(57)【要約】【課題】  より簡便に合焦する被写体を変更でき，画角を変更する程度のカメラワークでも，十分に合焦する被写体を保持可能なフォーカス機能を有する撮像装置を提供することを目的としている。【解決手段】  フォーカスレンズを光軸方向に駆動するレンズ駆動手段と，そのレンズ位置を検出するレンズ位置検出手段と，前記レンズ群を通過した光を電気信号に変換する撮像手段と，合焦度を示すＡＦ（オートフォーカス）評価値を生成するＡＦ評価値検出手段と，前記ＡＦ評価値に基づいて前記レンズ駆動手段を制御するレンズ制御手段と，前記レンズ位置検出手段から得られる現在のレンズ位置から所定の被写体距離の範囲内での合焦に制限を設ける合焦位置制限手段と，前記合焦位置制限手段のオンオフを切り替える制限開始手段と制限解除手段とを有する構成とした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体よりの光を取り込むレンズ群に含まれるフォーカスレンズを光軸方向に駆動するレンズ駆動手段と，前記フォーカスレンズのレンズ位置を検出するレンズ位置検出手段と，前記レンズ群を通過した光を電気信号に変換する撮像手段と，合焦度を示すＡＦ（オートフォーカス）評価値を生成するＡＦ評価値検出手段と，前記ＡＦ評価値に基づいて前記レンズ駆動手段を制御するレンズ制御手段と，前記レンズ位置検出手段から得られる現在のレンズ位置から所定の被写体距離の範囲内での合焦に制限を設ける合焦位置制限手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被写体よりの光を取り込むレンズ群に含まれるフォーカスレンズを光軸方向に駆動するレンズ駆動手段と，前記フォーカスレンズのレンズ位置を検出するレンズ位置検出手段と，前記レンズ群を通過した光を電気信号に変換する撮像手段と，合焦度を示すＡＦ（オートフォーカス）評価値を生成するＡＦ評価値検出手段と，前記フォーカスレンズを所定の範囲内でサーチすることで前記ＡＦ評価値を前記レンズ位置情報とを関連付けて記憶するAF評価値記憶手段と、前記ＡＦ評価値記憶手段に基づいて前記レンズ駆動手段を制御するレンズ制御手段と，前記AF評価値記憶手段によって記録されたＡＦ評価値に基づいて所定の被写体距離の範囲内の合焦を制限する合焦範囲制限手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記合焦位置制限手段のオンオフを切り替える制限開始手段と制限解除手段とを有することを特徴とする請求項１，請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記レンズ群の焦点距離や絞り値を検出することで被写界深度を検出する被写界深度検出手段を有し，前記合焦範囲制限手段は，前記被写界深度検出手段により検出された被写界深度情報に基づき，合焦範囲の制限範囲を決定する合焦範囲制限手段であることを特徴とする請求項１〜請求項３の撮像装置。
【請求項５】
前記合焦範囲制限手段は，前記被写界深度検出手段により検出された被写界深度情報が所定値以下ならば、前記合焦範囲制限を無効にすることを特徴とする請求項１〜請求項４の撮像装置。
【請求項６】
前記制限開始手段は，二回目の半押しであることを特徴とする請求項１〜請求項５の撮像装置。
【請求項７】
前記制限解除手段は，撮影の１シーンごとにオンにされることを特徴とする請求項１〜請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記制限解除手段は，電源投入ごとであることを特徴とする請求項１〜７請求項の撮像装置。
【請求項９】
前記制限解除手段は，所定時間で解除されることを特徴とする請求項１〜請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記制限解除手段は，ズームを変更すると解除されることを特徴とする請求項１〜請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記制限解除手段は，解除ボタンを押し下げることで解除されることを特徴とする請求項１〜請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記制限解除手段は，撮影映像のホワイトバランスが所定の値以上変化すると解除されることを特徴とする請求項１〜請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記制限解除手段は，ジャイロセンサを具備し，ジャイロ信号が所定の値以上に変化した時に解除されることを特徴とする請求項１〜請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記制限解除手段は，撮影対象が前記合焦範囲制限手段により制限されている制限範囲に近づいた時に解除されることを特徴とする請求項１〜請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
