(57)【要約】【課題】所望の被写体に素早く焦点を合わせることができるオートフォーカス装置を提供する。【解決手段】被写体距離に対応する情報を測定する測定手段と、撮像手段からの信号に基づいて画像のコントラストに対応する焦点信号を生成する焦点信号生成手段と、焦点信号に基づいてフォーカスレンズを光軸方向に駆動制御してフォーカスレンズの移動目標としての合焦位置を取得するフォーカス制御手段とを有し、フォーカス制御手段は、測定手段にて得られる情報に基づく被写体距離に対応する合焦位置（Ｌ）を、フォーカス制御手段による合焦位置から排除するようにしている。【選択図】図４
2008111897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体距離に対応する情報を測定する測定手段と、
撮像手段からの信号に基づいて画像のコントラストに対応する焦点信号を生成する焦点信号生成手段と、
前記焦点信号に基づいてフォーカスレンズを光軸方向に駆動制御して前記フォーカスレンズの移動目標としての合焦位置を取得するフォーカス制御手段とを有し、
前記フォーカス制御手段は、前記測定手段にて得られる情報に基づく被写体距離に対応する合焦位置を、前記フォーカス制御手段による合焦位置から排除することを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記フォーカス制御手段により合焦位置が排除された場合、遠側へ前記フォーカスレンズを排除されない場合よりも高速移動させることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記フォーカス制御手段は、合焦位置に制限を加えることを開始する制限開始手段と、合焦位置の制限を解除する制限解除手段とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
被写界深度を検出する被写界深度検出手段を有し、
前記フォーカス制御手段は、前記被写界深度に基づいて合焦位置を排除する範囲を決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記制限開始手段は、プログラムＡＥのポートレートモード時に機能することを特徴とする請求項３に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
前記制限解除手段は、撮影環境の変化に応答して機能することを特徴とする請求項３に記載のオートフォーカス装置。
【請求項７】
合焦位置を排除する前記範囲を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項８】
請求項１ないし７に記載のオートフォーカス装置を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像のコントラストに対応する焦点信号に基づいてフォーカスレンズを光軸方向に駆動制御して、前記フォーカスレンズの移動目標としての合焦位置を取得するフォーカス制御手段を有するオートフォーカス装置および撮像装置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影するには、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影できるように、自動的に合焦するオートフォーカス装置が開発され、カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置に搭載されてきた。
【０００３】
従来の撮像装置にけるオートフォーカス装置について説明する。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（焦点検出エリアを含む）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。そして、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の位置制御を行い、自動合焦を行うのが一般的である。
【０００４】
また、自動合焦時のシーケンスとして、動画、静止画撮影向けとして、二つの方式が用いられている。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式と、静止画撮影のようにシャッタ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式である。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評価して、現在の焦点信号（ＡＦ評価値）よりも高い所へと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、レリーズシャッタの半押し操作時にフォーカスレンズの駆動範囲全域にわたってＡＦ評価値を算出し、もっとも鮮鋭度の高い位置へフォーカス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。
【０００５】
これらのオートフォーカス装置を具備するカメラでは、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合わせ込む。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。
【０００６】
このようにカメラの光軸方向に被写体が並んでおり、対象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、対象とする物体に合焦するように努める。もしくは、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換え、手動で焦点調節をすることが必要であった。
【０００７】
