JP4543602B2 - カメラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コントラスト法を用いて自動焦点調節(AF)を行うカメラに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、カメラの自動焦点調節方式としてコントラスト方式と呼ばれるものがある。これは、被写体をCCD等の撮像素子で撮像し、予め決められた焦点検出エリア内における撮像信号を用いて合焦位置を求めるものである。具体的には、バンドパスフィルタにより焦点検出エリア内の撮像信号から所定空間周波数帯域の成分を取り出し、その絶対値を積分することで焦点評価値を演算する。この焦点評価値は、焦点検出エリアのコントラストに応じた量であり、コントラストが高いほどその値が高くなる。そして、合焦レンズが合焦位置に近いほど像のコントラストが高くなることに鑑み、焦点評価値がピークとなる位置を見つけて合焦位置と判断し、その位置に合焦光学系を駆動する。
【0003】
ピーク位置を見つける方式のひとつとして、合焦レンズを無限遠端から至近端まで、あるいはその逆にスキャン駆動し、その間、合焦レンズが所定の移動ピッチだけ移動するたびに上記焦点評価値を演算して記憶し、記憶された複数の焦点評価値を評価することでそのピーク位置を求める方法がある(スキャン方式)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
スキャン方式においては、合焦レンズの移動ピッチを小さくしてきめ細かいスキャンを行うことで、ピーク位置(合焦位置)を精度よく求めることができる。
しかし、スキャンをきめ細かく行うとそれだけ焦点評価値の演算回数が増えるため、スキャンに時間がかかり、AF速度の低下につながる。
【0005】
本発明の目的は、AFの高精度化と高速化の両立を図ったカメラを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るカメラは、合焦レンズを含む撮影光学系の透過光を受光する撮像素子と、撮像素子から出力された撮像信号の高周波成分に基づいて、合焦レンズの焦点調節状態に応じて変化する焦点評価値を演算する演算手段と、合焦位置を求めるにあたって合焦レンズをその駆動範囲の一端から他端まで光軸に沿って一方向にスキャン駆動するスキャン駆動手段と、合焦レンズが上記駆動範囲の一端または他端近傍の所定範囲に位置するか否かを判定する位置判定手段と、焦点評価値を所定周期で得るタイミングを決めるレンズ移動ピッチを、スキャン駆動中の位置判定手段の検出出力に基づき、上記所定範囲内におけるレンズ移動ピッチが所定範囲外におけるレンズ移動ピッチよりも小さくなるように決定するピッチ決定手段と、スキャン駆動中に、合焦レンズがピッチ決定手段により決定されたレンズ移動ピッチだけ移動するたびに演算手段を作動させて焦点評価値を得る制御手段と、制御手段にて得られた複数の焦点評価値に基づいて合焦位置を求め、その合焦位置に合焦レンズを駆動する焦点調節手段とを具備し、これにより上記問題点を解決する。
請求項2の発明は、移動ピッチを位置判定手段の判定結果および撮影光学系の焦点距離に応じて決定し、焦点距離が長いほど移動ピッチを小さくするようにしたものである。
請求項3の発明は、焦点距離が長いほど所定範囲を狭めるようにしたものである。
請求項4の発明は、移動ピッチを位置判定手段の判定結果および撮影光学系の開放F値に応じて決定し、開放F値が大きいほど移動ピッチを大きくするようにしたものである。
請求項5の発明は、開放F値が大きいほど所定範囲を広げるようにしたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
−第1の実施形態−
図1〜図3により本発明の第1の実施形態を説明する。
