JP2007264536A

JP2007264536A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2007264536A
Application number: JP2006092917A
Authority: JP
Inventors: Shuji Yamashita; 修司山下
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】パッシブ方式による焦点合わせでガラス越し撮影する場合であっても正確に被写体に対して焦点合わせが可能であるばかりか、焦点合わせに時間がかかるという欠点をも解消し得る撮像装置を提供する。
【解決手段】通常撮影では、フォーカスレンズ３を近距離位置から遠距離位置迄移動させ、最もコントラスト成分の値が大きい位置にフォーカスレンズを位置させて合焦を行わせるが、ガラス越し撮影の場合は、近距離近辺でコントラスト成分の大きい値が検出されてもこれを無視し、遠距離近辺で検出されたコントラスト成分の値に基づいて合焦動作を行わせることにより、日中でも夜間でも正確なガラス越し撮影が成し得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、被写体像のコントラスト成分に基づいて合焦位置を検出する撮像装置に関する。

従来、フィルムや撮像素子を用いた撮像装置は、被写体に対して自動的に焦点合わせを行うオートフォーカス機能を備えており、この種オートフォーカス機能としては、被写体に対して超音波や赤外線を放射しその反射成分の情報によって被写体までの距離を測定するアクテイブ方式と、被写体画像の位相差や高周波成分（以下、これらをコントラスト成分と称呼する）を利用してフォーカスレンズを移動させて焦点合わせを行うパッシブ方式とが知られている。

アクテイブ方式においては、超音波や赤外線の反射成分を用いて距離測定を行うので焦点合わせが短い時間で可能であるが、パッシブ方式においては、フォーカスレンズを無限遠位置から最至近位置迄移動させて合焦位置を検出しなければならないので、焦点合わせに時間がかかるという欠点があった。

一方、透明なガラス越しに被写体の撮像を行う様な場合にあっては、アクテイブ方式では、超音波や赤外線がガラスで反射してしまうので正確な焦点合わせが出来ないという欠点があり、これに対してパッシブ方式では、被写体画像を利用するためガラスの影響を受けず正確な焦点合わせが可能である。

そこで、従来では、アクテイブ方式であってもガラス越し撮影時に正確な焦点合わせが出来る様に種々の技術が提案されている（特許文献１、２、３、４）。

これに対して、パッシブ方式の撮像装置では、ガラスの影響を受けないと考えられているため、ガラス越し撮影に関しては特に技術提案はなされていないのが現状である。
特許第３００９５１１号公報特許第２９５０６５４号公報特許第３００９５１３号公報特開平０８−１０１４２５号公報

しかしながら、パッシブ方式の撮像装置でガラス越しに撮影を行う場合、以下の欠点がある。即ち、図８に示す様に被写体３１をカメラ３２で撮像する際に両者の間に透明ガラス３３が存在する場合、被写体３１側の明るさが十分でない場合には、カメラ３２側にある例えば蛍光灯などの室内照明３４の像がガラス３３で反射し、その為、ガラス３３で反射された室内照明３４の像に対して焦点合わせがなされてしまい、被写体３１にはピントが合わなくなってしまう欠点である。

この発明の課題は、パッシブ方式による焦点合わせでガラス越し撮影する場合であっても正確に被写体に対して焦点合わせが可能であるばかりか、パッシブ方式の従来の欠点である焦点合わせに時間がかかるという欠点をも解消し得る撮像装置を提供することにある。

本発明による撮像装置は、フォーカスレンズを、例えば、無限遠位置から最至近位置まで移動させて得られる被写体像のコントラスト成分の値に基づいて合焦位置を検出する合焦手段を備えた撮像装置において、前記合焦手段によって高コントラスト成分が近距離及び遠距離の少なくとも２箇所で得られた際に前記近距離及び遠距離で得られたコントラスト成分の値の大小にかかわらず常に前記遠距離で得られた高コントラスト成分の値に基づいて合焦位置を検出する遠距離合焦手段を備えたことを特徴とする。

