JP5098714B2

JP5098714B2 - 測距装置および撮像装置

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Publication number: JP5098714B2
Application number: JP2008062317A
Authority: JP
Inventors: 行本間
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: JP2009217112A

Description

この発明は、測距装置および撮像装置に関するものである。

撮影光学系とは異なるＡＦ光学系と、撮影用撮像素子とは異なるＡＦ用撮像素子を設け、撮影用撮像素子の撮像データとＡＦ用撮像素子の撮像データとに基づいて、パララックスを利用して被写体距離を演算するデジタルカメラが提案されている（特許文献１）。

特開２００４−３７７３２号公報

しかしながら、上記従来の測距手法では、ズームレンズのように撮影光学系の焦点距離が変化したり、ＡＦ光学系と撮影光学系の焦点距離が異なる場合には、被写体距離の測定精度が低下し、正確なピント合わせができないという問題があった。

発明が解決しようとする課題は、被写体距離を正確に測定できる測距装置および撮像装置を提供することである。

この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。

発明に係る第１の観点による測距装置は、第１焦点距離（ｆ）を有する第１結像光学系（２）による被写体（Ｓ）の第１の像（２１Ａ）が結像される第１撮像素子（２１）と、前記第１焦点距離とは異なる第２焦点距離（ｆ０）を有する第２結像光学系（３）による前記被写体の第２の像（３１Ａ）が結像される第２撮像素子（３１）と、演算部（２４１）を有し、前記被写体までの距離を求める測距手段（２４１、２４）とを備え、前記演算部は、前記第１撮像素子の出力に基づいて演算される前記第１の像の前記第１撮像素子の中央からのずれ量をａとし、前記第２撮像素子の出力に基づいて演算される前記第２の像の前記第２撮像素子の中央からのずれ量をａ０とし、前記第１結像光学系の光軸方向の位置と前記第２結像光学系の光軸方向の位置との距離をＬとし、前記第１結像光学系の焦点距離をｆとし、前記第２結像光学系の焦点距離をｆ０とし、前記第１結像光学系の光軸と前記第２結像光学系の光軸との距離をＰとしたとき、下記条件式を用いて被写体までの距離Ｄを演算することを特徴とする。

発明に係る第２の観点による測距装置は、第１焦点距離（ｆ）を有する第１結像光学系（２）による被写体（Ｓ）の第１の像（２１Ａ）が結像される第１撮像素子（２１）と、前記第１焦点距離とは異なる第２焦点距離（ｆ０）を有する第２結像光学系（３）による前記被写体の第２の像（３１Ａ）が結像される第２撮像素子（３２）と、前記被写体までの距離を求める測距手段（２４１，２４）とを備え、前記測距手段は、前記第１撮像素子の出力に基づいて前記第１の像の前記第１撮像素子の中央からのずれ量に対応する第１ずれ量（ａ）を演算し、前記第２撮像素子の出力に基づいて前記第２の像の前記第２撮像素子の中央からのずれ量に対応する第２ずれ量（ａ０）を演算する第１演算部（２４１）と、前記第１結像光学系の光軸方向の位置と前記第２結像光学系の光軸方向の位置との距離である第１距離（Ｌ）、及び、前記第１結像光学系の焦点距離である第１焦点距離を演算する第２演算部（２４１）と、前記第１結像光学系の光軸（Ｌ１）と前記第２結像光学系の光軸（Ｌ２）との距離である第２距離（Ｐ）、及び、前記第２結像光学系の焦点距離である第２焦点距離を記憶する記憶部（２４４）と、前記第１距離、前記第２距離、前記第１焦点距離、前記第２焦点距離、前記第１ずれ量及び前記第２ずれ量を用いて、三角測距方式で前記被写体までの距離を演算する第３演算部（２４１）とを備えることを特徴とする。

発明に係る撮像装置（１）は、上記発明に係る測距装置を備えたことを特徴とする。

この撮像装置（１）において、前記測距装置とは異なる方式で前記第１または第２結像光学系（２，３）の焦点調節状態を検出する焦点検出手段（２４２）と、前記距離（Ｄ）と前記焦点調節状態とに基づいて、前記第１または第２結像光学系の焦点を調節する焦点調節手段（２４）と、を備えるように構成することができる。

