JP4998308B2 - 焦点調節装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は焦点調節装置と撮像装置に関する。

人物の目の位置を検出し、目の位置に対応する焦点検出エリアにおいて撮影レンズの焦点調節を行うようにした撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開２００５−１２８１５６号公報

しかしながら、撮影画面内の人物の顔の大きさや顔の向きによっては、必ずしも目に対して合焦させるのが最良とは限らず、また十字型の焦点検出エリアでは縦方向のエリアと横方向のエリアのいずれを用いて焦点調節するかを選択する必要がある。

（１）請求項１の発明は、撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像手段と、被写体像に基づいて被写体の部位を認識する認識手段と、撮影光学系による画面内に設定された焦点検出位置に関する撮影光学系の像に応じた焦点検出信号に基づいて、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、認識した被写体の部位に応じて焦点検出位置における焦点検出信号の検出方向を決定する検出方向決定手段とを備える。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、焦点検出位置は焦点検出信号の検出方向が互いに異なる複数の焦点検出領域が交差しており、検出方向決定手段は、認識した被写体の部位に応じて複数の焦点検出領域のそれぞれに優先順位を設定する。
（３）請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、焦点検出位置は画面内に複数設定されており、被写体の撮影倍率を検出する倍率検出手段と、認識した被写体の部位に対応する焦点検出位置のうち、撮影倍率に応じて焦点検出位置を選択する選択手段とを備える。
（４）請求項４の発明は、請求項３に記載の焦点検出装置において、被写体像に基づいて被写体の向きを検出する向き検出手段を備え、選択手段は被写体の向きに応じて焦点検出位置を選択する。
（５）請求項５の発明は、請求項３または請求項４に記載の焦点検出装置において、選択手段は、撮影倍率が所定倍率よりも小さい場合に、撮影倍率に応じた焦点検出位置の選択を禁止する。
（６）請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、検出方向に関して焦点検出手段により検出された焦点調節状態に基づいて撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備える。
（７）請求項７の発明は、請求項６に記載の焦点調節装置において、焦点検出手段は、撮影光学系による被写体像のコントラストに関する焦点評価値を焦点調節状態として検出し、焦点調節手段は、焦点評価値が最大となる位置を合焦位置として撮影光学系を位置決めする。
（８）請求項８の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えた撮像装置である。
（９）請求項９の発明は、請求項８に記載の撮像装置において、撮影光学系による被写体像を撮像する第２撮像手段を備え、撮像手段は、第２撮像手段とは異なる位置に配置されて被写体の明るさを測光する測光手段である。
（１０）請求項１０の発明は、撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像手段と、前記被写体像に基づいて被写体の顔の部位を認識する認識手段と、前記撮影光学系による画面内に設定された焦点検出位置に関する前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、前記被写体の撮影倍率を検出する倍率検出手段と、前記認識した被写体の顔の部位に対応する前記焦点検出位置のうち、前記撮影倍率に応じて前記焦点検出位置を選択する選択手段とを備える。
（１１）請求項１１の発明は、請求項１０に記載の焦点検出装置において、前記被写体像に基づいて前記被写体の顔の向きを検出する向き検出手段を備え、前記選択手段は、前記被写体の顔の向きに応じて前記焦点検出位置を選択する。
（１２）請求項１２の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の焦点検出装置と、選択手段によって選択された焦点検出位置について検出された焦点調節状態に基づいて撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備える焦点調節装置である。

本発明によれば、被写体に応じた最適な焦点検出を行うことができる。

本願発明の焦点調節装置および撮像装置を一眼レフレックス・デジタルカメラに適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明は、一眼レフレックスカメラに限定されず、コンパクトカメラなど多くのカメラに適用することができる。

図１は一実施の形態の一眼レフレックス・デジタルカメラの構成を示す。撮影レンズ１はフォーカシングレンズ、ズーミングレンズ、絞りなどを備え、撮像面に被写体像を結像させる。クイックリターンミラー２は被写体からの光束を撮像素子またはファインダーへ選択的に導くミラーであり、中央部はハーフミラーになっている。撮影前は、クイックリターンミラー２が図示のように撮影光路内に設定され、被写体光が反射してファインダーへ導かれるとともに、ハーフミラー部を透過した被写体光の一部がサブミラー７を介して焦点検出部へ導かれる。一方、撮影時には、クイックリターンミラー２は撮影光路から退避され、被写体光が撮像部へ導かれる。

