JP3102825B2

JP3102825B2 - カメラ

Info

Publication number: JP3102825B2
Application number: JP05298573A
Authority: JP
Inventors: 良昭入江
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 2000-10-23
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: US5589908A; JPH07151950A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮影画面中の画像情報
と同撮影画面中の撮影者の視線位置情報から撮影倍率を
決定するズームカメラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、カメラが被写体に対して自動
的にカメラに装着された撮影レンズのズームレンズを駆
動して撮影倍率を自動的に可変するいわゆるオートズー
ムカメラが提案されている。

【０００３】例えば、特開昭６４−４４４２８号ではカ
メラが被写体までの距離を計測し、その距離に応じて撮
影倍率を予め決定されたプログラムに従って可変すると
いうものが提案されている。また、特開平４−２１３４
１６号においては撮影画面内の撮影者の視線位置に基づ
て撮影倍率を決定するという提案もなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、主被写
体までの距離を計測して、撮影倍率を距離の関数として
も、主被写体の大きさがわからないため正確な撮影倍率
は決定できない。例えば、人物一人を撮影の主被写体と
した時と、集合写真のように多人数の撮影を行う時とで
は最適な撮影倍率は異なるのが当然である。

【０００５】また、単に撮影者の視線位置から撮影倍率
を求めるだけでは極めて多くの視線位置情報を得ない限
り被写体の大きさがわからないため、どの程度撮影レン
ズの焦点距離を変化させて良いのか不明確である。

【０００６】本発明の目的は、このような従来の問題を
解決し、撮影者の意図に忠実に焦点距離を自動的に変更
できるズームカメラを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を実現する
カメラの構成は、撮影画面の被写界像を受光する受光セ
ンサー部と、受光センサー部によって得られた撮影画面
の被写界像を複数の受光領域に分割し、分割された受光
領域毎の被写体距離情報を演算し該被写体距離情報から
複数の該受光領域の集合である撮影被写体候補領域を1
又は２以上選択する画像処理手段と、撮影者の視線位置
を検出する視線位置検出手段を有し、前記視線位置検出
手段で検出された撮影者の視線位置によって前記画像処
理手段より得られた撮影被写体候補領域の中から1 又は
2 以上の撮影被写体を決定し、決定された該撮影被写体
を包括する被写体領域を選択し、該被写体領域が撮影画
面に収まるように撮影レンズの焦点距離を決定する焦点
距離制御手段とを有することを特徴とする。

【０００８】

【実施例】図１〜図１２は本発明の一実施例であり、図
１，図２は本発明にかかる一眼レフカメラの概略図で、
図２は図１のファインダー近辺の光学レイアウトの上面
図である。

【０００９】図１において、１，２，３，４はカメラ本
体に対して固設又は着脱可能な撮影レンズで、便宜上４
枚のレンズ構成をとってあるが、このなかでもレンズ１
はフォーカスレンズ群を表し、モータ，電気回路等から
なるフォーカス駆動部１７によって光軸上を移動するこ
とで撮影レンズの合焦動作を行う。レンズ２，３はズー
ムレンズ群を表し、モータ，電気回路等からなるズーム
駆動部１６によって各々のレンズが光軸上を移動するこ
とにより撮影レンズの焦点距離は短焦点から長焦点まで
の変化が可能である。レンズ４はマスターレンズ群で、
撮影レンズをフィルム面６に結像させるためのものであ
る。５は反射ミラーで、撮影光軸を９０度曲げるための
ものであり、撮影時には撮影光束から回避し、不図示の
シャッター等によりフィルム面の露光量が制御される。
ピント板７はフィールドレンズ部７ｂと前述撮影レンズ
の一次結像面に位置するマット部７ａからなる。５３は
視野マスク、８はファインダー光路変更用のペンタプリ
ズム、９は接眼レンズである。１４は焦点検出用のエリ
アセンサー１２の駆動と信号処理演算を行うための第２
ＭＰＵ（中央処理部）であり、１５は視線検出用エリア
センサー１３の駆動と信号処理やカメラが撮影を行うた
めに必要な諸々の動作を制御するための第１ＭＰＵであ
る。

