JP2014142376A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＦ補助光投光時も良好な焦点検出結果を得ることを可能にした焦点検出装置を提供することである。
【解決手段】被写体に対して光を照射する投光手段と、撮影時の焦点状態を検出する焦点検出手段と、光源に関する情報を検出する光源検出手段と、前記光源検出手段から、前記投光手段から投光した光が被写体に到達したかを判定する照射光到達判定手段と
を有し、前記照射光到達判定手段により投光した光が被写体に到達したと判定された場合は、前記焦点検出手段による焦点検出結果と、投光した光の波長に関する情報を基に焦点調節動作を行い、前記照射光到達判定手段により投光した光が被写体に到達しなかったと判定された場合は、前記焦点検出手段による焦点検出結果と、前記光源検出手段による光源検出結果を基に焦点調節動作を行うことを特徴とする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動焦点検出を行う撮像装置に関し、特に補助光を用いた焦点検出に関するものである。

従来より、低輝度被写体に関しても焦点検出が行えるように、カメラから近赤外域（７００ｎｍ程度）のＡＦ補助光を被写体にパターン投光し、正確な焦点検出を行えるようにするものがある。

一方、デジタル一眼レフカメラ等の撮像装置のＡＦ（オートフォーカス）方式として、いわゆるＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）位相差検出方式がある。ＴＴＬ位相差検出方式を採用したカメラでは、撮影レンズから入射した光をミラー等の光分離部材で分離し、透過光を撮像系に、反射光を焦点検出系に導く。このように、ＴＴＬ位相差検出方式のカメラでは、撮像系と焦点検出系とが別々に設けられている。

ここで撮像系の分光感度は、人間の目の特性に合わせ、可視光域（４００〜６５０ｎｍ程度）に最も感度を有するよう設計される。これに対しＡＦ系の分光感度は、ＡＦ補助光の光を拾えるように、撮像系よりも長波長側を広くした分光感度を有する。カメラの撮影レンズは一般に色収差を持つため、撮像系とＡＦ系の分光感度特性が異なると、光源などの被写体の分光特性によって、それぞれの系の結像位置がばらばらに変化するため、被写体の分光特性によってＡＦ結果が変化するという問題が生じる。

ＡＦ補助光においてもＡＦ結果にずれが生じ、またこのずれ量は撮影レンズの色収差特性に依存するため、予めこのずれ量（＝Ｘとする）を撮影レンズ内に記憶している。そして、ＡＦ補助光使用時には、レンズに記憶されたＸの分だけ補正してＡＦを行うことで、ＡＦ補助光使用時のＡＦ結果のずれを吸収する工夫がされている。

しかし、ＡＦ補助光を使用したＡＦの際も、被写体の距離が遠い場合など、ＡＦ補助光が被写体に到達しない場合は、ＡＦ系はＡＦ補助光の影響を受けず、Ｘの分の補正は不要となる。しかし、ＡＦ補助光投光時は必ずＸの分の補正をかけるシステムにおいては、不要なＸの分の補正をかけてしまうことになり、逆にＡＦ精度の低下を招いてしまう。

この問題を解決するため、ＡＦセンサーから得られる一対の像信号のコントラストによって、Ｘの分の補正を変更する技術が、特許文献１に開示されている。

特開２００８−１９１３３５号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、ＡＦセンサーの像信号のコントラストから判定を行うため、被写体が動いている場合などは、コントラストが変化してしまうため、誤判定することがあった。

