JP2002341235A - デジタルカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の撮像面ＡＦではピント位置の検出が困
難であった低輝度下においても１回のプリ発光によって
レンズを合焦させることができるデジタルカメラ。 【解決手段】 被写体像を結像させる撮像光学系と、該
撮像光学系を透過した被写体光束を電気的な信号に光電
変換する撮像手段を有するデジタルカメラにおいて、撮
影前に発光が可能な発光装置と、前記発光装置により発
光を行ったときの被写体光と、発光を行なわなかったと
きの被写体光とを前記撮像手段に各々結像させて評価
し、撮影時の撮像光学系の焦点位置を決定する焦点位置
決定手段と、を備えたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラの
自動焦点調節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パッシブ方式のオートフォーカスカメラ
においては、測距が困難な低輝度のときや低コントラス
トのときにはカメラから補助光を発光し、測距を可能に
する技術が従来より知られている。補助光は単なる照明
である場合と、パターン（例えばランダムパターン）を
投影する場合があり、投光部をカメラに内蔵したり、ス
トロボに内蔵したりするのが一般的である。

【０００３】一方、アクティブ方式のオートフォーカス
カメラにおいては、投光時に被写体からの反射光を受光
する受光部からの出力の大小で被写体の遠近を判断する
方式や、受光部にＰＳＤを配置して三角測量の原理によ
り被写体距離を演算する方式が従来より知られている。

【０００４】また、近年はパソコンの普及に伴い、電子
的な撮像装置を用いた所謂デジタルカメラが急速に普及
している。デジタルカメラにおけるオートフォーカス
は、撮像レンズを小刻みに光軸方向に移動させて被写体
光を撮像素子に受光した後、それぞれの被写体画像を取
り込んで比較評価し、最良のピント位置を検出する方式
が最も一般的であり、この方式は撮影に用いる撮像素子
を測距に使用するため、付加する要素がなくて合理的な
方式である。

【０００５】しかし、上述のデジタルカメラにおけるオ
ートフォーカスは基本的にはパッシブ方式であるため、
補助光を用いた改善提案が種々なされている。例えば、
撮影の前に発光する所謂プリ発光の光量を測距可能な最
適発光量に制御する技術が特開２０００−１２１９２４
号公報に開示されている。

【０００６】また、プリ発光時に外部の測距センサを使
用して距離情報を得て撮影に使用し、且つプリ発光時に
はゲインを変更して測光することが特開平６−２１７１
９０号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のアクティブ方式
においては、測距用の投光光学系と受光光学系を必要と
し、原価的に不利であり、デジタルカメラの小型化が困
難になる。

【０００８】また、特開２０００−１２１９２４号公報
においては、測距可能とするためにプリ発光を複数回行
ったり、プリ発光量を制御したりするため、場合によっ
てはプリ発光に多くの光量を必要とする条件となること
が予想され、本発光のための電力量が不足する恐れがあ
る。このために、被写体条件によっては本発光で必要な
光量が確保できなくなるという問題がある。

【０００９】一方、特開平６−２１７１９０号公報にお
いては、距離情報を外部センサより得ているため、原価
高になり、小型化に対しても障害になるという問題があ
る。

【００１０】本発明はかかる問題に鑑みてなされたもの
であり、プリ発光を繰り返す必要がなくて電力消費量が
少なく、且つプリ発光量の複雑な制御が不要であり、従
来の撮像面ＡＦではピント位置の検出が困難であった低
輝度下においても１回のプリ発光によってレンズを合焦
させることができるデジタルカメラを提案することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は下記の手段に
より達成される。

【００１２】被写体像を結像させる撮像光学系と、該撮
像光学系を透過した被写体光束を電気的な信号に光電変
換する撮像手段を有するデジタルカメラにおいて、撮影
前に発光が可能な発光装置と、前記発光装置により発光
を行ったときの被写体光と、発光を行なわなかったとき
の被写体光とを前記撮像手段に各々結像させて評価し、
撮影時の撮像光学系の焦点位置を決定する焦点位置決定
手段と、を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明におけるデジタルカメラの
実施の形態を図を参照して詳細に説明する。