上記発明によれば、撮影光学系の焦点距離によらず被写体距離を正確に測定することができる。

以下、発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態のデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１とも言う。）の概略構成を示す図であってカメラ１を平面視で表わした図である。本例のカメラ１は、カメラボディ１１内に撮影光学系２とＡＦ用光学系３２を備えるカメラである。

撮影光学系２は、レンズ群２２を通過した被写体光Ｌ１を撮影用撮像素子２１に結像する。一方、ＡＦ用光学系３２を通過した被写体光Ｌ２をＡＦ用撮像素子３１に結像する。撮影用撮像素子２１は、カメラボディ１１の、撮影光学系２（レンズ群２２）の光軸上であって、撮影光学系２の予定焦点面となる位置に固定されている。また、ＡＦ用撮像素子３１は、カメラボディ１１の、ＡＦ用光学系３２の光軸上の予定焦点面となる位置に固定されている。これら撮影光学系２の光軸と、ＡＦ用光学系３２の光軸とは距離Ｐだけ離れて設けられており、この距離Ｐを基線長と称する。

これら撮影用撮像素子２１及びＡＦ用撮像素子３１は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤなどで構成することができる。なお、ＡＦ用撮像素子３１は撮影ではなくＡＦ用に用いるので、撮影用撮像素子２１よりも画素数が少ないものを用いることもできる。

図２は、図１に示すデジタルカメラ１の機能ブロック図であり、同図を参照しながらさらに詳細に説明する。

撮影光学系２は、フォーカスレンズやズームレンズを含むレンズ群２２と絞り２３を備え、フォーカスレンズはレンズ群２２の焦点を調節し、ズームレンズはレンズ群２２の焦点距離を調節する。これらフォーカスレンズおよびズームレンズを含むレンズ群は、レンズ駆動部２２１により撮影光学系２の光軸方向に沿って駆動する。レンズ駆動部２２１は、フォーカスレンズおよびズームレンズを個別に駆動する駆動機構とその駆動回路とを備え、メインＣＰＵ２４または図示しない操作部により制御される。

絞り１１は、たとえばレンズ群２２と撮影用撮像素子２１との間に設けられ、絞り駆動部２３１により撮影光学系２の光軸を中心とする開口径が調節される。絞り駆動部２３１は、開口径を調節駆動する駆動機構とその駆動回路とを備え、メインＣＰＵ２４により制御される。

一方、撮影用撮像素子２１は、撮像素子駆動部２１１を介してＣＰＵ２１２により駆動制御され、ＣＰＵ２１２は撮影用撮像素子２１の撮像信号に基づいた各種画像処理を実行する。そして、画像処理後の撮影画像データは記録媒体２５に記録される。

これに対し、ＡＦ用撮像素子３１は、撮像素子駆動部３１１を介してＣＰＵ３１２により駆動制御され、ＣＰＵ３１２はＡＦ用撮像素子３１の撮像信号に基づいた各種画像処理を実行する。

メインＣＰＵ２４は、像ズレに基づいた三角測距方式により被写体距離Ｄを算出する第１ＡＦ演算部２４１と、コントラスト検出方式によりＡＦ演算を行う第２ＡＦ演算部２４２とを備える。三角測距方式によるＡＦ演算を行う第１ＡＦ演算部２４１には、撮影用撮像素子２１の撮像信号による画像データおよびＡＦ用撮像素子３１の撮像信号による画像データの両方が入力される。一方、コントラスト検出方式によるＡＦ演算を行う第２ＡＦ演算部２４２には、撮影用撮像素子２１の撮像信号による画像データのみが評価値演算部２４３に入力され、その演算結果が第２ＡＦ演算部２４２に入力される。

評価値演算部２４３は、撮像信号から所定の帯域の高周波成分を抽出するバンドパスフィルタを備えている。この評価値演算部２４３におけるバンドパスフィルタを用いた高周波成分抽出は、撮像範囲内に設定された所定のＡＦエリアの撮像信号に対して行われ、抽出された高周波成分の絶対値をそのＡＦエリアで積分することにより焦点評価値が演算される。そして、第２ＡＦ演算部２４２では、後述するように焦点評価値のピーク位置の演算が行われる。