ファインダースクリーン３には撮影レンズ１により被写体像が結像され、ペンタプリズム４および接眼レンズ５を介して撮影者に視認される。撮像素子６はＣＣＤやＣＭＯＳから構成され、撮影レンズ１により受光面に結像された被写体像を画像信号に変換して出力する。なお、撮像素子６の前面には、赤外光をカットするための赤外カットフィルターや、画像の折り返しノイズを防止する光学的ローパスフィルターが配置されるが、図１ではこれらの図示を省略する。サブミラー７は、撮影前にクイックリターンミラー２の中央ハーフミラー部を透過した被写体光を反射して焦点検出部へ導く。なお、撮影時にはサブミラー７はクイックリターンミラー２とともに撮影光路から退避される。

位相差ＡＦ(Auto Focus)検出素子８は、焦点検出用の被写体光をマスク（不図示）により一対の光束に分離して一対のラインセンサー上に一対の像を再結像させ、撮影レンズ１の焦点調節状態を示す一対の像のズレ量を検出する。ＡＦ−ＣＣＤ制御部９は、撮影画面内の複数のＡＦエリアに対応して設定されたＡＦ用のＣＣＤセンサー（不図示、以下ＡＦセンサーという）の適切なゲインと蓄積時間を制御し、各ＡＦエリアごとに蓄積された電荷信号の読み出しを行う。デフォーカス演算部１０は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部９により読み出した各ＡＦエリアごとの電荷信号に基づいて、撮影レンズ１の焦点調節状態を示すデフォーカス量を演算する。

レンズ駆動量演算部１１は、デフォーカス演算部１０により演算されたデフォーカス量に基づいてデフォーカス量が０となる目標位置までのフォーカシングレンズの駆動量を演算する。レンズ駆動制御部１２はフォーカシングレンズを駆動するアクチュエーター１３を駆動制御し、目標駆動量にしたがってフォーカシングレンズの焦点調節を行う。ファインダー４へ導かれた被写体光の一部は測光用レンズ１４を介して測光センサー１５へ導かれ、被写体の明るさが測定される。操作部材１６には、ＡＦエリア選択スイッチ、撮影モード選択スイッチ、シャッターボタンの半押しスイッチおよび全押しスイッチなど、カメラを操作するための各種スイッチ類が含まれる。

制御装置１７はマイクロコンピューターとＡ／Ｄコンバーター、メモリなどの周辺部品から構成され、カメラのシーケンス制御や各種演算を行う。

図２は、ファインダーから視認される撮影画面内のＡＦエリア（図中に正方形の太枠で示す）２０と、各ＡＦエリア２０に対応するＡＦセンサー２１、２２とを重ねて描いた図である。この一実施の形態では４７個のＡＦエリアを撮影画面内に配置した例を示す。中央部の４５個のＡＦエリア２０は縦方向のエリアと横方向のエリアが十字型に交差したものであり、縦エリアと横エリアはそれぞれ別個のＡＦセンサー２１、２２を有し、それぞれ独立に焦点検出を行うことができる。なお、左右両側のＡＦエリア２０は縦方向のエリアのみから構成され、縦方向のＡＦセンサー２１が配置される。

図３は、撮影画面いっぱいに人物の顔を捕捉したときのファインダー像を示す。被写体（顔）の倍率が大きく、顔の部分に複数のＡＦエリア２０が対応している。一方、図４は、撮影画面内に小さな人物の顔を捕捉したときのファインダー像を示す。被写体（顔）の倍率が小さく、顔の部分には図３に比べて少ないＡＦエリア２０が対応している。

上述したように、撮影画面内の人物の顔の大きさや顔の向きによっては、必ずしも目に対して合焦させるのが最良であるとは限らず、また十字型のＡＦエリア（クロスエリア）では縦方向のエリアと横方向のエリアのいずれを用いて焦点調節するかを選択する必要がある。

そこで、この一実施の形態では、クロスエリアにおいて、縦エリアと横エリアのどちらで捕捉するか、あるいは両エリアの焦点検出結果の平均を採用するのか、さらには焦点検出結果の至近側または高コントラスト側を採用するのかを、表１に示すように目、鼻、耳、口、輪郭、その他顔内部などの顔の部位ごとに予め決定しておく。そして、それらの部位にクロスエリアが対応した場合には各部位ごとに表１にしたがってＡＦエリアを選択する。

表１において、クロスエリアが目の部位に対応した場合には縦エリアを選択し、縦エリアのＡＦセンサーの出力に基づいて焦点検出を行う。人物の目は、縦方向のコントラストが横方向に比べて鮮明になる確率が高いので、確実に焦点検出を行うことができる。クロスエリアが人物の鼻の部位に対応した場合には、縦エリアと横エリアではコントラストの差が少ないと考えられるので、この場合には縦エリアと横エリアの内の至近の焦点検出結果が得られるエリアを選択する。クロスエリアが耳の部位に対応した場合にも、縦エリアと横エリアではコントラストの差が少ないと考えられるので、この場合には縦エリアと横エリアの内の高コントラストのエリアを選択するか、または両エリアの焦点検出結果の平均を採用する。

