焦点検出装置及び焦点検出方法
【課題】 １つ以上のＡＦフレームで焦点調節するもので、焦点調節の不安定さを低減させる焦点検出部及び焦点検出方法を得られるようにする。
【解決手段】 被写体空間からの光束を受光する複数の画素からなる光電変換素子２０３と、前記光電変換素子２０３の出力信号からＡＦフレームの焦点検出範囲を切り出し、撮影レンズの合焦状態を検出する焦点検出手段１１２と、前記光電変換素子２０３上で蓄積制御を行う範囲を選択できる蓄積制御範囲選択手段１１２とを有し、前記蓄積制御範囲選択手段１１２により選択される蓄積制御範囲に対応付けられた焦点検出範囲で検出される合焦状態を優先的に選択して焦点調節するＡＦフレーム。
【解決手段】 被写体空間からの光束を受光する複数の画素からなる光電変換素子２０３と、前記光電変換素子２０３の出力信号からＡＦフレームの焦点検出範囲を切り出し、撮影レンズの合焦状態を検出する焦点検出手段１１２と、前記光電変換素子２０３上で蓄積制御を行う範囲を選択できる蓄積制御範囲選択手段１１２とを有し、前記蓄積制御範囲選択手段１１２により選択される蓄積制御範囲に対応付けられた焦点検出範囲で検出される合焦状態を優先的に選択して焦点調節するＡＦフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動で焦点調節を行う機能を有する焦点検出装置及び焦点検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カメラなどの焦点検出部として、いわゆる位相差検出方式の焦点検出部が知られている（特許文献１）。この方式では、撮影レンズの異なる射出瞳領域を通過した被写体からの光束を、一対のラインセンサ上に結像させ、被写体像を光電変換して得られた一対の被写体像の相対位置の変位量を求める。そして、被写体のデフォーカス量を検出して、これに基づいて撮影レンズの駆動を行うことにより撮影レンズの焦点調節ができる。
【０００３】
また、特許文献１には、複数の測距点でデフォーカスを求めるために、焦点検出用センサ内に測距点にそれぞれ対応する複数のラインセンサを設け、焦点検出することが記載されている。
【０００４】
一方、別の複数の測距点でデフォーカス量を検出する方法として、一対のラインセンサを複数の領域に分割して、領域ごとにデフォーカス量を検出する焦点検出部が知られている。例えば、特許文献２では、ラインセンサを複数の領域に分割して、それぞれのデフォーカス量を検出する。また、ラインセンサを１つに連結して焦点検出範囲を拡げることで、大きなデフォーカス量でも検出できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−０５４２４２号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された焦点検出部では、焦点検出用センサの大きさが限られており、測距点の数には制限がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示された焦点検出部は、分割されたそれぞれの領域のデフォーカス量を検出するために、フレームメモリや蓄積信号を非破壊で各フレームメモリへ転送できる回路構成が必要であった。
【０００８】
そこで、本発明は、構成を複雑にすることなく、複数のＡＦフレームにおける焦点調節を安定して行うことを可能とする焦点検出装置及び焦点検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の技術的特徴としては、焦点状態検出領域の蓄積を開始させるための蓄積開始ステップと、前記焦点状態検出領域の一部のモニタ領域の蓄積状態をモニタ出力させるモニタステップと、前記モニタ出力に基づいて前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させるか否かを判定し、終了させると判定された場合に前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させる蓄積終了ステップと、前記焦点状態検出領域のうち前記モニタ領域を含む第１の領域の出力信号を、前記モニタ領域を含まない第２の領域の出力信号より優先させて焦点調節に用いる焦点調節ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、構成を複雑にすることなく複数のＡＦフレームでデフォーカス量を検出でき、また、焦点調節の動作に安定感を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】カメラのブロック図である。
【図２】焦点検出部１０８にて合焦状態を検出する原理を説明する図である。
【図３】一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの配置を説明する図である。
【図４】光電変換素子２０３の構成及び制御を説明する図である。
【図５】ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの像信号をダーク画素３０１の出力ＶＤを基準として示したものである。
【図６】カメラ動作を説明するフローチャートである。
【図７】一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂとＡＦフレームの位置関係を説明する図である。
【図８】一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂ上の蓄積制御範囲およびそれぞれに対応するＡＦフレーム及び焦点検出範囲を説明する図である。
【図９】一対のラインセンサ列の出力信号の例を説明する図である。
【図１０】焦点検出制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を実施するための形態の一例は、以下の実施の形態に示す通りである。
【００１３】
図１は撮像装置の一例であるカメラのブロック図である。図中、１０１は撮影レンズ、１０７は撮影レンズ１０１を通過した被写体光を受光し光電変換し画像信号データを出力するＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。撮像素子１０７より出力された撮像信号はアナログ信号処理回路１０９に入力される。そして、Ａ／Ｄ変換器１１０によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００１４】
１０２は、半透過部を有する主ミラーであり、図１では撮影光束中に挿入された状態（ミラーダウン）を示している。主ミラー１０２は、撮影時には撮影光束外へ退避し、焦点検出時に撮影光路内に斜設される。また、主ミラー１０２は、撮影光路内に斜設された状態で、撮影レンズ１０１を通過した光束の一部をピント板１０３、ペンタプリズム１０４及び接眼レンズ１０５から構成されるファインダ撮影レンズに導く。
【００１５】
１０６は、主ミラー１０２の動作に同期して主ミラー１０２に対して折り畳み、展開が可能なサブミラーである。主ミラー１０２の半透過部を通過した光束の一部は、サブミラー１０６によって下方へ反射され、位相差方式の焦点検出部１０８に入射し、撮影レンズ１０１の合焦状態が検出される。
【００１６】
１１２は、カメラ全体の制御を行うＣＰＵ、記憶装置であるＲＡＭなどから構成されるシステムコントローラであり、後述する各部の動作を適宜制御する。
【００１７】
１１３は、システムコントローラ１１２に接続され、撮影レンズ１０１と通信を行う通信回路と、焦点調節を行うためにレンズ駆動を行うレンズ駆動機構と、その駆動回路を備えたレンズ駆動部である。１１４は、システムコントローラ１１２に接続され、主ミラー１０２を撮影光束外へ駆動するためのミラー駆動部である。１１５は、システムコントローラ１１２に接続され、焦点検出部１０８を制御するためのセンサ制御部である。１１６は、システムコントローラ１１２に接続され、撮像素子１０７を駆動するための撮像素子駆動装置である。
【００１８】
１１１は、システムコントローラ１１２に接続され、Ａ／Ｄ変換器１１０によりデジタル信号に変換された信号に対してシェーディング補正やガンマ補正などの画像処理を施すデジタル信号処理回路である。
【００１９】
１１７は、デジタル信号処理回路１１１に接続され、撮像素子１０７で撮像された複数フレーム分の画像信号データを記憶することができるフレームメモリである。Ａ／Ｄ変換された信号は一旦このバッファメモリ１１７に記憶される。デジタル信号処理回路１１１ではバッファメモリ１１７に記憶された画像信号データを読み込んで上述した各処理を行い、処理後の画像信号データは再びバッファメモリ１１７に記憶される。
【００２０】
１１８は、メモリカード等の記録媒体１１９に記録する記録・再生信号処理回路である。記録・再生信号処理回路１１８は、デジタル信号処理回路１１１に接続される。デジタル信号処理回路１１１で各種処理が施された画像信号データは、一旦バッファメモリ１１７に記憶された後に画像信号データを記録媒体１１９に記録する際には、画像信号データの圧縮、例えば、ＪＰＥＧ方式でデータ圧縮が行われる。一方、画像信号データを記録媒体１１９から読み込む際、記録・再生信号処理回路１１８は、画像信号データの伸長処理を行う。記録・再生信号処理回路１１８には記録媒体１１９とデータ通信を行うためのインタフェースも含まれている。
