JP2007199261A - 焦点検出装置、方法およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の焦点検出エリアで焦点検出を行う場合に、撮影条件が変化しても異なる被写体を捕捉している焦点検出エリアが同一グループに含まれないように適切にグループ分けする。
【解決手段】被写界の複数の焦点検出エリアにおいて撮影レンズの複数の焦点調節状態を検出する焦点検出装置に適用され、複数の焦点調節状態のバラツキを求め、バラツキに基づいて複数の焦点調節状態を複数のグループに分け、複数のグループの中からグループを選択し、選択したグループに属する焦点調節状態に基づいて最終的な焦点調節状態を決定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出装置および方法と、その焦点検出装置を備えたカメラに関する。

撮影画面内に設定された複数の焦点検出エリアにおいて撮影レンズの焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を検出し、予め定めた一定のデフォーカス量の範囲（幅）に入るデフォーカス量を同じグループとしてグループ分けし、これらのグループの中から主要被写体を捕捉していると予想される最適グループを選択するようにした焦点検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開平０２−１７８６４１号公報

しかしながら、上述した従来の焦点検出装置では、所定のデフォーカス幅を用いて複数のデフォーカス量をグループ分けしているので、撮影距離が長い場合はデフォーカス量の差が小さくなり、本来異なるグループに属するはずのデフォーカス量が同じグループになってしまうことがある。

（１） 請求項１の発明は、被写界の複数の焦点検出エリアにおいて撮影レンズの複数の焦点調節状態を検出する焦点検出装置に適用され、複数の焦点調節状態のバラツキを求め、バラツキに基づいて複数の焦点調節状態を複数のグループに分け、複数のグループの中からグループを選択し、選択したグループに属する焦点調節状態に基づいて最終的な焦点調節状態を決定する。
（２） 請求項２の焦点検出装置は、バラツキに基づいて複数の焦点調節状態を複数のグループに分けるためのバラツキ範囲を決定し、バラツキ範囲を用いて複数の焦点調節状態をグループ分けするようにしたものである。
（３） 請求項３の焦点検出装置は、焦点調節状態は撮影レンズによる像のデフォーカス量であり、複数のデフォーカス量の標準偏差を求め、これをバラツキとするようにしたものである。
（４） 請求項４の焦点検出装置は、焦点調節状態は撮影レンズによる像のデフォーカス量であり、複数のデフォーカス量の平均値からのずれの絶対値の平均値を求め、これをバラツキとするようにしたものである。
（５） 請求項５のカメラは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備え、最終的な焦点調節状態に基づいて撮影レンズの焦点調節を行う。

本発明によれば、撮影距離などの撮影条件が変化しても、異なる被写体を捕捉している焦点検出エリアが同一グループに含まれないように、複数の焦点調節状態を適切にグループ分けすることができる。

本願発明の焦点検出装置を一眼レフレックス・デジタルスチルカメラに適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明の焦点検出装置は一眼レフレックス・デジタルスチルカメラに限定されず、銀塩フィルムカメラやビデオカメラを含む各種カメラに適用することができる。

図１は、一実施の形態の焦点検出装置を備えた一眼レフレックス・デジタルスチルカメラの横断面図である。なお、本願発明に直接関係のないカメラ部材については図示と説明を省略する。カメラ１のボディ２には交換レンズ３が装着されている。カメラボディ２にはメインミラー４、サブミラー５、撮像素子６、焦点検出装置７、ファインダースクリーン８、ペンタダハプリズム９、接眼レンズ１０、制御装置１１などが内蔵されている。また、交換レンズ３には撮影レンズ１２などが内蔵されている。

撮影レンズ１２を透過した被写体からの光は、メインミラー４により一部が反射されてファインダースクリーン８へ導かれ、一部が透過してサブミラー５へ導かれる。ファインダースクリーン８へ導かれた被写体光によりファインダースクリーン８上に被写体像が結像され、その被写体像はペンタダハプリズム９および接眼レンズ１０を介して撮影者に視認される。一方、サブミラー５へ導かれた被写体光はサブミラー５で反射されて焦点検出装置７へ導かれ、焦点検出装置７により撮影レンズ１２の焦点調節状態を示すデフォーカス量を検出する。

