JPH07117640B2 - オートフォーカス装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オートフォーカス装
置、さらに詳しくは、撮影者の視線方向を検出すること
により、目標とする被写体に焦点が合うようにするため
のオートフォーカス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像素子の出力映像信号中、測距視野か
らの映像信号を用いて焦点検出を行うカメラ等におい
て、測距視野位置を任意に選択することにより、全視野
周辺部にある目標被写体についても自動焦点検出また
は、自動焦点調節を可能とし、従来装置における構図を
定める際の制約を除去しようとする技術手段が、特開昭
６０−２２６２８０号公報により開示されている。

【０００３】しかし、上記技術手段においては、測距視
野区分（フォーカスエリア）の選択をジョイスティック
等を用いて手動で行うようにしているので、操作が面倒
で撮影に時間がかかり、このため速写が要求される撮影
には適当ではないので、特にスチルカメラには不向きで
ある。

【０００４】この不具合を解決するために、ファインダ
を覗く操作者の視線を検知し、この検知出力に応じて焦
点検出を行うことが、特開昭６１−６１１３５号公報に
記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、視線方
向の検出にあたって、操作者によって個人差があり、こ
の個人差を除去しないと正確な視線方向の検出を行うこ
とができない。

【０００６】本発明の目的は、このような問題点に鑑み
てなされたものであって、視線方向の検出にあたって、
撮影者が予め特定方向を注視している状態での検出出力
を記憶することにより、正確な視線方向の検出を行い、
この検出結果に基づいて、極めて容易にしかも迅速に撮
影者の意図した通りの構図で、目標とする被写体にピン
トが合うようにしたオートフォーカス装置を提供するに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のオートフォーカ
ス装置は、撮影者の眼球の視線方向を検出する視線検出
手段と、カメラのファインダ視野内において所定の領域
に撮影者を注視させるために表示状態となる表示手段
と、初期設定スイッチの操作に応じて上記表示手段を上
記表示状態となしその時の上記視線検出手段による検出
結果を初期位置として記憶する記憶手段と、この記憶手
段に記憶された初期位置と上記視線検出手段による検出
結果とから視線方向の移動を検出すると共に、この時の
視線方向を演算する演算手段と、この演算された視線方
向に基づいて焦点検出エリアを選択する選択手段と、こ
の選択手段によって選択された焦点検出エリアについて
焦点状態を検出する焦点状態検出手段とを具備する。

【０００８】

【作用】視線検出手段により撮影者の眼球の視線方向を
検出し、初期設定スイッチの操作に応じて表示手段を表
示状態として、その時の視線検出手段による検出結果を
記憶手段が初期位置として記憶して、この初期位置と視
線検出手段の検出結果とから演算手段が視線方向の移動
を検出すると共に視線方向を演算し、この演算された視
線方向に基づいて選択手段が焦点検出エリアを選択し、
この焦点検出エリアについて焦点状態検出手段が焦点状
態を検出する。

【０００９】

【実施例】以下、図示の実施例によって本発明を説明す
る。図１に本発明のオートフォーカス装置を適用したス
チルビデオカメラの一実施例を示す。固体撮像素子１の
受光面上には、同受光面を赤，青，緑の３色に分解する
色モザイク状の色分解フィルタ２が配置され、さらにそ
の前方には、赤外光カットフィルタ３が配置されてい
る。したがって、撮影レンズ４によって被写体５の光像
を固体撮像素子１の受光面に結像させるとき、被写体光
は赤外光を上記赤外光カットフィルタ３によって除外さ
れた後、色分解フィルタ２を透過して固体撮像素子１の
各画素に受光される。固体撮像素子１は駆動パルス発生
回路６の発生する駆動パルスによって走査されることに
より各画素から光電変換信号が色信号として読み出され
る。この色信号は、赤（Ｒ）信号，緑（Ｇ）信号および
青（Ｂ）信号に区分され増幅回路７に導かれてそれぞれ
増幅される。Ｒ信号とＢ信号は固体撮像素子１から増幅
回路７へ線順次式で入力され、こののち、それぞれサン
プルホールド回路（以下、Ｓ／Ｈ回路と略記する）９，
１０によって連続した信号となる。その後、Ｒ，Ｇ，Ｂ
の各色信号は、ゲイン調整回路１１を経て、一方では、
被写体の焦点検出範囲を指示するフォーカスエリア内の
ビデオ信号のみがゲート回路１２を通じて画像メモリ１
３に導かれて、同メモリ１３に記憶される。画像メモリ
１３に記憶されたビデオ信号のコントラストは、次のコ
ントラスト検出回路１４で演算される。コントラスト検
出はレンズ駆動装置１９によって撮影レンズ４を駆動し
ながら繰り返し行われる。コントラストの最大値が検出
されたときレンズ駆動が停止して焦点検出動作が終了す
ることになる。

