JP2010134016A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低輝度又は低コントラストの被写体を撮像する場合でも、位相差ＡＦの後に行われるコントラストＡＦによる合焦状態が得られるまでの時間を短くする。
【解決手段】撮像装置は、撮像光路上の第１の位置に配置されたミラーユニット５，６からの光により形成された一対の像の位相差を検出する第１の検出手段９，１０と、ミラーユニットが撮像光路外の第２の位置に配置された状態において、撮像素子８からの出力を用いて被写体像のコントラスト状態を検出する第２の検出手段１０とを有する。制御手段１０は、位相差が所定時間内に検出されたときは、第１のフォーカス制御を行って合焦判定が得られた後にミラーユニットを第２の位置に移動させて第２のフォーカス制御を行い、位相差が所定時間の経過後に検出されたときは、第１のフォーカス制御を行って合焦判定を待たずにミラーユニットを第２の位置に移動させて第２のフォーカス制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相差検出方式とコントラスト検出方式でフォーカス制御（ＡＦ）を行う撮像装置に関する。

一眼レフデジタルカメラ等の撮像装置には、位相差検出方式でのＡＦ（位相差ＡＦ）とコントラスト検出方式でのＡＦ（コントラストＡＦ）とを組み合わせた、いわゆるハイブリッドＡＦが可能なものがある。ハイブリッドＡＦは、高速に合焦状態が得られる位相差ＡＦと、高精度な合焦状態が得られるコントラストＡＦとの組み合わせにより、高速で高精度なＡＦが可能である。

一眼レフデジタルカメラの位相差ＡＦにおいては、撮像光学系から入射した光のうち、ハーフミラーを透過してサブミラーで反射した一部の光によって形成される一対の像を受光センサにより受光し、該一対の像の位相差を検出する。また、コントラストＡＦでは、ハーフミラー及びサブミラーを撮像光学系からの光路外に退避させる。そして、撮像光学系から入射したほとんどの光によって形成される被写体像を撮像素子により光電変換し、該光電変換により得られた出力に基づいて被写体像のコントラスト状態を検出する。

特許文献１にて開示されたハイブリッドＡＦでは、まず位相差ＡＦによって高速で合焦位置の近傍にフォーカスレンズを移動させ、次にコントラストＡＦによってより精度の高い合焦位置にフォーカスレンズを移動させる。

なお、特許文献１には開示されていないが、多くのハイブリッドＡＦでは、位相差ＡＦによってフォーカスレンズを移動させた後、該フォーカスレンズが合焦位置を中心とする所定範囲内に位置するか否かが判定される。そして、フォーカスレンズが該所定範囲内に位置するとの合焦判定がなされると、ハーフミラー及びサブミラーを撮像光学系からの光路外に退避させてコントラストＡＦが行われる。

また、特許文献２にて開示されたハイブリッドＡＦでは、位相差ＡＦにより得られた合焦位置とコントラストＡＦで得られた合焦位置との差に基づいて補正情報を予め生成しておく。そして、実際の撮像時には、位相差ＡＦにより得られる合焦位置を補正情報に基づいて補正する。
特開平７−４３６０５号公報 特開２００３−２９５０４７号公報

しかしながら、撮像光学系からのほとんどの光量を撮像素子により受光することができるコントラストＡＦに比べて、位相差ＡＦでは、ハーフミラーを透過した一部の光量しか受光センサにより受光することができない。このため、低輝度又は低コントラストの被写体を撮像する場合において位相差を検出するためには、コントラスト状態を検出するのに要する時間に比べて長時間を要することがある。

そして、位相差ＡＦに要する時間が長くなると、その後のハーフミラー及びサブミラーの退避動作とコントラストＡＦの開始タイミングが遅くなり、コントラストＡＦによる合焦状態が得られるまでの時間が長くなる。このため、シャッターチャンスを逃すおそれが生ずる。