【００２１】
１２１は、撮像された画像を表示するための表示部であり、記録媒体１１９に記録されている画像信号データを再生表示する際にも用いられる。表示部１２１に画像を表示する場合には、バッファメモリ１１７に記憶された画像信号データを読み出し、Ｄ／Ａ変換器１２０によりデジタル画像信号データをアナログ映像信号に変換する。そして、そのアナログ映像信号を用いて表示部１２１に画像を表示する。
【００２２】
撮像素子１０７で撮像された画像を表示部１２１で表示する形態には２つの形態がある。一つは、レリーズ操作が行われないときの表示形態であり、撮像素子１０７で繰り返し撮像される画像を逐次更新表示するライブビューと呼ばれる表示形態である。もう一つは、カメラのレリーズ操作後に、撮像素子１０７で撮像された画像を所定時間表示するフリーズ画と呼ばれる表示形態である。
【００２３】
１２２は、システムコントローラ１１２に接続され、カメラの姿勢を検知する姿勢検知回路である。カメラの姿勢検知には、物体の角度や角速度を計測するジャイロスコープを用いても良い。
【００２４】
１２３は、システムコントローラ１１２に接続され、カメラの電源をオン・オフするための電源スイッチ、レリーズボタン、人物撮影モードなどの撮影モードを選択するための設定ボタンなど、カメラを操作するための操作部材が設けられた操作部である。これらのスイッチやボタンを操作すると、その操作に応じた信号がシステムコントローラ１１２に入力される。なお、レリーズボタンには、撮影者により操作されるレリーズボタンの第１ストローク操作（半押し操作）によりＯＮするＳＷ１と、レリーズボタンの第２ストローク操作（全押し操作）によりＯＮするＳＷ２とが接続されている。また、焦点調節モードとして、任意選択モード、領域拡大モード、自動選択モードがあり、撮影者の操作により適宜設定できるものとする。
【００２５】
図２は、焦点検出部１０８を用いてシステムコントローラ１１２が合焦状態を検出する原理を説明するための光路図であり、構成要素を撮影レンズ１０１の光軸上に展開して示したものである。ただし、主ミラー１０２及びサブミラー１０６は省略している。なお、図２において、図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付している。
【００２６】
図２の焦点検出部１０８内において、２０６は撮影レンズ１０１の予定焦点面、即ちフィルム面と共役な面付近に配置された視野マスク、２０１は同じく予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズを示している。また、２０２は２つのレンズ２０２ａと２０２ｂからなる２次結像系、２０３は２次結像系２０２の２つのレンズ２０２ａと２０２ｂに対応してその後方に配置された２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを含む光電変換素子を示している。そして、２０４は２次結像系２０２の２つのレンズ２０２ａと２０２ｂに対応して配置された２つの開口部２０４ａと２０４ｂを有する絞り、２０５は分割された２つの領域２０５ａと２０５ｂを含む撮影レンズ１０１の射出瞳を示している。
【００２７】
このような構成において、例えば撮影レンズ１０１を図中左方に繰り出して、撮像素子１０７より左方に光束が結像すると、光電変換素子２０３上の一対の像は矢印Ａの方向に変位する。この一対の像の相対的なずれ量を光電変換素子２０３で検出することで、撮影レンズ１０１の合焦状態を検出し、さらに撮影レンズ１０１の焦点調節駆動を行うことが可能である。なお、撮影レンズ１０１を図中右方に繰り込んだ場合、光電変換素子２０３上の一対の像は、図中矢印Ａの方向とは反対方向に変位する。
【００２８】
図３は、一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを備えた光電変換素子２０３の配置を示したものである。ラインセンサ列は焦点状態を検出できる焦点状態検出領域であり、ＡＦフレームに対応するラインセンサ列の一部の領域を焦点検出範囲という。そして、光電変換素子２０３の一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂにおける複数の焦点検出範囲より出力される信号からそれぞれのＡＦフレームに対応する像ずれ量を検出する。言い換えると、１組の一対のラインセンサ列に対して複数のＡＦフレームが対応付けられている。
【００２９】
図４は、光電変換素子２０３の構成及び制御を説明するための図である。
【００３０】
ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに対して共通な遮光されたダーク画素３０１の出力（ＶＤ）と、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに共通な最大値検出回路３０２の出力（最大値を示す画素の出力（ＶＰ））との差が作動アンプ３０３により検出される。これに基づいて、蓄積制御範囲における信号レベルが所定レベル（ＶＲ）に到達するまでラインセンサ列における信号の蓄積を行い、到達時点で蓄積動作の終了を制御する。そして、蓄積動作が終了すると蓄積容量への読み出し信号となるΦＲが蓄積制御部３０４からラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに送られる。このように、光電変換素子２０３の信号の蓄積状態をモニタ出力させて、所定レベルに達したら蓄積動作を終了させ、信号を読み出すことにより、適正な蓄積制御が行える。
【００３１】
ここで最大値ＶＰとダーク出力ＶＤとの差を取るのはダーク出力ＶＤを基準とし、所定レベルＶＲに最大値ＶＰが到達するまで蓄積することにより、焦点検出の位相差検出処理において、十分精度を出すレベルにするためである。この最大値ＶＰ以上に蓄積時間を増加すれば、出力信号が飽和して適切な焦点検出が行えなくなるので、読み出し信号となるΦＲをラインセンサ列２０３ａと２０３ｂにフィードバックする。ここで、ラインセンサでの蓄積動作の終了はライン全体が一度に制御されるものとする。
【００３２】
また、蓄積制御範囲とは、作動アンプ３０３により検出・出力された出力信号が、所定レベル（ＶＲ）に到達するまで光電変換素子２０３における蓄積を行うよう制御する際に、監視対象となる光電変換素子２０３の範囲（モニタ領域）を示している。図８ではグレーにぬられている。言い換えると、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂはそれぞれに、一部分の出力信号（モニタ出力）に基づいてラインセンサ列全体の信号の蓄積終了及び蓄積容量への読み出しが制御される。
【００３３】
図５は、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの像信号をダーク画素３０１の出力ＶＤを基準として示したもので、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂのそれぞれの像信号であるＡ像とＢ像に対して共通の最大値出力ＶＰが設定レベルＶＲとなっている。焦点検出は、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂでそれぞれラインセンサ画素のいずれかが設定レベルＶＲを含む所定間隔内に収まったときの像信号を用いて行う。
【００３４】
ここで、上記のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂからそれぞれ出力されるＡ像とＢ像から焦点ずれ量を検出する信号処理方法について説明する。
【００３５】
焦点検出用画素を構成する画素数をＬとし、画素番号ｉ（ｉ＝０，・・・，Ｌ）としたときのＡ像信号をＡ（ｉ）、Ｂ像信号をＢ（ｉ）とするとき、
【００３６】
【数１】
・・・ （１）
【００３７】
あるいは、
【００３８】
【数２】
・・・ （２）
【００３９】
なる式を、ｋ１≦ｋ≦ｋ２について演算する。なお、Ｍは（Ｍ＝Ｌ−｜ｋ｜）で表される演算画素数であり、ｋは相対変移量と呼ばれ、ｋ１，ｋ２は通常−Ｌ／２、Ｌ／２にとらえることが多い。また、ｍａｘ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから大なるものを抽出することを表し、ｍｉｎ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから小なるものを抽出することを表す。したがって、前記式（１）、（２）におけるＸ１（ｋ）、Ｘ２（ｋ）、Ｙ１（ｋ）、Ｙ２（ｋ）は広義の相関量と考えることができる。更に前記式（１）、（２）を詳細に見ると、Ｘ１（ｋ），Ｙ１（ｋ）は現実には（ｋ−１）の変位における相関量を、Ｘ２（ｋ），Ｙ２（ｋ）は（ｋ＋１）の変位における相関量を、それぞれ表している。それゆえ、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）の差である評価量Ｘ（ｋ）は相対変位量ｋにおける被写体像信号Ａ（ｉ），Ｂ（ｉ）の相関量の変化量を意味する。
【００４０】
Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いときに最小となる。よって、その変化量であるＸ（ｋ）は相関が最も高いのときに「０」で、かつ傾きは負となるはずである。ところが、Ｘ（ｋ）は離散データであるから、実際には、
Ｘ（ｋｐ）≧０，Ｘ（ｋｐ＋１）＜０ ・・・ （３）
かつ、Ｘ（ｋｐ）−（ｋｐ＋１）が最大なる相対変位の区間［ｋｐ，ｋｐ＋１］に相関量のピークが存在すると考えて、
ＰＲ＝ｋｐ＋Ｘ（ｋｐ）／｛Ｘ（ｋｐ）−Ｘ（ｋｐ＋１）｝ ・・・ （４）
の補間演算を行うことにより、画素単位以下の焦点ずれ量ＰＲを検出することができる。
【００４１】
一方、Ｙ１（ｋ），Ｙ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いとき、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）とは逆に最大となる。よって、その変化量であるＹ（ｋ）は相関が最も高いのときに「０」で、かつ傾きは正となるはずである。Ｙ（ｋ）もＸ（ｋ）と同様に
Ｙ（ｋｐ）≦０，Ｙ（ｋｐ＋１）＞０ ・・・ （５）
でかつＹ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）が最大のとき
ＰＲ＝ｋｐ＋｜Ｙ（ｋｐ）／｛Ｙ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）｝｜ ・・・ （６）
の補間演算を行うことにより、画素単位以下の焦点ずれ量ＰＲを検出することができる。
【００４２】
式４、あるいは、式６で求めた焦点ずれ量ＰＲより、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量ＤＥＦを下記式７で求めることができる。
ＤＥＦ＝Ｋ・ＰＲ ・・・ （７）
式７において、Ｋは一対の測距瞳を通過する光束の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
【００４３】
本実施形態におけるカメラの動作を図６を用いて説明する。
【００４４】
本実施形態のカメラは、１組の一対のラインセンサ列に対して複数のＡＦフレームが対応付けられており、それぞれのＡＦフレームで上述のデフォーカス量を求めるもので、ＡＦの動作に安定感を得られよう構成されている。
【００４５】
まず、ステップ１０１では、システムコントローラ１１２が操作部の一つであるＳＷ１が押されたかどうかを判断する。ＳＷ１が押されていなければ、ＳＷ１が押下されるまで処理を繰り返す。一方、ＳＷ１が押されていればステップ１０２へ進む。
【００４６】
ステップ１０２では、焦点検出制御を行う。焦点検出制御の詳細については後述する。
【００４７】
ステップ１０３では、ＡＦフレーム選択を行う。ＡＦフレーム選択の詳細については後述する。
【００４８】
ステップ１０４では、ステップ１０３で選択した１つの合焦状態が合焦がどうかを判断する。合焦していなければ、ステップ１０５へ進む。一方、合焦していれば、ステップ１０６へ進む。
【００４９】
ステップ１０５では、システムコントローラ１１２がステップ１０３で検出した合焦状態であるデフォーカス量をレンズの駆動量であるパルス数に変換し、レンズ駆動部１１３を介して撮影レンズ１０１を駆動する。
【００５０】
ステップ１０６では、システムコントローラ１１２が操作部の１つであるＳＷ２が押されているかどうかを判断する。ＳＷ２が押されていなければ、ステップ１０６を繰り返す。一方、ＳＷ２が押されていればステップ１０７へ進む。
【００５１】
ステップ１０７では、システムコントローラ１１２がミラー駆動部１１４を介して、主ミラー１０２を撮影光束外へ駆動させ、撮像素子駆動装置１１６を介して撮像素子１０７を駆動させて画像信号データを出力させる。そして、さらに各画像処理をした後、画像信号データを記録媒体１１９に記録させる。
【００５２】
次に、図３、図４にて説明したラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの蓄積制御の詳細を、図７〜図９を用いて説明する。
【００５３】
操作部１２３におけるモードの設定において、ＡＦフレームを撮影者が自由に選択する任意選択モードが選択されている場合には、任意の１点に対応する蓄積制御範囲を対象として蓄積制御が実行される。そして、図９のような光電変換素子全体からの出力信号を得るとともに選択されたＡＦフレームに対応する信号出力に基づきデフォーカス量が算出され、焦点調節が行われる。図６に照らし合わせると、ステップ１０２の焦点検出制御においては、予め撮影者によって設定された任意のＡＦフレームに対応する蓄積制御範囲における蓄積制御、及び焦点検出制御を行うこととなる。そして、ステップ１０３は省略し、ステップ１０４にて予め撮影者によって設定された任意のＡＦフレームの合焦状態が合焦がどうかを判断する。
【００５４】
図７は光電変換素子２０３の一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを視野マスク２０６上（１次結像面上）に逆投影した図であり、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂとＡＦフレームの位置関係を説明する図である。ラインセンサ列の出力信号からそれぞれ３つの範囲を切り出すことにより、被写体空間で３つの異なる範囲に対する撮影レンズの合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出することができる。
【００５５】
また、図８は一対のラインセンサ列２０３積制御範囲及びそれぞれに対応するＡＦフレーム、焦点検出範囲を示している。
【００５６】
ＡＦフレーム４０１に対して、図８（ａ）の蓄積制御範囲Ａ及び焦点検出範囲Ａが対応付けられている。したがって、ＡＦフレーム４０１でピントを合わせたいときには、ラインセンサ列の蓄積制御範囲Ａを選択し、蓄積制御範囲Ａより得られる出力信号が所定レベルに到達したらラインセンサ列全体（つまり、焦点状態検出領域全体）の蓄積の終了及び読み出しを行う。そして焦点検出範囲Ａの出力信号に基づいて合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出し、それに基づいて撮影レンズ１０１を移動させて焦点調節を行う。
【００５７】
また、ＡＦフレーム４０２に対して、図８（ｂ）の蓄積制御範囲Ｂ及び焦点検出範囲Ｂが対応付けられている。また、ＡＦフレーム４０３に対して、図８（ｃ）の蓄積制御範囲Ｃ及び焦点検出範囲Ｃが対応付けられている。
【００５８】
ＡＦフレーム４０２、４０３についても同様に前述の対応付けられた蓄積制御範囲、及び、焦点検出範囲Ｂ、Ｃを選択して合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出する。
【００５９】
一方、操作部１２３におけるモード設定において、領域拡大モードが選択されている場合には、下記のようなラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの蓄積制御が行われる。ここで、領域拡大モードとは、撮影者により選択されたＡＦフレームとその周りのＡＦフレームの中から信頼度の高いＡＦフレームを選択して焦点調節をする焦点調節モードである。なお、複数のＡＦフレームから自動的に信頼度の高いＡＦフレームを選択して焦点調節をする自動選択モードが選択されている場合も同様である。
【００６０】
複数のＡＦフレームで焦点検出をする領域拡大モード、又は、自動選択モードのときには、光電変換素子上のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの蓄積制御範囲の選択によっては焦点検出結果が不安定になる恐れがある。これは、ラインセンサ列内で部分読み出しができない構成になっているためでる。例えば、明るい被写体の像信号に基づいて蓄積制御が行われる場合には暗い被写体の像信号の振幅が出なくなったり、明るい被写体の像信号が蓄積制御範囲外となることで電荷が飽和しやすくなったりして、被写体像の再現性が低下することによるものである。
【００６１】
具体的に、撮影シーンごとの光電変換素子２０３上のラインセンサ列の出力信号の例を図９に示すような出力信号Ａ、Ｂ、Ｃとして以下に説明する。
【００６２】
図９は、ＡＦフレーム４０１に明るい被写体が存在し、ＡＦフレーム４０２に主被写体が存在し、ＡＦフレーム４０３には被写体が存在していないことを表わしている。なお、ＡＦフレーム４０２の主被写体はＡＦフレーム４０１の明るい被写体よりも輝度が暗く、ＡＦフレーム４０３の領域はＡＦフレーム４０２の主被写体の輝度よりも暗いものとする。
【００６３】