そこで、本発明の目的は、ＡＦ補助光投光時に、被写体へのＡＦ補助光の到達をより正確に判定することで、良好な焦点検出結果を得ることを可能にした焦点検出装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、
被写体に対して光を照射する投光手段と、
撮影時の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記投光手段で投光した光の波長に応じた焦点検出結果の補正情報を有し、投光手段を点灯して焦点検出を行う際に、前記補正情報を加味して焦点検出を行う、投光時焦点検出結果補正手段と、
光源に関する情報を検出する光源検出手段と、
前記投光手段から光が投光された条件下と、光が投光されていない条件下での、前記光源検出手段から得られた各光源検出結果から、前記投光手段から投光された光が被写体に到達したかを判定する照射光到達判定手段と、
を有し、
前記照射光判定手段により照射光が被写体に到達したと判定された場合は、前記投光時焦点検出結果補正手段を用い、
前記照射光判定手段により照射光が被写体に到達しなかった判定された場合は、前記投光時焦点検出結果補正手段を用いずに焦点調節制御を行う
ことを特徴とする。

本発明によれば、素早くＡＦ補助光の到達、未到達を判定し、ＡＦ補助光投光時も良好な焦点検出結果を得られる焦点検出装置を提供することができる。

本発明の実施例１のフローチャートである。 本発明の実施例１、２のカメラの断面図である。 本発明の実施例１、２のカメラのＡＦセンサーと光源検知センサーの配置を説明する図である。 本発明の実施例１、２のカメラの光源検知センサーの構成と分光特性を説明する図である。 本発明の実施例１、２のカメラシステムの第１と第２の測光センサーの出力比に対応し、ピント補正を行う補正係数の説明図である。 本発明の実施例２のフローチャートである。

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１〜５を参照して、本発明の第１の実施例について説明する。

図２は本発明に係るデジタル一眼レフレックスカメラの断面図である。図２において１０１はカメラ本体であり、その前面には撮影レンズ１０２が装着される。撮影レンズ１０２は交換可能であり、またカメラ本体１０１と撮影レンズ１０２はマウント接点群１１２を介して電気的にも接続される。さらに撮影レンズ１０２の中には、絞り１１３があり、カメラ内に取り込む光量を調整できるようになっている他、フォーカシングレンズ１１６は光軸上を移動することで焦点調節を行う。

１０３はメインミラーであり、ハーフミラーとなっている。メインミラー１０３はファインダー観察状態では撮影光路上に斜設され、撮影レンズ１０２からの撮影光束をファインダー光学系へと反射する一方、透過光はサブミラー１０４を介してＡＦユニット１０５へと入射する。また撮影状態では撮影光路外に退避する。

ＡＦユニット１０５は位相差検出方式のＡＦセンサーである。位相差方式による焦点検出については公知の技術であるため、具体的な制御に関してはここでは省略するが、撮影レンズ１０２の二次結像面を焦点検出ラインセンサー上に形成することによって、撮影レンズ１０２の焦点調節状態を検出し、その検出結果をもとにフォーカシングレンズ１１６を駆動して自動焦点検出を行う。なおＡＦユニット１０５においては、図３に示すような位相差検出のためのラインセンサーの画素の近傍に第１の測光センサー、第２の測光センサーが配置され、光源検知センサーを形成しており、その詳細に関しては後述する。

１０８は撮像素子であり、１０６はローパスフィルター、１０７はフォーカルプレーンシャッターである。

１０９はファインダー光学系を構成する撮影レンズ１０２の予定結像面に配置されたピント板であり、１１０はファインダー光路変更用のペンタプリズムである。１１４はアイピースであり、撮影者はここからピント板１０９を観察することによって、撮影画面を確認することができる。また１１１はＡＥユニットであり、測光を行う際に使用する。

１１５はレリーズボタンであり、半押し、全押しの状態を持つ二段押し込み式のスイッチである。レリーズボタン１１５が半押しされる事によって、ＡＥ、ＡＦ動作などの撮影前の準備動作が行われ、全押しされる事によって、撮像素子１０８が露光されて撮影処理が行われる。以下、半押しされた状態をＳＷ１がＯＮした状態、全押しした状態をＳＷ２がＯＮした状態、と記す事にする。

１１７は投光を行うためのＡＦ補助光ユニットであり、焦点調節動作を行う際に発光し、被写体にコントラストパターンを有するＡＦ補助光源を照射する。本実施例におけるＡＦ補助光ユニットの投光パターンを図３（ｂ）に示す。ここでは、構図内の中央部にのみ、水平方向にコントラストを持つような縦縞パターンを投光するものとする。