この点に鑑み、特許文献１では、撮影する画角を変えずに合焦位置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。
【特許文献１】特開平０６−１９７２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１においては、操作としてリングを回して調節するというマニュアルフォーカス同様の操作になり、そのためにカメラの持ち替えなどの動作が必要であった。また、対象とは異なる被写体から対象としている被写体にフォーカスを移動させた後にも、カメラワークを行うと又はリングを回転する操作が行われると、合焦をさけたい被写体に再びフォーカスが戻ってくる可能性の高いものであった。
【０００９】
（発明の目的）
本発明の目的は、所望の被写体に素早く焦点を合わせることのできるオートフォーカス装置および撮像装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、被写体距離に対応する情報を測定する測定手段と、撮像手段からの信号に基づいて画像のコントラストに対応する焦点信号を生成する焦点信号生成手段と、前記焦点信号に基づいてフォーカスレンズを光軸方向に駆動制御して前記フォーカスレンズの移動目標としての合焦位置を取得するフォーカス制御手段とを有し、前記フォーカス制御手段が、前記測定手段にて得られる情報に基づく被写体距離に対応する合焦位置を、前記フォーカス制御手段による合焦位置から排除するオートフォーカス装置とするものである。
【００１１】
同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記オートフォーカス装置を有する撮像装置とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所望の被写体に素早く焦点を合わせることができるオートフォーカス装置または撮像装置を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。
【実施例】
【００１４】
図１は本発明の一実施例に係わるビデオカメラの概略を示すシステム構成図である。図１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根１０３、固定レンズ１０４、フォーカスレンズ１０５、位置エンコーダ１０８を有する。さらに、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を有する。なお、位置エンコーダ１０８は、ズームレンズ１０２、絞り羽根１０３、フォーカスレンズ１０５の位置を検出する手段として機能する。
【００１５】
上記レンズユニット１００を搭載したビデオカメラの各部は、バス１２２を介して接続されており、メインＣＰＵ１１０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ＲＡＭ１１２の一部にロードされる。メインＣＰＵ１１０はこのＲＡＭ１１２にロードされたプログラムにしたがって動作を行う。
【００１６】
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１０９により光電変換が行われ、撮像信号処理部１１９にて、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されたりする。そして、所定の画像・映像フォーマットへ変換される等の信号処理がなされる。その後は、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に映像が記録されたりする。
【００１７】
一方で被写体からの光は固定レンズ１３０を通り、ラインセンサ１３１に結像される。このラインセンサ１３１は、固定レンズ１３０の中心を挟んで平行にラインセンサＡ、ラインセンサＢが２つ配置されており、これらの各出力の位相差が検出されて、被写体までの距離が測定される。そして、この距離に基づいて、フォーカス制御部１２１がフォーカスレンズ駆動用モータ１０７を介してフォーカスレンズ１０５の駆動を行う。つまり、距離情報に基づいたフォーカス制御（以下、第１フォーカス制御）が行われる。
【００１８】
また一方で、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が抽出され、画像のコントラストに対応する焦点信号（ＡＦ評価値）としてフォーカス制御部１２１に渡される。すると、そのＡＦ評価値に基づき、フォーカス制御部１２１がフォーカスレンズ駆動用モータ１０７を介してフォーカスレンズ１０５の駆動を行う。この一連のサイクルを繰り返すことで、フォーカス制御（以下、第２フォーカス制御）が行われる。
【００１９】
上記第１フォーカス制御と第２フォーカス制御は、図２に示すように合焦点近傍では、精度の高い第２フォーカス制御（ＴＶＡＦ）が、大ぼけ状態の時には、検出が速い第１フォーカス制御（外測）が用いられるような所定の使い分けが行われる。このようにしてフォーカス速度を上げて、かつ、精度の高いフォーカス動作が行われる。
【００２０】
上述のシステムを用いて、近傍に金網や檻があるときなどに、その金網や檻にフォーカスが合わないようにするモードが設定される場合等におけるフォーカス制御の概略動作を、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、上記モードとしては、例えば、プログラムＡＥのポートレートモードである。
【００２１】
スイッチ起動直後のフォーカスがぼけ状態において、まずステップＳ３０１では、ＣＰＵ１１０は、位置エンコーダ１０８より得られるフォーカスレンズ１０５の位置とズームレンズ１０２の位置の値を受けて、ラインセンサ１３１の出力に基づいて被写体までの距離の測定を行い、距離Ｘを算出する。近傍に金網や檻がある場合には、この距離がＸとして測定、算出される。次のステップＳ３０２では、ユーザーにより操作スイッチ群１１５中の制限用スイッチが押し下げられたか否かを判定し、押し下げられていなければステップＳ３０３へ進み、押し下げられていればステップＳ３０４へ進む。ステップＳ３０３では、ダイヤル等により金網、檻を避ける合焦位置に制限する制限モードがダイヤル等によりに設定されているか否かを判定し、制限モードに設定されていない場合はステップＳ３０５へ進み、制限モードに設定されていればステップＳ３０４へ進む。
