JP2005128291A - 焦点検出装置およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】焦点距離が短い場合において正しく焦点検出を行うことができ、さらに焦点距離が長い場合にも、偽合焦を避けて正しく焦点検出を行うことができる焦点検出装置を提供する。
【解決手段】撮影レンズ１の焦点距離に基づいて、ブロック分割部４によりセンサーアレイ３を１つまたは複数のブロックに分割し、焦点検出演算部５において、そのブロックごとに求められたデフォーカス量により、撮影レンズ１の焦点調節状態を示す一つのデフォーカス量を演算する。このとき、撮影レンズ１の焦点距離が短いほど、センサーアレイ３の分割ブロック数を増やす。
【選択図】図１

Description

本発明は、オートフォーカスカメラに用いられる焦点検出装置に関する。

撮影画面内に設けられた焦点検出領域内の被写体像を検出することにより、撮影レンズの焦点調節を行うオートフォーカスカメラが知られている。このようなオートフォーカスカメラにおいて位相差検出方式と呼ばれる方法が用いられている。位相差検出方式では、次のようにして焦点調節が行われる。撮影レンズを通して入射され、撮影画面内の焦点検出領域を通過した光束により、撮影レンズによる撮影光学系とは別の焦点検出光学系を用いて、一対の被写体像を形成する。そして、この一対の被写体像を、一対のイメージセンサアレイによって構成される受光部により、それぞれ電気信号に変換する。こうして得られた被写体像信号のコントラストに応じたそれぞれの受光部における被写体像の像位置の相対的なずれ量に基づいて、撮影光学系の予定焦点面に対するデフォーカス量を算出する。このようにして算出されるデフォーカス量に応じてフォーカシングレンズを駆動することにより、撮影光学系の合焦を達成する。

ところで、撮影画面に形成される被写体像の大きさは、一般に撮影光学系の焦点距離に応じて変化する。焦点距離が短い場合、たとえば撮影レンズに広角レンズを用いた場合には、画角が大きくなって被写体像が小さくなる。被写体像が小さくなると、焦点検出に用いる主要被写体と背景とが焦点検出領域内で混在する場合があり、それによって焦点検出が正しく行われずに、主要被写体と背景の中間位置に撮影レンズが合焦してしまうことがある。そこで、このような合焦ずれを避けるため、イメージセンサアレイを複数部分に分割して焦点検出を行うことにより、主要被写体と背景が混在しないようにする焦点検出装置が知られている（特許文献１）。

特開平８−９４９２５号公報

上記のようにイメージセンサアレイを複数部分に分割すると、被写体像がその分割部分ごとに細分化されるため、分割された部分内で周期的な被写体像のコントラストパターンが形成され、誤った焦点検出結果（いわゆる偽合焦）を発生する場合がある。このような偽合焦は、焦点距離が長くてピントボケが大きくなりやすい望遠レンズ使用時などにおいて特に発生しやすい。そのため、特許文献1の焦点検出装置によると、焦点距離が短い場合には正しく焦点検出を行うことができるが、焦点距離が長い場合には偽合焦が起こりやすいという課題がある。

請求項１の発明による焦点検出装置は、複数の光電変換素子からなり、被写体像の光強度に応じた信号列を出力する光電変換素子列と、撮影レンズを通過した光束のうち、撮影画面内に設定された焦点検出領域に対応する範囲の光束による被写体像を光電変換素子列上に結像する焦点検出光学系と、撮影レンズの焦点距離に基づいて、焦点検出領域に対応する光電変換素子を１つまたは複数のブロックに分割する領域分割手段と、領域分割手段により分割された光電変換素子列の各ブロックごとの信号列に基づいて、撮影レンズの焦点調節状態を示すデフォーカス量を演算する焦点検出演算手段とを備え、分割手段は、撮影レンズの焦点距離が短いほど、光電変換素子列の分割ブロック数を増やすものである。
請求項２の発明は、請求項１の焦点検出装置において、光電変換素子列の各ブロックごとにデフォーカス量を求め、その各ブロックのデフォーカス量に基づいて、一つのデフォーカス量を決定するものである。
請求項３の発明によるカメラは、請求項１または２の焦点検出装置を備えたものである。

本発明によれば、撮影レンズの焦点距離に基づいて領域分割手段により光電変換素子列を１つまたは複数のブロックに分割し、焦点検出演算手段において、その各ブロックごとの信号列に基づいて、撮影レンズの焦点調節状態を示すデフォーカス量を演算する。このとき、撮影レンズの焦点距離が短いほど、光電変換素子列の分割ブロック数を増やすこととした。このようにしたので、焦点距離が短い場合において正しく焦点検出を行うことができ、さらに焦点距離が長い場合にも、偽合焦を避けて正しく焦点検出を行うことができる。

