JP2012063449A - 焦点検出装置及び撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動選択ＡＦモードや追尾ＡＦモード等の、ＡＦを行う際に複数エリアのデフォーカス情報が必要な場合に、多くのエリアのデフォーカス情報を得ることができる焦点検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の焦点検出装置１５，３０は、撮像領域に複数の焦点検出エリアを有し、該焦点検出エリアの輝度を検出し、所定のゲインで制御された輝度信号を出力する検出部１５と、該検出部１５で検出された、前記焦点検出エリアの各々の輝度に応じて、前記焦点検出エリアをグループ分けし、同じグループに属する前記焦点検出エリアの数が最も多いグループの輝度を基に、前記検出部１５における次回制御時のゲインを決定する制御部３０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、焦点検出装置及び撮影装置に関するものである。

ＡＦ（オートフォーカス）センサのＡＧＣ（オートゲインコントロール）として、ピークＡＧＣや平均ＡＧＣがある。また、近年のカメラは、自動選択ＡＦや、テンプレートマッチングなどの被写体認識技術を用いて被写体を追尾しながらＡＦを行う追尾ＡＦなどのＡＦモードが備わっているものが多い。
複数のＡＦエリアを備えたカメラで、ＡＧＣを最適に行う手法として、不用意なゲイン増幅を抑える従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１４２８０号公報

ＡＦにおける平均ＡＧＣは、露出制御の場合のＡＧＣとは異なり、ＡＦ制御自体が特定の被写体にピントを合わせることを目的としているため、平均ＡＧＣを行うと、多くのエリアを検出することができない可能性がある。
また、ピークＡＧＣは、複数のエリアを個別に蓄積制御すると、制御コマンドタイミングや、エリアの複数分の蓄積のため時間がかかるなどの問題がある。複数のエリアを同時に制御する場合は、高輝度に引っ張られやすく、高輝度部分のエリアばかり検出され、暗いエリアが検出できない場合が多い。

一方、自動選択ＡＦの場合、主要被写体がどこに存在するのかを特定するのにＡＦ情報を参照する場合が主であるが、ＡＦのＡＧＣの段階では、主要被写体に対して最適なＡＧＣをすることが難しい。このためＡＦ情報を参照する上で、可能な限り多くのエリアの焦点情報が得られることが必要になる。

追尾ＡＦの場合、撮影開始時はテンプレートの情報を用いてＡＧＣを行えば被写体に対し適切にＡＧＣを行うことができるが、その後、被写体は不規則に動くケースが多い。また、テンプレートの情報が必ずしもＡＦのＡＧＣの前に入力されるとは限らず、撮影時に必要な位置情報が得られない場合が生じる。

このため、これらの自動選択ＡＦや追尾ＡＦなどの複数エリアのデフォーカス情報を用いるＡＦモードで、可能な限り多くのエリアのデフォーカス量の情報を得ることが望ましいが、上記技術は、このような観点でのアプローチではなかった。

本発明の課題は、これらの自動選択ＡＦや追尾ＡＦなどの複数エリアのデフォーカス情報を用いるＡＦモードで、可能な限り多くのエリアのデフォーカス量の情報を得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である。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、撮像領域に複数の焦点検出エリアを有し、該焦点検出エリアの輝度を検出し、所定のゲインで制御された輝度信号を出力する検出部（１５）と、該検出部（１５）で検出された、前記焦点検出エリアの各々の輝度に応じて、前記焦点検出エリアをグループ分けし、同じグループに属する前記焦点検出エリアの数が最も多いグループの輝度を基に、前記検出部（１５）における次回制御時のゲインを決定する制御部（３０）と、を備えることを特徴とする焦点検出装置（１５，３０）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置（１５，３０）において、前記焦点検出エリアは複数の列に沿って配置されており、同じ列の前記焦点検出エリアは、一つの光電変換素子列（Ｓ）により前記輝度信号が検出されること、を特徴とする焦点検出装置（１５，３０）である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の焦点検出装置（１５，３０）において、前記グループ分けは、前記焦点検出エリア全体で行われること、を特徴とする焦点検出装置（１５，３０）である。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の焦点検出装置（１５，３０）において、前記グループ分けは、前記列ごとに行われること、を特徴とする焦点検出装置（１５，３０）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の焦点検出装置（１５，３０）において、同じグループに属する前記焦点検出エリアの数が最も多いグループが複数存在する場合、最も明るい輝度のグループの輝度を基に、次回制御時のゲインを決定すること、を特徴とする焦点検出装置（１５，３０）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の焦点検出装置（１５，３０）において、同じグループに属する前記焦点検出エリアの数が最も多いグループが複数存在する場合、前記撮像領域の中央部に位置する焦点検出エリアを多く含むグループの輝度を基に、次回制御時のゲインを決定すること、を特徴とする焦点検出装置（１５，３０）である。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点検出装置（１５，３０）を備える撮影装置（１）である。
なお、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

