JP4732397B2 - 撮像装置及びその合焦制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被写体画像から検出された人物の顔などの主要被写体にピント合わせ（合焦処理）を行う撮像装置、及びその合焦制御方法に関するものである。

被写体光を光電変換する撮像素子を備えたデジタルカメラが広く知られている。このようなデジタルカメラには、コントラスト式のオートフォーカス（以下、単にＡＦという）制御機能を備えたものが多い。

コントラスト式のＡＦ制御は、フォーカスレンズ（合焦レンズ）を光軸方向に移動させながら、撮像素子により取り込まれた画像信号から被写体画像のＡＦコントラスト値を検出し、そのコントラストが最も高くなる位置（ピーク位置）を合焦レンズ位置と判断し、その位置にフォーカスレンズを移動することで、自動でピント合わせを行う制御である。このピーク位置の検出には、所定レンズ送り量毎に得られるＡＦコントラスト値（ＡＦ評価値ともいう）を先のＡＦコントラスト値と比較して、ＡＦコントラスト値が増加する方向にサンプリングを続けることで、最終的にピーク位置を検出する所謂山登り方式のＡＦサーチがよく用いられる。

近年、上述のＡＦサーチに掛かる時間を短縮するために、被写体画像を解析して人物の顔などの主要被写体を検出し、検出した顔の大きさから概略被写体距離を求め、これに基づいてＡＦサーチの開始位置を決定しているデジタルカメラが良く知られている（特許文献１参照）。このデジタルカメラでは、顔が検出された場合にフォーカスレンズの移動範囲（ＡＦサーチ範囲）を狭めることができるので、ＡＦサーチ時間を短縮することができる。

また、顔が検出されて概略被写体距離が求められた場合に、これに基づいてＡＦサーチの開始位置と、ＡＦサーチのサーチ間隔（フォーカスレンズの動き幅）とを決定し、さらに、概略被写体距離にピントが合うフォーカスレンズ位置の周辺ではフォーカスレンズのサーチ間隔を狭くすることで、ＡＦサーチ時間の短縮及びＡＦの検出精度の向上を図っているデジタルカメラもよく知られている（特許文献２参照）。
特開２００６−２０１２８２号公報 特開２００６−１８２４６号公報

ところで、従来から顔検出時には被写体の輝度情報に基づき、絞り・感度が決定されており、絞りの絞り値に応じて被写界深度（ピントが合う範囲）も決定されていた。このため、複数の人物がいる場合や、顔に合焦していない状態で顔検出を行った場合などに、被写界深度が浅いと顔検出ができないなどの問題が生じていた。このような問題を解決するために、例えば上記特許文献１には、顔検出前にフォーカスレンズを過焦点距離位置に移動することで顔検出の信頼度を向上させる方法が記載されているが、フォーカスレンズ移動時間が必要になるため、顔検出までに要する時間が長くなる。

また、上述の山登り式のＡＦサーチを行う場合には、人物ではなく背景に合焦してしまわないように、フォーカスレンズを最短撮影距離側から無限遠側に向けて移動することが多い。この場合に、最短撮影距離側はフォーカスレンズの移動量に対してピント位置の変動量が小さいため、人物にピントが合う位置までのＡＦサーチに時間が掛かるという問題がある。上記特許文献１及び２では、ＡＦサーチ時間の短縮、つまり、ＡＦの高速化を目的として、ＡＦサーチの開始点、サーチ幅、及びサーチ間隔を決定しているものの、最短撮影距離側と無限遠側とでフォーカスレンズの移動量に対するピント位置の変動量が異なることが考慮されていないので、ＡＦの高速化には限界がある。

また、上記特許文献１及び２記載の方法では、ＡＦの高速化を目的としてＡＦサーチ範囲を狭めているので、背景のピント位置が不明である。このため、ＡＦサーチで得られた情報に基づき、人物と背景との双方にピントが合うようにするなどの撮影者の意図をＡＦ制御に完全に反映することができないという問題がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、人物の顔などの主要被写体の検出率の向上、ＡＦの高速化、及び背景にもピント合わせるなどの撮影者の意図をＡＦ制御に反映可能な撮像装置及びその合焦制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の撮像装置は、フォーカスレンズを含む撮影光学系を透過した被写体光を撮像する撮像手段と、無限遠に合焦する無限遠位置と最短撮影距離に合焦する最短撮影距離位置との間で、前記フォーカスレンズを前記撮影光学系の光軸方向に移動させるレンズ移動手段と、前記撮像手段により得られた画像のコントラスト値を算出するコントラスト値算出手段と、前記画像を解析して特定の主要被写体及びそのサイズを検出する検出手段と、前記撮影光学系の焦点距離、及び前記検出手段により検出された前記主要被写体のサイズに基づき、前記主要被写体までの概略距離を算出する概略距離算出手段と、前記概略距離に対して、前記概略距離算出手段の算出による距離算出誤差分を補正した結果に基づき、前記無限遠位置からの前記フォーカスレンズのレンズ移動距離を決定するレンズ移動距離決定手段と、前記レンズ移動手段によって前記フォーカスレンズが前記無限遠位置から前記レンズ移動距離だけ移動される間に、前記コントラスト値算出手段を駆動して、各レンズ位置において前記コントラスト値を算出するＡＦサーチを行うＡＦサーチ制御手段と、前記ＡＦサーチ中に前記コントラスト値のピーク値を検出し、前記最短撮影距離位置に最も近い位置でピーク値となるレンズ位置を合焦レンズ位置として、前記レンズ移動手段を駆動して前記フォーカスレンズをセットする合焦制御手段と、前記合焦レンズ位置と、前記主要被写体の後方に存在する背景によってピーク値になるレンズ位置とに基づき、合焦状態にある前記主要被写体までの主要被写体距離、及び前記背景までの距離を示す副被写体距離を算出する被写体距離算出手段と、前記撮影光学系の光軸上に配置された絞りと、前記主要被写体距離及び前記副被写体距離に基づき、前記背景が被写界深度内に入るような前記絞りの絞り値を被写界深度計算により算出する絞り値算出手段と、前記絞り値算出手段の算出結果に基づき、前記絞りの絞り値を調節する第１絞り値調節手段と、を備えることを特徴とする。

前記検出手段により複数の前記主要被写体が検出された場合に、前記概略距離算出手段は、最もサイズの大きい前記主要被写体までの前記概略距離を算出することが好ましい。また、前記検出手段による前記主要被写体の検出前に、前記主要被写体が被写界深度内に入るように前記絞りを絞り込む第２絞り値調節手段を備えることが好ましい。さらに、前記第２絞り値調節手段は、前記絞りの絞り値を複数段階に調整するとともに、前記検出手段による前記主要被写体の検出に失敗した場合に、前記第２絞り値調節手段による前記絞り値を１段大きくして前記絞りを絞り込む処理と、前記検出手段による前記主要被写体の検出処理とが、前記検出手段により前記主要被写体が検出されるまで繰り返し実行されることが好ましい。また、前記第２絞り値調節手段により前記絞り値が大きくされることに対応して、前記撮像手段の感度を上げる第１感度調節手段を備えることが好ましい。

前記第１絞り値調節手段により前記絞り値が大きくされることに対応して、前記撮像手段の感度を上げる第２感度調節手段を備えることが好ましい。

また、本発明は、無限遠に合焦する無限遠位置と最短撮影距離に合焦する最短撮影距離位置との間で、前記フォーカスレンズを前記撮影光学系の光軸方向に移動させるレンズ移動手段と、前記撮像手段により得られた画像のコントラスト値を算出するコントラスト値算出手段と、前記画像を解析して特定の主要被写体及びそのサイズを検出する検出手段と、前記撮影光学系の焦点距離、及び前記検出手段により検出された前記主要被写体のサイズに基づき、前記主要被写体までの概略距離を算出する概略距離算出手段と、前記概略距離に対して、前記概略距離算出手段の算出による距離算出誤差分を補正した結果に基づき、前記無限遠位置からの前記フォーカスレンズのレンズ移動距離を決定するレンズ移動距離決定手段と、前記レンズ移動手段によって前記フォーカスレンズが前記無限遠位置から前記レンズ移動距離だけ移動される間に、前記コントラスト値算出手段を駆動して、各レンズ位置において前記コントラスト値を算出するＡＦサーチを行うＡＦサーチ制御手段と、前記ＡＦサーチ中に前記コントラスト値から、そのピーク値となる前記主要被写体及びその後方に存在する背景のレンズ位置を求め、これらのレンズ位置に基づいて前記主要被写体までの主要被写体距離、及び前記背景までの距離を示す副被写体距離を算出する被写体距離算出手段と、前記主要被写体距離及び前記副被写体距離に基づき、前記主要被写体及び背景が被写界深度内に入るレンズ位置を被写界深度計算により算出し、このレンズ位置を合焦レンズ位置として決定する合焦レンズ位置決定手段と、前記合焦レンズ位置に前記フォーカスレンズをセットする合焦制御手段と、を備えることを特徴とする。

