JP4871231B2

JP4871231B2 - 撮像装置および撮像方法

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Publication number: JP4871231B2
Application number: JP2007209293A
Authority: JP
Inventors: 圭二日室
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP2009042621A

Description

本発明は、マルチオートフォーカス（以下、オートフォーカスを「ＡＦ」という）の評価値スキャン動作を採り入れた撮像装置および撮像方法に関するものである。

従来、カメラのＡＦ方式としては、銀塩カメラ時代から使われてきた赤外線投光ＬＥＤを用いたアクティブ方式、光学レンズ一体型の位相差センサを用いるパッシブ方式、一眼レフタイプのカメラで用いられる撮影レンズを透過した光を位相差方式センサに導くＴＴＬ・ＡＦ方式などが広く知られている。近年、多くのコンパクトタイプのデジタルカメラで用いられているＡＦ方式は、古くからビデオカメラ用のＡＦ技術として用いられてきた、コントラスト方式といわれる方式である。コントラスト方式ＡＦは、画像の鮮鋭度を示す評価値のピークを探す制御動作から、山登り方式とも呼ばれる。

このコントラスト方式ＡＦは、レンズから入射した被写体光を、ピント位置を変えながら順次撮像し、撮像信号の鮮鋭度を示す値（以後、この値を「評価値」と称する）の変化カーブをみて合焦位置を決定するというものである。一般的なコントラスト方式ＡＦ制御としては、実撮影の前に撮像光学系のフォーカスレンズを微少ステップずつ動かしながら所定ステップ毎のフォーカス位置でそれぞれ撮像し、撮像データの高周波成分を抽出して評価値を算出する。そして、評価値がピークをとる部分のうち、合焦閾値レベル以上で、かつ、最も近距離側となるフォーカス位置を合焦点として選択する。実撮影時に、上記合焦点として選択した位置までフォーカスレンズを動かして撮影を行う。このコントラスト方式ＡＦ制御は、センサを追加することなく、簡便かつ正確に合焦位置を得ることができるため、コンパクトタイプのＡＦ制御方式として最も一般的に使用されている。

また、評価値を取得する撮像画面内のエリア（以後、このエリアのことを「フォーカスポイント」ということもある）を複数設け、一般的な撮影状況において、撮影時に特別な注意を払わなくても、多くの場合でほぼ適切な合焦ポイントが得られるマルチＡＦ機能も多くのカメラに搭載されている。このマルチＡＦ機能は、合焦の評価を行うための検定エリアを複数にしたものである。

例えば、人物が間隔をおいて並んでいる情景を被写体とする場合、画面中央だけに配置されたフォーカスポイント内の被写体に合焦することにより、人物と人物の間の背景に合焦してしまうことがある。また、人物が中央にない場合、マルチＡＦ機能を持たないカメラでは、画面内の端にある主要被写体を中央部のフォーカスポイントで捕らえてＡＦ動作を行い、その状態でフォーカスをロックし、その状態のまま撮影したい構図に戻して撮影する操作が必要になる。しかし、上記フォーカスのロックは、多くの場合レリーズボタンを半押しした状態であって、かかる状態を維持しなければならないため、操作は煩雑である。このような問題点を解決するために、マルチＡＦ機能は有用であるとされている。

以上述べてきた様に、コントラスト方式ＡＦ機能は、これをデジタルカメラに追加する場合、デジタルカメラが備えている撮像素子の出力信号を利用するため、センサを追加する必要がなく、簡便であり、ＡＦ精度が高いという特徴をもつ。また、マルチＡＦとすることで撮影上の欠点をある程度カバーすることができる。

しかし、コントラスト方式マルチＡＦ制御は、一方で以下に述べるような欠点もある。すなわち、複数のフォーカスポイントにおいてそれぞれ合焦ポイントを決定するため、フォーカスレンズを撮影可能距離範囲の全域にわたって動かしながら評価値スキャン動作を行う必要がある。そのため、評価値スキャン動作に時間がかかることと、フォーカス位置決定後にフォーカスレンズを評価値スキャン終了地点から、決定した上記フォーカス位置にフォーカスレンズを移動させる必要があり、他のＡＦ方式に比べて、全体として撮影に時間がかかるという問題がある。上記「評価値スキャン動作」とは、前述の画像データ取得動作と、評価値算出動作を含む動作をいう。

上記の問題を解決するために、従来から評価値スキャン方法が工夫されている。例えば、撮影後のフォーカスレンズの待機位置を前回の撮影位置のままとし、次回の評価値スキャン動作をその周辺から始めるようにしたもの、フォーカスレンズを常時撮影範囲の中央で待機させるものなど、種々の提案がなされている。また、マルチＡＦの特性を利用して特定の条件で評価値スキャンを近距離側から開始し、最初にピーク値を見つけた時点で評価値スキャンを中断し、そのピーク値のフォーカス位置で撮影するものも提案されている。

しかしながら、結果的に全域を評価値スキャンする前者は、評価値スキャン時間を短縮することはできない。後者の場合も、従来どおりの動作、すなわち評価値のピーク値を見つける動作を行い、その結果により評価値スキャン動作を中断し、すでに行き過ぎているピーク位置に再びレンズを戻して撮影するため、時間もある程度かかり、戻りガタないしはバックラッシュなどの関係で精度も悪化することがあり、合焦ポイント決定に要する時間を短縮するための良好な解決手段にまでは至っていない。これが第１の欠点である。

