(57)【要約】【課題】  星にピントを合わせたいユーザは、街の光が測距領域に入ると、星へのピント合わせが正確に行えない懸念を抱く場合がある。そのため、撮像装置の姿勢を意図的に変更して画角の水平付近の街並みが極力測距領域に入らないようにする傾向がある。  その結果、本来意図していた画角ではなくなる課題があった。【解決手段】  そこで、本発明の撮像装置は、無限距離モードが設定された場合、撮像光学系の傾きの大きさに基いて焦点検出領域の位置及び焦点検出領域の領域数の少なくとも一方を変更する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系を通過した光束を受光する撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に複数の焦点検出領域を設定する領域設定手段と、前記複数の焦点検出領域毎に焦点評価値を算出する算出手段と、前記焦点評価値に基いて焦点調節を行う焦点調節手段と、無限距離相当の点光源被写体の焦点評価値を取得する無限距離モードを設定するモード設定手段と、前記撮像光学系の傾きを検出する傾き検出手段と、前記無限距離モードが設定された場合、前記撮像光学系の傾きの大きさに基いて前記焦点検出領域の位置及び前記焦点検出領域の領域数の少なくとも一方を変更する変更手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記変更手段は、前記撮像光学系の傾きの大きさが所定値よりも小さい場合、前記撮像光学系の傾きの大きさが所定値以上の場合に比べて前記複数の焦点検出領域の全体の前記撮像面上の位置を画角の上部側にシフトさせる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記変更手段は、前記撮像光学系の傾きの大きさが所定値よりも小さい場合、前記撮像光学系の傾きの大きさが所定値以上の場合に比べて画角の下部に位置する焦点検出領域の領域数を増やすことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記変更手段は、前記撮像光学系の傾きの大きさが所定値以上の場合、前記撮像光学系の傾きの大きさが所定値よりも小さい場合に比べて前記複数の焦点検出領域の全体の前記撮像面上の位置を画角の中央部側にシフトさせる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記変更手段は、前記撮像光学系の傾きの大きさが所定値以上の場合、前記撮像光学系の傾きの大きさが所定値よりも小さい場合に比べて前記複数の焦点検出領域の領域数を減らすことを特徴とする請求項１又は４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記変更手段は、前記無限距離モードにおいて、前記焦点評価値のピークが複数存在するとき、前記撮像光学系の傾きが変化しない場合において前記ピークが存在する焦点検出領域の領域数を増やすことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記変更手段は、前記撮像光学系の傾きの大きさを変化させた速度に基いて前記焦点検出領域の位置及び前記焦点検出領域の領域数の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記変更手段は、前記撮像光学系の傾きの大きさを変化させた速度が所定値よりも大きいとき、前記撮像光学系の傾きの大きさに基いて前記焦点検出領域の位置及び前記焦点検出領域の領域数の少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
