JP2008046556A

JP2008046556A - カメラ

Info

Publication number: JP2008046556A
Application number: JP2006224537A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Watanabe; 利巳渡邉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】
従来のカメラでは、主要被写体に対して最適なフォーカスを得ることが難しかった。
【解決手段】
本発明に係るカメラ１０１は、撮影レンズ１０２と、撮像素子１０３と、制御部１０９のソフトウェア処理によって行われる撮影画面内の任意の場所にＡＦエリアの設定を行うＡＦエリア設定部と、ＢＰＦ１１１および積算部１１２の処理結果からＡＦエリア内の焦点検出を行い撮影レンズの焦点を合わせるＡＦ部１１３とを有し、ＡＦエリア設定部は、動画撮影時のＡＦエリアの重心を、静止画撮影時のＡＦエリアの重心より天側にシフトするようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＦ（オートフォーカス）機能を有するカメラに関する。

複数のＡＦエリアを設けてフォーカス制御を行うマルチＡＦエリア方式において、カメラの姿勢を検出して、複数のＡＦエリアの中で撮影画面の地側（鉛直下方領域）に配置されたＡＦエリアを使用しないようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２５５２１６号公報

従来のカメラでは、使用するＡＦエリアの数が少なくなってしまうという問題があった。
上記課題に鑑み、本発明の目的は、ＡＦエリアを有効に使用することのできるカメラを提供することである。

本発明に係るカメラは、撮影レンズによる被写体の像を撮影する撮像素子と、前記撮像素子で得られる画像内に前記撮影レンズの焦点調節状態を検出するＡＦエリアを設定するＡＦエリア設定部とを有する動画と静止画とを撮影可能なカメラにおいて、前記ＡＦエリア設定部は、動画撮影時のＡＦエリアの重心を、静止画撮影時のＡＦエリアの重心より前記画像の天側に設定することを特徴とする。

特に、前記撮影レンズの焦点距離を検出する焦点距離検出手段を設け、前記ＡＦエリア設定部は、前記焦点距離に応じて、前記動画撮影時のＡＦエリアの重心と前記静止画撮影時のＡＦエリアの重心との間隔を変更することを特徴とする。
また、前記ＡＦエリア設定部は、前記撮影レンズの焦点距離が相対的に短いほど天側になるように配置することを特徴とする。

或いは、前記ＡＦエリア設定部は、複数のＡＦエリアを設定可能であり、動画撮影時に少なくとも一部のＡＦエリアをオーバーラップさせて配置することを特徴とする。

本発明によれば、動画撮影時において、主要被写体が存在する可能性が高い撮影画面の上方にＡＦエリアを配置することにより、ＡＦエリアを有効に活用することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明に係るカメラの実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るカメラ１０１は、撮像信号を用いてオートフォーカスを行う、いわゆるコントラスト方式のデジタルカメラである。図１にカメラ１０１のシステムブロック図を示す。カメラ１０１は、撮影レンズ１０２と、撮像素子１０３と、Ａ／Ｄ変換器１０４と、メモリ１０５と、画像処理回路１０６と、外部記憶回路１０７と、コントロール回路１０８と、制御部１０９と、モータ１１４と、フォーカス制御機構１１５と、位置検出部１１６とで構成される。

撮影レンズ１０２は、図面上では簡略化して描いてあるが、ズームレンズ１０２ａやフォーカスレンズ１０２ｂなどの複数枚のレンズで構成される。尚、ズームレンズ１０２ａのない焦点距離が固定のレンズでも良いし、ステップズームレンズのような焦点距離を間欠的に可変する構成のレンズでもよい。
撮影レンズ１０２から入射した光は、ＣＣＤなどで構成される撮像素子１０３でアナログの電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器１０４でアナログの電気信号をデジタル信号に変換し、メモリ１０５に撮影した画像を一時的に記憶する。一時的に記憶された画像を保存する場合は、画像処理回路１０６において、輝度（Ｙ）信号および色差（Ｃ）信号に変換され、例えば、ＪＰＥＧ規格などの画像圧縮処理を施して、外部記憶回路１０７でメモリカードに記憶する。

制御部１０９は、予め記憶されたプログラムによって動作するＣＰＵのソフトウェアで実現される。制御部１０９は、カメラ１０１全体の制御を行い、レリーズボタン（不図示）などのユーザー操作に応じたカメラ１０１の各部の制御や、所定のアルゴリズムに従って露出値やホワイトバランス値などの算出および制御、或いは、フォーカス制御などを行う。