図１に本発明の一実施形態による焦点検出装置を適用したカメラを示す。この焦点検出装置は、位相差検出方式によって、一眼レフタイプのカメラ１００に取り付けられた撮影レンズ１の焦点調節状態を検出するものである。なお、カメラ１００は、周知のとおりレリーズ信号に応じて撮影動作部１０１が動作して、フィルム撮像装置に被写体像を記録するものである。撮影レンズ１を通過した被写体からの光束が焦点検出光学系２に入射されると、その光束のうち撮影画面内に設けられた焦点検出領域に対応する範囲の光束により、一対の被写体像がセンサーアレイ３上に結像される。センサーアレイ３は、複数の光電変換素子を並べて構成される一対のイメージセンサアレイであり、その光電変換素子ごとに被写体像の光強度に応じた信号を出力する。こうして、焦点検出領域内の被写体像の光強度に応じた一対の信号列が出力される。

焦点検出領域は、たとえば図２に示すように撮影画面内に設定される。この焦点検出領域Ｄｐ内の被写体像によって、撮影レンズ１の焦点調節状態が検出される。撮影レンズ１は、カメラに対して着脱可能に構成されており、様々な焦点距離のものが交換して用いられる。焦点距離が短い広角レンズや、焦点距離が長い望遠レンズ、あるいは広角から望遠まで焦点距離を変化できるズームレンズなどが用いられる。

ブロック分割部４は、撮影レンズ１の焦点距離に応じて、一対のセンサーアレイ３をそれぞれ１つまたは複数のブロックに分割する。撮影レンズ１の焦点距離は、たとえば交換レンズ内のレンズＲＯＭに記録されている。ズームレンズの場合は、レンズ内のズームエンコーダからの信号を用いればよい。センサーアレイ３をブロックに分割する例を図３に示す。なお、この図では一対のセンサーアレイ３の一方のみを示しているが、もう一方についても同様にしてブロックに分割する。図３（ａ）〜（ｄ）では、焦点距離ｆの値によって分割数を以下のように変化させている。このように、焦点距離が短いほど、分割ブロック数を増やすようにしている。
（ａ）：８５ｍｍ≦ｆ のとき 分割ブロック数１
（ｂ）：５０ｍｍ≦ｆ＜８５ｍｍ のとき 分割ブロック数３
（ｃ）：２５ｍｍ≦ｆ＜５０ｍｍ のとき 分割ブロック数６
（ｄ）：ｆ＜２５ｍｍ のとき 分割ブロック数９

撮影レンズ１が焦点距離８５ｍｍよりも長い望遠レンズである場合は、図３（ａ）のように分割ブロック数を１とする。すなわち、このときのブロックｂ１１は元のセンサーアレイ３と等しく、ブロックの分割は行われない。焦点距離が５０ｍｍから８５ｍｍの間にある中望遠領域の場合には、図３（ｂ）のように、センサーアレイ３をｂ２１、ｂ２２およびｂ２３の３つのブロックに分割する。

焦点距離が２５ｍｍから５０ｍｍの間である広角レンズの場合には、図３（ｃ）のように、センサーアレイ３を６つに分割することにより、ｂ３１〜ｂ３６の６ブロックとする。超広角レンズと呼ばれる焦点距離２５ｍｍ以下の場合には、図３（ｄ）のように、９つのブロックｂ４１〜ｂ４９にセンサーアレイ３を分割する。なお、以上説明したのは一例であり、焦点距離および分割ブロック数はこの限りでない。

上記のようにセンサーアレイ３をブロックに分割することによって、焦点検出領域内の被写体像がブロックごとに分割される。すなわち、図３（ａ）の場合には被写体像は分割されず、図３（ｂ）の場合には、ｂ２１〜ｂ２３の３つのブロックに分割される。同様に、図３（ｃ）の場合にはｂ３１〜ｂ３６の６つのブロックに、また図３（ｄ）の場合にはｂ４１〜ｂ４９の９つのブロックに、焦点検出領域内の被写体像がそれぞれ分割される。

焦点検出演算部５は、ブロック分割部４によって分割された一対のセンサーアレイ３の各ブロックごとの信号列を用いてそれぞれに相関演算を行うことにより、各ブロックごとにデフォーカス量を算出する。こうして算出される各ブロックのデフォーカス量に基づいて、最終的に一つのデフォーカス量を決定する。たとえば次のようにして、複数のブロックで算出されたデフォーカス量から一つのデフォーカス量を決定することができる。

所定の条件を満たすブロックを仮のブロックとして選択し、仮のブロックのデフォーカス量を仮のデフォーカス量とし、それぞれのデフォーカス量に対して仮のデフォーカス量との差分量に基づく重み付け係数決定を行い、これらの重み付け係数を用いて複数のデフォーカス量を加重加算平均して新たなデフォーカス量を算出する。ここで、最も近距離を示すデフォーカス量が算出されたブロックなどを仮のブロックとする。例えば差分量が小さいときには重み付け係数を大きくし、差分量が大きいときには重み付け係数を小さくする。この方法によれば、距離の異なる複数の被写体が混在する場合でもそれぞれの被写体に関するデフォーカス量を得ることができ、壁などの平面的な被写体の場合には全体を平均することになるので安定したデフォーカス量が得られる。