まず、図９のラインセンサ列の出力信号Ａは、図８（ａ）の蓄積制御範囲Ａを選択したときの出力信号である。出力信号Ａは、ＡＦフレーム４０１の明るい被写体の像信号で蓄積制御を行ったものであるため、ＡＦフレーム４０２の主被写体の像信号の振幅が出ていない。このため、ＡＦフレーム４０２の合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出できない。また、図９のラインセンサ列の出力信号Ｂは、図８（ｂ）の蓄積制御範囲Ｂを選択したときの出力信号である。出力信号Ｂは、ＡＦフレーム４０１の明るい被写体の像信号が飽和しているが、ＡＦフレーム４０２の被写体の像信号の振幅が出ている。このため、ＡＦフレーム４０２の合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出できる。さらに、図９のラインセンサ列の出力信号Ｃは、図８（ｃ）の蓄積制御範囲Ｃを選択したときの出力信号である。出力信号Ｃは、ＡＦフレームＣが他のＡＦフレームの被写体輝度よりも暗いため、ＡＦフレーム４０１の明るい被写体、及び、ＡＦフレーム４０２の主被写体の像信号が飽和している。出力信号Ｂに比べ出力信号ＣのＡＦフレーム４０２の被写体の像信号は、飽和しているために被写体像の再現性が低下し、合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出できないか、または、検出できたとしてもピントが大きくずれることになる。
【００６４】
上述のように、蓄積制御範囲の設定によっては、主要ＡＦフレームがＡＦフレーム４０２だった場合、合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出できないか、または、検出できたとしてもピントが大きくずれるという問題が生じる。
【００６５】
このような問題を防止するために、本実施形態ではＡＦフレームの選択の際に優先順位を設ける。図１０を用いて図６のステップ１０２の焦点検出制御（前述の複数のＡＦフレームに対応する焦点検出範囲にてそれぞれ焦点検出をし、検出結果に応じてＡＦフレームを選択する場合）について説明する。なお、上記説明では図７ように１つのラインセンサ列から出力信号から３つの焦点検出範囲を切り出して、被写体空間で３つの異なる領域に対する撮影レンズの合焦状態を検出することを想定している。
【００６６】
ステップ２０１では、システムコントローラ１１２がセンサ制御部１１５を介して焦点検出部１０８を駆動させるための電源の設定、蓄積制御を行う光電変換素子２０３の蓄積設定、光電変換素子上の蓄積制御範囲の選択、及び、最長蓄積時間の設定を行う。そして、蓄積開始を指示すると同時にタイマーを起動させる。
【００６７】
以降の説明では、光電変換素子上のラインセンサ列の蓄積制御範囲の選択は、図８（ｂ）の蓄積制御範囲Ｂを選択した例をとりあげる。これは例えば、上述の領域拡大モードの場合にＡＦフレームＢが撮影者に選択されているときを想定している。もしくは、上述の自動選択モードの場合に中央優先のためＡＦフレームＢを重視して蓄積制御をすることを想定している。これは、撮影者がよく選択するであろうＡＦフレームが図８のように３つであれば中央だと考えられるためである。また、ＡＦフレームが２つであれば、撮影者がよく選択するＡＦフレームは外側だろうと予測されるので、外側のＡＦフレームを重視して蓄積制御をするように構成してもよい。
【００６８】
また、例えば、領域拡大モードにおいて撮影者がＡＦフレームＡが選択されている場合には、光電変換素子上の蓄積制御範囲の選択は、図８（ａ）の蓄積制御範囲Ａで固定としてもよい。
【００６９】
ステップ２０２では、蓄積開始からの蓄積時間とステップ２０１で設定した最長蓄積時間とを比較する。蓄積時間が最長蓄積時間よりも長ければ焦点検出制御を終了する。一方、短ければステップ２０３へ進む。
【００７０】
ステップ２０３では、割り込み信号が発生したかどうかを判定する。割り込み信号が発生していなければステップ２０３を繰り返す。割り込み信号は、ステップ２０１で蓄積設定を行った光電変換素子の蓄積が終了したときに焦点検出部１０８からセンサ制御部１１５を介してシステムコントローラに通知される。具体的には、蓄積設定を行った蓄積制御範囲Ｂにおいて、予め決められた信号値に達したらラインセンサ列の蓄積動作を終了させると共に、割り込み信号を発生させる。
【００７１】
一方、割り込み信号が発生すればステップ２０４へ進む。
【００７２】
ステップ２０４では、ラインセンサ列の蓄積制御が終了するとセンサ制御部１１５内に存在する不図示の内蔵メモリに記憶される蓄積終了情報をシステムコントローラ１１２が読み出し、どの光電変換素子の蓄積制御が終了したかを処理する。
【００７３】
ステップ２０５では、ステップ２０１で蓄積設定を行った全てのラインセンサ列から出力信号を読み出したかどうかを判定する。蓄積設定を行った全てのラインセンサ列から出力信号を読み出していれば焦点検出制御を終了する。一方、蓄積設定を行った全てのラインセンサ列から出力信号を読み出していなければステップ２０６へ進む。
【００７４】
ステップ２０６では、システムコントローラ１１２がセンサ制御部１１５を介してラインセンサ列から出力信号を読み出す。
【００７５】
ステップ２０７では、焦点検出を行う。焦点検出の詳細については前述した焦点ずれ量を検出する信号処理方法を適用する。
【００７６】
次に、図６のステップ１０３のＡＦフレーム選択について説明する。
【００７７】
ＡＦフレーム選択とは、１つ以上のＡＦフレームで測距する場合、最終的に１点のＡＦフレームでピントを合わせるため、１つ以上のＡＦフレームの中から１つのＡＦフレームを選択する処理のことである。ＡＦフレームの選択としては、検出した合焦状態の信頼性が高いものの中から最近点を選択する方法がある。
【００７８】
このＡＦフレーム選択に対してさらに選択した蓄積制御範囲に応じて選択するＡＦフレームの優先度を変更する。具体的には下記の通りである。
【００７９】
図１０のステップ２０１において、光電変換素子２０３上のラインセンサ列の蓄積制御範囲の選択を図８（ｂ）の蓄積制御範囲Ｂとしたとする。このとき、ラインセンサ列の出力信号から図８に示す焦点検出範囲Ａ、Ｂ、Ｃから検出した合焦状態のうち焦点検出範囲Ｂから検出した合焦状態を優先して選択する。
【００８０】
同様に、ステップ２０１において、光電変換素子２０３上のラインセンサ列の蓄積制御範囲を図８（ａ）の蓄積制御範囲Ａを選択すれば焦点検出範囲Ａから検出した合焦状態を優先して選択する。また、光電変換素子２０３上のラインセンサ列の蓄積制御範囲を図８（ｃ）の蓄積制御範囲Ｃを選択すれば焦点検出範囲Ｃから検出した合焦状態を優先して選択する。
【００８１】
これまでの説明では、光電変換素子２０３のラインセンサ列の蓄積制御範囲を固定としたが、検出した合焦状態に応じて可変にしても良い。つまり、今回の測距で選択した蓄積制御範囲に対応付けられた焦点検出範囲から検出される合焦状態の信頼性が低ければ、次回の焦点調節動作では、異なる蓄積制御範囲に切り換えてもよい。これは複数回の焦点調節動作が必要になるが、いずれかの焦点調節動作で被写体像の再現性が高いラインセンサ列の出力信号が得られる。
【００８２】
また、蓄積制御範囲外に対応付けられた焦点検出範囲の出力信号でも飽和していなければ蓄積制御範囲に対応付けられた焦点検出範囲で検出される合焦状態の選択を優先させず同等にＡＦフレーム選択を行っても良い。
【００８３】
また、ＡＦフレーム４０１には蓄積制御範囲Ａと焦点検出範囲Ａを、ＡＦフレーム４０２には蓄積制御範囲Ｂと焦点検出範囲Ｂを、ＡＦフレーム４０３には蓄積制御範囲Ｃと焦点検出範囲Ｃを対応付けて説明したが、これに限らない。つまり、ＡＦフレームに対応する蓄積制御範囲と焦点検出範囲は完全に一致していなくてもよい。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態では、光電変換素子上のラインセンサ列の出力信号から複数のＡＦフレームの焦点検出範囲を切り出して被写体空間で異なる範囲に対する撮影レンズの合焦状態を検出する。光電変換素子上のラインセンサ列の蓄積制御範囲に対応付けられた焦点検出範囲で検出される合焦状態を優先的に選択するので、蓄積制御範囲外に対応付けられた焦点検出範囲で検出される合焦状態を選択して大きくピントがずれることを低減できる。したがって、焦点調節動作の安定感を得られる。
【符号の説明】
【００８５】
１０１ 撮影レンズ
１０２ 主ミラー
１０６ サブミラー
１１２ システムコントローラ
１１３ レンズ駆動部
１２３ 操作部
２０３ 光電変換素子
４０１〜４０３ ＡＦフレーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動で焦点調節を行う機能を有する焦点検出装置及び焦点検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カメラなどの焦点検出部として、いわゆる位相差検出方式の焦点検出部が知られている（特許文献１）。この方式では、撮影レンズの異なる射出瞳領域を通過した被写体からの光束を、一対のラインセンサ上に結像させ、被写体像を光電変換して得られた一対の被写体像の相対位置の変位量を求める。そして、被写体のデフォーカス量を検出して、これに基づいて撮影レンズの駆動を行うことにより撮影レンズの焦点調節ができる。
【０００３】
また、特許文献１には、複数の測距点でデフォーカスを求めるために、焦点検出用センサ内に測距点にそれぞれ対応する複数のラインセンサを設け、焦点検出することが記載されている。
【０００４】
