JPWO2005033764A1 - 撮影レンズ位置制御装置 - Google Patents

Abstract

従来のコントラスト検出方式では、それぞれのレンズ位置において各レンズ位置の１フレーム内の画像を走査して映像信号を取得し合焦判定値を算出することで撮影レンズ位置を決定する。従って被写体に焦点が合っているフォーカスレンズ位置を決定する処理に時間を要する。 上記課題を解決するために、本発明では、映像信号を取得する映像信号取得部と、前記映像信号取得部が映像信号を取得している最中にフォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ移動部と、位置依存映像信号を保持する保持部と、位置依存映像信号に基づいて撮影レンズ位置を決定する撮影レンズ位置決定部と、を有する撮影レンズ位置制御装置を提供する。このように映像信号を取得している最中にフォーカスレンズを移動させるので、撮影レンズ位置を決定するための映像信号を取得する時間が従来よりも短縮できる。

Description

本発明は、カメラのフォーカスレンズ位置の決定、制御に関する。

従来、カメラには撮影時に自動で被写体に焦点を合わせる機能、いわゆるオートフォーカス機能が実装されている。そのオートフォーカスの方式の一つに「コントラスト検出方式」と言うものがあり、これは「焦点が合っている状態」を「コントラストがはっきりしている状態」と考える方式である。この方式の具体的な一例としては、特許文献１で開示される方法がある。ここで開示される技術では、１フレーム（または１フィールド）ごとにフォーカスレンズの位置を移動させ、その位置ごとに１フレームのコントラストデータを合焦判定値として取得する。そしてその合焦判定値からフォーカスレンズ位置を決定する方式である。
第２５２３０１１号特許公報

しかし上記のように、従来技術では１フレームごとに１つのレンズ位置の合焦判定値しか取得していなかった。つまり、あるレンズ位置における合焦判定値は、そのレンズ位置における１フレーム内の画像を走査してコントラストデータの基となる映像信号を取得することで得られており、その処理がそれぞれのレンズ位置において行われることになる。したがって、被写体に焦点が合っているフォーカスレンズ位置を決定する処理に時間を要する、という課題がある。そのため、このコントラスト検出方式を多く採用しているデジタルカメラは一瞬のシャッターチャンスを逃すこともある。

上記課題を解決するために、本発明では、映像信号を取得する映像信号取得部と、前記映像信号取得部が映像信号を取得している最中である取得期間内にフォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ移動部と、位置依存映像信号を保持する保持部と、位置依存映像信号に基づいて撮影のためのフォーカスレンズ位置である撮影レンズ位置を決定する撮影レンズ位置決定部と、を有する撮影レンズ位置制御装置を提供する。なお、「フォーカスレンズ」とは、カメラにおいて被写体に焦点を合わせるためにその位置を移動するレンズをいう。また「フォーカスレンズ位置」とは、撮影装置の撮影機構中におけるフォーカスレンズの位置をいう。

以上のような構成をとる本発明は、映像信号を取得している最中にフォーカスレンズを移動させるので、撮影レンズ位置を決定するための映像信号を取得する時間が従来よりも短縮される、という効果がある。したがって、一瞬のシャッターチャンスもより確実に捉えることができるようになる。

なお、本発明のカメラとは静止画を撮影するカメラのみならず、例えば動画を撮影するビデオカメラなどレンズを利用して焦点を合わせる撮影装置全般を含むものとする。

以下に、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。

なお、実施例１は、主に請求項１，２，３，４，８，９，１０について説明する。また、実施例２は、主に請求項５，６，７について説明する。

（実施例１の概念）実施例１で説明するのは、映像信号を取得している最中にフォーカスレンズを移動させることでフォーカスレンズ位置を決定する撮影レンズ位置制御装置である。以下に、この撮影レンズ位置制御装置の構成について説明する。

（実施例１の構成）図１に示すのは、本実施例の撮影レンズ位置制御装置の機能ブロックを表す図である。この図にあるように、本実施例の「撮影レンズ位置制御装置」（０１００）は、「映像信号取得部」（０１０１）と、「フォーカスレンズ移動部」（０１０２）と、「保持部」（０１０３）と、「撮影レンズ位置決定部」（０１０４）と、を有する。まず、上記構成に従って本実施例の撮影レンズ位置制御装置の構成要件について説明する。

