特許 6238581 撮像装置及び焦点検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6238581

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】撮像装置及び焦点検出方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/36 20060101AFI20171120BHJP

   G03B 15/00 20060101ALI20171120BHJP

   G03B 13/36 20060101ALI20171120BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   G02B7/36

   G03B15/00 Q

   G03B13/36

   H04N5/232 120

   H04N5/232 190

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-122102(P2013-122102)

(22)【出願日】2013年6月10日

(65)【公開番号】特開2014-238554(P2014-238554A)

(43)【公開日】2014年12月18日

【審査請求日】2016年6月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100124442

【弁理士】

【氏名又は名称】黒岩 創吾

(72)【発明者】

【氏名】瓦田 昌大

【審査官】 登丸 久寿

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０７６７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８７０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２８４９０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００７４５２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−３６１４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９３４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２１９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２７０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１４７１０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２１５７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０４８５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ７／３６

Ｇ０３Ｂ １３／３６

Ｇ０３Ｂ １５／００

Ｈ０４Ｎ ５／２３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フォーカスレンズを介して得られた被写体像を光電変換して画像信号を取得する撮像手段と、
前記画像信号から合焦すべき被写体を検出する検出手段と、
前記被写体の輪郭部を含む第１の焦点検出領域及び前記被写体の輪郭部を除き輪郭内部を含む第２の焦点検出領域を設定する設定手段と、
前記フォーカスレンズを移動させて前記設定手段によって設定された焦点検出領域の画像信号を用いて生成されるコントラスト評価値を取得して焦点検出を行う焦点検出手段と、を有する撮像装置であって、
前記焦点検出手段は、合焦近傍において、前記第１の焦点検出領域のコントラスト評価値に基づいて焦点検出を行う第１の焦点検出処理から前記第２の焦点検出領域のコントラスト評価値に基づいて焦点検出を行う第２の焦点検出処理へ移行させ、
前記第２の焦点検出処理を行う際の前記フォーカスレンズの駆動速度は、前記第１の焦点検出処理を行う際の前記フォーカスレンズの駆動速度よりも遅いことを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

前記第２の焦点検出処理を行う際の前記フォーカスレンズのステップ駆動の駆動量は、前記第１の焦点検出処理を行う際の前記フォーカスレンズのステップ駆動の駆動量よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項3】

前記第１の焦点検出領域の面積は、前記第２の焦点検出領域の面積よりも小さい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】

前記第１の焦点検出領域および前記第２の焦点検出領域の各々は、格子状にあらかじめ配置された複数の焦点検出領域から選択されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項5】

前記画像信号を用いて算出された前記フォーカスレンズの駆動速度を切り替えるための、被写体までのデフォーカス量に応じた指標値が、所定の閾値より大きい場合、前記第１の焦点検出処理から前記第２の焦点検出処理に移行することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項6】

前記合焦すべき被写体は、顔であり、
前記設定手段は、前記顔の輪郭部を含む第１の焦点検出領域及び前記顔の輪郭部を除き輪郭内部を含む第２の焦点検出領域を設定する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】

前記合焦すべき被写体は、少なくとも１つの身体部位であり、
前記設定手段は、前記身体部位の輪郭部を含む第１の焦点検出領域及び前記身体部位の輪郭部を除き輪郭内部を含む第２の焦点検出領域を設定する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8】

フォーカスレンズを介して得られた被写体像を光電変換して取得された画像信号から合焦すべき被写体を検出する検出工程と、
前記被写体の輪郭部を含む第１の焦点検出領域及び前記被写体の輪郭部を除き輪郭内部を含む第２の焦点検出領域を設定する設定工程と、
前記フォーカスレンズを移動させて前記設定工程によって設定された焦点検出領域の画像信号を用いて生成されるコントラスト評価値を取得して焦点検出を行う焦点検出工程と、を有する焦点検出方法であって、
前記焦点検出工程では、合焦近傍において、前記第１の焦点検出領域のコントラスト評価値に基づいて焦点検出を行う第１の焦点検出処理から前記第２の焦点検出領域のコントラスト評価値に基づいて焦点検出を行う第２の焦点検出処理へ移行させ、
前記第２の焦点検出処理を行う際の前記フォーカスレンズの駆動速度は、前記第１の焦点検出処理を行う際の前記フォーカスレンズの駆動速度よりも遅いことを特徴とする焦点検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コントラスト評価値を用いた焦点検出手段を有する撮像装置及び焦点検出方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、所定の複数の焦点検出領域に対してコントラスト評価を行いながら焦点位置を検出する焦点検出装置において、顔検出を行い、検出された顔の位置に応じて焦点検出領域を制限する焦点検出装置が提案されていた。

【0003】

特許文献１では、人物の眼領域を焦点検出領域として重点的または選択的に設定する第１の合焦制御モードと、第１の合焦制御モードとは異なるＡＦ制御を用いて焦点検出を行う第２の合焦制御モードを有する。

【0004】

焦点検出時、はじめに、例えば、画面中央といった画像領域を焦点検出領域として着目して第２の合焦制御モードでフォーカス制御を行う。そして、合焦近傍にフォーカス制御された後に眼領域を焦点検出領域として着目して第１の合焦制御を行うことにより、最終合焦位置へフォーカスを制御する。このような動作を行うことにより、顔における特に眼にピントを合わせることができるようになる。

【0005】

また、特許文献２には、背景被写体に引きずられることなく、顔などの特定物体に合焦させる撮像装置が提案されていた。特許文献２では、顔といった特定物体の輪郭を覆うように焦点検出領域を設定する第１エリアと、特定物体の輪郭の内側に第１エリアより小さい焦点検出領域を設定する第２エリアを有する。