図1は本実施形態におけるデジタルスチルカメラの機能ブロック図である。撮影光学系101を透過した被写体光束は、絞り102を通過して撮像素子103の受光面に結像される。撮像素子103は、受光面上に結像された被写体像の光強度に応じた電気信号を出力する光電変換撮像素子であり、CCD型やMOS型の固体撮像素子が用いられる。固体撮像素子103の出力である撮像信号はアナログ信号処理回路104に入力され、ここで相関二重サンプリング処理(CDS処理)等の処理が行われる。
【0008】
アナログ信号処理回路104で処理された撮像信号は、A/D変換器135によりデジタル信号に変換された後、一旦バッファメモリ105に記憶される。バッファメモリ105は、複数フレーム分の撮像データを記憶可能なフレームメモリである。バッファメモリ105に記憶されたデータは、デジタル信号処理回路106に読み出され、ここで輪郭補償やガンマ補正などの種々の画像処理が施される。デジタル信号処理回路106は、ゲイン制御回路、輝度信号生成回路、色差信号生成回路などの種々の信号処理回路を含み、これらはCPU112の指示によって制御される。
【0009】
デジタル処理後のデータは、再びバッファメモリ105に記憶された後、記録・再生信号処理回路110を介してメモリカード等の外部記憶媒体111に記録される。画像データを記憶媒体111に記録する際には、一般に所定の圧縮形式、例えばJPEG方式でデータ圧縮が行われる。記録・再生信号処理回路110は、画像データを外部記録媒体111に記録する際のデータ圧縮(例えば、JPEG圧縮)や、記憶媒体111から圧縮された画像データを読み込む際のデータ伸長処理を行う。記録・再生信号処理回路110には記憶媒体111とデータ通信を行うためのインタフェースも含まれている。
【0010】
モニタ109は、撮像された被写体画像を表示するための液晶表示装置であり、記憶媒体111に記録されている画像データの再生表示にも用いられる。モニタ109に画像を表示する場合には、バッファメモリ105に記憶された画像データを読み出し、D/A変換器108によりデジタル画像データをアナログ映像信号に変換し、そのアナログ映像信号を用いてモニタ109に画像を表示する。
【0011】
撮像素子103で撮像された被写体画像のモニタ109への表示形態には2つの形態がある。一つは、レリーズ操作が行われないときの表示形態であり、撮像素子103で繰り返し撮像される被写体画像を逐次更新表示するスルー画と呼ばれる表示形態である。もう一つは、カメラのレリーズ操作後に、撮像素子103で撮像された被写体画像を所定時間表示するフリーズ画と呼ばれる表示形態である。
【0012】
CPU112は、撮像素子103からの画像信号に基づいて自動露出演算を行うAE演算部1121と、ホワイトバランス調整係数の演算を行うAWB演算部1122とを有するとともに、バンドパスフィルタ(以下、BPF)1124,評価値演算部1125およびAF演算部1126から成る焦点検出部を有している。BPF1124は、撮像領域に設けられた焦点検出エリア内の撮像信号から所定帯域の高周波成分を抽出する。なお、複数の焦点検出エリアが設定されている場合には、各エリア内の信号が順に読み出され、各エリア内毎の抽出処理がバンドパスフィルタ1124によって行われる。以下では焦点検出エリアが一つの場合を例に説明する。
【0013】
BPF1124の出力は評価値演算部1125に入力され、評価値演算部1125において高周波成分の絶対値を積分することにより焦点評価値が算出される。AF演算部1126は、焦点評価値に基づいてAF演算を行い、合焦位置を認識する。このAF演算の詳細は後述する。CPU112は、AF演算部1126の演算結果に基づき、ドライバ113を介して図示しないフォーカシング用のステッピングモータを駆動し、撮影光学系101を構成する合焦レンズを光軸に沿って合焦位置に駆動する。
またCPU112には、上記焦点評価値と、焦点評価値を検出した際の合焦レンズの位置とが記憶されるとともに、その他の演算等で用いるデータが格納される記憶部1128が設けられている。タイマ1127は一般に半押しタイマと呼ばれるものであり、レリーズボタンの半押し操作が解除されたとき、および電源オン後の最初の合焦の後にカウントを開始する。
【0014】
