(57)【要約】【課題】逆光の場合のように、暗く沈んだ被写体についても、ピントを合わせることを可能にする。【解決手段】周囲の輝度状態に比べて、被写体の輝度レベルが基準値に満たない場合、露光量を上げて被写体のコントラストを確保し、ＡＦ実行後、露光量を元に戻して撮影する。【選択図】　図１
2004138970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に移動可能なフォーカスレンズ及び絞りを含む光学系と、
前記光学系によって投影された被写体像を画像信号に変換して出力する撮像素子と、
前記画像信号から得られる輝度データに基づいてＡＥ評価値を発生するＡＥ評価部と、
前記撮像素子上に設定されたＡＦ範囲内の画像信号の高周波成分を抽出しＡＦ評価値を発生するＡＦ評価部と、
前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、
前記絞りを駆動する絞り駆動部と、
電子シャッター機能を有するＣＣＤ制御部と、
前記ＡＥ評価部が発生したＡＥ評価値及び前記ＡＦ評価部が発生したＡＦ評価値を受けて前記絞り駆動部、前記ＣＣＤ制御部及び前記フォーカスレンズ駆動部を制御する制御部とを備えるオートフォーカスカメラにおいて、
前記制御部は、前記ＡＥ評価値から、前記撮像素子による撮像領域の中央部の明るさが周囲に比べて暗いと判定した場合、露光量を一時的に上げる制御を行い、その後、前記ＡＦ評価部が発生した前記ＡＦ評価値に基づいて画像信号のコントラストが最大となる位置に前記フォーカスレンズが位置するように前記フォーカスレンズ駆動部に指示するＡＦ制御を行うことを特徴とするオートフォーカスカメラ。
【請求項２】
請求項１記載のオートフォーカスカメラにおいて、前記露光量を上げる制御は、前記絞り駆動部制御して絞りを開く制御及び／又は前記ＣＣＤ制御部を制御してシャッタースピードを遅くする制御であることを特徴とするオートフォーカスカメラ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のオートフォーカスカメラにおいて、前記画像信号を表示する表示部を備えることを特徴とするオートフォーカスカメラ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載のオートフォーカスカメラにおいて、前記制御部は、前記露光量を一時的に上げる制御によっても前記ＡＦ評価部によって十分な高コントラスト評価が得られなかった場合、前記ＡＦ範囲を拡大し、当該拡大したＡＦ範囲を用いて再度前記ＡＦ制御を行うことを特徴とするオートフォーカスカメラ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のオートフォーカスカメラにおいて、前記制御部は、前記ＡＦ制御の後、露光量をもとに戻す制御を行うことを特徴とするオートフォーカスカメラ。
【請求項６】
請求項４記載のオートフォーカスカメラにおいて、前記制御部は、前記拡大したＡＦ範囲を用いたＡＦ制御によっても十分な高コントラスト評価が得られなかった場合、前記フォーカスレンズ駆動部を制御して固定ピント位置に前記フォーカスレンズを移動することを特徴とするオートフォーカスカメラ。
【請求項７】
オートフォーカス機構及び自動露出機構を利用した撮影方法において、
撮影視野の中央部の明るさとその周囲の明るさとを比較するステップと、
前記撮影視野の中央部の明るさがその周囲の明るさより暗いと判定されたとき露光量を上げるステップと、
前記ステップによって露光量が上げられた状態で前記オートフォーカス機構を駆動し、前記撮影視野内に設定されたＡＦ領域のコントラストが最大となる前記オートフォーカス機構の制御値を探索するステップとを含むことを特徴とする撮影方法。
【請求項８】
オートフォーカス機構及び自動露出機構を利用した撮影方法において、
撮像素子から出力される画像信号全体が最適な輝度状態となるようにＡＥ制御を行うステップと、
撮影視野の中央部の画像信号の輝度が予め定められた閾値より小さいとき、露光量に補正値を加算するステップと、
