JP2014134697A

JP2014134697A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2014134697A
Application number: JP2013003179A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sakamoto; 昌之坂本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-07-24

Abstract

【課題】合焦精度の高いオートフォーカス動作を可能にした撮影装置を提供する。
【解決手段】第１のフォーカス手段と第１の絞り手段を含む第１の光学系と、該第１の光学系によって結像する被写体像を撮像する第１の撮像手段と、を備える第１の撮影装置と、第２のフォーカス手段と第２の絞り手段を含む第２の光学系と、該第２の光学系によって結像する被写体像を撮像する第２の撮像手段と、を備える第２の撮影装置と、該第１の撮影装置と該第２の撮影装置を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１のフォーカ手段と前記第１の絞り手段を駆動し、前記第１の撮像手段で撮像される映像信号のコントラスト情報に基づき、前記第１の撮影装置を被写体に合焦させるフォーカス情報を検出し、該フォーカス情報に基づき前記第２のフォーカス手段を駆動して、前記第２の撮影装置を該被写体に対して合焦させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に２つのレンズ装置を含み高精度でフォーカス調整が可能な撮影装置に関するものである。

従来、２眼式の立体撮影装置で立体撮像を行うシステムにおいて、オートフォーカス動作を１方の撮像装置のコントラスト情報を用いて行い、他方の撮像装置はオートフォーカス動作を行った撮像装置の合焦情報を用いてフォーカス動作を行う制御が知られている。

例えば、特許文献１ではオートフォーカス動作を高速化するために、１つの撮像装置の画素読み出しを部分的な範囲とし、その情報を用いてオートフォーカス動作を行い、該オートフォーカス動作を実行している間は、他方の撮像装置の映像をスルー画として用いる技術が開示されている。

特開２０１０−２０４３８５号公報

コントラスト情報を用いてオートフォーカスを行う時、通常フォーカスレンズを微小範囲で往復駆動させて、合焦するためのフォーカスレンズを移動させる方向を判断する。この時、撮影した画像には視聴者に違和感を与える変化が生じるという課題がある。

特許文献１に、立体撮像装置を用いて一方の撮像装置のみの映像、所謂、二次元の映像、を撮影することが開示されている。この場合、一方の撮像装置の映像を撮影画像として使用し、もう一方をオートフォーカス専用で撮影に寄与しない撮像装置として用いる。そのため、オートフォーカス実行時の撮影画像に違和感を生じさせることなく、二次元の映像を撮影することが可能となる。

しかしながら、例えば焦点深度が深い、映像が暗い等といった撮影条件の時は、コントラスト情報の変化が少なくなるため、オートフォーカスの信頼度は低下する。また、被写界深度が深い時などは、あらゆる距離の被写体に合焦したように判別されるが、ズームレンズの操作で被写界深度が浅くなると、オートフォーカスを行ったそのままのフォーカス位置では焦点にボケが生じる可能性がある。

そこで、本発明では、合焦精度の高いオートフォーカス機能を有する撮影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮影装置は、第１のフォーカス手段と第１の絞り手段を含む第１の光学系と、該第１の光学系によって結像する被写体像を撮像する第１の撮像手段と、を備える第１の撮影装置と、第２のフォーカス手段と第２の絞り手段を含む第２の光学系と、該第２の光学系によって結像する被写体像を撮像する第２の撮像手段と、を備える第２の撮影装置と、該第１の撮影装置と該第２の撮影装置を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１のフォーカ手段と前記第１の絞り手段を駆動し、前記第１の撮像手段で撮像される映像信号のコントラスト情報に基づき、前記第１の撮影装置を被写体に合焦させるフォーカス情報を検出し、該フォーカス情報に基づき前記第２のフォーカス手段を駆動して、前記第２の撮影装置を該被写体に対して合焦させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、合焦精度の高いオートフォーカス機能を有する撮影装置を提供することができる。