撮影光学系101はズームレンズをも含み、ドライバ113はそのズーム駆動も行う。またドライバ114は、CPU112からの指令に応じて絞り102を駆動し、ドライバ115は、撮像素子103からの信号取り出しのタイミングをコントロールする。レンズ位置検出装置150は、合焦レンズの絶対位置を検出するもので、例えばレンズ鏡筒に設けられた周知の距離エンコーダが用いられる。あるいは、フォーカシング用のステッピングモータのパルス数を計数してレンズ位置を検知してもよい。
【0015】
CPU112に接続された操作部116は、カメラの電源をオン・オフするための電源スイッチ1161と、レリーズボタンの半押し操作でオンする半押しスイッチ1163と、レリーズボタンの全押し操作でオンする全押しスイッチ1162と、撮影モード等を選択するための設定ボタン1164を含む。設定ボタン1164で設定される撮影モードには、通常撮影モード,風景モード,人物撮影モード,スポーツ撮影モード,接写モードおよび夜景モードなどがあり、それぞれのモードに応じて露出値の決定方法が異なる。CPU112は、設定ボタン1164の操作に応じていずれかのモードを設定する。
【0016】
次に、本実施形態におけるコントラストAF制御について詳述する。
コントラスト法は、像のボケの程度とコントラストとの間に相関があることに着目し、焦点が合ったときに像のコントラストが最大になることを利用して焦点合わせを行うものである。コントラストの大小は撮像信号の高周波成分の大小により評価することができる。すなわち、BPF1124により撮像信号の高周波成分を抽出し、評価値演算部1125で高周波成分の絶対値を積分したものを焦点評価値とする。この焦点評価値は、像のコントラスト、換言すれば合焦レンズの焦点調節状態に応じて変化する量であり、合焦してコントラストが最大となったときに最大値(ピーク値)となる。
【0017】
本実施形態では、焦点評価値がピークとなるレンズ位置を求めるにあたり、全域スキャンと呼ばれる方式を採用している。これは、例えば図2(a)に示すように、合焦レンズを無限遠端から至近端まで一方向にスキャン駆動し、スキャン駆動中に、合焦レンズが所定の移動ピッチだけ移動するたびに上記焦点評価値を求め、得られた焦点評価値を記憶してゆく。図の丸印およびバツ印が焦点評価値を求める点を示している。スキャン駆動終了後、記憶された複数の焦点評価値を分析してそのピーク位置を求め、合焦位置と認定する。スキャンは至近端から無限遠端にかけて行うようにしてもよい。
【0018】
ところで、ピーク位置の検出は、合焦レンズの移動ピッチを小さくとってきめ細かなスキャンを行うほど精度が高い。ただし、移動ピッチがある程度大きい場合でも、ピーク位置の前後の焦点評価値データが十分にあれば比較的高精度にピーク位置を検出できる。問題となるのは、ピーク位置の前後のいずれかに十分なデータがない場合である。
【0019】
例えば図2は焦点評価値のピークがスキャン開始点である無限遠端のごく近傍にある例を示している。この場合、P2で示すように移動ピッチが大きいと、ピーク位置から無限遠側のデータ量が多くとれないため、ピーク位置を精度よく求めることができない。また、ピーク位置がスキャン終了点である至近端の近傍にあった場合も同様であり、ピーク位置から至近側のデータ量が少ないためにピーク位置を精度よく求められない。
【0020】
そこで本実施形態では、無限遠端近傍の所定範囲E1および至近端近傍の所定範囲E3では、移動ピッチ(丸印の間隔)を比較的小さいピッチP1(<P2)とした。これによれば、所定範囲E1,E3においては移動ピッチが小さいためきめ細かなスキャンが行え、ピーク位置が無限遠あるいは至近端に近い場合でもピーク位置の前後のデータを十分得ることができ、ピーク位置を精度よく求められる。一方、範囲E1,E3の間の中央範囲E2では、移動ピッチ(バツ印の間隔)を比較的大きいピッチP2とした。移動ピッチが大きいため粗いスキャンとなるが、この範囲にピーク位置がある場合には、ピーク値の前後データが十分に得られるため、比較的精度よくピーク位置を求めることができる。