【００１０】図２において、９は半透過ミラー部９ａを
有したプリズムである。このプリズム９はファインダー
光束を撮影者１１が見えるように一部透過させ、残り光
束を焦点検出用エリアセンサー１３へ導く作用と、撮影
者の眼球２３の像を視線検出用エリアセンサー１２へ導
く作用を合わせ備えている。１９は光路変換用のミラ
ー、２０は周知の位相差方式の焦点検出を行うための２
次結像レンズであり撮影被写界を焦点検出用エリアセン
サー１３に結像させている。２１ａ，２１ｂは撮影者の
眼球２３近傍を照明する赤外発光ダイオードであり、接
眼レンズ１０の近傍に配置されている。１８は撮影者の
眼球を視線検出用エリアセンサー１２に結像させるため
の結像レンズである。

【００１１】次に図３のフローチャートを用いて本実施
例のズームカメラの動作を説明する。

【００１２】＃１００でカメラ本体の電源がＯＮされる
と、カメラ本体の第１ＭＰＵ１５から撮影レンズのズー
ム駆動部１６へ信号が送られ、ズームレンズ群が光軸方
向に移動し、撮影レンズは撮影レンズの最短焦点距離の
状態にセットされる（＃１０１）。次に＃１０２で不図
示の撮影用のレリーズスイッチの半押し（ＳＷ１−Ｏ
Ｎ）がなされると、＃１０３において、エリアセンサー
１３と第２ＭＰＵ１４との間にて撮影画面内の領域を縦
１０個、横１５個に小分割された１５０個の領域（小ブ
ロック）についての焦点（距離）検出処理が行われる。
なお、この処理の詳細は後述する。

【００１３】図５の（Ａ）に＃１０３の処理で得られた
撮影画面上の１５０個の小ブロックの距離情報の例を示
す。各小ブロックに表示された値は、便宜上簡略化した
被写体までの距離（ｍ）である。ただし、値が表示され
ていない小ブロックは距離無限大を意味するものとす
る。

【００１４】また＃１０２のスイッチＳＷ１−ＯＮで、
前述の＃１０３の焦点検出処理と同時に＃１０４ではエ
リアセンサー１２、第１ＭＰＵ１５との間にて撮影者の
視線検出処理が行われる。視線検出処理についての詳細
は後述する。また、撮影者がスイッチＳＷ１をＯＮして
カメラのオートズーム動作が終了する時間と、撮影者の
視線の検出処理に要する時間を考慮して、視線の検出回
数を５回としている。＃１０５では＃１０３の焦点検出
処理と＃１０４の視線検出処理で得られた情報から撮影
者が実際に撮影したい構図の大きさを決定する処理であ
り、図４を用いて説明を行う。

【００１５】図４において、＃４００は前記＃１０３の
焦点検出処理で得られた被写体までの距離情報の加工を
行う。この加工処理は撮影者に近い距離の物体をより精
度良く、遠くの物体を粗くブロック化するためのもの
で、ここでは＃１０３で得られた１５０個の小ブロック
の距離の平方根を取っている。次に、＃４０１では各小
ブロックについてそのブロックに隣接するブロックどう
しを＃４００で得られた各小ブロックの値について比較
し、ここではその差が±２０％以内であれば小ブロック
を同一の中ブロックと見なすものとする。こうして得ら
れた中ブロックの例を図５の（Ｂ）に示す。＃４０２で
は＃１０４で得られた撮影者の５回の視線位置が＃４０
１で得られた１つ以上の中ブロックの内１つでもある特
定の中ブロックの領域に存在している時は、その中ブロ
ックは撮影者の視線によって選択されたものとする。＃
４０３では、こうして視線情報によって選択された１つ
以上の中ブロックがすべて包括されるような大ブロック
を構成するものである。この大ブロックは撮影者が撮影
対象として選んだ全ての対象物を含んだ領域そのもので
ある。＃４０４ではメインルーチンに戻る。

