JP4674472B2 - デジタルカメラ - Google Patents

Description

本発明は、天体撮影や夜景撮影などの低輝度撮影時の焦点調節（ピント合わせ）を正確に行えるようにしたデジタルカメラに関する。

オートフォーカス（ＡＦ）カメラにおいては、焦点検出センサの感度特性上、夜間などの低輝度時には合焦まで時間がかかったり、合焦不能となることがある。そこで、多くのカメラは、低輝度と判定した場合に自動的にＡＦ補助光を照射して被写体を照明する機能を有している（例えば、特許文献１参照）。

一方、合焦光学系を複数のフォーカス位置に駆動して撮像を行い、各画像からそれぞれ焦点評価値を演算し、それらの焦点評価値から合焦位置を検出するＡＦ制御方式がある。特許文献２には、夜景などの撮影においては点光源が飽和し易く、上記焦点評価値から合焦位置を検出しづらいため、焦点評価値を求める際の撮像時には通常よりも露出値をアンダーとすることが記載されている。

特開昭６３−４４６１１号公報 特開２０００−５０１４７号公報

ところで、露光時間が数分あるいはそれ以上となる低輝度長時間露光においては、何度も撮影をやり直すことは大きな負担となるので、ピントミスは極力回避したい。しかし、特に天体撮影においては、撮影者がファインダを確認しながらマニュアルフォーカスによって正しくピント合わせを行うのは極めて困難であり、一方、ＡＦによって検出される合焦位置も条件によっては正確でない場合があり、全てＡＦ任せでは不安である。なお、上述したＡＦ補助光が天体撮影や夜景撮影時に何らの用もなさないことは言うまでもない。

請求項１〜１０の発明に係るデジタルカメラは、撮影レンズの合焦光学系を駆動して焦点調節を行う駆動手段と、撮影レンズを透過した被写体光束を光電変換して画像を生成する撮像手段と、低輝度合焦モード設定時に、駆動手段及び撮像手段を制御し合焦光学系を第１位置に駆動して第１画像を取得する第１予備撮影と、合焦光学系を第１位置とは異なる第２位置に駆動して第２画像を取得する第２予備撮影とを行うとともに、第１位置に対応づけて第１画像を記憶させ、第２位置に対応づけて第２画像を記憶させるように制御する制御手段と、第１画像及び第２画像を表示可能な表示手段とを含み、制御手段は、表示手段に表示された第１画像及び第２画像の何れか一方が選択されたとき、選択された第１画像及び第２画像の何れか一方に対応づけられて記憶されている第１位置または第２位置に前記合焦光学系を駆動するように駆動手段を制御することを特徴とする。

請求項１〜１０の発明によれば、低輝度時のピント合わせが正確に、かつ容易に行える。

図１および図２により本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本実施形態におけるデジタルカメラのブロック図である。撮像素子１は例えばＣＣＤから成り、撮影レンズ（ここではＡＦレンズ）ＬＥを透過した被写体光束を受光して光電変換し、電気的画像信号を生成する。生成された画像信号は、画像処理部２にて種々の処理が施された後、記録部３によってメモリカードＭＣ等の記録媒体に記録される。

カメラ制御部４は、ＣＰＵやメモリなどから成り、画像処理部２、レンズ駆動部５、外部表示部６を制御する。レンズ駆動部５は、カメラ制御部４からの指示に従い、焦点調節を行うべくＡＦレンズＬＥの合焦光光学系ＦＬを光軸方向に駆動する。外部表示部６は、カメラ制御部４からの指示に従い、例えば液晶モニタ６Ａに画像やメニュー画面等を表示する。情報入力部７は、レリーズボタンやその他の操作部材の操作に連動してオン・オフするスイッチ類から成る。

カメラ制御部４は、通常はレリーズボタンの半押し操作に伴ってレンズ駆動部５を作動させ、ＡＦレンズＬＥを被写体に合焦させる。ＡＦ方式は問わないが、いずれの方式でも低輝度時には合焦不能となるケースが多い。そこで、カメラは通常のＡＦモードとは別に低輝度合焦モードを有している。これは、後述するように複数のフォーカス位置で予備撮影を行い、それによって得られた複数の画像を焦点調節に利用するものであり、天体撮影のようなピント合わせが困難な撮影に適している。通常のＡＦモードと低輝度合焦モードとの切換は、専用の操作部材あるいはメニュー画面で行うようにすればよい。

低輝度合焦モードの詳細を説明する。
本実施形態では一眼レフタイプのデジタルカメラを想定しており、低輝度合焦モード設定時、撮影者はマニュアルフォーカス操作によって合焦光学系ＦＬを所望のフォーカス位置に設定しておく。例えば天体撮影の場合は、合焦光学系ＦＬを無限遠側の端部（この位置が無限遠ではない）か、それよりも若干至近側に設定する。この近辺で被写体に合焦する可能性が高いからである。

