JP2008107480A - 合焦制御装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の被写体に合焦させることができる合焦制御装置を提供する。
【解決手段】光学手段により形成された被写体像を光電変換する撮像手段と、光学手段の合焦状態を表す焦点信号を生成する領域に対応する複数のフォーカス領域を撮像手段の撮像画像に重畳させて表示制御する表示制御手段と、焦点信号に基づいて駆動手段を制御して光学手段の移動を制御する制御手段と、光学手段の無限遠から至近までの走査によって取得される少なくとも中央のフォーカス領域と当該中央のフォーカス領域以外のフォーカス領域の焦点信号の情報を格納する格納手段（Ｓ６０２〜Ｓ６０９）と、格納手段の焦点信号の情報を用いて前記焦点信号を補正する補正手段とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、結像用の光学手段とＣＣＤ等の撮像手段を有する合焦制御装置および撮像装置に関するものである。

近年の撮像素子では多画素化に伴い、画素どうしの間隔が狭くなる狭画素ピッチ化が進んでいる。狭画素ピッチの撮像素子では、レンズ等の光学系と撮像素子が平行に取り付けられていない場合に、画面の両端でピント位置が異なる現象、所謂片ぼけが顕著になる。このため、撮影画面内に複数のフォーカス領域を配置してそれぞれ測距（焦点検出を含む）を行い、最至近距離を測距結果とする多点測距ＡＦにおいて、正しく最至近距離を測定できない、といった問題を有している。

また、出力画像に対して人間の目が区別できない程の片ぼけであっても、焦点評価値（以下、ＡＦ評価値とも記す）としては影響が出てしまうことがある。このときにも合焦しにくい等、ＡＦ（オートフォーカス）動作に影響を及ぼすものである。

上記の問題を解決するべく特許文献１では、風景撮影など、特定の撮影モードが選択された場合は、撮影画角内の中央の領域に焦点を合わせる。他の撮影モードが選択された場合は、まず、撮影画角内を複数に分割した各領域における被写体の測距情報から撮影画角内の撮影深度を算出する。そして、撮影深度が基準閾値よりも小さい場合は、撮影画角内の中央の領域に焦点を合わせる。撮影深度が基準閾値よりも大きい場合は、最至近距離にある被写体を含む領域に焦点を合わせる。このことで、片ぼけの影響を排除した撮影画像を得るようにしている。
特開２００３−２２２７８７号公報

しかしながら、上記従来例では、撮影モードや撮影深度によっては片ぼけの影響を受けてしまい、所望の被写体に合焦しないものであった。

（発明の目的）
本発明の目的は、光学手段と撮像手段との関係において取り付け誤差があっても、片ぼけの影響を受けることなく、所望の被写体に合焦させることのできる合焦制御装置および撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、光学手段により形成された被写体像を光電変換する撮像手段と、前記光学手段の合焦状態を表す焦点信号を生成する領域に対応する複数のフォーカス領域を前記撮像手段の撮像画像に重畳させて表示制御する表示制御手段と、前記焦点信号に基づいて駆動手段を制御して前記光学手段の移動を制御する制御手段とを有する合焦制御装置において、前記光学手段の無限遠から至近までの走査によって取得される少なくとも中央のフォーカス領域と当該中央のフォーカス領域以外のフォーカス領域の焦点信号の情報を格納する格納手段と、前記格納手段の焦点信号の情報を用いて前記焦点信号を補正する補正手段とを有する合焦制御装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、本発明の上記合焦制御装置を有する撮像装置とするものである。

本発明によれば、光学手段と撮像手段との関係において取り付け誤差があっても、片ぼけの影響を受けることなく、所望の被写体に合焦させることができる合焦制御装置または撮像装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係わる撮像装置のシステム構成を示す図である。図１において、ズームレンズ１Ａは、レンズマイコン４の命令に基づいて、ズームモータ１Ｂ及びモータ駆動回路１Ｃによって駆動される。絞り２Ａは、レンズマイコン４の命令に基づいて、ＩＧメータ２Ｂ及びメータ駆動回路２Ｃによって駆動される。フォーカスレンズ３Ａは、レンズマイコン４の命令に基づいて、フォーカスモータ３Ｂ及びモータ駆動回路３Ｃによって駆動される。各種制御に用いられるズームレンズ１Ａ、絞り２Ａ及びフォーカスレンズ３Ａの位置情報は、それぞれエンコーダ１Ｄ，２Ｄ，３Ｄによって検出され、レンズマイコン４へ供給される。