【0021】
このように本実施形態では、移動ピッチを全域に渡って小さくするのではなく、必要な部分のみ小さくするようにしたので、いずれにピーク位置がある場合でもスキャン速度をさほど低下させることなく精度よくピーク位置(合焦位置)を検出できる。すなわち、AFの高精度化と高速化の両立が図れる。特に移動ピッチの小さい範囲E1,E3は、これらを合計しても移動ピッチの大きい範囲E2と比べて狭いので、スキャン速度をより速くできる。
【0022】
図3は上述の動作を実現するためのCPU112の制御手順を示すフローチャートである。
ステップS1でAF開始スイッチ(例えば半押しスイッチ)がオンされると、ステップS2で合焦レンズを一方の端点に移動する。この端点はスキャン駆動の始点となる位置であり、ここでは無限遠端とする。
【0023】
その後、ステップS9で他方の端点(ここでは至近端)に達するまでステップS3〜S8の処理が繰り返し行われる。ステップS3では、この時点で撮像素子103から出力された撮像信号のうち焦点検出エリアの信号に対し、BPF1124により高周波成分を抽出し、評価値演算部1125で高周波成分の絶対値を積分して焦点評価値を求める。この焦点評価値はCPU112内の記憶部1128に記憶される。ステップS4ではレンズ位置検出装置150の出力から現在のレンズ位置を検出し、評価値と同様に記憶部1128に記憶する。ステップS5ではそのレンズ位置が範囲E1〜E3のいずれに含まれるかを判定する。範囲E1またはE3に含まれる場合には、ステップS6で移動ピッチPをP1とし、一方、範囲E2に含まれる場合には、ステップS7で移動ピッチPをP2(>P1)とする。その後、ステップS8で合焦レンズを至近方向にPだけ移動し、ステップS9に進む。
【0024】
上記ステップS8において、合焦レンズがPだけ移動したか否かは、例えばフォーカシング用のステップモータのパルス数を計数し、所定パルス数に達したらPだけ移動したと判断するようにすればよい。この場合、P=P1のときにはP=P2の場合よりも所定パルス数を少なくすればよい。あるいは、所定パルス数は一定とし、合焦レンズの移動速度を範囲E1,E3では範囲E2よりも低速にすることでも同様の動作を実現できる。
【0025】
ステップS9で合焦レンズが至近端に達したと判定されると、スキャンを終了し、ステップS10でAF演算部1126によるAF演算を行う。ステップS11では、AF演算によってピークが検出されたか否かを判定し、ピークが検出された場合には、そのピーク位置に合焦レンズを駆動する。一方、ピークが検出されなかった場合には、焦点検出不能であるため、ステップS13で予め決められた所定位置に合焦レンズを駆動する。
【0026】
ところで、焦点評価値のレンズ位置に応じた変動カーブは、被写界深度によって相違する。深度が浅い場合にはカーブが急峻となるので、そのピーク位置を精度よく求めるには、カーブが緩やかな場合と比べてスキャンを細かく行う必要がある。そこで、被写界深度を決める要因の一つであるレンズの焦点距離に着目し、焦点距離が長い(深度が浅い)ほどレンズの移動ピッチP1,P2を小さくすることが考えられる。例えばズームレンズの場合には、ズーミングに連動して移動ピッチを変えるようにすればよい。またレンズ交換式のカメラの場合には、装着されたレンズの焦点距離に応じて移動ピッチを変えるようにすればよい。
【0027】
さらに、被写界深度はF値(絞り値)にも影響を受ける。通常、AFのための撮像信号は絞り開放時に得られるので、撮影光学系の開放F値に着目し、開放F値が大きい(暗い)ほど移動ピッチP1,P2を大きくすることが考えられる。
これは開放F値が大きいほど深度が深くなることによる。
【0028】
