(57)【要約】【課題】焦点検出誤差を高精度かつ容易に補正する。【解決手段】  複数の被写体条件において、焦点判定手段の判定結果と焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点検出手段で検出される合焦位置に対する補正値を演算し、複数の被写体条件における前記補正値に基づいて、予め設定された複数の標準的な被写体条件における標準条件補正値を演算し、予め設定された複数の標準的な被写体条件から選択された標準的な被写体条件に対応する標準条件補正値に基づいて、焦点検出手段で検出される合焦位置を補正することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系により形成される像を撮像する撮像素子と、該撮像素子からの画像信号に基づいて合焦状態を判定する焦点判定手段と、前記撮像光学系からの光束を用いて位相差検出方式により前記撮像光学系の合焦位置を検出する焦点検出手段とを有する撮像装置において、
複数の被写体条件において、前記焦点判定手段の判定結果と前記焦点検出手段の検出結果に基づいて前記焦点検出手段で検出される合焦位置に対する補正値を演算し、複数の被写体条件における前記補正値に基づいて、予め設定された複数の標準的な被写体条件における標準条件補正値を演算する演算手段と、前記標準条件補正値を記憶する記憶手段とを有し、
予め設定された複数の標準的な被写体条件から選択された標準的な被写体条件に対応する標準条件補正値に基づいて、前記焦点検出手段で検出される合焦位置を補正することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記被写体条件は被写体の色又は光源の分光強度であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の撮像装置と、該撮像装置に対して着脱可能な交換レンズ装置とを有することを特徴とするカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出機能を有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レンズ交換可能なデジタル一眼レフカメラの焦点検出手段としては、従来の銀塩フィルム用の一眼レフカメラと同様に、位相差方式の焦点検出手段が主として用いられている。
【０００３】
位相差方式の焦点検出手段に用いられるセンサと撮影に用いられる撮像素子の分光感度は一般的に異なっており、太陽光下での撮影と蛍光灯下での撮影では、ピント検出位置の補正値に差が生じる。特許文献１は被写体を照らす光源などの撮影環境に応じてピント検出位置を補正することを開示している。
【０００４】
また、特許文献２は撮影レンズの波長別のピントに関する情報と、焦点検出装置と撮像装置の分光感度と、被写体の分光強度分布に基づいてピント検出位置を補正することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５６３０４号公報
【特許文献２】特開２００６−１３５５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では被写体の色など環境条件を測定し、補正値と関連付けて記憶することにより焦点検出の精度を高める方法を開示しているが、補正値以外の情報も記憶する必要があるため、システムが複雑になってしまう。
【０００７】
特許文献２では、波長別のピントに関する情報を持ち、被写体の色に応じて補正値を演算する方法が開示されているが、波長別のピントに関する情報の測定方法が開示されておらず、補正値を容易に求めることができない。
【０００８】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、焦点検出誤差を高精度かつ容易に補正することができる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の撮像装置は、撮像光学系により形成される像を撮像する撮像素子と、該撮像素子からの画像信号に基づいて合焦状態を判定する焦点判定手段と、前記撮像光学系からの光束を用いて位相差検出方式により前記撮像光学系の合焦位置を検出する焦点検出手段とを有する撮像装置において、複数の被写体条件において、前記焦点判定手段の判定結果と前記焦点検出手段の検出結果に基づいて前記焦点検出手段で検出される合焦位置に対する補正値を演算し、複数の被写体条件における前記補正値に基づいて、予め設定された複数の標準的な被写体条件における標準条件補正値を演算する演算手段と、前記標準条件補正値を記憶する記憶手段とを有し、予め設定された複数の標準的な被写体条件から選択された標準的な被写体条件に対応する標準条件補正値に基づいて、前記焦点検出手段で検出される合焦位置を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の撮像装置によれば、焦点検出誤差を高精度かつ容易に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】デジタル一眼レフカメラシステムの構成図である。