【００１６】図３のフローにおいて、＃１０６では前述
＃４０３で決定された撮影者が撮影したい領域つまり、
大ブロックを一般的な銀塩フィルムの撮影有効縦横寸法
２４×３６ｍｍに最大有効の状態で収めることができる
ように撮影レンズの焦点距離を決定する。つまり、エリ
アセンサー１３の１画素ピッチから撮影レンズ焦点距離
最短時での大ブロックの撮影画面上の縦横寸法が算出で
きるので、フィルムの前述有効寸法との比をとった値を
撮影レンズの最短焦点距離に乗じたものが撮影者が欲す
る撮影画面の撮影レンズの焦点距離ということになる。
＃１０７では＃１０６で決定された撮影レンズの焦点距
離になるように図１のズーム駆動部１６がズームレンズ
群２，３を光軸上で駆動させる。また＃１０８では＃１
０５で決定された、距離のわかっている１つ以上の中ブ
ロックのなかから、撮影者の視線位置が各小ブロックに
属する回数から重み付けをして算出した距離が、撮影レ
ンズの合焦距離位置となるようにフォーカス駆動部１７
が撮影レンズのフォーカスレンズ群１を光軸上で駆動さ
せる。

【００１７】以上の動作で撮影者のカメラの撮影準備が
＃１０９にて終了する。むろんカメラの撮影準備には測
光露出制御等も必要であるが、本発明とは直接の関係は
無いため省略している。

【００１８】図６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本実施例
の効果を示したもので、前述の図５の（Ｂ）において観
察者の視線がブロックの内部で３回、ブロックで２
回検出され、本実施例のオートズームがなされた結果の
撮影画面が図６の（Ａ）で、同視線がブロックだけで
５回検出された結果の撮影画面が図６の（Ｂ）、また図
６の（Ｃ）は同視線がブロックで２回、ブロックで
２回、ブロックで１回検出された結果の撮影画面を表
したものである。

【００１９】次に、撮影画面の画像情報の一つとして得
ることのできる画面上の多数の被写体距離情報を得る手
段１０３について説明することにする。

【００２０】図７は撮影画面の多数の位置における焦点
検出を行うための光学系であり、図１，図２における焦
点検出に関わる光学系についての要約図に相当する。

【００２１】視野マスク５３はレンズ１，２，３，４か
らなる撮影レンズの予定結像面近傍の位置に設けられ、
単一の広い開口７ｃの制限する領域が焦点検出可能な範
囲となる。実際問題として主被写体が撮影画面の端部に
位置することはほとんどありえないため、開口７ｃが制
限する領域は撮影画面の縦横それぞれ８０％程度として
よい。また前記２次結像レンズ２０の手前には絞り板２
２が置かれ、絞り孔２２Ｐ，２２Ｑの各々が各正レンズ
の入射する光束を規制している。絞り板２２の位置はフ
ィールドレンズ７ｂのパワーにより撮影レンズの射出瞳
の位置に概略結像関係に置かれている。一対の正レンズ
２枚からなる２次結像レンズ２０は開口７ｃで決定され
た被写体像を縦横２次元的に光電変換素子を規則正しく
配列させた、いわゆるエリアセンサー（以下ＣＣＤと記
す）の対１３ａと１３ｂ上に再結像する。２つのＣＣＤ
上の被写体像信号は電気情報として読み出され、処理装
置内で焦点検出演算が実行される。

【００２２】ここで、ＣＣＤを用いた図７のような形態
では、光学的に領域を限定する手段を持たないため、電
気的な手段をこうじなければならない。ここでは、広い
範囲で読み出した被写体像情報のなかの特定の領域の情
報を順次、選択的に演算処理することによって、撮影画
面の多数の位置における焦点検出を行っている。