上記のように焦点距離や開放F値によって移動ピッチP1,P2を変更するにしても、P1<P2の関係は常に維持される。ただし、図2(b)に矢印で示すように、範囲E1〜E3の幅を焦点距離や開放F値に応じて変えてもよい。例えば、焦点距離が長いほど範囲E1,E3をそれぞれ無限遠端側,至近端側に狭め、中央範囲E2を広くとるようにしてもよい。つまり焦点距離が長いときには、上述したように全域で移動ピッチが狭くなるから、その中でも特に移動ピッチの狭い範囲E1,E3を狭めても高精度なピーク位置検出が行えるからである。そして、範囲E1,E3を狭めることでスキャンの高速化が図れる。また、開放F値が大きいほど範囲E1,E3を広げるようにしてもよい。開放F値が大きいときには全域で移動ピッチが広くなるため、範囲E1,E3を広くとらないとピーク位置検出の精度が落ちるからである。
【0029】
以上の実施形態において、CPU112が演算手段,ピッチ決定手段および制御手段を、CPU112およびドライバ113がスキャン駆動手段および焦点調節手段を、レンズ位置検出装置150が検出手段をそれぞれ構成する。
【0030】
−第2の実施形態−
図4および図5により本発明の第2の実施形態を説明する。
以上では、無限遠端および至近端近傍でレンズ移動ピッチを小さくする例を示したが、本実施形態では、撮影モードに応じて移動ピッチを小さくする範囲を変える例を示す。なお、制御系の構成は先の実施形態(図1)と同様とする。
【0031】
撮影モードには上述したように種々のモードがあるが、そのうち風景モードおよび夜景モードは比較的遠距離の被写体を撮影するものであり、遠距離撮影モードといえる。これらの遠距離撮影モードにおいて全域スキャンを行う場合、主要被写体が存在する可能性の高い遠距離のみを精細にスキャンすればよく、主要被写体が存在する可能性の低い近距離側は粗いスキャンでよい。
【0032】
一方、人物撮影モードおよび接写モードは比較的近距離の被写体を撮影するものであり、近距離撮影モードといえる。これらの近距離撮影モードにおいて全域スキャンを行う場合、主要被写体が存在する可能性の高い近距離のみを精細にスキャンすればよく、主要被写体が存在する可能性の低い遠距離側は粗いスキャンでよい。
【0033】
そこで本実施形態では、遠距離撮影モードが設定されている場合には、図4に示すように無限遠端から至近端に至らない所定の範囲E11では比較的小さな移動ピッチP11とし、それよりも至近側の範囲では大きな移動ピッチP12(>P11)とする。一方、近距離撮影モードが設定されている場合には、至近端から無限遠端に至らない所定の範囲E12では移動ピッチP11とし、それよりも無限遠側の範囲では移動ピッチP12とする。
【0034】
上記の制御を実現するには、図3のステップS5〜S7を図5のステップS21〜S27に変更すればよい。すなわち、図3のステップS4でレンズ位置が検出されると図5のステップS21に進み、現在設定されている撮影モードを判定する。遠距離撮影モードであればステップS22に進み、現在のレンズ位置がいずれの範囲に含まれるかをレンズ位置検出装置150の出力から判定する。範囲E11であればステップS23で移動ピッチPをP11とし、そうでなければステップS24で移動ピッチPをP12(>P11)とする。
【0035】
一方、ステップS21で近距離撮影モードであると判定されると、ステップS25で現在のレンズ位置がいずれの範囲に含まれるかを判定し、範囲E12であればステップS26で移動ピッチPをP11とし、そうでなければステップS27で移動ピッチPをP12とする。その後、図3のステップS8に進む。
【0036】
本実施形態においても、先の実施形態と同様に必要な部分のみ移動ピッチが小さくなり、その他の部分は移動ピッチが大きくなるので、AFの高精度化と高速化の両立が図れる。
【0037】
なお、レンズ位置に応じた移動ピッチの設定の仕方は、上記以外にも種々の条件で決めることができる。場合によっては第1の実施形態とは逆に無限遠端および至近端近傍を大きなピッチとしてもよい。また設定可能な移動ピッチを大小の2つのみとしたが、レンズ位置によって大中小のように複数のピッチが設定できるようにしてもよい。
【0038】
