JP3929034B2

JP3929034B2 - マニュアルフォーカス装置

Info

Publication number: JP3929034B2
Application number: JP2002198967A
Authority: JP
Inventors: 重男藤司
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2022-07-08
Also published as: JP2004040740A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプリットイメージや二重像を観察しながらフォーカス操作が行えるマニュアルフォーカス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二重像合致式や上下像合致式の距離計をファインダに内蔵させた距離計連動カメラが広く知られている。距離計連動カメラでは、フォーカス操作によるピント状態の変化が被写体像のズレの変化として観察され、目視による高精度なピント合わせが可能である。二重像合致式ファインダでは、ファインダ像と距離計像とによる二重像がファインダの視野内で観察される。ピント合わせを行なうには、フォーカス操作に連動して移動する距離計像をファインダ像に合致させる。上下像合致式ファインダは、ファインダ光路内のマイクロスプリットイメージプリズムにより、ファインダ視野内の一部に被写体の上下分割像を形成する。この上下分割像はフォーカス操作に連動してそれぞれが左右対称に移動し、ピントの合った状態では分割像が合致する。
【０００３】
また、特開平９−２１４８１３号公報、特開２００１−３０９２１０号公報等に記載されているように、二重像やスプリットイメージを光学的に形成する距離計を組み込む代わりに、撮像された被写体の電子画像をピント調節に利用したファインダが知られている。これらのファインダでは、ピントズレの大きさに応じて食い違って表示された被写体画像をフォーカス操作に連動して移動表示させており、光学部品の数を減らして省スペース化と低コスト化を可能にしている。
【０００４】
ピント合わせに連動した画像の移動表示と、合焦時における画像の合致表示とを行なうためには、ピントズレの大きさが予め求められている必要がある。従来では、赤外線を利用して測定された被写体距離からピントズレを算出する三角測距方式や、撮影光軸に対称な光路上で取り込んだ撮影光を２つのラインセンサでそれぞれ受光し、その光電信号の位相差からピントズレを算出する位相差検出方式が一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、三角測距方式によってピントズレの大きさを算出する場合には、撮像素子に加え、アクティブ測距用の投光素子や位置検出素子など高い組み込み精度を必要とする電気部品が設けられるため、製造コストが上昇するという問題がある。同様にして、従来の位相差検出方式では、撮影光を分光する光学系やラインセンサ等が別途設けられるために、製造コストが上昇するという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点が考慮され、撮像素子から得られる画像信号を利用してピント状態を表示することができ、手動による良好なピント合わせが可能なマニュアルフォーカス装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のマニュアルフォーカス装置は、被写体光路上に設けられた開口絞りを光軸と垂直に移動させ、絞りの視差によって非合焦時にズレの生じた被写体光を撮像し、双方の画像を表示するものである。撮像面上で生じる被写体光のズレの大きさはピントズレの大きさに応じて変化し、ピントズレのない合焦状態では被写体光にズレは生じない。これを利用し、開口絞りの移動経路上の二地点で撮像された被写体光を同時に表示出力し、ピントズレの程度が両者の画像のズレの程度を見比べることで判断できるようにしている。
【０００８】