撮像映像を表示する液晶モニタなどのディスプレイと，撮像映像を前記ディスプレイに表示すると同時に，合焦位置制限手段による制限の様子を所定の形式で表示するための表示手段を有する請求項１〜請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
表示方法に関する限定
前記表示手段は，表示装置に焦点距離をバーであらわし，制限範囲を前記バーの中で色を変更して表すことを特徴とする請求項１〜請求項１５の撮像装置。
【請求項１７】
前記制限解除手段は，露光量が大幅に変化することで解除されることを特徴とする請求項１〜請求項１６に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
カメラやデジタルカメラ，ビデオカメラ等の撮像装置に用いて好適であり，自動合焦（オートフォーカス：ＡＦ）の利便性を高める技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラを使用するにあたり，手動でピント調節しながら被写体を撮像するには，熟練したカメラワーク技術が必要である。そこで、素人でも常にピントの合った画像を撮像できるように，自動的に合焦するオートフォーカス機能が開発され，カメラ，ビデオカメラ等の撮像装置に搭載されてきた。従来の撮像装置でのオートフォーカス機能を説明する。画角内中央部の１つまたは画角内複数のエリアを測距エリア（焦点検出エリア）として設定し，その測距エリア内で撮像されている映像信号のうち高周波成分を抽出して，この高周波成分の大きさを画像の鮮鋭度とする。この鮮鋭度を評価しながらフォーカスレンズを駆動し，鮮鋭度が最大になるようにフォーカスレンズ位置を制御して，自動合焦を行うのが一般的である。また，このオートフォーカスのシーケンスとして，動画，静止画撮影向けとして，二つの方法が用いられている。動画撮影のように，常に合焦状態を望む場合として採用された方法と，静止画撮影のようにシャッターを切った瞬間に合焦していればよい場合として採用された方法である。動画の場合には，常に合焦している必要があるため，現在あるレンズ位置の近傍の鮮鋭度を常に評価して，現在の評価値よりも高い所へと常にフォーカスレンズを駆動する方式を採用している。静止画撮影の場合は，シャッター半押しの動作時にフォーカスレンズの駆動範囲全域にわたって評価値を算出し，もっとも鮮鋭度の高い位置へレンズを駆動して固定するというスキャン方式を用いている。
【０００３】
これらのオートフォーカス機能では，多くの場合，ファインダ内に測距エリアが示されており，この測距エリアに目的とする被写体をあわせ込む。ゆえに横に並んでいる被写体には画角を平行移動して，目的とする被写体にフォーカスを合わせることは容易であった。しかし，光軸方向に被写体が並んでいる場合，手前，奥というように画角を移動させることはできないので，被写体を選択してフォーカスを合わせることは容易には行えない。このようにカメラの焦点距離方向に被写体が並んでおり，目的とする被写体と異なる物体に合焦してしまった場合，ズームを用いて画角を狭くして，目的とする物体に合焦するように努めるか，またはオートフォーカスをマニュアルフォーカスモードに切り替え手動で焦点距離の調整をしなければならなかった。特許文献１では，撮影する画角を変えずにフォーカス距離を変更するための手段として，マニュアルフォーカスリング用いてオートフォーカスの補助的操作を行えるような提案がなされている。
又、従来例としては、例えば特許文献１をあげることが出来る。
【特許文献１】特開平６−９８２３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，特許文献１による提案では，操作としてリングを回して調整するというＭＦ同様の操作になり，そのためにカメラの持ち替えなどの動作が必要となることが容易に想像できる。また，目的と異なる被写体から目的とする被写体にフォーカスを移動させた場合でも，カメラワークを行うごとに，またはリングを回転することで，再び目的と異なる被写体にフォーカスが戻ってくるというものであった。