える。フォーカスレンズを通じて結像された被写体の光学像を撮像して撮像信号を出力する撮像部の撮像領域内に設定された検波領域に対し、検波領域に対応する撮像信号からコントラスト信号を生成する。
【００２３】
制御部は被写体に対して合焦状態を得る度に、記憶部に合焦時の被写体情報を蓄積させる。この時、被写体情報とはフォーカス制御装置内フォーカスレンズの位置などから算出される被写体までの距離や倍率である。
【００２４】
一方で制御部は、ＡＦ動作を行う際、記憶部内の過去の合焦時に取得した被写体情報から距離と倍率に関する情報を参照し、ＡＦを行う際にフォーカスレンズ群を駆動させる範囲を決定し、その範囲内でＡＦ動作を行う。この時、ＡＦ動作中に一定のコントラスト信号の大きさ（コントラスト信号レベル）とフォーカスレンズの移動量の比率（コントラスト変化率）の傾きが検出されない場合は、フォーカスレンズの駆動範囲を制限しないことで、正確なＡＦ制御を行うことが可能となる。ＡＦ動作時には不要な箇所での焦点位置の走査をなくす為、より早く合焦状態を得ることが可能となる。
【００２５】
以下、本発明の一実施の形態例に係る撮像装置及びフォーカス制御装置について、図面を用いて説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【００２６】
［（１）本実施の形態に係る撮像装置の構成］
図１は、本実施形態に係る撮像装置１の全体構成を示すブロック図である。
【００２７】
撮像装置１は、レンズユニット２、撮像素子８、ノイズ除去回路９、自動利得制御回路（ＡＧＣ：Auto Gain Controller）１０、アナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ）１１及びフォーカス制御装置１２を備える。また、撮像装置１は、モータドライバ回路４１〜４３、電子シャッタ４７を備える。撮像装置１は、例えば監視カメラとして用いられるが、個人用のカメラ、携帯端末に内蔵する用途がある。
【００２８】
レンズユニット２は、被写体から受光した光束の変倍を行うことでズーム倍率を調節するバリエータレンズ群３、受光光量を調整するための絞り４及び焦点調節機能を有するフォーカスレンズ群５（フォーカスレンズの一例）を備える。レンズユニット２は、被写体の光学像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を用いて構成される撮像素子８の受光面に結像する。
【００２９】
また、レンズユニット２は、例えばフォトインタラプタ等から構成されるレンズ原点検出器６及び温度検出器７を備える。レンズ原点検出器６は、バリエータレンズ群３及びフォーカスレンズ群５の絶対位置（基準位置）を検出し、検出結果をレンズ絶対位置情報として制御部３０、又は、撮像装置１と通信を行える外部システム５１に送信する。以下の説明では、レンズ原点検出器６が検出したバリエータレンズ群３及びフォーカスレンズ群５の絶対位置に対して、フォーカスレンズ群５が移動した位置を「フォーカスレンズ位置」と呼ぶ。そして、被写体に対して合焦したフォーカスレンズ群５の位置を「合焦位置」と呼ぶ。
【００３０】
温度検出器７は、レンズユニット２内の温度を検出し、検出結果をレンズユニット内温度情報として、撮像装置１に搭載されている制御部３０又は、撮像装置１と通信を行える外部システム５１に送信する。外部システム５１は、例えば制御コンピュータによって構成されており、制御部３０を介してレンズ絶対位置情報又はレンズユニット内温度情報を受信することができる。
【００３１】
さらに、レンズユニット２は、バリエータレンズ群３、絞り４及びフォーカスレンズ群５をそれぞれ駆動させるモータ４４〜４６を有している。モータ４４〜４６は、それぞれモータドライバ回路４１〜４３から入力する駆動制御信号によって駆動される。
【００３２】