クロスエリアが口の部位に対応した場合には、縦方向のコントラストが横方向に比べて鮮明になる確率が高いので、縦エリアを選択する。クロスエリアが顔の輪郭に対応した場合には、横方向のコントラストが縦方向に比べて鮮明になる確率が高いと考えられるので、横エリアを選択する。一方、クロスエリアがその他の顔の内部に対応した場合には、縦エリアと横エリアの内の高コントラストのエリアを選択するか、または両エリアの焦点検出結果の平均を採用する。

次に、図３に示すように撮影画面いっぱいに人物の顔を捕捉したときに、目以外の顔の部位がそれぞれ別のＡＦエリアに対応することになるが、必ずしも目に対して合焦させるのが最良であるとは限らないため、この一実施の形態では、撮影画面内の人物の顔の大きさすなわち顔の倍率と顔の向きに応じて、顔の各部位に対応するＡＦエリアに対してどれを優先的に選択するかを設定する。

表２は顔の倍率と顔の向きに応じて設定された、顔の部位に対するＡＦエリアの採用優先順位を示す。

顔の倍率が大きく、かつ顔がカメラに対し正面を向いている場合には、鼻の部位に対応するＡＦエリアの優先順位を最も高くし、以下、表２および対応図５(ａ)に示すような採用優先順位とする。これにより、目の部位にピントを合わせるよりも顔全体のベストピントの写真が得られる。顔の倍率が小さく、かつ顔がカメラに対し正面を向いている場合には、目の部位に対応するＡＦエリアの優先順位を最も高くし、以下、表２および対応図５(ｂ)に示すような採用優先順位とする。

顔の倍率が大きく、かつ顔がカメラに対し横を向いている場合には、耳の部位に対応するＡＦエリアの優先順位を最も高くし、以下、表２および図５(ｃ)に示すような採用優先順位とする。顔の倍率が小さく、かつ顔がカメラに対し横を向いている場合には、目の部位に対応するＡＦエリアの優先順位を最も高くし、以下、表２および図５(ｄ)に示すような採用優先順位とする。

図６は一実施の形態の焦点調節動作を示す示すフローチャートである。ステップ１０１において、制御装置１７（図１参照）のマイクロコンピューターは、操作部材１６のレリーズボタン半押しスイッチがオンすると焦点調節動作を開始する。ステップ１０２で図７に示すサブルーチンを実行して顔検出処理を行う。この顔検出処理については後述する。続くステップ１０３では図８および図９に示すエリア選択処理サブルーチンを実行して焦点調節を行うＡＦエリアを選択する。このエリア選択処理については後述する。

ステップ１０４において、焦点調節を行うＡＦエリアに選択されたエリアにおいて検出されたデフォーカス量に基づいて、現在のレンズ位置から目標とするレンズ位置までのレンズ駆動量を演算する。ステップ１０５で、撮影レンズ１（図１参照）のフォーカシングレンズを駆動制御して目標レンズ位置まで駆動する。

図７は、一実施の形態の顔検出処理サブルーチンを示すフローチャートである。ステップ２０１において人物の肌色部分および肌色相の面積を抽出する。続くステップ２０２では抽出された人物情報に基づいて顔の幅を計算する。撮影レンズ１からレンズ情報を入手し、レンズ情報に含まれる被写体距離と焦点距離に基づいて被写体像の倍率を演算し、顔の幅を推定する。ステップ２０３では、ステップ２０１および２０２で求めた情報に基づいて人物の顔の面積を計算する。この時点で人物の顔の輪郭が認識される。

ステップ２０４において顔の輪郭などの情報に基づいて顔の各部位、すなわち目、鼻、口、耳などの位置情報を抽出する。続くステップ２０５では抽出した顔情報の信頼値を算出する。顔面積情報が人物の顔の大きさに即した大きさであり、かつ顔の各部位の情報が得られれば、人物の顔情報の信頼性は高いものとする。ステップ２０６において人物の顔情報に対応するＡＦエリアを抽出する。

ステップ２０７で、人物の顔情報に基づいて顔の各部位に対応するＡＦエリアがクロスエリアの場合には、表１に示す選択テーブルにしたがって縦エリア、横エリア、高コントラストを示すエリア、両エリアの焦点検出結果の平均、あるいは至近の焦点検出結果を示すエリアなど、クロスエリアにおける焦点調節エリアを選択する。

