焦点検出装置及び方法
【課題】 外部測定方式の直接測定ＡＦによって、高速に動体に対して合焦し続けること。
【解決手段】 撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出し、複数の測定エリアを含む、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段により、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得し、前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択し、選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する。選択された測定エリアから得られた距離に関する情報と、次の周期で各測定エリアから得られた距離に関する情報とがそれぞれ示す距離の差に基づいて、測定エリアを選択し直す。
【解決手段】 撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出し、複数の測定エリアを含む、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段により、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得し、前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択し、選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する。選択された測定エリアから得られた距離に関する情報と、次の周期で各測定エリアから得られた距離に関する情報とがそれぞれ示す距離の差に基づいて、測定エリアを選択し直す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動焦点検出技術に関する
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＴＴＬ（Through The Lens）方式のオートフォーカス（ＡＦ）方式が提案されている。このＡＦ方式では、フォーカスレンズを動かしながら撮像信号の高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大になるフォーカスレンズの位置（山の頂点）を探して合焦点を検出する。以後、この方式のＡＦを撮像信号ＡＦと呼ぶ。この撮像信号ＡＦ方式は、自動焦点検出のためのメカ部材等の必要が無いため、低コストで実現できる。また、撮像信号から合焦度の判断を行うために、精度が高く、さらに経時変化が無いなどの特徴がある。特に、高画素の撮像素子での撮影などでは、ピント精度に対する要求が高いため、メカ部材の経時変化の影響を受けない撮像信号ＡＦは有効である。
【０００３】
一方、この撮像信号ＡＦ方式は、山の頂点、すなわち合焦点を判別するために、フォーカスレンズの駆動可能範囲を端から端までスキャンをして山の形を把握するか、もしくは、いわゆる山登り動作を行うため、以下のような欠点がある。先ず、スキャンで山の形を把握した場合、ピントがボケたり合ったりする動作が見えてしまうために、動画撮影やモニタに映し出されている状態では不適切であるという欠点がある。また、山登り動作は、動画撮影やモニタでのプレビュー動作で一般的に用いられるが、フォーカスレンズの位置が合焦点から遠く離れた位置にあって、そこから移動を開始する場合は、山の形状が平坦な部分からの開始になる。そのような場合、山の頂上の方向がどちらであるかの判別が難しく、山の頂上がある方向を間違えると、山の頂上とは逆の端まで行ってから戻るなど、ピントが合うまで画像が見苦しくなるとともに、合焦するまでの時間が大幅にかかってしまう。
【０００４】
一方、赤外線三角測距方式や瞳分割位相差検出方式を用いた、ＴＴＬや外部方式のオートフォーカス（以下、直接測定ＡＦと呼ぶ。）方式も提案されている。この直接測定ＡＦ方式では、直接被写体までの距離に関する情報を得ることが可能であり、合焦点の位置を検出するためのスキャン動作や山登り動作を必要としないため、高速に合焦点が判別できるという特徴がある。ただし、焦点検出のためのメカ部材などが必要になるためコストがかかると共に、撮像系とは異なる系で測定するため、経時変化や温度変化により合焦位置が狂いやすいという欠点を持っている。
【０００５】
また、上述した２つのＡＦ方式を組み合わせて、お互いの欠点を補うようにシステムを構成することで、高精度で高速なオートフォーカスを実現するハイブリッドＡＦが提案されている。
【０００６】
しかし、撮像信号ＡＦのための撮像系と直接測定ＡＦのための撮像系とが、光学的に異なる位置に配置されている場合、２つの撮像系の間に視差（パララックス）が生じるという問題点がある。そして、このパララックスのため、直接測定ＡＦの測定対象領域が、所望の被写体を含まない領域となる場合がある。こういった問題に対して、撮像信号ＡＦのための撮像対象領域と直接測定ＡＦの測定対象領域とが重なるようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、主要被写体として撮像画面内の動体に対して合焦を行いたいという要望がある。この要望に対しては、画面内の固定の位置に対応する複数の測距センサを備え、画面内での動体の移動にあわせて適切な測距センサを選択するという技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２６８０４号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、被写体が動体である場合に、被写体に対して高速に測距ができる外部測定方式の直接測定ＡＦを適用しようとした場合、上述したパララックスが問題となって、うまく直接測定ＡＦを適用できないという課題がある。
【００１０】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、外部測定方式の直接測定ＡＦによって、高速に動体に対して合焦し続けることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出手段と、複数の測定エリアを含み、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段と、前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成手段とを有し、前記選択手段は、選択した測定エリアから得られた距離に関する情報と、次の周期で各測定エリアから得られた距離に関する情報とがそれぞれ示す距離の差に基づいて、測定エリアを選択し直す。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外部測定方式の直接測定ＡＦによって、高速に動体に対して合焦し続けることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態におけるカメラの概略構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態における直接測定ＡＦモジュールの構成及び動作原理の説明図。
【図３】直接測定ＡＦモジュールの設置レイアウト例を表した図。
【図４】撮像光学系とＡＦ光学系とのパララックスを説明する図。
【図５Ａ】実施の形態における自動焦点検出動作を説明するフローチャート。
【図５Ｂ】実施の形態における自動焦点検出動作を説明するフローチャート。
【図６】動体エリアに対する測定エリアの選択処理を説明するフローチャート。
【図７】各距離での動体と測定エリアとの重なり具合を示す図。
【図８】画像中に動体が無い場合のエリア選択方法を説明するフローチャート。
【図９】測定エリアと中央エリアとの重なり具合を説明する図。
【図１０】被写体距離に応じたクロス率の変化を説明する図。
【図１１】第１の実施形態における測定エリアの設定処理を説明するフローチャート。
【図１２】第１の実施形態における動体の撮像面方向の移動と測定エリアの重なり方を示す図。
【図１３】第２の実施形態における測定エリアの設定処理を説明するフローチャート。
【図１４】第２の実施形態における動体の光軸方向の移動を示す図。
【図１５】第２の実施形態における光軸方向に移動している動体と、測定エリアの重なり方を示す図。
【図１６】測定エリアを複数同時に使用する場合の説明図。
【図１７】別の測定エリアの割り当て方を示す説明図。
【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を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態における自動焦点検出装置を搭載したカメラ（撮像装置）の構成を示すブロック図である。なお、ここで言うカメラとは、動画や静止画を撮影して、テープや固体メモリ、光ディスクや磁気ディスク等のさまざまなメディアに記録する、いわゆるビデオカメラやデジタルスチルカメラ等を総称している。カメラ内の各ユニットは、バス２６０を介して接続されており、各ユニットはメインＣＰＵ２５１によって制御される構造になっている。
【００１６】
レンズユニット２０１には、固定１群レンズ２０２、ズームレンズ２１１、絞り２０３、固定３群レンズ２２１、フォーカスレンズ２３１が含まれる。これらの光学部材を通して、撮像素子２４１上に被写体像を結像して撮像を行う。ズーム制御回路２１３は、メインＣＰＵ２５１の指示に従いズームモータ２１２を介してズームレンズ２１１を駆動して焦点距離を変える。
【００１７】
撮像素子２４１に結像された被写体像は光電変換され、得られた電気信号は撮像信号処理回路２４２で画像信号ＴＶＳに整えられて、ＡＦ信号処理回路２３４及び動体検出処理回路２３５に入力される。ＡＦ信号処理回路２３４は、撮像信号ＡＦ（山登りＡＦ）制御のための評価値ＦＶと、合焦度を表すＩＦＡ信号を生成し、フォーカス制御回路２３３へ入力する。動体検出処理回路２３５では、画像信号ＴＶＳから動体に対応する部分を探索し、見つかった場合には、撮像信号内における動体部（動体エリア）の位置及び大きさを、フォーカス制御回路２３３へ入力する。
【００１８】
一方、レンズユニット２０１の外部に設けられている直接測定ＡＦ検出モジュール２３０は、被写体距離に関する情報（距離情報）である信号Ｐ（Ｘ）（Ｘは、後述する測定エリアを表す。）を算出してフォーカス制御回路２３３へ入力する。この被写体距離に関する情報の算出は、直接測定ＡＦ用の瞳分割光学系２３８を通して位相差検出器としてのセンサ２３９へ結像された２つの被写体像の位相差を検出することにより行う。フォーカス制御回路２３３では、上述したようにして得られた信号Ｐ（Ｘ）と、評価値ＦＶ及び合焦度ＩＦＡ、動体検出結果による動体の位置及び大きさに基づいて制御信号によりフォーカスモータ２３２を介してフォーカスレンズ２３１を駆動する。これにより、オートフォーカス（ＡＦ）を実現する。
【００１９】
