JP5335615B2 - 焦点調節装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は焦点調節装置に関する。

特許文献１は、撮影光学系の焦点ずれ量（デフォーカス量）を校正するように設定された工場出荷時の調整値をユーザーが自由に補正可能とする撮像装置を開示している。特許文献２は、レンズ毎の自動焦点調節（ＡＦ）を微調節する機能（ＡＦマイクロアジャストメント）を有する撮像装置を開示している。

特開２００１−１７４６９０号公報 特開２００５−２２７６３９号公報

人物の顔にピントが合った撮影をする場合、顔は必ずしもコントラストが高くないために焦点検出精度と安定性が得られない場合がある。また、構図を優先して被写体（例えば、走者）を撮影する場合には被写体の顔は周辺に位置し、被写体が動体であれば、画面の周辺部の焦点検出領域（又は焦点検出枠）を被写体から外さずに追跡し続けることは困難である。

本発明は、焦点検出精度と安定性に優れ、操作性に優れた撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての焦点調節装置は、撮影画面内に第１の焦点検出領域と当該第１の焦点検出領域とは異なる第２の焦点検出領域を設定する設定手段と、前記第１の焦点検出領域と前記第２の焦点検出領域との間に発生するフォーカスレンズのピントのずれ量を補正するための補正情報を記憶する記憶手段と、前記第２の焦点検出領域における被写体までの距離に関する情報を検出する焦点検出手段と、前記焦点検出手段により検出された前記第２の焦点検出領域における被写体までの距離に関する情報に応じて、前記記憶手段に記憶された補正情報に基づいて前記焦点検出手段の焦点検出結果を補正し、当該補正結果に基づいて、前記第１の焦点検出領域が合焦するように前記フォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う焦点調節手段とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての制御方法は、撮影画面内の第１の焦点検出領域と当該第１の焦点検出領域とは異なる第２の焦点検出領域との間に発生するフォーカスレンズのピントのずれ量を補正するための補正情報を記憶した焦点調節装置の制御方法であって、前記第２の焦点検出領域を設定する設定ステップと、前記第２の焦点検出領域における被写体までの距離に関する情報を検出する焦点検出ステップと、前記焦点検出手段により検出された前記第２の焦点検出領域における被写体までの距離に関する情報に応じて、前記記憶手段に記憶された補正情報に基づいて前記焦点検出ステップの焦点検出結果を補正し、当該補正結果に基づいて、前記第１の焦点検出領域が合焦するように前記フォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う焦点調節ステップとを有することを特徴とする。

本発明は、焦点検出精度と安定性に優れ、操作性に優れた撮像装置を提供することができる。

本発明が適用可能な撮像装置のブロック図である 図１に示す撮像装置のファインダーの撮影画面を示す図である。 図１に示す撮像装置のカメラ制御回路によるＡＦ動作を説明するためのフローチャートである。（実施例１） 図１に示す撮像装置のカメラ制御回路によるＡＦ動作を説明するためのフローチャートである。（実施例２）

図１は、本発明が適用可能な撮像装置（デジタル一眼レフカメラ）のブロック図である。１はカメラ本体、２は撮影レンズ（撮影光学系）３をカメラ本体１に着脱するためのマウントであり、各種信号を通信したり、駆動電源を供給したりするためのインターフェイス部であるマウント接点２ａを有する。

撮影レンズ３は交換可能なレンズであり、内部にフォーカスレンズ群３ａ及びズームレンズ群３ｂを有する。なお、各レンズ群は便宜上１枚のレンズで図示している。各レンズ群はその全てもしくは一部を移動させることで焦点距離を変化させたり、フォーカス調節を行ったりすることができる。４は撮影レンズ３全体を制御し、ＣＰＵ等からなるレンズ制御回路である。

５は主ミラーであり、カメラの動作状態に応じて回動可能となっている。主ミラー５は、被写体をファインダーで観察する時は撮影光路に進入して撮影レンズ３からの光束を折り曲げてファインダー光学系へ導き、露光時は撮影光路から退避して撮影レンズ３からの光束を撮像素子８へ導く。

