JP2006146031A - カメラ - Google Patents
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Abstract
【課題】 位相差方式の焦点検出を行うカメラにおいて、経時変化の影響を受けない高精度で速度の速い焦点検出を行うことができるカメラの提供。
【解決手段】 撮影レンズ2からの被写体光をメインミラー3で2つに分割し、分割された一方の光の一部をコントラストAF用の撮像素子8に入射させ、分割された他方の光の一部を位相差式AF用の焦点検出装置61に導きそれに設けられたAFセンサに入射させる。そして、撮像素子8から出力されるコントラスト方式用の撮像データと、焦点検出装置61から出力される位相差方式用の撮像データとを同期して取得し、それらのデータから得られた最大コントラスト評価値の変化とデフォーカス量とに基づいて位相差方式の焦点検出を補正する。その結果、対象被写体の不一致による誤補正の無い高精度な位相差方式焦点検出を行うことができる。
【選択図】 図4
【解決手段】 撮影レンズ2からの被写体光をメインミラー3で2つに分割し、分割された一方の光の一部をコントラストAF用の撮像素子8に入射させ、分割された他方の光の一部を位相差式AF用の焦点検出装置61に導きそれに設けられたAFセンサに入射させる。そして、撮像素子8から出力されるコントラスト方式用の撮像データと、焦点検出装置61から出力される位相差方式用の撮像データとを同期して取得し、それらのデータから得られた最大コントラスト評価値の変化とデフォーカス量とに基づいて位相差方式の焦点検出を補正する。その結果、対象被写体の不一致による誤補正の無い高精度な位相差方式焦点検出を行うことができる。
【選択図】 図4
Description
本発明は、位相差方式およびコントラスト方式で焦点検出を行うカメラに関する。
従来、位相差方式焦点検出センサのような測距センサと、コントラスト方式の焦点検出センサとの両方を備えたハイブリッドAF方式のカメラが提案されている(例えば、特許文献1参照)。位相差方式の焦点検出は検出速度が速く、一方、コントラスト方式の焦点検出は検出精度が高いという特徴を有している。そのため、ハイブリッドAF方式とすることによって、検出速度が速くかつ精度の高いカメラを実現することができる。
さらに、測距センサの経時変化を、コントラスト方式の焦点合わせの結果を用いて補正する案が知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上述した特許文献2の経時変化を補正する方法では、補正に用いるコントラスト方式の画像取得タイミングが位相差方式の画像取得タイミングと異なるため、補正が正確に行われないおそれがあった。また、そのような状況を排除しようとすると、被写体に対する制約が厳しくなり補正のチャンスが得られにくいという欠点があった。
請求項1の発明によるカメラは、撮影レンズを通過した被写体光を第1の光および第2の光に分割する光分割手段と、第1の光による被写体像を検出する第1の撮像素子と、第1の撮像素子の出力信号に基づいてコントラスト評価値を算出するコントラスト評価値演算手段と、コントラスト評価値に基づくコントラスト方式の焦点調節を行う第1の制御手段と、第2の光による被写体像を検出する第2の撮像素子と、第2の撮像素子の出力信号に基づいて位相差方式により焦点検出値を算出する焦点検出値演算手段と、コントラスト評価値に基づく焦点調節時に第1の撮像素子の検出と同期して第2の撮像素子による同期検出を行い、同期検出時の第2の撮像素子の出力信号に基づく焦点検出値演算手段の算出結果に基づいて、焦点検出値を補正するための補正データを算出する補正データ算出手段と、補正データを記憶するメモリと、メモリに記憶された補正データにより焦点検出値を補正し、その補正された焦点検出値に基づいて焦点調節を行う第2の制御手段とを備えたものである。
請求項2は、請求項1に記載のカメラにおいて、同期検出は撮影指示により行われ、撮影指示毎に補正データ算出手段による補正データの算出を行うものである。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載のカメラにおいて、第1の撮像素子に画像記録用撮像手段の撮像素子を用いたものである。
請求項4の発明は、請求項1または2に記載のカメラにおいて、第1の撮像素子および前記第2の撮像素子は、各々の受光部を画像記録用撮像手段の撮像面と光学的に共役な面へ投影させたときの受光部投影像における画素ピッチが互いに異なるものであって、受光部投影像における画素ピッチが小さい方の撮像素子から同期検出時に出力される出力信号により算出されるコントラスト評価値に基づいて、前記メモリに記憶された補正データの書き換えを行うか否かの判断をする判断手段を備えたものである。
請求項5の発明は、請求項4に記載のカメラにおいて、受光部投影像における画素ピッチが小さい方の撮像素子から同期検出時に出力される出力信号の高周波成分を抽出して、高周波成分のコントラスト評価値を算出する高周波コントラスト演算手段を備え、判断手段は、高周波コントラスト演算手段で算出されたコントラスト評価値が所定基準値よりも大きい場合に、メモリに記憶された補正データを書き換えないと判断する。