【0006】

第１エリアと第２エリアにおいて、焦点検出領域における複数帯域の空間周波数成分をそれぞれ検出する。第２エリアに対して第１エリアで検出された空間周波数成分の帯域間の相違が大きい場合は、遠近競合の可能性を考慮して、焦点検出のためのフォーカス移動の範囲を狭く制限する。このような動作を行うことにより、特定物体と背景被写体との遠近競合を検知した場合、焦点検出のためのフォーカス移動の範囲を、背景が除かれるよう狭く制限して、遠近競合を回避することができるようになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特登録４５３６２４８号公報

【特許文献2】特登録４９７４８１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１では、撮影距離が長い場合に顔のサイズが小さくなり、したがって眼領域が非常に小さなサイズで撮像される場合があり、十分にコントラストを検知できず、誤ったフォーカス位置で合焦判定したり、合焦できなかったりする可能性があった。特に、コントラスト評価しづらい逆光や露光オーバー／アンダーの条件で、顕著になる可能性があった。

【0009】

特許文献２では、顔といった特定物体の輪郭を覆うように広く焦点検出領域を設定する。このような領域設定を行うと、顔や背景といったさまざまな露光量の被写体が焦点検出領域に混入しがちになり、結果的に主被写体において十分なコントラストが得られていない場合があり、高精度に焦点検出できない可能性があった。

【0010】

そこで、本発明の目的は、コントラスト評価方式の焦点検出を行う際、合焦すべき被写体が存在する場合に合焦すべき被写体に着目させつつ、誤ったフォーカス位置での合焦判定や合焦不能を抑えて、高精度に焦点検出を行うことのできる撮像装置及び焦点検出方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明の技術的特徴として、フォーカスレンズを介して得られた被写体像を光電変換して取得された画像信号から合焦すべき被写体を検出する検出工程と、前記被写体の輪郭部を含む第１の焦点検出領域及び前記被写体の輪郭部を除き輪郭内部を含む第２の焦点検出領域を設定する設定工程と、前記フォーカスレンズを移動させて前記設定工程によって設定された焦点検出領域の画像信号を用いて生成されるコントラスト評価値を取得して焦点検出を行う焦点検出工程と、を有する焦点検出方法であって、前記焦点検出工程では、合焦近傍において、前記第１の焦点検出領域のコントラスト評価値に基づいて焦点検出を行う第１の焦点検出処理から前記第２の焦点検出領域のコントラスト評価値に基づいて焦点検出を行う第２の焦点検出処理へ移行させ、前記第２の焦点検出処理を行う際の前記フォーカスレンズの駆動速度は、前記第１の焦点検出処理を行う際の前記フォーカスレンズの駆動速度よりも遅いことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、被写体（例えば、人物の顔）に対してコントラスト評価方式の焦点検出を行う際に、誤ったフォーカス位置での合焦判定や合焦不能を抑えて、高精度に焦点検出を行うことのできる撮像装置及び焦点検出方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例１のデジタルカメラの構成を示すブロック図。

【図2】カメラＤＳＰの機能ブロック図。

【図3】焦点検出領域を示す模式図。

【図4】実施例１の動作を示すフローチャート。

【図5】フォーカスレンズの速度制御指標を説明するグラフ。

【図6】フォーカスレンズの速度制御指標値に応じてフォーカスレンズの速度を制御する動作を説明するグラフ。

【図7】実施例２の動作を示すフローチャート。

【図8】実施例３の焦点検出領域を示す模式図。

【図9】実施例３の動作を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施例について図１から図９を用いて説明する。

【実施例1】

【0015】

図１は本実施例のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。

【0016】

図１に示すように、デジタルカメラ１００は、ＣＰＵやＭＰＵ等によって構成され全体の制御を司るシステムコントローラ１２９と、光学系全体を制御するレンズコントローラ１０７を有する。システムコントローラ１２９とレンズコントローラ１０７間の通信では、被写体像を結像させるフォーカスレンズ１０１の駆動命令、停止命令、ステップ駆動の駆動量、駆動速度がシステムコントローラ１２９から送信される。

【0017】

また、さらに入射光線を調節する絞り１０２の開口制御の駆動量、駆動速度、およびレンズ側の各種データの送信要求がシステムコントローラ１２９から送信される。なお、図１には光学系を構成するレンズのうちフォーカスレンズ１０１のみを示しているが、このほか不図示の変倍レンズや固定レンズが設けられている。

【0018】

ステップ駆動とは、ステッピングモータに印加されるパルス信号に基づいてフォーカスレンズを断続的に間欠駆動することを意味する。

【0019】

フォーカス制御の際、システムコントローラ１２９はレンズコントローラ １０７に対して、レンズ駆動方向やステップ駆動の駆動量および駆動速度についての指令を行う。レンズコントローラ１０７は、システムコントローラ１２９からのレンズ駆動命令を受信すると、レンズ駆動制御部１０４を通じてレンズ駆動機構１０３を制御する。レンズ駆動機構１０３は、ステッピングモータを駆動源として有し、レンズ１０１を光軸に沿って駆動する。

【0020】

レンズ１０１の焦点位置は、例えばレンズ駆動機構１０５を構成するモータの回転パルス数を検出するパルスエンコーダ等により構成されるレンズ位置情報検出部１０９を通じて、レンズコントローラ１０７に送られる。その出力は、レンズコントローラ１０７内の不図示のハードウェアカウンタに接続され、レンズが駆動されると位置情報がハード的にカウントされる。レンズコントローラ１０７がレンズ位置を読み取る際は、内部のハードウェアカウンタのレジスタにアクセスして、記憶されているカウンタ値を読み出される。

