JP2011247988A

JP2011247988A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2011247988A
Application number: JP2010119306A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kikuchi; 孝之菊池; Hirosuke Hirai; 啓輔平井; Shingo Isobe; 真吾磯部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】外測センサでＡＦを行う際、撮像系と外測センサの光軸に視差があるので、被写体距離によって測距エリアと画面内のＡＦ領域がずれてしまい、整合が困難。
【解決手段】撮像装置は、フォーカス群とズーム群とを含む撮像光学系と、ズーム位置検出手段と、該撮像光学系の駆動を制御する制御手段とを有するレンズ装置と、撮像光学系からの光束を受光する受光手段と、画像情報を表示する画像表示手段とを有するカメラ装置と、画像表示手段の画面内で焦点調整する範囲をＡＦ枠として設定するＡＦ枠操作手段と、撮像光学系の光軸に対し視差を有して設置された被写体を測距する測距手段を有し、制御手段は、ズーム位置検出手段によって検出されたズーム群の位置と、画面内におけるＡＦ枠の位置に基づいて測距手段で測定された測距値のうちＡＦ枠の画界内で測定された測距値を選択し、選択された測距値に基づき、フォーカス群を駆動して焦点調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像光学系に対し視差を有する測距機能を有するＡＦ撮像装置に関する。
またはカメラと着脱可能な上記ＡＦレンズ装置に関する。

従来より、オートフォーカスの技術として赤外線三角測距方式や瞳分割位相差検出方式を用いた外部測距方式のオートフォーカス（外測ＡＦ）がある。外測ＡＦは、直接距離を測定することが可能になるので、ビデオＡＦで必要な合焦点の位置の判定がスキャン動作や山登り動作を必要としないため、高速に合焦点まで移動できるという特徴がある。反面、被写体距離に応じて撮影画像と測距領域に視差（パララックス）が発生する事や、測距領域が固定されてしまうなどの欠点があった。
この視差、測距範囲の制限という課題に対し特許文献１および２にあるような対策が提案されている。

特許文献１では視差を解消するために撮像光学系に装備しているぶれ補正光学系を利用することで視差を補正する技術が開示されている。
特許文献２では測距範囲を広くするために外測機構を撮影画角に従って回動させる技術が開示されている。

特開２００６−１７１２９０号公報特開平５−２８８２８０号公報

しかしながら、特許文献１では視差補正のために撮影光学系の光軸方向を変更するため、静止画撮影時に適すが、動画像撮影時の運用については開示が無かった。また、特許文献２では撮影画角全体で被写体を測距するため、撮影範囲のどこにピントが合うか撮影者が予測できない。これは、一般撮影者が撮影する場合のＡＦとしては適した技術であるが、放送用途などのプロカメラマンが撮影する際のＡＦとしては撮影者が指定した位置に対してＡＦ動作を実施できないシステムでは、運用上使用できないという課題があった。

そこで、本発明の例示的な目的は、撮影者が指示したＡＦ実行位置に測距方向を変化させる事によりＡＦ実行位置の測距を行いＡＦ動作させるようにした光学機器装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、フォーカス群とズーム群とを含む撮像光学系と、該ズーム群の位置を検出するズーム位置検出手段と、該撮像光学系の駆動を制御する制御手段と、を有するレンズ装置と、該撮像光学系からの光束を受光する受光手段と、受光した画像情報を表示する画像表示手段と、を有するカメラ装置、を有し、該撮像装置は、該画像表示手段の画面内で、焦点調整を実施する範囲をＡＦ枠として設定するＡＦ枠操作手段と、前記撮像光学系の光軸に対して視差を有して設置された、被写体を測距する測距手段、をさらに有し、該制御手段は、該ズーム位置検出手段によって検出された該ズーム群の位置と、該画面内における該ＡＦ枠の位置に基づいて、該測距手段によって測定された測距値のうち該ＡＦ枠の画界内で測定された測距値を選択し、選択された測距値に基づいて、該フォーカス群を駆動して焦点調整する、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、撮影者が任意に設定したＡＦ枠の範囲内の対象物体にＡＦを行うことが可能となる。