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載のカメラにおいて、第1の光が導かれ、被写体像を観察する観察光学系を備え、観察光学系の少なくとも一部を介して導かれた第1の光の一部を第1の撮像素子によって検出するものである。
請求項7の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載のカメラにおいて、第1の撮像素子で得られた被写体像を表示する表示手段を備えるものである。
請求項2は、請求項1に記載のカメラにおいて、同期検出は撮影指示により行われ、撮影指示毎に補正データ算出手段による補正データの算出を行うものである。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載のカメラにおいて、第1の撮像素子に画像記録用撮像手段の撮像素子を用いたものである。
請求項4の発明は、請求項1または2に記載のカメラにおいて、第1の撮像素子および前記第2の撮像素子は、各々の受光部を画像記録用撮像手段の撮像面と光学的に共役な面へ投影させたときの受光部投影像における画素ピッチが互いに異なるものであって、受光部投影像における画素ピッチが小さい方の撮像素子から同期検出時に出力される出力信号により算出されるコントラスト評価値に基づいて、前記メモリに記憶された補正データの書き換えを行うか否かの判断をする判断手段を備えたものである。
請求項5の発明は、請求項4に記載のカメラにおいて、受光部投影像における画素ピッチが小さい方の撮像素子から同期検出時に出力される出力信号の高周波成分を抽出して、高周波成分のコントラスト評価値を算出する高周波コントラスト演算手段を備え、判断手段は、高周波コントラスト演算手段で算出されたコントラスト評価値が所定基準値よりも大きい場合に、メモリに記憶された補正データを書き換えないと判断する。
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載のカメラにおいて、第1の光が導かれ、被写体像を観察する観察光学系を備え、観察光学系の少なくとも一部を介して導かれた第1の光の一部を第1の撮像素子によって検出するものである。
請求項7の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載のカメラにおいて、第1の撮像素子で得られた被写体像を表示する表示手段を備えるものである。
本発明によれば、コントラスト評価値に基づく焦点調節時に第1の撮像素子の検出と同期して第2の撮像素子による同期検出を行い、同期検出時の第2の撮像素子の出力信号に基づく補正データで位相差方式による焦点検出値を補正するようにしたので、高精度な位相差方式焦点検出を行うことができる。
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明によるカメラの一実施の形態を示す図であり、一眼レフレックス方式デジタルスチルカメラ1の焦点検出関係の概略構成を示す図である。被写体光束を撮像素子5の撮像面上に結像する撮影レンズ2は、焦点位置の調節を行うフォーカスレンズ(不図示)を備えている。
撮影レンズ2および絞り11を通過した被写体光束は、メインミラー3によってファインダスクリーン4方向に反射される。ファインダスクリーン4は被写体像が結像される撮影用撮像素子5と光学的に共役な位置に配設されており、ファインダスクリーン4上には被写体像が結像される。カメラがレリーズ操作されるとメインミラー3が上方に跳ね上げられ、撮影レンズ2を通過した光束は開状態のシャッタ10を介して撮像素子5上に結像する。なお、撮像素子5には、CCD撮像素子、MOS型撮像素子、CIDなどが用いられる。
ファインダスクリーン4を透過した光束Lはペンタプリズム6のダハ面6aで反射されて、ペンタプリズム6の面6bに到達する。本実施の形態では、ペンタプリズム6の面6bには反射型回折格子であるホログラム7が貼り付けられており、そのホログラム7の背面側には銀蒸着した反射板12が密着して設けられている。図1では、判りやすいようにホログラム7および反射板12を面6bから離して図示したが、実際には面6bに密着して設けられている。反射板12は、被写体光束をファインダ接眼レンズ9へと反射する第3反射面を構成している。
ところで、従来のペンタプリズムでは第3反射面を構成する面6bは銀蒸着され、面6bに入射した光束はファインダ接眼レンズ9へと反射される。一方、本実施の形態のペンタプリズム6では面6bに到達した光束Lは、面6bを通過してホログラム7に入射する。ホログラム7は、所定波長の光L1が所定方向に導かれるように回折し、かつ、光束L1を結像する結像作用を有している。撮像素子8は、ホログラム7により結像される被写体像の結像位置に配設されている。すなわち、光束Lの一部(所定波長の光)L1はホログラム7の回折作用によって撮像素子8方向に導かれ、その撮像面に被写体像を結像する。また、所定波長以外の波長を有する光L2はホログラム7を透過し、第3反射面である反射板12によりファインダ接眼レンズ9方向へと反射される。
撮像素子8には、エリア型のCCD撮像素子やCMOS素子などが用いられる。撮像素子8の受光面(撮像面)はファインダスクリーン4のスクリーン面と光学的に共役になっており、結像倍率は異なるが、撮像素子5に結像される被写体像と共役な被写体像が撮像面に投影される。なお、図1では図示を省略したが、ファインダー光学系には、ファインダスクリーン4の散乱光をペンタプリズム6を介して受光するAE用測光素子15(図5参照)も設けられている。