請求項２記載の発明は、開口絞りの移動時に撮像された被写体画像のズレからピントズレを算出し、このピントズレに基づいてピント状態を表示するものである。被写体画像の表示ズレによってピント状態を正確に知るためには、撮像画素数に匹敵する表示画素数が必要となるが、ピントズレの大きさを求めておくことで、例えば被写体画像のズレを補助的に拡大表示でき、表示画素数を上げずに精度の高いピント合わせが行なえる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、電子画像によって従来の光学的スプリットイメージと同等な表示を行なうもので、フォーカス操作によってピント合わせが行なわれた際に、表示ズレの与えられた被写体画像を合致表示させている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、本発明を内蔵したデジタルスチルカメラ１は、撮像レンズ２を保持した鏡筒３、グリップ部４、レリーズボタン５、撮影モード切替ダイヤル６が設けられている。レリーズボタン５は、半押し操作と全押し操作の二段階の押下操作が可能に構成されている。鏡筒３の外周上にはフォーカスリング７が設けられ、その回転操作によって撮影時のピント合わせが行える。
【００１１】
図２において、デジタルスチルカメラ１の背面には、バックモニタ８、ファインダ９が設けられている。バックモニタ８は、被写体画像をフルカラーで表示することが可能な液晶表示パネルで構成されている。また、ファインダ９の内部には、小型のカラー液晶モニタが設けられている。バックモニタ８とファインダ９内の小型モニタとは、その作動が切り替え制御され、ファインダ９の使用時はバックモニタ８が強制オフされる。ファインダ９を使用すれば、バックモニタ８の使用時に比べて消費電力を節約することができる。
【００１２】
図３において、デジタルスチルカメラ１には、主制御部１１、撮像信号処理部１２、表示制御部１３、画像記憶部１４が設けられている。主制御部１１は、予めプログラムされた動作シーケンスに従って各部に制御信号を出力し、カメラ全体の電気的な作動を管理する。撮像信号処理部１２は、撮像部１５から出力された画像信号の増幅処理、画像処理等を行なう。表示制御部４は、バックモニタ８やファインダ９の小型モニタに被写体画像を表示出力する。画像記憶部１４は、レリーズボタン５が全押し操作されたとき、撮像信号処理部１２から出力された画像信号を画像データとして記憶する。
【００１３】
撮像部１５は、ズームレンズ１６とフォーカスレンズ１７、開口絞り１８、ＣＣＤ撮像素子１９から構成されている。ズームレンズ１６は、ズームモータを備えたズームレンズ駆動部２０により光軸方向に駆動され、ＣＣＤ撮像素子１９に結像する被写体像を光学的に変倍させる。フォーカスレンズ１７は、フォーカスリング７の操作に伴って光軸方向に移動し、被写体距離に応じた合焦位置でＣＣＤ撮像素子１９上に被写体光を結像させる。フォーカスリング１７には、その回転操作量を検出するリングセンサ７ａが設けられている。アイリス駆動部２１は、開口絞り１８の開口径を調節するとともに、開口絞り１８を光軸に直交する面内でシフトさせる。
【００１４】
図４において、開口絞り１８は、２枚の絞り羽根２５，２６から構成されている。絞り羽根２５，２６の下部には、平歯部２５ａ，２６ａが形成されている。絞り羽根２５，２６は、アイリスモータ２７，２８によって駆動される。アイリスモータ２７，２８の駆動軸上には、平歯部２５ａ，２６ａに噛合する小歯車２９，３０が設けられている。このラックピニオンの駆動により、絞り羽根２５，２６のそれぞれが独立して左右方向へ自在に移動し、開口絞り１８の連続した開口径調節と、開口絞り１８のシフト移動とが行なわれる。
【００１５】
図５において、開口絞り１８は光軸対称な２つの測距位置Ｐ１とＰ２の間をシフトする。図５（ａ）に示すように、フォーカスレンズ１７が物点Ｏ１からの光を撮像面Ｐ_Iに結像させる位置にあるとき、開口絞り１８が位置Ｐ１に移動したときを考える。物点Ｏ１からの主光線Ｒ１は、光軸Ａ１上の点Ｓ１で撮像面Ｐ_Iに達する。物点Ｏ１より遠くにある物点Ｏ２の主光線Ｒ２は、結像面Ｐ_Iの手前で光軸Ａ１と交差し、撮像面Ｐ_I上の点Ｓ２に達する。また、物点Ｏ１よりも近くにある物点Ｏ３の主光線Ｒ３は、光軸Ａ１と交差せずに、撮像面Ｐ_I上の点Ｓ３に達する。開口絞り１８が位置Ｐ２に移動したときには、図５（ｂ）に示すように、主光線Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は結像面Ｐ_I上の点Ｓ１，Ｓ２’，Ｓ３’にぞれぞれ到達する。
【００１６】