一方、別の複数の測距点でデフォーカス量を検出する方法として、一対のラインセンサを複数の領域に分割して、領域ごとにデフォーカス量を検出する焦点検出部が知られている。例えば、特許文献２では、ラインセンサを複数の領域に分割して、それぞれのデフォーカス量を検出する。また、ラインセンサを１つに連結して焦点検出範囲を拡げることで、大きなデフォーカス量でも検出できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−０５４２４２号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された焦点検出部では、焦点検出用センサの大きさが限られており、測距点の数には制限がある。
【０００７】
また、特許文献２に開示された焦点検出部は、分割されたそれぞれの領域のデフォーカス量を検出するために、フレームメモリや蓄積信号を非破壊で各フレームメモリへ転送できる回路構成が必要であった。
【０００８】
そこで、本発明は、構成を複雑にすることなく、複数のＡＦフレームにおける焦点調節を安定して行うことを可能とする焦点検出装置及び焦点検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の技術的特徴としては、焦点状態検出領域の蓄積を開始させるための蓄積開始ステップと、前記焦点状態検出領域の一部のモニタ領域の蓄積状態をモニタ出力させるモニタステップと、前記モニタ出力に基づいて前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させるか否かを判定し、終了させると判定された場合に前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させる蓄積終了ステップと、前記焦点状態検出領域のうち前記モニタ領域を含む第１の領域の出力信号を、前記モニタ領域を含まない第２の領域の出力信号より優先させて焦点調節に用いる焦点調節ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、構成を複雑にすることなく複数のＡＦフレームでデフォーカス量を検出でき、また、焦点調節の動作に安定感を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】カメラのブロック図である。
【図２】焦点検出部１０８にて合焦状態を検出する原理を説明する図である。
【図３】一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの配置を説明する図である。
【図４】光電変換素子２０３の構成及び制御を説明する図である。
【図５】ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの像信号をダーク画素３０１の出力ＶＤを基準として示したものである。
【図６】カメラ動作を説明するフローチャートである。
【図７】一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂとＡＦフレームの位置関係を説明する図である。
【図８】一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂ上の蓄積制御範囲およびそれぞれに対応するＡＦフレーム及び焦点検出範囲を説明する図である。
【図９】一対のラインセンサ列の出力信号の例を説明する図である。
【図１０】焦点検出制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を実施するための形態の一例は、以下の実施の形態に示す通りである。
【００１３】
図１は撮像装置の一例であるカメラのブロック図である。図中、１０１は撮影レンズ、１０７は撮影レンズ１０１を通過した被写体光を受光し光電変換し画像信号データを出力するＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。撮像素子１０７より出力された撮像信号はアナログ信号処理回路１０９に入力される。そして、Ａ／Ｄ変換器１１０によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００１４】
１０２は、半透過部を有する主ミラーであり、図１では撮影光束中に挿入された状態（ミラーダウン）を示している。主ミラー１０２は、撮影時には撮影光束外へ退避し、焦点検出時に撮影光路内に斜設される。また、主ミラー１０２は、撮影光路内に斜設された状態で、撮影レンズ１０１を通過した光束の一部をピント板１０３、ペンタプリズム１０４及び接眼レンズ１０５から構成されるファインダ撮影レンズに導く。
【００１５】
１０６は、主ミラー１０２の動作に同期して主ミラー１０２に対して折り畳み、展開が可能なサブミラーである。主ミラー１０２の半透過部を通過した光束の一部は、サブミラー１０６によって下方へ反射され、位相差方式の焦点検出部１０８に入射し、撮影レンズ１０１の合焦状態が検出される。
【００１６】
１１２は、カメラ全体の制御を行うＣＰＵ、記憶装置であるＲＡＭなどから構成されるシステムコントローラであり、後述する各部の動作を適宜制御する。
【００１７】
１１３は、システムコントローラ１１２に接続され、撮影レンズ１０１と通信を行う通信回路と、焦点調節を行うためにレンズ駆動を行うレンズ駆動機構と、その駆動回路を備えたレンズ駆動部である。１１４は、システムコントローラ１１２に接続され、主ミラー１０２を撮影光束外へ駆動するためのミラー駆動部である。１１５は、システムコントローラ１１２に接続され、焦点検出部１０８を制御するためのセンサ制御部である。１１６は、システムコントローラ１１２に接続され、撮像素子１０７を駆動するための撮像素子駆動装置である。
【００１８】
１１１は、システムコントローラ１１２に接続され、Ａ／Ｄ変換器１１０によりデジタル信号に変換された信号に対してシェーディング補正やガンマ補正などの画像処理を施すデジタル信号処理回路である。
【００１９】
１１７は、デジタル信号処理回路１１１に接続され、撮像素子１０７で撮像された複数フレーム分の画像信号データを記憶することができるフレームメモリである。Ａ／Ｄ変換された信号は一旦このバッファメモリ１１７に記憶される。デジタル信号処理回路１１１ではバッファメモリ１１７に記憶された画像信号データを読み込んで上述した各処理を行い、処理後の画像信号データは再びバッファメモリ１１７に記憶される。
【００２０】
１１８は、メモリカード等の記録媒体１１９に記録する記録・再生信号処理回路である。記録・再生信号処理回路１１８は、デジタル信号処理回路１１１に接続される。デジタル信号処理回路１１１で各種処理が施された画像信号データは、一旦バッファメモリ１１７に記憶された後に画像信号データを記録媒体１１９に記録する際には、画像信号データの圧縮、例えば、ＪＰＥＧ方式でデータ圧縮が行われる。一方、画像信号データを記録媒体１１９から読み込む際、記録・再生信号処理回路１１８は、画像信号データの伸長処理を行う。記録・再生信号処理回路１１８には記録媒体１１９とデータ通信を行うためのインタフェースも含まれている。
【００２１】
１２１は、撮像された画像を表示するための表示部であり、記録媒体１１９に記録されている画像信号データを再生表示する際にも用いられる。表示部１２１に画像を表示する場合には、バッファメモリ１１７に記憶された画像信号データを読み出し、Ｄ／Ａ変換器１２０によりデジタル画像信号データをアナログ映像信号に変換する。そして、そのアナログ映像信号を用いて表示部１２１に画像を表示する。
【００２２】
撮像素子１０７で撮像された画像を表示部１２１で表示する形態には２つの形態がある。一つは、レリーズ操作が行われないときの表示形態であり、撮像素子１０７で繰り返し撮像される画像を逐次更新表示するライブビューと呼ばれる表示形態である。もう一つは、カメラのレリーズ操作後に、撮像素子１０７で撮像された画像を所定時間表示するフリーズ画と呼ばれる表示形態である。
【００２３】
１２２は、システムコントローラ１１２に接続され、カメラの姿勢を検知する姿勢検知回路である。カメラの姿勢検知には、物体の角度や角速度を計測するジャイロスコープを用いても良い。
【００２４】
１２３は、システムコントローラ１１２に接続され、カメラの電源をオン・オフするための電源スイッチ、レリーズボタン、人物撮影モードなどの撮影モードを選択するための設定ボタンなど、カメラを操作するための操作部材が設けられた操作部である。これらのスイッチやボタンを操作すると、その操作に応じた信号がシステムコントローラ１１２に入力される。なお、レリーズボタンには、撮影者により操作されるレリーズボタンの第１ストローク操作（半押し操作）によりＯＮするＳＷ１と、レリーズボタンの第２ストローク操作（全押し操作）によりＯＮするＳＷ２とが接続されている。また、焦点調節モードとして、任意選択モード、領域拡大モード、自動選択モードがあり、撮影者の操作により適宜設定できるものとする。
【００２５】
図２は、焦点検出部１０８を用いてシステムコントローラ１１２が合焦状態を検出する原理を説明するための光路図であり、構成要素を撮影レンズ１０１の光軸上に展開して示したものである。ただし、主ミラー１０２及びサブミラー１０６は省略している。なお、図２において、図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付している。
【００２６】
