JP2015206961A - カメラおよび焦点制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ口径が小さい場合でも、画像処理を行うことなく、使用者が容易に任意の距離の被写体に対して前景／背景ぼかし効果を付与できるようにする。【解決手段】カメラは、使用者が選択した主被写体に対して撮影光学系が合焦することにより主被写体までの距離ｚを取得し、使用者が選択した撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、焦点距離および絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、撮影光学系の合焦位置ｚ′を、以下の範囲で使用者の選択に応じて設定する。該カメラは、撮影光学系の合焦位置ｚ′を、なる範囲内で使用者の選択に応じて設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、撮影光学系のピントを外す距離範囲を制御可能なカメラに関する。

カメラによる撮影時に主被写体にピントを合わせるとともに前景や背景に存在する他の被写体から意図的にピントを外してそれらの像をピンぼけにする撮影技術がある。この撮影技術によって、主被写体を強調したり撮影画像に柔らかい雰囲気を与えたりする等の撮影効果（以下、前景／背景ぼかし効果という）が得られる。このような前景／背景ぼかし効果は、一般に撮影光学系の口径（以下、レンズ口径という）が大きい一眼レフカメラにて絞りを開放して被写界深度を浅くすることで実現可能であるが、同様の効果をレンズ口径が小さいコンパクトカメラでも得たいという要望がある。

特許文献１には、被写体距離とレンズの焦点距離および絞り値とを用いて求めた被写界深度を人間の感覚に即したかたちで表示する方法が開示されている。この方法を用いることで、使用者（撮影者）は、手動によって様々な距離の被写体に対して前景／背景ぼかし効果を得ることが可能となる。また、特許文献２には、撮影画像中の被写体の一部に、画像処理によってピンぼけと同様なぼけを与える方法が開示されている。

特開平０７−１６８２７０号公報 特開２０１１−０１０１９４号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された方法では、使用者がピンぼけにしたい被写体までの距離を知っておく必要があるため、該距離を知らない場合には良好な前背景ぼかし効果が得られない。ピントが合う位置（距離）を変化させながら複数回撮像を行うことでピンぼけにしたい被写体までの距離を算出することも可能であるが、この方法では、複数回の撮像中にその被写体が動いた場合に正確な距離が分からない。また、特許文献２にて開示された方法では、レンズ口径が小さいカメラにより撮影する場合でも前景／背景ぼかし効果によるぼけと同等なぼけを有する画像を得ることができ、またピンぼけにしたい被写体までの距離を知っておく必要はないが、画像処理に時間を要する。

本発明は、レンズ口径が小さい場合でも、画像処理を行うことなく、使用者が容易に任意の距離の被写体に対して前景／背景ぼかし効果を付与できるようにしたカメラおよび焦点制御方法を提供する。

本発明の一側面としてのカメラおよび焦点制御方法は、使用者が選択した主被写体に対して撮影光学系が合焦することにより主被写体までの距離ｚを取得し、使用者が選択した撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、焦点距離および絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、撮影光学系の合焦位置ｚ′を、後述する式（１）または（２）に示す範囲内で使用者の選択に応じて設定することを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としてのカメラおよび焦点制御方法は、使用者が選択した主被写体に対して撮影光学系が合焦することにより主被写体までの距離ｚを取得し、使用者が選択した撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、焦点距離および絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、撮影光学系の合焦位置ｚ′を、後述する式（１）′，（２）′又は（３）で示す位置に設定することを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としてのカメラおよび焦点制御方法は、使用者がそれぞれ選択した主被写体および該主被写体よりも該カメラに近い位置と該カメラから遠い位置とに位置する特定被写体のそれぞれに対して撮影光学系が合焦することにより主被写体までの距離ｚ、上記近い位置の特定被写体までの距離ｚ_１および上記遠い位置の特定被写体までの距離ｚ_２を取得し、使用者が選択した撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、焦点距離および絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、撮影光学系の合焦位置ｚ′を、後述する式（５）で示す位置に設定するとともに、撮影光学系が主被写体に対して合焦するように使用者に絞り値を、後述する式（６）で示す範囲に調節させることを特徴とする。

さらに、本発明の他の一側面としてのカメラは、使用者が選択した主被写体に対して撮影光学系が合焦することにより主被写体までの距離ｚを取得する距離取得手段と、使用者が選択した撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得する選択値取得手段と、撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、焦点距離および絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、撮影光学系の合焦位置ｚ′を設定する。該カメラは、合焦位置の設定を行うモードとして使用者により選択可能な第１のモード、第２のモード、第３のモードおよび第４のモードを有する。第１のモードでは、撮影光学系の合焦位置ｚ′を、式（１）で示す範囲で使用者の選択に応じて設定する、又は式（１）′で示す位置に設定する。第２のモードでは、撮影光学系の合焦位置ｚ′を、、式（２）に示す範囲で使用者の選択に応じて設定する、又は式（２）′で示す位置に設定する。第３のモードでは、撮影光学系の合焦位置ｚ′を、式（３）で示す位置に設定する。第４のモードでは、使用者が選択した主被写体よりも該カメラに近い位置と該カメラから遠い位置とに位置する特定被写体のそれぞれに対して撮影光学系が合焦することにより、該近い位置の特定被写体までの距離ｚ_１および遠い位置の特定被写体までの距離ｚ_２を取得し、撮影光学系の合焦位置ｚ′を、式（５）で示す位置に設定するとともに、撮影光学系が主被写体に対して合焦するように使用者に対して絞り値を、式（６）で示す範囲に調節させる。

