JP2015148783A - 焦点調節装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】焦点調節精度と焦点調節動作の安定性を向上させることが可能な焦点調節装置を提供する。
【解決手段】撮像素子201からの画像信号のコントラスト31に対して、スレッシュC−Th1、C−Th2を比較し、コントラスト31がスレッシュC−Th1、C−Th2を超えた後、コントラスト31がスレッシュC−Th1、C−Th2を超えている状態の時間を計測し、この計測時間がスレッシュ時間T−Th1、T−Th2を超えると、被写体像に変化があると判定し、焦点調節動作を開始する。
【選択図】 図7

Description

本発明は、撮影レンズを通過する光束を受光し撮像して画像信号を生成する撮像素子を有し、生成された画像信号に基づいて焦点調節を行う焦点調節装置に関する。
撮影レンズを通過する光束に基づく被写体像を光電変換して画像信号を生成し、この生成された画像信号のコントラスト状態に基づいて撮影レンズの焦点調節を行うことが知られている。コントラス状態の検出は、一般に撮影画面中に設定されたAFエリアにおける画像信号に基づいて行っている。この場合、設定されたAFエリアの中に被写体の背景が含まれ、被写体と背景の画像が混在した状態では、AF精度が低下するという問題がある。
そこで、通常のAFエリアに含まれる、より小さいAFエリアを用いて焦点調節動作を行うことによって、AFエリア内に背景が混在することを防止しAF精度を向上させる焦点検出装置が提案されている(特許文献1参照)。
特開2007−178480号公報
近年、静止画撮影とともに動画撮影が可能なデジタルカメラが知られており、動画撮影に適した焦点調節方法が望まれている。動画撮影時の焦点調節動作として、一旦、合焦状態となった場合には、AFエリア内の画像のコントラスト値を検出し続け、コントラスト値の変化に基づいて被写体の変化を検出すると、焦点調節動作を再開するのが一般的である。
上述した特許文献1では、通常のAFエリアやより小さいAFエリアを使用して被写体の変化を検出すると、被写体の移動や手ブレによるコントラスト値の微妙な変化の影響を受けやすく、頻繁に被写体が変化したと判断して焦点調節動作を行うこととなり、撮影者は使用感がよくないと感じてしまう。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、焦点調節精度と焦点調節動作の安定性を向上させることが可能な焦点調節装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため第1の発明に係る焦点調節装置は、撮影レンズを通過する光束を受光し撮像して画像信号を生成する撮像素子を有し、上記画像信号に基づいて焦点調節を実行する焦点調節装置において、上記撮像素子により撮像される領域の内部に、大きさの異なる複数の焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定部と、上記複数の焦点検出領域のそれぞれに関して焦点検出領域内の画像信号のコントラストを検出し、上記コントラストの変化量とコントラストの変化量の時間的な変化に基づいて被写体像の変化を判定する判定部と、焦点調節動作を停止している時に上記判定部が被写体像の変化があると判定した場合に、焦点調節動作を開始する制御部と、を有する。
第2の発明に係る焦点調節装置は、上記第1の発明において、上記判定部は、上記コントラストの変化量が第1の閾値を超えている状態にある第1の時間を計測し、上記第1の時間が第2の閾値を超えた場合に被写体像の変化があると判定する。
第3の発明に係る焦点調節装置は、上記第2の発明において、上記判定部は、上記大きさの異なる複数の焦点検出領域に対して、それぞれ異なる第1の閾値と異なる第2の閾値を設定する。
第4の発明に係る焦点調節装置は、上記第1の発明において、上記制御部は、焦点調節動作を行う第1の動作状態と焦点調節動作を停止させて被写体像の変化を検出する第2の動作状態を切り替えて焦点調節動作を行い、上記焦点検出領域設定部は、上記第1の動作状態と上記第2の動作状態とで上記焦点検出領域の配置を異ならせる。
本発明によれば、焦点調節精度と焦点調節動作の安定性を向上させることが可能な焦点調節装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、動画AF時の状態遷移図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、動画AFの状態に応じたAFエリアの設定を示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、動き回る被写体を複数のAFエリアを用いて変化検出することを示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、複数のAFエリアを用いた場合のコントラスト値の変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、複数のAFエリアを用いて変化検出を行う場合の弊害を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、確定変化検出を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、大エリアと小エリアの2つのAFエリアを用いて変化検出を行った場合の条件を示す図表である。 本発明の一実施形態に係るカメラの変化検出の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るカメラの大エリア変化検出の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るカメラの小エリア変化検出の動作を示すフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態としてデジタルカメラに適用した例について説明する。このカメラは、撮影レンズを通過する光束を受光し撮像して画像信号を生成する撮像素子を有し、画像信号に基づいて焦点調節を実行する。すなわち、このカメラは、撮影レンズによって結像された被写体像を画像信号に変換する撮像部を有し、この変換された画像データに基づいて、被写体像を本体の背面に配置した表示部にライブビュー表示する。撮影者はライブビュー表示を観察することにより、静止画や動画の構図やタイミングを決定する。再生モードを選択すると、静止画や動画を表示部に再生表示することができる。