【0021】

レンズコントローラ１０７は、システムコントローラ１２９からの絞り制御命令を受信すると、絞り制御駆動部１０６を介して、絞り１０２を駆動する絞り駆動機構１０５を制御し、受信した駆動量に従って絞り１０２を制御する。

【0022】

レンズコントローラ１０７には、少なくとも一部が不揮発性記憶媒体で構成されるメモリ１０８が接続されている。メモリ１０８は、不図示の変倍レンズの焦点距離、絞り１０２の開放絞り値、設定可能な絞り駆動速度といった性能情報が記憶されている。

【0023】

絞り１０２で調節された入射光線は、機械シャッタであるフォーカスプレーンシャッタ１１０の開口から光学フィルタ１１１を介して、撮像素子１１２に至る。光学フィルタ１１１は、赤外線をカットして可視光線を撮像素子１１２へ導く機能と、光学ローパスフィルタとしての機能を有する。

【0024】

フォーカルプレーンシャッタ１１０は、先幕および後幕を備えて構成されており、入射光線の透過および遮断を制御する。シャッタ制御部１１４は、システムコントローラ１２９からの信号に応じて、フォーカルプレーンシャッタ１１０の先幕および後幕の走行駆動を制御する。フォーカルプレーンシャッタ１１０の先幕および後幕は、バネを駆動源として有しており、シャッタ走行後、次の動作のためにバネチャージを要する。

【0025】

そのため、シャッタチャージ機構１１３がバネのチャージを行う。また、システムコントローラ１２９は、撮像素子１１２における所定の測光領域の出力から得られる露光量と、撮像素子１１２の電荷蓄積時間、露光感度および絞り値との関係が定められたプログラム線図を不図示の不揮発性メモリに記憶している。

【0026】

撮像素子１１２は、撮像系全体の駆動タイミングを決定しているタイミングジェネレータ１１８からの信号に基づく、画素ごとの水平駆動および垂直駆動を制御するドライバ１１７からの出力によって制御される。そして、撮像素子１１２は、被写体像を光電変換して画像信号を生成して出力する。撮像素子１１２から出力された画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１５で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１１６でデジタル信号へ変換される。

【0027】

Ａ／Ｄコンバータ１１６から出力されたデジタル信号は、カメラＤＳＰへ出力させるデジタル信号の出力先をシステムコントローラ１２９からの信号に基づいて選択するセレクタ１２１を介して、メモリコントローラ１２７へ出力される。メモリコントローラ１２７へ入力されたデジタル信号は、フレームメモリであるＤＲＡＭ１２８に全て転送される。

【0028】

デジタルカメラ１００は、ＤＲＡＭ１２８への転送結果をセレクタ１２１を介してビデオメモリ１２０へ定期的（毎フレーム）に転送することで、モニタ表示部１１９よりファインダ表示を行っている。

【0029】

カメラＤＳＰ１２６には、システムコントローラ１２９のほか、タイミングジェネレータ１１８と、セレクタ１２１を通じてＡ／Ｄコンバータ１１６と、ビデオメモリ１２０、ワークメモリ１２５とが接続されている。

【0030】

撮影時は、システムコントローラ１２９からの制御信号によって、１フレーム分のデジタル信号をＤＲＡＭ１２８から読み出し、カメラＤＳＰ１２６で画像処理を行ってから、一旦、ワークメモリ１２５で記憶される。

【0031】

そして、ワークメモリ１２５のデータは、圧縮・伸張回路１２４で所定の圧縮フォーマットに基づいてデータ圧縮され、その結果が外部の不揮発性メモリ１２３に記録される。不揮発性メモリ１２３は、通常、半導体メモリカードなどの着脱可能な記録媒体が用いられる。不揮発性メモリ１２３はとして、磁気ディスクや光ディスクをはじめとして任意の不揮発性記録媒体を用いても差し支えない。

【0032】

システムコントローラ１２９と接続されている操作スイッチ１３１は、ユーザーがデジタルカメラ１００の各種設定項目に対する操作入力を行うための入力デバイス群であり、任意の入力デバイスが含まれる。表示部１３０は、液晶パネル、ＬＥＤ（発光ダイオード）、有機ＥＬパネルなどの表示素子であり、操作スイッチ１３１に含まれるスイッチ類により設定または選択されたデジタルカメラ１００の動作状態を表示する。

【0033】

レリーズスイッチＳＷ１（１３２）は、内包する２段階ストロークのレリーズボタンが半押し（１段押下）された際にオンとなり、オンされることでシステムコントローラ１２９は測光や焦点検出などの撮影準備動作を開始する。レリーズスイッチＳＷ２（１３３）は、レリーズボタンが全押し（２段押下）された際にオンとなり、オンされることで静止画記録のための撮影動作（電荷蓄積および電荷読み出し動作）を開始させる。

【0034】

ライブビューモードスイッチ１３４は、モニタ表示部１１９でのファインダ表示（ライブビュー）のオン／オフを制御するためのスイッチである。動画スイッチ１３５は、動画を取得するために、電荷蓄積および電荷読み出しを繰り返し行う動作を開始させるためのスイッチである。

【0035】

デジタルカメラ１００の電源投入時は、初期設定として静止画を記録する設定（以下、静止画モードと称す。）になっているが、動画スイッチ１３５が操作されることで、動画を記録する設定（以下、動画モードと称す。）に切り替わる。動画モード状態で動画スイッチ１３５が再び操作されると、静止画モードに設定が戻される。

【0036】

次に、カメラＤＳＰ１２６内の回路ブロックについて、図２を用いて説明する。

【0037】

撮像素子１１２で生成された画像信号は、上述のようにＣＤＳ／ＡＧＣ回路１１６で増幅され、Ａ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換され、セレクタ１２１を介してカメラＤＳＰ１２６へ入力される。カメラＤＳＰ１２６は、コントラストＡＦに用いられるコントラスト評価値の算出、顔の検出を行う。