本発明によれば、自動選択ＡＦモードや追尾ＡＦモード等の、ＡＦを行う際に複数エリアのデフォーカス情報が必要な場合に、多くのエリアのデフォーカス情報を得ることができる。

本発明に係る焦点検出装置の一実施形態を適用したカメラ１の概念構成図である。 位相差ＡＦ検出領域を示す図である。 ＡＦエリアに対応して配置されたラインセンサの配置を示す図である。 ＡＦ駆動の基本動作のフローチャートである。 ラインセンサの制御を示すフローチャートである。 ゲイン設定についての、フローチャートである。 制御すべきゲインレベルの分布である。 ゲインレベルが同じエリアの中から、各センサ列の制御基準とするエリアを決定する方法を説明する図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る焦点検出装置の一実施形態を適用したカメラ１の概念構成図である。
本実施形態のカメラ１は、カメラ本体１０と、当該カメラ本体１０に着脱可能な撮像レンズ２０と、によって構成された、いわゆるデジタル一眼レフカメラである。
撮像レンズ２０は、鏡筒２１の内部に、結像光学系を構成する複数のレンズ群Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、レンズ駆動用モータ２２と、を備えている。レンズ群Ｌ２は、光軸ＯＡ方向に移動して結像位置を調節可能な焦点調節レンズであって、レンズ駆動用モータ２２によって焦点調節移動駆動されるようになっている。レンズ駆動用モータ２２は、後述するカメラ本体１０が備える制御装置３０によって制御される。

カメラ本体１０は、撮像素子１１と、クイックリターンミラー１２Ａと、サブミラー１２Ｂと、ファインダー光学系１３と、測光部１４と、位相差ＡＦ検出部１５と、操作部材１６と、制御装置３０と、を備えている。

撮像素子１１は、被写体光を電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子であって、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各画素が所定の配列パターンで配列されている。撮像素子１１は、撮像レンズ２０の結像光学系による結像面の画像情報を電気信号に変換して撮像し、各画素に対応する色情報や輝度情報に応じた画像信号を制御装置３０に出力する。

クイックリターンミラー１２Ａは、撮像レンズ２０の結像光学系から撮像素子１１に至る光路中に介在する作用位置と、光路中に介在しない退避位置との間を移動可能に設けられている。クイックリターンミラー１２Ａは、作用位置において、入射光束をファインダー光学系１３（ファインダースクリーン１３Ａ）へと反射する。また、クイックリターンミラー１２Ａの一部には、入射光束の一部を透過する半透過領域が形成されている。

サブミラー１２Ｂは、クイックリターンミラー１２Ａの背面側に設けられている。サブミラー１２Ｂは、クイックリターンミラー１２Ａの半透過領域を透過した入射光束を位相差ＡＦ検出部１５に向けて反射させる。

ファインダー光学系１３は、ファインダースクリーン１３Ａと、ペンタプリズム１３Ｂと、接眼レンズ１３Ｃと、により構成されている。
ファインダースクリーン１３Ａは、撮像素子１１と光学的に等価な位置に設けられており、クイックリターンミラー１２Ａによって導かれた入射光束が結像する。ペンタプリズム１３Ｂおよび接眼レンズ１３Ｃは、このファインダースクリーン１３Ａ上に結像した被写体像を、正立像として撮影者が視認し得るようになっている。

測光部１４は、測光用レンズ１４Ａと、測光センサ１４Ｂとを備えている。
測光用レンズ１４Ａは、ペンタプリズム１３Ｂを介したファインダースクリーン１３Ａに結像した被写体像を測光センサ１４Ｂに導く。
測光センサ１４Ｂは、撮像素子１１と同様に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各画素が所定の配列パターンで配列されており、レンズ光学系により結像される結像面の画像情報を撮像する。
そして測光センサ１４Ｂは、各画素に対応する色情報や輝度情報に応じた測光信号を制御装置３０へ出力する。制御装置３０は、測光センサ１４Ｂからの測光信号に基づいて結像面の明るさを検出し、露出を決定する。また、制御装置３０は、測光センサ１４Ｂからの測光信号に基づいて、後述の追尾制御部３６により追尾制御を行う。