メインミラー3の中央部はハーフミラーで構成されており、そのハーフミラー部分の裏面側にはサブミラー60が設けられている。サブミラー60は、メインミラー3のハーフミラー部分を透過した光束を反射してカメラ底部に設けられた焦点検出装置61に導く。焦点検出装置61の詳細は後述するが、この焦点検出装置61の検出データを利用して位相差方式による焦点検出が行われる。後述するように、本実施の形態のカメラでは、焦点検出装置61の検出データによる位相差方式焦点検出とともに、上述した撮像素子8の撮像データによるコントラスト方式焦点検出の両方を利用してAF動作を行うようにしている。
図2は焦点検出装置61の構成を示す斜視図である。焦点検出装置61は、視野マスク62、フィールドレンズ63、セパレータレンズ64、およびAFセンサ65を備えている。このカメラ1の場合には、被写界中央に一つのAFエリアを有しており、AFセンサ65はこのAFエリアに対応して一対のラインセンサ65a,65bを備えている。
視野マスク62の中央には、AFエリアに対応した視野絞りとして矩形状開口62aが形成されている。開口62aを通過した光束は、水平方向に並べて配設されたセパレータレンズ64aおよび64bによって2つに分割され、一対のラインセンサ65a,65b上にそれぞれ結像される。図3は、ラインセンサ65a,65bによる出力信号の一例を示す図であり、横軸はラインセンサの画素番号(すなわち、画素の位置)で、縦軸は出力信号レベルである。各ラインセンサ65a,65b上に結像された一対の被写体像は、撮影レンズ2が一次結像面よりも前(被写体側)に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる前ピン状態では互いに近づき、逆に一次結像面よりも後に被写体の鮮鋭像を結ぶいわゆる後ピン状態では互いに遠ざかる。
そして、ラインセンサ65a,65b上に結像された被写体像が所定の間隔となったときに、被写体の鮮鋭像が一次結像面に位置する。この被写体像の間隔を求めることでデフォーカス量を求める。すなわち、この被写体像をラインセンサ65a,65bで光電変換して電気信号に換え、これらの信号を演算処理して一対の被写体像の相対距離を求めることにより、撮影レンズ2により鮮鋭な像が形成される位置が一次結像面に対してどの方向にどれだけ離れているかを求める。このときのデフォーカス量が撮影レンズ2の焦点調節状態を表す指標として用いられる。
ところで、経時変化等により、例えばセパレータレンズ64a,64bに位置ズレなどの変化が生じると、上述した演算によるデフォーカス量と実際のデフォーカス量とが異なってしまう場合があった。後述するように、本実施の形態では、上述した撮像素子8の撮像データを利用して上記演算によるデフォーカス量を補正することにより、正確なデフォーカス量を求めるようにしている。なお、上述した一次結像面は、撮影用の撮像素子5と光学的に等価な位置に一致するように構成されている。
図4は、図1に示したカメラ1の制御系を説明するブロック図である。信号処理回路21は、撮影用撮像素子5から読み出されたアナログ画像信号に対してゲイン調整や雑音除去などの処理を行った後にA/D変換を行い、さらにホワイトバランス調整、輪郭補償、ガンマ補正などの処理を行う。圧縮伸長回路22は、画像データを所定の圧縮形式(例えば、JPEG方式)により原画像の圧縮と圧縮画像の伸長を行う。
バッファーメモリ23は、撮像後の原画像データおよび圧縮後の画像データを一時的に記憶するメモリであり、SRAM、VRAM、SDRAMなどを用いることができる。メモリカード24は画像を記録するための着脱可能な記録媒体であり、フラッシュメモリなどを用いることができる。シャッタ駆動装置25はアクチュエータによりシャッタ10の開閉を行い、絞り駆動装置26はアクチュエータにより絞り11の開閉を行う。また、レンズ駆動装置27はアクチュエータにより撮影レンズ2のフォーカスレンズを駆動する。
信号処理回路31はコントラストAF用の撮像素子8に関する信号処理回路であって、撮像素子8から読み出されたアナログ画像信号に対してゲイン調整や雑音除去などの処理を行った後にA/D変換を行う。処理後の信号はコントローラ28に入力され、一旦バッファーメモリ23に格納される。
コントローラ28は、マイクロコンピュータとROM、RAM、A/Dコンバータなどの周辺部品を備え、焦点調節制御、露出制御、閃光発光制御、撮像制御などを行う。コントローラ28は、撮像素子8の出力信号に関するバンドパスフィルタ32、積算回路33およびAF制御回路34を備えている。また、コントローラ28には、シャッタボタン(不図示)の半押し時にオンする半押しスイッチ29と、シャッタボタンの全押し時にオンするレリーズスイッチ30などが接続されている。
信号処理回路31からバッファーメモリ23に記憶された画像データのうち、焦点検出用のデータすなわちAFエリア内のデータがバッファーメモリ23から読み出され、バンドパスフィルタ32に入力される。バンドパスフィルタ32では、焦点検出用の画像データが有する空間周波数から所定の高周波成分が抽出される。積算回路33では、抽出された高周波成分の絶対値に関して積算が行われる。この積算値は、焦点調節の際のコントラスト評価値として使用される。
