JP5296307B2 - デジタル撮像システムでの自動焦点を改善するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル撮像システムの分野に関し、詳細には、デジタル・カメラなどのデジタル撮像システムにおける改良型の自動焦点に関するシステムおよび方法に関する。

デジタル・カメラなどのデジタル撮像システムは、人気が上昇し続けており、比較的容易にユーザがイメージを取り込む（すなわち写真を撮る）ことができるようにする。デジタル撮像システムは通常、デジタル・イメージを含む光を、光路を通じて光センサ・アレイに導くレンズを含む。自動焦点システム（ならびに自動露出またはフラッシュなどのその他の自動化）は、そのようなシステムをより使い易くすることによってユーザ体験を改善するので、多くの場合デジタル撮像システムの重要な部分である。イメージ内の対象がデジタル撮像システムに対して「合焦」している（すなわち、可能な最もはっきりした設定である）かどうかは、レンズとセンサ・アレイとの間の距離、レンズ焦点距離、露出開口、および被写体までの距離を含むいくつかの要素に依存する。対象が合焦しているかどうかに被写体距離が影響を及ぼすので、イメージ内のある対象が「合焦」しており、他の対象が「焦点外れ」である可能性がある。自動焦点システムは通常、所望の被写体の可能な最もはっきりした像が光センサ・アレイ上に投射されるまで、デジタル撮像システムのレンズの一部を内側および外側に移動する合焦モータを含む。手動フォーカス・システムでは、ユーザは、ファインダ内のイメージ（またはイメージの一部）が合焦しているように見えるまで、レンズ上の合焦リングを回すことになる。

自動焦点システムは通常、能動的自動焦点、受動的自動焦点、またはそれら２つの組合せに依拠し、視野内の１つまたは複数の自動焦点センサを使用する。能動的自動焦点システムは、（例えば音響信号または赤外線信号を使用して）被写体までの距離を測定し、それに応じて光学系の焦点を調節する。受動的システムは、入射イメージ自体を解析し、最良の焦点を探索してレンズを後方および前方に駆動するものであり、位相検出システムおよびコントラスト測定システムを共に含むことができる。多くのセンサを備える複雑な自動焦点システムは、デジタル撮像システムのコストおよび複雑さを著しく増大させる可能性がある。自動焦点センサは比較的コストが高く、より正確なセンサ（例えば、水平および垂直能力）は依然としてよりコストがかかるからである。最も高価なデジタル一眼レフ（ＤＳＬＲ）カメラを除いて、ユーザの視野内にある自動焦点センサは一般には数個だけである。自動焦点センサは視野を完全にはカバーしないので、ユーザが合焦させたい被写体は、自動焦点センサの真下にはないことがあり、被写体に合焦させることが難しくなる。この場合、ユーザは一般に、自動焦点ポイント（中央の自動焦点センサが通常は最も正確であるので、通常は中央の自動焦点センサ）が注目のエリアに来るまでカメラを回転し、次いで焦点をロックする。焦点をロックした後、ユーザは、被写体をフレーム内の所望の位置に再配置し、次いで露光を行うことができる。

しかし、焦点深度（ＤＯＦ）が、望ましいものとして構成されたシーンと焦点ロック中に構成されたシーンとの間の被写体距離の差に比べて小さいとき、自動焦点をロックし、再配置するという解決策は、往々にして受け入れられない結果をもたらす。ポートレイト（大きい開口によって生み出される非常に小さいＤＯＦが、多くの場合美的に望ましい）を撮影するユーザは、例えば、被写体の目に焦点をロックすることがあるが、ユーザが再構成するとき、焦点面は目の後ろとなる。したがって、ＤＯＦが小さすぎる場合、被写体の目が焦点外れとなり、得られる写真は望ましくないものとなる。ＤＯＦは、撮像センサ・サイズ、撮像レンズ焦点距離、露出開口、および被写体距離に応じて変化する可能性がある。被写体距離が近く、または露出開口が大きく、あるいはその両方であると共に、ＤＯＦが小さい場合、問題が悪化し、受け入れられない焦点シフトが導入される。したがって、デジタル撮像システム用の改良型の自動焦点を提供するための効果的なシステムが求められている。

上記で識別された問題は、デジタル撮像システムにおける改良型の自動焦点のための開示のシステムおよび方法によって大部分が対処される。各実施形態は、被写体イメージに対するレンズ・フォーカスのロッキングに応答して、初期被写体焦点距離および初期姿勢を求めること、および露光を求める要求に応答して、最終的姿勢を求めることを含み得る。各実施形態は、初期被写体焦点距離および焦点補正距離に基づいて、最終目標被写体距離を求めることも含み得、焦点補正距離は、初期姿勢と最終的姿勢との間の差に基づく。各実施形態は、最終目標被写体距離でレンズを合焦させることも含み得る。別の実施形態は、最終目標被写体距離でレンズを合焦させた後に、イメージを露光することを含み得る。