操作部材１６は、カメラ１の操作を行うための図示しない各種スイッチ類によって構成される。たとえば、カメラ１の動作モードを選択するためのモード選択スイッチ、ＡＦエリアを選択するためのエリア選択スイッチ、焦点調節（ＡＦ）の開始および撮影を指示するためのレリーズボタンなどが含まれる。

図２は位相差ＡＦ検出部１５における位相差ＡＦ検出領域を示す図である。図示するように、位相差ＡＦ検出領域には、撮像領域１７の所定位置に、本実施形態では３５点のＡＦエリア（焦点検出エリア、測距領域）が設けられている。なお、図２における番号は、各ＡＦエリアの位置を示すための番号である。

図３は、ＡＦエリアに対応して配置されたラインセンサ（光電変換素子列）Ｓ（Ｓ１〜Ｓ７）の配置を示している。ラインセンサＳは電荷蓄積型の光変換素子である。本実施形態で、各列に存在する複数のＡＦエリアは、一つのラインセンサＳで共通に制御する。例えば、ラインセンサＳ１に沿って存在するＡＦエリア２１，２２，２３，２４，２５は同じゲインで共通に制御するものとする。

ラインセンサＳは、一対の電荷蓄積型光電変換素子アレイ（ＣＣＤラインセンサ等）である。撮像レンズ２０の異なる領域を通過して２つに分けられた（一対の）光束が、集光レンズによって集光され、一対の被写体像がラインセンサＳに再結像される。そして、ラインセンサＳは、一対の被写体像に対して、設定された時間、電荷の蓄積を行って、一対の被写体像の輝度分布に対応したＡＦ用像検知信号を、後述する制御装置３０に出力する。このラインセンサＳの電荷蓄積時間は、後述する制御装置３０におけるＡＦ−ＣＣＤ制御部３１によって制御される。

制御装置３０は、ＣＰＵやメモリ等によって構成されており、当該カメラ１の動作制御を行う。また、これらの処理や制御において必要な情報を一時的に記憶する。
上述したように、制御装置３０は、測光センサ１４Ｂからの測光信号に基づいて結像面の明るさを検出し、露出を決定する。

さらに制御装置３０は、焦点調節（ＡＦ）に関連する機能部として、図１中に示すように、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１と、デフォーカス演算部３２と、フォーカスエリア位置決定部３３と、レンズ駆動量演算部３４と、レンズ駆動制御部３５と、追尾制御部３６と、を備えている。

ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１は、位相差ＡＦ検出部１５に設けられたラインセンサＳからＡＦ用像検知信号を読み出し、デフォーカス演算部３２へ出力する。

追尾制御部３６は、測光センサ１４Ｂにより撮像した被写界像の内、撮影者が手動で指定した追尾対象位置、あるいはカメラ１が自動で設定した追尾対象位置に対応する画像をテンプレート画像（基準画像）として図示しないメモリに記憶させる。その後に繰り返し撮影される画像の中から、テンプレート画像と一致または類似する画像領域を検索することによって合焦目標対象の位置を認識する。

デフォーカス演算部３２は、追尾制御部３６によって認識された目標対象の位置する画像領域などに対して、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１によって読み出されたラインセンサＳのＡＦ用像検知信号に基づいて、撮像レンズ２０の焦点調節状態（ピントのずれ量）を表すデフォーカス量を算出する。

フォーカスエリア位置決定部３３は、デフォーカス演算部３２によって算出されたデフォーカス量に基づいて、撮像レンズ２０を最終的に合焦させるＡＦエリアを決定する。

レンズ駆動量演算部３４は、使用者によって、または、フォーカスエリア位置決定部３３によって決定されたＡＦエリアに対応して、デフォーカス演算部３２によって算出されたデフォーカス量に基づいて、撮像レンズ２０が有する焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）の駆動量を演算する。
ここでは、焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）の駆動位置の目標となるレンズ目標位置を演算することにより、レンズ駆動量の演算を行う。なお、レンズ目標位置は、デフォーカス量がほぼ０となる焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）の位置に相当する。

