JP4794162B2 - 焦点検出装置および焦点検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタルカメラ、銀塩写真方式カメラ、その他カメラ一般に用いられている自動焦点調節装置に適応可能なパッシブ方式の焦点検出装置およびその方法に関するものである。

パッシブ方式の測距装置ないしは焦点検出装置に関して、被写体が様々な角度のコントラストエッジを含むあらゆる形状の被写体であっても、測距を正確かつ容易に行うことができる技術が提案されている。例えば、一対の被写体像に対してそれぞれ上下に配置された複数の光電変換素子列と、上下複数の光電変換素子列群により光電変換された画像情報を左右それぞれ処理し被写体の同一部分の像のずれ方向と同一方向の画像情報を作成する画像情報作成部と、作成された左右一対の画像情報に基づいて被写体の同一部分の光学像のずれ量を検出する像ずれ量検出部を有してなるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、補助光を利用した測距装置ないしは焦点検出装置に関して、フラッシュ光をオートフォーカス用の補助光として利用できるように、フラッシュ撮影用のフラッシュ装置を補助光源として兼用する技術が提案されている。例えば、測光部による測光の結果、被写体輝度もしくはコントラストが低いとき、カメラ制御部が焦点検出不能と判定し、このときは内臓フラッシュまたは外付けフラッシュを発光させ、これをオートフォーカス測距用の補助光として利用するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平8―３３４６８１号公報 特開平5―３４５７７号公報

自動焦点調節（ＡＦ）装置を備えたカメラでは、逆光などで被写体と背景との輝度差が大きい場合、背景部分を測距してしまうことがあり、偽合焦してしまう可能性がある。しかし、上記特許文献１記載の発明では、かかる問題に関しては考慮されておらず、これらの問題の解決が望まれている。

上記特許文献２記載の発明では、被写体の輝度を測光した結果、低輝度もしくは被写体が低コントラストである場合に、フラッシュ撮影用ストロボを測距時に発光させ、ストロボを測距時の補助光として兼用させている。しかし、逆光時のような被写体と背景との輝度差が大きい場合、背景側は高輝度であるため補助光が発光されないことがあり、上記特許文献１記載の発明と同様に、正しい合焦を行うことができないという問題が生じていた。

上記の問題の原因は、複数エリアを持ったパッシブ方式のような測距方式では、被写体側の低輝度にあたるエリアに関しては測距不能、背景側の高輝度にあたるエリアに関しては測距可能となることがあり、結果として背景側のエリアの測距値を選択してしまい、偽合焦に陥ってしまうことである。そのため、こういった被写体と背景との間で輝度差が生じるような環境下においては、何らかの形で被写体側の低輝度状態を改善させるような対策が望まれる。

本発明は、上述した従来技術の実情を考慮してなされたもので、被写体環境が、低輝度である場合、もしくは逆光のような輝度差が大きく、偽合焦してしまうような状況において、１回目の測距値の有効性を判定し、有効性が低い場合は補助光を照射するか、もしくは電荷蓄積時間を再設定して再測距を行うことにより、より正確な測距データを得ることを可能にし、もって、合焦精度を向上させることができる焦点検出装置および焦点検出方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る焦点検出装置は、少なくとも１対でかつ複数エリアを設定可能な電荷蓄積型受光素子列上に被写体からの光束を結像させる電荷蓄積手段と、上記電荷蓄積型受光素子列の各エリアの出力データに基づいて上記各エリアごとに測距演算を行う測距演算手段と、この測距演算手段により演算された上記被写体までの測距値に基づき上記各エリアのうちから、他のエリアより近側にある１のエリアを選択するエリア選択手段と、このエリア選択手段によって選択されたエリアの測距値を他のエリアの測距値と比較し再測距をするか否かを判定する再測距判定手段と、上記被写体に光を照射するための補助光照射手段とを有する焦点検出装置であって、
上記再測距判定手段は、被写体環境の光量を測定する測光機能をもち、上記エリア選択手段により選択されたエリアが他のエリアより近側か否かを判定し、上記選択されたエリアが近側である場合は、再測距が不要と判定し、上記選択されたエリアが近側でない場合は、再測距が必要と判定し、
上記補助光照射手段は、上記測光機能において被写体環境が逆光環境もしくは低輝度であるかどうかを判断し、逆光環境もしくは低輝度である場合、再測距を行う際の上記電荷蓄積手段における電荷蓄積中に、上記補助光照射手段により補助光を発光することを特徴とする。

上記本発明に係る焦点検出装置において、再測距判定手段は、上記測距演算手段による演算の結果全てのエリアが有効ではない場合、再測距と判定するようにしてもよい。
上記本発明に係る焦点検出装置において、再測距判定手段によって再測距と判定された場合でありかつ被写体環境が所定の状態ではない場合、再測距の際の前記電荷蓄積型受光素子列に対する電荷蓄積時間を設定する電荷蓄積時間設定手段を持っているとよい。
上記本発明に係る焦点検出装置において、再測距判定手段により再測距と判定されて再測距を行った場合、１回目と２回目の測距結果を比較し、より有効である方を測距結果として出力するようにするとよい。

上記本発明に係る焦点検出装置において、補助光照射手段はストロボとするとよい。あるいはＬＥＤとしてもよいし、ランプであってもよい。
上記本発明に係る焦点検出装置において、補助光照射手段がストロボの場合、ストロボの充電レベルが所定のレベルに満たない場合は、発光することなく再測距を行うようにするとよい。
また、補助光照射手段がストロボの場合、ストロボの充電レベルが所定のレベルに満たない場合は、充電した後に再測距するようにするとよい。

