撮像装置および測距方法
【課題】被写体距離やズーム状態にかかわらず高速かつ高精度に顔等の特定被写体にピントを合わせられるようにする。
【解決手段】撮像装置は、撮影光学系２０１を通さずに、複数の測距エリアＬ，Ｃ，Ｒのそれぞれにおいて測距動作が可能な測距手段２３０と、画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出する被写体検出手段２３５と、測距動作により得られた情報に基づいて撮影光学系のフォーカス制御を行う制御手段２５１，２３３とを有する。制御手段は、画像中における特定被写体領域の大きさと撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から特定被写体までの距離情報を生成し、該特定被写体までの距離情報と画像中における特定被写体領域の位置とに応じて、複数の測距エリアのうち特定被写体に対する測距動作を行う測距エリアを選択する。
【解決手段】撮像装置は、撮影光学系２０１を通さずに、複数の測距エリアＬ，Ｃ，Ｒのそれぞれにおいて測距動作が可能な測距手段２３０と、画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出する被写体検出手段２３５と、測距動作により得られた情報に基づいて撮影光学系のフォーカス制御を行う制御手段２５１，２３３とを有する。制御手段は、画像中における特定被写体領域の大きさと撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から特定被写体までの距離情報を生成し、該特定被写体までの距離情報と画像中における特定被写体領域の位置とに応じて、複数の測距エリアのうち特定被写体に対する測距動作を行う測距エリアを選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影光学系の外部に測距センサを有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置に搭載されるオートフォーカス機能には、撮影光学系により形成された被写体像の位相差を検出したり、該被写体像の光電変換により生成された画像の高周波成分を検出したりして、撮影光学系の焦点状態を検出するものがある。また、このような撮影光学系を介する内測タイプではなく、撮影光学系を介さずに、撮影光学系の外部に設けられた測距センサ（以下、外部測距センサという）を用いて被写体距離を測定する外測タイプもある。
外測タイプにおいては、撮影光学系の視野と外部測距センサの視野とに視差（パララックス）が生じる。このパララックスにより、撮影光学系の視野内で指定された測距エリアと、外部測距センサによって測距動作が行われる測距エリアとがずれてしまい、正確な被写体距離を測定することができないおそれがある。
この問題に対して、特許文献１には、撮影光学系の視野内での測距エリアと外測測距センサによる測距エリアとを一致させるようにした撮像装置が開示されている。
また、特許文献２には、画像中から人物の顔を画像処理によって検出する顔検出機能を有する撮像装置が開示されている。この撮像装置では、画像中において検出された顔の大きさから撮像装置から被写体である人物までの距離を推定することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６８０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３９２６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、撮影光学系の視野と外部測距センサの視野とのパララックスは、被写体距離や撮影光学系の焦点距離によって変化する。このため、顔検出機能を有する外測タイプの撮像装置において顔に対して高速かつ高精度にピントを合わせるには、被写体距離や焦点距離によるパララックスの変化を考慮する必要がある。
【０００５】
本発明は、被写体距離やズーム状態にかかわらず高速かつ高精度に顔等の特定被写体にピントを合わせることができるようにした外測タイプの撮像装置および測距方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての撮像装置は、撮影光学系を通して形成された被写体像を光電変換して画像を生成する。該撮像装置は、撮影光学系を通さずに、複数の測距エリアのそれぞれにおいて測距動作が可能な測距手段と、画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出する被写体検出手段と、測距動作により得られた情報に基づいて撮影光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有する。制御手段は、画像中における特定被写体領域の大きさと撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から特定被写体までの距離情報を生成し、該特定被写体までの距離情報と画像中における特定被写体領域の位置とに応じて、複数の測距エリアのうち特定被写体に対する測距動作を行う測距エリアを選択することを特徴とする。
また、本発明の他の一側面としての測距方法は、撮影光学系を通して形成された被写体像を光電変換して画像を生成する撮像装置であり、撮影光学系を通さずに、複数の測距エリアのそれぞれにおいて測距動作が可能であるとともに、該測距動作により得られた情報に基づいて撮影光学系のフォーカス制御を行う撮像装置に適用される。該測距方法は、画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出するステップと、画像中における特定被写体領域の大きさと撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から特定被写体までの距離情報を生成するステップと、該特定被写体までの距離情報と画像中における特定被写体領域の位置とに応じて、複数の測距エリアのうち特定被写体に対する測距動作を行う測距エリアを選択するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、外測タイプの撮像装置において、被写体距離や撮影光学系のズーム状態にかかわらず高速かつ高精度に特定被写体にピントを合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例である撮像装置におけるＡＦ方法の概念を示す図。
【図２】実施例の撮像装置のシステム構成を示すブロック図。
【図３】実施例の撮像装置に搭載された外部測距センサの構成を示す図。
【図４】実施例の撮像装置に搭載された外部測距センサの配置を説明する図。
【図５】実施例の撮像装置における撮影光学系の視野と外部測距センサの視野とのパララックスを説明する図。
【図６】実施例の撮像装置における被写体距離ごとのパララックスを説明する図。
【図７】実施例の撮像装置におけるＡＦ動作を説明するフローチャート。
【図８】実施例の撮像装置における顔検出がなされないときの測距方法を説明するフローチャート。
【図９】実施例の撮像装置における外部測距エリアと撮影画面の中央エリアとの重なりを説明する図。
【図１０】実施例の撮像装置におけるクロス率の被写体距離に応じた変化を説明するグラフ。
【図１１】本発明の実施例１における測距方法を説明するフローチャート。
【図１２】実施例１における被写体距離ごとの顔と外部測距エリアとの重なりを示す図。
【図１３】人物とカメラとの間の距離を示す図。
【図１４】被写体距離ごとの顔の映り方を示す図。
【図１５】実施例１における被写体距離ごとの顔エリアと外部測距エリアとの重なり方を示す図。
【図１６】本発明の実施例２を説明するフローチャート
【図１７】実施例２における顔の撮像面内方向での移動を示す図。
【図１８】実施例２における顔の撮像面内方向での移動と外部測距エリアとの関係を示す図。
【図１９】実施例２における顔の光軸方向での移動を示す図。
【図２０】実施例２における顔の光軸方向での移動を撮影画面上で示した図。
【図２１】実施例２における顔の光軸方向での移動と外部測距エリアとの関係を示す図
【図２２】実施例３において、外部測距エリアを複数同時に選択する場合の説明図。
【図２３】実施例における外部測距センサの構造を示す図。
【図２４】実施例における外部測距センサ内で外部測距エリアを新たに追加する場合の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の具体的な実施例１，２の説明に先立って、該実施例１，２に共通する事項について説明する。
図１には、実施例におけるＡＦ（オートフォーカス）方法を概念的に示している。ステップＳ１０１では、直接測距ＡＦユニットによる測距動作（外測測距：以下、直接測距という）が行われる。直接測距ＡＦユニットは、後述する外部測距センサを用いて被写体距離に関する情報を取得する測距動作を行う。外部測距センサは、複数の測距エリアを有し、測距エリアごとに測距動作が可能である。また、直接測距ＡＦユニットは、実施例のカメラ（撮像装置）の撮影光学系の外部に設けられ、該撮影光学系を通さずに測距動作を行う。
被写体距離に関する情報は、被写体距離そのものであってもよいし、被写体距離に対応する他の情報（例えば、外部測距センサ上に形成される２像の位相差）であってもよい。直接測距ＡＦユニットは、被写体距離に関する情報を示す信号Ｐ（Ｘ）（Ｘは測距エリアの番号）を出力する。この直接測距により得られた信号Ｐ（Ｘ）を用いたＡＦを直接測距ＡＦという。
ステップＳ１０２では、カメラに設けられた撮像素子を用いて生成された画像信号（画像又は画像データ）から、被写体である人物の顔（特定被写体）を含む画像部分（特定被写体領域：以下、顔エリアという）を検出し、その検出データ信号を出力する。
ステップＳ１０９では、Ｐ（Ｘ）と顔エリアに関する情報（大きさと位置）に基づいて、外部測距センサに設けられた複数の測距エリアの中から１つ又は２以上の測距エリアを選択し、所定の信号Ｐ（Ｘ）をスイッチ（Ｓ１０７）に出力する。
また、ステップＳ１０９では、顔エリアに対して有効な測距エリアを選択可能かどうかの情報をＡＦ方式選択ステップ（Ｓ１０６）に送る。
ステップＳ１０３では、撮像信号ＡＦ（ＴＶ−ＡＦ又はコントラストＡＦともいう）を行うために、画像信号の高周波成分からＡＦ評価値ＦＶを生成して出力する。ステップＳ１０４では、ＡＦ評価値ＦＶを用いた、いわゆる山登り動作による、撮影光学系に含まれるフォーカスレンズの合焦位置（合焦点）の探索を行う。ステップＳ１０３に含まれるステップＳ１０５では、どのくらい合焦点に近づいているかを示す指標となる合焦度ＩＦＡを検出し、ＡＦ方式選択ステップ（Ｓ１０６）に送る。
ステップＳ１０６では、合焦度の情報と顔エリアの選択が可能か否かの情報とに応じて、直接測距ＡＦと撮像信号ＡＦのうち一方を使用するＡＦ方式として選択するようにスイッチ（Ｓ１０７）を切り換える。ステップＳ１０８では、選択されたＡＦ方式で得られた結果に応じてフォーカスレンズを駆動し、合焦対象である被写体にピントを合わせる。