本発明によれば、撮影光学系の口径が小さい場合でも、画像処理を行うことなく、使用者が容易に任意の距離の被写体に対してピンぼけによるぼかし効果を付与することができる。

本発明の実施例１である焦点制御方法を示すフローチャート。 実施例１における第１のピンぼけモードでの主被写体、前景被写体、撮影光学系（カメラ）およびその合焦位置の位置関係を示す図。 第１のピンぼけモードにおける主被写体、前景被写体および合焦位置のそれぞれからの近軸光線が形成する錯乱円を示す図。 実施例１における被写体の例を示す図。 第１のピンぼけモードが未設定の状態で図４中の主被写体に合焦したときの被写体像を示す図。 第１のピンぼけモードで式（１）′の合焦位置に合焦したときの被写体像を示す図。 実施例１における第２のピンぼけモードでの主被写体、背景被写体、撮影光学系およびその合焦位置の位置関係を示す図。 第２のピンぼけモードにおける主被写体、前景被写体および合焦位置のそれぞれからの近軸光線が形成する錯乱円を示す図。 第２のピンぼけモードが未設定の状態で図４中の主被写体に合焦したときの被写体像を示す図。 第２のピンぼけモードで式（２）′の合焦位置に合焦したときの被写体像を示す図。 実施例１における第３のピンぼけモードでの主被写体、後方深度限界点、前方深度限界点、撮影光学系およびその合焦位置の位置関係を示す図。 第３のピンぼけモードにおける主被写体、後方深度限界点、前方深度限界点および合焦位置のそれぞれからの近軸光線により形成される錯乱円を示す図。 実施例１における第４のピンぼけモードでの主被写体、前景特定被写体、背景特定被写体、撮影光学系およびその合焦位置の位置関係を示す図。 第４のピンぼけモードにおける主被写体、前景特定被写体および背景特定被写体からの近軸光線が形成する錯乱円を示す図。 本発明の実施例２であるカメラを用いた撮影を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施例１および後述する他の実施例において共通して用いられる用語の定義について説明する。

撮影光学系がある位置（距離）に対して合焦するとは、その位置と撮影光学系の像面位置とが該撮影光学系に関して共役な関係になっている状態を意味する。撮影光学系が合焦する位置を合焦位置という。

また、被写体に対して撮影光学系のピントを合わせるとは、被写体上の一点から撮影光学系に入射した近軸光線を許容錯乱円に収まる範囲に結像させることを意味する。錯乱円は、被写体上の一点からの近軸光線が撮影光学系の像面上に到達したときに広がる領域であり、許容錯乱円は、人間によってピンぼけと認識されない最大のサイズ（直径）を有する錯乱円である。言い換えれば、許容錯乱円は、人間の目で点像を見たときにそれを点ととみなせる最大のサイズを有する錯乱円である。

また、被写体の像（被写体像）をピンぼけにするとは、その被写体上の一点からの近軸光線を許容錯乱円に収まらない範囲で結像させることを意味する。ピンぼけ量は、このときの錯乱円のサイズ（直径）に相当する。なお、以下の説明においては、近軸光線の起点を示す「被写体上の一点から」等の「〜の一点から」を、単に「被写体から」のように「〜から」ともいう。

さらに、撮影光学系（つまりはカメラ）と被写体との位置関係について、カメラに近い方（手前側）を「前」といい、カメラから遠い方（奥側）を「後」という。

次に、図１を用いて実施例１における焦点制御方法について説明する。図１には、本実施例の焦点制御方法による焦点制御を行うカメラ（例えば、コンパクトデジタルカメラ）に搭載された不図示のカメラコントローラ（コンピュータ）に組み込まれたコンピュータプログラムのアルゴリズムを示す。カメラコントローラは、距離取得手段、選択値取得手段、錯乱円設定手段、範囲限定手段および合焦位置設定手段として機能する。

ステップ１では、カメラコントローラは、使用者（撮影者）に撮影光学系の焦点距離ｆと絞り値Ｆ（以下、Ｆ値という）とを選択させるための該使用者による操作を受け付け、該操作に応じて焦点距離ｆとＦ値とを設定するとともに選択値として取得する。Ｆ値を設定するとは、焦点距離ｆを不変としたまま絞り開口の大きさを設定すること意味する。そして、カメラコントローラは、焦点距離ｆとＦ値とを用いて許容錯乱円の直径（以下、許容錯乱円径という）δを算出する。

なお、許容錯乱円径δの算出にカメラが有するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子のサイズを用いることで、カメラコントローラが該撮像素子サイズに適切な許容錯乱円径δを算出するようにしてもよい。また、撮影により取得する撮影画像のサイズやこれを印刷する場合のプリントサイズを使用者が予め設定しておくことにより、カメラコントローラがこれらの設定に対して適切な許容錯乱円径δを自動的に算出するようにしてもよい。さらに、許容錯乱円径δを、使用者にカメラの操作を通じて任意に選択させるようにしてもよい。

次にステップ２では、カメラコントローラは、使用者に主被写体に対して撮影光学系を合焦させる操作を受け付ける。撮影光学系を合焦させる操作とは、例えば、使用者がカメラ（撮影光学系）を主被写体に向けてオートフォーカスを行わせる操作である。撮影光学系が主被写体に合焦すると、カメラコントローラは主被写体までの距離である主被写体距離ｚを算出（取得）する。

