JP6398250B2 - 焦点検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、天体撮影に適した焦点検出装置に関する。

従来、自動焦点調節装置を備えたカメラにより天体撮影するとき、被写体である天体が暗いため、焦点調節装置により焦点調節するのは困難であった。そのため従来は、カメラに搭載された遠景撮影モードを選択して自動焦点調節するか、手動でピントリングを無限遠とされた位置に回動させて焦点調節していたが、最適な合焦状態であるかどうかの確認ができなかった。

そこで、天体撮影方法が種々提案されている（特許文献１、２）。特許文献１は、低輝度合焦モード設定時に、焦点調節光学系を所定ピッチずつ移動させながら複数回の予備撮影を連続して行い、各予備撮影によって得た画像をその予備撮影時の焦点調節光学系の位置と対応づけて記憶し、記憶した各予備撮影画像を表示装置に表示し、表示した画像のいずれかが使用者により選択されると、選択された画像に対応づけられて記憶されている焦点調節光学系の位置に焦点調節光学系を駆動している。

特許文献２は、低輝度かつ無限遠の被写体に合焦可能させるための焦点調節装置を提案している。使用者は、例えば夜間の天体を所定の焦点距離で正確に合焦させて撮影しようする場合、予め昼間に、無限遠とみなせるような十分に遠い距離にある被写体に対して、ズームボタンを押下して所望の焦点距離を設定し、その後無限遠検出ボタンを押下してその焦点距離における無限遠の被写体に合焦させて、その合焦位置と焦点距離とを記憶させておく。使用者は、夜間、天体を撮影するときに、焦点調節装置の無限遠移動ボタンを押下して、焦点調節装置に予め記憶した焦点距離、合焦位置に自動設定させる。

特開２００３-３２２７８９号公報 特開２００６-２０１２８３号公報

しかしながら、特許文献１の焦点調節装置は、複数回撮影し、メモリに書き込んだ画像を表示装置に表示し、表示装置に表示された画像を使用者が見てどれがよいか判別しなければならないので手間がかかる。特許文献２の焦点調節装置は、予め、昼間に焦点距離および合焦位置を設定しておかなければならない。また、合焦位置は温度によって変化するため、昼間と夜間の気温差がある場合、夜間の天体撮影時には合焦位置が昼間の合焦位置からずれていることがある。

本発明は、以上の問題意識に鑑みてなされたものであって、天体のような被写体に対しても簡単に正確に合焦させることができる自動焦点調節装置を得ることを目的とする。

本発明は、撮影光学系の天体撮影における焦点状態を検出する焦点検出装置であって、上記撮影光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子と、上記撮像素子が撮像した複数の天体の画像信号から円状の光点となる画像を特定の天体画像として認識する画像認識部と、上記画像認識部が認識した上記円状の特定天体画像の上記撮像素子上の画像サイズを検出するサイズ検出部と、上記画像認識部が認識した上記特定の天体画像の輝度を検出する輝度検出部と、複数の異なる焦点状態において上記サイズ検出部が検出した複数の上記特定の天体画像の画像サイズの中から極小値を検出する極小値検出部と、複数の異なる焦点状態において上記輝度検出部が検出した複数の上記特定の天体画像の中心輝度の中から極大値を検出する極大値検出部と、を備えたことを特徴とする。

上記サイズ検出部は、上記特定の天体画像の画像サイズとして天体画像の直径を検出することが好ましい。本発明の焦点検出装置は、その一態様では、上記撮影光学系の焦点状態を変更する焦点調節部を光軸方向に移動する移動部を有し、上記サイズ検出部は、上記移動部により上記焦点調節部を無限遠物体合焦側可動端から最短物体合焦側可動端側に移動させながら上記特定の天体画像の画像サイズを検出することが実際的である。

本発明の焦点検出装置は、その一態様では、上記撮影光学系の焦点状態を変更する焦点調節部を光軸方向に移動する移動部を有し、上記輝度検出部は、上記移動部により上記焦点調節部を無限遠物体合焦側可動端から最短物体合焦側可動端側に移動させながら上記特定の天体画像の中心輝度を検出することが実際的である。