「映像信号取得部」（０１０１）は、映像信号を取得する機能を有する。「映像信号」とは、レンズが捕えた光の強さなどを電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳイメージャ、色フィルターなどのカメラのデバイスによって生成された色や輝度などを示す信号である。この映像信号は、例えば、輝度信号（Ｙ）や、その輝度信号と赤色成分の差（Ｕ）、輝度信号と青色成分の差（Ｖ）の３つの情報で色を表す信号であるＹＵＶ信号や、色を赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の三原色の組み合わせとして表現するＲＧＢ信号や、補色関係であるＣｙａｎ（藍）、Ｍａｇｅｎｔａ（紅）、Ｙｅｌｌｏｗ（黄）、Ｇｒｅｅｎ（緑）の４色を示すＣＭＹＧ信号などが挙げられる。

また、この映像信号取得部での取得は、例えば前記のようにＣＣＤやＣＭＯＳイメージャなどのデバイスを利用して、フォトダイオードなどが被写体のそれぞれの画素における光の強さを輝度信号（Ｙ）などの映像信号に変換して取得することで行われる。

「フォーカスレンズ移動部」（０１０２）は、取得期間内にフォーカスレンズを移動させる機能を有する。「取得期間」とは、映像信号取得部（０１０１）が映像信号を取得している最中をいい、例えば１フレーム分の映像信号を取得するための期間などが挙げられる。図２に示すのは、上記映像信号取得部と、このフォーカスレンズ移動部との関係を説明するための図である。この図にあるように、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージャで取得した映像を矢印で示すように走査し、それぞれの画素（図では画素０から画素１０００まで）の映像信号を映像信号取得部で取得する。そしてその際、図中のグラフに示すように、フォーカスレンズ移動部により（縦軸で示す）フォーカスレンズ位置が移動しながら（横軸に示す）画素０から画素１０００までの映像信号を取得することになる。

あるいは、この映像信号の取得に際するフォーカスレンズの移動は間欠移動であり、その間欠移動するフォーカスレンズが停止状態の際に映像信号の取得が行われても良い。「間欠移動」とは、移動状態と停止状態が所定の間隔で交互に繰り返されることをいう。図３に示すのは、この間欠移動をする場合の上記映像信号取得部と、このフォーカスレンズ移動部との関係を説明するための図である。この図にあるように、まず、フォーカスレンズ位置αの時に矢印（１）で示す部分の走査が行われ映像信号の取得が行われる。その後フォーカスレンズが移動されるが、その移動中に矢印（２）で示す部分のスキャンが行われる。続いて移動先のフォーカスレンズ位置βにおいて矢印（３）で示す部分の走査と映像信号の取得が行われる。そして同様にフォーカスレンズが位置γに移動され、その移動中に矢印（４）の部分のスキャンが行われ、その後フォーカスレンズが位置γにおいて矢印（５）で示す部分の走査と映像信号の取得が行われる。

また、この間欠移動による位置依存映像信号の取得は、位置依存映像信号を取得する処理の回数がＮフレームよりも多い、と言い換える事もできる。すなわち、２フレームの間に３つの位置依存映像信号が取得される形態もあり得る。

このように、従来は一つのフォーカスレンズ位置において１フレーム全体の走査し映像信号の取得を行っていたのに対し、本実施例では１フレーム内でフォーカスレンズ位置を移動させながら、または間欠移動させながら映像信号を取得しているので、映像信号の取得処理の時間を短縮することができる。

なお、このフォーカスレンズ移動部は、例えば、カメラのボディ（本体）に内蔵されたボディ内移動装置であっても良いし、交換レンズ内に搭載されたレンズ内移動装置であっても良い。またその移動装置は、例えば、駆動回路がシンプルな直流モーターや、振動を回転力に変える超音波モーターなどと、そのモーターの回転数を制御するマイクロプロセッサなどの制御回路とにより実現されうる。

「保持部」（０１０３）は、位置依存映像信号を保持する機能を有する。「位置依存映像信号」とは、映像信号取得部（０１０１）が取得する映像信号をフォーカスレンズ移動部（０１０２）により移動されるフォーカスレンズ位置と関連付けた情報をいう。映像信号は、上記説明したように、例えば輝度信号（Ｙ）やＲＧＢ信号、ＣＭＹＧ信号などで示される信号あり、フォーカスレンズ位置は、例えばモーターのパルス数や回転数あるいは実際のレンズの移動距離などの数値で示される情報が挙げられる。この保持部ではこれらの情報が、関連付けられ、位置依存映像信号として保持される。なおこの保持部は、例えば、メモリなどの記憶媒体により実現されうる。

