(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズと、
前記撮影レンズを介して入射する光学像を電気信号に変換する撮像手段と、
前記撮影レンズを駆動してフォーカス調整を行うレンズ駆動手段と、
被写体の明るさを検出する測光手段と、
前記測光手段の測光結果に応じて適正露出が得られるように露出制御を行う露出制御手段と、
前記撮像手段から得られる画像信号の高周波成分に基づいて焦点評価値を算出する演算手段と、
前記レンズ駆動手段によって前記撮影レンズを移動させ、複数のレンズ位置で取得した前記焦点評価値に基づいて合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、
前記測光手段で検出された被写体の明るさが規定値よりも暗い場合に、前記適正露出が得られる露出制御のもとで前記撮像手段から得られる画像信号に基づいて前記合焦位置検出手段による第１の検出動作を実行し、その後、当該第１の検出動作によって合焦位置が検出できたか否かを判定し、この判定において合焦位置を検出できた場合には当該第１の検出動作の結果から求めた合焦位置に前記撮影レンズを移動させる一方、前記判定において合焦位置を検出できなかった場合には、前記適正露出よりも低い露光量となる露出制御のもとで前記撮像手段から得られる画像信号に基づいて前記合焦位置検出手段による第２の検出動作を実行し、当該第２の検出動作の結果を基に合焦位置を求め、求めた合焦位置に前記撮影レンズを移動させるように前記レンズ駆動手段を制御する制御手段と、を備えた電子カメラ。
【請求項２】
被写体の明るさを検出し、明るさが規定値よりも暗い場合に、適正露出が得られる露出制御のもとでレンズを移動し、複数のレンズ位置で前記撮像手段から得られる画像信号の高周波成分に基づいて焦点評価値を算出して、焦点評価値のピークを示す合焦位置を検出する第１の検出動作を行い、当該第１の検出動作によって合焦位置が検出できたか否かを判定し、この判定において合焦位置を検出できた場合には当該第１の検出動作の結果から求めた合焦位置に前記撮影レンズを移動させる一方、前記判定において合焦位置を検出できなかった場合には、前記適正露出よりも低い露光量となる露出制御のもとで前記レンズを移動し、複数のレンズ位置で前記撮像手段から得られる画像信号の高周波成分に基づいて焦点評価値を算出して、焦点評価値のピークを示す合焦位置を検出する第２の検出動作を行い、当該第２の検出動作の結果を基に合焦位置を求め、求めた合焦位置に前記レンズを移動させることを特徴とするオートフォーカス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子カメラに係り、特に、撮像素子からの出力信号に基づいて、画像の高周波成分を検出し、その検出結果を利用してオートフォーカス（ＡＦ）制御を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の電子カメラにおいて、撮影画像の高周波成分を検出し、高周波信号の積分値のピークを与えるフォーカス位置を合焦位置とするＡＦ方式は、実際の被写体から得られる信号によるフィードバック制御であるため、高精度で合焦制御が可能である。かかるＡＦ方式に関連する先行技術として、特開２０００−１３６６６号公報及び特開平７−２８７１６２号公報がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
