JP5888971B2

JP5888971B2 - 焦点検出装置および撮像装置

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Publication number: JP5888971B2
Application number: JP2011280843A
Authority: JP
Inventors: 慶大船津
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: JP2013130759A

Description

本発明は、被写体に対して補助光が投光されるモードを備えた焦点検出装置および撮像装置に関するものである。

従来、被写体の輝度が低いとき、自然光で焦点検出が厳しい状況において、補助光を投光することで焦点検出を可能としている。焦点検出では被写体像を１対の像波形として取得し、それらの像ずれ量からデフォーカス量を算出する。そしてデフォーカス量を基に合焦点までレンズ駆動を行う。

また、補助光の到達距離を向上させるため、補助光の分光特性を可視光だけでなく赤外光領域まで持たせ、また、焦点検出を行うセンサも赤外領域まで分光感度を持たせることが一般的である。

ところで、交換レンズシステムにおけるカメラの焦点検出動作は、固定のＦ値（例えばＦ５．６）をもった焦点検出光学系によって行われ、基準となる交換レンズ（例えば５０ｍｍ／Ｆ１．８）とのピント位置が０となるように組み立て工程で調整される。

交換レンズシステムにおけるＦ値は、交換レンズごとに異なり、Ｆ値によってピント位置も異なるため、各交換レンズは基準となる交換レンズとのピント差を補正値として持つ。

また、交換レンズは、可視光領域での各種収差をバランスよくなくすことに主眼が置かれて設計されるため、可視光と赤外光の軸上色収差が起因する、補助光投光時のピント差も補正値として持つ。これら２つの補正値は、交換レンズごとに異なり、カメラは交換レンズとこれら２つの補正値をマウントを介して電気的に通信することでピント位置が０になるように焦点検出動作を行う。

すなわち、補助光を投光した時としない時では、補正をかける以前にカメラで検出したデフォーカス量は異なる。また、上記補助光の補正値は、補助光の寄与率が１００％のときの値である。よって、補助光と自然光がミックスされた撮影、とくに、遠景では補助光の反射光がほとんど返ってこないため、自然光の寄与率が高く、この場合デフォーカス量の補正が適切に行われず、ピントが適切に補正できないことがある。この問題を解決する為に補助光の投光あり・なしで焦点検出を２度行い、より信頼できる結果を選択する仕組みが提案されている。

また、特許文献１には、補助光を照射しても到達する反射光量が少なく、焦点検出不可能な際には無効な補助光の照射を止め、エネルギーの浪費を抑えることのできる焦点検出装置が開示されている。

特開２００１−２４９２６９号公報

前記問題の対策として補助光の投光あり・なしで焦点検出動作が２度行われているが、輝度が低い場面や被写体のコントラストが極端に低い時に、補助光の投光なしの焦点検出に時間がかかり、合焦までの応答性が悪くなることがある。

（発明の目的）
本発明の目的は、焦点検出の精度を落とすことなく、合焦までの応答性が著しく悪くなることを回避することができる焦点検出装置および撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、焦点検出に際して被写体に対して補助光が投光される第１のモードと、焦点検出に際して被写体に対して補助光が投光されない第２のモードとを備えた焦点検出装置であって、前記第１のモードで焦点検出処理を行った場合で、当該第１のモードでの検出結果が信頼できるときには続いて前記第２のモードで焦点検出処理を行って一の焦点検出結果を選択してフォーカスレンズ駆動をするよう制御し、他方、当該第１のモードでの検出結果が信頼できないときには続いて前記第２のモードでの焦点検出処理を行わせずにフォーカスレンズ駆動するよう制御する制御手段を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、焦点検出の精度を落とすことなく、合焦までの応答性が著しく悪くなることを回避することが可能になる。

本発明の実施例１である焦点検出装置を含む撮像システムの概略を示す図である。図１の撮像システムの各部の回路構成を示すブロック図である。図１の撮像システムの撮影処理の手順を示すフローチャートである。実施例１の焦点検出処理の手順を示すフローチャートである。実施例２である焦点検出装置を含む撮像システムの撮影処理の手順を示すフローチャートである。実施例２の焦点検出処理の手順を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態は、以下の実施例１および２に記載される通りである。

図１は本発明の実施例１である焦点検出装置を含む撮像システムの概略を示す構成図である。図１において、１００は撮像装置であり、以下の１０１〜１１６の部材を有している。