（ａ）第１の実施例におけるブロック構成図、（ｂ）画像イメージ図。第１の実施例における動作フローチャート図。撮像装置と測距センサの画界のイメージ図。測距センサの三角測距のイメージ図。スキャン測距のイメージ図。第２の実施例における動作フローチャート図。第３の実施例における動作フローチャート図。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明の特徴を顕す撮像装置のブロック構成図と画像イメージ図を示す。
図１（ａ）に、レンズ装置１と、レンズ装置１と着脱可能なカメラ装置２を示す。
レンズ装置１は、レンズ装置１のフォーカシングを行うフォーカスレンズ(フォーカス群)１０１、レンズ装置１のズーミングを行うズームレンズ（ズーム群）１０２、レンズ装置１の絞り調節を行うアイリス機構１０３を有する。

フォーカスレンズ１０１の位置は、ポテンショメータやエンコーダによって構成されるフォーカス位置検出手段であるフォーカス位置検出部１０４によって検出され、同様にズームレンズ１０２の位置を検出するズーム位置検出手段であるズーム位置検出部１０５、アイリス機構１０３の位置を検出するアイリス位置検出部１０６を有する。

レンズ装置１は、光軸方向を変更することが可能な構造となっている測距方向変更手段でもある測距センサ架台１０７に設置されている赤外線三角測距方式や瞳分割位相差検出方式などの外測ＡＦ用の測距手段である測距センサ１０８と、撮影者がＡＦ枠を設定するためのＡＦ枠操作手段１０９を有する。

さらにレンズ装置１は、レンズ装置１を制御するための制御手段である制御マイコン１１０、制御マイコン１１０からの指令信号によりフォーカスレンズ１０１の位置を電動で変更するためのフォーカスモータ１１１を有する。
そして、制御マイコン１１０からの指令信号により測距センサ架台１０７をパン方向、チルト方向に駆動するためのパン駆動部１１２、チルト駆動部１１３を有する。

一方、カメラ装置２は、被写体からの光束をレンズ装置１で結像させた画像情報を受光し、映像信号へ光電変換するＣＣＤ（受光手段）２０１、ＣＣＤ２０１からの映像信号に、レンズ装置１の制御マイコン１１０から与えられるＡＦ枠情報を合成するＡＦ枠映像合成手段２０２を有する。そしてＡＦ枠映像合成手段２０２でＡＦ枠が合成された画像情報である映像信号を、電子ビューファインダ（画像表示手段）２０３（以下ＶＦと称す）で表示する。

図１（ｂ）にＶＦ２０３の画面イメージ３を示す。画面イメージ３は実際には表示されない測距センサ１０８の測距位置もあわせて記載している。図１の測距センサは、撮像光学系の光軸に対し下側に配置されているものとする。従って視差の関係から測距位置は至近距離では画面イメージ３で示される様に画面下部を、また、無限距離では画面上部を同時に測距することになる。

一方、撮影者がＡＦ枠操作手段１０９を操作することで、ＶＦ２０３の画面内に表示される、自動焦点調整を実施する位置を指定するＡＦ枠は、撮影者が指定する画面位置に移動する。なお、ＡＦ枠操作手段１０９ではＡＦ枠の位置及び大きさなどの形状を変更することが可能である。