【００１０】ゲイン調整回路１１のＧ，Ｒ，Ｂの各出力
信号は、他方、電子ビューファインダ１５に導かれて被
写体像を表示するとともに、ゲート回路１６を通じて磁
気記録装置などの画像記録装置１８に記録される。ゲー
ト回路１６はレリーズスイッチＳＷ３の閉成と同期信号
発生回路１７からの出力信号に同期して開き、画像記録
装置１８に画像信号を送るようになっている。

【００１１】視線方向検出回路２０は、撮影者が電子ビ
ューファインダ１５に表示された被写体像を睨んでいる
ファインダ画枠上の位置を検出する回路で、ファインダ
画枠上の視線方向Ｘ，Ｙ座標を検出する。フォーカスエ
リア検出回路２１は、視線方向検出回路２０で検出され
たファインダ画枠上のＸ，Ｙ座標を中心に所定範囲の領
域を検出する回路で、ゲート回路１２を制御するととも
に、電子ビューファインダ１５の画面にフォーカスエリ
アを表示する。フォーカスエリアは視線の動きに応じて
常に動いているが、フォーカスエリア検出回路２１に接
続されているスイッチＳＷ１を閉成したときは、フォー
カスエリアはロックされるようになっている。またスイ
ッチＳＷ２を閉成すると、フォーカスエリアは画面中央
付近の所定位置に復帰するようになっている。視線は常
に微動しており、この動きをフォーカスエリアが忠実に
追従すると、フォーカスエリアが見づらくなるので、あ
る所定以下の視線方向の検出は受け付けないような閾値
回路もフォーカスエリア検出回路２１に含まれている。

【００１２】同期信号発生回路１７は上記駆動パルス発
生回路６の出力を受け、上記電子ビューファインダ１５
に水平同期信号および垂直同期信号を送出するととも
に、上記Ｓ／Ｈ回路９，１０，視線方向検出回路２０，
フォーカスエリア検出回路２１など、殆ど全回路にタイ
ミングパルスを供給し、各ブロックの信号のタイミング
を制御している。ＯＳＣ２２は基準パルス発生回路であ
る。

【００１３】上記視線方向検出回路２０は、例えば、図
２に示すように構成されている。この検出回路では、視
線方向を検出する方法として、Ｅ・Ｏ・Ｇ（electro-oc
ulography）と呼ばれている、眼球の動きを検出する公
知の方法が用いられている。眼球にはその前後で電位差
が生じているので、目２５の左右両側に電極２６，２７
を貼り付け、その電位差を目２５の動きにしたがって取
り出すと、正面を向いているときは電位差はなく零であ
るが、左を向くと左側の電極２６の方が正の電位とな
り、逆に右を向くと右側の電極２７の方が正の電位とな
る。したがって、左右の電極２６，２７の電位差を差動
増幅回路３０により増幅した信号として取り出すと、こ
の増幅した左右方向（Ｘ方向）信号により、左右いずれ
の方向を見ているか（左右の視線方向）を検出すること
ができる。同様に、目２５の上下に電極２８，２９を貼
り付けることにより、両電極２８，２９間の電位差を取
り出すことができるので、この電極２８，２９間の電位
差を差動増幅回路３１により増幅した信号として取り出
すと、この増幅した上下方向（Ｙ方向）信号により、上
下のいずれの方向を見ているか（上下の視線方向）を検
出することができる。