撮像光学系を通過した光束を受光する撮像素子の撮像面に複数の焦点検出領域を設定する領域設定工程と、前記複数の焦点検出領域毎に焦点評価値を算出する算出工程と、前記焦点評価値に基いて焦点調節を行う焦点調節工程と、無限距離相当の点光源被写体の焦点評価値を取得する無限距離モードを設定するモード設定工程と、前記撮像光学系の傾きを検出する傾き検出工程と、前記無限距離モードが設定された場合、前記撮像光学系の傾きの大きさに基いて前記焦点検出領域の位置及び前記焦点検出領域の領域数の少なくとも一方を変更する変更工程と、を有することを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は夜空の星のような点光源にピントを合わせる焦点調節技術に関するものである。テジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、等に適用される撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のカメラ、ビデオ等の撮像装置には、高画素化しており、些細なピントずれでも目立つようになり、より高精度なピント合わせが要望されている。
【０００３】
この要望は夜空における星に対しても同様であり、星を点光源と見立てて、高輝度信号の面積が厳密に最小になるところにピント合わせを行う。
【０００４】
星空の撮影においては、撮影対象となる星はほぼ無限遠に位置する被写体に限定され、露出も星空固有の設定があるため、他のシーンモードとは独立したモードが存在する。（以下星空モード）
【０００５】
通常、ほぼ無限遠に位置する被写体にピントが合うフォーカス位置は、撮像装置それぞれの個体毎に行われるピント調整において一意に決まる位置である。
【０００６】
しかしながら、調整時の温度と実際に夜空を撮影するときに撮像装置の温度差、もしくは姿勢差により撮影中にピントがずれることがある。
【０００７】
そのため、撮影中に撮像装置との距離がほとんど変ることのない星の撮影をしている最中であっても度々ピント合わせを行う必要がある。
【０００８】
また、星空の撮影においては、星と同様に街の光も点光源と見なすことができ、ほぼ無限遠に位置する星に対して街の光は有限遠であるため、わずかながら星と街の光ではピントの位置が異なる。
【０００９】
先に述べた通り、星空モードでもより高精度なピント合わせが要望されているため、星と街の光のわずかなピント差も修正することが求められる。
【００１０】
ピント合わせを行う一つの手段として、撮像素子から得られた輝度信号に対して特定周波数成分をフィルタ処理で抽出したＡＦ評価値を用いて自動焦点調整を行うコントラストＡＦ方式がある。
【００１１】
一般的に夜空の星のような低照度下においてはＡＦ評価値の精度が落ちる問題がある。（特許文献１）
【００１２】
また、街の光は星の光に比べ高輝度であることが多いため、同じ測距領域に星と街の光が共存する場合は、輝度信号が飽和してしまいＡＦ評価値が正しく取得できない場合がある。
【００１３】
その結果、本来ピントが合う位置ではない位置を合焦位置として誤判定してしまうことがあった。
【００１４】
一方、撮像装置に姿勢によらず合焦精度を上げる手段として、姿勢に応じて選択された優先度の高い被写体に対する測距領域を大きくする技術がある。（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１３−２５０５３３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２８０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
星にピントを合わせたいユーザは、街の光が測距領域に入ると、星へのピント合わせが正確に行えない懸念を抱く場合がある。
【００１７】
そのため、撮像装置の姿勢を意図的に変更して画角の水平付近の街並みが極力測距領域に入らないようにする傾向がある。
【００１８】
その結果、本来意図していた画角ではなくなる課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
そこで、本発明の撮像装置では、撮像光学系を通過した光束を受光する撮像素子と、前記撮像素子の撮像面に複数の焦点検出領域を設定する領域設定手段と、前記複数の焦点検出領域毎に焦点評価値を算出する算出手段と、前記焦点評価値に基いて焦点調節を行う焦点調節手段と、無限距離相当の点光源被写体の焦点評価値を取得する無限距離モードを設定するモード設定手段と、前記撮像光学系の傾きを検出する傾き検出手段と、前記無限距離モードが設定された場合、前記撮像光学系の傾きの大きさに基いて前記焦点検出領域の位置及び前記焦点検出領域の領域数の少なくとも一方を変更する変更手段と、を有する構成とした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、撮像装置の姿勢に応じて、測距領域の位置、数を適切に変更することにより、夜空の星に高精度にピント合わせを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】デジタルカメラである撮像装置のブロック図