本発明によれば、天体のような被写体に対しても簡単に正確に合焦させることができる自動焦点調節装置を得ることができる。

本発明を適用したミラーレスのレンズ交換式デジタルカメラの実施形態の主要部を示すブロック図である。 同デジタルカメラにより、夜間、天体撮影モードにより天体撮影する際の天体ＡＦ動作における、焦点調節レンズ群の移動軌跡と撮影した天体画像の様子を説明するタイミングチャートである。 同デジタルカメラにおけるＡＦ動作の第１の実施形態を示すフローチャートである。 同デジタルカメラにおけるＡＦ動作の第２の実施形態を示すフローチャートである。

図１は、本発明をミラーレスのレンズ交換式デジタルカメラに適用した実施形態であって、その主要構成をブロックで示した図である。このレンズ交換式のデジタルカメラ１０は、カメラボディ１１と、このカメラボディ１１に着脱可能な撮影レンズ５１とを備えている。

カメラボディ１１は、カメラボディ１１及び撮影レンズ５１の機能を総括的に制御する制御手段としてボディＣＰＵ３１（自動焦点調節部）を備えている。

一方、撮影レンズ５１は、撮影光学系の一部を構成し、焦点調節部として機能する焦点調節レンズ群５２と、焦点調節レンズ群５２を光軸方向（光軸Ｏと平行な方向）に駆動するギヤブロック５３と、マウント部に設けられた、カメラボディ１１のジョイント３５と着脱自在に連結するジョイント５５と、レンズ機能を制御するレンズＣＰＵ５７とを備えている。撮影光学系は焦点調節レンズ群５２の他に、詳細は図示しないが、ズームレンズを構成するバリエータ、コンペンセータレンズ群と、絞りを含んでいる。ジョイント５５は、一方向入出力回転伝達機構５４を介してギヤブロック５３と連結されている。さらに撮影レンズ５１は、手動回転操作されるピントリング（手動操作部）５９を備えている。ピントリング５９は、焦点調節レンズ群５２の光軸Ｏを仮想中心軸として回転自在に形成され、一方向入出力回転伝達機構（手動操作部）５８を介してギヤブロック５３に連結されている。

この撮影レンズ５１において、一方の一方向入出力回転伝達機構５４は、ジョイント５５の回転はギヤブロック５３に伝達して図示しないレンズ駆動環を回転させて焦点調節レンズ群５２を光軸方向に移動させるが、ギヤブロック５３の回転はジョイント５５に伝達しない公知の機構である。他方の一方向入出力回転伝達機構５８は、ピントリング５９の回転はギヤブロック５３に伝達してレンズ駆動環を回転させて焦点調節レンズ群５２を光軸方向に移動させるが、ギヤブロック５３の回転はピントリング５９に伝達しない公知の機構である。このような機構はシームレスレンズ駆動切換機構として周知である。

撮影レンズ５１は、装着されたカメラボディ１１の自動焦点調節部とは独立して、ピントリング５９を手動で操作することにより、焦点調節レンズ群５２を移動させて焦点調節することが可能である。例えば、使用者がピントリング５９を回転操作して焦点調節レンズ群５２を特定被写体に対して合焦するであろう位置に移動させた後、カメラボディ１１の自動焦点調節部によって焦点調節レンズ群５２を特定被写体に対して合焦する位置に移動させることも、その逆も可能である。

ボディＣＰＵ３１は、ＡＦモータドライバ３２を介してＡＦモータ３３を回転駆動する。ＡＦモータ３３の回転は、ギヤブロック３４により減速され、カメラボディ１１のマウント部に設けられたジョイント３５を介して撮影レンズ５１のマウント部に設けられたジョイント５５に伝達される。ジョイント５５の回転は、一方向入出力回転伝達機構５４を介してギヤブロック５３に伝達され、ギヤブロック５３を介して焦点調節レンズ群５２を光軸方向に進退移動させる。ＡＦモータ３３は、その回転に連動してＡＦパルスを出力するエンコーダ３７を備えている。ボディＣＰＵ３１は、エンコーダ３７が出力するＡＦパルスをＡＦモータ３３の回転方向に応じて内蔵のカウンタ３１ａによりカウントして、焦点調節レンズ群５２の光軸方向位置または基準位置からの駆動量を検出する公知の構成である。ボディＣＰＵ３１、ＡＦモータドライバ３２、ＡＦモータ３３、ジョイント３５、撮像素子４５、ＡＦＥ４６及びＤＳＰ４１は、自動焦点調節装置を構成している。

