JP2008170508A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォブリング動作に伴う倍率変化に起因する撮像映像の品質悪化を防止しながらオートフォーカスの山登り方向の検出性を確保することができる撮像装置の提供。
【解決手段】デジタルビデオカメラ１０のマイクロコンピュータ４００は、Ｆ値とＡＧＣゲインの各観点から山登り方向の検出に必要なウォブリング振幅Ａｉ，Ａｇを用いて、要求振幅量Ａｃを算出する。また、ウォブリング時のコンペンセータレンズ１５０の移動により生じる倍率変動が引き起こす映像ゆれが生じないように設定された許容振幅量Ａｍをズーム位置と被写体距離から算出する。そして、Ａｃ＞Ａｍの場合には、ウォブリング振幅をＡｍに抑える一方でＡＦ評価値のサンプリング回数を増加させてウォブリングを行うことで、山登り検出性を確保する。Ａｃ≦Ａｍの場合には、ウォブリング振幅をＡｃとして、ウォブリングを行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、合焦の状態を調整可能な光学系を介して得られた光学像を撮像手段により映像信号に変換する撮像装置のオートフォーカス技術に関する。

近年、デジタル技術の発展に伴い、デジタルビデオカメラなどの撮像装置が普及している。これらの撮像装置には、通常、被写体に対してフォーカスレンズを自動合焦させるオートフォーカス機構が設けられている。このようなオートフォーカス機構のひとつに、いわゆる山登り方式と呼ばれる方式がある。この山登り方式では、ウォブリングと呼ばれる動作によって、被写体が合焦するフォーカスレンズの位置の方向を検出し、その方向にフォーカスレンズを移動させていき、ＣＣＤなどの撮像素子から得られる輝度信号の高周波成分を検波回路で検波して得られる評価値（以下、「ＡＦ評価値」という）がピークとなるフォーカスレンズの位置が合焦位置であるとしてフォーカスレンズの位置を制御する。上述のウォブリング動作は、フォーカスレンズを光軸方向に一定量微振動させることで、ＡＦ評価値の変化を検出し、ＡＦ評価値が大きくなる方向（いわゆる山登り方向）を、フォーカスレンズの合焦方向として検出するものである。

こうしたウォブリング動作では、撮像装置の絞り機構を絞っていくと、被写界深度が深くなることにより、一定のウォブリング振幅ではＡＦ評価値の差が小さくなり、山登り方向の正確な検出が困難となる。そこで、このような場合には、絞り機構を絞っていくに従い、ウォブリング振幅を大きくする制御が行われる。同様に、撮像装置のＡＧＣゲインを上げていくと、Ｓ／Ｎが劣化することにより、ＡＦ評価値の変動が大きくなり、ＡＦ評価値の信頼性が低下するので、山登り方向の正確な検出が困難となる。そこで、このような場合には、ＡＧＣゲインを上げていくに従いウォブリング振幅を大きくする制御が行われる。ただし、振幅を無制限に大きくしていくことは、撮像映像の品質に影響を与えるため、振幅を一定量以上に大きくしたい場合には、ウォブリング振幅を大きくする代わりにＡＦ評価値のサンプル数を増やすことで、山登り方向の検出性を高めることが行われる。こうした制御機構を備えた撮像装置としては、例えば、下記文献のものが知られている。

特開平６−１３３２０５号公報

一方、一般的に、インナーフォーカスカメラにおいて、コンペンセータレンズは、ズーム時には変倍機能を持つバリエータレンズの像面変動を補正するための補正レンズとしての役割を持ち、フォーカス時は、撮像距離を変化させるためのフォーカスレンズとしての役割を併せ持っている。通常、インナーフォーカスカメラの光学設計を行う場合は、フォーカスレンズの変位による倍率変動がないように設計されるのであるが、コスト、大きさ等の制約条件によって、倍率変動が使用上問題ないとされるレベルで設計される。

したがって、インナーフォーカスカメラにおいて、ウォブリング動作によってフォーカスレンズが移動すると、僅かながら倍率が変化するため、撮像映像がゆれるように見え、映像品質に問題が生じることがあった。このような現象は、フォーカスレンズの合焦位置付近でウォブリング動作が行われる場合に、特に顕著に確認できる。そこで、ウォブリング動作に伴う倍率変化に起因する撮像映像の品質悪化を防止しながら、オートフォーカスの山登り方向の検出性を確保することができる撮像装置が求められていた。

上記課題を解決する本発明の撮像装置は、
合焦の状態を調整可能な光学系を介して得られた光学像を撮像手段により映像信号に変換する撮像装置であって、
前記映像信号を撮像条件によって制御された所定のゲインで調整し、該調整された映像信号から、前記光学系を介して得られた光学像が合焦した際に得られる高周波成分を少なくとも含む帯域の信号の強度を検出する高周波成分抽出手段と、
前記光学像を合焦させるための、前記光学系の状態変化の方向である合焦方向を検出するために、前記光学系の状態を変化させる変化範囲を、少なくとも、前記光学系の状態の変化によって起こる光学像の倍率変動の情報に基づいて設定する設定手段と、
前記光学系の状態を前記設定された変化範囲内で変化させながら、該変化範囲内での前記信号の強度の変化を所定の回数検出する信号強度変化検出手段と、
該検出された信号の強度の変化の結果に基づいて、前記合焦方向を検出する合焦方向検出手段と、
該検出された合焦方向に前記光学系の状態を変化させながら、前記信号の強度を検出し、該信号の強度がピークとなる前記光学系の状態を、前記光学系の合焦の状態として、前記光学系を制御する光学系制御手段と
を備えたことを要旨とする。

