JP4002680B2 - 測距装置付きカメラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の距離情報を測定するための各種機能を備え、それらを選択的に利用する測距装置付きカメラに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、カメラの測距装置では、一般にカメラ側から被写体に投射した基準信号光を利用する「アクティブタイプAF方式」と、被写体の輝度分布情報を利用する「パッシブタイプAF方式」の二方式が汎用されている。
【0003】
前者は、暗い環境下の被写体や輝度分布のないローコントラストの被写体に対しても測距可能であるが、反射光が到達しないような遠距離の被写体については測距精度が低い。これに対して、後者は、遠距離、近距離のいずれでも安定した測距が可能であるが、逆に暗い環境下の被写体やローコントラストの被写体は原理的に測距不可能となる。従って、これら両方式を採用すれば、各々が苦手な被写体に対して、高精度の測距が可能になるとされていた。
【0004】
しかしながら、上記両方式を採用する場合、コスト面やスペース上の関係で問題が生じるため、現実に実施されることは少なかった。
かかる状況下において、例えば特公平5−22843号公報では、これら2つの方式を効率よく、且つ小さなスペースに並存させた「投光式距離計における光電変換装置」に関する技術が開示されている。即ち、この光電変換装置では、光を電荷に変換するセンサアレイを有し、更に当該電荷の蓄積用としてコンデンサを2列配設し、測距用光の投光時及び非投光時の蓄積電荷差に従って、アクティブAF的な信号光抽出を行っている。更に、センサアレイの各蓄積電荷の配列から、パッシブAF的な像検出を行っている。
【0005】
さらに、特開平7−167646号公報では、アクティブ方式の測距部と、パッシブ方式の測距部とを備え、外界輝度が、高輝度レベルか、低輝度レベルかを判別し、その結果に基づいて、低輝度の場合はアクティブ方式の測距部、高輝度の場合にはパッシブ方式の測距部の測距結果を採用する「測距装置」に関する技術が開示されている。
【0006】
また、特開平7−167647号公報では、アクティブ方式の測距部と、パッシブ方式の測距部とを備え、アクティブ方式の測距部により1回測距を行わせ、この測距値が所定値よりも近いときはアクティブ方式の測距部の測距値を採用し、遠いときはパッシブ方式の測距部の測距値を採用する「カメラの測距装置」に関する技術が開示されている。
【0007】
さらに、特開平9−325262号公報では、測距用光のみによる反射信号光の光量を検出し、当該光量と所定光量との比率が所定値よりも大きいときには薄暗い状況下にあると判断し、アクティブ方式を採用することで、コントラストの低い対象物や、暗い状況下においても高精度の測距を実現する「測距装置」に関する技術が開示されている。
【0008】
一方、本出願人による特願平8−141753号公報では、パッシブ用センタアレイのICチップの受光面のデッドスペースにアクティブAFセンサが配置された測距装置に関する技術が開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特公平5−22843号公報等により開示された技術では、上記機能をワンチップ内に組み込むことはできるものの、2つの電荷蓄積手段を配置することを要し、その構成が複雑になり、集積回路の規模が大型化してコスト高となる等、種々の問題があった。
【0010】
一方、本出願人が先に特願平8−141753号公報により開示した測距装置では、アクティブ用センサが大きくなると、ICのチップ上のレイアウトが困難になるといった問題が生じていた。
【0011】
また、このように2つの方式のピント合せ装置を有するカメラでは、最終的にいずれの方式の測距結果をピント合せに採用するべきかといった問題が生じるほか、この2つの方式を使ってそれを判定しているうちに、シャッタチャンスを逃してしまうといった所謂レリーズタイムラグの問題を生じていた。
【0012】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アクティブ方式、パッシブ方式の2方式での測距機能を併有し、より広い範囲の状態の被写体に対して良好な測距を可能としシャッタチャンスを逃すといった問題を解消し、更に小型化且つ高速化を実現することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様では、被写体に対し、測距用光を投光する投光手段と、上記被写体からの上記測距用光の反射信号を受光する受光手段とを有し、上記被写体の合焦用信号を形成する第1信号形成手段と、上記被写体の輝度分布状態をモニタする像信号検出部を有し、上記被写体の合焦用信号を形成する第2信号形成手段と、撮影者が撮影開始操作部材を操作したことを検出する撮影開始検出手段と、上記撮影開始操作部材の操作前に上記第1信号形成手段又は上記第2信号形成手段のいずれかを作動させ、得られる信号に基づいて、被写体の状況を検出する被写体状況検出手段と、上記撮影開始検出手段により上記撮影開始操作部材の操作が検出されると、上記被写体状況検出手段による検出結果に基づいて、上記被写体の合焦用信号を得るために上記第1信号形成手段と上記第2信号形成手段とのいずれを使用するかを選択制御する選択制御手段と、を具備し、上記選択制御手段は、上記被写体状況検出手段により上記像信号のコントラストが所定値より小さいと検出された場合は上記第1信号形成手段を選択し、コントラストが所定値以上と検出された場合は上記第2信号形成手段を選択するとともに、第2信号形成手段が選択された場合は、上記撮影開始操作部材の操作前に上記像信号検出手段を作動させて得られた信号に基づいて上記第2信号形成手段が上記合焦用信号を形成することを特徴とする測距装置付きカメラが提供される。
【0014】