実施例１を示すブロック図実施例１の撮像装置におけるオートフォーカス処理を示すフローチャート実施例１の撮像装置における合焦フォーカスレンズＲ位置検出処理を示すフローチャート実施例１を示すブロック図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

以下、図１を参照して、本発明の実施例による撮像装置の構成を示すブロック図について説明する。

本発明の実施例の撮影装置は、第１の撮影装置と第２の撮影装置を備える。第１の撮影装置は、物体側から順に、ズームレンズＲ１（第１のズーム手段）、絞りＲ３（第１の絞り手段）、フォーカスレンズＲ５（第１のフォーカス手段）を含む第１の光学系と、撮像部Ｒ７（第１の撮像手段）を備える。撮像部Ｒ７は、第１の光学系を介して入射し結像した被写体像を撮像することが可能である。第２の撮像装置は、物体側から順に、ズームレンズＬ２（第２のズーム手段）、絞りＬ４（第２の絞り手段）、フォーカスレンズＬ６（第２のフォーカス手段）を含む第２の光学系と、撮像部Ｌ８（第２の撮像手段）を備える。撮像部Ｌ８は、撮像部Ｒ７と同様に、第２の光学系を介して入射し結像した被写体像を撮像することが可能である。

撮像部Ｒ７、撮像部Ｌ８には不図示の記録部が接続され、撮像されたそれぞれの映像を記録することができる。また、記録部に記録されたそれぞれの映像を使用して、立体画像を撮影、表示させるために使用することもできる。

撮像部Ｒ７は、演算部９に接続され、撮影した映像のコントラスト情報を用いた合焦位置（フォーカスレンズの位置、物体距離等のフォーカス情報）の検出（合焦検出）と、後述する合焦の信頼度の算出を行うことが可能である。

ズームレンズＲ１は、光軸方向に移動することで焦点距離を変更する。ズームレンズＲ１には不図示の駆動部と位置検出部が接続され、演算部９は、駆動部を用いてズームレンズＲ１を駆動し、位置検出部を用いてズームレンズＲ１の位置を検出することが可能である。

絞りＲ３は開口径を変更することで、撮像部Ｒ７に結像する映像の光量を変更することが可能である。絞りＲ３には不図示の駆動部と位置検出部が接続され、演算部９は駆動部を用いて絞りＲ３を駆動し、位置検出部を用いて絞りＲ３の位置を検出することが可能である。

フォーカスレンズＲ５は光軸方向に移動することで合焦する物体距離を変更し、撮像部Ｒ７に結像する映像の焦点状態を変更することが可能である。フォーカスレンズＲ５には不図示の駆動部と位置検出部が接続され、演算部９は駆動部を用いてフォーカスレンズＲ５を駆動し、位置検出部を用いてフォーカスレンズＲ５の位置を検出することが可能である。

ズームレンズＬ２、絞りＬ４、フォーカスレンズＬ６、撮像部Ｌ８は、ズームレンズＲ１、絞りＲ３、フォーカスレンズＲ５、撮像部Ｒ７と同様の機能を有する。

制御手段である演算部９には、フォーカスレンズＲ５が任意の位置の被写体に合焦する時の物体距離に対応するフォーカスレンズＬ６の位置が記憶され、第１の撮影装置のフォーカス情報に基づいて第２の撮影装置のフォーカスを制御する。

図２を参照して、演算部９で実行されるオートフォーカス処理に関して説明する。なお本実施例では撮像部Ｒを用いて撮影した映像はオートフォーカス処理のためのみに使用する。また撮像部Ｌを用いて撮影した映像は、視聴されるための二次元の映像として利用する。

この処理は、演算部９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。またオートフォーカス処理開始時に、ステップＳ１００のオートフォーカス処理が開始され、その後ステップＳ１０１に進む。