本発明に係る焦点検出方法は、少なくとも１対でかつ複数エリアを設定可能な電荷蓄積型受光素子列上に被写体からの光束を結像させる電荷蓄積工程と、上記電荷蓄積型受光素子列の各エリアの出力データに基づいて上記各エリアごとに測距演算を行う測距演算工程と、この測距演算工程により演算された上記被写体までの測距値に基づき上記各エリアのうちから、他のエリアより近側にある１のエリアを選択するエリア選択工程と、このエリア選択工程に基づいて選択されたエリアの測距値を他のエリアの測距値と比較し再測距をするか否かを判定する再測距判定工程と、上記被写体に光を照射するための補助光照射工程とを有する焦点検出方法において、
上記再測距判定工程は、被写体環境の光量を測定する測光機能をもち、上記エリア選択工程により選択されたエリアが他のエリアより近側か否かを判定し、上記選択されたエリアが近側である場合は、再測距が不要と判定し、上記選択されたエリアが近側でない場合は、再測距が必要と判定し、
上記補助光照射工程は、上記測光機能によって被写体環境が逆光環境もしくは低輝度であるかどうかを判断し、逆光環境もしくは低輝度である場合、再測距を行う際の上記電荷蓄積工程における電荷蓄積中に、上記補助光照射工程により補助光を発光することを特徴とする。

上記本発明に係る焦点検出方法において、再測距判定工程は、測距演算工程における演算結果、全てのエリアが有効ではない場合、再測距と判定するようにするとよい。
上記本発明に係る焦点検出方法において、再測距判定工程による判定の結果、再測距と判定された場合でありかつ被写体環境が所定の状態ではない場合、再測距の際の前記電荷蓄積型受光素子列に対する電荷蓄積時間を設定する電荷蓄積時間設定工程を持つとよい。
上記本発明に係る焦点検出方法において、再測距判定工程により再測距と判定され再測距を行った場合、１回目と２回目の測距結果を比較し、より有効である方を測距結果として出力するようにするとよい。

上記本発明に係る焦点検出方法において、補助光照射工程はストロボによる光照射にするとよい。
上記本発明に係る焦点検出方法において、補助光照射工程はＬＥＤ、あるいはランプによる光照射であってもよい。

上記本発明に係る焦点検出方法において、補助光照射工程は、ストロボによる光照射の場合、ストロボのメインコンデンサの充電レベルが所定のレベルに満たない場合、ストロボを発光させることなく再測距を行うようにするとよい。
上記本発明に係る焦点検出方法において、補助光照射工程は、ストロボによる光照射の場合、ストロボのメインコンデンサの充電レベルが所定のレベルに満たない場合、ストロボのメインコンデンサを充電した後に再測距を行うようにするとよい。

本発明によれば、被写体が低輝度の場合や、逆光時のような、被写体と背景との輝度差が大きく、偽合焦してしまうような状況においても、１回目の測距の有効性を判定し、有効でない場合であって、ストロボなどの補助光が発光できる環境であるならば、補助光を発光させ、そうでなければ、受光素子の電荷蓄積時間を再設定した後、再測距を行い、１回目と２回目の測距値を比較して測距値を出力することができ、これにより、測距精度を向上させることが可能である。

以下、図面を参照しながら、本発明にかかる焦点検出装置および焦点検出方法の実施形態を詳細に説明する。なお、各図の番号は、同じ部材や同じ処理に関しては、極力、同じ番号を付してある。

図１は本発明にかかる焦点検出装置を備えたディジタルカメラの例を示す外観上面図である。図２は図１のディジタルカメラの外観正面図である。図３は図１のディジタルカメラの外観裏面図である。図４は本発明にかかる焦点検出装置を備えたディジタルカメラの制御系統の例を示すブロック図である。図１ないし図３において、ディジタルカメラ上面には、レリーズシャッタＳＷ１、モードダイアルＳＷ２、サブ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１が配置され、これらをカメラの上面側から見ることができる。

ディジタルカメラの正面には、メモリカード（例えば、ＳＤタイプのカード）および電源電池の蓋２、ストロボ発光部３、光学ファインダ４、測距ユニット５、リモコン受光部６、鏡胴ユニット７が配置され、これらをカメラの正面側から見ることができる。ディジタルカメラ裏面には、自動焦点調節のために被写体に向けて光ビームを照射するＡＦ・ＬＥＤ８、ストロボの動作を表示するためのストロボＬＥＤ９、液晶ディスプレイからなるモニタ１０、ズームスイッチ（ワイド）ＳＷ３、ズームスイッチ（遠近）ＳＷ４、セルフタイマ／削除スイッチＳＷ５、メニュースイッチＳＷ６が配置され、これらをカメラの裏面側から見ることができる。上記ＡＦ・ＬＥＤ８が発光する光ビームは、カメラの正面側に導かれ、被写体に向けて照射される。また、ディジタルカメラの裏面には、上／ストロボスイッチＳＷ７、右スイッチＳＷ８、ディスプレイスイッチＳＷ９、下／マクロスイッチＳＷ１０、左／画像確認スイッチＳＷ１１、オーケースイッチＳＷ１２、および電源スイッチＳＷ１３が配置され、これらをカメラの背面側から見ることができる。

図４は、カメラ内部の電気的制御系統のブロック図である。図１ないし図４を参照しながら、カメラ内部の電気的制御系統の構成およびその動作を説明する。鏡胴ユニット７は、被写体の光学画像を取り込むズームレンズ７−１ａおよびズーム駆動モータ７−１ｂからなるズーム光学系７−１、フォーカスレンズ７−２ａおよびフォーカス駆動モータ７−２ｂからなるフォーカス光学系７−２を含んでいる。また、鏡胴ユニット７は、絞り７−３ａおよび絞りモータ７−３ｂからなる絞りユニット７−３、機械的シャッタ７−４ａおよび機械的シャッタモータ７−４ｂからなる機械的シャッタユニット７−４、各モータを駆動するモータドライバ７−５を有している。モータドライバ７−５は、リモコン受光部６で受光し電気信号に変換された操作信号、あるいは、操作部キーユニット（ＳＷ１〜ＳＷ１３）の操作に基づいて入力された操作信号に基づく駆動指令により駆動制御されるように構成されている。上記駆動指令は、後述するディジタルスチルカメラプロセッサ２４内にあるＣＰＵブロック２３ｃから出される。

