JP2009008985A - 焦点調節装置および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】合焦精度の高い状態を選択できる焦点調節装置を提供する。
【解決手段】フォーカスレンズ21による像のコントラスト値に関する焦点評価値を、結像光学系の焦点調節位置Pに対応付けて検出する検出手段12と、異なる基準を用いて焦点評価値が最大となる焦点調節位置を求める演算手段12と、焦点評価値が最大となる焦点調節位置に結像光学系が位置した場合に合焦表示を行う表示手段15と、基準に応じて合焦表示を変更する制御手段12と、を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、焦点調節装置および撮像装置に関するものである。
従来、オートフォーカスカメラ等において、複数の焦点評価値に基づいて合焦位置を求める際に3点内挿法が用いられている(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、フォーカスレンズの移動範囲の端部などでは、焦点評価値の最大値を内挿法を用いて求めることができない場合があった。
特開2004−77959号公報
本発明が解決しようとする課題は、合焦位置を判定する基準に応じて合焦表示を変更することで合焦精度に合わせた適切な合焦表示を行うことができる焦点調節装置および撮像装置を提供することである。
本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は本発明の理解を容易にするためだけのものであって本発明を限定する趣旨ではない。
[1]本発明の焦点調節装置は、結像光学系(21)による像のコントラスト値に関する焦点評価値を、結像光学系の焦点調節位置(P)に対応付けて検出する検出手段(12)と、異なる基準を用いて焦点評価値が最大となる焦点調節位置を求める演算手段(12)と、焦点評価値が最大となる焦点調節位置に結像光学系が位置した場合に合焦表示を行う表示手段(15)と、基準に応じて合焦表示を変更する制御手段(12)と、を備えたことを特徴とする。
上記発明において、結像光学系を焦点評価値が最大となる焦点調節位置に移動する焦点調節手段(12)を設け、表示手段が、焦点調節手段によって結像光学系を移動した後に合焦表示を行うよう構成することができる。
上記発明において、基準は、検出手段によって検出された焦点調節位置に対応付けた焦点評価値に基づいて、内挿法により焦点評価値が最大となる焦点調節位置を求めることを含む。
上記発明において、演算手段は、焦点調節位置に対応付けて検出される焦点評価値の傾向に応じて内挿法を用いるか否かを選択するよう構成することができる。
上記発明において、検出手段は、焦点評価値を検出する焦点調節位置の間隔を複数設定可能であり、演算手段は、間隔に応じて内挿法を用いるか否かを選択するよう構成することができる。
上記発明において、検出手段は、結像光学系の移動範囲の端部における間隔を、移動範囲の端部以外の範囲における間隔より短く設定することができる。
[2]上記発明に係る焦点調節装置は撮像装置(1)に適用することができる。
本発明は、異なる基準で判定された合焦位置に結像光学系を移動した際に合焦表示を変更するので、使用者は合焦精度を認識することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では実施形態の理解を容易にするために、たとえば探索回数などに具体的数値を挙げているが、これは本実施形態を限定する趣旨ではない。
図1は本発明の実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。本実施形態の撮像装置1は、カメラボディ10とレンズ鏡筒20を有し、レンズ鏡筒20には、光軸2に沿って移動可能なフォーカスレンズ21と、このフォーカスレンズ21を光軸2に沿って移動させるレンズ駆動モータ22と、フォーカスレンズ21の位置を検出するためのレンズ位置検出部23とが設けられている。
フォーカスレンズ21の光軸2に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒20に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝(螺旋溝)を形成するとともに、フォーカスレンズ21を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、レンズ駆動モータ22によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズが光軸に沿って直進移動することになる。
なお、レンズ鏡筒20にはフォーカスレンズ21以外のレンズ群が設けられているが、ここではフォーカスレンズ21を例に挙げて本実施形態を説明する。