第2の態様では、画面内の複数のポイントを測距するために複数の発光手段を有し、上記画面内の被写体に上記発光手段から測距用光を投射して、その反射光を受光して利用する第1測距手段と、上記画面内の被写体の像信号パターンを利用する第2測距手段と、撮影開始操作部材を操作開始したことを検出する撮影開始検出手段と、上記撮影開始操作部材の操作に先立って、上記第2測距手段を作動させて、像信号を判定する判定手段と、上記撮影開始操作部材の操作検出後で、上記第1測距手段の作動時に、上記判定手段の出力結果に基づいて、上記複数のポイントのうちいずれを測距するか選択を行う制御手段と、を具備し、上記制御手段は、上記判定手段により上記複数のポイントのうち上記像信号のコントラストが所定値より小さいと判定されたポイントを選択して上記第1測距手段により測距動作を実行させるとともに、上記判定手段により上記複数のポイントのうち上記像信号のコントラストが所定値以上と判定されたポイントを選択して上記第2測距手段により測距動作を実行させ、上記第1測距手段の検出結果と上記第2測距手段の検出結果とに基づき最も近い距離に相当する検出結果を選択することを特徴とする測距装置付きカメラが提供される。
【0017】
上記第1及び第2の態様によれば、以下の作用が奏される。
即ち、本発明の第1の態様では、第1信号形成手段において、投光手段により被写体に対して測距用光が投光され、受光手段により上記被写体からの上記測距用光の反射信号が受光され、上記被写体の合焦用信号が形成される。そして、第2信号形成手段において、像信号検出部により上記被写体の輝度分布状態がモニタされ、上記被写体の合焦用信号が形成される。さらに、撮影開始検出手段により撮影者が撮影開始操作部材を操作したことが検出され、被写体状況検出手段により上記撮影開始操作部材の操作前に上記第1信号形成手段又は上記第2信号形成手段のいずれかが作動され、得られる信号に基づいて、被写体の状況が検出され、選択制御手段により、上記撮影開始検出手段により上記撮影開始操作部材の操作が検出されると、上記被写体状況検出手段による検出結果に基づいて、上記被写体の合焦用信号を得るために上記第1信号形成手段と上記第2信号形成手段とのいずれを使用するかが選択制御される。上記被写体状況検出手段により上記像信号のコントラストが所定値より小さいと検出された場合は、上記選択制御手段により上記第1信号形成手段が選択される。また、コントラストが所定値以上と検出された場合は、上記選択制御手段により上記第2信号形成手段が選択されるとともに、第2信号形成手段が選択された場合は、上記撮影開始操作部材の操作前に上記像信号検出手段が作動されて得られた信号に基づいて、上記第2信号形成手段により上記合焦用信号が形成される。
【0018】
第2の態様では、複数の発光手段により、画面内の複数のポイントが測距され、上記発光手段により上記画面内の被写体に測距用光が投射される。該反射光は第1測距手段により受光されて利用され、上記画面内の被写体の像信号パターンは第2測距手段により利用される。さらに、撮影開始検出手段により撮影開始操作部材が操作開始したことが検出され、上記撮影開始操作部材の操作に先立って、上記第2測距手段が作動されて、像信号が判定手段により判定される。上記撮影開始操作部材の操作検出後で、上記第1測距手段の作動時に、上記判定手段の出力結果に基づいて、上記複数のポイントのうちいずれを測距するかの選択が制御手段により行われる。上記判定手段により上記複数のポイントのうち上記像信号のコントラストが所定値より小さいと判定されたポイントが、上記制御手段により選択されて上記第1測距手段により測距動作が実行されるとともに、上記判定手段により上記複数のポイントのうち上記像信号のコントラストが所定値以上と判定されたポイントが選択されて上記第2測距手段により測距動作が実行され、上記第1測距手段の検出結果と上記第2測距手段の検出結果とに基づき最も近い距離に相当する検出結果が選択される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
先ず図1は本発明の測距装置付きカメラの概念図である。
図1に示されるように、この発明の測距装置付きカメラは、少なくとも第1信号形成部1と第2信号形成部2、選択制御部3、レリーズ検出部4、被写体状況検出部5とを有し、これらが図示の如く接続され構成されている。
【0022】
上記第1信号形成部1は、不図示の投光部と受光部とを有しており、投光部より測距用光を投光し、被写体からの上記測距用光の反射信号を受光部で受光し、上記被写体の合焦用信号を形成する。上記第2信号形成部2は、不図示の像信号検出部を有しており、該像信号検出部により被写体を定常的に照射する光による輝度分布状態をモニタし、被写体の合焦用信号を形成する。上記レリーズ検出部4は、撮影者が不図示のレリーズ操作部材を操作したことを検出する。
【0023】
上記被写体状況検出部5は、上記レリーズ操作部材の操作前に上記第1信号形成部1又は上記第2信号形成部2のいずれかを作動させ、得られる信号に基づいて、被写体の状況を検出する。上記選択制御部3は、上記レリーズ検出部4により上記レリーズ操作部材の操作が検出されると、上記被写体状況検出部5による検出結果に基づいて、上記被写体の合焦用信号を得るために、上記第1信号形成部1と上記第2信号形成部2とのいずれを使用するかを選択制御する。
【0024】
このように、本発明の測距装置付きカメラでは、パッシブ方式、アクティブ方式といった2つの合焦方式の選択を、レリーズ操作部材たるレリーズスイッチが押下される前に決定しておき、レリーズON時には、既に一方の方式に決定しているように制御して、レリーズタイムラグを解消した。
【0025】
これにより、本発明によれば、いずれの方式を選択するかの処理時間を気にすることなく、十分な判断の末に選択した方式にてピント合せを行うことができるので、より高精度のピント合せが期待できることとなる。
【0026】
図2は本発明の第1の実施の形態に係る測距装置付きカメラの構成図である。
これは、撮像素子を用いて撮影を行うデジタルカメラへの適用例である。
この図2に於いて、被写体26の像は、撮影レンズ11によりCCD等の撮像素子12に結像され、レリーズスイッチ15のONのタイミングに同期して、上記撮像素子12からの画像信号は後段のメモリ13に記憶される。
【0027】
ワンチップマイクロコンピュータ等により構成されたCPU14は、上記メモリ13に記憶された画像信号を、記録媒体17に所定のフォーマットで圧縮した後に記録するほか、ピント制御部18をはじめとする各部の制御を司る。