次に、ステップ３では、カメラコントローラは、使用者に焦点制御モード（ピンぼけモード）を選択させるための該使用者による操作を受け付ける。本実施例のカメラでは、使用者による選択可能なピンぼけモードとして、第１〜第４のピンぼけモードを有する。第１のピンぼけモード（第１のモード）Ｂ１が選択された場合には、カメラコントローラはステップ４に進む。第１のピンぼけモードＢ１は、主被写体よりも前（カメラ側）に位置する他の被写体に対してピントが合う距離範囲を狭くするモード（前景ピンぼけモード）である。

ステップ４では、カメラコントローラは、使用者が合焦位置ｚ′を以下の式（１）で表される範囲内で任意に選択できるようにする。

これにより、合焦位置は主被写体よりも後（カメラ側とは反対側）に位置し、主被写体よりも前に位置する他の被写体（つまりは前景）の被写体像をピンぼけにし易くする。特に、式（１）における等号で表される合焦位置（後述する式（１）′参照）に対して撮影光学系を合焦させると、主被写体よりも前に位置する他のすべての被写体の被写体像をピンぼけにすることができ、ピンぼけにする前景の範囲が最も広くなる。ステップ４において、カメラコントローラが合焦位置ｚ′を式（１）′により示す位置に自動的に設定するようにしてもよい。この後、カメラコントローラはステップ５に進む。

ステップ５では、カメラコントローラは使用者がシャッターボタンを押すことに応じて撮影動作を行い、その後、処理を終了する。

ステップ３において第２のピンぼけモード（第２のモード）Ｂ２が選択された場合には、カメラコントローラはステップ６に進む。第２のピンぼけモードＢ２は、主被写体よりも後に位置する他の被写体に対してピントが合う距離範囲を狭くするモード（背景ピンぼけモード）である。

ステップ６では、カメラコントローラは、使用者が合焦位置ｚ′を以下の式（２）で表される範囲内で任意に選択できるようにする。

これにより、合焦位置は主被写体よりも前に位置し、主被写体よりも後に位置する他の被写体（つまりは背景）の被写体像をピンぼけにし易くする。特に、式（２）における等号で表される合焦位置（後述する式（２）′参照）に対して撮影光学系を合焦させると、主被写体よりも後に位置する他のすべての被写体の被写体像をピンぼけにすることができ、ピンぼけにする背景の範囲が最も広くなる。ステップ６において、カメラコントローラが合焦位置ｚ′を式（２）′により示す位置に自動的に設定するようにしてもよい。この後、カメラコントローラはステップ５に進み、撮影動作を行って処理を終了する。

ステップ３において第３のピンぼけモード（第３のモード）Ｂ３が選択された場合には、カメラコントローラはステップ７に進む。第３のピンぼけモードＢ３は、主被写体よりも前後に位置する他の被写体に対してピントが合う距離範囲を等価にするモード（前背景ピンぼけ範囲等価モード）である。

ステップ７では、カメラコントローラは、合焦位置ｚ′を以下の式（３）で表される位置に自動的に設定する。

これにより、主被写体からピンぼけが生じ始める位置までの距離が主被写体の前後において等しくなる。この後、カメラコントローラはステップ５に進み、撮影動作を行って処理を終了する。

ステップ３において第４のピンぼけモード（第４のモード）Ｂ４が選択された場合には、カメラコントローラはステップ８に進む。第４のピンぼけモードＢ４は、主被写体に対してピントを合わせるとともに、主被写体よりも前後に位置する他の被写体のうち特定被写体に対するピンぼけ量を等価にするモード（特定２点ピンぼけ量等価モード）である。

ステップ８では、カメラコントローラは、主被写体よりも前後に位置する特定被写体に対してそれぞれ合焦することにより、主被写体よりも前の特定被写体までの被写体距離ｚ_１と主被写体よりも後の特定被写体までの被写体距離ｚ_２とを求める。被写体距離ｚ_１，ｚ_２は、主被写体距離ｚに対して、以下の式（４）に示す関係を満足する。

そして、ステップ９では、カメラコントローラは、以下の式（５）に示す合焦位置ｚ′に自動的に合焦する。

次に、ステップ１０では、カメラコントローラは、以下の式（６）の条件を満足するように使用者にＦ値を調節（再設定）させる。

なお、ステップ１にて使用者が選択した焦点距離とＦ値とが式（６）を満足している場合には該Ｆ値を変更させる必要はない。

次に、ステップ１１では、カメラコントローラはＦ値の変更回数を示すｎに初期値である０を代入し、Ｆ値の変化量を定義する。

次に、ステップ１２では、カメラコントローラは主被写体に対してピントが合っているか否かを確認し、ピントが合っていればステップ５に進み、撮影動作を経て処理を終了する。一方、主被写体に対してピントが合っていなければ、カメラコントローラはステップ１３に進む。

ステップ１３では、カメラコントローラはＦ値を変更した回数がｎ_ｍａｘ回未満か否かを確認し、ｎ_ｍａｘ回未満であればステップ１４に進み、ｎ_ｍａｘ回以上であればステップ１６に進む。ここではＦ値の変更回数の上限ｎ_ｍａｘ−１は１０程度が実用的である。

ステップ１４では、カメラコントローラはステップ１１で設定した値だけＦ値を増加させる。

次に、ステップ１５では、カメラコントローラはＦ値を変更した回数を１増加させて、ステップ１２に戻る。

また、ステップ１６では、カメラコントローラは、使用者が選択した第４のピンぼけモードＢ４による上記撮影効果が得られないことを伝えるメッセージをカメラに設けられた表示部に表示し、処理を終了する。

