(57)【要約】【課題】外光ＡＦと撮像素子の像信号を利用して、写真画面内の被写体の位置によらず、高速で高精度のピント合わせ制御を可能とすることである。【解決手段】撮影レンズ１１の位置と、該撮影レンズを介して撮像素子１２上で得た像信号のコントラストの関係より、撮影レンズ１１のピント位置が決定される。また、受光レンズ２１ａ、２１ｂとセンサアレイ２２ａ、２２ｂによって撮影画面内の被写体の位置と距離が求められる。そして、センサアレイ２２ａ、２２ｂからの位置情報と距離情報によって、ＣＰＵ１５にて、撮影レンズ１１の位置とピント合わせ時に使用する撮像エリアの組み合わせが複数求められる。【選択図】    図１
2004170780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、
被写体にピントを合わせるピント合わせレンズと、
上記ピント合わせレンズの位置と、上記ピント合わせレンズを介して上記撮像素子上で得た像信号のコントラストの関係より、上記レンズのピント位置を決定するピント合わせ手段と、
上記ピント合わせレンズ以外の光路によって撮影画面内の被写体の位置と距離を求める測距手段と、
上記測距手段による上記位置情報と距離情報によって、上記ピント合わせレンズ位置と、上記ピント合わせ時に使用する撮像エリアの組み合わせを複数求める演算制御手段と、
を具備することを特徴とするレンズピント合わせ装置。
【請求項２】
上記複数個求められた撮像エリアとレンズ位置の組み合わせに応じ、上記ピント合わせレンズを複数位置で停止させ、その各々のレンズ位置に対応する組み合わせの撮像エリア及び全体画像に対する上記撮像素子出力からの像信号のコントラスト情報を求め、上記ピント合わせ位置の決定を行う制御手段を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のレンズピント合わせ装置。
【請求項３】
上記測距手段は、分割されたセンサアレイを有し、上記コントラストの変化を求める際の上記撮像素子の電荷蓄積条件を、上記測距手段のセンサアレイ出力によって決定することを特徴とする請求項２に記載のレンズピント合わせ装置。
【請求項４】
撮影レンズを通した像信号を検出する撮像手段と、
上記撮影レンズとは異なる光学系で画面内複数ポイントの被写体距離を測定する測距手段と、
上記測距手段の複数の測距結果に対応する複数のピント位置に上記撮影レンズをピント合わせし、その時に得られたコントラスト情報と上記測距結果に基いて、上記撮影レンズのピント合わせを行う時の撮像素子のコントラスト検出範囲を決定する決定手段と、
を具備することを特徴とするレンズピント合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等、撮像素子を用いて被写体を撮影する、いわゆる電子カメラの撮影レンズのピント合わせ技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、銀塩フィルムを用いるカメラでは、被写体距離を求めて、予め設計で決まっている距離とレンズ位置の関係よりレンズ位置を調整する、いわゆるオープンループ式のピント合わせ方法がとられていた。しかしながら、電子カメラでは、フィルム面位置に相当する位置に配置された撮像素子によって像信号が電気信号として容易に得られるため、この像信号に基いてコントラストが最大になる位置へ撮影レンズを駆動する、いわゆるフィードバック制御でピント合わせがなされていた。（イメージャＡＦ）
また、上述したフィードバック方法を用いたイメージャＡＦのピント合わせ技術の改良も行われている。これは、写真画面内の複数のポイントに対し、上記方式を適用し撮影時の構図にかかわらず、正しいピント合わせを可能とするものであった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２５５４５０号公報、図１１等参照
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような、いわゆるマルチＡＦをイメージャＡＦで行う場合、上記フィードバック時の時間遅れがその対象ポイント数分増加して、ピント合わせに長時間要してしまうという課題を有している。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、画面内の複数のポイントに対してピント合わせを可能にすると共に、高速で、且つ正確にこれを可能とするレンズピント合わせ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、撮像素子と、被写体にピントを合わせるピント合わせレンズと、上記ピント合わせレンズの位置と、上記ピント合わせレンズを介して上記撮像素子上で得た像信号のコントラストの関係より、上記レンズのピント位置を決定するピント合わせ手段と、上記ピント合わせレンズ以外の光路によって撮影画面内の被写体の位置と距離を求める測距手段と、上記測距手段による上記位置情報と距離情報によって、上記ピント合わせレンズ位置と、上記ピント合わせ時に使用する撮像エリアの組み合わせを複数求める演算制御手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