別の実施形態は、ユーザから焦点ロック・コマンドおよび露光コマンドを受け取るユーザ・インターフェース・モジュールと、デジタル・イメージを生成するイメージ取込みモジュールとを有するデジタル撮像システムを提供する。このシステムは、レンズを自動的に合焦させる自動焦点システム・モジュールも含み得、自動焦点システム・モジュールは、レンズが合焦しているかどうかを判定する１次自動焦点システムを有する。自動焦点システム・モジュールは、焦点ロック・コマンドに応答して初期姿勢の表示を受け取り、露光コマンドに応答して最終的姿勢を受け取る姿勢センサ・インターフェースも有し得る。自動焦点システム・モジュールは、初期姿勢および最終的姿勢に基づいて焦点補正距離を求める自動焦点補正モジュールもさらに含み得、１次自動焦点システムは、露光が行われる前に焦点補正距離に基づいてレンズ焦点を補正する。

別の実施形態は、ハウジングと、デジタル撮像システムの動作を制御する、ハウジング内のプロセッサと、自動焦点システムと、プロセッサと通信する、ハウジング内の光センサ・アレイとを有するデジタル撮像システムを提供し、光センサ・アレイは、光に応答してイメージを生成する。このシステムは、焦点ロック・コマンドに応答して初期姿勢を求め、シャッタ・リリース・コマンドに応答して最終的姿勢を求める姿勢センサをさらに含み得る。システムのプロセッサは、初期姿勢と最終的姿勢との差に基づいて焦点補正距離を求め得、焦点補正距離に基づいて焦点を修正し得る。別の実施形態では、姿勢センサはＭＥＭＳベースのセンサでよい。

本発明の利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照するときに明らかとなるであろう。添付の図面では、同様の符号が類似の要素を示すことがある。

添付の図面に示される本発明の例示的実施形態を以下で詳細に説明する。例示的実施形態は、本発明がはっきりと伝わるような詳細なものである。しかし、提供される詳細の程度は、実施形態の予期される変形形態を限定するものではなく、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨および範囲に含まれるすべての修正形態、均等物、および代替実施形態が包含されるものとする。以下の説明は、そのような実施形態が当業者に明らかとなるように意図される。

概括的に言えば、デジタル・カメラなどのデジタル撮像システムにおける自動焦点を改善するシステムおよび方法が開示される。各実施形態は、被写体イメージに対するレンズ・フォーカスのロッキングに応答して、初期被写体焦点距離および初期姿勢を求めること、および露光を求める要求に応答して、最終的姿勢を求めることを含むことができる。後でより詳細に説明するように、姿勢は、画定された軸に対する空間内の対象の向きを表すことができる。各実施形態は、初期被写体焦点距離および焦点補正距離に基づいて、最終目標被写体距離を求めることも含むことができ、焦点補正距離は、初期姿勢と最終的姿勢との間の差に基づく。各実施形態は、最終目標被写体距離でレンズを合焦させることも含むことができる。別の実施形態は、最終目標被写体距離でレンズを合焦させた後に、イメージを露光することを含むことができる。他の実施形態には、マイクロ・エロクトロ・メカニカル・システムズ（ＭＥＭＳ）ベースのセンサまたはその他のセンサで初期姿勢および最終的姿勢を求めることを含めることができる。

開示の実施形態のシステムおよび方法は、デジタル・カメラなどのデジタル撮像システムの自動焦点を求める改良型の方法を提供する。ＭＥＭＳベースのセンサなどのセンサを使用して、このシステムは、ユーザが焦点ロックを選択したとき、初期姿勢を求めることができ、ユーザがイメージを再構成し、露光を行うことを試みた後に、最終的姿勢を求めることができる。対象の姿勢は、画定された軸に対する対象のヨー、ピッチ、およびロールを含む空間内の対象の向きを表すことができる。対象の姿勢の変化は、画定された軸に対するヨー、ピッチ、およびロールでの対象の組合せ角度回転を表すことができる。有利には、開示のシステムは、初期姿勢と最終的姿勢との差（すなわち姿勢の変化）に基づく自動焦点に対する補正を提供して、デジタル撮像システムの回転の結果として生じる距離の変化を補正することができる。ポートレイト被写体の目のような重要な対象などのイメージの一部に合焦させるユーザは、焦点ロックを選択し、イメージを再構成することができる。従来のシステムでは、撮像システムの回転の結果と生じる距離の変化により、再構成後に初期の被写体が焦点外れとなる可能性が生じていた。有利には、開示のシステムは、初期の被写体（すなわち被写体の目）が合焦するように、補正された焦点距離を提供する。開示のシステムは、大きい開口などで焦点深度が小さい、すなわち浅い場合に特に有用である。