かかる構成の撮像装置は、合焦方向を検出するために光学系の状態を変化させる変化範囲を、少なくとも、光学系の状態の変化によって起こる光学像の倍率変動の情報に基づいて設定し、その設定された変化範囲内で光学系の状態を変化させながら、信号の強度の変化を検出し、その結果に基づいて合焦方向を検出して、その方向に光学系を制御することで合焦の状態を調整する。したがって、光学系の合焦方向を検出する際に、光学系の状態の変化によって起こる光学像の倍率変動による映像品質への影響を調節することができる。

また、かかる構成の撮像装置において、設定手段は、倍率変動が大きいほど変化範囲が小さくなるように変化範囲を設定するものとしてもよい。

このような構成によれば、倍率変動が大きい場合には、光学系の状態の変化範囲を小さくし、光学系の状態の変化によって起こる光学像の倍率変動を抑制するので、映像の品質が悪化することを防止できる。

また、かかる構成の撮像装置において、光学系は、該光学系を構成する複数のレンズのうち少なくとも一枚のレンズの位置を移動することにより、焦点距離を調整可能なレンズユニットと、少なくとも一枚のレンズを移動する移動用アクチュエータとを備え、光学系の状態は、移動用アクチュエータにより移動する少なくとも１枚のレンズの位置であるとしてもよい。

このような構成によれば、光学系は複数のレンズにより構成され、レンズを移動することにより焦点距離を調整する撮像装置についても、合焦方向を検出するためにレンズの位置を変化させる際に、レンズの移動によって起こる光学像の倍率変動により、映像の品質が悪化することを防止できる。

また、かかる構成の撮像装置において、 設定手段は、倍率変動の情報に加えて、信号の強度に影響を与える光学系に関する第１のパラメータ及び／または信号に含まれるノイズ信号の強度に影響を与える第２のパラメータに基づいて、変化範囲を設定するものとしてもよい。

このような構成によれば、光学系の状態の変化によって起こる光学像の倍率変動の情報に加えて、信号の強度や、信号に含まれるノイズ信号の強度に影響を与えるパラメータに基づいて、合焦方向を検出するために光学系の状態を変化させる変化範囲を設定するので、レンズの移動によって起こる光学像の倍率変動に伴い映像の品質が悪化することを防止しながら、効率的に合焦方向の検出を行うことができる。

また、かかる構成の撮像装置において、第１のパラメータは光学系の絞り値としてもよい。このような構成によれば、倍率変動の情報に加えて、信号の強度への影響が大きい絞り値にも基づいて、合焦方向を検出するために光学系の状態を変化させる変化範囲を設定するので、効率的に合焦方向の検出を行うことができる。

また、かかる構成の撮像装置において、第２のパラメータはゲインとしてもよい。このような構成によれば、倍率変動の情報に加えて、信号に含まれるノイズ信号の強度への影響が大きいゲインにも基づいて、合焦方向を検出するために光学系の状態を変化させる変化範囲を設定するので、効率的に合焦方向の検出を行うことができる。

また、かかる構成の撮像装置において、設定手段は、光学像の倍率変動の情報と、第１のパラメータ及び／または第２のパラメータとに基づいて、変化範囲に加えて、所定の回数を設定するものとしてもよい。

このような構成によれば、設定手段は、合焦方向を検出するための、光学系の状態の変化範囲だけでなく、信号の強度の変化を検出する回数も調整するので、光学系の状態の変化によって起こる光学像の倍率変動に伴い映像の品質が悪化することを防止しながら、合焦方向の検出性を高めることができる。

また、かかる構成の撮像装置において、合焦方向検出手段が、検出された信号の強度の変化の結果からは合焦方向を検出できない場合には、設定手段は、該合焦方向を検出できないときの信号の強度と、光学系が合焦の状態であったときの信号の強度との変化の大きさに基づき、変化範囲が大きくなるように、または所定の回数が増加するように設定を修正することとしてもよい。

このような構成によれば、合焦方向検出手段が合焦方向を検出できない場合には、設定手段は、信号の強度の変化の大きさに基づき、合焦方向を検出するための、光学系の状態の変化範囲が大きくなるように、または信号の強度を検出する回数が増加するように設定を修正するので、合焦方向の検出性を高めることができる。

なお、本発明は、上述した撮像装置としての構成のほか、焦点自動調整方法としても構成することができる。

本発明の実施例について次の順序で説明する。
（１）デジタルビデオカメラの概略構成：
（２）オートフォーカス処理：
（３）ウォブリング振幅等算出処理：
（４）ウォブリング振幅等見直し処理：