図８および図９は、一実施の形態のエリア選択処理サブルーチンを示すフローチャートである。ステップ３０１において、図７に示す顔検出処理で顔位置に対応するＡＦエリアが存在するか否かを確認する。顔位置に対応するＡＦエリアがある場合はステップ３０２へ進み、図７に示す顔検出処理で算出された人物の顔情報の信頼度に基づいて、顔情報に信頼性があるか否かを判定する。

顔位置に対応するＡＦエリアが存在し、かつ顔情報の信頼性がある場合にはステップ３０３へ進み、人物の顔に対応するＡＦエリアのセンサーゲインおよび電荷蓄積時間を最適にするためのＣＣＤ蓄積制御を行う。ステップ３０４で顔位置に対応するＡＦセンサーから電荷蓄積データを読み出し、続くステップ３０５で読み出した電荷蓄積データに基づいてデフォーカス量を演算する。ステップ３０６で、顔位置に対応するすべてのＡＦエリアで電荷蓄積データの読み出しとデフォーカス量演算が終了したか否かを確認し、終了していなければステップ３０４へ戻って顔位置に対応する残りのＡＦエリアで上述した処理を行う。

顔位置に対応するすべてのＡＦエリアでデフォーカス量を算出したらステップ３０７へ進み、人物がカメラに対してどの方向を向いているかを判定する。この一実施の形態ではカメラに対して正面を向いているか、または横を向いているかを判定する例を示すが、カメラに対する顔の向きは正面と横に限らず、斜め方向や反対向きなどを加えてもよい。

次に、図９のステップ３０８〜３１４において、人物の顔の倍率と顔の向きに応じて、顔の各部位に対応するＡＦエリアの中から焦点調節を行うＡＦエリアに採用する採用優先順位を設定する。顔の倍率が大きく、かつ顔がカメラに対して正面を向いている場合は、ステップ３１０で表２および図５(ａ)に示す採用優先順位を設定する。

顔の倍率が大きく、かつ顔がカメラに対して横を向いている場合は、ステップ３１１で表２および図５(ｂ)に示す採用優先順を設定する。顔の倍率が小さく、かつ顔がカメラに対して正面を向いている場合には、ステップ３１３で表２および図５(ｃ)に示す採用優先順位を設定する。顔の倍率が小さく、かつ顔がカメラに対し横を向いている場合には、ステップ３１４で表２および図５(ｄ)に示す採用優先順位を設定する。

顔の倍率と向きに応じた採用優先順を設定した後のステップ３１５において、採用優先順位の高い方のＡＦエリアから信頼性のあるデフォーカス量が得られているか否かを確認する。続くステップ３１６で、採用優先順位の顔部位に対応するＡＦエリアのいずれかで信頼性のあるデフォーカス量が得られ、採用エリアを決定できるか否かを確認する。

このとき、必ずしも採用優先順位が最も高い部位のＡＦエリアで信頼性のあるデフォーカス量が得られるとは限らず、第２順位、第３順位あるいはもっと低い順位のＡＦエリアでようやく信頼性のあるデフォーカス量が得られることがある。いずれにしても、顔の部位に対応するＡＦエリアの内のいずれかのＡＦエリアで信頼性のあるデフォーカス量が得られれば、採用優先順位に拘わらず焦点調節を行う採用エリアとし、エリア選択処理を終了する。なお、顔の各部位に対応するすべてのＡＦエリアで信頼性のあるデフォーカス量が得られず、採用エリアを決定できない場合はステップ３１７へ進み、採用エリア無しとして処理を終了する。

ステップ３０１で顔位置に対応するＡＦエリアが存在しない場合、またはステップ３０２で顔情報の信頼性がないと判定された場合にはステップ３１８へ進み、今回のＡＦモードがカメラが所定のアルゴリズムにしたがっていずれかのＡＦエリアを自動的に選択する自動選択ＡＦモードであるか否かを確認する。自動選択ＡＦモードが設定されている場合はステップ３１９へ進み、通常の自動選択ＡＦモードの処理を実行する。なお、この自動選択ＡＦモードの処理については本願発明と直接関係がないので説明を省略する。一方、自動選択ＡＦモードでない場合はステップ３２０へ進み、手動選択ＡＦモードが設定されているとして撮影者が操作部材１６のエリア選択スイッチで選択したＡＦエリアを焦点調節を行う採用エリアとする。