本発明による撮像装置によれば、ガラス越し撮影などの場合には、高コントラスト成分が近距離及び遠距離の少なくとも２箇所で得られた際に前記近距離及び遠距離で得られたコントラスト成分の値の大小にかかわらず常に前記遠距離で得られた高コントラスト成分の値に基づいて合焦位置を検出するようにしたので、ガラスに映った像に焦点合わせがなされることを防止出来、また、前記遠距離で得られた高コントラスト成分の値に基づいて合焦位置を検出するのでフォーカスレンズの移動量も少なくてすみ、迅速な焦点合わせが成し得るものである。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。この実施例は、撮像装置として小型で携帯可能なデジタルスチルカメラ装置（以下、カメラと略称する。）を用いたもので、図１は、そのカメラの回路ブロック図である。

図１において、固定レンズ１とＣＣＤ等の撮像素子２との間にはオートフォーカス用のフォーカスレンズ３が配置され、このフォーカスレンズ３は、フォーカスレンズ駆動部４によってワイド撮影時の最至近位置からテレ撮影時の無限遠位置迄移動可能となっている。撮像素子２はマトリクス配置されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画素を備えており、前記固定レンズ１及びフォーカスレンズ３を介して入射された被写体像が各画素に写し込まれ、読出駆動部５から読み出しパルスを供給されることによって光電変換された各画素信号が読み出される。読み出された画素信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路６に順次出力される。

ＣＤＳ／ＡＧＣ回路６は、撮像素子２から出力された被写体像の画像信号をサンプリングホールドするとともに、画像信号の利得を増幅して自動調整する。Ａ／Ｄ変換器７は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路６から入力される画像信号を所定ビットのデジタル画像信号に変換し、被写体像のデジタル画像信号を制御部８に出力する。

制御部８はＣＰＵ等から構成され、ＲＯＭ１６に格納されたプログラムに従ってこのカメラ全体の動作制御を行う。即ち、上記Ａ／Ｄ変換器７から送られて来るデジタル画像信号の輝度信号や色差信号への変換、ホワイトバランス制御、ＪＰＥＧ規格に準じて圧縮伸張する圧縮伸張処理、後述する表示部１２に被写体像を表示させるための縮小処理などの各種画像処理を行うと共に、上述したフォーカスレンズ駆動部４及び読出駆動部５に駆動制御信号を出力し、また、以下の各部を制御する制御信号を出力する。

送受信部９は、パーソナルコンピュータや印刷装置などの外部機器とデータ通信を行うための回路である。時計部１０は、基準信号を計時して現在の日付時刻などの時刻データを得るもので、時刻データは制御部８に出力される。

表示駆動部１１は、制御部８から与えられる表示データを表示部１２に送って表示部１２を表示駆動するもので、表示部１２は、カラー液晶ディスプレイパネル又はカラーエレクトロルミネッセンスディスプレイパネル等から構成される。

キー入力部１３は、撮像時に操作される２段スイッチ（半押し及び全押しでそれぞれスイッチ入力がなされるスイッチ）から構成されるシャッタ釦１３Ａ、後述する動作モードを切り換える為の操作されるモード切替釦１３Ｂ、撮影時に通常撮影か或いはガラス（透明ガラス）越しの撮影かを切り換える撮像形態切替釦１３Ｃ及び電源釦や各種設定釦等の他の釦から構成されている。

リード・ライト制御部１４は、画像記憶部１５を駆動する回路であり、画像記憶部１５は、不揮発性のフラッシュメモリ或いは着脱可能な不揮発性のメモリカードから構成され、リード・ライト制御部３０に駆動されることによって制御部８から出力された画像データを記憶したり、記憶した画像データを制御部８に出力したりする。

露出センサ駆動回路１７は露出センサ１８を駆動して撮影時の露出量を測定するもので、測定された露出量データは制御部８に送られる。また、色温度センサ駆動部１９は色温度センサ２０を駆動して被写体像の色温度を測定するもので、測定された色温度データは制御部８に送られる。