また、コントラスト方式共通の問題として、ＡＦ評価エリア全体が低コントラストの場合には、取得したＡＦ評価値が合焦と認識できる閾値（以後、これを「合焦閾値」と称する）以下となり、合焦不能と判断され、撮影不能となる場合があった。評価値が右肩あがりの場合やその逆でピークを見つけることができない場合、ピークはあるもののピークレベルが低い場合、全体のコントラストレベルが低く画像信号とノイズとの判別ができない場合などである。このような場合は、たとえ撮影したい被写体があるとしても、この被写体がＡＦ評価値を取得するエリア外にある場合は撮影不能となり、決定的なシャッターチャンスを逃してしまうことになっていた。これが、コントラスト方式のＡＦを採用した場合の第２の欠点である。

次に、オートフォーカス共通の欠点、特にマルチオートフォーカス機能の大きな欠点として、撮影者の撮影意図が反映されないという問題があった。すなわち複数のフォーカスポイントないしはフォーカスエリアのなかから、カメラが自動的に（勝手に）合焦ポイントを決めてしまうことで、撮影者の意図するフォーカスポイントが食い違ってしまう場合があるという問題である。これがコントラスト方式のＡＦを採用した場合の第３の欠点である。この問題は、全ＡＦ方式共通の問題でもある。
ピントが合う範囲は、いわゆる撮影側でいう焦点深度、被写体側でいう被写界深度の特性が、被写体から見て近距離側に狭く、遠距離側に広いことから、上記「合焦ポイント」は、多くの場合、合焦可能なフォーカスポイントのうち、撮影者の意図に関係なく最も近くの被写体に合焦する。

これら第２、第３の問題点は、ＡＦ方式上の原理的な欠点を含み、また撮影者の撮影意図という、自動化するのが困難な問題を含むため、簡単には解決できないが、近年次のような解決方法が提案されている。

すなわち、特許文献１に開示されているように、最短撮影距離から無限遠までの全ての範囲につきフォーカスレンズの位置を所定ステップ間隔で変えながら撮影し、撮影画像をすべて保存し、あとから好みの画像を抽出しようとする方式である。こうすることで、撮影後にじっくりと自分の撮影意図にあった画像を選択することが可能となる。この方式によれば、合焦対象（フォーカスポイント）をカメラが自動的にないしは勝手に決定するという従来のＡＦ方式の問題点はなくなるものの、撮影者の意図するフォーカスポイントに合焦した写真が必ず得られる、または得られる可能性がきわめて高い、という意味で、新たなＡＦ方式であるともいえる。

しかしながら、この方式では常に大量の撮影が行われ、大量の撮影画像が保存され、保存された撮影画像が閲覧されることとなり、撮影、保存、再生などに多くの時間を必要とし、電力などのエネルギー、大量のメモリを消費することとなり、近年のデジタルカメラの処理速度向上、消費電力の削減、メモリ価格の低下を考慮しても非常に無駄が多く、使い勝手の上からも、未解決の課題が残る技術であるということができる。

特許文献２記載の発明では、撮影条件（主として絞り値）をキーにして、被写界深度すなわち被写体に対してピントの合う範囲の前後方向の深さを計算し、それに応じて、フォーカスを変化させる間隔や、総撮影枚数を決定する技術が提案されている。しかし、この技術は被写界深度を活用して、カメラが決定した主要被写体に合焦できるように、合焦位置をずらしながら撮影する枚数と範囲を変更するもので、合焦位置をずらしながら撮影し、撮影条件により撮影枚数を削減できる点では、後で説明する本発明によって得られる効果に近いが、本発明の課題である、ＡＦ速度向上、ユーザ撮影意図の完全反映を実現した上での撮影枚数削減効果、および合焦不能回避効果を得ることはできない。

特許文献３記載の発明は、評価値がピークをとる部分を全て撮影するもので、撮像画面内の複数箇所にピントが合った画像を保存しようとする点は本願発明と同様である。しかしながら、カメラの評価値がピークをとった個所のみの撮影であるため撮影者の意図を完全に反映しているとはいえず、本発明の課題である、ＡＦ速度向上、ユーザ撮影意図の完全反映を実現した上での撮影枚数削減効果、および合焦不能回避効果をバランスよく実現することはできない。

特許文献４記載の発明は、マルチＡＦ範囲内で、評価値スキャン方向に応じて制御を変更する技術であり、至近側からサーチする場合は、評価値がピークとなるレンズ位置にてサーチを止めて、撮影を行う技術である。この技術は、本発明におけるマルチＡＦ時の最至近側からの動作に似ている。しかし、特許文献４記載の発明では評価値スキャン方法が従来どおりであり、ピークを見つけるためにピーク位置を一旦行き過ぎる地点まで評価値をスキャンし、ピークと判定した時点でピーク位置まで戻って撮影する必要がある。これに対し、後で説明する本発明では、ピーク位置を探すことなく、評価値が所定値以上になったレンズ位置で撮影を開始することができ、より迅速に撮影を開始できる点が特許文献４記載の発明と異なっている。また、特許文献４記載の発明は、ユーザの撮影意図を完全に反映させながら、撮影枚数を削減することおよび合焦不能となることを回避する、という本発明の他の課題を解決することはできない。

