JP2008139658A

JP2008139658A - 焦点調節装置、撮像装置、及びその制御方法

Info

Publication number: JP2008139658A
Application number: JP2006327029A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogino; 宏幸荻野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-12-04
Also published as: JP4845696B2

Abstract

【課題】撮影者がＡＦ枠位置の変更を行う際の操作性を向上させる。
【解決手段】撮像光学系を移動させながら前記撮像光学系の合焦状態を検出する焦点調節の制御方法であって、撮影者の指示に応じて前記合焦状態を検出する領域に対応するＡＦ枠の表示位置を移動させて前記ＡＦ枠が移動されてから第１の期間が経過した後に前記撮像光学系を移動させ、前記第１の期間よりも短い第２の期間に焦点調節開始の指示がなされた場合には前記第１の期間が経過する前に前記撮像光学系を移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は焦点調節機能を備えた焦点調節装置、この焦点調節装置を備えた撮像装置、及びその制御方法に関するものである。

従来より、焦点検出枠（以下ＡＦ枠）を撮影者が画面上のいずれかの位置に選択的あるいは自由に設定しそのＡＦ枠の位置に対応する焦点検出領域でオートフォーカスを行う方法が知られている。例えば、撮影者が十字スイッチなどを操作することでＡＦ枠を左右上下に自由に移動させることができる撮像装置が提案されている。これにより、撮影者の意図した位置でオートフォーカスを行うことが可能となり撮影の構図の自由度が向上する。例えば、撮影者が選んだ部分だけにピントを合わせて撮影する撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。この文献１では、撮影者の十字キー、補助ボタン等の操作により枠を自在に設定できる。例えば、撮影者が補助ボタンを押しながら十字キーを操作することでＡＦ枠の大きさを拡大できる。そして、サイズ変更した後に決定ボタンを押すことにより簡単にＡＦ枠の設定ができるように構成されている。

また、撮像画像から顔を検出して、その顔位置に自動的にＡＦ枠を設定し、顔に焦点を合せる撮像装置が提示されている。（特許文献２参照）
特開２００６−１２８７９３号公報特開２００１−２１５４０３号公報

しかしながら、上記文献２では被写体が複数人存在する場合などには必ずしも撮影者が所望する顔位置へＡＦ枠を設定できるとは限らなかった。また、上記文献１では、撮影者はＡＦ枠の設定を終了するために決定ボタンを操作しなければならないため、操作性が悪く、シャッターチャンスを逃してしまうおそれがあった。

従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮影者の意図する被写体（対象物）に対して合焦制御を行う際の操作性を向上させることである。

このような課題を解決するために、本発明の技術的特徴としては、撮像光学系を移動させながら前記撮像光学系の合焦状態を検出する焦点調節装置の制御であって、撮影者の指示に応じて前記合焦状態を検出する領域に対応するＡＦ枠の表示位置を移動させ、前記ＡＦ枠が移動されてから第１の期間が経過した後に前記撮像光学系を移動させ、前記第１の期間よりも短い第２の期間に焦点調節開始の指示がなされた場合には前記第１の期間が経過する前に、前記撮像光学系を移動させるように制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、撮影者の意図する被写体に対して合焦制御を行う際の操作性を向上させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。