【００２３】図８を用いてさらに詳しく説明すると、同
図において、１３ａ，１３ｂはＣＣＤで、Ｘ方向に１２
０画素、Ｙ方向に６０画素の光電変換素子を有してい
る。該ＣＣＤにはインターフェイス回路５０が接続さ
れ、後述する領域指定や蓄積制御が行われる。インター
フェイス回路５０は処理装置であるマイクロコンピュー
タ５１に接続される。マイクロコンピュータ５１はＭＰ
Ｕ（中央処理部）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（電
気的消去可能プログラマブルＲＯＭ）を有し、ＲＯＭに
格納されているプログラムに従って焦点検出処理を実行
して行く。ＥＥＰＲＯＭには焦点検出領域の位置情報や
ＣＣＤの不良画素の位置情報が調整工程等によってあら
かじめ格納されている。

【００２４】ＲＯＭに格納されている被写体距離検出処
理プログラムの概略フローを図９に示す。

【００２５】マイクロコンピュータ５１が焦点検出処理
を開始すると、ステップ（＃）２００を経て、＃２０１
のＣＣＤ蓄積を実行し、次の＃２０２にて各画素の出力
電圧をＡＤ変換した値をＲＡＭに格納する。次に＃２０
３にてＸ方向８画素、Ｙ方向６画素に対応したある１つ
の小ブロックの２４個の被写体像画素信号をＲＡＭから
取り込み、＃２０４で像信号処理を行う。この処理の
際、実施形の位相差検出タイプでは１次方向の位相差を
検出するものであるから、Ｙ方向の画素信号はＸ方向の
画素単位毎に加算されることによって、１つの小ブロッ
クはＸ方向８個からなる１次元像信号として処理される
こととなる。つまり、図８のＣＣＤ１３ａと１３ｂの一
部である１対の小ブロック５２ａと５２ｂのそれぞれの
像信号が＃２０５で比較処理され、この小ブロックの領
域に対応する撮影領域の焦点検出が可能となる。焦点検
出がなされると周知のごとく、その出力として、デフォ
ーカス量とその方向が得られ、撮影レンズのレンズ繰り
出し量が決定される。従って、＃２０６において、該小
ブロックにおける被写体距離をＤ、撮影レンズの繰り出
し量、焦点距離をそれぞれＰ，ｆとすると、近似的にＤ≒ｆ²／Ｐの関係より、ＣＣＤ１３の一部である８×６画素の１つ
の小ブロックに対応する撮影画面の被写体距離を求める
ことが可能となる。

【００２６】つまり、ＣＣＤ１３は前述の通り、Ｘ，Ｙ
方向に１２０，６０の画素を有しているので、８×６画
素の小ブロックがＸ方向に１５個、Ｙ方向に１０個、計
１５０個のブロックの分割できることになり、＃２０７
ではこれら１５０個すべての小ブロックの被写体距離の
処理を繰り返し行い、最終的には図５（Ａ）に示す様に
撮影画面の内１５０箇所の広範囲に渡って被写体距離を
求めることが可能となる。＃２０８ではメインルーチン
に戻る。

【００２７】次にカメラのファインダーを覗く撮影者
が、カメラのファインダー画面、つまりピント板上のど
の位置を見ているかをカメラが認識する視線検出手段に
ついて説明する。

【００２８】従来より観察者が観察面上のどの位置を観
察しているかを検出する。いわゆる視線（視軸）を検出
する装置（例えばアイカメラ）が種々提供されている。
その視線を検出する方法として、例えば特開平１−２７
４７３６号公報においては、光源からの平行光束を観察
者の眼球の前眼部へ投射し、角膜からの反射光による角
膜反射像と瞳孔の結像位置を利用して視軸を求めてい
る。

【００２９】図１０は視線検出方法の原理説明図であ
り、前述の図２の視線検出を行うための光学系の要約図
に相当する。図１０において２１ａ，２１ｂは観察者に
対して不感の赤外光を放射する発光ダイオード等の光源
であり、各光源は受光レンズ１８の光軸に対してｘ方向
に略対称に配置され観察者の眼球２３を発散照明してい
る。眼球２３で反射した照明光の一部は受光レンズ１８
によってイメージセンサー（以下ＣＣＤと記す）１２に
集光する。図１１の（Ａ）はＣＣＤ１２に投影される眼
球像の概略図、同図（Ｂ）はＣＣＤ１２の出力強度図で
ある。図１２は視線検出の概略フローを表したものであ
る。以下各図を用いて視線の検出手段を説明する。