レンズ駆動制御部３５は、レンズ駆動量演算部３４によって演算されたレンズ駆動量、すなわち焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）に対するレンズ目標位置に基づいて、撮像レンズ２０のレンズ駆動用モータ２２へ駆動制御信号を出力する。この駆動制御信号に応じて、レンズ駆動用モータ２２が焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）を駆動して、レンズ目標位置へ移動させることにより、焦点調節を行う。

上記のように構成されたカメラ１は、制御装置３０に制御されて下記のように作用し、ＡＦおよび撮影を行う。
すなわち、レリーズボタン（操作部材１６）の半押し等によってＡＦ駆動が指令されると、ＡＦ駆動が開始される。図４はＡＦ駆動の基本動作のフローチャートである。

まず、制御装置３０は、Ｓ１０１において、ＡＦ−ＣＣＤ制御部３１より指示し、位相差ＡＦ検出部１５（ラインセンサＳ）の電荷蓄積制御を行う。この、ラインセンサＳの制御は、後述の図５に示すフローで説明する。
次に、Ｓ１０２において、読み出した電荷信号から、相関演算により像ズレ量を求め、デフォーカス量を算出する。
Ｓ１０３において、ＡＦエリア位置決定のルーチンを行う。
Ｓ１０４において、レンズ駆動量演算のルーチンを行う。
Ｓ１０５において、Ｓ１０４のレンズ駆動量演算の結果に従い、ＡＦレンズを制御する。

図５はラインセンサＳの制御を示すフローチャートである。
Ｓ２０１において、ラインセンサＳが起動済みかどうかを判定する。
ラインセンサＳが起動前である場合（Ｓ２０１，ＮＯ）、Ｓ２０２において初期化等の起動処理を行い、Ｓ２０３へ進む。
既に起動済みの場合（Ｓ２０１，ＹＥＳ）、起動処理を行う必要はないので直接Ｓ２０３へ進む。
Ｓ２０３において、ラインセンサＳで制御した最新の結果を元に次回に蓄積すべき時間の設定を行う。
Ｓ２０４において、ラインセンサＳで制御した最新の結果を元にゲインの設定を行う。詳細は、後述の図６のフローで説明する。
Ｓ２０５において、Ｓ２０３で設定した蓄積時間、及びＳ２０４で設定したゲインに従い、ラインセンサＳの蓄積制御を行う。
蓄積が完了後、Ｓ２０６において、蓄積した電荷のＡ／Ｄ変換を行い、信号を読み出し、感度不均一の場合の補正等の補正処理を行う。

図６は、本実施形態の、図５のＳ２０４におけるゲイン設定についての、フローチャートである。
Ｓ３０１において、全ＡＦエリアのゲインの仮設定を行う。この仮設定は前回設定されたゲインを元に、Ｓ２０３で設定された蓄積時間からどの位のゲインであれば、最適に制御可能かを見積もった上で設定する。この一例を図７に示す。図７は、各ＡＦエリアについて、Ｓ２０３で設定された蓄積時間より定められた制御すべきゲインレベルの分布である。図中「Ｌ（Ｌｏｗ）」はゲインレベル小さい状態、図中「Ｍ（Ｍｉｄｄｌｅ）」はゲインレベルが中程度の状態、図中「Ｈ（Ｈｉｇｈ）」はゲインレベルが大きい状態を示す。

Ｓ３０２において、ゲインレベル「Ｌ」であるＡＦエリアの数、ゲインレベル「Ｍ」であるＡＦエリアの数、ゲインレベル「Ｈ」であるＡＦエリアの数をカウントする。例えば図７で示す一例において、ゲインレベル「Ｌ」、「Ｍ」、「Ｈ」のうち、最も多いレベルが「Ｍ」であり、ゲインレベル「Ｍ」のＡＦエリアは、３５エリア中２２エリアである。

Ｓ３０３において、制御ゲインを決定する。この制御ゲインは、ゲインレベル「Ｌ」、「Ｍ」、「Ｈ」のうち、最も多いＡＦエリア数が多いレベルが「Ｍ」であるので、この「Ｍ」を制御ゲインとする。これは、ゲインを「Ｍ」としたときに、ゲインが適切となるエリアが最も多くなるからであり、ゲインが適切なエリアが多いと、デフォーカス量の演算における成功の確率が大きくなるからである。