撮像信号処理回路２４２で整えられた画像信号ＴＶＳは、一時的にＲＡＭ２５４に蓄積される。ＲＡＭ２５４に蓄積された画像信号ＴＶＳは、撮影した画像の記録が指示されている場合には画像圧縮解凍回路２５３にて圧縮処理され、画像記録用メディア２５７に記録される。これと並行して、ＲＡＭ２５４に蓄積された画像信号ＴＶＳは、画像処理回路２５２にて表示に最適なサイズに縮小または拡大処理されて、モニタディスプレイ２５０に表示される。これにより、動画撮影時には、リアルタイムで撮影画像を撮影者に対してフィードバックすることができる。つまり、動画撮影の場合には、液晶画面にずっと動画が出ているという状態になる。また、静止画撮影時には、撮像した一枚の画像を撮影直後に、モニタディスプレイに所定時間だけ撮影画像を表示することで撮影画像の確認を行うことが可能となる。
【００２０】
操作スイッチ２５６は使用者が指示を行うための操作を行うためのものである。２５９は電源バッテリーであり、電源管理回路２５８により適切な電源管理が施されて、カメラ全体に安定した電源供給が行される。
【００２１】
なお、これらの動作に先立って、カメラがＯＦＦ状態から起動すると、フラッシュメモリ２５５に格納されていたプログラムがＲＡＭ２５４の一部にロードされる。メインＣＰＵ２５１はこのＲＡＭ２５４にロードされたプログラムに従って上述した動作を行う。
【００２２】
次に、レンズユニット２０１に対して外部に設けられた、本実施の形態における直接測定ＡＦ検出モジュール２３０の構成及び動作原理について、図２を参照して説明する。
【００２３】
３０１は被写体、２３９Ｌおよび２３９Ｒは、それぞれ、センサ２３９を構成する、光電変換センサが並んで配置された、左右のセンサアレイ（以下、「ラインセンサ」と呼ぶ。）である。左ラインセンサ２３９Ｌ、右ラインセンサ２３９Ｒには、それぞれ、直接測定ＡＦ用の瞳分割光学系２３８を構成する、左ＡＦセンサレンズ２３８Ｌ及び右ＡＦセンサレンズ２３８Ｒが配置されている。被写体３０１からの光束はそれぞれの光路を通り、左ＡＦセンサレンズ２３８Ｌ及び右ＡＦセンサレンズ２３８Ｒを介して、左ラインセンサ２３９Ｌ、右ラインセンサ２３９Ｒに入射する。ここでは、これら左ＡＦセンサレンズ２３８Ｌ、右ＡＦセンサレンズ２３８Ｒ、左ラインセンサ２３９Ｌ、右ラインセンサ２３９Ｒを直接測定ＡＦ検出モジュール２３０としている。直接測定ＡＦ検出モジュール２３０から被写体３０１までの距離ｌは、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０の基線長Ｂ、焦点距離ｆ、右ラインセンサ２３９Ｒを基準とした左ラインセンサ２３９Ｌの位相差をｎとしたとき、
ｌ＝Ｂ×ｆ／ｎ
【００２４】
で求めることができる。この結果に基づいて、被写体距離に関する情報としての距離ｌまたは位相差ｎの関数として、フォーカスレンズ２３１の合焦位置までの繰り出し量を求めることができる。
なお、左ラインセンサ２３９Ｌおよび右ラインセンサ２３９Ｒは、３つに分割されており、左側から、測定エリアＬ（左）、Ｃ（中央）、Ｒ（右）とする。そして被写体距離に関する情報としての距離ｌは、測定エリアごとに求められ、信号Ｐ（Ｘ）（ＸはＬ、Ｃ、Ｒのどれか）としてフォーカス制御回路２３３に入力される。なお、左ＡＦセンサレンズ２３８Ｌと右ＡＦセンサレンズ２３８Ｒは、個々のカメラで基線長Ｂがほぼ一定（所定の値）になるように、一体成型されている。一体成型（ワンパッケージ化）することで、分解したり外部からの衝撃などで基線長がずれることを防げるためである。図２でいうと、２つのレンズの中心間距離（レンズの後ろにある２つのセンサの相互距離）がある一定の値になる。
【００２５】
図３は、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０の設置レイアウト例を表した図である。図３は、カメラを被写体側から見た正面図で、撮像光学系としてのレンズユニット２０１の左側に、ＡＦ光学系としての直接測定ＡＦ検出モジュール２３０が設置されている。なお、これは一例であって、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０を右側や斜め上／下に設置しても構わないが、ここでは、図３に示すようにレンズユニット２０１の左側に設置された場合を例にとって説明を行う。図３に示すように直接測定ＡＦ検出モジュール２３０を設置した場合、距離変化に対して撮像光学系とＡＦ光学系とで視差（パララックス）が発生する。
【００２６】
図４は、図３に示すレイアウトにおけるパララックスを説明する図である。ここでは、撮像素子２４１とセンサ２３９（左ラインセンサ２３９Ｌと右ラインセンサ２３９Ｒの両方）に写り込む被写体側の領域を、近距離（例えば１ｍ）、中距離（例えば３ｍ）、遠距離（例えば１００ｍ）で考える。近距離では、被写体側の領域５０２の像が撮像素子２４１の撮像エリアに投影され、領域５１２の像がラインセンサ２３９の測定エリアＬ（左）、Ｃ（中央）、Ｒ（右）にそれぞれ投影される。また、中距離では領域５０３の像が撮像素子２４１の撮像エリアに投影され、領域５１３の像がラインセンサ２３９の測定エリアＬ（左）、Ｃ（中央）、Ｒ（右）にそれぞれ投影される。そして、遠距離では、領域５０４が撮像素子２４１の撮像エリアに投影され、領域５１４がラインセンサ２３９の測定エリアＬ（左）、Ｃ（中央）、Ｒ（右）の位置にそれぞれ投影される。
【００２７】
図４に示すように、近距離（１ｍ）では、測定エリア領域５１２は、撮像エリア５０２に対して右よりに位置している。この場合、測定エリア領域５１２の内、測定エリアＬ及びＣが撮像エリア５０２と重なっており、測定エリアＲは撮像エリア５０２とはほぼ重なっていない状態となる。中距離（３ｍ）では、測定エリア領域５１３と、撮像エリア５０３の中心がほぼ一致し、測定エリアＬ、Ｃ、Ｒは、全て撮像エリア５０３と重なっている状態となる。そして、遠距離（１００ｍ）では、測定エリア領域５１４は、撮像エリア５０４に対して左よりに位置している。この場合、測定エリア領域５１４の内、測定エリアＣ及びＲが撮像エリア５０４と重なっており、測定エリアＬは撮像エリア５０４とはほぼ重なっていない状態となる。
【００２８】
なお、上述の図４によるパララックスに関する説明では、ズームレンズ２１１をある位置に固定し、撮像画像の画角を固定していることを前提としている。ズームレンズ２１１を移動させて焦点距離を変えると、撮像画像の画角は変化するため、その場合には、撮像エリアと測定エリアとの重なり方は変わってくる。従って、本実施の形態のカメラでは、ズームレンズ２１１の各位置の画角に対し、撮像エリアと測定エリアとの重なり方の情報をフラッシュメモリ２５５にデータとして保持しているものとする。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
図５Ａ及び図５Ｂは、第１の実施形態における、上記構成を有するカメラにおける自動焦点検出動作を説明するためのフローチャートである。なお、特に指示しない限り、メインＣＰＵ２５１の制御により動作する。また、本実施の形態では、ＡＦモードとして、以下の３つのモードを切り替えて制御を行う。１つ目はＡＦモードは、直接測定ＡＦにより合焦した後、撮像信号ＡＦにより合焦状態を保持する「通常ＡＦモード」である。「通常ＡＦモード」は、直接測定ＡＦで大まかに合焦し、撮像信号ＡＦで微調整するというモードである。また、２つ目は、動体に対して直接測定ＡＦを行い続け、高速に動体に合焦し続ける「動体ハイスピードＡＦモード」である。そして、３つ目は、撮像信号ＡＦで動体に対して一旦合焦を行うモードである「プレ動体ＡＦモード」である。「プレ動体ＡＦモードは」、「動体ハイスピードＡＦモード」を行う前に動体部分の検知を画像処理的に行う必要があるため、動体部分を検知したあと、撮像信号ＡＦで動体部分に合焦するためのモードである。そして、「動体ハイスピードＡＦモード」は、「プレ動体ＡＦモード」を経た後に行われる。合焦レンズ位置から動体までの距離を算出し、その距離にあわせて動体と重なる直接測定ＡＦにおける測定エリア（Ｒ、Ｃ、Ｌ）を同定し、そのエリアを使って直接測定ＡＦでＡＦを行うモードである。
【００３０】
自動焦点検出動作が開始されると、まず、ＡＦの状態を表すＡＦＭＯＤＥに１を代入する（Ｓ１１）。なお、ＡＦＭＯＤＥとしては以下の３つの状態を有し、ＡＦＭＯＤＥ＝１であれば直接測定ＡＦを使用して合焦処理を行い、ＡＦＭＯＤＥ＝２では撮像信号ＡＦを使用して合焦処理を行う。また、ＡＦＭＯＤＥ＝３では合焦が完了した状態を前提として、合焦判定値に変化がないかを監視して、変化があった場合にはＡＦＭＯＤＥ＝１、またはＡＦＭＯＤＥ＝２として合焦処理に移行する処理を行っている。ここで、ＡＦＭＯＤＥ ＝ １は、直接測定ＡＦを行う動作であって、「動体ハイスピードＡＦモード」、または「通常ＡＦモード」の合焦度が低い場合に対応する。また、ＡＦＭＯＤＥ ＝ ２は「プレ動体ＡＦモード」、または「通常ＡＦモード」の合焦度が高い時のコントラストＡＦ動作時に対応する。また、ＡＦＭＯＤＥ ＝ ３は どの「動体ハイスピードＡＦモード」「プレ動体ＡＦモード」「通常ＡＦモード」に関わらず、合焦度が非常に高くてＡＦ動作を行わずフォーカスレンズが動かない場合に対応する。
【００３１】
続いて、撮像信号処理回路２４２による画像信号処理、ＡＦ信号処理回路２３４によるＡＦ信号処理、センサ２３９の出力に基づく位相差検出処理を同期して行う（Ｓ１２）。そして、ＡＦ信号処理回路２３４から評価値ＦＶと合焦度を表すＩＦＡ信号を、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０からは被写体距離に関する情報を示す信号Ｐ（Ｌ）、Ｐ（Ｃ）、Ｐ（Ｒ）を取得する（Ｓ１３）。また、このときに動体が検出された状態であれば、動体エリアに対する評価値ＦＶとＩＦＡ信号も取得する。Ｓ１４では、直接測定ＡＦに利用するセンサ２３９の測定エリアを設定する。ここで行われる処理については、詳細に後述する。
【００３２】
Ｓ１５では、動体検出処理回路２３５が撮像信号処理回路２４２から受け取った画像信号ＴＶＳに対して動体検出処理を行う。この処理では、被写体となる動体が存在するかどうかの判定と、動体が存在する場合には、画面中における動体（動体エリア）の位置及び大きさの算出を行う。そして動体が存在する場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、Ｓ１７に進み、動体が存在しない場合（Ｓ１６でＮＯ）、Ｓ２７に進む。
【００３３】
Ｓ１７では、「動体ハイスピードＡＦモード」を示す動体AF_FLAGがＯＮであるかどうかを判定する。動体AF_FLAGがＯＮであった場合、すでに動体ハイスピードＡＦを行うための測定エリアが選択済みで、動体ハイスピードＡＦを行っている状態であるので、図５ＢのＳ３０に進む。一方、動体AF_FLAGがＯＦＦであると判定された場合、Ｓ１８に移り、動体エリアの合焦度を示すＩＦＡ信号が、所定の値ＩＦＡｄより大きいかどうかの判定を行う。これは動体エリアに対して適切に合焦しているかどうかの判定であり、適切に合焦していないと判断した場合、Ｓ２５に移る。この場合、動体は検出されているが、動体エリアに対して適切な合焦を行えていない。そのため、撮像信号ＡＦのみで動体に対して一旦合焦を行うモードである「プレ動体ＡＦモード」に移行するために、プレ動体AF_FLAGをＯＮにする（Ｓ２５）。そして、撮像信号ＡＦを行うためＡＦＭＯＤＥに２を代入して（Ｓ２６）、図５ＢのＳ３０に進む。つまり、直接測定ＡＦのみで動体にあわせ続ける「動体ハイスピードＡＦモード」に入りたいが、動体までの距離情報を得ていないため、撮像信号ＡＦでまず動体に対して合焦する「プレ動体ＡＦモード」に入る。