前記ＡＦサーチ制御手段は、前記レンズ移動距離が前記無限遠位置及び前記最短撮影距離位置間の距離の半分を超える場合には、前記フォーカスレンズを前記最短撮影距離位置から前記無限遠位置に向けて移動させることが好ましい。

前記レンズ移動距離決定手段は、前記距離算出誤差分の大きさを前記概略距離の大きさに応じて変更することが好ましい。

上記目的を達成するため、本発明の撮像装置の合焦制御方法は、無限遠に合焦する無限遠位置と最短撮影距離に合焦する最短撮影距離位置との間を移動自在なフォーカスレンズを含む撮影光学系、及びその光軸上に配置された絞りを通過した被写体光を撮像する撮像ステップと、前記撮像により得られた画像を解析して特定の主要被写体及びそのサイズを検出する検出ステップと、前記撮影光学系の焦点距離、及び前記検出ステップで検出された前記主要被写体のサイズに基づき、前記主要被写体までの概略距離を算出する概略距離算出ステップと、前記概略距離に対して、前記概略距離算出ステップの算出による距離算出誤差分を補正した結果に基づき、前記無限遠位置からの前記フォーカスレンズのレンズ移動距離を決定するレンズ移動距離決定ステップと、前記フォーカスレンズを前記無限遠位置から前記レンズ移動距離だけ移動させる間に、各レンズ位置において前記撮像により得られた画像のコントラスト値を算出するＡＦサーチを行うＡＦサーチ実行ステップと、前記ＡＦサーチ中に前記コントラスト値のピーク値を検出し、前記最短撮影距離位置に最も近い位置でピーク値となるレンズ位置を合焦レンズ位置として、前記フォーカスレンズをセットする合焦制御ステップと、前記合焦レンズ位置と、前記主要被写体の後方に存在する背景によってピーク値になるレンズ位置とに基づき、合焦状態にある前記主要被写体までの主要被写体距離、及び前記背景までの距離を示す副被写体距離を算出する被写体距離算出ステップと、前記主要被写体距離及び前記副被写体距離に基づき、前記背景が被写界深度内に入るような前記絞りの絞り値を被写界深度計算により算出する絞り値算出ステップと、前記絞り値算出ステップの算出結果に基づき、前記絞りの絞り値を調節する絞り値調節ステップと、を有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の撮像装置の合焦制御方法は、無限遠に合焦する無限遠位置と最短撮影距離に合焦する最短撮影距離位置との間を移動自在なフォーカスレンズを含む撮影光学系を透過した被写体光を撮像する撮像ステップと、前記撮像により得られた画像を解析して特定の主要被写体及びそのサイズを検出する検出ステップと、前記撮影光学系の焦点距離、及び前記検出ステップで検出された前記主要被写体のサイズに基づき、前記主要被写体までの概略距離を算出する概略距離算出ステップと、前記概略距離に対して、前記概略距離算出ステップの算出による距離算出誤差分を補正した結果に基づき、前記無限遠位置からの前記フォーカスレンズのレンズ移動距離を決定するレンズ移動距離決定ステップと、前記フォーカスレンズを前記無限遠位置から前記レンズ移動距離だけ移動させる間に、各レンズ位置において前記撮像により得られた画像のコントラスト値を算出するＡＦサーチを行うＡＦサーチ実行ステップと、前記ＡＦサーチ中に前記コントラスト値から、そのピーク値となる前記主要被写体及びその後方に存在する背景のレンズ位置を求め、これらのレンズ位置に基づいて前記主要被写体までの主要被写体距離、及び前記背景までの距離を示す副被写体距離を算出する被写体距離算出ステップと、前記主要被写体距離及び前記副被写体距離に基づき、前記主要被写体及び背景が被写界深度内に入るレンズ位置を被写界深度計算により算出し、このレンズ位置を合焦レンズ位置として決定する合焦レンズ位置決定ステップと、前記合焦レンズ位置に前記フォーカスレンズをセットする合焦制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明は、撮像により得られた画像を解析して主要被写体を検出し、この主要被写体までの概略距離を算出するとともに、フォーカスレンズの移動距離を決定して、決定した移動距離だけフォーカスレンズをピント位置の変動量の大きい無限遠位置から最短撮影距離位置側に向けて移動させながらＡＦサーチを行うようにしたので、ＡＦサーチ時間（ＡＦ制御）を短縮することができる。つまり、ＡＦを高速化することができる。また、無限遠位置からＡＦサーチを開始することで、背景等の副被写体のピント位置も検出することができるので、人物と背景の双方にピントが合うようにするなどの撮影者の意図を反映したＡＦ制御が可能となる。

また、複数の主要被写体が検出された場合には、最もサイズの大きい主要被写体までの概略距離を算出するようにしたので、最も最短撮影距離側の主要被写体にフォーカスレンズを合焦させることができる。

また、ＡＦサーチにより得られたコントラスト値が最も最短撮影距離位置側で極大となる位置を合焦レンズ位置とするようにしたので、誤って背景等の副被写体にフォーカスレンズが合焦されることが防止され、主要被写体にフォーカスレンズを合焦させることができる。

また、フォーカスレンズを合焦レンズ位置に移動させた後、ＡＦサーチの結果に基づいて、主要被写体距離及び副被写体距離を算出し、この算出結果に基づき副被写体も被写界深度内に入るような絞り値を被写界深度計算により求めるようにしたので、人物などの主要被写体を撮影する場合に、背景などの副被写体にもピントを合わせることができる。

また、ＡＦサーチの結果に基づいて、主要被写体距離及び副被写体距離を算出し、この算出結果に基づき、無限遠側（副被写体側）に補正されたピント設定距離を被写界深度計算により算出するようにしたので、同様に、人物などの主要被写体を撮影する場合に、背景などの副被写体にもピントを合わせることができる。

また、レンズ移動距離が無限遠位置及び最短撮影距離位置間の距離の半分を超える場合には、フォーカスレンズを最短撮影距離位置から無限遠位置に向けて移動させながらＡＦサーチを行うようにしたので、同様にＡＦサーチ時間を短縮することができる。

本発明は、被写体光を撮像する際に撮影光学系の絞り値を大きくするようにしたので、主要被写体が被写界深度内に入る可能性が高くなる。その結果、撮像により得られた画像を解析して主要被写体を検出する際に、主要被写体の検出に成功する確率を上げることができる。

また、絞り値が大きくされた場合に、撮像感度を上げるようにしたので、被写体光量の減少による画像の明るさの低下を補正することができる。

図１に示すように、本発明の撮像装置に相当するデジタルカメラ１０には、撮影光学系１１と、操作部１２と、液晶表示装置（ＬＣＤ）１３と、レリーズボタン１４と、メモリカードスロット１５とが設けられている。

操作部１２は、デジタルカメラ１０の各種操作を行うためのものであり、電源のＯＮ・ＯＦＦを行う電源ボタン、デジタルカメラ１０の動作モードを切り替えるモード切替ボタン、カーソルキーなどから構成されている。デジタルカメラ１０の動作モードは、静止画撮影を行う撮影モード、撮影済みの画像を再生表示する再生モード、各種設定を行うメニューモードなどがある。また、撮影モードは、通常モードと顔検出モードとが選択できる。詳しくは後述するが、顔検出モードでは、人物の顔を検出した結果に基づきＡＦ制御（ＡＦサーチ）が行われ、通常モードでは、顔検出結果を用いずにＡＦ制御が行われる。

ＬＣＤ１３には各種表示が行われる。撮影モードでは所謂スルー画が表示され、再生モードでは撮影済みの画像が表示され、メニューモードでは各種設定を行うためのメニュー画面が表示される。

レリーズボタン１４は、２段階押しのスイッチである。このレリーズボタン１４が半押しされたときにＡＥ制御やＡＦ制御を含む各種撮影準備処理が実行され、この状態でレリーズボタン１４が更に押し込まれる全押しされたときに撮影処理が実行される。メモリカードスロット１５には、メモリカード１６が着脱自在に装填される。メモリカード１６には、撮影により得られた画像データが記憶される。

撮影光学系１１は、ズームレンズ１８、フォーカスレンズ１９、絞り２０から構成される。ズームレンズ１８及びフォーカスレンズ１９は、それぞれズームモータ２２、フォーカスモータ２３（レンズ移動手段）により駆動され、撮影光軸ＯＡに沿って前後移動される。また、絞り２０は、アイリスモータ２４により駆動され、絞り開口径を変化させて絞り値を切り替える。各モータ２２〜２４は、ステッピングモータからなり、ＣＰＵ２６に接続されたモータドライバ２７から送信される駆動パルスにより動作制御される。

撮影光学系１１の背後には、本発明の撮像手段に相当するＣＣＤイメージセンサ（以下、単にＣＣＤという）２９が配置されている。なお、ＣＣＤ２９の代わりにＭＯＳ型のイメージセンサを用いるようにしてもよい。ＣＣＤ２９は、周知のように、複数の光電変換素子が並べられた光源変換面を備え、この光電変換面に入射した被写体光を光電変換した撮像信号を出力する。ＣＣＤ２９には、ＣＰＵ２６によって制御されるタイミングジェネレータ（ＴＧ）３１が接続され、このＴＧ３１から入力されるタイミング信号（クロックパルス）により、電子シャッタのシャッタ速度（各光電変換素子への電荷蓄積時間）が決定される。