１０１はファインダ光学系を構成する正立正像光学系、１０２は接眼レンズである。１０３はファインダスクリーン、１０４は撮像光束の一部をファインダ光学系に偏向するメインミラーである。１０５はメインミラー１０４を通過した撮像光束を後述する焦点検出部に対して偏向するサブミラーである。１０６は撮像装置１００の撮像を司る撮像素子、１０７は撮像素子１０６を遮光するシャッタ、１０８は撮像装置１００の内部に収納されている内蔵ストロボである。撮像素子１０６において交換レンズ２００を通過した被写体からの光束が受光され、電気信号が出力される。１０９は複数の受光部により構成される複数の焦点検出センサを有し、位相差検出方式にて焦点検出を行うための焦点検出光学系から成る焦点検出部である。具体的には、交換レンズ２００に含まれるフォーカスレンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、これら２分割した光束を一組のラインセンサにそれぞれ受光させる。そして、その受光量に応じて出力された信号のずれ量、すなわち光束の分割方向の相対的位置ずれ量を後述する撮像制御回路が検出することで、フォーカスレンズのデフォーカス量を求める。したがって、焦点検出センサにより一度蓄積動作を行えば、フォーカスレンズを移動すべき量と方向が得られ、レンズ駆動が行える。

１１０は撮像装置１００の露出の測定を行う測光部、１１１は測光部１１０に被写体光束を結像させるレンズ、１１２は撮像装置１００の制御を司る撮像制御回路である（マイクロプロセッサともいう）。１１３は後述の外部ストロボ等を装着するためのアクセサリシューである。１１４は内蔵ストロボ１０８のフレネルレンズ、１１５は撮像装置１００に設けられている光学フアインダに情報を重ねて表示するファインダ表示部、１１６は撮像装置１００の外部に各種情報を表示するための外部表示部である。焦点検出部１０９および撮像制御回路１１２が本発明の焦点検出装置を構成する。

２００は撮像光学系である交換式のレンズであり、以下の２０１〜２０３の部材を有している。２０１は撮像装置１００の通信部と通信を行うレンズ制御回路（マイクロプロセッサともいう）、２０２は撮像を行うためのレンズ（撮像光学系）であり、２０３は光量調節を行う絞りである。レンズ２０２はフォーカスレンズを含む。

３００は照明手段である外部ストロボであり、以下の３０１〜３０６の部材を有している。３０１は外部ストロボ３００を制御する外部ストロボ制御回路（マイクロプロセッサともいう）、３０２は発光部、３０３は発光部３０２の光束を被写界側に反射する反射傘である。３０４は反射傘３０３で反射された光束の配光を制御するストロボパネル、３０５は撮像装置１００のアクセサリシュー１１３に装着するための取付部、３０６は外部ストロボ３００に設けられている補助光部である。

図２は、上記撮像システムの各部（撮像装置１００、交換レンズ２００及び外部ストロボ３００）の回路構成を示すブロック図である。図２において、撮像装置１００は、１１２及び以下の１〜１３に示す構成要素を具備している。

１１２は撮像装置１００の制御を司るマイクロプロセッサ（撮像制御回路）、１は撮像装置１００の可動部分の駆動を行うためのモータ駆動回路である。２は被写体の輝度を測定するための測光部（図１の測光部１１０を含む）、３は交換レンズ２００の焦点状態を検出する焦点検出部（図１の焦点検出部１０９を含む）である。４は撮像装置１００の露光量の制御を行うシャッタ制御回路であり、図１のシャッタ１０７に含まれる。５は撮像装置１００に取り込む光束を制御する絞り制御回路であり、図１の絞り２０３を制御する。６は撮像装置１００の状態を表示する表示部であり、図１のファインダ表示部１１５および外部表示部１１６を含む。７は図１の内蔵ストロボ１０８を制御するストロボ制御回路である。８は撮像装置１００の設定状態を格納するための記憶回路、９は撮像処理を行うための撮像回路、１０は撮像装置１００に装着される交換レンズ２００と通信を行うためのレンズ通信回路、１１は外部ストロボ３００と通信するための通信回路である。１２（ＳＷ１）は撮像準備動作を開始するためのスイッチ、１３（ＳＷ２）は撮像を開始するためのスイッチである。内蔵ストロボ１０８は、外部ストロボ３００を未装着での撮像時に被写体を照明するのみでなく、焦点検出時にも、被写体を照射する補助光としての機能も持っている。