次に撮影者は、被写体が撮影画面のフォーカスエリア内に位置するように構図を決め、例えばレリーズボタンを押す。これに応答してカメラ制御部４は、現在のフォーカス位置を初期位置として第１回目の予備撮影を行い、さらにレンズ駆動部５を介して合焦光学系ＦＬを所定ピッチで移動させつつ、つまりフォーカス位置を段階的に変化させつつ複数回の予備撮影を行う。ここで、撮影とは、不図示の絞りやシャッタを駆動して所定光量の光を撮像素子１に受光せしめ、上記画像信号を得る動作を表し、これは予備撮影も本撮影も変わらない。ただし、予備撮影による画像信号は一時的に用いるだけなので、これがメモリカードＭＣに残されることはない。

予備撮影の回数，合焦光学系ＦＬの移動ピッチおよび移動方向は、撮影者が事前にメニュー画面等で設定しておく。移動方向は、例えば初期位置を中心に無限遠側および至近側の双方に移動させるか、いずれか一方向にのみ移動させるかを選択できるようにする。また予備撮影時のシャッタ秒時は、撮影者が指定してもよいしカメラが自動的に決めてもよいが、合焦状態が判別できさえすればよいので、本撮影時よりは短くてよい。天体撮影の場合は、本撮影の露光時間が数分〜数十分、あるいはそれ以上となるが、予備撮影では５秒〜１０秒程度でよい。

各予備撮影によって得られた画像（以下、予備撮影画像）は、そのときのフォーカス位置と対応づけてメモリに一時的に記憶される。予備撮影画像は、画像全体を記憶する必要はなく、フォーカス部分のみを切り取って記憶すればよい。ここでいうフォーカス部分とは、上記フォーカスエリアを含むごく狭いエリアを指し、その部分のみを記憶することで、メモリ容量を拡大することなく複数の画像を記憶できる。フォーカスエリアが複数あるカメラの場合は、撮影者またはカメラが選択したエリアが対象となる。またフォーカス位置は、周知の如くレンズ内に設けられた距離エンコーダからカメラ内に取り込むことができる。
なお、十分なメモリ容量が確保できる場合には、撮像した画像全体を記憶してもよい。

予備撮影が全て終了すると、カメラ制御部４は、記憶された予備撮影画像から最も合焦状態が良好のものを抽出する。合焦状態の判別は、例えば公知のコントラストＡＦ方式を用いればよい。コントラストＡＦは、像のボケの程度とコントラストとの間に相関があることに着目し、焦点が合ったときに像のコントラストが最大になることを利用して焦点合わせを行うものである。コントラストの大小は画像信号の高周波成分の大小により評価することができる。そこでカメラ制御部４は、各予備画像信号の高周波成分をそれぞれ抽出し、各高周波成分の絶対値を積分したものを焦点評価値とする。そして、焦点評価値が最大の画像を合焦状態が最良の画像と判断する。

その後、カメラ制御部４は、記憶した複数の予備撮影画像を液晶モニタ６Ａにサムネイル表示し、特に合焦状態が最良と判断した画像に対しては、例えばその画像の枠部分を他の画像と異なる色とすることで、現在その画像が選択状態にあることを撮影者に明示する。ただし、この時点ではまた選択が確定したわけではない。

撮影者は、複数のサムネイル画像を見比べて合焦状態の最も良好のものを探す。サムネイル表示では１画面に複数画像が撮影順に表示され、必要に応じて個々の画像を択一的に拡大表示することができる。各画像はフォーカス部分を拡大したものなので、これを更に拡大することで目視による合焦状態の確認が容易に行える。特にカメラが最良と判断した画像、あるいはフォーカス位置がそれに近い画像を念入りに確認し、カメラの判断が正しいと判断したら、そのまま「決定」の操作を行えばよい。一方、カメラの判断が正しくないと判断した場合には、自身が最良と判断した画像を選択状態とし、「決定」の操作を行う。選択状態の変更は、所定操作により上記色違いの枠をシフトすることで行う。

「決定」の操作がなされると、そのとき選択状態にあった予備撮影画像の選択が確定する。カメラ制御部４は、選択された画像に対応づけて記憶されていたフォーカス位置を読み込み、そのフォーカス位置に合焦光学系ＦＬを移動し、その位置で固定する。撮影者は、問題なければそのフォーカス位置で長時間露光による本撮影を行う。