（１）デジタルビデオカメラの概略構成：
図１は、本発明の実施例としてのデジタルビデオカメラ１０の概略構成を示す説明図である。デジタルビデオカメラ１０は、山登り方式のオートフォーカス機構を備えた据付式の監視カメラであり、レンズブロック１００、ＣＣＤ２００、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）及びＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路３１０、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３２０、ＡＦ回路３３０、マイクロコンピュータ４００、レンズ等駆動モータ５１０〜５３０、レンズ等ドライバ５５０〜５７０、ＲＯＭ６００、ＲＡＭ７００、出力インターフェース８００を備えている。

レンズブロック１００は、固定第１レンズ１１０、変倍機能を持つ可動式のバリエータレンズ１２０、レンズを通過する光量を制御するアイリス１３０、固定第２レンズ１４０、フォーカス機能と変倍時に焦点位置補正を行う機能とを持つ可動式のコンペンセータレンズ１５０、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０の位置をそれぞれ検出する位置検出装置１７０及び１９０、アイリス１３０の絞り値を検出する絞り値検出装置１８０から構成される。これらのレンズ群は、入射された被写界の光学像の倍率、光量、焦点を調整して、ＣＣＤ２００の面上に結像させる。なお、本実施例においては、上述の各レンズは、説明の便から単一のレンズとして示しているが、複数のレンズから構成されてもよい。

ＣＣＤ２００は、結像された光学像を電気信号に変換する撮像素子である。なお、本実施例では、撮像素子としてＣＣＤを用いたが、ＣＭＯＳなど他の撮像素子を用いてもよい。

サンプルホールド及びＡＧＣ回路３１０は、ＣＣＤ２００の出力からスイッチングノイズを除去して信号成分を取り出すとともに、出力信号レベルが一定になるようにゲインを制御する回路である。ＤＳＰ３２０は、サンプルホールド及びＡＧＣ回路３１０から出力されたアナログ信号をデジタル信号へ変換して、輝度信号やクロマ信号を生成すると共に、ガンマ補正、アパーチャ補正、ホワイトバランス調整等の処理を行う専用のプロセッサである。ＡＦ回路３３０は、ハイパスフィルタ(本実施例では、遮断周波数を１ＭＨｚと数十ｋＨｚの２種類から選択できるようにしている)、絶対値回路。ゲート回路、検波回路を備えており、ＤＳＰから出力された映像信号をハイパスフィルタにより輝度信号の高周波成分を取り出し、この高周波成分を絶対値回路により絶対値化し、更にゲート回路により測距枠として設定された範囲に該当する信号のみを抽出し、検波回路によりピーク検波することでＡＦ評価値を取得する。

ズームモータ５１０，フォーカスモータ５３０は、バリエータレンズ１２０，コンペンセータレンズ１５０の位置を移動させて、倍率調整または焦点調整を行うためのステッピングモータである。また、アイリスモータ５２０は、アイリス１３０を開閉して光量を調整するためのガルバノメータである。

マイクロコンピュータ４００は、ＲＯＭ６００に記憶された制御プログラムを用いて、ＡＦ回路３３０から得られるＡＦ評価値が最大となるように、フォーカスドライバ５７０を介してフォーカスモータ５３０を動作させて、コンペンセータレンズ１５０の位置を移動させて、オートフォーカス制御を行うほか、デジタルビデオカメラ１０の動作全体を制御する。また、ＲＯＭ６００に記憶された制御プログラムをＲＡＭ７００に展開して実行することで、ウォブリング振幅等算出部４１０、ウォブリング制御部４２０、山登り方向検出部４３０、合焦制御部４４０として動作する。

ＲＯＭ６００には、マイクロコンピュータ４００が用いる、デジタルビデオカメラ１０の動作に必要な制御プログラムのほか、後述するオートフォーカス処理で使用するＦ値／振幅テーブル６１０、ＡＧＣゲイン／振幅テーブル６２０、フォーカス移動許容量テーブル６３０、振幅比／サンプル数テーブル６４０が記憶されている。

ＲＡＭ７００には、マイクロコンピュータ４００が制御プログラムを実行するためのワークエリアなどの記憶領域が確保されている。なお、これらの記憶領域は、マイクロコンピュータ４００が備えるレジスタ内に確保することでもよい。

出力インターフェース８００は、デジタルビデオカメラ１０で撮像された映像データを出力するためのインターフェースであり、例えば、図示しないモニタに接続して、モニタ画面上で、デジタルビデオカメラ１０で撮像された映像データを見ることができる。

（２）オートフォーカス処理
図２は、デジタルビデオカメラ１０のオートフォーカス処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、デジタルビデオカメラ１０が被写界を撮像する際に、コンペンセータレンズ１５０の位置を移動させて、自動焦点調整を行う処理である。

この処理が開始されると、マイクロコンピュータ４００は、ウォブリング振幅等算出部４１０の処理として、ウォブリング振幅とサンプリング数ＳＲとを決定するウォブリング振幅等算出処理を行う（ステップＳ１００）。上述のウォブリングとは、コンペンセータレンズ１５０を光軸方向に一定量微振動させて、各移動位置におけるＡＦ評価値を取得し、このＡＦ評価値が大きくなる方向を、コンペンセータレンズ１５０が合焦する方向として検出する処理である。また、ウォブリング振幅とは、コンペンセータレンズ１５０がウォブリングのために微振動する振幅である。このステップＳ１００では、ウォブリング振幅を大きくすると、撮像映像にゆれ等の悪影響を与える可能性があるため、映像品質に悪影響を与えずに、山登り方向の検出性を確保するための、ウォブリング振幅とＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを決定するのである。この処理の詳細については、図４を用いて後述する。なお、本実施例においては、このウォブリング振幅は、フォーカスモータ５３０の１パルス分に対応する移動距離である１ステップを単位とする。