ＲＡＭ２１は、制御部８に各種作業用の記憶領域を提供するメモリであり、図２の如く記憶領域が構成されている。図２において、モード記憶領域２１Ａは、設定された動作モードに対応する値Ｍを記憶するための領域であり、値Ｍは、キー入力部１３のモード切替釦１３Ｂが操作される毎に順次変更されていく様に構成されている。

そして、値Ｍが「０」の時（以下、Ｍ＝０といった形で記載する）は、被写体像を撮像して被写体の静止画像を画像記憶部１５に記憶させるモードである。また、Ｍ＝１は画像記憶部１５に記憶された静止画像を表示部１２に順次表示させる再生モード、Ｍ＝２は画像記憶部１５に記憶された静止画像を消去する消去モード、Ｍ＝３は送受信部９を介して外部の機器と画像の送受信を行わせるモードである。

ＲＡＭ２１の撮影形態記憶領域２１Ｂは、撮影モード時に、通常の撮影モードであるか、或いはガラス越しの撮影モードであるかの状態フラッグＫを記憶する領域であり、キー入力部１３の撮像形態切替釦１３Ｃが操作される毎に、Ｋ＝０とＫ＝１とが交互に切り替わる様に構成されている。尚、Ｋ＝０の時は通常撮影、Ｋ＝１の時はガラス越し撮影を示している。

明暗情報記憶領域２１Ｃは、撮影する時が日中（外が明るい時）であるか、或いは夜間（外が暗い時）であるかの明暗情報フラッグＦを記憶する領域であり、Ｆ＝０の時は日中、Ｆ＝１の時は夜間を示している。

撮影条件記憶領域２１Ｄは、撮影モードにおけるシャッタスピードや絞り量、ホワイトバランス値等撮影の為の各種条件を記憶するための領域であり、ワークエリア２１Ｅは画像処理などの各種処理を行う時、一時記憶などに使用される領域である。

次に上述の如く構成された撮像装置の動作を図３乃至図６の動作フローチャートを用いて説明する。

図３は、通常撮影モードにおいてシャッタ釦１３Ａが操作された際のフローチャートを示している。即ち、モード切替釦１３Ｂの操作によってモード記憶領域２１Ａのモード値ＭがＭ＝０の撮影モードに設定され、且つ撮影形態切替釦１３Ｃの操作によって撮影形態記憶領域２１Ｂの状態フラッグＫがＫ＝０の通常撮影に設定されている時は、この図３のフローチャートに従った処理がなされる。

しかして、ステップＳ１は、シャッタ釦１３Ａが半押しされたか否かを検出する処理であり、半押しがなされていない場合にはステップＳ２に進む。このステップＳ２からステップＳ５迄の処理は、撮像素子２に写し込まれている被写体像の静止画像を例えば１秒間に３０画像の割合で表示部１２に送って動画表示させる、所謂撮像前のモニタ（電子ファインダ）表示を行わせる処理である。

この場合、オートフォーカスなどの処理は３０画像それぞれの撮像時に行わせるのではなく１秒間に一度のみ行わせる様に構成されている。即ち、次のステップＳ２では、１秒のタイミングであるか否かが検出され、１秒タイミングの時は、ステップＳ３に進みオートフォーカス処理がなされる。

このオートフォーカス処理はパッシブ方式によるもので、制御部８からフォーカスレンズ駆動部４に駆動信号を出力しフォーカスレンズ３をワイド撮影時の最至近位置からテレ撮影時の無限遠位置迄、所定量ずつ移動させ、各移動位置でのコントラスト成分（位相差成分或いは高周波成分）を検出し、各位置に対応するコントラスト成分の値をワークエリア２１Ｅに記憶させる。

そして最もコントラスト成分の値が高かった位置にフォーカスレンズ３を再度移動させ、今度はその位置の前後で更に細かく所定量でフォーカスレンズ３を移動させ、最もコントラスト成分が高い位置を合焦点位置とするものである。