【実施例１】
【００１０】
図２には、本発明の実施例１であるビデオカメラやデジタルカメラ等のカメラ（撮像装置）の構成を示している。このカメラの構成は、後述する実施例２と共通である。
カメラ内の各ユニットは、バス２６０を介して相互に接続されており、各ユニットはメインＣＰＵ２５１によって制御される。
【００１１】
撮影光学系としてのレンズユニット２０１は、被写体側から像面側に順に、固定の前玉レンズ２０２、ズームレンズ２１１、絞り２０３、固定の第３レンズ２２１およびフォーカスレンズ２３１を含む。被写体からの光はレンズユニット２０１を通して撮像素子２４１上に結像する。撮像素子２４１は被写体像を光電変換して電気信号を出力する。
ズーム制御部２１３は、メインＣＰＵ２５１の指示に従ってズームモータ２１２を駆動する。これにより、ズームレンズ２１１が光軸方向に移動し、レンズユニット２０１の焦点距離（ズーム状態）が変更される。
【００１２】
撮像素子２４１の電荷蓄積動作や信号出力動作は、撮像部制御回路２４３によって制御される。撮像素子２４１からの出力信号に対して撮像信号処理回路２４２にて各種処理がなされることで、画像信号が生成される。画像信号ＴＶＳはＡＦ信号処理回路２３４および顔検出処理回路（被写体検出手段）２３５へと入力される。ＡＦ信号処理回路２３４では、前述したＡＦ評価値ＦＶと合焦度ＩＦＡを生成し、フォーカス制御回路２３３に出力する。顔検出処理回路２３５は、画像信号中（つまりは画像中）から顔エリアを探索し、顔エリアを検出した場合には該画像中における顔エリアの大きさと位置を示す情報を、フォーカス制御回路２３３に出力する。
【００１３】
一方、レンズユニット２０１の外部に設けられた直接測距ＡＦユニット（測距手段）２３０は、被写体距離に関する情報である信号Ｐ（Ｘ）を算出してフォーカス制御回路２３３に出力する。信号Ｐ（Ｘ）の算出は、直接測距ＡＦ用の瞳分割光学系２３８を通して位相差センサ２３９上に結像された一対の被写体像（以下、２像という）を位相差センサ２３９で光電変換することで得られる該２像の位相差量の検出結果に基づいて行われる。
フォーカス制御回路２３３は、使用するＡＦ方式として直接測距ＡＦが選択された場合には信号Ｐ（Ｘ）に基づいて、撮像信号ＡＦが選択された場合にはＡＦ評価値ＦＶに基づいてそれぞれＡＦ処理を行う。具体的には、信号Ｐ（Ｘ）に応じた光軸方向位置又はＡＦ評価値ＦＶが最大となる光軸方向位置にフォーカスレンズ２３１を移動させるようにフォーカスモータ２３２を制御する。また、いずれのＡＦ方式を使用する場合でも、顔エリアの大きさと位置を示す情報に基づいて、信号Ｐ（Ｘ）又はＡＦ評価値ＦＶを得るための測距エリアの選択が可能である。フォーカス制御回路２３３とメインＣＰＵ２５１により制御手段が構成される。
【００１４】
撮像信号処理回路２４２で生成され、撮像部制御回路２４３を通じてバス２６０に出力された画像信号は、ＲＡＭ２５４に一時的に蓄積される。ＲＡＭ２５４から読み出された画像信号は、画像圧縮解凍回路２５３にて圧縮処理され、画像記録用メディア２５７に記録される。また、ＲＡＭ２５４から読み出された画像信号は、画像処理回路２５２にて適切なサイズに縮小／拡大される。適切なサイズに処理された画像信号は、モニタディスプレイ２５０に表示される。これにより、使用者は撮影前の被写体の様子や撮影された画像を観察することができる。
【００１５】
操作スイッチ２５６は、使用者が各種指示を入力するために操作する。電源バッテリ２５９は、電源管理回路２５８によって管理され、カメラ全体に安定的に電源供給を行う。
【００１６】
カメラが起動すると、フラッシュメモリ２５５に格納されていたコンピュータプログラムがＲＡＭ２５４の一部にロードされる。メインＣＰＵ２５１は、ＲＡＭ２５４にロードされたコンピュータプログラムに従ってＡＦ処理を含む各種動作を行う。
【００１７】
図３を用いて、レンズユニット２０１の外部に設けられた直接測距ＡＦユニット２３０の構成と測距原理について説明する。図３には、直接測距ＡＦユニット２３０の上面、正面および側面を示している。
３０１は人物等の被写体であり、３０４および３０５はそれぞれ、光電変換素子が一列に並べられて構成されたラインセンサ２３９上の左センサ部および右センサ部である。以下の説明では、左センサ部３０４および右センサ部３０５をそれぞれ、左ラインセンサ３０４および右ラインセンサ３０５という。
被写体３０１からの光は、ＡＦレンズ２３８に形成された左レンズ部３０２および右レンズ部３０３を通って左ラインセンサ３０４および右ラインセンサ３０５上に被写体像（２像）を形成する。カメラから被写体３０１までの距離、より厳密にはＡＦレンズ２３８（３０２，３０３）、左ラインセンサ３０４および右ラインセンサ３０５によって構成される直接測距ＡＦユニット２３０から被写体３０１までの距離（被写体距離）ｌは、以下のように表される。
左レンズ部３０２および右レンズ部３０３間の基線長をＢとし、ＡＦレンズ２３８の焦点距離をｆとし、右ラインセンサ３０５により検出される被写体像を基準とした左ラインセンサ３０４により検出される被写体像の位相差をｎとする。このとき、
ｌ＝Ｂ×ｆ／ｎ
である。そして、フォーカスレンズ２３１の合焦点は、被写体距離ｌ又は位相差ｎの関数として表される信号Ｐ（Ｘ）により算出される。
【００１８】
本実施例では、左右のラインセンサ３０４，３０５はそれぞれ、複数（３つ）の測距エリア（左側からＬ，Ｃ，Ｒで示す）に分割されている。そして、測距エリアごとに信号Ｐ（Ｘ）（ＸはＬ，Ｃ，Ｒのいずれか）が出力されてフォーカス制御回路２３３に入力される。
図４には、直接測距ＡＦユニット２３０とレンズユニット２０１のレイアウトをカメラの正面から見て示している。正面視において、レンズユニット２０１の左側外部に直接測距ＡＦユニット２３０が設置されている。なお、このレイアウトは例に過ぎず、レンズユニット２０１の右側外部や斜め上外部又は斜め下外部に設置してもよい。
直接測距ＡＦユニット２３０を図４のように設置すると、直接測距ＡＦユニット２３０の視野とレンズユニット２０１の視野との間に視差（パララックス）が発生し、該パララックスは被写体距離に応じて変化する。図５には被写体距離に応じた直接測距ＡＦユニット２３０の視野とレンズユニット２０１の視野を示している。また、図６には、被写体距離とパララックスとの関係を示している。
図５において、５０１は撮像素子２４１の物理位置を示している。５１１は直接測距ＡＦユニット２３０のラインセンサ２３９の物理位置を示している。撮像素子２４１とラインセンサ２３９上に被写体像が形成される被写体までの距離が近距離、中距離および遠距離である場合のレンズユニット２０１の視野（以下、撮影視野という）はそれぞれ、５０２，５０３，５０４である。つまり、撮影視野５０２，５０３，５０４内の被写体の像が撮像素子２４１上に形成される。また、近距離、中距離および遠距離での直接測距ＡＦユニット２３０の視野（以下、測距視野という）はそれぞれ、５１２，５１３，５１４である。つまり、測距視野５１２，５１３，５１４内の被写体の２像がラインセンサ２３９上に形成される。本実施例では、近距離として例えば１ｍを想定し、中距離として例えば３ｍを想定している。また、遠距離として例えば１００ｍを想定している。
図６において、６０１は図５に示した撮影視野５０２，５０３，５０４を示し、６０２は図５に示した測距視野５１２，５１３，５１４を示している。また、６１１，６１２，６１３／６２１，６２２，６２３／６３１，６３２，６３３はそれぞれ、測距視野６０２内における直接測距ＡＦユニット２３０の３つの測距エリアＬ，Ｃ，Ｒに対応する視野（以下、これらも測距エリアＬ，Ｃ，Ｒという）を示している。
被写体距離が近距離である場合（ａ）には、パララックスによって測距視野６０２（５１２）は、撮影視野６０１（５０２）に対して右寄りに位置している。この場合、測距エリアＬ（６１１），Ｃ（６１２）が撮影視野６０１と重なっており、測距エリアＲ（６１３）は撮影視野６０１とはほとんど重なっていない。
被写体距離が中距離である場合（ｂ）には、パララックスはなく、測距視野６０２（５１３）は、撮影視野６０１（５０３）に対して偏りなく（中心が一致するように）位置している。この場合、測距エリアＬ（６２１），Ｃ（６２２），Ｒ（６２３）がすべて撮影視野６０１と重なっている。
被写体距離が近距離である場合（ａ）には、パララックスによって測距視野６０２（５１４）は、撮影視野６０１（５０４）に対して左寄りに位置している。この場合、測距エリアＲ（６３３），Ｃ（６３２）が撮影視野６０１と重なっており、測距エリアＬ（６３１）は撮影視野６０１とはほとんど重なっていない。
【００１９】
図５および図６でのパララックスに関する説明では、ズームレンズ２１１をある位置に固定してレンズユニット２０１の焦点距離、つまりは画角を固定している。ズームレンズ２１１を移動させて焦点距離（画角）を変えると、撮影視野と測距エリアとの重なり方も図５および図６に示した例に対して変化する。このため、本実施例のカメラでは、ズームレンズ２１１の位置ごと（つまりは焦点距離ごと）の撮影視野と測距エリアとの重なり方を示す情報をフラッシュメモリ２５５に保持している。
図７のフローチャートには、本実施例（および後述する実施例２）におけるＡＦ処理の手順を示している。ＡＦ処理は、主としてメインＣＰＵ２５１とフォーカス制御回路２３３とがコンピュータプログラムに従って行う。以下の説明において、メインＣＰＵ２５１とフォーカス制御回路２３３を合わせて制御部という。
ステップＳ７０１からＡＦ処理を開始すると、ステップＳ７０２では、メインＣＰＵ２５１はＡＦの状態を表すＡＦＭＯＤＥに１を代入する。
次にステップＳ７０３では、制御部は、撮像信号処理回路２４２による画像信号の生成処理、ＡＦ信号処理回路２３４によるＡＦ評価値ＦＶと合焦度ＩＦＡの生成処理およびラインセンサ２３９の出力から位相差を算出する処理を同期させて行わせる。
次にステップＳ７０４では、制御部は、ＡＦ信号処理回路２３４からのＡＦ評価値ＦＶと合焦度ＩＦＡを取得し、ラインセンサ２３９から測距エリアごとの被写体距離信号Ｐ（Ｌ），Ｐ（Ｃ），Ｐ（Ｒ）を取得する。
次にステップＳ７０５では、顔検出処理回路２３５は、撮像信号処理回路２４２から受け取った画像信号中における顔エリアの検出処理を行う。この処理では、画像信号中に人物の顔が存在するか否かの判定と、顔が存在した場合に該顔を含む顔エリアの画像中での位置と大きさの算出処理を行う。
続いて、ステップＳ７０６では、制御部は、ステップＳ７０５にて顔エリアが検出されたか否かを判定する。顔エリアが検出された場合はステップＳ７０７に進み、検出されなかった場合はステップＳ７１２に進む。