上述したようにレンズ鏡筒20に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ21は光軸方向に直進移動するが、その駆動源としてのレンズ駆動モータ22(アクチュエータ)がレンズ鏡筒20に設けられている。レンズ駆動モータ22と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、レンズ駆動モータ22の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ21が光軸2の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、レンズ駆動モータ22の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ21は光軸2の逆方向へ直進移動することになる。
フォーカスレンズ21の位置はレンズ位置検出部23であるエンコーダによって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ21の光軸方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒20に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。
本例のレンズ位置検出部23としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量(回転方向でも光軸方向の何れでもよい)に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを挙げることができる。
フォーカスレンズ21は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部(至近端ともいう)から被写体側の端部(無限端ともいう)までの間を光軸方向に移動することができ(この範囲をレンズの移動範囲Lともいう。)、この移動はカメラボディ10のレンズ駆動制御部14からの指令によって制御される。
カメラボディ10には、光軸2上に撮像素子11が設けられている。撮像素子11は、フォーカスレンズ21等によって結像された像を電気信号に変換するCCDなどから構成され、光電変換された電気信号を図示しないモニタ等に出力する。また、撮像素子11は、オートフォーカススイッチ13をON状態にして自動合焦探索を行う際、フォーカスレンズ21を通過した像の所定エリアにおけるコントラスト値を焦点検出部12へ出力する。
焦点検出部12は、撮像素子11から送出された画像出力から焦点評価値を演算する。この焦点評価値は、たとえば撮像素子11からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算して焦点電圧を検出することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる2つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出し、それぞれを積算して焦点電圧を検出することでも求めることができる。
また、焦点検出部12は、レンズ駆動制御部14に制御信号を送出してフォーカスレンズを所定のサンプリング間隔で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ21の位置を、たとえば内挿法などの演算方式を用いて求める。
この内挿法による焦点評価値の最大値の求め方を、図5を参照しながら説明する。図5は本発明の実施形態に係る撮像装置1の合焦判定を説明するためのグラフであり、ここでは3点内挿法を説明する。
図5に示した丸印は焦点評価値のサンプリング点を示しており、たとえばフォーカスレンズ21の探索範囲に8箇所P1〜P8の焦点評価値が取得されているものとする。破線で示す曲線は焦点評価値のプロファイルを示し、レンズ位置Pxにピークを有している。
取得された8個の焦点評価値では、焦点評価値P5が最大となっているが、3点内挿法では、最大の焦点評価値P5とその前後に位置する焦点評価値P4,P6とを用いてレンズの合焦位置Pxを算出する。まず、最大の点P5および3点のうち最小の点P6を通る直線L1を算出する。この直線L1の傾きをKとしたとき、傾きが−Kで、残りの点P4を通る直線L2を算出する。そして、直線L1と直線L2との交点のレンズ位置座標を求める。この交点のレンズ位置座標をフォーカスレンズ21の合焦位置Pxとする。
こうして求められたフォーカスレンズ21の合焦位置Pxを焦点検出部12からレンズ駆動制御部14に送出し、レンズ駆動モータ22を制御してフォーカスレンズ21を合焦位置に移動させる。
なお、オートフォーカススイッチ13をOFF状態にした場合は、使用者が回転筒212を回転させることにより手動による合焦操作を行うことができる。