本発明では，これらのことを省みて，より簡便性にすぐれ，一度被写体を固定すれば，一定の条件を満たさなければ元の被写体に戻ることがなく，画角を変更するようなカメラワークでは十分に被写体を保持可能なフォーカス装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために，請求項１記載の発明によれば，被写体よりの光を取り込むレンズ群に含まれるフォーカスレンズを光軸方向に駆動するレンズ駆動手段と，前記フォーカスレンズのレンズ位置を検出するレンズ位置検出手段と，前記レンズ群を通過した光を電気信号に変換する撮像手段と，合焦度を示すＡＦ（オートフォーカス）評価値を生成するＡＦ評価値検出手段と，前記ＡＦ評価値に基づいて前記レンズ駆動手段を制御するレンズ制御手段と，前記レンズ位置検出手段から得られる現在のレンズ位置から所定の被写体距離の範囲内での合焦に制限を設ける合焦位置制限手段と，前記合焦位置制限手段のオンオフを切り替える制限開始手段と制限解除手段とを有する構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば，ＡＦ用レンズの可動範囲に制限機能を付加することで，焦点距離に制限がかかり，目的とする被写体と異なる物体に焦点があったときにも，マニュアルフォーカスモードに変更することなく，ＡＦ機能を有効に使いながら，容易に焦点を変更することができる。ＡＦの評価値にのみ変更を加えるという簡単な処理だけで，ＡＦ位置に制限を行い，容易に焦点を変更することが出来る。よって，通常のＡＦ機能を用いて，ガラス，ネット，金網等の裏側（奥）にある被写体を撮影することが可能なＡＦ機能を得ることが出来る。また，解除する条件が成り立つまで，制限機能が保持されるので，制限される被写体距離が維持されることにより，簡単なカメラワークによって，元の望まない被写体に戻ることが無く，画角を変えて撮影する場面でも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は本発明の一例であり，本発明のオートフォーカス装置を用いたビデオカメラの概略を示すブロック図である。同図において，点線で囲まれる（１００）はレンズユニットであり，固定レンズ（１０１），ズームレンズ（１０２），光量調節用の絞り羽（１０３），固定レンズ（１０４），フォーカスレンズ（１０５）と，位置エンコーダー（１０８）と，また，ズームレンズ駆動用モータ（１０６），フォーカスレンズ駆動用モータ（１０７）で構成されている。なお位置エンコーダーは，ズームレンズ（１０２），絞り羽（１０３），フォーカスレンズ（１０５）の位置センサーとしている。これらのレンズユニット（１００）を搭載したビデオカメラの各ユニットはバス(１２２)を介して接続されており，各ユニットは，メインCPU(１１０)によって制御される構造になっている。操作スイッチ群（１１５）の中に含まれるスイッチにより，録画モードで起動すると，フラッシュメモリ（１１３）に格納されていたプログラムがRAM(１１２)の一部にロードされ，メインCPU(１１０)はこのRAM(１１２)にロードされたプログラムにしたがって動作を行う。上記の構成において，通常用いられるＡＦ機能が，俗称，山登りＡＦとよばれる常に合焦するためのＡＦ制御方式であることを前提とする。
【０００９】
被写体からの光は，レンズユニット（１００）内のレンズ群を通り，CCDなどの撮像素子（１０９）に結像される。撮像素子（１０９）は，赤，緑，青の３原色それぞれについて設けられている３板式の撮像系となることもある。この撮像素子により光電変換が行われ，撮像信号処理（１１９）として，最適なレベルに増幅されたり，３板式の場合であれば３枚の撮像素子出力を加算して，一つの映像信号に変換するなどの信号処理がなされ，映像としてモニタディスプレイ（１１４）に出力されたり，画像記録用メディア（１１６）に映像が記録される。また一方で，この撮像信号からバンドパスフィルタなどを通して高周波成分を抽出し，ＡＦ評価値として，フォーカス制御ブロック（１２１）に渡される。そのＡＦ評価値に基づき，フォーカスレンズ駆動用モータ（１０７）へ駆動信号を送り，フォーカスレンズ（１０５）を駆動する。この一連のサイクルを繰り返して，オートフォーカスが行われる。
【００１０】
このサイクルの中で，オートフォーカス機能により，ユーザーが望まない点に合焦した場合，ユーザーは操作スイッチ群（１１５）中の制限用スイッチを押し下げることで，フォーカスの位置を変更することができる。スイッチ起動後，ＣＰＵ（１１０）は，位置エンコーダー（１０８）より得られるフォーカスレンズ位置とズームレンズ位置を受けて，被写体距離を算出する。フラッシュメモリ（１１３）内に予め決められた数値と被写体距離から算出した制限幅Ｌを決める。現在の被写体距離の位置からLの範囲内は，ＡＦ評価値が極端に低く（ほぼゼロ，または所定値以下で小さい傾きをもつ）算出するプログラムを実行する。ＡＦレンズ位置を所定幅分駆動した後，算出されたＡＦ評価値，先に述べた制限されたＡＦ評価値に基づいてフォーカス制御が行われる。フォーカス制御（１２１）ブロックのＡＦ評価値が高い位置へフォーカスレンズを駆動するというＡＦ制御従来のアルゴリズムに基づいて，スイッチを押し下げた瞬間の被写体距離位置近傍でフォーカスすることに制限を加える形となる。このとき，ある範囲の被写体位置にＡＦの制限をかけていることをユーザーにわかりやすくモニタディスプレイ（114）やファインダに，制限している被写体距離の数値を表示するようにしている。以上が本発明の概略である。