【0038】

コントラスト評価値を算出するため、カメラＤＳＰ１２６に入力された画像データは、まずカメラＤＳＰ１２６内のＤＳＰ内部メモリ２０１を経て、焦点検出領域抽出ブロック２０２に入力される。焦点検出領域抽出ブロック２０２は、全画面分の画像データから焦点検出領域とその近傍の画像を抽出して、コントラスト評価値算出ブロック２０３に供給する。焦点検出領域の面積（大きさ）は、画面全体の大きさを１として１／５〜１／１０程度であることが望ましい。

【0039】

なお、画面内における焦点検出領域の位置や面積（大きさ）は、システムコントローラ１２９より、領域設定手段としての焦点検出領域抽出ブロック２０２に対して設定できるよう構成される。コントラスト評価値算出ブロック２０３は、焦点検出領域とその近傍の画像に対してデジタルフィルタ演算により所定の空間周波数成分を抽出して、コントラスト評価値としてシステムコントローラ２３０に出力する。

【0040】

顔領域検出ブロック２０４は、ＤＳＰ内部メモリ２０１を経て入力された全画面分の画像データから、公知の技術により顔の特徴点を抽出することで、顔領域を検出する。検出された顔領域の情報はシステムコントローラ２３０に出力される。

【0041】

次に、焦点検出領域について説明する。

【0042】

図３は、焦点検出領域を示す模式図である。図３において、撮影構図３０１の中に、主被写体である人物３０２、背景の樹木３０３、水平３領域と垂直３領域の計９領域で独立して焦点検出可能な多点焦点検出領域（薄網点部）が存在している。多点焦点検出領域（薄網点部）は撮影構図３０１に対して位置が固定で、最終的に合焦する焦点検出領域はデジタルカメラ１００の焦点検出動作に任される。

【0043】

図３においては、人物３０２乃至背景の樹木３０３の一部分が、多点の各焦点検出領域に含まれている。多点焦点検出領域（薄網点部）において、人物３０２の顔に対して左側の輪郭部を含む焦点検出領域３０４、顔に対して輪郭内側の焦点検出領域３０５、顔に対して右側の輪郭部３０６が存在している。

【0044】

顔に対する左右の輪郭部の焦点検出領域（３０４、３０６）と輪郭内部の焦点検出領域３０５を焦点検出動作時に選択的に着目して、着目した焦点検出領域のコントラスト評価結果に基づいて、オートフォーカス制御が行われる。

【0045】

デジタルカメラ１００の電源が入れられて、被写体像の撮像と撮像結果を表示部１３０に表示するライブビュー動作が始まった後、ＳＷ１（１３１）が押下されることで、水平３領域と垂直３領域の計９領域に対してコントラスト評価が行われる。

【0046】

次に、本実施例の動作について図４のフローチャートを用いて説明する。特に説明しない限り、下記制御はシステムコントローラ１２９の制御により行われる。

【0047】

まず、レリーズスイッチＳＷ１（１３２）が操作されて、焦点検出命令が発生することにより開始される。なお、デジタルカメラ１００は、あらかじめ電源が投入されていて、ライブビュー命令の発生に伴い１秒間に３０乃至６０ｆｐｓ程度の撮像とライブビュー表示が開始されるものとする。

【0048】

はじめに、ステップＳ４０１にて、顔領域検出ブロック２０４で顔領域の検出が行われる。検出後、ステップＳ４０２へ進む。

【0049】

ステップＳ４０２では、ステップＳ４０１で顔領域が検出されたか判定される。検出できた場合は、ステップＳ４０３へ進む。検出できなかった場合は、ステップＳ４０８へ進む。

【0050】

ステップＳ４０３では、領域設定手段としての焦点検出領域抽出ブロック２０２にてステップＳ４０１で検出された顔領域を多点焦点検出領域（図３薄網線部）との位置関係を比較して、顔領域に内包される多点焦点検出領域（以後、顔内包枠と称す。）の有無が判定される。顔内包枠が有る場合は、ステップＳ４０４へ進む。顔内包枠が無い場合は、ステップＳ４０７へ進む。

【0051】

ステップＳ４０４では、焦点検出動作に係る駆動モードの選択状況について判定される。本実施例に係る撮像装置は、焦点検出動作時に大きなレンズ駆動で焦点位置を大まか（粗調）に検出する第１の焦点検出処理である第１スキャンと、小さなレンズ駆動で焦点位置を高精度（微調）に検出する第２の焦点検出処理である第２スキャンを備える。焦点検出に係る駆動モードが第１の焦点検出処理である第１スキャンであった場合は、ステップＳ４０５へ進む。焦点検出に係る駆動モードが第２の焦点検出処理である第２スキャンであった場合は、ステップＳ４０６へ進む。

【0052】

ステップＳ４０５では、複数の焦点検出領域を有する多点焦点検出領域（図３薄網線部）のうち、顔輪郭を含む領域（以後、顔輪郭枠と称す。）が、オートフォーカス制御に直接的に着目する多点焦点検出領域（以下、着目ＡＦ枠と称す。）として選択される。焦点検出領域を示す模式図である図３においては、顔輪郭枠は３０４または３０６が選択される。

【0053】

大まかに焦点位置を検出する第１スキャンにおいて、耳や髪といった高コントラストな被写体領域が入る顔輪郭枠に着目する。例えば、逆光のような外乱要因が入ってコントラスト評価しづらい条件下でも、合焦近傍にオートフォーカス制御しやすくなり、ピントの読み飛ばしを回避しやすくできる。選択後、ステップＳ４０９へ進む。