なお、第１ＡＦ演算部２４１で演算された被写体距離Ｄ、評価値演算部２４３で算出された焦点評価値および第２ＡＦ演算部２４２で算出されたピーク位置は、記憶部２４４に記憶される。このとき、焦点評価値はフォーカスレンズの位置と対で記憶される。

次に、本実施形態のデジタルカメラ１におけるＡＦ動作について説明する。

以下の実施形態では、（１）第１ＡＦ演算部２４１の演算結果のみ、すなわち三角測距方式による被写体距離Ｄのみを用いて撮影光学系２の焦点調節動作を実行する場合と、（２）三角測距方式による被写体距離Ｄと、第２ＡＦ演算部２４２のコントラスト検出方式による演算結果の両方を用いて焦点調節動作を実行する場合とについて説明する。

まず、本実施形態のＡＦ動作例を説明する前に、三角測距方式によるＡＦ動作とコントラスト検出方式によるＡＦ動作とを個別に説明する。

《三角測距方式によるＡＦ動作》
図３は、本例に係る三角測距方式による被写体距離Ｄの算出方法を説明する図であって、被写体距離Ｄ、基線長Ｐ、撮影光学系２のレンズ群（フォーカスレンズ）２２とＡＦ用光学系３２との光軸方向の距離Ｌ、撮影用撮像素子２１における被写体Ｓの像高ａ、ＡＦ用撮像素子３１における被写体Ｓの像高ａ0の関係を示す図である。なお、撮影光学系２の焦点距離をｆ、ＡＦ用光学系３２の焦点距離をｆ0とする。

基線長Ｐは撮影光学系２のレンズ群２２の光軸とＡＦ用光学系３２の光軸との距離であり、互いの光軸が一致してないためパララックス（視差）が生じている。同図において、２１Ａは、撮影光学系２のレンズ群２２により撮影用撮像素子２１上に結像された被写体Ｓの像であり、３１Ａは、ＡＦ用光学系３２によりＡＦ用撮像素子３１上に結像された被写体Ｓの像である。この被写体Ｓは、撮影光学系２の光軸から距離ｄだけ当該光軸に直交する方向にずれた位置にあり、レンズ群２２の主点から距離Ｄの位置にあるので、被写体像２１Ａは撮影用撮像素子２１の中央から距離ａだけ離れた位置に結像される。また、被写体Ｓは、ＡＦ用光学系３２の光軸から距離Ｐ＋ｄだけずれた位置にあり、ＡＦ用光学系３２の主点からＤ＋Ｌの位置にあるので、被写体像３１ＡはＡＦ用撮像素子３１の中央から距離ａ0だけ離れた位置に結像される。

このとき、被写体距離Ｄ、基線長Ｐ、焦点距離ｆ，ｆ0、撮影光学系２のレンズ群（フォーカスレンズ）２２とＡＦ用光学系３２との光軸方向の距離Ｌ、撮影用撮像素子２１における被写体Ｓの像高ａ、ＡＦ用撮像素子３１における被写体Ｓの像高ａ0との間には次式（１）の関係が成り立つ。なお、像高ａ，ａ0を撮像素子の中心からのズレ量ａ，ａ0ともいう。

上記式（１）において、結像レンズ３２の焦点距離ｆ0および基線長Ｐは既知の値でありメインＣＰＵ２４の記憶部２４４などに予め格納されている。これに対し、ズレ量ａ，ａ0は、撮影用撮像素子２１およびＡＦ用撮像素子３１の撮影信号に基づいて求めることができる値であり、レンズ群２２と結像レンズ３２との距離Ｌと、撮影光学系２のレンズ群２２の焦点距離ｆは、レンズ駆動部２２１のエンコーダにより求めることができる値であり、いずれも第１ＡＦ演算部２４１により演算される。演算方法については後述する。