ＣＣＤ２９から出力された撮像信号は、アナログ信号処理回路３３に入力される。アナログ信号処理回路３３は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）３４、増幅器（ＡＭＰ）３５、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）３６を備えている。ＣＤＳ３４は撮像信号から各画素の蓄積電荷量に正確に対応したＲ、Ｇ、Ｂの画像データを生成し、ＡＭＰ３５は生成された画像データを増幅し、Ａ／Ｄ３６は増幅した画像データをデジタル変換する。

ＡＭＰ３５は、本発明の感度調節手段（第１及び第２感度調節手段）に相当するものである。ＣＣＤ２９のＩＳＯ感度は、ＡＭＰ３５のゲインによって決定される。そして、Ａ／Ｄ３６から出力されたデジタルな画像データは、データバス３８を介して、作業用の画像メモリであるＳＤＲＡＭ３９に一時的に記録される。

画像処理回路４１は、ＳＤＲＡＭ３９から画像データを読み出して、階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理、ＹＣ変換処理などの各種画像処理を施し、この画像データを再度ＳＤＲＡＭ３９に記録する。画像処理回路４１による画像処理済みの画像データは、スルー画として取得されたものはＬＣＤドライバ４２でアナログのコンポジット信号に変換され、ＬＣＤ１３に表示される。また、レリーズボタン１４の全押しに伴い記録用として取得されたものは圧縮伸長回路４３で所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で圧縮された後、メモリカードスロット１５を経由してメモリカード１６に記録される。

ＣＰＵ２６は、デジタルカメラ１０を統括的に制御するために設けられ、デジタルカメラ１０の各部に接続されている。ＣＰＵ２６は、図示しないＲＯＭに記憶された各種制御用のプログラムや設定情報などに基づいて、接続された各部を駆動制御する。

また、ＣＰＵ２６には、ＡＥ制御、ＡＦ制御をそれぞれ行うために、ＡＥ制御部４５、ＡＦ制御部４７、顔検出処理部４９、人物距離演算部５０が設けられている。ＡＥ制御部４５は、詳しくは後述するが、アイリスモータ２４と共に本発明の絞り調節手段（第１及び第２絞り調節手段）に構成するものである。ＡＥ制御部４５は、レリーズボタン１４が半押しされた時に、ＳＤＲＡＭ３９に記録された画像データを解析して、被写体の輝度情報等に基づき、最適な撮影条件となるように絞り２０の絞り値、及びＣＣＤ２９の電子シャッタのシャッタ速度を算出する。そして、これらの算出結果に基づきＡＥ制御部４５は、アイリスモータ２４、ＴＧ３１介して、それぞれ絞り値、シャッタ速度を制御する。

ＡＦ制御部４７は、本発明のＡＦサーチ制御手段及び合焦制御手段に相当するものであり、レリーズボタン１４が半押しされたときに、上述のコントラスト方式のＡＦ制御を行う。この際に、ＡＦ制御部４７は、デジタルカメラ１０の撮影モードが通常モード或いは顔検出モードのいずれに設定されているかに応じて異なるＡＦ制御を行う。

通常モードが設定されている場合に、ＡＦ制御部４７は、フォーカスモータ２３を制御して、フォーカスレンズ１９を最短至近距離（以下、ＭＯＤという）に合焦するＭＯＤ位置から無限遠（以下、ＩＮＦという）に合焦するＩＮＦ位置に向けて移動させながら、ＣＣＤ２９及びＡＦコントラスト値算出部５２を駆動する。ＡＦコントラス値算出部５２は、撮像によりＳＤＲＡＭ３９に記憶される画像データの輝度値などに基づいて、ＡＦコントラスト値を逐次算出する。

ＡＦ制御部４７は、所定レンズ送り量毎に得られるＡＦコントラスト値を先のＡＦコントラスト値と比較して、ＡＦコントラスト値が上昇から下降に転じるまでレンズ移動・ＡＦコントラスト値の算出を行う所謂山登り方式のＡＦサーチを行う。そして、ＡＦ制御部４７は、ＡＦコントラスト値が下降に転じたら、ＡＦコントラスト値のピーク（極大）位置を合焦レンズ位置として決定し、この合焦レンズ位置にフォーカスレンズ１９が移動されるようにフォーカスモータ２３を制御する。

次に、撮影モードとして顔検出モードが選択されている場合のＡＦ制御（ＡＦサーチ）について説明を行う。この場合に、ＡＦ制御部４７は、顔検出処理部４９による人物の顔（主要被写体）の検出結果に基づき、通常モードよりも高速化されたＡＦ（ＡＦサーチ）を行う。

顔検出処理部４９は、本発明の検出手段に相当するものである。顔検出処理部４９は、顔検出モードが選択されている場合に、ＳＤＲＡＭ３９に記憶された画像データに基づき、被写体画像Ｐから主要被写体である人物Ｈの顔を検出して、被写体画像Ｐ内の顔エリアのサイズを算出する（図２参照）。

図２に示すように、人物Ｈの顔を検出する際には、例えば、人物Ｈの両目が存在する領域Ａが特定され、人物Ｈの両目を検出することによって人物の有無が判断される。人物Ｈの両目が存在する領域が特定されると、人物Ｈの肌や髪の色とこれらの位置関係から顔の輪郭が特定され、肌色の領域の面積から顔の大きさが求められる。また、顔の大きさを求める際には、両眼の間隔を測定し、測定された両眼の間隔から顔の大きさを決定することもできる。なお、顔検出方法や顔エリアサイズの算出方法はこれらに限定されるものではなく、各種方法を用いてよい。図中の符号Ｂは背景である。

このような顔検出を行う際に、人物Ｈの顔にピントが合っていない状態で顔検出が行われても、顔検出ができないおそれが高い。このため、本実施形態では、顔検出の際には、人物の顔が被写界深度内に入るように、絞り２０の絞り値を大きくして被写界深度を深くする。

図３に示すように、絞り値Ｆ＝ａ、絞り値Ｆ＝ｂ（ただしａ＞ｂ）において、それぞれのフォーカスレンズ位置とＡＦコントラスト値との関係を示す曲線を比較すると、絞り２０の絞り値が小さい方（ｂ：点線）は、フォーカスレンズ１９の移動によるＡＦコントラスト値の変動が大きくなるので、被写界深度（ピントの合う範囲）は狭くなる。逆に、絞り２０の絞り値が大きい方（ａ：実線）は、ＡＦコントラスト値の変動が小さくなるので、被写界深度は深くなり、人物Ｈの顔が被写界深度内に入る可能性が高くなる。

そこで、例えば本実施形態では、顔検出の際には、絞りの絞り値（「１」、「１．４」、「２」、「２．８」、「４」、「５．６」、「８」・・・）を現在の値よりも１段大きくする（２段以上でも可）。そして、この状態で顔検出を行って顔検出に失敗した場合には、人物Ｈの顔が被写界深度内に入って顔検出に成功するまで、絞り２０の絞り値を１段ずつ大きくする。

具体的には、図４（Ａ）に示すように、人物Ｈが被写界深度内に入っていない場合には、人物Ｈの顔にピントが合っていないため、顔検出に失敗する。ＡＥ制御部４５（図１参照）は、顔検出処理部４９による顔検出が失敗したら、アイリスモータ２４を制御して、絞り２０の絞り値を１段大きくする（例えば「１．４」→「２」）。次いで、顔検出処理部４９は顔検出を再度行う。以下、（Ｂ）に示すように、人物Ｈが被写界深度内に入り、顔検出に成功するまで上述の処理が繰り返し行われる。

なお、顔検出時に絞り２０の絞り値を１段ずつ大きくする代わりに、例えば絞り値を最初から大きな値に設定してもよいが、絞り値を大きくした場合、つまり、絞り２０をある程度以上絞り込んだ場合、絞り２０による回折現象によっていわゆる小絞りボケと呼ばれる現象が発生するおそれがある。このため、絞り２０を絞り過ぎないようにすることが好ましい。

絞り２０の絞り値が大きくされた場合、つまり、絞り２０が絞られた場合には、ＣＣＤ２９に入射する被写体光が減少する。このため、図１において、ＣＰＵ２６は、絞り２０の絞り値の増加に応じてＡＭＰ３５のゲインを上げ、ＣＣＤ２９のＩＳＯ感度を上げる。これにより、被写体光量の減少による画像の明るさの低下が補正される。