さらに合焦レンズの移動範囲全域にわたってスキャンを行う全域スキャンについて説明したが、予め決められた一部の範囲のみをスキャン対象範囲とするものでもよい。例えば無限遠端あるいは至近端から所定の中間点までスキャンする場合、あるいは中間点から他の中間点までスキャンする場合にも本発明を適用できる。またデジタルスチルカメラにて説明したが、銀塩フィルムを扱うカメラでもよい。この場合には、AF用の撮像素子が必要となる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、スキャン駆動中に、合焦レンズ駆動範囲の一端または他端近傍の所定範囲内におけるレンズ移動ピッチが所定範囲外におけるレンズ移動ピッチよりも小さくなるようにしたので、合焦レンズの駆動範囲全域にわたってレンズ駆動ピッチを小さくする場合と比べてAFの高速化が図れ、また合焦位置検出に用いる焦点評価値データの得にくい駆動範囲端点近傍ではレンズ移動ピッチを小さくすることで高精度の合焦検出が行える。したがって、AFの高精度化と高速化の両立を図ったカメラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態におけるデジタルスチルカメラの制御系を示すブロック図。
【図2】第1の実施形態におけるスキャン制御を説明する図。
【図3】図2のスキャン制御の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図4】第2の実施形態におけるスキャン制御を説明する図。
【図5】図4のスキャン制御の処理手順の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
101 撮影レンズ
102 絞り
103 撮像素子
104 アナログ信号処理回路
106 デジタル信号処理回路
112 CPU
113〜115,118 ドライバ
116 操作部
119 バッテリ
120 電圧検出部
135 A/D変換器
150 レンズ位置検出装置
1161 電源スイッチ
1162 全押しスイッチ
1163 半押しスイッチ
1164 設定ボタン
1123 記憶部
1124 バンドパスフィルタ
1125 評価値演算部
1126 AF演算部
1127 タイマ
Claims (5)
- 合焦レンズを含む撮影光学系の透過光を受光する撮像素子と、
該撮像素子から出力された撮像信号の高周波成分に基づいて、前記合焦レンズの焦点調節状態に応じて変化する焦点評価値を演算する演算手段と、
合焦位置を求めるにあたって前記合焦レンズをその駆動範囲の一端から他端まで光軸に沿って一方向にスキャン駆動するスキャン駆動手段と、
前記合焦レンズが前記駆動範囲の前記一端または前記他端近傍の所定範囲に位置するか否かを判定する位置判定手段と、
前記焦点評価値を所定周期で得るタイミングを決めるレンズ移動ピッチを、前記スキャン駆動中の前記位置判定手段の検出出力に基づき、前記所定範囲内におけるレンズ移動ピッチが前記所定範囲外におけるレンズ移動ピッチよりも小さくなるように決定するピッチ決定手段と、
前記スキャン駆動中に、前記合焦レンズが前記ピッチ決定手段により決定された前記レンズ移動ピッチだけ移動するたびに前記演算手段を作動させて前記焦点評価値を得る制御手段と、
前記制御手段にて得られた複数の前記焦点評価値に基づいて前記合焦位置を求め、前記合焦位置に前記合焦レンズを駆動する焦点調節手段とを具備することを特徴とするカメラ。 - 前記ピッチ決定手段は、前記移動ピッチを前記位置判定手段の判定結果および撮影光学系の焦点距離に応じて決定し、前記焦点距離が長いほど前記移動ピッチを小さくすることを特徴とする請求項1に記載のカメラ。
- 前記焦点距離が長いほど前記所定範囲を狭めるようにしたことを特徴とする請求項3に記載のカメラ。
- 前記ピッチ決定手段は、前記移動ピッチを前記位置判定手段の判定結果および撮影光学系の開放F値に応じて決定し、前記開放F値が大きいほど前記移動ピッチを大きくすることを特徴とする請求項1に記載のカメラ。
- 前記開放F値が大きいほど前記所定範囲を広げるようにしたことを特徴とする請求項4に記載のカメラ。
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