JP5506447B2 - 撮像装置、および撮像装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被写体のコントラスト信号を用いて焦点検出を行う撮像装置に関する。

近年、一眼レフレックスカメラにおいて焦点検出精度を高めることが望まれている。このため、撮像素子の出力から得られるコントラスト信号を用いて焦点検出を行う技術が適用されている。ところが、撮像素子から出力されるコントラスト信号を用いて焦点検出を行う場合でも、モザイク状にカラーフィルターを配列した撮像素子から被写体の輝度に相等する信号のみを取り出して焦点検出を行うカメラが一般的である。このため、十分な焦点検出精度は得られない。

そこで特許文献１には、コントラスト信号を用いて焦点検出を行い、さらに焦点検出領域の色情報を用いて所定量ずらした位置に焦点調節を行う技術が開示されている。これにより、撮影レンズの色収差に起因する最良焦点位置と焦点検出位置のずれを補正して焦点検出精度を高めることができる。

特開２００４−３４７６６５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、一つの色のコントラスト信号を用いて焦点検出を行っているため、焦点検出精度を高めるには限界がある。

そこで本発明は、被写体の色情報と撮影レンズの光学特性に起因する焦点検出誤差を低減する撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、被写体のコントラスト信号を用いて焦点検出を行う撮像装置であって、撮影レンズの光学特性に関する情報を格納する記憶手段と、被写体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像信号から得られる複数の色毎のコントラスト信号の相対関係に基づいて、コントラスト評価値の演算に用いられる少なくとも１つの色のコントラスト信号を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された少なくとも１つの色のコントラスト信号に基づいて、前記コントラスト評価値を演算する評価値演算手段と、前記評価値演算手段により演算された前記コントラスト評価値に基づいて前記撮影レンズを駆動制御する制御手段とを有し、前記評価値演算手段は、前記選択手段により複数の色のコントラスト信号が選択されたとき、前記記憶手段に格納された前記撮影レンズの光学特性に関する情報を用いて前記コントラスト評価値を演算する。
本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、被写体のコントラスト信号を用いて焦点検出を行う撮像装置の制御方法であって、被写体を撮像する撮像手段から出力される画像信号から得られる複数の色毎のコントラスト信号の相対関係に基づいて、コントラスト評価値の演算に用いられる少なくとも１つの色のコントラスト信号を選択する選択ステップと、前記選択ステップにおいて選択された少なくとも１つの色のコントラスト信号に基づいて、前記コントラスト評価値を演算する評価値演算ステップと、前記評価値演算ステップにおいて演算された前記コントラスト評価値に基づいて前記撮影レンズを駆動制御する制御ステップとを有し、前記評価値演算ステップは、前記選択ステップにおいて複数の色のコントラスト信号が選択されたとき、記憶手段に格納された撮影レンズの光学特性に関する情報を用いて前記コントラスト評価値を演算する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、被写体の色情報と撮影レンズの光学特性に起因する焦点検出誤差を低減する撮像装置を提供することができる。

本実施例における撮像装置の断面図である。 本実施例における撮像素子の画素配列を示す図である。 本実施例において、撮影レンズの波長毎の最良焦点位置を示す図である。 本実施例において、色毎のコントラスト信号の出力例である。 本実施例における焦点検出フローである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施例における一眼レフレックスカメラ１００（撮像装置）の断面図である。一眼レフレックスカメラ１００は、被写体のコントラスト信号を用いて焦点検出を行う。図１において、１は交換可能な撮影レンズ、２はＱＲミラー、３は焦点検出用の反射鏡、４は集光レンズ、５は視野絞り、６は赤外カットフィルター、７は開口絞り、８は２次結像レンズ、および、９は焦点検出用の受光素子である。また、１０は焦点板、１１は正立像形成用の光学部材、１２は接眼レンズ、１３は光学フィルター、１４は被写体像を形成する撮像素子（撮像手段）、および、１５は被写体像を表示する液晶表示装置である。さらに、２１はカメラの演算用ＣＰＵ、２２はレンズ情報を記憶する記憶装置（記憶手段）、および、２３はレンズ駆動用のモータを表している。

本実施例の一眼レフレックスカメラ１００は、被写体像をＱＲミラー２を介して光学像として観察する光学ファインダーモードと、ＱＲミラー２を退避させて撮像素子１４の出力信号を液晶表示装置１５に表示させて観察する電子ファインダーモードを備えている。また一眼レフレックスカメラ１００は、撮影者が光学ファインダーモードと電子ファインダーモードのいずれを使用するかを任意に選択できるように構成されている。