また、特許文献５記載の発明は、至近距離から無限遠までの画像を全て取り込み、撮影後に、指定したエリアに合焦した画像を抽出するもので、ユーザの撮影意図の完全反映と、合焦不能の回避という課題は解決することができるが、ＡＦ機能を備えていながら撮影枚数削減機能を備えていないため、無駄な撮影動作、保存動作が多いという欠点がある。

また、公知技術にフォーカスブラケット機能がある。この機能は、ジャストピントとカメラが判断したフォーカス位置に対して、その前後の微小ステップを撮影する機能で、撮影した画像のうち最良のピントの画像を選択することにより、僅かなピントずれも防止できるというものである。このフォーカスブラケット機能が、本願発明にかかる撮像装置の機能と異なる点の一つは、最良の合焦位置を求めてＡＦ動作を行うため、評価値のスキャン範囲が広く、ＡＦ速度向上には寄与しないことである。また、フォーカスブラケット撮影の基本思想は、カメラのＡＦ位置のばらつきや、厳密なピント（例えば、顔のなかの目にピントを合わせたいなど）を保証するためであるため、単にブラケットのフォーカス間隔で撮影枚数を増やす動作を行っても、撮影枚数が膨大となり、保存時間も長く、保存画像から所望の画像を選択する場合も、ほぼ同様な画像が多く存在し画像選択時の使い勝手が悪い。したがって、本発明の課題である、オートフォーカス速度向上、ユーザの撮影意図を完全に反映しながら、撮影枚数削減、合焦不能回避を、いずれも解決していない。

特開２００５−２７７８１３号公報特開２００４−３３３９２４号公報特開２００３−３３３４１１号公報特開２００２−３１１３２５号公報特開２００５−２７７８１３号公報

本発明は、以上述べてきた従来のデジタルカメラなどの撮像装置に見られる問題点、すなわち、評価値スキャン動作に多くの時間がかかる、合焦不能の場合がある、撮影者の撮影意図を反映できる方式とした場合大量の撮影、保存が必要である、といった問題点を、一つの撮影モードで撮影者に煩雑な操作を行わせることなく、バランスよく解決する撮像装置および撮像方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、レンズを介して被写体像を電気信号に変換する撮像手段と、撮像手段から出力される信号から算出され、画像の鮮鋭度を示す評価値に基づきレンズの焦点位置を調節する焦点調節機構を有する撮像装置において、撮像画面に評価値算出エリアとなるフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定手段と、レンズを焦点調節の範囲内で移動させるレンズ移動手段と、レンズ移動手段により移動されるレンズ位置毎に画像の鮮鋭度の評価値を算出する評価値算出手段と、を備え、第１レリーズがオンされた場合に前記レンズ移動手段によりレンズを移動させながら前記評価値算出手段により各レンズ位置で評価値を取得する評価値取得動作を近距離側から開始し、取得した前記評価値が所定の閾値以上となった第１のレンズ位置で前記評価値取得動作を停止し、第２レリーズがオンされた場合に前記第１のレンズ位置から無限遠側に向かって前記レンズ移動手段により一定量ずつレンズを移動させながら各レンズ位置で撮影を行うことを最も主要な特徴とする。

上記解決手段につき換言すると、マルチＡＦの評価値スキャン動作を近距離側から始め、画像の鮮鋭度を示す評価値が合焦閾値以上のレベルになった時点、したがって、評価値がまだ高くなりつつある、いわゆる山登り動作の途中であっても、評価値が合焦閾値以上のレベルになれば評価値スキャンを中止し、そのままのフォーカス位置で撮影を開始する。これにより、評価値スキャン、フォーカス移動時間の大幅な短縮を達成する。

上に述べたフォーカス位置から、フォーカス位置を所定間隔で変更しながら無限遠に合焦するフォーカス位置まで撮影することで、最も近距離で合焦可能な被写体が存在する（すなわち、合焦閾値以上となる被写体が存在する）フォーカス位置から無限遠までの全撮影領域を撮影することになる。よって、撮影者の意図する被写体に対して合焦する画像、または合焦する可能性がきわめて高い画像を記録することができ、かつ、全撮影領域を所定のフォーカス間隔で撮影する従来技術よりも撮影枚数、保存枚数を減らすことができる。

合焦閾値（第１閾値）に達しない評価値レベルの被写体であっても、評価値が第２閾値以上（合焦する程のコントラストはないが、ある程度ピントが合いそうな被写体が存在する）で、最も近距離側のフォーカス位置から無限遠に合焦するフォーカス位置までの範囲を所定フォーカス間隔で撮影することにより、貴重なシャッターチャンスを逃す事態を回避することができる。
さらに、撮影可能な距離範囲全域で評価値が第２閾値未満の場合（フォーカスポイント内に合焦可能な被写体が存在しない場合）は、最短撮影距離に合焦するフォーカス位置から無限遠に合焦するフォーカス位置までの範囲を所定フォーカス間隔で撮影する。これにより、被写体が極端に低コントラストの場合においても、合焦不能と判断されることが無くなり、貴重なシャッターチャンスを逃す事態を回避することができる。

