(57)【要約】【課題】  ＡＦセンサによる位相差検出方式焦点検出と、撮影用撮像素子の撮像信号に基づくコントラスト検出方式焦点検出とを行う焦点検出装置において、コントラスト検出法による焦点検出を精度良く行うことができる焦点検出装置の提供。【解決手段】  撮影用撮像素子３およびＡＦセンサ５は蓄積型センサで構成されている。位相差検出方式で焦点検出する場合には、被写体を捉えている焦点検出エリアに対応するＡＦセンサ５の検出信号に基づいて行う。一方、焦点評価値を算出する場合には、撮像素子３の映像信号の中の焦点検出エリアに対応する信号を使用する。その際、蓄積時間設定７は、ＡＦセンサ５の蓄積時間に基づいて撮像素子３の焦点検出用蓄積時間を設定する。その結果、ＡＦセンサ５が捉えている被写体に対して、コントラスト検出法により精度良く焦点検出を行うことができる。【選択図】        図１
2006235354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系を通過した被写体光を撮像する蓄積型の撮像素子の撮像信号から、撮影画面上に設定された焦点検出エリアに対応する信号を抽出し、その抽出された信号に基づいて焦点評価値を算出する評価値演算手段と、
前記焦点検出エリアに対応する被写体光を検出する蓄積型光電変換素子と、
前記蓄積型光電変換素子からの出力信号に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を表すフォーカス情報を算出するフォーカス情報算出手段と、
前記焦点評評価値を算出するために前記撮像信号を取得する際、前記焦点検出エリアに対応する被写体光を検出する際の前記蓄積型光電変換素子の蓄積時間に基づいて前記撮像素子を蓄積制御する制御手段とを備えたことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記制御手段は、前記撮像素子と前記蓄積型光電変換素子との感度比および前記蓄積型光電変換素子の蓄積時間に基づいて前記撮像素子を蓄積制御することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の焦点検出装置と、
前記撮影光学系を通過した被写体光を撮像する蓄積型の撮像素子と、
前記フォーカス情報および前記焦点評価値の少なくとも一方に基づいて前記撮影光学系の焦点調節動作を行うオートフォーカス制御手段とを備え、
前記撮像素子により撮影を行うことを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項４】
請求項３に記載のデジタルカメラにおいて、
前記オートフォーカス制御手段は、前記フォーカス情報に基づく焦点調節動作を行った後に、前記焦点評価値に基づく焦点調節動作を行うことを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差検出方式およびコントラスト検出方式により撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置、および、その焦点検出装置を備えたデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差検出方式により撮影レンズを合焦点近傍に駆動した後に、コントラスト検出方式により焦点調節状態の微調整を行うという、位相差検出方式およびコントラスト検出方式のそれぞれの利点を活用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、ＣＣＤラインセンサ等の光電変換素子が用いられる位相差方式のＡＦセンサは撮影画面の一部の被写体光のみを検出しているが、コントラスト方式の撮像素子の場合には撮影画面全体の被写体光を検出し、焦点検出エリアに相当する画像領域の信号を用いて焦点評価値を算出するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８１５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＡＦセンサや撮像素子には、ＣＣＤのような蓄積型センサが用いられている。蓄積型センサでは、入射する光量に応じて蓄積時間を決定し、適切なレベルの信号が得られるように制御する必要がある。この蓄積時間が適切でなく短すぎると、出力レベルが低くなって検出精度の低下を招いたり、検出不能の原因となる。逆に、蓄積時間が長すぎると、出力が飽和状態となってしまって検出不能となる。