一方、上記表示された予備撮影画像の中に満足のいく合焦状態のものがなかった場合は、とりあえず最も良好のもの選択し、それに対応するフォーカス位置に合焦光学系ＦＬを移動する。このフォーカス位置は、正確な被写体合焦位置ではないが、それに近いことは疑いない。そこで、この位置を初期位置として再度低輝度合焦モードによる焦点調節を行う。この場合は、１回目よりも合焦光学系ＦＬの移動ピッチを小さく設定することで、１回目では捕捉できなかったピントの山を捕捉できる可能性が高くなる。このように、徐々に移動ピッチを小さくして２回あるいは３回以上のピント合わせを行うことで、最終的に被写体合焦位置に合焦光学系ＦＬをもたらすことができる。その状態で本撮影を行うことで、ピンぼけを確実に防止できる。

図２は上述の低輝度合焦モード処理を実現するためのフローチャートを示す。予備撮影回数Ｎと合焦光学系ＦＬの移動ピッチＰは既に設定され記憶されているものとする。
低輝度合焦モードが選択されているときにレリーズボタンが操作されると、カメラ制御部４によってこのプログラムが起動される。まずステップＳ１で、予備撮影回数のカウンタｎを初期値である「０」に設定する。ステップＳ２では予備撮影を行い、ステップＳ３では、予備撮影によって得られた画像からフォーカス部分を切り取り、そのときのフォーカス位置と対応づけて一時記憶する。

ステップＳ４ではｎをカウントアップし、ステップＳ５ではｎの値が予め設定されている予備回数Ｎに達したか否かを判定する。まだＮに達していなければ、ステップＳ６で移動ピッチＰだけ合焦光学系ＦＬを移動し、ステップＳ２に戻る。ｎがＮに達している場合は、Ｎ回の予備撮影が終了したと判断してステップＳ７に進み、記憶されたＮ個の予備撮影画像から合焦状態が最良のものを選択する。選択方法は上述した通りである。ステップＳ８では、記憶されたＮ個の予備撮影画像を液晶モニタにサムネイル表示するとともに、そのうち合焦状態が最良と判断した画像は選択状態とする。

その後、ステップＳ９，Ｓ１０のループを回り、「決定」の操作がなされるか画像選択状態が変更されるのを待つ。選択状態の変更操作がなされると、ステップＳ１１で操作に応じて選択表示を移動させ、ステップＳ９に戻る。決定操作がなされると、ステップＳ１２において、そのとき選択状態にあった画像に対応するフォーカス位置を読み出し、ステップＳ１３でそのフォーカス位置に合焦光学系ＦＬを移動し固定する。

以上はＡＦレンズを装着したケースについて説明したが、ＭＦ（マニュアルフォーカス）レンズＬＥ１を装着した場合について以下に説明する。図３はＭＦレンズ装着時のブロック図である。
ＭＦレンズ装着時にはカメラ側でレンズ駆動を行えないため、低輝度合焦モード時の予備撮影にあたっては、撮影者がレンズ側の距離目盛を確認しつつ自ら合焦光学系ＦＬを移動させることになる。カメラ制御部４は、上述と同様に予備撮影の都度、得られた画像のフォーカス部を切り取り、これを記憶するが、レンズ側から距離情報（フォーカス位置）を得ることができないため、フォーカス位置は記憶しない。このため撮影者は、予備撮影のだびにレンズ側の距離目盛を読み、その指示値をフォーカス位置として何かにメモしておく必要がある。その際、予備撮影の順番を示す数値を対応づけてメモする。より厳密なピント合わせを行うには、細かい目盛のついたゲージをレンズの距離指針の位置に貼り付けておくことが望ましい。

所望の回数だけ予備撮影が済むと、撮影者は操作によってその旨をカメラに入力する。これに応答してカメラ制御部４は、上述と同様に予備撮影画像から最も合焦状態が良好のものを抽出する。また予備撮影画像をサムネイル表示し、合焦状態が最良のものはその旨を明示する。上述と異なるのは、各々のサムネイル画像に撮影の順番を示す数値を付す点である。これは、各画像に重ね合わせて表示すればよい。撮影者は、複数のサムネイル画像を見比べて合焦状態が最良のものを探し、見つかるとその画像に付された番号を確認する。そして、自分のメモからその番号に対応するフォーカス位置（目盛指示値）を認識し、その指示状態となるようにマニュアルフォーカス操作を行う。その後、そのフォーカス位置で撮影を行う。なお、上述したようにレンズ移動ピッチを変えて上記の処理を繰り返すことで、より厳密なピント合わせが行える。