次に、上述した第１のピンぼけモードＢ１において、主被写体よりも前に位置する他の被写体（以下、前景被写体という）の被写体像をピンぼけにし易くするための焦点制御方法についてより詳しく説明する。図２には、第１のピンぼけモードＢ１が設定される得る主被写体１、前景被写体２、カメラの撮影光学系３およびその合焦位置ｚ′の位置関係の例を示している。主被写体１の前に前景被写体２が位置し、カメラは撮影光学系３によってそれらの被写体像を像面４上に形成する。合焦位置ｚ′は、以下の式（１）′に示す位置である。

図３には、合焦位置ｚ′、主被写体１および前景被写体２のそれぞれから撮影光学系３に入射した近軸光線が像面４上に形成する錯乱円の大きさを示している。

合焦位置ｚ′からの近軸光線５は、近軸結像して像面４上に大きさ（直径）がゼロの錯乱円８を形成する。主被写体１からの近軸光線６は、像面４上に許容錯乱円径以下の大きさの錯乱円９を形成する。つまり、撮影光学系３は主被写体１に対して合焦しており、主被写体１の被写体像はピントが合った像となっている。また、前景被写体２からの近軸光線７は、像面４上に許容錯乱円径を超える大きさ（直径）の錯乱円１０を形成する。つまり、前景被写体２に対して撮影光学系３のピントが外れており、前景被写体２の被写体像はピンぼけになっている。
［数値例１］
表１には、図２に示した位置関係での許容錯乱円径、主被写体１までの被写体距離、前景被写体２までの被写体距離、撮影光学系３の焦点距離およびＦ値の数値例を示している。

表２には、本数値例において、第１のピンぼけモードＢ１が未設定の状態で撮影光学系３が主被写体１に合焦したときの主被写体１および前景被写体２からの近軸光線が像面４上に形成する錯乱円の大きさ（直径：表には錯乱円径と記している）を示している。なお、ここでは第２〜第４のピンぼけモードＢ２〜Ｂ４も未設定の状態であり、後の説明において第２〜第４のピンぼけモードＢ２〜Ｂ４のそれぞれが未設定の状態とは、同様に他のピンぼけモードも未設定の状態であることを意味する。

表１に示した許容錯乱円径４．２μｍは、２１．７５ｃｍ×１７．４２５ｃｍの画像（写真）を５０ｃｍ離れた場所で見たときにピンぼけが起こり始める値として設定したものである。ただし、許容錯乱円径は他の値でもよく、例えば３５ｍｍフィルムに撮影する場合には３０．０μｍとするのが通常である。また、表１ではＦ値を４．０としたが、他の値でもよく、例えば一般的なコンパクトデジタルカメラで用いられているＦ値の下限値である２．８としてもよい。

表２より、主被写体１からの近軸光線は近軸結像しており、前景被写体２からの近軸光線が形成する錯乱円の大きさが許容錯乱円径を下回っている。このことから、第１のピンぼけモードＢ１が未設定の状態では、主被写体１および前景被写体２のいずれに対してもピントが合うことが分かる。

表３には、式（１）′に示した合焦位置ｚ′を設定したときの前方被写界深度相当および後方被写界深度相当の値を示している。前方被写界深度相当および後方被写界深度相当とはそれぞれ、主被写体１から前方および後方においてピンぼけが始まる位置（前方深度限界点および後方深度限界点）までの距離を意味する。

表３より、主被写体１よりも前に存在する前景被写体２（複数存在する場合はすべて）の被写体像はピンぼけになることが分かる。

表４は、本数値例において、第１のピンぼけモードＢ１において式（１）′に示した合焦位置ｚ′を設定したときの主被写体１からの近軸光線が像面４上に形成する錯乱円の大きさを示している。

表４より、主被写体１からの近軸光線は許容錯乱円径と同じ大きさの錯乱円を形成し、前景被写体２からの近軸光線は許容錯乱円径を超える大きさの錯乱円を形成することが分かる。このことから、第１のピンぼけモードＢ１が設定された状態では、主被写体１に対してピントを合わせつつ、前景被写体２の被写体像をピンぼけにすることができることが分かる。

本数値例を図４、図５および図６を用いて検証する。図４には被写体の例を示している。破線で囲われた領域１が図２に示した主被写体１に相当し、それ以外の領域２が前景被写体２に相当する。

ここでは、次の要領で図４の被写体を撮影光学系を通して撮影するときに像面上に形成される被写体像を得る。まず、領域１，２内の光強度分布をそれぞれ算出する。次に、領域１が表１中の「主被写体１までの被写体距離」の位置に存在するとして、無収差の撮影光学系を用いて撮影したときの像面上での光強度分布を結像計算によって算出する。また、領域２が表１中の「前景被写体２までの被写体距離」の位置に存在するとして、同様に無収差の撮影光学系を用いて撮影したときの像面上での光強度分布を算出する。そして、これらの光強度分布を結合して全体の被写体像を作成する。

図５は、撮影光学系が主被写体（領域１）に合焦した状態で撮影したときに得られる被写体像を示す。この状態では、表２に示したように主被写体および前景被写体からの近軸光線により形成される錯乱円径がともに許容錯乱円径以下であるため、図４の被写体と図５の被写体像とを視覚的に区別することができない。