【０００５】
例えば、ＡＦセンサにより検出される被写体領域の被写体輝度が、撮影画面の他の領域に比べて低い場合を考える。この場合、測光センサから得られる画面全体の被写体輝度情報に基づいて、撮像素子の蓄積時間ＥｘＴを撮影画面全体に対して適切な値に設定すると、ＡＦセンサが捉えている低輝度な被写体に対応する出力信号は低い値になる。そのため、コントラスト検出法により精度良く焦点調節を行うことができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明による焦点検出装置は、撮影光学系を通過した被写体光を撮像する蓄積型の撮像素子の撮像信号から、撮影画面上に設定された焦点検出エリアに対応する信号を抽出し、その抽出された信号に基づいて焦点評価値を算出する評価値演算手段と、焦点検出エリアに対応する被写体光を検出する蓄積型光電変換素子と、蓄積型光電変換素子からの出力信号に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を表すフォーカス情報を算出するフォーカス情報算出手段と、焦点評価値を算出するために撮像信号を取得する際、焦点検出エリアに対応する被写体光を検出する際の蓄積型光電変換素子の蓄積時間に基づいて撮像素子を蓄積制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、制御手段は、撮像素子と蓄積型光電変換素子との感度比および蓄積型光電変換素子の蓄積時間に基づいて撮像素子を蓄積制御するようにしたものである。
請求項３の発明によるデジタルカメラは、請求項１または２に記載の焦点検出装置と、フォーカス情報および焦点評価値の少なくとも一方に基づいて撮影光学系の焦点調節動作を行うオートフォーカス制御手段とを備え、撮像素子により撮影を行うことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載のデジタルカメラにおいて、オートフォーカス制御手段は、フォーカス情報に基づく焦点調節動作を行った後に、焦点評価値に基づく焦点調節動作を行うものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、蓄積型光電変換素子の蓄積時間に基づいて蓄積型撮像素子を蓄積制御するようにしたので、蓄積型撮像素子に対する適切な蓄積制御を行うことができ、蓄積型光電変換素子が捉えている被写体に対する焦点評価値演算を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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は本発明の一実施の形態を示す図であり、本発明による焦点検出装置を備えたＡＦデジタルカメラの要部構成を示すブロック図である。図１に示すＡＦデジタルカメラでは、撮像素子３と撮影レンズ１との間にミラーユニット２が設けられており、撮影を行わない状態（非撮影状態）では、図１に示すようにミラーユニット２は光軸上に配置されている。撮影レンズ１の焦点調節は、モータ１３によって撮影レンズ１のフォーカスレンズを駆動することにより行われる。モータ１３はレンズ駆動制御部８により駆動制御される。
【０００９】
ミラーユニット２はハーフミラー２０１と全反射ミラー２０２とを有しており、非撮影状態では撮影レンズ１を通過した被写体光束の一部がハーフミラー２０１により反射され、測光センサ９へと導かれる。測光センサ９はハーフミラー２０１で反射された被写体光束を検出し、その検出結果から被写体の輝度情報を取得する。得られた被写体輝度情報は蓄積時間設定部７へと出力される。一方、ハーフミラー２０１を透過した被写体光束は、全反射ミラー２０２により反射されＡＦセンサ５へと導かれる。一方、撮影時にはミラーユニット２は光軸上から待避し、撮影レンズ１を通過した被写体光束は全て撮像素子３へと達する。