【００２２】
上記制限用スイッチが押し下げられておらず（ステップＳ３０２のＮＯ）、制限モードに設定されていない（ステップＳ３０３のＮＯ）としてステップＳ３０５へ進むと、フォーカス速度を上げるために第１フォーカス制御によって、距離Ｘ付近にフォーカスレンズ１０５を駆動する。その後はステップＳ３０７へ進み、そのまま第２フォーカス制御（ＴＶＡＦ）に移り、通常の精度の高いＡＦ動作を行う。
【００２３】
一方、制限用スイッチが押し下げられている場合（ステップＳ３０２のＹＥＳ）や、モードが金網、檻を避ける制限モードがダイヤル等により設定されている(ステップＳ３０３のＹＥＳ)場合には、上記のようにステップＳ３０４へ進む。そして、このステップＳ３０４では、第１フォーカス制御により距離Ｘの遠側にフォーカスレンズ１０５を高速に駆動する。すなわち、距離Ｘにある被写体は金網などの至近の被写体であって、主被写体ではないと想定されるからである。そして、次のステップＳ３０６にて、距離Ｘの値に応じて、第２フォーカス制御用のＡＦ評価値を所定範囲の区間分下げる。その後はステップＳ３０７へ進み、第２フォーカス制御によりＡＦ駆動を行う。
【００２４】
上記ステップＳ３０６において、距離Ｘの合焦位置を排除する（ＡＦ評価値を所定範囲の区間分下げる）幅は、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される制限幅Ｌがマッピングされている。現在の被写体距離を中心とする制限幅Ｌ内は、ＡＦ評価値を極端に低く（ほぼゼロ、または所定値以下で小さい傾きをもつように制限される）算出するプログラムとしている。よって、第２フォーカス制御によってＡＦ評価値が高い位置へフォーカスレンズ１０５を駆動するという、従来のＡＦ制御のアルゴリズムに基づいて制御されることになる。このとき、ある範囲（制限幅Ｌ）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易くするために、モニタディスプレイ１１４や図示しないファインダ内に、制限幅Ｌ内の被写体距離の数値を表示するようにしている。表示例としてはバー表示であり、バーの中の色を変更して表す等が考えられる。
【００２５】
以上が本実施例の概略説明である。以下に、図４を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図４（ａ）は、野球場で金網越しにグランドを撮影する撮影シーンを想定しており、横軸に被写体の距離Ｘ（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評価値をとった図である。
【００２７】
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ＢＯＸに居るバッター、Ｈ３でピッチャーによるＡＦ評価値の極大点となっている。この撮影状況下において、ラインセンサ１３１からの信号により得られる距離Ｘとして、Ｘ１およびＸ２が検出される。ユーザーによって制限用スイッチが押し下げられた場合や合焦禁止とすべく制限モードにある場合には、フォーカスレンズ１０５は、図４（ｂ）のように、ＡからＢの位置へ駆動される。この際の制限幅Ｌの値は所定の算出方法で求められる。Ｈ１近傍の制限幅Ｌの部分のＡＦ評価値は低く計算されて、結果として、図４（ｂ）の実線で示すようなＡＦ評価値として認識される。
【００２８】
したがって、その後はこのＡＦ評価値にしたがって第２フォーカス制御機能が働く。結果として、バッターによるＡＦ評価値成分のあるＨ２の位置で合焦することになる。つまり、ＡＦ機能に入るより早く、制限幅Ｌの範囲（合焦位置排除範囲）をＡＦ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行うことができる。
【００２９】
その後、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が満たされると、上記の低く計算されたＡＦ評価値がリセットされて、元のＡＦ評価値、図４（ａ）の状態に戻り、通常のＡＦ機能で動作を続ける。リセットされて元のＡＦ評価値に戻る“所定のリセット条件”については後述する。
【００３０】
次に、ＡＦしないで強制的に高速駆動する制限幅Ｌ（図４（ｂ）参照）について述べる。
【００３１】
制限幅Ｌ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１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２の設定方法は、ユーザーが設定する方法である。詳しくは、スイッチ群の中の一つによる数値入力で、設定をユーザー自身が行う。記録画素数やＡＦまたはＭＦ（マニュアルフォーカス）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３の設定方法は、複数の被写体距離が検出された場合、複数の被写体距離が所定の相関であるときに設定する方法である。
【００３２】
また、第４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、被写体に焦点が合う長さ（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、絞り羽根１０３の位置から絞りの開きと、レンズユニット１００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。そのため、被写界深度と制限幅Ｌを予め経験的に作成して、図５のように、フラッシュメモリ１１３に搭載しておく。そして、被写界深度が算出された後に、この図５を参照して制限幅Ｌを設定する。なお、絞り値、焦点距離とレンズユニット１００の設計値から被写界深度の計算を行えばよく、図５のようなデータを持つことなく、計算式をもっていてもよい。第３の設定方法においては、いずれかより被写界深度を算出できると制限幅Ｌを決定することができる。