次に、マイクロコンピュータ４００は、ウォブリング制御部４２０の処理として、上記ステップＳ１００で決定した振幅でウォブリングを行い、山登り方向検出部４３０の処理として、ウォブリングによる山登り方向の検出を行う（ステップＳ１１０）。この山登り方向の検出については、図３（ａ）を用いて説明する。上記ステップＳ１００において、例えば、ウォブリング振幅が２ステップ、ＡＦ評価値サンプリング数ＳＲが１回と決定された場合、マイクロコンピュータ４００は、フォーカスドライバ５７０を介してフォーカスモータ５３０を駆動させて、コンペンセータレンズ１５０を現在の位置Ｐ０から、振幅２ステップだけ図中の右方向に移動した位置Ｐ＋２と，振幅２ステップだけ図中の左方向に移動した位置Ｐ−２の間を一往復して位置Ｐ０に戻る。そして、これらのステップ位置毎にＡＦ評価値を１回取得する。その結果、各ステップ位置で取得したＡＦ評価値ＡＦ−２〜ＡＦ＋２が、図示するように、右肩上がりの傾向を示していれば、マイクロコンピュータ４００は、図中の右方向を山登り方向、すなわちコンペンセータレンズ１５０の合焦位置が存在する方向として検出する。なお、図中の右方向は、ＦＡＲ（遠距離）方向であり、左方向はＮＥＡＲ（近接）方向である。

なお、本実施例においては、サンプリング回数を複数回、例えば、３回と決定した場合には、上述の例を用いれば、コンペンセータレンズ１５０がＰ＋２とＰ−２の間を３回往復し、１往復毎に各移動位置のＡＦ評価値を１回、計３回取得するものとしたが、これに限られるものではなく、１往復の間に各移動位置で３回ＡＦ評価値を取得するものとしてもよい。

また、本実施例においては、ウォブリングは、山登り方向の検出性を考慮して、コンペンセータレンズ１５０を光軸方向に前後に移動させて行うこととしたが、前後いずれか片方向のみに移動するものであってもよい。例えば、上述の例を用いれば、コンペンセータレンズ１５０を現在の位置Ｐ０から、振幅２ステップだけ図中の右方向に移動した位置Ｐ＋２と，振幅２ステップだけ図中の左方向に移動した位置Ｐ−２の間を一往復して位置Ｐ０に戻る代わりに、現在の位置Ｐ０から、振幅２ステップだけ図中の右方向に移動した位置Ｐ＋２に移動した後、位置Ｐ０に戻るものとしてもよい。

次に、マイクロコンピュータ４００は、上記ステップＳ１１０における山登り方向の検出に成功したか否かを判断する（ステップＳ１２０）。こうした判断を設けているのは、ウォブリング振幅の範囲内で取得したＡＦ評価値の変動が極めて小さい、あるいはノイズの影響を受けて不規則に変動しているといった場合には、山登り方向が検出できないことがあるからである。その結果、山登り方向が検出できなかった場合には（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ４００は、再度、山登り方向の検出を行うために、ウォブリング振幅及びＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを見直して（ステップＳ１５０）、処理を上記ステップＳ１１０に戻す。このステップＳ１５０のウォブリング振幅等見直し処理の詳細については図９を用いて後述する。

一方、山登り方向が検出できた場合には（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、図３（ｂ）に示すように、マイクロコンピュータ４００は、合焦制御部４４０の処理として、フォーカスドライバ５７０を介してフォーカスモータ５３０を駆動させて、コンペンセータレンズ１５０を現在の位置Ｐ０から山登り方向に移動させながら各ステップ位置のＡＦ評価値ＡＦｉを取得し、ＡＦ評価値ＡＦｉがピーク値ＡＦｍａｘとなる位置Ｐｍａｘを検出する（ステップＳ１３０）。この検出された位置Ｐｍａｘは、コンペンセータレンズ１５０が被写界を合焦させる位置であり、マイクロコンピュータ４００は、この検出位置Ｐｍａｘにコンペンセータレンズ１５０を移動し（ステップＳ１４０）、オートフォーカス処理を完了する。

（３）ウォブリング振幅等算出処理
図２のオートフォーカス処理のステップＳ１００で実行されるウォブリング振幅等算出処理の手順を示すフローチャートを図４に示す。この処理が実行されると、マイクロコンピュータ４００は、絞り値検出装置１８０を用いてＦ値を取得するとともに、Ｆ値／振幅テーブル６１０を参照して、ウォブリング振幅Ａｉを算出する（ステップＳ２００）。

上記のＦ値／振幅テーブル６１０については、図５に一例を示す。このテーブルでは、図示するように、Ｆ値とウォブリング振幅Ａｉが対応付けられている。一般的に、Ｆ値が大きくなるに従い、被写界深度が深くなって撮像映像のエッジが弱まり、一定のウォブリング振幅において取得されるＡＦ評価値の差が小さくなるために、山登り方向の検出が困難になる。そこで、図示するように、Ｆ値が大きくなるに従い、ウォブリング振幅を大きくとり、山登り方向の検出を行いやすくするのである。このようにして算出されたウォブリング振幅Ａｉは、Ｆ値の観点からの、山登り方向の検出性を確保するために必要なウォブリング振幅である。