６は主ミラー５と共に回動するサブミラー（ハーフミラー）であり、主ミラー５が撮影光路へ斜設されている時に主ミラー５を透過した光束を、折り曲げて焦点検出装置９へ導く。７はシャッターである。撮像素子８はＣＣＤやＣＭＯＳからなり、撮影レンズにより形成される被写体像を光電変換することで被写体画像を形成する。撮像素子８の一部に焦点検出用画素を埋め込んで位相差検出方式の焦点検出を行ってもよい。

焦点検出装置（焦点検出手段）９は合焦位置を判断する信号を出力し、不図示のエリアセンサー（ラインセンサー）から構成され、各焦点検出領域における撮影レンズ３の焦点状態を位相差検出方式で検出する。具体的には、焦点検出装置９は、被写体からの光を集光し、（撮影レンズ３とは異なる測距光学系である）セパレータレンズによって２つの光束に分割し、２つの光束を異なる２つの光電変換素子列に結像する。被写体距離が変化すると、２つの光束から生じる被写体像の間の距離が変動する。光電変換素子列は被写体輝度によって定まる時間だけ電荷を蓄積し、電荷蓄積後に光電変換素子列の出力はＡＤ変換器によって量子化され、量子化された信号は相関演算回路にて相関が検出される。この相関演算により、２つの信号の間で画素単位のずれ量が算出される。焦点検出装置９は、ずれ量、２つの光電素子列間の距離及び測距光学系の焦点距離から三角測量の原理を用いて光軸方向の被写体距離を測定し、これをカメラ制御回路１０に出力する。即ち、焦点検出装置９は、各焦点検出領域と被写体までの距離に関する距離情報を取得する距離情報取得手段として機能する。

カメラ制御回路１０はカメラ本体１全体を制御する。また、カメラ制御回路１０は、後述する見掛けの焦点検出領域の焦点検出結果を、見掛けの焦点検出領域と真の焦点検出領域の被写体距離の差だけ補正し、真の焦点検出領域が合焦するように焦点調節を行なう焦点調節手段として機能する。更に、カメラ制御回路１０は焦点検出装置９からの出力信号を用いて位相差焦点検出を行い、撮影レンズ３のフォーカスレンズが合焦範囲にあるか否かを判定する位相差合焦判定手段としても機能する。また、カメラ制御回路１０は撮像素子８からの出力信号を用いて光電変換画像（撮影画像）のコントラスト検出を行い、撮影レンズ３内の焦点調節レンズが合焦位置にあるか否かを判定するコントラスト合焦判定手段としても機能する。カメラ制御回路１０は、ＣＰＵ（制御部）、記憶部（記憶手段）として機能するＲＯＭやＲＡＭ、設定時間を経時するタイマーなどを備えている。

１１は撮影レンズ３の一次結像面に配置されたピント板であり、入射面にはフレネルレンズ（集光レンズ）が設けられ、射出面には被写体像（ファインダー像）が結像している。

１２はファインダー光路変更用のペンタプリズムであり、ピント板１１の射出面に結像した被写体像を正立正像に補正する。１３，１４は接眼レンズである。ピント板１１、ペンタプリズム１２、接眼レンズ１３，１４によりファインダー光学系を構成する。１５は撮影した画像などを表示する液晶モニタ（表示手段）である。１６は、記憶手段としての記録媒体である。

２０はファインダーであり、撮影レンズ３が撮影する被写体の像と複数の焦点検出領域とを撮影画面に同時に表示する。２１はファインダー２０に表示される複数の焦点検出領域の中で見掛けの焦点検出領域と真の焦点検出領域とを設定する設定部である。見掛けの焦点検出領域は、焦点検出装置９による焦点検出に使用される焦点検出領域である。真の焦点検出領域は、焦点検出装置９による焦点検出には使用されないが、実際に合焦すべき焦点検出領域である。設定部２２は、ダイヤル、スイッチ、ポインティングデバイス、その他の入力部から構成される設定手段である。