図６（ａ）において、物点Ｏ１からの光は撮像面Ｐ_I上で結像し、これを合焦状態として示している。図６（ｂ）では、物点Ｏ２からの光が撮像面Ｐ_Iの手前で結像する様子を前ピン状態として示している。前ピン状態における画像のズレＧ２は、点Ｓ２と点Ｓ２’との距離である。また、図６（ｃ）に後ピン状態として示すように、物点Ｏ３からの光は撮像面Ｐ_Iの後方で結像する。前ピン状態にあるときの画像ズレＧ２を正、後ピン状態にあるときの画像ズレＧ３を負と定めておけば、フォーカスレンズ１７を移動すべき方向がわかる。
【００１７】
開口絞り１８から撮像面Ｐ_Iまでの距離が被写体距離に比べて十分小さければ、開口絞り１８の各位置での開口中心と、撮像面Ｐ_Iまでの主光線の光路とによって、相似関係に近似できる２つの三角形が形成される。開口絞り１８の往復のシフト移動量Ｍと、画像ズレ量Ｇとからその相似比が求められるので、撮像面Ｐ_Iから各被写体距離における結像面までの距離、すなわちピントズレの大きさがわかる。ピントズレの大きさがわかれば、フォーカスレンズ１７の現在位置から合焦位置までの距離が求められる。
【００１８】
図７において、撮像信号処理部１２は、画像信号取込回路３３と画像処理回路３４、フォーカス評価回路３５、フォーカス画像出力回路３６とから構成されている。画像信号取込回路３３には、オートゲインコントローラ４０と画素混合回路４１が設けられている。オートゲインコントローラ４０は、ＣＣＤ撮像素子１９の出力信号の平均レベルが常に一定になるようにゲインを調節しながら増幅処理を行い、画像の輝度を補完する。画素混合回路４１は、画像中で隣接する画素の輝度を加算して１画素分の輝度として置換する処理を行い、解像度を下げて画像のコントラストを補正する。オートゲインコントローラ４０と画素混合回路４１は、設定状態に応じていずれか一方が作動する。
【００１９】
画像処理回路３４には、ホワイトバランス回路４２、ガンマ補正回路４３、ＡＤコンバータ４４が設けられている。ホワイトバランス回路４２は、画像信号に対してＲＧＢの各設定ゲインに基づいた増幅処理を行い、ホワイトバランス調節を行なう。ガンマ補正回路４３は、画像信号のコントラストガンマを補正する。各処理が行なわれた画像信号は、ＡＤコンバータ４４でデジタル変換される。
【００２０】
フォーカス評価回路３５には、シフト画像記憶回路４５とピントズレ算出回路４６が設けられている。シフト画像記憶回路４５は、開口絞り１８の移動時に撮像された二フレーム分の画像を記憶する。ピントズレ算出回路４６は、記憶された二つの被写体画像を解析し、両画像間の位置ズレを画素単位で割り出す。この画像ズレの大きさからピントズレの大きさが算出され、フォーカス画像出力回路３６にピントズレ情報が出力される。
【００２１】
フォーカス画像出力回路３６には、スプリットイメージ合成回路４７と表示移動量算出回路４８とが設けられている。スプリットイメージ合成回路４７は、シフト画像記憶回路４５から読み出した二フレームの画像をそれぞれ切り抜き処理して合成し、ピント状態を表示するためのスプリットイメージに変換する。表示移動量算出回路４８は、フォーカスリング７の操作に伴うピントズレの変化分をスプリットイメージの表示移動量に変換する。
【００２２】
表示制御部１３は、画像処理回路３４からの出力画像とフォーカス画像出力回路３６からの出力されたスプリットイメージとをバックモニタ８やファインダ９内のモニタに表示出力する。図８に示すように、モニタ上では、フォーカス調節エリア５０と被写界表示エリア５１が画面の中央と周囲とで区切られて表示される。被写界表示エリア５１には、開口絞り１８の開口中心が光軸上にあるときに撮像された被写体画像が表示される。フォーカス調節エリア５０には、開口絞り１８の左シフト時に撮られた右寄り画像５２と、右シフト時の左寄り画像５３の一部がそれぞれ上下に分割された上分割画像５２ａと下分割画像５３ａとが表示される。
【００２３】
フォーカスリング７が操作されると、リングセンサ７ａで検出された回転操作量情報が、主制御部１１を介して表示移動量算出回路４８に入力される。表示移動量算出回路４８は、この回転数情報に基づいてスプリットイメージの表示移動量を算出する。スプリットイメージ合成回路４７は、算出された移動表示量に基づいて、シフト画像記憶回路４５に記憶された二フレームの画像の切り抜き位置を変更し、これらを合成処理した二次スプリットイメージを表示制御部１３に出力する。これにより、フォーカスリング７が操作される度に、フォーカス調節エリア５０内の上分割像５２ａと下分割像５３ａが左右対称に移動表示される。ピントズレが小さくなるとスプリットイメージの表示ズレが小さくなり、ピントが合った状態で合致する。一方、ピントズレが大きくなるとスプリットイメージの表示ズレが大きくなる。