なお、上記式（１）は以下の幾何学的関係により導かれる。すなわち、図３の直角三角形Ｘ１Ｘ２Ｘ３と直角三角形Ｘ１Ｘ４Ｘ５は相似であるから、次式（２）が成り立ち、
ｄ＝ａＤ／ｆ …（２）
また同図の直角三角形Ｘ４Ｘ６Ｘ７と直角三角形Ｘ７Ｘ８Ｘ９は相似であるから、次式（３）が成り立つ。

（Ｄ＋Ｌ）／（Ｐ＋ｄ）＝ｆ0／ａ0 …（３）
上記式（３）に式（２）を代入してｄを消去し、この式をＤについて整理すると、上記式（１）が得られる。

図４（Ａ）は撮影用撮像素子２１で撮像された画像２１３を示しており、図４（Ｂ）はＡＦ用撮像素子３１で撮像された画像３１３を示している。同図（Ａ），（Ｂ）は、画像２１３，３１３を同じ大きさで図示したものである。

画像２１３の場合には、図３に示す被写体Ｓ（図４においてＳ１）は画像２１３の中央ＣＬから左に距離ａ’だけずれた位置にある。また、画像３１３の場合には、被写体Ｓ１は中央よりも左に距離ａ0’だけずれた位置にある。一方、被写体距離が無限大とみなせるぐらい遠方にある被写体Ｓ２，Ｓ３の場合には、画像２１３における位置と画像３１３における位置とがほとんど同じになる。

第１ＡＦ演算部２４１では、撮影用撮像素子２１およびＡＦ用撮像素子３１の各撮像信号に基づいて図３のズレ量ａ，ａ0を算出する。２つの撮像素子２１，３１の撮像信号に基づくズレ量ａ，ａ0の算出方法の原理を概説する。

図４（Ａ）に示す帯状のエリア２１４は撮影用撮像素子２１の中心線ＣＬを中心にして左右に延びるＡＦエリアを表し、このＡＦエリア２１４内の被写体にピントが合うようにＡＦ動作が行われる。すなわち、撮影用撮像素子２１から出力された撮像信号の内の、ＡＦエリア２１４の被写体に対応する撮像信号が被写体距離Ｄの算出に用いられる。

一方、ＡＦ用撮像素子３１の場合には、ＡＦエリア２１４と同位置のエリアを含む左側に延びる帯状エリア３１４の撮像信号がＡＦ演算に用いられる。このように、左右に長いエリア３１４を設定する理由は、基線長の方向が画面の左右方向の場合は、図４（Ｂ）に示すようにＡＦ用撮像素子３１に結像される被写体像は撮影用撮像素子２１に撮像される被写体像よりも常に左右方向にずれるからである。

図５（Ａ）および（Ｂ）は、ＡＦエリア２１４の撮像信号Ａ１〜Ａ６とエリア３１４の撮像信号Ｂ１〜Ｂ１２を、縦軸を信号の強さ、横軸を位置にして模式的に示したものである。ＡＦエリア２１４は左右方向に６個の分割領域Ａ１〜Ａ６に分割され、各分割領域の信号の大きさがハッチングで示す大きさとなっているものとする。また、エリア３１４は左右方向に１２個の分割領域Ｂ１〜Ｂ１２に分割され、ＡＦエリア２１４と同様に、各分割領域の信号の大きさがハッチングで示す大きさとなっているものとする。

同図（Ａ）に示すＡＦアリア２１４の信号パターンでは、分割領域Ａ４〜Ａ５の信号が最も強く、この部分に被写体Ｓ１の像があるものと判定することができる。したがって、分割領域Ａ１〜Ａ６の一分割領域ぶんのズレ量をＧとすると、この被写体Ｓ１の像は中心（Ａ３とＡ４の中心）から１Ｇだけ左側にずれていることになる。このズレ量１Ｇが図３に示す像高（ズレ量）ａになる。