人物距離算出部５０は、本発明の概略距離算出手段に相当するものである。この人物距離算出部５０は、ＡＦ制御部４７より入力される撮影光学系１１の焦点距離情報と、顔検出処理部４９で算出された顔エリアサイズ情報とに基づいて、人物Ｈの顔までの概略距離Ｌｓを算出する。そして、本実施形態では、顔までの概略距離Ｌｓの算出結果に基づき、フォーカスレンズ１９をＩＭＦ位置からＭＯＤ位置に向けて移動させるレンズ移動距離を決定し、決定したレンズ移動距離だけフォーカスレンズ１９をＩＮＦ位置から移動させながらＡＦサーチを行う。以下、１３５換算焦点距離３００ｍｍの撮影光学系１１を例に挙げて、フォーカスレンズ１９をＩＭＦ位置からＭＯＤ位置に向けて移動させる理由について説明を行う。

図５に示すように、ＭＯＤ側は被写界深度が浅いため、フォーカスレンズ１９の移動量（ｍｍ）に対するピント位置（ピント設定距離）の変動量（ｍ）を小さくする必要がある。これに対して、ＩＮＦ側は被写界深度が深いため、フォーカスレンズ１９の移動量に対するピント位置の変動量を大きくすることができる。このため、ＡＦサーチを行う場合には、ピント位置の変動量が大きいＩＮＦ側からサーチを開始することで、ＡＦサーチのサーチ範囲（レンズ移動量）を少なくすることが可能である。

下記表１に、人物Ｈの腰から頭まで入るようにカメラ横位置で撮影した条件において、撮影光学系１１の「１３５換算焦点距離」と、人物Ｈ（顔）までの距離である「人物距離」と、人物Ｈまでの距離に対してＭＯＤ側からＡＦサーチを行った場合のレンズ移動量である「ＭＯＤ〜人物まで」と、これとは逆にＩＮＦ側からＡＦサーチを行った場合のレンズ移動量である「ＩＮＦ〜人物まで」との関係を示す。なお、表１において、人物Ｈの腰から頭までの高さは０．８５ｍである。

上記表１において、「レンズ移動量比率」欄には、ＩＮＦ側〜ＭＯＤ側までのピント合わせに必要なレンズ移動範囲を１００％としたときに、「ＭＯＤ〜人物まで」及び「ＩＮＦ〜人物まで」のそれぞれのレンズ移動量の比率を求めた結果が記入されている。また、各１３５換算焦点距離別のレンズ移動量比率の結果が図６にグラフ化されている。なお、図６中において、左側が「ＭＯＤ〜人物まで」のレンズ移動量の比率であり、右側が「ＩＮＦ〜人物まで」のレンズ移動量の比率である。

表１及び図６から明らかなように、想定した（通常想定される）人物距離（１３５換算焦点距離２８ｍｍ、人物距離２８ｍｍを除く）では、ＭＯＤ側からＩＮＦ側に向けてＡＦサーチを行うよりも、ＩＮＦ側からＭＯＤ側に向けてＡＦサーチを行った方がＡＦサーチ時間（距離）を短くすることができる。例えば１３５換算焦点距離が３００ｍｍの場合には、従来と比較してＡＦサーチ時間を約２０％に短縮することができる。

また、ＡＦサーチ時にフォーカスレンズ１９をＩＭＦ位置からＭＯＤ位置に向けて移動させることで、ＡＦサーチ時間を短縮（ＡＦを高速化）することができる他に、人物Ｈの顔のピント位置（ピント設定距離）を検出する前に背景Ｂのピント位置も検出することができる。その結果、人物と背景の双方にピントが合うようにするなどの撮影者の意図を反映したＡＦ制御が可能となる。

図１において、顔検出処理部４９で顔検出が行われ、人物距離算出部５０で人物Ｈの顔までの概略距離Ｌｓが算出されたら、この概略距離算出結果は、ＡＦ制御部４７のレンズ移動距離決定部５３に入力される。レンズ移動距離決定部５３は、入力された概略距離Ｌｓに対して人物距離算出部５０による概略距離算出誤差分ΔＬｓ（図７参照）を補正した結果に基づき、ＡＦサーチ時にフォーカスレンズ１９をＩＭＦ位置からＭＯＤ位置に向けて移動させるレンズ移動距離Ｌ_ＡＦ（ＡＦサーチ範囲）を決定する。

ここで、概略距離Ｌｓに対して概略距離算出誤差分ΔＬｓの補正を行う理由は、人物距離算出部５０で算出される概略距離Ｌｓは、実際の距離とは異なっているためである。そして、特に顔認識の傾向として概略距離Ｌｓが実際の距離よりも短く算出された場合に、ＡＦサーチの終了位置が、人物Ｈの顔に合焦すると推定される推定合焦レンズ位置Ｄ_Ｓ （図７参照）よりもＭＯＤ側になる必要があるためである。また、顔の大きさには個人差があり、特に大人と子供とでは異なるため、その点を考慮して安全を見込んだレンズ移動距離を設定しなければならないという理由もある。この概略距離算出誤差分ΔＬｓの大きさは、例えば、デジタルカメラの各機種別に一定の大きさでもよいし、算出された概略距離Ｌｓの大きさに応じて変えるようにしてもよい。

ＡＦ制御部４７は、レンズ移動距離決定部５３でレンズ移動距離Ｌ_ＡＦが決定したら、フォーカスモータ２３を駆動して、レンズ移動距離Ｌ_ＡＦだけフォーカスレンズ１９をＩＮＦ位置からＭＯＤ位置に向けて移動させながら、ＣＣＤ２９及びＡＦコントラスト値算出部５２を駆動する。ＡＦコントラスト値算出部５２は、フォーカスレンズ１９の所定レンズ送り量ごとに、ＡＦコントラスト値を逐次取得するＡＦサーチを行う。

図７中の実線で示されるように、ＡＦサーチにより得られたフォーカスレンズ位置とＡＦコントラスト値との関係を示す曲線（以下、ＡＦコントラスト曲線という）には、背景Ｂに対応するピーク位置Ｐ１と、人物Ｈに対応するピーク位置Ｐ２とが存在している。上述したように、レンズ移動距離Ｌ_ＡＦは、概略距離Ｌｓに対して概略距離算出誤差分ΔＬｓを補正した（加えた）距離となる。このため、ＡＦサーチの終了位置は、推定合焦レンズ位置Ｄｓやピーク位置Ｐ２よりもＭＯＤ側となる。なお、図中のＤ_Ｐ１は、ピーク位置Ｐ１に対応するフォーカスレンズ位置（以下、単にレンズ位置という）であり、図中のＤ_Ｐ２は、ピーク位置Ｐ２に対応するレンズ位置である。

ＡＦ制御部４７は、ＡＦサーチにより得られたＡＦコントラスト曲線に基づき、最もＭＯＤ側のピーク位置、つまり、ピーク位置Ｐ２に対応するレンズ位置Ｄ_Ｐ２を人物Ｈの顔に合焦する合焦レンズ位置として決定する。次いで、ＡＦ制御部４７は、決定された合焦レンズ位置にフォーカスレンズ１９が移動されるようにフォーカスモータ２３を制御する。以上で顔検出モードが選択されている場合のＡＦ制御が完了する。

なお、上記説明では、被写体画像Ｐ（図２参照）に人物が１人しかいない場合を例に挙げて説明を行ったが、例えば図８に示すように、被写体画像Ｐ１に人物が２人いてもよい。この場合に、顔検出処理部４９は、人物Ｈ１の両目の存在する領域Ａ１、人物Ｈ２の両目の存在する領域Ａ２を検出することで、人物Ｈ１，Ｈ２の顔を検出するとともに、それぞれの顔エリアのサイズを求める。

人物距離算出部５０は、顔エリアサイズが大きい方、つまり、最も至近側の人物Ｈ１の顔を選択し、選択した人物Ｈ１の顔エリアサイズに基づき、上述の概略距離Ｌｓを算出する。以下同様にして、レンズ移動距離Ｌ_ＡＦの決定と、ＡＦサーチとが順に行われる。この場合には、図９に示すように、ＡＦサーチにより得られたＡＦコントラスト曲線には、背景Ｂに対応するピーク位置Ｐ１と、遠い方の人物Ｈ２に対応するピーク位置Ｐ２と、近い方の人物Ｈ１に対応するピーク位置Ｐ３とが存在する。

上述したようにＡＦ制御部４７は、ＡＦコントラスト曲線に基づき、最もＭＯＤ側のピーク位置、つまり、ピーク位置Ｐ３に対応するレンズ位置Ｄ_Ｐ３を合焦レンズ位置として決定して、決定した合焦レンズ位置にフォーカスレンズ１９を移動させる。なお、被写体画像中に人物が３人以上いた場合でも同様に、最も顔エリアのサイズの大きい人物の顔エリアサイズに基づき、概略距離Ｌｓの算出、レンズ移動距離Ｌ_ＡＦの決定、ＡＦサーチ、フォーカスレンズ１９の移動が順に行われる。

次に、図１０及び図１１のフローチャートを用いてデジタルカメラ１０のＡＦ制御（合焦制御）について説明を行う。デジタルカメラ１０の電源がＯＮされ、撮影モードに設定されると、ＬＣＤ１３にはスルー画が表示される。ＣＰＵ２６は、レリーズボタン１４が半押しされているか否かを判定し、半押しされていないと判定された場合、レリーズボタン１４が半押しされるまで待機状態となる。