撮影レンズ１２の一対の異なるエリアを透過して入射した光束は、視野マスク７１、コンデンサーレンズ７２、折り曲げミラー７３、絞りマスク７４および再結像レンズ７５を介してイメージセンサー７６上に一対の被写体像を形成する。この一実施の形態では、図２に示すように、撮影レンズ１２の予定結像面に設定された撮影画面２１にａ〜ｋの１１個の焦点検出エリアを設定し、各焦点検出エリアにおいて撮影レンズ１２の焦点調節状態、すなわちデフォーカス量を検出する。換言すれば、被写界の複数の焦点検出エリアにおいて撮影レンズ１２のデフォーカス量を検出する。

この一実施の形態では、１１個の焦点検出エリアａ〜ｋで検出された複数のデフォーカス量をグループ分けし、主要被写体を捕捉していると予測される最適なグループを選択し、そのグループに属するデフォーカス量に基づいて最終的なデフォーカス量を求め、撮影レンズ１２の焦点調節を行う。

ここで、撮影画面２１内の複数の焦点検出エリアａ〜ｋで検出された複数のデフォーカス量のグループ分け方法を説明する。撮影画面２１内には撮影者が意図した主要被写体の他にも色々な被写体が含まれており、複数のデフォーカス量のグループ分けに際しては、同一の被写体を捕捉している焦点検出エリアで検出されたデフォーカス量が同一グループに含まれるようにする必要がある。

例えば今、背景の前に一人の人物が立っている撮影シーンを考える。この撮影シーンでは、人物を捕捉している焦点検出エリアのデフォーカス量を同一グループに、背景を捕捉している焦点検出エリアのデフォーカス量を別の同一グループにそれぞれグループ分けしなければならない。ところが、人物と背景のデフォーカス量の差は撮影距離によって異なり、一般に撮影距離が遠いとデフォーカス量の差は小さく、撮影距離が近いとデフォーカス量の差が大きい。

したがって、従来の焦点検出装置のように予め設定した一定のデフォーカス幅を用いてグループ分けを行うと、撮影距離が近い場合には、デフォーカス量の差が大きいから人物と背景のデフォーカス量をそれぞれ別個のグループに正確に分けることができるが、撮影距離が遠い場合には、デフォーカス量の差が小さいから人物と背景のデフォーカス量をそれぞれ別個のグループに正確に分けることが困難になり、人物のデフォーカス量の中に背景のデフォーカス量が混入してしまうことがある。このような場合には、適正なデフォーカス量が得られず、焦点検出精度が低下する。

また、上記のようなグループ分けの問題は撮影レンズの焦点距離の違いによっても発生する。一般に、撮影距離が同一であっても、撮影レンズの焦点距離が短いと異なる被写体に対するデフォーカス量の差が小さく、焦点距離が長いと異なる被写体に対するデフォーカス量の差が大きくなる。したがって、従来の焦点検出装置のように予め設定した一定のデフォーカス幅を用いてグループ分けを行うと、焦点距離が長い撮影レンズでは、デフォーカス量の差が大きいから人物と背景のデフォーカス量をそれぞれ別個のグループに正確に分けることができるが、焦点距離が短い撮影レンズでは、デフォーカス量の差が小さいから人物と背景のデフォーカス量をそれぞれ別個のグループに正確に分けることが困難になり、人物のデフォーカス量の中に背景のデフォーカス量が混入してしまうことがある。このような場合には、上述したように適正なデフォーカス量が得られず、焦点検出精度が低下する。

そこで、この一実施の形態では、撮影距離、撮影レンズ１２の焦点距離などの撮影条件に関わらず、同一の被写体を捕捉している焦点検出エリアで検出されたデフォーカス量のみが正確に同一グループに含まれるようにグループ分けを行う。以下に、そのグループ分け方法を説明する。

図２に示す撮影画面２１内の１１個の焦点検出エリアａ〜ｋから得られるデフォーカス量をＸｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とする。ここで、Ｎは有効データ数を表す。１１個すべての焦点検出エリアａ〜ｋでデフォーカス量が検出されるとは限らず、焦点検出不能なエリアがあったり、デフォーカス量が得られても信頼性判定の結果、信頼性なしとされる場合もある。