また、本実施形態に係るカメラは、撮像部から取得した画像信号からコントラスト値を取得し、このコントラスト値がピークとなるように撮影レンズの焦点調節を行う。焦点調節にあって、撮影レンズが合焦位置に到達した後は、AFエリアの画像信号に基づくコントラスト値の変化量と時間的な変化量に基づいて、焦点調節動作を再開するか否かを判定する。
図1は、本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。本実施形態に係るカメラは、交換レンズ100とカメラ本体200から構成される。なお、本実施形態においては、交換レンズ式のカメラであるが、これに限らず、レンズ鏡筒とカメラ本体が一体に構成されたカメラでも勿論かまわない。
交換レンズ100内には、撮影レンズ101、モータ駆動回路103、レンズ制御部105、記憶部107、レンズ通信部109が設けられている。
撮影レンズ101は、フォーカスレンズを含み、被写体の光学像を形成するための複数の光学レンズから構成され、単焦点レンズまたはズームレンズである。撮影レンズ101のフォーカスレンズは、モータ駆動部103によって、撮影レンズ101の光軸方向に駆動される。モータ駆動部103は、レンズ制御部105からの制御信号に従って駆動制御を行う。
記憶部107は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを有し、交換レンズ100の種々のデータ、例えば、焦点距離情報、絞り情報、撮影レンズ101の光学特性、各種調整値等を記憶している。また、記憶部107は、レンズ制御部105の制御用のプログラムを記憶している。
レンズ制御部105は、CPU等を含み、記憶部107に記憶されているプログラムに従って、カメラ本体200内の本体制御部205と通信を行い、交換レンズ100内の制御を行う。レンズ通信部109は、カメラ本体200内の本体通信部213を介して、本体制御部205と通信を行う。
カメラ本体200内には、撮像素子201、撮像素子IF回路203、本体制御部205、液晶表示部207、カメラ操作スイッチ209、記憶部211、本体通信部213が設けられている。
撮影レンズ101の光軸上であって、被写体の光学像が形成される位置に、撮像素子201が配置されている。撮像素子201は、撮影レンズ101によって形成された光学像を画像信号に変換する。すなわち、撮像素子201は、各画素を構成するフォトダイオードが二次元的にマトリックス状に配置されており、各フォトダイオードは受光量に応じた光電変換電流を発生し、この光電変換電流は各フォトダイオードに接続するキャパシタによって電荷蓄積される。
撮像素子IF回路203は、撮像素子201の電荷蓄積制御や画像信号の読み出し制御等を行う。撮像素子IF回路203は、撮像素子201のキャパシタから蓄積電荷を画像信号として繰り返し読出す。この読み出された画像信号(画像データとも称する)は、本体制御部205に出力される。
本体制御部205は、CPU等を含み、記憶部211に記憶されているプログラムに従って、カメラ本体200および交換レンズ100の全体制御を行う。また、本体制御部205は、撮像素子IF回路203から画像信号を入力し、コントラスト値を求め、このコントラスト値がピークとなるように、レンズ制御部105を介して、撮影レンズ101の焦点調節動作を行う。この焦点調節動作の詳細については、図2ないし図9を用いて後述する。また、本体制御部205は、画像信号に基づいて、ライブビュー表示用の画像データを生成し、また記録用の画像データを生成し、また記録媒体に記録された画像データを読み出し、再生表示用の画像データを生成する。
また、本体制御部205は、撮像素子201により撮像される領域の内部に、大きさの異なる複数の焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定部としての機能を果たす。焦点検出領域は、例えば、後述する図3に示すように、小エリア25および大エリア27としてもよい。
また、本体制御部205は、複数の焦点検出領域のそれぞれに関して焦点検出領域内の画像信号のコントラストを検出し、コントラストの変化量とコントラストの変化量の時間的な変化に基づいて被写体像の変化を判定する判定部として機能する。図2を用いて後述するように、本実施形態においては、一旦、合焦状態となると、焦点調節動作を停止し、被写体像の変化が大きく、焦点調節動作を再開する必要があるかどうかを判定部によって判定する。コントラストの変化量とは、被写体像のコントラストの検出を開始してから変化した量を示し、例えば、後述する図5、図7において、小エリアコントラスト値31がコントラストスレッシュC−Th1、C−Th2を下回る場合は被写体像の変化が大きい可能性があると判定する。またコントラストの変化量の時間的変化がある状態とは、例えば、図5、図7において、コントラスト値がスレッシュを下回ってから、スレッシュより小さい状態が継続している時間が所定時間相当のスレッシュよりも長い場合に被写体像の変化が大きい可能性があると判定する。
上述の判定部は、具体的には、コントラストの変化量が第1の閾値を超えている状態(例えば、図5、図7において、コントラスト値がコントラストスレッシュC−Th1、C−Th2より小さくなる)にある第1の時間を計測し、第1の時間が第2の閾値(例えば、図5、図7において、スレッシュ時間T−Th1、T−Th2)を超えた場合に被写体像の変化があると判定する。