レリーズボタンが半押しされたと判定されたら、ＣＰＵ２６は撮影モードが通常モードと顔検出モードとのいずれに設定されているかを判定する。そして、通常モードに設定されていると判定された場合には、ＡＦ制御部４７は、顔検出結果を利用しない山登り式のＡＦサーチを行う。

ＡＦ制御部４７は、フォーカスモータ２３を制御して、フォーカスレンズ１９をＭＯＤ位置からＩＮＦ位置に向けて移動させるともに、ＣＣＤ２９及びＡＦコントラスト値算出部５２を駆動させる。ＡＦコントラスト値算出部５２は、所定レンズ送り量毎にＡＦコントラスト値を逐次算出する。そして、ＡＦ制御部４７は、ＡＦコントラスト値が上昇から下降に反転したら、ＡＦコントラスト値のピーク位置を合焦レンズ位置として決定した後、フォーカスモータ２３を制御して、決定した合焦レンズ位置にフォーカスレンズ１９を移動させる。

また、撮影モードが顔検出モードに設定されていると判定されたら、顔検出処理部４９による顔検出処理が開始される（図１１参照）。この際に、ＡＥ制御部４５は、アイリスモータ２４を制御して、絞り２０の絞り値を１段大きくすることで、被写界深度を深くする。これにより、人物Ｈの顔が被写界深度内に入る可能性が高くなる。これと同時に、ＣＰＵ２６は、ＣＣＤ２９に入射する被写体光量の減少による画像の明るさの低下を補正するため、絞り値の増加に応じてＡＭＰ３５のゲインを上げ、ＣＣＤ２９のＩＳＯ感度を上げる。

顔検出処理部４９は、絞り値及びＩＳＯ感度の調節がなされた後、ＳＤＲＡＭ３９に記憶された画像データに基づき、被写体画像Ｐから人物Ｈの顔を検出して、顔エリアのサイズを算出する。なお、顔検出に失敗した場合には、絞り２０の絞り値がさらに１段大きくされるとともに、ＣＣＤ２９のＩＳＯ感度が上げられた後、再度顔検出が行われる。以下、顔検出に成功するまで上述の処理が繰り返し行われる。そして、絞り値が最大値に設定されても顔検出に失敗した場合には、顔検出不可能と判断されて、上述の通常モード時のＡＦサーチが開始される。

被写体画像内の顔エリアのサイズが算出されたら、人物距離演算部５０は、顔エリアサイズの算出結果と、撮影光学系１１の焦点距離情報とに基づいて、人物Ｈ（顔）までの概略距離Ｌｓを算出し、この算出結果をレンズ移動距離決定部５３に入力する。なお、上述したように、顔検出処理部４９により複数の顔が検出された場合には、最も大きい顔エリアサイズに対応する顔までの概略距離Ｌｓが算出される。そして、レンズ移動距離決定部５３は、概略距離Ｌｓに対して概略距離算出誤差分ΔＬｓを補正した結果に基づき、レンズ移動距離Ｌ_ＡＦを決定する。

レンズ移動距離Ｌ_ＡＦが決定されたら、ＡＦ制御部４７は、フォーカスモータ２３を駆動して、レンズ移動距離Ｌ_ＡＦだけフォーカスレンズ１９をＩＮＦ位置からＭＯＤ位置に向けて移動させながら、ＣＣＤ２９及びＡＦコントラスト値算出部５２を駆動させる。これにより、フォーカスレンズ１９がレンズ移動距離Ｌ_ＡＦ分だけ移動されるまで、所定レンズ送り量毎にＡＦコントラスト値を逐次算出するＡＦサーチが行われる。

ＡＦサーチが完了したら、ＡＦ制御部４７は、ＡＦサーチにより得られたＡＦコントラスト曲線に基づき、最もＭＯＤ側のＡＦコントラスト値のピーク位置に対応するレンズ位置を合焦レンズ位置として決定する（図７参照）。そして、ＡＦ制御部４７は、フォーカスモータ２３を制御して、フォーカスレンズ１９を決定した合焦レンズ位置に移動させる。以上でＡＦ制御が完了する。

また、ＳＤＲＡＭ３９に記録された画像データが解析されて、被写体の輝度情報等に基づき、最適な撮影条件となるように、絞り２０の絞り値、ＣＣＤ２９の電子シャッタ、及びＣＣＤ２９のＩＳＯ感度がＡＥ制御部４５やＣＰＵ２６等により算出される。そして、これらの算出結果に基づき、絞り値、電子シャッタ速度、及びＩＳＯ感度の制御が行われる。以上で撮影準備処理が完了する。

その後、ＣＰＵ２６は、レリーズボタン１４が全押しされたか否かを判定する。全押しされていないと判定された場合、全押しされるまで待機状態となる。また、レリーズボタン１４が全押しされたと判断されたら、ＣＰＵ２６はＣＣＤ２９に撮影処理を実行させる。

ＣＣＤ２９から出力された撮像信号は、アナログ信号処理回路３３によりデジタルな画像データに変換され、この画像データは、画像処理回路４１、圧縮伸長回路４３等により各種画像処理・圧縮処理が施された後、メモリカードスロット１５を経由してメモリカード１６に記憶される。次の撮影がある場合には上述の処理を繰り返せばよい。

以上のように本実施形態（第１実施形態）では、顔検出の際に絞り値を大きくして被写界深度を深くするようにしたので、人物の顔が被写界深度内に入る可能性が高くなり、顔検出に成功する確率（顔検出率）を上げることができる。なお、上記特許文献１に記載されているようなフォーカスレンズを過焦点距離位置に移動する時間（ステップ数）よりも、本実施形態での絞り値変更に要する時間（ステップ数）の方が短いため、顔検出に要する時間を短くすることができる。

また、本実施形態では、絞り値が大きくされた際に、ＣＣＤ２９のＩＳＯ感度を上げるようにしたので、ＣＣＤ２９に入射する被写体光量の減少による画像の明るさの低下を補正することができる。

また、本実施形態では、顔検出結果に基づき決定されたレンズ移動量Ｌ_ＡＦだけ、フォーカスレンズ１９をピント位置の変動量の大きいＩＮＦ位置からＭＯＤ位置に向けて移動させながらＡＦサーチを行うようにしたので、ＡＦサーチ時間（ＡＦ制御）を短縮することができる。さらに、ＩＮＦ位置からＡＦサーチを開始することで、背景のピント位置も検出することができるので、人物と背景の双方にピントが合うようにするなどの撮影者の意図を反映したＡＦ制御が可能となる。

また、本実施形態では、顔検出時に複数の人物が検出された場合には、最も大きい顔エリアサイズに基づき概略距離Ｌｓを算出するようにしたので、最もＭＯＦ側の人物にフォーカスレンズ１９を合焦させることができる。

なお、上記実施形態では、顔検出モードが設定されている場合には、フォーカスレンズ１９を必ずＩＮＦ位置からもＭＯＤ位置に向けて移動させながらＡＦサーチを行うようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、人物ＨがＭＯＤ付近にいる場合には、フォーカスレンズ１９をＭＯＤ位置からＩＮＦ位置に向けて移動させた方が、レンズ移動量が少なくなり、ＡＦサーチ時間が短くなる場合もある。

この場合には、例えば図１２に示すように、ＡＦ制御部４７は、例えばレンズ移動距離決定部５３で決定されたレンズ移動距離Ｌ_ＡＦがＭＯＤ位置及びＩＮＦ位置間の距離Ｌ_ＭＩの半分を超える場合には、フォーカスレンズ１９をＭＯＤ位置からＩＮＦ位置に向けて移動させながら上述のＡＦサーチを行うようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態の顔検出モード時のＡＦ制御について説明を行う。この第２の実施形態では、上記第１実施形態で説明した方法に従ってフォーカスレンズ１９を合焦レンズ位置に移動させた後、人物Ｈだけでなく背景Ｂにもピントが合うように絞り２０の絞り値を調節する。

図１３に示すように、第２実施形態のデジタルカメラには、上述のＣＰＵ２６の代わりにＣＰＵ６０が設けられている。なお、上述の第１実施形態で説明したものついては、同一符号を付してその説明は省略する。ＣＰＵ６０は、基本的にはＣＰＵ２６と同じである。ただし、ＣＰＵ６０は、被写体距離算出部６３（第１被写体距離算出手段）が新たに設けられたＡＦ制御部６４と、被写界深度演算部６５（絞り値算出手段）とを備えている。

被写体距離算出部６３は、ＡＦサーチにより得られたＡＦコントラスト値（ＡＦコントラスト曲線）と、各ＡＦコントラス値が得られた際のフォーカスレンズの位置とに基づいて、人物Ｈまでのほぼ正確な主要被写体距離ＬＡと、背景Ｂまでのほぼ正確な副被写体距離ＬＢとを算出する（図１４参照）。これらの算出方法として、例えば被写体距離算出部６３は、ＡＦコントラスト曲線のピーク位置Ｐ１，Ｐ２に対応するレンズ位置Ｄ_Ｐ１，Ｄ_Ｐ２と、予めＣＰＵ６０に記憶されている所定の演算式またはデータテーブルとに基づき、両被写体距離ＬＡ，ＬＢを算出する。なお、人物が複数の場合には、被写体距離算出部６３は最もＭＯＤ側の人物までの主要被写体距離ＬＡを求める。両被写体距離ＬＡ，ＬＢの算出結果は、被写界深度演算部６５に入力される。