まず、Ｎ個の有効なデータ、すなわちＮ個の信頼性のあるデフォーカス量の集合の分散ｖを次式により求める。
ｖ＝Σ（Ｘｉ−Ｘave）^２／Ｎ ・・・（１）
（１）式において、ＸaveはＮ個のデフォーカス量の平均値であり、Σはｉ＝１〜Ｎの総和を表す。次に、Ｎ個のデフォーカス量の集合のバラツキ度合いを表す量として標準偏差σを次式により求める。
σ＝√（ｖ） ・・・（２）
この集合のバラツキ度合いを表す標準偏差σを用いて、Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）をグループ分けするためのデフォーカス幅Ｈを次式により決定する。
Ｈ＝α・σ ・・・（３）
（３）式において、αは係数であり、通常は０．４〜０．６程度が適当である。

このグループ分けデフォーカス幅Ｈを用いて次の手順でグループ分けを行う。まず、表１に示すＮ個（この例では１１個）のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を、値が小さい順に並べて表２に示すような配列Ｙｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を求める。

一実施の形態の焦点検出装置は、被写体がカメラ１に近いほど小さいデフォーカス量を検出するので、デフォーカス量を小さい順に並べるということは焦点検出エリアａ〜ｋで捕捉されている複数の被写体をカメラ１に近い順に並べることになる。

次に、配列Ｙｉの中の隣接する２個のデフォーカス量の差がグループ分けデフォーカス幅Ｈよりも大きい場合に、その２個のデフォーカス量の間にグループ分けの境界があるとする。すなわち、
｜Ｙi+1−Ｙi｜＞Ｈ ・・・（４）
の判定式が真となる場合に、デフォーカス量ＹiとＹi+1との間をグループ分けの境にする。なお、このグループ分けの境は、Ｎ個のデフォーカス量Ｙｉの中に複数存在する場合もある。また、Ｎ個のデフォーカス量Ｙｉの隣接する２個のデフォーカス量の差がすべてデフォーカス幅Ｈ以下の場合は、Ｎ個すべてのデフォーカス量Ｙｉが同一グループに属するということになる。

表１、表２により具体的にグループ分け手順を説明すると、Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉの標準偏差σは上記（１）、（２）式からσ＝０．１４８となる。係数αを０．５とすると、グループ分けデフォーカス幅Ｈは上記（３）式からＨ＝０．０７４となる。Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉを小さい順に整列した配列Ｙｉ（表２）において、上記判定式（４）によりグループ分けの境を調べると、隣接するデフォーカス量の差がデフォーカス幅Ｈよりも大きくなるのは、Ｙ１とＹ２の間、Ｙ３とＹ４の間、Ｙ７とＹ８の間にあり、これらの隣接するデフォーカス量の間にグループ分けの境があるとする。この結果、配列Ｙｉ（表２）のＮ個のデフォーカス量は、（Ｙ１）、（Ｙ２、Ｙ３）、（Ｙ４、Ｙ５、Ｙ６、Ｙ７）、（Ｙ８、Ｙ９、Ｙ１０、Ｙ１１）の４グループに分けられる。デフォーカス量をＸｉで表すと、（Ｘ３）、（Ｘ６、Ｘ１０）、（Ｘ１、Ｘ４、Ｘ８、Ｘ７）、（Ｘ１１、Ｘ５、Ｘ９、Ｘ２）の４グループになる。

図３は一実施の形態の動作を示すフローチャートである。制御装置１１のマイクロコンピューターは、カメラ１の電源が投入されている間、この動作を繰り返し実行する。ステップ１においてレリーズボタン（不図示）が半押しされたか否かを確認し、レリーズ半押しがあるとステップ２へ進む。ステップ２では焦点検出装置７により１１個の焦点検出エリアａ〜ｋにおいてデフォーカス量を検出するとともに、測光装置（不図示）により測光を行う。

ステップ３で検出結果のＮ個（有効データ数）のデフォーカス量Ｘｉに基づいて上述した手順でグループ分けデフォーカス幅Ｈを決定し、続くステップ４でデフォーカス幅ＨによりＮ個のデフォーカス量Ｘｉをグループ分けする。ステップ５において複数のデフォーカス量グループの中から最適なグループを選択する。この最適グループの選択方法については周知の方法を適用することができるが、この一実施の形態では主要被写体を捕捉している可能性が高い最も至近側のデフォーカス量グループを最適グループに選択する。

ステップ６で最適グループに属するデフォーカス量に基づいて最終的なデフォーカス量を決定する。この最終的なデフォーカス量の決定方法については周知の方法を適用することができるが、この一実施の形態では最適グループに属する複数のデフォーカス量の平均値を最終的なデフォーカス量に決定する。ステップ８において最終的なデフォーカス量に基づいて撮影レンズ１２を駆動し、焦点調節を行う。

