JP6171273B2 - オートフォーカス装置およびデジタルカメラ - Google Patents

Description

本発明は、オートフォーカス処理におけるレンズ駆動方式に関し、特にコントラストオートフォーカスを利用するカメラのレンズ駆動方式に関する。

コントラスト方式のオートフォーカスでは、レンズを移動しながら画像のコントラストが最大となる位置(ピーク)を探索する。ピークを検出するには一度合焦位置であるピーク位置を通り過ぎる必要があるため、ピーク検出後にはピーク位置までレンズ位置が戻される。しかし、レンズ駆動列にはバックラッシが存在し、通常バックラッシの大きさは正確には分からない。そのためピーク検出後、行過ぎ量およびバックラッシ量よりも十分大きくレンズ位置を戻し、そこから検出されたピーク値に一致する画像が得られるまで再度サーチ方向と同じ方向へレンズを移動して合焦を行っている。

一方、レンズ個体間、カメラボディ個体間、レンズの種類等によるバックラッシの違いを考慮したものとして、位相差検出方式において、被写体までの距離を高精度に求めるために、レンズ内のメモリにバックラッシデータを記憶し、これに基づきレンズ駆動量を補正する構成が知られている（特許文献１）。

特開平０５−２９７４３７号公報

しかし、バックラッシ量は、同一型式の製品であっても製品間でばらつきがあり、またレンズ、カメラの使用状況や、経年劣化によっても変化するため、仮にバックラッシ量を特許文献１のようにレンズやカメラ本体のメモリに記憶させ、これをコントラスト方式における戻り量に反映させたとしても、行き過ぎた位置から合焦位置へ十分な精度で直接戻すことはできない。そのため従来と同様に多めにレンズ位置を戻し、コントラスト値を算出しながら再度ピーク位置までレンズを移動する必要がある。

本発明は、レンズ駆動部におけるバックラッシ量を個別に正確に把握することを課題としている。

本発明のオートフォーカス装置は、レンズ位置を移動するレンズ駆動部と、レンズを通した被写体像を撮像する撮像素子と、撮像素子で撮像された画像のコントラストを算出するコントラスト算出手段と、レンズ駆動部によりレンズを順方向へ駆動するとともに異なるレンズ位置で画像を順次撮像し、そのコントラストをコントラスト検出手段により算出し、その第１ピークを検出する第１ピーク検出手段と、第１ピーク検出後、レンズ駆動部によりレンズを逆方向へ駆動するとともに異なるレンズ位置で画像を順次撮像し、そのコントラストをコントラスト検出手段により検出し、その第２ピークを検出する第２ピーク検出手段と、第１および第２ピークの位置からレンズ駆動におけるバックラッシ量を検出するバックラッシ検出手段とを備えることを特徴としている。

オートフォーカス装置は、レンズの順方向の駆動において第１ピークが検出される行過ぎ位置から、過去に検出されたバックラッシ量に基づいてレンズを合焦位置へと移動する。また第２ピーク検出手段における第２ピークの検出は、上記バックラッシ量よりも大きい所定量に亘りレンズを逆方向へ移動することで行われる。

上記バックラッシ量、または行過ぎ位置から前記合焦位置への駆動量が学習されることが好ましい。学習は、例えばレンズの型式、駆動方向、駆動速度、カメラ本体の姿勢の何れかを少なくと１つも含む条件の下で行われる。

本発明のデジタルカメラは、上記オートフォーカス装置を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、レンズ駆動部におけるバックラッシ量を個別に正確に把握することができる。

本発明の一実施形態であるオートフォーカス装置を適用したレンズ交換式デジタルカメラのブロック図である。 戻し駆動を含む合焦処理におけるモータ駆動量、レンズ位置の関係を示すグラフ、および順方向、逆方向移動時のコントラストの変化を示すグラフである。 検出されたバックラッシ量を用いて合焦処理を行うときのモータ駆動量、レンズ位置の関係を示すグラフである。 本実施形態のオートフォーカス処理のフローチャートである。 戻し駆動のフローチャートである。 本実施形態の学習の概念を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態であるオートフォーカス装置を適用したレンズ交換式デジタルカメラのブロック図である。