図5は、撮影レンズ2に設けられたフォーカスレンズ(不図示)の位置とコントラスト評価値との関係を示す図である。図5において、横軸はフォーカスレンズの位置を表し、縦軸はコントラスト評価値を表している。コントラスト評価値が最大となるレンズ位置Pは、フォーカスレンズの合焦位置に対応している。図4に示すAF制御回路34は、積算回路32で算出されたコントラスト評価値が最大となるように、すなわち、撮像素子8により撮像された被写体像のエッジのボケをなくしてコントラストが最大となるように、レンズ駆動装置27を制御してフォーカスレンズを光軸方向に移動させる。
このようなAF制御は、一般的に「コントラスト方式」によるAF動作と呼ばれている。コントラスト方式による合焦動作では、撮影データを取り込んでコントラスト評価値を算出し、その算出値を直前の算出値と比較しながらコントラスト評価値が最大となるレンズ位置を検出するため、合焦速度が遅いという欠点を有している。その一方で、より高精度な合焦を行わせることができるという利点を有している。
なお、上述したようにバンドパスフィルタ32を通した後に積算をして評価値としたが、窓関数フーリエ変換や、ウェーブレット変換などで局所的な周波数成分を算出して評価値としても良い。
図4のAF制御回路34は、フォーカスレンズを図5の至近方向に駆動する間にコントラスト評価値が増加から減少に転じたならば、フォーカスレンズを∞(無限遠)方向に駆動する。逆に、フォーカスレンズを∞方向に駆動する間にコントラスト評価値が増加から減少に転じたならば、フォーカスレンズを至近方向に駆動する。このような制御を行うことによって、図5に示すようなコントラスト評価値が最大となるレンズ位置Pを検出する。
コントラスト評価値が最大となるレンズ位置を検出する動作において、例えば、はじめから充分に細かい駆動距離間隔で撮像データを取り込んでおけば、コントラスト評価値が最大となるレンズ位置を一度通り過ぎたならば、最大となるレンズ位置にフォーカスレンズを戻して停止するだけで良い。また、無限遠方向および至近方向へと駆動方向を折り返す動作を繰り返すような場合には、駆動方向を折り返す度に撮像データを取り込む駆動距離間隔をより細かくし、所定の間隔で駆動した際にコントラスト値が最大となるレンズ位置にフォーカスレンズを戻して停止する方法もある。さらに、撮像データを断続的に取り込みながらフォーカスレンズを駆動する動作を所定駆動範囲だけ行った後に、その間に得られた出力データに基づくコントラスト評価値から最大となる位置を割り出して、その位置へフォーカスレンズを戻す方法もある。
コントローラ28には、コントラスト方式によるAF制御を行うAF制御回路34とは別に、焦点検出装置61の検出データに基づいて上述した位相差方式によるAF制御を行うAF制御回路66が設けられている。半押しスイッチ29がオンされると、コントローラ28は後述するようなAF動作を行わせる。なお、メモリ71,補正値メモリ72およびコントローラ28に設けられた補正値書き換え回路35,コントラスト判定回路36はAF動作の際の補正に関係する構成要素であり、後述する補正動作において説明する。
[カメラのAF動作に関する説明]
本実施の形態のカメラでは、上述したように方式の異なる2つのAF制御回路34,66を備えており、これらを併用して合焦動作を行わせることができる。その場合、最初に、位相差方式による合焦動作を焦点検出装置61の検出結果に基づいて行わせ、次いで、コントラスト方式による高精度な合焦動作を行わせる。
本実施の形態のカメラでは、上述したように方式の異なる2つのAF制御回路34,66を備えており、これらを併用して合焦動作を行わせることができる。その場合、最初に、位相差方式による合焦動作を焦点検出装置61の検出結果に基づいて行わせ、次いで、コントラスト方式による高精度な合焦動作を行わせる。
また、併用だけでなく、状況に応じて位相差方式またはコントラスト方式だけでAF動作を行うようにしても良い。例えば、被写体が低輝度の場合には、位相差方式およびコントラスト方式のいずれを用いても焦点検出を行うことができない。そのような場合には、従来の銀塩式一眼レフカメラのように補助光を照射して位相差方式により合焦動作を行わせる。また、動体撮影のように被写体の距離が変化しているときには、焦点検出に時間をかかるコントラスト方式では正確な焦点合わせができないので、このような場合にも位相差方式のみで合焦動作をさせるようにする。
さらに、焦点検出方式を選択を行うための指示手段である入力操作部をカメラに設けて、焦点検出方法をユーザが選択できるようにしても良い。すなわち、位相差方式とコントラスト方式との併用、位相差方式のみ、コントラスト方式のみをユーザが選択できるようにしても良い。例えば、素早い焦点検出を行いたい場合には位相差方式を選択すればよい。
[位相差式焦点検出における補正の説明]
ところで、位相差方式による合焦位置は、コントラスト評価値がピークとなるレンズ位置Pと一致することが望まれる。しかし、実際には焦点検出装置61の組み付け誤差や組み付け後の経時変化等により、演算によるデフォーカス量と実際のデフォーカス量との間に乖離が生じて、レンズ位置はピーク位置P(図5参照)からずれた位置となってしまう。そこで、本実施の形態では以下に述べるような方法で、焦点検出装置61の検出データによるデフォーカス量を補正して、コントラスト方式による合焦動作開始位置Aが常にピーク位置Pの近傍となるようにした。