【００２４】
次に、図９を用いて本発明の作用を説明する。ＣＣＤ撮像素子１９が駆動すると被写体光の撮像が開始され、画像信号取込回路３３には一定の撮像速度でフレームごとの画像信号が入力される。画像信号取込回路３３では、画像信号の増幅処理又は画素混合処理がフレームごとに行われ、画像の輝度が補正される。画像信号は表示制御部１３に出力され、撮像された各フレームの被写体画像がモニタ上に連続表示される。
【００２５】
撮像が開始された後、レリーズボタン５を半押し操作、又はフォーカスリング７を微操作することで、ピントズレの測定が開始される。主制御部１１からアイリス駆動部２１にはシフト駆動開始信号が送られ、アイリス駆動部２１は、小歯車２９，３０の回転方向が同じになるようにアイリスモータ２７，２８を駆動させる。絞り羽根２５，２６は同方向に移動し、開口絞り１８がシフトする。
【００２６】
開口絞り１８のシフトが開始されると、表示制御部１３はモニタ上の被写体画像をフリーズ表示させる。アイリス駆動部２１は、最初に開口絞り１８を右方向へシフトさせる。開口絞り１８が一定距離移動すると右シフトが停止する。このときにＣＣＤ撮像素子１９から出力された画像信号がフォーカス評価回路３５に入力され、左寄り画像５３がシフト画像記憶回路４５に記憶される。
【００２７】
次に、アイリス駆動部２１は開口絞り１８を左方向へシフトさせる。開口絞り１８は右シフト時の停止位置と光軸対称な位置まで移動する。右シフトが終了すると、ＣＣＤ撮像素子１９から出力された画像信号がフォーカス評価回路３５に入力され、右寄り画像５２がシフト画像記憶回路４５に記憶される。
【００２８】
開口絞り１８は光軸上の位置に戻り、モニタ上ではフリーズ表示が終了して被写体の表示が再開される。フォーカス評価回路３５では、シフト画像記憶回路４５に記憶された二フレーム分の画像データがピントズレ算出回路４６に読み出される。ピントズレ算出回路４６は、画像ズレの大きさを割り出し、この画像ズレからピントズレの大きさを算出する。算出されたピントズレの大きさは、ピントズレ情報としてフォーカス画像出力回路３６送られる。
【００２９】
スプリットイメージ合成回路４７では、フォーカス調節エリア５０内に表示される一次スプリットイメージが作成される。一次スプリットイメージは表示制御部１３に出力され、モニタ上にはフォーカス調節エリア５０が出現する。フォーカスリング７が操作されると、その回転操作量情報が表示移動量算出回路４８に入力される。表示移動量算出回路４８では、回転操作量情報に基づいて表示ズレの大きさが算出され、表示ズレの大きさが変更された二次スプリットイメージが作成される。二次スプリットイメージは表示制御部１３に出力され、フォーカス調節エリア５０の各分割画像が左右対称に移動した画像が表示される。
【００３０】
フォーカスリング７が操作される度にスプリットイメージの移動表示処理が行なわれ、フォーカスレンズ１７が合焦位置に近づくと、スプリットイメージの表示ズレは小さくなり、フォーカスレンズ１７が合焦位置に達するとスプリットイメージが合致する。レリーズボタン５が全押し操作されると、主制御部１１にレリーズ操作信号が送られる。画像処理回路３４から出力された画像信号は画像記憶部１４に送られ、レリーズ操作時に撮像された画像が保存される。画像の保存が終了すると、フォーカス調節エリア５０が消えてモニタ上には被写体画像が表示される。
【００３１】
なお、上記実施形態では、開口絞りを光軸対称な二地点間で移動させてフォーカスエリアを画面中心に設定しているが、開口絞りの左右のシフト移動量を偏らせることでフォーカスエリアを画面中心から左右方向に変更することもできる。また、開口絞りを左右上下に二次元移動可能に構成することで、フォーカスエリアを撮影範囲の任意の領域に設定することもできる。
【００３２】
また、上記実施形態では、開口絞りの移動時に撮影された被写体画像を利用してスプリットイメージを作成しているが、例えば、基準となる静止画像と透明度が設定された移動画像との重ね合わせ表示によって、二重像合致式のフォーカス画像を表示してもよく、さらにスプリットイメージ表示と二重像表示とを切り替えられるようにしてもよい。