一方、図６は、撮影光学系が式（１）′に示した合焦位置ｚ′に合焦した状態で撮影したときに得られる像面４上での被写体像を示す。この状態では、表４に示したように主被写体からの近軸光線は許容錯乱円径と同じ大きさの錯乱円を形成するが、前景被写体からの近軸光線は許容錯乱円径を超える大きさの錯乱円を形成する。このため、図６では、主被写体（領域１）の被写体像は図４と同様にピントが合っているが、前景被写体（領域２）の被写体像は、図４と比べてピンぼけになっている。

さらに、前景被写体のピンぼけを定量的に把握するために、以下の式（７）を用いて定量評価する。

ただし、ｘ，ｙは像面上の座標であり、Ｉ（ｘ，ｙ）は座標（ｘ，ｙ）における光強度である。また、＜＞_ｘ，ｙは＜＞内の値の全像面にわたっての平均値を表す。

図４の被写体に対して式（７）のＨを計算すると、錯乱円径が許容錯乱円径と一致するピント状態においてＨ＝０．０８６となる。したがって、Ｈはピントが合っている状態では０．０８６以上となる。

表５には、図５および図６に示した被写体像に対して、式（７）を用いて評価した結果を示す。

表５において、例えば図５の前景被写体に対するＨは、図４の被写体全体が表１に示した「前景被写体２までの被写体距離」である９．５ｍの位置に存在し、合焦位置ｚ′が「主被写体１までの被写体距離」である１０．０ｍの位置に設定されたものとして算出した。また、図６の主被写体に対するＨは、図４の被写体全体が表１に示した「主被写体１までの被写体距離」である１０．０ｍの位置に存在し、合焦位置ｚ′が表３に示した１０．７ｍの位置に設定されたものとして算出した。後述する他のピンぼけモードでのＨについても同様にして算出した。

表５より、図６に示した前景被写体の被写体像についてのＨのみが０．０８６を下回っており、該被写体像がピンぼけになっていることが分かる。

次に、上述した第２のピンぼけモードＢ２において、主被写体よりも後に位置する他の被写体（以下、背景被写体という）の被写体像をピンぼけにし易くするための焦点制御方法についてより詳しく説明する。図７には、第２のピンぼけモードＢ２が設定され得る主被写体１１、背景被写体１２、カメラの撮影光学系３およびその合焦位置ｚ′の位置関係の例を示している。主被写体１１の後に背景被写体１２が存在し、カメラは撮影光学系３によってそれらの被写体像を像面４上に形成する。合焦位置ｚ′は、以下の式（２）′に示す位置である。

図８には、合焦位置ｚ′、主被写体１１および背景被写体１２のそれぞれから撮影光学系３に入射した近軸光線が像面４上に形成する錯乱円の大きさを示している。

合焦位置ｚ′からの近軸光線１６は、近軸結像して像面４上に大きさ（直径）がゼロの錯乱円１９を形成する。主被写体１１からの近軸光線１５は、像面４上に許容錯乱円径以下の大きさの錯乱円１８を形成する。つまり、撮影光学系３は主被写体１に対して合焦しており、主被写体１１の被写体像はピントが合った像となっている。また、背景被写体１２からの近軸光線１７は、像面４上に許容錯乱円径を超える大きさ（直径）の錯乱円２０を形成する。つまり、背景被写体１２に対して撮影光学系３のピントが外れており、背景被写体１２の被写体像はピンぼけになっている。
［数値例２］
表６には、図７に示した位置関係での許容錯乱円径、主被写体１１までの被写体距離、背景被写体１２までの被写体距離、撮影光学系３の焦点距離およびＦ値の数値例を示している。

表７には、本数値例において、第２のピンぼけモードＢ２が未設定の状態で撮影光学系３が主被写体１１に合焦したときの主被写体１１および背景被写体１２からの近軸光線が像面４上に形成する錯乱円の大きさ（錯乱円径）を表している。

表７より、主被写体１１からの近軸光線は近軸結像しており、背景被写体１２からの近軸光線が形成する錯乱円の大きさが許容錯乱円径を下回っている。このことから、第２のピンぼけモードＢ２が未設定の状態では、主被写体１１および背景被写体１２のいずれに対してもピントが合うことが分かる。

表８には、本数値例において、式（２）′に示した合焦位置ｚ′を設定したときの前方被写界深度相当および後方被写界深度相当の値を示している。

表８より、主被写体１１よりも後に存在する背景被写体１２（複数存在する場合はすべて）の被写体像はピンぼけになることが分かる。

表９は、本数値例において、第２のピンぼけモードＢ２において式（２）′に示した合焦位置ｚ′を設定したときの主被写体１１からの近軸光線の像面４上での錯乱円の大きさを示している。

表４より、主被写体１１からの近軸光線は許容錯乱円径と同じ大きさの錯乱円を形成し、背景被写体１２からの近軸光線は許容錯乱円径を超える大きさの錯乱円を形成することが分かる。このことから、第２のピンぼけモードＢ２が設定された状態では、主被写体１１にピントを合わせつつ、背景被写体１２の被写体像をピンぼけにすることができることが分かる。

本数値例を図４、図９および図１０を用いて検証する。図４には被写体の例を示している。破線で囲われた領域１が図７に示した主被写体１１に相当し、それ以外の領域２が背景被写体１２に相当する。