尚、図１の制御部１０９のブロック内には、本実施形態の特徴となる部分のみを記載してあり、所定のアルゴリズムに従って露出値やホワイトバランス値を算出するＡＥ／ＡＷＢ部（自動露出／オートホワイトバランス）１１０と、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１１１と、ＢＰＦ１１１の出力値を積算する積算部１１２と、積算部１１２の結果からフォーカス位置を算出するＡＦ部１１３とを主とする各処理で構成される。

コントロール回路１０８は、制御部１０９からの制御信号に基づいて、撮像素子１０３に対するタイミング信号を生成して撮像素子１０３へ出力する。尚、撮像素子１０３は、シャッターゲートパルスによって各画素センサに蓄積される電荷の蓄積時間（シャッタースピード）を制御する、いわゆる電子シャッター機能を有している。従って、制御部１０９のＡＥ／ＡＷＢ部１１０が、メモリ１０５に格納されている画像データから算出した露出値に応じて、コントロール回路１０８が撮像素子１０３に出力するタイミング信号を制御する。また、ＡＥ／ＡＷＢ部１１０は、メモリ１０５に格納されている画像データに対してホワイトバランス調整処理を行う。

ＢＰＦ１１１は、メモリ１０５に格納されている画像データから、焦点検出領域（フォーカスエリア）に対応する部分の画像データの高周波数成分を抽出するフィルタである。つまり、ＢＰＦ１１１によって、フォーカスエリアの画像データの低周波数成分、特に直流成分が除去されている。尚、ハイパスフィルタでも構わない。
積算部１１２は、ＢＰＦ１１１で処理後のフォーカスエリアに含まれる画像データに関して、各隣接画素の差分の絶対値を積算する。つまり、積算値が大きい程、コントラストが強くなる。ＡＦ部１１３は、積算回路１１２が出力する積算値から焦点評価値を得る。

尚、本実施形態では、ＡＥ／ＡＷＢ部１１０，ＢＰＦ１１１，積算部１１２，ＡＦ部１１３の各部は、制御部１０９によるソフトウェア処理としたが、これらの機能をハードウェアで実現するように構成してもよい。
ズームレンズ１０２ａは、撮影レンズ１０２の焦点距離を調節するためのレンズである。ズームレンズ１０２ａは、手動または自動で駆動して焦点距離を調節する。また、この焦点距離は位置検出部１１６によって読み取られ、制御部１０９に出力する。

フォーカスレンズ１０２ｂは、撮影レンズ１０２を通過した被写体光が撮像素子１０３の撮像面上に結像するように、焦点位置を調節するレンズである。制御部１０９の制御信号によってモータ１１４がフォーカス制御機構１１５を駆動し、フォーカスレンズ１０２ｂを光軸方向に移動させて焦点位置を調節する。
ここで、ＡＦ部１１３による焦点評価値と合焦位置の求め方について、図２を用いて説明する。図２は、撮影レンズ１０２に設けられたフォーカスレンズ１０２ｂの位置と焦点評価値との関係を示し、横軸はフォーカスレンズ１０２ｂの位置、縦軸は焦点評価値である。焦点評価値が最大となるレンズ位置Ｄ１は、被写体に対するフォーカスレンズ１０２ｂの合焦位置である。

焦点評価値の計算は、例えば、フォーカスレンズ１０２ｂを至近端から∞（無限遠）端に向けてサーチ移動させながら行う。また、ＡＦ回路１１３が繰り返し焦点評価値を算出する場合の算出レートは、撮像素子１０３による撮像時間、ＢＰＦ１１１の処理時間および積算部１１２の積算値算出時間によって決定される。従って、実際の焦点評価値は点線２０１のように連続的に変化するが、上記の算出時間によって、同図の黒丸で示したように、焦点評価値は算出レートごとの離散データとしてプロットされる。ここで、黒丸の横軸方向の間隔は、焦点評価値が算出される間にフォーカスレンズ１０２ｂが移動した距離（単位距離）を表している。

ＡＦ部１１３は、黒丸で示した離散データの焦点評価値から、最大点を含むＰ１〜Ｐ３の３点を抽出し、Ｐ１〜Ｐ３の３点から３点内挿演算を行って、焦点評価値曲線の極大点に対応する合焦レンズ位置Ｄ１を算出する。合焦レンズ位置Ｄ１は、最大点Ｐ２と点Ｐ３とを通る傾きαの直線Ｌ２と、点Ｐ１を通る傾き−αの直線Ｌ１との交点に対応する。この合焦レンズ位置Ｄ１は、撮像素子１０３によって撮像される被写体像が撮像素子面に結像する画像のコントラストを最大にする位置である。つまり、合焦したボケのない画像が得られる位置である。このように、本実施形態では、フォーカスレンズ１０２ｂを移動させて焦点評価値の最大値を探し出す山登りＡＦ方式を用いている。