次に、ＡＦユニットに内蔵された、光源を検出するための光源検知センサーに関して説明する。

図３（ａ）がＡＦユニットに内蔵されたＡＦセンサーのレイアウト図であり、実線が位相差ＡＦを行うための一対のラインセンサーである４０１と４０２、そしてその近傍に、異なる分光感度を持つ第一の測光センサー３０１と第二の測光センサー３０２を配置する（図の斜線部）。

第一の測光センサーと第二の測光センサーは、基本的には構図内の同じ個所の光を受光するので、第一、第二の測光センサーの出力から、被写体に照射された光源を検出することができる。これらのペアは、中央部にレイアウトされた、図３（ａ）に示すＣＥＮＴＥＲ ＡＲＥＡに加え、同一構成でＬＥＦＴ ＡＲＥＡ、およびＲＩＧＨＴ ＡＲＥＡもレイアウトされる。これらのＡＦセンサーと光源検知センサーがファインダー内のどの部分を観測しているかを表したのが図３（ｂ）である。

ここで図４を用いて第１の測光センサーと第２の測光センサーの分光特性を説明する。

図４（ａ）は第１の測光センサーと第２の測光センサーのフィルター構造の模式図であり、同図において３０１が第１の測光センサー、３０２が第２の測光センサーである。本実施の形態においては、第１の測光センサーと第２の測光センサーは図３に示すようにＡＦユニット内のＡＦラインセンサー近傍に配置されている。一般に低輝度下でのＡＦをアシストするためのＡＦ補助光は７００ｎｍ程度の波長の光を用いるため、補助光を照射した場合も自動焦点検出を行えるように、ＡＦユニット全体は、補助光の波長を加味して７５０ｎｍ程度までの光を取り込めるように、ＩＲカットフィルターが搭載されている。よって、第１の測光センサー３０１と第２の測光センサー３０２の前には共通してこのＩＲカットフィルター３０４が存在し、第２の測光センサー３０２の前のみに別の分光特性をもつフィルター３０３を配置することによって、全体として第１の測光センサーと第２の測光センサーで異なる分光感度分布を持たせる構成になっている。

図４（ｂ）は第１の測光センサーと第２の測光センサーを構成する各部材の分光特性である。同図において（１）は両測光センサー３０１、３０２の分光感度分布であり、（２）はＩＲカットフィルター３０４の分光透過率、（３）は第２の測光センサーの前面に塗布されるフィルター３０３の分光透過率である。同図（１）より、第１、第２の両測光センサーは４００ｎｍ程度以上の光に対して感度を持ち、また、同図（２）に示されるＩＲカットフィルターの分光透過率のグラフより、波長が７５０ｎｍ程度以上の入射光に関してはカットされる。このため、全体としては第１の測光センサー３０１は波長４００〜７５０ｎｍ程度の範囲に対して感度を持つような分光特性になる。また第２の測光センサー３０２は前面に同図（３）に示されるような波長６００ｎｍ程度以上の光のみ透過する特性のフィルター３０３が配置されているため、波長６００〜７５０ｎｍ程度の範囲の光に対して感度を持つような分光特性になっている。

次に、本実施例におけるカメラシステムのＡＦ動作に関して、図１のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１０１でＡＦ動作スタートすると、ステップＳ１０２で、ユーザーによりＳ１がＯＮされるのを待つ。ステップＳ１０２でＳＷ１がＯＮされると、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３は、ＡＦ補助光を投光せずに、ＡＦ用のラインセンサーと光源検出用の第一、第二の測光センサーの蓄積、読み出し、および演算を行うステップである。まず、ＡＦ用のラインセンサーは、読み出した画像信号の像ずれ量に基づき、撮像光学系のデフォーカス量を演算する。またその際、デフォーカス量の検出結果の信頼性も算出する。ここで、デフォーカス量の検出結果の信頼性は、ＡＦ用ラインセンサーから得られた像信号の最大値と最小値の差や、隣接する画素出力の差分を合計した数値を用いることで、算出できる。