露光量に補正値が加算された状態で前記撮影視野内に設定されたＡＦ領域のコントラストが最大となる前記オートフォーカス機構の制御値を探索するステップとを含むことを特徴とする撮影方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の撮影方法において、前記ＡＦ領域を拡大するステップと、前記拡大されたＡＦ領域のコントラストが最大となる前記オートフォーカス機構の制御値を探索するステップとを更に含むことを特徴とする撮影方法。
【請求項１０】
請求項７，８又は９記載の撮影方法において、前記探索された制御値によって前記オートフォーカス機構を制御するステップと、その後、前記露光量を以前の状態に戻すステップを有することを特徴とする撮影方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オートフォーカス機能を有するデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤ等の撮像素子を有するデジタルカメラのオートフォーカス機構において、撮像素子より得られた画像信号をバンドパスフィルター（ＢＰＦ）に通して高周波成分を抽出し、その高周波成分が最大となる位置にフォーカスレンズを移動させるコントラスト検出方式が広く実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
画像信号の高周波成分が最大となるようにフォーカスレンズ位置を制御する方法は、被写体にピントが合った状態で被写体のコントラストが最大になることが前提であるが、光源が被写体の後方にあるような場合（逆光）には、被写体画像の周波数成分は周囲、特に背景に比べて著しく高周波成分を欠く状態（ローコントラスト）になり、被写体ではなく背景にピントが合う結果になる（バックフォーカス）。このローコントラストを回避する手段として、例えば特許文献１に記載のオートフォーカス装置が提案されている。　この装置では、ＡＦエリアを拡大することで被写体のローコントラスト条件を緩和する機能と、バックフォーカスを回避するために被写体に対する適正なゲイン制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）を行う機能を有している。
【０００４】
しかし、被写体が暗い場合にゲインを上げると、コントラスト条件が改善されると同時に、Ｓ／Ｎ条件は悪くなる傾向がある。そのため、ノイズ成分が強調され、誤ったピークを検出する恐れがある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、被写体周囲が十分明るいにも拘わらず、被写体自体が暗く沈んだ状態、例えば逆光の下での撮影においても被写体にピントを合わせることのできるオートフォーカス機能を有するカメラを提供することを目的とする。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２１５４２６号公報
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、設定したＡＦエリア内の輝度データと、画像信号全体の輝度データを比較し、ＡＥ制御後の後者が規定値を満たしているにも拘わらず、前者が十分なＡＦ評価値を得るに対して不充分な状態の場合、ＡＦ実行中に限定して画像全体の露光量を上昇させ、被写体のコントラストを確保することによって前記目的を達成する。
【０００８】
すなわち、本発明によるオートフォーカスカメラは、光軸方向に移動可能なフォーカスレンズ及び絞りを含む光学系と、光学系によって投影された被写体像を画像信号に変換して出力する撮像素子（ＣＣＤ）と、画像信号から得られる輝度データに基づいてＡＥ評価値を発生するＡＥ評価部と、撮像素子上に設定されたＡＦ範囲内の画像信号の高周波成分を抽出しＡＦ評価値を発生するＡＦ評価部と、フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、絞りを駆動する絞り駆動部と、撮像素子から得られる画像信号を制御する電子シャッター機能を有するＣＣＤ制御部と、ＡＥ評価部が発生したＡＥ評価値及びＡＦ評価部が発生したＡＦ評価値を受けて絞り駆動部及びフォーカスレンズ駆動部を制御する制御部とを備えるオートフォーカスカメラにおいて、制御部は、ＡＥ評価値から、撮像素子による撮像領域の中央部の明るさが周囲に比べて暗いと判定した場合、露光量を一時的に上げる制御を行い、その後、ＡＦ評価部が発生したＡＦ評価値に基づいて画像信号のコントラストが最大となる位置にフォーカスレンズが位置するようにフォーカスレンズ駆動部に指示するＡＦ制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