被写界深度演算部６５は、図１４に示すように、フォーカスレンズ１９が主要被写体距離ＬＡにある人物Ｈに合焦する合焦レンズ位置において、両被写体距離ＬＡ，ＬＢの算出結果に基づき、背景Ｂ（副被写体距離ＬＢ）も撮影光学系１１の被写界深度（後方被写界深度Ｌｆ）内に入るような絞り２０の絞り値を被写界深度計算により求める。この被写界深度計算には、後方被写界深度Ｌｒを求めるための周知の下記式（１）が用いられる。
・ Ｌｒ＝σＦＬ^２ ／（ｆ^２ −σＦＬ）
ここで、σはＣＣＤ２９に結像する際の許容ボケ量を示す許容錯乱円形であり、Ｆは絞り２０の絞り値であり、Ｌは人物Ｈまでの距離ＬＡであり、ｆは撮影光学系１１の焦点距離である。

上述の各パラメータの中でσ及びｆは撮影前に予め分かっている。σは被写界深度演算部６５内の図示しないＲＯＭ等に記憶され、ｆはＡＦ制御部６４より被写界深度演算部６５に入力される。そして、被写界深度演算部６５は、式（１）のＬ及びＬｒに主要被写体距離ＬＡ、副被写体距離ＬＢをそれぞれ代入した下記式（２）より、Ｆ（絞り値）を算出する。
・ ＬＢ＝σＦ（ＬＡ）^２ ／｛ｆ^２ −σＦ（ＬＡ）｝

上記式（２）により、フォーカスレンズ１９が上述の合焦レンズ位置において副被写体距離ＬＢ、つまり背景Ｂが被写界深度（後方被写界深度Ｌｆ）内に入るような絞り値が算出される。なお、図１４中では、背景Ｂは被写界深度にぎりぎり入るように図示されているが、背景Ｂが確実に被写界深度内に入るように安全を見込んだ補正を行うようにしてもよい。算出された絞り値は、ＡＥ制御部４５に入力される。

ＡＥ制御部４５は、入力された絞り値に基づきアイリスモータ２４を制御して、絞り２０の絞り値を調節する。なお、上述したように、絞り２０の絞り値が大きくされる場合には、ＣＣＤ２９に入射する被写体光が減少する。このため、ＣＰＵ６０は、顔検出時と同様に絞り２０の絞り値の増加に応じてＡＭＰ３５のゲインを上げて、ＣＣＤ２９のＩＳＯ感度を上げる。

なお、被写体の輝度値がある所定量よりも低い場合には、上記式（２）で得られた絞り値では、ＣＣＤ２９の受光量が不足してしまう。このため、ＣＣＤ２９の電子シャッタのシャッタ速度とＩＳＯ感度とのバランスを考えて絞り値を決定することが好ましい。

次に図１５のフローチャートを用いて、第２実施形態のＡＦ制御について説明を行う。なお、撮影モードとして通常モードが設定された場合、及び顔検出モードにおいてＡＦサーチが完了してフォーカスレンズ１９が合焦レンズ位置に移動されるまでは、上記第１実施形態と同じであるので説明は省略する。

顔検出モードにおいてフォーカスレンズ１９が合焦レンズ位置に移動された後、ＡＦ制御部６４の被写体距離算出部６３は、ＡＦサーチにより得られたＡＦコントラスト値（ＡＦコントラスト曲線）と、各ＡＦコントラス値が得られた際のフォーカスレンズの位置とに基づいて、主要被写体距離ＬＡと、副被写体距離ＬＢとを算出して、これらの算出結果を被写界深度演算部６５に入力する。

被写界深度演算部６５は、予め記憶されている許容錯乱円形σと、ＡＦ制御部６４より入力される撮影光学系１１の焦点距離ｆ、及び両被写体距離ＬＡ，ＬＢとを上記式（２）に代入して、背景Ｂが撮影光学系１１の被写界深度内に入るような絞り２０の絞り値を被写界深度計算により求める。絞り値の算出結果は、ＡＥ制御部４５に入力される。

また、絞り値が増加される場合に、ＣＰＵ６０は、最適な撮影条件となるようなＣＣＤ２９のＩＳＯ感度を算出する。これにより、絞り２０の絞り値が大きくされた場合には、ＣＣＤ２９のＩＳＯ感度が上げられるので、ＣＣＤ２９に入射する被写体光量の減少による画像の明るさの低下が補正される。これと同時に、ＡＥ制御部４５は、最適な撮影条件となるようなＣＣＤ２９の電子シャッタのシャッタ速度を算出する。

以下、上記第１実施形態と同様に、絞り値、電子シャッタ速度、及びＩＳＯ感度の制御が行われて、撮影準備処理が完了する。これ以降は、上記第１実施形態と同じであるので説明は省略する。

以上のように本発明の第２実施形態では、フォーカスレンズ１９を合焦レンズ位置に移動させた後、ＡＦサーチの結果に基づいて、主要被写体距離ＬＡ及び副被写体距離ＬＢを算出し、この算出結果に基づき背景Ｂも被写界深度内に入るような絞り値を被写界深度計算により求めるようにしたので、人物Ｈを撮影する場合に背景Ｂにもピントを合わせることができる。また、ＡＦサーチ制御は上記第１実施形態と同じなので、ＡＦサーチ時間を短縮できる等の上記第１実施形態で説明した効果と同様の効果も得られる。

次に、本発明の第３実施形態の顔検出モード時のＡＦ制御について説明を行う。この第３実施形態では、上記第１実施形態で説明した方法に従ってＡＦサーチを行った結果に基づき、可能な限り背景Ｂも被写界深度に入るようなフォーカスレンズ１９の合焦レンズ位置を決定する。具体的には、背景Ｂが被写界深度に入るように、ピント設定距離を背景側に補正する。

図１６に示すように、第３実施形態のデジタルカメラには、上述のＣＰＵ２６の代わりにＣＰＵ７０が設けられている。ＣＰＵ７０は、基本的にはＣＰＵ２６と同じである。ただし、ＣＰＵ７０は、被写体距離算出部７２（第２被写体距離算出手段）と、合焦レンズ位置決定部７３（合焦レンズ位置決定手段）とが新たに設けられたＡＦ制御部７５とを備えている。

被写体距離算出部７２は、上記第２実施形態で説明した被写体距離算出部６３（図１３）と同じものであり、この被写体距離算出部６３と同様にＡＦサーチの結果に基づき、主要被写体距離ＬＡと、副被写体距離ＬＢとを算出する。これらの算出結果は、合焦レンズ位置決定部７３の被写界深度演算回路７６に入力される。

被写界深度演算回路７６は、両被写体距離ＬＡ，ＬＢの算出結果に基づき、背景Ｂ（副被写体距離ＬＢ）も撮影光学系１１の被写界深度内に入るようなピント設定距離を被写界深度計算により求める。被写界深度計算には、後方被写界深度Ｌｒを求めるための上記式（１）と、前方被写界深度Ｌｆを求めるための下記式（３）とが用いられる。
・ Ｌｆ＝σＦＬ^２ ／（ｆ^２ ＋σＦＬ）

式（１）及び式（３）の各パラメータの中で、許容錯乱円形σ、焦点距離ｆ、及び絞り値Ｆは撮影前に予め分かっている。そして、被写界深度演算回路７６は、式（３）のＬｆに主要被写体距離ＬＡを代入した下記式（４）により、主要被写体距離ＬＡ（人物Ｈ）以降の距離が被写界深度内となるようなピント設定距離Ｌ１を算出する（図１７参照）。ここで、ピント設定距離Ｌ１は、このピント設定距離Ｌ１にフォーカスレンズ１９を合焦させたとき（以下、必要に応じてピントを合わせるという）に、主要被写体距離ＬＡ（人物Ｈ）が前方被写界深度Ｌｆに入る距離である。
・ ＬＡ＝σＦ（Ｌ１）^２ ／｛ｆ^２ ＋σＦ（Ｌ１）｝

また、被写界深度演算回路７６は、式（１）のＬｒに副被写体距離ＬＢを代入した下記式（５）により、副被写体距離ＬＢ（背景Ｂ）以内の距離が被写界深度内となるようなピント設定距離Ｌ２を算出する（図１７参照）。ここで、ピント設定距離Ｌ２は、このピント設定距離Ｌ２にピントを合わせたときに、副被写体距離ＬＢ（背景Ｂ）が後方被写界深度Ｌｒに入る距離である。
・ ＬＢ＝σＦ（Ｌ２）^２ ／｛ｆ^２ −σＦ（Ｌ２）｝

