JP2009075254A - 焦点検出装置及び撮影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】フォーカスレンズが衝撃によりずれてしまった場合でも、良好に焦点位置を検出することができる焦点検出装置及び撮影装置を提供することを目的とする。
【解決手段】焦点検出を行い、焦点検出不能である場合はAF評価値が単純減少傾向にあるか否かを判断し、単純減少傾向にある場合には衝撃が発生したか否かを検知する(ステップ100〜106)。AF評価値が単純減少傾向でかつ衝撃が検知された場合は、フォーカスレンズがずれた可能性があるとしてフォーカスレンズを初期位置へ移動させる(ステップ108)。その後焦点検出を行って焦点検出不能か否かを判断し(ステップ112、114)、焦点検出不能でない場合はフォーカスレンズがずれたものとしてフォーカスレンズを合焦位置へ移動させ(ステップ128)、焦点検出不能の場合は規定の撮影範囲外の被写体を撮影したものとしてニア側へフォーカスレンズを移動させる(ステップ116)。
【選択図】図4

Description

本発明は、焦点検出装置及び撮影装置に係り、特に、カメラ等の撮影装置に搭載され、自動で焦点検出を行う焦点検出装置及び撮影装置に関する。
従来、カメラ等の撮像装置のレンズの焦点位置を自動的に検出する所謂オートフォーカス機能を備えた装置が種々提案されている。例えば、特許文献1には、合焦不能と判定された場合に、レンズを初期停止位置に駆動する技術が開示されている。
また、特許文献2には、焦点調節機構をステッピングモータで制御するカメラにおいて、ステッピングモータの動作中に電池が取り出された場合のように焦点調節機構が初期位置にセットされない状態のままとなっている場合には、これを検出して焦点調節機構を初期位置にセットする技術が開示されている。
また、特許文献3には、レンズを駆動するステッピングモータの停止時における衝撃の有無を検出し、衝撃が加わったときには、この衝撃に耐えうる励磁電流を流して大きな静止トルクを得ることにより、衝撃によるレンズ群の移動を防止する技術が開示されている。
ところで、昨今デジタルカメラにおいては本体の厚みを抑えるため、被写体からの入射光をプリズム等によって直角に折り曲げてズームレンズやフォーカスレンズ、撮像素子に入射させる屈曲光学系を採用したものがある。
このような構造では、フォーカスレンズやズームレンズは、キャリッジが取り付けられたレンズ枠に取り付けられ、キャリッジは上下方向(重力方向)に長いリードスクリュー取り付けられる。そして、リードスクリューが回転することにより、その回転運動がキャリッジの上下方向の直進運動に変換され、これに伴ってフォーカスレンズやズームレンズが上下動する。
特開平1−187516号公報 特開平1−260426号公報 特開2001−83398号公報
しかしながら、上記のような屈曲光学系を採用した場合、撮影時に衝撃が加わると、フォーカスレンズの自重によってキャリッジの位置が下方向にずれてしまい(歯飛び)、焦点位置の検出ができなくなる、すなわち焦点位置の検出範囲から外れてしまう場合があった。
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、フォーカスレンズが衝撃によりずれてしまった場合でも、良好に焦点位置を検出することができる焦点検出装置及び撮影装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するため、請求項1記載の発明の焦点検出装置は、被写体像を結像位置に合焦させるためのフォーカスレンズを含む光学系と、前記フォーカスレンズを光軸方向へ駆動する駆動手段と、合焦位置を検出するための合焦制御評価値を算出する算出手段と、前記フォーカスレンズを予め定めた焦点検出範囲で移動させながら前記合焦制御評価値を算出させ、前記焦点検出範囲における前記合焦制御評価値が単純減少傾向にある場合に、前記フォーカスレンズが予め定めた初期位置に移動するように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、焦点検出範囲における合焦制御評価値が単純減少傾向にある場合、すなわちフォーカスレンズが衝撃によりずれてしまった場合には、フォーカスレンズを予め定めた初期位置に移動させるので、その後焦点位置を適切に検出することができる。