レンズＣＰＵ５７は、電気接点群５６、３６の接続を介してカメラボディ１１の周辺制御回路２１と接続されていて、この周辺制御回路２１を介してボディＣＰＵ３１との間で、レンズの種別情報、開放（最小）Ｆ値／最大Ｆ値情報、焦点距離情報、撮影距離情報などを所定のデータ通信により通信する。

カメラボディ１１内にはさらに、撮影レンズ５１内の絞り装置（図示せず）を開閉制御する絞り機構２２を備えている。

ボディＣＰＵ３１には、フォーカスモードをマニュアルフォーカス（ＭＦ）モード、オートフォーカス（シングルＡＦ／コンティニュアスＡＦ）モード、オートフォーカスモードの中で、天体ＡＦモードと通常ＡＦモードを切り換えるフォーカスモードスイッチＳＷＦＭｏ、オートフォーカス動作（自動焦点調節動作）を開始させるＡＦ作動スイッチＳＷＡＦ、静止画撮影及び静止画記録処理を開始させるレリーズスイッチＳＷＲ、周辺制御回路２１等への電源をオン／オフするメインスイッチＳＷＭ、撮影モード／再生モード／設定モードなどのモード、撮影モードにおいて、天体撮影モードと通常撮影モードを切り換えるモードスイッチＳＷＭｏ、及び焦点検出領域または合焦した被写体画像を含む一部領域を拡大表示する拡大表示スイッチＳＷＭａｇが接続されている。天体ＡＦモードは天体撮影に最適化したＡＦモードあり、天体撮影モードは天体撮影に最適化した撮影モードであるが、詳細は後述する。

カメラボディ１１には、撮像部として撮像素子４５が設けられている。撮影レンズ５１からカメラボディ１１内に入射した被写体光束は、撮像素子４５の受光面に被写体像を形成する。撮像素子４５は、受光した被写体像を、画素単位で電気的な画像信号に変換して出力する。撮像素子４５が出力した画像信号は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）４６でデジタル化され、ＤＳＰ４１でホワイトバランス等の信号処理、モニタ（表示部）４２で表示可能な表示用画像信号への変換処理等がなされ、表示用画像信号によって被写体画像がモニタ４２に表示される。モニタ４２は、カメラボディ１１の背面に装着されている。モニタ４２にはさらに、設定されたＡＦモード（シングルＡＦ／コンティニュアスＡＦ）、撮影モード／再生モード／設定モード、シャッタ速度、絞り値などの各種撮影情報が表示される。なお、図１には、二点鎖線で示した撮像素子４５と、実線で示したＡＦＥ４６と接続された撮像素子４５を示しているが、これらは同一の撮像素子である。

ＤＳＰ４１は、ボディＣＰＵ３１との間で画像信号、撮影に関する情報を通信し、ボディＣＰＵ３１の動作状態に応じて動作する。例えばＤＳＰ４１とモニタ４２は、ボディＣＰＵ３１が撮影モードで動作している場合は、撮像素子４５が出力した画像信号をモニタ４２にライブビュー表示するライブビュー表示部として動作する。ＤＳＰ４１は、ボディＣＰＵ３１が自動焦点調節動作（ＡＦ処理）している場合は、撮像素子４５が出力した画像信号をボディＣＰＵ３１が処理可能な画像信号に変換してボディＣＰＵ３１に出力する。ＤＳＰ４１は、ボディＣＰＵ３１が静止画撮影動作している場合は、ボディＣＰＵ３１が設定した条件で撮像素子４５に撮像動作させて撮像素子４５が撮像した被写体画像信号に所定の処理を施してフラッシュメモリ３８に書き込む。フラッシュメモリ３８は、カメラボディ１１に着脱自在な公知のメモリーカードである。