【００１４】先ず、デジタルカメラの構成を図１に示す
ブロック図に基づいて説明する。図１において、１はフ
ォーカシングを行うフォーカスレンズ群を有する撮像光
学系であり、２は撮像光学系１を透過した光束の光量を
調節すると共に露光を調節する絞りシャッタ部である。
３は撮像光学系１により結像した被写体光を光電変換す
る撮像素子であり、本実施の形態においてはＣＣＤとし
て説明する。

【００１５】４は撮像回路であり、ＣＣＤ３により光電
変換された信号を受け、各種画像処理を施すことにより
所定の画像信号を生成する。５はＡ／Ｄ変換回路であ
り、撮像回路４により生成されたアナログ信号である画
像信号をデジタル信号に変換する。

【００１６】６はバッファメモリ等からなるメモリであ
り、Ａ／Ｄ変換回路５からの出力を受けて一時的に記憶
する。７はＤ／Ａ変換回路であり、メモリ６に一時的に
記憶された画像信号を読み出してアナログ信号に変換す
ると共に、再生出力に適する形態の画像信号に変換す
る。８はＬＣＤやＥＬディスプレイ等からなる画像表示
部であり、Ｄ／Ａ変換回路７より出力された画像信号を
画像として表示する。

【００１７】９は半導体メモリ等からなる記録用メモリ
であり、データ化された画像信号を記録する記録媒体で
ある。例えば、フラッシュメモリ等の固定型の半導体メ
モリ、着脱自在のカード形状若しくはスティック形状の
半導体メモリ、ハードディスク、またはフロッピイディ
スク等の磁気記録媒体等が適用できる。

【００１８】１０は圧縮伸長回路であり、メモリ６に一
時的に記憶された画像信号を読み出して記録用メモリ９
に記録するのに適した形態とするために圧縮処理や符号
化等のデータ化を施す圧縮回路と、記録用メモリ９に格
納された画像データを再生表示するのに最適な形態とす
るための復号化や伸長処理を施す伸長処理回路とからな
る。

【００１９】１１は各回路を制御するＣＰＵである。１
２はタイミングジェネレータ（ＴＧ）であり、所定のタ
イミング信号を発生する。

【００２０】１３はＡＥ・ＡＦ処理回路であり、Ａ／Ｄ
変換回路５からの出力を受けて自動露光動作（ＡＥ）を
行うように必要な処理を行い、同様に自動焦点調節動作
（ＡＦ）を行うように必要な処理を行う。

【００２１】１４はＣＣＤドライバであり、ＣＣＤ３の
駆動及び制御を行う。１５は絞りシャッタ部２を駆動す
る第１モータであり、第１モータ１５を第１モータ駆動
回路１６が駆動制御する。また、１７は撮像光学系１の
中のフォーカスレンズ群を駆動する第２モータであり、
第２モータ１７を第２モータ駆動回路１８が駆動制御す
る。

【００２２】１９は各回路に電力を供給する電池であ
る。２０は電気的に書き換え可能な読み出し専用メモリ
であるＥＥＰＲＯＭであり、ＣＰＵ１１に接続され、こ
れを介して各種の制御を行うプログラムや各種動作に使
用するデータ等が予め記憶されている。

【００２３】２１は操作スイッチ群からなる操作スイッ
チであり、ＣＰＵ１１に接続され、各種動作の指令信号
を発生させる。例えば、本デジタルカメラを起動させ電
源供給を行う指示信号を発生させる主電源スイッチ、撮
影動作（記録動作）等を開始させるための指示信号を発
生させるレリーズスイッチ、再生動作のための再生スイ
ッチ等がある。なお、レリーズスイッチは、撮影動作に
先立ってＡＥ・ＡＦ動作を開始させる指示信号を発生さ
せる第１段レリーズスイッチと、実際の露光処理を開始
させる指示信号を発生させる第２段レリーズスイッチと
からなる２段のスイッチから構成されている。