ここでは、実施例１と同様の要領で図４の被写体を撮影光学系を通して撮影するときに像面上に形成される被写体像を得る。図９は、撮影光学系が主被写体（領域１）に合焦した状態で撮影したときに得られる被写体像を示す。この状態では、表７に示したように主被写体および背景被写体からの近軸光線により形成される錯乱円径がともに許容錯乱円径以下であるため、図４の被写体と図９の被写体像とを視覚的に区別することができない。

一方、図１０は、撮影光学系が式（２）′に示した合焦位置ｚ′に合焦した状態で撮影したときに得られる像面４上での被写体像を示す。この状態では、表９に示したように主被写体からの近軸光線は許容錯乱円径と同じ大きさの錯乱円を形成するが、背景被写体からの近軸光線は許容錯乱円径を超える大きさの錯乱円を形成する。このため、図１０では、主被写体（領域１）の被写体像は図４と同様にピントが合っているが、背景被写体（領域２）の被写体像は、図４と比べてピンぼけになっている。

さらに、背景被写体のピンぼけを定量的に把握するために、前述した式（７）を用いて定量評価する。表１０には、図９および図１０に示した被写体像に対して、式（７）を用いて評価した結果を示す。

表１０より、図１０に示した背景被写体の被写体像についてのＨのみが０．０８６を下回っており、該被写体像がピンぼけになっていることが分かる。

次に、上述した第３のピンぼけモードＢ３において、主被写体よりも前後に位置する他の被写体に対してピントが合う距離範囲を等価にするための焦点制御方法についてより詳しく説明する。図１１には、第３のピンぼけモードＢ３が設定され得る主被写体２１、カメラの撮影光学系３およびその合焦位置ｚ′の位置関係の例を示している。合焦位置ｚ′は、上述した式（３）に示す位置である。また、図１１中の２５は主被写体２０よりも後の位置であって、その位置からの近軸光線２２が像面４上に形成する錯乱円の大きさが許容錯乱円径と等しくなる後方深度限界点を示す。さらに、２６は主被写体２０よりの前の位置であって、その位置からの近軸光線２４が像面４上に形成する錯乱円の大きさが許容錯乱円径と等しくなる前方深度限界点を示す。

図１２には、合焦位置ｚ′、主被写体２１、後方深度限界点２５および前方深度限界点２６のそれぞれから撮影光学系３に入射した近軸光線が像面４上に形成する錯乱円の大きさを示している。

合焦位置ｚ′からの近軸光線２３は、近軸結像して像面４上に大きさ（直径）がゼロの錯乱円３０を形成する。後方深度限界点２５からの近軸光線２２は、像面４上に許容錯乱円径と同じの大きさの錯乱円２９を形成する。また、前方深度限界点２６からの近軸光線２４も、像面４上に許容錯乱円径と同じの大きさの錯乱円３１を形成する。これにより、主被写体２１から後方深度限界点２５までの距離２７と主被写体２１から前方深度限界点２６までの距離２８とが互いに等しくなる。
［数値例３］
表１１には、図１１に示した位置関係での許容錯乱円径、主被写体２１までの被写体距離、撮影光学系３の焦点距離およびＦ値の数値例を示している。

表１２には、本数値例において、式（３）に示した合焦位置ｚ′を設定したときの前方被写界深度相当および後方被写界深度相当の値を示している。

表１２より、主被写体２１よりも前後に存在する他の被写体に対してピントが合う距離範囲が等価になっていることが分かる。

次に、上述した第４のピンぼけモードＢ４において、主被写体にピントを合わせつつ、主被写体よりも前後に位置する他の被写体のうち特定被写体の被写体像のピンぼけ量を等価にするための焦点制御方法についてより詳しく説明する。以下の説明において、主被写体よりも前に位置する特定被写体を前景特定被写体といい、主被写体よりも後に位置する特定被写体を背景特定被写体という。

図１３には、第４のピンぼけモードＢ４が設定され得る主被写体３２、前景特定被写体３３、背景特定被写体３４、カメラの撮影光学系３およびその合焦位置ｚ′の位置関係の例を示している。前景特定被写体３３および背景特定被写体３４のそれぞれまでの被写体距離ｚ_１，ｚ_２は上述した式（４）の関係を満足し、合焦位置ｚ′は上述した式（５）に示す位置である。

図１４には、合焦位置ｚ′、主被写体３２、前景特定被写体３３および背景特定被写体３４のそれぞれから撮影光学系３に入射した近軸光線が像面４上に形成する錯乱円の大きさを示している。撮影光学系３のＦ値は、主被写体３２からの近軸光線３７が像面４上で形成する錯乱円４０の大きさが許容錯乱円径より小さくなるように設定される。この条件を満足することができないと、第４のピンぼけモードＢ４で得られるべき撮影効果が得られない。

前景特定被写体３３からの近軸光線３８は、像面４上に許容錯乱円径を超える大きさの錯乱円３９を形成する。また、背景特定被写体３４からの近軸光線３６も、像面４上に許容錯乱円径を超え、かつ錯乱円３９と同じ大きさの錯乱円４１を形成する。これにより、前景特定被写体３３および背景特定被写体３４の被写体像のピンぼけ量が等しくなる。
［数値例４］
表１３には、図１３に示した位置関係での許容錯乱円径、主被写体３２までの被写体距離、前景特定被写体３３までの被写体距離、背景特定被写体３４までの被写体距離、撮影光学系３の焦点距離およびＦ値の数値例を示している。