図４に符号１０８で示す読み出し専用メモリ（以下「ＲＯＭ」という）には、ＣＰＵブロック１０４−１にて解読可能なコードで記述された制御プログラムや制御するためのパラメータが格納されている。このディジタルカメラの電源がオン状態になると、上記制御プログラムは図示しないメインメモリにロードされ、上記ＣＰＵブロック１０４−１はそのプログラムにしたがって装置各部の動作を制御する。制御に必要なデータ等を、一時的に、随時書き込み読み出しメモリ（以下「ＲＡＭ」という）１０７、およびディジタルスチルカメラプロセッサ１０４内にあるローカルＳＲＡＭ１０４−４に保存する。ここで、ＳＲＡＭとは、保持動作が不要なＲＡＭをいう。上記ＲＯＭ１０８として、書き換え可能なフラッシュＲＯＭを使用すれば、制御プログラムや制御するためのパラメータを変更することが可能となり、機能のバージョンアップが容易になる利点がある。

ＣＣＤ１０１は光学画像を光電変換するための電荷蓄積型固体撮像素子であり、撮像されて電気信号に変換された画像信号はＦ／Ｅ（フロントエンド）−ＩＣ１０２に入力される。Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２は、画像ノイズ除去用相関二重サンプリングを行うＣＤＳ１０２−１、利得調整を行うＡＧＣ１０２−２、ディジタル信号変換を行うＡ／Ｄ１０２−３を有している。Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２はさらに、上記プロセッサ１０４に含まれるＣＣＤ１信号処理ブロック１０４−１より、垂直同期信号（以下、「ＶＤ」と記す）、水平同期信号（以下、「ＨＤ」と記す）が供給され、ＣＰＵブロック１０４−３によって制御されるＣＣＤ１０１およびＦ／Ｅ−ＩＣ１０２の駆動タイミング信号を発生するタイミングジェネレータ（以下「ＴＧ」という）１０２−４を有している。

ディジタルスチルカメラプロセッサ１０４は、ＣＣＤ１０１よりＦ／Ｅ―ＩＣ１０２の出力データにホワイトバランス設定やガンマ設定を行い、また、前述したように、ＶＤ信号、ＨＤ信号を供給するＣＣＤ１信号処理ブロック１０４−１を有している。上記プロセッサ１０４はまた、フィルタリング処理により、輝度データ・色差データへの変換を行うＣＣＤ２信号処理ブロック１０４−２を有している。さらに、上記プロセッサ１０４は、前述した装置各部の動作を制御するＣＰＵブロック１０４−３、前述した制御に必要なデータ等を一時的に保存するローカルＳＲＡＭ１０４−４、パーソナルコンピュータ（以下「パソコン」という）などの外部機器とＵＳＢ通信を行うＵＳＢブロック１０４−５、パソコンなどの外部機器とシリアル通信を行うシリアルブロック１０４−６を有している。そのうえ、上記プロセッサ１０４は、ＪＰＥＧ圧縮・伸張を行うＪＰＥＧ・ＣＯＤＥＣブロック１０４−７、画像データのサイズを補間処理により拡大／縮小するリサイズブロック１０４−８、画像データを液晶モニタやＴＶなどの外部表示機器に表示するためのビデオ信号に変換するＴＶ信号表示ブロック１０４−９、撮影された画像データを記録するメモリカードの制御を行うメモリカードブロック１０４−１０を有している。

前記ＳＤＲＡＭ１０３は、上記プロセッサ１０４で画像データに各種処理を施す際に、画像データを一時的に保存する。保存される画像データは、ＣＣＤ１０１から、Ｆ／Ｅ−ＩＣ１０２を経由して取り込まれるデータであって、その１例は、ＣＣＤ１信号処理（制御）ブロック１０４−１でホワイトバランス設定、ガンマ設定が行われた状態の「ＲＡＷ−ＲＧＢ画像データ」である。取り込まれるデータの別の例は、ＣＣＤ２制御ブロック１０４−２で輝度データ・色差データ変換が行われた状態の「ＹＵＶ画像データ」であり、あるいは、ＪＰＥＧ・ＣＯＤＥＣブロック１０４−７で、ＪＰＥＧ圧縮された「ＪＰＥＧ画像データ」などである。

メモリカードスロット１２１は、着脱可能なメモリカード４０を装着するためのスロットである。内蔵メモリ１２０は、前述したメモリカードスロット１２１にメモリカード４０が装着されていない場合でも、撮影した画像データを記憶できるようにするためのメモリである。

ＬＣＤドライバ１１７は後述するＬＣＤモニタ１０を駆動するドライブ回路であり、ＴＶ信号表示ブロック１０４−９から出力されたビデオ信号を、ＬＣＤモニタ１０に表示するための信号に変換する機能も有している。ＬＣＤモニタ１０は、
（１）撮影前に被写体の状態を監視する、
（２）撮影した画像を確認する、
（３）メモリカード４０や上記内蔵メモリ１２０に記録した画像データを表示する、
という各種目的で使用するためのモニタである。

ビデオＡＭＰ１１８は、前記プロセッサ１０４に含まれるＴＶ信号表示ブロック１０４−９から出力されたビデオ信号を７５Ωインピーダンス変換するためのアンプであり、ビデオジャック１１９はＴＶなどの外部表示機器と接続するためのジャックである。ＵＳＢコネクタ１２２はパソコンなどの外部機器とＵＳＢ接続を行うためのコネクタである。シリアルドライバ回路１２３−１は、パソコンなどの外部機器とシリアル通信を行うために、前記シリアルブロック１０４−６の出力信号を電圧変換するための回路である。ＲＳ−２３２Ｃコネクタ１２３−２はパソコンなどの外部機器とシリアル接続を行うためのコネクタである。