ステップ８でレリーズボタン（不図示）が全押しされたか否かを確認し、レリーズ全押しがあるとステップ９へ進み、レリーズ全押しがなければステップ１へ戻る。レリーズ全押しがあった場合は、ステップ９で撮像素子６による撮像を行った後、ステップ１０で画像記録装置（不図示）に画像を記録する。

一実施の形態の方法でグループ分けを行った結果を説明する。図４および図５は主要被写体の人物を撮影距離を変えて撮影した場合の画像である。なお、これらの図では図２に示す１１個の焦点検出エリアａ〜ｋのエリア番号の図示を省略する。主要被写体の人物を遠い撮影距離で撮影した図４に示す画像では、検出されたＮ個のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に基づいてデフォーカス幅Ｈ＝０．０２が求められ、それによりグループ分けを行った結果、主要被写体の人物を捕捉している焦点検出エリアａ、ｂが同一グループに、背景を捕捉している焦点検出エリアｃ〜ｋが別の同一グループにそれぞれ分けられる。上述したように、撮影距離が遠いほど複数の焦点検出エリアで検出されるデフォーカス量の差が小さくなるので、グループ分けデフォーカス幅Ｈも小さくする必要がある。この一実施の形態のグループ分け方法によれば、撮影距離が遠い場合にデフォーカス幅Ｈに小さい値が設定され、同一の被写体（人物と背景）を捕捉している焦点検出エリアのデフォーカス量が同一グループになるように正確にグループ分けすることができる。

一方、主要被写体の人物を近い撮影距離で撮影した図５に示す画像では、検出されたＮ個のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に基づいてデフォーカス幅Ｈ＝０．０８が求められ、それによりグループ分けを行った結果、主要被写体の人物を捕捉している焦点検出エリアａ、ｂが同一グループに、背景を捕捉している焦点検出エリアｃ〜ｋが別の同一グループにそれぞれ分けられる。上述したように、撮影距離が近いほど複数の焦点検出エリアで検出されるデフォーカス量の差が大きくなるので、グループ分けデフォーカス幅Ｈも大きくする必要がある。この一実施の形態のグループ分け方法によれば、撮影距離が近い場合にデフォーカス幅Ｈに大きい値が設定され、同一の被写体（人物と背景）を捕捉している焦点検出エリアのデフォーカス量が同一グループになるように正確にグループ分けすることができる。

つまり、撮影距離が変わっても、Ｎ個の焦点検出エリアが人物を捕捉しているグループと背景を捕捉しているグループとに正確に分けられ、一実施の形態のグループ分けの方法が適切であることを示している。これより、人物を捕捉している同一グループの焦点検出エリアａ、ｂのデフォーカス量に基づいて最終的なデフォーカス量（例えば平均値）を決定し、撮影レンズの焦点調節を行うことによって、主要被写体の人物に正確にピントの合った写真を撮影することができる。

図４では主要被写体の人物を遠い撮影距離で撮影する場合にデフォーカス幅Ｈ＝０．０２によりグループ分けを行ったが、仮にデフォーカス幅Ｈを０．０８とすると、Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の隣接するデフォーカス量の差がデフォーカス幅Ｈ＝０．０８未満となり、すべてのデフォーカス量Ｘｉが同一のグループに属するものと判定される。つまり、撮影距離が遠いにも関わらずデフォーカス幅Ｈが大き過ぎるため、グループ分けを適切に行うことができない。その結果、Ｎ個すべてのデフォーカス量Ｘｉに基づいて最終的なデフォーカス量が決定され、撮影レンズの焦点調節が行われるので、図６に示すように主要被写体である人物に正確にピントのあった写真を撮影することができなくなる。

同様に、図５では主要被写体の人物を近い撮影距離で撮影する場合にデフォーカス幅Ｈ＝０．０８によりグループ分けを行ったが、仮にデフォーカス幅Ｈを０．０２とすると、Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の隣接するデフォーカス量の差がデフォーカス幅Ｈ＝０．０２以上となる境界数が多くなり、Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉが数多くのグループに分けられる。つまり、撮影距離が近いにも関わらずデフォーカス幅Ｈが小さ過ぎるため、グループ分けを適切に行うことができない。その結果、撮影者の意図する主要被写体の人物を捕捉している焦点検出エリアだけを正確に抽出できず、人物を捕捉している焦点検出エリアの中に背景を捕捉している焦点検出エリアが混入して、主要被写体である人物に対する正確なデフォーカス量を得ることができなくなる。したがって、不適切なデフォーカス量に基づいて撮影レンズの焦点調節が行われるので、図７に示すように主要被写体である人物に正確にピントのあった写真を撮影することができなくなる。