【図２】撮影時の画角とＡＦ評価値の関係を表した図
【図３】撮影時の画角とＡＦ評価値の関係を表した図
【図４】撮影時の画角とＡＦ評価値の関係を表した図
【図５】撮影時の画角とＡＦ評価値の関係を表した図
【図６】撮影時の画角とＡＦ評価値の関係を表した図
【図７】星空ピント合わせのフローチャート
【図８】星空ピント合わせのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施例に係る撮像装置の一例としての、デジタルカメラ１００の構成例を示すブロック図である。
【００２４】
レンズ鏡筒１０１はその内部にレンズ群を保持してレンズ駆動を行う。
【００２５】
ズームレンズ１０２は焦点距離を調節することで光学的に画角を変更する。
【００２６】
フォーカスレンズ１０３はピント位置を調節する。
【００２７】
絞り及びシャッタ１０４は光量を調節する露出制御に使用する。
【００２８】
撮像光学系であるレンズ鏡筒１０１を通過した光束は、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）等を用いた撮像素子１０５にて受光され、光信号から電気信号へと変換される。
【００２９】
電気信号は画像処理回路１０６に入力されて、画素補間処理や色変換処理等が施された後、画像データとして内部メモリ１０７に送られる。
【００３０】
表示部１０８は撮影した画像データとともに撮影情報などを表示する。
【００３１】
操作部１１３は各種のメニュー操作、モード切り換え操作を行うユーザインタフェースである。
【００３２】
電源部１１４はシステム全体に用途に応じて電源を供給する。
【００３３】
記憶メモリ１１５はパラメータなどの様々なデータを記憶する。
【００３４】
続いてレンズ鏡筒１０１の駆動部について説明する。
【００３５】
露出制御部１１７は輝度信号算出部１２２により得られた輝度情報に基づいて露出制御値（絞り値及びシャッタ速度）の演算を行うことにより、絞り及びシャッタの制御を行う。
【００３６】
これにより自動露出（ＡＥ）制御が行われる。
【００３７】
輝度信号算出部１２２は撮像素子１０５から出力された電気信号を被写体の輝度として算出する。
【００３８】
評価値演算部１２１は輝度信号算出部１２２が算出した輝度信号から特定周波数成分を抽出した後、評価値として演算を行う。
【００３９】
フォーカス制御部１１８は、焦点調節手段としてのフォーカスレンズ１０３の位置に応じた評価値演算部１２１の演算結果である評価値を参照することにより、撮像素子１０５面上で光束が合焦するフォーカスレンズ位置の制御を行う。
【００４０】
これにより自動合焦（ＡＦ）制御が行われる。
【００４１】
ズームレンズ駆動部１１９は操作部１１３によるズーム操作指示に従ってズームレンズ位置の制御を行う。
【００４２】
傾き検出部１１２は撮像装置に加わる加速度の検出を行う。
【００４３】
加速度の変化を定期的に監視することにより、その変化の速度、即ち撮像装置の姿勢の変化速度も合わせて検出することができる。
【００４４】
姿勢判定部１２０は傾き検出部１１２の出力を用いて撮像装置の上下方向の角度（仰角、及び俯角）、及び元の姿勢からその姿勢へ変化した時間の算出を行い、遅い姿勢変化か速い姿勢変化であるかを判定する。
【００４５】
測距枠制御部１２３は姿勢判定部１２０による撮像装置の姿勢とその変化速度に応じて、撮像素子１０５の結像面内に設定する焦点検出領域の位置と個数と形の制御を行う。
【００４６】
測距枠制御部１２３は、撮像素子の撮像面に複数の焦点検出領域を設定する領域設定手段である。
【００４７】
システム制御部１１６は、複数の焦点検出領域毎に焦点評価値を算出する算出手段として機能する。
【００４８】