ハードウェアまたはソフトウェアあるいはその両方の特定の構成を参照しながら特定の実施形態を説明するが、有利には、本発明の実施形態は、他のほぼ等価なハードウェア・システムまたはソフトウェア・システムあるいはその両方で実施できることを当業者は理解されよう。本明細書に記載の本発明の諸態様は、磁気／光学的に読取り可能／取外し可能なコンピュータ・ディスクを含むコンピュータ可読媒体上に格納または配布することができ、インターネットまたはワイヤレス・ネットワークを含む他のネットワークを介して電子的に配布することができる。本発明の諸態様に特有のデータ構造およびデータの伝送（ワイヤレス伝送を含む）も本発明の範囲内に包含される。

次に図面を参照すると、図１は、一実施形態による自動焦点システムおよび姿勢センサを備えるデジタル撮像システムに関する環境を示す。図示する実施形態では、デジタル撮像システム１００は、カメラ・ハウジング１０２と、任意選択の手動焦点リング１０６を有するレンズ１０４と、姿勢センサ１０８と、自動焦点システム１１０とを含む。図示する実施形態のデジタル撮像システム１００は、初期の被写体１１２に向いている。ある実施形態では、デジタル撮像システム１００は、デジタル一眼レフ（ＤＳＬＲ）（固定レンズＤＳＬＲまたは交換レンズＤＳＬＲ）、デジタル・レンジファインダ・カメラ、デジタル・ポイント・アンド・シュート（Ｐ＆Ｓ）カメラ、または固定レンズ・デジタル・カメラなどのデジタル・カメラでよい。あるいは、デジタル撮像システム１００は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ウェアラブル装置、またはモバイル・コンピュータなどの別のシステムに一体化された撮像装置でもよい。別の代替実施形態では、デジタル撮像システム１００は、デジタル・カムコーダ、デジタル・ビデオ・カメラ、または他のデジタル・ビデオ記録装置でよい。

ユーザは、被写体の写真を撮るために、その被写体の方向にデジタル撮像システム１００を向けることができる。写真を撮るために、光がレンズ１０４に進入し、光路を通って光センサ・アレイ（図２に関連して説明する）に達し、その結果、光センサ・アレイはイメージを取り込む。あるデジタル撮像システム１００は単一レンズを有し、他のデジタル撮像システムは、構成用および撮影用の別々のレンズを有することがある。例えば、ＤＳＬＲデジタル撮像システム１００では、注目の対象を確認すること、および光を取り込んで光センサ・アレイに向けることの両方について単一のレンズ１０４が使用される。どんなレンズ１０４もカメラ・ハウジング１０２に永続的に取り付けることもでき（Ｐ＆Ｓカメラの場合など）、または取外し可能かつ交換可能でもよい（交換レンズＤＳＬＲの場合など）。レンズ１０４はまた、デジタル撮像システム１００の自動焦点システム１１０の代替を提供するため、または焦点の微調整を実現するために手動焦点リング１０６を含むことができる。

前述のように、イメージ内の対象が「合焦」している（すなわち、可能な最もはっきりした設定である）かどうかは、レンズ１０４と光センサ・アレイとの間の距離、レンズ焦点距離、露出開口、および被写体までの距離を含むいくつかの要素に依存する。対象が合焦しているかどうかに被写体距離が影響を及ぼすので、イメージ内のある対象が「合焦」しており、他の対象が「焦点外れ」である可能性がある。自動焦点システム１１０は通常、所望の被写体の可能な最もはっきりした像が光センサ・アレイ上に投射されるまで、デジタル撮像システム１００のレンズ１０４の一部を内側および外側に移動する合焦モータを含む。自動焦点システム１１０は、センサの「下の(under)」対象が合焦しているかどうかを判定するために、ユーザの視野内の１つまたは複数の自動焦点センサを利用する。自動焦点システム１１０はしばしば、その内部アルゴリズムの一部として、被写体までの距離を求める。