以上述べてきた構成により、撮影者の意図を完全に反映できる複数枚撮影を、特別に高速化した評価値スキャン動作（例えば、コントラスト方式のＡＦ動作）を用い、無駄な撮影を少なくしつつ実現することができる。また、従来撮影できなかった、低コントラストの被写体に対する撮影や、評価値取得エリアは低コントラストであるが、評価値取得エリア外に被写体がある場合の撮影も自動判定にて行うことができるため、撮影意図通りの被写体にピントの合った画像を含む撮影を高い確率で行うことができる。また、本発明は、近年のコンパクト型デジタルカメラに標準的に備わっている構成手段にて実現する機能であるため、部品の追加や、複雑な処理を必要としない。さらに、最終的な撮影枚数、撮影時間を短縮する技術を含んでいるため、省エネルギーにも貢献できる。

以下、本発明にかかる撮像装置および撮像方法の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明にかかる撮像装置および撮像方法の実施例を示す機能ブロック図である。図１において、ＣＰＵ（中央制御ユニット）からなる制御装置１は、カメラのすべての動作を制御する機能を備えている。ＣＰＵ１は、内部に、各種判断、演算を行うための演算手段２、時間をカウントするための時間カウント手段（タイマ）３、各種設定値を記憶しておく揮発性または不揮発性のメモリ４などを備えている。必ずしもワンチップ構成でなくてもよく、画像処理チップなどを含む合成素子で構成してもよく、複数素子を含む制御ユニットとして構成してもよい。

制御装置１には測光センサ１５が接続されている。測光センサ１５は、被写体の明るさを検出するためのセンサであり、制御装置１からのコントロールにより駆動され、撮影範囲内の複数のポイントにおける被写体の明るさに関連する電気信号を検知し制御装置１に入力する。また、専用の測光センサを設けることなく、撮像素子６による測光部分の撮像データを用いて、複数領域の明るさを求める構成としてもよい。

第１レリーズＳＷ（「ＳＷ」はスイッチを示す。以下同じ）１０は撮影を行うためのレリーズＳＷの半押しによりＯＮ信号を出力するＳＷである。また、第２レリーズＳＷ１１は、上記レリーズＳＷの全押し（押し込み）によりＯＮ信号を出力するＳＷである。図１では第１レリーズＳＷ１０と第２レリーズＳＷ１１が別々のＳＷとして記載されているが、ＳＷのハード構成上では、同一部品すなわちレリーズスイッチの操作（押し方）の違いによりそれぞれに対応した上記の信号を出力するＳＷである。これらレリーズＳＷ１０，１１の出力信号は制御装置１に入力される。

フォーカスレンズ駆動装置５、シャッタ駆動装置７は、制御装置１の制御のもとに、撮影のためのフォーカス駆動及びシャッタ駆動を行うためのものである。フォーカスレンズ駆動装置５は、特許請求の範囲で言うレンズ移動手段のことである。また、フォーカスレンズ駆動装置５は、撮像素子６からの撮像データを取得しながら、フォーカスレンズの駆動領域をスキャンしつつ画像の鮮鋭度を示す評価値を算出し、評価値に基づいて合焦可能な被写体に合焦するフォーカスレンズ位置を探す役割も備えている。上記「評価値」は、撮像データから高周波成分を抽出することにより、合焦のための評価値とするものである。上記「フォーカスレンズの駆動領域」は、通常の撮影モードの場合はそのモードにおける最短撮影距離から無限遠までである。また、上記シャッタ駆動装置７とは別に、絞り制御機構を持ち、絞りとシャッタを別々にコントロールする構成であっても差し支えない。

表示装置８は、撮影前のモニタリング表示、および、再生画像表示、事前設定を行うためのメニュー表示などを行う液晶素子や、有機ＥＬ素子などからなる表示装置であって、制御装置１の制御のもとに上記の各種表示が行われる。
記憶手段９は、撮影済み画像データを制御装置１にて所定の保存形式に変換後、保存するためのもので、内蔵フラッシュメモリや、外部メモリカード、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）等で構成される。
撮像素子６は、特許請求の範囲でいう撮像手段のことで、図示されない撮影光学系を介して入射した被写体像を電気信号に変換し、制御装置１に入力するための電気部品である。本実施例では、撮像素子６として２次元ＣＣＤ（電荷結合素子）を用いているが、ＣＭＯＳ撮像素子など他の撮像可能な素子であっても差し支えない。