システム制御部１１６はＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算装置で構成され、ユーザの操作に応じて内部メモリ１０７に記憶されている各種の制御プログラム、例えばＡＥ制御、ＡＦ制御、ズーム制御等を行うためのプログラムを実行する。
【００４９】
図２は星空を撮影するときの測距枠（焦点検出枠）の配置と、各測距枠におけるＡＦ評価値を図示したものである。
【００５０】
図２（ａ）は画角下部に街の光があり、中央を含む上部には星空が存在している。
【００５１】
ユーザは星空にピントを合わせたいために、図２（ａ）のような配置を行うと、下部が街の光の影響により、街の光にピントが合う懸念を抱くことがある。
【００５２】
図２（ｂ）は各測距枠におけるフォーカス位置とＡＦ評価値の関係を示したグラフである。
【００５３】
フォーカスレンズを無限―至近間で駆動させて、評価値が高い程に画像の鮮鋭度が高くなることを示している。
【００５４】
星のみが存在する左上枠、上枠、右上枠、中央枠は明確な山の頂点（ピーク）が出現する。
【００５５】
星を含めた光源が存在しない左枠、左下枠ではピークは出現しない。
【００５６】
街の光が混在する右枠、下枠、右下枠は光量が強すぎると飽和する傾向にあり、飽和しない場合でも無限遠相当の星と有限の街の光が混在することになる。
【００５７】
飽和している右下枠ではピークを検出することができないため、ピントが合うフォーカス位置を決めるための信頼性がない状態である。
【００５８】
無限遠相当の星と有限の街の光が混在する右枠と下枠については、ピークの形がなだらかになる、もしくは２つのピークができる場合があり、精度の高いピントが合うフォーカス位置を示すことができないことがある。
【００５９】
そのため、左上枠、上枠、右上枠、及び中央枠では信頼性の高いピークが検出されているが、その他の枠では信頼性が低い、もしくはピークがそもそも検出されない状態である。
【００６０】
仮に星があまり出ていない夜空の場合は、信頼性の高いピークを多数検出することが困難になる。
【００６１】
図３は所望の画角から少し異なることになるが、画角を仰角に変更して星空を撮影するときの測距枠の配置と、各測距枠におけるＡＦ評価値を図示したものである。
【００６２】
図３（ａ）は図２（ａ）と比較して画角下部に街の光が極力入らないようにしている。
【００６３】
図３（ｂ）は図２（ｂ）と比較すると各枠において信頼性の高いピークを検出することができている。
【００６４】
図４は図２において画角を変えることなく、即ち撮像装置の画角を仰角に変更することなく測距枠の位置と個数を変更した例である。
【００６５】
図４（ａ）は図２（ａ）と比較して、画角は変更することなく、測距枠全体を上部にシフトし、かつ測距枠の下部が細分化されている状態である。
【００６６】
測距枠の下部を細分化されることにより、星と街の光を切り分ける可能性を高め、信頼性の高いピークを有する枠を増やすことができる。
【００６７】
図４（ｂ）は図２（ｂ）と比較して下枠については、信頼性の高いピークを検出することができている。
【００６８】
図５は天頂付近の星空を撮影するときの測距枠の配置と、各測距枠におけるＡＦ評価値を図示したものである。
【００６９】
図５（ａ）は天頂付近の画角であり、街光の影響を受けることがない状態のため、全体枠を中央に配置して、枠数は水平付近と比較して減らしてある。
【００７０】
一枠あたりのサイズを大きくすると、ＡＦ評価値を取得する際にノイズの影響が少なくなるため、ピークの検出精度を上げることができる。
【００７１】
また、画角中央の方が画角端と比較すると収差の影響が少ないなどの光学性能が良好になる利点がある。
【００７２】
図５（ｂ）は（ａ）に対して各測距枠におけるフォーカス位置とＡＦ評価値の関係を示したグラフである。
【００７３】
図６はピント合わせの最中に飛行物体が横切った場合の例である。
【００７４】
図６（ａ）は所定のフォーカス位置において露光を実施したときの画像であり、右枠に飛行物体の軌跡が写り込んでいる。
【００７５】
星空のピント合わせでは低照度下でＡＦ評価値を検出するために、各所定フォーカス位置毎における露光時間は長くなる傾向にある。
【００７６】
すると飛行物体が枠内にあるときにピーク位置が出現し、枠外にあるとピーク位置が無くなるため、星のピークと必ずしも一致しなくなりピークを誤検出する可能性がある。