撮像素子８（撮像部の一例）は、フォーカスレンズ群５を通じて受光面の撮像領域に結像された被写体の光学像を撮像して、この光学像を光電変換し、得られた電気信号（撮像信号）をノイズ除去回路９に出力する。この撮像信号は、ノイズ除去回路９において所定のノイズ除去処理が施され、自動利得制御回路（ＡＧＣ）１０において最適なレベルに増幅される。そして、撮像信号は、アナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ）１１においてディジタル変換された後、ディジタル撮像信号としてカメラ信号処理部１３に出力される。
【００３３】
フォーカス制御装置１２は、カメラ信号処理部１３と制御部３０を備える。
【００３４】
カメラ信号処理部１３は、信号変換処理回路１４、コントラスト信号生成部１５、ＡＥ（Auto Exposure）信号生成回路１８、評価値信号生成回路１９、及びＡＧ（Auto Gain）信号生成回路２０を備える。
【００３５】
信号変換処理回路１４は、Ａ／Ｄ１１から入力されるディジタル撮像信号に対し、ディジタル撮像信号を、例えばＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）規格やＰＡＬ（Phase Alternating Line）規格等のテレビジョン方式に準拠した標準的なテレビジョン信号に変換して外部に出力する。信号変換処理回路１４は、このテレビジョン信号を、撮像装置１とネットワークを介して通信を行う外部システム（表示装置）５２に送信する。外部システム（表示装置）５２において、テレビジョン信号に基づく画像が表示装置の画面に表示される。
【００３６】
さらに、カメラ信号処理部１３は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）回路１６及び積分器１７からなるコントラスト信号生成部１５（信号生成部の一例）を備える。ＨＰＦ回路１６は、カットオフ周波数の値を自在に変更できる。そして、ＨＰＦ回路１６は、任意のカットオフ周波数より高い信号を生成し、積分器１７に出力する。積分器１７は、ＨＰＦ回路１６から入力された信号を積分したコントラスト信号ＶＦを制御部３０に送出する。ＨＰＦ回路１６及び積分器１７からなるコントラスト信号生成部１５は、任意のテレビジョン信号の領域から値を取得することができる。  
撮像素子８の撮像領域に撮像される画像が、外部システム（表示装置）５２の出力画面に表示される。撮像領域の中心付近には、矩形枠の検波領域が設けられている。コントラスト信号生成部１５は、検波領域内で被写体のコントラストを検波し、コントラスト信号を生成する。
【００３７】
コントラスト信号生成部１５は、信号変換処理回路１４により生成されたテレビジョン信号（撮像画像）のうちの検波領域における輝度信号の高周波成分を、ＨＰＦ回路１６によって抽出する。検波領域における輝度信号の高周波成分は、当該検波領域内のある画素が出力する輝度信号（輝度値）と隣接する画素又は所定の画素数分だけ離れた画素が出力する輝度信号との差分を取ることにより抽出される。この抽出処理を、検波領域内の全画素について行う。そして、カメラ信号処理部１３は、抽出した検波領域内の全画素の輝度信号の高周波成分を、積分器１７において積分処理することにより、コントラスト信号ＶＦを生成して制御部３０に送出する。
【００３８】
ＡＥ信号生成回路１８は、入力されたテレビジョン信号に基づき、現在の撮影映像の明るさ、レンズユニット２の絞り４の開き具合及び自動利得制御のゲイン等に応じた信号レベルのオートアイリス信号ＡＥを生成し、これを制御部３０に送出する。
【００３９】
評価値信号生成回路１９は、入力されたテレビジョン信号の全体、または任意の領域から、被写体のコントラスト信号レベル値、色信号、被写体距離、輝度信号等を抽出し、評価値信号として制御部３０に送出する。
【００４０】
ＡＧ信号生成回路２０は、入力されたテレビジョン信号に基づき、ＡＧＣ１０の利得を制御するためのＡＧ信号を生成し、これを制御部３０に送出する。
【００４１】