【0054】

ステップＳ４０６では、多点焦点検出領域（図３薄網線部）のうち、顔輪郭の内側である顔内包枠３０５が着目ＡＦ枠として選択される。背景領域を含まない領域を設定することで、遠近競合なく正確に顔に合焦するようオートフォーカス制御することができるようになる。選択後、ステップＳ４０９へ進む。

【0055】

ステップＳ４０７では、顔の位置と多点焦点検出領域との位置関係により、例えば顔の中央部に多点焦点検出領域の境界が存在してしまい、顔領域を左右に２分割するように多点焦点検出領域が配置される条件において実行される処理ステップである。また、撮影距離により顔の大きさが小さく写り、顔領域のほとんどが１つの多点焦点検出領域に収まってしまうような条件において実行される処理ステップである。

【0056】

これら条件では、ステップＳ４０１にて顔を検出できているものの顔内包枠を設定できないため、顔領域が最も含まれている多点焦点検出領域を着目ＡＦ枠として選択される。このようにすることで、顔輪郭枠や顔内包枠に着目した焦点検出ができないものの、輪郭部を含む顔に着目した焦点検出を行うことができるようになる。選択後、ステップＳ４０９へ進む。

【0057】

ステップＳ４０８では、顔を検出していない条件であり、人物以外の物体等に焦点検出を行う条件において実行される処理ステップである。この条件では、所定の水平３領域と垂直３領域の計９領域全てを着目ＡＦ枠として選択される。選択後、ステップＳ４０９へ進む。

【0058】

ステップＳ４０９では、再度、ステップＳ４０４と同様に、焦点検出動作に係る駆動モードの選択状況について判定される。焦点検出に係る駆動モードが第１スキャンであった場合は、ステップＳ４１０へ進む。焦点検出に係る駆動モードが第２スキャンであった場合は、ステップＳ４１３へ進む。

【0059】

ステップＳ４１０では、大きなレンズ駆動で焦点位置を大まか（粗調）に検出する第１スキャンが行われるよう制御される。制御後、ステップＳ４１１へ進む。

【0060】

ステップＳ４１１では、スキャン中にコントラストピークを検出したか判定される。コントラストピークを検出した場合は、ステップＳ４１２にて焦点検出に係る駆動モードを小さなレンズ駆動で焦点位置を高精度に検出する第２スキャンに移行させる。移行後、ステップＳ４０１へ戻る。コントラストピークを検出していない場合も、ステップＳ４０１へ戻る。

【0061】

ステップＳ４１３では、第２スキャンが行われるよう制御される。制御後、ステップＳ４１４へ進む。

【0062】

ステップＳ４１４では、ステップＳ４１１と同様に、スキャン中にコントラストピークを検出したか判定される。コントラストピークを検出していない場合は、ステップＳ４０１に戻る。コントラストピークを検出した場合は、ステップＳ４１５にてコントラストピーク位置を最終合焦位置としてフォーカス制御され、本実施例の動作を終了する。

【0063】

上述の動作を行うことにより、コントラスト評価方式の焦点検出（オートフォーカス）を行う際、顔が存在する場合に顔に着目させつつ、誤ったフォーカス位置での合焦判定や合焦不能を抑えて、高精度に焦点検出を行うことができるようになる。

【0064】

（変形例）
本実施例では、顔輪郭部として図３の３０４や３０６を例示していた。しかし、これに限らず、顔領域から判定できる人物の頭部や首部、あるいは公知の人体検知結果に基づく胴体部など、他の被写体検出方式による検出結果から得られる輪郭部に対応した複数の焦点検出領域を有する多点焦点検出領域であっても差し支えない。このような構成にすることで、実施例と同様にコントラストの高い輪郭部を使って合焦近傍へ大まかにフォーカス制御しやすくできる。

【0065】

つまり、被写体の輪郭は、少なくとも１つの身体部位の輪郭であり、被写体の輪郭内部は、身体部位の輪郭内部であっても良い。

【実施例2】

【0066】

実施例１では、焦点検出動作時に大きなレンズ駆動で焦点位置を大まかに検出する第１スキャンと、小さなレンズ駆動で焦点位置を高精度に検出する第２スキャンを備えて、焦点検出に係る駆動モードを切り替えていた。

【0067】

しかし、これに限らず、被写体のコントラスト評価値に関連したフォーカスレンズの速度制御指標に基づいてスキャン速度を変更する形態を採用し、焦点位置を大まかに検出するか高精度に検出するかを変更しても良い。以下、上述した動作の実施例について説明する。なお、デジタルカメラ１００の構成は、実施例１と同様である。

【0068】

本実施例２における焦点検出に係る駆動について説明する。

【0069】

図５は、被写体のコントラスト評価値に関連したフォーカスレンズの速度制御指標値を説明するグラフである。

【0070】

図５において、フォーカスレンズの速度制御指標値は、第１のコントラスト評価値を第２のコントラスト評価値で正規化したものである。

【0071】

第１のコントラスト評価値は、画像信号からデジタルフィルタ演算により所定の空間周波数成分を抽出して得られる。

【0072】

第２のコントラスト評価値は、画像信号を用いて生成された輝度信号の最大値と最小値の差分を取ることで得られる。

【0073】

フォーカスレンズの速度制御指標値は、被写体の輝度レベルがフォーカス移動で変動する悪影響に耐性を持つ特徴があり、被写体までのデフォーカス量が小さくなるにつれて値が大きくなる。