次に、制御部１０９によるＡＦ処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。
（ステップＳ３００）ＡＦ処理開始。
（ステップＳ３０１）ＡＦに必要なデータ、フラグ類を初期化する。
（ステップＳ３０２）カメラ撮影モードが静止画モードまたは動画モードのいずれであるかを判断する。動画モードの場合はステップS３０３ａに進み、静止画モードの場合はステップS３０３ｂに進む。
（ステップＳ３０３ａ）動画モードの場合のＡＦエリアの設定を行う。
（ステップＳ３０３ｂ）静止画モードの場合のＡＦエリアの設定を行う。

ここで、ＡＦエリアの設定位置について説明する。図４は静止画モードの場合のＡＦエリアの設定位置を示した図で、撮影画面４０１の中心位置にＡＦエリアＡ１の重心Ｇ１を設定する。尚、Ｉｃｘは撮影画面４０１の中心を通る水平軸、Ｉｃｙは撮影画面４０１の中心を通る垂直軸をそれぞれ示す。図５は動画モードの場合のＡＦエリアの設定位置を示した図で、撮影画面４０１の中心位置より天側にＡＦエリアＡ２の重心Ｇ２を設定する。
（ステップＳ３０４）ステップＳ３０３ａまたは３０３ｂで撮影モードに応じたＡＦエリアの設定を行った後、合焦位置を求めるためにＡＦ処理を開始する。先ず、サーチ開始位置ＳＳＬＰおよびサーチ終了位置ＳＥＬＰを設定する。フォーカスレンズ１０２ｂの焦点調節範囲の両端（至近端または∞端）のいずれか一端をサーチ開始位置、他端をサーチ終了位置に設定する。本実施形態では、サーチ開始位置ＳＳＬＰを至近端、サーチ終了位置ＳＥＬＰを∞端に設定する。

尚、サーチ開始位置およびサーチ終了位置の設定は、前述した組み合わせ以外でも構わない。例えば、現在のレンズ位置や撮影モードに応じて最適な値に設定するようにしてもよい。特に、焦点評価値やコントラスト変化などの情報に基づいて、サーチ開始位置およびサーチ終了位置を最適化することで、ＡＦの高速化が可能になる。
（ステップＳ３０５）焦点評価値の最大値を求めるための履歴を取得するために、モータ１１４およびフォーカス制御機構１１５を用いて、フォーカスレンズ１０２ｂをサーチ開始位置ＳＳＬＰに移動する。
（ステップＳ３０６）フォーカスレンズ１０２ｂの移動速度を設定する。ここでは、予め設定したレンズ移動速度に設定する。尚、レンズ移動速度の大きさで履歴データの個数が決まり、レンズ移動速度を大きくすれば取得する履歴データの個数は少なくなり、逆にレンズ移動速度を小さくすれば履歴データの個数は多くなる。また、レンズ移動速度は、焦点調節の時間にも大きく影響し、レンズ移動速度が速ければ焦点調節の時間も短くなる。
（ステップＳ３０７）フォーカスレンズ１０２ｂを移動させながら焦点評価値の履歴を取得する。つまり、メモリ１０５に記憶された画像データを読み出してＢＰＦ１１１を通し、積算部１１２で焦点評価値を計算する。焦点評価値は、ＡＦエリアの焦点評価値の履歴として記憶する。尚、本実施形態では、一旦メモリ１０５に記憶した画像データを用いて焦点評価値を計算するようにしているが、Ａ／Ｄ変換器１０４のデータを逐次ＢＰＦ１１１に送ると同時に、焦点評価値を計算する構成にしてもよい。このように構成すれば、一旦メモリ１０５に画像データを記憶する場合に比べて焦点評価値の算出を早くすることができる。
（ステップＳ３０８）ステップＳ３０６で設定したレンズ移動速度でフォーカスレンズ１０２ｂを移動させる。
（ステップＳ３０９）ステップＳ３０４で設定したサーチ終了位置（ＳＥＬＰ）にフォーカスレンズ１０２ｂが到達したかどうかを判定する。サーチ終了位置に到達していない場合は、ステップＳ３０８およびＳ３０９を繰り返し行い、焦点評価値の履歴を記憶していく。サーチ終了位置に到達している場合は、ステップＳ３１０に進む。
（ステップＳ３１０）合焦位置を求めるために内挿演算を行う。ステップＳ３０８およびＳ３０９で記憶した焦点評価値の履歴の中から最大値を求める。さらに、求めた最大値が予め設定した所定レベル以上か否かを判定する。このような判定を行う理由は、コントラストが低い被写体（白壁、黒壁等）でノイズ等により、本来のピント位置ではない位置で焦点評価値が最大となって擬合焦するのを防止するためである。つまり、コントラストが所定値以下の場合には、合焦と判断しないようにする。所定レベル以上の焦点評価値がない場合は、ローコントラスト処理として、ステップＳ３１３に進む。
（ステップＳ３１１）合焦レンズ位置を、先に図２を用いて説明した３点内挿方式で求める。
（ステップＳ３１２）モータ１１４およびフォーカス制御機構１１５を用いて、ステップＳ３１１で計算された合焦レンズ位置ヘフォーカスレンズ１０２ｂを移動し、ステップＳ３１４でＡＦ処理を終了する。
（ステップＳ３１３）焦点調節ができないのでフォーカスレンズ１０２ｂを予め設定された所定位置に移動し、ステップＳ３１４でＡＦ処理を終了する。尚、所定位置として、一般的な撮影距離である１〜３ｍの間のいずれかに設定しておくのが好ましい。