【図２】焦点検出系の構成図である。
【図３】ＡＦ絞りの平面図である。
【図４】光電変換素子の平面図である。
【図５】キャリブレーションモードによる動作フローチャート図である。
【図６】キャリブレーションモードで作成した合焦位置補正値を用いて撮影を行う場合の動作フローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１はレンズ本体１とカメラ本体２により構成されるデジタル一眼レフカメラシステムの構成図である。レンズ本体１は交換レンズとしてカメラ本体２に着脱可能である。
【００１３】
レンズ本体１は撮像光学系１１を含んでおり、撮像光学系１１は１つ又は複数のレンズ群により構成されている。そして、レンズ群の全体又は一部を移動させることによって、焦点距離やフォーカスを変化させることができる。撮像光学系１１のズーム状態及びフォーカス状態を検出するレンズ状態検出手段１２が設けられ、レンズ状態検出手段１２はレンズ制御手段１３に接続されている。また、レンズ制御手段１３にはレンズ側記憶手段１４が接続されている。更に、レンズ制御手段１３はレンズ駆動手段１５を介して撮像光学系１１のレンズ群を駆動する。また、レンズ制御手段１３は、カメラ本体２に設けられた接点２１を経由してカメラ本体２に接続されている。
【００１４】
レンズ状態検出手段１２には、例えば撮像光学系１１の焦点距離を変化させるために回転する鏡筒に設けられたエンコーダ用の電極と、それに接する検出用の電極等とが用いられている。これにより、撮像光学系１１の焦点距離を変化させる際に、移動するレンズの移動状態、又は移動状態を特長付ける量を検出するように構成されている。
【００１５】
また、レンズ制御手段１３はＲＯＭ等で構成されたレンズ側記憶手段１４を含むレンズ本体１の全体の制御を司るＣＰＵ等から成る。レンズ駆動手段１５は撮像光学系１１を構成するレンズ群の全て又は一部を光軸Ｏ上で移動させて焦点を調整する。
【００１６】
カメラ本体２内には、撮像光学系１１の光軸Ｏ上に、半透過性の主ミラー２２、同様に半透過性を有し斜設した反射鏡２３、撮像素子２４が配列されている。主ミラー２２の反射方向にはファインダ光学系が配列され、反射鏡２３の反射方向には焦点検出手段２５が配置されている。
【００１７】
ファインダ光学系においては、主ミラー２２の反射方向に焦点板２６、ペンタプリズム２７、接眼光学系２８が配列され、またペンタプリズム２７に光源判別手段２９が付設されている。
【００１８】
撮像素子２４の画像信号は焦点判定手段３１を経てカメラ制御手段３２に入力され、更にカメラ制御手段３２には、レンズ本体１のレンズ制御手段１３の出力が接点２１を介して入力され、更に焦点検出手段２５の出力が入力される。また、カメラ制御手段３２の出力は演算手段３３を経てカメラ側記憶手段３４に入力される。
【００１９】
カメラ制御手段３２はカメラ本体２全体の制御を司るＣＰＵ等から成る。焦点判定手段３１は撮像素子２４で撮影された画像のコントラスト検出を行って合焦位置を判定し、演算手段３３は焦点判定手段３１からの出力と焦点検出手段２５からの出力との差分による補正値を算出する。カメラ側記憶手段３４は演算手段３３により算出された差分量を補正情報として記憶する。
【００２０】
なお、焦点判定手段３１によるコントラストの検出には、従来のデフォーカスさせながらコントラストの検出を行う焦点検出手段を用いることができる。また、光源判別手段２９は焦点板２６に結像した被写体像を受光し、赤外光の強弱などから光源の種類を判別する。
【００２１】
レンズ本体１をカメラ本体２に装着した状態で、接点２１を経由して各種の情報の通信や電源の供給が行われる。また、本実施例におけるカメラシステムは、前述した補正情報を算出し、記憶するためのキャリブレーションモードが設定可能とされている。
【００２２】