ステップＳ７０７では、制御部は、測距エリアＬ，Ｃ，Ｒのうち、検出された顔エリア（の大きさおよび位置）に対して、測距動作を行う測距エリアとして適切な測距エリアが存在するか否かを判定する。適切な測距エリアが存在する場合にはＸにその測距エリアの符号Ｌ，Ｃ又はＲを代入する。このステップでの具体的な処理については後に図１１を用いて説明する。
次にステップＳ７０８では、制御部は、ステップＳ７０７で顔エリアに対して適切な測距エリアの選択を行ったか否かを判定し、該選択を行った場合はステップＳ７０９に移行し、該選択を行っていない場合はステップＳ７１２に移行する。
ステップＳ７０９では、制御部は、顔エリアに対して選択された測距エリアを用いた直接測距ＡＦである「顔ハイスピードＡＦ」を行うか否かを示す顔ＡＦ＿ＦＬＡＧをＯＮ（行う）にセットする。
続いてステップＳ７１０では、制御部は、現在のＡＦモードが「顔ハイスピードＡＦ」を使用しないＡＦＭＯＤＥ＝２の状態であるか否かを判定する。ＡＦＭＯＤＥ＝２の状態であれば、ステップＳ７１１にてＡＦＭＯＤＥ＝１にする。ＡＦＭＯＤＥ＝２ではない場合は、「顔ハイスピードＡＦ」によるフォーカス制御途中の状態（ＡＦＭＯＤＥ＝１）か「顔ハイスピードＡＦ」によって合焦が得られた状態（ＡＦＭＯＤＥ＝３）である。この場合は、ＡＦＭＯＤＥを変更せずにステップＳ７１４に進む。以上は、画像中に顔エリアが存在し、「顔ハイスピードＡＦ」が行われる場合の処理の流れである。
ステップＳ７０６において顔エリアが存在しないと判定した場合およびステップＳ７０８にて顔エリアに対して適切な測距エリアを選択しなかった場合には、前述したようにステップＳ７１２に進む。ステップＳ７１２では、制御部は、できるだけ撮影視野の中央に位置する測距エリアを、使用する（測距動作を行う）測距エリアとして選択するよう以下の処理を行う。
図８のフローチャートは、ステップＳ７１２での具体的な処理を示している。また、図９には、撮影視野内に設定された中央エリア９０１と測距エリア９０２との重なり度合いを示すクロス率の計算方法を説明する図である。ａ（９０３）は測距エリアＣの幅であり、ｂ（９０４）は中央エリアと測距エリアＣとが重なり合っている部分の幅である。測距エリアのＣのクロス率ＣＣ（被写体距離）は次のように表される。
ＣＣ（被写体距離）＝ｂ／ａ
測距エリアＬおよび測距エリアＲのそれぞれのクロス率ＬＣ（被写体距離）およびＲＣ（被写体距離）に関しても同様に求められる。
【００２０】
図１０は、クロス率の被写体距離による変化を表したグラフである。本実施例のカメラではこのグラフに対応したパラメータを予め保持している。横軸が被写体距離であり、縦軸がクロス率である。１ｍ近辺で測距エリアＬのクロス率ＬＣが最大になり、３ｍ近辺で測距エリアＣのクロス率ＣＣが最大になり、１００ｍ近辺で測距エリアＲのクロス率ＲＣが最大になる。また、１ｍと３ｍとの間の距離Ｄ１を境にして測距エリアＬのクロス率ＬＣより測距エリアＣのクロス率ＣＣが大きくなり、３ｍと１００ｍとの間の距離Ｄ２を境に測距エリアＣのクロス率ＣＣより測距エリアＲのクロス率ＲＣの方が大きくなる。
【００２１】
図８において、ステップＳ８０１で処理を開始すると、ステップＳ８０２では、制御部は、測距エリアＣの信号Ｐ（Ｃ）に対応する被写体距離がＤ１より大きく、かつＤ２よりも小さいか否かを判定する。そうであるときはステップＳ８０５に、そうでないときはステップＳ８０３に進む。ステップＳ８０５では、制御部は、使用する測距エリアとして測距エリアＣを選択する。このように、まず測距エリアＣの信号Ｐ（Ｃ）に対応する被写体距離を確認することは、測距エリアＣを他の測距エリアよりも優先することに相当する。一般的に動画撮影の場合には、使用者が撮影対象とする主被写体は画面の中央に位置することが多いからである。
【００２２】
ステップＳ８０３では、制御部は、測距エリアＬの信号Ｐ（Ｌ）に対応する被写体距離がＤ１以下であるか否かを判定し、そうである場合はステップＳ８０６に進み、そうでない場合はステップＳ８０４に進む。ステップＳ８０６では、制御部は、使用する測距エリアとして測距エリアＬを選択する。
ステップＳ８０４では、制御部は、測距エリアＲの信号Ｐ（Ｒ）に対応する被写体距離がＤ２以下か否かを判定し、そうである場合はステップＳ８０７に進み、そうでない場合はステップＳ８０５に進む。ステップＳ８０７では、制御部は、使用する測距エリアとして測距エリアＲを選択する。ステップＳ８０５では、前述したように測距エリアＣを選択する。ここで、測距エリアＣを選択するのは、測距エリアＣを他の測距エリアよりも優先するためである。言い換えれば、本実施例においては、被写体距離３ｍ付近での撮影が優先される。
なお、図８のフローチャートでは、ステップＳ８０３において測距エリアＬの選択に関わる判定を行った後に、ステップＳ８０４において測距エリアＲの選択に関わる判定を行う場合について説明したが、この順番は逆でもよい。すなわち、ステップＳ８０３において測距エリアＲの選択に関わる判定を行った後に、ステップＳ８０４において測距エリアＬの選択に関わる判定を行ってもよい。
【００２３】
図７のフローチャートに戻り、ステップＳ７１２において測距エリアを選択した後、ステップＳ７１３において、制御部は、顔ＡＦ＿ＦＬＡＧにＯＦＦをセットする。そして、ステップＳ７１４に進む。
【００２４】
ステップＳ７１４では、制御部は、ＡＦＭＯＤＥの値を判定する。ＡＦＭＯＤＥ＝１である場合は、直接測距ＡＦを行うためにステップＳ７１５に進み、ＡＦＭＯＤＥ＝２である場合は、撮像信号ＡＦを行うためにステップＳ７２０に進む。また、ＡＦＭＯＤＥ＝３である場合は、ステップＳ７２４に進む。ＡＦＭＯＤＥ＝３は合焦状態が得られた状態を示し、ステップＳ７２４ではＡＦ評価値ＦＶに変化がないかどうかを監視して、変化があった場合にはＡＦＭＯＤＥ＝１又はＡＦＭＯＤＥ＝２を設定して直接測距ＡＦ又は撮像信号ＡＦを再度行う。
【００２５】
カメラの起動直後はＡＦＭＯＤＥ＝１であるので、ステップＳ７１４からステップＳ７１５に進む。ステップＳ７１５では、制御部は、ステップＳ７０７又はステップＳ７１２において選択した測距エリアからの信号Ｐ（Ｘ）と現在のフォーカスレンズ２３１の位置とに基づいて、フォーカスレンズ２３１の駆動方向と駆動速度を決定する。具体的には、フォーカスレンズ２３１の位置が信号Ｐ（Ｘ）に対応する合焦点に近づくように駆動方向を決定し、これらの位置間の距離が遠い場合は高速で、近い場合は低速になるように駆動速度を決定する。
次にステップ７１６では、制御部は、フォーカスレンズ２３１の位置が合焦点に一致しているか否か、すなわち合焦状態が得られているか否かを判定する。合焦状態が得られている場合はステップＳ７１７に進み、顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＮになっているか否かを判定する。顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＮである場合は、ステップＳ７１８に進んでＡＦＭＯＤＥ＝３を設定する。また、顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＦＦである場合は、ステップＳ７１９に進んでＡＦＭＯＤＥ＝２を設定する。これは、本実施例においては、顔ハイスピードＡＦを行わない通常ＡＦモードであれば、直接測距ＡＦによって合焦状態が得られた後に撮像信号ＡＦを行うが、顔ハイスピードＡＦを行う場合は常に顔エリアに対して直接測距ＡＦを行うためである。
ステップＳ７１６にて合焦状態が得られていないと判定した場合は、ステップＳ７３０に進み、制御部は、ステップＳ７１５で決定した駆動方向と駆動速度に応じてフォーカスモータ２３２を駆動する。
また、ステップＳ７１８又はステップＳ７１９の処理を経てステップＳ７３０に進んだ場合は、制御部は、フォーカスモータ２３２を停止させる。
ステップＳ７３０からはステップＳ７０３に戻る。以後、撮像素子２４１の読み出し周期に同期してステップＳ７０３からの処理を繰り返す。
ステップＳ７２０では、制御部は、ステップＳ７０４にて取得したＡＦ評価値ＦＶが、前回のルーチンで取得し保持したＡＦ評価値ＦＶに対して増加しているか減少しているかを判定する。ＡＦ評価値ＦＶが増加している場合はステップＳ７３０に進んでフォーカスモータ２３２を所定速度で駆動する。ＡＦ評価値ＦＶが減少している場合はステップＳ７２１に進む。
ステップＳ７２１では、制御部は、フォーカスレンズ２３１の駆動方向を逆転させる。その後、ステップＳ７２２で、ＡＦ評価値ＦＶがピーク（最大値）を通過した後に減少に転じたか否かを判定する。ピークを通過していない場合はステップＳ７３０に進んでフォーカスモータ２３２を所定速度で駆動する。ピークを通過した場合はステップＳ７２３に進み、ＡＦＭＯＤＥ＝３を設定する。そして、ステップＳ７３０に進み、フォーカスモータ２３２を停止させる。ステップＳ７３０からはステップＳ７０３に戻る。
ステップＳ７２４では、制御部は、フォーカスレンズ２３１をＡＦ評価値ＦＶがピークとなる合焦点に戻すようにフォーカスモータ２３２を駆動し、その後、停止させる。
次にステップＳ７２５では、制御部は、最新のＡＦ評価値ＦＶが合焦点でのＡＦ評価値ＦＶに対して変化したか否かを判定する。また同時に、最新の信号Ｐ（Ｘ）の値が変化したか否かも判定する。これらが変化していない場合はステップＳ７３０へ進み、フォーカスモータ２３２を停止させた（合焦状態を維持した）ままとしてステップＳ７０３に戻る。一方、これらが変化した場合は、ステップＳ７２６に進む。ステップＳ７２６では、制御部は、合焦度ＩＦＡがしきい値ＩＦＡｔｈよりも小さいか否か（つまりは大ぼけ状態か小ぼけ状態か）を判定する。合焦度ＩＦＡがしきい値ＩＦＡｔｈよりも小さい場合は、大ぼけ状態であるので、ステップＳ７２７に進み、ＡＦＭＯＤＥ＝１を設定してステップＳ７３０に進む。これにより、直接測距ＡＦが再起動される。
また、合焦度ＩＦＡがしきい値ＩＦＡｔｈ以上である場合は、小ぼけ状態であるので、ステップＳ７２８に進み、顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＮか否かを判定する。顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＮであるときはステップ７２７に進み、ＯＦＦであるときはステップＳ７２９に進む。
ステップＳ７２９では、制御部は、ＡＦＭＯＤＥ＝２を設定してステップＳ７３０に進む。このときは、撮像信号ＡＦが再起動される。ステップＳ７３０からはステップＳ７０３に戻る。
次に、ステップＳ７０７にて行われる測距エリアの選択処理について、図１１のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
ステップＳ１１０１で選択処理が開始されると、まずステップＳ１１０２において、制御部は、顔検出処理回路２３５により検出された顔エリアの位置（以下、顔位置という）を取得する。