図７（ａ）はこの処理を説明するもので、即ち、フォーカスレンズ３を最至近位置Ａから無限遠位置Ｂ迄の範囲で所定量ずつ移動させて停止することを繰り返し、各停止位置のコントラスト成分の値を順次測定する。この測定されたコントラスト成分の値を波形で表すとその波形は例えば波形Ｚ０の如くなる。このうち、最もコントラスト成分の値の高い位置の近辺（図の微調整範囲と記されている範囲）で再度、今度は短いピッチでフォーカスレンズ３を移動させ、最も高いコントラスト成分の位置Ｘを決定するものである。

このステップＳ３での処理が完了するとステップＳ４に進み、露出量及びホワイトバランス値などの測定を行ってワークエリア２１Ｅに記憶させておく。

そして、次のステップＳ５では、フォーカスレンズ３を上述したステップＳ３の合焦位置に位置させた状態で且つステップＳ４で記憶された露出量やホワイトバランス値に従って撮像素子に取り込まれた被写体像を処理し、表示部１２に表示させるものである。

一方、ステップＳ２で１秒タイミングでないと判断された場合には、ステップＳ２から直接ステップＳ５に進み、１秒タイミングでステップＳ３及びＳ４で処理され且つワークエリア２１Ｅに記憶されている内容に従ってモニタ表示がなされる。

ステップＳ１において、シャッタ釦１３Ａの半押しが検出されるとステップＳ６に進みオートフォーカス処理がなされ、更にステップＳ７では露出量及びホワイトバランス値などの測定が行われる。上記ステップＳ６及びＳ７の処理は、上述したステップＳ３及びＳ４の処理と同じであり、詳細な説明は省略する。

次のステップＳ８では、シャッタ釦１３Ａの全押しがなされたか否かを検出し、全押しが検出された場合にはステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、ステップＳ６で設定されたフォーカスレンズ３の位置で且つステップＳ７で計測された露出量やホワイトバランス値に基づいて被写体の静止画像の撮像を行い、次のステップＳ１０で撮像された静止画像をＪＰＥＧ規格に従って変換且つ圧縮して画像記憶部１５に記憶させる。

図４は、ガラス越し撮影モードにおいてシャッタ釦１３Ａが操作された際のフローチャートを示している。即ち、モード切替釦１３Ｂの操作によってモード記憶領域２１Ａのモード値ＭがＭ＝０の撮影モードに設定され、且つ撮影形態切替釦１３Ｃの操作によって撮影形態記憶領域２１Ｂの状態フラッグＫがＫ＝１のガラス越し撮影に設定されている時は、この図４のフローチャートに従った処理がなされる。

しかして、この図４のフローチャートでは、図３に示したフローチャートのうち、ステップＳ３をステップＳ２４に、ステップＳ６をステップＳ２５に置き換えた点のみが図３と異なるものであり、それ以外のステップは図３と同じであるので、同一ステップには同一ステップ番号を付してその詳細な説明は省略する。

図５は、上記図４の上記ステップＳ２４の詳細なフローチャートを示している。図５において、ステップＳ３１は、制御部８からフォーカスレンズ駆動部４に駆動信号を出力しフォーカスレンズ３をワイド撮影時の最至近位置からテレ撮影時の無限遠位置迄、所定量ずつ移動させ、各移動位置でのコントラスト成分（位相差成分或いは高周波成分）を検出し、各位置に対応するコントラスト成分の値をワークエリア２１Ｅに記憶させる処理である。

次のステップＳ３２では、ワークエリア２１Ｅに記憶されたコントラスト成分の値から、予め定められたコントラスト成分値を超える箇所が２箇所以上存在するかを判断する。即ち、フォーカスレンズ３がワイド側にある位置（近距離位置）で検出された最大のコントラスト成分の値をＶ１とし、フォーカスレンズ３がテレ側にある位置（遠距離位置）で検出された最大のコントラスト成分の値をＶ２としてＶ１及びＶ２がそれぞれ予め定められた値を超えているか否かを判断するものである。