図1に戻り、カメラボディ10には合焦表示部15が設けられている。この合焦表示部15は、たとえばファインダや液晶ディスプレイ内に表示されるマークで構成したり、カメラボディ10の外部にLEDランプなどの表示手段で構成したり、あるいはファインダに設けられたオートフォーカス用ターゲットマークの色彩の変化で構成したりすることができる。
本例の合焦表示部15は、後述するように、内挿法を用いて焦点評価値の最大値が求められた場合と、それ以外、具体的には内挿法を用いずに最大値を求めた場合とで表示方法を変更するものである。これにより、使用者に注意が喚起されるので、使用者は、たとえば合焦精度が高い状態を選択して撮影することができる。
したがって、本実施形態の合焦表示部15は、内挿法を用いた場合とそうでない場合とが識別できる表示法であればよい。たとえば、ファインダや液晶ディスプレイに合焦表示部15を設ける場合、内挿法を用いた合焦精度が高い状態には「合焦」という文字やこれに相当する図形を表示し、そうでない場合は非表示状態とすることができる。また、カメラボディ10の外部にLEDなどのランプを設ける場合、内挿法を用いた合焦精度が高い状態には点灯し、そうでない場合は非点灯とすることができる。さらに、オートフォーカス用ターゲットマークなどの既存のマークの色彩を変更することで合焦表示部15を構成する場合、内挿法を用いた合焦精度が高い状態には緑色に設定し、そうでない場合は赤色に設定することができる。これ以外にも合焦位置を求める基準が識別できる表示方法であれば用いることができる。
次に、本実施形態に係る合焦位置探索ルーチンを説明する。図2は本発明の実施形態に係る撮像装置1の合焦位置探索ルーチンを示すフローチャートである。
本例の合焦位置探索ルーチンでは、最初にフォーカスレンズ21の現在位置Pnの近傍のみを探索する部分探索を行い(ステップS101〜S107)、この範囲に内挿法による合焦位置Pxがあれば合焦位置を算出してフォーカスレンズ21を合焦位置Pxへ移動し(ステップS109)、合焦表示部15に内挿法による合焦位置が探索された表示をする(ステップS110)。
これに対し、ステップS101〜S107の部分探索の範囲に合焦位置がない場合には、次のステップS111にて合焦位置Pxと予想される位置がフォーカスレンズ21の移動範囲Lの端部(至近端または無限端)近傍以外であるときは、図4に示す全域探索を実行し、合焦位置Pxが求められれば、合焦位置を算出した上でフォーカスレンズ21を合焦位置Pxへ移動し、合焦表示部15に内挿法による合焦位置が探索された表示をする。この全域探索とは、フォーカスレンズ21の移動範囲Lの全域を対象にして合焦位置の探索を行う検出方法である。これについては後述する。なお、フォーカスレンズ21の移動範囲Lの端部近傍の値は予め定めておく。
図2に示すステップS111にて合焦位置Pxと予想される位置がフォーカスレンズ21の移動範囲Lの端部(至近端または無限端)近傍にあると判断されたときは、ステップS112および図3に示す細密探索を実行する。この細密探索とは、フォーカスレンズ21の移動範囲Lの端部などにおいて、サンプリング間隔を短く設定して焦点評価値を検出する方法である。これについては後述する。
なお、図2〜図4に示す部分探索、全域探索および細密探索の順序はあくまで一例であり、3つの検出方法の順序を入れ替えたり、これ以外の検出方法で合焦位置を探索したりすることもできる。
次に、図2のステップS101〜S107に示す部分探索のルーチンを説明する。図3は図2に示す部分探索のサブルーチンを示すフローチャート、図6は図2のステップS101〜S107に示す部分探索のサブルーチンにおけるレンズ位置と焦点評価値および時間の関係を示すタイムチャートである。
まず、ステップS101にて、フォーカスレンズ21を現在位置Pnから被写体方向(無限方向)へ移動量D1だけ初期駆動する。この初期駆動とは、フォーカスレンズ21の合焦位置を探索する操作における、フォーカスレンズ21を移動させる最初の動作をいう。このときの移動量D1は次の間欠駆動の移動量の合計D2×mの約半分とする。なお、フォーカスレンズ21を光軸方向に移動する場合は、レンズ位置検出部23の出力情報を取り込んで、フォーカスレンズ21の移動量を確認しながら駆動する。
フォーカスレンズ21を初期駆動して現在位置Pnから探索開始位置Pに移動させたら、ステップS102にてカウンタを初期化する(i=0)。
次いで、ステップS103にて、フォーカスレンズ21を探索開始位置Pからカメラボディ方向(至近方向)へ移動量D2だけ移動させ、この位置Pにおいて焦点評価値を算出する(ステップS104)。この間欠駆動においても、フォーカスレンズ21を光軸方向に移動する場合は、レンズ位置検出部23の出力情報を取り込んで、フォーカスレンズ21の移動量を確認しながら駆動する。