次に、上記本発明の実施例の動作を説明する。図２は、本発明にかかる撮像装置の一例であるカメラの全体処理動作を概略的に示すフローチャートである。以下、フローチャートの各動作ステップには、Ｓ１，Ｓ２，・・・のような記号を付する。図２において、メインＳＷがＯＮされている状態を通常状態とすると、この通常状態では、カメラはモニタリング、すなわち、撮影画像をＬＣＤなどからなる表示装置８に表示しながら撮影準備を整え、レリーズ操作ＳＷが操作されるのを待っている。この状態で、レリーズＳＷ操作を含む各種ＳＷ操作が行われると、以下のような所定の動作を行った後、再びモニタリング状態に戻る。ステップＳ１でモニタリング状態を判定し、モニタリングがオンであれば次のＳＷ判定処理（Ｓ２）に移行する。ＳＷ判定処理は、前記第１レリーズＳＷ１０、第２レリーズＳＷ１１、撮影モードＳＷ１２の動作状態を判定するもので、第１レリーズＳＷ１０がオンであると判断すると、モニタリング停止処理（Ｓ３）、ＡＥ処理（Ｓ４）、ＡＦ処理（Ｓ５）、フォーカス駆動処理（Ｓ６）を順に行い、ステップＳ１に戻る。ＡＥ処理（Ｓ４）は自動露出制御処理で、一般的に行われている制御方式を採用する。上記ＡＦ処理についてはあとで詳細に説明する。フォーカス駆動処理（Ｓ６）は、ＡＦ処理で得られたＡＦ情報に基づきフォーカスレンズを駆動し、被写体に対して合焦する処理である。

上記ステップＳ２において第２レリーズＳＷ１１がオンであると判断すると、モニタリングを停止し（Ｓ８）、静止画記録処理（Ｓ９）を行い、ステップＳ１に戻る。静止画記録処理とは、第２レリーズＳＷ１１がオンした時点で撮像素子６が撮像している画像に対応する画像信号を記憶手段９に保存する処理のことをいう。
上記ステップＳ２において、その他のＳＷ、例えば撮影モードＳＷ１２がオンしたと判断すると（Ｓ１０）、そのＳＷに対応した処理、例えば撮影モードＳＷ１２がオンした場合はそのモードに対応した撮影モードに変更し（Ｓ１１）、ステップＳ１に戻る。
上記ステップＳ２において、無効の操作、例えばその時点では意味を成さない操作が行われた場合などには、何の処理も行わずステップＳ１に戻る。

次に、本発明独特の動作について説明することにするが、具体的に説明する前に、本発明に至った背景と本発明の技術思想を概念的に説明する。図３は被写体の状況と位置関係の例を示したもので、最も至近距離には右側に岩２１があり、その後方に二人の人物２２，２３がいる。人物２２は人物２３よりも近距離に、かつ、人物２３よりも右側にいる。さらに、人物２２，２３の後方には山２４があり、この山２４が最も遠距離にある。

図４は、撮影可能な距離範囲の全域、すなわち、画面内のフォーカスエリア内の全域であり、かつ、撮影距離上の最短撮影距離から無限遠までのフォーカスポジションに対して、評価値スキャンした場合の、複数エリアにおける最も高い評価値の変化曲線を模擬的に足しあわせて示したものである。横軸は撮影距離で、左端が無限遠合焦位置、縦軸は評価値である。ここでいう「評価値」とは、撮像成分ないしは撮像信号から高周波成分を抽出して算出した値であって、画像の鮮鋭度あるいはコントラストを示す。図３に示す画像の例においては、前記すべての被写体について、評価値曲線がピークを持つ。この例では、近い方の人物２２が最も評価値が高く、以下、最至近被写体である岩２１、遠景にある山２４、遠い方の人物２３の順に評価値が下がっている。しかし、上記各被写体の評価値曲線のピークは、いずれも、合焦のために必要な閾値（以下「合焦閾値」という）より大きい値になっていて、いずれの被写体にも合焦可能な条件下にある。

通常の撮影モードでは、フォーカスレンズの位置と評価値の関係から、合焦閾値以上のピークをもつ最も近い位置にある被写体、したがって、上記の例では岩２１を最至近の被写体であると判断し、これに合焦して撮影する。評価値スキャンの方向や、評価値スキャン前の待機位置などは、種々の設計事情に応じて適宜最適に設定されている。本実施例で用いたレンズは、焦点距離２８ｍｍ、開口比Ｆ３．３であり、フォーカスレンズの総ステップ数、すなわち、待機位置（撮像可能な最至近距離）から無限遠までの移動ステップ数を２００ステップ程度としている。
以下、本発明の独特の動作を具体的に説明する。画像の鮮鋭度を示す評価値によって動作が異なるので、以下、それぞれの動作につき異なる実施例として説明する。

図７は、あらかじめ撮影モードＳＷにて、撮影モードが本発明に関係のあるモード（「全域ＡＦ撮影モード」とする）に設定されているとき、前記第１レリーズＳＷ１０がオンとなったときの動作を示している。第１レリーズＳＷ１０がオンになると、モニタリングを停止し（Ｓ２１）、ＡＥ処理を行い（Ｓ２２）、評価値スキャン処理を行う（Ｓ２３）。この撮影モードでは、評価値スキャンを近距離側（本実施例では、フォーカスレンズが最も被写体側に繰り出した位置）から無限遠側に向かって行う。フォーカスレンズの待機位置からフォーカスレンズの移動を開始し、最短撮影距離の被写体に合焦可能なフォーカスレンズ位置から評価値スキャンを開始する。評価値スキャンは、被写体を撮像しながら評価値を算出することによって行う。以後レンズを微少ステップ（実施例では２ステップ単位）で動かしながら撮像データを取得し、評価値を算出し、評価値を判定する。評価値スキャン処理動作については、あとで詳細に説明する。次に、評価値が合焦閾値以上のフォーカス位置があるかどうかを判断する（Ｓ２４）。図４に示した例の場合は、評価値が合焦閾値以上のフォーカス位置があるので、算出した評価値の値が合焦閾値（所定閾値）を超えたと判定されたフォーカス位置で、評価値スキャン動作を停止する。カメラ動作としては、ここでフォーカスレンズの撮影開始位置が決まり第２レリーズ待ちの状態となる。