画像の高周波成分を利用するＡＦ方式は、原理的に、コントラストのない被写体に対しては、高周波成分のエッジ成分を検出できず、フォーカスが合い難いという性質を有している。また、夜景など高輝度の点光源が散在する被写体についても、正確な合焦を得にくいという欠点がある。これは、通常の適正露出レベルでオートフォーカス動作を行うと、点光源部分の画像信号出力が飽和してしまい、フォーカスレンズの位置が変化しても、高周波成分が変動しないことに原因がある。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、従来のＡＦ方式では合焦が得られなかった被写体についても、正確にフォーカスを合わせることができる電子カメラ及びＡＦ制御方法を適用することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る電子カメラは、撮影レンズと、前記撮影レンズを介して入射する光学像を電気信号に変換する撮像手段と、前記撮影レンズを駆動してフォーカス調整を行うレンズ駆動手段と、被写体の明るさを検出する測光手段と、前記測光手段の測光結果に応じて適正露出が得られるように露出制御を行う露出制御手段と、前記撮像手段から得られる画像信号の高周波成分に基づいて焦点評価値を算出する演算手段と、前記レンズ駆動手段によって前記撮影レンズを移動させ、複数のレンズ位置で取得した前記焦点評価値に基づいて合焦位置を検出する合焦位置検出手段と、前記測光手段で検出された被写体の明るさが規定値よりも暗い場合に、前記適正露出が得られる露出制御のもとで前記撮像手段から得られる画像信号に基づいて前記合焦位置検出手段による第１の検出動作を実行し、その後、当該第１の検出動作によって合焦位置が検出できたか否かを判定し、この判定において合焦位置を検出できた場合には当該第１の検出動作の結果から求めた合焦位置に前記撮影レンズを移動させる一方、前記判定において合焦位置を検出できなかった場合には、前記適正露出よりも低い露光量となる露出制御のもとで前記撮像手段から得られる画像信号に基づいて前記合焦位置検出手段による第２の検出動作を実行し、当該第２の検出動作の結果を基に合焦位置を求め、求めた合焦位置に前記撮影レンズを移動させるように前記レンズ駆動手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００６】
本発明によれば、測光処理によって被写体の平均的な明るさが検出され、露出制御が行われる。被写体の明るさが予め定められている規定値より明るい場合には、露出制御により得られた適正露出レベルのもとでＡＦサーチ動作を行い、各レンズ位置毎に焦点評価値を算出する。そして、焦点評価値のピークを示す合焦位置を検出し、当該合焦位置に撮影レンズを移動させる。その一方、被写体の明るさが規定値よりも暗い場合には、適正露出レベルのもとでＡＦサーチ動作を行った場合に、焦点評価値のピークを示す合焦位置を検出できない可能性がある。
そのため、適正露出レベルによるＡＦサーチ動作に加えて、適正露出よりも低い露光量によるＡＦサーチ動作を行い、これら複数回のＡＦサーチ動作の結果を基に、より正確な合焦位置の検出を行う。これにより、夜景のような、高輝度の点光源が散在する被写体に対しても正しくピントを合わせることができる。
【０００７】
ＡＦ制御によって合焦調整された被写体像は、撮影開始の指示に応動して撮像手段から取り込まれる。撮像手段より出力された画像信号は、所定の信号処理手段によって処理された後、記録手段によって記録媒体に記録される。
【０００９】
また、本発明に係るオートフォーカス制御方法は、被写体の明るさを検出し、明るさが規定値よりも暗い場合に、適正露出が得られる露出制御のもとでレンズを移動し、複数のレンズ位置で前記撮像手段から得られる画像信号の高周波成分に基づいて焦点評価値を算出して、焦点評価値のピークを示す合焦位置を検出する第１の検出動作を行い、当該第１の検出動作によって合焦位置が検出できたか否かを判定し、この判定において合焦位置を検出できた場合には当該第１の検出動作の結果から求めた合焦位置に前記撮影レンズを移動させる一方、前記判定において合焦位置を検出できなかった場合には、前記適正露出よりも低い露光量となる露出制御のもとで前記レンズを移動し、複数のレンズ位置で前記撮像手段から得られる画像信号の高周波成分に基づいて焦点評価値を算出して、焦点評価値のピークを示す合焦位置を検出する第２の検出動作を行い、当該第２の検出動作の結果を基に合焦位置を求め、求めた合焦位置に前記レンズを移動させることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る電子カメラ及びオートフォーカス制御方法の好ましい実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１０のブロック図である。