制御部３０は、撮像装置１の各部を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）３１及び不揮発性の記憶部(メモリ)３２等の情報処理資源を備える。記憶部（メモリ）３２には、本実施形態に係る機能を実現するためのプログラム、該プログラムに用いられるパラメータや該プログラムの実行により生成されるデータ等が格納される。例えば記憶部（メモリ）３２には、オートアイリスデータ処理プログラム（ＡＥＰ）３３及びオートフォーカスデータ処理プログラム（ＡＦＰ）３４が格納されている。また、記憶部（メモリ）３２には、後述するデータを格納するテーブル３６を保持している。制御部３０は、ＣＰＵ３１が記憶部（メモリ）３２からプログラム、パラメータ、データ等を読み出して、所定の処理を実行する。
【００４２】
また、制御部３０は、通信インターフェースを介して接続される外部システム５１から制御コマンド等を受信する。記憶部（メモリ）３２は、撮像画像の画像データをフレーム単位で一時的に記憶するバッファメモリとしての機能も有する。記憶部（メモリ）３２は、撮像装置１、フォーカス制御装置１２の外部に設けてもよい。
【００４３】
制御部３０は、記憶部（メモリ）３２からＡＥＰ３３を呼び出し、ＡＥ信号生成回路１８で生成されたオートアイリス信号ＡＥによって現在の撮影映像の明るさを求め、記憶部（メモリ）３２からＡＦＰ３４を呼び出し、オートアイリス信号ＡＥによって絞り４の開き具合及び自動利得制御のゲイン等に対する評価値であるオートアイリス評価値を算出する。また、制御部３０は、コントラスト信号生成部１５で生成されたコントラスト信号ＶＦの値であるオートフォーカス評価値を取得する。
【００４４】
制御部３０は、評価値信号生成回路１９から受信する評価値信号に、フォーカス位置に対応するフォーカスレンズ群５の合焦時における被写体距離を付加し、評価値情報としてテーブル３６に格納する処理を有する。
【００４５】
また、制御部３０は、テーブル３６から読み出した評価値情報に基づいてフォーカスレンズ群５を合焦状態とするために、駆動部を制御する。駆動部の制御は、バリエータレンズ群３及び絞り４の駆動を制御するための第１及び第２の駆動制御信号を生成し、それぞれモータドライバ回路４１、４２に出力する。第１及び第２の駆動制御信号の生成は、周知の技術を用いて行う。
【００４６】
モータドライバ回路４１は、入力された第１駆動制御信号に基づいて、レンズユニット２のバリエータレンズ群３を光軸方向に移動させるモータ４４を駆動制御する。モータドライバ回路４２は、入力された第２駆動制御信号に基づいて、レンズユニット２の絞りを駆動するモータ４５を駆動制御する。このようにしてオートアイリス制御が行なわれる。なお、第１及び第２の駆動制御信号を生成する際に、レンズユニット内温度情報を用いることでオートアイリス制御の精度を上げることができる。
【００４７】
さらに、制御部３０は、オートアイリス評価値に基づいて、電子シャッタ４７のシャッタ速度を制御することにより、当該撮像素子８の受光面上に結像される被写体の光学像の光量調整を行う。また、オートアイリス評価値に基づいて、ＡＧＣ１０におけるゲイン調整を行う。
【００４８】
さらに、制御部３０は、オートフォーカス評価値に基づいて合焦方向及び合焦位置を検出すると共に、第３駆動制御信号を生成し、これをモータドライバ回路４３に送出する。モータドライバ回路４３は、第３駆動制御信号に基づいてレンズユニット２のフォーカスレンズ群５を光軸方向に移動させるモータ４６を駆動制御する。このようにモータドライバ回路４３及びモータ４６によって、被写体に対して合焦状態を得るためにフォーカスレンズ群５を駆動するオートフォーカス制御が行なわれ、撮影時に被写体に合焦することができる。これらのモータ４４〜４６として、例えばステッピングモータが用いられる。
【００４９】
[（２）被写体情報テーブル２００の被写体情報を利用したＡＦ動作範囲決定とＡＦ処理]
従来、ＡＦ処理において、多くの撮像装置は、パンニング、チルティング、ズーム動作を駆使して行っている。本発明では、ほとんどの撮像装置では撮影条件や撮影する被写体までの距離が決まっており、複数の対象を撮影する場合、おおよその焦点位置の範囲が推測可能である点に着目した。本発明を実施するにあたって、後述の方法によって、過去に合焦したときの倍率と合焦距離の組み合わせ情報を蓄積した被写体情報テーブル２００を使用する。