【００３３】
以上のような方法を用いて制限幅Ｌを設定する。但し、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、実際に合焦禁止する制限幅Ｌの中心は、やや遠側、被写体距離が遠い方向にもっていくことが望ましい。
【００３４】
次に、前述した“所定のリセット条件”について述べる。
【００３５】
これまでに説明したように、ユーザーによるスイッチ操作により、ＡＦ評価値を制限幅Ｌの範囲で小さく制限している。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、制限幅Ｌに位置する距離の被写体には合焦しないように保たれるが、その解除方法としては、以下の方法が挙げられる。
【００３６】
一つは、解除専用スイッチを設けて、これを押し下げるなどした、ユーザーの操作に基づくものである。他の一つは、撮影環境の変化に応答して解除する方法である。例えば、ズームが変更された場合、ホワイトバランスが所定以上変化した場合、カメラ内に具備された振動検出手段（ジャイロ等）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、もしくは、制限幅Ｌの合焦位置排除範囲に近づいてきた場合などに、撮影環境が変化したと判定可能である。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。
【００３７】
図６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、被写体距離毎に、合焦レンズ位置の軌跡を描いた図である。
【００３８】
コンピュータを用いてのズームでは、この軌跡にしたがってレンズを駆動することで、ピントぼけすることなくズーミングを行える。図６には、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とし、ズームレンズ位置Ｚ２との各交点をＡ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２として示している。
【００３９】
これまで述べてきたような制限幅Ｌを、図６では、例えば２ｍと８０ｃｍの間とすれば、図６中の灰色部分のレンズ位置関係が合焦位置排除範囲に相当する。ここで、図６からわかる通り、ズームレンズ１０２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）の時のみ合焦位置排除（合焦禁止）の区間としている。
【００４０】
以上のように、通常のＡＦ機能に、さらに制限機能が付加された構成であるため、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可能となる。
【００４１】
詳しくは、本実施例によれば、被写体の距離を直接測定し、制限モード時等には、測定した距離Ｘを基準として、フォーカスレンズ１０４の合焦位置を制限する機能を付加している。このことで、即座に合焦位置排除範囲においてＡＦ評価値に制限がかかり、目的外の被写体には焦点が合わないようにしている。
【００４２】
よって、金網、檻等の裏側（奥）にある目的とする被写体に対し、精度のよいＡＦ機能（第２フォーカス制御）を有効に使いながら、容易に焦点を合わせることができる。また、解除する条件が成り立つまで制限機能が保持され、制限される被写体距離が維持されるので、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、といった従来のような不都合を生じることが無くなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例に係わるビデオカメラの概略を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係わる第１フォーカス制御と第２フォーカス制御の区切りを示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係わる主要部分の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例に係わるＡＦ評価値の制限についての説明図である。
【図５】本発明の一実施例に係わる被写界深度と制限幅Ｌの関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係わる被写体距離別の合焦位置の軌跡を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００      レンズユニット
１０１      固定レンズ
１０２      ズームレンズ
１０４      固定レンズ
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
１０９      撮像素子
１１０      ＣＰＵ
１１１      画像処理部
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
１１９      撮像信号処理部
１２０      ズーム制御部
１２１      フォーカス制御部
１３０      固定レンズ
１３１      ラインセンサ
【図１】
2008111897.tif 000003
【図２】
2008111897.tif 000004
【図３】
2008111897.tif 000005
【図４】
2008111897.tif 000006
【図５】
2008111897.tif 000007
【図６】
2008111897.tif 000008