次に、マイクロコンピュータ４００は、サンプルホールド及びＡＧＣ回路３１０を用いてＡＧＣゲインＧを取得するとともに、ＡＧＣゲイン／振幅テーブル６２０を参照して、ＡＧＣゲインＧにより決定されるウォブリング振幅Ａｇを算出する（ステップＳ２１０）。

上記のＡＧＣゲイン／振幅テーブル６２０については、図６に一例を示す。このテーブルでは、図示するように、ＡＧＣゲインＧとウォブリング振幅Ａｇが対応付けられている。一般的に、ＡＧＣゲインＧが大きくなるに従いＳ／Ｎが劣化することによりＡＦ評価値の変動が大きくなるために、ＡＦ評価値の信頼性が低下し、一定のウォブリング振幅において取得されるＡＦ評価値での山登り方向の検出が困難になる。そこで、図示するように、ＡＧＣゲインＧが大きくなるに従い、ウォブリング振幅を大きくとり、山登り方向の検出を行いやすくするのである。このようにして算出されたウォブリング振幅Ａｇは、ＡＧＣゲインＧの観点からの、山登り方向の検出性を確保するために必要なウォブリング振幅である。

次に、マイクロコンピュータ４００は、ウォブリング振幅Ａｉとウォブリング振幅Ａｇとを比較し、ウォブリング振幅Ａｉがウォブリング振幅Ａｇより大きいか否かを判断する（ステップＳ２２０）。その結果、ウォブリング振幅Ａｉがウォブリング振幅Ａｇより大きければ（ステップＳ２２０：Ｙｅｓ）、ウォブリング振幅Ａｉを、Ｆ値とＡＧＣゲインＧの観点から、山登り方向の検出性を確保するために必要な要求振幅量Ａｃとして決定する（ステップＳ２３０）。一方、ウォブリング振幅Ａｉがウォブリング振幅Ａｇ以下であれば（ステップＳ２２０：Ｎｏ）、ウォブリング振幅Ａｇを要求振幅量Ａｃとして決定する（ステップＳ２４０）。

上記ステップＳ２３０またはＳ２４０において要求振幅量Ａｃを決定すると、マイクロコンピュータ４００は、フォーカス移動許容量テーブル６３０を参照して、許容振幅量Ａｍを算出する（ステップＳ２５０）。この許容振幅量Ａｍの算出については、図７を用いて説明する。コンペンセータレンズ１５０は、上述の通り、変倍時に焦点位置補正を行うため、その位置が移動されると、僅かながら倍率変動に差が生じる。この倍率変動については、コンペンセータレンズ１５０の単位ステップの移動量に対して、その時の倍率の変化量を基準位置の倍率での割合で表した値を倍率変動率ＺＲとして定義できる。この倍率変動率ＺＲは、コンペンセータレンズ１５０がＦＡＲ方向からＮＥＡＲ方向に動くときをプラスとして、下式（１）で定義される。
ＺＲ（％）＝倍率変化量÷基準位置の倍率×１００・・・（１）

上記の倍率変動率ＺＲの一例を図７（ａ）に示す。倍率変動率ＺＲは、図示するように、ズーム位置ＺＰと被写体距離ＯＤにより、カメラの特性に応じて与えられる。この例では、ズーム位置ＺＰがｔｅｌｅ端、被写体距離ＯＤが無限遠（∞）の場合に、最も倍率変動が大きくなる。なお、図示したズーム位置ＺＰ及び被写体距離ＯＤは、代表値としての例示であり、当然、これ以外の組合せについても、カメラの特性に応じて与えられる。

図７（ａ）に示したように、コンペンセータレンズ１５０の移動により倍率変動が生じるため、コンペンセータレンズ１５０のウォブリング振幅が大きい場合には、ウォブリング中の撮像映像がゆれるように見えることとなる。図７（ａ）の例では、最も倍率変動率ＺＲの高いズーム位置ＺＰがｔｅｌｅ端、被写体距離ＯＤが無限遠（∞）の付近で、最も映像ゆれが起こる可能性が高い。そこで、撮像映像のゆれが肉眼で確認できない範囲で、ウォブリング振幅を決定することが望ましい。このような観点から、撮像映像のゆれが確認されることのないウォブリング振幅を許容振幅量Ａｍとして算出するのである。

また、許容振幅量Ａｍを算出するための、フォーカス移動許容量テーブル６３０の一例を図７（ｂ）に示す。このテーブルは、ズーム位置ＺＰ及び被写体距離ＯＤと、許容振幅量Ａｍとを関連付けるテーブルであり、カメラ特性、すなわち図７（ａ）に例示した倍率変動率ＺＲに基づいて、経験的に求められるものである。この例では、例えば、ズーム位置ＺＰが×１（ｗｉｄｅ端）、被写体距離ＯＤが５ｍの場合には、ウォブリングにより映像ゆれが確認されない許容振幅量Ａｍとして４が与えられる。図示したズーム位置ＺＰと被写体距離ＯＤとの組合せ以外の条件における許容振幅量Ａｍは、図示した条件での許容振幅量Ａｍから補間することにより求められる。本実施例では、直線補間により求めることとしたが、他の方法により補間してもよい。なお、図示したズーム位置ＺＰと被写体距離ＯＤとの組合せの条件及び組合せ数は、一例に過ぎず、倍率変動率ＺＲの変化特性や求められる精度に応じて、自由に設定すればよいことは言うまでもない。