次に光源検出結果としては、図４の第一の測光センサーの出力Ａと、第二の測光センサーの出力Ｂの比を用い、光源検知結果Ｌを
Ｌ＝Ｂ／Ａ
として計算する。既に説明したようにＡは波長４００〜７５０ｎｍ程度の範囲に対して、またＢは波長６００〜７５０ｎｍ程度の範囲の光に対して、それぞれ感度を持つような分光特性になっている。そのため相対的に近赤外領域の波長成分が少ない蛍光灯などの光源に関してはＬの値は小さく、また逆に近赤外領域の波長成分が多い白熱電球などの光源に関してはＬの値は大きくなる。このようにＬの値によって、光源を検出することができ、ステップＳ１０３ではＡＦ補助光無しでの光源検出結果をＬ１としてカメラ内部の記憶領域に保存したら、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４は、ステップＳ１０３で取得したデフォーカス量検出結果の信頼性を判定するステップである。カメラ内部は信頼性に関する閾値Ｒ_ｔｈ１とＲ_ｔｈ２が記憶されている。Ｒ＞Ｒ_ｔｈ１の領域は、十分信頼性が高く、精度よくデフォーカス検出ができた領域、
Ｒ_ｔｈ１≧Ｒ≧Ｒ_ｔｈ２の領域は、Ｒ＞Ｒ_ｔｈ１の領域ほどの精度ではないが、デフォーカス検出できる領域、
Ｒ_ｔｈ２＞Ｒの領域は、信頼性がなく、ＡＦができない領域である。

ステップＳ１０４では、閾値Ｒ_ｔｈ１よりも信頼性Ｒが低い場合（Ｒ＜Ｒ_ｔｈ１）には、低い信頼性を改善するためＡＦ補助光ありのステップＳ１０５へ進み、Ｒ_ｔｈ１よりも信頼性が高い場合（Ｒ≧Ｒ_ｔｈ１）はステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０５は、ＡＦ補助光なしでは検出したデフォーカス演算結果に信頼性がなかったため、図３（ｂ）のようなコントラストパターンを持つＡＦ補助光を投光して再度ＡＦ用のラインセンサーと光源検出用の第一、第二の測光センサーの蓄積、読み出し、および演算を行う。ここでの光源検出結果はＬ２としてカメラ内部の記憶領域に保存する。

ステップＳ１０６では、ＡＦ補助光なしでの光源検出結果Ｌ１と、ＡＦ補助光ありでの光源検出結果Ｌ２の比較を行うステップである。ＡＦ補助光が被写体に届いていれば、ＡＦ補助光は７００ｎｍ程度の近赤外の光なので、Ｌ２＞Ｌ１となる。ただし、ＡＦ補助光が届いていない場合は、被写体は変化しないためＬ２＝Ｌ１となる。そこで、Ｌ１とＬ２の差をカメラ内部に予め定められた閾値Ｌ_ｔｈ１と比較して
｜Ｌ２−Ｌ１｜＞Ｌ_ｔｈ１
であれば、ＡＦ補助光のあり／なしで光源検出結果が変化しているため、被写体にＡＦ補助光が届いていると判断してステップＳ１０７へ進む。一方、
｜Ｌ２−Ｌ１｜≦Ｌ_ｔｈ１
であれば、ＡＦ補助光が届いていないと判断し、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１０７は、被写体に補助光が届いた場合のＡＦの最終処理である。補助光が被写体に届いているので、まず撮影レンズと通信を行うことにより、撮影光学系の現在の焦点距離とフォーカシングレンズ位置に応じた色収差情報データを取得する。この色収差データは、交換レンズの個体、焦点距離、フォーカシングレンズ位置毎に、ＡＦ補助光使用時に補正すべきデフォーカスの補正量を、レンズ内部のＲＯＭテーブルに格納したものである。色収差情報データを取得したら、ステップＳ１０５で算出したデフォーカス演算結果に色収差情報を加味し、この結果に応じてフォーカシングレンズの駆動を行い、ステップＳ１０８でＡＦの動作を終了する。