次にステップＳ１１０３では、制御部は、顔検出処理回路２３５により検出された顔エリアの大きさを取得する。そして、取得した顔エリアの大きさと現在のレンズユニット２０１の焦点距離に関する情報とに基づいてカメラから顔エリアに含まれる顔（を有する人物）までの距離情報（以下、顔距離という）を生成する。ここにいう焦点距離に関する情報は、焦点距離そのものであってもよいし、ズームレンズ２１１の位置であってもよい。
レンズユニット２０１の焦点距離によって決まる撮影視野（画角）に対する顔エリアの大きさと顔距離との関係を示すプロファイルデータは、メインＣＰＵ２５１の内部メモリ等の記憶部に予め保持されている。このため、該プロファイルデータから撮影視野に対する顔エリアの大きさに対応するデータを読み出すことで、顔距離を生成することができる。なお、焦点距離に関する情報と顔エリアの大きさとを変数とする関数式等の演算式を用いて、顔距離を算出してもよい。
続いてステップＳ１１０４では、制御部は、ステップＳ１１０３で算出した顔距離の位置に存在する顔に対して、直接測距ＡＦユニット２３０の測距エリアがどのような配置になっているかを算出する。これは図１２に示すように、撮影視野内の同じ位置に顔が存在する場合でも、被写体距離が近距離（１ｍ）、中距離（３ｍ）および遠距離（１００ｍ）のときに該顔と重なる測距視野を持つ測距エリアが異なるためである。
図１３には、被写体距離が近距離（１ｍ）であるとき（ａ）と中距離（３ｍ）であるとき（ｂ）の撮影の様子を示している。図１４には、被写体距離が近距離であるとき（ａ）と中距離（３ｍ）であるとき（ｂ）の撮影視野を示している。図１４において、１４０２，１４０３はそれぞれ顔エリアを示す枠であり、この枠の大きさが顔エリアの大きさに相当する。
図１４の（ａ）に示す撮影視野１４０１に対する顔エリア１４０２の大きさが得られた場合は、顔距離は１ｍとされる。同様に、図１４の（ｂ）に示す撮影視野１４０１に対する顔エリア１４０３の大きさが得られた場合は、顔距離は３ｍとされる。
そして、ステップＳ１１０５では、制御部は、顔距離と顔位置とに応じて、３つの測距エリアＬ，Ｃ，Ｒのうち該顔エリアに対する重なり度合いが最も高い測距エリアを選択する。例えば、顔距離が１ｍのときの顔エリア１４０２の位置に対しては、図１５の（ａ）に示すように測距エリアＣを選択する。また、顔距離が３ｍのときの顔エリア１４０３の位置に対しては、図１５の（ｂ）に示すように測距エリアＲを選択する。このような顔距離と顔位置に対して選択すべき測距エリアのデータは、メインＣＰＵ２５１の内部メモリ等の記憶部に予め保持されている。
こうして測距エリアの選択が終了すると、ステップＳ１１０６では、制御部は、選択した測距エリアの符号（Ｌ，Ｃ又はＲ）をＸに代入する。
なお、ステップＳ１１０５において測距エリアを選択するために必要な顔エリアとの重なり度合いが所定のしきい値に満たない場合は、本処理（ステップＳ７０７）での測距エリアの選択を行わずに、図７におけるステップＳ７０８を介してステップＳ７１２に進む。
【００２７】
本実施例によれば、生成された画像中に顔エリアが存在する場合に、該顔エリアに対して適切な直接測距ＡＦ用の測距エリアを選択することができ、該顔エリアに含まれる顔に対して高速かつ高精度に直接測距ＡＦによるピント合わせを行うことができる。
【実施例２】
【００２８】
図１６のフローチャートには、本発明の実施例２における測距エリアの選択処理の手順を示している。この処理は、図７のステップＳ７０７にて、図１１に示した選択処理に代えて行われる。
【００２９】
ステップＳ１６０１で処理を開始すると、ステップＳ１６０２では、制御部は、画像中に含まれる顔が撮像面内方向（撮像素子２４１の受光面に平行な方向）又は光軸方向（該受光面に垂直な方向）に移動したか否かを判定する。これは、前回検出した顔エリアの位置および大きさと今回検出した顔エリアの位置および大きさとをそれぞれ比較することで判定できる。
具体的には、顔エリアの位置が上下左右に変化した場合は、図１７に示すように、顔が撮像面内方向にカメラに対する距離を保ちつつ移動したと判定できる。また、顔エリアの大きさが大きくなった場合は、図１９に示すように、顔が光軸方向においてカメラに近づく側に移動したと判定できる。さらに、顔エリアの大きさが小さくなった場合は顔が光軸方向においてカメラから遠ざかる側に移動したと判定できる。顔が移動したと判定した場合は、ステップＳ１６０３に進む。
一方、顔が移動していないと判定した場合は、ステップＳ１６０９〜ステップＳ１６１２に進む。これらのステップで行われる処理は、実施例１の図１１に示したステップＳ１１０２〜Ｓ１１０５での処理と同じである。ステップＳ１６１２からステップＳ１６１３に進む。
ステップＳ１６０３では、制御部は、顔の撮像面内方向への移動量を算出する。図１８の（ａ）には、撮影視野内で顔（顔エリア）が１８０１から１８０２に移動した場合を示している。ステップＳ１６０３では、該顔エリア１８０１と顔エリア１８０２との間の距離を、顔の撮像面内方向への移動量として算出する。この場合、図１８の（ｂ）に示すように、適切な測距エリアは、顔の移動の前後で測距エリアＣから測距エリアＲに変化する。
次に、ステップＳ１６０４では、制御部は、顔の光軸方向への移動量を算出する。図２０には、顔がカメラに近づく方向（中距離（３ｍ）から近距離（１ｍ））に移動して、（ａ）に示す顔エリア２００１が（ｂ）に示す顔エリア２００２に拡大した場合を示している。ステップＳ１６０４では、顔エリア２００１に対応する顔距離と顔エリア２００２に対応する顔距離との差を、顔の光軸方向への移動量として算出する。顔距離は、直接測距ＡＦユニット２３０による測距動作によって求めてもよいし、撮影視野に対する顔エリアの大きさと顔距離との関係を示すプロファイルデータから求めてもよい。
移動前の顔が撮影視野の中央に位置する場合に適切な測距エリアは、図２１の（ａ）に示すように測距エリアＣである。一方、顔がカメラに近づく方向に移動した後の適切な測距エリアは図２１の（ｂ）に示すように、測距エリアＬである。このように、撮影視野内での顔の位置は変化していないのにもかかわらず、顔距離が変化したことに応じて使用する測距エリアを変更する必要が生じる。
このようにステップＳ１６０３およびステップＳ１６０４で顔の移動量を算出した後、制御部はステップＳ１６０５に進む。
【００３０】
ステップＳ１６０５では、制御部は、次に直接測距ＡＦを行うタイミングでの顔の位置（予測移動位置）を予測する。そして、該予測移動位置に移動した顔に対して適切な測距エリア（次期測距エリア）を選択する。このとき、図１７〜図２１にて説明した顔の移動から、顔の３次元的な移動速度を算出して次に直接測距ＡＦを行うタイミングでの顔の位置を予測するとともに、次期測距エリアの選択を行う。
【００３１】
次に、ステップＳ１６０６では、制御部は、ステップ１６０５で選択した次期測距エリアと現在選択されている測距エリアとが同じか否かを判定する。同じである場合はステップＳ１６０７に進み、測距エリアの変更をせずにステップＳ１６１３に進む。一方、同じでない場合はステップＳ１６０８に進む。
ステップＳ１６０８では、制御部は、使用する測距エリアをステップＳ１６０５で算出した次期測距エリアに切り換える。そして、ステップ１６１３に進む。
ステップＳ１６１３では、本選択処理を終了して図７のフローチャートのステップＳ７０８に移行する。
【００３２】
本実施例によれば、移動している顔に対して適切な測距エリアを順次選択し、該顔に対して高速かつ高精度に直接測距ＡＦによるピント合わせを行うことができる。
以上説明した実施例では、顔に対して直接測距ＡＦを行う構成としたが、顔が移動する場合のみ該顔に対して直接測距ＡＦを行うことで高速なＡＦ追従を可能とし、顔の移動がない場合は該顔に対して撮像信号ＡＦを行う構成としてもよい。
【００３３】
また、上記実施例では、１つの顔に対して１つの測距エリアを割り当てる場合について説明したが、複数の測距エリアを割り当てるようにしてもよい。画角によっては、図２２に示すように、顔エリア２２０１に対して直接測距ＡＦの測距視野２２０２が配置される場合がある。この場合、顔エリア２２０１に対して測距視野２２０２のうち測距エリアＣ，Ｒを使用した方が精度の良い測距が可能となる。
【００３４】
また、上記実施例では、直接測距ＡＦの測距エリアをＬ，Ｃ，Ｒの３つに分割して別々に使用する場合について説明した。しかし、測距エリアＬ，Ｃ，Ｒのそれぞれに複数含まれる画素（光電変換素子）を任意に組み合わせて、Ｌ，Ｃ，Ｒ以外の測距エリアを形成するようにしてもよい。
図２３には、測距エリアＬ，Ｃ，Ｒに分割されたラインセンサ２３０１を示している。各測距エリアには、４０個の画素が含まれている。このラインセンサ２３０１上における図２４に示す位置に顔エリア２４０１が重なる場合、測距エリアＣに含まれる画素の一部と測距エリアＲに含まれる画素の一部とを組み合わせて測距エリアを形成すればよい。これにより、より精度の高い測距が可能となる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
高速かつ高精度に特定被写体にピントを合わせることが可能な外測タイプの撮像装置を提供できる。
【符号の説明】
【００３６】
２０１ レンズユニット
２３０ 直接測距ＡＦユニット
２３３ フォーカス制御回路
２３５ 顔検出処理回路
２４１ 撮像素子
２５１ メインＣＰＵ
Ｌ，Ｃ，Ｒ 測距エリア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影光学系の外部に測距センサを有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置に搭載されるオートフォーカス機能には、撮影光学系により形成された被写体像の位相差を検出したり、該被写体像の光電変換により生成された画像の高周波成分を検出したりして、撮影光学系の焦点状態を検出するものがある。また、このような撮影光学系を介する内測タイプではなく、撮影光学系を介さずに、撮影光学系の外部に設けられた測距センサ（以下、外部測距センサという）を用いて被写体距離を測定する外測タイプもある。
外測タイプにおいては、撮影光学系の視野と外部測距センサの視野とに視差（パララックス）が生じる。このパララックスにより、撮影光学系の視野内で指定された測距エリアと、外部測距センサによって測距動作が行われる測距エリアとがずれてしまい、正確な被写体距離を測定することができないおそれがある。
この問題に対して、特許文献１には、撮影光学系の視野内での測距エリアと外測測距センサによる測距エリアとを一致させるようにした撮像装置が開示されている。
また、特許文献２には、画像中から人物の顔を画像処理によって検出する顔検出機能を有する撮像装置が開示されている。この撮像装置では、画像中において検出された顔の大きさから撮像装置から被写体である人物までの距離を推定することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６８０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３９２６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、撮影光学系の視野と外部測距センサの視野とのパララックスは、被写体距離や撮影光学系の焦点距離によって変化する。このため、顔検出機能を有する外測タイプの撮像装置において顔に対して高速かつ高精度にピントを合わせるには、被写体距離や焦点距離によるパララックスの変化を考慮する必要がある。