またこの発明は、撮影レンズを通した像信号を検出する撮像手段と、上記撮影レンズとは異なる光学系で画面内複数ポイントの被写体距離を測定する測距手段と、上記測距手段の複数の測距結果に対応する複数のピント位置に上記撮影レンズをピント合わせし、その時に得られたコントラスト情報と上記測距結果に基いて、上記撮影レンズのピント合わせを行う時の撮像素子のコントラスト検出範囲を決定する決定手段と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
この発明のレンズピント合わせ装置にあっては、被写体にピントを合わせるピント合わせレンズの位置と、上記ピント合わせレンズを介して撮像素子上で得た像信号のコントラストの関係より、ピント合わせ手段にて上記レンズのピント位置が決定される。また、測距手段により、上記ピント合わせレンズ以外の光路によって撮影画面内の被写体の位置と距離が求められる。そして、上記測距手段による上記位置情報と距離情報によって、演算制御手段にて、上記ピント合わせレンズ位置と、上記ピント合わせ時に使用する撮像エリアの組み合わせが複数求められる。
【０００９】
またこの発明のレンズピント合わせ装置にあっては、撮像手段により撮影レンズを通した像信号が検出され、上記撮影レンズとは異なる光学系で画面内複数ポイントの被写体距離が測距手段で測定される。そして、上記測距手段の複数の測距結果に対応する複数のピント位置に上記撮影レンズがピント合わせされ、その時に得られたコントラスト情報と上記測距結果に基いて、上記撮影レンズのピント合わせを行う時の撮像素子のコントラスト検出範囲が決定手段によって決定される。
【００１０】
これによって、撮像素子の像取り込みの位置や像取り込みタイミングや条件を無駄なく制御し、無駄のない高速なピント合わせを可能としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図２は、一般的なデジタルカメラ（電子カメラ）がピント合わせを不得意としているシーンの例を示した図である。
【００１３】
すなわち、画面１内に於いて、中央部は明るい背景２ｂであってコントラストが高く、肝心の主被写体２ａは逆光気味で暗く、且つ比較的コントラストが低い。このようなシーンでは、コントラストの高い背景２ｂにピントが合ってしまいがちであった。この発明は、こうしたシーンを対策するためのものである。
【００１４】
図１（ａ）は、この発明の第１の実施の形態で、レンズピント合わせ装置が適用されたカメラの電気系の概略構成を示したブロック図である。
【００１５】
図１（ａ）に於いて、主被写体１０からの撮影光束は、撮影レンズ１１を介して撮像素子１２に至る。そして、撮像素子１２で電気信号に変換された像の信号は、制御手段である制御部１５の制御によって画像処理を施す画像処理部１３から、記録メディアである記録部１６と表示用モニタ液晶（ＬＣＤ）１７に出力される。上記制御部１５は、また、レンズドライブ手段であるレンズドライバ（ＬＤ）２０を介して上記撮影レンズ１１の位置を移動させる。
【００１６】
更に、主被写体１０からの撮影光束は、一対の受光レンズ２１ａ、２１ｂを介して、外光測距用の一対のセンサアレイ２２ａ、２２ｂ上に入射される。これらセンサアレイ２２ａ、２２ｂで得られた像は、ここで電気信号に変換された後、Ａ／Ｄ変換部２３を経て、演算制御手段であるＣＰＵ１５に出力される。尚、１５ａはレリーズスイッチである。
【００１７】
いま、主被写体１０の像は、撮影レンズ１１を介して得られて撮像素子１２に結像される。上記撮影レンズ１１は、アクチュエータから成るレンズドライバ２０を介してＣＰＵ１５によってピント制御される。そして、該撮影レンズ１１を介して得られた被写体１０の像は、撮像素子１２に結像される。この撮像素子１２で得られた像は電気信号に変換され、画像処理部１３によってガンマ変換やエッジ強調の処理等が施された後、圧縮されて記録部１６に記録されたり、ＬＣＤ１７に表示される。
【００１８】