【００１４】上記視線方向検出回路２０で視線方向Ｘ，
Ｙが検出されると、図３に示すように、電子ビューファ
インダ１５のファインダ画枠１５ａ内に上記視線方向
Ｘ，Ｙを中心にしてＸ±β，Ｙ±αの範囲でフォーカス
エリア３３が表示される。なお、このときスイッチＳＷ
２を閉成すれば、図４に示すように、フォーカスエリア
３３は視線方向Ｘ，Ｙに関係なく、ファインダ画枠１５
ａ内の中央付近の所定位置に復帰する。

【００１５】このように上記実施例は構成されているの
で、撮影者は電子ビューファインダ１５のファインダ画
枠１５ａ内のピントを合わせたい被写体像を注目する
と、撮影者の被写体像を見る目２５の視線方向が検出さ
れ、注目した部分が上記フォーカスエリア３３として表
示される（図３参照）。また同時に、このフォーカスエ
リア３３のコントラストが最大になるようにレンズ駆動
がなされる。したがって、ここで、レリーズスイッチＳ
Ｗ３を閉成すれば、上記フォーカスエリア３３にピント
の合った撮影が行われる。撮影者はファインダ画枠１５
ａの合焦させたい部分に視線を動かすだけでよいので、
極めて簡単に任意の構図の写真を撮ることができ、しか
も表示によって撮影者はフォーカスエリア３３の位置を
確認することができる。

【００１６】図５は本発明のオートフォーカス装置を適
用したスチルビデオカメラの他の実施例である。撮影レ
ンズ３４を通過した被写体光は、このとき透明状態にあ
る液晶（以下、ＬＣＤと記す）３５を透過した後、赤外
光カットフィルタ３６および半透過ミラー３７を透過し
て固体撮像素子３８で受光される。そして、この固体撮
像素子３８で受光された被写体光の像信号は、図１に示
した如き処理回路を経て信号処理されたのち、被写体像
がファインダ用ＬＣＤ表示素子３９で表示される。

【００１７】一方、撮影者の目２５は、接眼レンズ４
０，半透過ミラー４１を介して上記ファインダ用ＬＣＤ
表示素子３９に表示される被写体像を睨んでいる。ま
た、目２５は接眼レンズ４０を介して赤外発光ダイオー
ド（以下、赤外光ＬＥＤと記す）４２により赤外光を照
射されるようになっていて、このため、目２５の像は、
上記接眼レンズ４０および半透過ミラー４１を経て、さ
らにレンズ４３およびこのとき透明状態にあるＬＣＤ４
４を透過して半透明ミラー３７に反射され上記固体撮像
素子３８に結像されるようになっている。

【００１８】ここで、上記図５に示す実施例において、
視線方向を検出する原理について図６（Ａ）〜（Ｃ）を
参照して説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）は接眼レンズ４
０を前方から見た図である。今、ファインダ用ＬＣＤ表
示素子３９の表示画面の中央付近の所定位置に視線が一
致しているときは図６（Ｂ）に示すように接眼レンズ４
０のレンズ枠４０ａの中央に目２５の瞳孔２５ａの中心
が位置する状態にあるものとする。そして、目２５の瞳
孔２５ａの中心と、左右の一端つまり目頭または目尻と
の距離をｘとし、瞳孔２５ａの中心と下瞼との距離をｙ
とする。従って、視線が右方を向いたときは、図６
（Ａ）に示すように目２５の瞳孔２５ａの中心と一端と
の距離ｘが短くなり、視線が左方を向いたときは、図６
（Ｃ）に示すように距離ｘが長くなる。また、同様に、
視線が上方を向いたときは距離ｙが長くなり、視線が下
方を向いたときは距離ｙが短くなる。

【００１９】次に図７および図８を用いて、このことを
もう少し詳しく説明する。図７において、眼球５０は直
径が約２０ｍｍの球で、その前面は透明な角膜（図示せ
ず）に覆われ、その内側に上記瞳孔２５ａを形成する虹
彩５１があり、さらにその内側に水晶体５２がある。眼
球５０の内部５３にはゼリー状の透明な硝子体が詰まっ
ている。また角膜と水晶体５２との間は眼房水で満たさ
れている。したがって、外界から眼球５０に入る光線
は、角膜，眼房水，水晶体５２，硝子体を通過して網膜
５４に達する。このとき、見ようとする対象物の像を網
膜５４の中心（中心窩）５４ａに位置させるために、眼
球５０の全体はその中心が略固定された回転運動を行
う。