【０００５】
本発明は、被写体距離やズーム状態にかかわらず高速かつ高精度に顔等の特定被写体にピントを合わせることができるようにした外測タイプの撮像装置および測距方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての撮像装置は、撮影光学系を通して形成された被写体像を光電変換して画像を生成する。該撮像装置は、撮影光学系を通さずに、複数の測距エリアのそれぞれにおいて測距動作が可能な測距手段と、画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出する被写体検出手段と、測距動作により得られた情報に基づいて撮影光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有する。制御手段は、画像中における特定被写体領域の大きさと撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から特定被写体までの距離情報を生成し、該特定被写体までの距離情報と画像中における特定被写体領域の位置とに応じて、複数の測距エリアのうち特定被写体に対する測距動作を行う測距エリアを選択することを特徴とする。
また、本発明の他の一側面としての測距方法は、撮影光学系を通して形成された被写体像を光電変換して画像を生成する撮像装置であり、撮影光学系を通さずに、複数の測距エリアのそれぞれにおいて測距動作が可能であるとともに、該測距動作により得られた情報に基づいて撮影光学系のフォーカス制御を行う撮像装置に適用される。該測距方法は、画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出するステップと、画像中における特定被写体領域の大きさと撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から特定被写体までの距離情報を生成するステップと、該特定被写体までの距離情報と画像中における特定被写体領域の位置とに応じて、複数の測距エリアのうち特定被写体に対する測距動作を行う測距エリアを選択するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、外測タイプの撮像装置において、被写体距離や撮影光学系のズーム状態にかかわらず高速かつ高精度に特定被写体にピントを合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例である撮像装置におけるＡＦ方法の概念を示す図。
【図２】実施例の撮像装置のシステム構成を示すブロック図。
【図３】実施例の撮像装置に搭載された外部測距センサの構成を示す図。
【図４】実施例の撮像装置に搭載された外部測距センサの配置を説明する図。
【図５】実施例の撮像装置における撮影光学系の視野と外部測距センサの視野とのパララックスを説明する図。
【図６】実施例の撮像装置における被写体距離ごとのパララックスを説明する図。
【図７】実施例の撮像装置におけるＡＦ動作を説明するフローチャート。
【図８】実施例の撮像装置における顔検出がなされないときの測距方法を説明するフローチャート。
【図９】実施例の撮像装置における外部測距エリアと撮影画面の中央エリアとの重なりを説明する図。
【図１０】実施例の撮像装置におけるクロス率の被写体距離に応じた変化を説明するグラフ。
【図１１】本発明の実施例１における測距方法を説明するフローチャート。
【図１２】実施例１における被写体距離ごとの顔と外部測距エリアとの重なりを示す図。
【図１３】人物とカメラとの間の距離を示す図。
【図１４】被写体距離ごとの顔の映り方を示す図。
【図１５】実施例１における被写体距離ごとの顔エリアと外部測距エリアとの重なり方を示す図。
【図１６】本発明の実施例２を説明するフローチャート
【図１７】実施例２における顔の撮像面内方向での移動を示す図。
【図１８】実施例２における顔の撮像面内方向での移動と外部測距エリアとの関係を示す図。
【図１９】実施例２における顔の光軸方向での移動を示す図。
【図２０】実施例２における顔の光軸方向での移動を撮影画面上で示した図。
【図２１】実施例２における顔の光軸方向での移動と外部測距エリアとの関係を示す図
【図２２】実施例３において、外部測距エリアを複数同時に選択する場合の説明図。
【図２３】実施例における外部測距センサの構造を示す図。
【図２４】実施例における外部測距センサ内で外部測距エリアを新たに追加する場合の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の具体的な実施例１，２の説明に先立って、該実施例１，２に共通する事項について説明する。
図１には、実施例におけるＡＦ（オートフォーカス）方法を概念的に示している。ステップＳ１０１では、直接測距ＡＦユニットによる測距動作（外測測距：以下、直接測距という）が行われる。直接測距ＡＦユニットは、後述する外部測距センサを用いて被写体距離に関する情報を取得する測距動作を行う。外部測距センサは、複数の測距エリアを有し、測距エリアごとに測距動作が可能である。また、直接測距ＡＦユニットは、実施例のカメラ（撮像装置）の撮影光学系の外部に設けられ、該撮影光学系を通さずに測距動作を行う。
被写体距離に関する情報は、被写体距離そのものであってもよいし、被写体距離に対応する他の情報（例えば、外部測距センサ上に形成される２像の位相差）であってもよい。直接測距ＡＦユニットは、被写体距離に関する情報を示す信号Ｐ（Ｘ）（Ｘは測距エリアの番号）を出力する。この直接測距により得られた信号Ｐ（Ｘ）を用いたＡＦを直接測距ＡＦという。
ステップＳ１０２では、カメラに設けられた撮像素子を用いて生成された画像信号（画像又は画像データ）から、被写体である人物の顔（特定被写体）を含む画像部分（特定被写体領域：以下、顔エリアという）を検出し、その検出データ信号を出力する。
ステップＳ１０９では、Ｐ（Ｘ）と顔エリアに関する情報（大きさと位置）に基づいて、外部測距センサに設けられた複数の測距エリアの中から１つ又は２以上の測距エリアを選択し、所定の信号Ｐ（Ｘ）をスイッチ（Ｓ１０７）に出力する。
また、ステップＳ１０９では、顔エリアに対して有効な測距エリアを選択可能かどうかの情報をＡＦ方式選択ステップ（Ｓ１０６）に送る。
ステップＳ１０３では、撮像信号ＡＦ（ＴＶ−ＡＦ又はコントラストＡＦともいう）を行うために、画像信号の高周波成分からＡＦ評価値ＦＶを生成して出力する。ステップＳ１０４では、ＡＦ評価値ＦＶを用いた、いわゆる山登り動作による、撮影光学系に含まれるフォーカスレンズの合焦位置（合焦点）の探索を行う。ステップＳ１０３に含まれるステップＳ１０５では、どのくらい合焦点に近づいているかを示す指標となる合焦度ＩＦＡを検出し、ＡＦ方式選択ステップ（Ｓ１０６）に送る。
ステップＳ１０６では、合焦度の情報と顔エリアの選択が可能か否かの情報とに応じて、直接測距ＡＦと撮像信号ＡＦのうち一方を使用するＡＦ方式として選択するようにスイッチ（Ｓ１０７）を切り換える。ステップＳ１０８では、選択されたＡＦ方式で得られた結果に応じてフォーカスレンズを駆動し、合焦対象である被写体にピントを合わせる。
【実施例１】
【００１０】
図２には、本発明の実施例１であるビデオカメラやデジタルカメラ等のカメラ（撮像装置）の構成を示している。このカメラの構成は、後述する実施例２と共通である。
カメラ内の各ユニットは、バス２６０を介して相互に接続されており、各ユニットはメインＣＰＵ２５１によって制御される。
【００１１】
撮影光学系としてのレンズユニット２０１は、被写体側から像面側に順に、固定の前玉レンズ２０２、ズームレンズ２１１、絞り２０３、固定の第３レンズ２２１およびフォーカスレンズ２３１を含む。被写体からの光はレンズユニット２０１を通して撮像素子２４１上に結像する。撮像素子２４１は被写体像を光電変換して電気信号を出力する。
ズーム制御部２１３は、メインＣＰＵ２５１の指示に従ってズームモータ２１２を駆動する。これにより、ズームレンズ２１１が光軸方向に移動し、レンズユニット２０１の焦点距離（ズーム状態）が変更される。
【００１２】
撮像素子２４１の電荷蓄積動作や信号出力動作は、撮像部制御回路２４３によって制御される。撮像素子２４１からの出力信号に対して撮像信号処理回路２４２にて各種処理がなされることで、画像信号が生成される。画像信号ＴＶＳはＡＦ信号処理回路２３４および顔検出処理回路（被写体検出手段）２３５へと入力される。ＡＦ信号処理回路２３４では、前述したＡＦ評価値ＦＶと合焦度ＩＦＡを生成し、フォーカス制御回路２３３に出力する。顔検出処理回路２３５は、画像信号中（つまりは画像中）から顔エリアを探索し、顔エリアを検出した場合には該画像中における顔エリアの大きさと位置を示す情報を、フォーカス制御回路２３３に出力する。
【００１３】
一方、レンズユニット２０１の外部に設けられた直接測距ＡＦユニット（測距手段）２３０は、被写体距離に関する情報である信号Ｐ（Ｘ）を算出してフォーカス制御回路２３３に出力する。信号Ｐ（Ｘ）の算出は、直接測距ＡＦ用の瞳分割光学系２３８を通して位相差センサ２３９上に結像された一対の被写体像（以下、２像という）を位相差センサ２３９で光電変換することで得られる該２像の位相差量の検出結果に基づいて行われる。
フォーカス制御回路２３３は、使用するＡＦ方式として直接測距ＡＦが選択された場合には信号Ｐ（Ｘ）に基づいて、撮像信号ＡＦが選択された場合にはＡＦ評価値ＦＶに基づいてそれぞれＡＦ処理を行う。具体的には、信号Ｐ（Ｘ）に応じた光軸方向位置又はＡＦ評価値ＦＶが最大となる光軸方向位置にフォーカスレンズ２３１を移動させるようにフォーカスモータ２３２を制御する。また、いずれのＡＦ方式を使用する場合でも、顔エリアの大きさと位置を示す情報に基づいて、信号Ｐ（Ｘ）又はＡＦ評価値ＦＶを得るための測距エリアの選択が可能である。フォーカス制御回路２３３とメインＣＰＵ２５１により制御手段が構成される。
【００１４】
撮像信号処理回路２４２で生成され、撮像部制御回路２４３を通じてバス２６０に出力された画像信号は、ＲＡＭ２５４に一時的に蓄積される。ＲＡＭ２５４から読み出された画像信号は、画像圧縮解凍回路２５３にて圧縮処理され、画像記録用メディア２５７に記録される。また、ＲＡＭ２５４から読み出された画像信号は、画像処理回路２５２にて適切なサイズに縮小／拡大される。適切なサイズに処理された画像信号は、モニタディスプレイ２５０に表示される。これにより、使用者は撮影前の被写体の様子や撮影された画像を観察することができる。