【００５０】
本発明は、ＡＦによって合焦させる性能（以下、ＡＦ性能）を向上することで、一般的なコントラスト方式のＡＦ制御では合焦が困難な、フォーカスレンズの駆動領域全て（以下、全駆動域）を駆動させＡＦを行う必要がある低コントラスト被写体に対し有効である。
【００５１】
＜ＡＦ動作中に被写体が低コントラスト被写体と判定された場合＞
本発明のＡＦ制御は過去にＡＦを行った際の合焦時の被写体の情報即ち、被写体情報テーブル２００を用いて、ＡＦを行う際に最適な範囲のみでＡＦ制御を行うＡＦ方法である。
【００５２】
制御部３０では現在のカメラの倍率より被写体情報テーブル２００のうち該当する倍率の被写体情報を抽出する方法を述べる。
【００５３】
制御部３０は、現在撮影している被写体が変化したことをコントラストの極端な変化などにより感知し、これをトリガーとして、ＡＦ制御を起動する。
【００５４】
次に、レンズ絶対位置情報から得た、現在のバリエータレンズの位置情報とバリエータレンズ群の位置と倍率の関係を示す倍率情報テーブル３００、フォーカスレンズの合焦位置と合焦距離の関係を示す距離情報テーブル４００から、現在の倍率、焦点距離から撮像素子８に投影される映像の画角を算出し、その画角の対角線の長さ（current_dLine）と、被写体情報テーブル２００の情報から算出される画角の対角線の長さ（table_dLine）を比較し、その変化率が画角変化率閾値（diff_ratioTH）以下である条件を満たす倍率の被写体情報を抽出する。
【００５５】
【数１】
2017173480.tif 000003
【００５６】
前記の画角変化率閾値は予めカメラの使用者が任意に決定し、テーブル３６に定数として格納しておく。被写体情報テーブル２００に保存されているデータ数が多い場合に有効である。
【００５７】
被写体情報テーブル２００の被写体情報を抽出した後、該当する被写体の倍率の合焦距離の中で、最大値(distanceMax)と最小値(distanceMin)を得る。この時、最大値(distanceMax)は遠方方向、最小値は（distanceMin）は近傍方向となる。
【００５８】
制御部３０は、最大値(distanceMax)に焦点が合うフォーカスレンズ群５の位置（以下、最遠位置）、もしくは最小値(distanceMin) に焦点が合うフォーカスレンズ群５の位置(以下、最近位置)をそれぞれ現在のフォーカスレンズ群５の位置と比較し、差を算出し、より差が大きい方へとフォーカスレンズ群５を駆動させる。
【００５９】
オートフォーカス開始時に、最遠位置に対してフォーカスレンズ群５が駆動した場合、最遠位置方向にフォーカスレンズ群５を駆動させた直後は一般的なコントラスト方式に基づくＡＦと同じアルゴリズムによって、ＡＦ動作を行う。その後、最遠位置まで、フォーカスレンズ群５を移動させたものの、合焦位置と一致するコントラストの最大位置が検知できなかった場合、制御部３０は、最遠位置から反対側への最近位置方向へとフォーカスレンズ群５を移動させる。この移動中も同様に一般的なコントラスト方式に基づいたＡＦ動作をおこない、合焦位置を探索する。
【００６０】
オートフォーカス開始時に最近位置方向へ駆動しコントラストの最大位置が検知できなかった場合も上記と同様の動作をさせる。
【００６１】
ただし、最遠位置、最近位置どちらの方向にフォーカスレンズ群５が駆動中であったとしても、合焦位置を発見した場合は、その位置でフォーカスレンズ群５を停止させる。
【００６２】
前記の処理は最遠位置、最近位置の範囲内に合焦位置が在る場合には有効な処理となるが、最遠位置、最近位置の範囲の外に存在する場合、最遠位置、最近位置の範囲内だけフォーカスレンズを駆動させたとしても、合焦位置が見つからない。
【００６３】
そこで、コントラスト信号レベル、コントラスト変化率を各々コントラスト信号レベル閾値、コントラスト変化率閾値と比較することで次のパターンでフォーカスレンズの駆動範囲を求める。