デジタル撮像システム１００は１つまたは複数の姿勢センサ１０８も含むことができ、ある実施形態では、１つまたは複数の姿勢センサ１０８をカメラ・ハウジング１０２内に配置することができる。姿勢センサ１０８は、画定されたヨー軸、ピッチ軸、およびロール軸に対するデジタル撮像システム１００の姿勢を求めることができる。ある実施形態では、姿勢センサ１０８は、地球の重力場に対するデジタル撮像システム１００の向きを測定して空間内のデジタル撮像システム１００の３次元姿勢を求めるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムズ（ＭＥＭＳ）ベースの姿勢センサでよい。ＭＥＭＳベースの姿勢センサは、他のセンサと比較したときに、比較的低コストで、信頼性が高く、コンパクトな、回転位置を求める方法を実現することができる。多くの既存のデジタル・カメラは、写真がランドスケープ・モード（すなわち水平）で撮られたか、それともポートレイト・モード（すなわち垂直）で撮られたかを判定するために、ＭＥＭＳベースの方向センサまたは他の方向センサを含む。ある実施形態では、こうした既存の方向センサは、本発明によるデジタル撮像システム１００にとって不十分である。例えば、既存の方向センサは、ランドスケープ方向またはポートレイト方向に関して判定を行うことができるようにレンズに平行な軸の周りのカメラの回転を測定することに限定される。さらに、既存の方向センサは、ランドスケープ・モードとポートレイト・モードとを区別するのに十分な精度しか必要としないので、開示の実施形態に必要な精度を有さないことがある。しかし、他の実施形態では、２つのセンサの必要をなくすために、姿勢センサ１０８が、ランドスケープ・モードとポートレイト・モードとを区別する機能も有することができる。別の代替実施形態では、姿勢センサ１０８は、ジャイロスコープまたは慣性測定装置（ＩＭＵ）などの空間内の３次元姿勢を検出することのできる別のタイプのセンサでよい。

自動焦点システム１１０は、能動的自動焦点、受動的自動焦点、またはそれらの組合せを利用することができる。能動的自動焦点システムは、（例えば音響信号または赤外線信号を使用して）被写体までの距離を測定し、それに応じて光学系の焦点を調節する。受動的システムは、入射イメージ自体を解析し、最良の焦点を探索してレンズ１０４を後方および前方に駆動する。受動的自動焦点システムは、位相検出システムおよびコントラスト測定システムを共に含むことができる。位相検出自動焦点システムは、特定の自動焦点センサへの入射光をイメージの対に分割し、次いで得られたイメージを比較して適切な焦点を求める。あるコントラスト・ベースの受動自動焦点システムは、アルゴリズムへの入力を供給する電荷結合デバイス（ＣＣＤ）などの自動焦点センサを使用して、実際のイメージ要素のコントラストを計算する。ＣＣＤセンサは通常、１群のピクセルを有し、オンボード・プロセッサが、隣接するピクセル間の強度差を調べることにより、センサに達する光を解析する。焦点外れシーンは同様の強度の隣接するピクセルを有するので、プロセッサは、レンズ１０４を移動して、隣接するピクセル間の最大強度差を見つけることを試みる。ピクセル間の最大強度差の地点が最良の焦点の地点である。自動焦点システムは、能動的自動焦点システムからの自動焦点「補助」と共に受動的位相検出システムを使用するカメラなど、異なる自動焦点センサおよび方法の組合せを使用することができる。ある実施形態では、自動焦点センサ１１０は、適切な焦点の決定の一部として、被写体までの距離を求めることができる。

以前のシステムでは、ある被写体に対して焦点をロックし、次いで再構成する結果、ある状況では望ましくない合焦誤差が生じる可能性があった。例えば、図１に示すように、ユーザが、デジタル撮像システム１００のレンズ１０４を、頂部に星を有するクリスマス・ツリーなどの初期被写体１１２に向けることがある。図１に示すように、ユーザは、その焦点の中心をツリーの星にすることを望み、デジタル・カメラ・システム１００のレンズ１０４を線「Ａ２」に沿って向けることがある。星が自動焦点センサの「真下(underneath)」になると、デジタル撮像システム１００の自動焦点システム１１０は自動的に星に合焦させることができる。次いでユーザは、例えばシャッタ・リリース・ボタンを半押しすることによって、またはカメラ・ハウジング１０２の外部の焦点ロック・ボタンを作動させることによって焦点ロックを作動させ、レンズ焦点をその現位置にロックすることができる。そのようにすることにより、ユーザは、焦点面の中心を、星に中心が配置された図１の直線「Ａ１」に沿って配置しようと試みている。次いでユーザは、レンズ焦点がロックされたままの間に、デジタル撮像システム１００を回転させ、レンズ１０４を図１に示す直線「Ｂ２」沿いに向けることによってそのイメージを再構成することができ、再構成が完了すると、写真を撮る。しかし、レンズ１０４およびデジタル撮像システム１００の角度回転のために、レンズ１０４に関する焦点面の中心はもはや星ではない。レンズ焦点がロックされるので、レンズ１０４に関する焦点面の中心は、ユーザが望む「Ａ１」ではなく、図１の星の後ろの直線「Ｂ１」に沿って配置される。次いで、デジタル撮像システム１００の構成および被写体距離の結果として生じる十分小さいＤＯＦでは、ユーザが再構成後に写真を撮るとき、星が焦点外れとなる可能性がある。前述のように、ＤＯＦは、撮像センサ・サイズ、撮像レンズ焦点距離、露出開口、および被写体距離に応じて変化する可能性がある。被写体距離が比較的短く、または露出開口が比較的大きいときなど、ＤＯＦが小さいとき、自動焦点誤差は悪化する可能性がある。