一方、ＡＦエリア２１４の分割領域Ａ１〜Ａ６の信号パターンは、エリア３１４の信号パターンのうちの分割領域Ｂ３〜Ｂ８の信号パターンにほぼ一致する。これにより、分割領域Ａ１〜Ａ６に結像された被写体像と分割領域Ｂ３〜Ｂ８に結像された被写体像とが同一被写体であると判定される。なお、ＡＦエリア２１４の信号パターンとエリア３１４の信号パターンを比較する際に、被写体Ｓ１の特徴点であるＡ４〜Ａ５の信号パターンに一致する信号パターンをエリア３１４の信号パターンから抽出することもできる。

ここで、分割領域Ｂ１〜Ｂ１２の一分割領域分のズレ量をＦとすれば、本例の場合、エリア３１４におけるズレ量は３Ｆということになり、このズレ量３Ｆが図３の像高（ズレ量）ａ0になる。

第１ＡＦ演算部２４１では、レンズ駆動部２２１のエンコーダからメインＣＰＵ２４へ出力されたレンズ位置信号を読み込み、レンズ群２２の焦点距離ｆと、レンズ群２２と結像レンズ３２との光軸方向の距離Ｌを演算する。

レンズ群２２の焦点距離ｆは、当該レンズ群２２の主点Ｘ１の位置に応じて予め決められているので、この光軸方向の主点Ｘ１の位置を検出することによりレンズ群２２の焦点距離を演算する。また、レンズ群２２と結像レンズ３２との光軸方向の距離Ｌは、結像レンズ３２の位置、撮影用撮像素子２１の位置およびＡＦ用撮像素子３１の位置がそれぞれカメラボディ１１に対して固定であることから、上述したレンズ群２２の光軸方向の主点Ｘ１の位置を検出することにより演算することができる。

第１ＡＦ演算部２４１は、求められたズレ量ａ，ａ0、レンズ群２２の焦点距離ｆ、およびレンズ群２２と結像レンズ３２との光軸方向の距離Ｌと、メインＣＰＵ２４の記憶部２４４に記憶されている基線長Ｐ、結像レンズ３２の焦点距離ｆ0とを、上記式（１）に代入することで、被写体距離Ｄを演算する。この被写体距離Ｄは、メインＣＰＵ２４の記憶部２４４に記憶される。

メインＣＰＵ１３は、以上のようにして第１ＡＦ演算部２４１で算出された被写体距離Ｄに基づいて、撮影光学系２のレンズ群２２の主点Ｘ１と被写体Ｓとの距離がＤとなるように当該レンズ群２２のフォーカスレンズを移動する。

従来の特許文献１に記載されたパララックスを利用した被写体距離の測定方法は、撮影光学系２の焦点距離ｆとＡＦ用光学系３２の焦点距離ｆ0を等しく設定し（ｆ＝ｆ0，Ｌ＝０）、撮影光学系２の光軸上にある被写体を測距対象として（ａ＝０）、被写体までの距離ＤをＤ＝ｆ0・Ｐ／ａ0 の式により求めるものである。

これに対し、本実施形態では、上記式（１）の分母の式に示されるように、ＡＦ用撮像素子３１の被写体像の像高ａ0を、レンズ群２２の焦点距離ｆと結像レンズ３２の焦点距離ｆ0の比率に基づいて補正するとともに、撮影用撮像素子２１の被写体像の像高ａによっても補正する。すなわち、撮影用撮像素子２１の被写体像の像高ａとＡＦ用撮像素子３１の被写体像の像高ａ0との倍率差を、レンズ群２２の焦点距離ｆと結像レンズ３２の焦点距離ｆ0により補正する。

また、上記式（１）の分子の第２項に示されるように、レンズ群２２と結像レンズ３２との光軸方向の距離Ｌや焦点距離の比ｆ／ｆ0によっても被写体Ｓまでの距離Ｄを補正する。