【0028】
アクティブ方式のAF部25は、上記CPU14からの出力を受けるドライバ回路19、このドライバ回路19に接続された赤外発光ダイオード20、この赤外発光ダイオード20の前面に配置された投光レンズ21、被写体からの反射光を結像する受光レンズ22、光位置検出部(以下、PSDと称する)23、集積回路(以下、AFICと称する)24を有している。
【0029】
上記CPU14は、所定のタイミングで上記ドライバ回路19を制御して、赤外発光ダイオード20より投光を行う。この投光による被写体26からの反射光は、受光レンズ22を介してPSD23に結像される。このPSD23は、入射信号光の位置に依存した電流信号を出力する。AFIC24は、この電流信号を増幅し、アナログ演算を実行し、被写体距離に応じた信号に変換し、CPU14に出力する。CPU14は、このAFIC24からの信号に基づいて、合焦位置を決定することとなる。
【0030】
上記受光レンズ21と投光レンズ22の各レンズ間距離は一定であるため、被写体26からの反射信号光は、被写体距離に応じて、PSD23上の入射位置を変える。つまり、被写体26が近距離なら投光系から離れた方に、遠距離なら投光系に近い方に反射光は入射する。この三角測距の方式によって、被写体距離を決定するのが、上記アクティブ方式のAF部25の働きである。
【0031】
このようなブロックで構成されたカメラシステムの全ての構成要素に常に通電がされていると、直ぐに電池が消耗してしまう。そこで、一般的には、パワースイッチ16が設けられており、カメラを使用する時のみ各部に適宜、電源が入るように構成されている。
【0032】
一般の電子カメラでは、合焦方式として、撮像素子12で得られた画像信号のコントラストが最大になるように、撮影レンズ11を移動させながらコントラスト判定して、CPU14が最適の合焦位置を決めているが、被写体が低コントラストであったり、暗い環境下の被写体であると、十分な精度が得られない。かかる点に鑑みて、この実施の形態では、アクティブ方式のAF部25を併用した構成としている。従って、上記被写体に対しても正しい測距を実現する。
【0033】
暗い環境下の被写体やコントラストの低い被写体に対しては、アクティブ方式の測距結果に基づいてピント制御をすれば、高精度で測距できる対象が広がることになる。しかし、これらの両方式は、同時に作動させるのは困難であり、順次、両方式を用いたピント位置決定をしていると、レリーズタイムラグが長くなるといった問題が生じてしまう。アクティブ方式のAFは遠い被写体や、黒い被写体に不適であるので、かかる被写体にはコントラスト方式を採用したい。
【0034】
以下、図3のタイミングチャートを参照して、上記アクティブ方式及びパッシブ方式の選択制御のシーケンスを説明する。
図3に示されるように、パワースイッチ16がONされると、まず、アクティブ方式のAFを一定間隔で作動させ、レリーズスイッチ15を撮影者が押下したタイミングで、予め大まか距離情報がCPU14によって判断されているようにする。このようにして得られた情報によって、レリーズスイッチ15が押下されると、コントラスト方式とアクティブ方式のいずれの方式によって合焦をするべきかを、CPU14が判断し、レリーズ前の測距結果が遠い距離を示す時にはコントラスト方式のピント合せを行うようにする。また、近距離を示すなら、アクティブ方式のAFが良好な精度を示すので再度アクティブ方式のAFを実行し、ピント合せを行うようにすればよい。
【0035】
上記レリーズ前の測距として、この実施の形態において、アクティブ方式のAFを採用したのは、アクティブ方式の方がコントラスト方式よりも高速で測距可能だからである。つまり、コントラスト方式は、前述のように、レンズを動かせながら随時得られた像のコントラストを判断していくので、レンズを動かすための電力を無用に消費してしまい、省エネルギー化という観点からも先ずアクティブAFを採用した方が有利であるからである。
【0036】
以上説明したように、第1の実施の形態では、予め得られた測距結果から、いずれの方式が好適であるかをCPU14が判断しており、レリーズ操作と共に、選択された一の方式によりピント制御を行うので、時間的なロスがなく、シャッタタイミングを逃さない測距装置付きカメラを提供することができる。
【0037】
尚、第1の実施の形態では、撮影系に撮像素子を使用したディジタルカメラへの適用を想定していたが、その他の所謂「撮像カメラ」の合焦にも本発明は応用可能であることは勿論である。
【0038】
この撮像カメラは、撮像素子を撮影系に有していないので、測距専用の光学系と、像検出素子とを搭載して、パッシブ方式のAFにてピント合せを行うことがある。また、赤外線を投射するアクティブAFを採用するカメラも多い。また、これらを併用し、アクティブAF用の受光素子を上記パッシブAF用の像検出素子によって兼用したものもある。
【0039】
以下に説明する第2の実施の形態に係る測距装置付きカメラは、このような構成の撮像カメラへの適用を想定したものである。
図4は、本発明の第2の実施の形態を示す測距装置付きカメラの概要を示す主要ブロック構成図である。
【0040】
本実施の形態の測距装置は、主に、測距装置の全体の制御を司る制御手段であるCPU40と、測距光を取り込み、測距距離を行う測距部36と、投光手段としてのLED用ドライバ38及び発光ダイオード(LED)38aと、検出回路としてのAF(オートフォーカス)IC37とで構成されており、第1の測距モードであるパッシブAFモードでの測距と、第2の測距モードであるアクティブAFモードでの測距とが実行可能な装置である。
【0041】
本実施の形態の測距装置において、パッシブAFモードでの測距を行う場合は、上記測距部36に内蔵されたパッシブAF(オートフォーカス)用のセンサアレイ32a,32bを利用する。そして、被写体49から光をこのセンサアレイ32a,32bで取り込み、センサアレイの個々受光素子であるセンサセルの出力がスイッチ回路33を介して取り込まれる。
【0042】
そして、積分手段である積分回路を内蔵するA/D変換回路34でA/D変換して、センサアレイ32a,32b上の像ずれ量が演算回路35にて演算される。その像ずれ量に基づいて被写体距離の演算が行われる。