露光量を上げる制御は、絞り駆動部を制御して絞りを開く制御あるいはＣＣＤ制御部を制御してシャッタースピードを遅くする制御、もしくはその両方の制御を併用することによって行うことができる。
【００１０】
制御部は、前記露光量を一時的に上げる制御によってもＡＦ評価部によって十分な高コントラスト評価が得られなかった場合、ＡＦ範囲を拡大し、当該拡大したＡＦ範囲を用いて再度ＡＦ制御を行うように構成することができる。ＡＦ範囲の拡大方向は、縦下方向とするのが好ましい。
【００１１】
また、制御部は、ＡＦ制御の後、露光量をもとに戻す制御を行う。露光量のみを上昇させた場合、画像信号全体の光量が上昇し、画像全体が白潰れを起こす可能性があるが、露光量の上昇をＡＦ実行中のみに限定し、ＡＦ動作完了後は当該露光量をＡＦ動作開始前に戻し、速やかにＡＥ制御を行うことにより、画像全体の白潰れを防止できる。
【００１２】
また、制御部は、拡大したＡＦ範囲を用いたＡＦ制御によっても十分な高コントラスト評価が得られなかった場合、フォーカスレンズ駆動部を制御して固定ピント位置にフォーカスレンズを移動する制御を行うのが好ましい。固定ピント位置は、撮影シーンに応じて最適な固定ピント位置を複数用意してもよい。
【００１３】
本発明による撮影方法は、オートフォーカス機構（ＡＦ）及び自動露出機構（ＡＥ）を利用した撮影方法において、撮影視野の中央部の明るさとその周囲の明るさとを比較するステップと、撮影視野の中央部の明るさがその周囲の明るさより暗いと判定されたとき露光量を上げるステップと、露光量が上げられた状態でオートフォーカス機構を駆動し、撮影視野内に設定されたＡＦ領域のコントラストが最大となるオートフォーカス機構の制御値を探索するステップとを含むことを特徴とする。オートフォーカス機構の制御値は、端的にはオートフォーカスレンズ位置である。
【００１４】
また、本発明による撮影方法は、オートフォーカス機構及び自動露出機構を利用した撮影方法において、撮像素子から出力される画像信号全体が最適な輝度状態となるようにＡＥ制御を行うステップと、撮影視野の中央部の画像信号の輝度が予め定められた閾値より小さいとき、露光量に補正値を加算するステップと、露光量に補正値が加算された状態で撮影視野内に設定されたＡＦ領域のコントラストが最大となるオートフォーカス機構の制御値を探索するステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
ＡＦ領域を拡大するステップと、拡大されたＡＦ領域のコントラストが最大となるオートフォーカス機構の制御値を探索するステップとを更に含んでもよい。前記撮影方法は、探索された制御値によってオートフォーカス機構を制御するステップと、その後、露光量を以前の状態に戻すステップを有する。
【００１６】
本発明によれば、被写体周囲が十分明るいにも拘わらず、被写体自体が暗く沈んだ状態、例えば逆光の下での撮影において、ＡＦ実行中に限定して露光量を一時的に上げることで、被写体のＡＦ評価値を十分ピーク検出が可能なレベルまで引き上げることが可能となる。露光量のみを上げるので、ＡＧＣによって画像信号ゲインを上げる場合のようにＳ／Ｎの影響を受けにくく、誤ったピント位置にフォーカスを移動する恐れが軽減される。また、上記操作を行った後にＡＦ枠拡大を実施し、かつ、ＡＦ枠を縦下方向に拡大するので、バックフォーカスの可能性を軽減することができる。また、ＡＦロック確定後は、露光量を元に戻すため、表示部および画像記録媒体に出力する画像品位を適正な輝度レベルにすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明によるオートフォーカス機構を有するデジタルカメラの構成例を示す図である。