交換レンズ２００は、２０１及び以下の２１〜２６の構成要素を具備している。２０１は交換レンズ２００の制御を司るマイクロプロセッサ（レンズ制御回路）、２１は交換レンズ２００の駆動を行うレンズ駆動回路である。２２は交換レンズ２００の位置検出を行うレンズ位置検出回路、２３は交換レンズ２００の設定されている焦点距離を検出するレンズ焦点距離検出回路である。２４は交換レンズ２００の設定値を保持する記憶回路である。２５は図１の絞り２０３に含まれ、絞りを駆動する絞り駆動回路である。２６は撮像装置１００との通信を行うためのレンズ通信回路である。

外部ストロボ３００は、３０１及び以下の３１〜３９の構成要素を具備している。３０１は外部ストロボの制御を司るマイクロプロセッサ（外部ストロボ制御回路）、３１は撮像装置１００との通信を行うための通信回路、３２は外部ストロボ３００の設定値を保持する記憶回路である。３３は外部ストロボ３００が装着されている撮像装置１００及び交換レンズ２００の状態に合わせてストロボ照射範囲を変更する照射角変更部、３４はストロボ照射範囲の設定値を検出するストロボ照射角検出部である。３５は外部ストロボ３００の発光量を直接モニタする発光量モニタ部、３６はストロボ充電を行うストロボ充電回路、３７はストロボ発光量の制御を行う発光量制御回路である。３８は外部ストロボ３００の設定状態を表示するための表示部、３９は外部ストロボ３００の状態設定を行うための設定部、３０６は外部ストロボ３００に内蔵されている補助光部である。

図３は、実施例１の焦点検出装置を含む撮像システムの撮影処理の手順を示すフローチャートである。

まず、Ｓ３０１で撮像装置１００のスイッチ１２（ＳＷ１）がオンの場合はＳ３０２へ進み、そうでない場合は再びＳ３０１の操作を行う。この操作をスイッチ１２がオンになるまで繰り返す。続いてＳ３０２において焦点検出部１０９及び焦点検出部３で焦点検出処理を行う。焦点検出処理の詳細については後述する。そしてＳ３０３で、レンズ通信回路１０とレンズ通信回路２６を通じて、Ｓ３０２の焦点検出処理より算出したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズを駆動する。

次に、Ｓ３０４でスイッチ１３（ＳＷ２）がオンの場合はＳ３０５へ進み、そうでない場合Ｓ３０７へ進む。Ｓ３０５でＳ３０３のフォーカスレンズ駆動により現在のピント位置が合焦位置にいる場合はＳ３０６へ進み、そうでない場合はＳ３０７へ進む。Ｓ３０６へ進むとシャッタ制御回路４で撮影準備を行い、Ｓ３０８で撮像回路９で記録処理を行う。またＳ３０７でスイッチ１２がオンの場合はＳ３０２に進み、再び焦点検出を行うが、そうでない場合は処理を終了する。

続いて図４は実施例１による焦点検出処理の手順を示すフローチャートである。

まず、Ｓ４０１で１回目の位相差検出処理を行う。この位相差検出処理ではデフォーカス量の算出や、位相差検出結果の精度を表す信頼性、処理にかかった蓄積時間を算出する。また補助光の投光が必要かを判断し、必要であれば補助光を投光し、位相差検出を行う。焦点検出に際して被写体に対して補助光が投光されるモードを第１のモードとする。これに対して、焦点検出に際して被写体に対して補助光が投光されないモードを第２のモードとする
次の、Ｓ４０２ではＳ４０１の１回目の位相差検出処理の際、補助光を投光したのか、つまり第１のモードか第２のモードかを判定し、補助光の投光あり・なしで以降の処理を分岐する。補助光を投光した第１のモードの場合はＳ４０３へ進み、投光していない第２のモードの場合はＳ４０１の位相差検出結果を今回の焦点検出結果として使用し、Ｓ４０７へ進む。Ｓ４０３へ進むと、さらにＳ４０１で算出した検出結果が信頼できるか判定する。信頼できる場合はＳ４０４へ進み、そうでない場合はＳ４０１の検出結果を今回の焦点検出の結果として使用し、Ｓ４０７へ進む。Ｓ４０４へ進むと、２回目の位相差検出処理を行う。ここでは、必ず補助光を投光しない第２のモードでの位相差検出処理を行う。続いてＳ４０５では、Ｓ４０４で算出した検出結果が信頼できるかを判定する。信頼できる場合はＳ４０６へ進み、そうでない場合はＳ４０７へ進む。Ｓ４０６では、Ｓ４０１とＳ４０４で算出した蓄積時間や信頼性を評価値として比較を行い、最終的にどちらの検出結果を今回の焦点検出結果として使用するのか選択する。