図２は焦点検出手段２５を用いた焦点検出系の構成図である。主ミラー２２は撮像光学系１１の光軸Ｏ上に配置され、反射鏡２３は光軸Ｏ上に斜めに配置されて正の屈折力を持っている。近軸的結像面Ｐ１は反射鏡２３により反射された撮像面Ｐ２と共役となっている。反射鏡２３の反射方向に設けられた焦点検出手段２５において、反射鏡２３に対向して第２の反射鏡４１が配置されている。そして、その反射方向に赤外カットフィルタ４２、ＡＦ絞り４３、二次結像系４４、第３の反射鏡４５が配列され、第３の反射鏡４５の反射方向に光電変換素子４６が設けられている。
【００２３】
ＡＦ絞り４３は２つの開口４３ａ、４３ｂを有し、二次結像系４４はこれらの２つの開口４３ａ、４３ｂに対応して配置された２つのレンズ４４ａ、４４ｂを持ち、更に光電変換素子４６は２つのエリアセンサ４６ａ、４６ｂを有している。
【００２４】
ここで、反射鏡２３は曲率を有し、ＡＦ絞り４３の２つの開口４３ａ、４３ｂを撮像光学系１１の射出瞳付近に投影する収束性の屈折力を持っている。反射鏡２３には、必要な領域のみが光を反射するように、アルミニウムや銀等の金属膜による反射膜が蒸着されていて、焦点検出を行う範囲を制限する視野マスクの作用を兼ねている。
【００２５】
また、第２の反射鏡４１、第３の第３の反射鏡４５においても、光電変換素子４６上に入射する迷光を減少させるため、必要最低限の領域のみに反射膜が蒸着されている。なお、各反射鏡２３、４１、４５の反射面として機能しない領域には、光吸収性の塗料等を塗布することが好ましい。
【００２６】
図３はＡＦ絞り４３の平面図であり、ＡＦ絞り４３は横長の２つの開口４３ａ、４３ｂを開口幅の狭い方向に並べた構成とされている。開口４３ａ、４３ｂに対応して、その後方に点線で示す２つのレンズ４４ａ、４４ｂが配置されている。また、図４は光電変換素子４６の平面図であり、二次元的に画素を配列したエリアセンサ４６ａ、４６ｂが並べられている。
【００２７】
このような構成要素を有する焦点検出系において、図２に示すように撮像光学系１１からの光束Ｌａ、Ｌｂは、主ミラー２２のハーフミラー面を透過後に、反射鏡２３によりほぼ主ミラー２２の傾きに沿った方向に反射される。
【００２８】
光束Ｌａ、Ｌｂは第２の反射鏡４１によって再び方向を変えられた後に、赤外カットフィルタ４２を介し、更にＡＦ絞り４３の２つの開口４３ａ、４３ｂを経て、二次結像系４４の２つのレンズ４４ａ、４４ｂにより集光される。そして、第３の第３の反射鏡４５を介して、エリアセンサ４６ａ、４６ｂ上にそれぞれ到達する。
【００２９】
光束Ｌａ、Ｌｂは撮像面Ｐ２に配置される撮像素子２４の中央に結像する光束を示したものではあるが、他の位置に結像する光束についても同様の経路を経て、光電変換素子４６に達する。そして全体として、撮像素子２４上の所定の二次元領域に対応する被写体像に関する２つの光量分布が各エリアセンサ４６ａ、４６ｂ上に形成される。
【００３０】
焦点検出手段２５はこのようして得られた２つの被写体像に関する光量分布に対して、従来から用いられている位相差検出方式による焦点検出方法と同様の検出原理に基づいて、撮像光学系１１の焦点状態を検出する。即ち、被写体像の分離方向の上下方向の相対的位置関係を、エリアセンサ４６ａ、４６ｂの各位置で算出することで、撮像光学系１１の焦点状態を検出し、その結果をピントずれ量として出力する。
【００３１】
しかし、このようにして直接得られるピントずれ量に関する焦点状態検出信号に基づいて、撮像光学系１１の制御を行うと、適正な焦点状態を得られないことがある。そのため、レンズ本体１の撮像光学系１１に固有の補正値をレンズ側記憶手段１４に記憶させ、これを用いて最良結像位置と撮像面を一致させるための補正が行われる。
【００３２】
しかし、レンズ側記憶手段１４に記憶されている補正値は、撮像レンズの個体差及び焦点検出手段２５の個体差を含んでいないため、適正な焦点検出状態を得られないという不都合を生ずる。
【００３３】
このことから、本実施例においては、補正値をより高精度な値とするため、次のような手段を採用している。即ち、レンズ駆動手段１５によってレンズのフォーカス状態を変化させながら、撮像素子２４から得られる静止画撮影による画像信号からコントラストを検出し、このコントラストを基に焦点判定手段３１により画像信号が合焦状態であることを判定する。
【００３４】
そして、焦点判定手段３１の判定結果が合焦状態であるときに、位相差検出方式による焦点検出手段２５で検出した合焦位置と撮像面の差分量を、演算手段３３により算出する。このとき、図示しない光源波長切換手段により光源波長を切換え、複数の波長を用いて焦点検出手段２５により検出する。ここで、光源波長は撮影における被写体条件に対応している。複数の検出結果から、予め設定された標準光源（標準的な被写体条件）における補正値（標準条件補正値）を演算手段３３により演算し、標準光源の種別と共にカメラ側記憶手段３４に同時に記憶する。