図９は、第２レリーズＳＷ１１がオンされたときの動作を示す。第２レリーズＳＷ１１がＯＮされると、モニタリングを停止し（Ｓ３１），現在のフォーカスレンズ位置で静止画を撮影し画像データをメモリに記録し（Ｓ３２）、フォーカスレンズを５ステップずつ引き込みながら（Ｓ３８）、フォーカスレンズの各ステップ位置で撮影動作を続行する（Ｓ３４）。フォーカスレンズを引き込むとは、レンズ繰り出し量を少なくすること、すなわち、合焦位置が無限遠側に移行するようにフォーカスレンズを動かすことを意味する。フォーカスレンズ位置が、無限遠位置またはそれを超えた場合は、撮影動作を終了し、フォーカスレンズを元の位置に戻す（Ｓ３５）。

なお、上記静止画の撮影、記録ステップ（Ｓ３２）のあとに、次の撮影画像の保存容量有りかどうかの判定ステップ（Ｓ３３）を置き、保存容量があれば、上記ステップＳ３４の動作、すなわち、フォーカスレンズを一定量ずつ移動させながらそれぞれのフォーカス位置での撮影を行う。また、上記判定ステップ（Ｓ３３）で記録容量不足と判定した場合は、その旨表示し（Ｓ３６）、全域ＡＦ撮影モードをリセットし（Ｓ３７）、フォーカスレンズを元の位置に戻して（Ｓ３５）撮影動作を終了する。連続撮影時のフォーカス間隔は、被写界深度を考慮し、ズーム位置、開放Ｆ値、撮影距離などにより適宜変更すればよい。ここでは、ズーム位置を広角端で２８ｍｍ、Ｆ３．３を想定し、５ステップ間隔で撮影を行うように構成されている。かかる数値は、もともとの撮影範囲を３ｃｍ〜無限遠までとし、この範囲をすべて撮影すると、５ステップ間隔で撮影した場合、２０枚程度ですべての領域が所定の被写界深度以内に入るものとして計算した値である。仮に、３１ｃｍの位置に被写体が存在し、評価値スキャン動作で３０ｃｍに合焦するレンズ位置で評価値が合焦閾値を超えたとすると、その位置から撮影を開始し、約１５枚の撮影で無限遠までの撮影を完了することが可能になる。したがって、撮影可能な最至近距離から撮影する場合に比べて、約５枚程度、撮影枚数および保存枚数を削減できることになる。実撮影においては、複数の合焦位置を選択したくなるような通常撮影では、最も近距離側の被写体は１ｍ以遠にあることが多いから、撮影枚数および保存枚数の削減効果はより大きくなる。

上記の例では、説明を簡略化するため、３５mmカメラ換算で２８mmレンズ相当の広角レンズで説明したが、望遠レンズでは全体のフォーカスステップも増加し、被写体の存在確率もワイド撮影時より遠距離側にあることが多いため、撮影枚数の削減効果がより大きいことになる。このような制御方式により、撮像画面内の最短被写体から、無限遠の位置まですべての個別領域について、ピントの合った（所定深度内に入った）画像を撮影することができ、撮影枚数も、全撮影範囲について撮影した場合よりもはるかに少ない枚数となる。また、本実施例の構成をとることで、評価値取得回数や取得時間も著しく短くなるため、全撮影範囲について撮影する場合よりも多くの場合において、トータルの撮影時間が短くなる。

次に、実施例２について説明する。実施例１を説明した図７のステップＳ２４において、評価値のスキャンを行った結果、合焦閾値以上の被写体が存在せず、ステップＳ２６、Ｓ２７に至る処理を行なう部分が実施例２に該当する部分である。実施例１について説明したように、評価値スキャン時に、所定間隔毎のフォーカス位置の画像データから評価値を算出し、評価値が合焦閾値以上のフォーカス位置があるかどうかを判定し（Ｓ２４）、合焦閾値以上のフォーカス位置がない場合、評価値が第２閾値以上のフォーカス位置があるかいなかの判定を行う（Ｓ２６）。この判定の概念を図５に示す。図５では、前述の岩、人物、山に対応する各フォーカス位置の評価値がいずれも合焦閾値以下である。そこで次に、実施例２のように合焦閾値よりも低い第２閾値をあらかじめ設定しておき、撮像画面内の最短被写体から、無限遠の位置の方に向かってスキャンしながら、評価値が第２閾値以上のフォーカス位置があるかどうかを判断する（Ｓ２６）。第２閾値以上のフォーカス位置があれば、そのフォーカス位置までフォーカスレンズを移動させ（Ｓ２７）、その位置から、実施例１で説明したように撮影を開始させ、図９に示すフローにしたがって撮影を行う。図５に示す概念図では最も至近距離にある岩に対するフォーカス位置で評価値が第２閾値以上となっているので、上記岩に合焦した位置から撮影を開始し、その後無限遠方向に向かって一定間隔ごとに、無限遠に合焦する位置まで静止画を撮影し、そのデータを保存する。