レンズ交換式デジタルカメラ１０では、カメラ本体１１にレンズ鏡筒１２が着脱自在に取り付けられる。カメラ本体１１に設けられた撮像素子１３には、レンズ鏡筒１２内の絞り１４、レンズ系１５を通して被写体像が投影される。カメラ本体１１において撮像素子１３の前には例えばメカニカルシャッタ１６が配置されてもよい。

レンズ系１５には、歯車などが組み合わされたレンズ駆動列１７が係合され、レンズ駆動列１７は、例えばカメラ本体１１内に設けられたモータ１８に連結される。すなわち、レンズ系１５の位置は、レンズ駆動列１７を介したモータ１８の駆動力によって移動される。なお、モータ１８の駆動は、例えばＤＳＰなどの信号処理装置１９によって制御される。

また、レンズ鏡筒１２内には、ＣＰＵ（図示せず）や不揮発メモリ２０が設けられ、コネクタを通してカメラ本体１１の信号処理装置１９に接続される。カメラ本体１１内において、信号処理装置１９には更にＬＣＤなどの表示装置２１、操作入力用のスイッチ類２２、撮影画像を保存するためのカードメモリなどの取り外し可能な外部メモリ２３、処理ワーク用の内部メモリ２４、不揮発メモリであるフラッシュメモリ２５、カメラ本体１１の姿勢（傾き）を検出する姿勢センサ２６などが接続されている。

次に図１および図２、図３を参照して本実施形態のコントラスト方式のオートフォーカス処理について説明する。本実施形態では図２を参照して説明される方法により、レンズ駆動時の駆動列１７、モータ１８を含む駆動部のバックラッシ量が検出され、バックラッシ量検出後は例えば図３の方法でレンズ系１５が移動される。なお、オートフォーカスは、例えばスイッチ類２２に含まれるレリーズボタンが半押しされることにより起動される。

図２（ａ）は、バックラッシを検出する際のモータ１８の駆動量（横軸）とレンズ位置（縦軸）の関係を示すグラフである。なお、図２の例において横軸の順方向はレンズの繰り込み方向に対応し、縦軸の順方向はピント無限方向に対応する。

オートフォーカス処理において、後述するバックラッシ検出処理が開始されると、例えばモータ１８は、所定のステップ（角度）で所定方向へ回転し（以下順方向への回転とする）、レンズ系１５を例えば最も繰り出された位置から繰り込み方向へ向けて移動する（実線Ｌ０）。このとき、各ステップにおいて画像が撮影され、そのコントラストが算出される。図２（ｂ）に、このときのコントラストの変化を例示する。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示されるように、コントラストは、合焦位置Ｐ０においてピーク（第１ピーク）ＰＫ１を示す。しかしピークＰＫ１の検出には、コントラストの低下を検出する必要があるため、ピークＰＫ１が検出されるときのレンズ位置は、位置Ｐ１にあり、合焦位置Ｐ０を通り過ぎている。そのため合焦させるには位置Ｐ０までレンズを戻す必要があり、これには行過ぎ量Ａ分レンズ位置を戻さなければならない。

しかし、バックラッシ量ＢＬの正確な値が不明のとき、行過ぎ量Ａに対応するモータ１８の駆動量（回転量）は不明である。そのため従来のオートフォーカスでは、デフォルトで、通常考えられるバックラッシ量と行過ぎ量の合計よりも大きい戻し量Ｂ（Ａ＋ＢＬ＋α、α：余裕分）を与え、行過ぎ位置Ｐ１から戻し量Ｂ分、モータ１８を逆方向に回転させてレンズ位置を位置Ｐ３まで戻し、Ｐ３から戻し量Ｂから行過ぎ量Ａを差し引いて得られる駆動量Ｃ（＝ＢＬ＋α）分、モータ１８を再度順方向に回転させてレンズを合焦位置Ｐ０へ移動している。なお戻し量Ｂは例えばレンズ鏡筒１２の不揮発メモリ２０やカメラ本体１１のフラッシュメモリ２５に記録されている。