【００２０】そこで、眼球５０の回転中心をＯ，視線が
上記レンズ枠４０ａの中央部付近、すなわち、ＬＣＤ表
示素子３９の表示画面の中央部位置（例えば、図４に示
したフォーカスエリア３３の位置に相当する）に一致し
ているときの視線方向の軸（以下、視軸と記す）を一点
鎖線５５で、またこれより視線が傾いたときの視軸を実
線５６で示す。そして、視軸が一点鎖線５５と実線５６
で示す位置にあるときの、瞳孔２５ａの中心のｘ方向に
対する変位をΔｘ，上記ファインダ用ＬＣＤ表示素子３
９の表示画面上でのｘ方向の変位をΔＸ，瞳孔２５ａと
眼球５０の回転中心Ｏとの距離をａ，眼球５０の回転中
心Ｏと上記ＬＣＤ表示素子３９の表示画面との距離をｂ
とすると、 ΔＸ＝（ｂ／ａ）Δｘ で表される。

【００２１】同様に、瞳孔２５ａの中心のｙ方向の変化
をΔｙ，上記ＬＣＤ表示素子３９の表示画面上でのｙ方
向の変位をΔＹとすると、 ΔＹ＝（ｂ／ａ）Δｙ で表される。

【００２２】但し、視軸が一点鎖線５５で示す方向にあ
るときと実線５６で示す方向にあるときとで眼球５０の
回転中心Ｏが変位していることによって、図８に示すよ
うに、目２５の位置が上記接眼レンズ４０のレンズ枠４
０ａ上でｘ方向にΔＬｘ，ｙ方向にΔＬｙ変位していた
とすると、 ΔＸ＝（ｂ／ａ）Δｘ＋ΔＬｘ……（１） ΔＹ＝（ｂ／ａ）Δｙ＋ΔＬｙ……（２） で表される。

【００２３】次に、上記図５に示したカメラにおけるオ
ートフォーカス動作を図９に示すフローチャートに基づ
いて説明する。まず、前記スイッチＳＷ２（図１参照）
と同等のスイッチを閉成することにより、フォーカスエ
リアがファインダ用ＬＣＤ表示素子３９の表示画面上の
中央付近の所定位置に復帰し、このとき、フォーカスエ
リアは点滅表示することにより撮影者の視線をフォーカ
スエリアの方向に向けさせる。次にＬＣＤ４４が透過状
態（以下、オンとする）になり、ＬＣＤ３５が遮光状態
（以下、オフとする）になったのち、赤外光ＬＥＤ４２
が点灯する。すると、目２５の像は、固体撮像素子３８
に結像するので、このときの瞳孔２５ａの中心から、目
２５の一端までの距離ｘと、下瞼までの距離ｙとが測定
される（図６（Ａ）〜（Ｃ）参照）。

【００２４】つまり、このとき眼球５０のパターン認識
により特徴抽出が行われ眼球の初期位置の記憶がなされ
る。次に赤外光ＬＥＤ４２がオフとなった後、ＬＣＤ４
４がオフになり、ＬＣＤ３５がオンになる。すると、固
体撮像素子３８には撮影レンズ３４を通過した被写体像
が結像されるので、ファインダ用ＬＣＤ表示素子３９の
画面上の被写体像の表示が更新される。次にフォーカス
エリアがロックされているか否かがチェックされる。具
体的には前記スイッチＳＷ１（図１参照）と同等のスイ
ッチが閉成されているか否かを判断することになる。こ
のスイッチが始めから閉成されていた場合には、フォー
カスエリアが上記画面の中央付近の所定位置にロックさ
れることになる。上記スイッチが閉成されていなければ
フォーカスエリアはロックされていないので、次にＬＣ
Ｄ４４がオン，ＬＣＤ３５がオフになったのち赤外光Ｌ
ＥＤ４２がオンになって、上記と同様に眼球５０のパタ
ーン認識が行われる。このときのパターン認識は、視線
方向の検出、つまり眼球の位置変化を調べるためのもの
である。