Ｓ３０４において、制御ゲインがＭと決まったので、その中からＳ１〜Ｓ７の各センサ列の制御基準エリアを決定する。図８は、ゲインレベルが「Ｍ」であるエリアの中から、各センサ列の制御基準とするエリアを決定する方法を説明する図である。同じゲインの中から一番高輝度となるエリア、つまり、同じゲインの中から蓄積時間設定において最短となるエリアを選択するようにする。今回の場合、各センサ列におけるゲインレベルＭの中の高輝度のエリアを図８において斜線で示す。

これは、同じゲインレベルのＡＦエリアにおいて、低輝度のＡＦエリアを選択した場合、蓄積時間が長くなるので、高輝度のＡＦエリアにおいてオーバーフローを生じ、デフォーカス量の演算が失敗する可能性が高くなるからである。
このように、最も多いゲインレベルであるＡＦエリアの中の、ゲインが最も明るいＡＦエリアを基準にすることにより、多くのフォーカスエリアの検出を適切に行うことが可能になる。
そして、ＡＦエリアにおけるラインセンサＳからの焦点検出信号に基づいて、撮像レンズ２０の焦点調節レンズ（レンズ群Ｌ２）を駆動して焦点調節を行う。
この際、同時に、測光部１４における測光情報に基づいて、露出（絞りおよびシャッタースピード）を設定する。そして、レリーズボタンの全押し等によって撮影が指令されると、クイックリターンミラー１２Ａを光路外の退避位置へと移動し、設定された露出で撮像素子１１がその撮像面に結像された被写体像を電気信号に変換して撮像する。この撮像した画像情報は、図示しないメモリーカード等に記録する。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
前回設定されたゲインに基づき、そのゲインを「Ｌ」、「Ｍ」、「Ｈ」のレベルに分ける。そして、ＡＦエリア数が最も多いゲインレベルを選択する。そして、そのゲインレベルにあるＡＦエリアの中から、列ごとに一番高輝度のＡＦエリア、つまり、同じゲインの中から蓄積時間設定において最短となるＡＦエリアを選択する。このようにすることで、多くのＡＦエリアの検出を適切に行うことが可能になる。

（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
本実施形態では、全ＡＦエリアのゲインレベルの分布より、最も数の多いゲインレベルを選択しているが、これに限定されない。共通制御を行う各ＡＦラインセンサＳのそれぞれに限定してゲインレベルの分布を見るようにしてもよい。

ここで、図７のＡＦラインセンサＳ３の列のように、ゲインレベルが同じＡＦラインセンサの数が同じのものがある場合は、高輝度のものを優先してもよい。また、隣のゲインレベルと同じにしてもよい。さらに、ラインセンサの中央部にあるエリアを優先するようにしても良い。

１：カメラ、１０：カメラ本体、１４：測光部、１４Ａ：測光用レンズ、１４Ｂ：測光センサ、１５：位相差ＡＦ検出部、１７：撮像領域、３０：制御装置、３１：ＡＦ−ＣＣＤ制御部、３２：デフォーカス演算部、３３：フォーカスエリア位置決定部、３４：レンズ駆動量演算部、３５：レンズ駆動制御部、３６：追尾制御部、Ｓ：ラインセンサ

Claims (7)

1. 撮像領域に複数の焦点検出エリアを有し、該焦点検出エリアの輝度を検出し、所定のゲインで制御された輝度信号を出力する検出部と、
   該検出部で検出された、前記焦点検出エリアの各々の輝度に応じて、前記焦点検出エリアをグループ分けし、同じグループに属する前記焦点検出エリアの数が最も多いグループの輝度を基に、前記検出部における次回制御時のゲインを決定する制御部と、
   を備えることを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記焦点検出エリアは複数の列に沿って配置されており、
   同じ列の前記焦点検出エリアは、一つの光電変換素子列により前記輝度信号が検出されること、
   を特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
   前記グループ分けは、前記焦点検出エリア全体で行われること、
   を特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記グループ分けは、前記列ごとに行われること、
   を特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   同じグループに属する前記焦点検出エリアの数が最も多いグループが複数存在する場合、最も明るい輝度のグループの輝度を基に、次回制御時のゲインを決定すること、
   を特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の焦点検出装置において、
   同じグループに属する前記焦点検出エリアの数が最も多いグループが複数存在する場合、前記撮像領域の中央部に位置する焦点検出エリアを多く含むグループの輝度を基に、次回制御時のゲインを決定すること、
   を特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の焦点検出装置を備える撮影装置。

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