(57)【要約】【課題】本発明は、被写体に対する合焦精度を向上させることを目的とする。【解決手段】デジタルカメラ１は、被写体像を形成する光学系１１と、光学系１１を通る光の量を調整する絞り４０と、光学系１１によって形成された被写体像を撮像して画像データを生成するＣＣＤイメージセンサー１２と、ＣＣＤイメージセンサー１２で生成された画像データの一部である合焦領域６０内の画像データに対して合焦状態を調整するように光学系１１を制御するコントローラ１７と、絞り４０の調整状態に応じて、合焦領域６０の大きさを可変にする、コントローラ１７と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を形成する光学系と、
前記光学系を通る光の量を調整する絞りと、
前記形成された被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、
前記生成された画像データの一部である合焦領域内の画像データに基づいて合焦状態を調整するように前記光学系を制御する合焦手段と、
前記絞りの調整状態に応じて、前記合焦領域の大きさを可変にする、領域調整手段と、
を備える自動合焦装置。
【請求項２】
前記領域調整手段は、
前記絞りの調整に応じて、前記光学系を通過する光の量が大きくなるほど、
前記合焦領域の大きさが小さくなるように調整する、
請求項１に記載の自動合焦装置。
【請求項３】
前記絞りの調整状態に応じて、前記合焦領域の数を可変にする、数調整手段をさらに備える、
請求項１に記載の自動合焦装置。
【請求項４】
前記数調整手段は、
前記絞りの調整に応じて、前記光学系を通過する光の量が大きくなるほど、
前記合焦領域の数が多くなるように調整する、
請求項３に記載の自動合焦装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合焦領域内の画像データに対して合焦状態を調整可能な自動合焦装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動合焦装置としては、下記の特許文献１に記載されるようなものが存在する。
【０００３】
この自動合焦装置は、より正確に自動合焦（ＡＦ）させることを目的としたものである。この自動合焦装置は、測距枠内で合焦を行なう合焦手段と、当該測距枠を使用者が注視している点に設定する設定手段と、当該設定された測距枠の大きさを焦点距離に応じて制御する制御手段と、を備えるものである。
【特許文献１】特開平５−１１０９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的な自動合焦装置では、合焦領域の大きさが固定されている。このように合焦領域の大きさが固定されていると、被写体に対して正確に合焦できない場合がある。
【０００５】
例えば、図８の左の図のように、人物を撮影する場合、絞りを開放にして撮影することが多い。この場合、被写界深度が浅くなっている。そのため、被写体（人物）に対して合焦領域が大きい場合、合焦領域内で遠近差（人物と背景など）が発生する。この遠近差が、合焦を行なう時の測距誤差となり、正確に合焦ができない状態となる。
【０００６】
一方、図８の右の図のように、風景などを撮影する場合、絞りを絞って撮影することが多い。この場合、被写界深度が深くなっている。このような場合に、撮像手段で取得された画像データに対して合焦領域の大きさが小さい場合、被写体に合焦状態は調整できるが、画像データからコントラストの高い部分を拾うことができず、コントラストの低い部分基づいて合焦状態を調整してしまう。すなわち、コントラストの高い部分を考慮して、合焦状態を調整できない。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題を解決するために、被写体に対する合焦精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の自動合焦装置は、被写体像を形成する光学系と、前記光学系を通る光の量を調整する絞りと、前記形成された被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記生成された画像データの一部である合焦領域内の画像データに基づいて合焦状態を調整するように前記光学系を制御する合焦手段と、前記絞りの調整状態に応じて、前記合焦領域の大きさを可変にする、領域調整手段と、を備える。