図２の焦点検出部１０８内において、２０６は撮影レンズ１０１の予定焦点面、即ちフィルム面と共役な面付近に配置された視野マスク、２０１は同じく予定焦点面の付近に配置されたフィールドレンズを示している。また、２０２は２つのレンズ２０２ａと２０２ｂからなる２次結像系、２０３は２次結像系２０２の２つのレンズ２０２ａと２０２ｂに対応してその後方に配置された２つのラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを含む光電変換素子を示している。そして、２０４は２次結像系２０２の２つのレンズ２０２ａと２０２ｂに対応して配置された２つの開口部２０４ａと２０４ｂを有する絞り、２０５は分割された２つの領域２０５ａと２０５ｂを含む撮影レンズ１０１の射出瞳を示している。
【００２７】
このような構成において、例えば撮影レンズ１０１を図中左方に繰り出して、撮像素子１０７より左方に光束が結像すると、光電変換素子２０３上の一対の像は矢印Ａの方向に変位する。この一対の像の相対的なずれ量を光電変換素子２０３で検出することで、撮影レンズ１０１の合焦状態を検出し、さらに撮影レンズ１０１の焦点調節駆動を行うことが可能である。なお、撮影レンズ１０１を図中右方に繰り込んだ場合、光電変換素子２０３上の一対の像は、図中矢印Ａの方向とは反対方向に変位する。
【００２８】
図３は、一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを備えた光電変換素子２０３の配置を示したものである。ラインセンサ列は焦点状態を検出できる焦点状態検出領域であり、ＡＦフレームに対応するラインセンサ列の一部の領域を焦点検出範囲という。そして、光電変換素子２０３の一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂにおける複数の焦点検出範囲より出力される信号からそれぞれのＡＦフレームに対応する像ずれ量を検出する。言い換えると、１組の一対のラインセンサ列に対して複数のＡＦフレームが対応付けられている。
【００２９】
図４は、光電変換素子２０３の構成及び制御を説明するための図である。
【００３０】
ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに対して共通な遮光されたダーク画素３０１の出力（ＶＤ）と、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに共通な最大値検出回路３０２の出力（最大値を示す画素の出力（ＶＰ））との差が作動アンプ３０３により検出される。これに基づいて、蓄積制御範囲における信号レベルが所定レベル（ＶＲ）に到達するまでラインセンサ列における信号の蓄積を行い、到達時点で蓄積動作の終了を制御する。そして、蓄積動作が終了すると蓄積容量への読み出し信号となるΦＲが蓄積制御部３０４からラインセンサ列２０３ａと２０３ｂに送られる。このように、光電変換素子２０３の信号の蓄積状態をモニタ出力させて、所定レベルに達したら蓄積動作を終了させ、信号を読み出すことにより、適正な蓄積制御が行える。
【００３１】
ここで最大値ＶＰとダーク出力ＶＤとの差を取るのはダーク出力ＶＤを基準とし、所定レベルＶＲに最大値ＶＰが到達するまで蓄積することにより、焦点検出の位相差検出処理において、十分精度を出すレベルにするためである。この最大値ＶＰ以上に蓄積時間を増加すれば、出力信号が飽和して適切な焦点検出が行えなくなるので、読み出し信号となるΦＲをラインセンサ列２０３ａと２０３ｂにフィードバックする。ここで、ラインセンサでの蓄積動作の終了はライン全体が一度に制御されるものとする。
【００３２】
また、蓄積制御範囲とは、作動アンプ３０３により検出・出力された出力信号が、所定レベル（ＶＲ）に到達するまで光電変換素子２０３における蓄積を行うよう制御する際に、監視対象となる光電変換素子２０３の範囲（モニタ領域）を示している。図８ではグレーにぬられている。言い換えると、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂはそれぞれに、一部分の出力信号（モニタ出力）に基づいてラインセンサ列全体の信号の蓄積終了及び蓄積容量への読み出しが制御される。
【００３３】
図５は、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの像信号をダーク画素３０１の出力ＶＤを基準として示したもので、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂのそれぞれの像信号であるＡ像とＢ像に対して共通の最大値出力ＶＰが設定レベルＶＲとなっている。焦点検出は、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂでそれぞれラインセンサ画素のいずれかが設定レベルＶＲを含む所定間隔内に収まったときの像信号を用いて行う。
【００３４】
ここで、上記のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂからそれぞれ出力されるＡ像とＢ像から焦点ずれ量を検出する信号処理方法について説明する。
【００３５】
焦点検出用画素を構成する画素数をＬとし、画素番号ｉ（ｉ＝０，・・・，Ｌ）としたときのＡ像信号をＡ（ｉ）、Ｂ像信号をＢ（ｉ）とするとき、
【００３６】
【数１】
・・・ （１）
【００３７】
あるいは、
【００３８】
【数２】
・・・ （２）
【００３９】
なる式を、ｋ１≦ｋ≦ｋ２について演算する。なお、Ｍは（Ｍ＝Ｌ−｜ｋ｜）で表される演算画素数であり、ｋは相対変移量と呼ばれ、ｋ１，ｋ２は通常−Ｌ／２、Ｌ／２にとらえることが多い。また、ｍａｘ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから大なるものを抽出することを表し、ｍｉｎ｛ａ，ｂ｝なる演算子はａ，ｂから小なるものを抽出することを表す。したがって、前記式（１）、（２）におけるＸ１（ｋ）、Ｘ２（ｋ）、Ｙ１（ｋ）、Ｙ２（ｋ）は広義の相関量と考えることができる。更に前記式（１）、（２）を詳細に見ると、Ｘ１（ｋ），Ｙ１（ｋ）は現実には（ｋ−１）の変位における相関量を、Ｘ２（ｋ），Ｙ２（ｋ）は（ｋ＋１）の変位における相関量を、それぞれ表している。それゆえ、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）の差である評価量Ｘ（ｋ）は相対変位量ｋにおける被写体像信号Ａ（ｉ），Ｂ（ｉ）の相関量の変化量を意味する。
【００４０】
Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いときに最小となる。よって、その変化量であるＸ（ｋ）は相関が最も高いのときに「０」で、かつ傾きは負となるはずである。ところが、Ｘ（ｋ）は離散データであるから、実際には、
Ｘ（ｋｐ）≧０，Ｘ（ｋｐ＋１）＜０ ・・・ （３）
かつ、Ｘ（ｋｐ）−（ｋｐ＋１）が最大なる相対変位の区間［ｋｐ，ｋｐ＋１］に相関量のピークが存在すると考えて、
ＰＲ＝ｋｐ＋Ｘ（ｋｐ）／｛Ｘ（ｋｐ）−Ｘ（ｋｐ＋１）｝ ・・・ （４）
の補間演算を行うことにより、画素単位以下の焦点ずれ量ＰＲを検出することができる。
【００４１】
一方、Ｙ１（ｋ），Ｙ２（ｋ）なる相関量は上記定義より２像の相関が最も高いとき、Ｘ１（ｋ），Ｘ２（ｋ）とは逆に最大となる。よって、その変化量であるＹ（ｋ）は相関が最も高いのときに「０」で、かつ傾きは正となるはずである。Ｙ（ｋ）もＸ（ｋ）と同様に
Ｙ（ｋｐ）≦０，Ｙ（ｋｐ＋１）＞０ ・・・ （５）
でかつＹ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）が最大のとき
ＰＲ＝ｋｐ＋｜Ｙ（ｋｐ）／｛Ｙ（ｋｐ）−Ｙ（ｋｐ＋１）｝｜ ・・・ （６）
の補間演算を行うことにより、画素単位以下の焦点ずれ量ＰＲを検出することができる。
【００４２】
式４、あるいは、式６で求めた焦点ずれ量ＰＲより、被写体像面の予定結像面に対するデフォーカス量ＤＥＦを下記式７で求めることができる。
ＤＥＦ＝Ｋ・ＰＲ ・・・ （７）
式７において、Ｋは一対の測距瞳を通過する光束の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
【００４３】
本実施形態におけるカメラの動作を図６を用いて説明する。
【００４４】
本実施形態のカメラは、１組の一対のラインセンサ列に対して複数のＡＦフレームが対応付けられており、それぞれのＡＦフレームで上述のデフォーカス量を求めるもので、ＡＦの動作に安定感を得られよう構成されている。
【００４５】
まず、ステップ１０１では、システムコントローラ１１２が操作部の一つであるＳＷ１が押されたかどうかを判断する。ＳＷ１が押されていなければ、ＳＷ１が押下されるまで処理を繰り返す。一方、ＳＷ１が押されていればステップ１０２へ進む。
【００４６】
ステップ１０２では、焦点検出制御を行う。焦点検出制御の詳細については後述する。
【００４７】
ステップ１０３では、ＡＦフレーム選択を行う。ＡＦフレーム選択の詳細については後述する。
【００４８】
ステップ１０４では、ステップ１０３で選択した１つの合焦状態が合焦がどうかを判断する。合焦していなければ、ステップ１０５へ進む。一方、合焦していれば、ステップ１０６へ進む。
【００４９】