【００３４】
一方、動体エリアに対する合焦が適切であると判断された場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、Ｓ１９に移り、動体ハイスピードＡＦを行うための動体エリアに対する測定エリア選択処理を行う。
【００３５】
図６は、Ｓ１９で行われる、本実施の形態における動体エリアに対する測定エリア選択処理のアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、動体検出処理回路２３５から得られている動体エリアの位置及び大きさを取得する（Ｓ６１）。次に、現状で動体に対して合焦が適切になされていることから、現在のズームレンズ２１１の位置とフォーカスレンズ２３１の位置とから、カメラから動体までの距離（動体距離）を算出する（Ｓ６２）。そして、動体距離より、動体距離にある被写体に対して、測定エリアが、撮像エリアに対してどのような配置になっているかを求める（Ｓ６３）。これは、図４を参照して上述したように、動体距離が近距離（１ｍ）、中距離（３ｍ）、遠距離（１００ｍ）の何れであるかによって、測定エリアと撮像エリアとの重なり方が変わるからである。
【００３７】
次に、動体エリアに最も重なる測定エリアを選択する（Ｓ６４）。図７に示す例では、動体距離が１ｍの場合には、測定エリアＬが最も動体エリア７００と重なるので、測定エリアＬを選択する。動体距離が３ｍの場合には、測定エリアＣが最も動体エリア７００と重なるので、測定エリアＣを選択する。また、動体距離が１００ｍの場合には、測定エリアＲが最も動体エリア７００と重なるので、測定エリアＲを選択する。そして、動体エリアと選択した測定エリアの重なり具合を、予め保持しておいた閾値と比較する（Ｓ６５）。重なり具合が閾値以上であれば、Ｓ６４で選択した測定エリアに対応する測定エリアＬ、Ｃ、Ｒのいずれかを使用する測定エリアとしてＸに代入し、閾値未満であれば、Ｓ６４で選択した測定エリアに対応する測定エリアを用いないものとして、図５のＳ１９に戻る。
【００３８】
以上の処理により、撮像画像中に動体があった場合、動体部分に対して直接測定ＡＦを行うための測定エリアを選択することができる。
【００３９】
ついで、図５ＡのＳ２０では、Ｓ１９で動体に対して適切な測定エリアの選択が行えたかどうかの判定を行い、選択できた場合には、動体AF_FLAGをＯＮにし（Ｓ２１）、プレ動体AF_FLAGをＯＦＦにする（Ｓ２２）。Ｓ２３では動体ハイスピードＡＦ時には使用しない、ＡＦＭＯＤＥ＝２の状態であるかどうかを判定する。もしＡＦＭＯＤＥが２の状態ならば１にする（Ｓ２４）。ＡＦＭＯＤＥが２でない場合は、動体ハイスピードＡＦにより合焦を行っている状態（ＡＦＭＯＤＥ＝１）か、動体ハイスピードＡＦによる合焦が済んだ状態（ＡＦＭＯＤＥ＝３）なので、ＡＦＭＯＤＥは変更せずに図５ＢのＳ３０に進む。
【００４０】
また、動体が無いと判定された場合（Ｓ１６でＮＯ）、検出された動体に対する適切な測定エリアが選択できなかったと判定された場合（Ｓ２０でＮＯ）には、Ｓ２７に移る。Ｓ２７では、動体に関係なく、測定エリアＬ、Ｃ、Ｒの内、できる限り撮像領域の中央に位置する測定エリアを選択する。図８は図５ＡのＳ２７で行われる測定エリア選択処理の具体的なアルゴリズムを示すフローチャート、図９は撮像エリア９００内に設定された中央エリア９０１と、測定エリア９０２との重なり具合を示すクロス率の計算方法を説明する図である。
【００４１】
図９において、ａは測定エリアＣの幅を、ｂは中央エリア９０１と測定エリアＣが重なっている部分の幅を示す。図９の測定エリアＣの、被写体距離に応じたクロス率ＣＣ（被写体距離）は次のように表される。
ＣＣ（被写体距離）＝ｂ／ａ
【００４２】
測定エリアＬ及び測定エリアＲそれぞれの、被写体距離に応じたクロス率ＬＣ（被写体距離）、ＲＣ（被写体距離）に関しても同様に求めることができる。
【００４３】
図１０は、クロス率の被写体距離による変化を表したグラフである。本実施の形態のカメラでは、このグラフに対応したパラメータを予め保持している。横軸が被写体距離で、縦軸がクロス率である。１ｍ近辺では測定エリアＬのクロス率ＬＣが最大になり、３ｍ近辺で測定エリアＣのクロス率ＣＣが最大になり、１００ｍ近辺で測定エリアＲのクロス率ＲＣが最大になる。また、被写体距離Ｄ１を境にして測定エリアＬのクロス率ＬＣより測定エリアＣのクロス率ＣＣが大きくなり、被写体距離Ｄ２を境に測定エリアＣのクロス率ＣＣより測定エリアＲのクロス率ＲＣの方が大きくなる。
【００４４】
以上、図９、図１０の説明を踏まえた上で、図８を参照して測定エリア選択処理のアルゴリズムを説明する。
【００４５】
まず、Ｓ７１において測定エリアＣの信号Ｐ（Ｃ）に対応する距離Ｄ（Ｃ）がＤ１より大きく、かつ、Ｄ２よりも小さいと判断されると、Ｓ７４へ進んで測定エリアＣを選択する。そうでない場合（Ｓ７１でＮＯ）にはＳ７２へ進む。このように、測定エリアＣについてまず確認するのは、測定エリアＣを他の測定エリアよりも優先しているからで、これは動画撮影の場合、一般的に撮影者が意図する主要被写体が画面の中央にくることが多いためである。
【００４６】
Ｓ７２では、測定エリアＬの信号Ｐ（Ｌ）に対応する距離Ｄ（Ｌ）がＤ１以下かどうかを調べ、Ｄ１以下の場合はＳ７５へと進んで、測定エリアＬを選択する。一方、Ｓ７２で信号Ｐ（Ｌ）に対応する距離Ｄ（Ｌ）がＤ１より大きい場合は、ステップＳ７３へと進む。
【００４７】
Ｓ７３では、測定エリアＲの信号Ｐ（Ｒ）に対応する距離Ｄ（Ｒ）がＤ２以上かどうかを調べ、Ｄ２以上の場合はＳ７６へと進んで、測定エリアＲを選択する。一方、Ｓ７３で信号Ｐ（Ｒ）に対応する距離Ｄ（Ｒ）がＤ２未満の場合は、Ｓ７４へと進んで、測定エリアＣを選択する。ここで、測定エリアＣを選択するのは、測定エリアＣを他の測定エリアよりも優先するためである。従って、図８のフローチャートでは、Ｓ７２で測定エリアＬ、Ｓ７３で測定エリアＲについて判断したが、この順番は逆でもよい。すなわち、Ｓ７２において測定エリアＲ、Ｓ７３において測定エリアＬについて判断してもよい。その場合には、測定エリアＲの方が測定エリアＬよりも優先されることになる。このように測定エリアＣが優先されるということは、本実施の形態においては、図４から分かるように、被写体距離３ｍが優先されるということになる。
【００４８】
以上のようにして、動体が検出されなかった場合の測定エリアの選択を終えると、図５ＡのステップＳ２７に戻る。そして、Ｓ２８において動体AF_FLAGにＯＦＦを代入して動体ハイスピードＡＦをＯＦＦにすると共に、プレ動体AF_FLAGにもＯＦＦを代入する。
【００４９】
次に、図５ＢのＳ３０以降の処理について説明する。まず、Ｓ３０ではＡＦＭＯＤＥの値を判断する。カメラを作動させた直後はＡＦＭＯＤＥが１なので、Ｓ３１に進む。Ｓ３１では、Ｓ１９またはＳ２７において選択された測定エリアから得られた信号Ｐ（Ｘ）と、現在のフォーカスレンズ２３１の位置に基づいて、フォーカスレンズ２３１のレンズ駆動方向と速度を決定する。つまり、信号Ｐ（Ｘ）に対応する合焦位置にフォーカスレンズ２３１の位置が近づく方向に、距離が離れている場合は高速で、距離が近い場合は低速で、というように、方向と速度を決定する。次に、Ｓ３２では信号Ｐ（Ｘ）に対応する合焦位置と現在のフォーカスレンズ２３１の位置が一致したかどうかの合焦判断を行う。合焦と判断した場合、フォーカスレンズ２３１の駆動を停止すると決定する（Ｓ３３）。そして、動体AF_FLAGがＯＮであれば（Ｓ３４でＹＥＳ）、ＡＦＭＯＤＥに３を（Ｓ３５）、動体AF_FLAGがＯＦＦであれば（Ｓ３４でＮＯ）、ＡＦＭＯＤＥに２を代入する（Ｓ３６）。これは、本実施の形態においては、動体ハイスピードＡＦを行わない通常ＡＦモードであれば、直接測定ＡＦでの合焦の後に撮像信号ＡＦでの合焦を行うが、動体ハイスピードＡＦを行う場合は常に動体に直接測定ＡＦでの合焦を行うためである。この後、Ｓ４９に進んでモータを停止する。また、Ｓ３２で合焦ではないと判断された場合は、Ｓ４９に進んで、Ｓ３１で決定された方向に、決定された速度でフォーカスレンズ２３１を駆動する。Ｓ４９の後は、図５ＡのＳ１２に戻り、以後、上述した処理を撮像素子の読み出し周期（撮像信号処理周期）に同期して繰り返す。
【００５０】
また、Ｓ３０でＡＦＭＯＤＥが２の場合には、Ｓ３７へと分岐する。Ｓ３７では、現状でプレ動体ＡＦモードであるかどうかの判定を行うため、プレ動体AF_FLAGをチェックする。プレ動体ＡＦモードでないと判断された場合、Ｓ３８に進む。Ｓ３８では、Ｓ１３で取得した評価値ＦＶが、前回取得した評価値ＦＶと比較して増加しているか減少しているかを判断する。なお、アルゴリズム中には記述していないが、前回の評価値ＦＶは例えばＲＡＭ２５４に保持しているものとする。評価値ＦＶが増加している場合はＳ４９に進み、増加していない場合はＳ３９へ進む。Ｓ３９では、フォーカスレンズ２３１の駆動方向を逆転すると決定し、Ｓ４０で評価値ＦＶのピークを通過した後の減少かどうかを判別する。Ｓ４０でピークを通過していないと判断した場合はＳ４９へ進み、ピークを通過したと判断した場合はＳ４１でＡＦＭＯＤＥに３を代入してから、Ｓ４９へ進む。
【００５１】
また、Ｓ３７において、現在プレ動体ＡＦモードであると判定された場合には、Ｓ４２に進み、動体エリア内の評価値ＦＶが前回の評価値ＦＶよりも増加したかを判断し、増加していなければ、Ｓ３９に進んで上述した処理を行う。増加していればＳ４９に進む。このように動体領域のみの評価値ＦＶを判断に用いることにより、撮像信号ＡＦで動体領域部分に対する合焦を行うこととなる。
【００５２】
Ｓ３０でＡＦＭＯＤＥが３と判定した場合はＳ４３へ進み、評価値ＦＶのピーク位置へとフォーカスレンズ２３１を戻して停止する（合焦と判断）。Ｓ４４では、評価値ＦＶがピークとなるフォーカスレンズ２３１の位置（合焦位置）での評価値ＦＶのレベルからどのくらい変化したかを監視する。並行して信号Ｐ（Ｘ）に対応する合焦位置から変化したかどうかの監視も行う。変化していない場合はＳ４９へ進み、合焦状態を維持する。一方、変化した場合は、Ｓ４５でＩＦＡ信号が合焦度の閾値ＩＦＡｔｈよりも小さいかどうかの判別（大ぼけか、小ぼけかの判断）を行い、小さい場合は、大きくぼけていると判断して、Ｓ４６に進む。そしてＳ４６においてＡＦＭＯＤＥに１を代入してＳ４９へ進む（ＡＦＭＯＤＥ１からの再起動）。一方、Ｓ４５でＩＦＡ信号がＩＦＡｔｈ以上の場合はぼけ量が小さいと判断してＳ４７に移り、動体AF_FLAGがＯＮであればＳ４６に移行する。ＯＦＦならばＳ４８へ移行してＡＦＭＯＤＥに２を代入してから、Ｓ４９に進む。この場合、ＡＦＭＯＤＥ２からの再起動となる。
【００５３】
図１１は、第１の実施形態における、図５Ａのフローチャート中、Ｓ１４における直接測定ＡＦに利用するセンサ２３９の測定エリアの設定処理を示すフローチャートである。
【００５４】
ここで、第１の実施形態で想定する動作を、図１２を用いて説明する。例えば図４に示すような中距離（例えば３ｍ）に動体があるものとする。この場合、図１２（ａ）で撮像エリア５０３の領域１８０１から領域１８０２に動く動作は、次の動作に相当する。即ち、図１２（ｂ）で示すように、測定エリアＣに対応するセンサ２３９の測定エリアＣで正しく測距できる状態から、測定エリアＲに対応するセンサ２３９の測定エリアＲで正しく測距できる状態に移行することに相当する。本第１の実施形態では、このような場合に適切に測定エリアを変更することを目的とする。