許容振幅量Ａｍを算出すると、マイクロコンピュータ４００は、要求振幅量Ａｃと許容振幅量Ａｍとを比較し、要求振幅量Ａｃが許容振幅量Ａｍより大きいか否かを判断する（ステップＳ２６０）。その結果、要求振幅量Ａｃが許容振幅量Ａｍより大きければ（ステップＳ２６０：Ｙｅｓ）、許容振幅量Ａｍをウォブリング振幅として決定する（ステップＳ２７０）。以降、こうして決定されたウォブリング振幅を決定振幅量Ａｗということとする。この処理は、仮に、山登り方向の検出性を確保するために必要な要求振幅量Ａｃを決定振幅量Ａｗとしてしまうと、要求振幅量Ａｃは許容振幅量Ａｍよりも大きいために、映像ゆれが確認されることとなるため、ウォブリング振幅を映像ゆれが確認されない最大範囲に抑えるということである。

許容振幅量Ａｍを決定振幅量Ａｗとして決定すると、マイクロコンピュータ４００は、振幅比／サンプル数テーブル６４０を参照して、ウォブリングの各ステップ位置において取得するＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを算出する（ステップＳ２９０）。この処理は、上記ステップＳ２７０において、映像ゆれを防止するために、山登り方向の検出性を確保するために必要な要求振幅量Ａｃよりも小さい振幅量を決定振幅量Ａｗとしたことから、山登り方向の検出性を確保する別の方法として、ＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを増加させる処理である。なお、本実施例においては、標準のサンプリング回数を１回としている。

上記の振幅比／サンプル数テーブル６４０の一例を図８に示す。このテーブルでは、次式（２）で表される要求振幅量Ａｃと許容振幅量Ａｍとの振幅比ＡＲと、ウォブリングの各ステップ位置において取得するＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲとが対応付けられている。
ＡＲ＝Ａｃ／Ａｍ・・・（２）

このテーブルでは、例えば、標準のサンプリング回数１回に対して、振幅比ＡＲが２の場合にはＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲは２回、振幅比ＡＲが３の場合にはＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲは３回というように、振幅比ＡＲが大きくなるに従い、ＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを増加させている。当該テーブルをこのような設定とすれば、決定振幅量Ａｗとして決定した許容振幅量Ａｍが、山登り方向の検出性を確保するために必要な要求振幅量Ａｃに対して不足する程度に応じて、サンプリング数ＳＲを増加できるので、効率的に、山登り方向の検出精度を確保できる。なお、本実施例では、振幅比ＡＲに応じてＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを決定することとしたが、このような方法に限られるものではない。例えば、要求振幅量Ａｃと許容振幅量Ａｍとの差に応じて、サンプリング数ＳＲを決定する方法でもよい。

一方、要求振幅量Ａｃが許容振幅量Ａｍ以下であれば（ステップＳ２６０：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ４００は、要求振幅量Ａｃをウォブリング振幅として決定する（ステップＳ２８０）。

そして、マイクロコンピュータ４００は、ＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを、標準のサンプリング数ＳＲである１回と決定する（ステップＳ３００）。これは要求振幅量Ａｃを決定振幅量Ａｗとしたため、標準のサンプリング数ＳＲで山登り方向の検出性を確保できるということである。なお、本実施例においては、標準のサンプリング数ＳＲを１回としているが、山登り方向検出の精度を向上させるために標準のサンプリング数ＳＲを２回以上、例えば３回とする場合には、ステップＳ３００において、サンプリング数ＳＲを３回と決定することとなる。

こうして、決定振幅量Ａｗ及びサンプリング数ＳＲを決定すると、マイクロコンピュータ４００は、一連のウォブリング振幅等算出処理を終了し、図２のオートフォーカス処理に戻る。

なお、本実施例においては、ステップＳ２００，Ｓ２１０，Ｓ２５０，Ｓ２９０において、ＲＯＭ６００に記憶されたテーブルを用いて、それぞれ振幅Ａｉ、振幅Ａｇ、許容振幅量Ａｍ、ＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを算出したが、所定の関数によって算出するものとしてもよい。

（４）ウォブリング振幅等見直し処理
図２のオートフォーカス処理のステップＳ１５０で実行されるウォブリング振幅等見直し処理の手順を示すフローチャートを図９に示す。この処理が実行されると、マイクロコンピュータ４００は、ＡＦ評価値比ＡＦＲを算出する（ステップＳ４００）。このＡＦ評価値比ＡＦＲは、上記ステップＳ１１０においてウォブリングを行った際に取得されたＡＦ評価値ＡＦｗと、コンペンセータレンズ１５０が合焦位置に制御されたときに取得されたＡＦ評価値ＡＦｆとの比率であり、次式（３）で表される。
ＡＦＲ＝ＡＦｗ／ＡＦｆ・・・（３）