《一実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態では複数の焦点検出エリアで検出された複数のデフォーカス量のバラツキ度合いを表す量として集合の標準偏差σを用いた例を示したが、標準偏差以外のパラメーターをデフォーカス量集合のバラツキ度合いを表す量としてもよい。例えば次式に示すデフォーカス量集合の平均値Ｘaveからのずれの絶対値の平均値σ’を、デフォーカス量集合のバラツキ度合いを表す量としてもよい。
σ’＝Σ｜Ｘi−Ｘave｜／Ｎ ・・・（５）
（５）式において、Ｎは上述した有効データ数、Σはｉ＝１〜Ｎの総和を表す。

一実施の形態によれば、被写界の複数の焦点検出エリアにおいて撮影レンズの複数の焦点調節状態を検出する焦点検出装置において、複数の焦点調節状態のバラツキを求め、バラツキに基づいて複数の焦点調節状態を複数のグループに分け、複数のグループの中からグループを選択し、選択したグループに属する焦点調節状態に基づいて最終的な焦点調節状態を決定するようにしたので、撮影距離や焦点距離などの撮影条件が変化しても、異なる被写体を捕捉している焦点検出エリアが同一グループに含まれないように、複数の焦点調節状態を適切にグループ分けすることができる。

一実施の形態によれば、バラツキに基づいて複数の焦点調節状態を複数のグループに分けるためのバラツキ範囲を決定し、バラツキ範囲を用いて複数の焦点調節状態をグループ分けするようにしたので、撮影距離や焦点距離などの撮影条件が変化しても、異なる被写体を捕捉している焦点検出エリアが同一グループに含まれないように、複数の焦点調節状態をより適切にグループ分けすることができる。

一実施の形態のカメラの構成を示す図である。 焦点検出エリアの配置例を示す図である。 一実施の形態の動作を示すフローチャートである。 一実施の形態のグループ分けによる撮像結果を説明するための図である。 一実施の形態のグループ分けによる撮像結果を説明するための図である。 一実施の形態のグループ分けによる撮像結果を説明するための図である。 一実施の形態のグループ分けによる撮像結果を説明するための図である。

符号の説明

７ 焦点検出装置
１１ 制御装置
１２ 撮影レンズ

Claims (6)

1. 被写界の複数の焦点検出エリアにおいて撮影レンズの複数の焦点調節状態を検出する焦点検出装置において、
   前記複数の焦点調節状態のバラツキを求め、前記バラツキに基づいて前記複数の焦点調節状態を複数のグループに分け、前記複数のグループの中からグループを選択し、前記選択したグループに属する焦点調節状態に基づいて最終的な焦点調節状態を決定する制御手段を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、前記バラツキに基づいて前記複数の焦点調節状態を複数のグループに分けるためのバラツキ範囲を決定し、前記バラツキ範囲を用いて前記複数の焦点調節状態をグループ分けすることを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記焦点調節状態は前記撮影レンズによる像のデフォーカス量であり、
   前記制御手段は、複数の前記デフォーカス量の標準偏差を求め、これを前記バラツキとすることを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記焦点調節状態は前記撮影レンズによる像のデフォーカス量であり、
   前記制御手段は、複数の前記デフォーカス量の平均値からのずれの絶対値の平均値を求め、これを前記バラツキとすることを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備え、
   前記最終的な焦点調節状態に基づいて前記撮影レンズの焦点調節を行う焦点調節手段を備えたことを特徴とするカメラ。
6. 被写界の複数の焦点検出エリアにおいて撮影レンズの複数の焦点調節状態を検出する焦点検出方法において、
   前記複数の焦点調節状態のバラツキを求め、前記バラツキに基づいて前記複数の焦点調節状態を複数のグループに分け、前記複数のグループの中からグループを選択し、前記選択したグループに属する焦点調節状態に基づいて最終的な焦点調節状態を決定することを特徴とする焦点検出方法。

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