【０００９】
このようにすれば、絞りの調整状態に応じて、合焦領域の大きさを可変にすることができる。
【００１０】
また、好ましくは、前記領域調整手段は、前記絞りの調整に応じて前記光学系を通過する光の量が大きくなるほど、前記合焦領域の大きさが小さくなるように調整する。
【００１１】
このようにすれば、絞りが開放されている場合、合焦領域を小さくすることができる。そのため、例えば、人物の目に合焦領域を合わせて、合焦状態を調整できるようになる（図９の左）。これによって、測距誤差を減らすことができる。一方、絞りが絞られている場合、合焦領域を大きくすることができる。そのため、例えば、風景の大半に合焦領域を合わせて、合焦状態を調整できるようになる（図９の右）。これによって、例えば、風景において、コントラストが高い物を拾うことができ、合焦精度を向上することができる。
【００１２】
また、好ましくは、前記絞りの調整状態に応じて、前記合焦領域の数を可変にする、数調整手段をさらに備える。
【００１３】
また、好ましくは、前記数調整手段は、前記絞りの調整に応じて、前記光学系を通過する光の量が大きくなるほど、前記合焦領域の数が多くなるように調整する。
【００１４】
このようにすれば、絞りが開放されている場合、合焦領域の数を多くすることができる。これによって、被写界深度が浅い環境において、より高い精度で合焦できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、被写界深度が変化した場合であっても、被写体に対して、より高い精度で合焦できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態１）
１．構成
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
１−１  全体構成の概要
図１は、本実施の形態に係るデジタルカメラ１の斜視図である。図２は、本実施の形態に係るデジタルカメラ１の構成を示すブロック図である。以下、具体的に構成を説明する。
【００１８】
光学系１１は、被写体からの光学信号を集光してＣＣＤイメージセンサー１２上に被写体像を形成する。光学系１１は、対物レンズ１１１とズームレンズ１１２とフォーカスレンズ１１３を含む。
【００１９】
ズームレンズ１１２は、ズーム駆動部１１５によって駆動され、被写体像の写る範囲（画角）を調整する。すなわち、ズームレンズ１１２は、焦点距離を調整可能である。フォーカスレンズ１１３は、フォーカス駆動部１１６によって駆動され、ピントの調節を行なう。ズーム駆動部１１５は、ズームレンズ１１２を移動するためのカム機構やカム機構を駆動するためのアクチュエータなどを備えて構成され、コントローラ１７からの制御に応じて、ズームレンズ１１２を駆動させる。フォーカス駆動部１１６は、フォーカスレンズ１１３を移動するためのカム機構やカム機構を駆動するためのアクチュエータなどを備えて構成され、コントローラ１７からの制御に応じて、フォーカスレンズ１１３を駆動させる。
【００２０】
絞り４０は、５枚の羽根によって構成され、光学系１１を通る光の量を調整するものである。絞り４０は、絞り駆動部４１によって駆動される。この絞り駆動部４１は、カム機構やカム機構を駆動するためのアクチュエータなどを備えて構成され、コントローラ１７からの制御に応じて、絞り４０を駆動する。
【００２１】
シャッタ５０は、開けたり閉じられたりして、ＣＣＤイメージセンサー１２に当たる光の量を時間的に調整するものである。シャッタ５０は、絞り駆動部５１によって駆動される。シャッタ駆動部５１は、カム機構やカム機構を駆動するためのアクチュエータなどを備えて構成され、コントローラ１７からの制御に応じて、シャッタ５０を駆動する。
【００２２】
ＣＣＤイメージセンサー１２は、光学系１１によって形成された被写体像を撮像して画像データを生成する撮像手段である。ＣＣＤイメージセンサー１２は、タイミングジェネレータ１２１から供給されるパルス信号に基づいて、被写体像を撮像し、画像データを生成する。タイミングジェネレータ１２１は、ＬＳＩなどの集積回路によって構成され、ＣＣＤイメージセンサー１２にパルス信号を供給する。ここでタイミングジェネレータ１２１がＣＣＤイメージセンサー１２に供給するパルス信号は、例えば、1秒間に３０回のフレーム読み出しパルス信号を供給する。これによって、ＣＣＤイメージセンサー１２では、３０分の１秒ごとのフレームの画像データを取得できるようになる。