また、上述の判定部は、具体的には、大きさの異なる複数の焦点検出領域に対して、異なる第1の閾値と第2の閾値を設定する。例えば、図5、図7において、コントラストスレッシュC−Th1(これに対応してスレッシュ時間T−Th1)、コントラストスレッシュC−Th2(これに対応してスレッシュ時間T−Th2)と、2つの閾値を設けている。
本体制御部205は、焦点調節動作を停止している時に判定部が被写体像の変化があると判定した場合に、焦点調節動作を開始する制御部として機能する。図9を用いて後述するように、本実施形態においては、コントラストの変化に基づいて、変化を検出したか否かを判定し、変化検出した場合には(図9のS11の変化検出完了)、焦点調節動作を再開する。
また、上述の制御部は、焦点調節動作を行う第1の動作状態(例えば、後述する図2のサーチフェーズ11、Wobフェーズ13)と、焦点調節動作を停止させて被写体像の変化を検出する第2の動作状態(例えば、後述する図2の変化検出フェーズ15)を切り替えて焦点調節動作を行う。上述の焦点検出領域設定部は、第1の動作状態と第2の動作状態とで焦点検出領域の配置を異ならせる(例えば、後述する図3において、小エリア25と大エリア27の切り替えを行う)。
液晶表示部207は、本体制御部205に接続され、背面液晶パネルを有する。液晶表示部207は、本体制御部205からライブビュー表示用の画像データ、再生表示用の画像データ等を入力し、ライブビュー画像や再生表示等を行う。なお、表示用のパネルとしては、液晶パネルに限らず、例えば、有機EL等であってもよい。
カメラ操作スイッチ209は、カメラに設けられた各種の操作部材を含み、各種操作部材の操作状態を検知し、検知信号を本体制御部205に出力する。各種操作部材としては、電源釦、レリーズ釦、動画釦、メニュー釦、十字釦、OK釦、再生釦等を有する。動画釦を操作されると、動画撮影を開始し、再度、操作されると、動画撮影を終了する。なお、モードダイヤルやメニュー画面等において、動画撮影モードを設定すると、レリーズ釦の操作によって動画撮影の開始と終了を行うようにしてもよい。
本体通信部213は、レンズ通信部109と接続され、本体制御部205とレンズ制御部105の通信を行う。
次に、図2ないし図11を用いて、本実施形態における焦点調節動作について説明する。図2は、動画撮影時の焦点調節状態を示す。動画撮影を開始すると、まず、ウォブリング(Wobと称する)フェーズ13となる。このWobフェーズ13では、本体制御部205は、レンズ制御部105を介して撮影レンズ101を至近方向と無限方向に交互に微小駆動させ、駆動中に撮像素子201からの画像信号に基づくコントラスト値を算出し、合焦位置の方向や、現在合焦状態であるかを判定する。
Wobフェーズ13において、合焦位置の方向を検出したり、合焦位置が遠い位置にあると判定される場合、Wobフェーズ13からサーチフェーズ11に移行する。このサーチフェーズ11では、本体制御部205は、レンズ制御部105を介して撮影レンズ101を無限側または至近側に駆動させ、駆動中に撮像素子201からの画像信号に基づくコントラスト値を算出し、このコントラスト値のピーク位置を探す。
サーチフェーズ11において、コントラスト値のピーク位置付近に達すると、サーチフェーズ11から再度Wobフェーズ13に移行する。再度、移行したWobフェーズ13では、本体制御部205は、レンズ制御部105を介して撮影レンズ101を至近方向と無限方向に交互に微小駆動させながら、ピーク位置を検出する。
Wobフェーズ13において、コントラスト値のピーク位置(撮影レンズ101の合焦位置)を検出すると、変化検出フェーズ15に移行する。この変化検出フェーズ15では、本体制御部205は、レンズ制御部105を介して撮影レンズ101をWobフェーズ13で検出したピーク位置に停止させ、レンズ駆動を再開するか判断する変化検出を、撮像素子201から1フレームの画像信号を入力する毎に行う。すなわち、動画撮影においては、頻繁に撮影レンズ101の焦点調節を行うと、撮影者にとって被写体像のピント位置が頻繁に移動することになり、不自然で違和感がある。そこで、撮影レンズ101が合焦位置に到達すると、一旦、レンズ駆動を停止させ、被写体の変化が所定以上大きい場合にレンズ駆動を再開するようにしている。
次に、図3を用いて、AFエリアの変更について説明する。図3(a)は、サーチフェーズ11およびWobフェーズ13におけるAFエリアを示す。すなわち、サーチフェーズ11およびWobフェーズ13においては、撮影範囲21内における被写体23に対して焦点を合わせるために、小エリア25をAFエリアとして設定する。小エリア25が設定されると、本体制御部205は、撮像素子201からの画像信号の内、小エリア25に対応する領域の画像信号について、コントラスト値を算出し、このコントラス値がピークとなるように、撮影レンズ101の制御を行う。小エリア25をAFエリアとして設定すると、AFエリア内に狙いの被写体のみとなり、高精度の焦点検出を行うことができる。
サーチフェーズ11からWobフェーズ13に移行し、Wobフェーズ13において撮影レンズ101が合焦位置で停止すると、前述したように、変化検出フェーズ15に移行する。変化検出フェーズ15に移行すると、大エリア27をAFエリアとして設定する。大エリア27が設定されると、本体制御部205は、撮像素子201からの画像信号の内、大エリア27に対応する領域の画像信号について、コントラスト値を算出しコントラストの変化を監視する。
変化検出フェーズ15において、AFエリアを小エリア25のままとしておくと、主被写体が手ブレや被写体の移動に伴って、小エリア25の外側に出てしまうことが多々ある。この場合には、AFエリア内のコントラスト値が安定せず、頻繁に変化を検出してしまうことから、レンズ駆動を頻繁に再開してしまい、記録された動画や動画記録中の表示の見栄えが悪くなってしまう。そこで、変化検出フェーズ15に移行すると、AFエリアを大エリア27に変更している。