サブ−ＣＰＵ１０９は、ＲＯＭ・ＲＡＭをワンチップに内蔵したＣＰＵであり、前述の操作キーユニット（ＳＷ１〜ＳＷ１３）やリモコン受光部６の出力信号を、ユーザの操作情報として前記ＣＰＵブロック１０４−３に出力し、あるいは、このＣＰＵブロック１０４−３から出力されるカメラの状態を、後述するサブＬＣＤ１、ＡＦ・ＬＥＤ８、ストロボＬＥＤ９およびブザー２７の制御信号に変換して出力するものである。サブＬＣＤ１は、例えば、撮影可能枚数などを表示するための表示部であり、ＬＣＤドライバ１１１は、上記サブ−ＣＰＵ１０９の出力信号より、上記サブＬＣＤ１を駆動するためのドライブ回路である。ＡＦ・ＬＥＤ８は撮影時の合焦状態を表示するためのＬＥＤであり、ストロボＬＥＤ９はストロボのメインコンデンサの充電状態を表すためのＬＥＤである。なお、このＡＦ・ＬＥＤ８とストロボＬＥＤ９をメモリカードアクセス中などの別の表示用途に使用してもよい。

前記操作キーユニット（ＳＷ１〜１３）は、ユーザが操作するキー回路であり、リモコン受光部６は、ユーザが操作したリモコン送信機の信号の受信部である。音声記録ユニット１１５は、ユーザが音声信号を入力するマイク１１５−３、入力された音声信号を増幅するマイクＡＭＰ１１５−２、増幅された音声信号を記録する音声記録回路１１５−１からなっている。音声再生ユニット１１６は、記録された音声信号をスピーカから出力できる信号に変換する音声再生回路１１６−１、変換された音声信号を増幅し、スピーカを駆動するためのオーディオＡＭＰ１１６−２、音声信号を出力するスピーカ１１６−３からなっている。

次に、以上説明したディジタルカメラにおける本発明の焦点検出方法ないしは測距方法について述べる。この測距方法には、レリーズボタンが半押しの状態における測距方法すなわち撮影前に再測距を行う方法、レリーズボタンが全押しの状態における測距方法すなわち撮影時に再測距を行う方法の２つの例がある。

初めに、レリーズ半押しの状態における測距方法について述べる。レリーズ半押しの状態になると、カメラ側はフォーカシングを開始する。ここでのフォーカシングの処理としては、ディジタルスチルカメラプロセッサ１０４から外部ＡＦユニット５（図２参照）へ受光命令を出し、ＡＦユニットによる測距結果を出力させる。その後、その測距結果から得られた被写体距離に対応するフォーカス位置までフォーカス光学系７−２を駆動し移動させる。本発明は、外部ＡＦユニット５での受光、測距演算の手法に関連する発明であるため、以下、外部ＡＦユニット５に関して説明し、また、その外部ＡＦユニット５を用いての再測距演算方法、再測距判定方法についての説明を行う。

図６は、外部ＡＦユニット５の構成を示す。図６において、測距素子は、入射した被写体からの光を受光する受光センサと、被写体からの光を受光センサに結像させる左右のレンズ７１，７２と、受光センサに入射する光量を制限する絞り７３で構成される。受光センサは、中心間隔Ｂだけ離れた右受光センサ７５と左受光センサ７６に分かれて構成されている。左右受光センサ７５，７６は、左右で等しい数の、複数の受光素子を有し、複数の受光素子が一列に並んだ受光素子アレイを構成している。左右受光センサ７５，７６は基板上に測距素子制御ユニット８０と一体に構成され、測距素子制御ユニット８０には、受光センサ７５，７６の蓄積データや各受光素子の受光量の読出しを制御するプログラムが格納されている。

図５は、本願発明で使用する測距素子の動作原理を示す図である。図５において、レンズ７１，７２から被写体までの距離をＬ、レンズ７１，７２と受光センサ７５，７６との距離をｆ、右レンズ７２と左レンズ７１の間隔でありかつ右受光センサ７６と左受光センサ７５の、互いに対応する受光素子の間隔をＢ、右受光センサ７６、左受光センサ７５に入射する光と、平行光すなわち無限遠からの光ビームの光軸のずれ量を、それぞれＸ１，Ｘ２とすると、測距素子のレンズ７１，７２の光軸方向に垂直な中心位置から被写体までの距離Ｌは、三角測距法により、下記の式で算出される。
Ｌ＝Ｂ・ｆ／（Ｘ１＋Ｘ２）・・・（１）
受光センサの間隔Ｂ、レンズと受光センサとの距離ｆは、測距素子により予め定められた値であるので、ＣＰＵが、測距素子の受光センサの受光量を読出し、読み出した受光量から（Ｘ１＋Ｘ２）を算出し、算出した（Ｘ１＋Ｘ２）を上記式（１）に代入することで、被写体までの距離Ｌを算出することができる。

図７は、受光センサの受光エリアを説明する図である。前記したとおり、左右の受光センサ７５，７６は、左右で等しい数の、複数の受光素子を有している。この複数の受光素子を所定の数の受光素子をまとめて、ひとつの受光エリアとし、複数の受光エリアに区切る。各受光エリアに含まれる受光素子は、別の複数エリアと重なっても良い。図７に示す例では、左右の受光センサ７５，７６は、それぞれ１３０個の受光素子から構成されていて、ひとつの受光エリアを３０個の受光素子で構成されている。そして、左端から１〜３０個目までの受光素子を受光エリア１、２０〜５０個目までの受光素子を受光エリア２、４０〜７０個目までの受光素子を受光エリア３、６０〜９０個目までの受光素子を受光エリア４、８０〜１１０個目までの受光素子を受光エリア５、９０〜１３０個目までの受光素子を受光エリア６として、それぞれ６個の受光エリアに区切られている。したがって、各受光エリアの左端から１０個の受光素子が、他のエリアの受光素子として重複していることになる。図７に示すように、受光エリアの区切り方は、左右の受光センサ７５，７６ともに同じにしているので、左右で、対応する受光エリアに区切られる。被写体までの距離Ｌは、受光エリア毎に算出する。