【００２３】
ＡＤコンバータ１３は、ＣＣＤイメージセンサー１２で生成された画像データをデジタルデータに変換する。
【００２４】
画像処理部１４は、デジタルデータに変換された画像データに対して所定の処理を施す。所定の処理としては、ガンマ変換、ＹＣ変換、電子ズーム処理、圧縮処理、伸張処理などが考えられるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
バッファメモリ１５は、画像処理部１４で画像処理を行う際、および、コントローラ１７で制御処理を行う際に、ワークメモリとして作用する。バッファメモリ１５は、例えば、DRAMなどで実現可能である。
【００２６】
フラッシュメモリ１６は、内蔵メモリとして用いられる。フラッシュメモリ１６は、画像データが画像処理された画像データの他に、コントローラ１７の制御のためのプログラムや設定値などを記憶可能である。
【００２７】
コントローラ１７は、デジタルカメラ１全体を制御するための制御手段である。コントローラ１７は、マイクロコンピュータで実現してもよく、ハードワイヤードな回路で実現しても良い。要するに、本発明の制御手段は、自装置を制御できるものであればよい。なお、コントローラ１７の各種制御については、後述する。
【００２８】
カードスロット１８は、メモリカード１９を着脱するためのスロットである。カードスロット１８は、メモリカード１９を制御する機能を有するようにしてもよい。メモリカード１９は、フラッシュメモリなどを内蔵する。メモリカード１９は、画像処理部１４によって画像処理された画像データを格納可能である。
【００２９】
液晶モニタ２０は、画像データおよびデジタルカメラ１の各種設定等を表示する表示手段である。本発明の表示手段としては、液晶モニタに替えて、有機ELディスプレイなどを用いることもできる。
【００３０】
シャッタスイッチ２１は、デジタルカメラ１の上面に設けられるものであり、使用者からの半押しおよび全押しを検知できるようにしたものである。使用者によって半押し又は全押し操作が行なわれると、シャッタスイッチ２１は操作に応じた操作信号をコントローラ１７に出力する。すなわち、シャッタスイッチ２１は、合焦指示を受け付けるように構成されている。
【００３１】
十字釦２２は、デジタルカメラ１の背面に設けられるものであり、デジタルカメラ１の各種パラメータを手動で調整できるようにしたものである。例えば、絞りの絞り値が設定可能である。この場合、十字釦の下のキーが押下されることによって、コントローラ１７は、液晶モニタ２０に図３のような画面を表示する。そして、使用者は、十字釦２２の左右のキーを押下することによって、絞り値を選択し、十字釦２２の上のキーで決定する。これによって、コントローラ１７が、決定された絞り値を、受け付ける。この際、コントローラ１７は、受け付けた絞り値を、現在設定されている絞り値として、バッファメモリ１５に記憶する。そして、コントローラ１７は、この絞り値に基づいて、絞り駆動部４１を介し、絞り４０を調整する。
【００３２】
なお、本実施の形態では、手動で絞り値を設定し、絞りを調整するようにしたが、これに限らない。例えば、デジタルカメラ１の周辺の明るさを測光し、この結果に基づいて、絞りを調整するようにしてもよい。この技術は、従来から行なわれている露出制御技術であるので、説明を割愛する。また、一般的な一眼レフタイプのデジタルカメラのように、ダイヤル釦などを操作することで設定するようにしてもかまわない。
【００３３】
１−２  本実施の形態におけるコントローラ１７の制御の説明
本実施の形態におけるコントローラ１７は、合焦制御と、領域調整制御を行なう。すなわち、実施の形態１においてコントローラ１７は、合焦手段であり、領域調整手段である。
【００３４】
合焦手段を実現するコントローラ１７は、ＣＣＤイメージセンサー１２で生成された画像データの一部である合焦領域内の画像データに対して合焦状態を調整するように光学系１１を制御する。なお、本実施の形態における合焦領域は、画像データの中心に設けられているものとする。しかし、これは一例であり、合焦領域は、使用者の操作によって、画像データ内を移動させるようにしてもよい。