＜装置の説明＞
図１は電子カメラ（撮像装置）のブロック図である。１０１は後述する撮像素子上に焦点を合わせるためのフォーカスレンズである。また、１０２はフォーカスレンズ１０１の初期位置を検出するフォトインタラプタ、１０３はフォーカスレンズ１０１を駆動するモータ、１０４はモータ１０３に駆動信号を入力してフォーカスレンズ１０１を動かすフォーカスレンズ駆動回路である。また、１０５は絞り及びシャッタなどの光量制御部材、１０６は絞り・シャッタ１０５を駆動するモータ、１０７はモータ１０６に駆動信号を入力して絞り・シャッタ１０５を動かす絞り・シャッタ駆動回路である。また、１０８は撮影レンズの焦点距離を変更するズームレンズである。そして、１０９はズームレンズ１０８の初期位置を検出するフォトインタラプタ、１１０はズームレンズ１０８を駆動するモータ、１１１はモータ１１０に駆動信号を入力してズームレンズ１０８を動かすズームレンズ駆動回路である。なお、フォーカスレンズ１０１、絞り・シャッタ１０５、ズームレンズ１０８などは撮像光学系ともいう。また、１１２は被写体からの反射光（被写体像）を電気信号に光電変換して画像信号を出力する撮像手段である撮像素子である。また、１１３は撮像素子１１２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。また、１１４は撮像素子１１２やＡ／Ｄ変換器１１３を動作させるために必要なタイミング信号を発生するタイミング信号発生回路（以降ＴＧとする）である。また、１１５はＡ／Ｄ変換器１１３から入力された画像データに所定の処理を施す画像処理プロセッサ、１１６は画像処理プロセッサ１１５で処理された画像データを一時的に記憶するバッファメモリである。また、１１７は後述する記録媒体との接続のためのインターフェースである。また、１１８はメモリカードやハードディスクなどの記録媒体である。また、１１９は撮影シーケンスなどシステムを制御するためのマイクロコントローラ（以下ＣＰＵとする）である。また、１２０はズーム動作の開始および停止を指示する信号をＣＰＵに入力するズームＳＷである。また、１２１は焦点調節開始や測光動作開始等の撮影準備を指示するためのスイッチ（以下ＳＷ１とする）、１２２は撮影準備指示スイッチ１２１の操作後、本露光及び記録動作等の撮影処理を指示するための撮影処理指示スイッチ（以下ＳＷ２とする）である。このＳＷ２が操作されるとＳＷ１の操作に応じて取得された情報に基づいて（例えば、フォーカスレンズをＳＷ１で求めた合焦位置に移動させて）撮影処理を行う。また、１２３はシステムに電源を投入するためのメインスイッチである。また、１２４はカメラの動作モードを設定するモードスイッチである。また、１２５はＣＰＵ１１９で実行されるプログラムが記憶されているプログラムメモリである。また、１２６はＣＰＵ１１９がプログラムメモリ１２５に記憶されているプログラムに従って処理を行う際に必要な各種データを書き込み及び読み出しするワークメモリである。また、１２７はカメラの動作状態や各種警告表示を行う操作表示部である。また、１２８は画像を表示する表示部である。例えば、電子ビューファインダ（以下ＥＶＦとする）が一例として考えられる。この表示部１２８への表示はＣＰＵ１１９により表示制御が行われる。また、１２９は各種設定を行う設定スイッチである。また、１３０は操作表示部１２７やＥＶＦ１２８に表示されたメニュー項目の選択やＡＦ枠位置の移動指示等に使用する十字スイッチである。また、１３１は撮像した画像信号（画像）から顔の検出を行う顔検出部である。また、１３２はＡＦ枠位置の移動を指示するＡＦ枠移動スイッチである。また、１３３は時間の経過をカウントするタイマカウンタである。

＜ＡＦ枠の設定とＡＦ処理の全体のフロー＞
次に図２のフローチャートを使って表示部１２８の画面上に視認可能に表示されるＡＦ枠位置の変更と、その位置におけるオートフォーカス制御について説明する。まずＳ２０１ではＡＦ枠移動フラグをＦＡＬＳＥに設定する。このＡＦ枠移動フラグは、ＡＦ枠移動スイッチ１３２が操作されることによって、ＡＦ枠の移動指示がなされたことを示すフラグである。Ｓ２０２ではＡＦ枠移動フラグの状態を判定し、ＴＲＵＥであればＳ２０９へ、そうでなければＳ２０３へ進む。Ｓ２０３では後述する手順に従って得られる顔位置の検出情報を取得する。Ｓ２０４ではＡＦ枠移動スイッチ１３２の状態を判定し、ＯＮであればＳ２０５へ、そうでなければＳ２０２へ進む。

Ｓ２０５ではＳ２０３で取得した顔検出情報を元に、ＥＶＦ１２８上のＡＦ枠表示位置を次の顔位置へ移動する。ここで次の顔位置の決定方法としては、現在の顔位置の右隣の顔を選択し、右隣に顔が無いときは最も左にある顔を選択するものとする。Ｓ２０６ではＡＦ枠移動フラグをＴＲＵＥに設定する。Ｓ２０７ではタイマカウンタ１３３を０に設定する。Ｓ２０８ではタイマカウンタ１３３をスタートする。このタイマカウンタ１３３は時間経過と共にカウントアップされるものとする。

Ｓ２０９ではＳＷ１の状態を判定し、ＯＮであればＳ２１０へ、そうでなければＳ２１３へ進む。Ｓ２１０ではタイマカウンタ１３３を停止する。Ｓ２１１ではＳ２０５で移動した位置に対応する撮像素子１１２上の位置を焦点検出領域として設定する。Ｓ２１２では後述する手順に従って本露光用にＡＦ処理を行い、処理が終了したらＳ２０１へ進む。このＡＦ処理では、Ｓ２１１で設定した焦点検出領域から得られる焦点評価値（撮像光学系の合焦状態を示す値）を使用するものとする。