なお、上述した一実施の形態では、瞳分割型位相差検出方式ＡＦを例に挙げて説明したが、これは撮像素子とは独立した焦点検出素子によるもののほか、撮像画素配列中に焦点検出用の画素を混在して配置した撮像素子で焦点検出するものであってもよい。フォーカシングレンズを移動させながら撮像素子の映像信号から画像の先鋭度を示す信号、例えば画像の高周波成分やコントラストなどを抽出し、ハイパスフィルターやバンドパスフィルターあるいはフーリエ変換などの処理を施すことによって先鋭度が最大になる位置を検出し、その位置にフォーカシングレンズを調節するコントラスト方式ＡＦに対しても本願発明を適用することができる。このコントラスト方式ＡＦの場合には、人物の顔の倍率と顔の向きに応じて撮像画像における先鋭度の検出方向を変えるようにすればよい。

一実施の形態の一眼レフレックス・デジタルカメラの構成を示す図 一実施の形態の撮影画面内のＡＦエリアの配置を示す図 撮影画面いっぱいに人物の顔を捕捉したときのファインダー像を示す図 撮影画面内に小さな人物の顔を捕捉したときのファインダー像を示す図 顔の倍率と向きに応じたＡＦエリアの採用優先順位を示す図 一実施の形態の焦点調節動作を示すフローチャート 一実施の形態の顔検出処理サブルーチンを示すフローチャート 一実施の形態のエリア選択処理サブルーチンを示すフローチャート 図８に続く、一実施の形態のエリア選択処理サブルーチンを示すフローチャート

符号の説明

６；撮像素子、８；位相差ＡＦ検出素子、１０；デフォーカス演算部、１１；レンズ駆動量演算部、１２；レンズ駆動制御部、１５；測光センサー、１７；制御装置

Claims (12)

1. 撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像手段と、
   前記被写体像に基づいて被写体の部位を認識する認識手段と、
   前記撮影光学系による画面内に設定された焦点検出位置に関する前記撮影光学系の像に応じた焦点検出信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
   前記認識した被写体の部位に応じて前記焦点検出位置における前記焦点検出信号の検出方向を決定する検出方向決定手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記焦点検出位置は、前記焦点検出信号の検出方向が互いに異なる複数の焦点検出領域が交差しており、
   前記検出方向決定手段は、前記認識した被写体の部位に応じて前記複数の焦点検出領域のそれぞれに優先順位を設定することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記焦点検出位置は、前記画面内に複数設定されており、
   前記被写体の撮影倍率を検出する倍率検出手段と、
   前記認識した被写体の部位に対応する前記焦点検出位置のうち、前記撮影倍率に応じて前記焦点検出位置を選択する選択手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項３に記載の焦点検出装置において、
   前記被写体像に基づいて前記被写体の向きを検出する向き検出手段を備え、
   前記選択手段は、前記被写体の向きに応じて前記焦点検出位置を選択することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の焦点検出装置において、
   前記選択手段は、前記撮影倍率が所定倍率よりも小さい場合に、前記撮影倍率に応じた前記焦点検出位置の選択を禁止することを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   前記検出方向に関して前記焦点検出手段により検出された焦点調節状態に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備えることを特徴とする焦点調節装置。
7. 請求項６に記載の焦点調節装置において、
   前記焦点検出手段は、前記撮影光学系による被写体像のコントラストに関する焦点評価値を前記焦点調節状態として検出し、
   前記焦点調節手段は、前記焦点評価値が最大となる位置を合焦位置として前記撮影光学系を位置決めすることを特徴とする焦点調節装置。
8. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする撮像装置。
9. 請求項８に記載の撮像装置において、
   前記撮影光学系による被写体像を撮像する第２撮像手段を備え、
   前記撮像手段は、前記第２撮像手段とは異なる位置に配置されて前記被写体の明るさを測光する測光手段であることを特徴とする撮像装置。
10. 撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像手段と、
    前記被写体像に基づいて被写体の顔の部位を認識する認識手段と、
    前記撮影光学系による画面内に設定された焦点検出位置に関する前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
    前記被写体の撮影倍率を検出する倍率検出手段と、
    前記認識した被写体の顔の部位に対応する前記焦点検出位置のうち、前記撮影倍率に応じて前記焦点検出位置を選択する選択手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
11. 請求項１０に記載の焦点検出装置において、
    前記被写体像に基づいて前記被写体の顔の向きを検出する向き検出手段を備え、
    前記選択手段は、前記被写体の顔の向きに応じて前記焦点検出位置を選択することを特徴とする焦点検出装置。
12. 請求項１０または請求項１１に記載の焦点検出装置と、
    前記選択手段によって選択された焦点検出位置について検出された焦点調節状態に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行う焦点調節手段とを備えることを特徴とする焦点調節装置。
    

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