【００１０】
撮像素子３は、撮影およびコントラスト検出方式による焦点調節を行うためのエリアセンサであり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の蓄積型センサが用いられる。また、ＡＦセンサ５もＣＣＤやＣＭＯＳ等の蓄積型センサであるが、一般的にはラインセンサが用いられる。蓄積型センサから出力される撮像信号のレベルは、センサの各画素に入射する光量に応じて異なり、光量が大きいほど出力信号レベルも大きくなる。１０は撮像素子３のコントロール部であり、撮像素子３で撮像を行う際の蓄積制御や画像信号の読み出し制御等を行う。ＡＦセンサにも同様の制御を行うコントロール部１１が設けられている。
【００１１】
撮影を行う場合には、蓄積時間設定部７は、測光センサ９で得られた撮影画面全体または所定領域の被写体輝度情報に基づいて、撮像素子３への露光量が最適となるように撮影用蓄積時間ＥｘＴを設定し、その蓄積時間ＥｘＴをコントロール部１０へと出力する。コントロール部１０は、入力された撮影用蓄積時間ＥｘＴに基づいて撮像素子３の蓄積開始および蓄積終了を行わせる。
【００１２】
また、焦点調節動作を行う場合、本実施の形態では、ＡＦセンサ５の出力信号に基づく位相差検出方式による焦点調節と、撮影用撮像素子３の映像信号に基づくコントラスト検出方式の焦点調節とを併用して行う。具体的には、カメラのレリーズボタンが半押しされると、ミラーユニット２を光軸上に配設した状態でＡＦセンサ５による信号を取得する。なお、このときのＡＦセンサ５の蓄積時間ＡＦＴは蓄積時間設定部７で算出される。この蓄積時間決定方法としては、例えば、ＡＦセンサ５の近傍にモニタセンサ１２を配設し、そのモニタセンサ１２の出力等に基づいて算出される。例えば、蓄積開始からのモニタセンサ１２の出力値を積算し、その積算値が所定レベルに達したならばＡＦセンサ５の蓄積動作を終了する。
【００１３】
ＡＦセンサの出力信号はデフォーカス量演算部６に入力され、デフォーカス量演算部６は位相差検出方式によりフォーカス情報であるデフォーカス量を算出する。算出されたデフォーカス量はレンズ駆動制御部８に入力され、レンズ駆動制御部８はモータ１３を駆動してデフォーカス量に基づくレンズ位置へとフォーカスレンズを移動する。その結果、撮影レンズ１のフォーカスレンズは合焦位置の近傍に配置される。
【００１４】
次いで、カメラのレリーズボタンが半押しされるとミラーユニット２を光軸上から待避させ、撮像素子３による撮像を行い映像信号を評価値演算部４に入力する。なお、詳細は後述するが、このときの蓄積時間ＩＡＦＴは上述した撮影用蓄積時間ＥｘＴと異なっている。評価値演算部４では、焦点検出エリア内の映像信号に基づいて所定帯域の高周波成分を抽出する。そして、抽出した高周波成分の絶対値を積分して焦点検出エリア内の被写体像に関する焦点評価値を算出する。算出された焦点評価値はレンズ駆動制御部８に入力され、レンズ駆動制御部８は焦点評価値に基づいて撮影レンズ１のフォーカスレンズを駆動することにより焦点調節を行う。上述した位相差検出方式による調節動作により合焦位置の近傍へと駆動されたフォーカスレンズは、続いて行われるコントラスト検出方式による焦点調節動作により、さらに精度良く焦点調節が行われることになる。
【００１５】
図２は撮影画面２０内に設定された焦点検出エリアの一例を示したものであり、画面中央に焦点検出エリア２１が一つ設定されている。２２はＡＦセンサ５により検出される領域を表したものである。上述した焦点評価値はこの焦点検出エリア２１内の撮像信号に基づいて算出されるが、精度良く焦点評価値を得るためには焦点検出エリア２１の面積をある程度大きくする必要がある。一般的には、ラインセンサで構成されるＡＦセンサ５の検出領域２２よりも焦点検出エリア２１の方が幅（図２の場合は縦幅）が大きい。
【００１６】