最後にＳ４０７では、最終的に選択した検出結果のデフォーカス量をフォーカスレンズ駆動が行えるように変換する。

以上のように、実施例１ではＳ４０１の１回目の位相差検出処理で補助光が投光している事が確認でき、その位相差検出結果の信頼性が悪い場合、Ｓ４０４の補助光を投光しない時の位相差検出処理を行わない。これにより焦点検出の処理時間を短縮する事ができる。

図５は、本発明の実施例２である焦点検出装置を含む撮像システムの撮影処理の手順を示すフローチャートである。Ｓ３０１からＳ３０８までの処理は実施例１の図３で示した通りであり、説明を省略する。

まずＳ５０１ではスキップフラグをオフにする。このスキップフラグとは補助光を投光した第１モードでの（１回目の）位相差検出処理を行った際に、補助光を投光しない第２モードでの（２回目の）位相差検出処理を行う必要があるかを示すフラグである。また、この処理は焦点検出処理に入る前の１度のみしか行わない為、１度スキップフラグがオンになるとスイッチ１２（ＳＷ１）がオフになるまで変更されることはない。

続いて図６は実施例２による焦点検出処理の手順を示すフローチャートである。Ｓ４０１からＳ４０７までの処理は実施例１の図４で示した通りであり、説明を省略する。

まず、Ｓ６０１ではスキップフラグがオフであればＳ４０３へ進み、オンであれば補助光を投光しない第２のモードでの（２回目の）位相差検出処理を行わず、Ｓ４０１の第１のモードでの（１回目の）検出結果を今回の焦点検出結果として使用し、Ｓ４０７へ進む。Ｓ４０３へ進むと、Ｓ４０１の位相差検出結果の信頼性を判定し、Ｓ４０４で補助光を投光しない時（第２のモード）の位相差検出処理を行う。続いてＳ４０５でＳ４０４の検出結果の信頼性が悪い場合、Ｓ６０２へ進む。

Ｓ６０２へ進むと、スキップフラグをオンにする。このスキップフラグをオンにすることで、以降の焦点検出処理で補助光を投光した場合に、補助光を投光しない時（第２のモード）の位相差検出処理をスキップすることが可能になる。

以上のように実施例２ではＳ４０５で補助光を投光していない時（第２のモード）の検出結果の信頼性が悪い場合、スキップフラグをオンにすることで、以降の補助光を投光しない時（第２のモード）の位相差検出処理を行わない。これにより焦点検出の処理時間を短縮する事ができる。

１０８内蔵ストロボ
１０９焦点検出部
１１２撮像制御回路
３０６補助光部

Claims

焦点検出に際して被写体に対して補助光が投光される第１のモードと、焦点検出に際して被写体に対して補助光が投光されない第２のモードとを備えた焦点検出装置であって、
前記第１のモードで焦点検出処理を行った場合で、当該第１のモードでの検出結果が信頼できるときには続いて前記第２のモードで焦点検出処理を行って一の焦点検出結果を選択してフォーカスレンズ駆動をするよう制御し、他方、当該第１のモードでの検出結果が信頼できないときには続いて前記第２のモードでの焦点検出処理を行わせずにフォーカスレンズ駆動するよう制御する制御手段を有することを特徴とする焦点検出装置。
前記制御手段は、当該第１のモードでの検出結果が信頼できるときには、前記第１のモードでの検出結果と、前記第２のモードでの検出結果とを、蓄積時間や信頼性を評価値として比較し、いずれかの検出結果を今回の焦点検出結果として選択することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
前記制御手段は、前記第１のモードでの検出結果が信頼でき、前記第２のモードでの検出結果が信頼できないときには、以降、撮影処理が終了するまで前記第２のモードでの焦点検出処理を行わせないことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の焦点検出装置を有する撮像装置。