なお、請求項2に記載したように、衝撃検知センサをさらに備え、前記制御手段は、前記焦点検出範囲における前記合焦制御評価値が単純減少傾向にあり、かつ前記衝撃検知センサにより衝撃が検知された場合に、前記フォーカスレンズが前記初期位置に移動するように前記駆動手段を制御するようにしてもよい。
このように、フォーカスレンズが衝撃によりずれたと判断する条件として、衝撃検知センサにより衝撃が検知された場合を加えることにより、高精度にフォーカスレンズがずれたことを検出することができる。
また、請求項3に記載したように、前記衝撃検知センサは、手ぶれ補正用の角速度センサであり、前記角速度センサからの出力値が予め定めた所定値以上である場合を衝撃として検知するようにしてもよい。
このように、衝撃検知センサを手ぶれ補正用の角速度センサと兼用することにより、装置のコストを抑えることができる。
また、請求項4に記載したように、前記光学系は、入射した被写体像の光を所定角度に屈曲させて前記フォーカスレンズに導く屈曲光学系である構成とすることができる。
このような屈曲光学系では、重力方向に沿ってフォーカスレンズが移動し、フォーカスレンズが衝撃によりずれやすくなるため、本発明の効果が特に顕著である。
請求項5記載の発明の撮影装置は、前記請求項1〜前記請求項4の何れか1項に記載の焦点検出装置を備えた事を特徴とする。
この発明によれば、焦点検出範囲における合焦制御評価値が単純減少傾向にある場合、すなわちフォーカスレンズが衝撃によりずれてしまった場合には、フォーカスレンズを予め定めた初期位置に移動させるので、その後焦点位置を適切に検出することができ、ピンぼけせずに被写体を良好に撮影することができる。
本発明によれば、フォーカスレンズが衝撃によりずれてしまった場合でも、良好に焦点位置を検出することができる、という効果を有する。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1には、本発明に係るデジタルカメラ60の正面図を示した。デジタルカメラ60の上面及び正面には、撮影を指示するためのシャッタボタン62、被写体に対してストロボ露光を行うストロボ発光部64、被写体像を入射するレンズ開口部66等が配置されている。また、デジタルカメラ60は、手ぶれ補正を行うために手ぶれを検出する角速度センサ68、ズームレンズやフォーカスレンズ等を収容する光学系ユニット10、その他の電気系回路等を内蔵している。
図2には、光学系ユニット10の詳細な構成を示した。同図(A)は光学系ユニット10の側面図、同図(B)は正面図である。
図2(A)に示すように、光学系ユニット10は所謂屈曲光学系を採用しており、入射光束70はレンズ開口部66を透過したのちプリズム72で略直角に下方向(デジタルカメラ60の通常の持ち方において重力方向)に折り曲げられる。これによりデジタルカメラ60の奥行き(焦点方向サイズ)を小さくできるので薄型ボディを実現できる。
折り曲げられた入射光束70は、ズームレンズ11やフォーカスレンズ13、その他のレンズ等の各種レンズを透過し、撮像素子としてのCCD21上に撮影画像として結像される。撮影者がシャッタボタン62を押下することでシャッター74が作動し、CCD21上に画像露光が行われる。
図2(B)に示すように、ズームレンズ11は、ズームレンズ枠11Aに保持され、このズームレンズ枠11Aは、支柱78に摺動可能に指示されたレンズ枠ガイド部11Bに固定(一体形成)されている。そして、レンズ枠ガイド部11Bは、ステッピングモータ11Cのリードスクリュー11Dに取り付けられたキャリッジ11Eに嵌合されている。キャリッジ11Eは、リードスクリュー11Dが回転することによりZ方向に上下動する。なお、キャリッジ11Eは、ある程度の衝撃がZ方向に加わると、下方向にずれる、すなわち歯飛びが発生する場合がある。
従って、ステッピングモータ11Cの回転によりリードスクリュー11Dが回転すると、リードスクリュー11Dの回転運動がレンズ枠ガイド部11Bの直進運動に変換され、レンズ枠ガイド部11Bが図中Z方向に上下動する。