【0043】
一方、アクティブAFモードで測距を行う場合は、投光手段であるLED38aを発光させ、被写体49に向けてパルス状の信号光を投射し、その反射光を上記センサアレイの一方のセンサアレイ32bで取り込む。そして、センサアレイの個々のセンサセルの出力ラインを測距部36に内蔵されるスイッチ回路33により積分回路側から切り放し、さらに、その出力を束ねた出力としてAFIC37に入力する。そのときの被写体の像の情報に基づいて、三角測距方式により被写体距離が求められる。なお、上記各モードで求められた被写体距離情報に基づいて、図示しない合焦駆動制御装置によりフォーカシングレンズが被写体合焦位置に繰り出されることになる。以下、詳細に本測距装置について説明する。
【0044】
図4に示すように本測距装置においては、2つの受光レンズ31a,31bは、視差である基線長B1 だけ離して配置され、その焦点距離fの位置に2つのセンサアレイ32a,32bが配置されている。
【0045】
パッシブAFモードの場合は、この視差による被写体49のセンサアレイ32a,32b上の輝度パターン像ずれ量に基づいて被写体距離Zを求める。すなわち、上記受光レンズ31a,31bを入射した被写体光は、センサアレイ32a,32bに入射し、その出力は、スイッチ回路33を介して各センサセル単位でA/D変換回路34に取り込まれ、積分処理後、A/D変換される。そのデジタル情報に基づいて被写体距離が演算される。
【0046】
一方、アクティブAFモードの場合は、ドライバ38を介して、投光手段である発光ダイオード(LED)38aをパルス状に発光させ、投光レンズ39で集光し、被写体49に投射する。被写体49から反射したLED38aの反射光は、一方の受光レンズ31bを介して、センサアレイ32bに入射する。この時、センサアレイ32bは、スイッチ回路33によってその個々のセンサセルの出力を束ねた形で検出回路としてのアクティブAFIC37に入力される。即ち、後述するように、センサアレイ32bの出力は、スイッチ回路33でアレイの中央部分で2分割し、束ねられた状態で出力される。
【0047】
上記AFIC37は、定常光除去回路37aと信号処理回路37bから成っており、公知の定常光除去回路37aの働きによって、センサアレイ32bに定常的に入射している信号光以外の光、すなわち、背景光にもとづく光電流は、除去され、信号光に基づくパルス状の光電流成分のみが信号処理回路37bにて処理される。上述のように、本実施の形態の装置ではスイッチ回路33によって切り換え、センサアレイの各出力信号を個々に扱うこと、また、個々の出力を加算した形でまとめて扱うことができる。
【0048】
なお、上記アクティブAFモードに切り換えられたとき、センサアレイ32a側の出力ラインは、AFIC37側へ接続されることはなく、上述のようにパッシブAFモードでのみ機能するものとする。
【0049】
次に、図4を用いて、前述のパッシブAFモードでの測距装置の輝度パターンの相対位置差算出の方法について、より詳しく説明する。
両受光レンズ31a,31bの位置間隔の基線長B1 により、センサアレイ32a,32b上に入射する光分布の相対位置差xは、被写体距離Zに依存して変化する。
【0050】
即ち、各受光レンズの焦点距離をfとすると、被写体距離Zは、
Z=B1 ・f/x …(1)
として求められる。
【0051】
センサアレイ32a,32bの各センサは、光の入射量にしたがった電流信号を出力する。これらの出力をスイッチ回路33を介して、上記電流信号を積分する積分手段である積分回路を含むA/D変換回路34によりディジタル信号に変換すれば、像ずれ量演算回路35による相関演算によって上記xが検出できる。この結果をワンチップマイコン等からなる演算制御手段であるCPU40に入力し、上式を演算することにより、被写体距離Zが求められる。これがパッシブ式での三角測距方式の基本原理であり、上記の構成がパッシブ式三角測距装置の一般的な構成である。
【0052】
なお、上記ずれ量演算機能は、一般的に後述のように二つのプロセスからなるが、これらはこのCPU40に内蔵してもよい。例えば、カメラのピント合わせを行う時、カメラの動作を司る上記CPU40により、カメラの撮影用ピント合わせ用レンズをモーター等のアクチュエータを介して制御すれば、AF(自動焦点)機能付きカメラが提供できる。
【0053】
上記ずれ量xを求めるずれ量演算処理において、まず、センサアレイ上の像ずれ量演算は、センサピッチの単位、すなわち、センサセルのピッチでどれだけずれているかを調べる相関演算のステップと、さらに、補間することによりそれより細かい分解能でのずれ量を算出する補間演算ステップとを必要とする。
【0054】
まず、上記相関演算の方法について説明する。
図5(a)および(b)は、センサアレイ32aおよび32b上に入射した光の輝度パターンとセンサアレイを構成するセンサセルの各出力を示す図である。
【0055】
右側センサであるセンサアレイ32aが受光素子ユニットである各センサセルa1 からa6 で構成されるとして、その添え字の1 から6 は、受光レンズ32a光軸基準でのセンサセルaiの絶対位置を示すものとする。また、左側センサであるセンサアレイ32bについても各センサセルb1 からb6 で構成されるとして、添え字の1 から6 は、受光レンズ32a光軸基準でのセンサセルbiの絶対位置を示すものとする。また、各センサセルのピッチはPsとする。
【0056】
そこで、センサアレイ32a上に図5(a)のような輝度パターンPTaで光が入射した場合、センサアレイ32aの各センサセルa1 〜a6 の出力の大きさR1 〜R6 は、図5(a)中、棒グラフで示したような分布となる。もし、センサアレイ32b上にも同様の輝度パターンPTbの光が入射し、各センサセルb1 〜b6 のセンサ出力L1 〜L6 の出力パターンが上記センサ出力R1 からR6 の出力パターンに対してずれがなく、一致すれば、上記ずれ量xの値は0となるので、被写体距離Zは、無限遠ということになる。
【0057】