【００５５】
まず、図１１のＳ１０１において、現在、動体AF_FLAGがＯＮになっているかどうかを判定する。ＯＮの場合はＳ１０２に移り、ＯＦＦの場合はそのまま処理を終了して、図５ＡのＳ１５に進む。
【００５６】
Ｓ１０２では、動体ＡＦを行っている動体エリアの測距結果である、Ｐ（Ｘ）（Ｘは測定エリアを表す。）の時間的な履歴を見て、急激に変化していないかどうかを判定する。ここでは予め変化判定用の閾値を内部で保持しているものとする。ここで急激な変化があった場合はＳ１０３に移り、変化がなかった場合には処理を終了して、図５ＡのＳ１５に進む。Ｓ１０３では現在測定に使用している測定エリアＸの変化前の測距データＰ（Ｘ）と、測定エリアＸ以外の測定エリアＹの現在の測距データＰ（Ｙ）との差分の絶対値を計算し、この値が閾値Ｐｔｈより小さいかどうかを判定する。ここで小さいと判定された場合、測定エリアＸで測距してきた動体が測定エリアＹに移った可能性が高いため、測定エリアをＹに変更して（Ｓ１０４）、図５Ａの処理に戻る。
【００５７】
Ｓ１０３で大きいと判定された場合は、Ｓ１０５に移り、測定エリアＸ及びＹ以外の測定エリアＺについて、同様の判定処理を行う。Ｓ１０５にて、現在測定に使用している測定エリアＸの変化前の測距データＰ（Ｘ）と、測定エリアＺの現在の測距データＰ（Ｚ）との差分の絶対値を計算し、この値が閾値Ｐｔｈより小さいかどうかを判定する。ここで小さいと判定された場合は測定エリアをＺに変更する（Ｓ１０６）。Ｓ１０５で大きいと判定された場合、動体を検知できるエリアを見失ったと判断し、Ｓ１０７において、動体AF_FLAG、プレ動体AF_FLAGともにＯＦＦを代入し、動体ハイスピードＡＦモードから抜け、通常モードで動作を行うことになる。
【００５８】
以上の通り本第１の実施形態によれば、撮像画面に対して平行に移動する動体に対しても、直接測定ＡＦ方式で高速に合焦を行うことができる。また、動体を測距できる測定エリアを見失った場合においても、通常ＡＦモードに戻り、適切な処理に移ることができる。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
図１３は、第２の実施形態における、図５Ａのフローチャート中、Ｓ１４における直接測定ＡＦに利用するセンサ２３９の測定エリアの設定処理を示すフローチャートである。この処理は、上述した第１の実施形態で説明した図１１の処理の代わりに行われる。これ以外は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
本第２の実施形態で想定する動作を、図１４及び図１５を用いて説明する。なお、図４と同様の構成には同じ参照番号を付している。ここでは、図１４で示すように、動体がカメラに対して垂直に近づいてくる場合を考える。例えば、中距離（３ｍ）、近距離（１ｍ）の距離で、動体が画面中央に位置するように撮像される場合を想定すると、図１５に示すように、撮像画面上では動体が同じ位置で大きさのみが変わっているように見える。しかしながら、図１５のように、適切な測定エリアは異なっていることがわかる。図１５（ａ）に示すように３ｍでは測定エリアＣが適切であり、図１５（ｂ）に示すように１ｍでは測定エリアＬが適切である。本第２の実施形態では、このような場合に適切に測定エリアに対応する、センサ２３９の測定エリアを設定することを目的とする。
【００６１】
先ず、図１３のＳ２０１において、現在、動体AF_FLAGがＯＮになっているかどうかを判定する。ＯＮの場合はＳ２０２に移り、ＯＦＦの場合はそのまま処理を終了して、図５ＡのＳ１５に進む。
【００６２】
Ｓ２０２では、現在の測定エリアＸでの測定距離データＰ（Ｘ）の測定履歴より、動体の撮像画面に対する垂直な方向の速度を求める。次にＳ２０３において、現在の測定エリア、現在の被写体との距離、そして被写体のスピードより、動体に対して適切な測定エリアが、今後どのように変化するかを予測する。
【００６３】
例えば測定エリアＬ、Ｃ、Ｒから信号Ｐ（Ｘ）に対応する被写体距離が以下の１）→２）→３）のように時系列で変化する場合を考える。
１） L：10ｍ、C：３ｍ、R：７ｍ
２） L：10ｍ、C：2.5ｍ、R：７ｍ
３） L：２ｍ、C：10ｍ、R：７ｍ
【００６４】
この場合、動体が１）、２）において接近していることを示し、３）で示す時間において、適切なエリアがＣからＬに移行することが予測できる。このように、動体の撮像画面に対する垂直方向の移動スピードから、予め適切な測定エリアを予測することができる。
【００６５】
この場合、動体のスピードが一定速運動、減速運動、加速運動をしている場合、また、ズームレンズの位置による画角の違いに応じて適切な計算式で算出してもよいし、ルックアップテーブルを参照する形にしても良い。このように、Ｓ２０３において動体に対する適切な測定エリアの予測を行うものとする。
【００６６】
続くＳ２０４においては、現在の時間と過去のＳ２０３において算出された予測から、測定エリアを変更するべきかどうかの判定を行う。過去のＳ２０３で算出された測定エリアと現在の予測された測定エリアが異なる場合はＳ２０５に進み、測定エリアＸをＳ２０３で求めた適切な測定エリアに変更して、処理を終了し、図５ＡのＳ１４に戻る。一方、Ｓ２０４で同じであると判定された場合は、測定エリアの変更は行わずに図５ＡのＳ１４に戻る。
【００６７】
上記の通り、本第２の実施形態によれば、撮像画面に対して垂直に移動する動体に対しても、直接測定ＡＦ方式で高速に合焦を行うことができる。
【００６８】
なお、上述した第１の実施形態と第２の実施形態は、組み合わせて用いてもよい。
【００６９】
また、上述した第１及び第２の実施形態では、動体までの距離を測定する測距領域として、１つの測定エリアを割り当てる場合について説明したが、１以上の測定エリアであれば良く、２つ以上のエリアを割り当てるようにしても良い。画角によっては、図１６に示すように撮像エリアに対して、直接測定ＡＦの測定エリアが２３０２のように配置される場合がある。この場合、動体エリア２３０１に対して測定エリア２３０２のＣ、Ｒの両エリアを使用した方が精度の良い測定が可能となる。
【００７０】
また、上述した第１及び第２の実施形態では、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０のセンサ２３９の測定エリアをＬ、Ｃ、Ｒの３つに分けたが、Ｌ、Ｃ、Ｒそれぞれの持つ画素センサを自由に組み合わせて測定エリアを作る構成としても良い。例えば、図１７に示すように、測定エリア２５０２のＬ、Ｃ、Ｒのそれぞれのエリアは、それぞれ４０の画素センサで構成されているものとする。この配置に対し、動体エリア２５０１が配置された場合、動体エリア２５０１に過不足なく画素を割り当ててセンサエリアを構成したほうが精度の良い測定が可能となる。図１７の例では、「エリアＣの１０〜４０の画素と、エリアＲの１〜１５までの画素」といった画素選択を行い、その画素群を新たに動体に対する適切な測定エリアとする。
【００７１】
また、上述した第１及び第２の実施形態では、合焦対象の動体が１つの場合を想定したが、複数動体があった場合、大きさ、画面上の位置などで優先順位をつけ、一つを選ぶようにして実施することも可能である。
【００７２】
また、上述した第１及び第２の実施形態では動体検知を常に行って、動いているものに対してのみ直接測定ＡＦを行う形になっている。これに対し、検知した動体部分が時間に対して動きを伴わなくなっても、既に検知している動体の輝度情報より現在取得している画像の中で輝度の相関の高い部分を動体と認識し、その部分に対して直接測定ＡＦを行うようにしても良い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動焦点検出技術に関する
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＴＴＬ（Through The Lens）方式のオートフォーカス（ＡＦ）方式が提案されている。このＡＦ方式では、フォーカスレンズを動かしながら撮像信号の高周波成分を抽出し、この高周波成分が最大になるフォーカスレンズの位置（山の頂点）を探して合焦点を検出する。以後、この方式のＡＦを撮像信号ＡＦと呼ぶ。この撮像信号ＡＦ方式は、自動焦点検出のためのメカ部材等の必要が無いため、低コストで実現できる。また、撮像信号から合焦度の判断を行うために、精度が高く、さらに経時変化が無いなどの特徴がある。特に、高画素の撮像素子での撮影などでは、ピント精度に対する要求が高いため、メカ部材の経時変化の影響を受けない撮像信号ＡＦは有効である。
【０００３】
一方、この撮像信号ＡＦ方式は、山の頂点、すなわち合焦点を判別するために、フォーカスレンズの駆動可能範囲を端から端までスキャンをして山の形を把握するか、もしくは、いわゆる山登り動作を行うため、以下のような欠点がある。先ず、スキャンで山の形を把握した場合、ピントがボケたり合ったりする動作が見えてしまうために、動画撮影やモニタに映し出されている状態では不適切であるという欠点がある。また、山登り動作は、動画撮影やモニタでのプレビュー動作で一般的に用いられるが、フォーカスレンズの位置が合焦点から遠く離れた位置にあって、そこから移動を開始する場合は、山の形状が平坦な部分からの開始になる。そのような場合、山の頂上の方向がどちらであるかの判別が難しく、山の頂上がある方向を間違えると、山の頂上とは逆の端まで行ってから戻るなど、ピントが合うまで画像が見苦しくなるとともに、合焦するまでの時間が大幅にかかってしまう。
【０００４】
一方、赤外線三角測距方式や瞳分割位相差検出方式を用いた、ＴＴＬや外部方式のオートフォーカス（以下、直接測定ＡＦと呼ぶ。）方式も提案されている。この直接測定ＡＦ方式では、直接被写体までの距離に関する情報を得ることが可能であり、合焦点の位置を検出するためのスキャン動作や山登り動作を必要としないため、高速に合焦点が判別できるという特徴がある。ただし、焦点検出のためのメカ部材などが必要になるためコストがかかると共に、撮像系とは異なる系で測定するため、経時変化や温度変化により合焦位置が狂いやすいという欠点を持っている。
【０００５】
また、上述した２つのＡＦ方式を組み合わせて、お互いの欠点を補うようにシステムを構成することで、高精度で高速なオートフォーカスを実現するハイブリッドＡＦが提案されている。
【０００６】
しかし、撮像信号ＡＦのための撮像系と直接測定ＡＦのための撮像系とが、光学的に異なる位置に配置されている場合、２つの撮像系の間に視差（パララックス）が生じるという問題点がある。そして、このパララックスのため、直接測定ＡＦの測定対象領域が、所望の被写体を含まない領域となる場合がある。こういった問題に対して、撮像信号ＡＦのための撮像対象領域と直接測定ＡＦの測定対象領域とが重なるようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、主要被写体として撮像画面内の動体に対して合焦を行いたいという要望がある。この要望に対しては、画面内の固定の位置に対応する複数の測距センサを備え、画面内での動体の移動にあわせて適切な測距センサを選択するという技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２６８０４号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、被写体が動体である場合に、被写体に対して高速に測距ができる外部測定方式の直接測定ＡＦを適用しようとした場合、上述したパララックスが問題となって、うまく直接測定ＡＦを適用できないという課題がある。