「撮影レンズ位置決定部」（０１０４）は、保持部（０１０３）で保持されている位置依存映像信号に基づいて撮影のためのフォーカスレンズ位置である撮影レンズ位置を決定する機能を有する。図４に示すのは、この撮影レンズ位置決定部での撮影レンズ位置の決定を説明するための図である。まず、上記説明した各構成要件により取得された映像信号に基づいてフォーカスレンズ位置ごとのコントラストデータ（合焦判定値）が算出される。そしてこの図に示すように、レンズ位置ごとにその算出されたコントラストデータをプロットしていく。すると、フォーカスレンズ位置ｙでピークを描く（プロットされたコントラストデータの傾きがプラスからマイナスに転じる）ので、そのピークとなるフォーカスレンズ位置ｙを最もコントラストが強い、すなわち焦点が合っているとして撮影レンズ位置として決定する。もちろんこれは一例であり、例えば、ピークが複数表れる場合は、そのピークのうち最大点となるものでも良いし、ピークのうち手前（レンズが被写体の手前のものを合焦している）のものをフォーカスレンズ位置と決定しても良い。なお、映像信号からコントラストデータを取得する方法については、後述のカメラ装置の実装において説明する。

以上が本実施例の撮影レンズ位置制御装置の構成要件についての説明である。続いて、本実施例の撮影レンズ位置制御装置がカメラに実装された際の具体的な装置構成例を示し、コントラストデータの取得に関する説明を行う。

図５に示すのは、本実施例の撮影レンズ位置制御装置をカメラに実装した際の装置構成の一例である。なお本装置構成例では、上記説明した構成要件の「映像信号取得部」は、図５中の「ＣＣＤ」（０５０２）によって実現される。そして、「フォーカスレンズ移動部」である「駆動装置」（０５０８）によりフォーカスレンズが移動又は間欠移動されながらＣＣＤにおいて映像信号が取得される。そしてその映像信号がフォーカスレンズ位置と関連付けられ、「保持部」である「メモリ」（図示省略）に位置依存映像信号として保持される。そして、その位置依存映像信号から、図５中の「周波数抽出回路」（０５０３）及び「フーリエ変換回路」（０５０４）及び「バンドパスフィルター」（０５０５）及び「範囲積分値算出回路」（０５０６）での処理によってコントラストデータが算出される。そして「撮影レンズ位置決定部」である「レンズ位置決定回路」（０５０７）が、そのコントラストデータに基づいて撮影レンズ位置を決定し、「駆動装置」によってその決定されたフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズを移動し焦点を合わせることができる。

図６に示すのは、上記装置構成例において撮影レンズ位置の決定に必要なコントラストデータ（合焦判定値）の取得を説明するための図である。この図は画素の輝度信号を周波数成分としてフーリエ変換し処理する方法を示している。この図にあるように、まず「フォーカスレンズ」（０５０１）を通過した映像の光から「ＣＣＤ」（０５０２）で映像信号である輝度信号を取得する。次に「周波数抽出回路」（０５０３）でＣＣＤにより取得した映像から輝度信号を周波数成分として抽出する（図６中１で示す。以下同様）。続いて「フーリエ変換回路」（０５０４）で、その輝度信号の周波数成分をフーリエ変換する（２）。さらにフーリエ変換された輝度信号を「バンドパスフィルター」（０５０５）に通し（３）、その周波数成分の高周波成分、すなわちコントラストとなる部分を抽出する（４）。そして、「範囲積分値算出回路」（０５０６）において、コントラストデータとなる抽出した範囲（縦線部分）の積分値を求め（５）、その積分値をコントラストデータとしてレンズ位置に関連付けてプロットする（６）。

このようにして算出されたコントラストデータを利用して撮影レンズ位置を決定するが、本装置では、映像信号の取得が「駆動装置」によってフォーカスレンズが移動又は間欠移動されながら行われるので、従来よりも早くその取得処理を行うことが可能となる。したがって、最終的な撮影レンズ位置の決定処理も従来よりも早く行うことができる。