ボディＣＰＵ３１は、メインスイッチＳＷＭが電源ＯＮ操作されると、周辺制御回路２１、ＤＳＰ４１などカメラボディ１１内の他の部材への電源をＯＮし、モニタ４２に初期情報を表示させる。周辺制御回路２１は、レンズＣＰＵ５７と通信して、レンズ種別情報などの情報を通信する。ボディＣＰＵ３１は、撮影モードが選択されている場合に、ＤＳＰ４１を介してライブビュー表示用の撮像処理（動画撮像処理）を撮像素子４５に開始させて、撮像素子４５が撮像した被写体画像をＤＳＰ４１を介してモニタ４２にライブビュー表示させる。

ボディＣＰＵ３１は、ＤＳＰ４１から出力された被写体画像信号により被写体輝度を検出し、ＤＳＰ４１を介して、撮像素子４５の露光時間（機械シャッタ速度、電子シャッタ速度）、または撮像素子４５が出力した画像信号のゲイン（ＩＳＯ感度）を調整する。

カメラボディ１１（ボディＣＰＵ３１）は、公知の通常ＡＦ（自動焦点調節）機能を有する。この実施形態の通常ＡＦは、焦点調節レンズ群５２を光軸方向に移動しながら撮像素子４５が撮像した被写体像（画像信号）を使用して焦点状態を検出する公知のいわゆる画像コントラスト検出方式である。ボディＣＰＵ３１は、ＡＦ作動スイッチＳＷＡＦがＯＮされたときに自動焦点調節処理を開始する。ボディＣＰＵ３１は、ＡＦモータ３３を介して焦点調節レンズ群５２を可動範囲（至近端と無限遠端）の間を移動させながら、撮像素子４５が撮像した被写体像（画像信号）に基づいてコントラストを算出し、コントラストがピークとなる焦点調節レンズ群５２の位置（合焦位置）を検出するコントラストサーチ動作を実行する。ボディＣＰＵ３１は、コントラストがピークとなる位置を検出したとき、そのときの焦点調節レンズ群５２の位置（合焦位置）に焦点調節レンズ群５２をＡＦモータ３３を駆動して移動させる。ＡＦモータ３３、ギヤブロック３４及びジョイント３５は、焦点調節部である焦点調節レンズ群５２を光軸方向に移動させる移動部を構成している。

このカメラボディ１１は、天体撮影モードで動作する場合、自動焦点調節を天体ＡＦ動作で行う。ボディＣＰＵ３１は、天体ＡＦ動作では、先ず、焦点調節レンズ群５２を無限遠端（無限遠側可動端）に移動させて、撮像素子４５が撮像した画像信号から円状の光点となる特定の天体画像を認識（抽出）し、認識した天体画像の直径Ｒまたは天体画像の中心輝度Ｂｖを検出する。その後焦点調節レンズ群５２を無限遠端から近端方向（無限遠側可動端から最短可動端側）に所定長単位でステップ移動させながら各位置において撮像素子４５が撮像した画像信号から円状の光点となる特定の天体画像を認識（追従）し、認識した天体画像の直径Ｒまたは天体画像の中心輝度Ｂｖを検出する。そうして、複数ステップ移動させて各位置で検出した複数の直径Ｒまたは中心輝度Ｂｖから、直径Ｒの極小値または中心輝度Ｂｖの極大値を検出する。直径Ｒの極小値または中心輝度Ｂｖの極大値を検出したときの焦点調節レンズ群５２の位置を天体合焦位置に設定してその天体合焦位置に焦点調節レンズ群５２を移動させる。

ここでボディＣＰＵ３１は、撮像素子４５が撮像した画像信号から特定の天体画像を認識する画像認識部３１ｃと、該画像認識部が認識した天体画像のサイズを検出するサイズ検出部３１ｄと、同天体画像の輝度を検出する輝度検出部３１ｅと、上記サイズの極小値を検出する極小値検出部３１ｆと、輝度の極大値を検出する極大値検出部３１ｇと、上記該極小値、または極大値を検出したときの焦点調節レンズ群５２の位置を合焦位置に設定してこの合焦位置に上記焦点調節レンズ群５２を移動させる移動制御部３１ｈを構成している。