即ち、室内からガラス越しに外部の被写体を撮影する場合、室内の照明などがガラスに反射して写し込まれるとその反射は近距離にて検出され値Ｖ１となり、外部の被写体は値Ｖ２となる。

この場合、日中時（昼間）の様に外部が室内に対して十分明るければ、たとえ室内の照明などがガラスに反射して写し込まれたとしても、そのコントラスト成分の値Ｖ１はＶ２より小さくなるはずである。図７（ｂ）の波形Ｚ１はこの日中時にガラス越しに外部を撮像した際のコントラス成分の値Ｖ１及びＶ２の大きさを示している。

逆に、夕方或いは夜間などの様に外部が室内に対して暗い場合には、室内の照明などがガラスに反射して写し込まれると、そのコントラスト成分の値Ｖ１はＶ２より大きくなるもので、図７（ｃ）の波形Ｚ２はこの外部が暗い時にガラス越しに外部を撮像した際のコントラス成分の値Ｖ１及びＶ２の大きさを示している。

ステップＳ３２の次のステップＳ３３は、上述した外部が明るいか暗いかを判断する処理でありＶ１とＶ２とを比較し、Ｖ２がＶ１より大きいか否かを判断する。

Ｖ２がＶ１より大きい場合には、日中のガラス越し撮影であるとしてＲＡＭ２１の明暗状態記憶領域２１Ｃの明暗情報フラッグＦをＦ＝０に設定し、次のステップＳ３５では、フォーカスレンズ３を予め定められた位置、即ち図７（ｂ）の位置Ｃからテレ側（遠距離側）終端位置Ｂに向けて駆動し、最もコントラスト成分の高い位置をワークエリア２１Ｅに記憶させ、更にステップＳ３８に進んで合焦位置の微調整を行い、合焦位置Ｘにフォーカスレンズ３を位置させるものである。

尚、ステップＳ３２で、予め定められたコントラスト値を超える成分が一つの山しかなかった場合にも、室内照明の影響が無かったものとしてステップＳ３４以下の処理を行わせる。

一方、ステップＳ３３において、Ｖ１がＶ２より大きかった場合には、ステップＳ３６に進み、外部が暗い夜間の撮影であるとして明暗情報フラッグＦをＦ＝１に設定し、次のステップＳ３７では、フォーカスレンズ３を予め定められた位置、即ち図７（ｃ）の位置Ｄからテレ側（遠距離側）の終端位置Ｂに向けて駆動し、最もコントラスト成分の高い位置をワークエリア２１Ｅに記憶させ、更にステップＳ３８に進んで合焦位置の微調整を行い、合焦位置Ｘにフォーカスレンズ３を位置させるものである。

この場合、位置Ｄは図７（ｂ）の位置Ｄよりも近距離側に設定してある。これは、外部が暗いのでコントラスト成分の値が小さく、その為、多数のコントラストの山が出現する可能性が高いので、幅広い範囲での測定を行って正確な位置にフォーカスレンズ３を設定させるためである。

このように、図４のステップＳ２４では、近距離側に大きなコントラスト成分の値が検出されても、常に遠距離側に表れたコントラスト成分の山に対して合焦動作を行わせているので、モニタ表示では、常にガラス外部の被写体に対しての合焦された画像が表示されることになる。

図６は、図４において、ステップＳ１でシャッタ釦１３Ａが半押し操作された後のステップＳ２５における処理の詳細なフローチャートである。

まず、ステップＳ４１では、明暗状態記憶領域２１Ｃの明暗情報フラッグＦがＦ＝１か否か、即ち、モニタ表示時に判断された日中か夜間かの判断がなされる。Ｆ＝１の場合には、夜間撮影なので次のステップＳ４２では、フォーカスレンズを図７（ｃ）に示した位置Ｄからテレ側の終端Ｂに向けて駆動し、最もコントラスト成分の高い位置をワークエリア２１Ｅに記憶させ、更にステップＳ４４に進んで合焦位置の微調整を行い、合焦位置Ｘにフォーカスレンズ３を位置させるものである。