次に、図4ないし図7を用いて、変化検出フェーズ15において、AFエリアを複数、設定することについて説明する。図3において、変化検出フェーズ15においては、AFエリアとして大エリア27を設定していたが、大エリア27に加えて小エリア25も設定し、両エリアのコントラスト値を用いて被写体像変化の監視を行うようにしてもよい。
今、図4に示すような動く被写体を撮影する場合を想定する。この例では、撮影範囲21内において、左右方向の移動する被写体23について、AFエリアとして小エリア25と大エリア27の2つのエリアを設定したとする。
図4(a)においては、小エリア25内は、右側の人の胴体部分のコントラスト値となる。図4(b)になると、小エリア25内は左右の人の手だけになり、図4(a)の場合に比較し、コントラスト値が大きく変化する。さらに図4(c)の状態になると、小エリア25内は左の人の胴体となり、再び、コントラスト値が大きく変化する。このように、小エリア25内のコントラスト値は、図5の小エリアコントラスト値31に示すように、大きく変化する。動く被写体に対して、小さいエリアでコントラスト値の変化を監視すると、エリアが小さいために、被写体がエリアを出たり入ったりしてしまい、コントラスト情報が安定しない。
一方、大エリア27内では、図4(a)(b)(c)のいずれにおいても、被写体25のほぼ全体が含まれている。このため、大エリア27内のコントラスト値は、図5の大エリアコントラスト値33に示すように、比較的安定している。つまり、大エリアでコントラスト値を監視する場合では、被写体23の動きがエリア内に収まりやすく、コントラスト情報が安定する。したがって、被写体23が、カメラからほぼ等距離の位置で左右に移動する場合には、大エリア27を設定し、この大エリアの画像信号に基づいてコントラスト値を監視すれば、不必要な変化検出とレンズ駆動の再開を防ぐことができる。
次に、図6に示すような奥行き方向で動く被写体を想定する。この例では、撮影範囲21内において、カメラに近づくように移動する被写体23について、AFエリアとして小エリア25と大エリア27の2つのエリアを設定したとする。図6(a)に示す場合は、被写体23は遠方にあり、撮影レンズ101は合焦状態であるとすると、図6(b)に示す場合は、被写体23は近くに移動してきており、撮影レンズ101は合焦位置から外れた状態となる。
図7は、図6に示すような奥行き方向で動く被写体の場合におけるコントラスト値の変化を示す。図7に示すように、この場合は、大エリアコントラスト値33は比較的安定しており、変化しない。つまり、大エリアのコントラスト値の変化は小さく、レンズ駆動を再開すべき被写体の変化を検出することができない。
そこで、本実施形態においては、変化検出フェーズ15において、AFエリアとして、大エリア27に加えて小エリア25の2つのエリアを設定し、両エリアのコントラスト値に基づいて、変化検出を行うようにしている。
図7において、コントラストスレッシュC−Th1およびコントラストスレッシュC−Th2は、小エリアコントラスト値31に対する閾値であり、C−Th1>C−Th2である。また、コントラストスレッシュC−Th1に対する時間スレッシュT−Th1は、小エリアコントラスト値がコントラストスレッシュC−Th1より小さくなってから、コントラストスレッシュC−Th1より大きくなるまでの時間を判定するための閾値時間である。また、コントラストスレッシュC−Th2に対する時間スレッシュT−Th2は、小エリアコントラスト値がコントラススレッシュC−Th2より小さくなってから、コントラストスレッシュC−Th2より大きくなるまでの時間を判定するための閾値時間である。
なお、図7においては、T−Th1およびT−Th2について、コントラスト値が小さくなり、再び、大きくなる例で説明したが、これに限らず、コントラスト値が大きくなり、再び、小さくなる場合にも適用できる。この場合は、コントラスト値がより大きいコントラストスレッシュと、これに対応する時間スレッシュを設けてコントラスト値が大きく変化する場合について同様の判定を行えばよい。以下の説明では、複雑化を避けるため、コントラスト値が小さくなる方向に変化する場合についてだけ記載する。
図6および図7に示す例では、大エリアコントラスト値33は、大きく変化がないが、小エリアコントラスト値31についてみると、時刻t1において、小エリアコントラスト値がコントラストスレッシュC−Th1より小さくなり、また時刻t2においてコントラストスレッシュC−Th2より小さくなっている。そして、時刻t3において、時間スレッシュT−Th1が経過しても、小エリアコントラスト値はコントラストスレッシュC−Th1より小さく、また、時刻t4において、時間スレッシュT−Th2の時間が経過しても、小エリアコントラスト値はコントラストスレッシュC−Th2よりも小さい。
本実施形態においては、大エリア27のコントラスト値に変化がない場合でも、小エリア25のコントラスト値が時間スレッシュT−Th1、T−Th2を超えても変化が続く場合には、変化検出完了、すなわち、変化を検出したので、変化検出フェーズ15からWobフェーズ13に移行させる。
図7に示す例において、変化検出完了は、具体的には、時刻t3において、コントラストスレッシュC−Th1に対する時間スレッシュT−Th1を超えたが、大エリア27のコントラスト値は変化がないことから、時刻t3において、変化検出完了とはしない。また、時刻t4において、大エリア27のコントラスト値は変化がないが、コントラストスレッシュC−Th2に対する時間スレッシュT−Th2を超えたことから、変化検出完了とする。
次に、図8を用いて、小エリア25および大エリア27の2つのAFエリアを用いた変化検出完了の判定について説明する。なお、図8においては、コントラスト値を抽出するためのハイパスフィルタHPF1、HPF2が切り替え可能であり、それぞれのハイパスフィルタHPF1、HPF2に応じて、それぞれ閾値が設定される。また、コントラスト値に対する閾値(コントラストスレッシュC−Th)とそれに応じた時間スレッシュ(T−Th)は、小エリア25からの画像信号のみならず、大エリア27からの画像信号に対しても設定される。