【0074】

この指標値がフォーカスレンズの速度制御閾値ｖを上回るか否かによって、オートフォーカス制御の速度つまりフォーカスレンズ１０１の駆動速度を変更する。よって、合焦近傍においてのみ低速のコントラストスキャンを行うよう制御でき、焦点検出の精度を維持しながら時間短縮を図ることができる。

【0075】

図５において、異なる空間周波数特性の被写体におけるフォーカスレンズの速度制御指標値の例を５０１と５０２に示す。５０１は、コントラスト評価値算出ブロック２０３で着目する所定の空間周波数領域が被写体の空間周波数特性に多く含まれる場合の指標例を示したものである。５０２は、コントラスト評価値算出ブロック２０３で着目する所定の空間周波数領域が被写体の空間周波数特性にあまり含まれない、例えば特定の空間周波数特性に偏り気味な被写体における指標例を示したものである。

【0076】

耳や頭髪や頬など様々な空間周波数が混在した部位で構成される顔輪郭部は５０１になりやすい。一方、眉や目といった高周波成分にやや偏った部位と、鼻や頬など非常に低周波成分に偏っていて、中間の周波数成分が少ない部位で構成される顔内包枠は５０２の特性になりやすい。

【0077】

デジタルカメラ１００で規定されているフォーカスレンズの速度制御閾値ｖに対して、５０１では合焦近傍に近いＤＦ１で速度変更が開始され、５０２ではさらにピントのボケる方向にあるＤＦ２で速度変更が開始される。あまりにピントに近い位置まで高速でオートフォーカス制御するとピント位置を読み飛ばしやすくするため、高速でオートフォーカス制御する像面移動速度に応じて、ピント位置から適度に手前で減速できることが望ましい。

【0078】

したがって、大まかに焦点位置を検出する時には、高速にオートフォーカス制御しながら短時間に焦点検出するのが好ましいため、顔輪郭部に着目した焦点検出が適している。
一方、高精度に焦点位置を検出する場合には、低速にオートフォーカス制御しながら焦点検出するのが好ましいため、顔内包枠に着目した焦点検出が適している。

【0079】

したがって、本実施例では、フォーカス速度制御値が閾値ｖ以下のフォーカス状態の場合は、顔輪郭部に着目して、高速にオートフォーカス制御しながら大まかに短時間に焦点検出する。フォーカス速度制御値が閾値ｖを上回るフォーカス状態の場合は、顔内包枠に着目して、低速にオートフォーカス制御しながら高精度に焦点検出を行う。

【0080】

図６は、上述したようなフォーカスレンズの速度制御指標値に基づいてオートフォーカス制御の速度を変更する動作を説明するグラフである。図６において、横軸に至近から無限までのフォーカス範囲を示し、縦軸にフォーカス速度およびフォーカスレンズの速度制御指標値を示している。６０１は顔輪郭枠におけるフォーカスレンズの速度制御指標値の変化を示しており、６０２は顔内包枠におけるフォーカスレンズの速度制御指標値の変化を示している。

【0081】

６０１では、顔と背景とが遠近競合しており、耳と背景でフォーカスレンズの速度制御指標値が高くなっている。また、相対的にコントラストの高い被写体であるため、フォーカスレンズの速度制御指標値のレベルが高く、ピーク波形の半値幅も広くなっている。

【0082】

一方、６０２では、目のフォーカス位置でフォーカスレンズの速度制御指標値が高くなっている。また、相対的にコントラストの高い被写体の面積が小さいため、フォーカスレンズの速度制御指標値のレベルが低くなっている。６０３は、このようなフォーカスレンズの速度制御指標値におけるフォーカスレンズの駆動速度の制御を示したものであり、フォーカス位置Ｄ１で顔輪郭部のフォーカスレンズの速度制御指標値が閾値ｖを上回り、速度が落とされている。フォーカス速度が低速の状態で目のフォーカス位置を通過することで、不図示のコントラストピークを高精度に検出できるようになっている。

【0083】

コントラストピーク検出後、合焦位置へのレンズ駆動に切り替えるため、フォーカス位置Ｄ３でフォーカスレンズ１０１の制御が停止している。例えば、顔内包枠を着目ＡＦ枠とすると、６０２に示す半値幅の非常に狭いフォーカスレンズの速度制御指標値となる。このため、フォーカス速度を低速に変更した段階で、フォーカス位置Ｄ２に示すように既に目のフォーカス位置近傍に位置してしまい、高精度にコントラスト評価を行うことができなくなってしまう。

【0084】

次に、本実施例２の動作について図７のフローチャートを用いて説明する。特に説明しない限り、下記制御はシステムコントローラ１２９の制御により行われる。

【0085】

まず、レリーズスイッチＳＷ１（１３２）が操作されて、焦点検出命令が発生することにより開始される。なお、デジタルカメラ１００は、あらかじめ電源が投入されていて、ライブビュー命令の発生に伴い１秒間に３０乃至６０ｆｐｓ程度の撮像とライブビュー表示が開始されるものとする。

【0086】

はじめに、ステップＳ７０１にて、顔領域検出ブロック２０４で顔領域の検出が行われる。検出後、ステップＳ７０２へ進む。

【0087】

ステップＳ７０２では、ステップＳ７０１で顔領域が検出されたか判定される。検出できた場合は、ステップＳ７０３へ進む。検出できなかった場合は、ステップＳ７０９へ進む。

【0088】

ステップＳ７０３では、ステップＳ７０１で検出された顔領域を多点焦点検出領域（図３薄網線部）との位置関係を比較して、顔領域に内包される多点焦点検出領域である顔内包枠の有無が判定される。顔内包枠が有る場合は、ステップＳ７０４へ進む。顔内包枠が無い場合は、ステップＳ７０８へ進む。