また、被写体が有限距離にある場合、図5(a)に示したセンサセル出力R1 からR6 の出力に対して、図5(b)に示すようにセンサセルの数sだけシフトした類似のパターンのセンサセルb1+s ,b2+s ,…,b6+s の出力L1+s ,L2+s ,…,L6+s が得られる。従って、このシフトセンサセル数sの値から上記ずれ量xを求めることができる。
【0058】
上記シフトセンサセル数sの値を求めるには、あるセンサセルの出力Rから対応するセンサセルの出力Lの出力を引き算し、その絶対値を各センサセルごとに加算した差の加算値FFを用いればよい。まず、左右のセンサセル対応位置のセンサセル出力R(i)とL(i)を引き算し、絶対値をとって、ある幅でiを変化させて行き、これらを加算して差の加算値FF(i)を求める。
【0059】
すなわち、
FF(i)=Σ|R(i)−L(i)|
を求める。
【0060】
次に、右左センサセルの出力RiまたはLiの一方を1セルだけずらし、先に差をとった隣のセンサセルと同様に出力差をとると次のような式で差の加算値FF(i+1)が表現できる。
【0061】
すなわち、
FF(i+1)=Σ|R(i+1)−L(i)|
となる。
【0062】
このように順次、ずらし量Sfを変更しながら求めたFFの値の変化をある被写体の対する例として示すと、図6のようにずらし量Sfに対して変化する線図となる。上記図6の場合は、出力RとLの差を加えた差の加算値FF値が最小値Fmin となるずらし量Sfのところでの右左のセンサアレイ32a,32bの出力が最もよく対応がとれていると考えられるため、このときのずらし量Sfが前記センサセルシフト量sとなる。
【0063】
上記センサセルシフト量sを加味して両センサアレイ32a,32bの出力分布を図示すると、図5(a)に示すようなシフトなし状態のセンサアレイ32a側の添え字の付き各センサセルaiの出力Rの輝度パターンに対して、前記図5(b)におけるセンサアレイ32b側のシフト量sだけずれた添え字の付き各センサセルbi+s の出力Lの輝度パターンが得られる。
【0064】
そこで、上記センサセルシフト量sに基づき、より細かい分解能のずれ量xを求めるには補間演算を行う必要がある。すなわち、実際の二つのセンサアレイ32a,32b上の像のずれ量は、センサセルのピッチにぴったりと合致した状態でずれるわけではない。より精度の高い測距を行うためには、センサビルのピッチより細かい精度で像ずれ量を検出しなければならない。このプロセスを補間演算と呼んでいるが、これを図7の各センサアレイの出力線図を用いて、次に説明する。
【0065】
図7の出力RとLは、各々図4のセンサアレイ32a,32bの一部のセンサセルに対する出力を表していて、すでに上述の相関演算が終了し、上記シフト量sだけシフトさせた比較しやすい状態にならべて図示してある。したがって、図7中の出力L0 からL4 は、厳密にはシフトした位置の出力Ls からLs+4 と記述するべきだが、繁雑になるので上記シフト量sは省略して示している。
【0066】
図7に示すように左センサアレイ32bの出力Lに示されるように、上記シフト量sだけシフトした後でも右センサアレイ32aの出力R基準として、セルピッチ内でまだ位置xだけずれた光が入射しているとする。この時、例えば、出力L1のセンサセルb1 には出力R0 とR1 のセンサセルa0 とa1 に入射する光が混じり合って入射し、同様に各LiのセンサセルbiにもR基準で位置xだけずれた光が順次入射するため、各出力Liは、次の式(2)に示すように表現される。
【0067】
すなわち、
となる。
【0068】
また、前記最小値Fmin と、最小値Fmin を与えるセンサセル位置から上記シフト量をプラス方向とマイナス方向にセンサセル1つ分にずらしたときの差の加算値FFの値F-1、F+1とを各Rn ,Ln の出力値により表現すると式(3)のようになる。
【0069】
すなわち、
となる。
【0070】
さらに、式(2)を用いて式(3)を展開すると、次の式(4)が求められる。すなわち、
となる。
【0071】
但し、|R1 −R0 |は、およそ|R4 −R3 |と等しいとする。
上記式(4)において、{|R0 −R1 |+|R1 −R2 |+|R2 −R3 |}の値を(ΣΔR)と置いて表現すると、
Fmin =x・(ΣΔR)
F-1 =(1−x)・(ΣΔR)
F+1 =(1+x)・(ΣΔR)
となる。
【0072】
したがって、各F値とずれ量xとの関係を示す式(5)として、
が求められる。
【0073】
式(5)のように(ΣΔR)の値に依存せず、上記Fmin ,F-1,F+1の値から先のずれ量xが求められる。これが補間演算であり、図4の演算回路35にて行われるが、ワンチップマイコン等の演算制御手段であるCPU40にて所定のプログラムに従って行ってもよい。
【0074】
次に、本測距装置におけるもう一方のアクティブAFモードでの測距動作についてより詳しく説明する。
本実施の形態の測距装置でのアクティブAFモードでの測距動作の説明に先立って、従来のアクティブAF測距動作について説明する。
【0075】
図8は、アクティブAF測距原理を示す図であるが、本実施の形態の測距装置の構成に対してセンサアレイ32bに代えて2分割センサ2Bを使用するものとして説明する。すなわち、LED38aは、投光レンズ39を介して被写体49に向けて測距用光をパルス的に投射する。
【0076】
被写体49から反射した測距用光の反射信号光は、受光レンズ31bを介して、その出力が2分割センサ32Bに入射するが、定常的にセンサに入射している背景の光に対し、上記信号光はパルス的光であるので、AFIC37では周波数の差やタイミングを用いてこれを分解する。
【0077】
図9は、上記2分割センサ32B上に結像したbの幅を持つ反射信号光スポットSpの様子を示す図である。被写体距離Zとし、投受光レンズ間の距離B2 とし、受光レンズの焦点距離fとすると、上記スポットSpの中心は、次の関係を満たす位置xp に入射する。
【0078】
すなわち、
xp =B2 ・f/Z …(6)
となる。
【0079】
また、基準点Kから距離xp の位置を中心とする幅bの光スポットSpが入射し、2分割センサ32Bが、その入射したスポットSpの面積に従った光電流を出力する時、2つの光電流ipa, ipbは、