ここで、ステップＳ３０５からステップＳ３１２までの処理を行った場合のフォーカスレンズ１０２ｂの移動の様子を図６を用いて説明する。尚、黒丸Ｐ１，Ｐ２およびＰ３は、先に説明した図２の黒丸Ｐ１，Ｐ２およびＰ３に対応し、実線２０２は時間と共に移動するフォーカスレンズ１０２ｂの軌跡を示す。
図６において、時刻ｔｌでＡＦ処理を開始（サーチ開始位置への移動を開始）し、時刻ｔ２で初期位置移動が完了する（ステップＳ３０５）。次に、時刻ｔ３でサーチ終了位置に向かってフォーカスレンズ１０２ｂの移動を開始し（ステップＳ３０８）、時刻ｔ４でサーチ終了位置に達する（ステップＳ３０９）。次に、時刻ｔ５で合焦位置に向かってフォーカスレンズ１０２ｂの移動を開始し（ステップＳ３１２）、時刻ｔ６で合焦位置へのフォーカスレンズ１０２ｂの移動が終了する（ステップＳ３１４）。この中で、一点鎖線２０３で囲んだ部分の処理（ステップＳ３０７〜Ｓ３０９のループ処理）がＡＦサーチ処理に当たる。

このようにして、フォーカスレンズ１０２ｂを合焦位置Ｄ１へ移動して、ピントの合った状態で撮影を行うことができる。
ここで、図４に示すように、ＡＦエリアが撮影画面の中央部に配置されている場合に、特に人物などを動画撮影する場合は、必ずしも画面の中央部に顔がくることは少なく、画面の天側（鉛直上方領域）に顔がくることが多い。このため、撮影したい人物の顔に焦点を合わせ難く、胸などに焦点が合ってしまうという問題がある。一般に、全景を撮影する機会が多い静止画撮影に比べて動画撮影時は、撮影したい人物の顔などが撮影画面の上半分の領域に来る可能性が高いことが経験的に知られている。

本実施形態では、ステップＳ３０３のＡＦエリアの設定処理において、カメラ撮影モードが静止画モードであるか動画モードであるかを判断し、静止画モードの場合は図４に示すＡＦエリアの設定を行い、動画モードの場合は図４の静止画モードの場合のＡＦエリアの重心位置よりも天側に重心位置を移動した図５に示すようなＡＦエリア設定を行っている。この結果、撮影したい人物の顔などに精度の良くフォーカスを合わせることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るカメラについて説明する。第２の実施形態に係るカメラの構成は、図１に示す第１の実施形態に係るカメラ１０１と同じ構成で、第１の実施形態と異なるのは、図３のステップＳ３０３のＡＦエリアの設定処理である。第１の実施形態では、動画撮影時のＡＦエリアは、図５に示すような１つのＡＦエリアＡ２だけであったが、本実施形態では、図７に示すような複数のＡＦエリアを設定する。同図において、撮影画面の中央より天側に重点的に小領域の４つのＡＦエリアＡ３−１，Ａ３−２，Ａ３−３およびＡ３−４を配置したものである。これら４つのＡＦエリアの重心位置Ｇ３は、撮影画面４０１のｘ軸ｌｃｘに対して天側に位置している。