図8に示す図表において、第1段は、エリアの区分けを示す。すなわち、小エリア25からの画像信号か、大エリア27からの画像信号かの区分けを行う。
図8の図表の第2段は、ハイパスフィルタの区分を示す。本実施形態においては、ハイパスフィルタHPF1、HPF2のハイパスフィルタが切り換えられる。ハイパスフィルタHPF1、HPF2は、本体制御部205内に配置され、撮像素子IF回路203から出力される画像信号に対してフィルタ処理を行う。ここで、ハイパスフィルタHPF2の方が、ハイパスフィルタHPF1よりもカットオフ周波数が高い。すなわち、ハイパスフィルタHPF2の出力の方が高周波成分を多く含み、ハイパスフィルタHPF1の出力は、HPF2よりは低周波成分を含む。ここでは、ハイパスフィルタを用いた例を記載するが、バンドパスフィルタなど、特定の周波数成分を抽出するその他のフィルタを用いてもよい。
図8の図表の第3段は、閾値の区分を示す。図表中、「小1−1」は、小エリア25からの画像信号をハイパスフィルタHPF1でハイパスフィルタ処理した信号であるコントラスト値に対する閾値1を示し、図5および図7におけるコントラストスレッシュC−Th1および時間スレッシュT−Th1に相当する。また、「小1−2」は、小エリア25からの画像信号をハイパスフィルタHPF1でハイパスフィルタ処理した信号であるコントラスト値に対する閾値2を示し、図5および図7におけるコントラストスレッシュC−Th2および時間スレッシュT−Th2に相当する。
同様に、「小2−1」は、小エリア25からの画像信号をハイパスフィルタHPF2でハイパスフィルタ処理した信号であるコントラスト値に対する閾値1を示し、「小2−2」は、小エリア25からの画像信号をハイパスフィルタHPF2でハイパスフィルタ処理した信号であるコントラスト値に対する閾値2を示す。「大1−1」「大1−2」「大2−1」「大2−2」は、大エリア27からの画像信号をハイパスフィルタHPF1、HPF2でハイパスフィルタ処理した信号であるコントラスト値に対する閾値1、2を示す。なお、図5および図7においては、これらに対応する例は省略している。
図8の図表の第4段は、変化検出時の判定結果を示す。すなわち、Aは、変化を検出したと判定するが、判定自体は未確定であることを意味する。Bは、確定変化検出、すなわち変化したとの判定を確定することを意味する。図表の第4段は、変化を検出しないときの判定結果を示し、Cは、変化を検出しないと判定することを意味する。
例えば、図7において、時刻t2において、小エリア25からの画像信号のコントラスト値がコントラストスレッシュC−Th2より小さくなり、さらに時刻t4になると、コントラストスレッシュC−Th2よりも小さい時間がスレッシュ時間T−Th2を超える。この変化を検出すると、確定変化検出Bと判定する。なお、図7はHPF1を採用した場合と示す。上記の判定は、図8において、エリア:小エリア、HPF:HPF1、閾値:小1−2の場合であり、判定結果として変化検出時:Bとなる。なお、初期状態では変化検出結果は未検出Cに初期設定されるので、上記の場合は未検出Cから変化検出Bに変化検出結果が変化したことになる。
また、上記において、コントラスト値がコントラストスレッシュC−Th2よりも小さくなった後、時刻t4を経過する前にコントラストスレッシュC−Th2よりも大きくなった場合は、変化検出結果は未検出Cと判定する。なお、初期状態では変化検出結果は未検出Cに初期設定されるので、上記の場合は未検出Cが継続されることになる。
また、図7において、時刻t1において、小エリア25からの画像信号のコントラスト値がコントラストスレッシュC−Th1より小さくなり、さらに時刻t3になると、コントラストスレッシュC−Th1よりも小さい時間がスレッシュ時間T−Th1を超える。この変化を検出すると、変化検出Aと判定する。上記の判定は、図8において、エリア:小エリア、HPF:HPF1、閾値:小1−1の場合であり、判定結果として変化検出時:Aとなる。また、上記において、コントラスト値がコントラストスレッシュC−Th1よりも小さくなった後、時刻t3を経過する前にコントラストスレッシュC−Th1よりも大きくなった場合は、変化検出結果は未検出Cと判定する。
図8に基づき、小エリア25および大エリア27のそれぞれの状態を判定し、それぞれの状態の組み合わせに基づいて変化検出を確定させる。すなわち、変化検出を確定させるのは、(1)小エリア25の状態が変化検出(図表の第4段の小エリアにおいてA)で、かつ大エリア27の状態が変化検出(図表の第4段の大エリアにおいてA)の場合、または(2)小エリアの状態が確定変化検出(図表の第4段においてB)の場合である。
このように、本実施形態における変化検出では、小エリアからのコントラスト値が所定時間の間、所定量以上低下すると、変化検出Aまたは確定変化検出Bと判定している。そして、確定変化検出Bと判定した場合には、それだけで、変化検出フェーズからWobフェーズやサーチフェーズに移行する。また小エリアおよび大エリアの2つのエリアにおいて、変化検出Aと判定した場合にも、変化検出フェーズからWobフェーズやサーチフェーズに移行する。
本実施形態においては、コントラストの変化量(すなわち、コントラストスレッシュC−Thを超えたか否か)と、コントラストの変化量の時間的な変化(C−Thを超えてから、スレッシュ時間T−Thを超えたか否か)に基づいて被写体像の変化を判定している。このため、図6に示すように、被写体が奥行き方向(カメラからの距離が変化する方向)に移動する場合であっても、高精度で安定した焦点調節を行うことができる。
なお、図8に示す変化検出判定の図表においては、AFエリアを小エリアと大エリアの2エリアの例を示したが、3エリア以上に分けるようにしても勿論構わない。また、ハイパスフィルタをHPF1とHPF2の2つ設ける例を示したが、1つでもよく、また3以上のハイパスフィルタを設けるようにしても構わない。また、閾値として閾値1と閾値2の2つ設ける例を示したが、3以上設けるようにしても構わない。