ステップ１０５では、システムコントローラ１１２がステップ１０３で検出した合焦状態であるデフォーカス量をレンズの駆動量であるパルス数に変換し、レンズ駆動部１１３を介して撮影レンズ１０１を駆動する。
【００５０】
ステップ１０６では、システムコントローラ１１２が操作部の１つであるＳＷ２が押されているかどうかを判断する。ＳＷ２が押されていなければ、ステップ１０６を繰り返す。一方、ＳＷ２が押されていればステップ１０７へ進む。
【００５１】
ステップ１０７では、システムコントローラ１１２がミラー駆動部１１４を介して、主ミラー１０２を撮影光束外へ駆動させ、撮像素子駆動装置１１６を介して撮像素子１０７を駆動させて画像信号データを出力させる。そして、さらに各画像処理をした後、画像信号データを記録媒体１１９に記録させる。
【００５２】
次に、図３、図４にて説明したラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの蓄積制御の詳細を、図７〜図９を用いて説明する。
【００５３】
操作部１２３におけるモードの設定において、ＡＦフレームを撮影者が自由に選択する任意選択モードが選択されている場合には、任意の１点に対応する蓄積制御範囲を対象として蓄積制御が実行される。そして、図９のような光電変換素子全体からの出力信号を得るとともに選択されたＡＦフレームに対応する信号出力に基づきデフォーカス量が算出され、焦点調節が行われる。図６に照らし合わせると、ステップ１０２の焦点検出制御においては、予め撮影者によって設定された任意のＡＦフレームに対応する蓄積制御範囲における蓄積制御、及び焦点検出制御を行うこととなる。そして、ステップ１０３は省略し、ステップ１０４にて予め撮影者によって設定された任意のＡＦフレームの合焦状態が合焦がどうかを判断する。
【００５４】
図７は光電変換素子２０３の一対のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂを視野マスク２０６上（１次結像面上）に逆投影した図であり、ラインセンサ列２０３ａと２０３ｂとＡＦフレームの位置関係を説明する図である。ラインセンサ列の出力信号からそれぞれ３つの範囲を切り出すことにより、被写体空間で３つの異なる範囲に対する撮影レンズの合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出することができる。
【００５５】
また、図８は一対のラインセンサ列２０３積制御範囲及びそれぞれに対応するＡＦフレーム、焦点検出範囲を示している。
【００５６】
ＡＦフレーム４０１に対して、図８（ａ）の蓄積制御範囲Ａ及び焦点検出範囲Ａが対応付けられている。したがって、ＡＦフレーム４０１でピントを合わせたいときには、ラインセンサ列の蓄積制御範囲Ａを選択し、蓄積制御範囲Ａより得られる出力信号が所定レベルに到達したらラインセンサ列全体（つまり、焦点状態検出領域全体）の蓄積の終了及び読み出しを行う。そして焦点検出範囲Ａの出力信号に基づいて合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出し、それに基づいて撮影レンズ１０１を移動させて焦点調節を行う。
【００５７】
また、ＡＦフレーム４０２に対して、図８（ｂ）の蓄積制御範囲Ｂ及び焦点検出範囲Ｂが対応付けられている。また、ＡＦフレーム４０３に対して、図８（ｃ）の蓄積制御範囲Ｃ及び焦点検出範囲Ｃが対応付けられている。
【００５８】
ＡＦフレーム４０２、４０３についても同様に前述の対応付けられた蓄積制御範囲、及び、焦点検出範囲Ｂ、Ｃを選択して合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出する。
【００５９】
一方、操作部１２３におけるモード設定において、領域拡大モードが選択されている場合には、下記のようなラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの蓄積制御が行われる。ここで、領域拡大モードとは、撮影者により選択されたＡＦフレームとその周りのＡＦフレームの中から信頼度の高いＡＦフレームを選択して焦点調節をする焦点調節モードである。なお、複数のＡＦフレームから自動的に信頼度の高いＡＦフレームを選択して焦点調節をする自動選択モードが選択されている場合も同様である。
【００６０】
複数のＡＦフレームで焦点検出をする領域拡大モード、又は、自動選択モードのときには、光電変換素子上のラインセンサ列２０３ａと２０３ｂの蓄積制御範囲の選択によっては焦点検出結果が不安定になる恐れがある。これは、ラインセンサ列内で部分読み出しができない構成になっているためでる。例えば、明るい被写体の像信号に基づいて蓄積制御が行われる場合には暗い被写体の像信号の振幅が出なくなったり、明るい被写体の像信号が蓄積制御範囲外となることで電荷が飽和しやすくなったりして、被写体像の再現性が低下することによるものである。
【００６１】
具体的に、撮影シーンごとの光電変換素子２０３上のラインセンサ列の出力信号の例を図９に示すような出力信号Ａ、Ｂ、Ｃとして以下に説明する。
【００６２】
図９は、ＡＦフレーム４０１に明るい被写体が存在し、ＡＦフレーム４０２に主被写体が存在し、ＡＦフレーム４０３には被写体が存在していないことを表わしている。なお、ＡＦフレーム４０２の主被写体はＡＦフレーム４０１の明るい被写体よりも輝度が暗く、ＡＦフレーム４０３の領域はＡＦフレーム４０２の主被写体の輝度よりも暗いものとする。
【００６３】
まず、図９のラインセンサ列の出力信号Ａは、図８（ａ）の蓄積制御範囲Ａを選択したときの出力信号である。出力信号Ａは、ＡＦフレーム４０１の明るい被写体の像信号で蓄積制御を行ったものであるため、ＡＦフレーム４０２の主被写体の像信号の振幅が出ていない。このため、ＡＦフレーム４０２の合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出できない。また、図９のラインセンサ列の出力信号Ｂは、図８（ｂ）の蓄積制御範囲Ｂを選択したときの出力信号である。出力信号Ｂは、ＡＦフレーム４０１の明るい被写体の像信号が飽和しているが、ＡＦフレーム４０２の被写体の像信号の振幅が出ている。このため、ＡＦフレーム４０２の合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出できる。さらに、図９のラインセンサ列の出力信号Ｃは、図８（ｃ）の蓄積制御範囲Ｃを選択したときの出力信号である。出力信号Ｃは、ＡＦフレームＣが他のＡＦフレームの被写体輝度よりも暗いため、ＡＦフレーム４０１の明るい被写体、及び、ＡＦフレーム４０２の主被写体の像信号が飽和している。出力信号Ｂに比べ出力信号ＣのＡＦフレーム４０２の被写体の像信号は、飽和しているために被写体像の再現性が低下し、合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出できないか、または、検出できたとしてもピントが大きくずれることになる。
【００６４】
上述のように、蓄積制御範囲の設定によっては、主要ＡＦフレームがＡＦフレーム４０２だった場合、合焦状態（デフォーカス量ＤＥＦ）を検出できないか、または、検出できたとしてもピントが大きくずれるという問題が生じる。
【００６５】
このような問題を防止するために、本実施形態ではＡＦフレームの選択の際に優先順位を設ける。図１０を用いて図６のステップ１０２の焦点検出制御（前述の複数のＡＦフレームに対応する焦点検出範囲にてそれぞれ焦点検出をし、検出結果に応じてＡＦフレームを選択する場合）について説明する。なお、上記説明では図７ように１つのラインセンサ列から出力信号から３つの焦点検出範囲を切り出して、被写体空間で３つの異なる領域に対する撮影レンズの合焦状態を検出することを想定している。
【００６６】
ステップ２０１では、システムコントローラ１１２がセンサ制御部１１５を介して焦点検出部１０８を駆動させるための電源の設定、蓄積制御を行う光電変換素子２０３の蓄積設定、光電変換素子上の蓄積制御範囲の選択、及び、最長蓄積時間の設定を行う。そして、蓄積開始を指示すると同時にタイマーを起動させる。
【００６７】
以降の説明では、光電変換素子上のラインセンサ列の蓄積制御範囲の選択は、図８（ｂ）の蓄積制御範囲Ｂを選択した例をとりあげる。これは例えば、上述の領域拡大モードの場合にＡＦフレームＢが撮影者に選択されているときを想定している。もしくは、上述の自動選択モードの場合に中央優先のためＡＦフレームＢを重視して蓄積制御をすることを想定している。これは、撮影者がよく選択するであろうＡＦフレームが図８のように３つであれば中央だと考えられるためである。また、ＡＦフレームが２つであれば、撮影者がよく選択するＡＦフレームは外側だろうと予測されるので、外側のＡＦフレームを重視して蓄積制御をするように構成してもよい。
【００６８】
また、例えば、領域拡大モードにおいて撮影者がＡＦフレームＡが選択されている場合には、光電変換素子上の蓄積制御範囲の選択は、図８（ａ）の蓄積制御範囲Ａで固定としてもよい。
【００６９】
ステップ２０２では、蓄積開始からの蓄積時間とステップ２０１で設定した最長蓄積時間とを比較する。蓄積時間が最長蓄積時間よりも長ければ焦点検出制御を終了する。一方、短ければステップ２０３へ進む。
【００７０】