図８は、各受光エリアで受光した受光データの例を示す。図８において、縦軸は、受光エリア内の受光素子が受光した受光データの大きさすなわち光量、横軸は、各受光素子の位置を示している。左右で対応する受光エリアの受光データの形を比較して、どの程度受光データの形がずれているかを検出することで、前記式（１）の（Ｘ１＋Ｘ２）を求める。

図９は、受光データのコントラスト規定値を説明する図である。縦軸、横軸は、図８と同じである。図９において、受光エリア内の受光データの最大値と最低値の差が、規定値未満の場合は、コントラスト判定「不可（ＮＧ）」と判断する。対応する左右の受光エリアの両方とも、規定値以上であるか判断する。

図１０は、受光データの左右画像差を説明する図である。縦軸、横軸は、図８と同じである。図１０において、左右の受光エリアの受光データは、理想的には、縦軸方向には同じ形となるはずである。しかしながら、被写体光の条件によっては、縦軸方向において、形が異なる場合がある。そこで、受光エリア内の全受光素子が受光した受光量の総和を左右で比較して、左右画像差判定を行う。図１０に示した右センサの受光量の総和を示す直線と、左センサの受光量の総和を示す破線とで囲まれた面積が左右センサの受光量の総和の差となる。この値が、所定値以上の場合は、左右画像差判定「不可（ＮＧ）」となる。

以上説明した外部ＡＦユニット５の制御ユニットより受光命令が送られると、この左右の受光センサは外部ＡＦユニット５の動作モードである電荷蓄積モードに従い受光する。この電荷蓄積モードとは、外部ＡＦユニット５内の受光センサの受光方式を決定させるもので、自動蓄積モードと強制蓄積モードの２つモードが存在する。自動蓄積モードとは受光センサの中である一定以上の光量が受光されたものが１つでも存在した場合に自動的に終了するモードである。また、この時の経過時間を電荷蓄積時間とする。また、強制蓄積モードの場合は、あらかじめ設定された電荷蓄積時間分まで受光を行うモードである。通常、この電荷蓄積モードは自動積分モードで受光を行っている。この受光が終了すると、受光センサの各エリアでの左右の被写体像の相関を検出し、検出された相関値を基に左右受光素子のずれ量を算出する。算出したずれ量から、三角測量法を用いて被写体までの距離を演算し、これを測距値とする。したがって、各エリアはそれぞれ異なった測距値（距離データ）を持つことになる。実際に、カメラ側へ出力される外部ＡＦユニット５からの測距値とそのエリアは、この各エリアの測距値が他エリアより近側にあるか、またそのエリアで受光したセンサデータの有効性が高いかどうかを判断することによって決定される。このセンサデータの有効性の判断は、左右各エリア内の受光データのコントラスト、左右画像差などが規定値を満たしているか否かで行う。ただし、全エリアが規定値を満たしていなかった場合、全エリアの中で測距値の有効性が一番高い（一番規定値に近い）エリアを選択する。

図１１に示すフローチャートは、上記外部ＡＦユニット５の構成、演算方法を用いた、本発明における焦点検出方法、換言すれば、ＡＦ測距方法である。この図１１に関しては、上記外部ＡＦユニット５の構成、演算方法と、後述する再測距演算処理（図１２参照）、および再測距判定処理（図１３参照）からの結果を反映させて、すなわち、電荷蓄積モードを決定しストロボ補助光フラグをオンして、測距を行うように構成されている。はじめに、この図１１に示す一連の流れについて説明する。動作のステップを「５−１」「５−２」のように表示する。

まず、外部ＡＦユニットの受光に対し、電荷蓄積モードが自動蓄積モードであるかどうかを判断する（５−１）。もし、自動蓄積モードであれば、次のステップ（５−３）に進む。自動蓄積モードでなければ、すなわち強制蓄積モードであれば、電荷蓄積時間を設定し（５−２）、次のステップ（５−３）に進む。この電荷蓄積時間の設定は、後述する再測距判定処理（図７参照）において設定された電荷蓄積時間である。次のステップ（５−３）ではストロボ補助光フラグがＯＮかどうかを判断する。このストロボ補助光フラグは、後述する再測距判定処理（図１３）の中でストロボ補助光フラグのＯＮ／ＯＦＦを立てることにより決定される。もしストロボ補助光フラグがＯＮになっているのであれば、受光時にストロボ発光可能となるようにストロボを準備する処理（５−４）を行い、そうでなければ受光処理に入る。

次に、受光処理により電荷蓄積型受光素子に被写体の光束を受光する（５−５）。またステップ（５−３）での判断の結果ストロボ補助光フラグがＯＮであれば、受光中に所定の発光時間だけ発光させる。所定の時間とはストロボがある程度の距離（例えば、約５ｍ）まで到達可能な発光量を得るに必要な時間であって、ここでは固定の時間（１０μｓ）としている。しかし、発光時間の設定はストロボユニットの性能に依存するため、可変できるようにしておいてもよい。次に、測距演算処理を行い、測距値を演算する（５−６）。演算方法は上記外部ＡＦユニット５の構成と、演算方法の説明のとおりである。

次に、測距判定処理（５−７）において、前工程で演算した各々のエリアに対する測距値のうち、有効性の高いと思われるエリアの距離を測距値として出力し、またこのときの選択されたエリアの測距値も出力する（５−８）。以上が図１１に示すＡＦ測距方法に関する説明である。

次に図１２を参照しながら再測距演算処理について説明する。まず、第１測距を開始する（６−１）。第１測距は、上記図１１に示すＡＦ測距方法の流れに沿って行う。第１測距時は、電荷蓄積モードは自動蓄積モードに設定し、ストロボ補助光フラグはＯＦＦで実行する。次に、再測距判定処理ステップにおいて、選択されたエリアの測距値に対してその有効性の判断を行う（６−２）。この詳細は、後に説明する図１３による再測距判定処理によって行われる。再測距判定処理においては再測距フラグがＯＮかどうかを判断する（６−３）。再測距フラグがＯＮであるならば、第２測距を開始する処理（６−４）に移行し、そうでなければ、第１測距による測距値・エリアを選択する（６−９）。