図２は、夜間、天体撮影モードにより天体撮影する際の天体ＡＦ動作における、焦点調節レンズ群５２の移動軌跡（サーチ方向）と、撮影した天体画像の様子を説明するタイミングチャートである。ここでは、焦点調節レンズ群５２を無限遠端から近端方向に１ステップ単位で移動したときの天体画像の変化を示している。図２において、正方形の升目は撮像素子４５の各画素４５ａを表している。この実施形態では、特定天体画像のサイズとして直径Ｒを検出し、天体画像の輝度Ｂｖとして、中心輝度Ｂｖを検出する。

図２に示した例では、焦点調節レンズ群５２を無限遠端から２ステップ目で直径Ｒの極小値及び中心輝度Ｂｖの極大値が得られていたことを４ステップ目で判定し、極大値が得られたときの焦点調節レンズ群５２の位置を合焦位置として、この合焦位置に焦点調節レンズ群５２を移動している。この実施形態は、天体画像の直径Ｒまたは中心輝度Ｂｖが２回連続小さくまたは大きくなり、かつその後２回連続して大きくまたは小さくなったときの極値（変曲点）を極小値または極大値、つまり天体の合焦位置と判定している。焦点調節レンズ群５２の無限遠端は、無限遠側可動端であって、機械的な当て付き端でもある。

天体撮影時のＡＦ動作（天体ＡＦ動作）について、図２及び図３を参照して説明する。図３は、ＡＦ動作に関するフローチャートである。図３のＡＦ動作は、ＡＦ作動スイッチＳＷＡＦがオンされたとき、ボディＣＰＵ３１による統括的制御により実行される。なお、撮影者は、できるだけ明るい天体（星）が画面の中央に位置するように構図を決めることが望ましい。

ボディＣＰＵ３１は、ＡＦ動作に入ると、先ず天体撮影モードか否かチェックする（Ｓ１０１）。ボディＣＰＵ３１は、天体撮影モードが設定されていない場合（Ｓ１０１：ＮＯ）は、通常のＡＦ動作を実行してＡＦ動作を終了する（Ｓ１１９、ＡＦ終了）。天体撮影モードが設定されている場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）は天体ＡＦ動作に入り、まずＡＦモータ３３を無限遠端方向に駆動して、焦点調節レンズ群５２を無限遠端（当て付き端）に移動させる（Ｓ１０３）。

続いてボディＣＰＵ３１は、撮像素子４５に撮像動作させて、撮像した画像信号から円状の光点となる天体画像を認識（検出、抽出）する（Ｓ１０５）。ボディＣＰＵ３１は、円画像を認識できなかったとき（Ｓ１０７：ＮＯ）、焦点調節レンズ群５２を近距離側にステップ移動させ（Ｓ１０９）、撮像素子４５を撮像動作させて撮像した画像信号から円状の光点となる天体画像を認識する（Ｓ１０５）。

ボディＣＰＵ３１は、円画像を認識できたとき（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、その円画像の直径Ｒを検出し、検出した直径Ｒとこのときの焦点調節レンズ群５２の位置をＲＡＭ３１ｂに書き込み（Ｓ１１１）、直径Ｒの極小値が得られたか否かチェックする（Ｓ１１３）。ボディＣＰＵ３１は、極小値が得られていなかったとき（Ｓ１１３：ＮＯ）、焦点調節レンズ群５２を近距離側にステップ移動させ（Ｓ１１５）、撮像素子４５を撮像動作させて撮像した画像信号から円画像を認識（円画像を追尾）し（Ｓ１１７）、認識した円画像の直径Ｒを検出して検出した直径Ｒとこのときの焦点調節レンズ群５２の位置をＲＡＭ３１ｂに書き込む（Ｓ１１１）。