開示のシステムのシステムを使用すると、焦点ロック後のデジタル撮像システム１００の回転（すなわち姿勢の変化）によって引き起こされる誤差を補正することにより、ある状況でのデジタル撮像システム１００の自動焦点性能を向上させることができる。以下でより詳細に説明するように、姿勢センサ１０８は、焦点ロック時（デジタル撮像システム１００が直線「Ａ２」に沿った方向に向く）と、写真が撮られる時（デジタル撮像システム１００が直線「Ｂ２」に沿った方向に向く）との両方でデジタル撮像システム１００の姿勢を求めることができる。これらの２つの姿勢の差が、図１に示す角度「θ」である。計算した角度「θ」と、焦点がロックされたときの直線「Ａ２」に沿った距離の測定値（図４に関連してより詳細に説明する）とを使用して、自動焦点システム１１０は、焦点補正距離を計算し、露光が行われる前に焦点を補正することができる。焦点補正距離は、実際上は直線「Ａ１」と直線「Ｂ１」の間の距離でよい。このことに関して焦点を補正することにより、デジタル撮像システム１００は、ユーザの意図と一致したより正確な焦点を実現する。したがって、デジタル撮像システム１００は、焦点ロックで選択した被写体（すなわち星）が最終的露光で「合焦」するように、直線「Ｂ１」から直線「Ａ１」に焦点面を変更することができる。

図２に、一実施形態による図１のデジタル撮像システム１００として使用するのに適したデジタル・カメラ２００のブロック図を示す。図示する実施形態のデジタル・カメラ２００は、ストレージ２０４と、メモリ２０６と、光センサ・アレイ２０８と、Ｉ／Ｏドライバ／コントローラ２１０と、自動焦点システム１１０とに接続されたプロセッサ２０２を含む。プロセッサ２０２は、命令を実行するための１つまたは複数のシステム中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはプロセッサを含むことができる。ストレージ２０４は、マイクロドライブなどの取外し可能媒体や、（ＳＤ Ｃａｒｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎで規定された）Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ（ＳＤ）（商標）カード、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）（ＣＦ）カード、またはＭｅｍｏｒｙ Ｓｔｉｃｋなどのフラッシュ・メディアなどの、デジタル・カメラ２００によって取り込まれたデジタル・イメージを格納する記憶装置を含むことができる。ストレージ２０４は、ハード・ドライブやオンボード不揮発性メモリなどの取外し不能媒体も含むことができる。メモリ２０６は、プロセッサ２０２上で実行されたときにデジタル・カメラ２００の動作を制御する複数の実行可能命令を含む読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、またはその他のタイプのメモリ（あるいはそれらの組合せ）を含むことができる。光センサ・アレイ２０８は、レンズ１０４を介して光に露出されたときにデジタル・イメージを取り込み、イメージをストレージ２０４に格納することができる。

Ｉ／Ｏドライバ／コントローラ２１０は、プロセッサ２０２と、ユーザ入力装置や他のハードウェア・アイテムを含むデジタル・カメラ２００の他の構成要素との間の通信を容易にすることができる。図示する実施形態では、デジタル・カメラ２００は、２つの入力装置、シャッタ・リリース・ボタン２１２、および焦点ロック・ボタン２１４を含む。ユーザは、シャッタ・リリース・ボタン２１２を作動させて写真を撮る（すなわち、光センサ・アレイ２０８を指定の時間フレームの間光に露出させるようにデジタル・カメラ２００に要求する）ことができる。ユーザは、焦点をその現在位置でロックすることを望むときはいつでも、任意選択の焦点ロック・ボタン２１４を作動させることができる。次いで、焦点ロック・ボタン２１４で焦点をロックすることにより、ユーザは、自動焦点にユーザの所望の焦点を修正させることなく再構成することができる。他の実施形態では、ユーザは、シャッタ・リリース・ボタン２１２を半押しすることによって焦点ロック（または露出ロックあるいはその両方）を達成することができ、焦点ロック・ボタン２１４の必要がなくなる。こうした実施形態では、シャッタ・リリース・ボタン２１２を完全に押下すると露光が行われる。デジタル・カメラ２００が再生ボタンや手動焦点リング１０６などの他のユーザ作動スイッチまたはボタンを含むことができることを当業者は理解されよう。