【００３０】図１２において、＃３００で視線検出が開
始すると、まず視線検出回数のカウンターがＮ＝１にセ
ットされ、＃３０２において、光源２１ａ，２１ｂは観
察者の眼球２３に向けて赤外光を放射し、これによって
照明された観察者の眼球像は受光レンズを通してＣＣＤ
１２上に結像し、ＣＣＤ１２の蓄積動作により光電変換
がなされ、眼球像は電気信号として処理が可能となる。
＃３０３では、＃３０２において得られた眼球像の情報
から光源２１ａ，２１ｂの角膜反射像の座標と瞳孔２６
の中心座標を求める。光源２１ｂより放射された赤外光
は観察者の眼球２３の角膜２４を照明し、このとき角膜
２４の表面で反射した赤外光の一部により形成される角
膜反射像ｄ（虚像）は受光レンズ１８により集光されＣ
ＣＤ１２上の座標Ｘｄに結像する。同様に光源２１ａよ
り放射された赤外光は眼球の角膜２３を照明し、このと
き角膜２４の表面で反射した赤外光の一部により形成さ
れた角膜反射像ｅは受光レンズ１８により集光されＣＣ
Ｄ１２上の座標Ｘｅに結像する。また虹彩２５の端部
ａ，ｂからの光束は受光レンズ１８を介してＣＣＤ１２
上の座標Ｘａ，Ｘｂに該端部ａ，ｂの像を結像する。受
光レンズ１８の光軸に対する眼球２３の光軸の回転角θ
が小さい場合、瞳孔２６の中心位置ｃの座標Ｘｃは、Ｘｃ≒（Ｘａ＋Ｘｂ）／２と表わされる。

【００３１】さらに、＃３０４では眼球像の結像倍率β
を算出する。βは受光レンズ１８に対する眼球２３の位
置により決まる倍率で、実質的には角膜反射像の間隔｜
Ｘｄ−Ｘｅ｜の関数として求めることができる。また＃
３０５では角膜反射像Ｐｄ及びＰｅの中点のｘ座標と角
膜２４の曲率中心Ｏのｘ座標ｘｏとはほぼ一致するた
め、角膜２４の曲率中心Ｏと瞳孔２６の中心Ｃまでの標
準的な距離をＯＣとすると眼球２３の光軸のｚ−ｘ平面
内の回転角θｘは、 β＊ＯＣ＊ＳＩＮθｘ≒｛（Ｘｄ＋Ｘｅ）／２｝−Ｘｃ（１）の関係式を略満足することから求めることができる。

【００３２】また図１０，１１においては、観察者の眼
球がｚ−ｘ平面（例えば水平面）内で回転する場合の回
転角θｘを算出する例を示しているが、観察者の眼球が
ｙ−ｚ平面（例えば垂直面）内で回転する場合の回転角
θｙの算出方法も同様である。観察者の眼球２３の光軸
の回転角θｘ，θｙが算出されると、３０６において、
例えば一眼レフカメラにおいては観察者が見ているピン
ト板上７ｃの位置（Ｘ，Ｙ）はＸ＝ｍ *（Ａｘ＊θｘ＋Ｂｘ）（２）Ｙ＝ｍ *（Ａｙ＊θｙ＋Ｂｙ）（３）と求められる。ただし、ｍはカメラのファインダー光学
系で決まる定数で回転角をピント板上７ｃの座標に変換
する変換係数である。また、Ａｘ，Ｂｘ，Ａｙ，Ｂｙは
観察者の視線の個人差を補正する視線補正係数で、観察
者に位置の異なる二つの視標を見てもらい各視標注視時
に算出された複数の眼球の回転角から前記係数を求める
ことが可能である。＃３０７では視線検出回数Ｎのチェ
ックを行い、Ｎが５未満の場合には＃３０８でカウンタ
ーがＮ＝Ｎ＋１にセットされ＃３０２に戻り、Ｎ＝５に
なると視線検出は終了し、＃３０９でメインルーチンに
戻る。