ボディＣＰＵ３１は、以上のステップＳ１１１ないしＳ１１７の処理を繰り返して、直径Ｒの極小値を検出する。

ボディＣＰＵ３１は、直径Ｒの極小値を検出したとき（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、その極小値が得られたときの焦点調節レンズ群５２の位置をＲＡＭ３１ｂから読み出して合焦位置に設定し、その合焦位置に焦点調節レンズ群５２を移動させて（Ｓ１１９）、天体ＡＦモードを終了する（ＡＦ終了）。天体画像の直径Ｒの極小値が得られたときの焦点調節レンズ群５２の位置が、その天体画像に対する天体合焦位置である。

ボディＣＰＵ３１は、焦点調節レンズ群５２を天体合焦位置に移動したら、焦点調節レンズ群５２を天体合焦位置にロックする。例えば、測光スイッチＳＷＳがオンしても、焦点調節レンズ群５２を移動させない。そうしてボディＣＰＵ３１は、レリーズスイッチＳＷＲがオンしたとき、天体撮影モードで撮影動作する。

以上の通り本発明の第１の実施形態は、天体撮影モードでＡＦ動作するとき、天体画像の直径Ｒが極小になる焦点調節レンズ群５２の位置を検出するので、天体画像に対して正確に合焦させることが可能になる。従って本発明の第１の実施形態によれば、焦点調節レンズ群５２を異なる複数位置に移動して撮影した単一の天体画像のサイズの変化によって合焦状態（焦点状態）を検出するので、天体に対して簡単に正確に合焦状態（焦点状態）を検出し、合焦させることができる。

天体画像の認識、認識した天体画像の直径Ｒの検出は、公知の画像処理方法により実施できる。天体画像の認識は、画面の中央領域を優先して行うことが好ましい。
特定の天体画像は、地球の自転により撮影画面上を移動するので、ステップＳ１１７では、特定の天体画像の移動軌跡を演算して追尾することが好ましい。
天体画像の直径Ｒの極小値は、天体画像の直径Ｒが複数回連続して小さくなり、その後複数回連続して大きくなったことにより検出できる。なお、極小値を検出できなかったときは、例えば最も小さい直径Ｒが得られたときの焦点調節レンズ群５２の位置に焦点調節レンズ群５２を移動してもよい。

以上の実施形態は、天体画像のサイズとして直径Ｒを検出したが、天体画像の面積を検出してもよい。天体画像の面積が極小となったときの焦点調節レンズ群５２の位置が天体合焦位置である。

天体画像が合焦しているか否か（天体画像の焦点状態）は、天体画像の中心輝度Ｂｖにより検出することもできる。天体画像の輝度は、合焦したときが最も高く、デフォーカス（ピンぼけ）量が大きくなればなるほど低くなる。そこで第２の実施形態は、天体画像の直径Ｒの検出に代えて、天体画像の中心輝度Ｂｖを検出することとした。図２に示したタイミングチャートでは、中心輝度Ｂｖを、１画素分の画像データによって検出している。

図４には、中心輝度Ｂｖにより天体の焦点状態（天体合焦位置）を検出するときの動作をフローチャートで示している。図３と同一の処理には同一のステップＳ番号を付して説明を省略する。円画像を認識するまでの処理（ステップＳ１０１ないしＳ１０９）は図３のフローチャートと同一なので、円画像を認識した後（Ｓ１０７：ＹＥＳ）以降のステップＳ２１１ないしＳ２１９の処理について説明する。

ボディＣＰＵ３１は、その円画像の中心輝度Ｂｖを検出し、検出した中心輝度Ｂｖと、このときの焦点調節レンズ群５２の位置をＲＡＭ３１ｂに書き込む（Ｓ２１１）。そうしてボディＣＰＵ３１は、中心輝度Ｂｖの極大値が得られたか否かチェックし（Ｓ２１３）、極大値が得られていなかったとき（Ｓ２１３：ＮＯ）、焦点調節レンズ群５２を近距離側にステップ移動させる（Ｓ２１５）。ボディＣＰＵ３１は、撮像素子４５を撮像動作させて撮像した画像信号から円画像を認識（円画像を追尾）し（Ｓ２１７）、認識した円画像の中心輝度Ｂｖを検出して、検出した中心輝度Ｂｖとこのときの焦点調節レンズ群５２の位置をＲＡＭ３１ｂに書き込む（Ｓ２１１）。