【００６４】
（１）最遠位置、最近位置の範囲の内に明確な合焦点が存在する場合
コントラスト信号レベル＞コントラスト信号レベル閾値
かつ、コントラスト変化率＞コントラスト変化率閾値
最遠位置〜最近位置を駆動範囲とし、合焦点が求められた点で停止。
【００６５】
（２）最遠位置、最近位置の範囲の内にコントラスト信号レベルが低いが、一定のコントラストの変化がある場合
コントラスト信号レベル＜コントラスト信号レベル閾値
かつ、コントラスト変化率＞コントラスト変化率閾値
最遠位置〜最近位置を駆動範囲とし、駆動範囲で最大値を合焦点とする。
【００６６】
（３）最遠位置、最近位置の範囲の内に一定のコントラストの変化がない場合
コントラスト信号レベル＜コントラスト信号レベル閾値
かつ、コントラスト変化率＜コントラスト変化率閾値
最遠位置〜最近位置を駆動した後、駆動範囲を拡大する。
【００６７】
以上のアルゴリズムによって、予め必要な駆動範囲を予測し、フォーカスレンズを駆動させることで、本来、全駆動域を駆動させなければいけなかった各種処理において、フォーカスレンズの駆動範囲を狭めることが可能となり、ボケ映像の削減及び、合焦までの時間を短縮した。また、本アルゴリズムはカメラ全般に適用可能で、ＡＦ可能なカメラに必須と考えられる倍率とフォーカス位置の情報のみを得られればよい。
【００６８】
上述のアルゴリズムについて、具体的な例を示す。
【００６９】
図５、図６は本発明が効果を示す被写体・環境であり、図５(a)は昼の交差点を示しており、図６(a)は夜の交差点を模した図である。図５(b)は図５(a)の一部である手前側の道路標識を画像の中心にとらえた時のコントラスト信号レベルとフォーカスレンズ位置の関係性を示した図である。図５(c)は同様に図５(a)の遠方の車を画像の中心にとらえた時のコントラスト信号レベルとフォーカスレンズ位置の関係性を示した図である。図５(b)、図５(c)は図５(a)のコントラスト信号とフォーカスレンズ位置の関係を示したものであり、図６(b)は図６(a)の一部の手前側の道路標識を画像の中心にとらえた時のコントラスト信号レベルとフォーカスレンズ位置の関係性を示した図である。図６(c)は同様に図６(a)の遠方の車を画像の中心にとらえた時のコントラスト信号レベルとフォーカスレンズ位置の関係性を示した図である。
【００７０】
ここで、図５(a)のような環境で複数回ＡＦを行った被写体情報を格納されている状態において、本発明のＡＦを行った際の動作を説明する。
図５のような環境において、フォーカスレンズが最も遠い側に合焦するような位置（以下、Ｆａｒ端）からＡＦ動作を行った場合、ＡＦ動作開始前には大きく焦点がはずれぼけた映像となっている。
【００７１】
ＡＦ動作が開始された後、被写体情報テーブル２００より現在の倍率に近い倍率のデータのみを選出し、選出された情報の中から合焦距離の最大値（distanceMax）および最小値（distanceMin）を得る。
【００７２】
本実施例では、式（１）で求めた被写体情報の倍率が５倍とする。倍率が5倍の合焦距離を被写体情報テーブル２００から求めた結果、最小値＝３０ｍ、最大値＝１００ｍとなる。
【００７３】
現在のフォーカスレンズ群５の位置と、最近位置側、この場合３０ｍの位置へとフォーカスレンズを駆動させる。
【００７４】
上記の通り、本発明の処理ではＡＦ動作を行うとき、初期のフォーカスレンズ位置から最遠位置もしくは最近位置へと駆動する。初期のフォーカスレンズ位置が最遠位置と最近位置の間にあり、到達していない残りの極位置（当該倍率の最遠位置もしくは最近位置）までフォーカスレンズを駆動する。このような制御を範囲制限制御とよぶこととする。
【００７５】
図５（ｂ）は、最遠位置、最近位置の範囲の内に明確な合焦点が存在する場合のため、最遠位置から最近位置を駆動範囲とする。
【００７６】
ＡＦ開始位置から最近位置（３０ｍ）フォーカスレンズ位置が移動する途中でコントラスト信号レベルの最大値を検知し、合焦する。
【００７７】