撮影者が指定したＡＦ枠に測距センサ１０８の画界を合わせるように、パン駆動部１１２では画面の左右方向に、チルト駆動部１１３では画面の上下方向に測距センサ架台１０７を駆動する。なお、パン方向、チルト方向への駆動は厳密に上下左右方向に設定する必要は無く、光軸に垂直で互いに異なる２方向（好ましくは、互いに直交する２方向）への駆動が可能であればよい。また２方向以上の駆動部を構成しても構わない。換言すれば、測距センサ１０８の測距画界を撮像光学系の画界内で移動させる手段であれば如何様にしても構わない。また、本実施例においては、測距センサ１０８自体を機械的にパン、チルト操作することによって、レンズ装置１の光学系の光軸に対する測距センサ１０８の光軸の方向を変更するが、本発明はこれに限定されることはない。測距センサ１０８内の光学系に、光学的に光軸方向を変更できる構成を有するようにしてもよい。

以下、測距センサ１０８のＡＦ枠への駆動動作について図２のフローチャートを用いて説明する。なお、説明の前提として図３（ａ）に示すように、測距センサ架台は撮像光学系に対し下側に配置され、ＡＦ枠は撮影者により図３（ｂ）に示されるような位置、サイズに操作されているものとする。そしてＶＦ２０３には撮影映像と、レンズ装置１の制御マイコン１１０から出力されるＡＦ枠位置、サイズ情報を受けＡＦ枠映像合成手段２０２で合成されたＡＦ枠が表示されているものとする。また、説明については測距センサ架台１０７のチルト方向の説明を主に行うが、パン方向もチルト方向と同様な制御をすることが可能となる。

Ｓ１００は処理の開始であり、Ｓ１０１へ移行する。Ｓ１０１でレンズ装置１はズーム位置検出部１０５のズーム状態情報（特に、ズーム群の位置）と、ＡＦ枠操作手段１０９の操作状態（特に、画面内でのＡＦ枠の位置と大きさ）を取り込み、Ｓ１０２でＡＦ枠の撮像画角に対する画角を算出する。Ｓ１０２での演算は以下のようになる。
θ(W_high) = atan(y’/2f)×W_high/W (1)
θ(W_low) = atan(y’/2f)×W_low/W (2)
但し、変数は、
θ(W_high)：撮像装置光軸からＡＦ枠上限までの角度
θ(W_low)：撮像装置光軸からＡＦ枠下限までの角度
y’：ＣＣＤイメージサイズ
f：ズームの状態から導かれる焦点距離
W：撮影半画界
W_high：光軸からＡＦ枠上限までの画界
W_low：光軸からＡＦ枠下限までの画界
としている。

次にＳ１０３では以下に行う演算のために目標被写体距離の初期設定を行う。このフローでは初期設定を撮像系のＭＯＤ（最至近撮像距離）とし、順次、レンズ装置の至近側から無限遠側に向けて測距センサの光軸方向を変更している。すなわち、測距センサ１０８で測距できるＡＦ枠の画界内の領域（測距センサ１０８の画界とＡＦ枠の画界が重なる領域（以後、重複領域と記す））が、レンズ装置の至近側から無限遠側に向けて変更されるように測距センサの光軸方向を変更している。今回、初期値としてＭＯＤを設定したが、無限遠を設定しても、任意の被写体距離を設定しても構わない。また、フォーカス状態検出部１０４の状態を検出して、現在のピント位置の被写体距離を設定しても構わない。

そして、Ｓ１０４にて測距センサ架台１０７の目標チルト角の演算を行う。この演算は、Ｓ１０２で算出したＡＦ枠上限画角θ(W_high)と、測距センサ上限画角θ(S_high)の交差する被写体距離がＳ１０３で設定した距離となるように目標チルト角θ(tilt)を算出している。
T(W_high)= MOD×tan(θ(W_high)) (3)
θ(S_high)=atan((T(W_high)+L_para)/MOD) (4)
θ(tilt) =θ(S_high) ― θ(S)/2 (5)
但し、変数は、
T(W_high)：撮影光軸から撮影画界上限と測距画界上限の交点との距離
L_para：撮像光学系と測距センサの視差の距離
θ(S_high)：撮影光軸と測距センサ画界上限の角度
θ(S)：測距センサ画角
としている。このようにＡＦ枠上限画角θ(W_high)と測距センサ上限画角θ(S_high)の交差する被写体距離が、ＭＯＤとなるように目標チルト角θ(tilt)を設定し、目標チルト角θ(tilt)を小さくするようにスキャンしていくことにより、ＡＦ被写体枠内にあるＭＯＤより遠い位置の被写体を必ず測距できることになる。Ｓ１０５では、求められた目標チルト角へ測距センサ１０８の光軸を移動するようにチルト駆動部１１３へチルト駆動指令を出力し、Ｓ１０６で測距する。