ボディＣＰＵ３１は、以上のステップＳ２１１ないし２１７の処理を繰り返して、中心輝度Ｂｖの極大値を検出する（Ｓ２１３：ＮＯ）。

ボディＣＰＵ３１は、中心輝度Ｂｖの極大値を検出したとき（Ｓ２１３：ＹＥＳ）、その極大値をとったときの焦点調節レンズ群５２の位置をＲＡＭ３１ｂから読み出して合焦位置に設定し、その合焦位置に焦点調節レンズ群５２を移動させて（Ｓ２１９）、天体ＡＦモードを終了する（ＡＦ終了）。天体画像の中心輝度Ｂｖの極大値が得られたときの焦点調節レンズ群５２の位置が、その天体画像に対する天体合焦位置である。

以上の通り本発明の第２の実施形態は、天体撮影モードでＡＦ動作するとき、天体画像の中心輝度Ｂｖが極大になる焦点調節レンズ群５２の位置を検出するので、天体に対して正確に合焦させることが可能になる。従って本発明の第２の実施形態によれば、焦点調節レンズ群５２を異なる複数位置に移動して撮影した単一の天体画像の輝度の変化によって合焦状態（焦点状態）を検出するので、天体に対して簡単に正確に合焦状態（焦点状態）を検出し、合焦させることができる。

天体画像の中心輝度Ｂｖは、図３の実施形態では画素１個分の画像データを使用して求めたが、互いに隣接する画素４個分、または隣接する画素９個分もしくはそれ以上の画素の画像データの平均値を使用して求めてもよい。

天体画像の中心輝度Ｂｖの極大値は、天体画像の中心輝度Ｂｖが複数回連続して大きくなり、その後複数回連続して小さくなったことにより検出できる。なお、極大値を検出できなかったときは、例えば最も大きい（高い）中心輝度Ｂｖが得られたときの焦点調節レンズ群５２の位置に焦点調節レンズ群５２を移動してもよい。

天体画像を認識する領域を予め画面の座標として設定し、天体画像認識領域を囲む天体測距フレームをモニタ画面に表示させて、使用者がこの天体測距フレーム内に天体画像が入るように構図決めする構成にしてもよい。この実施形態によれば、デジタルカメラ１０は天体測距フレーム内の画像データにより天体画像を認識すればよいので画像データ量が少なく、天体画像の認識が容易になり、短時間で正確に、高精度に検出できる。撮影者は、天体測距フレーム内の天体像に合焦することが分かるので、合焦させるべき天体の捕捉、選択が容易になる。

ＡＦ作動スイッチＳＷＡＦがオンしたとき、フレーム内の画像をモニタに拡大表示すれば、撮影者はどの天体がフレーム内に入っているかの視認が容易になり、天体画像のピント状態をより正確に視認できる。
天体測距フレーム内に複数の天体画像が含まれる場合は、最も輝度が高い天体画像を特定の天体画像として認識することが好ましい。

なお、以上の第１、第２の実施形態において、撮像素子４５による撮影動作（Ｓ１０５、Ｓ１１７、Ｓ２１７）は、撮影レンズ５１の絞りは開放とし、露出時間は天体画像の輝度が適正な値となるように設定することが好ましい。ＩＳＯ感度（ゲイン）は、通常のＩＳＯ感度より数段階上げてもよい。

また、ＡＦモータ３３を近距離側にステップ移動する際の所定量は、撮影レンズの焦点距離、解像力等によって異なり、ＡＦパルス１個または数個分が好ましい。焦点調節レンズ群５２を最短移動長より長い移動長でステップ移動させた場合は、補間演算によりステップ移動間のより正確なレンズ位置を求めることが好ましい。焦点調節レンズ群５２の移動はステップ移動でなく、連続移動させて、所定時間間隔で、または所定のレンズ位置間隔で撮像して天体画像のサイズまたは輝度を検出してもよい。また焦点調節レンズ群５２の移動方向は、最短側可動端から無限遠側可動端としてもよい。