【００１１】
以下に図を持って詳細に説明する。図２(a)は，野球場で金網越しにグランドを撮影するときを想定しており，横軸に被写体距離（ズームの無いときはフォーカスレンズ位置と性質的には等価），縦軸にＡＦ評価値をとったグラフである。撮影者から近い順に，Ｈ１で金網による成分が出ており，Ｈ２でバッター，Ｈ３でピッチャーによるＡＦ評価値の極大点となっている。この環境下において，通常のAF機能によってＨ1近傍で合焦したとする。ユーザーによって制限用のスイッチが押し下げられると，制限幅Ｌの値が所定の算出方法で決められる。Ｈ1近傍の幅Ｌ部分のＡＦ評価値が低く計算されて，図２(ｂ)のようなＡＦ評価値として認識される。その後，このＡＦ評価値にしたがってＡＦ機能が動作する。結果として，バッターによるＡＦ成分のあるＨ２の位置で合焦することになる。ＡＦ機能に入るより早く，制限されたＬの幅分をＡＦをしないで強制的に高速駆動することで，Ｈ２位置への合焦を早くおこなうことができる。この図２（ｂ）の状態で制限用スイッチを押し下げると，図２（ｃ）のように，Ｈ２を中心に幅Ｌ２の範囲の評価値が下がり，結果としてＡＦ機能によりＨ３に移ることになる。さらに所定回数スイッチの押し下げを行うなど，所定のリセット条件を満たすとリセットされて，元のＡＦ評価値，図２（a）の状態に戻り，通常のＡＦ機能で動作を続ける。リセットされてもとの評価値に戻る「所定のリセット条件」については後述する。
【００１２】
次に，ＡＦ制限する幅（図中Ｌの値）について述べる。Ｌの幅については以下に述べる一つまたは複数の設定方法が用いられる。第一の設定方法は，カメラに予め登録してある唯一の数値を用いることである。第二の設定方法は，ユーザによる設定。スイッチ群の中の一つによる数値入力で，設定をユーザ自身が行う。記録画素数やAF or MFなど他のカメラ設定と同様に，あらかじめ定められた大・中・小などの中から選択するとしてもよい。第三の設定方法もユーザ設定によるものだが，解除までの回数を示すもので行う。すなわち設定画面に表示されるのは，１，２，３回または，２，３，４箇所など数字で表記して，ユーザーがフォーカスポイントが何点あるか想定して使用する。これらの数値が大きいほど，Ｌの幅が小さくなるようにプログラム上で計算されて設定される。第四の設定方法は，被写界深度に基づく設定方法である。被写界深度は，被写体の焦点が合う長さ（深さ）を指すもので，焦点距離が長くなる，絞りを開く，撮影距離が近くなるなどにより，被写界深度は浅くなる。よって，制限幅Lを設定するにあたり，絞り羽位置から絞りの開きと，レンズユニットの焦点距離などの設計値と合わせて，被写界深度を算出する。この被写界深度と制限幅Lを予め経験的に作成して，フラッシュメモリ（113）に搭載しておき，被写界深度が算出された後に，この表を参照してLを設定する。絞り値，焦点距離とレンズユニットの設計値から被写界深度の計算を行えばよく，表でなく計算式をもっていてもよい。いずれかの方法により被写界深度を算出すると制限幅Lが決定する。第五の設定方法を，図３を用いて説明する。図３(a)においてAF機能によりＨ１にフォーカスされた場合，図３（ｂ）に示すように，制限幅Ｌを直接設定するのではなく，ＡＦ評価値の絶対値Ｈによって設定を行う方法である。まずＨを決め，前後にフォーカスレンズを駆動してＨ以上の被写体距離位置を抽出して制限幅Ｌとする。Ｈの決定方法については，所定かまたはユーザー任意にする方法，また，図３（c）に示すように，Ｈ１の値からＨ＝０.８×Ｈ１のように値を算出してもよい。以上のような方法を用いて制限幅Ｌを設定する。ただし，一般に前側被写界深度の方が後ろ側被写界深度よりも浅いため，実際に禁止する幅Ｌの中心は，やや後方（図２または図３では右），被写体距離が遠い方向にもっていくことが望ましい。
【００１３】
次に「所定のリセット条件」について述べる。これまでに説明したように，スイッチの押し下げにより，ＡＦ評価値を幅Ｌの範囲で小さくしている。一度小さくした評価値は「所定のリセット条件」を満たさない限り保持され，幅Ｌの被写体距離では合焦しないように保たれる。その解除方法として，以下の方法があげられる。ひとつは，動画撮影の１シーンごとであるか，電源の投入ごとであるか，スイッチ群中に解除専用スイッチを設けてこれを押し下げるなどしたユーザの動作によるものである。先に述べた制限を開始するスイッチを所定の回数を押し下げる方法も含まれる。また，撮影環境が変わる場合による解除方法もあげられる。ズームを変更した場合，ホワイトバランスが所定以上変化した場合，カメラ内に揺れを検出するジャイロ信号存在してジャイロの出力が所定以上変化した場合，露光量が大幅に変化した場合，フォーカスが制限しているＬの幅に近づいてきた場合など，これらの場合は，被写体そのものが変化した場合と判断可能である。以上のような条件を一つまたは複数用いて「リセット条件」として設計する。