ピント設定距離Ｌ１，Ｌ２が算出されたら、合焦レンズ位置決定部７３は、Ｌ１及びＬ２の大きさを比較する。図１７（Ａ）に示すように、Ｌ１≧Ｌ２の場合には、Ｌ１とＬ２との間のピント設定距離にピントを合わせることで、主要被写体距離ＬＡと副被写体距離ＬＢとの間の全ての被写体が被写界深度内に入る。従って、被写界深度演算回路７６は、下記式（６）に基づき、ピント設定距離Ｌ１，Ｌ２の平均をとって撮影用ピント設定距離（ピント設定位置）ＬＣを決定する。ここで、図１７中の左向き矢印は、前方被写界深度の範囲を示すものであり、右向きの矢印は後方被写界深度の範囲を示すものである。
・ ＬＣ＝（Ｌ１−Ｌ２）／２＋Ｌ２

なお、図１８に示すように、Ｌ１＝Ｌ２となる場合には、許容錯乱円形σの規格限度で、人物Ｈと背景Ｂとの双方にピントを合わせることができる。つまり、人物Ｈ及び背景Ｂを共にぎりぎり被写界深度内に入れることができる。ここで、図中の符号Ｄ_ＬＣは、ピント設定距離ＬＣに対応するレンズ位置（合焦レンズ位置）である。

図１７（Ｂ）に示すように、Ｌ１＜Ｌ２の場合には、主要被写体距離ＬＡと副被写体距離ＬＢとの間の全ての被写体が被写界深度内に入る解はない。このため、合焦レンズ位置決定部７３は、人物にピントが合うようにするため、下記式（７）に示すように、ピント設定距離Ｌ１を撮影用ピント設定距離ＬＣとする。
・ ＬＣ＝Ｌ１

なお、ピントは背景Ｂよりも人物Ｈをメインに合わせる必要があるため、上記式（６）、式（７）に対して人物Ｈに重点を置くように重み係数を付け加えてもよい。

撮影用ピント設定距離ＬＣが決定したら、合焦レンズ位置決定部７３は、撮影用ピント設定距離ＬＣに対応するフォーカスレンズ１９のレンズ位置を合焦レンズ位置として決定する。そして、ＡＦ制御部７５は、フォーカスモータ２３を駆動して、決定された合焦レンズ位置にフォーカスレンズ１９を移動させる。

次に図１９のフローチャートを用いて、第３実施形態のＡＦ制御について説明を行う。なお、撮影モードとして通常モードが設定された場合、及び顔検出モードにおいてＡＦサーチが完了するまでは、上記第１実施形態と同じであるので説明は省略する。

顔検出モードにおいてＡＦサーチが完了したら、ＡＦ制御部７５の被写体距離算出部７２は、ＡＦサーチの結果に基づいて、主要被写体距離ＬＡと、副被写体距離ＬＢとを算出して、これらの算出結果を被写界深度演算回路７６に入力する。

被写界深度演算回路７６は、ＡＦ制御部７５に予め記憶されている許容錯乱円形σ及び焦点距離ｆと、先に算出された両被写体距離ＬＡ、ＬＢと、ＡＥ制御部４５より入力される絞り２０の絞り値Ｆとを上記式（４）、式（５）にそれぞれ代入して、ピント設定距離Ｌ１、Ｌ２を被写界深度計算により算出する。

ピント設定距離Ｌ１、Ｌ２が求められたら、合焦レンズ位置決定部７３は、Ｌ１及びＬ２の大きさを比較してＬ１≧Ｌ２の場合には、上記式（６）に基づいて、撮影用ピント設定距離ＬＣを算出する。また、Ｌ１＜Ｌ２の場合には、上記式（７）に基づいて、撮影用ピント設定距離ＬＣを算出する。次いで、合焦レンズ位置決定部７３は、撮影用ピント設定距離ＬＣに対応するレンズ位置を合焦レンズ位置として決定する。

ＡＦ制御部７５は、フォーカスモータ２３を駆動して、決定した合焦レンズ位置にフォーカスレンズ１９を移動させる。以下、上記第１実施形態と同様に、絞り値、電子シャッタ速度、及びＩＳＯ感度の制御が行われて、撮影準備処理が完了する。これ以降は、上記第１実施形態と同じであるので説明は省略する。

以上のように本発明の第３実施形態では、ＡＦサーチの結果に基づいて、主要被写体距離ＬＡ及び副被写体距離ＬＢを算出し、さらに、この算出結果に基づき、背景Ｂが被写界深度内に入る位置まで背景側（ＩＮＦ位置側）に補正された撮影用ピント設定距離ＬＣを被写界深度計算により算出した結果に基づき、フォーカスレンズ１９の合焦レンズ位置を決定することで、上記第２実施形態と同様に、人物Ｈを撮影する場合に背景Ｂにもピントを合わせることが可能になる。また、ＡＦサーチ時間を短縮できる等の上記第１実施形態で説明した効果と同様の効果も得られる。

なお、上記第１〜第３実施形態では、被写体画像中の主要被写体、副被写体としてそれぞれ人物Ｈ、背景Ｂを例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、主要被写体は、人物以外の動物、植物、建物など何でもよい。この場合には、これらの各種主要被写体も検出可能な検出処理部を上述の顔検出処理部４９の代わりに設ければよい。また、副被写体も背景以外の人物、動物、植物、建物など何でもよい。

また、上記第２及び第３実施形態では、撮影モードとして顔検出モードが設定されている場合には、背景Ｂも被写界深度内に入るようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、背景Ｂなどの副被写体を被写界深度内に入れるか否かを選択する選択スイッチ等を設けるようにしてもよい。

なお、上記第１〜第３実施形態では、ＡＥ制御時にＣＣＤ２９のシャッタ速度を電子シャッタで調節するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、機械式のシャッタを用いるようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、デジタルカメラを例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＡＦサーチを行ってフォーカスレンズ１９を合焦レンズ位置に移動させるカメラ付き携帯電話機、カメラ付きＰＤＡ等の各種撮像装置に適用することができる。

デジタルカメラ（第１実施形態）の電気的構成を示したブロック図である。 被写体画像から人物の顔を検出する方法を説明するための説明図である。 絞り値に応じたフォーカスレンズの位置とＡＦコントラスト値との関係の一例を示した説明図である。 顔検出時に絞り値を大きくして被写界深度を深くすることで、顔検出率が上がることを説明するための説明図であり、（Ａ）は絞り値を大きくする前の状態、（Ｂ）は絞り値を大きくした状態である。 １３５換算焦点距離３００ｍｍの撮影光学系において、フォーカスレンズの移動量とピント位置との関係の一例を示した説明図である。 図５に示したレンズ移動量比率を１３５換算焦点距離別にグラフ化したグラフである。 顔検出モードにおいてＡＦサーチにより得られたＡＦコントラス値と、フォーカスレンズ位置との関係（ＡＦコントラスト曲線）の一例を示した説明図である。 被写体画像から複数の人物の顔が検出される場合を説明するための説明図である。 顔検出で複数の顔が検出された時にＡＦサーチにより得られたＡＦコントラスト曲線の一例を示した説明図である。 第１実施形態のデジタルカメラにおけるＡＦ制御のフローチャートである。 ＡＦ制御時に行われる顔検出処理のフローチャートである。 顔検出モードにおけるＡＦサーチ時に、ＭＯＤ位置からＩＮＦ位置側に向けてフォーカスレンズを移動させる場合を説明するための説明図である。 第２実施形態のデジタルカメラのＣＰＵの電気的構成を示したブロック図である。 絞り値を大きくすることで背景も被写界深度内に入ることを説明するための説明図である。 第２実施形態のデジタルカメラにおけるＡＦ制御のフローチャートである。 第３実施形態のデジタルカメラのＣＰＵの電気的構成を示したブロック図である。 フォーカスレンズの撮影用ピント設定距離ＬＣを背景側（無限遠側）に補正することで背景も被写界深度内に入ることを説明するための説明図であり、（Ａ）はＬ１≧Ｌ２の場合の撮影用ピント設定距離ＬＣであり、（Ｂ）はＬ１＜Ｌ２の場合の撮影用ピント設定距離である。 Ｌ１＝Ｌ２の場合のＡＦコントラスト曲線の一例を説明するための説明図である。 第３実施形態のデジタルカメラにおけるＡＦ制御のフローチャートである。

符号の説明

１０ デジタルカメラ
１１ 撮影光学系
１９ フォーカスレンズ
２０ 絞り
２３ フォーカスモータ
２４ アイリスモータ
２６，６０，７０ ＣＰＵ
２７ モータドライバ
２９ ＣＣＤイメージセンサ
３５ 増幅器（ＡＭＰ）
４５ ＡＥ制御部
４７，６４，７５ ＡＦ制御部
４９ 顔検出処理部
５０ 人物距離算出部
５２ ＡＦコントラスト値算出部
５３ レンズ移動距離決定部
６３，７２ 被写体距離算出部
６５ 被写界深度演算部
７３ 合焦レンズ位置決定部
７６被写界深度演算回路
Ｈ 人物（主要被写体）
Ｂ 背景（副被写体）