図１において、１０１はズームレンズ、１０２はフォーカスレンズ、１０３は絞り・フィルターなどを含むレンズ機構部、１０４は撮像素子（ＣＣＤ）、１０５はＣＣＤ制御部、１０６はＡ／Ｄ変換部、１０７は絞り駆動部、１０８はフォーカスレンズ駆動部、１０９はズームレンズ駆動部、１１０はＣＣＤ信号処理部、１１１はＡＦ評価値を抽出する高周波成分抽出部、１１２はＣＣＤ信号処理部からの撮影画像を表示する表示部、１１３はＣＰＵ、１１４は本発明を実現するプログラムを記憶する媒体、１１５は撮影した画像を記録する媒体である。キー入力部１１６は例えばシャッターボタン入力を外部から指示する機構である。
【００１８】
フォーカスレンズ駆動部１０８は、フォーカスレンズ１０２を光軸方向に沿って移動させる。ズームレンズ駆動部１０９は、ズームレンズ１０１を光軸方向に沿って移動させる。絞り駆動部１０７は、レンズ機構部１０３の絞り機構を光量に応じて開閉する。各駆動部１０７、１０８、１０９は、プログラム格納用記憶媒体１１４よりＣＰＵ１１３にロードされたプログラムソフトによって制御される。ＣＣＤ信号処理部１１０は、ＣＣＤ１０４、Ａ／Ｄ変換部１０６を通じてデジタル変換された画像信号を受け取り、表示部１１２に表示可能な形態、および画像記録媒体１１５に記録可能な形態に変換し、ＣＰＵ１１３に出力する。また、表示部１１２に表示される画像信号は、ＣＣＤ制御部１０５によって時系列的に変化するものとする。また、ＣＣＤ制御部１０５はＣＣＤ１０４からの画像信号を電気的に制御する電子シャッター機能を有する。高周波成分抽出部１１１は、ＣＣＤ信号処理部１１０より入力されたデジタル画像信号を微分フィルター等で高周波要素（エッジ要素）データを抽出し、かかるデータ（ＡＦ評価値）をＣＰＵ１１３に出力する。
【００１９】
ＣＰＵ１１３は、プログラム格納用記憶媒体１１４よりロードされたプログラムソフトによって、図１に示すデジタルカメラの信号処理、全制御を行う。また、ＣＰＵ１１３は、前記ＡＦ評価値を基準値として、フォーカスレンズ駆動部１０８に指示して、フォーカスレンズ１０２を最適なピント位置に移動させる。また、ＣＰＵ１１３は、ＣＣＤ信号処理部１１０より画像信号の輝度データを受け取り、それをＡＥ評価値として判定し、絞り駆動部１０７に指示して、レンズ機構部１０３の絞り機構を開閉し、同時にＣＣＤ制御部１０５に指示して、シャッタースピードを可変し、最適な光量を調整する。
【００２０】
ここで、本発明における合焦動作について、図２及び図３のフローチャートを用いて説明する。まず、画像信号全体の最適な輝度状態にＡＥ制御を行う（ステップ１）。ステップ１にて画像信号全体の輝度値ｌｖ＿ａｌｌを確定する。次に、ＡＦロックを解除（ステップ２）し、輝度値ｌｖ＿ｌｌがＡＥ制御限界輝度値ｌｖ＿ｔｈ＿ｍｉｎより小であるか否かを判定する（ステップ３）。輝度値ｌｖ＿ａｌｌがｌｖ＿ｔｈ＿ｍｉｎより小である場合は、予め決められた固定焦点位置にフォーカスレンズを移動（ステップ１９）する。
【００２１】
輝度値ｌｖ＿ａｌｌがｌｖ＿ｔｈ＿ｍｉｎ以上である場合は、図４に示すように画角内に設定されたＡＥ範囲内の中央輝度値ｌｖ＿ｃｅｎｔｅｒを確定する（ステップ４）。次に、ｌｖ＿ｃｅｎｔｅｒが中央輝度閾値ｌｖ＿ｃ＿ｔｈ＿ｍｉｎより小であるか否かを判定する（ステップ５）。中央輝度値ｌｖ＿ｃｅｎｔｅｒが中央輝度閾値ｌｖ＿ｃ＿ｔｈ＿ｍｉｎより小である場合、露光量ｅｖに補正量ｅｖ＿ｕｐを加算する（ステップ６）。続いて、フォーカスレンズのＡＦサンプリング移動開始位置、終了位置を計算する（ステップ７）。中央輝度値ｌｖ＿ｃｅｎｔｅｒが中央輝度閾値ｌｖ＿ｃ＿ｔｈ＿ｍｉｎ以上である場合、露光量ｅｖは補正せずに、ステップ７に移行する。
【００２２】
ステップ７に続いて、図５に示す通常動作時のＡＦ枠を設定する（ステップ８）。ＡＦ評価値は、かかるＡＦ枠内の高周波成分に限定される。次に、ステップ７で計算したＡＦサンプリング開始位置にフォーカスレンズを移動する（ステップ９）。ＡＦサンプリング開始位置に移動終了後、ＡＦ評価値のサンプリングを開始する（ステップ１１）。ＡＦサンプリング開始位置のサンプリングが終了後、フォーカスレンズを次のサンプリング位置に移動する（ステップ１３）。以降、ＡＦサンプリング終了位置に到達したと判定（ステップ１０）されるまで、ステップ１０からステップ１３までの処理を繰り返す。かかる一連の繰返し処理の間、ＡＦ評価値の最大値ａｆ＿ｍａｘと最小値ａｆ＿ｍｉｎを更新保存する（ステップ１２）。また、ステップ１２において、同時にａｆ＿ｍａｘとなるフォーカスレンズ位置ｌｅｎｓ＿ｍａｘも更新保存する。