図２はファインダー２０の撮影画面を示す図であり、被写体Ｓは、例えば、陸上競技でゼッケン１９を付けた走者である。走者を撮影する場合、走者の顔にピントが合うことが重要であるが、走者の顔はコントラストが低く、また、画面の周辺にあり、なおかつ、被写体は動いているから走者の顔にピントを合わせることは難しい。

以下、図２及び図３を参照して、実施例１のカメラ制御回路１０によるＡＦ動作について説明する。図３は、実施例１のカメラ制御回路１０によるＡＦ動作を説明するためのフローチャートであり、Ｓはステップの略である。被写体がファインダー２０に配置されると図３に示すフローが実行される。

この状態では、図２に示すように、被写体Ｓと、複数の焦点検出領域２１ａ〜２１ｉがファインダー２０の撮影画面に同時に表示されている。図２に示す複数の焦点検出領域２１ａ〜２１ｉの配置は単なる例示であり、本発明の複数の焦点検出領域の配置は図２のものに限定されず、マトリックス状など他の配置でもよい。

カメラ制御回路１０は、複数の焦点検出領域２１ａ〜２１ｉの情報を、コントラスト方式の焦点検出手段を利用してもよいし、複数のラインセンサー（不図示）を利用した位相差方式の焦点検出手段を利用して表示してもよい。あるいは、撮像素子８の一部に含まれた焦点検出用画素を利用した位相差方式の焦点検出手段を使用してもよい。いずれの焦点検出手段も撮影レンズ３の焦点状態を検出することができる。

まず、カメラ制御回路１０は、撮影者に見掛けの焦点検出領域を設定するように促す表示をファインダー２０内で行なう（Ｓ１０１）。見掛けの焦点検出領域は、一般に、ファインダー２０から見た構図の中で真の焦点検出領域よりもＡＦ精度が高く安定したＡＦ結果を得ることができ、動きが少なく中心に近い位置である。本実施例では、見掛けの焦点検出領域と真の焦点検出領域が異なる。

カメラ制御回路１０は、見掛けの焦点検出領域を設定するように促す表示をする際に、コントラストの高い焦点検出領域の色を変更したり、点滅させたりするなどして見掛けの焦点検出領域の候補として表示する（Ｓ１０２）。

次に、カメラ制御回路１０は、撮影者が設定部２２を介して見掛けの焦点検出領域を設定したかどうかを判断する（Ｓ１０３）。カメラ制御回路１０は、不図示のタイマーが経時する設定期間内に見掛けの焦点検出領域の入力がなければ（Ｓ１０３のＮＯ、Ｓ１０４のＹＥＳ）、見掛けの焦点検出領域を自動的に設定する（Ｓ１０５）。この場合、カメラ制御回路１０は、例えば、構図中心に対応する焦点検出領域又は最もコントラストの高い焦点検出領域に設定する。設定期間内であればフローはＳ１０３に戻り、Ｓ１０３で設定されればフローはＳ１０６に移行する。

本実施例では、撮影者がＳ１０３において、焦点検出領域２１ｉを見掛けの焦点検出領域に設定するものとする。構図中心の焦点検出領域２１ｉをコントラストの高いゼッケン１９の位置に設定することによってＡＦ精度が良く安定した結果を得ることができる。

次に、カメラ制御回路１０は、真の焦点検出領域を設定するように促す表示をファインダー２０内で行なう（Ｓ１０６）。真の焦点検出領域は、人物の撮影であれば、一般に、人物の顔の一部を含む領域である。

次に、カメラ制御回路１０は、撮影者が設定部２２を介して真の焦点検出領域を設定したかどうかを判断する（Ｓ１０７）。カメラ制御回路１０は、不図示のタイマーが経時する設定期間内に真の焦点検出領域の入力がなければ（Ｓ１０７のＮＯ、Ｓ１０８のＹＥＳ）、真の焦点検出領域を自動的に設定する（Ｓ１０９）。設定期間内であればフローはＳ１０７に戻り、Ｓ１０７で設定されればフローはＳ１１０に移行する。