なお、通常は、フォーカスレンズにガタないしはバックラッシュがあるので、ガタないしはバックラッシュを防止するために、記憶したレンズ位置より、ガタないしはバックラッシュに充分見合う量だけフォーカスレンズが行き過ぎた位置で停止させ、モータを逆転させて再度記憶したレンズ位置までフォーカスレンズを戻し、この位置から撮影を開始する。

なお、図示していないが、評価値スキャン終了時のフォーカス位置が無限遠に合焦するフォーカス位置であることを利用して、無限遠位置を撮影開始位置とし、フォーカス位置として記憶したレンズ位置まで逆方向に移動させながら撮影を行う方式としてもよい。ただしその場合は、レンズのガタないしはバックラッシュの問題があるので、所定ステップ毎の撮影時に、ガタないしはバックラッシュを充分にキャンセルすることができる所定ステップ以上必ず動作させ、モータを逆転させて片側から、所定レンズ位置に持ってきて撮影する必要がある。この構成により、従来技術では撮影すらできなかった合焦閾値以下の低コントラスト被写体の場合においても、撮影を行うことができ、ある程度被写体が存在しそうな位置から無限遠位置までの撮影を行うことができ、撮影チャンスを逃す確率を従来技術より減らすことができる。

次に、実施例３について説明する。実施例３は、図７に示す実施例２のステップＳ２６で、被写体の存在を確認できないような場合、すなわち第２閾値以上の評価値が評価値取得範囲内に存在しない場合の構成ないしは動作に特徴がある。図６はこの場合の概念図を示しており、いずれのフォーカス位置においても、画像の鮮鋭度を示す評価値が第２閾値にも達しておらず、被写体の存在を確認できないような場合である。かかる場合は、撮像装置が合焦することができる最短撮影距離までフォーカスレンズを移動させ（Ｓ２８）、その位置から無限遠に合焦する位置までの全撮影距離範囲を所定の間隔で全て撮影するものである。

図８は、以上説明した実施例を総合した評価値スキャン処理を示す。まず、最短撮影距離合焦位置までフォーカスレンズを移動させ（Ｓ２３１）、その位置で撮像し、画像の鮮鋭度を示す評価値算出処理を行なう（Ｓ２３２）。次に評価値判定を行う（Ｓ２３３）。評価値判定は、「合焦閾値以上かまたは第２閾値以上か」の判定と「合焦閾値未満かまたは第２閾値未満か」の判定である。「合焦閾値以上かまたは第２閾値以上」であれば、そのまま評価値スキャン処理を終了する。「合焦閾値未満かまたは第２閾値未満」であれば、フォーカスレンズ位置と評価値の関係をメモリに記憶する。ここでは、合焦閾値と第２閾値それぞれ別々にフォーカスレンズ位置と評価値の関係を記憶する。次にフォーカスレンズ位置を判定する（Ｓ２３５）。この判定は、無限遠合焦位置まで達しているかいなかの判定を行い、無限遠合焦位置まで達していれば評価値スキャン処理を終了する。無限遠合焦位置まで達していなければ、フォーカスレンズの現在位置を−２ステップ分移動させ、ステップＳ２３２に戻る。

以上説明した本発明の方式により、従来技術では全く撮影できなかった、測距範囲が全くの低コントラストではあるが、測距範囲外に被写体が存在する場合などにおいても、撮影を行うことができる。前述のように２段階の評価値スキャンデータを活用して、撮影枚数削減効果の最も高い実施例を実施したあとで、次善の実施例を実施し、それでもだめな場合に実施例３を自動的に実施するという点で、従来技術またはその組み合わせとは大きく異なり、課題の解決と、使い勝手のバランスがよい撮像装置および撮像方法を提供することができる。

また、本発明は、次に述べるような応用が可能である。近年盛んにカメラなどの撮像装置に搭載されている顔認識機能を活用し、最も近距離にある顔のフォーカス位置から無限遠までを撮影する構成とし、あるいは、最も近距離にある顔のフォーカス位置から最も遠距離にある顔のフォーカス位置までを所定フォーカス位置間隔で撮影するなどの方式に応用してもよい。上記顔認識機能とは、モニタリング時に撮像した画像データについて、あらかじめ登録した人の顔のパターン画像とマッチングをとることで、撮影領域中の顔領域座標範囲を算出する方法や、人物の眼と口部分の色を検出して撮影画面内の顔の存在する座標範囲を検出する方法などを用いたものである。検出した顔の存在する範囲と評価値スキャンエリアを一致させ、評価値が合焦閾値以上となる最も近距離側のフォーカスレンズ位置から、最短距離にある顔のフォーカス位置を知ることができる。