【００３３】図１３は本発明の他の実施例である。

【００３４】図１３において、８０はエリアセンサー
（以降ＣＣＤと記す）であり、８１は撮影画面をＣＣＤ
８０上に２次結像させるための結像レンズである。つま
り、図１３は前述の実施例で説明した図２における焦点
検出手段に関する光学系を単一エリアのＣＣＤ８０に置
き換えたものである。

【００３５】ＣＣＤ８０は例えば縦１００画素、横１５
０画素程度のものであり、２次結像された撮影画面の像
は光電変換され、その各画素の出力は不図示のＭＰＵに
て画像処理がなされ、前述した実施例の中ブロックに相
当するものが決定される。この画像処理は、例えば隣接
画素がある閾値以内であればブロックと見なす手段や、
数画素連続で出力が単調増加し、再び減少すると被写体
のエッジと見なし、それら多数のエッジから発生する境
界からブロックを構成する手法が考えられる。ブロック
が構成できれば、第１の実施例と同様に撮影者の視線位
置に応じて撮影に必要なブロックを選択することで撮影
レンズの焦点距離を決定することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、撮影被写界像を画像情報とし
て取り込み、該画像情報から１つ以上の撮影被写体候補
を選び出し、撮影者の視線位置情報を利用して、実際の
撮影に必要な１つ以上の撮影被写体を前記撮影被写体候
補のなかから決定し、それら決定された撮影被写体が撮
影画面に適切な大きさになるような撮影レンズの焦点距
離を決定することにより、撮影者が撮影したい構図を得
ることのできるズームカメラを提供することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の概略図。

【図２】図１の一部概略図。

【図３】図１の第１の実施例の動作を示すフローチャー
ト。

【図４】図３における被写体距離情報処理の動作を示す
フローチャート。

【図５】図４における被写体距離情報処理の概念を示す
図。

【図６】図５による被写体距離情報処理の効果を示す
図。

【図７】焦点検出の原理を示す光学系の斜視図。

【図８】焦点検出の原理を示す装置のブロック図。

【図９】エリア焦点検出の動作を示すフローチャート。

【図１０】視線検出の原理を示す図。

【図１１】視線検出の原理を示す図。

【図１２】視線検出の動作を示すフローチャート。

【図１３】第２の実施例の概略図。

【符号の説明】

１…フォーカスレンズ群２，３…ズーム
レンズ群９…光分割プリズム１０…アイピー
スレンズ１２…視線検出用ＣＣＤ１３…焦点検出
用ＣＣＤ１６…ズーム駆動部１７…フォーカ
ス駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 7/02 - 7/105 G02B 7/28 - 7/40 G03B 13/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影画面の被写界像を受光する受光セン
サー部と、受光センサー部によって得られた撮影画面の
被写界像を複数の受光領域に分割し、分割された受光領
域毎の被写体距離情報を演算し該被写体距離情報から複
数の該受光領域の集合である撮影被写体候補領域を1 又
は２以上選択する画像処理手段と、撮影者の視線位置を
検出する視線位置検出手段を有し、前記視線位置検出手
段で検出された撮影者の視線位置によって前記画像処理
手段より得られた撮影被写体候補領域の中から1 又は2
以上の撮影被写体を決定し、決定された該撮影被写体を
包括する被写体領域を選択し、該被写体領域が撮影画面
に収まるように撮影レンズの焦点距離を決定する焦点距
離制御手段とを有することを特徴とするカメラ。
【請求項２】請求項1 において、前記被写体領域の大
きさが最大となるように前記撮影レンズの焦点距離を決
定する焦点距離制御手段を有することを特徴とするカメ
ラ。
【請求項３】請求項1 又は２において、前記撮影被写
界の画像情報はエリアセンサから得られる輝度信号であ
ることを特徴とするカメラ。
【請求項４】請求項１において、前記撮影レンズはカ
メラ本体に固設又は着脱可能なズームレンズであること
を特徴とするカメラ。