【００２５】次に赤外光ＬＥＤ４２がオフになったの
ち、上記パターン認識の結果、眼球５０の位置が所定量
変化したかどうかがチェックされる。もし、眼球５０の
位置が所定量以上変化していれば、上記（１），（２）
式に基づき視線方向の演算が行われ、フォーカスエリア
の位置が変更しＬＣＤ表示素子３９上での表示位置も変
更する。眼球５０の位置が変化していなければ、視線方
向の演算およびフォーカスエリアの位置変更は行われな
い。勿論、フォーカスエリアがロックされていれば、フ
ォーカスエリアは動かない。

【００２６】次にレリーズされているかどうかがチェッ
クされる。もし、前記レリーズスイッチＳＷ３に相当す
るスイッチが閉成されるなどしてレリーズがなされてい
れば、固体撮像素子３８に結像されファインダ用ＬＣＤ
表示素子３９に表示されている被写体像の画像信号が磁
気記録装置などに記憶され、この後、フォーカスエリア
が画面上の中央付近の所定位置に復帰して一連のオート
フォーカス動作を終了する。また、レリーズされていな
ければ、上記フローの、赤外光ＬＥＤ４２をオフにした
後、ＬＣＤ４４をオフし、ＬＣＤ３５をオンにして被写
体の表示更新を行う動作に戻るので、フォーカスエリア
がロックされていない限り、上述した視線方向の検出→
フォーカスエリアの表示→被写体表示の更新の動作が繰
り返し行われる。そして、途中でフォーカスエリアがロ
ックされたならば、このときの視線方向に一致したフォ
ーカスエリアの表示が不動になる。

【００２７】なお上述した実施例において、眼球５０の
動きは、瞳孔２５ａの中心の変位を検出することにより
捕らえるようにしたが、虹彩５１あるいは、その他の眼
球５０の特徴部分の変位を捕らえるようにしてもよい。

【００２８】また、本発明は上述したようにスチルビデ
オカメラに限ることなく、ムービービデオカメラや銀塩
フィルムカメラの場合にも同様に適用できること勿論で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、視線
方向の検出にあたって、撮影者が予め特定方向を注視し
ている状態での検出出力を記憶することにより、正確な
視線方向の検出を行い、この検出結果に基づいて、極め
て容易にしかも迅速に撮影者の意図した通りの構図で、
目標とする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】

【図１】本発明のオートフォーカス装置を適用したスチ
ルビデオカメラの一実施例を示す電気回路のブロック
図。

【図２】上記図１中の視線方向検出回路の一例を示す構
成図。

【図３】電子ビューファインダの画面上に表示された各
状態を示す正面図。

【図４】電子ビューファインダの画面上に表示された各
状態を示す正面図。

【図５】本発明装置を適用したスチルビデオカメラの他
の実施例を示す概略構成の断面図。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、視線方向を検出するパター
ン認識の原理を説明するための接眼レンズを通して見た
目の正面図。

【図７】視線方向の演算式を求めるための説明図。

【図８】視線方向の演算式を求めるための説明図。

【図９】上記図５に示した装置の動作を説明するフロー
チャート。

【符号の説明】

１４ ‥‥‥‥コントラスト検出回路（焦点状態検出手
段） ２０ ‥‥‥‥視線方向検出回路（視線検出手段） ３９ ‥‥‥‥ファインダ用ＬＣＤ表示素子（表示手
段） ５０ ‥‥‥‥眼球

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影者の眼球の視線方向を検出する視線
   検出手段と、 カメラのファインダ視野内において、所定の領域に撮影
   者を注視させるために表示状態となる表示手段と、 初期設定スイッチの操作に応じて上記表示手段を上記表
   示状態となし、その時の上記視線検出手段による検出結
   果を初期位置として記憶する記憶手段と、 この記憶手段に記憶された初期位置と、上記視線検出手
   段による検出結果とから視線方向の移動を検出すると共
   に、この時の視線方向を演算する演算手段と、 この演算された視線方向に基づいて焦点検出エリアを選
   択する選択手段と、 この選択手段によって選択された焦点検出エリアについ
   て焦点状態を検出する焦点状態検出手段と、 を具備したことを特徴とするオートフォーカス装置。