撮像素子（以下、ＣＣＤ）６には、ズームレンズ１Ａ、絞り２Ａ及びフォーカスレンズ３Ａを透過した光束が入射する。また、ＣＣＤ６はタイミング発生器（以下、ＴＧ）８で信号読み出しタイミングやシャッタスピード等を制御され、駆動される。このＣＣＤ６で光電変換された入力信号は、アナログフロントエンド（以下、ＡＦＥ）回路７でリセットノイズ除去、利得調整、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換等が行われる。そして、ディジタル撮像信号となる。ＡＦＥ７の出力であるディジタル撮像信号は、カメラ信号処理回路９に入力される。

カメラ信号処理回路９では、輝度・色（ＹＣ）分離、輝度信号のアパーチャ補正、ホワイトバランス、ガンマ補正等の信号処理が施される。カメラ信号処理回路９の出力はディジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１４でアナログ信号に変換された後、モニター１５に表示され、撮像画像がモニタリングされる。

カメラ信号処理回路９からの輝度信号はＡＦ評価値生成回路１０に送られる。ＡＦ評価値生成回路１０では、ＴＧ８で駆動されたＡＦ評価枠生成回路１１の制御で映像信号が、図３に示すように複数のフォーカス領域（Ｌ枠，Ｃ枠，Ｒ枠３つ）に分けられる。そして、例えば特開平０６−２６８８９６号公報に開示された方法でフォーカス領域毎にＡＦに必要なＡＦ評価値（焦点信号）が生成され、データバス１４経由でレンズマイコン４に送られる。レンズマイコン４はモータドライバ３Ｃを駆動し、取得したＡＦ評価値が最大になるレンズ位置で合焦させる。

ＡＦ評価値生成回路１０の出力は、ＡＦ評価値補正回路１２、メモリ１３へも送られる。そして、後述の測定モードのときに、ＡＦ評価枠生成回路１１からの枠情報、レンズマイコン４からのレンズ位置情報と共にＡＦ評価値が記録される。また、後述の通常モードのときに、メモリ１３から補正データが読み出されてＡＦ評価値補正回路１２に送られる。そして、ＡＦ評価値生成回路１０の出力信号が補正され、データバス１４経由でレンズマイコン４に送られる。

図１の光学手段（フォーカスレンズ３Ａを代表例とする）と撮像手段の一例であるＣＣＤ６が、図２に示すように平行に取り付けられていない場合について説明する。図２では、ＣＣＤ６の右（Ｒ）半分がフォーカスレンズ３Ａに近く、左（Ｌ）半分が遠い場合を例示している。

ＡＦ評価枠（フォーカス領域）が、図３に示すように、Ｌ枠，Ｃ枠，Ｒ枠の３つ存在し、Ｌ枠に至近距離の人間、Ｒ枠に遠方の建物が写っているものとする。つまり、ＡＦ評価枠を撮像画像に重畳させて表示しているものとする。このとき、図１のレリーズボタン１９が半押しされて、フォーカスレンズ３Ａが至近から無限遠までサーチされたとする。このときのレンズ位置とＡＦ評価値の関係は本来、図５（ｂ）に示すように、Ｌ枠のＡＦ評価値ピークがＲ枠のＡＦ評価値ピークよりも近い位置にくるべきである。

ところが、図２に示すようなフォーカスレンズ３ＡとＣＣＤ６の取り付け誤差（あおり）の影響で、ＡＦ評価値生成回路１０から出力されるＡＦ評価値は図５（ａ）のようになる。そのため、Ｌ枠の人間、Ｒ枠の建物の距離関係が逆転してしまう。通常の多点測距ＡＦでは、ＡＦ評価値のピークに大きな差がない場合、より近いほうの被写体にピントを合わせる。したがって、この場合、実際はＬ枠の人間の方が近くにあっても、Ｒ枠の建物にピントが合ってしまう。