【００３５】
ここで、標準光源とは予め設定された分光強度を有する光源であり、例えば太陽光、蛍光灯、白熱電球などである。複数の検出結果から、標準光源における補正値を次のように算出する。即ち、最終的な焦点調節動作を行うピントのずれ量をＰ、焦点検出系により検出されるピントのずれ量ＡＦ、合焦位置補正値をＢＰとすれば、ずれ量Ｐは（１）式のようになる。
Ｐ＝ＡＦ＋ＢＰ          ・・・（１）
【００３６】
これは検出されるピントずれ量ＡＦに補正値ＢＰを加えることにより、検出誤差を補正して正しいピントずれ量Ｐが得られ、その量だけフォーカス駆動を行うことで合焦が得られることを意味している。
【００３７】
或る光源波長λにおける補正値ＢＰ（λ）は、次の（２）式の補正値演算により得ることができる。Ｅａｆ（λ）はカメラ本体２のカメラ側記憶手段３４に記憶されている焦点検出系の分光感度分布、ＡＦｐ（λ）は測定される撮影波長ごとの焦点検出位置ずれ量である。
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【００３８】
標準光源の分光強度分布と焦点検出系の分光感度分布の波長別の積から決まる重みの波長別強度比分布をＳ（λ）とすれば、標準光源での補正値ＢＰは、次の（３）式で計算できる。なお、Ｓ（λ）は標準光源と焦点検出系の波長別の積で決まる分光強度比分布である。
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【００３９】
ここでは、数列の総和を求める範囲を可視域の波長３５０〜８００ｎｍとしたが、この範囲は撮影に使用する波長領域に応じて変化させればよい。感度分布やピントずれ量の値は波長λを変数として各関数を表現し、必要な波長λでの値を計算してもよいし、有限な個数のデータを波長ごとに記憶しておいてもよい。
【００４０】
実測値である焦点検出位置ずれ量ＡＦｐ（λ）は、波長λが有限個であるため離散的な値となるが、測定値から多項式に近似することで関数表現が可能となる。３個の波長光源で測定を行えば、係数が３つ必要な２次式での近似が可能となり、更に多くの光源波長で測定すれば、より精度の高い近似式の適用が可能となる。関数表現する場合には、任意の波長での焦点検出位置ずれ量が推定できるため、標準光源波長域が測定する波長外にある場合でも有用である。
【００４１】
図５は以上の内容をキャリブレーションモードとして組み入れたカメラシステムの動作フローチャート図である。先ず、キャリブレーションモードが選択されると、自動的又は撮影者のシャッタスイッチＯＮにより、キャリブレーションモードをスタートさせる（ステップＳ１１）。
【００４２】
レンズ駆動手段１５により、レンズ状態検出手段１２でレンズ状態を検出しながらフォーカス駆動し（ステップＳ１２）、次いでレンズを停止させた状態で撮像素子２４から得られる画像信号のコントラストを焦点判定手段３１で検出する（ステップＳ１３）。そして、ステップＳ１２とステップＳ１３を複数回繰り返した後に、検出したコントラストのうち、最もコントラストの高い画像信号が得られる状態にレンズを駆動し、レンズを停止し撮影画像の合焦を判断する。
【００４３】
次に、光源の切換えを自動又は手動で行う。光源の波長域は範囲の狭い方が良く、１つの中心波長で光源そのものを表現できることが望ましい（ステップＳ１４）。
【００４４】
次に、焦点検出手段２５を用いて位相差方式の焦点検出を行い、焦点検出情報を作成する。この場合に、ステップＳ１３で撮影画像の合焦が確認されているため、焦点検出情報がその光源状態での補正値となる（ステップＳ１５）。
【００４５】
ステップＳ１５で検出した焦点検出情報を光源の中心波長と共に検出値として記憶する。判別手段２９により光源の種別を判別し、中心波長を決定してもよいし、操作者が判断して入力操作することもできる。（ステップＳ１６）。このステップＳ１４〜Ｓ１６は光源を切換えて繰り返し実施する。
【００４６】
光源判別は可視域の光強度と赤外領域の光強度比から光源を推定する単純な方法で光源を判別してもよい。また、予め光源の分光分布が分かっている場合には光源判別は不要であり、既知の光源として中心波長を扱うことができる。
【００４７】
次に、ステップＳ１６で記憶した焦点検出情報と光源情報とから、式（３）を用いて標準条件補正値演算手段により標準光源での標準条件補正値を算出する（ステップＳ１７）。算出された標準条件補正値を標準光源の種別情報と共に、カメラ側記憶手段３４に記憶させる（ステップＳ１８）。