これらの制御は、ユーザによるレリーズスイッチ１５ａの操作がＣＰＵ１５で検出されることにより行われるものである。ここで、この発明では、上記ピント合わせ用レンズの制御に、一対の受光レンズ２１ａ、２１ｂと対応する一対のセンサアレイ２２ａ、２２ｂ、及びＡ／Ｄ変換部２３とから成る、いわゆる外光パッシブ式の測距装置が補助的に用いられる。
【００１９】
一般的に、デジタルカメラでは、撮影レンズ１１の制御時の位置誤差がキャンセルできないので、こうした外光式の測距装置の出力がそのまま使用されることはない。つまり、撮影レンズ１１を介した撮像素子１２上のコントラストによって最終的な判断が行われないで、微小なピントずれが残ってしまうことが多かった。そこで、図２に示されるようなシーンを正しくピント合わせするには、図３のフローチャートで示されるようなシーケンスが用いられなければならなかった。
【００２０】
すなわち、ステップＳ１で撮影レンズの制御が行われ、ステップＳ２〜Ｓ４にて、図２に示される画面１内の各ポイント（Ｌ、Ｃ、Ｒ）の像が取り込まれる。そして、このコントラストが最大になるレンズ位置が、続くステップＳ５及びＳ６、ステップＳ７及びＳ８、ステップＳ９及びＳ１０に於いて、それぞれ上記Ｌ、Ｃ、Ｒの各ポイント毎に求められる。
【００２１】
こうして、全てのポイント（Ｌ、Ｃ、Ｒ）の最大コントラスト位置が求められた後に、ステップＳ１１で検出が終了したか否かが判定される。ここで、終了していなければステップＳ１２へ移行して、レンズ位置の微調整が行われた後、上記ステップＳ２へ移行し、以降の処理が繰り返される。
【００２２】
一方、上記ステップＳ１１で検出が終了したならば、レンズ位置の微調整がなされず、ステップＳ１３にて、上記ステップＳ６、Ｓ８、Ｓ１０で求められたレンズ位置から、最もピント合わせにふさわしいレンズ位置が決定される。その後、ステップＳ１４にて再度ピント合わせが行われる。
【００２３】
このような時間のかかる制御が行われる時に、更に考慮されなければならないのが各ポイントの輝度差である。
【００２４】
図４に示されるように、横軸にレンズ位置、縦軸にコントラスト変化をとると、像の検出時の画素の蓄積時間が適切でないと、図示実線のように、Ｌのポイントでは正しいピークが得られるのに、Ｒではコントラストが得られないことがある。また、図示破線のように、Ｒで正しいコントラスト変化が得られる時には、Ｌでは像が飽和していてピント位置検出ができないようなことになる。
【００２５】
このように、各ポイントに対し、正しい像検出（撮像素子の蓄積時間）が選択されないと、図２に示されるように、輝度差が大きく、しかも主被写体２ａが画面１の中央に存在しないシーンに対して、正確なピント合わせをすることができない。
【００２６】
そこで、この発明では、図２に示される画面１のエリア３をモニタする、上述したセンサアレイが用いられ、画面１内の何処に主被写体が存在して、撮像素子がどのような蓄積制御を行うべきかを正しく決定できるようにしている。
【００２７】
図１（ｂ）は、この発明の第１の実施の形態で、レンズピント合わせ装置が適用されたカメラの外観と上述したセンサアレイのモニタエリア域３と画面１との関係を示した図である。
【００２８】
図１（ｂ）に於いて、カメラ２５の上面にはレリーズスイッチ１５ａが配置されている。また、カメラ２５の前面には、撮影レンズ１１と、ＡＦ用の一対の受光レンズ２１ａ及び２１ｂが配置されている。
【００２９】
次に、図５のフローチャートを参照して、第１の実施の形態に於けるカメラのピント合わせ動作について説明する。
【００３０】
先ず、ステップＳ２１では、この発明の特徴たる外光測距用のセンサアレイ２２ａ、２２ｂによる各ポイントＬ、Ｃ、Ｒの距離判定結果ＬＬ  、ＬＣ  、ＬＲ  が求められる。尚、ここでは単純化のためＬ、Ｃ、Ｒの３ポイントとしているが、これを増加させることは自由にできる。
【００３１】
例えば、図１（ａ）に示されるように、２つの受光レンズ２１ａ、２１ｂ間の距離を基線長Ｂとし、受光レンズ２１ａ、２１ｂの焦点距離をｆとすると、主被写体１０の像が、各レンズの光軸基準でｘの差がある時、被写体距離Ｌは、三角測距の原理によって、Ｌ＝Ｂ・ｆ／ｘとして求めることができる。
【００３２】
また、光軸からθだけずれた主被写体１０に対しては、ａ＝ｆ  ｔａｎθの関係となるａのポイントの像データを利用すれば、同様の考え方で測距を行うことがができる。
【００３３】
更に、測距用のセンサによって各ポイントの像データ変化がわかるので、ステップＳ２２にて、これが用いられて、明るさ情報ＢＬ  、ＢＣ  、ＢＲ  が得られる。
【００３４】