【００３３】
さらに精密なピント合わせが必要な場合、ピントズレの大きさが求められていれば、表示ズレの大きいスプリットイメージの再表示によってピント状態を補助表示してもよく、この補助表示の形式は任意のものでよい。例えば被写体画像ではなく、三角や丸などの指標画像を基準画像に対して相対的に移動表示させてピント状態の補助表示を行ってもよい。また、本発明では、合焦状態と前ピン状態と後ピン状態、もしくはフォーカスレンズが合焦位置に接近したか離れたかを補助的に知らせてもよく、例えば、複数の小型光源を用いてピント状態の変化を発光表示させてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のマニュアルフォーカス装置では、開口絞りの移動時に撮像された被写体画像を同時に表示出力し、その表示ズレの大きさからピント状態を確認することができるので、従来の三角測距方式や位相差検出方式のように撮像素子以外のセンサや光学部品を設ける必要がなく、コストアップを抑えながらピント状態の表示を行うことができる。
【００３５】
また、絞り移動時に撮像された被写体画像のズレの大きさからピントズレを求めることができるので、ピントズレの変化をフォーカス操作量から逆算し、フォーカス操作に連動した画像の滑らかな移動表示を行なうことができる。求められたピントズレの大きさに基づいて、精巧なピント合わせを行なうための補助画像を表示させることもできる。ピント状態を変えるたびに光軸と垂直に開口絞りを駆動させなくてもよいので、絞りの駆動回数が減って消費電力を節約できる。
【００３６】
さらに、従来の光学的スプリットイメージと同等な表示を行なうことで、被写体画像を確認しながら、精度の高いフォーカス操作が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を内蔵したデジタルスチルカメラの前面斜視図である。
【図２】本発明を内蔵したデジタルスチルカメラの背面斜視図である。
【図３】デジタルスチルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】開口絞りの斜視図である。
【図５】開口絞りのシフト移動によって生じる画像ズレの説明図である。
【図６】各ピント状態において生じる画像ズレの大きさを示す説明図である。
【図７】画像信号処理部の回路ブロック図である。
【図８】画像の合成を示す説明図である。
【図９】デジタルカメラの動作の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
７フォーカスリング
８バックモニタ
９ファインダ
１５撮像部
１７フォーカスレンズ
１８開口絞り
１９ＣＣＤ撮像素子
２１アイリス駆動部
２５，２６絞り羽根
２５ａ，２６ａ平歯部
２７，２８アイリスモータ
２９，３０小歯車
３５フォーカス評価回路
３６フォーカス画像出力回路
４５シフト画像記憶回路
４６ピントズレ算出回路
４７スプリットイメージ合成回路
４８表示移動量算出回路
５０フォーカス調節エリア

Claims

フォーカス操作によってフォーカスレンズを光軸方向に移動させ、撮像素子に被写体光を結像させるマニュアルフォーカス装置において、
被写体光路上の開口絞りを光軸と垂直な面上で移動させる絞り移動手段と、
前記開口絞りが移動する二つの測距位置でそれぞれ撮像された二つの被写体画像を記憶する記憶手段と、
前記二つの被写体画像が合成出力され、ピント状態の適否が表示される表示手段とを備えたことを特徴とするマニュアルフォーカス装置。
前記記憶手段から読み出した二つの被写体画像を比較して画像ズレの大きさを割り出す処理と、画像ズレの大きさからからピントズレの大きさを算出する処理と、ピントズレの大きさからフォーカスレンズの合焦位置を特定する処理とを行なう演算手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のマニュアルフォーカス装置。
前記表示手段には、前記二つの被写体画像から形成されたスプリットイメージを表示させ、このスプリットイメージはピント状態の変化に伴って移動表示されるとともに、前記フォーカスレンズが合焦位置に達したときに合致表示されることを特徴とする請求項１又は２記載のマニュアルフォーカス装置。