Ｉ／Ｏドライバ／コントローラ２１０は、プロセッサ２０２と、合焦モータ２１６、自動焦点センサ２１８、姿勢センサ１０８などの他のハードウェア・アイテムとの間の通信も容易にすることができる。合焦モータ２１６は、レンズを前方または後方に駆動し、またはレンズ内の光学素子間の距離を変更することなどによってレンズの物理的状態の他の変化を引き起こしてレンズの焦点を調節する電気機械的モータまたはその他のタイプのモータでよい。プロセッサ２０２は、自動焦点システム１１０からのコマンドに基づいて、合焦モータ２１６の方向および速度を命令することができる。例えば、自動焦点センサ２１８は、隣接するピクセル間の強度差を調べて、アルゴリズムへの入力を供給し、実際のイメージ要素のコントラストを計算するＣＣＤセンサでよい。Ｉ／Ｏドライバ／コントローラ２１０は、レンズ１０４、シャッタ（使用されている場合）、ＬＣＤディスプレイ、外部ポート、ミラーなどの他のハードウェア・アイテムとの通信も容易にすることができる。

自動焦点システム１１０は、プロセッサ２０２と通信して、ユーザ入力装置および他のハードウェアから入力を受け取り、ハードウェア装置にコマンドを送ることができる。例えば、自動焦点システム１１０は、ユーザ・コマンドに応答するために、シャッタ・リリース・ボタン２１２および焦点ロック・ボタン２１４から入力を受け取ることができる。自動焦点システム１１０は、適切な焦点を求めるために、自動焦点システム１１０が使用する自動焦点センサ２１８および姿勢センサ１０８から情報を受け取ることもできる。自動焦点システム１１０は、合焦モータ２１６から状況情報（例えば現在位置）を受け取り、合焦モータ２１６に伸長、収縮などを行うようにコマンドを送ることもできる。

図３に、一実施形態によるデジタル・カメラ２００などのデジタル撮像システム１００のソフトウェア構成要素の概念図を示す。図示する実施形態のデジタル撮像システム１００は、ユーザ・インターフェース・モジュール３０２、イメージ取込みモジュール３０４、および自動焦点システム・モジュール３０６を含む。ユーザ・インターフェース・モジュール３０２は、シャッタ・リリース・ボタン２１２または焦点ロック・ボタン２１４の作動など、ユーザからの入力を受け取り、ＬＣＤディスプレイまたは他の出力装置（例えば音響装置）を介してユーザに出力を提供することができる。イメージ取込みモジュール３０４は、ノイズ低減、シャープニング、カラーまたは彩度に対する変更、イメージ・フォーマットの変更、イメージのストレージ２０４への保存、またはその他の任意の作業を含めて、光センサ・アレイ２０８によって記録されたイメージを処理することができる。

自動焦点システム・モジュール３０６は、自動焦点システム１１０を制御することができ、１次自動焦点システム３０８、合焦モータ・コントローラ３１０、自動焦点補正モジュール３１２、姿勢センサ・インターフェース３１４などのサブモジュールを含むことができる。当技術分野で周知のように、１次自動焦点システム３０８は、自動焦点センサ２１８から入力を受け取り、自動焦点センサの真下でイメージが合焦しているか否かを判定する。１次自動焦点システム３０８は、合焦モータ２１６に送られる、合焦モータ・コントローラ３１０に対するコマンドも生成することができる。合焦モータ２１６からのフィードバックも合焦モータ・コントローラ３１０で受け取ることができ、１次自動焦点システム３０８で使用することができる。自動焦点補正モジュール３１２は、姿勢センサ・インターフェース３１４から受け取った姿勢センサ１０８の情報と、１次自動焦点システム３０８で求められた距離の情報とに基づいて焦点補正因子を求める。図４に関連してより詳細に説明するように、自動焦点補正モジュール３１２は、焦点ロックが要求された後のデジタル撮像システム１００の回転の結果として生じる合焦誤差を補正することができる。姿勢センサ・インターフェース３１４は、自動焦点システム・モジュール３０６と姿勢センサ１０８との間の対話を実現し、任意選択で、姿勢センサ１０８から受け取ったデータに対する処理を実行することができる。

図４に、一実施形態による姿勢の変化に基づいて焦点を補正するフロー・チャート４００の一例を示す。一実施形態では、フロー・チャート４００の方法は、デジタル撮像システム１００の構成要素、具体的には自動焦点システム・モジュール３０６およびそのサブモジュールによって実行することができる。フロー・チャート４００は、任意選択要素４０２から始まり、そこで自動焦点システム・モジュール３０６が本発明の実施形態による自動焦点補正を活動化する。ある実施形態では、自動焦点システム・モジュール３０６は、ボタンまたはＬＣＤディスプレイの制御メニュー内のエントリを介して要求を入力するユーザを介する要求に応答して、自動焦点補正を活動化することができる。他の実施形態では、自動焦点システム・モジュール３０６は、デフォルト設定または他の手段（例えば自動焦点補正自動オン）に基づいて自動焦点補正を活動化することができる。自動焦点補正が開始されると、自動焦点システム・モジュール３０６の１次自動焦点システム３０８は、判定ブロック４０４で、焦点ロック・ボタン２１４を作動させる、またはシャッタ・リリース・ボタン２１２を半押しすることなどによってユーザが焦点をロックした時を判定することができる。焦点ロックは、ユーザが自動焦点システム１１０を使用して所望の被写体に合焦させるときなど、デジタル撮像システムの使用後に要求されることがある。焦点ロックが検出されると、フロー・チャート４００の方法は要素４０６に進み、そうでない場合、この方法は、焦点がロックされたという判定を待つ。