ところで、位相差方式による合焦位置は、コントラスト評価値がピークとなるレンズ位置Pと一致することが望まれる。しかし、実際には焦点検出装置61の組み付け誤差や組み付け後の経時変化等により、演算によるデフォーカス量と実際のデフォーカス量との間に乖離が生じて、レンズ位置はピーク位置P(図5参照)からずれた位置となってしまう。そこで、本実施の形態では以下に述べるような方法で、焦点検出装置61の検出データによるデフォーカス量を補正して、コントラスト方式による合焦動作開始位置Aが常にピーク位置Pの近傍となるようにした。
上述したように、コントラスト方式による合焦動作においては、レンズ位置Aを中心とした所定範囲Hのコントラスト評価値をまず一通り算出してからピーク位置Pを検出する方法(図7(a)参照)や、フォーカスレンズを所定量だけ移動する毎にコントラスト評価値を算出し、レンズ位置Aからコントラスト評価値が増加する方向にフォーカスレンズを移動させる動作を繰り返し行って、ピーク位置Pを検出する方法がある(図7(b)参照)。
いずれの方法においても、フォーカスレンズを所定量移動させる毎に撮像素子8から撮像データを出力させ、各撮像データに対してコントラスト評価値を算出するようにしている。本実施の形態では、コントラスト方式による合焦動作時に、図4の撮像素子8から信号処理装置31に撮像データを出力するタイミングと同期して、焦点検出装置61のAFセンサ65(図2参照)から出力される検出データを取得し、その得られた検出データをメモリ71に記憶する。
ここで、同期するとは、CCDで構成される撮像素子8およびAFセンサ65の場合、CCDの電荷蓄積の開始時刻および終了時刻を同じにすることを意味する。なお、同期は必ずしも正確に一致させる必要はなく、また、蓄積開始から終了までの時間が互いに異なっていても実際上問題はない。
このようにして同期して出力される撮像データと検出データとが取得されると、各撮像データ毎にコントラスト評価値が算出されて最大コントラスト評価値が得られる。AF制御回路66では、最大コントラスト評価値を与える撮像データと同期して出力された検出データをメモリ71から読み込み、位相差方式の焦点検出演算を行うことにより、最大コントラスト評価値が得られた時のデフォーカス量が算出される。
例えば、図6(b)に示した方法で合焦動作を行わせた場合、図7(a)に示すように、コントラスト方式による合焦動作時の各レンズ位置におけるコントラスト評価値C1〜Cpが得られる。図7(b)は、撮像データの出力と同期して出力された検出データにより算出されるデフォーカス量を示したものであり、デフォーカス量D1〜Dpは、各コントラスト評価値C1〜Cpと同一レンズ位置におけるデフォーカス量を表している。
レンズ位置Aは位相差方式の合焦動作によるレンズ駆動位置(合焦と判定された位置)であり、レンズ位置Aにおけるデフォーカス量DaはDa=0となっている。合焦動作におけるフォーカスレンズ駆動が順に行われると、C1、C2、Cp、C3の順にコントラスト評価値が取得され、最終的にはコントラスト評価値が最大であるレンズ位置Pにフォーカスレンズが駆動される。AF制御回路66は、最大コントラスト評価値Cpを与える撮像データと同期して出力された検出データに基づいて、レンズ位置Pにおけるデフォーカス量Dpを算出する。
図7(a),(b)に示す例では、焦点検出装置61に経時変化等があるため、フォーカスレンズがレンズ位置Pにあるとき、本来はDp=0であるべきデフォーカス量がDp≠0となっている。図8の曲線Lは本来のレンズ位置とデフォーカス量Dとの関係の一例示したものであり、曲線L’は経時変化等があった場合のレンズ位置とデフォーカス量Dとの関係を示している。図8に示す例では、曲線L’は曲線Lを図示右方向にずらしたものである。
本実施の形態における補正(後述する)を行う前の初期設定においては、図8の曲線Lに基づいてデフォーカス量が算出される。そのため、図8に示すようにフォーカスレンズがレンズ位置Bの時にデフォーカス量を算出すると、本来DbであるべきものがDb’と算出されることになる。このようなデフォーカス量Db’が得られた場合、フォーカスレンズを合焦位置に移動するためのレンズ駆動量はレンズ位置Bからレンズ位置Aまでの距離F(Db’)と判定される。その結果、フォーカスレンズは、最大コントラスト評価値Cpが得られるレンズ位置Pではなくレンズ位置Aに駆動されてしまうことになる。
レンズ駆動量F(Db’)は、レンズ位置Bから最大コントラスト評価値Cpが得られるレンズ位置Pまでのレンズ駆動量F(Db)よりも大きく、次式(1)の関係が成り立つ。本実施の形態では、Dp’を補正データとして用いる。
F(Db)=F(Db’)−F(Dp’)
≒F(Db’−Dp’) …(1)
F(Db)=F(Db’)−F(Dp’)
≒F(Db’−Dp’) …(1)
AF制御回路66で算出された補正データDp’は、いったん補正値書き換え回路35に入力される。補正値書き換え回路35は、コントラスト判定回路36の判定結果に従って、補正値メモリ72内に記憶されている補正データを、算出された補正データDp’によって書き換える。すなわち、補正値メモリ72は補正データDp’を記憶するメモリであって、補正値書き換え回路35によって次々と新しい補正データDp’に書き換えられる。