の関係が成立する。ここで、aは、2分割されたセンサアレイ32a上の基準Kからの分割ポイントCp までの距離である。ipは、総信号光電流であり、光電流ipaとipbとを加算すると上記光電流ipとなる。
【0080】
従って、この2つの光電流信号をAFIC37の処理回路でipa/(ipa+ipb)の値を計算すると、(xp +b/2−a)/bという形で、位置xp に依存した信号が得られる。上記値a,b等は定数であるので、この信号を用い、CPU40にて式(6)より被写体距離Zが求められる。
【0081】
さて、本実施の形態の測距装置にてアクティブAFモードにおける測距を行う場合、上述のセンサアレイ32bを上記従来の測距装置の2分割センサ32Bとして適用する。なお、本実施の形態の装置では、センサアレイ32bとその出力を切り換えるスイッチ回路33以外の構成としては、図8に示した従来の構成と同様である。すなわち、投光手段としての被写体49に向けて測距用光をパルス的に投射するLED38aおよび投光レンズ39を用い、さらに、被写体49の反射信号光を取り込む受光レンズ31b、および、上記反射信号光をパルス信号光として分離し、測距演算を行うAFIC37等で構成される。
【0082】
本測距装置において、図10のセンサアレイ接続回路図に示すように、センサアレイ32bの各セルの出力は、2分割ポイントCp で2分割され、スイッチ回路3により束ねられて光電流ipa,ipbとしてAFIC37に出力される。このように構成することによって、2分割センサ32Bを用いた従来例と比較して、センサアレイのセルピッチが十分細かければ、図10のように2分割されたセンサの各センサセルを束ねて用いても同様の効果が得られる。
【0083】
つまり、アクティブAFモード時において、センサアレイ32bの出力をスイッチ回路33で束ねてあたかも2分割センサ32Bのように2つの光電流が出力できるようにすれば同様の信号処理によって、図9に示すように基準位置Kからスポット中心迄の距離xp に依存した式(7)による信号を得ることができ、式(6)により被写体距離Zが求められる。
【0084】
本測距装置によると、上述のようにスイッチ回路33の切り換えによりパッシブAFモードでの測距にも用いられるセンサアレイ32bの出力を、アクティブAFモードでは、図10のように束ねた状態に切り換え、光電流ipa,ipbを出力できるようにする。このようにスイッチの切り換えによって同一のセンサアレイを用いて、パッシブAFモードおよびアクティブAFモードでの測距が可能となる。
【0085】
ここで、図11の回路図、および、図12のアンプ出力波形線図を用いて、上記実施の形態の測距装置におけるパッシブAFモード時のセンサアレイの各センサセルの出力をA/D変換する方法の一例を説明する。なお、上記図11は、図4に示すセンサアレイ32bを構成する1受光素子であるセンサセル32biと、該センサセル32biの出力を切り換えるスイッチ回路33および積分回路を含むA/D変換回路34の詳細を示す回路図である。
【0086】
なお、次の説明は左側のセンサアレイ32bの出力のA/D変換動作に関するものであり、他方の右側のセンサアレイ32aについても同様のA/D変換動作が行われる。但し、この右側のセンサアレイ32aにはアクティブAFモード時に切り換えられる後述の切り換えスイッチSW1 と端子44は設けられていないものとする。
【0087】
上記センサアレイ32の受光センサセル32biは、入射した光の強さに応じた光電流を出力する。CPU40に内蔵されるスイッチ(SW)制御回路40aによりスイッチ回路33の切り換えスイッチSW1 をオフ、切り換えスイッチSW2 をオンとすると、第1の基準電圧Vref1を基準電圧とする積分アンプ41と積分コンデンサ42の作用により、積分されて光電流が電圧に交換される。その出力は、コンパレータ43に入力され、第2の基準電圧Vref2と比較される。 尚、上記積分開始に先だって、スイッチ制御回路40aにより切り換えSW3 をオンさせ、その後、切り換えスイッチSW3 をオフすると、図13のように積分アンプ41の出力が、まず、基準電圧Vref1に固定される。その後、上述したように光電流の大きさ、つまり、光の強さに依存して積分電圧が変化する。コンパレーター43では上記積分電圧が基準電圧Vref2に達するまでの到達時間TINT を判定する。入射した光が大きいと、到達時間TINT は小さくなり、入射した光が小さいと、積分が遅くなり、到達時間TINT は大きくなる。
【0088】
このように各センサセル32biについて、基準電圧Vref2に達するまでの到達時間TINT を求めることにより、各センサセル32biに入射した光の強さがディジタル的に求められ、被写体像の状態を示す信号が得られる。なお、上記積分コンデンサ42の容量を別途スイッチにより切り換えることによって、積分のスピードを制御してより広い範囲の光に対応して感度を切り換えることも可能である。
【0089】
一方、アクティブAFモードで測距を行う場合は、切り換えスイッチSW2 をオフとし、SW1 をオンとする。この切り換え状態で端子44より光電流が出力される。上記端子44は、前記図10の回路図に示すように束ねられ、先に説明した機能を持つAFIC37に接続されており、測距用光のLED投射時の反射信号光を検出することが可能となる。
【0090】
以下、図面を参照して、第2の実施の形態によるアクティブ方式とパッシブ方式の切り換えと、その効果を説明する。
図13は、上記2つの方式のAF機能を有するカメラがピント合せするときの一般的な制御シーケンスである。
【0091】
即ち、レリーズスイッチが押下されたことを検出するまでは(ステップS1)、ファインダ内やカメラドラムに設けられたモードや撮影コマ数を表示するためのサブルーチンを繰り返し(ステップS2)、レリーズ後に、露出用の測光(ステップS3)、AFシーケンス(ステップS4〜S10)を実行し、ピント合せ(ステップS11)、シャッタ制御(露出制御)(ステップS12)を、それらの結果に従って行う。
【0092】
前述したようなアクティブ方式、パッシブ方式といった2つのAF方式の良さを引き出すために、ステップS4にて、先ずアクティブ方式のAFを行い、得られた反射光位置信号から距離を算出し(ステップS5)、その結果から、パッシブ方式のAFを行うか否かの判断を行っている(ステップS6)。そして、アクティブ方式のAFの結果が適正ならば、その結果でピント合せを行い、不適当ならばパッシブAFの積分動作に移行し(ステップS7)、画像信号を用いて距離算出し、ピント制御を行う。