一方、ＡＦ補助光が被写体に届かなかった場合、ステップＳ１１０で再度信頼性判定を行う。ＡＦ補助光が届かなかったため、基本的にはステップＳ１０３で取得したデフォーカス検出結果を用いるが、そこでの信頼性があまりにも低い場合は、ＡＦ ＮＧとする必要がある。そこで、ステップＳ１１０では、ステップＳ１０３で取得した信頼性ＲをＲ_ｔｈ２と比較し、Ｒ≧Ｒ_ｔｈ２であればＡＦ動作を行うステップＳ１０９へ進み、Ｒ＜Ｒ_ｔｈ２であれば信頼性不十分としてステップＳ１１１でＡＦ ＮＧとしてＡＦ動作を終了する。

ステップＳ１０９では、ステップＳ１０３で取得したデフォーカス検出結果と光源検出結果Ｌ１を用いてＡＦ動作を行う。ここでは、光源検出結果Ｌ１に応じてピント補正量を算出し、これを加味してフォーカシングレンズの駆動を行う。

光源に応じたピント補正量の算出に関しては、まずピント補正係数を求める。図５は不図示のカメラマイコン内のＲＯＭに記憶されたものであり、光源検出結果Ｌに応じたピント補正係数を示すものである。工場などでＡＦを調整する際に使用する、基準となる光源下においては、ピント補正量は０となる。そのため、図５で示した点Ａの横軸は、予め基準となる光源下で出力されたＬの値であり、ここでは例として０．６とした。一方、ＡＦの調整に用いた光源下でのピント補正量は０であるため、縦軸は０となる。
Ｌによって定まるピント補正係数が決定したら、レンズ内部のＲＯＭテーブルに格納されたレンズの色収差情報を取得する。これは、ＡＦ補助光使用時に発生するピントずれを予め記憶したものであり、ステップＳ１０７で説明したものと同一のデータである。光源によるピント補正量は、ピント補正係数にレンズ色収差情報を乗じて求める。

以下、図６を参照して、本発明の第２の実施例によるフローチャートについて説明する。フローチャート以外の、カメラの構成や光源検出機能に関しては、実施例１と同一である。

ステップＳ２０１〜２０４は、図１のステップＳ１０１〜１０４と同一であるため、説明を省略する。

ステップＳ２０５は、ステップＳ２０４で取得したＡＦラインセンサーの像信号の信頼性が所定値より低かったため、図３（ｂ）に示すコントラストパターンを持つＡＦ補助光を照射し、デフォーカス量の演算を行うステップである。ＡＦ補助光照射のタイミングでＡＦ用のラインセンサーと光源検出用の第一、第二の測光センサーの蓄積、読み出し、および演算を行う。本実施の形態では、図３（ｂ）に示したように、光源を検出するエリアが、ファインダー上の視野の中央、左、右の三か所がある。そこで、画面中央の光源検出結果をＬ３、左をＬ４、右をＬ５として、カメラ内部の記憶領域に保存する。各エリアの光源検出結果を記憶したら、ステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６は、Ｌ３〜Ｌ５の値を用い、被写体にＡＦ補助光が到達しているかを判定するステップである。ステップＳ２０５では、ファインダー視野の中央部にのみＡＦ補助光の投光を行っている。そのため、視野全体が同一の光源で照射されている場合であり、かつＡＦ補助光が被写体に到達していれば、画面中央部の光源検出結果Ｌ３のみ補助光の影響を受け、他の２か所の光源検出結果と異なる結果となる。そこで、ステップＳ２０６では、中央と周辺の光源検出結果を比較し、左右共に中央部の光源検出結果に対して閾値Ｌ_ｔｈ２以上の差があれば、被写体にＡＦ補助光が到達したと仮定する。すなわち、
｜Ｌ４−Ｌ３｜＞Ｌ_ｔｈ２
かつ
｜Ｌ５−Ｌ３｜＞Ｌ_ｔｈ２
であれば、ステップＳ２０７へ進み、これを満たさなかったときはステップＳ２１１へ進む。