（本実施例の映像信号の例）なお、上記装置構成例では映像信号として輝度信号を利用した。なぜならば、輝度信号は前記積分値のピークが最もよくあらわれる信号と考えられるからである。もちろん映像信号としてこの輝度信号以外にもＲＧＢで示される色信号やＣＭＹＧ信号を利用してもよい。例えば、色信号ＲＧＢは、「Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂ＋１６」などの変換式によって輝度信号Ｙに変換することができる。したがって上記変換式を利用してＲＧＢ信号から輝度信号の値を算出しコントラスト情報を取得する方法などが挙げられる。また、図７に示すのは、ＣＭＹＧ信号を説明するための図である。この図にあるように、Ｃｙａｎ（藍）はＢｌｕｅ−Ｇｒｅｅｎであり、Ｍａｇｅｎｔａ（紅）はＲｅｄ−Ｂｌｕｅであり、Ｙｅｌｌｏｗ（黄）は、Ｇｒｅｅｎ−Ｒｅｄである。そしてこのＣＭＹの３色にＧｒｅｅｎ（緑）を加えた４色の組み合わせからそれぞれの色を減数（引いて）し、ＲＧＢを割り出すことができる。例えばＲｅｄを求めるには、Ｒｅｄ＝Ｙｅｌｌｏｗ−Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄ＝Ｍａｇｅｎｔａ−Ｂｌｕｅの計算式が成り立つ。このＣＭＹＧ信号を取得する補色ＣＣＤは光に反応する感度が良いため感度を重要視するデジタルカメラに多く採用されている。したがって、本発明でも、このＣＭＹＧ信号を映像信号として取得することも想定している。

（実施例１の処理の流れ）図８に示すのは、本実施例の処理の流れの一例を表すフローチャートである。なお、以下に示す処理の流れは、方法、計算機に実行させるためのプログラム、またはそのプログラムが記録された読み取り可能な記録媒体として実施されうる。この図にあるように、まず、フォーカスレンズの移動を開始する（ステップＳ０８０１）。また、映像信号の取得を開始する（ステップＳ０８０２）。続いて、前記ステップＳ０８０２で取得した映像信号と、前記ステップＳ０８０１で移動したフォーカスレンズ位置とを関連付けた情報である位置依存映像信号を保持する（ステップＳ０８０３）。次に、前記ステップＳ０８０１で開始したフォーカスレンズの移動を終了する（ステップＳ０８０４）。また、前記ステップＳ０８０２で開始した映像信号の取得を終了する（ステップＳ０８０５）。最後に、前記ステップＳ０８０３で保持された位置依存映像信号に基づいて撮影レンズ位置を決定する（ステップＳ０８０６）。

（実施例１の効果の簡単な説明）以上のように本実施例によって、より早く被写体に対して焦点の合ったフォーカスレンズ位置を決定することができ、したがって一瞬のシャッターチャンスを捉える可能性も高くなる。

（実施例２の概念）実施例２では、実施例１の撮影レンズ位置制御装置に関して、その映像信号を取得する際のスキャンの方法について限定した撮影レンズ位置制御装置の説明を行う。具体的には、本実施例の撮影レンズ制御装置の映像信号取得部は縦方向スキャン手段を有し、縦横マトリックス状に配列された撮像素子を縦方向スキャンすることで映像信号を取得する。あるいは横方向スキャン手段を有し、縦横マトリックス状に配列された撮像素子を横方向スキャンすることで映像信号を取得する。

（実施例２の構成）実施例２の基本的な構成は、実施例１で説明した撮影レンズ制御装置と同様であり、説明は省略する。そしてその特徴点としては、その映像信号取得部が、「縦方向スキャン手段」、または「横方向スキャン手段」を有する点である。

図９に示すのは、本実施例のスキャン方法を説明するための図である。この図にあるように、例えば「青空の上方に飛行機が写っている」場合など横方向にスキャンを行うと、グラフで示すように上手くコントラストデータのピークを検出することができない可能性がある。なぜならば本実施例はレンズを動かしながらスキャンを行うという特性上、スキャン開始点、すなわちフォーカスレンズの移動開始点付近にエッジ成分を強く持つ被写体（飛行機）があるとまだ焦点が合っていない場合が多いので強いコントラストデータが算出されない可能性がある。そして、その後の空や雲ではエッジ成分がほとんど無いので、やはり強いコントラストデータが算出されないためである。そこで本実施例では、図１０に示すように縦横マトリックス状に配列された撮像素子を縦方向スキャンする縦方向スキャン手段を有する。それにより、上記のような場合でも、強いピークを有するコントラストデータを算出することが可能となる。

図１１に示すのは、本実施例のその他のスキャン方法を説明するための図である。この図１１の（１）にあるように、例えば「青空の左側にロケットが写っている」場合など今度は上記例とは逆に縦方向にスキャンを行うと、やはり同様に上手くコントラストデータのピークを検出することができない可能性がある。そこで、本実施例のその他の例では、図１１の（２）に示す縦横マトリックス状に配列された撮像素子を縦方向スキャンする縦方向スキャン手段を有する。それにより、上記のような場合でも、強いピークを有するコントラストデータを算出することが可能となる。