天体撮影モードでは、ＡＦ作動スイッチＳＷＡＦのオン操作を受けて焦点調節レンズ群５２を天体合焦位置に移動すると、焦点調節レンズ群５２をその天体合焦位置に保持（ＡＦロック）し、その後測光スイッチＳＷＳがオンしてもＡＦ動作を行わないようすることが好ましい。言い換えると、天体撮影モードを設定した場合、ＡＦ作動スイッチＳＷＡＦのオン操作を受けて天体ＡＦ動作するが、測光スイッチＳＷＳのオン操作を受けてもＡＦ動作しない構成が好ましい。

以上は、いわゆるミラーレスデジタルカメラに適用した実施形態であるが、本発明は一眼レフタイプのデジタルカメラや、いわゆるコンパクトデジタルカメラ、ビデオカメラなどの撮影装置にも適用できる。一眼レフタイプのデジタルカメラの場合、通常ＡＦ動作は位相差検出方式で行うこともできる。

また、本発明は、撮像素子の受光面に形成された天体像が受光面に対して相対移動しないように光学系または撮像素子を駆動する天体追従撮影装置（例えば、特開２０１０−１２２６７２号公報、特開２０１２−００５１１２号公報など）に適用した場合、天体ＡＦ駆動中に上記天体追従動作させると、長時間露出が可能になり、より正確で精度の高い焦点調節が可能になる。

１１ カメラボディ
２１ 周辺制御回路
３１ ボディＣＰＵ
３１ａ カウンタ
３１ｂ ＲＡＭ
３１ｃ 画像認識部
３１ｄ サイズ検出部
３１ｅ 輝度検出部
３１ｆ 極小値検出部
３１ｇ 極大値検出部
３１ｈ 移動制御部
３２ ＡＦモータドライバ（移動部）
３３ ＡＦモータ（移動部）
３４ ギヤブロック（移動部）
３５ ジョイント（移動部）
３８ フラッシュメモリ
４１ ＤＳＰ
４２ モニタ（表示部）
４５ 撮像素子
４５ａ 画素
４６ ＡＦＥ
５１ 撮影レンズ（撮影光学系）
５２ 焦点調節レンズ群（焦点調節部）
５３ ギヤブロック
５４ 一方向入出力回転伝達機構
５５ ジョイント
５７ レンズＣＰＵ
５８ 一方向入出力回転伝達機構
５９ ピントリング
ＳＷＡＦ ＡＦ作動スイッチ
ＳＷＦＭｏ フォーカスモードスイッチ
ＳＷＭｏ モードスイッチ

Claims (4)

1. 撮影光学系の天体撮影における焦点状態を検出する焦点検出装置であって、
   上記撮影光学系により形成された被写体像を撮像する撮像素子と、
   上記撮像素子が撮像した複数の天体の画像信号から円状の光点となる画像を特定の天体画像として認識する画像認識部と、
   上記画像認識部が認識した上記円状の特定天体画像の上記撮像素子上の画像サイズを検出するサイズ検出部と、
   上記画像認識部が認識した上記特定の天体画像の輝度を検出する輝度検出部と、
   複数の異なる焦点状態において上記サイズ検出部が検出した複数の上記特定の天体画像の画像サイズの中から極小値を検出する極小値検出部と、
   複数の異なる焦点状態において上記輝度検出部が検出した複数の上記特定の天体画像の中心輝度の中から極大値を検出する極大値検出部と、
   を備えたことを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１記載の焦点検出装置において、上記サイズ検出部は、上記特定の天体画像の画像サイズとして天体画像の直径を検出する焦点検出装置。
3. 請求項１または２記載の焦点検出装置において、上記撮影光学系の焦点状態を変更する焦点調節部を光軸方向に移動する移動部を有し、上記サイズ検出部は、上記移動部により上記焦点調節部を無限遠物体合焦側可動端から最短物体合焦側可動端側に移動させながら上記特定の天体画像の画像サイズを検出する焦点検出装置。
4. 請求項１記載の焦点検出装置において、上記撮影光学系の焦点状態を変更する焦点調節部を光軸方向に移動する移動部を有し、上記輝度検出部は、上記移動部により上記焦点調節部を無限遠物体合焦側可動端から最短物体合焦側可動端側に移動させながら上記特定の天体画像の中心輝度を検出する焦点検出装置。

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