そして、Ｓ１０７において、Ｓ１０６で得られた測距結果についてＡＦ枠内の被写体を抽出する。図４は瞳分割位相差検出方式の測距センサ１０８に被写体が結像する位置を示したものである。集光レンズＡ，Ｂの中心を通過し、センサＡ，Ｂに投影される外界光が像を結び、センサＡ，Ｂ上の像のズレ量と結像位置から、被写体の奥行き情報（センサから離れる方向の位置）と広がり情報（センサＡ，Ｂの整列方向の位置）が判断できる。また、同図で斜線部はＡＦ枠の画界と測距センサの画界（センサＡ，Ｂによって測距できる画界）と重なった部分（重複領域）を示している。Ｓ１０８で、センサＡ，Ｂ上での像のズレ量と結像位置から、制御マイコン１１０は、交差部分の座標（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）内に測距された被写体が入っているか否かを判断する。ＡＦ枠内に被写体が存在する場合（重複領域内に被写体が存在する場合）には、Ｓ１０９に処理が移行し測距値を撮像光学系の光軸方向の距離に換算して、その結果をＳ１１０にて記憶する。

Ｓ１１０の処理が終了した後、又はＳ１０８で判定が“No”であった場合に処理をＳ１１１に移行する。ここでは測距センサ架台１０７を次の測距画角設定のために駆動するか否かの判断を行う。判定条件は、Ｓ１０８の判定でＡＦ枠内に測距結果が得られたときに駆動制御を終了しても良いし、ＡＦ枠画界の無限遠に測距画界が入るまで駆動及び測距処理を行っても良い。また測距センサの測距性能すなわち検出可能な被写体距離を越えた位置へのチルト駆動を行う時点で処理を終了しても良い。さらには、撮影光学系の被写界深度よりも精度の低い測距結果となる被写体距離より遠方側の測距のためにチルト駆動を行う時点で処理を終了しても良い。

Ｓ１１１の判定によって、再度測距センサ架台１０７を駆動し、ＡＦ枠画界の未測距部分の測距を行う処理が選択された場合は、Ｓ１１２にて測距センサ架台１０７の目標チルト角の演算を行う。
θ(tilt)=θ(tilt) - θ(S) (6)
即ち、図５のように現在の測距画界の下限と、次回の測距画界の上限を重ねるように測距画角を設定する。

上記以外の目標チルト角設定方式としては、測距対象の漏れを低減するために現在の測距画界の下限と次に設定する測距画界の上限とをわずかに重ねても良い。また、現在の測距結果で測距画界の端近傍に対象被写体があった場合、次の目標チルト角度をこの被写体が測距画界中央で捉えられるようチルト角度を制御しても構わない。
目標チルト角演算後、処理をＳ１０５のチルト駆動部１１３への駆動信号出力処理へ処理を戻し、ＡＦ枠内被写体測距のためのスキャン作動を行う。