【0089】

ステップＳ７０５では、本実施例の特徴である、フォーカスレンズの速度制御指標値を算出し、つづくステップＳ７０６で所定の閾値ｖとの大小関係が比較される。閾値ｖ以下の場合は、ステップＳ７０６へ進む。閾値ｖより大きい（上回る）場合は、ステップＳ７０７へ進む。

【0090】

ステップＳ７０６では、多点焦点検出領域（図３薄網線部）のうち、顔輪郭を含む顔輪郭枠が、フォーカス制御に直接的に着目する多点焦点検出領域である着目ＡＦ枠として選択される。選択後、ステップＳ７１０へ進む。

【0091】

ステップＳ７０７では、多点焦点検出領域（図３薄網線部）のうち、顔輪郭の内側である顔内包枠３０５が着目ＡＦ枠として選択される。選択後、ステップＳ７１０へ進む。

【0092】

ステップＳ７０８では、顔の位置と多点焦点検出領域との位置関係により、ステップＳ７０１にて顔を検出できているものの顔内包枠を設定できないため、顔領域が最も含まれている多点焦点検出領域を着目ＡＦ枠として選択される。選択後、ステップＳ７１０へ進む。

【0093】

ステップＳ７０９では、顔を検出していない条件であり、人物以外の物体等に焦点検出を行う条件において実行される処理ステップである。この条件では、所定の水平３領域と垂直３領域の計９領域全てを着目ＡＦ枠として選択される。選択後、ステップＳ７１０へ進む。

【0094】

ステップＳ７１０では、再度、フォーカスレンズの速度制御指標を算出し、閾値ｖとの大小関係が比較される。閾値ｖ以下の場合は、ステップＳ７１１へ進む。閾値ｖを上回る場合は、ステップＳ７１４へ進む。

【0095】

ステップＳ７１１では、高速のレンズ駆動で焦点位置を大まかに検出する高速スキャンが行われるよう制御される。制御後、ステップＳ７１２へ進む。

【0096】

ステップＳ７１２では、フォーカスレンズの駆動速度を落とすことなく高速スキャン状態でコントラストピークを検出したか判定される。コントラストピークを検出した場合は、ステップＳ７１３にて、低速のレンズ駆動で焦点位置を高精度に検出する低速スキャンに移行させる。移行後、ステップＳ７０１へ戻る。コントラストピークを検出していない場合も、ステップＳ７０１へ戻る。

【0097】

ステップＳ７１４では、低速スキャンが行われるよう制御される。制御後、ステップＳ７１５へ進む。

【0098】

ステップＳ７１５では、低速スキャン中にコントラストピークを検出したか判定される。コントラストピークを検出していない場合は、ステップＳ７０１へ戻る。コントラストピークを検出した場合は、ステップＳ７１６にてコントラストピーク位置を最終合焦位置としてオートフォーカス制御され、本実施例の動作を終了する。

【0099】

上述の動作を行うことにより、焦点検出に係る時間を短縮しながら高精度に焦点検出を行うことができるようになる。また、顔が存在する場合に顔に着目させつつ、誤ったフォーカス位置での合焦判定や合焦不能を抑えて、高精度に焦点検出を行うことができるようになる。

【実施例3】

【0100】

実施例１では、格子状に配置された多点の焦点検出領域の中から、顔輪郭枠や顔内包枠を選択していた。しかし、これに限らず、任意の大きさの領域で顔輪郭枠や顔内包枠を設定しても良い。以下、上述した構成の実施例について説明する。なお、デジタルカメラ１００の構成は、実施例１と同様である。

【0101】

本実施例３における焦点検出領域について説明する。

【0102】

図８は、任意の大きさで顔輪郭枠や顔内包枠の設定状況を示す模式図である。図８において、撮影構図８０１の中に、主被写体である人物８０２、背景の樹木８０３、任意の大きさの領域で設定された顔輪郭枠８０４、同様に任意の大きさの領域で設定された顔内包枠８０５が存在している。

【0103】

顔輪郭枠８０４は顔検出で得られた顔領域情報に基づいて、焦点検出領域を顔の輪郭に沿った方向を長手方向に矩形で設定され、短手方向は背景との遠近競合をできるだけ避けるために狭く設定される。顔内包枠８０５は顔検出で得られた顔領域情報に基づいて、顔輪郭の内側に焦点検出領域が設定される。

【0104】

顔内包枠には強いコントラストの部位が少ないため、できるだけコントラスト成分を拾う目的で、顔輪郭を含まない程度でできる限り大きく設定される。このような設定を行うため、顔輪郭枠８０４は顔内包枠８０５より領域が小さく設定される。

【0105】

次に、本実施例３の動作について図９のフローチャートを用いて説明する。特に説明しない限り、下記制御はシステムコントローラ１２９の制御により行われる。

【0106】

まず、レリーズスイッチＳＷ１（１３２）が操作されて、焦点検出命令が発生することにより開始される。なお、デジタルカメラ１００は、あらかじめ電源が投入されていて、ライブビュー命令の発生に伴い１秒間に３０乃至６０ｆｐｓ程度の撮像とライブビュー表示が開始されるものとする。

【0107】

はじめに、ステップＳ９０１にて、顔検出ブロック２０４で顔領域の検出が行われる。検出後、ステップＳ９０２へ進む。

【0108】

ステップＳ９０２では、ステップＳ９０１で顔領域が検出されたか判定される。検出できた場合は、ステップＳ９０３へ進む。検出できなかった場合は、ステップＳ９０９へ進む。

【0109】

ステップＳ９０３では、フォーカスレンズの速度制御指標値を算出し、所定の閾値ｖとの大小関係が比較される。閾値ｖ以下の場合は、ステップＳ９０５へ進む。閾値ｖより大きい（上回る）場合は、ステップＳ９０７へ進む。

