JP2006171145A

JP2006171145A - カメラ

Info

Publication number: JP2006171145A
Application number: JP2004360847A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Fujinaga; 伸広藤永
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】合焦速度を犠牲にすることなく合焦精度の高いカメラを提供する。
【解決手段】撮影光学系と第一の焦点検出手段と、第二の焦点検出手段と、前記第一若しくは第二の焦点検出手段から得られる焦点検出信号で前記撮影光学系の少なくとも一部のレンズを光軸方向に駆動して合焦動作を行う焦点検出制御手段を有するカメラにおいて、第１の焦点検出手段からの焦点検出信号で合焦動作中に所定値以上の焦点のずれを検出した場合は、第二の焦点検出手段からの焦点検出信号での合焦動作に切換え、第二の焦点検出手段で合焦後、第一の焦点検出手段からの焦点検出信号での合焦動作に切換える切換え手段を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の焦点検出手段を持つデジタルカメラにおける焦点検出制御に関するものである。

ビデオカメラやデジタルカメラでは撮像素子によるオートフォーカス（自動焦点調節＝ＡＦ：以下ＡＦと略す）、所謂コントラスト（山登り）ＡＦが主流となっている。このコントラストＡＦは撮像素子の画像信号を利用しているので、合焦の精度はかなり正確である。しかし、コントラストＡＦは銀塩カメラで使われているパッシブＡＦやアクティブＡＦに比べて、前述のように撮像素子の画像信号を信号処理するために、処理するデータ量が多く焦点検出に時間が掛かるため、コントラストＡＦに加え、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）の位相差ＡＦや外測のＡＦ方式など別のＡＦ方式を併用して焦点調節するカメラも提案されている。

また、一眼レフタイプのデジタルカメラでは、コントラストＡＦは使用せず、位相差ＡＦのみの信号で合焦動作させるものが一般的である。

特開平７−４３６０５号公報では、位相差方式とコントラスト方式の２つの焦点検出手段を持ち、位相差方式で大まかなＡＦを行った後にコントラスト方式で微調してレンズを合焦させるようにしている。また、位相差方式で合焦不能のときはコントラスト方式で合焦動作を行うようにしている。このようなカメラでは位相差方式で合焦位置近傍までフォーカスレンズを駆動させ、コントラスト方式で微調を行うため、コントラスト方式による合焦動作は僅かで済むために合焦動作がコントラスト方式のみ場合より早くなる場合が多い。
特開平７−４３６０５号公報

しかしながら前述のように、コントラストＡＦに加え別のＡＦ方式を併用して焦点調節するカメラでは、合焦速度の速いＡＦでまず合焦動作を行い、最後にコントラストＡＦで微調して合焦させるが、コントラストＡＦ時に急に被写体が移動したりして、コントラスト値が急に大きく変化した場合には、フォーカシングレンズを駆動してコントラストのピークを走査しなければならず、合焦に時間が掛かることになり、せっかくＡＦ方式を複数持っていても、生かせないことが有った。また、位相差ＡＦのみでの合焦動作では、位相差ＡＦで使用するセンサと実際に撮像するセンサが異なるために、合焦の精度としてはコントラスト方式のＡＦよりも劣ってしまう。

本発明の目的は、合焦速度を犠牲にすることなく合焦精度の高いカメラを提供することである。

以上のような目的を達成するために請求項１の発明は、撮影光学系と第１の焦点検出手段と、第２の焦点検出手段と、前記第１若しくは第２の焦点検出手段から得られる焦点検出信号で前記撮影光学系の少なくとも一部のレンズを光軸方向に駆動して合焦動作を行う焦点検出制御手段を有するカメラにおいて、第１の焦点検出手段からの焦点検出信号で合焦動作中に所定値以上の焦点のずれを検出した場合は、第２の焦点検出手段からの焦点検出信号での合焦動作に切換え、第２の焦点検出手段で合焦後、第１の焦点検出手段からの焦点検出信号での合焦動作に切換える切換え手段を有することを特徴としている。