同様に、フォーカスレンズ13は、フォーカスレンズ枠13Aに保持され、このフォーカスレンズ枠13Aは、支柱78に摺動可能に指示されたレンズ枠ガイド部13Bに固定(一体形成)されている。そして、レンズ枠ガイド部13Bは、ステッピングモータ13Cのリードスクリュー13Dに取り付けられたキャリッジ13Eに嵌合されている。キャリッジ13Eは、リードスクリュー13Dが回転することによりZ方向に上下動する。なお、キャリッジ13Eは、ある程度の衝撃がZ方向に加わると、下方向にずれる、すなわち歯飛びが発生する場合がある。
従って、ステッピングモータ13Cの回転によりリードスクリュー13Dが回転すると、リードスクリュー13Dの回転運動がレンズ枠ガイド部13Bの直進運動に変換され、レンズ枠ガイド部13Bが図中Z方向に上下動する。
また、フォーカスレンズ13の上方には、初期位置出しセンサ82が設けられている。初期位置出しセンサ82は、フォーカスレンズ13がこの初期位置出しセンサ82の近傍に設定された初期位置まで移動するとこれを検出して検出信号を出力する。
また、図2では図示は省略したが、光学系ユニット10は、手ぶれ補正用のレンズ等を含んで構成される防振機構をフォーカスレンズ13とCCD21との間に設けている。
次に、デジタルカメラ60の電気系の構成について説明する。図3には、デジタルカメラ60の電気系の概略構成を示すブロック図を示した。
デジタルカメラ60は、被写体からの撮像光が入力される光学系80と、光学系80の光軸後方に配置され当該光学系80を介して被写体を撮像する撮像部20と、画像処理や全体制御を行う主制御部30と、主制御部30で処理された画像を出力する出力部50とを備えている。
光学系80は、ズームレンズ11、絞り機構12(図2では図示省略)、フォーカスレンズ13、図示しない防振機構等を備えている。ズームレンズ11はズームモータ(ステッピングモータ11C)によって、フォーカスレンズ13はオートフォーカスモータ(ステッピングモータ13C)によって光軸方向に移動可能である。絞り機構12の絞りは、アイリスモータによって制御される。これらのモータは、モータドライバ14によって制御される。
撮像部20は、光学系80からの撮像光に応じて被写体像の画像信号を生成するCCDイメージセンサ21と、CCDイメージセンサ21から読み出された画像信号に含まれるノイズ成分を除去する相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)処理を行うCDS回路22と、CDS回路22により処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換するデジタル/アナログ変換器(以下、A/D変換器という)23と、CCDイメージセンサ21を駆動するためのタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ(TG)24と、を備えている。
主制御部30は、バス31を介して相互に接続された様々な回路を備えている。詳細には、主制御部30は、A/D変換器23からの画像データをバス31に供給する画像入力制御部32と、入力された画像データに対して所定のデジタル信号処理を行う画像処理回路33と、表示すべき画像を表す画像データを格納するためのVRAM34と、VRAM34に格納された画像データに基づく画像をLCD51に表示させる制御を行うLCD制御部35と、を備えている。
さらに、主制御部30は、フォーカスレンズ13の焦点調整するために用いるコントラスト値を検出するAF検出回路36と、画像データに基づいて最適な露出及びホワイトバランスを検出するAE(Auto Exposure)検出回路37と、各種プログラムやパラメータ等の情報が予め記憶されているEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)38と、ワークメモリとして用いられるSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)39と、画像データを圧縮・伸張する圧縮伸張回路40と、記録メディア52に対して各種情報を読み書きするメディア制御部41と、EEPROM38から適宜情報を読み出して上記各部を制御するCPU42と、を備えている。