光学ファインダーモードが選択された場合、一眼レフレックスカメラ１００は、撮影の前段階にハーフミラーより構成されたＱＲミラー２を透過した被写体像からの光束ＬＢを利用して位相差検出方式の焦点検出を行うように設定される。このとき、ＱＲミラー２を透過した光束ＬＢは、焦点検出用の反射鏡３、集光レンズ４、赤外カットフィルター６、および、２次結像レンズ８を介して焦点検出用の受光素子９の上に再結像させる。焦点検出用の受光素子９には、撮影レンズ１の予定焦点面の近傍に配置された視野絞り５と、２次結像レンズ８の開口近傍に配置された開口絞り７によって光束ＬＢを制限し、撮影画面の特定領域の被写体像のみを選択して結像させる。受光素子９には特定領域の被写体像に関し、撮影レンズ１の射出瞳の一対となる特定位置を通過した光束ＬＢのみが抽出されて結像される。

このように光学ファインダーモードが選択された場合、一眼レフレックスカメラ１００は、焦点検出用の受光素子９上に形成された一対の被写体像の相対位置ずれ情報を算出することによって焦点検出を行うように構成されている。また、被写体像のうちＱＲミラー２によって反射された光束ＬＢは、撮像素子１４と光学的に共役な位置に配置された焦点板１０の焦点面上に結像され、正立像形成用の光学部材１１および接眼レンズ１２を介して被写体像を拡大して観察可能となる。そして、焦点検出結果に基づいて焦点調節が行われた後、撮影に際し、ＱＲミラー２および反射鏡３を撮影レンズ１の光路外に退避させる。このとき、被写体像は光学フィルター１３を介して撮像素子１４上に結像され、画像信号が記録される。

一方、電子ファインダーモードが選択された場合には、撮影の前段階からＱＲミラー２および反射鏡３を撮影レンズ１の光路外に退避させ、被写体像を光学フィルター１３を介して撮像素子１４上に結像させる。このとき、撮像素子１４からは画像信号が液晶表示装置１５に出力され、液晶表示装置１５にて被写体像が表示される。また、撮像素子１４からは被写体のコントラスト信号が演算用ＣＰＵ２１に出力され、演算用ＣＰＵ２１にてコントラスト評価値（焦点調節状態の評価値）が算出される。電子ファインダーモードが選択されている場合、演算用ＣＰＵ２１は、コントラスト評価値を算出しただけでは、算出されたコントラスト評価値が最良の状態を示すものであるか否かを判定することができない。このため、演算用ＣＰＵ２１は、次に撮影レンズ１を焦点調節駆動して駆動後のコントラスト評価値をさらに算出し、これらの評価値の変化を算出する。演算用ＣＰＵ２１は、このような焦点調節駆動とコントラスト評価値の算出を繰り返し、最終的に最良の焦点調節状態となったと判定した場合に撮影レンズ１を停止させ、撮影準備を完了する。撮影準備が完了すると、その後の撮影者の撮影動作に連動して画像信号が記録される。

このように、本実施例の一眼レフレックスカメラ１００は、光学ファインダーモードと電子ファインダーモードの両方を備え、撮影者がこれらのモードを選択的に使用することができるように構成されている。本実施例では、特に、電子ファインダーモードが選択された場合の焦点検出動作が改良される。

図１において、記憶装置２２には撮影レンズ１の光学特性に関する複数の情報が格納されている。記憶装置２２に格納されたこれらの情報は、レンズ装置２５を一眼レフレックスカメラ１００に装着した際にカメラ本体に設けられている演算用ＣＰＵ２１に伝達される。演算用ＣＰＵ２１は、撮像素子１４から出力される被写体のコントラスト信号を用いて焦点調節状態の評価値を算出する。このとき、演算用ＣＰＵ２１は、撮影レンズ１の光学特性に関する複数の情報を利用して焦点検出の精度の向上させている。

図２は、本実施例の一眼レフレックスカメラ１００に設けられた撮像素子１４の画素配列を示す図である。撮像素子１４の各々の画素には、適切な分光感度を得るためのカラーフィルターが付加されており、画素毎に特定の色に対応した信号が出力される。図２において、「２Ｇ」、「２Ｒ」、「２Ｂ」はそれぞれ撮像素子１４の画素を示している。「２Ｇ」は緑色に分光感度のピークを持った画素、「２Ｒ」は赤色に分光感度のピークを持った画素、「２Ｂ」は青色に分光感度のピークを持った画素を表している。このように、本実施例の撮像素子１４にはモザイク状に配列されたカラーフィルターが設けられており、３種類の分光感度に対応した被写体の撮像信号が出力される。なお、１つの画素からは３種類の分光感度のうちの特定の１つの分光感度に対応した撮像信号のみが直接出力されるが、最終的な撮像信号としては近接画素の出力信号を用いて補間信号を作成し、全ての画素について３種類の撮像信号が出力される。