【００２３】
ステップ１０にてＡＦサンプリング終了位置に到達したと判定された場合、ＡＦ評価値の最大・最小値の差分ａｆ＿ｄｉｆｆ　＝　ａｆ＿ｍａｘ　−　ａｆｍｉｎの演算を実行し、その結果を保存する（ステップ１４）。続いて、ａｆ＿ｄｉｆｆがＡＦ評価差分閾値ａｆ＿ｄｉｆｆ＿ｔｈ＿ｍｉｎより小であるか否かを判定（ステップ１５）する。ａｆ＿ｄｉｆｆがａｆ＿ｄｉｆｆ＿ｔｈ＿ｍｉｎ以上である場合、フォーカスレンズをＡＦ評価最大値ａｆ＿ｍａｘとなる位置ｌｅｎｓ＿ｍａｘに移動させる（ステップ１８）。一方、ａｆ＿ｄｉｆｆがａｆ＿ｄｉｆｆ＿ｔｈ＿ｍｉｎより小である場合、ＡＦサンプリング１回目か否かを判定する（ステップ１６）。ＡＦサンプリング１回目である場合、図６に示すような拡大ＡＦ枠を設定（ステップ１７）し、ステップ９のＡＦサンプリング開始位置に再度レンズを移動させ、一連のＡＦサンプリング処理を再度行う。ステップ１７における枠拡大では、通常のＡＦ枠に対して、縦下方向に拡大する。
【００２４】
ＡＦエリアを縦下方向に拡大する効果として、例えば高コントラスト背景に対して、被写体が人物である場合、ＡＦエリア内に背景が入る可能性が軽減できるだけでなく、人物の衣服、装飾品などの高コントラスト被写体を含めることが可能であるため、より合焦性能を高める効果がある。ＡＦサンプリングが１回目でない場合、ステップ１９に進んで固定焦点位置にフォーカスレンズを移動させる。固定焦点位置は、その時選択した撮影シーンに適したものが選ばれる。
【００２５】
ステップ１８またはステップ１９の各フォーカスレンズ位置に移動完了後、ステップ６で露光量ｅｖの補正を実行したか否かを判定（ステップ２０）する。露光量ｅｖを補正した場合、補正量ｅｖ＿ｕｐ分を減算（ステップ２１）し、ＡＦロックする（ステップ２２）。露光量ｅｖを補正しなかった場合、そのままステップ２２のＡＦロックを行う。続いて、ＡＥロックを解除（ステップ２３）し、図２及び図３の処理を終了する。
【００２６】
図２及び図３の処理の終了後、図１のＣＣＤ１０４に取りこまれた画像信号は、Ａ／Ｄ変換部１０６、ＣＣＤ信号処理部１１０を経由してＣＰＵ１１３に送られ、ＣＰＵ１１３は画像信号を画像記録媒体１１５に記録し、撮影を終了する。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、様々な変形実施を行うことが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、被写体周囲が十分明るいにも拘わらず、被写体自体が暗く沈んだ状態、例えば逆光の下での撮影において、被写体にピントを合わせることができ、また、バックフォーカスの可能性を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるオートフォーカス機構を有するデジタルカメラの構成例を示す図。
【図２】本発明によるＡＦ処理のフローチャート。
【図３】本発明によるＡＦ処理のフローチャート。
【図４】ＡＥ枠の一例を示す図。
【図５】通常ＡＦ枠の一例を示す図。
【図６】拡大ＡＦ枠の一例を示す図。
【符号の説明】
１０１　ズームレンズ
１０２　フォーカスレンズ
１０３　絞り、フィルターなどを含むレンズ機構部
１０４　撮像素子（ＣＣＤ）
１０５　ＣＣＤ制御部
１０６　Ａ／Ｄ変換部
１０７　絞り駆動部
１０８　フォーカスレンズ駆動部
１０９　ズームレンズ駆動部
１１０　ＣＣＤ信号処理部
１１１　高周波成分抽出部
１１２　表示部
１１３　ＣＰＵ
１１４　プログラムを記憶する媒体、
１１５　画像を記録する媒体
１１６　キー入力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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