本発明にかかる撮像装置および撮像方法の実施例を示すブロック図である。上記実施例のメイン処理の例を示すフローチャートである。本発明の動作を説明するための撮像画面の例を示す概念図である。上記撮像画面における各被写体の撮影距離と画像の先鋭度を示す評価値の例を示すもので、評価値が合焦閾値を越えている例を示すグラフである。上記撮像画面における各被写体の撮影距離と画像の先鋭度を示す評価値の例を示すもので、評価値が第２閾値を越えている例を示すグラフである。上記撮像画面における各被写体の撮影距離と画像の先鋭度を示す評価値の例を示すもので、評価値が第２閾値以下である例を示すグラフである。上記実施例において第１レリーズＳＷがオンのときの動作を示すフローチャートである。上記実施例における評価値スキャン処理動作を示すフローチャートである。上記実施例において第２レリーズＳＷがオンのときの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１制御装置
２演算手段
４メモリ
５フォーカスレンズ駆動装置
６撮像素子
８表示素子
９記憶手段
１０第１レリーズＳＷ
１１第２１レリーズＳＷ
１２撮影モードＳＷ

Claims

レンズを介して被写体像を電気信号に変換する撮像手段と、撮像手段から出力される信号から算出され、画像の鮮鋭度を示す評価値に基づきレンズの焦点位置を調節する焦点調節機構を有する撮像装置において、
撮像画面に評価値算出エリアとなるフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定手段と、
レンズを焦点調節の範囲内で移動させるレンズ移動手段と、
レンズ移動手段により移動されるレンズ位置毎に画像の鮮鋭度の評価値を算出する評価値算出手段と、を備え、
第１レリーズがオンされた場合に前記レンズ移動手段によりレンズを移動させながら前記評価値算出手段により各レンズ位置で評価値を取得する評価値取得動作を近距離側から開始し、取得した前記評価値が所定の閾値以上となった第１のレンズ位置で前記評価値取得動作を停止し、第２レリーズがオンされた場合に前記第１のレンズ位置から無限遠側に向かって前記レンズ移動手段により一定量ずつレンズを移動させながら各レンズ位置で撮影を行うことを特徴とする撮像装置。
焦点調節範囲内の前記評価値取得動作にて前記所定の閾値以上の評価値が得られない場合は、前記所定の閾値より低い第２の閾値以上の評価値が得られた第２のレンズ位置まで前記レンズ移動手段によりレンズを移動させ、前記第２レリーズがオンされた場合に前記第２のレンズ位置から無限遠に向かって前記レンズ移動手段により一定量ずつレンズを移動させながら各レンズ位置で撮影を行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
焦点調節範囲内の前記評価値取得動作にて前記第２の閾値以上の評価値が得られない場合は、焦点調節範囲内の最短距離に合焦するレンズ位置まで前記レンズ移動手段によりレンズを移動させ、前記第２レリーズがオンされた場合に前記焦点調節範囲内の最短距離に合焦するレンズ位置から無限遠に向かって前記レンズ移動手段により一定量ずつレンズを移動させながら各レンズ位置で撮影を行うことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
レンズを介して被写体像を電気信号に変換する撮像ステップと、撮像手段から出力される信号から算出され、画像の鮮鋭度を示す評価値に基づきレンズの焦点位置を調節する焦点調節ステップを有する撮像方法において、
撮像画面に評価値算出エリアとなるフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定ステップと、
レンズを焦点調節の範囲内で移動させるレンズ移動ステップと、
レンズ移動ステップにより移動されるレンズ位置毎に画像の鮮鋭度の評価値を算出する評価値算出ステップと、
第１レリーズがオンされた場合に前記レンズ移動ステップによりレンズを移動させながら前記評価値算出ステップにより各レンズ位置で評価値を取得する評価値取得動作を近距離側から開始し、取得した前記評価値が所定の閾値以上となった第１のレンズ位置で前記評価値取得動作を停止し、第２レリーズがオンされた場合に前記第１のレンズ位置から無限遠側に向かって前記レンズ移動ステップにより一定量ずつレンズを移動させながら各レンズ位置で撮影を行うステップと、
を備えていることを特徴とする撮像方法。
焦点調節範囲内の前記評価値取得動作にて前記所定の閾値以上の評価値が得られない場合は、前記所定の閾値より低い第２の閾値以上の評価値が得られた第２のレンズ位置まで前記レンズ移動手段によりレンズを移動させ、前記第２レリーズがオンされた場合に前記第２のレンズ位置から無限遠に向かって前記レンズ移動手段により一定量ずつレンズを移動させながら各レンズ位置で撮影を行うことを特徴とする請求項４記載の撮像方法。
焦点調節範囲内の前記評価値取得動作にて前記第２の閾値以上の評価値が得られない場合は、焦点調節範囲内の最短距離に合焦するレンズ位置まで前記レンズ移動手段によりレンズを移動させ、前記第２レリーズがオンされた場合に前記焦点調節範囲内の最短距離に合焦するレンズ位置から無限遠に向かって前記レンズ移動手段により一定量ずつレンズを移動させながら各レンズ位置で撮影を行うことを特徴とする請求項５記載の撮像方法。