【００１５】
操作スイッチ２５６は、使用者が各種指示を入力するために操作する。電源バッテリ２５９は、電源管理回路２５８によって管理され、カメラ全体に安定的に電源供給を行う。
【００１６】
カメラが起動すると、フラッシュメモリ２５５に格納されていたコンピュータプログラムがＲＡＭ２５４の一部にロードされる。メインＣＰＵ２５１は、ＲＡＭ２５４にロードされたコンピュータプログラムに従ってＡＦ処理を含む各種動作を行う。
【００１７】
図３を用いて、レンズユニット２０１の外部に設けられた直接測距ＡＦユニット２３０の構成と測距原理について説明する。図３には、直接測距ＡＦユニット２３０の上面、正面および側面を示している。
３０１は人物等の被写体であり、３０４および３０５はそれぞれ、光電変換素子が一列に並べられて構成されたラインセンサ２３９上の左センサ部および右センサ部である。以下の説明では、左センサ部３０４および右センサ部３０５をそれぞれ、左ラインセンサ３０４および右ラインセンサ３０５という。
被写体３０１からの光は、ＡＦレンズ２３８に形成された左レンズ部３０２および右レンズ部３０３を通って左ラインセンサ３０４および右ラインセンサ３０５上に被写体像（２像）を形成する。カメラから被写体３０１までの距離、より厳密にはＡＦレンズ２３８（３０２，３０３）、左ラインセンサ３０４および右ラインセンサ３０５によって構成される直接測距ＡＦユニット２３０から被写体３０１までの距離（被写体距離）ｌは、以下のように表される。
左レンズ部３０２および右レンズ部３０３間の基線長をＢとし、ＡＦレンズ２３８の焦点距離をｆとし、右ラインセンサ３０５により検出される被写体像を基準とした左ラインセンサ３０４により検出される被写体像の位相差をｎとする。このとき、
ｌ＝Ｂ×ｆ／ｎ
である。そして、フォーカスレンズ２３１の合焦点は、被写体距離ｌ又は位相差ｎの関数として表される信号Ｐ（Ｘ）により算出される。
【００１８】
本実施例では、左右のラインセンサ３０４，３０５はそれぞれ、複数（３つ）の測距エリア（左側からＬ，Ｃ，Ｒで示す）に分割されている。そして、測距エリアごとに信号Ｐ（Ｘ）（ＸはＬ，Ｃ，Ｒのいずれか）が出力されてフォーカス制御回路２３３に入力される。
図４には、直接測距ＡＦユニット２３０とレンズユニット２０１のレイアウトをカメラの正面から見て示している。正面視において、レンズユニット２０１の左側外部に直接測距ＡＦユニット２３０が設置されている。なお、このレイアウトは例に過ぎず、レンズユニット２０１の右側外部や斜め上外部又は斜め下外部に設置してもよい。
直接測距ＡＦユニット２３０を図４のように設置すると、直接測距ＡＦユニット２３０の視野とレンズユニット２０１の視野との間に視差（パララックス）が発生し、該パララックスは被写体距離に応じて変化する。図５には被写体距離に応じた直接測距ＡＦユニット２３０の視野とレンズユニット２０１の視野を示している。また、図６には、被写体距離とパララックスとの関係を示している。
図５において、５０１は撮像素子２４１の物理位置を示している。５１１は直接測距ＡＦユニット２３０のラインセンサ２３９の物理位置を示している。撮像素子２４１とラインセンサ２３９上に被写体像が形成される被写体までの距離が近距離、中距離および遠距離である場合のレンズユニット２０１の視野（以下、撮影視野という）はそれぞれ、５０２，５０３，５０４である。つまり、撮影視野５０２，５０３，５０４内の被写体の像が撮像素子２４１上に形成される。また、近距離、中距離および遠距離での直接測距ＡＦユニット２３０の視野（以下、測距視野という）はそれぞれ、５１２，５１３，５１４である。つまり、測距視野５１２，５１３，５１４内の被写体の２像がラインセンサ２３９上に形成される。本実施例では、近距離として例えば１ｍを想定し、中距離として例えば３ｍを想定している。また、遠距離として例えば１００ｍを想定している。
図６において、６０１は図５に示した撮影視野５０２，５０３，５０４を示し、６０２は図５に示した測距視野５１２，５１３，５１４を示している。また、６１１，６１２，６１３／６２１，６２２，６２３／６３１，６３２，６３３はそれぞれ、測距視野６０２内における直接測距ＡＦユニット２３０の３つの測距エリアＬ，Ｃ，Ｒに対応する視野（以下、これらも測距エリアＬ，Ｃ，Ｒという）を示している。
被写体距離が近距離である場合（ａ）には、パララックスによって測距視野６０２（５１２）は、撮影視野６０１（５０２）に対して右寄りに位置している。この場合、測距エリアＬ（６１１），Ｃ（６１２）が撮影視野６０１と重なっており、測距エリアＲ（６１３）は撮影視野６０１とはほとんど重なっていない。
被写体距離が中距離である場合（ｂ）には、パララックスはなく、測距視野６０２（５１３）は、撮影視野６０１（５０３）に対して偏りなく（中心が一致するように）位置している。この場合、測距エリアＬ（６２１），Ｃ（６２２），Ｒ（６２３）がすべて撮影視野６０１と重なっている。
被写体距離が近距離である場合（ａ）には、パララックスによって測距視野６０２（５１４）は、撮影視野６０１（５０４）に対して左寄りに位置している。この場合、測距エリアＲ（６３３），Ｃ（６３２）が撮影視野６０１と重なっており、測距エリアＬ（６３１）は撮影視野６０１とはほとんど重なっていない。
【００１９】
図５および図６でのパララックスに関する説明では、ズームレンズ２１１をある位置に固定してレンズユニット２０１の焦点距離、つまりは画角を固定している。ズームレンズ２１１を移動させて焦点距離（画角）を変えると、撮影視野と測距エリアとの重なり方も図５および図６に示した例に対して変化する。このため、本実施例のカメラでは、ズームレンズ２１１の位置ごと（つまりは焦点距離ごと）の撮影視野と測距エリアとの重なり方を示す情報をフラッシュメモリ２５５に保持している。
図７のフローチャートには、本実施例（および後述する実施例２）におけるＡＦ処理の手順を示している。ＡＦ処理は、主としてメインＣＰＵ２５１とフォーカス制御回路２３３とがコンピュータプログラムに従って行う。以下の説明において、メインＣＰＵ２５１とフォーカス制御回路２３３を合わせて制御部という。
ステップＳ７０１からＡＦ処理を開始すると、ステップＳ７０２では、メインＣＰＵ２５１はＡＦの状態を表すＡＦＭＯＤＥに１を代入する。
次にステップＳ７０３では、制御部は、撮像信号処理回路２４２による画像信号の生成処理、ＡＦ信号処理回路２３４によるＡＦ評価値ＦＶと合焦度ＩＦＡの生成処理およびラインセンサ２３９の出力から位相差を算出する処理を同期させて行わせる。
次にステップＳ７０４では、制御部は、ＡＦ信号処理回路２３４からのＡＦ評価値ＦＶと合焦度ＩＦＡを取得し、ラインセンサ２３９から測距エリアごとの被写体距離信号Ｐ（Ｌ），Ｐ（Ｃ），Ｐ（Ｒ）を取得する。
次にステップＳ７０５では、顔検出処理回路２３５は、撮像信号処理回路２４２から受け取った画像信号中における顔エリアの検出処理を行う。この処理では、画像信号中に人物の顔が存在するか否かの判定と、顔が存在した場合に該顔を含む顔エリアの画像中での位置と大きさの算出処理を行う。
続いて、ステップＳ７０６では、制御部は、ステップＳ７０５にて顔エリアが検出されたか否かを判定する。顔エリアが検出された場合はステップＳ７０７に進み、検出されなかった場合はステップＳ７１２に進む。
ステップＳ７０７では、制御部は、測距エリアＬ，Ｃ，Ｒのうち、検出された顔エリア（の大きさおよび位置）に対して、測距動作を行う測距エリアとして適切な測距エリアが存在するか否かを判定する。適切な測距エリアが存在する場合にはＸにその測距エリアの符号Ｌ，Ｃ又はＲを代入する。このステップでの具体的な処理については後に図１１を用いて説明する。
次にステップＳ７０８では、制御部は、ステップＳ７０７で顔エリアに対して適切な測距エリアの選択を行ったか否かを判定し、該選択を行った場合はステップＳ７０９に移行し、該選択を行っていない場合はステップＳ７１２に移行する。
ステップＳ７０９では、制御部は、顔エリアに対して選択された測距エリアを用いた直接測距ＡＦである「顔ハイスピードＡＦ」を行うか否かを示す顔ＡＦ＿ＦＬＡＧをＯＮ（行う）にセットする。
続いてステップＳ７１０では、制御部は、現在のＡＦモードが「顔ハイスピードＡＦ」を使用しないＡＦＭＯＤＥ＝２の状態であるか否かを判定する。ＡＦＭＯＤＥ＝２の状態であれば、ステップＳ７１１にてＡＦＭＯＤＥ＝１にする。ＡＦＭＯＤＥ＝２ではない場合は、「顔ハイスピードＡＦ」によるフォーカス制御途中の状態（ＡＦＭＯＤＥ＝１）か「顔ハイスピードＡＦ」によって合焦が得られた状態（ＡＦＭＯＤＥ＝３）である。この場合は、ＡＦＭＯＤＥを変更せずにステップＳ７１４に進む。以上は、画像中に顔エリアが存在し、「顔ハイスピードＡＦ」が行われる場合の処理の流れである。
ステップＳ７０６において顔エリアが存在しないと判定した場合およびステップＳ７０８にて顔エリアに対して適切な測距エリアを選択しなかった場合には、前述したようにステップＳ７１２に進む。ステップＳ７１２では、制御部は、できるだけ撮影視野の中央に位置する測距エリアを、使用する（測距動作を行う）測距エリアとして選択するよう以下の処理を行う。
図８のフローチャートは、ステップＳ７１２での具体的な処理を示している。また、図９には、撮影視野内に設定された中央エリア９０１と測距エリア９０２との重なり度合いを示すクロス率の計算方法を説明する図である。ａ（９０３）は測距エリアＣの幅であり、ｂ（９０４）は中央エリアと測距エリアＣとが重なり合っている部分の幅である。測距エリアのＣのクロス率ＣＣ（被写体距離）は次のように表される。
ＣＣ（被写体距離）＝ｂ／ａ
測距エリアＬおよび測距エリアＲのそれぞれのクロス率ＬＣ（被写体距離）およびＲＣ（被写体距離）に関しても同様に求められる。
【００２０】
図１０は、クロス率の被写体距離による変化を表したグラフである。本実施例のカメラではこのグラフに対応したパラメータを予め保持している。横軸が被写体距離であり、縦軸がクロス率である。１ｍ近辺で測距エリアＬのクロス率ＬＣが最大になり、３ｍ近辺で測距エリアＣのクロス率ＣＣが最大になり、１００ｍ近辺で測距エリアＲのクロス率ＲＣが最大になる。また、１ｍと３ｍとの間の距離Ｄ１を境にして測距エリアＬのクロス率ＬＣより測距エリアＣのクロス率ＣＣが大きくなり、３ｍと１００ｍとの間の距離Ｄ２を境に測距エリアＣのクロス率ＣＣより測距エリアＲのクロス率ＲＣの方が大きくなる。
【００２１】
図８において、ステップＳ８０１で処理を開始すると、ステップＳ８０２では、制御部は、測距エリアＣの信号Ｐ（Ｃ）に対応する被写体距離がＤ１より大きく、かつＤ２よりも小さいか否かを判定する。そうであるときはステップＳ８０５に、そうでないときはステップＳ８０３に進む。ステップＳ８０５では、制御部は、使用する測距エリアとして測距エリアＣを選択する。このように、まず測距エリアＣの信号Ｐ（Ｃ）に対応する被写体距離を確認することは、測距エリアＣを他の測距エリアよりも優先することに相当する。一般的に動画撮影の場合には、使用者が撮影対象とする主被写体は画面の中央に位置することが多いからである。