つまり、これらの関係によって、どのポイントがどのような電荷蓄積制御によって、コントラスト判定されるかがわかる。したがって、続くステップＳ２３〜Ｓ２５に於いて、それぞれのポイントの明るさに応じた電荷蓄積制御が行われながら撮像素子で像判定が行われて、コントラストが検出される。これによって、各々のポイントに最適なコントラスト判定が行われる。
【００３５】
そして、ステップＳ２６にて検出が終了したか否かが判定され、終了していない場合は、ステップＳ２７へ移行してピント微調整が行われる。その後、上記ステップＳ２３に移行して、以降の処理が繰り返される。
【００３６】
上記ステップＳ２６にて、上記検出が終了していれば、ステップＳ２８に移行して、各ポイントのコントラストピーク位置が求められて、最も近距離でコントラストのピークのあるものに対してピント合わせが行われる。
【００３７】
このとき、測距装置による各ポイントの距離結果を用いて、遠距離を示すポイントを先に、次にレンズ繰り出しを行いながら次のポイントを次に、というようにコントラスト判定すれば、図４の黒丸で示されたポイントのみにレンズ制御を行って、無駄なく高速に高精度のフィードバック式のピント検出を行うことができる。
【００３８】
また、図６のフローチャートに示されるシーケンスでピント合わせを行うこともできる。
【００３９】
すなわち、最も近い距離のものを主被写体とする考え方ならば、一番遠いポイントは排除したピント位置制御を行ってもよい。ステップＳ３１にて、一番遠いポイントが排除されると、ステップＳ３２及びＳ３３にて、残った２点のうち遠い方からフィードバック式の山登りＡＦが行われる。
【００４０】
この例では、フィードバック式の山登りＡＦが行われた後、図５フローチャートに於けるステップＳ２８に入り、近距離を示した２点のうち本当に近い方をより正確に検出してピント合わせをすることができる。
【００４１】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、外光測距用のセンサアレイを距離検出手段として用いるだけでなく、明るさを検出する測光手段として有効利用し、ピント制御時の像検出をより正確に行うことを可能とした。
【００４２】
また、どの距離でどのポイントをどの蓄積（積分）制御でコントラスト検出するかを予め判定してから、必要なポイントに対しピント合わせを行うので、無駄がなく、且つ、レンズの位置制御誤差をキャンセルした正確なピント合わせが可能となる。
【００４３】
次に、この発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４４】
例えば、上述したようなカメラに於いて、画面内で複数ポイントの測距が可能となればなる程、図７（ａ）に示されるようなシーンで、主被写体の人物１０ａではなく手前の花１０ｂにピントが合って、実際には図７（ｂ）に示されるように、人物１０ａがピンボケになってしまう危険性が生じる。この第２の実施の形態では、これを防止するために、画面内のコントラスト変化に着目し、これを有効利用している。
【００４５】
つまり、図７（ａ）に示されるようなピントでは、図８（ａ）に示されるように、画面全体としてコントラストが高くなる。一方、図７（ｂ）に示されるようなピント位置では、図８（ｂ）に示されるように、花１０ｂの部分だけのコントラストが高くなり、全体としてはピントの合っていないような写真となる。したがって、単に測距装置による距離結果のみではなく、全体のコントラストも加味したピント合わせとした。
【００４６】
図９は、この第２の実施の形態によるピント合わせ動作を説明するフローチャートである。
【００４７】
先ず、ステップＳ４１にて、この発明の特徴たる外光用の測距装置によって、画面内複数ポイントの測距が行われる。次いで、ステップＳ４２にて、図６のフローチャートと同様の考え方で、最も遠い距離を示すポイントがピント検出の候補から排除される。
【００４８】
ステップＳ４３では、上記測距装置によって残りのポイントの明るさの分布が検出される。これにより、各ポイントのコントラスト判定時にふさわしい撮像素子の積分制御が決定される。
【００４９】
ステップＳ４４では、３点の測距の結果や２番目に近い距離に対して、ピントが合うように撮影レンズのピントが合わせられる。そして、続くステップＳ４５では、この時に撮像素子のほぼ全体から得られるコントラスト値が検出されてＣ０２とされる。
【００５０】
次に、ステップＳ４６にて、得られた中で１番近い距離近傍にピントが合うようにピント合わせレンズが制御される。更に、ステップＳ４７では、ここでも全体のコントラスト判定が行われて、これがＣ０１とされる。
【００５１】
そして、上述したように、この全体コントラストが考慮されてピント合わせを行うために、上記Ｃ０１、Ｃ０２のコントラスト値の比較が行われる。その結果、大きい値を示したポイントの方に移行する。