なお、補正データを書き換える場合、時間的に接近した過去数回の補正データを記憶しておいてそれらとの平均値を取るなど、直近の複数回の補正データに基づく補正データで書き換えるようにするのが好ましい。これによって、撮像データや検出データのばらつきの影響を緩和することができる。
位相差方式で合焦動作を行う場合には、焦点検出装置61からの検出データに基づいてデフォーカス量D’を算出し、そのときのレンズ駆動量F(D’)を算出する。このレンズ駆動量F(D’)には焦点検出装置61の経時変化等による誤差が含まれているので、補正値メモリ72に記憶されている補正データDp’を用いて式(1)と同様に補正する。すなわち、補正後のレンズ駆動量F(D)は、F(D)=F(Db’−Dp’)≒F(D’)−F(Dp’)で与えられる。そして、補正されたレンズ駆動量F(Db)を用いて合焦動作を行わせる。その結果、フォーカスレンズは、コントラスト評価値Cが最大値Cpとなるレンズ位置Pに移動されることになる。
なお、上述した例では、補正データを求める際に、撮像素子8から撮像データが出力される毎に、それに同期して焦点検出装置61から出力される検出データを取得してメモリ71に記憶したが、撮像データが所定回数出力される毎に検出データを取得して記憶するようにしても良い。この場合、最大コントラスト評価値Cpを与える撮像データの取得時刻に最も近い取得時刻の検出データEをメモリ71から読み出して、その検出データEに基づくデフォーカス量De’を算出し、そのデフォーカス量De’に対応するレンズ駆動量F(De’)を算出する(図9参照)。
最大コントラスト評価値Cpを与える撮像データの出力時から検出データEが出力されるまでのレンズ駆動量F’は既知であるから、F’に相当するデフォーカス量Dsが算出され、この場合の補正データは「Ds+De’」となり、この値が補正値メモリ72に書き込まれる。位相差方式による合焦動作の際にデフォーカス量D’が得られた場合には、補正後のレンズ駆動量F(D)は次式(2)で算出される。この場合には、同期して取得される検出データが少なく、メモリの71に大きな容量を必要としない。
F(D)=F(D’−Ds−De’)
≒F(D’)−F’−F(De’) …(2)
F(D)=F(D’−Ds−De’)
≒F(D’)−F’−F(De’) …(2)
なお、上述した補正データの算出は、撮影動作毎に行っても良いし、撮影動作が所定回数行われる毎に行っても良いし、所定時間間隔で行うようにしても良い。
[書き換え判定動作の説明]
次に、コントラスト判定回路36による補正データの書き換え判定動作について説明する。ここで行う書き換え判定動作では、補正値書き換え回路35で書き換えを行う際の新しい方の補正データに信頼性があるか否かを判定する。
次に、コントラスト判定回路36による補正データの書き換え判定動作について説明する。ここで行う書き換え判定動作では、補正値書き換え回路35で書き換えを行う際の新しい方の補正データに信頼性があるか否かを判定する。
ところで、コントラスト方式用の撮像素子8は、微細なパターンに対しても焦点検出ができるように光学的に画素が細かいことが望ましい。一方、位相差方式用の撮像素子であるAFセンサ65の場合には、焦点検出のスピードを得るために、画素をある程度大きくして蓄積時間の短縮が図られる。そのため、撮像素子8の受光部およびAFセンサ56の受光部を撮影用撮像素子5の撮像面と光学的に共役な面へ投影して比較した場合、投影像の画素ピッチは一般的にコントラスト方式用撮像素子8の方が画素が細かく設定される。
そのため、撮像素子8の撮像データの高周波成分のコントラスト評価値がかなり大きい場合には、AFセンサ65で捉えられない微細パターンが存在していることを示している。すなわち、細かい方の撮像素子出力の高周波成分のコントラスト評価値が大きすぎる場合には、他方の撮像素子ではその高周波情報を把握できないので、両者の焦点検出結果に不一致が生じる。その場合には検出結果に信頼性がないと判断し、補正値メモリ72の補正データの書き換えを行わない。
なお、画素ピッチを比較する場合には、撮像素子8およびAFセンサ65の実際の画素ピッチを比較するのではなくて、撮影用撮像素子5の撮像面と光学的に共役な面上での見かけ上の画素ピッチを比較する。図1に示すように、コントラスト方式用の撮像素子8とファインダースクリーン4とは、その間の光路上にあるホログラム7等を介して光学的に共役な位置関係にある。そのため、撮影用撮像素子5の撮像面と光学的に共役な関係にあるファインダースクリーン4に撮像素子8の受光面を逆投影すると、ファインダースクリーン4上に像が結ばれる。すなわち、ファインダースクリーン4上の投影像が、撮影用撮像素子5の撮像面と光学的に共役な面への投影像となる。
一方、位相差方式用の撮像素子であるAFセンサ65の受光面は、図2に示すようにフィールドレンズ63やセパレータレンズ64を介して一次結像面に共役である。したがって、これらの光学要素を介して、一次結像面上にAFセンサ65の受光面の逆投影像が結像されることになる。この一次結像面はサブミラー60を介して撮像素子5の撮像面と光学的に共役であるので、一次結像面上への逆投影像が、撮像素子5の撮像面と光学的に共役な面への投影像に対応している。