AF検出回路36は、撮像部20から入力されVRAM34に記憶された画像データのコントラスト値を検出する。なお、コントラスト値は、被写体に焦点があっている度合いを表している。このため、コントラスト値が最大になるときに合焦位置が得られる。本実施形態では、このコントラスト値をAF評価値として用いている。
AE・AWB検出回路37は、画像データに基づいて被写体の明るさを表す露出値(EV値)を検出する。EV値は、絞りやシャッタ速度を求めるときの測光値として用いられる。
以上のような構成の撮像装置では、CCDイメージセンサ21から出力された被写体像を表すアナログ信号は、CDS回路22による処理が施され、A/D変換器23によりデジタル画像信号に変換された後、画像データとして、画像入力制御部32から主制御部30内に入力される。この入力された画像データは、バス31を介してSDRAM39に一旦記憶される。
主制御部30では、SDRAM39に記憶された画像データに基づいて、AF検出回路36がコントラスト値を演算し、AE検出回路37がAE演算を行う。CPU42は、これらの演算結果に基づいて、モータドライバ14を介してフォーカスレンズ13を合焦位置に移動させると共に、絞り機構12及びCCDイメージセンサ21の適正な露光制御値(絞り値やシャッタスピード)に設定し、AWB調整値を設定する。
また、主制御部30では、角速度センサ68からの出力値に応じて図示しない手ぶれ補正用のレンズを駆動し、手ぶれ補正制御を行う。
なお、本実施の形態では、AE検出回路37は、画像データに基づいて被写体の明るさであるEV値や絞り値等を算出するが、これに限るものではない。例えば、周辺光量を検出する光センサ等を設け、当該光センサ出力に基づいて算出するようにしてもよい。
次に、本実施形態の作用として、CPU42で実行される焦点検出制御について図4に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図4に示す制御は、シャッタボタン62が半押しされると実行される。
まず、ステップ100では、焦点検出処理、すなわちオートフォーカス処理を実行する。具体的には、CPU42は、モータドライバ14を介してステッピングモータ13Cを駆動し、予め定めた焦点検出範囲の初期位置からフォーカスレンズ13を移動させながら、AF検出回路36で検出されたコントラスト値、すなわちAF評価値が最大となる位置を検出する。
ステップ102では、焦点検出不能であるか否かを判断する。例えば図5(A)に示すように、フォーカスレンズ13の位置がNear側(以下ニア側という)からInf側(以下無限遠側という)までのAF評価値の波形にピーク90が存在すれば、その位置が合焦位置となる。この場合、ステップ102で否定判定され、ステップ120へ移行する。
ステップ120では、合焦位置にフォーカスレンズ13を移動させるようステッピングモータ13Cを駆動させる。そして、ステップ122へ移行し、合焦できた旨を示すマークやメッセージ等をLCD51に表示させる。
一方、合焦不能な場合としては、コントラストが低い被写体や低照度の被写体を撮影した場合、デジタルカメラ60に衝撃が加わることによりフォーカスレンズ13を支持するキャリッジ13Eが歯飛びして図2において下方向にずれてしまった場合、被写体が近すぎる場合等、規定の撮影範囲外の被写体を撮影した場合がある。
コントラストが低い被写体や低照度の被写体を撮影した場合は、AF評価値の波形は、図5(B)に示すようにピークが存在しない波形となる。これに対し、キャリッジ13Eが歯飛びした場合のAF評価値の波形や規定の撮影範囲外の被写体を撮影した場合は、同図(C)に示すようにAF評価値がニア側から無限遠側へ向けて単純減少傾向となる波形となる。
そこで、ステップ104では、AF評価値がニア側から無限遠側へ向けて単純減少傾向にあるか否かを判断し、単純減少傾向にある場合には、キャリッジ13Eの歯飛びが生じた可能性があるものとしてステップ106へ移行し、単純減少傾向にない場合には、コントラストが低い被写体や低照度の被写体が撮影されたものとしてステップ124へ移行する。