次に、第２測距を開始する処理（６−４）に移行した場合、第２測距を開始する。第２測距は上記ＡＦ測距の流れに沿って行い、このときの電荷蓄積モードはストロボ補助光フラグがＯＮであるならば、自動積分モードで行い、そうでなければ強制蓄積モードとする。また、強制蓄積モードの時の電荷蓄積時間は、後述する再測距判定処理（図１３）内において求められた強制電荷蓄積時間である。次に、第２測距での演算結果に対して第２測距判定を行う（６−５）。ここでは、第２測距において、選択されたエリアの測距値に対しての有効性の評価を行い、この評価結果が「有効（ＯＫ）」であるならば次の処理に移行し、そうでなければ第１測距値・エリアを選択する（６−９）。

次に、第２測距の際に第１測距で選択されたエリアの測距値の有効性が高いかどうかを判断する。第１測距の測距値の有効性が低いもの「不可（ＮＧ）」であれば、この第２測距値・エリアを選択し、これを最終的な出力とする。そうでなければ、第２測距値を第１測距値と比較し、測距値がより近側である方の測距値、エリアを選択する。つまり、第２測距値が近側であれば第２測距値・エリアを選択し（６−８）、そうでなければ、第１測距においての測距値・エリアを選択する（６−９）。最後に、選択された測距値・エリアを最終的な測距値・エリアとして出力する（６−１０）。以上が図１２に示す再測距演算に関しての説明である。

図１３は、前述した再測距演算中の再測距判定処理についての一連の流れを示すフローチャートである。まず、測距結果に対しての有効性判定ないしはＮＧ判定を行う（７−１）。ここでは、まず選択されたエリアの測距値が他エリアの測距値より近側か否かを判断する。もし近側ではない場合、選択されたエリアの測距値と他エリアの測距値との差がある一定の範囲を超えた場合は、再測距が必要と判断して次へと進み、そうでない場合は、再測距は必要ないと判断する。また、選択されたエリアの測距値が他エリアよりも近側の測距値ではあるが、選択されたエリアが前述したＡＦ測距の流れにおいての測距判定処理で、測距値の有効性が低いもの、したがって「不可（ＮＧ）」であったならば、再測距は必要と判断して次へと進み、またそうでなければ、再測距は必要ないと判断する（７−２）。

上記ステップ（７−２）で再測距が必要であると判断された場合、被写体の環境が低輝度、もしくは逆光かどうかを判断する（７−３）。もし被写体の環境が低輝度、もしくは逆光である場合、ストロボ補助光が必要であると判断し、次へと進み、そうでない場合、電荷蓄積時間設定処理（７−６）へと移る。ここで、被写体の環境が低輝度もしくは逆光であるかの判断は、測距ユニット５の各エリアからのセンサデータの大きさで判断し、あるいは、ディジタルカメラの撮像素子を利用してのモニタリングの際に、適正露光を算出する際の測光結果を用いることで行っている。電荷蓄積時間設定処理（７−５）において、もし選択されたエリアの測距値が他エリアの測距値よりも近側ではない場合、このときに近側の測距値をもつエリアを、電荷蓄積時間を設定するエリアとし、このエリア内の受光素子に対して最適な電荷蓄積時間を設定する。また選択されたエリアの測距値が他エリアよりも近側の測距値ではあるが、測距値が有効でない（ＮＧ）場合、この時の選択されたエリアを、電荷蓄積時間を設定するエリアとし、このエリア内の受光素子に対して最適な電荷蓄積時間を設定する。この電荷蓄積時間の設定機能は、第１測距において、電荷蓄積時間を設定するエリア内の受光素子データの中で、極小値となるものを検索し、極小値と全受光素子内での最大値との比を求め、これを１回目においての電荷蓄積時間に掛け合わせ、これを強制電荷蓄積時間と設定する。ここで、極小値が複数あった場合、その中で最も大きい値を選択し、その値と全受光素子内での最大値との比を求め、これを１回目においての電荷蓄積時間に掛け合わせ、これを強制電荷蓄積時間と設定する。

次に、前記ステップ（７−３）において、ストロボ補助光が必要な被写体環境であると判断された場合に、ストロボ補助光の充電レベルが所定のレベル、すなわち、補助光を所定の発光時間分照射可能なレベルであるかどうかを判断し（７−４）、もし所定レベル以上であるならばストロボ補助光フラグをＯＮとし（７−６）、またそうでなければストロボ補助光は発光できないと判断し、前記電荷蓄積時間設定処理（７−５）へと移る。この実施例では、上記のようにストロボ補助光の充電レベルが所定のレベルが所定の発光時間分照射可能なレベルでなければ、電荷蓄積時間設定処理へと移るようになっているが、ストロボの充電レベルが所定のレベル以上になるまで充電し、その後にストロボ補助光フラグをＯＮとするように構成してもよい。以上が図１３に示す再測距判定処理の説明である。

ここまでの説明は、レリーズ半押しの状態における焦点検出方法ないしは測距方法すなわち撮影前に再測距を行う方法の説明である。次に、レリーズ全押しの状態における測距方法すなわち撮影時に再測距を行う方法について説明する。ＡＦ測距方法に関する一連の流れは前記レリーズ半押しの状態における測距方法（撮影前に再測距を行う方法）と同じである。