そこで、実施例１では、あおりの影響による片ぼけを補正するために、工場での出荷調整時等において、予めあおり特性を測定する。この測定モード時の動作について、図６のフローチャートにより説明する。

図１の入力キー１８等により測定モードが選択されると、ステップＳ６０１で測定モードが開始される。そして、まずステップＳ６０２にて、ズームレンズ１Ａをワイド端へ移動させる。次のステップＳ６０３では、フォーカスレンズ３Ａを無限遠へ移動させる。この状態でテストチャートを撮影し、続くステップＳ６０４では、ズームレンズ１Ａとフォーカスレンズ３Ａの各レンズ位置をズームエンコーダ１Ｄ、フォーカスエンコーダ３Ｄから取得する。また同時に、ＡＦ評価値生成回路１０からＬ枠、Ｃ枠、Ｒ枠のＡＦ評価値を取得する。

次のステップＳ６０５では、ステップＳ６０４で取得したレンズ位置情報をレンズマイコン４、データバス１４を経てメモリ１３に格納する。また同時に、ＡＦ評価値生成回路１０からのＬ枠、Ｃ枠、Ｒ枠のＡＦ評価値をメモリ１３に格納する。そして、次のステップＳ６０６にて、フォーカスレンズ３Ａが最至近まで移動しているか否かを判定し、最至近まで移動していなければステップＳ６０７へ進む。ステップＳ６０７では、フォーカスレンズ３Ａを至近側へ１ステップだけ移動させ、ステップＳ６０４へ戻り、同様にデータ取得、記憶を繰り返す。このようにして無限遠から至近までが走査される。

上記ステップＳ６０６にてフォーカスレンズ３Ａが最至近まで移動したことを判定するとステップＳ６０８へ進む。そして、ここでズームレンズ１Ａがテレ端まで移動したか否かを判定し、移動していなければステップＳ６０９に進む。ステップＳ６０９では、ズームレンズ１Ａをテレ端側へ１ステップだけ移動させ、ステップＳ６０３へ戻り、同様にデータ取得、記憶を繰り返す。その後、ステップＳ６０８にてズームレンズ１Ａがテレ端まで移動したことを判定するとステップＳ６１０にて測定モードを終了する。

以上の動作により、ズームレンズ１Ａの各ズーム位置に対してそれぞれ、フォーカスレンズ３Ａの各フォーカス位置とＡＦ評価値生成回路１０の出力の特性を得ることができる。

したがって、図２に示すあおりがある場合、同一距離にあるテストチャートを撮影しても、図４のようにＬ枠、Ｃ枠、Ｒ枠でそれぞれ異なるフォーカスレンズ３Ａの位置にＡＦ評価値のピークがくることになる。

次に、通常撮影時の動作について、図７のフローチャートにより説明する。この通常撮影時には、上記の測定モード時に得た図４の特性から、Ｃ枠を基準にしたあおり量ＳＬ，ＳＲをＡＦ評価値補正回路１２で算出し、ＡＦ評価値生成回路１０の出力を補正することになる。

ステップＳ７００で通常撮影が開始されると、まずステップＳ７０１にて、レリーズボタン１９が半押しされたか否かを判定し、半押しされなけていなければステップＳ７１７にて動作を終了する。一方、半押しされていた場合はステップＳ７０２へ進み、ズームレンズ１Ａの位置をレンズマイコン４が取得する。そして、次のステップＳ７０３にて、フォーカスレンズ３Ａを無限遠へ移動させる。この状態で、次のステップＳ７０４およびステップＳ７０５にて、レンズ位置、Ｌ枠、Ｃ枠、Ｒ枠のＡＦ評価値を取得し、レンズマイコン４に保持する。

そして、次のステップＳ７０６にて、フォーカスレンズ３Ａが最至近まで移動しているか否かを判定し、移動していなければステップＳ７０７へ進む。そして、ステップＳ７０７では、フォーカスレンズ３Ａを至近側へ１ステップだけ移動させ、ステップＳ７０４へ戻り、同様にデータ取得、保持を繰り返す。