【００５２】
すなわち、Ｃ０１の方が大きければ、ステップＳ４９に移行して、１番近い距離を示したポイントの像信号を用いても全体のコントラストも高くなるとしてピント制御が行われる。一方、Ｃ０２の方が大きければ、ステップＳ５０に移行して、２番目に近い距離の方が画面全体のコントラストが高いとして、再度レンズ制御がなされ、こちらのポイントでピント合わせ制御が行われる。
【００５３】
つまり、ピント合わせ制御そのものは、図１０（ｂ）に示される狭い領域６の像のコントラストで行われる。しかしながら、上記ステップＳ４７、Ｓ５１に於けるピント位置選択時には、図１０（ａ）に示される領域５として示したような、画面１に対して広い領域の像データのコントラストが用いられる。
【００５４】
このように、画面内の狭い領域の像データのコントラスト信号を利用してコントラストの最大ポイントにレンズが微調整される。すなわち、ステップＳ５２に於いて、像データのコントラストが判定される。
【００５５】
その結果、上記コントラストが最大でなければ、ステップＳ５３に移行して撮影レンズが微調整される。その後、上記ステップＳ４８に移行して、以降の処理が繰り返される。一方、コントラストが最大であれば、ステップＳ５４に移行して、ピント合わせ処理の終了となる。
【００５６】
図７（ａ）、（ｂ）に示されるようなシーンでは、先ず、２つの距離に対応するレンズ位置で、図１０（ａ）の領域５が用いられて全体の像のピント判定が行われて、人物１０ａに対応する像検出エリア６にて、撮像素子によるコントラストＡＦが行われる。これは、コントラストのピークを求めていく方式なので、いわゆる「山登り方式」と称される。
【００５７】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、測距装置の距離出力と共に撮像素子のコントラスト情報を加味してピント合わせポイントを決定し、また、そのポイントの撮像素子エリアの像を利用するので、ピンボケの失敗のない写真撮影を、高速で正確に行うことができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、画面内の複数のポイントに対してピント合わせを可能にすると共に、高速で、且つ正確にこれを可能とするレンズピント合わせ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１の実施の形態で、レンズピント合わせ装置が適用されたカメラの構成を示すもので、（ａ）は電気系の概略構成を示したブロック図、（ｂ）は該カメラの外観斜視図である。
【図２】一般的なデジタルカメラ（電子カメラ）がピント合わせを不得意としているシーンの例を示した図である。
【図３】一般的なデジタルカメラのピント合わせ動作を説明するフローチャートである。
【図４】図２のシーンに於けるポイント毎のレンズ位置とコントラスト変化の例を示した図である。
【図５】この発明の第１の実施の形態に於けるカメラのピント合わせ動作について説明するフローチャートである。
【図６】ピント合わせ動作の他の例を説明するフローチャートである。
【図７】画面内で複数ポイントの測距が可能な場合のシーンに於けるピント合わせを説明する図である。
【図８】図７のシーンに於けるコントラスト値の例を示した図である。
【図９】この発明の第２の実施の形態に於けるカメラのピント合わせ動作を説明するフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態に於けるピント合わせ制御について説明する図である。
【符号の説明】
１  画面、
２ａ、１０  主被写体、
２ｂ  背景、
３  エリア、
１１  撮影レンズ、
１２  撮像素子、
１３  画像処理部、
１５  制御部（ＣＰＵ）、
１６  記録部、
１７  表示用モニタ液晶（ＬＣＤ）、
２０  レンズドライバ（ＬＤ）、
２１ａ、２１ｂ  受光レンズ、
２２ａ、２２ｂ  センサアレイ、
２３  Ａ／Ｄ変換部、
２５  カメラ。
【図１】
2004170780.tif 000003
【図２】
2004170780.tif 000004
【図３】
2004170780.tif 000005
【図４】
2004170780.tif 000006
【図５】
2004170780.tif 000007
【図６】
2004170780.tif 000008
【図７】
2004170780.tif 000009
【図８】
2004170780.tif 000010
【図９】
2004170780.tif 000011
【図１０】
2004170780.tif 000012