ステップ124では、予め定めた所定位置、例えばニア側と無限遠側との中間位置(擬似パンフォーカス位置)にフォーカスレンズ13を移動させるようステッピングモータ13Cを駆動させる。そして、ステップ126へ移行し、合焦不能である旨を示すマークやメッセージ等をLCD51に表示させる。
ところで、前述したように、キャリッジ13Eが歯飛びした場合のAF評価値の波形は、同図(C)に示すようにAF評価値がニア側から無限遠側へ向けて単純減少傾向となる波形となるが、規定の撮影範囲外の被写体を撮影した場合のAF評価値の波形も同様となる。従って、AF評価値の波形が単純減少傾向の場合、その理由が、衝撃が発生したことによるものなのか、規定の撮影範囲外の被写体を撮影したことによるものなのかがAF評価値の波形だけでは判別できない場合がある。
そこで、ステップ106では、角速度センサ68からの出力値に基づいて衝撃が検出されたか否かを判断する。なお、ここでいう衝撃は、キャリッジ13Eの歯飛びが発生した可能性がある衝撃をいう。デジタルカメラ60に衝撃が発生したか否かの検出は、角速度センサ68の出力値に基づいて行われる。デジタルカメラ60の電源がオンされると、角速度センサ68からの出力値が所定時間毎にCPU42に出力され、CPU42では、図6に示すような割り込みルーチンが実行される。
まずステップ200では、角速度センサ68からの出力値を取り込み、ステップ202において、取り込んだ出力値が予め定めた所定値以上であるか否かを判断する。この所定値は、角速度センサ68からの出力値がこの値以上であればキャリッジ13Eの歯飛びが発生した可能性があると判断できる値に設定される。
そして、角速度センサ68からの出力値が所定値以上の場合、すなわちキャリッジ13Eの歯飛びが発生した可能性があると考えられる場合は、ステップ204へ移行する。
ステップ204では、キャリッジ13Eの歯飛びが発生した可能性のある衝撃が発生したか否かを示す衝撃発生フラグをオンにしてワークメモリとしてのSDRAM39に書き込む。一方、角速度センサ68からの出力値が所定値未満の場合には、キャリッジ13Eの歯飛びが発生する可能性のある衝撃は発生していないものとしてリターンする。
従って、図4のステップ106では、歯飛びが発生する可能性がある衝撃が発生したか否かの判断を、SDRAM39に記憶された衝撃発生フラグがオンであるか否かを判断することによって行う。
そして、衝撃発生フラグがオンであった場合には、キャリッジ13Eの歯飛びが発生した可能性があるものとしてステップ108へ移行する。一方、衝撃発生フラグがオフの場合には、規定の撮影範囲外の被写体を撮影したものと判断してステップ116へ移行する。
ステップ108では、フォーカスレンズ13を初期位置へ移動させる。具体的には、フォーカスレンズ13を図2において上方向へ移動させ、初期位置出しセンサ82によりフォーカスレンズ13が検知された時点でフォーカスレンズ13の移動を停止させることにより行う。
ステップ110では、衝撃発生フラグをオフし、ステップ112では、ステップ100と同様に焦点検出処理を行う。
ステップ114では、ステップ102と同様に焦点検出不能であるか否かを判断し、焦点検出不能である場合はステップ116へ移行し、焦点検出不能でない場合にはステップ128へ移行する。
ここで焦点検出不能である場合は、衝撃発生フラグがオン、すなわち歯飛びが発生した可能性のある衝撃が発生してフォーカスレンズ13を初期位置に移動させてから焦点検出処理を行っても焦点検出できなかった場合であるから、歯飛びは発生しておらず、規定の撮影範囲外の被写体を撮影した場合と考えられる。
そこで、ステップ116では、例えば図5に示すところのニア側の端部にフォーカスレンズ13を移動させるようステッピングモータ13Cを駆動させる。そして、ステップ118では、ステップ126と同様に、合焦不能である旨を示すマークやメッセージ等をLCD51に表示させる。
一方、焦点検出できた場合には、歯飛びが発生した場合であると考えられる。そこで、ステップ128では、ステップ120と同様に合焦位置にフォーカスレンズ13を移動させるようステッピングモータ13Cを駆動させる。そして、ステップ130では、ステップ122と同様に、合焦できた旨を示すマークやメッセージ等をLCD51に表示させる。