そして、ステップS105〜S106にて、この移動量D2によるフォーカスレンズ21の間欠駆動をm回繰り返す。なお、図6に示す例ではm=8に設定されている。
ステップS103およびS104に示すフォーカスレンズ21の間欠駆動及び焦点評価値の算出を繰り返したのち、ステップS107にて合焦判定を行う。合焦判定は、ステップS104で算出された焦点評価値に基づいて、図5にて説明した3点内挿法などの手法を用いてその最大値を求める処理である。
次に、ステップS108において、上述した探索範囲に3点内挿法による合焦位置Pxがあれば、ステップS109にて合焦位置を算出するとともに、フォーカスレンズ21を合焦位置Pxへ移動したのち、ステップS110にて合焦表示部15に内挿法による合焦位置が探索された表示をする。
次に、上述した部分探索の結果、この範囲に合焦位置Pxが見つからず、かつ探索結果から予想される合焦位置Pxがフォーカスレンズ21の移動範囲Lの端部近傍にある場合の探索ルーチンを説明する。
図3は図2のステップS112に示す細密探索のサブルーチンを示すフローチャート、図7は部分探索に続いて細密探索を行った場合のレンズ位置と焦点評価値および時間の関係を示すタイムチャートである。
まず、図2に示すステップS101に示す初期駆動(移動量D1)を行ったときにレンズ21が無限端に位置したものとする。レンズ駆動制御部14から移動量D1をレンズ駆動モータ22へ出力しても、フォーカスレンズ21が移動範囲Lの端部に到達するとそれ以上レンズは移動しない。この無限端の位置を部分探索の開始位置P0とし、移動量D2でステップS102〜S106の間欠駆動を行う。このとき抽出された焦点評価値を図7に丸印で示す。同図に示す例ではm=4である。同図に示すように、この部分探索で得られた5点の焦点評価値のプロファイルは至近端に向かって徐々に減少する形となっている。したがって、部分探索では合焦条件を満たさなかったが、無限端の近傍に合焦位置Pxが存在することが予想できる。
こうして図2に示すステップS111で合焦位置Pxが端部近傍にあるか否かを判断し、端部近傍にあると判断された場合には、ステップS112の細密探索へ移行する。
図3に示す細密探索では、まずフォーカスレンズ21を、部分探索の終了位置Pmから被写体方向(無限方向)へ移動量D3で初期駆動し、ここを細密探索の開始位置(i=5)として、フォーカスレンズ21を被写体方向(無限方向)へ移動量D4ずつ移動させ、それぞれの位置P(i=5〜i=9)において焦点評価値を算出する。ここで、細密探索の際の移動量D4は、部分探索の際の移動量D2よりも小さく設定する。これにより、部分探索では合焦条件を満たさず合焦位置が見つけられなかった探索範囲において合焦位置Pxにきわめて近い位置を見つけることができる。
図2に戻り、細密探索の結果、得られた焦点評価値(i=5〜i=9)のうち最大の焦点評価値に対応する位置P(図7に示す例ではi=9の位置)を合焦位置Pxとみなし、ここにフォーカスレンズ21を移動する。
本実施形態では、サンプリング間隔が短い細密探索において、得られた焦点評価値の最大値を求める際に3点内挿法は用いず、得られた焦点評価値のうち最大となる点を合焦位置とする。これにより、細密探索を行って合焦判定できない場合であっても、それに極めて近い位置にフォーカスレンズ21を移動することができる。
ただし、3点内挿法を用いて求められた合焦位置に比べ、フォーカスレンズ21の真の合焦位置とはいい難いことから、合焦表示部15の表示は行わないこととする。これにより、合焦表示部15を見た使用者は、真の合焦位置が求められたかどうかを認識することができるので、仮に合焦表示15が行われていないときは、その状態での撮影を中止し、マニュアル操作でフォーカスレンズ21を移動したり、あるいは撮影状態を変えたりすることを選択できる。
なお、図2に示す実施形態では、細密探索で合焦位置Pxを擬制した場合はステップS110をジャンプして合焦表示を行わないこととしたが、上述したように、合焦表示部15の表示方法を変更してもよい。
図2のステップ111に戻り、ステップS101〜S108の部分探索の結果、この範囲に合焦位置Pxが見つからず、かつステップS111で探索結果から予想される合焦位置Pxがフォーカスレンズ21の移動範囲Lの端部近傍にない場合の探索ルーチンを説明する。
図4は本発明の実施形態に係る撮像装置の全域探索ルーチンを示すフローチャートである。全域探索では、まずフォーカスレンズ21を移動範囲Lの至近端に移動し(ステップS301)、ここを全域探索の開始位置として(ステップS302)、フォーカスレンズ21を被写体方向(無限方向)へ移動量D5ずつ移動させ(ステップS303)、それぞれの位置において焦点評価値を算出する(ステップS304)。ここで、全域探索の際の移動量D5は、部分探索の際の移動量D2よりも大きく設定する。これにより、探索範囲は広がるものの探索回数がさほど増加しないので探索時間を短くすることができる。