【００７７】
図６（ｂ）は（ａ）に対して各測距枠におけるフォーカス位置とＡＦ評価値の関係を示したグラフであり、右枠のピーク位置が実際の星のピーク位置とずれている。
【実施例】
【００７８】
以下図１から図８までを参照して本発明の実施形態について説明する。
【００７９】
ステップＳ７０１は、星空ピント合わせの開始である。
【００８０】
ステップＳ７０２は、デフォルト位置への移動である。
【００８１】
ここでデフォルト位置とは、撮像装置起動後に一度も星空ピント合わせを実施していない場合は、調整による無限遠相当のフォーカス位置に相当する。
【００８２】
モード設定手段にて無限距離相当の点光源被写体の焦点評価値を取得する無限距離モードを設定されている。
【００８３】
一度でも星空ピント合わせを実施した場合は、その前回位置をデフォルト位置とする。
【００８４】
ステップＳ７０３は、傾き検出部１１２により撮像装置に加わる加速度の検出を行い、その検出結果を用いて姿勢判定部１２０により撮像装置の上下方向の角度（仰角、及び俯角）、及び姿勢変化の速度を判定する。
【００８５】
ステップＳ７０４は、測距枠制御であり詳細は図８となる。
【００８６】
ステップＳ８０１は、測距枠制御の開始である。
【００８７】
ステップＳ８０２とステップＳ８０３は、ステップＳ７０３で判定した際に使用した角度と角度変化速度を取得している。
【００８８】
ステップＳ８０４は、角度変化速度が所定速度より速いか遅いかを判断している。
【００８９】
つまり、無限距離モードが設定された場合、撮像光学系の傾きの大きさに基いて焦点検出領域の位置及び焦点検出領域の領域数の少なくとも一方を変更している。
【００９０】
撮像装置の角度を遅い速度で変化させて画角を決めた場合は、一度決めた画角に対して下枠に街の光等の星以外の光源があるため既に画角を微調整した可能性がある。
【００９１】
そのときは、測距枠の位置と数を初期位置から変更する必要はないことになる。
【００９２】
角速度変化が所定速度以上の場合は、画角を微調整していない可能性がある。
【００９３】
そのときは、測距枠の位置と数を変更する処理に移行する。
【００９４】
ステップＳ８０５は、角度を天頂閾値角度と比較して、撮像装置の姿勢が天頂付近か否かを判定している。
【００９５】
ステップＳ８０６は、姿勢が天頂付近である場合であり、図５（ａ）のように測距枠の下部が街の光の影響を受けることがない状態のため、全測距枠の位置は中央部に配置して、枠を結合し再編成することにより枠数は初期値と比較して減ることになる。
【００９６】
各枠のサイズが大きくなると、ＡＦ評価値（焦点評価値）を取得する際にノイズの影響が少なくなるため、ＡＦ評価値のピーク位置の検出精度が上がる利点がある。
【００９７】
ステップＳ８０７は、姿勢が天頂付近でない場合に、角度を水平閾値角度と比較して、撮像装置の姿勢が水平付近か否かを判定している。
【００９８】
ステップＳ８０８は、姿勢が水平付近である場合であり、図４（ａ）のように測距枠の下部が街の光の影響を受けることがある状態のため、全測距枠の位置は上方向にシフトして、下測距枠を細分化することにより枠数は初期値と比較して増えることになる。
【００９９】
ステップＳ８０９は、姿勢が水平付近でもなく天頂付近でもない中間角度の場合であり、全測距枠の位置は中央部に配置して、枠の結合化、変形化と細分化を解除してデフォルトの状態に戻す。
【０１００】
つまり、撮像光学系の傾きの大きさが所定値よりも小さい場合、撮像光学系の傾きの大きさが所定値以上の場合に比べて複数の焦点検出領域全体の撮像面上の位置を画角の上部側にシフトさせている。
【０１０１】
また、撮像光学系の傾きの大きさが所定値よりも小さい場合、撮像光学系の傾きの大きさが所定値以上の場合に比べて画角の下部に位置する焦点検出領域の領域数を増やしている。
【０１０２】
また、撮像光学系の傾きの大きさが所定値以上の場合、撮像光学系の傾きの大きさが所定値よりも小さい場合に比べて複数の焦点検出領域全体の撮像面上の位置を画角の中央部側にシフトさせている。
【０１０３】
また、撮像光学系の傾きの大きさが所定値以上の場合、撮像光学系の傾きの大きさが所定値よりも小さい場合に比べて複数の焦点検出領域の領域数を減らしている。