図１４は、レリーズ半押し時の測距に関する一連の流れを示す。これは、レリーズボタンを２段押しする場合、すなわち、レリーズ半押しをして測距をした後にレリーズ全押しによる撮影を行う場合を想定して実施している。例えば、レリーズボタンを一気に全押しの状態にした場合は、この図１４によるレリーズ半押し時の処理を実施後に、後述する図１５のレリーズ全押し時の処理が連続して行われるようになっている。まず、第１測距を開始する（８−１）。これは図１１におけるＡＦ測距方法を用いて行い、積分モードは自動積分モードで、ストロボ補助光フラグはＯＦＦで実行する。次に、第１測距の結果に対して再測距をするかどうかの判定を行う（８−２）。この再測距判定処理は、図１３のフローで示すレリーズ半押し時の再測距判定処理と同じである。

次に、再測距判定処理によって再測距フラグがＯＮかどうかを判断する（８−３)。再測距フラグがＯＮであるならば、次のステップ（８−４）に進み、そうでなければ、第１測距による測距値・エリアを選択する（８−１０）。上記ステップ（８−４）ではストロボ補助光フラグがＯＦＦかどうかを判断する（８−４）。もしもストロボ補助光フラグがＯＦＦならば、第２測距を開始する処理（８−５）に移行し、そうでなければ、第１測距による測距値・エリアを選択する（８−１０）。第２測距を開始する処理（８−５）では、第２測距を上記ＡＦ測距の流れに沿って行う。このときの電荷蓄積モードはストロボ補助光フラグが必ずＯＦＦであるので、強制蓄積モードとする。また、強制蓄積モードの時の電荷蓄積時間は再測距判定処理内において求められた強制電荷蓄積時間である。

次に、第２測距判定を行う（８−６）。ここでは第２測距において、測距値の有効性の評価を行い、この評価結果の有効性が高いもの（ＯＫ）であるならば次の処理に移行し、そうでなければ第１測距値・エリアを選択する（８−１０）。第２測距の際に、第１測距で選択されたエリアの測距値の有効性を判断する（８−７）。もし有効性が低いもの（ＮＧ）であるならば、第２測距による測距値・エリアを選択し（８−９）、そうでなければ、第１測距値と第２測距値を比較し、より近側であるほうを選択する（８−８）。つまり、第２測距値が近側であれば第２測距値・エリアを選択し（８−９）、そうでなければ、第１測距においての測距値・エリアを選択する（８−１０）。最後に、選択された測距値・エリアを最終的な測距値・エリアとして出力する（８−１１）。また、このときの結果は、次にレリーズが全押しになるまで記憶し、レリーズが全押しされずに、レリーズが離されてしまうと消去されるようにしておく。つまり、測距結果が消去された場合、その後レリーズを半押しすると、この図１４のフローの初めから処理が行われるようにする。以上がレリーズ半押し時における処理の説明である。

図１５はレリーズ全押し時における再測距演算におけるフローチャートである。レリーズが全押しされると（９−１）、図８に示す再測距判定処理の結果で、ストロボ補助光フラグがＯＮであるかどうかを判断する（９−２）。もし、ストロボ補助光フラグがＯＮであるならば、レリーズ全押し時の測距を開始し、そうでなければレリーズ半押し時の測距結果を選択する（９−８）。次に、レリーズ全押し時の測距を開始する（９−３）。レリーズ全押し時の測距では前記ＡＦ測距の流れに沿って行い、このときの電荷蓄積モードはストロボ補助光フラグがＯＮであるので、自動積分モードで行う。次に、レリーズ全押し時の測距判定を行う（９−４）。ここではレリーズ全押し時の測距において、測距値の有効性の評価を行い、この評価結果が有効（ＯＫ）であるならば次の処理ステップ（９−５）に移行し、そうでなければレリーズ半押し時の測距値・エリアを選択する（９−８）。

上記処理ステップ（９−５）では、レリーズ半押し時の測距結果がＮＧかどうかを判断する。もしレリーズ半押し時の測距結果がＮＧであれば、レリーズ全押し時の測距値・エリアを選択し（９−７）、そうでなければレリーズ半押し測距値と比較し（９−６）、より近側であるほうを選択する。つまり、レリーズ全押し時の測距値が近側であれば、全押し時の測距値・エリアを選択し（９−７）、そうでなければ、レリーズ半押し時の測距においての測距値・エリアを選択する（９−８）。最後に、選択された測距値・エリアを最終的な測距値・エリアとして出力する（９−９）。以上がレリーズ全押し時における処理の説明である。以上が、レリーズ全押しの状態における測距方法（撮影時に再測距を行う方法）である。

なお、以上説明した実施例では、焦点検出時に、必要な場合に使用する補助光照射手段として、撮影時に同期発光させるストロボ発光器を利用する構成になっているが、上記補助光照射手段は、ＬＥＤであってもよいし、一般的に用いられているフィラメント式その他のランプであってもよい。

本発明にかかる焦点検出装置および焦点検出方法は、各種カメラ、例えば、ディジタルカメラ、銀塩式カメラ、ビデオカメラ、携帯電話に装着されるカメラ、その他あらゆるカメラの自動焦点調節（ＡＦ）装置に適用可能である。本発明はまた、測距装置としても機能する。

本発明の焦点検出装置を備えたディジタルカメラの例を示す外観上面図である。 上記ディジタルカメラの外観正面図である。 上記ディジタルカメラの外観裏面図である。 本発明にかかる焦点検出装置を備えたディジタルカメラの制御系統の例を示すブロック図である。 本発明に用いられる外部ＡＦユニットによる測距動作を説明するための概念図である。 本発明に用いられる外部ＡＦユニットの例を示す分解斜視図である。 本発明に用いられる受光センサの受光エリアの例を示す概念図である。 上記受光エリアの受光データの例を示すもので左右のセンサによる受光データのずれの例を示すグラフである。 上記受光エリアによるコントラスト判定の様子を示すグラフである。 上記受光エリアによる左右の画像差の様子を示すグラフである。 測距ユニットにおけるＡＦ測距に関する一連の流れの例を示すフローチャートである。 レリーズ半押し時の測距方法での再測距演算処理の流れの例を説明するフローチャートである。 再測距判定の流れの例を説明するフローチャートである。 レリーズ全押し時の測距方法での、レリーズ半押し時における再測距演算の例を示すフローチャートである。 レリーズ全押し時の測距方法での、レリーズ全押し時における再測距演算の例を示すフローチャートである。