その後、シャッタボタン62が本押しされると、被写体の撮像処理が実行される。
このように、本実施形態では、AF評価値がニア側から無限遠側に向けて単純減少傾向にあるか否か及び角速度センサ68からの出力値に基づいて衝撃が発生したか否かを判断することによって、フォーカスレンズ13を支持するキャリッジ13Eの歯飛びが発生したか否かを判断するので、キャリッジ13Eの歯飛びが発生した場合でも焦点位置を適切に検出することができる。
なお、本実施形態では、図4のステップ106において角速度センサ68からの出力値に基づいて衝撃が発生したか否かを判断することにより高精度にキャリッジ13Eの歯飛びが発生したか否かを判断しているが、ステップ106の処理を省略し、AF評価値がニア側から無限遠側に向けて単純減少傾向にあるか否かのみを判断するようにしてもよい。
また、本実施形態では、屈曲光学系を採用したデジタルカメラに本発明を適用した場合について説明したが、キャリッジ13Eの歯飛びが発生する可能性のある構成であれば、屈曲光学系ではない通常の光学系を採用したデジタルカメラにも本発明を適用可能である。
また、本実施形態では、AF評価値の一例として画像データのコントラスト値を用いたが、これに限定されるものではない。
また、本実施形態では、角速度センサ68を手ぶれ補正制御用及び衝撃検知用で兼用しているが、個別に設けてもよい。
デジタルカメラの正面図である。 (A)は光学系ユニットの側面図、(B)は光学系ユニットの正面図である。 デジタルカメラの電気系の概略構成を示すブロック図である。 焦点検出処理のフローチャートである。 AF評価値の波形を示す線図である。 衝撃検知処理のフローチャートである。
符号の説明
10 光学系ユニット
11 ズームレンズ
11A ズームレンズ枠
11B レンズ枠ガイド部
11C ステッピングモータ
11D リードスクリュー
11E キャリッジ
13 フォーカスレンズ
13A フォーカスレンズ枠
13B レンズ枠ガイド部
13C ステッピングモータ
13D リードスクリュー
13E キャリッジ
14 モータドライバ
20 撮像部
21 イメージセンサ
30 主制御部
42 CPU
60 デジタルカメラ
62 シャッタボタン
68 角速度センサ
70 入射光束
72 プリズム
80 光学系
82 初期位置出しセンサ

Claims (5)

  1. 被写体像を結像位置に合焦させるためのフォーカスレンズを含む光学系と、
    前記フォーカスレンズを光軸方向へ駆動する駆動手段と、
    合焦位置を検出するための合焦制御評価値を算出する算出手段と、
    前記フォーカスレンズを予め定めた焦点検出範囲で移動させながら前記合焦制御評価値を算出させ、前記焦点検出範囲における前記合焦制御評価値が単純減少傾向にある場合に、前記フォーカスレンズが予め定めた初期位置に移動するように前記駆動手段を制御する制御手段と、
    を備えた焦点検出装置。
  2. 衝撃検知センサをさらに備え、
    前記制御手段は、前記焦点検出範囲における前記合焦制御評価値が単純減少傾向にあり、かつ前記衝撃検知センサにより衝撃が検知された場合に、前記フォーカスレンズが前記初期位置に移動するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項1記載の焦点検出装置。
  3. 前記衝撃検知センサは、手ぶれ補正用の角速度センサであり、前記角速度センサからの出力値が予め定めた所定値以上である場合を衝撃として検知することを特徴とする請求項2記載の焦点検出装置。
  4. 前記光学系は、入射した被写体像の光を所定角度に屈曲させて前記フォーカスレンズに導く屈曲光学系であることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の焦点検出装置。
  5. 前記請求項1〜前記請求項4の何れか1項に記載の焦点検出装置を備えた撮影装置。
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