【００１０】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、外部測定方式の直接測定ＡＦによって、高速に動体に対して合焦し続けることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出手段と、複数の測定エリアを含み、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段と、前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成手段とを有し、前記選択手段は、選択した測定エリアから得られた距離に関する情報と、次の周期で各測定エリアから得られた距離に関する情報とがそれぞれ示す距離の差に基づいて、測定エリアを選択し直す。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外部測定方式の直接測定ＡＦによって、高速に動体に対して合焦し続けることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態におけるカメラの概略構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態における直接測定ＡＦモジュールの構成及び動作原理の説明図。
【図３】直接測定ＡＦモジュールの設置レイアウト例を表した図。
【図４】撮像光学系とＡＦ光学系とのパララックスを説明する図。
【図５Ａ】実施の形態における自動焦点検出動作を説明するフローチャート。
【図５Ｂ】実施の形態における自動焦点検出動作を説明するフローチャート。
【図６】動体エリアに対する測定エリアの選択処理を説明するフローチャート。
【図７】各距離での動体と測定エリアとの重なり具合を示す図。
【図８】画像中に動体が無い場合のエリア選択方法を説明するフローチャート。
【図９】測定エリアと中央エリアとの重なり具合を説明する図。
【図１０】被写体距離に応じたクロス率の変化を説明する図。
【図１１】第１の実施形態における測定エリアの設定処理を説明するフローチャート。
【図１２】第１の実施形態における動体の撮像面方向の移動と測定エリアの重なり方を示す図。
【図１３】第２の実施形態における測定エリアの設定処理を説明するフローチャート。
【図１４】第２の実施形態における動体の光軸方向の移動を示す図。
【図１５】第２の実施形態における光軸方向に移動している動体と、測定エリアの重なり方を示す図。
【図１６】測定エリアを複数同時に使用する場合の説明図。
【図１７】別の測定エリアの割り当て方を示す説明図。
【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を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態における自動焦点検出装置を搭載したカメラ（撮像装置）の構成を示すブロック図である。なお、ここで言うカメラとは、動画や静止画を撮影して、テープや固体メモリ、光ディスクや磁気ディスク等のさまざまなメディアに記録する、いわゆるビデオカメラやデジタルスチルカメラ等を総称している。カメラ内の各ユニットは、バス２６０を介して接続されており、各ユニットはメインＣＰＵ２５１によって制御される構造になっている。
【００１６】
レンズユニット２０１には、固定１群レンズ２０２、ズームレンズ２１１、絞り２０３、固定３群レンズ２２１、フォーカスレンズ２３１が含まれる。これらの光学部材を通して、撮像素子２４１上に被写体像を結像して撮像を行う。ズーム制御回路２１３は、メインＣＰＵ２５１の指示に従いズームモータ２１２を介してズームレンズ２１１を駆動して焦点距離を変える。
【００１７】
撮像素子２４１に結像された被写体像は光電変換され、得られた電気信号は撮像信号処理回路２４２で画像信号ＴＶＳに整えられて、ＡＦ信号処理回路２３４及び動体検出処理回路２３５に入力される。ＡＦ信号処理回路２３４は、撮像信号ＡＦ（山登りＡＦ）制御のための評価値ＦＶと、合焦度を表すＩＦＡ信号を生成し、フォーカス制御回路２３３へ入力する。動体検出処理回路２３５では、画像信号ＴＶＳから動体に対応する部分を探索し、見つかった場合には、撮像信号内における動体部（動体エリア）の位置及び大きさを、フォーカス制御回路２３３へ入力する。
【００１８】
一方、レンズユニット２０１の外部に設けられている直接測定ＡＦ検出モジュール２３０は、被写体距離に関する情報（距離情報）である信号Ｐ（Ｘ）（Ｘは、後述する測定エリアを表す。）を算出してフォーカス制御回路２３３へ入力する。この被写体距離に関する情報の算出は、直接測定ＡＦ用の瞳分割光学系２３８を通して位相差検出器としてのセンサ２３９へ結像された２つの被写体像の位相差を検出することにより行う。フォーカス制御回路２３３では、上述したようにして得られた信号Ｐ（Ｘ）と、評価値ＦＶ及び合焦度ＩＦＡ、動体検出結果による動体の位置及び大きさに基づいて制御信号によりフォーカスモータ２３２を介してフォーカスレンズ２３１を駆動する。これにより、オートフォーカス（ＡＦ）を実現する。
【００１９】
撮像信号処理回路２４２で整えられた画像信号ＴＶＳは、一時的にＲＡＭ２５４に蓄積される。ＲＡＭ２５４に蓄積された画像信号ＴＶＳは、撮影した画像の記録が指示されている場合には画像圧縮解凍回路２５３にて圧縮処理され、画像記録用メディア２５７に記録される。これと並行して、ＲＡＭ２５４に蓄積された画像信号ＴＶＳは、画像処理回路２５２にて表示に最適なサイズに縮小または拡大処理されて、モニタディスプレイ２５０に表示される。これにより、動画撮影時には、リアルタイムで撮影画像を撮影者に対してフィードバックすることができる。つまり、動画撮影の場合には、液晶画面にずっと動画が出ているという状態になる。また、静止画撮影時には、撮像した一枚の画像を撮影直後に、モニタディスプレイに所定時間だけ撮影画像を表示することで撮影画像の確認を行うことが可能となる。
【００２０】
操作スイッチ２５６は使用者が指示を行うための操作を行うためのものである。２５９は電源バッテリーであり、電源管理回路２５８により適切な電源管理が施されて、カメラ全体に安定した電源供給が行される。
【００２１】
なお、これらの動作に先立って、カメラがＯＦＦ状態から起動すると、フラッシュメモリ２５５に格納されていたプログラムがＲＡＭ２５４の一部にロードされる。メインＣＰＵ２５１はこのＲＡＭ２５４にロードされたプログラムに従って上述した動作を行う。
【００２２】
次に、レンズユニット２０１に対して外部に設けられた、本実施の形態における直接測定ＡＦ検出モジュール２３０の構成及び動作原理について、図２を参照して説明する。
【００２３】
３０１は被写体、２３９Ｌおよび２３９Ｒは、それぞれ、センサ２３９を構成する、光電変換センサが並んで配置された、左右のセンサアレイ（以下、「ラインセンサ」と呼ぶ。）である。左ラインセンサ２３９Ｌ、右ラインセンサ２３９Ｒには、それぞれ、直接測定ＡＦ用の瞳分割光学系２３８を構成する、左ＡＦセンサレンズ２３８Ｌ及び右ＡＦセンサレンズ２３８Ｒが配置されている。被写体３０１からの光束はそれぞれの光路を通り、左ＡＦセンサレンズ２３８Ｌ及び右ＡＦセンサレンズ２３８Ｒを介して、左ラインセンサ２３９Ｌ、右ラインセンサ２３９Ｒに入射する。ここでは、これら左ＡＦセンサレンズ２３８Ｌ、右ＡＦセンサレンズ２３８Ｒ、左ラインセンサ２３９Ｌ、右ラインセンサ２３９Ｒを直接測定ＡＦ検出モジュール２３０としている。直接測定ＡＦ検出モジュール２３０から被写体３０１までの距離ｌは、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０の基線長Ｂ、焦点距離ｆ、右ラインセンサ２３９Ｒを基準とした左ラインセンサ２３９Ｌの位相差をｎとしたとき、
ｌ＝Ｂ×ｆ／ｎ
【００２４】
で求めることができる。この結果に基づいて、被写体距離に関する情報としての距離ｌまたは位相差ｎの関数として、フォーカスレンズ２３１の合焦位置までの繰り出し量を求めることができる。
なお、左ラインセンサ２３９Ｌおよび右ラインセンサ２３９Ｒは、３つに分割されており、左側から、測定エリアＬ（左）、Ｃ（中央）、Ｒ（右）とする。そして被写体距離に関する情報としての距離ｌは、測定エリアごとに求められ、信号Ｐ（Ｘ）（ＸはＬ、Ｃ、Ｒのどれか）としてフォーカス制御回路２３３に入力される。なお、左ＡＦセンサレンズ２３８Ｌと右ＡＦセンサレンズ２３８Ｒは、個々のカメラで基線長Ｂがほぼ一定（所定の値）になるように、一体成型されている。一体成型（ワンパッケージ化）することで、分解したり外部からの衝撃などで基線長がずれることを防げるためである。図２でいうと、２つのレンズの中心間距離（レンズの後ろにある２つのセンサの相互距離）がある一定の値になる。
【００２５】
図３は、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０の設置レイアウト例を表した図である。図３は、カメラを被写体側から見た正面図で、撮像光学系としてのレンズユニット２０１の左側に、ＡＦ光学系としての直接測定ＡＦ検出モジュール２３０が設置されている。なお、これは一例であって、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０を右側や斜め上／下に設置しても構わないが、ここでは、図３に示すようにレンズユニット２０１の左側に設置された場合を例にとって説明を行う。図３に示すように直接測定ＡＦ検出モジュール２３０を設置した場合、距離変化に対して撮像光学系とＡＦ光学系とで視差（パララックス）が発生する。
【００２６】
図４は、図３に示すレイアウトにおけるパララックスを説明する図である。ここでは、撮像素子２４１とセンサ２３９（左ラインセンサ２３９Ｌと右ラインセンサ２３９Ｒの両方）に写り込む被写体側の領域を、近距離（例えば１ｍ）、中距離（例えば３ｍ）、遠距離（例えば１００ｍ）で考える。近距離では、被写体側の領域５０２の像が撮像素子２４１の撮像エリアに投影され、領域５１２の像がラインセンサ２３９の測定エリアＬ（左）、Ｃ（中央）、Ｒ（右）にそれぞれ投影される。また、中距離では領域５０３の像が撮像素子２４１の撮像エリアに投影され、領域５１３の像がラインセンサ２３９の測定エリアＬ（左）、Ｃ（中央）、Ｒ（右）にそれぞれ投影される。そして、遠距離では、領域５０４が撮像素子２４１の撮像エリアに投影され、領域５１４がラインセンサ２３９の測定エリアＬ（左）、Ｃ（中央）、Ｒ（右）の位置にそれぞれ投影される。
【００２７】
図４に示すように、近距離（１ｍ）では、測定エリア領域５１２は、撮像エリア５０２に対して右よりに位置している。この場合、測定エリア領域５１２の内、測定エリアＬ及びＣが撮像エリア５０２と重なっており、測定エリアＲは撮像エリア５０２とはほぼ重なっていない状態となる。中距離（３ｍ）では、測定エリア領域５１３と、撮像エリア５０３の中心がほぼ一致し、測定エリアＬ、Ｃ、Ｒは、全て撮像エリア５０３と重なっている状態となる。そして、遠距離（１００ｍ）では、測定エリア領域５１４は、撮像エリア５０４に対して左よりに位置している。この場合、測定エリア領域５１４の内、測定エリアＣ及びＲが撮像エリア５０４と重なっており、測定エリアＬは撮像エリア５０４とはほぼ重なっていない状態となる。