上記ステップＳ７０６にてフォーカスレンズ３Ａが最至近まで移動したことを判定するとステップＳ７０８へ進み、フォーカスレンズ３Ａを停止する。そして、次のステップＳ７０９にて、レンズマイコン４でＬ枠、Ｃ枠、Ｒ枠それぞれのＡＦ評価値のピーク値を算出する。次のステップＳ７１０では、ピーク値が予め定められた下限値以上か否かを判定し、下限値以上で無ければステップＳ７１１へ進み、その枠のピーク値に対応するレンズ位置を算出する。図５（ａ）に示す例では、Ｌ枠、Ｒ枠のピークが下限値以上で、Ｌ枠のピーク位置がｘ１、Ｒ枠のピーク位置がｘ２である場合を示している。

次のステップＳ７１２では、Ｌ枠、Ｃ枠、Ｒ枠全ての枠についてピーク値を算出できたか否かを判定し、できていなければステップＳ７０９に戻り、同様の動作を繰り返す。その後、全ての枠についてピーク値を算出できたらステップＳ７１３へ進む。

ステップＳ７１３では、現在のズームレンズ１Ａの位置に対応する図４の特性をメモリ１３から読み出してＡＦ評価値補正回路１２に送り、ＡＦ評価値補正回路１２で補正値ＳＬ，ＳＲを算出する。そして、次のステップＳ７１４にて、補正ピーク位置を算出する。図４、図５の例では、ピーク位置ｘ１，ｘ２を補正してそれぞれ、ｘ１＋ＳＬ，ｘ２−ＳＲとする。続くステップＳ７１５では、補正したピーク値から最至近のピーク値を算出する。図５の例では、補正後のデータにおいてはＬ枠のｘ１＋ＳＬが最至近ピークとなるので、Ｌ枠にピントを合わせることになる。但し、補正後のピーク位置ｘ１＋ＳＬにピントを合わせるべくフォーカスレンズ３Ａを移動させると実際にはＬ枠の被写体にピントは合わない。そこで、次のステップＳ７１６では、補正前のピーク位置ｘ１にフォーカスレンズ３Ａを移動させる。

以上の実施例１によれば、測定モードで前もってＡＦ評価値のレンズ位置特性を測定し、その測定結果を用いて、通常撮影時のＡＦ評価値のレンズ位置特性を補正するようにしている。したがって、フォーカスレンズ３ＡとＣＣＤ６が平行に取り付けられていないときでも、正しく最至近の被写体にピントを合わせることができる。

なお、図６のフローチャートでは、ズームレンズ１Ａを最初にワイド端に移動させ、徐々にテレ端に移動させたが、これとは逆に最初にテレ端に移動させ、徐々にワイド端に移動させても差し支えない。また、フォーカスレンズ３Ａを最初に無限遠に移動させ、徐々に至近側に移動させたが、これとは逆に最初に至近側に移動させ、徐々に無限遠に移動させても差し支えない。

また、図７のステップＳ７１３では、現在のズームレンズ１Ａの位置に対応する図４の特性をメモリ１３から読み出してＡＦ評価値補正回路１２に送り、ＡＦ評価値補正回路１２で補正値ＳＬ，ＳＲを算出している。しかし、現在のズームレンズ１Ａの位置に対応する図４の特性をメモリ１３から読み出してレンズマイコン４に送る。そして、レンズマイコン４で補正値ＳＬ，ＳＲを算出してデータバス１４を経てＡＦ評価値補正回路１２に送るようにしても差し支えない。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例２における撮像装置のシステム構成は図１と同様であり、かつ、測定モード時、通常撮影時の動作は、上記の図６および図７と同様である。

上記実施例１とは、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、光学手段（フォーカスレンズ３Ａを代表例とする）と撮像手段の一例であるＣＣＤ６の取り付け誤差（あおり）が異なる点である。図８（ａ）は、ＣＣＤ６の左（Ｌ）半分がフォーカスレンズ３Ａに近く、右（Ｒ）半分が遠い場合を例示している。そして、図８（ｂ）は、ＣＣＤ６の上（Ｕ）半分がフォーカスレンズ３Ａに近く、下（Ｄ）半分が遠い場合を例示している。つまり、横方向、縦方向共にあおりを有した場合を例示している。また、上記実施例１とは、図９のように９個のＡＦ評価枠を持つ点で異なる。