本発明は、低輝度又は低コントラストの被写体を撮像する場合でも、位相差ＡＦの後に行われるコントラストＡＦによる合焦状態が得られるまでの時間を短くすることができるようにした撮像装置及びその制御方法を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮像光学系からの光路上の第１の位置と該光路外の第２の位置とに移動可能なミラーユニットと、撮像光学系からの光により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、第１の位置に配置されたミラーユニットからの光により形成された少なくとも一対の像の位相差を検出する第１の検出手段と、ミラーユニットが第２の位置に配置された状態において、撮像素子からの出力を用いて被写体像のコントラスト状態を検出する第２の検出手段とを有する。また、撮像装置は、ミラーユニットの位置の制御、位相差に基づいて撮像光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させる第１のフォーカス制御、及びコントラスト状態に基づいてフォーカスレンズを移動させる第２のフォーカス制御を行う制御手段を有する。そして、制御手段は、第１の検出手段により位相差が所定時間内に検出されたときは、第１のフォーカス制御を行って合焦判定が得られた後にミラーユニットを第１の位置から第２の位置に移動させて第２のフォーカス制御を行い、第１の検出手段により位相差が所定時間の経過後に検出されたときは、第１のフォーカス制御を行って合焦判定を待たずにミラーユニットを第１の位置から第２の位置に移動させて第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする。

また、本発明の他の一側面しての制御方法は、撮像光学系からの光路上の第１の位置と該光路外の第２の位置とに移動可能なミラーユニットと、撮像光学系からの光により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、第１の位置に配置されたミラーユニットからの光により形成された少なくとも一対の像の位相差を検出する第１の検出手段と、ミラーユニットが第２の位置に配置された状態において、撮像素子からの出力を用いて被写体像のコントラスト状態を検出する第２の検出手段とを有する撮像装置に用いられる。該制御方法は、ミラーユニットの位置の制御、位相差に基づいて撮像光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させる第１のフォーカス制御、及びコントラスト状態に基づいてフォーカスレンズを移動させる第２のフォーカス制御を行う制御ステップを有する。そして、制御ステップにおいて、第１の検出手段により位相差が所定時間内に検出されたときは、第１のフォーカス制御を行って合焦判定が得られた後にミラーユニットを第１の位置から第２の位置に移動させて第２のフォーカス制御を行い、第１の検出手段により位相差が所定時間の経過後に検出されたときは、第１のフォーカス制御を行って合焦判定を待たずにミラーユニットを第１の位置から第２の位置に移動させて第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする。

本発明では、被写体が低輝度又は低コントラストであり、位相差の検出に長い時間を要した場合には、第１のフォーカス制御によりフォーカスレンズを移動させるとともに、合焦判定を待たずに（行わずに）ミラーユニットを移動させてコントラストＡＦを行う。このため、本発明によれば、低輝度又は低コントラストの被写体に対するハイブリッドＡＦの遅延を小さくして高精度な合焦状態を得ることができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である撮像装置としてのデジタル一眼レフカメラの構成を示している。

図１において、１はカメラ本体であり、２は後述する撮像レンズ（交換レンズ）３をカメラ本体１に着脱可能とするためのマウントである。マウント２には、カメラ本体１内に設けられた後述するカメラ制御回路１０と、撮像レンズ３内に設けられた後述するレンズ制御回路４との間で各種信号を通信したり電源を授受したりするためのマウント接点２ａが設けられている。

撮像レンズ３は、その内部に撮像光学系を有する。撮像光学系は、フォーカスレンズ３ａと、ズームレンズ３ｂと、不図示の絞り等を含む。なお、図には、フォーカスレンズ３ａ及びズームレンズ３ｂを１枚のレンズエレメントにより構成されているように示したが、それぞれを複数のレンズエレメントにより構成してもよい。フォーカスレンズ３ａは、光軸方向に移動して、撮像光学系の焦点調節を行う。ズームレンズ３ｂは、光軸方向に移動して、撮像光学系の変倍を行う。

レンズ制御回路４は、ＣＰＵ等により構成され、撮像レンズ３の全体の制御を司る。

５は主ミラー（ハーフミラー）であり、６はサブミラーである。主ミラー５とサブミラー６により、ミラーユニットが構成される。ミラーユニットは、撮像光学系からの光路（以下、撮像光路という）上の位置（第１の位置）と該撮像光路外の位置（第２の位置）との間で移動可能である。

ミラーユニットが撮像光路上に配置されている状態（以下、この状態を第１の状態という）では、撮像光学系から入射して主ミラー５で反射された光は、後述するファインダー光学系に導かれる。また、撮像光学系から入射して主ミラー５を透過した光は、主ミラー５の背後に配置されたサブミラー６によって反射されて、後述する焦点検出ユニット９に導かれる。

また、ミラーユニットが撮像光路外に退避している状態（以下、この状態を第２の状態という）では、撮像光学系から入射した光は、開放状態とされたシャッタユニット７を通過して撮像素子８に到達する。