したがって、レンズ群２２の焦点距離ｆと結像レンズ３２の焦点距離が異なる場合でも、レンズ群２２の主点Ｘ１と被写体Ｓとの距離Ｄを正確に測定することができる。

《コントラスト検出方式によるＡＦ動作》
次に、第２ＡＦ演算部２４２および評価値演算部２４３で実行されるコントラスト検出方式によるＡＦ動作について説明する。

図６は、焦点評価値の一例を示す図であり、横軸はレンズ群２２のフォーカスレンズのレンズ位置を表し、縦軸は焦点評価値の大きさを表している。点線で示す曲線は、図４（Ａ）のＡＦエリア２１４内の被写体に対して、フォーカスレンズを至近側から無限側まで移動させたときに得られる焦点評価値を示している。点線で示す曲線はレンズ位置Ｍにピークを有し、レンズ位置Ｍで被写体像のコントラストが最大となる。すなわち、被写体Ｓにピントが合ったことになる。このように、コントラスト検出方式では、焦点評価値がピークとなる位置にフォーカスレンズを移動することにより合焦を行わせる。

ピーク位置の検出には、山登り合焦動作と呼ばれる方法を用いることができる。ｘ１は山登り開始時のフォーカスレンズ位置であり、そのときの焦点評価値はｙ１である。なお、レンズ位置ｘ１および焦点評価値ｙ１は図２の記憶部２４４に記憶される。合焦動作を開始すると、例えばフォーカスレンズを至近側に所定量移動して、移動後の位置ｘ２における焦点評価値ｙ２を算出する。

次いで、算出された焦点評価値ｙ２と記憶部２４４に記憶されている移動開始時の焦点評価値ｙ１とを比較する。図６の場合、得られた焦点評価値ｙ２は焦点評価値ｙ１よりも大きいので焦点評価値は移動方向に関して増加傾向にあり、焦点評価値がピークとなるレンズ位置Ｍはレンズ位置ｘ２よりも至近側にあると判定される。このように至近側と判定されるとフォーカシングレンズをさらに至近側に所定量だけ移動し、移動後のレンズ位置ｘ３における焦点評価値ｙ３を算出する。その後、焦点評価値ｙ２と焦点評価値ｙ３とを比較する。

２回目の移動では、レンズ位置ｘ３の焦点評価値ｙ３はレンズ位置ｘ２の焦点評価値ｙ２よりも小さいと判定される。すなわち、ピーク位置Ｍはレンズ位置ｘ３よりも無限側にあると判定される。そこで、データ（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、（ｘ３、ｙ３）に基づく補間演算を行って焦点評価値のピーク位置Ｍを算出し、そのピーク位置Ｍにフォーカスレンズを移動する。

この補間演算は、たとえば最大の焦点評価値ｙ２とその前後に位置する焦点評価値ｙ１，ｙ３とを用い、まず、焦点評価値が最大の点（ｘ２，ｙ２）と、３点のうち最小の点（ｘ１，ｙ１）とを通る直線Ｌ１を算出する。この直線Ｌ１の傾きをＫとしたとき、傾きが−Ｋで、残りの点（ｘ３，ｙ３）を通る直線Ｌ２を算出する。そして、直線Ｌ１と直線Ｌ２との交点のレンズ位置座標ｘを求める。この交点のレンズ位置座標ｘがフォーカスレンズの合焦位置Ｍとして求められる。

このように、山登り合焦動作では、レンズ移動→焦点評価値の算出→焦点評価値の比較という一連の処理を繰り返し行うことにより、フォーカスレンズを焦点評価値のピーク位置Ｍに移動する。なお、レンズ移動の際には、現在位置の焦点評価値と前回に得られた焦点評価値とを比較することにより移動方向が決定される。

《本実施形態における具体的なＡＦ動作例》
次に、上述した（１）第１ＡＦ演算部２４１の演算結果のみ、すなわち三角測距方式による被写体距離Ｄのみを用いて撮影光学系２の焦点調節動作を実行する場合と、（２）三角測距方式による被写体距離Ｄと、第２ＡＦ演算部２４２のコントラスト検出方式による演算結果の両方を用いて焦点調節動作を実行する場合とについて説明する。