ステップＳ２０７は、撮影レンズと通信することにより、被写体までの距離情報を取得するステップである。撮影レンズは、内部にフォーカシングレンズの位置と、その位置でピントの合う被写体距離情報を組み合わせて記憶した、ＲＯＭテーブルを有する。ステップＳ２０５でＡＦ補助光を投光して取得したデフォーカス情報より、フォーカシングレンズを駆動させて止める目標位置での被写体距離を取得する。ＡＦ補助光の到達距離は、ＡＦ補助光ユニットの能力で決まっているので、例えば被写体距離が到達距離よりも遠い距離であったならば、ＡＦ補助光は届いていないと判断できる。すなわち、検出した被写体距離Ｄについて、カメラ内部に有する所定の閾値であるＤｔｈと比較し、
Ｄ＜Ｄｔｈ
ならば、ＡＦ補助光が到達しうると判断し、ステップＳ２０８へ進む。逆に、
Ｄ≧Ｄｔｈ
では距離が遠く、ＡＦ補助光が届いていないと判断できるので、ステップＳ２１１へ進む。このように、ステップＳ２０６、２０７では、ＡＦ補助光のあり／なしで、光源検出結果が変化し、かつＡＦ補助光が到達しうる距離の場合だけ、ＡＦ補助光が被写体に到達したと判断する。

ステップＳ２０８はステップＳ１０７
ステップＳ２０９はステップＳ１０８
ステップＳ２１０はステップＳ１０９
ステップＳ２１１はステップＳ１１０
ステップＳ２１２はステップＳ１１１
とそれぞれ同じ処理なので、説明は省略する。

以上、２つの実施例について説明したが、これらは基本的に光源検出結果を基にＡＦ補助光が被写体に到達したかを判定するため、ＡＦセンサーの像信号のコントラストで判定する場合に比べて、被写体が動いてしまった場合なども精度よく判定することができる。

また、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０５ ＡＦユニット
１１７ ＡＦ補助光ユニット

Claims (5)

1. 被写体に対して光を照射する投光手段と、
   撮影時の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
   光源に関する情報を検出する光源検出手段と、
   前記光源検出手段から、前記投光手段から投光した光が被写体に到達したかを判定する照射光到達判定手段と
   を有し、
   前記照射光到達判定手段により投光した光が被写体に到達したと判定された場合は、前記焦点検出手段による焦点検出結果と、投光した光の波長に関する情報を基に焦点調節動作を行い、
   前記照射光到達判定手段により投光した光が被写体に到達しなかったと判定された場合は、前記焦点検出手段による焦点検出結果と、前記光源検出手段による光源検出結果を基に焦点調節動作を行う
   ことを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記照射光到達判定手段は、
   前記投光手段から光が投光された条件下と、光が投光されていない条件下での、前記光源検出手段から得られた各光源検出結果から、前記投光手段から投光された光が被写体に到達したかを判定することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記投光手段から光が投光された条件下、光が投光されていない条件下とは、
   投光と非投光の少なくとも２回、時間的に条件を切り替えて実現することを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 前記投光手段から光が投光された条件下、光が投光されていない条件下とは、
   構図内で投光する範囲を限定することにより、照射されるエリアと照射されないエリアを生み出すことで、空間的に条件を切り替えて実現することを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
5. 被写体までの距離情報を取得する距離情報取得手段を有し、
   前記照射光到達判定手段は、前記距離情報取得手段で取得した距離情報も加味し、前記投光手段から投光された光が被写体に到達したかを判定することを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。