この操作をr回繰り返し、フォーカスレンズ21を移動量D5ずつ間欠駆動しながら無限端またはその近傍まで全域探索を終了したら(ステップS305,S306)、合焦判定を行う(ステップS307)。合焦判定は、ステップS304で算出された焦点評価値に基づいて、図5にて説明した3点内挿法などの手法を用いてその最大値を求める処理である。
次に、ステップS308において、上述した探索範囲に3点内挿法による合焦位置Pxがあれば、ステップS309にて合焦位置を算出するとともに、フォーカスレンズ21を合焦位置Pxへ移動したのち、ステップS310にて合焦表示部15に内挿法による合焦位置が探索された表示をする。この合焦表示は、上述した部分探索における合焦表示(図2のステップS110)と同じである。
ちなみに、ステップS308にて合焦条件を満たさず、合焦位置が見つからなかった場合にはそのまま探索処理を終了する。
以上のように、本実施形態では、部分探索および全域探索を行った場合には内挿法により焦点評価値の最大値を求める一方で、細密探索を行った場合には内挿法に代えて得られた焦点評価値のうち最大の焦点評価値に対応する位置を合焦位置とし、これらの場合において合焦表示部15の表示方法を変更するので、高い焦点調節精度でフォーカスレンズ21を焦点調節している状態と、そうでない状態とを即座に識別することができる。
なお、上述した実施形態では、サンプリング間隔の大小によって内挿法を用いるかどうかを選択したが、得られた焦点評価値の差の大小によって内挿法を用いるかどうかを選択し、これに応じて合焦表示部15における表示方法を変更することもできる。
本発明の実施形態に係る撮像装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の合焦位置探索ルーチンを示すフローチャートである。 図2に示す細密探索のサブルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る撮像装置の全域探索ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る撮像装置の合焦判定を説明するためのグラフである。 図2に示す部分探索のサブルーチンにおけるレンズ位置と焦点評価値および時間の関係を示すタイムチャートである。 図2に示す細密探索のサブルーチンにおけるレンズ位置と焦点評価値および時間の関係を示すタイムチャートである。
符号の説明
1…撮像装置;10…カメラボディ;11…撮像素子;12…焦点検出部
13…オートフォーカススイッチ;14…レンズ駆動制御部
15…合焦表示部;20…レンズ鏡筒
21…フォーカスレンズ;22…レンズ駆動モータ
23…レンズ位置検出部

Claims (7)

  1. 結像光学系による像のコントラスト値に関する焦点評価値を、前記結像光学系の焦点調節位置に対応付けて検出する検出手段と、
    異なる基準を用いて前記焦点評価値が最大となる前記焦点調節位置を求める演算手段と、
    前記焦点評価値が最大となる前記焦点調節位置に前記結像光学系が位置した場合に合焦表示を行う表示手段と、
    前記基準に応じて前記合焦表示を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする焦点調節装置。
  2. 請求項1記載の焦点調節装置であって、
    前記結像光学系を前記焦点評価値が最大となる焦点調節位置に移動する焦点調節手段を備え、
    前記表示手段は、前記焦点調節手段によって前記結像光学系を移動した後に前記合焦表示を行うことを特徴とする焦点調節装置。
  3. 請求項1または2記載の焦点調節装置であって、
    前記基準は、前記検出手段によって検出された前記焦点調節位置に対応付けた前記焦点評価値に基づいて、内挿法により前記焦点評価値が最大となる焦点調節位置を求めることを含むことを特徴とする焦点調節装置。
  4. 請求項3記載の焦点調節装置であって、
    前記演算手段は、前記焦点調節位置に対応付けて検出される焦点評価値の傾向に応じて前記内挿法を用いるか否かを選択することを特徴とする焦点調節装置。
  5. 請求項3記載の焦点調節装置であって、
    前記検出手段は、前記焦点評価値を検出する前記焦点調節位置の間隔を複数設定可能であり、
    前記演算手段は、前記間隔に応じて前記内挿法を用いるか否かを選択することを特徴とする焦点調節装置。
  6. 請求項5記載の焦点調節装置であって、
    前記検出手段は、前記結像光学系の移動範囲の端部における前記間隔を、前記移動範囲の端部以外の範囲における前記間隔より短く設定することを特徴とする焦点調節装置。
  7. 請求項1〜6の何れかに記載の焦点調節装置を有する撮像装置。
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