Ｓ２１３ではタイマカウンタ１３３のカウント値が所定値より大きいか判定し、大きければＳ２１４へ、そうでなければＳ２０３へ進む。Ｓ２１４ではタイマカウンタ１３３を停止する。Ｓ２１５ではＳ２０５で移動した位置に対応する撮像素子１１２上の位置を焦点検出領域として設定する。

Ｓ２１６ではＡＦ処理を開始する。このＡＦ処理では、Ｓ２１５で設定した焦点検出領域から得られる焦点評価値を使用するものとする。Ｓ２１７ではＡＦ枠移動スイッチ１３２の状態を判定し、ＯＮであればＳ２１８へ、そうでなければＳ２１９へ進む。Ｓ２１８ではＡＦ処理を中止してＳ２０５へ進む。Ｓ２１９ではＡＦ処理の終了を判定し、終了していればＳ２０１へ、そうでなければＳ２１６へ進む。

上述のようなＡＦ枠の設定とＡＦ処理をすることによって、次の位置へのＡＦ枠表示の移動と、撮影者の意図に沿ったＡＦ処理がスムーズになる。従って、シャッターチャンスを確実に捕らえることができる装置を提供できる。

＜顔検出の仕方＞
撮像した画像信号（画像）からの顔の検出は顔検出部１３１（被写体検出部）により行われる。ＥＶＦ１２８への表示用に作成される画像を用いて顔の位置情報を検出し記憶する。ＥＶＦ１２８により画像を表示している間（ＥＶＦ１２８により撮像した画像信号を逐次表示する間）、上記の顔の位置情報の検出と記憶を繰り返し、常に最新の顔検出結果をワークメモリ１２６に記憶しておく。つまり、前述のＡＦ枠移動スイッチ１３２の操作タイミングとは非同期で顔検出が行われる。（このＡＦ枠移動スイッチの操作による枠移動の指示により表示部に表示される枠の位置が移動する。）

顔検出部１３１による顔検出の方法については、公知の方法を用いればよい。顔を検出する技術としては、様々な手法が公知となっている。例えば、ニューラルネットワークに代表される学習を用いた方法がある。また、目、鼻、口、および、顔の輪郭といった物理的な形状の特徴のある部位を画像情報からテンプレートマッチングを用いて識別する手法がある。他にも、肌の色や目の形といった画像情報の特徴量を検出し統計的解析を用いた手法があげられる（例えば、特開平１０−２３２９３４号公報や特開２０００−４８１８４号公報等を参照）。さらに、直前の顔領域が検出された位置の近傍であるかを判定したり、服の色を加味するために顔領域の近傍の色を判定したり、あるいは、画面の中央付近ほど顔識別のための閾値を低く設定したりする方法がある。本実施形態では、一対の目（両目）、鼻、口、および、顔の輪郭を検出し、これらの相対位置より顔を決定する手法により顔の識別処理を行っている。

＜ＡＦ枠表示動作の説明＞
次に、図２のフローチャートの様に構成した場合の、ＡＦ枠表示の移動とＡＦ動作について図３を使って説明する。

図３はＥＶＦ１２８上に３人の人が表示された画像を表している。まず初期状態では、ＡＦ枠は図３のＡの位置、すなわち画面中央に表示されている。この状態でＳＷ１が押されると、この位置に対応する焦点評価値に基づいてＡＦ処理が行われる。次にＡＦ枠移動スイッチ１３２が押されると、ＡＦ枠の表示位置を図３のＢの位置に移動する。再度ＡＦ枠移動スイッチ１３２が押されると、ＡＦ枠の表示位置を図３のＣの位置に移動する。このようにして、ＡＦ枠移動スイッチ１３２が押されるたびにＡＦ枠の表示位置を順次移動していく。なお、図３のＤの位置に表示しているときＡＦ枠移動スイッチ１３２が押されると、次の表示位置は顔の無いＡの位置ではなく、顔のあるＢの位置にする。

＜ＡＦ枠の移動とＡＦ処理のフロー＞
ＡＦ枠移動スイッチ１３２が押され、ＡＦ枠の表示位置が移動された後にタイマカウンタ１３３によって計時する。そして、所定時間（第１の期間）経過すると、ＡＦ枠の表示位置に対応する焦点評価値に基づいてＡＦ処理が行われる。所定時間経過前に再度ＡＦ枠移動スイッチ１３２が押されると、ＡＦ枠の表示位置を移動し、タイマカウンタの計時をし直す。