焦点がロックされると、１次自動焦点システム３０８は、要素４０６で初期被写体焦点距離を求めることができる。初期被写体焦点距離は、図１の距離「Ａ２」で表すように、デジタル撮像システム１００と、ユーザがロックインする焦点となるようにユーザが選ぶ地点との間の距離である。１次自動焦点システム３０８は、能動的自動焦点システムの一部としての方法（距離測定が自動焦点手順の一部である場合）、または受動自動焦点システム（距離を自動焦点アルゴリズムの一部として測定または求めることができる場合）に基づく方法を含む任意の方法を使用して初期被写体焦点距離を求めることができる。あるいは、１次自動焦点システム３０８は、異なる距離決定装置からの入力を受け取ること、または合焦されたときのレンズ１０４位置に基づいて距離を計算することなどにより、別の方式で初期被写体焦点距離を求めることもできる。

初期被写体焦点距離を求めることに加えて、焦点がロックされると、自動焦点システム・モジュール３０６の自動焦点補正モジュール３１２は、要素４０８で初期姿勢も求めることができる。初期姿勢は、自動焦点が選択された時のデジタル撮像システム１００の姿勢でよい。一例では、初期姿勢は、デジタル撮像システム１００が図１の直線「Ａ２」に沿った方向に向いているときのデジタル撮像システム１００の姿勢でよい。一実施形態では、初期姿勢は、ＭＥＭＳベースの姿勢センサ１０８によって測定されるときなどに、地球の重力場に関して測定することができる。基準系が後で求められる最終的姿勢の基準系と実質的に同様であると仮定すると、初期姿勢の基準系は任意の座標系でよい。要素４１４に関連して、２つの姿勢の間の差は、関連する角度であり、（以下に述べるように）初期姿勢と最終的姿勢のそれぞれについての特定の値ではないからである。

判定ブロック４１０では、自動焦点補正モジュール３１２は、ユーザによるシャッタ・リリース・ボタン２１２の作動から直接的または間接的に表示を受け取ることなどにより、露光が起動されたことを判定することができる。露光の表示を受け取らなかった場合、フロー・チャート４００の方法は、そのような表示を待つことがある。このことは、ユーザが焦点をロックした後にユーザのイメージを再構成しているときに行われることがある。露光の表示が行われると、フロー・チャート４００の方法は、要素４１２に進み、自動焦点補正モジュール３１２は、要素４０８の決定と同様に最終的姿勢を求めることができる。最終的姿勢は、露光が起動される時のデジタル撮像システム１００の姿勢を表す。一例では、最終的姿勢は、デジタル撮像システム１００が図１の直線「Ｂ２」に沿った方向に向いているときのデジタル撮像システム１００の姿勢でよい。次に、自動焦点補正モジュール３１２は、要素４１４で、初期姿勢と最終的姿勢との間の角度の変化を求めることができる。角度の変化（図１では角度「θ」で表す）は、焦点ロックが開始されたときと露光が開始されたときの間の、デジタル撮像システム１００のロール、ピッチ、およびヨーでの合計角度回転（すなわち姿勢の変化）を表すことができる。ある実施形態では、角度変化は、測定された初期姿勢と最終的姿勢との間の差でよい。

角度の変化を求めた後、フロー・チャート４００の方法は要素４１６に進み、自動焦点補正モジュール３１２が、角度変化に基づいて焦点補正距離を求めることができる。一実施形態では、焦点補正距離を以下の式で計算することができる。
ｆｃｄ＝（ｄ＊（１−ｃｏｓθ））
上式で「ｆｃｄ」は焦点補正距離であり、「ｄ」は初期被写体焦点距離であり、「θ」は角度変化である。テーブル・ルックアップを使用する、またはその他の方法などにより、角度変化に基づいて焦点補正距離を求めるためにその他の方法も可能であることを当業者は理解されよう。焦点補正距離を求めた後、自動焦点補正モジュール３１２は、要素４１８で、焦点補正距離を１次自動焦点システム３０８にフィードバックすることができる。１次自動焦点システム３０８は、要素４２０で、焦点補正距離によって初期目標被写体距離を修正して露光が行われる前の最終的目標被写体距離を生成することなどにより、求めた焦点補正距離に基づいて焦点を修正することができる。一実施形態では、初期目標被写体距離から焦点補正距離を引いて最終的目標被写体距離を求めることができる。次いで、１次自動焦点システム３０８は、要素４２２で、最終的目標被写体距離に基づく適切な量だけ合焦モータ２１６を移動するように合焦モータ・コントローラ３１０に命令することができる。次いで、デジタル撮像システム１００は、要素４２４でデジタル・イメージを露光することができ、その後、フロー・チャート４００の方法は終了する。