本実施例では、撮影者がＳ１０７において、被写体Ｓの顔に対応する焦点検出領域２１ａを真の焦点検出領域に設定するものとする。

次に、カメラ制御回路１０は、焦点検出装置９及び／又は撮像素子８から見掛けの焦点検出領域（即ち、焦点検出領域２１ｉ）に関する焦点検出結果を取得する（Ｓ１１０）。コントラストが高い焦点検出領域２１ｉを使用して焦点検出が行われるため、低コントラストの焦点検出領域２１ａでＡＦし続けてかつ走者である被写体を追跡するよりも焦点検出精度は高く且つ安定する。Ｓ１１０で得られた焦点検出結果はカメラ制御回路１０の記憶部に記憶される。本実施例では、Ｓ１１０で焦点検出装置９による検出結果を用いているので、見掛けの焦点検出領域と真の焦点検出領域のそれぞれの被写体距離もカメラ制御回路１０は得ることができる。

次に、カメラ制御回路１０は、見掛けの焦点検出領域２１ｉと真の焦点検出領域２１ａのカメラと被写体までの距離（被写体距離）の差を算出する（Ｓ１１１）。

被写体距離の差はピント面上で被写体が遠距離では無視できるほど小さく、被写体が近づくにつれてその影響が大きくなり、単なる差では見掛けの焦点検出領域から真の焦点検出領域への変換が困難になる。そこで、カメラ制御回路１０は、Ｓ１１０で焦点検出装置９が取得した見掛けの焦点検出領域での被写体までの距離に関する距離情報に基づいてＳ１１１で算出された被写体距離の差を補正する（Ｓ１１２）。

この場合、カメラ制御回路１０の記憶部は、予め被写体距離と補正量との関係を格納しておく。かかる関係は、被写体距離が小さい時には補正量は小さく、被写体距離が大きくなるにつれて補正量は大きくなる。この関係は、被写体距離の全範囲に亘って線形の関係ではない。例えば、被写体距離が一定範囲においては補正量が一定で、被写体距離がそれよりも大きい範囲では補正量が線形に増加したり、被写体距離の全範囲に亘って曲線が曲線状に増加したりする。

Ｓ１１２によって、カメラ制御回路１０は、焦点検出装置９が取得した被写体距離の情報に基づいて被写体距離の差を補正し、補正された被写体距離の差に基づいて真の焦点検出領域が合焦するように焦点調節を行なうことができる。

次に、カメラ制御回路１０は、Ｓ１１０で得られた見掛けの焦点検出領域に関する焦点検出結果を、Ｓ１１３で補正された被写体距離の差に基づいて補正する（Ｓ１１３）。これにより、ゼッケンに対応する焦点検出領域２１ｉと顔に対応する焦点検出領域２１ａのデフォーカス量の差を補正できるので、真の焦点検出領域２１ａに精度良く且つ安定して合焦させることができる。

その後、Ｓ１１４で得られた結果に基づいて、カメラ制御回路１０はフォーカスレンズを移動して真の焦点検出領域２１ａが合焦するように焦点調節を行なった後で撮影を行なう。

以下、図４を参照して、実施例２のカメラ制御回路１０によるＡＦ動作について説明する。実施例２も図１と同様の撮像装置を使用する。図４は、実施例２のカメラ制御回路１０によるＡＦ動作を説明するためのフローチャートであり、Ｓはステップの略である。本実施例では、撮像素子８の一部に配置された焦点検出用画素を使用する。

まず、カメラ制御回路１０は、その記憶部又は記録媒体１６に、撮影された画像、焦点検出領域の焦点検出情報及び距離情報を撮影画面に同時に記憶する。この撮影は、見掛けの焦点検出領域で行われるものとする。また、距離情報は、被写体距離の情報であってもよいし、見掛けの焦点検出領域と他の位置との被写体距離の差の情報であってもよい。