また、所定時間経過前（第１の期間よりも短い第２の期間）にＳＷ１が押されると、タイマカウンタの計時を停止し、本露光用にＡＦ処理を行う。

さらに、所定時間が経過してＡＦ処理が開始された後もＡＦ枠移動スイッチ１３２の状態を判定し、ＯＮであればＡＦ処理を中止して、ＡＦ枠の表示位置を移動し、タイマカウンタの計時をし直す。

＜ＡＦ処理のフロー＞
図４は図２のＳ２１２やＳ２１６におけるＡＦ処理を説明するフローチャートである。まずＳ４０１ではフォーカスレンズ１０１をスキャン開始位置へ移動する。このスキャン開始位置は例えば合焦可能領域の無限端とする。Ｓ４０２ではＳ２１１で設定した、撮像素子１１２上の焦点検出領域から読み出されたアナログ映像信号をＡ／Ｄ変換器１１３を使ってデジタル信号に変換する。そして、その出力を画像処理プロセッサ１１５において輝度信号の高周波成分を抽出し、これを焦点評価値としてワークメモリ１２６に記憶する。Ｓ４０３ではフォーカスレンズ１０１の現在位置を取得しワークメモリ１２６に記憶する。フォーカスレンズ駆動モータ１０３にステッピングモータを使用する場合は、フォトインタラプタ１０２によって検出される初期位置からの相対駆動パルス数をもってフォーカスレンズ１０１の位置とする。また図示しないロータリーエンコーダ等を用いて絶対位置を測定しても良い。Ｓ４０４ではフォーカスレンズ１０１の現在位置がスキャン終了位置と等しいか調べ、等しければＳ４０６へ、そうでなければＳ４０５へ進む。このスキャン終了位置は例えば合焦可能領域の至近端とする。Ｓ４０５ではフォーカスレンズ１０１をスキャン終了方向へ向かって所定量移動する。

Ｓ４０６ではＳ４０２で取得した焦点評価値の中から最大のものを算出する。Ｓ４０７ではＳ４０６で算出した焦点評価値の最大値を取得した時のフォーカスレンズ１０１の位置（以下、これをピーク位置と呼ぶ）をワークメモリ１２６に記憶する。Ｓ４０８ではＳ４０７でワークメモリ１２６に記憶したピーク位置へフォーカスレンズ１０１を移動する。

＜実施の形態のまとめ、効果など＞
ＡＦ枠の表示位置を移動した後すぐにＡＦ処理を行うと、次の位置へＡＦ枠の表示を移動する際にＡＦ処理の終了を待ったり、ＡＦ処理の中止処理を行わなければならないので、すばやくＡＦ枠表示の移動が行えなくなる。しかし上述の実施の形態のようにすることで、ＡＦ枠の表示位置を移動した後すぐにＡＦ処理が行われることは無いので、次の位置へのＡＦ枠表示の移動をすばやく行うことができる。

また、ＡＦ処理を開始した後であっても、ＡＦ枠移動スイッチ１３２が押された場合にはＡＦ処理を中止してＡＦ枠の表示位置を移動するので、ＡＦ処理が終了するまで待たずに次の位置へのＡＦ枠表示の移動を行うことができる。

さらに、ＡＦ枠移動指示の後の計時中にＳＷ１が押されると、計時を停止してＡＦ処理を行うので、撮影者の操作にすばやく反応でき、シャッターチャンスを確実に捕らえることができる装置を提供できる。

一方、ＡＦ枠表示の移動に伴いＡＦ処理も行うことによって、ＡＦ枠を移動させた位置にいる被写体に常にピントが合った状態にできるため、撮影者の所望の被写体の、ＥＶＦ１２８上における視認性が向上する。またこの状態からＳＷ１を押して本露光用にＡＦ処理を行う際も、一度ピントを合わせた状態から行うのですばやく処理を行うことができる。

なお上述の説明では、顔のある位置にＡＦ枠を移動した後、所定時間経過後にＡＦ処理を行うよう構成したが、顔の無い位置にＡＦ枠を移動した場合にも同様に、所定時間経過後にＡＦ処理を行うようにしても良い。この場合のＡＦ枠の移動は十字スイッチ１３０の操作によって行う。すなわち、十字スイッチ１３０の押された方向にＡＦ枠の表示位置を移動していき、十字スイッチ１３０が放されたら移動を停止する。画面の端に行き着いたときは移動を停止する。