ステップ２０３では、割り込み信号が発生したかどうかを判定する。割り込み信号が発生していなければステップ２０３を繰り返す。割り込み信号は、ステップ２０１で蓄積設定を行った光電変換素子の蓄積が終了したときに焦点検出部１０８からセンサ制御部１１５を介してシステムコントローラに通知される。具体的には、蓄積設定を行った蓄積制御範囲Ｂにおいて、予め決められた信号値に達したらラインセンサ列の蓄積動作を終了させると共に、割り込み信号を発生させる。
【００７１】
一方、割り込み信号が発生すればステップ２０４へ進む。
【００７２】
ステップ２０４では、ラインセンサ列の蓄積制御が終了するとセンサ制御部１１５内に存在する不図示の内蔵メモリに記憶される蓄積終了情報をシステムコントローラ１１２が読み出し、どの光電変換素子の蓄積制御が終了したかを処理する。
【００７３】
ステップ２０５では、ステップ２０１で蓄積設定を行った全てのラインセンサ列から出力信号を読み出したかどうかを判定する。蓄積設定を行った全てのラインセンサ列から出力信号を読み出していれば焦点検出制御を終了する。一方、蓄積設定を行った全てのラインセンサ列から出力信号を読み出していなければステップ２０６へ進む。
【００７４】
ステップ２０６では、システムコントローラ１１２がセンサ制御部１１５を介してラインセンサ列から出力信号を読み出す。
【００７５】
ステップ２０７では、焦点検出を行う。焦点検出の詳細については前述した焦点ずれ量を検出する信号処理方法を適用する。
【００７６】
次に、図６のステップ１０３のＡＦフレーム選択について説明する。
【００７７】
ＡＦフレーム選択とは、１つ以上のＡＦフレームで測距する場合、最終的に１点のＡＦフレームでピントを合わせるため、１つ以上のＡＦフレームの中から１つのＡＦフレームを選択する処理のことである。ＡＦフレームの選択としては、検出した合焦状態の信頼性が高いものの中から最近点を選択する方法がある。
【００７８】
このＡＦフレーム選択に対してさらに選択した蓄積制御範囲に応じて選択するＡＦフレームの優先度を変更する。具体的には下記の通りである。
【００７９】
図１０のステップ２０１において、光電変換素子２０３上のラインセンサ列の蓄積制御範囲の選択を図８（ｂ）の蓄積制御範囲Ｂとしたとする。このとき、ラインセンサ列の出力信号から図８に示す焦点検出範囲Ａ、Ｂ、Ｃから検出した合焦状態のうち焦点検出範囲Ｂから検出した合焦状態を優先して選択する。
【００８０】
同様に、ステップ２０１において、光電変換素子２０３上のラインセンサ列の蓄積制御範囲を図８（ａ）の蓄積制御範囲Ａを選択すれば焦点検出範囲Ａから検出した合焦状態を優先して選択する。また、光電変換素子２０３上のラインセンサ列の蓄積制御範囲を図８（ｃ）の蓄積制御範囲Ｃを選択すれば焦点検出範囲Ｃから検出した合焦状態を優先して選択する。
【００８１】
これまでの説明では、光電変換素子２０３のラインセンサ列の蓄積制御範囲を固定としたが、検出した合焦状態に応じて可変にしても良い。つまり、今回の測距で選択した蓄積制御範囲に対応付けられた焦点検出範囲から検出される合焦状態の信頼性が低ければ、次回の焦点調節動作では、異なる蓄積制御範囲に切り換えてもよい。これは複数回の焦点調節動作が必要になるが、いずれかの焦点調節動作で被写体像の再現性が高いラインセンサ列の出力信号が得られる。
【００８２】
また、蓄積制御範囲外に対応付けられた焦点検出範囲の出力信号でも飽和していなければ蓄積制御範囲に対応付けられた焦点検出範囲で検出される合焦状態の選択を優先させず同等にＡＦフレーム選択を行っても良い。
【００８３】
また、ＡＦフレーム４０１には蓄積制御範囲Ａと焦点検出範囲Ａを、ＡＦフレーム４０２には蓄積制御範囲Ｂと焦点検出範囲Ｂを、ＡＦフレーム４０３には蓄積制御範囲Ｃと焦点検出範囲Ｃを対応付けて説明したが、これに限らない。つまり、ＡＦフレームに対応する蓄積制御範囲と焦点検出範囲は完全に一致していなくてもよい。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態では、光電変換素子上のラインセンサ列の出力信号から複数のＡＦフレームの焦点検出範囲を切り出して被写体空間で異なる範囲に対する撮影レンズの合焦状態を検出する。光電変換素子上のラインセンサ列の蓄積制御範囲に対応付けられた焦点検出範囲で検出される合焦状態を優先的に選択するので、蓄積制御範囲外に対応付けられた焦点検出範囲で検出される合焦状態を選択して大きくピントがずれることを低減できる。したがって、焦点調節動作の安定感を得られる。
【符号の説明】
【００８５】
１０１ 撮影レンズ
１０２ 主ミラー
１０６ サブミラー
１１２ システムコントローラ
１１３ レンズ駆動部
１２３ 操作部
２０３ 光電変換素子
４０１〜４０３ ＡＦフレーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点状態検出領域の蓄積を開始させるための蓄積開始手段と、
前記焦点状態検出領域の一部のモニタ領域の蓄積状態をモニタ出力させるモニタ手段と、
前記モニタ出力に基づいて前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させるか否かを判定し、終了させると判定された場合に前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させる蓄積終了手段と、
前記焦点状態検出領域のうち前記モニタ領域を含む第１の領域の出力信号を、前記モニタ領域を含まない第２の領域の出力信号より優先させて焦点調節に用いる焦点調節手段とを有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記第１の領域及び前記第２の領域は、それぞれＡＦフレームに対応付けられた領域であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記焦点調節手段は、前記第２の領域の出力信号が飽和していなければ、前記第１の領域を優先させる動作を行わないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
焦点状態検出領域の蓄積を開始させるための蓄積開始ステップと、
前記焦点状態検出領域の一部のモニタ領域の蓄積状態をモニタ出力させるモニタステップと、
前記モニタ出力に基づいて前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させるか否かを判定し、終了させると判定された場合に前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させる蓄積終了ステップと、
前記焦点状態検出領域のうち前記モニタ領域を含む第１の領域の出力信号を、前記モニタ領域を含まない第２の領域の出力信号より優先させて焦点調節に用いる焦点調節ステップとを有することを特徴とする焦点検出方法。
【請求項１】
焦点状態検出領域の蓄積を開始させるための蓄積開始手段と、
前記焦点状態検出領域の一部のモニタ領域の蓄積状態をモニタ出力させるモニタ手段と、
前記モニタ出力に基づいて前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させるか否かを判定し、終了させると判定された場合に前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させる蓄積終了手段と、
前記焦点状態検出領域のうち前記モニタ領域を含む第１の領域の出力信号を、前記モニタ領域を含まない第２の領域の出力信号より優先させて焦点調節に用いる焦点調節手段とを有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記第１の領域及び前記第２の領域は、それぞれＡＦフレームに対応付けられた領域であることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記焦点調節手段は、前記第２の領域の出力信号が飽和していなければ、前記第１の領域を優先させる動作を行わないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
焦点状態検出領域の蓄積を開始させるための蓄積開始ステップと、
前記焦点状態検出領域の一部のモニタ領域の蓄積状態をモニタ出力させるモニタステップと、
前記モニタ出力に基づいて前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させるか否かを判定し、終了させると判定された場合に前記焦点状態検出領域の蓄積を終了させる蓄積終了ステップと、
前記焦点状態検出領域のうち前記モニタ領域を含む第１の領域の出力信号を、前記モニタ領域を含まない第２の領域の出力信号より優先させて焦点調節に用いる焦点調節ステップとを有することを特徴とする焦点検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−４８２６５（Ｐ２０１１−４８２６５Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８４１２（Ｐ２００９−１９８４１２）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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