なお、本実施例においては、ＡＦ評価値ＡＦｗは、ウォブリング時に取得したＡＦ評価値が複数ある場合には、これらの平均値を用いるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、最小値、最大値、最後に取得した値など、他の値を用いてもよい。

ＡＦ評価値比ＡＦＲを算出すると、マイクロコンピュータ４００は、ＡＦ評価値比ＡＦＲと所定の閾値ＴＨとを比較し、ＡＦ評価値比ＡＦＲが閾値ＴＨよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ４１０）。その結果、ＡＦ評価値比ＡＦＲが閾値ＴＨよりも大きければ（ステップＳ４２０：Ｙｅｓ）、ウォブリング時に取得されたＡＦ評価値は、合焦時に取得されたＡＦ評価値と比べて大きな差がないということであり、ウォブリング時のコンペンセータレンズ１５０の位置は合焦位置に近いということが予測される。したがって、さらにウォブリング振幅を大きくすると、倍率変動による映像ゆれにより映像品質を悪化させる恐れがあるため、上記ステップＳ１００で決定した決定振幅量Ａｗはそのままにして、サンプリング数ＳＲを所定数増加させる（ステップＳ４２０）。

なお、本実施例においては、サンプリング数ＳＲが複数回である場合の山登り方向の判断は、最も多く検出されたＡＦ評価値の変化方向を採用するものとした。例えば、サンプリング回数と検出された山登り方向と決定された山登り方向との関係は以下の通りとなる。
サンプリング回数 検出山登り方向 決定山登り方向
（１）２回 非検出／ＮＥＡＲ ＮＥＡＲ
（２）２回 ＦＡＲ／ＮＥＡＲ 非検出
（３）３回 ＦＡＲ／ＮＥＡＲ／ＦＡＲ ＦＡＲ
しかし、このような態様に限るものではなく、例えば、最も大きなＡＦ評価値の変化から検出された山登り方向を採用したり、所定の回数同じ山登り方向が検出された場合に当該山登り方向を採用したりするなど、別の方法を用いてもよい。

一方、ＡＦ評価値比ＡＦＲが閾値ＴＨ以下であれば（ステップＳ４２０：Ｎｏ）、ウォブリング時に取得されたＡＦ評価値は、合焦時に取得されたＡＦ評価値と比べて大きな差があるということであり、ウォブリング時のコンペンセータレンズ１５０の位置は合焦位置から遠い大ボケの位置にあることが予測される。したがって、ウォブリング振幅を大きくしても、倍率変動による映像ゆれが映像品質に影響を与えないため、上記ステップＳ１００で決定したサンプリング数ＳＲはそのままにして、決定振幅量Ａｗを所定量増加させる（ステップＳ４３０）。

以上により、ウォブリング振幅等見直し処理は終了し、処理を図２に示したオートフォーカス処理に戻す。なお、本実施例においては、ウォブリング時の合焦の程度を判断するためにＡＦ評価値ＡＦＲを用いたが、これに限られるものではない。例えば、ＡＦ評価値ＡＦｗとＡＦ評価値ＡＦｆとの差により把握するなど、現在のＡＦ評価値が合焦時のＡＦ評価値からどの程度かけ離れているかを判断できる方法であればよい。

かかる構成のデジタルビデオカメラ１０は、コンペンセータレンズ１５０の移動に伴う倍率変動による映像ゆれが肉眼で確認できない範囲でウォブリング幅を決定し、必要に応じてウォブリング時におけるＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを増加させるので、倍率変動による映像ゆれを防止できると共に、オートフォーカスの山登り方向の検出性を確保することができる。

また、デジタルビデオカメラ１０は、山登り方向の検出に失敗した場合には、ウォブリング時に取得されたＡＦ評価値と、合焦時に取得されたＡＦ評価値とから、現在の合焦の程度を判断し、その判断結果に基づいて、映像品質に影響を与えない範囲でウォブリング幅とウォブリング時におけるＡＦ評価値のサンプリング数ＳＲを設定し直すので、倍率変動による映像ゆれを防止しながら、効率的にオートフォーカスの山登り方向の検出性を確保することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、実施例においては、コンペンセータレンズ１５０の位置を移動させることによりオートフォーカス制御を行うデジタルビデオカメラについて例示したが、ＣＣＤ２００を移動させたり、レンズの形状を電圧で変化させたりして、オートフォーカス制御を行うデジタルビデオカメラに対しても適用可能である。もとより、実施例に示した監視用のカメラに限らず、業務用のデジタルビデオカメラ、民生用のハンディデジタルビデオカメラ、携帯電話搭載のデジタルビデオカメラ、ネットワークカメラなど、種々の撮像装置として実現可能である。