図４はＭＦレンズ装着時の低輝度合焦モード処理を実現するためのフローチャートを示す。
低輝度合焦モードが選択されているときにレリーズボタンが操作されると、カメラ制御部４によってこのプログラムが起動される。まずステップＳ２１で、予備撮影回数のカウンタｎを初期値である「０」に設定する。ステップＳ２２では予備撮影を行い、ステップＳ２３ではｎをカウントアップする。ステップＳ２４では予備撮影によって得られた画像からフォーカス部分を切り取り、そのときのカウンタｎの値と対応づけて一時記憶する。この場合、ｎは予備撮影の順番を表すことになる。

次にステップＳ２５，Ｓ２６のループを回り、予備撮影終了の操作がなされるか、次の予備撮影開始操作（例えばレリーズ操作）がなされるのを待つ。撮影者は、フォーカス位置を変更して次の予備撮影を開始させることができる。次の予備撮影開始操作がなされるとステップＳ２２に戻り、予備撮影終了操作がなされるとステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、記憶されたｎ個の予備撮影画像から合焦状態が最良のものを選択する。ステップＳ２８では、記憶されたｎ個の予備撮影画像を液晶モニタにサムネイル表示するとともに、各画像にその撮影の順番を示す数値（各画像記憶時のｎの値）を重ね合わせて表示する。また、合焦状態が最良と判断した画像は選択状態とする。撮影者は、表示画像を見て上述したようにマニュアル操作によるピント合わせを行う。

本発明の一実施形態におけるデジタルカメラの制御ブロック図で、ＡＦレンズ装着時の構成を示す。 ＡＦレンズ装着時の低輝度合焦モード処理の手順を示すフローチャート。 上記カメラのブロック図で、ＭＦレンズ装着時の構成を示す。 ＭＦレンズ装着時の低輝度合焦モード処理の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１ 撮像素子
２ 画像処理部
３ 記録部
４ カメラ制御部
５ レンズ駆動部
６ 外部表示部
６Ａ 液晶モニタ
７ 情報入力部
ＦＬ 合焦光学系
ＬＥ ＡＦレンズ
ＬＥ１ ＭＦレンズ
ＭＣ メモリカード

Claims (10)

1. 撮影レンズの合焦光学系を駆動して焦点調節を行う駆動手段と、
   前記撮影レンズを透過した被写体光束を光電変換して画像を生成する撮像手段と、
   低輝度合焦モード設定時に、前記駆動手段及び前記撮像手段を制御し前記合焦光学系を第１位置に駆動して第１画像を取得する第１予備撮影と、前記合焦光学系を前記第１位置とは異なる第２位置に駆動して第２画像を取得する第２予備撮影とを行うとともに、前記第１位置に対応づけて前記第１画像を記憶させ、前記第２位置に対応づけて前記第２画像を記憶させるように制御する制御手段と、
   前記第１画像及び前記第２画像を表示可能な表示手段とを含み、
   前記制御手段は、前記表示手段に表示された前記第１画像及び前記第２画像の何れか一方が選択されたとき、選択された前記第１画像及び前記第２画像の何れか一方に対応づけられて記憶されている前記第１位置または前記第２位置に前記合焦光学系を駆動するように前記駆動手段を制御することを特徴とするデジタルカメラ。
2. 前記制御手段は、撮影者による本撮影操作がされたとき、前記合焦光学系を前記第１位置又は前記第２位置に固定して本撮影を行うように制御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. 前記制御手段は、撮影者により前記低輝度合焦モードが再設定されたとき、前記第１位置又は前記第２位置を初期位置として再び前記予備撮影を行うことを特徴とする請求項１に記載のデジタルカメラ。
4. 前記第１画像及び前記第２画像のうち合焦状態を判断する判断手段を有し、
   前記表示手段は、前記判断手段により合焦状態が良好であると判断された画像を明示することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデジタルカメラ。
5. 前記予備撮影の回数を設定可能な回数設定手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のデジタルカメラ。
6. 前記予備撮影における前記合焦光学系の移動ピッチを設定可能なピッチ設定手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のデジタルカメラ。
7. 前記第１画像及び前記第２画像は、前記撮像手段から出力された画像から一部を切り取った画像であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のデジタルカメラ。
8. 前記制御手段は、前記低輝度合焦モード設定時に、前記複数回の予備撮影を許容し、各予備撮影によって得た画像からフォーカス部を切り取り、切り取った各画像を前記表示手段に表示するとともに、各表示画像が何番目に撮影されたものであるかを明示することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のデジタルカメラ。
9. 前記低輝度合焦モード設定が可能な低輝度合焦モード設定手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のデジタルカメラ。
10. 前記第１画像及び前記第２画像を記憶可能な記憶手段を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のデジタルカメラ。

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