（実施例２の効果の簡単な説明）このように、実施例１で説明した撮影レンズ制御装置が縦方向スキャン手段、または横方向スキャン手段を有することにより、幅広いシチュエーションに対応して被写体に焦点を合わせることが可能となる。

（実施例２のその他の例）また、さらに実施例２の撮影レンズ制御装置が、縦方向スキャン手段と横方向スキャン手段の双方を有していても良い。そしてその縦方向スキャン手段と横方向スキャン手段とを切り替えるスキャン方向切替手段を有していても良い。この「スキャン方向切替手段」は、例えば、スイッチを押すなど撮影者の意図により切り替えられる装置によって実現されても良い。また、コントラストデータのピークが上手く検出できない（前記傾きのプラスからマイナスへの変化の絶対値が所定値より小さいなど）場合に、自動的に切り替える装置によって実現されても良い。あるいは縦方向スキャン手段によるスキャン結果が算出された後、このスキャン方向切替手段によって横方向スキャン手段によるスキャンが実行され、縦横双方のスキャン結果によるコントラストデータから撮影レンズ位置を決定しても良い。

これにより、さらに幅広く、様々なシチュエーションに対応して被写体に焦点を合わせることが可能となる。

実施例１の撮影レンズ制御装置の機能ブロックの一例を表す図 実施例１の撮影レンズ位置制御装置の映像信号取得部とフォーカスレンズ移動部との関係を説明するための図 実施例１の撮影レンズ位置制御装置の、間欠移動をする場合における上記映像信号取得部とフォーカスレンズ移動部との関係を説明するための図 実施例１の撮影レンズ位置制御装置の撮影レンズ位置決定部での撮影レンズ位置の決定を説明するための図 実施例１の撮影レンズ位置制御装置をカメラに実装した際の装置構成の一例 実施例１の装置構成例において撮影レンズ位置の決定に必要なコントラストデータの取得を説明するための図 実施例１の撮影レンズ位置制御装置の映像信号取得部で取得される映像信号であるＣＭＹＧ信号を説明するための図 実施例１の撮影レンズ位置制御装置における処理の流れの一例を表すフローチャート 実施例２の撮影レンズ位置制御装置のスキャン方法を説明するための図 実施例２の撮影レンズ位置制御装置のスキャン方法を説明するための図 実施例２の撮影レンズ位置制御装置のその他のスキャン方法を説明するための図

符号の説明

０１００ 撮影レンズ位置制御装置
０１０１ 映像信号取得部
０１０２ フォーカスレンズ移動部
０１０３ 保持部
０１０４ 撮影レンズ位置決定部

Claims (10)

1. 映像信号を取得する映像信号取得部と、
   前記映像信号取得部が映像信号を取得している最中である取得期間内にフォーカスレンズを移動させるフォーカスレンズ移動部と、
   前記映像信号取得部が取得する映像信号を前記フォーカスレンズ移動部により移動されるフォーカスレンズ位置と関連付けた情報である位置依存映像信号を保持する保持部と、
   前記保持部で保持されている位置依存映像信号に基づいて撮影のためのフォーカスレンズ位置である撮影レンズ位置を決定する撮影レンズ位置決定部と、
   を有する撮影レンズ位置制御装置。
2. 前記取得期間は、１フレーム分の映像信号を取得するための期間である請求項１に記載の撮影レンズ位置制御装置。
3. 前記フォーカスレンズの移動は、間欠移動である請求項１又は２に記載の撮影レンズ位置制御装置。
4. 前記位置依存映像信号は、前記間欠移動するフォーカスレンズが停止状態の際に取得した映像信号である請求項３に記載の撮影レンズ位置制御装置。
5. 前記映像信号取得部は、縦横マトリックス状に配列された撮像素子を縦方向スキャンすることで映像信号を取得する縦方向スキャン手段を有する請求項１から４いずれか一に記載の撮影レンズ位置制御装置。
6. 前記映像信号取得部は、縦横マトリックス状に配列された撮像素子を横方向スキャンすることで映像信号を取得する横方向スキャン手段を有する請求項１から４のいずれか一に記載の撮影レンズ位置制御装置。
7. 前記映像信号取得部は、前記縦方向スキャン手段と、前記横方向スキャン手段とを切り替えるスキャン方向切替手段を有する請求項５又は６に記載の撮影レンズ位置制御装置。
8. 前記映像信号は、輝度信号であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一に記載の撮影レンズ位置制御装置。
9. 前記映像信号は、ＲＧＢ信号であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一に記載の撮影レンズ位置制御装置。
10. 前記映像信号は、ＣＭＹＧ信号であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一に記載の撮影レンズ位置制御装置。

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