まず、撮影者からの入力に応答して、カメラ制御回路１０は、記憶手段に記憶された撮影画像を液晶モニタ１５に再生表示する（Ｓ２０１）。

次に、カメラ制御回路１０は、撮影者が、液晶モニタ１５に表示される撮影画面において真の焦点検出領域（特定領域）を設定したかどうかを判断する（Ｓ２０２）。ここでは真の焦点検出領域（特定領域）が設定されると次のＳ２０３に進むものとする。撮影者は、例えば、設定部２２を使用して図２における被写体Ｓの顔（又はその一部）を囲む領域を指定する。

次に、カメラ制御回路１０は、見掛けの焦点検出領域における焦点検出結果（例えば被写体距離情報）を取得する（Ｓ２０３）。次に、記録した見掛けの焦点検出領域とＳ２０２で設定された真の焦点検出領域（特定領域）の焦点検出用画素での検出結果を利用して、Ｓ２０２で設定された真の焦点検出領域（特定領域）と見掛けの焦点検出領域との被写体距離の差を算出する（Ｓ２０４）。

次に、カメラ制御回路１０は、Ｓ２０４で算出された被写体距離の差を、Ｓ２０３で得られた見掛けの焦点検出領域における被写体距離に基づいて補正する（Ｓ２０５）。その被写体距離の差は、Ｓ１１２と同様に、補正することが好ましい。そして、カメラ制御回路１０は、補正された被写体距離の差に基づいて見掛けの焦点検出領域における焦点検出結果を補正する（Ｓ２０６）。これに基づいて焦点状態を調節すれば、真の焦点検出領域に精度良く且つ安定して合焦させることができる。また、実施例２では、撮影者は、真の焦点検出領域（特定領域）を設定するだけで、見掛けの焦点検出領域と真の焦点検出領域（特定領域）のピント補正量（被写体距離の差）が算出されるので、操作性の向上につながる。

図３及び図４は、ＣＰＵが実行するプログラムとして具現化される。

撮像装置は、被写体の撮像に適用することができる。

８ 撮像素子
９ 焦点検出装置
１０ カメラ制御回路
１５ 液晶モニタ
２０ ファインダー

Claims (6)

1. 撮影画面内に第１の焦点検出領域と当該第１の焦点検出領域とは異なる第２の焦点検出領域を設定する設定手段と、
   前記第１の焦点検出領域と前記第２の焦点検出領域との間に発生するフォーカスレンズのピントのずれ量を補正するための補正情報を記憶する記憶手段と、
   前記第２の焦点検出領域における被写体までの距離に関する情報を検出する焦点検出手段と、
   前記焦点検出手段により検出された前記第２の焦点検出領域における被写体までの距離に関する情報に応じて、前記記憶手段に記憶された補正情報に基づいて前記焦点検出手段の焦点検出結果を補正し、当該補正結果に基づいて、前記第１の焦点検出領域が合焦するように前記フォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う焦点調節手段とを有することを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記補正情報とは当該焦点調節装置から被写体までの距離に関する情報であることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記補正情報は、前記第１の焦点検出領域における被写体までの距離と、前記第２の焦点検出領域における被写体までの距離との差分であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の焦点調節装置。
4. 前記補正情報は、画像信号を取得するための撮像素子に配置された焦点検出用画素からの出力信号に基づくことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
5. 撮像する被写体の像と前記焦点検出領域とを撮影画面に表示するファインダーを更に備え、
   前記設定手段は、撮影者からの指示に基づいて、前記第１の焦点検出領域を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
6. 撮影画面内の第１の焦点検出領域と当該第１の焦点検出領域とは異なる第２の焦点検出領域との間に発生するフォーカスレンズのピントのずれ量を補正するための補正情報を記憶した焦点調節装置の制御方法であって、
   前記第２の焦点検出領域を設定する設定ステップと、
   前記第２の焦点検出領域における被写体までの距離に関する情報を検出する焦点検出ステップと、
   前記焦点検出手段により検出された前記第２の焦点検出領域における被写体までの距離に関する情報に応じて、前記記憶手段に記憶された補正情報に基づいて前記焦点検出ステップの焦点検出結果を補正し、当該補正結果に基づいて、前記第１の焦点検出領域が合焦するように前記フォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う焦点調節ステップとを有することを特徴とする制御方法。