撮影レンズ１２は、１枚又は複数枚のレンズで構成され、単一の焦点距離（固定焦点）のレンズでもよいし、ズームレンズや望遠／広角の二焦点切替式レンズの如く焦点距離可変のものでもよい。撮影レンズ１２を通過した光は、絞り１４により光量が調節された後、ＣＣＤイメージセンサ（以下、ＣＣＤという。）１６に入射する。ＣＣＤ１６の受光面には、フォトセンサが平面的に配列されており、ＣＣＤ１６の受光面に結像された被写体像は、各フォトセンサによって入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。こうして蓄積された信号電荷は、ＣＣＤドライバ１８から与えられるパルスに基づいて信号電荷に応じた電圧信号（画像信号）として順次読み出される。
【００１２】
ＣＣＤ１６から出力された画像信号は、アナログ処理部２０に送られる。アナログ処理部２０は、サンプリングホールド回路、色分離回路、ゲイン調整回路等を含み、このアナログ処理部２０において、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理並びにＲ，Ｇ，Ｂの各色信号に色分離処理され、各色信号の信号レベルの調整（プリホワイトバランス処理）が行われる。
【００１３】
アナログ処理部２０から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換器２２によりデジタル信号に変換された後、メモリ２４に格納される。タイミングジェネレータ（ＴＧ）２６は、ＣＰＵ３０の指令に従ってＣＣＤドライバ１８、アナログ処理部２０、及びＡ／Ｄ変換器２２に対してタイミング信号を与えており、このタイミング信号によって各回路の同期がとられている。
【００１４】
メモリ２４に格納されたデータは、バス３２を介して信号処理部３４に送られる。信号処理部３４は、輝度・色差信号生成回路、ガンマ補正回路、シャープネス補正回路、コントラスト補正回路、ホワイトバランス補正回路等を含むデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で構成された画像処理手段であり、ＣＰＵ３０からのコマンドに従って画像信号を処理する。
【００１５】
信号処理部３４に入力された画像データは、輝度信号（Ｙ信号）及び色差信号（Ｃr,Ｃb 信号）に変換されるとともに、ガンマ補正等の所定の処理が施された後、メモリ２４に格納される。
【００１６】
メモリ２４に記憶された画像データは、ＣＰＵ３０の指令に従って読み出され、表示用メモリ３６に送られる。表示用メモリ３６に記憶されたデータは、表示用の所定方式の信号（例えば、ＮＴＳＣ方式のカラー複合映像信号）に変換された後、Ｄ／Ａ変換器３８を介して表示部４０に出力される。表示部４０には、液晶ディスプレイ、ＴＶモニタなどを用いることができる。こうして、当該画像データの画像内容が表示部４０の画面上にモニタ出力される。
【００１７】
ＣＣＤ１６から出力される画像信号によってメモリ２４の画像データが定期的に書き換えられ、その画像データから生成される映像信号が表示部４０に供給されることにより、ＣＣＤ１６で捉える画像がリアルタイムに表示部４０に表示される。撮影者は、表示部４０に映し出される映像、或いは図示せぬ光学ファインダーによって撮影画角を確認することができる。
【００１８】
操作部５０に含まれるレリーズスイッチ５２の押下操作により、記録開始指示信号が発せられ、該指示信号の受入に呼応して、記録用の画像データの取り込みが開始される。画像データを圧縮して記録するモードが選択されている場合、ＣＰＵ３０は圧縮伸張回路６０にコマンドを送り、これにより圧縮伸張回路６０は、メモリ２４上の画像データをＪＰＥＧその他の所定の形式に従って圧縮する。