図５(c)は、山頂が最遠位置と最近位置の範囲外に存在していた場合、コントラストの変化率がコントラストの変化率閾値（contrastDiffTH）以下（最近値から最遠値の駆動範囲での勾配が一定以下）の場合、範囲制限制御を解除することで、フォーカスレンズ郡５が極位置で停止することで発生するボケ止まりを起こさず、合焦状態を得ることができる。
【００７８】
図５のケースでは合焦点が明確に決まるため、被写体情報テーブル２００に被写体情報が蓄積される。
【００７９】
次に図６のような環境で本発明の処理が起動した場合について説明する。
図６(a)は図５(a)の夜の環境である。図６(a)のような環境ではコントラストとフォーカスレンズ位置の関係は図６(b)，図６(c)のようになる。この場合、コントラスト方式に基づくＡＦ動作を行ったとしても、低コントラストであるため山頂位置が発見しづらい。図６(a)のような環境では、一般的には全駆動域をフォーカスレンズを動かした後、最もコントラスト信号レベルの高くなる点にフォーカスレンズを移動させる。
【００８０】
本発明の処理を実行した場合、図６(b)の条件においては、制御部３０はまずＡＦ開始位置から最近位置、つまりは３０ｍに合焦する位置の方向へとフォーカスレンズ群５を駆動させる。図６(b)においてはコントラスト信号レベルの値が小さいため、低コントラスト状態と判定され続けるが、コントラスト変化率がコントラスト変化率閾値より大きい箇所があるため、範囲制限制御を解除することなく、最近位置に到達するまでフォーカスレンズ群５を駆動続ける。また、フォーカスレンズ群５の移動中はコントラスト信号レベルの最大となる位置をテーブル３６に記録し続ける。最近位置に到達した後、テーブル３６からコントラスト信号の最大となる位置を読み出し、合焦点と判定し、制御部３０はフォーカスレンズ群５をその位置へと移動させる。ＡＦ動作開始位置が最近位置から最遠位置の間であった場合、フォーカスレンズ群５が最近位置に到達した後、制御部３０は最遠位置、つまりは１００ｍに合焦する位置の方向へとフォーカスレンズを駆動方向に変え駆動させる。この駆動中にも、低コントラスト判定を行い続け、図６(b)では、この時も低コントラスト状態と判定され続けるため、範囲制限制御を解除することなく、最遠位置へと到達する。最遠位置への移動中も、同様にコントラスト信号レベルの最大となる位置をテーブル３６に記録し続ける。
【００８１】
ここで、最遠位置へと到達した後、テーブル３６からコントラスト信号の最大となる位置を読み出し、合焦点と判定し、制御部３０はフォーカスレンズ群５をその位置へと移動させる。
【００８２】
本処理により、図６(b)の最近値から最遠値以外のフォーカスレンズの移動を削減し、合焦状態を得るまでの時間を短縮することで、低コントラストの被写体に対し合焦する
効率を向上させる。
【００８３】
次に、図６(c)は図６(b)のように低コントラスト被写体であるが、コントラストの振幅が継続的に小さく制限範囲内に合焦点がない場合である。
【００８４】
この場合、最近値から最遠値までのコントラスト信号レベル値がコントラスト閾値より小さいこと及びコントラスト変化値がコントラスト変化閾値より、小さいことから範囲制限制御を解除する。これによって全駆動範囲を探索する。
【００８５】
被写体情報テーブルの過去の蓄積データ、コントラスト信号レベルとフォーカスレンズ位置の相関関係を考慮し、コントラスト信号レベルの閾値（contrastTH）及びコントラストの変化率閾値（contrastDiffTH）を調整することで、上記のパターン以外にも範囲制限制御の設定・解除を判定することが可能となる。
【００８６】
使用者はカメラを起動した時など、環境に合わせ、コントラスト信号レベルの（contrastTH）及びコントラストの変化率閾値（contrastDiffTH）を予め外部システム５１から記憶部内テーブル３６に設定することが可能である。
【００８７】
＜被写体情報の記録方法＞
次に、制御部３０が被写体情報テーブル２００に被写体情報記録する方法について説明する。
【００８８】