この場合、図６のフローチャートに示す測定モード時には、図１０のようなＡＦ評価値の特性を測定し、中心のＣ２枠を基準にした補正値を算出することになる。

上記実施例１および２においては、事前にテストチャート等の決められた被写体を撮影し、フォーカスレンズ３Ａを無限遠から至近まで動かす。そして、ＡＦ評価値を得て片ぼけ特性を得る。そして、この片ぼけ特性を用いて、通常撮影時のＡＦ評価値を補正する構成にしている。よって、片ぼけ発生時にも、所望の被写体にピントが合うようにすることができる。

なお、ＡＦ評価枠の数および形状は、上記実施例１および２に示したものに限ったものではなく、如何なる数、形状であってもよい。また、測定モードの動作は、工場での調整に限ったものではなく、ユーザ操作により通常撮影の前に行っても差し支えない。さらに、ピーク位置補正値の算出は、全てのＡＦ評価枠のＡＦ評価値を測定しなくてもよい。例えば、端のＡＦ評価枠（実施例１では、Ｌ枠とＲ枠、実施例２では、Ｌ１枠，Ｌ３枠，Ｒ１枠，Ｒ３枠のみＡＦ評価値特性を測定し、補間演算によってピーク位置補正値を算出してもよい。

本発明の実施例１に係わる撮像装置のシステム構成を示す図である。 本発明の実施例１に係わるフォーカスレンズとＣＣＤに取り付け位置の誤差がある様子を示す上面図である。 本発明の実施例１に係わるＡＦ評価枠を撮影画像に重畳させて表示した状態を示す図である。 本発明の実施例１において測定モードで取得したＡＦ評価値とレンズ位置の関係を示す図である。 本発明の実施例１において通常モードで取得したＡＦ評価値とレンズ位置の関係を示す図である。 本発明の実施例１において測定モードでの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１において通常モードでの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係わるフォーカスレンズとＣＣＤに取り付け位置の誤差がある様子を示す図である。 本発明の実施例２に係るＡＦ評価枠を示す図である。 本発明の実施例２において測定モードで取得したＡＦ評価値とレンズ位置の関係を示す図である。

符号の説明

１Ａ ズームレンズ
３Ａ フォーカスレンズ
１Ｂ ズームモータ
３Ｂ フォーカスモータ
１Ｃ，３Ｃ モータ駆動回路
４ レンズマイコン
６ ＣＣＤ
９ カメラ信号処理回路
１０ ＡＦ評価値生成回路
１１ ＡＦ評価枠生成回路
１２ ＡＦ評価値補正回路
１３ メモリ
１７ 主マイコン

Claims (7)

1. 光学手段により形成された被写体像を光電変換する撮像手段と、
   前記光学手段の合焦状態を表す焦点信号を生成する領域に対応する複数のフォーカス領域を前記撮像手段の撮像画像に重畳させて表示制御する表示制御手段と、
   前記焦点信号に基づいて駆動手段を制御して前記光学手段の移動を制御する制御手段とを有する合焦制御装置において、
   前記光学手段の無限遠から至近までの走査によって取得される少なくとも中央のフォーカス領域と当該中央のフォーカス領域以外のフォーカス領域の焦点信号の情報を格納する格納手段と、
   前記格納手段の焦点信号の情報を用いて前記焦点信号を補正する補正手段とを有することを特徴とする合焦制御装置。
2. 前記補正手段は、前記格納手段に格納された、前記中央のフォーカス領域と中央以外の各フォーカス領域との焦点信号の差を補正値とすることを特徴とする請求項１に記載の合焦制御装置。
3. 前記補正手段は、前記格納手段に格納された、両端のフォーカス領域の焦点信号の差を補間演算した値を、各フォーカス領域の補正値とすることを特徴とする請求項１に記載の合焦制御装置。
4. 撮影の際には、前記撮像手段の出力から生成される前記焦点信号を、前記補正手段により補正し、かつ、補正前の前記焦点信号に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の合焦制御装置。
5. 前記光学手段の無限遠から至近までの走査は、工場出荷前に行われる測定モードでなされることを特徴とする請求項１に記載の合焦制御装置。
6. 前記光学手段の無限遠から至近までの走査は、撮影の前になされることを特徴とする請求項１に記載の合焦制御装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の合焦制御装置を有することを特徴とする撮像装置。

Images