【００２８】
なお、上述の図４によるパララックスに関する説明では、ズームレンズ２１１をある位置に固定し、撮像画像の画角を固定していることを前提としている。ズームレンズ２１１を移動させて焦点距離を変えると、撮像画像の画角は変化するため、その場合には、撮像エリアと測定エリアとの重なり方は変わってくる。従って、本実施の形態のカメラでは、ズームレンズ２１１の各位置の画角に対し、撮像エリアと測定エリアとの重なり方の情報をフラッシュメモリ２５５にデータとして保持しているものとする。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
図５Ａ及び図５Ｂは、第１の実施形態における、上記構成を有するカメラにおける自動焦点検出動作を説明するためのフローチャートである。なお、特に指示しない限り、メインＣＰＵ２５１の制御により動作する。また、本実施の形態では、ＡＦモードとして、以下の３つのモードを切り替えて制御を行う。１つ目はＡＦモードは、直接測定ＡＦにより合焦した後、撮像信号ＡＦにより合焦状態を保持する「通常ＡＦモード」である。「通常ＡＦモード」は、直接測定ＡＦで大まかに合焦し、撮像信号ＡＦで微調整するというモードである。また、２つ目は、動体に対して直接測定ＡＦを行い続け、高速に動体に合焦し続ける「動体ハイスピードＡＦモード」である。そして、３つ目は、撮像信号ＡＦで動体に対して一旦合焦を行うモードである「プレ動体ＡＦモード」である。「プレ動体ＡＦモードは」、「動体ハイスピードＡＦモード」を行う前に動体部分の検知を画像処理的に行う必要があるため、動体部分を検知したあと、撮像信号ＡＦで動体部分に合焦するためのモードである。そして、「動体ハイスピードＡＦモード」は、「プレ動体ＡＦモード」を経た後に行われる。合焦レンズ位置から動体までの距離を算出し、その距離にあわせて動体と重なる直接測定ＡＦにおける測定エリア（Ｒ、Ｃ、Ｌ）を同定し、そのエリアを使って直接測定ＡＦでＡＦを行うモードである。
【００３０】
自動焦点検出動作が開始されると、まず、ＡＦの状態を表すＡＦＭＯＤＥに１を代入する（Ｓ１１）。なお、ＡＦＭＯＤＥとしては以下の３つの状態を有し、ＡＦＭＯＤＥ＝１であれば直接測定ＡＦを使用して合焦処理を行い、ＡＦＭＯＤＥ＝２では撮像信号ＡＦを使用して合焦処理を行う。また、ＡＦＭＯＤＥ＝３では合焦が完了した状態を前提として、合焦判定値に変化がないかを監視して、変化があった場合にはＡＦＭＯＤＥ＝１、またはＡＦＭＯＤＥ＝２として合焦処理に移行する処理を行っている。ここで、ＡＦＭＯＤＥ ＝ １は、直接測定ＡＦを行う動作であって、「動体ハイスピードＡＦモード」、または「通常ＡＦモード」の合焦度が低い場合に対応する。また、ＡＦＭＯＤＥ ＝ ２は「プレ動体ＡＦモード」、または「通常ＡＦモード」の合焦度が高い時のコントラストＡＦ動作時に対応する。また、ＡＦＭＯＤＥ ＝ ３は どの「動体ハイスピードＡＦモード」「プレ動体ＡＦモード」「通常ＡＦモード」に関わらず、合焦度が非常に高くてＡＦ動作を行わずフォーカスレンズが動かない場合に対応する。
【００３１】
続いて、撮像信号処理回路２４２による画像信号処理、ＡＦ信号処理回路２３４によるＡＦ信号処理、センサ２３９の出力に基づく位相差検出処理を同期して行う（Ｓ１２）。そして、ＡＦ信号処理回路２３４から評価値ＦＶと合焦度を表すＩＦＡ信号を、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０からは被写体距離に関する情報を示す信号Ｐ（Ｌ）、Ｐ（Ｃ）、Ｐ（Ｒ）を取得する（Ｓ１３）。また、このときに動体が検出された状態であれば、動体エリアに対する評価値ＦＶとＩＦＡ信号も取得する。Ｓ１４では、直接測定ＡＦに利用するセンサ２３９の測定エリアを設定する。ここで行われる処理については、詳細に後述する。
【００３２】
Ｓ１５では、動体検出処理回路２３５が撮像信号処理回路２４２から受け取った画像信号ＴＶＳに対して動体検出処理を行う。この処理では、被写体となる動体が存在するかどうかの判定と、動体が存在する場合には、画面中における動体（動体エリア）の位置及び大きさの算出を行う。そして動体が存在する場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、Ｓ１７に進み、動体が存在しない場合（Ｓ１６でＮＯ）、Ｓ２７に進む。
【００３３】
Ｓ１７では、「動体ハイスピードＡＦモード」を示す動体AF_FLAGがＯＮであるかどうかを判定する。動体AF_FLAGがＯＮであった場合、すでに動体ハイスピードＡＦを行うための測定エリアが選択済みで、動体ハイスピードＡＦを行っている状態であるので、図５ＢのＳ３０に進む。一方、動体AF_FLAGがＯＦＦであると判定された場合、Ｓ１８に移り、動体エリアの合焦度を示すＩＦＡ信号が、所定の値ＩＦＡｄより大きいかどうかの判定を行う。これは動体エリアに対して適切に合焦しているかどうかの判定であり、適切に合焦していないと判断した場合、Ｓ２５に移る。この場合、動体は検出されているが、動体エリアに対して適切な合焦を行えていない。そのため、撮像信号ＡＦのみで動体に対して一旦合焦を行うモードである「プレ動体ＡＦモード」に移行するために、プレ動体AF_FLAGをＯＮにする（Ｓ２５）。そして、撮像信号ＡＦを行うためＡＦＭＯＤＥに２を代入して（Ｓ２６）、図５ＢのＳ３０に進む。つまり、直接測定ＡＦのみで動体にあわせ続ける「動体ハイスピードＡＦモード」に入りたいが、動体までの距離情報を得ていないため、撮像信号ＡＦでまず動体に対して合焦する「プレ動体ＡＦモード」に入る。
【００３４】
一方、動体エリアに対する合焦が適切であると判断された場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、Ｓ１９に移り、動体ハイスピードＡＦを行うための動体エリアに対する測定エリア選択処理を行う。
【００３５】
図６は、Ｓ１９で行われる、本実施の形態における動体エリアに対する測定エリア選択処理のアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、動体検出処理回路２３５から得られている動体エリアの位置及び大きさを取得する（Ｓ６１）。次に、現状で動体に対して合焦が適切になされていることから、現在のズームレンズ２１１の位置とフォーカスレンズ２３１の位置とから、カメラから動体までの距離（動体距離）を算出する（Ｓ６２）。そして、動体距離より、動体距離にある被写体に対して、測定エリアが、撮像エリアに対してどのような配置になっているかを求める（Ｓ６３）。これは、図４を参照して上述したように、動体距離が近距離（１ｍ）、中距離（３ｍ）、遠距離（１００ｍ）の何れであるかによって、測定エリアと撮像エリアとの重なり方が変わるからである。
【００３７】
次に、動体エリアに最も重なる測定エリアを選択する（Ｓ６４）。図７に示す例では、動体距離が１ｍの場合には、測定エリアＬが最も動体エリア７００と重なるので、測定エリアＬを選択する。動体距離が３ｍの場合には、測定エリアＣが最も動体エリア７００と重なるので、測定エリアＣを選択する。また、動体距離が１００ｍの場合には、測定エリアＲが最も動体エリア７００と重なるので、測定エリアＲを選択する。そして、動体エリアと選択した測定エリアの重なり具合を、予め保持しておいた閾値と比較する（Ｓ６５）。重なり具合が閾値以上であれば、Ｓ６４で選択した測定エリアに対応する測定エリアＬ、Ｃ、Ｒのいずれかを使用する測定エリアとしてＸに代入し、閾値未満であれば、Ｓ６４で選択した測定エリアに対応する測定エリアを用いないものとして、図５のＳ１９に戻る。
【００３８】
以上の処理により、撮像画像中に動体があった場合、動体部分に対して直接測定ＡＦを行うための測定エリアを選択することができる。
【００３９】
ついで、図５ＡのＳ２０では、Ｓ１９で動体に対して適切な測定エリアの選択が行えたかどうかの判定を行い、選択できた場合には、動体AF_FLAGをＯＮにし（Ｓ２１）、プレ動体AF_FLAGをＯＦＦにする（Ｓ２２）。Ｓ２３では動体ハイスピードＡＦ時には使用しない、ＡＦＭＯＤＥ＝２の状態であるかどうかを判定する。もしＡＦＭＯＤＥが２の状態ならば１にする（Ｓ２４）。ＡＦＭＯＤＥが２でない場合は、動体ハイスピードＡＦにより合焦を行っている状態（ＡＦＭＯＤＥ＝１）か、動体ハイスピードＡＦによる合焦が済んだ状態（ＡＦＭＯＤＥ＝３）なので、ＡＦＭＯＤＥは変更せずに図５ＢのＳ３０に進む。
【００４０】
また、動体が無いと判定された場合（Ｓ１６でＮＯ）、検出された動体に対する適切な測定エリアが選択できなかったと判定された場合（Ｓ２０でＮＯ）には、Ｓ２７に移る。Ｓ２７では、動体に関係なく、測定エリアＬ、Ｃ、Ｒの内、できる限り撮像領域の中央に位置する測定エリアを選択する。図８は図５ＡのＳ２７で行われる測定エリア選択処理の具体的なアルゴリズムを示すフローチャート、図９は撮像エリア９００内に設定された中央エリア９０１と、測定エリア９０２との重なり具合を示すクロス率の計算方法を説明する図である。
【００４１】
図９において、ａは測定エリアＣの幅を、ｂは中央エリア９０１と測定エリアＣが重なっている部分の幅を示す。図９の測定エリアＣの、被写体距離に応じたクロス率ＣＣ（被写体距離）は次のように表される。
ＣＣ（被写体距離）＝ｂ／ａ
【００４２】
測定エリアＬ及び測定エリアＲそれぞれの、被写体距離に応じたクロス率ＬＣ（被写体距離）、ＲＣ（被写体距離）に関しても同様に求めることができる。
【００４３】
図１０は、クロス率の被写体距離による変化を表したグラフである。本実施の形態のカメラでは、このグラフに対応したパラメータを予め保持している。横軸が被写体距離で、縦軸がクロス率である。１ｍ近辺では測定エリアＬのクロス率ＬＣが最大になり、３ｍ近辺で測定エリアＣのクロス率ＣＣが最大になり、１００ｍ近辺で測定エリアＲのクロス率ＲＣが最大になる。また、被写体距離Ｄ１を境にして測定エリアＬのクロス率ＬＣより測定エリアＣのクロス率ＣＣが大きくなり、被写体距離Ｄ２を境に測定エリアＣのクロス率ＣＣより測定エリアＲのクロス率ＲＣの方が大きくなる。
【００４４】
以上、図９、図１０の説明を踏まえた上で、図８を参照して測定エリア選択処理のアルゴリズムを説明する。
【００４５】
まず、Ｓ７１において測定エリアＣの信号Ｐ（Ｃ）に対応する距離Ｄ（Ｃ）がＤ１より大きく、かつ、Ｄ２よりも小さいと判断されると、Ｓ７４へ進んで測定エリアＣを選択する。そうでない場合（Ｓ７１でＮＯ）にはＳ７２へ進む。このように、測定エリアＣについてまず確認するのは、測定エリアＣを他の測定エリアよりも優先しているからで、これは動画撮影の場合、一般的に撮影者が意図する主要被写体が画面の中央にくることが多いためである。
【００４６】
Ｓ７２では、測定エリアＬの信号Ｐ（Ｌ）に対応する距離Ｄ（Ｌ）がＤ１以下かどうかを調べ、Ｄ１以下の場合はＳ７５へと進んで、測定エリアＬを選択する。一方、Ｓ７２で信号Ｐ（Ｌ）に対応する距離Ｄ（Ｌ）がＤ１より大きい場合は、ステップＳ７３へと進む。
【００４７】