符号の説明

３ ストロボ発光部
５ 測距ユニット
７ 鏡胴ユニット
７１ レンズ
７２ レンズ
７５ 左受光センサ
７６ 右受光センサ
１０１ 電荷蓄積型受光素子
１０４ ディジタルスチルカメラプロセッサ
１０４−３ ＣＰＵブロック

Claims (18)

1. 少なくとも１対でかつ複数エリアを設定可能な電荷蓄積型受光素子列上に被写体からの光束を結像させる電荷蓄積手段と、上記電荷蓄積型受光素子列の各エリアの出力データに基づいて上記各エリアごとに測距演算を行う測距演算手段と、この測距演算手段により演算された上記被写体までの測距値に基づき上記各エリアのうちから、他のエリアより近側にある１のエリアを選択するエリア選択手段と、このエリア選択手段によって選択されたエリアの測距値を他のエリアの測距値と比較し再測距をするか否かを判定する再測距判定手段と、上記被写体に光を照射するための補助光照射手段とを有する焦点検出装置であって、
   上記再測距判定手段は、被写体環境の光量を測定する測光機能をもち、上記エリア選択手段により選択されたエリアが他のエリアより近側か否かを判定し、上記選択されたエリアが近側である場合は、再測距が不要と判定し、上記選択されたエリアが近側でない場合は、再測距が必要と判定し、
   上記補助光照射手段は、上記測光機能において被写体環境が逆光環境もしくは低輝度であるかどうかを判断し、逆光環境もしくは低輝度である場合、再測距を行う際の上記電荷蓄積手段における電荷蓄積中に、上記補助光照射手段により補助光を発光す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、再測距判定手段は、上記測距演算手段による演算の結果全てのエリアが有効ではない場合、再測距と判定することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１に記載の焦点検出装置において、再測距判定手段によって再測距と判定された場合でありかつ被写体環境が所定の状態ではない場合、再測距の際の前記電荷蓄積型受光素子列に対する電荷蓄積時間を設定する電荷蓄積時間設定手段を持つことを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１に記載の焦点検出装置において、再測距判定手段により再測距と判定されて再測距を行った場合、１回目と２回目の測距結果を比較し、より有効である方を測距結果として出力することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１に記載の焦点検出装置において、補助光照射手段はストロボであることを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１に記載の焦点検出装置において、補助光照射手段はＬＥＤであることを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項１に記載の焦点検出装置において、補助光照射手段はランプであることを特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項５に記載の焦点検出装置において、補助光照射手段であるストロボの充電レベルが所定のレベルに満たない場合は、発光することなく再測距を行うことを特徴とする焦点検出装置。
9. 請求項５に記載の焦点検出装置において、補助光照射手段であるストロボの充電レベルが所定のレベルに満たない場合は、充電した後に再測距をすることを特徴とする焦点検出装置。
10. 少なくとも１対でかつ複数エリアを設定可能な電荷蓄積型受光素子列上に被写体からの光束を結像させる電荷蓄積工程と、上記電荷蓄積型受光素子列の各エリアの出力データに基づいて上記各エリアごとに測距演算を行う測距演算工程と、この測距演算工程により演算された上記被写体までの測距値に基づき上記各エリアのうちから、他のエリアより近側にある１のエリアを選択するエリア選択工程と、このエリア選択工程に基づいて選択されたエリアの測距値を他のエリアの測距値と比較し再測距をするか否かを判定する再測距判定工程と、上記被写体に光を照射するための補助光照射工程とを有する焦点検出方法において、
    上記再測距判定工程は、被写体環境の光量を測定する測光機能をもち、上記エリア選択工程により選択されたエリアが他のエリアより近側か否かを判定し、上記選択されたエリアが近側である場合は、再測距が不要と判定し、上記選択されたエリアが近側でない場合は、再測距が必要と判定し、
    上記補助光照射工程は、上記測光機能によって被写体環境が逆光環境もしくは低輝度であるかどうかを判断し、逆光環境もしくは低輝度である場合、再測距を行う際の上記電荷蓄積工程における電荷蓄積中に、上記補助光照射工程により補助光を発光することを特徴とする焦点検出方法。
11. 請求項１０に記載の焦点検出方法において、再測距判定工程は、測距演算工程における演算結果、全てのエリアが有効ではない場合、再測距と判定することを特徴とする焦点検出方法。
12. 請求項１０に記載の焦点検出方法において、再測距判定工程による判定の結果、再測距と判定された場合でありかつ被写体環境が所定の状態ではない場合、再測距の際の前記電荷蓄積型受光素子列に対する電荷蓄積時間を設定する電荷蓄積時間設定工程を持つことを特徴とする焦点検出方法。
13. 請求項１０に記載の焦点検出方法において、再測距判定工程により再測距と判定され再測距を行った場合、１回目と２回目の測距結果を比較し、より有効である方を測距結果として出力することを特徴とする焦点検出方法。
14. 請求項１０に記載の焦点検出方法において、補助光照射工程はストロボによる光照射であることを特徴とする焦点検出方法。
15. 請求項１０に記載の焦点検出方法において、補助光照射工程はＬＥＤによる光照射であることを特徴とする焦点検出方法。
16. 請求項１０に記載の焦点検出方法において、補助光照射工程はランプによる光照射であることを特徴とする焦点検出方法。
17. 請求項１４に記載の焦点検出方法において、補助光照射工程は、ストロボのメインコンデンサの充電レベルが所定のレベルに満たない場合、ストロボを発光させることなく再測距を行うことを特徴とする焦点検出方法。
18. 請求項１４に記載の焦点検出方法において、補助光照射工程は、ストロボのメインコンデンサの充電レベルが所定のレベルに満たない場合、ストロボのメインコンデンサを充電した後に再測距を行うことを特徴とする焦点検出方法。

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