シャッタユニット７は、フォーカルプレンシャッタにより構成されており、撮像素子８の露光量を制御する。撮像素子８は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子であり、撮像光学系からの光により形成された被写体像を光電変換する。

焦点検出ユニット９は、サブミラー６からの光を分割して少なくとも一対の像を形成する２次結像レンズ（図示せず）と、該少なくとも一対の像を光電変換する受光センサ（エリアセンサ又はラインセンサ：図示せず）とを有する。受光センサ上に一対の像が形成されることで、受光センサからは該一対の像に対応する一対の像信号が出力される。

制御手段としてのカメラ制御回路１０は、ＣＰＵ等により構成され、ミラーユニットの位置の制御を含むカメラ本体１及び撮像レンズ３からなるカメラシステム全体の制御を司る。また、カメラ制御回路１０は焦点検出ユニット９からの一対の像信号のずれ量に相当する位相差を相関演算により算出する。これにより、位相差が検出され、位相差検出方式でのＡＦ（第１のフォーカス制御：以下、位相差ＡＦという）が可能となる。焦点検出ユニット９とカメラ制御回路１０により第１の検出手段が構成される。

カメラ制御回路１０は、位相差に基づいて撮像光学系の焦点状態を示すデフォーカス量を算出し、さらに該デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ３ａの駆動量（駆動方向を含む）を算出する。フォーカスレンズ３ａの駆動量の情報は、レンズ制御回路４に送信される。レンズ制御回路４は、受信した駆動量の情報に応じてフォーカスレンズ３ａを移動させる。これにより、位相差ＡＦによる合焦位置（以下、位相差合焦位置という）へのフォーカスレンズ３ａの駆動が行われる。

カメラ制御回路１０は、位相差ＡＦによって撮像光学系が所定の合焦範囲内にあることを判定する位相差合焦判定機能を備えている。

なお、ここでは、カメラ制御回路１０に位相差の算出機能まで持たせる場合について説明するが、この機能を焦点検出ユニット９に持たせてもよい。

撮像素子８からの出力信号は、カメラ制御回路１０内に構成されたＡ／Ｄ変換器（図示せず）を介して画像処理回路（図示せず）に入力される。画像処理回路は、Ａ／Ｄ変換器にてデジタル信号に変換された撮像素子８からの出力信号に対して各種画像処理を行い、画像信号を生成する。

カメラ制御回路１０は、画像信号における高周波成分を抽出してＡＦ評価値信号（焦点評価値信号ともいう）を生成する。ＡＦ評価値は、撮像素子８上に形成された被写体像のコントラスト状態を示す。これにより、被写体像のコントラスト状態が検出され、コントラスト検出方式でのＡＦ（第２のフォーカス制御：以下、コントラストＡＦという）が可能となる。カメラ制御回路１０は、第２の検出手段として機能する。

カメラ制御回路１０は、コントラストＡＦを行う場合は、フォーカスレンズ３ａの駆動指令をレンズ制御回路４に送信する。レンズ制御回路４は、該駆動指令に応じてフォーカスレンズ３ａを所定範囲（例えば、無限遠端から至近端まで）で移動させる。カメラ制御回路１０は、フォーカスレンズ３ａが移動することで変化するＡＦ評価値を逐次記憶していき、最大のＡＦ評価値が得られた位置を合焦位置（以下、コントラスト合焦位置という）と決定する。こうして、決定されたコントラスト合焦位置にフォーカスレンズ３ａが移動することで、コントラストＡＦによる合焦状態が得られる。

カメラ制御回路１０は、コントラストＡＦによって撮像光学系の合焦状態が得られたか否かを判定するコントラスト合焦判定機能を備えている。

また、カメラ制御回路１０は、不図示のレリーズスイッチの半押し操作（第１ストローク操作）が行われて位相差ＡＦが開始されてから、焦点検出ユニット９及びカメラ制御回路１０により位相差が検出されるまでの時間を計測する時間カウント機能を備えている。

なお、カメラ制御回路１０では、位相差が検出されるタイミングとほとんど変わらないタイミング（直後のタイミング）で、該位相差に基づいてデフォーカス量及びフォーカスレンズ駆動量が算出される。このため、上述した時間カウント機能によって計測される位相差が検出されるまでの時間は、デフォーカス量又はフォーカスレンズ駆動量が算出されるまでの時間と言い換えることができる。