判定を行う際には、最大コントラスト評価値Cpを与える撮像データを図1のバッファメモリ33から読み込み、バンドパスフィルタ32によって高周波成分を抽出する。ただし、この場合の高周波成分は、コントラストAF用のコントラスト評価値を算出する際の高周波成分よりもさらに高い高周波側を抽出する。この抽出の基準となる周波数は、撮影用撮像素子5の撮像面と光学的に共役な面に投影されるAFセンサ65および撮像素子8の各画素ピッチを勘案し、AFセンサ65で検出不可能と思われる高周波成分の下限周波数とする。そして、コントラスト判定回路37では、抽出された高周波成分のコントラスト評価値を所定の基準値と比較し、基準値よりも大きい場合には信頼性なしと判断し、その判断結果を補正値書き換え回路35に出力する。
なお、ここでは見かけのピッチが細かい方の撮像素子8の撮像データに含まれる高周波成分だけで信頼性判断を行ったが、ピッチの粗い方の撮像素子であるAFセンサ65の出力によるコントラスト評価値を参照して、相対比較により判定を行っても良い。図10は、そのような場合のブロック図を示したものであり、メモリ71に記憶されている検出データをバンドパスフィルタ73および積算回路74により処理してコントラスト評価値を算出する。その算出結果はコントラスト比較判定回路37に入力される。コントラスト比較判定回路37では、撮像素子8の撮像データによるコントラスト評価値と積算回路74から出力されたコントラスト評価値との比を算出する。そして、その比が所定値以上であった場合には、上述した判定の場合と同様に信頼性なしと判定判断し、補正値メモリ72の補正データの書き換えを行わない。
上述した例では、一般的にコントラスト方式用の撮像素子8の方が位相差方式用のAFセンサ65よりも見かけ上の画素ピッチが細かいので、そのような場合について説明したが、逆の関係であっても本発明は適用することができる。その場合にも、より見かけの画素ピッチが細かい方の撮像素子の出力の高周波成分を評価することにより、補正すべきか否かの判定をすることができる。
以上では、画素ピッチが細かい撮像素子8の高周波成分が基準値より大きいか否かで、信頼性の判断をしたが、信頼性判断の基準はこれに限らない。例えば、温度やカメラ姿勢が大きく変化した場合やブレが生じた場合、さらには、動体のように被写体が変化している場合などがあり、これらを信頼性判定に用いても良い。
なお、図1に示したカメラでは、被写体光をメインミラー3で反射して、ファインダ接眼レンズ9を介して被写体像を観察するようにしたが、図11に示すように撮像素子8で撮像した被写体像をLCD等の表示装置100に表示して、その被写体画像を観察するようにしても良い。図11に示すカメラでは、ファインダスクリーン4(図1参照)が配設される位置に撮像素子8が配設され、撮影レンズ2により撮像素子8の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子8から出力された撮像データは処理回路101により画像処理され、表示装置100に被写体画像が表示される。
また、メインミラー3の反射光を撮像素子8に導き、撮像素子8の出力値によりコントラスト評価値を算出したが、例えば、被写体光の一部をハーフミラーや回折格子等を用いて位相差用の焦点検出装置61に導き、残りの被写体光を撮影用撮像素子5に導くような構成とし、撮影用撮像素子5の出力を用いてコントラスト評価値を算出するようにしても良い。
以上説明したように、本実施の形態のカメラでは以下のような作用効果を奏することができる。
(a)コントラスト方式用の撮像データと位相差方式用の検出データとを同期して出力し、それらのデータから最大コントラスト評価値が得られるフォーカスレンズ位置におけるデフォーカス量を求めて、そのデフォーカス量から得られる補正データに基づいて位相差方式合焦動作時のレンズ駆動量を補正する方にしたので、従来のような対象被写体の不一致による誤補正を避けることができ、位相差方式による焦点調節を高精度に行うことができる。
(b)見かけ上の画素ピッチが細かい方の撮像素子の高周波成分のコントラスト評価値が基準値よりも大きい場合には、補正データに信頼性が無いとして補正に用いないようにしているので、画素ピッチが粗い方の撮像素子で捉えられない微細パターンが被写体中に存在することによる誤補正を防止することができる。
(a)コントラスト方式用の撮像データと位相差方式用の検出データとを同期して出力し、それらのデータから最大コントラスト評価値が得られるフォーカスレンズ位置におけるデフォーカス量を求めて、そのデフォーカス量から得られる補正データに基づいて位相差方式合焦動作時のレンズ駆動量を補正する方にしたので、従来のような対象被写体の不一致による誤補正を避けることができ、位相差方式による焦点調節を高精度に行うことができる。
(b)見かけ上の画素ピッチが細かい方の撮像素子の高周波成分のコントラスト評価値が基準値よりも大きい場合には、補正データに信頼性が無いとして補正に用いないようにしているので、画素ピッチが粗い方の撮像素子で捉えられない微細パターンが被写体中に存在することによる誤補正を防止することができる。
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、メインミラー3は光分割手段を、撮像素子8は第1の撮像素子を、AF制御回路34は第1の制御手段を、AFセンサ65は第2の撮像素子を、撮像素子5は画像記録用撮像手段の撮像素子を、積算回路33はコントラスト評価値演算手段および高周波コントラスト演算手段を、AF制御回路66は焦点検出値演算手段,補正データ算出手段および第2の制御手段を、補正値メモリ72はメモリを、コントラスト判定回路36およびコントラスト比較判定回路37は判断手段を、表示装置100は表示手段を、ファインダスクリーン4,ペンタプリズム6,ホログラム7,反射板12およびファインダ接眼レンズ9は観察光学系をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