次に、図9ないし図11に示すフローチャートを用いて、本実施形態の変化検出の動作(変化検出フェーズ15における動作)について説明する。このフローチャートは、本体制御部205が、記憶部211に記憶されているプログラムに従って、カメラ本体200および交換レンズ100内の各部を制御して実行する。なお、これらのフローチャートにおいては、説明を簡略化するためにハイパスフィルタとしては、HPF1またはHPF2のいずれか1つを設けている例で説明する。
図9に示す変化検出のフローに入ると、まず、小エリア変化検出を行う(S1)。ここでは、撮像素子201からの画像信号の内、小エリア25に対応する画像信号を用いて、変化検出41(図8の「A」に相当)、確定変化検出43(図8の「B」に相当、または変化未検出45(図8の「C」に相当)のいずれかを検出する。この小エリア変化検出の詳しい動作については、図11を用いて後述する。
小エリア変化検出を行うと、次に、小エリアで変化検出したか否かを判定する(S3)。ここでは、ステップS1における小エリア変化検出の検出結果に基づいて判定する。すなわち、検出結果が変化検出41および確定変化検出43の場合には、検出ありとして、Yesと判定され、また検出結果が変化未検出45の場合には、検出なしとして、Noと判定される。
ステップS3における判定の結果、変化検出なしの場合(Noの場合)には、変化検出処理を続行する。この場合は、図2における変化検出フェーズ15を維持し、変化検出を続行する。
一方、ステップS3における判定の結果、変化検出ありの場合(Yesの場合)には、次に、確定変化検出か否かを判定する(S5)。ここでは、ステップS1における小エリア変化検出の結果に基づいて判定する。この判定の結果、確定変化検出の場合には、変化検出を完了する。すなわち、被写体に変化があったことから、変化検出フェーズ15からWobフェーズ13またはサーチフェーズ11に移行する(図2参照)。
ステップS5における判定の結果、確定変化検出でない場合には、次に、大エリア変化検出を行う(S7)。ここでは、撮像素子201からの画像信号の内、大エリア27に対応する画像信号を用いて、変化検出41、または変化未検出43のいずれかを判定する。この大エリア変化検出の詳しい動作については、図10を用いて後述する。
大エリア変化検出を行うと、次に、大エリアで変化検出したか否かを判定する(S9)。ここでは、ステップS7における大エリア変化検出の検出結果に基づいて判定する。この判定の結果、大エリアで変化未検出45の場合には、変化検出処理を続行する。この場合は、図2における変化検出フェーズ15を維持し、変化検出を続行する。
一方、ステップS9における判定の結果、大エリアで変化検出41の場合には、小エリアと大エリアの両方で変化があったことから、変化検出を完了し、変化検出フェーズ15からWobフェーズ13またはサーチフェーズ11に移行する(図2参照)。
このように、変化検出処理のフローにおいては、小エリアと大エリアの変化検出に応じて、変化検出処理を続行するか、または変化検出を完了して、Wobフェーズ13またはサーチフェーズ11に移行している。なお、HPFを複数設ける場合は、複数のHPFにそれぞれ対応する小エリア変化検出処理を有し、いずれか1つの処理で変化検出と判定した場合にステップS3にて変化検出したと判定してもよい。また、複数の全部や一部で変化検出したと判定した場合にステップS3にて変化検出したと判定してもよい。大エリア変化検出処理についても同様である。
次に、図10に示すフローチャートを用いて、ステップS7の大エリア変化検出の詳しい動作について説明する。大エリア変化検出のフローに入ると、まず、閾値1のコントラスト変化量閾値より、コントラスト値の変化が大きいか否かを判定する(S21)。ここでは、大エリア27からの画像信号に基づくコントラスト値が、例えば、閾値1に応じたコントラストスレッシュ値C−Th1b(大エリアに対応することを示すbを付す)より小さくなかったか否かを判定する。
ステップS21における判定の結果、閾値1のコントラスト変化量閾値(C−Th1b)より、コントラスト値の変化が大きい場合には、次に、閾値1継続時間カウンタを更新する(S23)。ここでは、コントラスト値が閾値1に応じたコントラストスレッシュC−Th1bよりも小さくなってからの時間が、閾値1に応じたスレッシュ時間T−Th1bを超えたか否かを判定するための計時動作を行う。撮像素子201から1フレーム分の画像信号が出力されるたびに、閾値1継続時間カウンタが更新される。
閾値1継続時間カウンタを更新すると、次に、閾値1継続時間カウンタが閾値1継続時間閾値T−Th1bに到達したか否かを判定する(S25)。ここでは、ステップS23における閾値1継続時間カウンタのカウンタ値に基づいて、コントラスト値が閾値1に応じたコントラストスレッシュC−Th1bよりも小さくなってからの時間が、閾値1に応じたスレッシュ時間T−Th1bを超えたか否かを判定する。
ステップS25における判定の結果、閾値1継続時間カウンタが閾値1継続時間閾値T−Th1bに到達していない場合には、次に、閾値2のコントラスト変化量閾値より、コントラスト値の変化が大きいか否かを判定する(S27)。ここでは、例えば、大エリア27からの画像信号に基づくコントラスト値が、閾値2に応じたコントラストスレッシュ値C−Th2bより小さくなかったか否かを判定する。
ステップS27における判定の結果、閾値2のコントラスト変化量閾値より、コントラスト値の変化が大きい場合には、次に、閾値2継続時間カウンタを更新する(S29)。ここでは、コントラスト値が閾値2に応じたコントラストスレッシュC−Th2bよりも小さくなってからの時間が、閾値2に応じたスレッシュ時間T−Th2bを超えたか否かを判定するための計時動作を行う。撮像素子201から1フレーム分の画像信号が出力されるたびに、閾値2継続時間カウンタが更新される。
閾値2継続時間カウンタを更新すると、次に、閾値2継続時間カウンタが閾値2継続時間閾値T−Th2bに到達したか否かを判定する(S31)。ここでは、ステップS29における閾値2継続時間カウンタのカウンタ値に基づいて、コントラスト値が閾値2に応じたコントラストスレッシュC−Th2bよりも小さくなってからの時間が、閾値2に応じたスレッシュ時間T−Th2bを超えたか否かを判定する。