一般には、本発明の実施形態を実施するように実行されるルーチンは、オペレーティング・システムの一部、あるいは特定のアプリケーション、コンポーネント、プログラム、モジュール、オブジェクト、または命令のシーケンスでよい。本発明のコンピュータ・プログラムは通常、ネイティブ・コンピュータによってマシン可読フォーマット、したがって実行可能命令に変換される多数の命令からなる。さらに、プログラムは、プログラムに対してローカルに存在し、あるいはメモリ内または記憶装置上で見つかる変数およびデータ構造からなる。さらに、様々なプログラムを、本発明の特定の実施形態でプログラムが実装される応用例に基づいて識別することができる。しかし、どの特定のプログラム用語も便宜上使用されるに過ぎず、したがって本発明がそのような用語で識別され、または暗示され、あるいはその両方である何らかの特定の応用例で専ら使用するように限定されるわけではないことを理解されたい。

本発明ではデジタル撮像システムでの自動焦点を改善するシステムおよび方法が企図されることは、本開示の特典を利する当業者には明らかであろう。詳細な説明および図面で図示および説明した本発明の形は単に例とみなすべきであることを理解されたい。添付の特許請求の範囲は、開示の例示的実施形態のすべての変形形態を含むように広く解釈されるものとする。

一実施形態による自動焦点システムおよび姿勢センサを備えるデジタル撮像システムに関する環境を示す図である。 一実施形態による図１のデジタル撮像システムとして使用するのに適したデジタル・カメラのブロック図を示す図である。 一実施形態によるデジタル・カメラなどのデジタル撮像システムのソフトウェア構成要素の概念図を示す図である。 一実施形態による姿勢の変化に基づいて焦点を補正するフロー・チャートの一例を示す図である。

符号の説明

１００ デジタル撮像システム
１０２ カメラ・ハウジング
１０４ レンズ
１０６ 手動焦点リング
１０８ 姿勢センサ
１１０ 自動焦点システム
１１２ 初期被写体
２００ デジタル・カメラ
２０２ プロセッサ
２０４ ストレージ
２０６ メモリ
２０８ 光センサ・アレイ
２１０ Ｉ／Ｏドライバ／コントローラ
２１２ シャッタ・リリース・ボタン
２１４ 焦点ロック・ボタン
２１６ 合焦モータ
２１８ 自動焦点センサ
３０２ ユーザ・インターフェース・モジュール
３０４ イメージ取込みモジュール
３０６ 自動焦点システム・モジュール
３０８ １次自動焦点システム
３１０ 合焦モータ・コントローラ
３１２ 自動焦点補正モジュール
３１４ 姿勢センサ・インターフェース

Claims (7)

1. デジタル撮像システムのレンズを自動合焦させる方法であって、
   レンズ焦点を被写体イメージにロックすることに応答して、初期の被写体に焦点が合う被写体距離である初期被写体焦点距離および初期姿勢を求めることと、
   露光を求める要求に応答して、最終的姿勢を求めることと、
   前記初期被写体焦点距離および焦点補正距離に基づいて最終的目標被写体距離を求めることであって、前記焦点補正距離が前記初期姿勢と前記最終的姿勢との差に基づくことと、
   前記最終的目標被写体距離に前記レンズを合焦させることと
   を含む方法。
2. 自動焦点補正を活動化させることをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記最終的目標被写体距離に前記レンズを合焦させた後、イメージを露光することをさらに含む請求項１に記載の方法。
4. 前記初期姿勢を求めることが、地球の重力場に対する初期姿勢を求めることを含む請求項１に記載の方法。
5. 前記最終的姿勢を求めることが、地球の重力場に対する最終的姿勢を求めることを含む請求項１に記載の方法。
6. 前記最終的目標被写体距離を求めることが、
   前記初期被写体焦点距離、ならびに前記初期姿勢と前記最終的姿勢との差に基づいて前記焦点補正距離を求めることと、
   求めた前記焦点補正距離を引くことによって前記初期被写体焦点距離を修正し、前記最終的目標被写体距離を求めることと
   を含む請求項１に記載の方法。
7. 前記最終的目標被写体距離に前記レンズを合焦させることが、前記焦点補正距離に基づく距離だけ前記レンズを駆動することを含む請求項１に記載の方法。

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