【００１４】
次に，図４をもって説明する。図４は縦軸にフォーカスレンズ位置，横軸にズームレンズ位置をとり，被写体距離ごとに，フォーカスが合うレンズ位置の奇跡を描いた図である。コンピュータズームにおいてはこの奇跡にしたがってレンズを駆動することで，ピンぼけすることなくズーミングを行う。被写体距離が無限大，５ｍ，２ｍ，８０ｃｍにある時の曲線と，ズームレンズ位置Ｚ１との点線の各交点をＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，ズームレンズ位置Ｚ２との各交点をＡ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２としている。これまで述べてきたような制限幅Ｌは図４では，例えば２ｍと８０ｃｍの間を禁止すれば，図中灰色の部分のレンズ位置関係を禁止することに相当する。ここで図からわかるとおり，ズームレンズのテレ端で特に有効であり，ワイド端では被写界深度が深くなることもあり，難しいためテレ端（被写界深度が浅い）の時のみ制限ＡＦを行うこととしている。
【実施例２】
【００１５】
実施例２として，静止画撮影の場合におけるスキャンタイプのＡＦ機能を用いている場合について説明する。構成については実施例１で用いた図１と変わらないシステムで実現されている。静止画撮影におけるＡＦ機能では，シャッター時に最高のフォーカスポイントに合わせるため，シャッターの半押し時に，全域に渡ってＡＦ評価値をスキャンする。つまり，シャッター前に，図２（a）のグラフ全体を得ることになる。まず，一度目の半押し時にスキャンしながら，図５のような表をＲＡＭに記録する。この表中からＡＦ評価値が最大の個所Ｈ１にフォーカスが合わされて，シャッターの深押しにより撮影を行うが，Ｈ１にフォーカスが合わされた後に制限用のスイッチ（ここでは二度目のシャッター半押し）が押されると，ＡＦ評価値が押された点の両側の谷から谷の区間が制限幅Ｌと設定される。その区間のＡＦ評価値が下がり，次のＨ２に焦点があうことになる。リセット条件は実施例１と同様に，条件を満たした場合とする。条件としては，撮影のワンショットごとであるか，電源の投入ごとであるか，スイッチ群中に解除専用スイッチを設けてこれを押し下げるなどしたユーザの動作によるものである。先に述べた制限を開始するスイッチを所定の回数を押し下げる方法も含まれる。また，撮影環境が変わる場合による解除方法もあげられる。ズームを変更した場合，ホワイトバランスが所定以上変化した場合，カメラ内に揺れを検出するジャイロ信号存在してジャイロの出力が所定以上変化した場合，露光量が大幅に変化した場合など，被写体そのものが変化したと判断できる場合である。以上のような条件を一つまたは複数用いて「リセット条件」としている。なお，テレ端での有効性，ディスプレイへの表示に関することは実施例１と同様である。以上のように通常のＡＦ機能に制限機能を付加して，目的とする被写体に合わなかった時にも素早く被写体の変更ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のシステム構成一例のカメラ
【図２】AF評価値対被写体距離
【図３】制限幅Lの説明図
【図４】被写体距離別  合焦位置軌跡図
【図５】被写体距離とAF評価値（メモリ記録内容）
【符号の説明】
【００１７】
100  レンズユニット
101  固定レンズ１
102  ズームレンズ
103  絞り羽
104  固定レンズ２
105  フォーカスレンズ
106  ズームレンズ駆動モータ
107  フォーカスレンズ駆動モータ
108  位置エンコーダユニット
109  撮像素子
110  メインＣＰＵ
111  画像処理ユニット
112  ＲＡＭ
113  フラッシュメモリ
114  モニタディスプレイ
115  操作スイッチ群
116  画像記録メディア
117  電源管理部
118  電源
119  撮像信号処理ブロック
120  ズーム制御ブロック
121  フォーカス制御ブロック
122  バス
【図１】
2006349744.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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