ステップＳ１０１では、所定の被写体に対し合焦するフォーカスレンズＲの位置を検出する処理を実行する。ここでは、ズームレンズＲ１、絞りＲ３、フォーカスレンズＲ５と、撮像部Ｒ７で撮影した映像を用いて、撮像部Ｒ７で撮影した映像における所定の被写体のコントラストの評価値がピークとなるフォーカスレンズＲ５の位置（合焦位置）を決定する。その後ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で決定した合焦位置に相当するフォーカスレンズＬ６の位置に、フォーカスレンズＬ６を駆動する。その後ステップＳ１０３に進み、オートフォーカス処理を終了する。

図３を参照して、図２の説明で示したステップＳ１０１の合焦するフォーカスレンズＲ５の位置を検出する処理の詳細を説明する。ステップＳ１０１が開始されると、その後ステップＳ２０１に進む。

ステップＳ２０１では、フォーカスレンズＲ５を駆動し、撮像部Ｒ７からのコントラスト情報に基づく合焦位置の検出と、合焦の信頼度の算出を行う。その後、ステップＳ２０２に進む。

ここで、合焦の信頼度について説明する。コントラストＡＦにおいてはコントラスト評価値が極大値（最大値）となるフォーカス位置を合焦位置として判定するが、コントラスト評価値が小さい場合は、精度良く合焦位置を特定することが難しい。そこで、コントラストＡＦの評価を高い精度で実施するため、コントラスト評価値を所定の閾値と比較し、閾値未満である場合は、コントラスト評価値を閾値以上とするための操作をレンズ装置に施す。すなわち、撮像部Ｒで得られた映像に基づいて得られるコントラスト評価値を合焦の評価値として使用する。一般に、絞りが開放側になるほど撮影映像が明るくなって映像内の明暗の差が大きくなり、得られるコントラストが大きくなるので、コントラストＡＦによる合焦精度は向上する。また、絞りが開放側になるほど焦点深度が浅くなるため、より正確に合焦判定ができるようになる。また、焦点距離が長くなるほど被写界深度が浅くなるため、より正確に合焦判定ができるようになる。合焦の信頼度（コントラスト評価値）が所定の閾値未満の場合は、絞りの開放側に変更、ズームを望遠側に駆動することにより合焦の信頼度を大きくすることができる。

ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で求めた合焦の信頼度が所定の閾値以上か否かを判断する。合焦の信頼度が所定の閾値以上である場合はステップＳ２０６に進み、合焦の信頼度が所定の閾値より小さい場合はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、絞りＲ３を開放側に移動した後、ステップＳ２０１と同様にコントラスト情報に基づく合焦位置の検出と、合焦の信頼度の算出を行う。

ここで絞りＲ３を開放側に移動すると、画像が明るくなりコントラストの明暗の差が大きくなるため、合焦の信頼度が高くなる。また焦点深度が浅くなるため、正確な合焦位置の検出が行えるようになり、合焦の信頼度が高くなる。但し、絞りＲ３は開き過ぎると撮像部Ｒ７で撮影される映像が光量オーバーとなりコントラストの明暗の差が少なくなってしまうため、演算部９は最適な開口径を設定する。その後ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で求めた合焦の信頼度が所定の閾値以上である場合はステップＳ２０６に進み、合焦の信頼度が所定の閾値より小さい場合はステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、ズームレンズＲ１を望遠側に移動した後、ステップＳ２０１と同様にコントラスト情報を用いた合焦位置の検出を行う。

ここでズームレンズＲ１を望遠側に移動すると、被写界深度が浅くなるため、精度の高いフォーカスレンズの位置情報（合焦情報）を取得することが可能となる。その後ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、検出した合焦位置を合焦フォーカスレンズＲ位置として、ステップＳ２０７に進む。
ステップＳ２０７では、合焦フォーカスレンズＲ位置検出処理を終了する。

以上のような構成にすることにより、撮像部Ｌ８で撮影した映像を撮影映像として使用することで、立体撮像装置を用いて二次元の映像を撮影することが可能となる。また撮影に寄与しない撮像部Ｒ７で撮影した映像を用いてコントラストＡＦを実行することで、視聴対象となる撮影映像に影響を与えることなく合焦精度の高いオートフォーカス動作が可能となる。