本実施例の一眼レフレックスカメラ１００は、このような撮像信号から３種類の分光感度に対応した３つのコントラスト信号を出力して焦点検出を行うように構成されている。焦点検出を行う対象となる被写体像のコントラスト信号は焦点調節状態によって変化し、また、３種類の分光感度に対応した３つのコントラスト信号は互いに異なる。さらに、被写体の色信号によって３つのコントラスト信号の絶対値は大きく異なり、３つのコントラスト信号の絶対値は、白色の被写体の場合でも撮影レンズ１の特性によって異なる。これは主に、撮影レンズ１には所定量の色収差が残存し、色毎にコントラストが最大となる位置が異なるためである。

撮影レンズ１は、一般的に、可視波長域の全域で色収差を補正するために使用する光学材料の屈折率と分散、さらに部分分散比の組み合わせを考慮して設計される。しかし、色収差の完全な補正は困難であるため、撮影レンズ１には所定量の色収差が残存している。

図３は、撮影レンズ１の波長毎の最良焦点位置を示す図である。図３において、横軸は波長、縦軸は最良焦点位置を示し、“ｇ”、“Ｆ”、“ｅ”、“ｄ”、“Ｃ”はそれぞれｇ線、Ｆ線、ｅ線、ｄ線、Ｃ線を示している。なお図３では、基準波長をｄ線とし、ｄ線の最良焦点位置に対する各波長の最良焦点位置を示している。図３に示されるように、一般的な撮影レンズは、可視波長域のｇ線からＣ線までの範囲を考慮し、この範囲で発生する最良焦点位置の範囲を十分に狭くするように設計される。しかし、ｇ線、Ｃ線およびｅ線の最良焦点位置は互いに所定量ずれることが多い。例えば図３において、撮影レンズがｇ線の最良焦点位置付近に配置されている場合、撮像素子の青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）に分光感度のピークを持った画素から出力されるコントラスト信号は、図４に示されるようになる。

図３に示されるように、ｇ線の最良焦点位置とＣ線の最良焦点位置との間にはわずかなずれがあり、ｇ線の最良焦点位置とｅ線の最良焦点位置との間には大きなずれがある。この結果、ｇ線のコントラストが高い状態では、Ｃ線のコントラストはｇ線よりやや低く、ｅ線のコントラストはｇ線より大幅に低下する。この状態では、撮像素子の青色、緑色、赤色に分光感度のピークを持った画素から出力されるコントラスト信号に換算すると、図４に示されるように、青色（Ｂ）に対して赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）の順にコントラストが低くなる。

本実施例では、撮影レンズ１のこのような光学特性に着目し、３種類の分光感度に対応する３つのコントラスト信号を出力し、この光学特性に基づいて３つのコントラスト信号を特定の関係にするように焦点検出を行う。また本実施例の一眼レフレックスカメラ１００は、撮影レンズ１の光学特性に関する情報を通信によって取得し、３つのコントラスト信号の相対関係から焦点ずれ方向を判定するように構成される。このため、本実施例の一眼レフレックスカメラ１００によれば、焦点検出のための駆動時間を短縮させることができる。

図５は、電子ファインダーモードが選択されている場合の焦点検出フローである。図５に示されるように、本実施例において、演算用ＣＰＵ２１は、焦点検出領域の３つのコントラスト信号Ｃｒ、Ｃｇ、Ｃｂ（色毎のコントラストの絶対値に関する情報）の出力値から、これらのコントラスト信号の相対関係を演算する。そして演算用ＣＰＵ２１は、これらの相対関係に応じて焦点検出状態の評価値の算出方法を変更する。また、３つのコントラスト信号が所定の条件を満足する場合には、焦点検出状態の評価値に加えて焦点ずれ方向（デフォーカス方向）に関する判定結果を出力する。以下、図５に示されるフローの動作について詳述する。

まずステップ１において、演算用ＣＰＵ２１は、焦点検出領域の複数の色毎のコントラスト信号Ｃｒ、Ｃｇ、Ｃｂ（複数の色毎のコントラストの絶対値に関する情報）の相対差（相対関係）の比較演算を行う。すなわち演算用ＣＰＵ２１は、３つのコントラスト信号Ｃｒ、Ｃｇ、Ｃｂの相対差|Ｃｒ−Ｃｇ|、|Ｃｇ−Ｃｂ|、|Ｃｂ−Ｃｒ|を算出して、これらの相対差を所定値Ｐと比較する。