【００２２】
ステップＳ８０３では、制御部は、測距エリアＬの信号Ｐ（Ｌ）に対応する被写体距離がＤ１以下であるか否かを判定し、そうである場合はステップＳ８０６に進み、そうでない場合はステップＳ８０４に進む。ステップＳ８０６では、制御部は、使用する測距エリアとして測距エリアＬを選択する。
ステップＳ８０４では、制御部は、測距エリアＲの信号Ｐ（Ｒ）に対応する被写体距離がＤ２以下か否かを判定し、そうである場合はステップＳ８０７に進み、そうでない場合はステップＳ８０５に進む。ステップＳ８０７では、制御部は、使用する測距エリアとして測距エリアＲを選択する。ステップＳ８０５では、前述したように測距エリアＣを選択する。ここで、測距エリアＣを選択するのは、測距エリアＣを他の測距エリアよりも優先するためである。言い換えれば、本実施例においては、被写体距離３ｍ付近での撮影が優先される。
なお、図８のフローチャートでは、ステップＳ８０３において測距エリアＬの選択に関わる判定を行った後に、ステップＳ８０４において測距エリアＲの選択に関わる判定を行う場合について説明したが、この順番は逆でもよい。すなわち、ステップＳ８０３において測距エリアＲの選択に関わる判定を行った後に、ステップＳ８０４において測距エリアＬの選択に関わる判定を行ってもよい。
【００２３】
図７のフローチャートに戻り、ステップＳ７１２において測距エリアを選択した後、ステップＳ７１３において、制御部は、顔ＡＦ＿ＦＬＡＧにＯＦＦをセットする。そして、ステップＳ７１４に進む。
【００２４】
ステップＳ７１４では、制御部は、ＡＦＭＯＤＥの値を判定する。ＡＦＭＯＤＥ＝１である場合は、直接測距ＡＦを行うためにステップＳ７１５に進み、ＡＦＭＯＤＥ＝２である場合は、撮像信号ＡＦを行うためにステップＳ７２０に進む。また、ＡＦＭＯＤＥ＝３である場合は、ステップＳ７２４に進む。ＡＦＭＯＤＥ＝３は合焦状態が得られた状態を示し、ステップＳ７２４ではＡＦ評価値ＦＶに変化がないかどうかを監視して、変化があった場合にはＡＦＭＯＤＥ＝１又はＡＦＭＯＤＥ＝２を設定して直接測距ＡＦ又は撮像信号ＡＦを再度行う。
【００２５】
カメラの起動直後はＡＦＭＯＤＥ＝１であるので、ステップＳ７１４からステップＳ７１５に進む。ステップＳ７１５では、制御部は、ステップＳ７０７又はステップＳ７１２において選択した測距エリアからの信号Ｐ（Ｘ）と現在のフォーカスレンズ２３１の位置とに基づいて、フォーカスレンズ２３１の駆動方向と駆動速度を決定する。具体的には、フォーカスレンズ２３１の位置が信号Ｐ（Ｘ）に対応する合焦点に近づくように駆動方向を決定し、これらの位置間の距離が遠い場合は高速で、近い場合は低速になるように駆動速度を決定する。
次にステップ７１６では、制御部は、フォーカスレンズ２３１の位置が合焦点に一致しているか否か、すなわち合焦状態が得られているか否かを判定する。合焦状態が得られている場合はステップＳ７１７に進み、顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＮになっているか否かを判定する。顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＮである場合は、ステップＳ７１８に進んでＡＦＭＯＤＥ＝３を設定する。また、顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＦＦである場合は、ステップＳ７１９に進んでＡＦＭＯＤＥ＝２を設定する。これは、本実施例においては、顔ハイスピードＡＦを行わない通常ＡＦモードであれば、直接測距ＡＦによって合焦状態が得られた後に撮像信号ＡＦを行うが、顔ハイスピードＡＦを行う場合は常に顔エリアに対して直接測距ＡＦを行うためである。
ステップＳ７１６にて合焦状態が得られていないと判定した場合は、ステップＳ７３０に進み、制御部は、ステップＳ７１５で決定した駆動方向と駆動速度に応じてフォーカスモータ２３２を駆動する。
また、ステップＳ７１８又はステップＳ７１９の処理を経てステップＳ７３０に進んだ場合は、制御部は、フォーカスモータ２３２を停止させる。
ステップＳ７３０からはステップＳ７０３に戻る。以後、撮像素子２４１の読み出し周期に同期してステップＳ７０３からの処理を繰り返す。
ステップＳ７２０では、制御部は、ステップＳ７０４にて取得したＡＦ評価値ＦＶが、前回のルーチンで取得し保持したＡＦ評価値ＦＶに対して増加しているか減少しているかを判定する。ＡＦ評価値ＦＶが増加している場合はステップＳ７３０に進んでフォーカスモータ２３２を所定速度で駆動する。ＡＦ評価値ＦＶが減少している場合はステップＳ７２１に進む。
ステップＳ７２１では、制御部は、フォーカスレンズ２３１の駆動方向を逆転させる。その後、ステップＳ７２２で、ＡＦ評価値ＦＶがピーク（最大値）を通過した後に減少に転じたか否かを判定する。ピークを通過していない場合はステップＳ７３０に進んでフォーカスモータ２３２を所定速度で駆動する。ピークを通過した場合はステップＳ７２３に進み、ＡＦＭＯＤＥ＝３を設定する。そして、ステップＳ７３０に進み、フォーカスモータ２３２を停止させる。ステップＳ７３０からはステップＳ７０３に戻る。
ステップＳ７２４では、制御部は、フォーカスレンズ２３１をＡＦ評価値ＦＶがピークとなる合焦点に戻すようにフォーカスモータ２３２を駆動し、その後、停止させる。
次にステップＳ７２５では、制御部は、最新のＡＦ評価値ＦＶが合焦点でのＡＦ評価値ＦＶに対して変化したか否かを判定する。また同時に、最新の信号Ｐ（Ｘ）の値が変化したか否かも判定する。これらが変化していない場合はステップＳ７３０へ進み、フォーカスモータ２３２を停止させた（合焦状態を維持した）ままとしてステップＳ７０３に戻る。一方、これらが変化した場合は、ステップＳ７２６に進む。ステップＳ７２６では、制御部は、合焦度ＩＦＡがしきい値ＩＦＡｔｈよりも小さいか否か（つまりは大ぼけ状態か小ぼけ状態か）を判定する。合焦度ＩＦＡがしきい値ＩＦＡｔｈよりも小さい場合は、大ぼけ状態であるので、ステップＳ７２７に進み、ＡＦＭＯＤＥ＝１を設定してステップＳ７３０に進む。これにより、直接測距ＡＦが再起動される。
また、合焦度ＩＦＡがしきい値ＩＦＡｔｈ以上である場合は、小ぼけ状態であるので、ステップＳ７２８に進み、顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＮか否かを判定する。顔ＡＦ＿ＦＬＡＧがＯＮであるときはステップ７２７に進み、ＯＦＦであるときはステップＳ７２９に進む。
ステップＳ７２９では、制御部は、ＡＦＭＯＤＥ＝２を設定してステップＳ７３０に進む。このときは、撮像信号ＡＦが再起動される。ステップＳ７３０からはステップＳ７０３に戻る。
次に、ステップＳ７０７にて行われる測距エリアの選択処理について、図１１のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
ステップＳ１１０１で選択処理が開始されると、まずステップＳ１１０２において、制御部は、顔検出処理回路２３５により検出された顔エリアの位置（以下、顔位置という）を取得する。
次にステップＳ１１０３では、制御部は、顔検出処理回路２３５により検出された顔エリアの大きさを取得する。そして、取得した顔エリアの大きさと現在のレンズユニット２０１の焦点距離に関する情報とに基づいてカメラから顔エリアに含まれる顔（を有する人物）までの距離情報（以下、顔距離という）を生成する。ここにいう焦点距離に関する情報は、焦点距離そのものであってもよいし、ズームレンズ２１１の位置であってもよい。
レンズユニット２０１の焦点距離によって決まる撮影視野（画角）に対する顔エリアの大きさと顔距離との関係を示すプロファイルデータは、メインＣＰＵ２５１の内部メモリ等の記憶部に予め保持されている。このため、該プロファイルデータから撮影視野に対する顔エリアの大きさに対応するデータを読み出すことで、顔距離を生成することができる。なお、焦点距離に関する情報と顔エリアの大きさとを変数とする関数式等の演算式を用いて、顔距離を算出してもよい。
続いてステップＳ１１０４では、制御部は、ステップＳ１１０３で算出した顔距離の位置に存在する顔に対して、直接測距ＡＦユニット２３０の測距エリアがどのような配置になっているかを算出する。これは図１２に示すように、撮影視野内の同じ位置に顔が存在する場合でも、被写体距離が近距離（１ｍ）、中距離（３ｍ）および遠距離（１００ｍ）のときに該顔と重なる測距視野を持つ測距エリアが異なるためである。
図１３には、被写体距離が近距離（１ｍ）であるとき（ａ）と中距離（３ｍ）であるとき（ｂ）の撮影の様子を示している。図１４には、被写体距離が近距離であるとき（ａ）と中距離（３ｍ）であるとき（ｂ）の撮影視野を示している。図１４において、１４０２，１４０３はそれぞれ顔エリアを示す枠であり、この枠の大きさが顔エリアの大きさに相当する。
図１４の（ａ）に示す撮影視野１４０１に対する顔エリア１４０２の大きさが得られた場合は、顔距離は１ｍとされる。同様に、図１４の（ｂ）に示す撮影視野１４０１に対する顔エリア１４０３の大きさが得られた場合は、顔距離は３ｍとされる。
そして、ステップＳ１１０５では、制御部は、顔距離と顔位置とに応じて、３つの測距エリアＬ，Ｃ，Ｒのうち該顔エリアに対する重なり度合いが最も高い測距エリアを選択する。例えば、顔距離が１ｍのときの顔エリア１４０２の位置に対しては、図１５の（ａ）に示すように測距エリアＣを選択する。また、顔距離が３ｍのときの顔エリア１４０３の位置に対しては、図１５の（ｂ）に示すように測距エリアＲを選択する。このような顔距離と顔位置に対して選択すべき測距エリアのデータは、メインＣＰＵ２５１の内部メモリ等の記憶部に予め保持されている。
こうして測距エリアの選択が終了すると、ステップＳ１１０６では、制御部は、選択した測距エリアの符号（Ｌ，Ｃ又はＲ）をＸに代入する。
なお、ステップＳ１１０５において測距エリアを選択するために必要な顔エリアとの重なり度合いが所定のしきい値に満たない場合は、本処理（ステップＳ７０７）での測距エリアの選択を行わずに、図７におけるステップＳ７０８を介してステップＳ７１２に進む。
【００２７】
本実施例によれば、生成された画像中に顔エリアが存在する場合に、該顔エリアに対して適切な直接測距ＡＦ用の測距エリアを選択することができ、該顔エリアに含まれる顔に対して高速かつ高精度に直接測距ＡＦによるピント合わせを行うことができる。
【実施例２】
【００２８】
図１６のフローチャートには、本発明の実施例２における測距エリアの選択処理の手順を示している。この処理は、図７のステップＳ７０７にて、図１１に示した選択処理に代えて行われる。
【００２９】
ステップＳ１６０１で処理を開始すると、ステップＳ１６０２では、制御部は、画像中に含まれる顔が撮像面内方向（撮像素子２４１の受光面に平行な方向）又は光軸方向（該受光面に垂直な方向）に移動したか否かを判定する。これは、前回検出した顔エリアの位置および大きさと今回検出した顔エリアの位置および大きさとをそれぞれ比較することで判定できる。