圧縮された画像データは、カードインターフェース６２を介してメモリカード６４に記録される。非圧縮の画像データを記録するモード（非圧縮モード）が選択されている場合には、圧縮伸張回路６０による圧縮処理を実施せずに、非圧縮のまま画像データがメモリカード６４に記録される。
【００１９】
本例のデジタルカメラ１０では、画像データを保存する手段として、例えばスマートメディア（Solid-State Floppy Disk Card）が適用される。記録メディアの形態はこれに限定されず、ＰＣカード、コンパクトフラッシュ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、メモリスティックなどでもよく、電子的、磁気的、若しくは光学的、又はこれらの組み合わせによる方式に従って読み書き可能な種々の媒体を用いることができる。使用される媒体に応じた信号処理手段とインターフェースが適用される。異種、同種の記録メディアを問わず、複数の媒体を装着可能な構成にしてもよい。
【００２０】
再生モード時にはメモリカード６４から読み出された画像データが圧縮伸張回路６０によって伸張処理され、表示用メモリ３６及びＤ／Ａ変換器３８を介して表示部４０に出力される。
【００２１】
ＣＰＵ３０は、本カメラシステムの各回路を統括制御する制御部である。ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ６６及びＲＡＭ６８等の記憶手段を備え、ＲＯＭ６６にはＣＰＵ３０が処理するプログラム及び制御に必要な各種データ等が格納され、ＲＡＭ６８はＣＰＵ３０が各種の演算処理等を行う際の作業用エリアとして利用される。ＣＰＵ３０は、操作部５０から受入する入力信号に基づき、対応する回路の動作を制御するとともに、表示部４０における表示の制御、オートフォーカス（ＡＦ）制御及び自動露出（ＡＥ）制御等を行う。
【００２２】
操作部５０は、レリーズスイッチ５２、ズームスイッチ５４、マクロスイッチ５６、モードダイヤル５８などの各種の指示入力手段を含むブロックである。操作部５０は、押しボタン式スイッチ、ダイヤル、レバー式スイッチ、スライド式ツマミなどの形態に限らず、表示部４０の画面上に表示される設定メニューや選択項目からカーソル、ポインター、タッチパネル等で所望の項目を選択する態様もある。操作部５０は、カメラ本体に設けられていてもよいし、操作部５０の一部又は全部をリモコン送信機としてカメラ本体と分離した構成にしてもよい。
【００２３】
ＣＰＵ３０は、ＣＣＤ１６から出力される画像信号に基づいて、焦点評価値の演算及びＡＥ演算などの各種演算を行い、その演算結果に基づいてフォーカスモータを含むレンズ駆動部７０を制御してレンズを合焦位置に移動させるとともに、アイリスモータを含む絞り駆動部７２を制御して適正な絞りに設定し、かつＣＣＤ１６の電荷蓄積時間を制御する。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器２２から出力された信号は、ＡＥ演算部７４及びＡＦ演算部７６に加えられる。ＡＥ演算部７４は、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号を積算し、その積算値をＣＰＵ３０に提供する。ＣＰＵ３０は、ＡＥ演算部７４から入力する積算値に基づいて被写体の平均的な明るさ（被写体輝度）を検出し、撮影に適した露出値（撮影Ｅｖ値）を算出する。レリーズスイッチ５２の半押し時に、上述のＡＥ測光動作を複数回繰り返して正確な露出値を求める。求めた露出値と所定のプログラム線図に従い、撮影時の絞り値とシャッタースピードが決定される。そして、レリーズスイッチ５２の全押し時に、絞り駆動部７２及び電子シャッターを制御して最適な露光量を得る。
【００２５】
ＡＦ演算部７６は、図２に示すように、ハイパスフィルタ８０、絶対値化処理部８２、ＡＦエリア抽出部８４、及び積算部８６を備えている。ハイパスフィルタ８０は、Ａ／Ｄ変換器２２から出力されるＧ信号の高周波成分のみを通過させる。絶対値化処理部８２は、ハイパスフィルタ８０からの出力信号の絶対値をとり、ＡＦエリア抽出部８４は、画面内（例えば、画面中央部）に予め設定されているフォーカス対象エリア（ＡＦエリアという。）内の信号を切り出す処理を行う。積算部８６は、ＡＦエリア内の絶対値データを積算し、得られた積算値（焦点評価値に相当）をＣＰＵ３０に提供する。