表１４には、本数値例において、第４のピンぼけモードＢ４が設定された状態で撮影光学系３が主被写体３２に合焦したときの主被写体３２、前景特定被写体３３および背景特定被写体３４からの近軸光線が像面４上に形成する錯乱円の大きさを示している。

表１４より、主被写体３２からの近軸光線は近軸結像しており、前景および背景特定被写体３３，３４からの近軸光線が形成する錯乱円の大きさが許容錯乱円径を上回っている。このことから、第４のピンぼけモードＢ４が設定された状態では、主被写体３２にピントを合わせつつ、前景および背景特定被写体３３，３４の被写体像をピンぼけにすることができることが分かる。

また、表１５には、撮影光学系３の合焦位置ｚ′を式（５）に示した位置に設定したときの主被写体３２、前景特定被写体３３および背景特定被写体３４からの近軸光線が像面４上に形成する錯乱円の大きさを示している。

表１５より、主被写体３２からの近軸光線が形成する錯乱円の大きさは許容錯乱円径より小さく、前景および背景特定被写体３３，３４からの近軸光線が形成する錯乱円の大きさは許容錯乱円径より大きく、かつ互いに等しい。これにより、主被写体３２に対してはピントが合っているが、前景および背景特定被写体３３，３４の被写体像は互いに同じピンぼけ量でピンぼけになっていることが分かる。

次に、実施例１にて説明した焦点制御方法を実施するコンパクトデジタルカメラについて図１５を用いて説明する。図１５には、コンパクトデジタルカメラ４４を主被写体４２に向けた状態をカメラ４４の背面から見て示している。主被写体４２の後には、背景被写体４３が存在している。

カメラ４４は、カメラ４４の前面に設けられた撮影光学系（図２、図７，図１１および図１３の撮影光学系３に相当する）と、カメラ４４の背面に設けられた電子ビューファインダ４５と、シャッターボタン４６とを有する。また、カメラ４４は、ズームスイッチ５１、設定ボタン４７と、合焦位置シフトボタン（操作部材）４８とを背面に有する。さらに、カメラ４４は、その内部に、実施例１で説明したカメラコントローラ５２を有する。

使用者は、ファインダ４５を通して構図を決める。そして、ズームスイッチ５１を操作することで撮影光学系の焦点距離を選択し、さらに設定ボタン４７を操作することによりＦ値を選択する。カメラコントローラ５２は、これら焦点距離とＦ値とを選択値として取得し、これら選択値を用いて許容錯乱円径を算出する。なお、許容錯乱円径は、使用者が任意に選択してもよい。ここでの使用者による選択およびカメラコントローラ５２による算出は、図１のステップ１にて行われる。

次に、使用者がシャッターボタン４６を半押し操作すると、カメラコントローラ５２はそのオートフォーカス機能によって撮影光学系を主被写体４２に合焦させる。そして、カメラコントローラ５２は、撮影光学系内のフォーカスレンズの位置等から主被写体距離を取得する。ここでのカメラコントローラ５２の動作は、図１のステップ２にて行われるものである。

次に、使用者は、設定ボタン４７を操作してピンぼけモードを選択する。ここでの操作は図１のステップ３で行われる。そして、カメラコントローラ５２は、選択されたピンぼけモードをファインダ４５内のモード表示部４９に第１〜第２のピンぼけモードを示すＢ１〜Ｂ４により表示する。ここでは、図１５に示すように、第２のピンぼけモードＢ２が選択されたものとする。

その後、使用者は、合焦位置シフトボタン４８を操作して背景被写体４３に対するピンぼけ量を調節する。カメラコントローラ５２は、第２のピンぼけモードＢ２では、合焦位置シフトボタン４８の操作により式（２）で示した距離範囲で合焦位置ｚ′を移動（シフト）させる。具体的には、合焦位置シフトボタン４８の＋部が押されると、カメラコントローラ５２は合焦位置を第２のピンぼけモードＢ２での背景ぼかし効果が強く（つまりはピンぼけ量が大きく）なる前方にシフトさせ、最大で式（２）の等号で表される位置までシフトさせる。また、合焦位置シフトボタン４８の−部が押されると、合焦位置を背景ぼかし効果が弱く（つまりはピンぼけ量が小さく）なる後方にシフトさせ、最大で主被写体４２の位置までシフトさせる。ここでのカメラコントローラ５２の動作は、図１のステップ６で行われる。

また、合焦位置シフトボタン４８の操作により変化するピンぼけ量は、ファインダ４５内のピンぼけ量表示部５０に表示される。

なお、第１のピンぼけモードＢ１が選択された場合には、カメラコントローラ５２は、合焦位置シフトボタン４８の操作により、式（１）で示した距離範囲で合焦位置をシフトさせる。このときのカメラコントローラ５２の動作は、図１のステップ４で行われる。さらに、第３および第４のピンぼけモードＢ３，Ｂ４が選択された場合はそれぞれ、カメラコントローラ５２は、合焦位置を式（３）および式（５）に示す位置に自動的に設定する。これらの動作は、図１のステップ７およびステップ９で行われる。

最後に使用者がシャッターボタン４６を全押し操作することにより、カメラコントローラ５２は撮影を行う。この動作は、図１のステップ５で行われる。

本実施例によれば、撮影光学系の口径（レンズ口径）が小さいコンパクトデジタルカメラでも、画像処理を行うことなく、使用者が容易に任意の距離の被写体に対して前景／背景ぼかし効果を付与することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