【0093】
このシーケンスでは、上記ステップS6を「Y」に分岐し、アクティブ方式、パッシブ方式のAFを双方実行すると、非常に時間がかかることが判る。
これに対して、図14は、第2の実施の形態の制御シーケンスである。
【0094】
このシーケンスでは、レリーズが押下される前に、表示だけではなく、以下の測距シーケンスを行う点に特徴がある。
即ち、被写体の明るさや像の特徴等から、積分の制御を、そのセンサを用いて、どれぐらいの時間で行うかを決定し(ステップS23)、積分制御を行う(ステップS24)。レリーズボタンが押される前は、撮影者が正しく構図を決定していない可能性が高いので、このレリーズ前測距は、リアルタイムで高速に行う必要がある。そこで、リミッタを設定しておき、十分な積分ができていなくとも、所定時間が経過すれば積分を終了して、次のステップに進むようにしている(ステップS25,S26)。このようにして得られた画像信号を、CPU40は常にモニタしている(ステップS27)。そして、図13のステップS2と同様に、表示ステップを実行する(ステップS28)。
【0095】
こうしてレリーズボタンが押下されると(ステップS21)、既に測距済みである場合には(ステップS22)、得られた画像信号にコントラストがあるか否かを検出し(ステップS29)、コントラストがある場合には、先に得られた像信号によって被写体距離を算出してピント合せを行い(ステップS30,S33)、露出制御を行う(ステップS34)。
【0096】
ここで、レリーズ前には、リアルタイムで画像信号をモニタしたいので、処理時間を極力短くするために、距離算出はレリーズ後のタイミングで作っている点に特徴がある。この場合、レリーズ後、全く測距動作を行っていないので、タイムラグのないレリーズのないレリーズができることとなる。
【0097】
一方、コントラストがない時は(ステップS29)、パッシブAFによる測距は不適当なので、アクティブAF、演算を実行し(ステップS31,S32)、ピント合せを行い、露出制御を行う(ステップS33,S34)。
【0098】
以上説明したように、第2の実施の形態によれば、アクティブAFとパッシブAFの良い所を採用した、苦手被写体のない高精度AFを実現できるので、タイムラグの少ない測距装置付きカメラを提供することができる。
【0099】
以下、この第2の実施の形態の応用例を説明する。
一般に、図17に示されるように、画面内中央に被写体がない場合、画面内の段数のポイントを測距して、ピント合せ距離を決定する所謂マルチAFの技術が知られている。しかしながら、背景が夜景だったりすると、パッシブの像検出では背景の光でのみ積分が制御され、人物の像が得られない。従って、人物は所謂ピンボケになってしまう。
【0100】
かかる点に鑑みて、この応用例では、図15に示されるように、像信号にコントラストのないポイントを見つけ、当該ポイントに対して、アクティブAFを実行して、ローコントラスト部分をも測距可能とした。この例では、同図に示されるように、CPU57により駆動制御される選択ドライバ52に複数の投光素子51が接続されており、この投光素子51の投光する光の光軸上に投光レンズ50が設けられている。そして、反射光を結像すべく受光レンズ53,54が設けられており、その後方にセンサアレイ55が設けられている。このセンサアレイ55の出力はA/D部56を介してCPU57の入力に接続されている。以上のように、投光素子51は図示の如く複数必要であり、検出されたローコントラストポイントに合せて選択され、発光することとなる。
【0101】
さらに、図16に示されるように、ローコントラストポイントは、予め本発明の特徴たるレリーズ前測距によってパッシブのセンサで検出されている。パッシブセンサで得られた像のうち、ローコンポイントをCPU52が検出し(ステップS51乃至S54)、その部分に対しレリーズ後投光を行い、アクティブAFの原理で、そのポイントの測距を行う(ステップS56)。こうして、ローコントラスト部分はアクティブAF、コントラストの高い所はパッシブAFを行い、各々、得意とする被写体に対し測距ができ、正確なマルチAFができる(ステップS57)。こうして得られた結果から、例えば最も近い距離を選択し、ピント合わせを行い、露出制御を行えば(ステップS58乃至S60)、図17に示されるようなシーンでも正しく人物にピントを合せることができる。
【0102】
以上説明したように、本発明によれば、夜景のように、主要被写体のコントラストが低いシーンでも、アクティブAFの利点を生かして、正しくピント合せが可能となる。コントラストの高い被写体は、逆にアクティブAFがにが手とするものなので、無駄なく最も効果の高い測距方式を選んで、高速でピント合せを可能とする。
【0103】
尚、本発明の上記実施の形態には以下の発明も含まれる。
(1)被写体に対し、信号光を投射する投光手段と、
上記被写体からの上記信号光の反射信号光を受光する受光手段を有し、上記被写体の測距に用いる信号を形成する第1信号手段と、
上記被写体の像信号を検出する像信号検出手段を有し、上記被写体の測距に用いる信号を形成する第2信号手段と、
撮影者が撮影に際して、撮影開始操作部材を撮影開始操作したことを検出する撮影開始検出手段と、
上記カメラの電源投入を検出する電源投入検出手段と、
上記電源投入検出手段による電源投入後において、上記撮影開始検出手段による上記撮影開始操作部材の操作検出前に、上記第1信号手段又は上記第2信号手段のいずれかを作動させて信号を得て、該信号に基づいて、上記撮影開始検出手段による上記撮影開始操作部材の操作検出後のタイミングにて、上記第1信号手段と上記第2信号手段のいずれを作動させるかの優先度を決定する制御手段と、を具備することを特徴とする測距裁置付きカメラ。
(2)上記(1)において、上記第2信号手段は、撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像手段を有している。