ステップS25における判定の結果、閾値1継続時間カウンタが閾値1継続時間閾値T−Th1bに到達すると、または閾値2継続時間カウンタが閾値2継続時間閾値T−Th2bに到達すると、変化検出と判定する。ここでは、大エリアからの画像信号が閾値1または閾値2に応じたコントラストスレッシュC−Th1bまたはC−Th2bよりも小さくなってから、閾値1または閾値2に応じたスレッシュ時間T−Th1bまたはT−TH2bに達したことから、大エリアの被写体に変化があったとして変化検出41と判定される。
また、ステップS21における判定の結果、閾値1のコントラスト変化量閾値C−Th1bより、コントラスト値の変化が大きくない場合、またはステップS27における判定の結果、閾値2のコントラスト変化量閾値C−Th2bより、コントラスト値の変化が大きくない場合、またはステップS31における判定の結果、閾値2継続時間カウンタが閾値2継続時間閾値T−Th2bに到達しない場合には、大エリアの被写体に変化がなかったとして変化未検出45と判定される。
このように、大エリア変化検出のフローにおいては、大エリアからの画像信号がコントラストスレッシュC−Thを超えてから(S21)、スレッシュ時間T−Thが経過すると(S25)、変化検出41と判定する。一方、条件を満たすまでは、変化未検出45と判定する。なお、HPFを複数設ける場合は、HPFの種類毎に図10のフローチャートの処理を行い、HPF毎に変化検出の判定結果が得られる。
図11に示すフローチャートを用いて、ステップS1の小エリア変化検出の詳しい動作について説明する。この小エリア変化検出のフローは、図10に示した大エリア変化検出と比較し、大エリア変化検出のフローは、撮像素子201の大エリア27からの画像信号を用いてコントラスト値の変化を検出するのに対して、図11に示す小エリア変化検出は、撮像素子201の小エリア25からの画像信号を用いてコントラスト値の変化を検出する点で相違している。
しかし、図11のステップS21a〜S31aにおける各処理は、使用される画像信号が異なり、また判定結果に応じた設定(変化検出41等)が異なる点を除けば、図10に示すフローと略同様である。そこで、図11のフロー中、図10と同様の処理を行うステップについては、同一のステップ番号に「a」を付与し、詳しい説明を省略する。そして、判定の結果、変化検出41、確定変化検出43、変化未検出45の設定が異なることから、この点を中心に説明する。
図11に示す小エリア変化検出のフローにおいて、変化検出41が設定されるのは、ステップS25aにおいて、閾値1継続時間カウンタが閾値1継続時間閾値T−Th1に到達した場合である。この場合は、小エリア25からの画像信号に基づくコントラスト値が閾値1に対応するコントラストスレッシュC−Th1より小さくなってから、閾値1に対応するスレッシュ時間T−Th1の時間が経過した場合である。
図11に示す小エリア変化検出のフローにおいて、確定変化検出43が設定されるのは、ステップS31aにおいて、閾値2継続時間カウンタが閾値2継続時間閾値T−Th2に到達した場合である。この場合は、小エリア25からの画像信号に基づくコントラスト値が閾値2に対応するコントラストスレッシュC−Th2より小さくなってから、閾値2に対応するスレッシュ時間T−Th2の時間が経過した場合である。
閾値1と閾値2の関係は、図7において、コントラストスレッシュC−Th1およびスレッシュ時間T−Th1の組み合わせが閾値1に相当し、コントラストスレッシュC−Th2およびスレッシュ時間T−Th2の組み合わせが閾値2に相当する。すなわち、閾値2の方が閾値1と比較し、よりコントラストスレッシュC−Thが低レベルであり、より大きなコントラスト変化量に対応し、スレッシュ時間が長い。
このため、図11において、確定変化検出43が設定される場合には、よりコントラスト値が小さくなり(コントラストスレッシュC−Th2より小さい、すなわち、ピント外れが大きくなった)、この状態が所定時間(スレッシュ時間T−Th2)、続いた場合である(すなわち、ピントは外れ時間が長い)。一方、変化検出41が設定される場合は、コントラスト値が小さくなり(コントラストスレッシュC−Th1より小さい。ただし、確定変化検出43が設定される場合よりは高く、ピント外れ具合は相対的に大きくない)、この状態が所定時間(スレッシュ時間T−Th1)続いた場合である。
図11に示す小エリア変化検出のフローにおいて、変化未検出45が設定されるのは、上述の条件を満たさない場合であり、ステップS21a、S27a、31aにおける判定の結果がNoの場合である。
このように、小エリア変化検出のフローにおいては、小エリアからの画像信号がコントラストスレッシュC−Th1を超えてから(S21a)、スレッシュ時間T−Th1が経過すると(S25a)、変化検出41と判定する。また、小エリアからの画像信号がコントラストスレッシュC−Th2を超えてから(S27a)、スレッシュ時間T−Th2が経過すると(S31a)、確定変化検出43と判定する。一方、変化検出41および確定変化検出43のいずれかの条件を満たすまでは、変化未検出45と判定する。なお、HPFを複数設ける場合は、HPFの種類毎に図11のフローチャートの処理を行い、HPF毎に変化検出の判定結果が得られる。
以上説明したように、本発明の一実施形態においては、サーチフェーズ11やWobフェーズ13のような焦点検出のためのレンズ駆動中におけるAFエリアのサイズと、変化検出フェーズ15におけるレンズ停止中のAFエリアのサイズを、異ならせている(図3参照)。このため、焦点調節精度と焦点調節動作の安定性を向上させることができる。
また、本発明の一実施形態においては、変化検出フェーズにおいて、コントラスト値とコントラストスレッシュ(C−Th)との比較に基づくコントラスト値の変化と、変化状態の継続時間に基づいて、被写体の焦点状態が変化し、焦点調節動作の再開が必要か否かを判定するようにしている。このため、焦点調節精度と焦点調節動作の安定性を向上させることができる。