制御部３０は、フォーカスレンズ群５が合焦状態にあると判定したことをトリガーとして、ＡＦ動作完了時に合焦している可能性を表す数値として、ＡＦ動作時にフォーカスレンズ群５が合焦しているかの度合いを表す信頼度を求める。この信頼度は、ＡＦ動作開始からＡＦ動作停止までの制御部３０より送信されたフォーカスレンズ群５への指示履歴とコントラスト信号レベルとに基づいて制御部３０により算出する。
【００８９】
その後、制御部３０は、算出した信頼度を、フォーカスレンズ群５が合焦しているか否かを判定するための基準値である信頼度閾値（r_th）と比較する。例えば、信頼度は2値で表しても良く、コントラスト信号レベルが一定以上かつ、点光源などの特定の被写体が含まれていない状態でAF動作が完了していれば、信頼度を“1”として出力し、下記の信頼度閾値(r_th)を“0“として設定した状態で比較することで、特定の条件のみ被写体情報テーブル２００に格納する処理を行うことが可能となる。
【００９０】
そして、制御部３０は、算出した信頼度が信頼度閾値（r_th）以上であれば、制御部３０は、図３の倍率情報テーブル３００より、現在のバリエータレンズ群３の位置から、焦点距離と倍率を得る。倍率を得た後、図４の距離情報テーブル４００から、フォーカスレンズ群５の位置より現在の合焦距離を算出し、倍率と、合焦距離を紐付けて、被写体情報として被写体情報テーブル２００に格納する。被写体情報の蓄積数や格納する判定方法は予め、使用者によって決めることを可能とする。
例えば、一定倍率ごとに区切り、被写体情報の保持数を固定して、被写体情報の格納/削除を選択してもよい。また、格納する被写体の数を超えたときに保存するもしくは破棄する被写体情報の法則はFIFO（First in First out）といった単純なものでもよいし、または、一定のアルゴリズムを用いて、被写体情報を被写体情報テーブル２００に保持し続けるか破棄するかを決定してもよい。
【００９１】
＜ＡＦ動作のフローチャート＞
図７は、撮像装置１が行うＡＦ動作の例を示すフローチャートである。撮像装置１において制御部３０が記憶部（メモリ）３２に格納したプログラムを実行して得られる処理シーケンスを説明する。
【００９２】
制御部３０は、電源が投入された場合や被写体が変わった場合等に、オートフォーカス制御処理を開始し、ＡＦ動作状態に移行する。
【００９３】
制御部３０は、電子シャッタ４７を駆動させて撮像素子８の露光を行うことにより、撮像素子８に撮像信号を取り込ませる（Ｓ１）。次にバリエータレンズ群３およびフォーカスフォーカスレンズ群５の位置を取得する。それぞれのフォーカスレンズの位置を取得した後は、その位置から、焦点距離をもとめ、焦点距離に対応した倍率を算出する（Ｓ２）。
【００９４】
次に制御部３０は被写体情報テーブル２００より、前述した計算方法（式１）で最適な被写体情報を選出する（Ｓ３）。制御部３０は、前記の選出された被写体情報に紐付けされている合焦距離の最大値(distanceMax)と最小値(distanceMin)から最遠位置と最近位置を算出し、これらの位置を記憶部（メモリ）３２のテーブル３６に格納する。被写体情報
が得られない場合は、範囲制限制御を解除し通常のコントラスト方式に基づくＡＦ制御に移行（Ｓ４）。
【００９５】
制御部３０は、テーブル３６に格納されている最遠位置と最近位置とＳ２より得たフォーカスレンズ群５の位置との差の絶対値を比較し、より差が大きい側へと、フォーカスレンズ群５を動かすように駆動方向を決定し（S５）、指示されている駆動方向へとフォーカスレンズ群５を駆動させる（Ｓ６）。
【００９６】
その後、制御部３０は、カメラ信号処理部１３から与えられるコントラスト信号に基づき、コントラスト信号レベルを取得し、テーブル３６内に保持する。この時、コントラスト信号レベルは予め数回分蓄積しておくかを決めておき、その回数分テーブル３６内に蓄積する（Ｓ７）。
【００９７】
Ｓ８、Ｓ９では、この一連のＡＦ動作中で最大のコントラスト信号レベル値を蓄積するための動作である。Ｓ８では、Ｓ７で取得したコントラスト信号レベルとＳ７でテーブル３６に保存した最大のコントラスト信号レベルとを比較する。