本実施形態のバックラッシ検出処理では、モータ１８が逆向きに回転されるこの戻し駆動（破線Ｌ１）の過程において、以下の原理でバックラッシ量を検出する。

すなわち本実施形態では、戻し駆動（破線Ｌ１）の各ステップにおいて画像を撮影し、そのコントラストを算出するとともに、戻し駆動におけるコントラストのピーク位置を検出する。図２（ｃ）は、戻し処理におけるコントラストの変化を例示するもので、図２（ａ）、図２（ｃ）に示されるように、レンズが戻し量Ｂに亘って戻されるとき、レンズは戻り方向での合焦位置Ｐ２を通過し、このときにコントラストのピーク（第２ピーク）ＰＫ２が現れる。すなわち、バックラッシ検出処理では、モータ１８が順方向に回転されるときと逆方向の回転されるときのコントラストピークＰＫ１、ＰＫ２のモータ駆動量のずれ（角度）からバックラッシＢＬの大きさが検出される。

また、オートフォーカス処理では、レンズ位置が戻し量Ｂ戻されると、戻し量Ｂから行過ぎ量Ａを差し引いた駆動量Ｃ（＝ＢＬ＋α）分、再びモータ１８が順方向に回転され（繰り込み方向へ駆動）、合焦位置Ｐ０までレンズ位置が移動される（１点鎖線Ｌ２）。

検出されたバックラッシ量ＢＬは、レンズ鏡筒１２内の不揮発メモリ２０や、カメラ本体１１内のフラッシュメモリ（不揮発メモリ）２５に記録される。そして、バックラッシ量ＢＬが求められると、行過ぎ位置Ｐ１から合焦位置Ｐ０へレンズを移動するためのモータ１８の駆動量Ｄは、行過ぎ量Ａおよびバックラッシ量ＢＬの和から算出される。

次に図１、図４のフローチャートおよび図５を参照して、本実施形態におけるオートフォーカス処理の全体の流れについて説明する。なお本実施形態のオートフォーカス処理では、学習機能を備える。また本処理はカメラ本体１１の信号処理装置１９、内部メモリ２４を中心に実行される。

オートフォーカス処理が開始されると、ステップＳ１００においてサーチ駆動が実行される。サーチ駆動が最初に実行されるときには初期化処理が行われ、レンズ位置が最大繰り出し位置にまで移動され、画像撮影および画像のコントラストが計算される。なお、最大繰り出し位置など特定の位置までレンズを移動することなく現在のレンズ位置からサーチ駆動を開始する構成でもよい。そして、その後のサーチ駆動では、モータ１８が繰り込み方向へ１ステップ回転され、画像撮影と画像のコントラストの計算が行われる。この処理はステップＳ１０２においてコントラストのピークＰＫ１が検出されるまで（行過ぎ位置Ｐ１に達するまで）繰り返される。すなわち、初期化を終えたステップＳ１００では、１ステップ分モータ１８が駆動され、画像撮影後、画像の所定領域のコントラストが計算される。そしてステップＳ１０２では、コントラストの増減からコントラストのピークＰＫ１が検出されたか否かが判定され、ピークが検出されていなければ、ステップＳ１００に戻り同様の処理が繰り返される。

ステップＳ１０２においてコントラストのピークＰＫ１が検出されたと判定されると、ステップＳ１０４において、現在の状況に対応する学習データが存在するか否かが判定される。なお、現況を分類するパラメータとしては、例えば図６に示されるように、レンズ鏡筒１２のレンズ識別番号(型式)、モータ１８の駆動方向および駆動速度、カメラ本体１１の姿勢などが挙げられ、学習の対象となるデータは、駆動量Ｄ（またはバックラッシ量ＢＬ）である。現況に対応する学習データが存在すると判定される場合には、ステップＳ１１４において学習データが参照され、現況に対応する駆動量Ｄが例えばレンズ鏡筒１２の不揮発メモリ２０またはカメラ本体１１のフラッシュメモリ２５から読み出され、ステップＳ１１０が実行される。

一方、現況における学習データが存在しないと判定された場合には、ステップＳ１０６においてレンズ鏡筒１２の不揮発メモリ２０またはカメラ本体１１のフラッシュメモリ２５に保存されているデフォルトのバックラッシ量ＢＬが読み出され、ステップＳ１０８において戻し駆動が実行される。