【００３５】
領域調整手段を実現するコントローラ１７は、絞り４０の調整状態に応じて、合焦領域の大きさを可変にする。そして、コントローラ１７は、絞り４０の調整に応じて光学系１１を通過する光の量が大きくなるほど、合焦領域の大きさが小さくなるように調整する。
【００３６】
以下、具体的に各々の制御を説明する。
【００３７】
１−２−１  合焦制御
コントローラ１７は、ＣＣＤイメージセンサー１２で撮像している追尾領域内の被写体像の合焦状態を調整するために、光学系１１を制御する。本実施の形態におけるコントローラ１７は、合焦状態を制御するため、以下の処理を行う。なお、コントローラ１７は、山登り方式（コントラスト方式）のオートフォーカス手段によって合焦状態を調整するものである。
【００３８】
コントローラ１７は、予め設定されたフォーカスレンズ１１３の稼動範囲で、フォーカスレンズ１１３を稼動させる。これに伴って、コントローラ１７は、画像処理部１４から画像データを連続的に取得する。そして、コントローラ１７は、画像処理部１４から連続的に入力された画像データ（合焦領域内）を解析する。この際、コントローラ１７は、入力された画像に対して、画像の境界の明瞭さや微細な部分の描写能力を表す度合いである鮮鋭度を算出する。そしてコントローラ１７は、連続的にされる画像の中から、最も鮮鋭度が最大となる画像を選択する。次に、コントローラ１７は、選択された画像が取得できるフォーカスレンズ１１３の位置を検出し、フォーカスレンズ１１３の現在位置に基づいて、フォーカスレンズ１１３の移動量を決定する。フォーカスレンズ１１３の移動量が決定されると、フォーカスレンズ１１３を移動するため、フォーカスレンズ駆動部１１６に移動量を含む信号を出力する。なお、フォーカスレンズ１１３の現在位置の検出方法は、どのような方法であってもよいが、好ましくは、フォーカスレンズ１１３に位置センサを設け、光学系１１におけるフォーカスレンズ１１３の現在位置を検出し、この現在位置の情報をコントローラ１７に出力するようにするとよい。
【００３９】
１−２−２  領域調整制御
コントローラ１７は、絞り４０を調整されているＦ値に基づいて、合焦領域６０の大きさを調整する。例えば、図４のように、絞りが開放側（例えば、Ｆ３．５）に設定されている場合、コントローラ１７は、画面内に対して合焦領域６０の大きさを小さくする。また、絞りが絞り側（例えば、Ｆ４．４）に設定されている場合、画面内に対して合焦領域６０の大きさを大きくする。なお、絞りが開放側に調整されたからといって、必ずしも合焦領域を大きくしなければならないというわけではない。例えば、絞り値がＦ４．０と絞り値がＦ４．４では、合焦領域の大きさを同じ大きさに調整し、絞り値がＦ３．５では、合焦領域の大きさを、絞り値Ｆ４．０よりも小さくするようにしてもよい。ここで、このコントローラ１７が利用するＦ値（絞り値）は、バッファメモリ１５に記憶されているものを読み出すことで対応可能である。これに限られず、コントローラ１７が、絞り駆動部４１から絞り値を受信して、対応してもよい。この場合、絞り駆動部は、絞り値を記憶するか、または、絞りの状態（絞り値）を検知することで、絞り値を出力することが可能である。
【００４０】
なお、本実施の形態では、絞りの調整状態に応じて、合焦領域の大きさを調整するように構成した。これに限られず、コントローラ１７が、絞りの調整状態に応じて、合焦領域６０ａの数を調整するようにしてもよい。例えば、図５の左の図のように、絞り値がＦ４．０に設定されている状態から、Ｆ３．５に設定された場合、合焦領域６０ａの数を９個に増やす。このようにすれば、被写界深度が浅い環境において、合焦領域を複数設けるようにしたので、より高い精度で合焦できる。この場合、コントローラ１７が、絞りの調整状態に応じて、合焦領域の数を可変にする、数調整手段である。
【００４１】
２．動作
次に、このように構成されたデジタルカメラ１の自動合焦動作を図６のフローチャートを用いて説明する。本実施の形態では、デジタルカメラ１が静止画撮影モードに設定された状態で説明する。静止画撮影モードは、デジタルカメラ１によって静止画の撮影を可能にするものである。以下、動作を説明する。
【００４２】