【0110】

ステップＳ９０５では、検出された顔領域に基づいて、顔輪郭線の方向に長く、その垂直方向に短い顔輪郭ＡＦ枠の焦点検出領域を設定する。顔輪郭線の方向には少なくとも耳から頬のまで含まれる長さが好ましく、垂直方向は耳がぎりぎり収まる程度で背景の混入が少ない長さが好ましい。このような領域設定を行うことにより、背景との遠近競合を避けつつ、高コントラストな顔輪郭の部位を多く含められるため、ピント位置の見逃しを抑えることができる。設定後、ステップＳ９０６へ進む。

【0111】

ステップＳ９０６では、ステップＳ９０５で設定した顔輪郭ＡＦ枠を着目ＡＦ枠として設定する。設定後、ステップＳ９１０へ進む。

【0112】

ステップＳ９０７では、検出された顔領域に基づいて、顔輪郭の内側でできるだけ大きく領域が得られるよう顔内包ＡＦ枠の焦点検出領域を設定する。顔内包部には高コントラストな部位が少ないため、できるだけ領域を広くして、少しでも多くコントラストを拾えるようにする。このような領域設定を行うことにより、ピント位置の見逃しを抑えつつ、高精度な焦点検出を行うことができる。設定後、ステップＳ９０８へ進む。

【0113】

ステップＳ９０８では、ステップＳ９０７で設定した顔内包ＡＦ枠を着目ＡＦ枠として設定する。設定後、ステップＳ９１０へ進む。

【0114】

ステップＳ９０９では、顔を検出していない条件であり、人物以外の物体等に焦点検出を行う条件において実行される処理ステップである。この条件では、実施例２のステップＳ７０９で説明したような、所定の水平３領域と垂直３領域の計９領域を着目ＡＦ枠として選択される。選択後、ステップＳ９１０へ進む。

【0115】

ステップＳ９１０では、再び、フォーカスレンズの速度制御指標値と閾値ｖとの大小関係が比較される。閾値ｖ以下の場合は、ステップＳ９１１へ進む。閾値ｖを上回る場合は、ステップＳ９１４へ進む。

【0116】

ステップＳ９１１では、高速のレンズ駆動で焦点位置を大まかに検出する高速スキャンが行われるよう制御される。制御後、ステップＳ９１２へ進む。

【0117】

ステップＳ９１２では、フォーカス速度を落とすことなく高速スキャン状態でコントラストピークを検出したか判定される。コントラストピークを検出した場合は、ステップＳ９１３にて、低速のレンズ駆動で焦点位置を高精度に検出する低速スキャンに移行させる。移行後、ステップＳ９０１へ戻る。コントラストピークを検出していない場合も、ステップＳ９０１へ戻る。

【0118】

ステップＳ９１４では、低速スキャンが行われるよう制御される。制御後、ステップＳ９１５へ進む。

【0119】

ステップＳ９１５では、低速スキャン中にコントラストピークを検出したか判定される。コントラストピークを検出していない場合は、ステップＳ９０１に戻る。コントラストピークを検出した場合は、ステップＳ９１６にてコントラストピーク位置を最終合焦位置としてフォーカス制御され、本実施例の動作を終了する。

【0120】

上述の動作を行うことにより、顔輪郭ＡＦ枠を用いて大まかに焦点検出する際に、遠近競合の影響を抑えることができるようになる。また、顔内包ＡＦ枠を用いて高精度に焦点検出する際、逆光や露光量オーバー／アンダー条件といった悪条件でもコントラスト評価を正しく行える可能性を高めることができるようになる。

【0121】

（変形例）
本実施例では、顔輪郭部として耳から頬にかけての領域を顔輪郭ＡＦ枠として設定していた。しかし、これに限らず、人物の頭部や首部、あるいは公知の人体検知結果に基づく胴体部など、他の被写体検出方式による検出結果から得られる輪郭部に対応する焦点検出領域であっても差し支えない。

【0122】

つまり、被写体の輪郭は、少なくとも１つの身体部位の輪郭であり、被写体の輪郭内部は、身体部位の輪郭内部であっても良い。

【0123】

この場合、長手方向と短手方向はステップＳ９０５およびステップＳ９０７の説明に対して入れ替わった形状となる可能性があるが、特に差し支えない。このような構成にすることで、実施例と同様にコントラストの高い輪郭部を使って合焦近傍へ大まかにフォーカス制御しやすくできる。

【符号の説明】

【0124】

１００ デジタルカメラ
１０１ レンズ
１０３ レンズ駆動機構
１０４ レンズ駆動制御部
１０７ レンズコントローラ
１０８ メモリ
１０９ レンズ位置情報検出部
１１２ 撮像素子
１１９ モニタ表示部
１２０ ビデオメモリ
１２６ カメラＤＳＰ
１２９ システムコントローラ
１３０ 表示部
１３１ 操作スイッチ
１３２ レリーズスイッチＳＷ１
１３３ レリーズスイッチＳＷ２
１３４ ライブビューモードスイッチ
１３５ 動画スイッチ
２０１ ＤＳＰ内部メモリ
２０２ 焦点検出領域抽出ブロック
２０３ コントラスト評価値算出ブロック
２０４ 顔領域検出ブロック
３０１ 撮影構図
３０２ 人物
３０３ 樹木
３０４、３０５、３０６ 多点焦点検出領域
５０１、５０２ フォーカスレンズの速度制御指標
６０１、６０２ フォーカスレンズの速度制御指標値
６０３ フォーカス速度の制御推移
８０１ 撮影構図
８０２ 人物
８０３ 樹木
８０４ 顔輪郭枠
８０５ 顔内包枠

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】