さらにカメラ制御回路１０は、レリーズスイッチの全押し操作（第２ストローク操作）が行われることに応じて、記録用画像を取得するためのシャッタユニット７の動作及び撮像素子８の電荷蓄積動作等を含む撮像動作を行う。

１１は撮像レンズ３の一次結像面に配置されたピント板であり、その入射面にはフレネルレンズ（集光レンズ）が設けられている。射出面には被写体像（ファインダー像）が結像する。

１２はファインダー光路変更用のペンタプリズムであり、ピント板１１の射出面に結像した被写体像を正立正像に変換する。

１３，１４は接眼レンズである。ピント板１１、ペンタプリズム１２及び接眼レンズ１３，１４によりファインダー光学系が構成される。

１５は上述した画像処理回路により生成された画像信号（撮影画像）を表示する液晶モニタである。

図２のフローチャートには、カメラ制御回路１０の動作（制御方法）を示す。この動作は、カメラ制御回路１０内の不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って行われる。

ステップＳ１では、カメラ制御回路１０は、カメラの電源スイッチ（図示せず）が投入されたことに応じて動作を開始する。ここでは、ミラーユニットは第１の状態にあり、位相差ＡＦが可能な状態となっている。

ステップＳ２では、カメラ制御回路１０は、レリーズスイッチが半押し操作されたことに応じて位相差ＡＦ（ここでは、焦点検出ユニット９を用いた位相差の検出動作）を開始する。また、カメラ制御回路１０は、位相差ＡＦが開始されてからの経過時間のカウントを開始する。

ステップＳ３では、カメラ制御回路１０は、位相差を検出すると、位相差ＡＦが開始されてから位相差が検出されるまでの経過時間が所定時間内か否かを判定する。経過時間が所定時間内であればステップ１０に進み、経過時間が所定時間より長い場合（位相差が所定時間の経過後に検出された場合）はステップＳ４に進む。

ステップＳ１０では、カメラ制御回路１０は、検出された位相差に基づいて撮像光学系のデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ駆動量を算出する。

ステップＳ１１では、カメラ制御回路１０は、ステップＳ１０で算出したフォーカスレンズ駆動量の情報をレンズ制御回路４に送信する。これにより、フォーカスレンズ３ａは、位相差ＡＦで得られたフォーカスレンズ駆動量に対応する位置（位相差合焦位置）に向かって移動する。

ステップＳ１２では、カメラ制御回路１０は、再度位相差を検出してデフォーカス量を算出する。そして、前述した位相差合焦判定機能により、デフォーカス量が所定の合焦範囲内であるか否かを判定する。デフォーカス量が所定の合焦範囲内であるとの合焦判定がなされた場合はステップＳ６に進み、そうでなければステップＳ１０に戻って、再度デフォーカス量の算出からフォーカスレンズ３ａの駆動（ステップＳ１１）を行う。

なお、位相差合焦判定機能により、レンズ制御回路４から受信したフォーカスレンズ３ａの位置が位相差合焦位置を中心とする所定範囲内であるか否かを判定し、所定範囲内である場合に合焦判定を行うようにしてもよい。

ステップＳ４では、カメラ制御回路１０は、ステップＳ１０と同様に、検出された位相差に基づいて撮像光学系のデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ駆動量を算出する。

そして、ステップＳ５では、カメラ制御回路１０は、ステップＳ４で算出したフォーカスレンズ駆動量の情報をレンズ制御回路４に送信する。これにより、フォーカスレンズ３ａは、位相差ＡＦで得られたフォーカスレンズ駆動量に対応する位相差合焦位置に向かって移動する。

ステップＳ６では、カメラ制御回路１０は、ミラーユニットを第１の状態から第２の状態に動作させる（ミラーアップ）。これにより、主ミラー５及びサブミラー６は、撮像光路外に退避する。また、カメラ制御回路１０は、シャッタユニット７を開放状態にする。

そして、ステップＳ７では、カメラ制御回路１０は、コントラストＡＦを開始する。カメラ制御回路１０は、コントラストＡＦにより決定された合焦位置にフォーカスレンズ３ａを移動させる。

ここで、前述したように、ステップＳ３からステップＳ１０に進み、さらにステップＳ１２からステップＳ６に進んだ場合は、位相差ＡＦによる合焦判定が得られた後にミラーアップ動作及びコントラストＡＦが行われることになる。一方、ステップＳ３から直接ステップＳ４に進んだ場合は、位相差ＡＦによる合焦判定を待たずに（合焦判定を行わずに）、ミラーアップ動作及びコントラストＡＦが行われることになる。