具体的には、顔エリアの位置が上下左右に変化した場合は、図１７に示すように、顔が撮像面内方向にカメラに対する距離を保ちつつ移動したと判定できる。また、顔エリアの大きさが大きくなった場合は、図１９に示すように、顔が光軸方向においてカメラに近づく側に移動したと判定できる。さらに、顔エリアの大きさが小さくなった場合は顔が光軸方向においてカメラから遠ざかる側に移動したと判定できる。顔が移動したと判定した場合は、ステップＳ１６０３に進む。
一方、顔が移動していないと判定した場合は、ステップＳ１６０９〜ステップＳ１６１２に進む。これらのステップで行われる処理は、実施例１の図１１に示したステップＳ１１０２〜Ｓ１１０５での処理と同じである。ステップＳ１６１２からステップＳ１６１３に進む。
ステップＳ１６０３では、制御部は、顔の撮像面内方向への移動量を算出する。図１８の（ａ）には、撮影視野内で顔（顔エリア）が１８０１から１８０２に移動した場合を示している。ステップＳ１６０３では、該顔エリア１８０１と顔エリア１８０２との間の距離を、顔の撮像面内方向への移動量として算出する。この場合、図１８の（ｂ）に示すように、適切な測距エリアは、顔の移動の前後で測距エリアＣから測距エリアＲに変化する。
次に、ステップＳ１６０４では、制御部は、顔の光軸方向への移動量を算出する。図２０には、顔がカメラに近づく方向（中距離（３ｍ）から近距離（１ｍ））に移動して、（ａ）に示す顔エリア２００１が（ｂ）に示す顔エリア２００２に拡大した場合を示している。ステップＳ１６０４では、顔エリア２００１に対応する顔距離と顔エリア２００２に対応する顔距離との差を、顔の光軸方向への移動量として算出する。顔距離は、直接測距ＡＦユニット２３０による測距動作によって求めてもよいし、撮影視野に対する顔エリアの大きさと顔距離との関係を示すプロファイルデータから求めてもよい。
移動前の顔が撮影視野の中央に位置する場合に適切な測距エリアは、図２１の（ａ）に示すように測距エリアＣである。一方、顔がカメラに近づく方向に移動した後の適切な測距エリアは図２１の（ｂ）に示すように、測距エリアＬである。このように、撮影視野内での顔の位置は変化していないのにもかかわらず、顔距離が変化したことに応じて使用する測距エリアを変更する必要が生じる。
このようにステップＳ１６０３およびステップＳ１６０４で顔の移動量を算出した後、制御部はステップＳ１６０５に進む。
【００３０】
ステップＳ１６０５では、制御部は、次に直接測距ＡＦを行うタイミングでの顔の位置（予測移動位置）を予測する。そして、該予測移動位置に移動した顔に対して適切な測距エリア（次期測距エリア）を選択する。このとき、図１７〜図２１にて説明した顔の移動から、顔の３次元的な移動速度を算出して次に直接測距ＡＦを行うタイミングでの顔の位置を予測するとともに、次期測距エリアの選択を行う。
【００３１】
次に、ステップＳ１６０６では、制御部は、ステップ１６０５で選択した次期測距エリアと現在選択されている測距エリアとが同じか否かを判定する。同じである場合はステップＳ１６０７に進み、測距エリアの変更をせずにステップＳ１６１３に進む。一方、同じでない場合はステップＳ１６０８に進む。
ステップＳ１６０８では、制御部は、使用する測距エリアをステップＳ１６０５で算出した次期測距エリアに切り換える。そして、ステップ１６１３に進む。
ステップＳ１６１３では、本選択処理を終了して図７のフローチャートのステップＳ７０８に移行する。
【００３２】
本実施例によれば、移動している顔に対して適切な測距エリアを順次選択し、該顔に対して高速かつ高精度に直接測距ＡＦによるピント合わせを行うことができる。
以上説明した実施例では、顔に対して直接測距ＡＦを行う構成としたが、顔が移動する場合のみ該顔に対して直接測距ＡＦを行うことで高速なＡＦ追従を可能とし、顔の移動がない場合は該顔に対して撮像信号ＡＦを行う構成としてもよい。
【００３３】
また、上記実施例では、１つの顔に対して１つの測距エリアを割り当てる場合について説明したが、複数の測距エリアを割り当てるようにしてもよい。画角によっては、図２２に示すように、顔エリア２２０１に対して直接測距ＡＦの測距視野２２０２が配置される場合がある。この場合、顔エリア２２０１に対して測距視野２２０２のうち測距エリアＣ，Ｒを使用した方が精度の良い測距が可能となる。
【００３４】
また、上記実施例では、直接測距ＡＦの測距エリアをＬ，Ｃ，Ｒの３つに分割して別々に使用する場合について説明した。しかし、測距エリアＬ，Ｃ，Ｒのそれぞれに複数含まれる画素（光電変換素子）を任意に組み合わせて、Ｌ，Ｃ，Ｒ以外の測距エリアを形成するようにしてもよい。
図２３には、測距エリアＬ，Ｃ，Ｒに分割されたラインセンサ２３０１を示している。各測距エリアには、４０個の画素が含まれている。このラインセンサ２３０１上における図２４に示す位置に顔エリア２４０１が重なる場合、測距エリアＣに含まれる画素の一部と測距エリアＲに含まれる画素の一部とを組み合わせて測距エリアを形成すればよい。これにより、より精度の高い測距が可能となる。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
高速かつ高精度に特定被写体にピントを合わせることが可能な外測タイプの撮像装置を提供できる。
【符号の説明】
【００３６】
２０１ レンズユニット
２３０ 直接測距ＡＦユニット
２３３ フォーカス制御回路
２３５ 顔検出処理回路
２４１ 撮像素子
２５１ メインＣＰＵ
Ｌ，Ｃ，Ｒ 測距エリア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系を通して形成された被写体像を光電変換して画像を生成する撮像装置であって、
前記撮影光学系を通さずに、複数の測距エリアのそれぞれにおいて測距動作が可能な測距手段と、
前記画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出する被写体検出手段と、
前記測距動作により得られた情報に基づいて前記撮影光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
該制御手段は、前記画像中における前記特定被写体領域の大きさと前記撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から前記特定被写体までの距離情報を生成し、該特定被写体までの距離情報と前記画像中における前記特定被写体領域の位置とに応じて、前記複数の測距エリアのうち前記特定被写体に対する前記測距動作を行う測距エリアを選択することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記特定被写体の移動を検出して該特定被写体の予測移動位置を求め、前記複数の測距エリアのうち、該予測移動位置に移動した前記特定被写体に対して前記測距動作を行う測距エリアを選択することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
撮影光学系を通して形成された被写体像を光電変換して画像を生成する撮像装置であり、前記撮影光学系を通さずに、複数の測距エリアのそれぞれにおいて測距動作が可能であるとともに、該測距動作により得られた情報に基づいて前記撮影光学系のフォーカス制御を行う撮像装置の測距方法であって、
前記画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出するステップと、
前記画像中における前記特定被写体領域の大きさと前記撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から前記特定被写体までの距離情報を生成するステップと、
該特定被写体までの距離情報と前記画像中における前記特定被写体領域の位置とに応じて、前記複数の測距エリアのうち前記特定被写体に対する前記測距動作を行う測距エリアを選択するステップとを有することを特徴とする測距方法。
【請求項１】
撮影光学系を通して形成された被写体像を光電変換して画像を生成する撮像装置であって、
前記撮影光学系を通さずに、複数の測距エリアのそれぞれにおいて測距動作が可能な測距手段と、
前記画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出する被写体検出手段と、
前記測距動作により得られた情報に基づいて前記撮影光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
該制御手段は、前記画像中における前記特定被写体領域の大きさと前記撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から前記特定被写体までの距離情報を生成し、該特定被写体までの距離情報と前記画像中における前記特定被写体領域の位置とに応じて、前記複数の測距エリアのうち前記特定被写体に対する前記測距動作を行う測距エリアを選択することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記特定被写体の移動を検出して該特定被写体の予測移動位置を求め、前記複数の測距エリアのうち、該予測移動位置に移動した前記特定被写体に対して前記測距動作を行う測距エリアを選択することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
撮影光学系を通して形成された被写体像を光電変換して画像を生成する撮像装置であり、前記撮影光学系を通さずに、複数の測距エリアのそれぞれにおいて測距動作が可能であるとともに、該測距動作により得られた情報に基づいて前記撮影光学系のフォーカス制御を行う撮像装置の測距方法であって、
前記画像中における特定被写体の画像部分である特定被写体領域を検出するステップと、
前記画像中における前記特定被写体領域の大きさと前記撮影光学系の焦点距離に関する情報とに応じて該撮像装置から前記特定被写体までの距離情報を生成するステップと、
該特定被写体までの距離情報と前記画像中における前記特定被写体領域の位置とに応じて、前記複数の測距エリアのうち前記特定被写体に対する前記測距動作を行う測距エリアを選択するステップとを有することを特徴とする測距方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−５９４１５（Ｐ２０１１−５９４１５Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０９４２２（Ｐ２００９−２０９４２２）
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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