請求項２の発明は、第１の焦点検出手段は前記撮影光学系を介した光束を受けて、輝度信号の変化からコントラストのピークを検出するコントラストＡＦ、第２の焦点検出手段は前記撮影光学系を介した光束を受けて、１対の被写体像の位相差からデフォーカス量を算出する位相差ＡＦであることを特徴としている。

請求項３の発明は、第２の焦点検出手段は、撮影光学系とは異なる光学系を介した光束を受けて焦点検出を行うことを特徴としている。

請求項４の発明は、第２の焦点検出手段からの信号で合焦動作を行うときの合焦速度は、第１の焦点検出手段からの信号で合焦動作を行うときの合焦速度より速いことを特徴としている。

以上説明したように請求項１の発明によれば、第１の焦点検出手段と、第２の焦点検出手段と、前記第１若しくは第２の焦点検出手段から得られる焦点検出信号で撮影光学系の少なくとも一部のレンズを光軸方向に駆動して合焦動作を行う焦点検出制御手段を有する構成のカメラにおいて、第１の焦点検出手段からの焦点検出信号で合焦動作中に所定値以上の焦点のずれを検出した場合は、第２の焦点検出手段からの焦点検出信号での合焦動作に切換え、第２の焦点検出手段で合焦後、第１の焦点検出手段からの焦点検出信号での合焦動作に切換える切換え手段を有することにより、合焦速度を犠牲にすることなく合焦精度の高いカメラを提供することが出来る。

請求項２の発明によれば、撮影光学系を介した光束を受けて、合焦速度は遅いが合焦精度の良いコントラストＡＦと、合焦速度は速いが合焦速度はコントラストＡＦより劣る位相差ＡＦを組み合わせることにより、合焦速度を犠牲にすることなく合焦精度の高いカメラを提供することが出来る。

請求項３の発明によれば、撮影光学系を介した光束を受けて、合焦速度は遅いが合焦精度の良いコントラストＡＦと、撮影光学系とは異なる光学系を介した光束を受けて焦点検出を行う焦点検出手段を組み合わせることにより、合焦速度を犠牲にすることなく合焦精度の高いカメラを提供することが出来る。

請求項４の発明によれば、第２の焦点検出手段からの信号で合焦動作を行うときの合焦速度を、第１の焦点検出手段からの信号で合焦動作を行うときの合焦速度より速くすることにより、撮影者に不快な思いをさせることなく、素早く合焦動作を行うことが可能なカメラを提供することが出来る。

図１は、本実施の形態のカメラの構成を示すブロック図である。図２は本実施の形態のカメラの概略の光学配置図である。図１、図２において、１は撮影レンズユニットである。２，３，６，７は撮影レンズであり、３は撮影光軸Ｌ１上を移動して撮影倍率を変更するバリエータレンズ、７は撮影光軸Ｌ１上を移動して焦点を調節するフォーカシングレンズである。４は複数の羽根の移動による重なり量の変化により複数の絞り径を形成して撮影光量を調節する絞りであり、本実施例では絞り形状が略円形状になるアイリス絞りである。５は撮影光学系の透過光量を調節する光学素子であり、ＮＤフィルタや駆動電圧の変化により光の透過率を制御する透過型の液晶などを用いる。この透過光量を調節する光学素子５は、絞り４の絞り径を小さくしていくと回折現象によって、画像の劣化を招くので所定値以下の絞り径にならないようにするためのものである。