Claims (11)

1. フォーカスレンズを含む撮影光学系を透過した被写体光を撮像する撮像手段と、
   無限遠に合焦する無限遠位置と最短撮影距離に合焦する最短撮影距離位置との間で、前記フォーカスレンズを前記撮影光学系の光軸方向に移動させるレンズ移動手段と、
   前記撮像手段により得られた画像のコントラスト値を算出するコントラスト値算出手段と、
   前記画像を解析して特定の主要被写体及びそのサイズを検出する検出手段と、
   前記撮影光学系の焦点距離、及び前記検出手段により検出された前記主要被写体のサイズに基づき、前記主要被写体までの概略距離を算出する概略距離算出手段と、
   前記概略距離に対して、前記概略距離算出手段の算出による距離算出誤差分を補正した結果に基づき、前記無限遠位置からの前記フォーカスレンズのレンズ移動距離を決定するレンズ移動距離決定手段と、
   前記レンズ移動手段によって前記フォーカスレンズが前記無限遠位置から前記レンズ移動距離だけ移動される間に、前記コントラスト値算出手段を駆動して、各レンズ位置において前記コントラスト値を算出するＡＦサーチを行うＡＦサーチ制御手段と、
   前記ＡＦサーチ中に前記コントラスト値のピーク値を検出し、前記最短撮影距離位置に最も近い位置でピーク値となるレンズ位置を合焦レンズ位置として、前記レンズ移動手段を駆動して前記フォーカスレンズをセットする合焦制御手段と、
   前記合焦レンズ位置と、前記主要被写体の後方に存在する背景によってピーク値になるレンズ位置とに基づき、合焦状態にある前記主要被写体までの主要被写体距離、及び前記背景までの距離を示す副被写体距離を算出する被写体距離算出手段と、
   前記撮影光学系の光軸上に配置された絞りと、
   前記主要被写体距離及び前記副被写体距離に基づき、前記背景が被写界深度内に入るような前記絞りの絞り値を被写界深度計算により算出する絞り値算出手段と、
   前記絞り値算出手段の算出結果に基づき、前記絞りの絞り値を調節する第１絞り値調節手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記検出手段により複数の前記主要被写体が検出された場合に、前記概略距離算出手段は、最もサイズの大きい前記主要被写体までの前記概略距離を算出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記検出手段による前記主要被写体の検出前に、前記主要被写体が被写界深度内に入るように前記絞りを絞り込む第２絞り値調節手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
4. 前記第２絞り値調節手段は、前記絞りの絞り値を複数段階に調整するとともに、
   前記検出手段による前記主要被写体の検出に失敗した場合に、前記第２絞り値調節手段による前記絞り値を１段大きくして前記絞りを絞り込む処理と、前記検出手段による前記主要被写体の検出処理とが、前記検出手段により前記主要被写体が検出されるまで繰り返し実行されることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 前記第２絞り値調節手段により前記絞り値が大きくされることに対応して、前記撮像手段の感度を上げる第１感度調節手段を備えることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
6. 前記第１絞り値調節手段により前記絞り値が大きくされることに対応して、前記撮像手段の感度を上げる第２感度調節手段を備えることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の撮像装置。
7. フォーカスレンズを含む撮影光学系を透過した被写体光を撮像する撮像手段と、
   無限遠に合焦する無限遠位置と最短撮影距離に合焦する最短撮影距離位置との間で、前記フォーカスレンズを前記撮影光学系の光軸方向に移動させるレンズ移動手段と、
   前記撮像手段により得られた画像のコントラスト値を算出するコントラスト値算出手段と、
   前記画像を解析して特定の主要被写体及びそのサイズを検出する検出手段と、
   前記撮影光学系の焦点距離、及び前記検出手段により検出された前記主要被写体のサイズに基づき、前記主要被写体までの概略距離を算出する概略距離算出手段と、
   前記概略距離に対して、前記概略距離算出手段の算出による距離算出誤差分を補正した結果に基づき、前記無限遠位置からの前記フォーカスレンズのレンズ移動距離を決定するレンズ移動距離決定手段と、
   前記レンズ移動手段によって前記フォーカスレンズが前記無限遠位置から前記レンズ移動距離だけ移動される間に、前記コントラスト値算出手段を駆動して、各レンズ位置において前記コントラスト値を算出するＡＦサーチを行うＡＦサーチ制御手段と、
   前記ＡＦサーチ中に前記コントラスト値から、そのピーク値となる前記主要被写体及びその後方に存在する背景のレンズ位置を求め、これらのレンズ位置に基づいて前記主要被写体までの主要被写体距離、及び前記背景までの距離を示す副被写体距離を算出する被写体距離算出手段と、
   前記主要被写体距離及び前記副被写体距離に基づき、前記主要被写体及び背景が被写界深度内に入るレンズ位置を被写界深度計算により算出し、このレンズ位置を合焦レンズ位置として決定する合焦レンズ位置決定手段と、
   前記合焦レンズ位置に前記フォーカスレンズをセットする合焦制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
8. 前記ＡＦサーチ制御手段は、前記レンズ移動距離が前記無限遠位置及び前記最短撮影距離位置間の距離の半分を超える場合には、前記フォーカスレンズを前記最短撮影距離位置から前記無限遠位置に向けて移動させることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載の撮像装置。
9. 前記レンズ移動距離決定手段は、前記距離算出誤差分の大きさを前記概略距離の大きさに応じて変更することを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載の撮像装置。
10. 無限遠に合焦する無限遠位置と最短撮影距離に合焦する最短撮影距離位置との間を移動自在なフォーカスレンズを含む撮影光学系、及びその光軸上に配置された絞りを通過した被写体光を撮像する撮像ステップと、
    前記撮像により得られた画像を解析して特定の主要被写体及びそのサイズを検出する検出ステップと、
    前記撮影光学系の焦点距離、及び前記検出ステップで検出された前記主要被写体のサイズに基づき、前記主要被写体までの概略距離を算出する概略距離算出ステップと、
    前記概略距離に対して、前記概略距離算出ステップの算出による距離算出誤差分を補正した結果に基づき、前記無限遠位置からの前記フォーカスレンズのレンズ移動距離を決定するレンズ移動距離決定ステップと、
    前記フォーカスレンズを前記無限遠位置から前記レンズ移動距離だけ移動させる間に、各レンズ位置において前記撮像により得られた画像のコントラスト値を算出するＡＦサーチを行うＡＦサーチ実行ステップと、
    前記ＡＦサーチ中に前記コントラスト値のピーク値を検出し、前記最短撮影距離位置に最も近い位置でピーク値となるレンズ位置を合焦レンズ位置として、前記フォーカスレンズをセットする合焦制御ステップと、
    前記合焦レンズ位置と、前記主要被写体の後方に存在する背景によってピーク値になるレンズ位置とに基づき、合焦状態にある前記主要被写体までの主要被写体距離、及び前記背景までの距離を示す副被写体距離を算出する被写体距離算出ステップと、
    前記主要被写体距離及び前記副被写体距離に基づき、前記背景が被写界深度内に入るような前記絞りの絞り値を被写界深度計算により算出する絞り値算出ステップと、
    前記絞り値算出ステップの算出結果に基づき、前記絞りの絞り値を調節する絞り値調節ステップと、
    を有することを特徴とする撮像装置の合焦制御方法。
11. 無限遠に合焦する無限遠位置と最短撮影距離に合焦する最短撮影距離位置との間を移動自在なフォーカスレンズを含む撮影光学系を透過した被写体光を撮像する撮像ステップと、
    前記撮像により得られた画像を解析して特定の主要被写体及びそのサイズを検出する検出ステップと、
    前記撮影光学系の焦点距離、及び前記検出ステップで検出された前記主要被写体のサイズに基づき、前記主要被写体までの概略距離を算出する概略距離算出ステップと、
    前記概略距離に対して、前記概略距離算出ステップの算出による距離算出誤差分を補正した結果に基づき、前記無限遠位置からの前記フォーカスレンズのレンズ移動距離を決定するレンズ移動距離決定ステップと、
    前記フォーカスレンズを前記無限遠位置から前記レンズ移動距離だけ移動させる間に、各レンズ位置において前記撮像により得られた画像のコントラスト値を算出するＡＦサーチを行うＡＦサーチ実行ステップと、
    前記ＡＦサーチ中に前記コントラスト値から、そのピーク値となる前記主要被写体及びその後方に存在する背景のレンズ位置を求め、これらのレンズ位置に基づいて前記主要被写体までの主要被写体距離、及び前記背景までの距離を示す副被写体距離を算出する被写体距離算出ステップと、
    前記主要被写体距離及び前記副被写体距離に基づき、前記主要被写体及び背景が被写界深度内に入るレンズ位置を被写界深度計算により算出し、このレンズ位置を合焦レンズ位置として決定する合焦レンズ位置決定ステップと、
    前記合焦レンズ位置に前記フォーカスレンズをセットする合焦制御ステップと、
    を有することを特徴とする撮像装置の合焦制御方法。

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