また、Ｓ１１１のチルト駆動終了判定の結果が終了となった場合には、処理をＳ１１３に移す。ここではＳ１１０で記憶されている測距結果のうちから最適な結果をフォーカス駆動指令としてフォーカスモータ１１１へ出力し、ＡＦ動作を行う処理を行う。ここでいう最適な測距値とは、例えば複数の測距値が得られている場合、そのうちからフォーカス位置検出部１０４によって検出されたフォーカス群の位置に基づいて制御マイコン（被写体距離算出手段）１１０で被写体距離を算出し、その被写体距離に近い測距値を選択しても良い。このようにすることで、前回のＡＦ動作にて合焦させた被写体への合焦が維持されることになる。すなわち、同じ被写体に対してＡＦ処理を続けることができる。また、以前に選択された測距値に近い値を選択しても良いし、以前に選択されたＡＦ枠内の測距位置に近い測距点を選択しても良い。更に、ＡＦ枠内の中心に近い測距値を選択するようにしても構わない。

また、本実施例では、パッシブタイプの外光式位相差センサを測距センサとし説明したが、アクティブタイプの赤外線三角測距方式でも採用が可能である。そして、測距画角（測距センサの光軸方向）を変更する手法については、本実施例においては、測距センサ架台１０７を機械的にパン方向及びチルト方向に駆動することで変更しているが、例えば、測距センサの光学系に可変頂角プリズムやミラーを配置するなどの光学的に光軸方向を変更することが可能な構造を備えることによって、実現しても構わない。

以上の構成をとることにより、撮影者が設定したＡＦ枠の位置、サイズに従った範囲の測距値を使用したＡＦが可能となる。
なお、上記説明はチルト制御について行ったが、パン方向も同様な処理を行うことで撮影者が指定したＡＦ枠位置への測距が可能となる。

図６は本発明の第２の実施例についての特徴を顕すレンズ装置１内の制御１１０マイコンの処理フローチャートである。なお、第１実施例の図２と同じ処理には同ステップ番号を与えており、説明は省略する。

本発明の特徴はＳ２０１でズーム状態、ＡＦ枠操作状態の変化により、ＡＦ枠の画角変化が発生したか否かの判断し、ＡＦ枠画角変化発生時には測距作動を停止し、ＡＦ枠画角が安定するまでスキャン測距を行わないことにある。ＡＦ枠画角が安定した後、第一実施例で示した初期位置へ測距画角を設定した後スキャン測距を行う。
以上の構成をとることにより、ズーミング動作や、ＡＦ枠操作の際に、新たな条件での測距動作を可能とし、その結果正確なＡＦ動作が可能となる。

図７は本発明の第３の実施例についての特徴を顕すレンズ装置１内の制御１１０マイコンの処理フローチャートである。なお、第１実施例の図２及び第２実施例の図６と同じ処理には同ステップ番号を与えており、説明は省略する。
本実施例の特徴はＡＦ実施後、ＡＦの対象となった被写体を測距センサ１０８がモニタしつづけるように測距架台１０７を制御するようにしたところにある。

図７のＳ１１３でＡＦを実施した後、Ｓ３０１ではセンサ架台１０７を、Ｓ１１３でフォーカスの駆動に使用された測距値が測定された被写体の方向に、測距センサ１０７の光軸が向くようにチルト駆動指令を出力する。そしてＳ３０２で設定された測距光軸で再度測距、測距演算を行い、Ｓ３０３において、測距センサ１０７の画界とＡＦ枠で設定された画界の重なる領域（重複領域）内に測距値（被写体）があるか否かを、ぞれぞれの画界と測距値及び測距センサ内のラインセンサ内の結像位置とズレ量等の情報から判定し、無い場合にはＳ１０１の処理へ戻し、再度一連の測距動作を行う。一方Ｓ３０３の判定で重複領域内に測距値（被写体）があると判定した場合、更にＳ３０４でフォーカスを駆動した測距値と一致するか判定し、一致していない場合はフォーカスを駆動するように処理をＳ１１３に戻す。また、Ｓ３０４で、フォーカスを駆動した測距値と一致すると判定した場合は、処理をＳ３０２にもどし、測距動作を繰り返し行う。