一方、ステップＳ４１でＦ＝１でなかった時、即ち、Ｆ＝０の時には、日中撮影なので次のステップＳ４３では、フォーカスレンズを図７（ｂ）に示した位置Ｃからテレ側の終端Ｂに向けて駆動し、最もコントラスト成分の高い位置をワークエリア２１Ｅに記憶させ、次のステップＳ４４に進んで合焦位置の微調整を行い、合焦位置Ｘにフォーカスレンズ３を位置させるものである。

このように、ガラス越し撮影の際は、撮像記憶のためにシャッタ釦１３Ａが操作されると、フォーカスレンズ３の合焦位置を測定及び決定するにあたって、フォーカスレンズ３をワイド側の最至近位置Ａからテレ側の無限遠位置Ｂ迄に移動させて測定させるのではなく、遠距離側でのみ移動させて測定及び決定をしているので、極めて迅速に合焦が成し得るものである。

なお、上記実施例では、デジタルスチルカメラ装置に本発明を適用した例を説明したが、動画撮影を行うビデオカメラにも適用でき、また、撮像装置付きの携帯電話等の様に撮像機能を備えた電子機器であれば本発明は適用可能である。
また、合焦位置を検出する場合に、最至近位置から無限遠位置に移動させたり、または、最至近位置あるいは無限遠位置からコントラスト成分が最大値を超えた後に逆方向に移動させて合焦位置を検出するようにしてもよい。

本発明を適用したデジタルスチルカメラ装置の回路構成図。図１のＲＡＭ２１の詳細な構成図。通常撮像の動作を説明するフローチャート図。ガラス越し撮影の動作を説明するフローチャート図。図４のステップＳ２４の詳細なフローチャート図。図４のステップＳ２５の詳細なフローチャート図。フォーカスレンズによる合焦動作を説明する図。ガラス越し撮影を説明する図。

符号の説明

１固定レンズ
２撮像素子
３フォーカスレンズ
８制御部
１２表示部
１３Ａシャッタ釦
１３Ｂモード切替釦
１５画像記憶部

Claims

フォーカスレンズを移動させて得られる被写体像のコントラスト成分の値に基づいて合焦位置を検出する合焦手段を備えた撮像装置において、
前記合焦手段によって高コントラスト成分が近距離及び遠距離の少なくとも２箇所で得られた際に前記近距離及び遠距離で得られたコントラスト成分の値の大小にかかわらず常に前記遠距離で得られた高コントラスト成分の値に基づいて合焦位置を検出する遠距離合焦手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
更に、前記合焦手段で得られる被写体像のコントラスト成分の値を予め定められた値と比較する比較手段と、この比較手段によって前記コントラスト成分の値が予め定められた値以上であった際に前記高コントラスト成分であると判断する判断手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記遠距離合焦手段は、予め定められた位置から前記無限遠迄前記フォーカスレンズを移動させて合焦位置を検出し、前記予め定められた位置から前記最至近の位置には前記フォーカスレンズを移動させないフォーカスレンズ移動制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
更に、前記撮像装置は通常撮影とガラス越し撮影が可能であり、前記通常撮影時には前記合焦手段が用いられ、ガラス越し撮影時には前記遠距離合焦手段が用いられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
更に、被写体像を撮像する撮像素子と、この撮像素子に写し込まれている被写体像を動画表示するモニタ表示手段と、シャッタ釦が操作された際に前記撮像素子に写し込まれた被写体像を記憶する記憶手段とを備え、前記モニタ表示手段に前記撮像素子に写し込まれている際には前記合焦手段によって合焦位置を検出し、前記シャッタ釦が操作された際には前記遠距離合焦手段によって合焦位置を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。