図５にステップＳ１０８の戻し駆動のフローチャートを示す。ステップＳ１０８の戻し駆動では、ステップＳ２００においてモータ１８を逆方向（レンズ繰り出し方向）に１ステップ回転させ、ステップＳ２０２において画像の撮影が行われる。ステップＳ２０４では、撮影画像の所定領域のコントラストが計算され、例えば内部メモリ２４に随時保存される。ステップＳ２０６では、モータ１８の逆方向回転の駆動量が戻り量Ｂに達したか否かが判定され、達していなければステップＳ２００に戻り同様の処理が繰り返され、レンズ位置が破線Ｌ１に沿って移動される。一方、駆動量が戻り量Ｂに達していれば、処理はステップＳ２０８に移り、ピークＰＫ２が検出され、ピークＰＫ１、ＰＫ２に対応するモータ１８の回転角の差から、戻り方向へモータ１８が駆動されるときのバックラッシ量ＢＬが検出され、戻し駆動は終了する。

ステップＳ１０８の戻し駆動が終了するとステップＳ１１０においてピント駆動が実行され、駆動量Ｃに基づくレンズの合焦位置Ｐ０への移動が行われる。すなわち、ステップＳ１０４において現況に対応する学習データが存在しないと判定され、ステップＳ１０８の戻り駆動が実行された直後においては、レンズは図２の戻り位置Ｐ３にあるので、ステップＳ１０８で求められた駆動量Ｃに基づきモータ１８が順方向に回転され、レンズは合焦位置Ｐ０へ移動される。

一方、ステップＳ１０４において現況に対応する学習データが存在すると判定された場合には、レンズは図３の行過ぎ位置Ｐ１にあるので、ステップＳ１１４で読み出された駆動量Ｄに基づきモータ１８が逆転され、レンズが合焦位置Ｐ０へ移動される。また、ステップＳ１１２では、ピント駆動の結果、例えばカメラ本体の傾き、レンズの駆動方向、レンズの識別番号、ピント情報、レンズの駆動速度を総合して学習が行われ、その結果がレンズ鏡筒１２の不揮発メモリ２０および／またはカメラ本体１１のフラッシュメモリ２５に記録される。

例えば、本実施形態では、ステップＳ１１４で読み出された駆動量Ｄに基づきレンズを直接合焦位置Ｐ０へ移動する場合にも、移動先のレンズ位置で画像を取得し、そのコントラストをサーチ駆動において検出されたコントラストのピーク値と比較して、正しくピークが捕らえられているか、すなわち合焦状態にあるかを確認する。駆動量Ｄに基づく移動先でのコントラストの値とサーチ駆動時のピーク値との間の差が所定値以内になければ、適切に目標に届いていないと判断し、通常の行き過ぎの制御を行い戻り駆動によるピーク位置の探索を行う。また、例えばこの探索で得られるピーク位置におけるコントラストと、サーチ駆動時のピーク位置におけるコントラストの差が所定値以上であるか否かにより、合焦位置Ｐ０、Ｐ２の一致度を評価し、一致度が十分であれば、そのときのバックラッシ量を学習し、そうでなければ学習は行わない。なお、本実施形態において上記ピント情報とは、このコントラスト差を用いた合焦状態を評価する情報や合焦位置を評価する情報のことを言う。以上、ステップＳ１１２における学習が終了すると、本実施形態のオートフォーカス処理は終了する。

以上のように本実施形態によれば、製品ごとにバックラッシ量を検出し、その後は、検出されたバックラッシ量に基づき行過ぎ位置から合焦位置に直接レンズを高い精度で移動できるので、バックラッシ検出後は、従来のように行過ぎ位置から戻し位置までレンズを戻してから再び合焦位置へ移動する場合よりも合焦に掛かる時間および電力を節約でき、駆動系の負担も低減できる。

また、戻し量あるいはバックラッシ量は学習されているので、常に行過ぎ位置からの適性な戻し制御が可能であり、現況の分類に様々なパラメータを導入することで、きめ細かい状況に合せた適正な制御が可能である。