Ｓ７３では、測定エリアＲの信号Ｐ（Ｒ）に対応する距離Ｄ（Ｒ）がＤ２以上かどうかを調べ、Ｄ２以上の場合はＳ７６へと進んで、測定エリアＲを選択する。一方、Ｓ７３で信号Ｐ（Ｒ）に対応する距離Ｄ（Ｒ）がＤ２未満の場合は、Ｓ７４へと進んで、測定エリアＣを選択する。ここで、測定エリアＣを選択するのは、測定エリアＣを他の測定エリアよりも優先するためである。従って、図８のフローチャートでは、Ｓ７２で測定エリアＬ、Ｓ７３で測定エリアＲについて判断したが、この順番は逆でもよい。すなわち、Ｓ７２において測定エリアＲ、Ｓ７３において測定エリアＬについて判断してもよい。その場合には、測定エリアＲの方が測定エリアＬよりも優先されることになる。このように測定エリアＣが優先されるということは、本実施の形態においては、図４から分かるように、被写体距離３ｍが優先されるということになる。
【００４８】
以上のようにして、動体が検出されなかった場合の測定エリアの選択を終えると、図５ＡのステップＳ２７に戻る。そして、Ｓ２８において動体AF_FLAGにＯＦＦを代入して動体ハイスピードＡＦをＯＦＦにすると共に、プレ動体AF_FLAGにもＯＦＦを代入する。
【００４９】
次に、図５ＢのＳ３０以降の処理について説明する。まず、Ｓ３０ではＡＦＭＯＤＥの値を判断する。カメラを作動させた直後はＡＦＭＯＤＥが１なので、Ｓ３１に進む。Ｓ３１では、Ｓ１９またはＳ２７において選択された測定エリアから得られた信号Ｐ（Ｘ）と、現在のフォーカスレンズ２３１の位置に基づいて、フォーカスレンズ２３１のレンズ駆動方向と速度を決定する。つまり、信号Ｐ（Ｘ）に対応する合焦位置にフォーカスレンズ２３１の位置が近づく方向に、距離が離れている場合は高速で、距離が近い場合は低速で、というように、方向と速度を決定する。次に、Ｓ３２では信号Ｐ（Ｘ）に対応する合焦位置と現在のフォーカスレンズ２３１の位置が一致したかどうかの合焦判断を行う。合焦と判断した場合、フォーカスレンズ２３１の駆動を停止すると決定する（Ｓ３３）。そして、動体AF_FLAGがＯＮであれば（Ｓ３４でＹＥＳ）、ＡＦＭＯＤＥに３を（Ｓ３５）、動体AF_FLAGがＯＦＦであれば（Ｓ３４でＮＯ）、ＡＦＭＯＤＥに２を代入する（Ｓ３６）。これは、本実施の形態においては、動体ハイスピードＡＦを行わない通常ＡＦモードであれば、直接測定ＡＦでの合焦の後に撮像信号ＡＦでの合焦を行うが、動体ハイスピードＡＦを行う場合は常に動体に直接測定ＡＦでの合焦を行うためである。この後、Ｓ４９に進んでモータを停止する。また、Ｓ３２で合焦ではないと判断された場合は、Ｓ４９に進んで、Ｓ３１で決定された方向に、決定された速度でフォーカスレンズ２３１を駆動する。Ｓ４９の後は、図５ＡのＳ１２に戻り、以後、上述した処理を撮像素子の読み出し周期（撮像信号処理周期）に同期して繰り返す。
【００５０】
また、Ｓ３０でＡＦＭＯＤＥが２の場合には、Ｓ３７へと分岐する。Ｓ３７では、現状でプレ動体ＡＦモードであるかどうかの判定を行うため、プレ動体AF_FLAGをチェックする。プレ動体ＡＦモードでないと判断された場合、Ｓ３８に進む。Ｓ３８では、Ｓ１３で取得した評価値ＦＶが、前回取得した評価値ＦＶと比較して増加しているか減少しているかを判断する。なお、アルゴリズム中には記述していないが、前回の評価値ＦＶは例えばＲＡＭ２５４に保持しているものとする。評価値ＦＶが増加している場合はＳ４９に進み、増加していない場合はＳ３９へ進む。Ｓ３９では、フォーカスレンズ２３１の駆動方向を逆転すると決定し、Ｓ４０で評価値ＦＶのピークを通過した後の減少かどうかを判別する。Ｓ４０でピークを通過していないと判断した場合はＳ４９へ進み、ピークを通過したと判断した場合はＳ４１でＡＦＭＯＤＥに３を代入してから、Ｓ４９へ進む。
【００５１】
また、Ｓ３７において、現在プレ動体ＡＦモードであると判定された場合には、Ｓ４２に進み、動体エリア内の評価値ＦＶが前回の評価値ＦＶよりも増加したかを判断し、増加していなければ、Ｓ３９に進んで上述した処理を行う。増加していればＳ４９に進む。このように動体領域のみの評価値ＦＶを判断に用いることにより、撮像信号ＡＦで動体領域部分に対する合焦を行うこととなる。
【００５２】
Ｓ３０でＡＦＭＯＤＥが３と判定した場合はＳ４３へ進み、評価値ＦＶのピーク位置へとフォーカスレンズ２３１を戻して停止する（合焦と判断）。Ｓ４４では、評価値ＦＶがピークとなるフォーカスレンズ２３１の位置（合焦位置）での評価値ＦＶのレベルからどのくらい変化したかを監視する。並行して信号Ｐ（Ｘ）に対応する合焦位置から変化したかどうかの監視も行う。変化していない場合はＳ４９へ進み、合焦状態を維持する。一方、変化した場合は、Ｓ４５でＩＦＡ信号が合焦度の閾値ＩＦＡｔｈよりも小さいかどうかの判別（大ぼけか、小ぼけかの判断）を行い、小さい場合は、大きくぼけていると判断して、Ｓ４６に進む。そしてＳ４６においてＡＦＭＯＤＥに１を代入してＳ４９へ進む（ＡＦＭＯＤＥ１からの再起動）。一方、Ｓ４５でＩＦＡ信号がＩＦＡｔｈ以上の場合はぼけ量が小さいと判断してＳ４７に移り、動体AF_FLAGがＯＮであればＳ４６に移行する。ＯＦＦならばＳ４８へ移行してＡＦＭＯＤＥに２を代入してから、Ｓ４９に進む。この場合、ＡＦＭＯＤＥ２からの再起動となる。
【００５３】
図１１は、第１の実施形態における、図５Ａのフローチャート中、Ｓ１４における直接測定ＡＦに利用するセンサ２３９の測定エリアの設定処理を示すフローチャートである。
【００５４】
ここで、第１の実施形態で想定する動作を、図１２を用いて説明する。例えば図４に示すような中距離（例えば３ｍ）に動体があるものとする。この場合、図１２（ａ）で撮像エリア５０３の領域１８０１から領域１８０２に動く動作は、次の動作に相当する。即ち、図１２（ｂ）で示すように、測定エリアＣに対応するセンサ２３９の測定エリアＣで正しく測距できる状態から、測定エリアＲに対応するセンサ２３９の測定エリアＲで正しく測距できる状態に移行することに相当する。本第１の実施形態では、このような場合に適切に測定エリアを変更することを目的とする。
【００５５】
まず、図１１のＳ１０１において、現在、動体AF_FLAGがＯＮになっているかどうかを判定する。ＯＮの場合はＳ１０２に移り、ＯＦＦの場合はそのまま処理を終了して、図５ＡのＳ１５に進む。
【００５６】
Ｓ１０２では、動体ＡＦを行っている動体エリアの測距結果である、Ｐ（Ｘ）（Ｘは測定エリアを表す。）の時間的な履歴を見て、急激に変化していないかどうかを判定する。ここでは予め変化判定用の閾値を内部で保持しているものとする。ここで急激な変化があった場合はＳ１０３に移り、変化がなかった場合には処理を終了して、図５ＡのＳ１５に進む。Ｓ１０３では現在測定に使用している測定エリアＸの変化前の測距データＰ（Ｘ）と、測定エリアＸ以外の測定エリアＹの現在の測距データＰ（Ｙ）との差分の絶対値を計算し、この値が閾値Ｐｔｈより小さいかどうかを判定する。ここで小さいと判定された場合、測定エリアＸで測距してきた動体が測定エリアＹに移った可能性が高いため、測定エリアをＹに変更して（Ｓ１０４）、図５Ａの処理に戻る。
【００５７】
Ｓ１０３で大きいと判定された場合は、Ｓ１０５に移り、測定エリアＸ及びＹ以外の測定エリアＺについて、同様の判定処理を行う。Ｓ１０５にて、現在測定に使用している測定エリアＸの変化前の測距データＰ（Ｘ）と、測定エリアＺの現在の測距データＰ（Ｚ）との差分の絶対値を計算し、この値が閾値Ｐｔｈより小さいかどうかを判定する。ここで小さいと判定された場合は測定エリアをＺに変更する（Ｓ１０６）。Ｓ１０５で大きいと判定された場合、動体を検知できるエリアを見失ったと判断し、Ｓ１０７において、動体AF_FLAG、プレ動体AF_FLAGともにＯＦＦを代入し、動体ハイスピードＡＦモードから抜け、通常モードで動作を行うことになる。
【００５８】
以上の通り本第１の実施形態によれば、撮像画面に対して平行に移動する動体に対しても、直接測定ＡＦ方式で高速に合焦を行うことができる。また、動体を測距できる測定エリアを見失った場合においても、通常ＡＦモードに戻り、適切な処理に移ることができる。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
図１３は、第２の実施形態における、図５Ａのフローチャート中、Ｓ１４における直接測定ＡＦに利用するセンサ２３９の測定エリアの設定処理を示すフローチャートである。この処理は、上述した第１の実施形態で説明した図１１の処理の代わりに行われる。これ以外は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
本第２の実施形態で想定する動作を、図１４及び図１５を用いて説明する。なお、図４と同様の構成には同じ参照番号を付している。ここでは、図１４で示すように、動体がカメラに対して垂直に近づいてくる場合を考える。例えば、中距離（３ｍ）、近距離（１ｍ）の距離で、動体が画面中央に位置するように撮像される場合を想定すると、図１５に示すように、撮像画面上では動体が同じ位置で大きさのみが変わっているように見える。しかしながら、図１５のように、適切な測定エリアは異なっていることがわかる。図１５（ａ）に示すように３ｍでは測定エリアＣが適切であり、図１５（ｂ）に示すように１ｍでは測定エリアＬが適切である。本第２の実施形態では、このような場合に適切に測定エリアに対応する、センサ２３９の測定エリアを設定することを目的とする。
【００６１】
先ず、図１３のＳ２０１において、現在、動体AF_FLAGがＯＮになっているかどうかを判定する。ＯＮの場合はＳ２０２に移り、ＯＦＦの場合はそのまま処理を終了して、図５ＡのＳ１５に進む。
【００６２】
Ｓ２０２では、現在の測定エリアＸでの測定距離データＰ（Ｘ）の測定履歴より、動体の撮像画面に対する垂直な方向の速度を求める。次にＳ２０３において、現在の測定エリア、現在の被写体との距離、そして被写体のスピードより、動体に対して適切な測定エリアが、今後どのように変化するかを予測する。
【００６３】
例えば測定エリアＬ、Ｃ、Ｒから信号Ｐ（Ｘ）に対応する被写体距離が以下の１）→２）→３）のように時系列で変化する場合を考える。
１） L：10ｍ、C：３ｍ、R：７ｍ
２） L：10ｍ、C：2.5ｍ、R：７ｍ
３） L：２ｍ、C：10ｍ、R：７ｍ
【００６４】
この場合、動体が１）、２）において接近していることを示し、３）で示す時間において、適切なエリアがＣからＬに移行することが予測できる。このように、動体の撮像画面に対する垂直方向の移動スピードから、予め適切な測定エリアを予測することができる。
【００６５】
この場合、動体のスピードが一定速運動、減速運動、加速運動をしている場合、また、ズームレンズの位置による画角の違いに応じて適切な計算式で算出してもよいし、ルックアップテーブルを参照する形にしても良い。このように、Ｓ２０３において動体に対する適切な測定エリアの予測を行うものとする。
【００６６】
続くＳ２０４においては、現在の時間と過去のＳ２０３において算出された予測から、測定エリアを変更するべきかどうかの判定を行う。過去のＳ２０３で算出された測定エリアと現在の予測された測定エリアが異なる場合はＳ２０５に進み、測定エリアＸをＳ２０３で求めた適切な測定エリアに変更して、処理を終了し、図５ＡのＳ１４に戻る。一方、Ｓ２０４で同じであると判定された場合は、測定エリアの変更は行わずに図５ＡのＳ１４に戻る。
【００６７】
上記の通り、本第２の実施形態によれば、撮像画面に対して垂直に移動する動体に対しても、直接測定ＡＦ方式で高速に合焦を行うことができる。
【００６８】
なお、上述した第１の実施形態と第２の実施形態は、組み合わせて用いてもよい。
【００６９】