【００２４】２２は補助光としてのストロボ光を発光す
る補助光発光部であり、スイッチング回路２３によって
ストロボ発光のオンオフや発光量が制御される。

【００２５】次に、以上の如く構成されたデジタルカメ
ラの動作を説明する。先ず、撮像光学系１を透過した光
束は、絞りシャッタ部２により光量が調整され、ＣＣＤ
３の受光面上に被写体像として結像される。この被写体
像はＣＣＤ３により電気的な信号に変換され、撮像回路
４に出力される。撮像回路４では入力した信号に対して
各種の画像処理を施し、これにより所定の画像信号が生
成される。この画像信号はＡ／Ｄ変換回路５でデジタル
信号である画像データに変換され、メモリ６に一時的に
格納される。

【００２６】格納された画像データはＤ／Ａ変換回路７
でアナログ信号に変換されると共に、表示に最適な形態
に変換され、画像表示部８に画像として表示される。即
ち、撮影モードにおいてはＣＣＤ３により得た画像を画
像表示部８に連続的に表示することにより、ファインダ
としての機能も受け持っている。

【００２７】一方、第２段レリーズスイッチの信号を受
けて露光処理が実行されると、その指令信号の発生時点
でメモリ６に格納されている画像データは圧縮・伸長回
路１０にも出力される。このとき、この画像データに対
して圧縮処理が施され、記録に最適な形態の画像データ
に変換されて記録用メモリ９に記録される。

【００２８】また、操作スイッチ２１のうち、再生動作
を行うべき指令信号を発生させる再生スイッチ（図示せ
ず）が操作されると、再生動作が開始される。すると、
記録用メモリ９に格納された画像データは圧縮・伸長回
路１０に出力され、復号化や伸長処理がなされてメモリ
６に一時的に記憶される。更に、Ｄ／Ａ変換回路７にて
アナログ信号化され、表示に最適な形態の信号に変換さ
れて、画像表示部８にて再生表示が行われる。

【００２９】他方、Ａ／Ｄ変換回路５によりデジタル信
号化された画像データは、ＡＥ・ＡＦ処理回路１３に対
しても出力される。ＡＥ処理においては、入力されたデ
ジタル画像信号を受けて１画面分の画像データの輝度値
に対して累積加算等の演算処理を行い、これにより実露
光時のＡＥ条件を算出し、ＣＰＵ１１に出力する。

【００３０】同様にＡＦ処理においては、入力されたデ
ジタル画像信号を受けて１画面分若しくは画面内の所定
の部分についての画像データの高周波成分をハイパスフ
ィルタ（ＨＰＦ）等を介して抽出し、これに対して累積
加算等の演算処理を行い、入力された画像データのＡＦ
評価値とする。ＡＦ処理では第１モータ１７を順次駆動
し、撮像光学系１における各レンズ位置での上記ＡＦ処
理を行い、各位置でのＡＦ評価値により最もピント位置
に近いと思われる位置にレンズを停止させる。

【００３１】また、タイミングジェネレータ１２からは
所定のタイミング信号がＣＰＵ１１、撮像回路４及びＣ
ＣＤドライバ１４に出力されており、ＣＰＵ１１はこの
タイミング信号に同期させて各種の制御を行う。また、
撮像回路４においては、前記タイミング信号を受け、同
期させて色信号の分離等、各種の画像処理を行う。

【００３２】更に、ＣＣＤドライバ１４は前記タイミン
グ信号を受け、同期させてＣＣＤ１１の駆動制御を行
う。

【００３３】また、ＣＰＵ１１は第１モータ駆動回路１
６及び第２モータ駆動回路１８をそれぞれ制御すること
により、第１モータ１５及び第２モータ１７を介し、絞
りシャッタ部２及び撮像光学系１のフォーカスレンズ群
をそれぞれ駆動制御する。

【００３４】次に、デジタルカメラの撮影処理を図２の
フローチャートに基づいて説明する。なお、デジタルカ
メラの主電源スイッチがオンされており、動作モードが
撮影（記録）モードに設定されている状態、即ち撮影待
機状態にある場合に、この撮影処理のシーケンスは実行
される。

【００３５】先ず、撮像光学系１のフォーカスレンズが
初期位置にあるか否かを確認し（Ｓ１０１）、初期位置
になければ（Ｓ１０１のＮ）、初期位置に設定する（Ｓ
１０２）。この初期位置にあるか否かは、公知の光電的
に検出する方法でも、スイッチ手段を用いる方法でもよ
い。