８は第１の光電変換手段と第２の光電変換手段とに光束を分割するビームスプリッタであり、本実施例ではハーフミラーを用いている。９は露光制御を行うシャッタであり、１０はモアレを防止する光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）であり、赤外カットフィルタや色補正フィルタなどと張り合わせて用いられることが多い。１１は第１の光電変換手段であり光学像を電気信号に変換するＣＣＤなどの撮像素子である。この撮像素子１１の輝度信号の変化（コントラスト）を検知して、コントラストのピークを検出する公知のコントラスト（山登り）ＡＦを行う（第１の焦点検出手段）。図２から明らかなように本実施例のカメラは、ＴＴＬにてコントラストＡＦと位相差ＡＦが可能な構成をとっている。ただし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、２つの焦点検出手段を有していれば良く、ＴＴＬの位相差ＡＦの代わりに撮影光学系とは別の光学系を介した光束を受けて焦点検出を行う、所謂外測の位相差ＡＦや三角測距方式（アクティブ方式）のＡＦを用いてももちろん良い。

１２は１次結像面に形成される像を第１の焦点検出手段に導く分割フィールドレンズである。１４は焦点検出に有害な赤外光を取り除くための赤外カットフィルタである。１５は第２の光電変換手段である焦点検出センサ１６上に複数の被写体光束を再結像させるための二次結像レンズである。１６はＣＣＤや１対のラインセンサを複数持つ焦点検出センサである。この焦点検出センサ１６で異なる瞳を通過した被写体光の２つの像のずれ量を検出する公知の位相差ＡＦを行う（第２の焦点検出手段）。５５は位相差演算部であり、焦点検出センサ１６で検出した２つの像のずれ量からデフォーカス量を演算して、フォーカシングレンズ７を焦点位置まで駆動するようにシステム制御回路５０を介して、焦点検出制御手段４２に駆動信号を送る。

１７はＡ／Ｄ変換器であり、撮像素子１１のアナログ信号出力をディジタル信号に変換する。１８はタイミング発生回路であり、撮像素子１１、Ａ／Ｄ変換器１６、Ｄ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給するもので、メモリ制御回路２２及びシステム制御回路５０により制御される。

２０は画像処理回路であり、Ａ／Ｄ変換器１６からのデータ或いはメモリ制御回路２２からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。画像処理回路２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてシステム制御回路５０が露光制御手段４０、焦点検出制御手段４２に対して制御を行うＴＴＬ方式のＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＥＦ（フラッシュプリ発光）処理を行っている。さらに、画像処理回路２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてＴＴＬ方式のＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理も行っている。

２２はメモリ制御回路であり、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理回路２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、圧縮・伸長回路３２を制御する。Ａ／Ｄ変換器１６のデータは画像処理回路２０、メモリ制御回路２２を介して、或いは直接メモリ制御回路２２を介して、画像表示メモリ２４或いは画像記録メモリ３０に書き込まれる。２３はコントラスト演算部であり、通常画像処理回路２０に含まれるが、説明の便宜上分けて説明する。コントラスト演算部２３は撮像素子１１の輝度信号の変化（所謂コントラスト）を検出し、コントラストが最大になるように即ちピントが合っている位置にフォーカシングレンズ７を駆動するようにシステム制御回路５０を介して、焦点検出制御手段４２に駆動信号を送る。

２４は画像表示メモリである。２６はＤ／Ａ変換器である。２８はＴＦＴＬＣＤ等からなる画像表示部であり、画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データはＤ／Ａ変換器２６を介して画像表示部２８により表示される。画像表示部２８を用いて撮像した画像データを逐次表示すれば、動画表示を実現することが可能である。また画像表示部２８は、電池残量表示、ストロボ充電完了表示、装置のモード設定時の選択画面表示、時刻・日付表示などにも用いられる。画像表示部２８に用いられている表示素子はＴＦＴ方式などの液晶表示板である。

３０は画像記録メモリであり、撮影した静止画像や動画像を格納する。画像記録メモリ３０は、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を格納するのに十分な記憶量を備えている。これにより、複数枚の静止画像を連続して撮影する連射撮影や動画撮影など、高速かつ大量の画像書き込みを画像記録メモリ３０に対して行うことが可能となる。また、画像記録メモリ３０はシステム制御回路５０の作業領域としても使用することが可能である。