本発明の実施例としてのデジタルビデオカメラ１０の概略構成を示す説明図である。 オートフォーカス処理の手順を示すフローチャートである。 山登り方向の検出についての説明図である。 オートフォーカス処理で実行されるウォブリング振幅等算出処理の手順を示すフローチャートである。 Ｆ値／振幅テーブル６１０の一例を示す説明図である。 ＡＧＣゲイン／振幅テーブル６２０の一例を示す説明図である。 許容振幅量Ａｍについての説明図である。 振幅比／サンプル数テーブル６４０の一例を示す説明図である。 オートフォーカス処理で実行されるウォブリング振幅等見直し処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０...デジタルビデオカメラ
１００...レンズブロック
１１０...固定第１レンズ
１２０...バリエータレンズ
１３０...アイリス
１４０...固定第２レンズ
１５０...コンペンセータレンズ
１７０，１９０...位置検出装置
１８０...絞り値検出装置
２００...ＣＣＤ
３１０...サンプルホールド及びＡＧＣ回路
３２０...ＤＳＰ
３３０...ＡＦ回路
４００...マイクロコンピュータ
４１０...ウォブリング振幅等算出部
４２０...ウォブリング制御部
４３０...山登り方向検出部
４４０...合焦制御部
５１０...ズームモータ
５２０...アイリスモータ
５３０...フォーカスモータ
５５０...ズームドライバ
５６０...アイリスドライバ
５７０...フォーカスドライバ
６００...ＲＯＭ
６１０...Ｆ値／振幅テーブル
６２０...ＡＧＣゲイン／振幅テーブル
６３０...フォーカス移動許容量テーブル
６４０...振幅比／サンプル数テーブル
７００...ＲＡＭ
８００...出力インターフェース

Claims (9)

1. 合焦の状態を調整可能な光学系を介して得られた光学像を撮像手段により映像信号に変換する撮像装置であって、
   前記映像信号を撮像条件によって制御された所定のゲインで調整し、該調整された映像信号から、前記光学系を介して得られた光学像が合焦した際に得られる高周波成分を少なくとも含む帯域の信号の強度を検出する高周波成分抽出手段と、
   前記光学像を合焦させるための、前記光学系の状態変化の方向である合焦方向を検出するために、前記光学系の状態を変化させる変化範囲を、少なくとも、前記光学系の状態の変化によって起こる光学像の倍率変動の情報に基づいて設定する設定手段と、
   前記光学系の状態を前記設定された変化範囲内で変化させながら、該変化範囲内での前記信号の強度の変化を所定の回数検出する信号強度変化検出手段と、
   該検出された信号の強度の変化の結果に基づいて、前記合焦方向を検出する合焦方向検出手段と、
   該検出された合焦方向に前記光学系の状態を変化させながら、前記信号の強度を検出し、該信号の強度がピークとなる前記光学系の状態を、前記光学系の合焦の状態として、前記光学系を制御する光学系制御手段と
   を備えた撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置であって、
   前記設定手段は、前記倍率変動が大きいほど前記変化範囲が小さくなるように前記変化範囲を設定する
   撮像装置。
3. 請求項１または請求項２記載の撮像装置であって、
   前記光学系は、
   該光学系を構成する複数のレンズのうち少なくとも一枚のレンズの位置を移動することにより、焦点距離を調整可能なレンズユニットと、
   前記少なくとも一枚のレンズを移動する移動用アクチュエータと
   を備え、
   前記光学系の状態は、前記移動用アクチュエータにより移動する前記少なくとも１枚のレンズの位置である
   撮像装置。
4. 請求項１ないし請求項３記載の撮像装置であって、
   前記設定手段は、前記倍率変動の情報に加えて、前記信号の強度に影響を与える光学系に関する第１のパラメータ及び／または前記信号に含まれるノイズ信号の強度に影響を与える第２のパラメータに基づいて、前記変化範囲を設定する
   撮像装置。
5. 請求項４記載の撮像装置であって、
   前記第１のパラメータは、前記光学系の絞り値である
   撮像装置。
6. 請求項４または請求項５記載の撮像装置であって、
   前記第２のパラメータは、前記ゲインである
   撮像装置。
7. 請求項４または請求項６記載の撮像装置であって、
   前記設定手段は、前記光学像の倍率変動の情報と、前記第１のパラメータ及び／または前記第２のパラメータとに基づいて、前記変化範囲に加えて、前記所定の回数を設定する
   撮像装置。
8. 請求項７記載の撮像装置であって、
   前記合焦方向検出手段が、前記検出された信号の強度の変化の結果からは合焦方向を検出できない場合には、前記設定手段は、該合焦方向を検出できないときの前記信号の強度と、前記光学系が合焦の状態であったときの前記信号の強度との変化の大きさに基づき、前記変化範囲が大きくなるように、または前記所定の回数が増加するように設定を修正する
   撮像装置。
9. 合焦の状態を調整可能な光学系の焦点自動調整方法であって
   前記光学系を介して得られた光学像を合焦させるための、前記光学系の状態変化の方向である合焦方向を検出するために、前記光学系の状態を変化させる変化範囲を、少なくとも、前記光学系の状態の変化によって起こる光学像の倍率変動の情報に基づいて設定し、
   前記光学系の状態を前記設定された変化範囲内で変化させながら、該変化範囲内での、前記光学系を介して得られた前記光学像から変換された映像信号から少なくとも検出される、前記光学像が合焦した際に得られる高周波成分を含む帯域の信号の強度の変化を所定の回数検出し、
   該検出された信号の強度の変化の結果に基づいて、前記合焦方向を検出し、
   該検出された合焦方向に前記光学系の状態を変化させながら、前記信号の強度を検出し、該信号の強度がピークとなる前記光学系の状態を、前記光学系の合焦の状態として、前記光学系を制御する
   焦点自動調整方法。

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