【００２６】
ＣＰＵ３０は、撮影レンズ１２を移動させながら、複数のＡＦ検出ポイントでＡＦ演算を行い、各ＡＦ検出ポイントで算出された焦点評価値を総合して、焦点評価値が最大となるところを合焦位置として決定する。そして、求めた合焦位置に撮影レンズ１２を移動させるようにレンズ駆動部７０を制御する。
【００２７】
次に、上記の如く構成されたデジタルカメラ１０のＡＥ及びＡＦ動作について説明する。図３は、ＡＥ及びＡＦ制御の手順を示すフローチャートである。レリーズスイッチ５２が半押し操作され、処理がスタートすると（ステップＳ３００）、ＣＣＤ１６を駆動して測光用の画像信号の取り込みを行う（ステップＳ３１０）。入力した画像信号は、ＡＥ演算部７４において演算処理され（ステップＳ３１２）、被写体の明るさが検出される。
【００２８】
ＣＰＵ３０は、ＡＥ演算によって検出された被写体の明るさが予め定められている規定値より暗いか否かの判定を行う（ステップＳ３１４）。被写体が規定値よりも明るい場合（ＮＯ判定時）は、ステップＳ３１６に進む。ステップＳ３１６では、ステップＳ３１２のＡＥ演算で求めた露出値に従って、適正な露光量が得られるように露出制御を実行する。そして、適正露出制御のもとでＡＦ演算動作を行い（ステップＳ３１８）、複数のＡＦ検出ポイントで焦点評価値を計算する。ＡＦ演算動作の結果、焦点評価値が最大となる合焦位置を検出することができたか否かの判定を行う（ステップＳ３２０）。
【００２９】
例えば、白壁などコントラストの無い被写体を撮影したときには、合焦位置を検出することができずに、ステップＳ３２０でＮＯ判定となり、ステップＳ３２２へ進む。ステップＳ３２２では、焦点評価値のピーク値を検出できなかった場合の対応措置として、所定のフォーカス位置（例えば、距離約２ｍの被写体にピントが合うようなフォーカス位置）にレンズを移動させる。
【００３０】
他方、ステップＳ３２０において、焦点評価値のピーク値を検出できた場合には（ＹＥＳ判定時）、ステップＳ３３２へ進み、当該ピーク位置に相当する合焦位置へレンズを移動させる。ステップＳ３２２、若しくは、ステップＳ３３２によってレンズ位置が確定したら、本制御を終了し（ステップＳ３４０）、レリーズスイッチ５２の全押し操作の入力を待機する。そして、レリーズスイッチ５２の全押し操作の入力に応動して、記録用画像の取り込み（本撮像）処理を実行し、得られた画像をメモリカード６４に記録する。
【００３１】
ステップＳ３１４において、被写体が規定値よりも暗い場合（ＹＥＳ判定時）は、ステップＳ３２６に進む。ステップＳ３２６では、ステップＳ３１２のＡＥ演算で求めた露出値に従って、適正な露光量が得られるように露出制御を実行する。そして、適正露出制御のもとでＡＦ演算動作を行い（ステップＳ３２８）、複数のＡＦ検出ポイントで焦点評価値を計算する。
【００３２】
ＡＦ演算動作の結果、焦点評価値が最大となる合焦位置を検出することができたか否かの判定を行う（ステップＳ３３０）。この判定において、合焦位置を検出できなかった場合（ＮＯ判定時）は、ステップＳ３３４に分岐する。ステップＳ３３４では、適正露出のときよりも、更に露光量を低減する露出制御を行う（ステップＳ３３４）。その後ステップＳ３２６に戻り、ＡＦ演算動作を実行する。露出レベルを下げてＡＦ読み込みを行うことにより、夜景シーンに散在する点光源などの画像の飽和を回避し、画像信号の高周波成分検出が可能となる。
【００３３】
ステップＳ３３０において合焦位置が検出できたら（ＹＥＳ判定時）、ステップＳ３３２に進み、求めた合焦位置へレンズを移動させ、ＡＦ制御を終了する（ステップＳ３４０）。
【００３４】
本実施形態に係るＡＦ制御方式によれば、従来の合焦が困難とされていた夜景などの被写体に対しても、合焦することができる。
【００３５】
上記実施形態では、焦点評価値の算出に際し、画像信号のＧ信号から高周波成分を抽出したが、ＹＣ処理後に得られる輝度信号（Ｙ信号）から高周波成分を検出する態様も可能である。