ところで、ＡＦセンサ５の検出信号を取得する際には、上述したモニタセンサ１２の出力信号に基づく蓄積時間ＡＦＴで検出する。モニタセンサ１２は検出領域２２の被写体光束を検出しており、その被写体光束に基づいて、ＡＦセンサ５の出力信号レベルが適切になるように蓄積時間ＡＦＴが決定される。一方、測光センサ９からは撮影画面全体の被写体光束に基づく輝度情報が蓄積時間設定部７に出力され、撮影時の露光量が最適となるように撮影用蓄積時間ＥｘＴが決定される。そのため、画面中央部の焦点検出エリア２１の映像信号のみを用いて焦点評価値を算出する場合には、信号レベルが正確な焦点評価値を得るのに不適切となるおそれがある。
【００１７】
蓄積型センサが用いられている撮像素子３やＡＦセンサ５では、充分な信号レベルが得られるように、被写体輝度が低い場合の蓄積時間は被写体輝度が高い場合に比べて長く設定される。例えば、検出領域２２は暗いが画面全体としては充分な明るさの被写体の場合、ＡＦセンサ５の蓄積時間ＡＦＴは暗い検出領域２２に対して適切な信号レベルが得られるように設定される。一方、撮像素子３の撮影用蓄積時間ＥｘＴは画面全体の輝度に基づいて信号レベルが適切になるように設定されるため、ＡＦセンサ５の蓄積時間ＡＦＴに比べて短めとなりやすい。
【００１８】
前述したように、従来の焦点検出装置では撮影時と同じ撮影用蓄積時間ＥｘＴで撮像を行い、そのときの焦点検出エリア２１内の映像信号に基づいて焦点評価値を算出するようにしている。そのため、ＡＦセンサ５が捉えている検出領域２２の被写体に対しては蓄積時間ＥｘＴが適切値より短くなり、その被写体に対応する出力信号が低くなる。その結果、ＡＦセンサ５が捉えている被写体を精度良く焦点調節ができなかったり、また、検出領域２２の被写体のコントラストが得られず、焦点検出エリア２１の別の被写体のコントラストで焦点調節が行われてしまったりする不具合が生じる。
【００１９】
そこで、本実施の形態では、焦点評価値を算出するための撮像を行う場合には、ＡＦセンサ５が捉えている被写体の輝度に基づいて、焦点評価値取得の際の撮像素子３の蓄積時間ＩＡＦＴを設定するようにした。図３は焦点調節動作を説明するフローチャートである。この図３に示す焦点調節動作は、例えば、カメラのレリーズボタンが半押しされるとスタートする。
【００２０】
ステップＳ１では、蓄積時間設定部７により、ＡＦセンサ５の蓄積時間ＡＦＴを設定する。設定は、上述したようにＡＦセンサ５の近傍に設けられたモニタセンサ１２の出力に基づいて、ＡＦセンサ５にとって最適値となるように行われる。ステップＳ２では、ステップＳ１で設定された蓄積時間ＡＦＴに基づいてＡＦセンサ５の蓄積が行われ、ＡＦセンサ５の出力信号に基づいてデフォーカス量演算部６でデフォーカス量ＤＦが算出される。
【００２１】
ステップＳ３では、レンズ駆動制御部８において、ステップＳ２で算出されたデフォーカス量ＤＦが予め設定された所定量以内であるか否かを判定する。この所定量とは、位相差検出法による焦点調節動作からコントラスト検出方式による焦点調節動作への切り換えタイミングを決めるためのものであり、現在のレンズ位置が合焦位置に充分近いか否かをデフォーカス量ＤＦで判定している。
【００２２】
ステップＳ３でデフォーカス量ＤＦが所定量以内と判定されるとステップＳ５へ進む。一方、ステップＳ３でデフォーカス量ＤＦが所定量より大きいと判定されるとステップＳ４へ進み、撮影レンズ１をデフォーカス量ＤＦだけ駆動する。ステップＳ４の処理が終了したならばステップＳ２へ戻り、再びＡＦセンサ５による検出を行ってデフォーカス量ＤＦを算出する。そして、レンズ位置が合焦位置に充分近くなってデフォーカス量ＤＦが所定量以内と判定されるまで、ステップＳ２〜Ｓ４の処理が繰り返し実行される。
【００２３】
ステップＳ５では、蓄積時間設定部７において、コントラスト検出法による焦点調節を行う際の撮像素子３の蓄積時間ＩＡＦＴを設定する。本実施の形態では、ＡＦセンサ５のために設定された蓄積時間ＡＦＴに基づいて、次式（１）により蓄積時間ＩＡＦＴを算出する。式（１）において、αｃはＡＦセンサ５と撮像素子３との感度比である。すなわち、ＡＦセンサ５が捉えているものと同一の被写体のコントラストを検出しようとしているので、感度比が等しい場合にはＡＦセンサ５の場合と等しい蓄積時間で撮像素子３の撮像が行われる。
ＩＡＦＴ＝αｃ×ＡＦＴ    …（１）
【００２４】