このように、複数のＡＦエリアをそれぞれオーバーラップして設定したマルチＡＦエリア方式においても、動画記録時には、これら複数のＡＦエリアの重心位置が撮影画面の中心より天側になるようにＡＦエリアを配置するので、人物の顔などが来る可能性が高い画面の上方において精度の良いオートフォーカスを実現することができる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るカメラ１０１ｂについて、図８を用いて説明する。第３の実施形態に係るカメラ１０１ｂの構成は、図１に示す第１の実施形態に係るカメラ１０１と基本的には同じ構成で、撮影レンズ１０２にズームレンズ１０２ａが設けられていることと、ズームレンズ１０２ａの焦点距離を検出する位置検出部１１６が設けられていることである。

本実施形態では、制御部１０９は、位置検出部１１６が出力するズームレンズ１０２ａの焦点距離値に応じて、ＡＦエリアの重心の撮影画面の中心からの移動量を制御する。図９は、ズームレンズ１０２ａの焦点距離値と、ＡＦエリアの重心の撮影画面の中心からの移動量との関係を示す制御部１０９の変換特性８０１の例を示している。同図において、制御部１０９は、ズームレンズ１０２ａの焦点距離が短くなるほど、ＡＦエリアの重心の撮影画面の中心からの移動量を大きくし、逆に、ズームレンズ１０２ａの焦点距離が長くなるほど、ＡＦエリアの重心の撮影画面の中心からの移動量を小さくするよう制御する。

通常、ズームレンズ１０２ａの焦点距離を長くしてズームイン（望遠）している時は、撮影したい画像は撮影画面の中心部分に近い位置に来ることが多く、逆に焦点距離を短くしてズームアウト（広角）にしている時は、顔などの撮影したい画像は撮影画面の中心部分より天側の位置に来ることが多い。
本実施形態では、ズームレンズ１０２ａの焦点距離に応じて、ＡＦエリアの重心位置を移動することによって、撮影状況が変化しても常に撮影したい部分にＡＦエリアを配置することができ、最適なオートフォーカスを実現することができる。

第１の実施形態に係るカメラのシステムブロック図である。内挿演算を説明するための説明図である。レンズ位置と焦点評価値との関係を示す山登りＡＦの説明図である。フォーカスレンズ１０２ｂの合焦動作を示す説明図である。ＡＦエリアを説明する説明図である。第１の実施形態に係るカメラのフローチャートである。第２の実施形態に係るカメラのＡＦエリアを示す説明図である。第３の実施形態に係るカメラのシステムブロック図である。第３の実施形態に係るカメラのＡＦエリアを示す説明図である。

符号の説明

カメラ・・・１０１撮影レンズ・・・１０２
ズームレンズ・・・１０２ａフォーカスレンズ・・・１０２ｂ
撮像素子・・・１０３Ａ／Ｄ変換器・・・１０４
メモリ・・・１０５画像処理回路・・・１０６
コントロール回路・・・１０８制御部・・・１０９
積算部・・・１１２ＡＦ部・・・１１３
フォーカス制御機構・・・１１５位置検出部・・・１１６

Claims

撮影レンズによる被写体の像を撮影する撮像素子と、
前記撮像素子で得られる画像内に前記撮影レンズの焦点調節状態を検出するＡＦエリアを設定するＡＦエリア設定部と
を有する動画と静止画とを撮影可能なカメラにおいて、
前記ＡＦエリア設定部は、動画撮影時のＡＦエリアの重心を、静止画撮影時のＡＦエリアの重心より前記画像の天側に設定すること
を特徴とするカメラ。
請求項１に記載のカメラにおいて、
前記撮影レンズの焦点距離を検出する焦点距離検出手段を設け、
前記ＡＦエリア設定部は、前記焦点距離に応じて、前記動画撮影時のＡＦエリアの重心と前記静止画撮影時のＡＦエリアの重心との間隔を変更すること
を特徴とするカメラ。
請求項２に記載のカメラにおいて、
前記ＡＦエリア設定部は、前記撮影レンズの焦点距離が相対的に短いほど天側になるように配置すること
を特徴とするカメラ。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のカメラにおいて、
前記ＡＦエリア設定部は、複数のＡＦエリアを設定可能であり、動画撮影時に少なくとも一部のＡＦエリアをオーバーラップさせて配置すること
を特徴とするカメラ。