ステップＳ８では、カメラ制御回路１０は、前述したコントラスト合焦判定機能により、フォーカスレンズ３ａがコントラスト合焦位置に到達したか否か、つまりは合焦状態が得られたか否かを判定する。そして、合焦状態であると判定すればステップＳ９に進み、そうでなければステップＳ７に戻って再度コントラストＡＦを行う。

なお、コントラスト合焦判定機能により、再度検出したＡＦ評価値がコントラスト合焦位置でのＡＦ評価値にほぼ一致するか否かを判定し、ほぼ一致する場合に合焦判定を行ってもよい。

ステップＳ９では、カメラ制御回路１０は、レリーズスイッチの全押し操作に応じて記録用画像を取得するための撮像動作を行う。

このように、本実施例では、位相差が所定時間内に検出されたときは、位相差ＡＦによるフォーカスレンズ駆動を行い、合焦判定が得られた後にミラーユニットを第１の位置（第１の状態）から第２の位置（第２の状態）に移動させてコントラストＡＦを行う。一方、位相差が所定時間の経過後に検出されたときは、位相差ＡＦによるフォーカスレンズ駆動を行い、合焦判定を待たずにミラーユニットを第１の位置から第２の位置に移動させてコントラストＡＦを行う。

このため、本実施例によれば、従来のハイブリッドＡＦに比べて、低輝度又は低コントラストの被写体を撮像する場合でも短い時間で、位相差ＡＦの後に行われるコントラストＡＦによる合焦状態が得られる。したがって、シャッターチャンスを逃がすことなく記録用画像の撮像を行うことができる。

以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例であるデジタル一眼レフカメラの構成を示す断面図。 実施例のデジタル一眼レフカメラの動作を示すフローチャート。

符号の説明

１ カメラ本体
２ マウント
３ 撮像レンズ
４ レンズ制御回路
５ 主ミラー
６ サブミラー
７ シャッタユニット
８ 撮像素子
９ 焦点検出ユニット
１０ カメラ制御回路

Claims (2)

1. 撮像光学系からの光路上の第１の位置と前記光路外の第２の位置とに移動可能なミラーユニットと、
   前記撮像光学系からの光により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、
   前記第１の位置に配置された前記ミラーユニットからの光により形成された少なくとも一対の像の位相差を検出する第１の検出手段と、
   前記ミラーユニットが前記第２の位置に配置された状態において、前記撮像素子からの出力を用いて前記被写体像のコントラスト状態を検出する第２の検出手段と、
   前記ミラーユニットの位置の制御、前記位相差に基づいて前記撮像光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させる第１のフォーカス制御、及び前記コントラスト状態に基づいて前記フォーカスレンズを移動させる第２のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前記第１の検出手段により前記位相差が所定時間内に検出されたときは、前記第１のフォーカス制御を行って合焦判定が得られた後に前記ミラーユニットを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させて前記第２のフォーカス制御を行い、
   前記第１の検出手段により前記位相差が前記所定時間の経過後に検出されたときは、前記第１のフォーカス制御を行って前記合焦判定を待たずに前記ミラーユニットを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させて前記第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 撮像光学系からの光路上の第１の位置と前記光路外の第２の位置とに移動可能なミラーユニットと、
   前記撮像光学系からの光により形成された被写体像を光電変換する撮像素子と、
   前記第１の位置に配置された前記ミラーユニットからの光により形成された少なくとも一対の像の位相差を検出する第１の検出手段と、
   前記ミラーユニットが前記第２の位置に配置された状態において、前記撮像素子からの出力を用いて前記被写体像のコントラスト状態を検出する第２の検出手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
   前記ミラーユニットの位置の制御、前記位相差に基づいて前記撮像光学系に含まれるフォーカスレンズを移動させる第１のフォーカス制御、及び前記コントラスト状態に基づいて前記フォーカスレンズを移動させる第２のフォーカス制御を行う制御ステップを有し、
   前記制御ステップにおいて、
   前記第１の検出手段により前記位相差が所定時間内に検出されたときは、前記第１のフォーカス制御を行って合焦判定が得られた後に前記ミラーユニットを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させて前記第２のフォーカス制御を行い、
   前記第１の検出手段により前記位相差が前記所定時間の経過後に検出されたときは、前記第１のフォーカス制御を行って前記合焦判定を待たずに前記ミラーユニットを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させて前記第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。