今、ブロック数がｈ個の時、仮のデフォーカス量がＤｆｋであって、ブロックｊのデフォーカス量をＤｆ［ｊ］、そのブロックｊの情報量ＥをＥ［ｊ］とすると、合成デフォーカス量Ｄｆｍ、合成情報量Ｅｍは以下の式（１）および（２）によって得られる。なお、情報量Ｅはそのブロックにおける被写体のコントラストの高さを示す値であり、この値が大きいほどコントラストが高く、そのブロックにおけるデフォーカス量の信頼性が高いことを表している。
Ｄｆｍ＝Σ（Ｄｆ［ｊ］×Ｅ［ｊ］×Ｗ［ｊ］）／Σ（Ｅ［ｊ］×Ｗ［ｊ］） （１）
Ｅｍ＝Σ（Ｅ［ｊ］×Ｗ［ｊ］） （２）
ここで、Σはｊ＝１〜ｈの総和演算を表わす。

重み付け係数Ｗ［ｊ］はＤｆｋとＤｆ［ｊ］の差分によって図４のように定まり、０から１の値となる。ＭＬ、ＵＬは所定値であってデフォーカス量の差の絶対値がＭＬ以下ならＷ［ｊ］は１となり、ＵＬを越えると０となり、ＭＬとＵＬの間では直線的に変化する。Ｗ［ｊ］が０であればＤｆ［ｊ］は合成演算に用いられないことになる。このようにして得た合成デフォーカス量Ｄｆｍを最終デフォーカス量とする。ＭＬの値は３０から５０μｍ程度の値が好ましく、ＵＬの値は８０から１４０μｍ程度が好ましい。

なお、上記以外の方法を用いて、複数のブロックのデフォーカス量から一つのデフォーカス量を決定してもよい。たとえば、最至近を示すデフォーカス量を選択してもよいし、あるいは情報量Ｅが最大のブロックのデフォーカス量を選択してもよい。様々な方法により、複数のデフォーカス量から一つのデフォーカス量を決定することができる。

焦点検出演算部５は、ブロック分割部４により分割されたセンサーアレイ３の各ブロックごとの出力信号列に基づいて、上記のようにして撮影レンズ１のデフォーカス量を演算する。こうして演算されたデフォーカス量により、撮影レンズ１の焦点調節状態が検出される。

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮影レンズ１の焦点距離に基づいて、ブロック分割部４により一対のセンサーアレイ３をそれぞれ１つまたは複数のブロックに分割し、焦点検出演算部５において、そのセンサーアレイ３の各ブロックごとの信号列に基づいて、撮影レンズ１の焦点調節状態を示すデフォーカス量を演算する。このとき、撮影レンズ１の焦点距離が短いほど、センサーアレイ３の分割ブロック数を増やすこととした。このようにしたので、焦点距離が短い場合において正しく焦点検出を行うことができ、さらに焦点距離が長い場合にも、偽合焦を避けて正しく焦点検出を行うことができる。

（２）ブロック分割部４によって分割されたセンサーアレイ３の各ブロックごとにデフォーカス量をそれぞれ求め、その各ブロックのデフォーカス量に基づいて、最終的に一つのデフォーカス量を決定することとした。このようにしたので、焦点検出領域が複数のブロックに分割されたときに一つのデフォーカス量を決定することができる。

なお、上記実施の形態では、一眼レフタイプのカメラに取り付けられた撮影レンズの焦点調節状態を検出する例について説明したが、本発明はこの内容に限定されない。レンズ一体型のカメラやビデオカメラ等、オートフォーカス機能を有する様々なカメラに対して適用することができる。

上記実施の形態では、光電変換素子列をセンサーアレイ３、領域分割手段をブロック分割部４として説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明の一実施形態を適用したカメラの構成を示す図である。 撮影画面内に設定された焦点検出領域を示す図である。 撮影レンズの焦点距離に応じてセンサーアレイを分割した例を示す図であって、（ａ）は分割ブロック数１、（ｂ）は分割ブロック数３、（ｃ）は分割ブロック数６、（ｄ）は分割ブロック数９のときをそれぞれ示す。 重み付け係数を設定する方法を説明する図である。

符号の説明

１：撮影レンズ
２：焦点検出光学系
３：センサーアレイ
４：ブロック分割部
５：焦点検出演算部

Claims (3)

1. 複数の光電変換素子からなり、被写体像の光強度に応じた信号列を出力する光電変換素子列と、
   撮影レンズを通過した光束のうち、撮影画面内に設定された焦点検出領域に対応する範囲の光束による被写体像を前記光電変換素子列上に結像する焦点検出光学系と、
   前記撮影レンズの焦点距離に基づいて、前記焦点検出領域に対応する前記光電変換素子列を１つまたは複数のブロックに分割する領域分割手段と、
   前記領域分割手段により分割された前記光電変換素子列の各ブロックごとの信号列に基づいて、前記撮影レンズの焦点調節状態を示すデフォーカス量を演算する焦点検出演算手段とを備え、
   前記分割手段は、前記撮影レンズの焦点距離が短いほど、前記光電変換素子列の分割ブロック数を増やすことを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１の焦点検出装置において、
   前記光電変換素子列の各ブロックごとにデフォーカス量を求め、その各ブロックのデフォーカス量に基づいて、一つのデフォーカス量を決定することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または２の焦点検出装置を備えたカメラ。

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