なお、Ｓ３０１でのチルト駆動ではＡＦ時に使用した測距点を測距光軸に合うように制御してもよいし、ＡＦ実行前にスキャンした角度にチルト角を設定するよう制御してもよい。
また、Ｓ３０３の判定で被写体が無くなった判定をした際には、ＡＦに使用した測距値に近い範囲からスキャン測距を行っても良い。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１レンズ装置
１０１フォーカスレンズ
１０２ズームレンズ
１０５ズーム位置検出部
１１０制御マイコン
１０８測距センサ
１０９ＡＦ枠操作手段

Claims

フォーカス群とズーム群とを含む撮像光学系と、
該ズーム群の位置を検出するズーム位置検出手段と、
該撮像光学系の駆動を制御する制御手段と、を有するレンズ装置と、
該撮像光学系からの光束を受光する受光手段と、受光した画像情報を表示する画像表示手段と、を有するカメラ装置、
を有する撮像装置であって、
該撮像装置は、該画像表示手段の画面内で、焦点調整を実施する範囲をＡＦ枠として設定するＡＦ枠操作手段と、
該撮像光学系の光軸に対して視差を有して設置された被写体を測距する測距手段、をさらに有し、
該制御手段は、該ズーム位置検出手段によって検出された該ズーム群の位置と、該画面内における該ＡＦ枠の位置に基づいて、該測距手段によって測定された測距値のうち該ＡＦ枠の画界内で測定された測距値を選択し、
選択された測距値に基づいて、該フォーカス群を駆動して焦点調整する、
撮像装置。
前記測距手段は、前記測距手段の光軸方向を変更する測距方向変更手段を有し、
前記制御手段は、前記ＡＦ枠の画界内の被写体を測距するため、前記ズーム位置検出手段によって検出された前記ズーム群の位置、該ＡＦ枠の位置と大きさ、及び、該測距手段の画界に基づいて該測距方向変更手段を制御して該測距手段の光軸方向を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記測距方向変更手段による前記測距手段の光軸方向の変更は、前記測距手段の画界と前記ＡＦ枠の画界とが重なる領域である重複領域が、前記撮像装置の至近側から無限遠側へ変化するように該測距手段の光軸の方向を変化させて行われる、ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記測距方向変更手段による前記測距手段の光軸方向の変更は、前記測距手段の画界と前記ＡＦ枠の画界とが重なる領域である重複領域が、前記ＡＦ枠の画界内における前記撮像装置のＭＯＤを含む領域から無限遠側へ変化するように該測距手段の光軸の方向を変化させて行われる、ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記重複領域内に測距値があることを判定した場合、前記測距方向変更手段による前記測距手段の光軸方向の変更を停止し、該測距値に基づいて前記フォーカス群を駆動して焦点調整する、ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記レンズ装置は、前記フォーカス群の位置を検出するフォーカス位置検出手段と、該フォーカス位置検出手段によって検出された該フォーカス群の位置から合焦している被写体距離を演算する被写体距離算出手段、を更に有し、
前記制御手段は、前記測距手段により測距する光軸方向の初期位置として、該測距手段の画界と前記ＡＦ枠の画界の重なった重複領域が、該被写体距離算出手段によって演算された被写体距離を含むように、前記測距方向変更手段によって該測距手段の光軸方向を変更する、
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記測距手段で測定された測距値に基づいて、前記フォーカス群を駆動して焦点調整し、前記測距方向変更手段によって、該測距値を測定した被写体の方向に該測距手段の光軸方向を変更し、該測距手段によって該測距値が測距できる間は該測距手段の光軸方向を変更しない、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。
前記ＡＦ枠操作手段の操作によってＡＦ枠の位置や大きさが変更されている間は、前記測距手段の光軸方向を変更しない、ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記測距方向変更手段は、前記測距手段を機械的に駆動させて、該測距手段の光軸の方向を変更することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記測距方向変更手段は、前記測距手段を光学的に駆動させて、該測距手段の光軸の方向を変更することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。