ステップＳ６では、式（１）で設定した蓄積時間ＩＡＦＴを用いて撮像素子３による撮像を行い、焦点検出エリア２１の映像信号に基づく焦点評価値の算出を評価値演算部４で行う。算出された焦点評価値はレンズ駆動制御部８に送られ、そこでレンズ位置データと共に記憶される。式（１）の蓄積時間ＩＡＦＴを用いることにより、ＡＦセンサ５が位相検出方式によって焦点検出を行った被写体と同一の被写体に対して、適切な出力の映像信号が撮像素子３から出力され、正確な焦点評価値を得ることができる。
【００２５】
ステップＳ７では、記憶された焦点評価値から、撮影レンズ１に設けられたフォーカスレンズのレンズ位置が焦点評価値がピークとなるレンズ位置を通過したか否かを判定する。ステップＳ７でピークを通過したと判定されるとステップＳ９へ進み、通過していないと判定されるとステップＳ８へ進む。ステップＳ８へ進んだ場合には、ステップＳ８でフォーカスレンズを駆動し、さらにステップＳ６に進んで撮像素子３により撮像を行い、焦点評価値を算出する。
【００２６】
なお、ステップＳ５からステップＳ６へ進んで最初のコントラスト検出（撮像および焦点評価値演算）を行う場合には、位相差検出法による焦点調節で駆動されたレンズ位置でコントラスト検出を行う。そして、ステップＳ８を初めて実行する場合には、デフォーカス量ＤＦから合焦レンズ位置と推定される方向へフォーカスレンズを駆動する。ステップＳ７でＹＥＳと判定されるまでは、ステップＳ６〜Ｓ８の処理が繰り返されるが、２回目以降のステップＳ８の処理では、記憶された焦点評価値に基づいて、焦点評価値が増加する方向と推定されるレンズ位置方向へとフォーカスレンズを駆動する。
【００２７】
ステップＳ９では、記憶された焦点評価値およびレンズ位置に基づいて、焦点評価値がピークとなるレンズ位置、すなわち合焦レンズ位置を算出し、その合焦レンズ位置へ撮影レンズ１のフォーカスレンズを駆動する。ステップＳ１０では、測光センサ９の検出結果に基づく撮影用蓄積時間ＥｘＴの算出を蓄積時間設定部７で行い、撮像素子３の蓄積時間を撮影用蓄積時間ＥｘＴに設定する。そして、ステップＳ１１において、ステップＳ１０で設定された撮影用蓄積時間ＥｘＴに基づいて撮像を行い、一連の処理を終了する。
【００２８】
本実施の形態では、上述した式（１）のように、ＡＦセンサ５の蓄積時間に基づいてコントラスト検出法で焦点調節する際の撮像時間ＩＡＦＴを設定するようにしたので、ＡＦセンサ５の捉えている被写体に対して適切な蓄積時間で撮像を行うことができる。その結果、コントラスト検出法により精度良く焦点検出を行うことができる。なお、上述した例では、撮影用に用いられる撮像素子３の出力信号を用いて焦点評価値を算出したが、撮像素子３とは別に焦点検出用の撮像素子を設け、その撮像素子の出力信号を用いて焦点評価値を取得するようにしても良い。なお、ＡＦセンサ５は撮影レンズ１を介した光束を検出するものとしたが、撮影レンズ１を介さない、いわゆる外光パッシブ方式としても良い。
【００２９】
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、デフォーカス量演算部６はフォーカス情報算出手段を、撮影レンズ１は撮影光学系を、コントロール部１０は制御手段を、レンズ駆動制御部８はオートフォーカス制御手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図であり、本発明による焦点検出装置を備えたＡＦデジタルカメラの要部構成を示すブロック図である。
【図２】撮影画面２０内に設定された焦点検出エリアの一例を示す図である。
【図３】焦点調節動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１  撮影レンズ
３  撮像素子
４  評価値演算部
５  ＡＦセンサ
６  デフォーカス量演算部
７  蓄積時間設定部
９  測光センサ
１０，１１  コントロール部
１２  モニタセンサ
２１  焦点検出エリア
２２  検出領域
【図１】
2006235354.tif 000003
【図２】
2006235354.tif 000004
【図３】
2006235354.tif 000005