（１）の場合の第１ＡＦ演算部２４１の三角測距方式による被写体距離Ｄのみを用いたＡＦ動作では、当該第１ＡＦ演算部２４１において、２つの撮像素子２１，３１それぞれの像高（ズレ量）ａ，ａ0と、レンズ群２２の焦点距離ｆと、レンズ群２２と結像レンズ３２との光軸方向の距離Ｌとを演算し、さらに記憶部２４４に記憶されている基線長Ｐと、結像レンズ３２の焦点距離ｆ0とを、上記式（１）に代入する。これにより、レンズ群２２の主点Ｘ１と被写体Ｓとの距離Ｄが算出されるので、算出された被写体距離Ｄに応じた距離だけレンズ群２２のフォーカスレンズを移動する。

上述した山登り合焦動作によるコントラスト検出方式だけのＡＦ動作では、動作開始時のレンズ位置ｘ１がピーク位置Ｍから大きく離れている場合に、繰り返しを何回も行わないとピーク位置Ｍを検出することができないため、焦点調節に時間がかかるという欠点があった。これに対し、（１）の方式は、コントラスト検出方式だけのＡＦ動作に比べて、焦点調節時間を短縮することができる。

一方、（２）の場合の、三角測距方式による被写体距離Ｄと第２ＡＦ演算部２４２のコントラスト検出方式による演算結果の両方を用いたＡＦ動作では、三角測距とコントラスト検出方式とを兼用する。

図７および図８は、（２）のＡＦ動作の第１例および第２例をそれぞれ説明する図である。

第１例では、まず第１ＡＦ演算部２４１によって三角測距方式の被写体距離Ｄを演算し、被写体距離Ｄに基づくレンズ位置ｘ４を算出する。そして、フォーカスレンズを、ＡＦ開始時のレンズ位置ｘ１から、この算出されたレンズ位置ｘ４へと移動する。ここまでは、上述した（１）のＡＦ動作と同じである。

このあと、レンズ位置ｘ４からコントラスト検出方式による山登り合焦動作を行って、フォーカスレンズをピーク位置Ｍに移動する。このＡＦ動作の場合には、三角測距によるレンズ位置ｘ４とピーク位置Ｍとの間にズレが生じた場合でも精度良いＡＦ動作を行うことができる。

一方、図８に示す第２例では、フォーカスレンズの可動範囲を３つの範囲Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３に分割する。なお、分割数は３に限らずいくつでも良い。

まず、第１ＡＦ演算部２４１にて三角測距により被写体距離Ｄを算出し、算出された被写体距離Ｄに対応するフォーカスレンズのレンズ位置が、範囲Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３のいずれに含まれるかを判定する。図８に示す例では、三角測距で得られたレンズ位置が範囲Ｈ２に含まれているものとし、この場合にはフォーカスレンズを範囲Ｈ２の無限側境界位置ｘ５に移動する。

次いで、フォーカスレンズをレンズ位置ｘ５からレンズ位置ｘ６まで移動させ、その移動の間に評価値演算部２４３による焦点評価値の演算を所定タイミングで繰り返し行う。このようにしてサンプリングされた複数の焦点評価値は各サンプリング時のレンズ位置と対で記憶部２４４に記憶される。

第２ＡＦ演算部２４２では、サンプリングされた焦点評価値に基づいてピーク位置Ｍを演算する。ピーク位置Ｍが得られたならば、フォーカスレンズをピーク位置Ｍに移動する。このようにしてＡＦ動作が完了する。

この第２例の場合には、動作速度の速い三角測距により大まかなレンズ移動を行って、その後、範囲Ｈ２内においてフォーカスレンズをスキャン移動して焦点評価値のピーク位置Ｍを検出し、そのピーク位置Ｍにフォーカスレンズを移動する。その結果、ＡＦ精度を保持しつつＡＦ動作の高速化を図ることができる。

また、第２例の場合の三角測距では、ピーク位置Ｍが範囲Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３のいずれにあるかが分かれば良いので、厳密な三角測距を行う必要が無く、三角測距演算の簡略化を図ることもできる。また、コントラスト検出方式のＡＦ動作でも山登り合焦動作ではなく、スキャン移動で範囲Ｈ２内の焦点評価値をサンプリングをしてからピーク位置Ｍを探すので、ＡＦ動作の高速化を図ることができる。