なお、本実施例では、合焦フォーカスレンズＲ位置検出処理で、そのままの状態、絞りＲ３を開放側に移動した状態、ズームレンズＲ１を望遠側に移動した状態の３つの状態でコントラスト情報を用いた合焦位置の検出を行った。しかし、これら３つの状態の順序を入れ替えても、同様の効果を得ることが可能である。また、これら３つのうち任意の状態のみ選択して合焦位置の検出を行っても、精度の高いオートフォーカス動作が可能となる。

また、撮像部Ｒ７の光路上に配置され、光軸を屈曲することが可能な、不図示の防振レンズ（光軸操作光学系）を用いることで、図４に示すようにオートフォーカスの対象となる被写体の像の撮像素子上の結像位置をＡの位置からＢの画像の中心の位置に配置することが可能となる。これによりステップＳ２０５で実施した、ズームレンズＲ１を望遠側に移動した時も、画面内のいかなる位置にいる被写体に対しても、精度の高いオートフォーカス動作が可能となる。

それぞれ右眼用及び左目用の画像として使用することにより立体映像として撮影することができる２つの撮影装置を含む立体撮像装置においても本発明を適用することが可能である。その場合、立体撮影をしない場合において、２つの撮影装置のうちの一方をコントラストＡＦのためのみに使用し、得られた合焦情報から他方の撮影装置を合焦させて得られた映像を高精度に合焦した２次元映像として出力することができる。

以上、実施例に基づいて本発明の説明をしたが、本発明は本明細書に記載された実施例や図面に図示された例に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良が加えられることも本発明に含まれるものである。

３絞りＲ（第１の絞り手段）
５フォーカスレンズＲ（第１のフォーカス手段）
６フォーカスレンズＬ（第２のフォーカス手段）
７撮像部Ｒ（第１の撮像手段）
８撮像部Ｌ（第２の撮像手段）
９演算部（制御手段）

Claims

第１のフォーカス手段と第１の絞り手段を含む第１の光学系と、該第１の光学系によって結像する被写体像を撮像する第１の撮像手段と、を備える第１の撮影装置と、
第２のフォーカス手段と第２の絞り手段を含む第２の光学系と、該第２の光学系によって結像する被写体像を撮像する第２の撮像手段と、を備える第２の撮影装置と、
該第１の撮影装置と該第２の撮影装置を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第１のフォーカ手段と前記第１の絞り手段を駆動し、前記第１の撮像手段で撮像される映像のコントラスト情報に基づき、前記第１の撮影装置を被写体に合焦するフォーカス情報を検出し、該フォーカス情報に基づき前記第２のフォーカス手段を駆動して、前記第２の撮影装置を該被写体に対して合焦させる、
ことを特徴とする撮像装置。
前記制御手段は、前記フォーカス情報を検出する際に、前記第１の撮像手段で撮像される映像のコントラストの評価値が所定の閾値より小さい場合は、前記第１の絞り手段を開放側に駆動して前記第１の撮影装置での合焦検出を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
前記第１の光学系はズーム手段を備え、
前記制御手段は、前記フォーカス情報を検出する際に、前記第１の撮像手段で撮像される映像のコントラストの評価値が所定の閾値より小さい場合は、該ズーム手段を望遠側に駆動して前記第１の撮影装置での合焦検出を行う、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影装置。
前記第１の光学系は、光軸を屈曲することが可能な光軸操作光学系を有し、
前記制御手段は、前記フォーカス情報を検出する際に、前記任意の被写体の結像位置が、前記第１の撮像手段の中心になるように、前記光軸操作光学系を駆動する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮影装置。
前記第１の撮影装置と前記第２の撮影装置は立体撮影装置として構成することが可能な請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮影装置。