【００３６】続いて、レリーズボタンの押圧により第１
段レリーズスイッチがオンになると（Ｓ１０３のＹ）、
所定の位置（Ａ）にフォーカスレンズを移動する（Ｓ１
０４）。この所定の位置（Ａ）は無限遠の位置若しくは
過焦点位置が望ましい。

【００３７】次に、ＡＥ処理を行い（Ｓ１０５）、続い
て、フォーカスレンズを順次移動させながら前述のＡＦ
評価値をレンズ位置とＡＦ評価値とを対応させて一次的
に記憶するＡＦ処理を行う（Ｓ１０６）。そして、この
ＡＦ評価値が信頼度の高いものであるか否かを評価する
（Ｓ１０７）。ここで評価するのは、被写体によって
は、低コントラストであったり低輝度であったりした場
合に、ＡＦ評価値は演算できるが信頼性に乏しいことも
あるからであり、例えば閾値を設定して、この値を超え
ているか否かで判定する。

【００３８】ＡＦ評価値の信頼度が高ければ（Ｓ１０７
のＹ）、ＡＦ評価値に基づいてフォーカスレンズをピン
ト位置に移動し（Ｓ１０８）、第１段レリーズスイッチ
がオンされているか否かを再度確認する（Ｓ１０９）。
第１段レリーズスイッチがオフされていれば（Ｓ１０９
のＮ）、Ｓ１０１の前に戻るが、第１段レリーズスイッ
チがオンされていれば（Ｓ１０９のＹ）、第２段レリー
ズスイッチがオンされるのを待機する。第２段レリーズ
スイッチがオフならば（Ｓ１１０のＮ）、Ｓ１０９の前
に戻るが、第２段レリーズスイッチがオンされると（Ｓ
１１０のＹ）、露光動作を行い（Ｓ１１１）、終了す
る。

【００３９】一方、ＡＦ評価値の信頼度が低いと判断さ
れた場合は（Ｓ１０７のＮ）、フォーカスレンズを所定
の位置（Ｂ）に移動する。この位置（Ｂ）は過焦点距離
の位置が望ましい。続いて、ＡＥ処理の結果を確認し
（Ｓ１１３）、被写体輝度が高いときは（Ｓ１１３の
Ｙ）、ステップ１０８の次に戻る。即ち、高輝度でＡＦ
評価値の信頼度が低いということは、画面内のＡＦ評価
に使用している部分が低コントラストであるということ
であり、この場合には過焦点位置にフォーカスレンズを
移動させる。

【００４０】また、被写体輝度が低いときは（Ｓ１１３
のＮ）、第１段のレリーズスイッチがオンであることの
確認を行い（Ｓ１１４のＹ）、第２段のレリーズスイッ
チもオンならば（Ｓ１１５のＹ）、補助光発光部２２を
作動させずにプリ発光なしでＡＥ処理による適正露光値
を無視した露光値（露光不足な値）で露光し、Ａ／Ｄ変
換回路５で処理されたデジタル画像信号をＡＥ・ＡＦ処
理回路１３に一時的に格納する（Ｓ１１６）。次に、Ｓ
１１６と同じ露光条件で補助光発光部２２を作動させて
プリ発光を行い、同様にＡ／Ｄ変換回路５で処理された
デジタル画像信号をＡＥ・ＡＦ処理回路１３に一時的に
格納する（Ｓ１１７）。続いて、得られた二つのデジタ
ル画像信号について、予め決めておいた範囲で光量差を
算出する（Ｓ１１８）。なお、この範囲は撮像画面の中
心付近が望ましい。そして、この光量差を用いて、後述
するフォーカスレンズ位置データテーブルを参照してフ
ォーカスレンズの位置を決め（Ｓ１１９）、フォーカス
レンズを移動させ、ピント位置を設定する（１２０）。
この後、露光処理を行い（Ｓ１１１）、終了する。