３２は圧縮・伸長回路であり、適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する。圧縮・伸長回路３２では、画像記録メモリ３０に格納された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えたデータを画像記録メモリ３０に書き込む。

４０はシャッタ９の駆動を制御する露光制御手段であり、４２は撮影レンズユニット１のフォーカスを行うためにフォーカシングレンズ７の駆動制御する焦点検出制御手段である。４６は撮影レンズユニット１のズーミングを行うためにバリエータレンズ３の駆動制御するズーム制御手段である。４３はフィルタ制御手段。４５は絞り制御手段である。画像処理回路２０により撮像された被写体の明るさを測定し（測光）その結果から絞り制御手段４５に信号が送られ、絞り４を駆動する。この時、小絞りによる回折を防止するために、明るい被写体に対しても所定の絞り径よりも小さく絞らないように制御している。４０，４２，４５，４６の各制御手段はステッピングモータやプランジャなどのアクチュエータを用いている。またフィルタ制御手段４３は、減光光学素子５がＮＤフィルタの場合にはＮＤフィルタを撮影光路上に挿脱させるためのアクチュエータとして、ステッピングモータやプランジャを用いる。また、減光光学素子５が透過型の液晶表示板などの素子自体の濃度を変えて光量調節を行う場合は、フィルタ制御手段４３は減光光学素子５に印加する電圧や電流を制御する。

４８はストロボであり、被写体に向けて閃光発光を行い被写体を照明する。

５０はシステム制御回路であり、本発明のカメラ全体の動作を制御する中央演算ユニット（ＣＰＵ）である。従ってどちらの焦点検出手段からの信号を用いて合焦動作させるかの切換えの判断もシステム制御回路５０で行うことになる。５２はメモリであり、システム制御回路５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶する。５６は電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が用いられ、撮影者が設定するカスタムファンクションの設定やメッセージ等を記憶する。

６０、６２、６４、６６は、システム制御回路５０の各種の動作指示を入力するための操作手段であり、スイッチやダイアル、タッチパネル等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。具体的には６０は電源スイッチであり、カメラの電源のＯＮ・ＯＦＦを行う。６２はズームスイッチであり撮影レンズの焦点距離の変更を指示する。６４はレリーズスイッチであり、第一ストロークのスイッチＯＮでＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理等の動作開始を指示し、第二ストロークのスイッチＯＮで引き続きシャッタ９の開閉、撮像素子１１から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介してメモリ３０に画像データを書き込む露光処理、画像処理回路２０やメモリ制御回路２２での演算を用いた現像処理、画像記録メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮・伸長回路３２で圧縮を行い、記録媒体１００に画像データを書き込む記録処理という一連のレリーズ処理の動作開始を指示する。

７０は電源制御回路であり、電池検出回路、DC-DCコンバータ、通電するブロックを切換えるスイッチ回路等により構成されており、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行い、検出結果及びシステム制御回路５０の指示に基づいてDC-DCコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。７２、７４はコネクタである。７６は電源であり、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やNiCd電池やNiMH電池、リチウムイオン電池等の二次電池、ＡＣアダプター等からなる。

８０はメモリカードやハードディスク等の記録媒体とのインタフェースである。８２はメモリカードやハードディスク等の記録媒体と接続を行うコネクタである。さらに、インタフェース９０、そしてコネクタ９２を規格に準拠したメモリカードを用いて構成した場合、ＬＡＮカードやモデムカード、ＵＳＢカード、ＩＥＥＥ１３９４カード、Ｐ１２８４カード、ＳＣＳＩカード、ＰＨＳ等の通信カード等の各種通信カードを接続することにより、他のコンピュータやプリンタ等の周辺機器との間で画像データや画像データに付属した管理情報を転送し合うことができる。

１００はメモリカードやハードディスク等の記録媒体であり、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部１０２、装置本体側とのインタフェース１０４、装置本体側コネクタ８０と接続を行うコネクタ１０６とを備えており、装置本体に着脱可能に設けられている。この記録媒体１００と画像記録メモリ３０は、互いに記録されている画像ファイルの移動やコピーが可能である。