なお本実施形態では最大繰り出し位置から、最大繰り込み位置へ向けてレンズを移動する方向をモータの順方向として合焦位置を探索したが、最大繰り込み位置から最大繰り出し方向を順方向として合焦位置を探索してもよい。また、本実施形態ではレンズ駆動がカメラ本体に設けられたモータにより行われる場合を例に説明したが、モータはレンズ鏡筒側に設けられていてもよい。また、本バックラッシ検出処理および目標位置への直接的な移動方法は、例えば位相差方式の合焦機構など、バックラッシの存在する他の駆動機構にも適用することもできる。

１０ レンズ交換式カメラ
１１ カメラ本体
１２ レンズ鏡筒
１３ 撮像素子
１５ レンズ系
１７ レンズ駆動列
１８ モータ
１９ 信号処理装置（ＤＳＰ）
２０ 不揮発メモリ
２４ 内部メモリ
２５ フラッシュメモリ（不揮発メモリ）
２６ 姿勢センサ
Ｐ０ 合焦位置
Ｐ１ 行過ぎ位置
Ｐ２ 合焦位置（戻り方向）
Ｐ３ 戻し位置
ＰＫ１ 順方向移動時のコントラストピーク（第１ピーク）
ＰＫ２ 逆方向移動時のコントラストピーク（第２ピーク）

Claims (8)

1. レンズ位置を移動するレンズ駆動部と、
   前記レンズ駆動部により前記レンズを第１の方向へ駆動するとともに第１合焦位置を検出する第１合焦位置検出手段と、
   前記第１合焦位置検出後、前記レンズ駆動部により前記レンズを前記第１の方向と逆方向へ駆動するとともに第２合焦位置を検出する第２合焦位置検出手段と、
   前記第１および第２合焦位置からレンズ駆動におけるバックラッシ量を検出するバックラッシ検出手段と、
   前記バックラッシ量に係るデータを学習する学習手段とを備え、
   オートフォーカス処理において、現況に対応する学習データが存在しない場合に前記バックラッシ量の検出を行い前記バックラッシ量に係るデータを学習する
   ことを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 前記レンズを直前の駆動方向と逆方向へ駆動する場合、過去に検出された前記バックラッシ量に基づいて、前記レンズを合焦位置へと移動する量を補正することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
3. 前記レンズの第１の方向への駆動において前記レンズが合焦位置から行き過ぎた位置から前記合焦位置へ前記レンズを戻すための前記レンズ駆動部の駆動量が前記データとして学習され、前記オートフォーカス処理において、現況に対応する学習データが存在する場合、前記データに基づき前記レンズを前記合焦位置へ移動することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
4. 前記学習が、レンズの型式、駆動方向、駆動速度、カメラ本体の姿勢の何れかを少なくとも１つ含む条件の下で行われることを特徴とする請求項３に記載のオートフォーカス装置。
5. 前記レンズを通した被写体像を撮像する撮影素子と、前記撮像された画像のコントラストを算出するコントラスト算出手段とを備え、前記第１、第２合焦位置検出手段は、駆動される前記レンズの異なる位置において画像を順次撮像し、そのコントラストを前記コントラスト算出手段により算出して前記第１合焦位置検出手段におけるコントラストのピークの位置を前記第１合焦位置とし、前記第２合焦位置検出手段におけるコントラストのピークの位置を前記第２合焦位置とすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のオートフォーカス装置。
6. 前記第１、第２合焦位置検出手段が、位相差方式の合焦機構を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のオートフォーカス装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のオートフォーカス装置を備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
8. レンズの位置を移動する手順と、
   前記レンズの位置を移動する手順において前記レンズを第１の方向へ駆動するとともに第１合焦位置を検出する手順と、
   前記第１合焦位置検出後、前記レンズ駆動部により前記レンズを第１の方向と逆方向へ駆動するとともに第２合焦位置を検出する手順と、
   前記第１および第２合焦位置からレンズ駆動におけるバックラッシ量を検出する手順と、
   前記バックラッシ量を学習する学習手順とを備え、
   オートフォーカス処理において、現況に対応する学習データが存在しない場合に前記バックラッシ量の検出を行い前記バックラッシ量に係るデータを学習する
   ことを特徴とするオートフォーカス方法。
   
   

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