【００３６】
上述した実施形態の変形例について説明すると、撮影レンズ１２としてズームレンズなどの焦点距離可変のレンズを適用した場合、焦点距離によって被写界深度が変わるため、焦点距離に応じてＡＦ検出ポイントのポイント数を変更することが好ましい。例えば、ワイド側で７〜８ポイント、テレ側では１６ポイントという具合に、被写界深度が浅くなるにつれてＡＦ検出ポイント数を多く設定する。また、通常撮影モードと、マクロ（近距離）撮影モードとで、ＡＦサーチ範囲及びＡＦ検出ポイント数を変更する態様も好ましい。例えば、通常撮影モードでは、約５０cm〜無限遠の範囲内の被写体に対してピントを合わせることができ、マクロ撮影モードを使うと、約 9cm〜５０cmの近距離撮影が可能となる。この場合、マクロスイッチ５６によってマクロ撮影モードが選択された時には、ＡＦサーチ範囲を近距離側にシフトし、ＡＦ検出ポイントを２０ポイント以上に設定する。
【００３７】
図４は、ＡＦサーチ動作のバリエーションを示す模式図である。同図（ａ）に示す方式は、ＡＥの結果に従い適正露出レベルで第１回目のＡＦサーチ動作を行う。このとき、ＡＦサーチ範囲を至近側から無限遠側に向かう一定方向に沿ってレンズを移動させながら、複数のＡＦ検出ポイントでＡＦ演算を行う。その結果、合焦位置を検出できなかった場合には、露出レベルを下げて、もう一度ＡＦサーチ動作を行うこととし、この第２回目のＡＦサーチ動作時にも、ＡＦサーチ範囲を至近側から無限遠側に向かう一定方向に沿ってレンズを移動させて、複数のＡＦ検出ポイントでＡＦ演算を行う。第２回目のＡＦサーチ動作を開始する前に、レンズをＡＦサーチ始動点まで戻す必要がある。なお、ＡＦサーチ動作におけるレンズ移動方向は、無限遠側から至近側に移動する方向でもよい。
【００３８】
図４（ｂ）に示す方式は、第２回目のＡＦサーチ動作を無限遠側から至近側へと向かうレンズ移動によって実施するものであり、図４（ａ）に示した方式に比べて、レンズの戻り動作が省略され、ＡＦ処理時間の短縮を図ることができる。
【００３９】
図４（ｃ）に示す方式は、一つのＡＦ検出ポイントで、第１の露出レベルによるＡＦ演算と、第２の露出レベルによるＡＦ演算とを続けて行う方式である。各ＡＦ検出ポイントにおいて、露出レベルを変えて複数回（例えば、２回）ＡＦ読み込みを行ってから、次のＡＦ検出ポイントにレンズを移動させる。この方式によれば、ＡＦサーチ範囲を一度だけレンズ移動させることで、異なる露出レベルによる焦点評価曲線を取得することができる。
【００４０】
本発明の適用範囲は、静止画記録用のデジタルカメラに限らず、動画記録可能なデジタルカメラやビデオカメラなどにも適用できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高輝度の点光源が存在する確率の高い、低照度時に、適正露出レベルによる通常のＡＦサーチ動作を実行することに加えて、適正露出よりも低い露光量によるＡＦサーチ動作を行うようにしたので、点光源による撮像信号の飽和を回避し、従来のＡＦ方式では合焦が得られなかった被写体についても、正確にフォーカスを合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るデジタルカメラのブロック図
【図２】図１中に示したＡＦ演算部の構成を示すブロック図
【図３】本例のデジタルカメラにおけるＡＥ及びＡＦ制御の手順を示すフローチャート
【図４】ＡＦサーチ動作のバリエーションを示す模式図
【符号の説明】
１０…デジタルカメラ（電子カメラ）、１２…撮影レンズ、１６…ＣＣＤ（撮像手段、測光手段）、３０…ＣＰＵ（露出制御手段、合焦位置検出手段、制御手段）、７０…レンズ駆動部（レンズ駆動手段）、７４…ＡＥ演算部（露出制御手段）、７６…ＡＦ演算部（演算手段）
【図１】
0004565370.tif 000002
【図２】
0004565370.tif 000003
【図３】
0004565370.tif 000004
【図４】
0004565370.tif 000005