(3)上記(2)において、上記撮影開始検出手段による上記撮影開始操作部材の操作検出前には、上記第1信号手段を作動させる。
(4)上記(1)において、上記第1信号手段の上記受光手段と上記第2信号手段の像信号検出手段とは、共通の受光素子列で構成されていている。
(5)上記(4)において、上記撮影開始検出手段による上記撮影開始操作部材の操作検出前には、上記第2信号手段を作動させる。
(6)上記(1)において、上記撮影開始検出手段による上記撮影開始操作部材の操作検出前に上記第2信号手段が作動した場合には、上記撮影開始操作部材の操作検出前に、上記被写体の測距演算は行なわず、上記像信号検出手段により像信号を検出するまでの動作を行うようにし、上記撮影開始検出手段による上記撮影開始操作部材の操作検出後に測距演算を行なうようにする。
(7)画面内の複数のポイントを測距するために複数の発光手段を有し、上調画面内の被写体に上記発光手段から測距用光を投射して、その反射光を受光して利用する第1測距手段と、
上記画面内の被写体の像信号パターンを利用する第2測距手段と、
撮影開始操作部材を撮影開始操作したことを検出する撮影開始検出手段と、
上記撮影開始操作部材の撮影開始操作に先立って、上記第2測距手段を作動させて、像信号を判定する判定手段と、
上記撮影開始操作部材の操作検出後で、上記第1測距手段の作動時に、上記判定手段の出力結果に応じて、上記複数の発光手段のうちいずれを作動させるか選択を行なう制御手段と、
を具術することを特徴とする測距装置付きカメラ。
【0104】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ピント合わせ用に方式の異なる2つの測距機能を併用して、より広い範囲の被写体状態に対して良好な測距を可能とすると共に迅速な応答の測距装置付きカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の測距装置付きカメラの概念図である。
【図2】第1の実施の形態に係る測距装置付きカメラの構成図である。
【図3】アクティブ方式及びパッシブ方式の選択制御のシーケンスを説明するためのタイミングチャートである。
【図4】第2の実施の形態を示す測距装置の概要を示す主要ブロック構成図である。
【図5】センサアレイ32a,32b上に入射した光の輝度パターンとセンサアレイを構成するセンサセルの各出力を示す図である。
【図6】ずらし量Sfに対して変化するFFの値を示す線図である。
【図7】各センサアレイの出力線図である。
【図8】アクティブAF測距原理を示す図である。
【図9】2分割センサ32B上に結像したbの幅を持つ反射信号光スポットSpの様子を示す図である。
【図10】センサアレイ接続回路図である。
【図11】パッシブAFモード時のセンサアレイの各センサセルの出力をA/D変換する方法を実現する回路図である。
【図12】パッシブAFモード時のセンサアレイの各センサセルの出力をA/D変換する方法を実現するアンプ出力波形線図である。
【図13】2つの方式のAF機能を有するカメラがピント合せするときの一般的な制御シーケンスである。
【図14】第2の実施の形態の測距装置付きカメラの制御シーケンスである。
【図15】第2の実施の形態の測距装置付きカメラの応用例の構成を示す図である。
【図16】第2の実施の形態の測距装置付きカメラの応用例の動作を示す図である。
【図17】画面内中央に被写体がないシーンを示す図である。
【符号の説明】
1 第1信号形成部
2 第2信号形成部
3 選択制御部
4 レリーズ検出部
5 被写体状況検出部
Claims (2)
- 被写体に対し、測距用光を投光する投光手段と、上記被写体からの上記測距用光の反射信号を受光する受光手段とを有し、上記被写体の合焦用信号を形成する第1信号形成手段と、
上記被写体の輝度分布状態をモニタする像信号検出部を有し、上記被写体の合焦用信号を形成する第2信号形成手段と、
撮影者が撮影開始操作部材を操作したことを検出する撮影開始検出手段と、
上記撮影開始操作部材の操作前に上記第1信号形成手段又は上記第2信号形成手段のいずれかを作動させ、得られる信号に基づいて、被写体の状況を検出する被写体状況検出手段と、
上記撮影開始検出手段により上記撮影開始操作部材の操作が検出されると、上記被写体状況検出手段による検出結果に基づいて、上記被写体の合焦用信号を得るために上記第1信号形成手段と上記第2信号形成手段とのいずれを使用するかを選択制御する選択制御手段と、を具備し、
上記選択制御手段は、上記被写体状況検出手段により上記像信号のコントラストが所定値より小さいと検出された場合は上記第1信号形成手段を選択し、コントラストが所定値以上と検出された場合は上記第2信号形成手段を選択するとともに、第2信号形成手段が選択された場合は、上記撮影開始操作部材の操作前に上記像信号検出手段を作動させて得られた信号に基づいて上記第2信号形成手段が上記合焦用信号を形成することを特徴とする測距装置付きカメラ。 - 画面内の複数のポイントを測距するために複数の発光手段を有し、上記画面内の被写体に上記発光手段から測距用光を投射して、その反射光を受光して利用する第1測距手段と、
上記画面内の被写体の像信号パターンを利用する第2測距手段と、
撮影開始操作部材を操作開始したことを検出する撮影開始検出手段と、
上記撮影開始操作部材の操作に先立って、上記第2測距手段を作動させて、像信号を判定する判定手段と、
上記撮影開始操作部材の操作検出後で、上記第1測距手段の作動時に、上記判定手段の出力結果に基づいて、上記複数のポイントのうちいずれを測距するか選択を行う制御手段と、を具備し、
上記制御手段は、上記判定手段により上記複数のポイントのうち上記像信号のコントラストが所定値より小さいと判定されたポイントを選択して上記第1測距手段により測距動作を実行させるとともに、上記判定手段により上記複数のポイントのうち上記像信号のコントラストが所定値以上と判定されたポイントを選択して上記第2測距手段により測距動作を実行させ、上記第1測距手段の検出結果と上記第2測距手段の検出結果とに基づき最も近い距離に相当する検出結果を選択することを特徴とする測距装置付きカメラ。
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