この静止画撮影モードでは、合焦動作と、撮影動作が並列して動作している。
【００４３】
まず、合焦動作を説明する。コントローラ１７は、使用者からシャッタスイッチ２１が半押し操作を受け付けたか否かを判別する（Ｓ１）。ステップＳ１の処理は、使用者がシャッタスイッチ２１を半押し操作するまで繰り返し行なわれる。なお、本実施の形態では、シャッタスイッチ２１が半押し操作を受け付ける前に、十字釦２２による絞り値の設定を行なうようにしている。
【００４４】
コントローラ１７は、シャッタスイッチ２１が半押し操作を受け付けた場合、バッファメモリ１５から絞り値を読み出す（Ｓ２）。なお、バッファメモリ１５に絞り値が記憶されていない場合、絞り駆動部４１から絞り値を取得する。このようにバッファメモリ１５から絞り値を読み出すようにすれば、絞り駆動部４１から取得する場合と比べて、容易に絞り値を取得できるので、処理時間の短縮を図れる。
【００４５】
そして、コントローラ１７は、取得した絞り値に基づいて、合焦領域６０の大きさを調整する（Ｓ３）。その後、コントローラ１７は、調整された合焦領域６０内の画像データに対して合焦状態を調整する（Ｓ４）。
【００４６】
これによって、絞りの調整状態に応じて、合焦領域の大きさを調整できる。また、この調整された合焦領域に基づいて、合焦状態を調整できる。
【００４７】
次に、撮影動作を説明する。
【００４８】
コントローラ１７は、使用者からシャッタスイッチ２１が全押し操作を受け付けたか否かを判別する（Ｔ１）。ステップＴ１の処理は、使用者がシャッタスイッチ２１を全押し操作するまで繰り返し行なわれる。
【００４９】
コントローラ１７は、シャッタスイッチ２１が全押し操作を受け付けた場合、被写体像の撮影を行う（Ｔ２）。簡単に撮影の動作を説明する。まず、コントローラ１７は、ＣＣＤイメージセンサー１２を制御して、被写体像の撮像を行なう。そして、ＣＣＤイメージセンサー１２で生成された画像データは、ＡＤコンバータや画像処理部を介して、コントローラ１７に入力される。その後、コントローラ１７は、この画像データをメモリカード１９に記憶する。
【００５０】
３．まとめ
上述したように、本実施の形態のデジタルカメラ１は、被写体像を形成する光学系１１と、光学系１１を通る光の量を調整する絞り４０と、光学系１１によって形成された被写体像を撮像して画像データを生成するＣＣＤイメージセンサー１２と、ＣＣＤイメージセンサー１２で生成された画像データの一部である合焦領域６０内の画像データに対して合焦状態を調整するように光学系１１を制御するコントローラ１７と、絞り４０の調整状態に応じて、合焦領域６０の大きさを可変にする、コントローラ１７と、を備える。
【００５１】
このようにすれば、絞りの調整状態に応じて、合焦領域の大きさを可変にすることができる。
【００５２】
（他の実施の形態）
本発明の実施の形態として、実施の形態１を例示した。しかし、本発明は、実施の形態１に限定されず、他の実施の形態においても実現可能である。そこで、本発明の他の実施の形態を以下まとめて説明する。
【００５３】
本発明の実施の形態１では、撮像手段としてＣＣＤイメージセンサー１２を例示した。しかし、ＣＣＤイメージセンサー１２に替えて、他の撮像手段を用いてもよい。他の撮像手段としては、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサーなどを用いてもよい。ＣＭＯＳイメージセンサーを用いることにより、消費電力を低減できる。すなわち、撮像手段は、被写体像を撮像して画像データを生成するものである。ＣＣＤイメージセンサーに替えて、ＣＭＯＳイメージセンサーを用いると、撮像手段から出力される画像データにのるノイズを減らすことができる。
【００５４】
また、本発明の実施の形態１では、タイミングジェネレータ１２１がＣＣＤイメージセンサー１２に供給するパルス信号を、例えば、1秒間に３０回のフレーム読み出しパルス信号を供給するように構成したが、これに限られない。例えば、1秒間に５０回や６０回のパルス信号を供給するようにしてもよい。要するに、タイミングジェネレータは、フレーム読み出しのためのパルス信号を供給できるものであればよい。
【００５５】
また、本発明の実施の形態１では、ステップＳ１の前に、絞り値の設定をできるようにしているが、これに限られない。