【０１０４】
ステップＳ８１０は、前回ピント合わせを実行したときから角度が変化しているか、否かを判定している。
【０１０５】
ステップＳ８１１は、前回から姿勢が変化していない場合は、その前回ピント合わせ時に取得したＡＦ評価値の取得を行う。
【０１０６】
ステップＳ８１２は、取得したＡＦ評価値について、異なるピーク位置が複数存在する測距枠があるか否かを判定している。
【０１０７】
星空において、異なるピーク位置が複数存在する場合は、途中で飛行物体が枠に出入りしたことが考えられる。
【０１０８】
その場合、夜空を飛ぶ飛行物体は同じ空路を辿る可能性も高い。
【０１０９】
ステップＳ８１３は、対象となる測距枠を細分化することにより、星を検出できる枠を一つでも増やす意図がある。
【０１１０】
ステップＳ８１４は、測距枠制御の終了である。
【０１１１】
ステップＳ７０５は、測光処理である。
【０１１２】
ステップＳ７０６は、ステップＳ７０５で測光した結果を用いて露出設定を行う。
【０１１３】
星のピント合わせを行う際には、露出を意図的にアンダーにすることで、輝度の飽和を回避することで、ＡＦ評価値のピークの山が潰れることを防止する。
【０１１４】
ステップＳ７０７は、星空ピント合わせ用に撮像素子１０５の駆動を設定する。
【０１１５】
星空モードでない場合にＡＦを行うときは、間引くことにより処理負荷を軽減しているが、星は全画素に占める割合が非常に小さいため、全画素での駆動を行う必要がある。
【０１１６】
ステップＳ７０８は、フォーカスレンズを所定の測距範囲において駆動を行い所定間隔でＡＦ評価値を取得する処理（スキャン）の開始位置への移動である。
【０１１７】
撮像装置起動後に星空モードに設定されると、フォーカスレンズは調整された無限遠に位置する被写体にピントが合う位置に移動する。
【０１１８】
調整時と星空撮影時における温度差、姿勢差を考慮して、予めピントがずれる範囲を想定して、その範囲端をスキャン開始位置とする。
【０１１９】
ステップＳ７０９は、ＡＦ評価値の取得ループ開始である。
【０１２０】
ステップＳ７１０は、スキャン範囲内を所定の間隔毎のフォーカス移動を行う。
【０１２１】
ステップＳ７１１は、その各フォーカス位置でＡＦ評価値の取得を行う。
【０１２２】
ステップＳ７１２は、ＡＦ評価値の取得ループ終了である。
【０１２３】
ステップＳ７１３は、取得した各測距枠毎のＡＦ評価値の信頼性判定を行う。
【０１２４】
図５（ｂ）のように全測距枠で評価値のピークが出現しており、そのピークに対するフォーカス位置が同じ位置を示している場合、信頼性が高いと判定して、全測距枠での評価値の平均を算出してピントが合うフォーカス位置を決定する。
【０１２５】
図５（ｂ）のように全枠で信頼性が高い状態であれば問題はないが、測距枠の中には星が存在しない場合もあれば、街の光があるため信頼性が損なわれる場合もある。
【０１２６】
そのため、信頼性の高い測距枠が所定数あれば全体として信頼性が確保できたと判定する。
【０１２７】
ステップＳ７１４は、信頼性判定がＯＫの場合には、算出されたピークのフォーカス位置に移動する。
【０１２８】
信頼性判定がＮＧの場合には、予め調整されている無限位置へ移動する。
【０１２９】
ステップＳ７０１は、星空ピント合わせの終了である。
【０１３０】
つまり、無限距離モードにおいて、焦点評価値のピークが複数存在するとき、撮像光学系の傾きが変化しない場合において前記ピークが存在する焦点検出領域の領域数を増やしている。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
以上、撮像装置を例にして説明してきたが、撮像装置のみに限定されるものではなく、本発明は撮像装置を有する携帯機器にも展開できる。
【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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【図７】
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【図８】
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