演算用ＣＰＵ２１は、算出された３つのコントラスト信号の相対差のそれぞれと所定値Ｐとの比較結果に基づいて、以下のコントラスト評価値の演算方法を変更する。すなわち、演算用ＣＰＵ２１（選択手段）は、撮像素子１４から出力された複数の色毎のコントラスト信号の相対差、および、記憶装置に格納された光学特性に関する情報を用いて、コントラスト評価値の複数の演算方法から一つの演算方法を選択する。

本実施例では、上記比較結果から、１つの色のコントラスト信号のみが大きいと判定された場合はステップ２に、１つの色のコントラスト信号のみが小さいと判定された場合はステップ３に、全ての相対差が所定値Ｐ以下の場合はステップ４にそれぞれ進む。このように、演算用ＣＰＵ２１（評価値演算手段）は、選択手段にて選択された一つの演算方法を用いてコントラスト評価値（焦点検出状態の評価値）を演算する。

１つの色のコントラスト信号のみが大きい場合、ステップ２において、被写体の色または照明光が特定の範囲の波長であると判定される。このとき、選択手段は、複数の色毎のコントラスト信号の相対関係から得られた最大コントラスト信号を用いてコントラスト評価値を演算する一つの演算方法を選択する。そして、評価値演算手段は、３つのコントラスト信号のうち最大コントラスト信号のみを用いてコントラスト評価値を演算する。撮影レンズ１の最適な合焦位置は被写体の色毎に異なるが、本実施例によれば、被写体の色毎に、複数のコントラスト信号から適切なコントラスト信号を選択するため、撮影レンズ１を最適な合焦位置に合わせることができる。

１の色のコントラスト信号のみが小さい場合、ステップ３において、被写体の色または照明光が特定の波長域の波長のみであると判定される。このため、コントラストの大きい２つの色のコントラスト信号（コントラストの小さい信号を除いた２つのコントラスト信号）を正規化し、所定の演算式で加算平均してコントラスト評価値を算出する。ここで所定の演算式には、撮影レンズ１の光学特性によって決定される最良焦点位置における評価値が最も高くなるように補正を加える演算が含まれる。

全ての相対差が所定値Ｐ以下の場合、ステップ４において、被写体の色または照明光に極端な偏りがないと判定される。このため、コントラスト信号の絶対値を正規化した、所定の演算式で加算平均してコントラスト評価値を算出する。ここで所定の演算式には、撮影レンズ１の光学特性によって決定される最良焦点位置における評価値が最も高くなるように補正を加える演算が含まれる。さらに、演算用ＣＰＵ２１（方向演算手段）は、色毎に正規化した３つのコントラスト信号の相対関係（および、光学特性に関する情報）から、撮影レンズ１の合焦位置までの焦点ずれ方向（デフォーカス方向）を演算する。そして、撮影レンズ１の駆動方向を特定するための信号を出力する。

このように、本実施例の電子ファインダーモードの焦点検出装置では、撮像信号から３種類の分光感度に対応した３つのコントラスト信号を出力し、かつ撮影レンズの光学特性に関する情報を用いることによって状況に対応した焦点位置の検出を行う構成としている。

また本実施例では特定の条件下では、撮影レンズの光学特性に関する情報を用いることによって焦点ずれの方向（デフォーカス方向）を検出する構成としている。

本実施例の演算用ＣＰＵ２１は、撮像素子１４からの出力信号と、レンズ情報の記憶装置２２に記憶された光学特性に関する情報、特に特定波長領域毎の最良焦点位置に関する情報を用いて上述のようにコントラスト評価値を演算する。そして、レンズ駆動用のモータ２３を介して撮影レンズ１を焦点調節のために駆動制御させながらコントラスト評価値を再出力する。演算用ＣＰＵ２１（制御手段）は、最終的に、撮影レンズ１を最良焦点位置に移動させてから停止させる。このように、制御手段は、評価値演算手段により演算されたコントラスト評価値に基づいて撮影レンズを駆動制御する。

本実施例では、光学ファインダーモードと電子ファインダーモードの両方を備え、撮影者がこれらのモードを選択的に使用できるように構成された一眼レフレックスカメラを対象として、その電子ファインダーモードの焦点検出動作を改良した例を説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電子ファインダーモードのみを備えたカメラにも適用可能である。