なお、第２例においてスキャン開始位置を無限遠側の境界位置ｘ５としたが、至近側の境界位置ｘ６とすることもできる。また、レンズ可動範囲を多数に分割し、スキャン合焦動作に代えて山登り合焦動作を行わせることもできる。この場合は、山登り合焦動作の開始は、分割範囲Ｈ１〜Ｈ３のどちらの境界から行うことができ、分割範囲の例えば中央位置から行うこともできる。

発明の実施形態に係るデジタルカメラの概略構成を示す図である。図１に示すデジタルカメラの機能ブロック図である。図１に示すデジタルカメラにおける被写体距離の算出方法を説明する図である。（Ａ）は図１の撮影用撮像素子２１で撮像された画像例を示す図、（Ｂ）は図１のＡＦ用撮像素子３１で撮像された画像例を示す図である。図４のＡＦエリア２１４およびエリア３１４の撮像信号を模式的に示す図である。図１に示すデジタルカメラにおける焦点評価値の一例を示す図である。図１に示すデジタルカメラに係るＡＦ動作（２）の第１例を説明する図である。図１に示すデジタルカメラに係るＡＦ動作（２）の第２例を説明する図である。

符号の説明

１…デジタルカメラ
２…撮影光学系
２１…撮影用撮像素子
２２…レンズ群
２３…絞り
２４…メインＣＰＵ
２４１…第１ＡＦ演算部
２４２…第２ＡＦ演算部
２４３…評価値演算部
２４４…記憶部
３１…ＡＦ用撮像素子
３２…ＡＦ用光学系

Claims

第１焦点距離を有する第１結像光学系による被写体の第１の像が結像される第１撮像素子と、
前記第１焦点距離とは異なる第２焦点距離を有する第２結像光学系による前記被写体の第２の像が結像される第２撮像素子と、
演算部を有し、前記被写体までの距離を求める測距手段とを備え、
前記演算部は、
前記第１撮像素子の出力に基づいて演算される前記第１の像の前記第１撮像素子の中央からのずれ量をａとし、
前記第２撮像素子の出力に基づいて演算される前記第２の像の前記第２撮像素子の中央からのずれ量をａ０とし、
前記第１結像光学系の光軸方向の位置と前記第２結像光学系の光軸方向の位置との距離をＬとし、
前記第１結像光学系の焦点距離をｆとし、
前記第２結像光学系の焦点距離をｆ０とし、
前記第１結像光学系の光軸と前記第２結像光学系の光軸との距離をＰとしたとき、
下記条件式を用いて被写体までの距離Ｄを演算することを特徴とする測距装置。
第１焦点距離を有する第１結像光学系による被写体の第１の像が結像される第１撮像素子と、
前記第１焦点距離とは異なる第２焦点距離を有する第２結像光学系による前記被写体の第２の像が結像される第２撮像素子と、
前記被写体までの距離を求める測距手段とを備え、
前記測距手段は、
前記第１撮像素子の出力に基づいて前記第１の像の前記第１撮像素子の中央からのずれ量に対応する第１ずれ量を演算し、前記第２撮像素子の出力に基づいて前記第２の像の前記第２撮像素子の中央からのずれ量に対応する第２ずれ量を演算する第１演算部と、
前記第１結像光学系の光軸方向の位置と前記第２結像光学系の光軸方向の位置との距離である第１距離、及び、前記第１結像光学系の焦点距離である第１焦点距離を演算する第２演算部と、
前記第１結像光学系の光軸と前記第２結像光学系の光軸との距離である第２距離、及び、前記第２結像光学系の焦点距離である第２焦点距離を記憶する記憶部と、
前記第１距離、前記第２距離、前記第１焦点距離、前記第２焦点距離、前記第１ずれ量及び前記第２ずれ量を用いて、三角測距方式で前記被写体までの距離を演算する第３演算部とを備えることを特徴とする測距装置。
請求項１または２に記載の測距装置を備えたことを特徴とする撮像装置。
請求項３に記載の撮像装置において、
前記測距装置とは異なる方式で前記第１または第２結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記被写体までの距離と前記焦点調節状態とに基づいて、前記第１または第２結像光学系の焦点を調節する焦点調節手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置。