また、本発明の一実施形態においては、変化検出フェーズにおいて、コントラスト値に対して、変化検出用の閾値1、2(コントラストスレッシュC−Thと、スレッシュ時間T−Thの組み合わせ)を用いて、変化検出(確定変化検出を含む)を行い、焦点調節動作を再開する必要があるか否かを判定している(図4〜図8参照)。このため、焦点調節精度と焦点調節動作の安定性を向上させることができる。
なお、本発明の一実施形態においては、変化検出フェーズにおけるAFエリアは、小エリア25と大エリア27の2つを設けていたが、これに限らない。例えば、小エリア25と大エリア27の間に中エリアを配置し、エリアを3つ、もしくはそれ以上配置するようにしてもよい。この場合には、エリアのサイズに従って、コントラストスレッシュとスレッシュ時間を変更することにより、さらに最適化された変化検出が可能となる。
また、本発明の一実施形態においては、AFエリアを撮影画面21の略中央に配置していたが、中央に限らず、上下左右に中央からずらした位置に配置するようにしてもよい。また、小エリアは、大エリアの略中央に位置させていたが、中央からずらした位置に配置するようにしてもよい。この場合、大エリアは位置を変更しないか、または小エリアの位置に応じて移動させてもよい。また小エリアは、例えば、タッチパネル操作や十字キー操作によってユーザが設定した位置としてもよい。また、この場合、大エリアは、小エリアが、例えば、左下端に設定されたときには、大エリアのエリアサイズは、変更せず、位置を左下端に設定してもよい。
また、小エリアを被写体の顔の位置に設定するようにしてもよい。このとき、顔の位置が大エリアの外にある場合には、小エリアを大エリアの範囲外に設定してもよい。これにより、被写体の顔の角度や光の当たり具合で不要に変化検出してしまうことを防止することができる。また、小エリアを追尾被写体の位置に設定するようにしてもよい。このときも小エリアを大エリアの範囲外に設定してもよい。この場合には、追尾被写体のわずかな移動などで生じてしまう不要な変化検出を防止することができる。
また、本発明の一実施形態において、コントラストスレッシュC−Thは、コントラスト値が低下する場合のスレッシュとして説明したが、逆にコントラスト値が上昇する場合のスレッシュについても同様に設けてもよい。
また、本発明の一実施形態においては、閾値1、閾値2の2種類しか設けていなかったが、1種類のみでもよく、また、3種類以上でもよい。また、閾値に相当するコントラストスレッシュC−Thとスレッシュ時間T−Thの組み合わせにおいて、閾値1、閾値2では、C−ThとT−Thをそれぞれ異ならせていたが、C−ThまたはT−Thは閾値に係わらず同じとしてもよい。
また、本発明の一実施形態においては、動画撮影時の焦点調節動作について説明したが、これに限らず、ライブビュー表示時において適用しても勿論かまわない。
また、本実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォーン、携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assist)、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレット型コンピュータ、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、コントラストを用いて焦点調節を行う機器であれば、本発明を適用することができる。
また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
11・・・サーチフェーズ、13・・・Wobフェーズ、15・・・変化検出フェーズ、21・・・撮影範囲、23・・・被写体、25・・・小エリア、27・・・大エリア、31・・・小エリアコントラスト値、33・・・大エリアコントラスト値、100・・・交換レンズ、101・・・撮影レンズ、103・・・モータ駆動部、105・・・レンズ制御部、107・・・記憶部、109・・・レンズ通信部、200・・・カメラ本体、201・・・撮像素子、203・・・撮像素子IF回路、205・・・本体制御部、207・・・液晶表示部、209・・・カメラ操作スイッチ、211・・・記憶部、213・・・本体通信部

Claims (4)

  1. 撮影レンズを通過する光束を受光し撮像して画像信号を生成する撮像素子を有し、上記画像信号に基づいて焦点調節を実行する焦点調節装置において、
    上記撮像素子により撮像される領域の内部に、大きさの異なる複数の焦点検出領域を設定する焦点検出領域設定部と、
    上記複数の焦点検出領域のそれぞれに関して焦点検出領域内の画像信号のコントラストを検出し、上記コントラストの変化量とコントラストの変化量の時間的な変化に基づいて被写体像の変化を判定する判定部と、
    焦点調節動作を停止している時に上記判定部が被写体像の変化があると判定した場合に、焦点調節動作を開始する制御部と、
    を有することを特徴とする焦点調節装置。
  2. 上記判定部は、上記コントラストの変化量が第1の閾値を超えている状態にある第1の時間を計測し、上記第1の時間が第2の閾値を超えた場合に被写体像の変化があると判定することを特徴とする請求項1に記載の焦点調節装置。
  3. 上記判定部は、上記大きさの異なる複数の焦点検出領域に対して、それぞれ異なる第1の閾値と異なる第2の閾値を設定することを特徴とする請求項2に記載の焦点調節装置。
  4. 上記制御部は、焦点調節動作を行う第1の動作状態と焦点調節動作を停止させて被写体像の変化を検出する第2の動作状態を切り替えて焦点調節動作を行い、
    上記焦点検出領域設定部は、上記第1の動作状態と上記第2の動作状態とで上記焦点検出領域の配置を異ならせることを特徴とする請求項1に記載の焦点調節装置。
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