また、上記実施形態では、顔検出部１３１にて顔検出処理が行なわれる構成としたが、顔の検出でなくても被写体（対象物）を検出するものでもよい。例えば、背景から被写体像を切り出して検出したりすることも考えられる。

また、上記実施形態では、対象物を自動検出することにより、初期のＡＦ枠が設定されている。しかしながら、主被写体があると思われる焦点検出領域を装置が自動的に１つ決定する、いわゆる「中央重視」、「近点優先」といった従来実現されているアルゴリズムに従って初期の枠の設定がなされるようにしてもよい。この場合にも、撮影者の指示によりＡＦ枠が移動し、所定時間が経過するとＡＦ処理に移行することにより、撮影者の意図に沿ったＡＦ処理がスムーズに行われる。

また、上記実施形態では、ＡＦ枠移動スイッチ１３２が押され、所定時間経過前にＳＷ１が押されると、タイマカウンタの計時を停止し、本露光用にＡＦ処理を行う構成とした。これと同様に、所定時間経過前にズームＳＷが押された場合には、タイマカウンタの計時を停止し、ズーム動作を開始する構成としてもよい。また、所定時間経過前にモードＳＷが押された場合には、タイマカウンタの計時を停止し、カメラの動作モードの設定を変更するように構成してもよい。このように、撮影者の意図が明確な場合にはすばやくＳＷ操作に応答することにより、シャッターチャンスを確実に捕らえることができる装置を提供できる。

電子カメラのブロック図である。ＡＦ枠位置の移動とＡＦ処理のフローを示すフローチャートである。図２におけるＡＦ枠表示位置の移動を説明する図である。図２におけるＡＦ処理を説明する図である。

符号の説明

１０１フォーカスレンズ
１０８ズームレンズ
１１２撮像素子
１１７インターフェース
１１８記録媒体
１１９マイクロコントローラ
１２１スイッチ（ＳＷ１）
１２２撮影処理指示スイッチ（ＳＷ２）
１２６ワークメモリ
１２７操作表示部
１２８電子ビューファインダ
１２９設定スイッチ
１３０十字スイッチ
１３１顔検出部
１３２ＡＦ枠移動スイッチ
１３３タイマカウンタ

Claims

撮像光学系を移動させながら検出した合焦状態に基づいて前記撮像光学系の焦点調節を行う焦点調節手段と、
前記合焦状態を検出する領域に対応するＡＦ枠を表示手段に表示するように制御する表示制御手段と、
撮影者の指示に応じて前記ＡＦ枠の表示位置を移動させるよう制御する移動制御手段と、
焦点調節の開始を指示するスイッチを有し、
前記焦点調節手段は、前記移動制御手段により前記ＡＦ枠が移動されてから第１の期間が経過した後に前記撮像光学系を移動させ、前記第１の期間よりも短い第２の期間に前記スイッチによる焦点調節開始の指示がなされた場合には前記第１の期間が経過する前に前記撮像光学系を移動させることを特徴とする焦点調節装置。
前記焦点調節手段は、前記撮像光学系を移動させながら合焦状態を検出している際に、前記移動制御手段により撮影者からの指示がなされると、前記領域を再度変更し、ＡＦ枠の変更から前記第１の期間が経過した後に、前記撮像光学系を移動させることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
前記撮像手段により出力された画像から対象物を検出する対象物検出手段を更に有し、
前記移動手段は、前記検出された対象物に対応させて前記ＡＦ枠の表示位置を移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の焦点調節装置。
前記対象物検出手段は、前記撮像手段により出力された画像から顔を検出し、前記表示制御手段は、前記対象物検出手段により検出された顔の位置を表示することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
前記撮像光学系により形成された被写体の像を光電変換して画像を出力する撮像手段と、
前記撮像手段を用いて得られた前記画像を記録媒体に記録するよう制御する記録手段と、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点調節装置とを備えたことを特徴とする撮像装置。
撮像光学系を移動させながら前記撮像光学系の合焦状態を検出する焦点調節装置の制御方法であって、撮影者の指示に応じて前記合焦状態を検出する領域に対応するＡＦ枠の表示位置を移動させて、前記ＡＦ枠が移動されてから第１の期間が経過した後に前記撮像光学系を移動させ、前記第１の期間よりも短い第２の期間に焦点調節開始の指示がなされた場合には前記第１の期間が経過する前に前記撮像光学系を移動させるように制御することを特徴とする焦点調節装置の制御方法。