【００５６】
また、本発明の実施の形態１では、手動で設定された絞り値に基づいて、合焦領域の大きさを調整する動作を説明した。しかし、例えば、他の実施例として、以下の方法が考えられる。これは、デジタルカメラが自動で設定した絞り値に基づいて、合焦領域の大きさを調整するものである。この場合、例えば、図５のステップＳ１でシャッタスイッチが半押しを受け付けた後に、絞り値など露出制御を行なうようにする。このようにすれば、露出制御で設定された絞り値を、ステップＳ２で取得できる。これによって、自動で設定した絞り値に基づいて、合焦領域の大きさを調整することができる。
【００５７】
また、本発明の実施の形態１では、図６のように、シャッタスイッチが半押し操作された際に、合焦領域の大きさを調整するようにしたが、これに限られない。例えば、図６のように、絞りの調整が変更された際に、合焦領域の大きさを調整するようにしてもよい。以下、具体的に合焦動作を説明する。
【００５８】
まず、コントローラ１７は、静止画撮影モードに設定されると、ステップＳ２のように絞り値を取得する（Ｕ１）。そして、コントローラ１７は、ステップＳ３のように、取得した絞り値に基づいて、合焦領域６０を調整する（Ｕ２）。
【００５９】
そして、コントローラ１７は、絞りの調整が変更されたか否かを判別する（Ｕ３）。絞りの調整が変更された場合、ステップＵ１に処理を移行する。一方、絞りの調整が変更されていない場合、コントローラ１７は、ステップＳ１のように、シャッタスイッチが半押し信号を受け付けたか否かを判別する（Ｕ４）。シャッタスイッチが半押し操作を受け付けていない場合、ステップＵ３の処理に移行する。一方、シャッタスイッチが半押し操作を受け付けた場合、ステップＳ４のように、コントローラ１７は、合焦制御を行なう（Ｕ５）。
【００６０】
これによって、絞りの調整が変更された際に、合焦領域の大きさを調整できるようになる。
【００６１】
すなわち、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、合焦領域内の画像データに対して自動合焦可能な自動合焦装置に適用可能である。具体的には、デジタルカメラ、ムービー、カメラ付き携帯端末等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態にかかるデジタルカメラの斜視図
【図２】本発明の実施の形態にかかるデジタルカメラの構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる絞りの設定画面の一例を説明するための図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる絞りの調整状態に応じて合焦領域の大きさの調整を説明するための図
【図５】他の実施の形態の絞りの調整状態に応じて、合焦領域の数の調整を説明するための図
【図６】本発明の実施の形態１にかかるデジタルカメラの動作例を説明するフローチャート
【図７】他の実施の形態にかかるデジタルカメラの動作例を説明するためのフローチャート
【図８】従来の課題を説明するための図
【図９】本発明の実施の形態におけるデジタルカメラの使用例を説明するための図
【符号の説明】
【００６４】
１    デジタルカメラ
１１    光学系
１１２    ズームレンズ
１１３    フォーカスレンズ
１１５    ズーム駆動部
１１６    フォーカス駆動部
１２    ＣＣＤイメージセンサー
１２１    タイミングジェネレータ
１３    ＡＤコンバータ
１４    画像処理部
１５    バッファメモリ
１７    コントローラ
１９    メモリカード
２０    液晶モニタ
２１    シャッタスイッチ
４０    絞り
４１    絞り駆動部
５０    シャッタ
５１    シャッタ駆動部
６０、６０ａ    合焦領域
【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】
2009258338.tif 000009
【図８】
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【図９】
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