また本実施例では、光学ファインダーモードと電子ファインダーモードの切り替えを撮影者が任意に行うことが可能であるが、焦点検出精度を高めつつ焦点検出動作に要する時間を短縮するため、両方のモードを連続して使用するように構成してもよい。すなわち、まず位相差検出方式によって合焦位置近傍までの焦点調節駆動を実施し、続いてＱＲミラー等を退避させて連続的に撮像素子によるコントラスト信号検出による焦点検出動作に移行するように構成してもよい。

本実施例では、簡単のため、光学特性に関する情報に関して軸上色収差の一般的な状態について説明したが、このような光学特性は、撮影レンズのズーム位置やフォーカス位置、または絞り値によっても変化する。このため、撮影レンズの光学特性に関する情報は、撮影レンズのズーム位置、フォーカス位置、および、絞り値の少なくとも一つ毎に決定され、また、特定の波長域毎の結像性能に関する情報としてもよい。このような情報は、レンズ装置内部の記憶装置に予め格納しておくことが望ましい。また、焦点検出領域は画面中心に限定されるものではないため、波長域毎の光学特性に関する情報は撮影像高毎に記憶装置に格納されるように構成してもよい。

また、本実施例において、レンズ装置は一眼レフレックスカメラに対して交換可能に構成されているが、レンズ装置と一眼レフレックスカメラとが一体的に構成されている撮像装置に対しても本発明は適用可能である。

本実施例によれば、被写体の色情報と撮影レンズの光学特性に起因する焦点検出誤差を低減する撮像装置を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

１：撮影レンズ
１４：撮像素子
２１：演算用ＣＰＵ
２２：記憶装置
１００：一眼レフレックスカメラ

Claims (8)

1. 被写体のコントラスト信号を用いて焦点検出を行う撮像装置であって、
   撮影レンズの光学特性に関する情報を格納する記憶手段と、
   被写体を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段から出力される画像信号から得られる複数の色毎のコントラスト信号の相対関係に基づいて、コントラスト評価値の演算に用いられる少なくとも１つの色のコントラスト信号を選択する選択手段と、
   前記選択手段によって選択された少なくとも１つの色のコントラスト信号に基づいて、前記コントラスト評価値を演算する評価値演算手段と、
   前記評価値演算手段により演算された前記コントラスト評価値に基づいて前記撮影レンズを駆動制御する制御手段と、を有し、
   前記評価値演算手段は、前記選択手段により複数の色のコントラスト信号が選択されたとき、前記記憶手段に格納された前記撮影レンズの光学特性に関する情報を用いて前記コントラスト評価値を演算することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮影レンズの光学特性に関する情報は、前記複数の色毎の最良焦点位置に関する情報であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記複数の色毎のコントラスト信号の相対関係、および、前記記憶手段に格納された前記光学特性に関する情報を用いて、前記撮影レンズの合焦位置までの焦点ずれ方向を演算する方向演算手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記方向演算手段は、前記選択手段によって前記複数の色毎のコントラスト信号のすべてが選択されたときに、前記撮影レンズの合焦位置までの焦点ずれ方向を演算することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記選択手段は、前記複数の色毎のコントラスト信号のうちコントラスト信号が最も大きい最大コントラスト信号を選択し、
   前記評価値演算手段は、前記最大コントラスト信号を用いて前記コントラスト評価値を演算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記光学特性に関する情報は、前記撮影レンズのズーム位置、フォーカス位置、および、絞り値の少なくとも一つ毎に決定され、特定の波長域毎の結像性能に関する情報であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記光学特性に関する情報は、撮影像高毎に前記記憶手段に格納されていることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 被写体のコントラスト信号を用いて焦点検出を行う撮像装置の制御方法であって、
   被写体を撮像する撮像手段から出力される画像信号から得られる複数の色毎のコントラスト信号の相対関係に基づいて、コントラスト評価値の演算に用いられる少なくとも１つの色のコントラスト信号を選択する選択ステップと、
   前記選択ステップにおいて選択された少なくとも１つの色のコントラスト信号に基づいて、前記コントラスト評価値を演算する評価値演算ステップと、
   前記評価値演算ステップにおいて演算された前記コントラスト評価値に基づいて撮影レンズを駆動制御する制御ステップと、を有し、
   前記評価値演算ステップは、前記選択ステップにおいて複数の色のコントラスト信号が選択されたとき、記憶手段に格納された撮影レンズの光学特性に関する情報を用いて前記コントラスト評価値を演算することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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