【００９８】
比較した結果、Ｓ８で取得したコントラスト信号レベルのほうがテーブル３６に記録されているコントラスト信号レベルより大きい場合、テーブル３６内に記録されている最大のコントラスト信号レベルとなるフォーカスレンズ群５の位置を更新する（Ｓ９）。
【００９９】
次に、Ｓ１０では、ＡＦ動作中のコントラストの変化率（contrastDiff）がコントラストの変化率閾値（contrastDiffTH）以下かを判定する。もし、前記の条件を満たしているようであれば、Ｓ１１へと処理を進め、一般的なコントラストＡＦ方式に基づくＡＦ動作を行い（Ｓ１２）、ＡＦ待機状態（Ｓ１９）へと移行する。上記の条件を満たしていない場合、範囲制限制御を行うこととなる。
【０１００】
範囲制限制御はＳ１３〜Ｓ１５の処理によって、行われる。
【０１０１】
Ｓ１３で、現在のフォーカスレンズ群５の位置が極位置即ち最遠位置もしくは最近位置かの判定を行う（Ｓ１３）。フォーカスレンズ群５が極位置もしくは極位置を過ぎていた場合、それが２回目の極位置であるか判定する（Ｓ１４）。１回目の極位置であれば、駆動方向をチェックする。ＡＦ動作開始時、最近値及び最遠値の範囲内の場合、駆動方向反転し、範囲外の場合、駆動方向はそのまま継続する（Ｓ１６）、その後Ｓ６へと戻り、フォーカスレンズ群５を駆動させる。
【０１０２】
Ｓ１３に戻って、フォーカスレンズ群５の位置が極位置でない場合、駆動方向はそのままに、Ｓ６へ戻りフォーカスレンズを駆動させ続ける。
【０１０３】
Ｓ１４に話しを戻して、２回目の極位置であった場合、フォーカスレンズ群５を駆動中Ｓ７〜Ｓ９にて保持していたコントラスト信号レベルが最大となる位置を参照し（Ｓ１５）、その位置へとフォーカスレンズ群５を移動させるために駆動指示を行う（Ｓ１７）。フォーカスレンズがコントラスト信号レベルが最大となる位置へと到達した後フォーカスレンズ群５を停止させる（Ｓ１８）。
【０１０４】
その後、ＡＦ待機状態となる（Ｓ１９）。
【０１０５】
［（３）他の実施の形態］
上述の実施の形態においては、本発明を図１のように構成された撮像装置１に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成を有する撮像装置に広く適用することができる。
【０１０６】
例えば、上記の実施例では範囲制限制御における範囲の決定方法を被写体情報テーブル２００内の被写体情報に紐付けされている、過去と被写体情報の倍率から得た合焦距離の最大値と最小値から決定していたが、これに限らず、被写体情報テーブルから選出したデータの分布の最頻値からフォーカスレンズ位置の範囲を求めても良い。つまりは選出したデータの最頻値から一定距離近傍側、遠方側にフォーカスレンズを動かすような範囲制限制御を行っても良い。
【０１０７】
また例えば、範囲制限制御の実行の是非判定をコントラスト信号レベル、コントラスト信号レベルの変化率の組み合わせだけでなく、その内の一方の条件でもよい。
【０１０８】
なお、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
【０１０９】
例えば、上述した実施の形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【０１１０】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１…撮像装置、２…レンズユニット、５…フォーカスレンズ群、８…撮像素子、１２…オートフォーカス制御装置、１３…カメラ信号処理部、１４…信号変換処理回路、１５…コントラスト信号生成部、１６…ＨＰＦ回路、１７…積分器、３０…制御部、３１…ＣＰＵ、３２…記憶部（メモリ）。
【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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