また、上述した第１及び第２の実施形態では、動体までの距離を測定する測距領域として、１つの測定エリアを割り当てる場合について説明したが、１以上の測定エリアであれば良く、２つ以上のエリアを割り当てるようにしても良い。画角によっては、図１６に示すように撮像エリアに対して、直接測定ＡＦの測定エリアが２３０２のように配置される場合がある。この場合、動体エリア２３０１に対して測定エリア２３０２のＣ、Ｒの両エリアを使用した方が精度の良い測定が可能となる。
【００７０】
また、上述した第１及び第２の実施形態では、直接測定ＡＦ検出モジュール２３０のセンサ２３９の測定エリアをＬ、Ｃ、Ｒの３つに分けたが、Ｌ、Ｃ、Ｒそれぞれの持つ画素センサを自由に組み合わせて測定エリアを作る構成としても良い。例えば、図１７に示すように、測定エリア２５０２のＬ、Ｃ、Ｒのそれぞれのエリアは、それぞれ４０の画素センサで構成されているものとする。この配置に対し、動体エリア２５０１が配置された場合、動体エリア２５０１に過不足なく画素を割り当ててセンサエリアを構成したほうが精度の良い測定が可能となる。図１７の例では、「エリアＣの１０〜４０の画素と、エリアＲの１〜１５までの画素」といった画素選択を行い、その画素群を新たに動体に対する適切な測定エリアとする。
【００７１】
また、上述した第１及び第２の実施形態では、合焦対象の動体が１つの場合を想定したが、複数動体があった場合、大きさ、画面上の位置などで優先順位をつけ、一つを選ぶようにして実施することも可能である。
【００７２】
また、上述した第１及び第２の実施形態では動体検知を常に行って、動いているものに対してのみ直接測定ＡＦを行う形になっている。これに対し、検知した動体部分が時間に対して動きを伴わなくなっても、既に検知している動体の輝度情報より現在取得している画像の中で輝度の相関の高い部分を動体と認識し、その部分に対して直接測定ＡＦを行うようにしても良い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出手段と、
複数の測定エリアを含み、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段と、
前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成手段とを有し、
前記選択手段は、選択した測定エリアから得られた距離に関する情報と、次の周期で各測定エリアから得られた距離に関する情報とがそれぞれ示す距離の差に基づいて、測定エリアを選択し直すことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出手段と、
複数の測定エリアを含み、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段と、
前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成手段とを有し、
前記選択手段は、前記選択した測定エリアから得られた距離に関する情報と、前記選択した測定エリアから次の周期で得られる距離に関する情報に基づいて、更に次の周期における前記動体までの距離を予測し、該予測した動体までの距離に基づいて、測定エリアを選択し直すことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
前記撮像手段から得られた撮像信号から、合焦度を算出する算出手段を更に有し、
前記生成手段は、前記測定エリアが選択される前に、前記合焦度に基づいて前記制御信号を生成し、
前記選択手段は、測定エリアが選択されていない状態から測定エリアを選択する際に、前記合焦度に基づいて合焦状態となったフォーカスレンズの位置と、前記動体の位置とに基づいて測定エリアを選択することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記選択手段が前記測定エリアを選択し直せなかった場合、前記生成手段は前記合焦度に基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
動体検出手段が、撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出ステップと、
取得手段が、複数の測定エリアを含む、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段により、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する取得ステップと、
選択手段が、前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択ステップと、
生成手段が、前記選択ステップで選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成ステップと、
前記選択手段が、前記選択ステップで選択された測定エリアから得られた距離に関する情報と、次の周期で各測定エリアから得られた距離に関する情報とがそれぞれ示す距離の差に基づいて、測定エリアを選択し直す変更ステップと
を有することを特徴とする焦点検出方法。
【請求項６】
動体検出手段が、撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出ステップと、
取得手段が、複数の測定エリアを含む、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段により、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する取得ステップと、
選択手段が、前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択ステップと、
生成手段が、前記選択ステップで選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成ステップと、
前記選択手段が、前記選択ステップで選択された測定エリアから得られた距離に関する情報と、前記選択された測定エリアから次の周期で得られる距離に関する情報に基づいて、更に次の周期における前記動体までの距離を予測する予測ステップと、
前記選択手段が、該予測した動体までの距離に基づいて、測定エリアを選択し直す変更ステップと
を有することを特徴とする焦点検出方法。
【請求項１】
撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出手段と、
複数の測定エリアを含み、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段と、
前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成手段とを有し、
前記選択手段は、選択した測定エリアから得られた距離に関する情報と、次の周期で各測定エリアから得られた距離に関する情報とがそれぞれ示す距離の差に基づいて、測定エリアを選択し直すことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出手段と、
複数の測定エリアを含み、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段と、
前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成手段とを有し、
前記選択手段は、前記選択した測定エリアから得られた距離に関する情報と、前記選択した測定エリアから次の周期で得られる距離に関する情報に基づいて、更に次の周期における前記動体までの距離を予測し、該予測した動体までの距離に基づいて、測定エリアを選択し直すことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
前記撮像手段から得られた撮像信号から、合焦度を算出する算出手段を更に有し、
前記生成手段は、前記測定エリアが選択される前に、前記合焦度に基づいて前記制御信号を生成し、
前記選択手段は、測定エリアが選択されていない状態から測定エリアを選択する際に、前記合焦度に基づいて合焦状態となったフォーカスレンズの位置と、前記動体の位置とに基づいて測定エリアを選択することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記選択手段が前記測定エリアを選択し直せなかった場合、前記生成手段は前記合焦度に基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
動体検出手段が、撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出ステップと、
取得手段が、複数の測定エリアを含む、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段により、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する取得ステップと、
選択手段が、前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択ステップと、
生成手段が、前記選択ステップで選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成ステップと、
前記選択手段が、前記選択ステップで選択された測定エリアから得られた距離に関する情報と、次の周期で各測定エリアから得られた距離に関する情報とがそれぞれ示す距離の差に基づいて、測定エリアを選択し直す変更ステップと
を有することを特徴とする焦点検出方法。
【請求項６】
動体検出手段が、撮像手段から得られた撮像信号の画像に含まれる動体を検出する動体検出ステップと、
取得手段が、複数の測定エリアを含む、前記撮像手段と異なる位置に配置された取得手段により、各測定エリアに含まれる被写体までの距離に関する情報を予め設定された周期で取得する取得ステップと、
選択手段が、前記複数の測定エリアの内、前記動体に対応した１以上の測定エリアを選択する選択ステップと、
生成手段が、前記選択ステップで選択された測定エリアから得られた前記動体までの距離に関する情報に基づいて、前記動体が合焦状態となるようにフォーカスレンズを駆動する制御信号を生成する生成ステップと、
前記選択手段が、前記選択ステップで選択された測定エリアから得られた距離に関する情報と、前記選択された測定エリアから次の周期で得られる距離に関する情報に基づいて、更に次の周期における前記動体までの距離を予測する予測ステップと、
前記選択手段が、該予測した動体までの距離に基づいて、測定エリアを選択し直す変更ステップと
を有することを特徴とする焦点検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−６５０９８（Ｐ２０１１−６５０９８Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１８０００（Ｐ２００９−２１８０００）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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