図３は本実施の形態のカメラのコントラストＡＦ時の概略の動作を示したフローチャートである。以下図３を基に動作の説明を行う。

まずステップＳ１０１にて、レリーズスイッチ６４の第一ストロークがＯＮされたなら、コントラストＡＦモードであるか否かを判断する。本発明のカメラでは、通常は合焦速度の速い位相差ＡＦで焦点検出を行いフォーカシングレンズを焦点近傍まで持っていき、次に焦点検出精度がより高いコントラストＡＦで微調するようにしている。しかし、例えば撮影のスピードよりもピントを優先させたいときには、位相差ＡＦは用いずにコントラストＡＦのみで焦点検出を行うようにしたり、また逆に、撮影のスピードが求められる場合には位相差ＡＦのみの焦点検出情報で撮影を行うことも可能である。

ステップＳ１０１では位相差ＡＦとコントラストＡＦのどちらのＡＦ方式を使うのかを判断する。コントラストＡＦだと判断すると、ステップＳ１０２にてコントラストＡＦを開始する。ここで通常の撮影モードでは、すでに位相差ＡＦでフォーカシングレンズ７を合焦点近傍まで移動させているので、ステップＳ１０２のコントラストＡＦでのフォーカシングレンズ７の駆動量は微調程度の僅かな量である。

ステップＳ１０３ではコントラストＡＦ中は常に撮像素子１１からのコントラストの変化をモニタリングしており、検出されたコントラスト値が前回検出されたコントラスト値よりも所定値以内で変化した場合、即ち所定値以下の焦点のずれを検出した場合には、引き続きコントラストＡＦで合焦動作を行う。しかしながら、検出したコントラスト値が所定値以上大きく変化した場合（例えば被写体が急に動いたときなど）には、コントラストＡＦでは前ピン側か後ピン側かどちらに変化したか判断できないので、コントラスト値が大きく変化した場合には、フォーカスレンズ７を無限方向若しくは至近方向に大きく駆動してコントラストのピークを検出する動作（サーチ動作）を行わなければならず、またピークを検出するためには１度ピークを通過するまでフォーカスレンズ７を駆動して、再度ピーク位置に戻す動作が必要で、尚且つ撮像素子１１からの信号で撮像処理も行われるために、信号処理自体にも時間が掛かるために、コントラスト方式では焦点検出に時間が掛かってしまう。そこで後述するように検出したコントラスト値が所定値以上大きく変化した場合には、ステップＳ１０６にて位相差ＡＦへ切換えて、合焦動作に時間が掛かるのを極力防ぐようにしている。尚、本実施例で述べるサーチ動作とはコントラストＡＦではフォーカシングレンズを無限端から至近端まで順不同で駆動させながら焦点検出を行う動作のことである。例えばフォーカシングレンズが至近端の方に近い位置にある場合は、まず至近端まで焦点検出しながらレンズを移動し、その後無限端方向にレンズを移動してコントラストのピークを検出する。位相差ＡＦの場合は、レンズの駆動方向が２つの像のずれ方向からわかるので、レンズを所定の方向に駆動して焦点検出を行い、レンズの移動途中で合焦した場合は、そこで駆動を停止する。従って同じサーチ動作でも位相差ＡＦでのサーチ動作の方が、レンズの駆動スピードも早くレンズの移動量も短い場合が多いので、合焦する時間は短くなる。

ステップＳ１０４にて合焦したと判断したならば、フォーカシングレンズ７の駆動を停止し、ステップＳ１０５でレリーズスイッチ６４の第二ストロークがＯＮされたなら、シャッタ９の開閉、撮像素子１１から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介してメモリ３０に画像データを書き込む露光処理、画像処理回路２０やメモリ制御回路２２での演算を用いた現像処理、画像記録メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮・伸長回路３２で圧縮を行い、記録媒体１００に画像データを書き込む記録処理という一連の撮影動作を行う。