【００４８】
撮影時には、記憶された補正値の中から撮影に用いる光源と同種の標準条件補正値を用いてピント補正を行うことで、高精度な焦点合わせ動作を行うことができる。
【００４９】
このように、キャリブレーションモードにおいて波長別の補正情報から光源の種類別に標準条件補正値を演算し、光源の種別情報と共にカメラ側記憶手段３４に同時に記憶させる。このようにして記憶された情報による標準条件補正値を撮影時に用いることで、位相差方式による高速性を維持しながら、高精度の焦点検出が可能となる。
【００５０】
以上の動作を経て、キャリブレーションが終了する。ここで、ステップＳ１４とステップＳ１５とステップＳ１７の間にタイムラグがあると、被写体の移動等により誤差が生ずることも考えられることから、ステップＳ１４とステップＳ１５及びステップＳ１７は同時に行われることが望ましい。
【００５１】
また上述したように、一般的な被写体を用いてキャリブレーションを行おうとすると、被写体の移動等により誤差が生ずることがあるため、特定のキャリブレーション用チャートを用いる方法が考えられる。例えば、キャリブレーションチャートを壁などに固定し、複数の光源を切換えながらキャリブレーションモードによって補正値の記憶を行う。
【００５２】
ここで、キャリブレーションを行うキャリブレーションチャート表示手段として、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などに用いるモニタ等を使用する方法を示す。その際に、例えばモニタとカメラを直接に接続してもよいし、ＰＣ上でソフトウエアを実行することにより、モニタ上にチャートを映し出し、チャートを用いてキャリブレーションを行う方法を採ることができる。これにより、使用するレンズの焦点距離や撮影距離により、表示チャートを最適な大きさに自動的に設定することが可能となる。
【００５３】
また、ＰＣのモニタはブラウン管や液晶画面などは赤、緑、青から成る光の三原色の発光光源を有し、赤外光をあまり含まない分光強度となっている。３色それぞれの中心波長はモニタの種類によらず、ほぼ同じ波長で一般に構成されている。
【００５４】
従って、高精度な光源特定手段を持たなくとも、モニタをキャリブレーションチャートとして用いれば、測定波長の特定が容易である。この場合に、３色のチャートを別々に時系列で表示させ、別々に焦点検出を行うことで目的は達成できる。前述のように、３色の測定から係数が３つ必要な２次式で波長別の焦点検出値の近似が可能となる。
【００５５】
また、キャリブレーションの動作では、焦点判定手段による合焦動作後に、位相差方式の焦点検出を行っている。しかし、焦点判定手段３１による合焦動作前に位相差方式の焦点検出を行い、ステップＳ１２でレンズを駆動する範囲を位相差方式の焦点検出により検出された合焦位置付近に限定することにより、より早くキャリブレーションを完了することができる。
【００５６】
図６はキャリブレーションモードで作成した合焦位置補正値を用いて実際に撮影を行う場合のカメラの動作フローチャート図である。ここでは、合焦位置補正値は撮影レンズごとに固有の補正値Ｃとは別に、カメラ本体２内のカメラ側記憶手段３４に記憶されている。
【００５７】
先ず、レリーズボタンを半押しの状態とする（ステップＳ２１）。これにより、焦点検出手段２５により位相差方式で焦点検出が行われる（ステップＳ２２）。
【００５８】
次に、光源判別手段２９により光源種類を判別する（ステップＳ２３）。焦点検出手段２５の焦点検出結果から、合焦位置情報を作成する（ステップＳ２４）。そして、この合焦位置情報に対し、各撮影レンズに固有の補正値Ｃ及びキャリブレーションモードで作成した光源種類に応じた合焦位置補正値を用いて補正を行う（ステップＳ２５）。
【００５９】
これらの補正された合焦位置情報を基に、レンズ駆動手段１５によって撮像光学系１１を駆動し、合焦動作を完了する（ステップＳ２６）。その後に、レリーズボタンを全押しすることによって撮影が行われる（ステップＳ２７）。
【符号の説明】
【００６０】
１  レンズ本体
２  カメラ本体
１１  撮像光学系
１３  レンズ制御手段
１５  レンズ駆動手段
２４  撮像素子
２５  焦点検出手段
３１  焦点判定手段
３２  カメラ制御手段
３３  演算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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