1 カメラ
2 撮影レンズ
3 メインミラー
4 ファインダスクリーン
5,8 撮像素子
6 ペンタプリズム
7 ホログラム
9 ファインダ接眼レンズ
27 レンズ駆動装置
28 コントローラ
32,73 バンドパスフィルタ
33,74 積算回路
34,66 AF制御回路
35 補正値書き換え回路
36 コントラスト判定回路
37 コントラスト比較判定回路
60 サブミラー
61 焦点検出装置
65 AFセンサ
100 表示装置
2 撮影レンズ
3 メインミラー
4 ファインダスクリーン
5,8 撮像素子
6 ペンタプリズム
7 ホログラム
9 ファインダ接眼レンズ
27 レンズ駆動装置
28 コントローラ
32,73 バンドパスフィルタ
33,74 積算回路
34,66 AF制御回路
35 補正値書き換え回路
36 コントラスト判定回路
37 コントラスト比較判定回路
60 サブミラー
61 焦点検出装置
65 AFセンサ
100 表示装置
Claims (7)
- 撮影レンズを通過した被写体光を第1の光および第2の光に分割する光分割手段と、
前記第1の光による被写体像を検出する第1の撮像素子と、
前記第1の撮像素子の出力信号に基づいてコントラスト評価値を算出するコントラスト評価値演算手段と、
前記コントラスト評価値に基づくコントラスト方式の焦点調節を行う第1の制御手段と、
前記第2の光による被写体像を検出する第2の撮像素子と、
前記第2の撮像素子の出力信号に基づいて位相差方式により焦点検出値を算出する焦点検出値演算手段と、
前記コントラスト評価値に基づく焦点調節時に前記第1の撮像素子の検出と同期して前記第2の撮像素子による同期検出を行い、前記同期検出時の前記第2の撮像素子の出力信号に基づく前記焦点検出値演算手段の算出結果に基づいて、前記焦点検出値を補正するための補正データを算出する補正データ算出手段と、
前記補正データを記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された補正データにより前記焦点検出値を補正し、その補正された焦点検出値に基づいて焦点調節を行う第2の制御手段とを備えたことを特徴とするカメラ。 - 請求項1に記載のカメラにおいて、
前記同期検出は撮影指示により行われ、撮影指示毎に前記補正データ算出手段による補正データの算出を行うことを特徴とするカメラ。 - 請求項1または2に記載のカメラにおいて、
前記第1の撮像素子に画像記録用撮像手段の撮像素子を用いたことを特徴とするカメラ。 - 請求項1または2に記載のカメラにおいて、
前記第1の撮像素子および前記第2の撮像素子は、各々の受光部を画像記録用撮像手段の撮像面と光学的に共役な面へ投影させたときの受光部投影像における画素ピッチが互いに異なるものであって、
前記受光部投影像における画素ピッチが小さい方の撮像素子から前記同期検出時に出力される出力信号により算出されるコントラスト評価値に基づいて、前記メモリに記憶された補正データの書き換えを行うか否かの判断をする判断手段を備えたことを特徴とするカメラ。 - 請求項4に記載のカメラにおいて、
前記受光部投影像における画素ピッチが小さい方の撮像素子から前記同期検出時に出力される出力信号の高周波成分を抽出して、前記高周波成分のコントラスト評価値を算出する高周波コントラスト演算手段を備え、
前記判断手段は、前記高周波コントラスト演算手段で算出されたコントラスト評価値が所定基準値よりも大きい場合に、前記メモリに記憶された補正データを書き換えないと判断することを特徴とするカメラ。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のカメラにおいて、
前記第1の光が導かれ、被写体像を観察する観察光学系を備え、
前記観察光学系の少なくとも一部を介して導かれた前記第1の光の一部を前記第1の撮像素子によって検出することを特徴とするカメラ。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のカメラにおいて、
前記第1の撮像素子で得られた被写体像を表示する表示手段を備えることを特徴とするカメラ。
Priority Applications (1)
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JP2004338664A JP2006146031A (ja) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | カメラ |
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-
2004
- 2004-11-24 JP JP2004338664A patent/JP2006146031A/ja active Pending
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