【００４１】なお、Ｓ１１６〜Ｓ１１９におけるデータ
の演算及びフォーカスレンズ位置データテーブルの参照
等はＣＰＵ１１の補助光光量演算部で行う。

【００４２】次に、前述のフローチャートにおけるＳ１
１９及びＳ１２０について、更に詳しく説明する。

【００４３】先ず、プリ発光時の反射光量と被写体距離
との関係について図３に基づいて説明する。図３は各被
写体反射率についての被写体距離と受光光量との関係を
示すグラフである。

【００４４】受光光量は被写体距離の二乗に反比例し、
被写体の反射率に比例するため、図の如きグラフにな
る。但し、縦軸は数値自体に意味はない。即ち、予め製
造工程内で既知の反射率で既知の距離で受光光量を測定
し、その点を基準に全ての反射率と距離による受光光量
データテーブル、即ちフォーカスレンズ位置データテー
ブルを作成でき、縦軸の数値も決まるものである。

【００４５】本例では説明を簡略化するため、反射率７
２％で距離０．５ｍのときを２００に相当する光量とし
て説明する。また、本実施の形態においては被写体の平
均的な反射率を１８％程度と仮定して説明する。但し、
本発明はこの数値に限定されるものではない。

【００４６】例えば、算出されたプリ発光のみの光量が
例えば２５に相当する光量の場合は、図３の１８％のグ
ラフ上の２５の位置では１／距離が１．４であり、約
０．７ｍと判断する。同様に光量が１２．５の場合は１
ｍ、光量が３の場合は約２ｍと判断する。

【００４７】ここで問題になるのは、被写体反射率が仮
定に過ぎないことである。例えば、反射率が仮定より高
い場合はフォーカスレンズ位置は前ピンになり、反射率
が仮定より低い場合はフォーカスレンズ位置は後ピンに
なる。しかし、図３で分かるように、被写体距離が０．
７ｍより遠距離であれば、被写体反射率が９％から５０
％の被写体に対し、被写界深度内にレンズを設定できる
ようになるので問題ない。

【００４８】なお、前述した補助光発光部２２（発光装
置）は撮影時にストロボ光を発光すると共に撮影前に少
ない光量のストロボ光をプリ発光するストロボ装置が望
ましいが、これに限定されるものではなく、場合によっ
てはストロボ装置とは独立したランプ若しくはＬＥＤを
撮影前にプリ発光する構成にしてもよい。

【００４９】また、本発明を、公知であるところのプリ
発光によるストロボ撮影時の発光量の制御に適用するこ
ともできる。

【００５０】

【発明の効果】請求項１〜４に記載のデジタルカメラに
よれば、プリ発光を繰り返す必要がなくて電力消費量が
少なく、且つプリ発光量の複雑な制御が不要であり、従
来の撮像面ＡＦではピント位置の検出が困難であった低
輝度下においても１回のプリ発光によってレンズを合焦
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】デジタルカメラのブロック図である。

【図２】デジタルカメラの撮影処理に関するフローチャ
ートである。

【図３】各被写体反射率についての被写体距離と受光光
量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 撮像光学系 ３ ＣＣＤ（撮像素子） １１ ＣＰＵ １７ 第２モータ １８ 第２モータ駆動回路 ２２ 補助光発光部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体像を結像させる撮像光学系と、該
   撮像光学系を透過した被写体光束を電気的な信号に光電
   変換する撮像手段を有するデジタルカメラにおいて、撮
   影前に発光が可能な発光装置と、前記発光装置により発
   光を行ったときの被写体光と、発光を行なわなかったと
   きの被写体光とを前記撮像手段に各々結像させて評価
   し、撮影時の撮像光学系の焦点位置を決定する焦点位置
   決定手段と、を備えたことを特徴とするデジタルカメ
   ラ。
2. 【請求項２】 前記焦点位置決定手段は、前記発光装置
   により発光を行ったときの被写体の反射光量と、発光を
   行なわなかったときの被写体の反射光量との差を演算す
   ることにより、撮影時の撮像光学系の焦点位置を決定す
   ることを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
3. 【請求項３】 前記発光装置はストロボ装置であり、プ
   リ発光が可能であることを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載のデジタルカメラ。
4. 【請求項４】 前記焦点位置決定手段は、通常の焦点検
   出手段では検出不能な被写体条件下においてのみ作動す
   ることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の
   デジタルカメラ。