３ 撮影光学系
１，１１ 主被写体
２ 前景被写体
１２ 背景被写体
４４ カメラ
５２ カメラコントローラ

Claims (13)

1. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラであって、
   使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得する距離取得手段と、
   使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得する選択値取得手段と、
   前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定する又は使用者の選択に応じて設定する錯乱円設定手段と、
   前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる範囲内で使用者の選択に応じて設定する合焦位置設定手段とを有することを特徴とするカメラ。
2. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラであって、
   使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得する距離取得手段と、
   使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得する選択値取得手段と、
   前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定する又は使用者の選択に応じて設定する錯乱円設定手段と、
   前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる位置に設定する合焦位置設定手段とを有することを特徴とするカメラ。
3. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラであって、
   使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得する距離取得手段と、
   使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得する選択値取得手段と、
   前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定する又は使用者の選択に応じて設定する錯乱円設定手段と、
   前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる範囲内で使用者の選択に応じて設定する合焦位置設定手段とを有することを特徴とするカメラ。
4. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラであって、
   使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得する距離取得手段と、
   使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得する選択値取得手段と、
   前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定する又は使用者の選択に応じて設定する錯乱円設定手段と、
   前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる位置に設定する合焦位置設定手段とを有することを特徴とするカメラ。
5. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラであって、
   使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得する距離取得手段と、
   使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得する選択値取得手段と、
   前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定する又は使用者の選択に応じて設定する錯乱円設定手段と、
   前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる位置に設定する合焦位置設定手段とを有することを特徴とするカメラ。
6. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラであって、
   使用者がそれぞれ選択した主被写体および該主被写体よりも該カメラに近い位置と該カメラから遠い位置とに位置する特定被写体のそれぞれに対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚ、前記近い位置の前記特定被写体までの距離ｚ_１および前記遠い位置の前記特定被写体までの距離ｚ_２を取得する距離取得手段と、
   使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得する選択値取得手段と、
   前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定する又は使用者の選択に応じて設定する錯乱円設定手段と、
   前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる位置に設定するとともに、前記撮影光学系が前記主被写体に対して合焦するように使用者に前記絞り値を、
   
   なる範囲に調節させる合焦位置設定手段とを有することを特徴とするカメラ。
7. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラであって、
   使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得する距離取得手段と、
   使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得する選択値取得手段と、
   前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定する又は使用者の選択に応じて設定する錯乱円設定手段と、
   前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を設定する合焦位置設定手段とを有し、
   該カメラは、前記合焦位置の設定を行うモードとして使用者により選択可能な第１のモード、第２のモード、第３のモードおよび第４のモードを有しており、
   前記第１のモードでは、前記合焦位置設定手段は前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる範囲で使用者の選択に応じて設定する、又は、
   
   なる位置に設定し、
   前記第２のモードでは、前記合焦位置設定手段は前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる範囲内で使用者の選択に応じて設定し、又は、
   
   なる位置に設定し、
   前記第３のモードでは、前記合焦位置設定手段は前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる位置に設定し、
   前記第４のモードでは、前記距離取得手段は、使用者が選択した前記主被写体よりも該カメラに近い位置と該カメラから遠い位置とに位置する特定被写体のそれぞれに対して前記撮影光学系が合焦することにより、前記近い位置の前記特定被写体までの距離ｚ_１および前記遠い位置の前記特定被写体までの距離ｚ_２を取得し、前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる位置に設定するとともに、前記撮影光学系が前記主被写体に対して合焦するように使用者に対して前記絞り値を、
   
   なる範囲に調節させることを特徴とするカメラ。
8. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラの焦点制御方法であって、
   使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得し、
   使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、
   前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、
   前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる範囲内で使用者の選択に応じて設定することを特徴とする焦点制御方法。
9. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラの焦点制御方法であって、
   使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得し、
   使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、
   前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、
   前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
   
   なる位置に設定することを特徴とする焦点制御方法。
10. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラの焦点制御方法であって、
    使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得し、
    使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、
    前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、
    前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
    
    なる範囲内で使用者の選択に応じて設定することを特徴とする焦点制御方法。
11. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラの焦点制御方法であって、
    使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得し、
    使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、
    前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、
    前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
    
    なる位置に設定することを特徴とする焦点制御方法。
12. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラの焦点制御方法であって、
    使用者が選択した主被写体に対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚを取得し、
    使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、
    前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、
    前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
    
    なる位置に設定することを特徴とする焦点制御方法。
13. 撮影光学系を通して撮影を行うカメラの焦点制御方法であって、
    使用者がそれぞれ選択した主被写体および該主被写体よりも該カメラに近い位置と該カメラから遠い位置とに位置する特定被写体のそれぞれに対して前記撮影光学系が合焦することにより前記主被写体までの距離ｚ、前記近い位置の前記特定被写体までの距離ｚ_１および前記遠い位置の前記特定被写体までの距離ｚ_２を取得し、
    使用者が選択した前記撮影光学系の焦点距離ｆおよび絞り値Ｆを取得し、
    前記撮影光学系の像面での許容錯乱円径を、前記焦点距離および前記絞り値を用いた算出により設定し、又は使用者の選択に応じて設定し、
    前記撮影光学系の合焦位置ｚ′を、
    
    なる位置に設定するとともに、前記撮影光学系が前記主被写体に対して合焦するように使用者に前記絞り値を、
    
    なる範囲に調節させることを特徴とする焦点制御方法。