ステップＳ１０１にて位相差ＡＦモードの場合、或いはステップＳ１０３にてコントラストＡＦ時に所定値以上のコントラスト値の変化量を検出した場合（即ちフォーカスレンズ７の駆動移動量が大きくなる場合）は、ステップＳ１０６にてコントラストＡＦから位相差ＡＦへ切換えて焦点検出を行う。ステップＳ１０７にて位相差ＡＦで合焦したならば、ステップＳ１０８にてコントラストＡＦに切換えて合焦動作を行い、ステップＳ１０９にてコントラスト値の変化量が所定値以内の場合は、ステップＳ１０４へ飛び、ステップＳ１０４にて合焦と判断したなら、撮影処理に移る（ステップＳ１０５）。ここでステップＳ１０４にて非合焦と判断したなら、後述するステップＳ１１４にてコントラストＡＦによるサーチ動作を開始する。

ステップＳ１０７にて非合焦と判断したならば、ステップＳ１１０にて位相差ＡＦによるコントラストＡＦよりも高速にフォーカシングレンズを大きく移動させて焦点検出を行うサーチ動作を行う。ステップＳ１１１にて合焦と判断したなら、ステップＳ１０８にてコントラストＡＦによる合焦動作に切換える。

ステップＳ１１１にてサーチしても合焦しない場合は、ステップＳ１１２にて位相差ＡＦからコントラストＡＦに切換える。ステップＳ１１３にてコントラスト値の変化量を検出して所定値以内の場合はステップＳ１０４にて合焦判定を行う。ステップＳ１１３にてコントラスト値の変化量が所定値以上の場合には、コントラストＡＦによるサーチ動作を行う（ステップＳ１１４）。

ステップＳ１１５でサーチ動作中に合焦と判断したならば、ステップＳ１０５へ移行して撮影動作を開始する。ステップＳ１１５にて非合焦と判断したなら、ＡＦ非合焦表示を画像表示部２８などに表示してＡＦの動作を終了する。

前述の図３のフローチャートでは、静止画撮影を例にして説明を行ったが、動画撮影に関しても記録中に同様のＡＦの切換え処理をすることにより、素早く被写体に合焦させることが可能である。

カメラの構成を示すブロック図カメラの概略の光学配置図実施例の動作を示すフローチャート

符号の説明

１撮影レンズユニット
７フォーカシングレンズ
１１第１の光電変換素子
１６第２の光電変換素子
２３コントラスト演算部
４２焦点検出制御手段
５０システム制御回路
５５位相差演算部

Claims

撮影光学系と、第１の焦点検出手段と、第２の焦点検出手段と、該第１若しくは第２の焦点検出手段から得られる焦点検出信号で前記撮影光学系の少なくとも一部のレンズを光軸方向に駆動して合焦動作を行う焦点検出制御手段を有するカメラにおいて、
前記第１の焦点検出手段からの焦点検出信号で合焦動作中に所定値以上の焦点のずれを検出した場合は、前記第２の焦点検出手段からの焦点検出信号での合焦動作に切換え、前記第２の焦点検出手段で合焦後、前記第１の焦点検出手段からの焦点検出信号での合焦動作に切換える切換え手段を有することを特徴とするカメラ。
前記第１の焦点検出手段は前記撮影光学系を介した光束を受けて、輝度信号の変化からコントラストのピークを検出するコントラストＡＦ、前記第２の焦点検出手段は前記撮影光学系を介した光束を受けて、１対の被写体像の位相差からデフォーカス量を算出する位相差ＡＦであることを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
前記第２の焦点検出手段は、前記撮影光学系とは異なる光学系を介した光束を受けて焦点検出を行うことを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
前記第２の焦点検出手段からの信号で合焦動作を行うときの合焦速度は、前記第１の焦点検出手段からの信号で合焦動作を行うときの合焦速度より速いことを特徴とする請求項１、２、３に記載のカメラ。