(57)【要約】【課題】ＡＦ用の光学系を利用してＡＦを行う外光ＡＦと撮影用の光学系を利用してＡＦを行うイメージャＡＦとを有効に利用して撮影レンズの位置誤差等を打ち消しつつ、高速にかつ正しいピント合わせを行うこと。【解決手段】撮影レンズ５を含む光学系とは異なる光路を利用して複数のポイントを測距する測距部４によって第１のポイントを測距した場合の測距結果及び撮影レンズ５のピント位置を変位させたときに撮像素子７上の上記第１のポイントに対応する位置に結像した被写体２０の像のコントラスト変化に基づいて、測距部４の測距結果と上記撮影レンズ５の駆動量との対応関係を決定し、上記第１のポイントとは異なる第２のポイントにおける測距部４の測距結果と決定された対応関係とに基づいて撮影レンズ５のピント位置を制御する。【選択図】　　図１
2004069953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系を介して入射した被写体の像を結像する撮像素子と、
上記撮影光学系とは異なる光路を利用して撮影画面内の複数のポイントを測距する測距手段と、
上記測距手段によって上記複数のポイントのうちの第１のポイントを測距した場合の測距結果及び上記撮影光学系のピント位置を変位させたときに上記撮像素子上の上記第１のポイントに対応する位置に結像した被写体の像のコントラスト変化に基づいて、上記測距手段の測距結果と上記撮影光学系の駆動量との対応関係を決定する決定手段と、
上記第１のポイントとは異なる第２のポイントにおける上記測距手段の測距結果と上記決定手段で決定された上記対応関係とに基づいて、上記撮影光学系のピント位置を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とするカメラ。
【請求項２】
上記測距手段は、
上記複数のポイントに存在する被写体の像信号を検出して上記複数のポイントに存在する被写体までの距離を算出する距離算出手段と、
上記複数のポイントのなかで最もコントラストの高いポイントを上記第１のポイントとして設定し、上記距離算出手段によって算出された被写体までの距離が最も近距離のポイントを上記第２のポイントとして設定する設定手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
【請求項３】
上記測距手段は、上記複数のポイントのどこに主要被写体が存在するかを検出する主要被写体検出手段を含み、
上記決定手段は、上記主要被写体が存在するポイントを上記第２のポイントとして設定する設定手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
【請求項４】
上記主要被写体検出手段は、上記複数のポイントにおける測距結果が最も近距離のポイントを上記主要被写体が存在するポイントとして検出することを特徴とする請求項３に記載のカメラ。
【請求項５】
上記測距手段は、上記複数のポイント内に存在する被写体までの距離をパッシブ方式、もしくはアクティブ方式によって測距することを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
【請求項６】
上記測距手段は、測距結果に基づいて主要被写体を検出する主要被写体検出手段を含み、
上記決定手段は、上記複数のポイントにおける測距結果の中で現在の撮影レンズのピント位置に近い距離を示すポイントを上記第１のポイントに設定し、上記主要被写体が存在するポイントを上記第２のポイントとして設定する設定手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
【請求項７】
撮影光学系を介して入射した被写体の像を結像する撮像素子と、
上記撮影光学系とは異なる光路を利用して撮影画面内の複数のポイントを測距する測距手段と、
上記測距手段の測距結果から主要被写体の存在するポイントを第１のポイントとして選択する第１の選択手段と、
上記測距手段の測距結果の中で上記第１のポイントよりも上記撮影光学系の制御開始前のピント位置に近いポイントを第２のポイントとして選択する第２の選択手段と、
上記撮像素子の上記第２のポイントに対応する領域におけるコントラスト情報と、上記第１のポイントにおける上記測距手段の測距結果及び上記第２のポイントにおける上記測距手段の測距結果に従って上記撮影光学系のピント位置を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とするカメラ。
【請求項８】
撮影光学系を介して入射した被写体の像を結像する撮像素子と、
上記被写体に光を投射する投光手段と、
上記撮影光学系とは異なる光路を利用して、上記投光手段による上記被写体への投光を行わずに測距する第１の測距と、上記投光手段による上記被写体への投光を行いながら測距する第２の測距と、を行う測距手段と、
上記第２の測距を行うに先立って、上記第１の測距の結果に基づいて上記撮影光学系のピント位置を変位させた場合に上記撮像素子上に結像する被写体の像のコントラスト変化を検出し、上記第１の測距の結果と上記コントラスト変化とから上記測距手段の測距結果と上記撮影光学系の駆動量との対応関係を決定する決定手段と、
上記測距手段による上記第２の測距における測距結果と上記決定手段によって決定した上記対応関係とに基づいて、上記撮影光学系のピント位置を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラに関する。特に、被写体の像をデジタル信号として記録する電子カメラのオートフォーカス（ＡＦ）技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子カメラは撮影用にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子を有している。このため、電子カメラのＡＦにおいては撮影レンズを微小変位させたときに撮像素子が出力する像信号を有効利用して撮影レンズのピント合わせを行う、「ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ）方式」のＡＦ（以後、この方式のＡＦをイメージャＡＦと称する）が従来から広く知られていた。このイメージャＡＦは、撮像素子が出力するコントラストを検出することにより、撮影レンズのピント位置を判定するものである。
【０００３】
一方、銀塩カメラ、特に、コンパクトカメラにおいては、撮影時に前述のような撮像素子を必要としないので、撮影レンズを含む撮影光学系とは別途にＡＦ用の測距装置を搭載している。つまり、コンパクトカメラにおいては、測距装置の出力信号に応じて撮影レンズを制御するＡＦ方式（以後、この方式のＡＦを外光ＡＦと称する）が一般的であった。
【０００４】
しかしながら、近年、これらイメージャＡＦ及び外光ＡＦには、それぞれ欠点があることが分かってきている。これらのＡＦ方式の欠点とは次のようなものである。
【０００５】
まず、イメージャＡＦでは、基本的に撮影用の撮像素子を利用してＡＦを行うので、撮影レンズのピントが大きく被写体から外れている場合には被写体の像がボケて明瞭に捕らえることができず、ＡＦを行うことができない。また、撮影レンズを動かしてみた後でないとピント合わせの方向が分からず、さらに、撮影レンズを動かしながらＡＦを行うので被写体の像の取り込み時間にも制約があり、結果としてピント合わせに長い時間が必要である。また、複数ポイントの距離を比較する、所謂「マルチＡＦ方式」を用いた場合の主要被写体の検出も困難である。
【０００６】
一方、外光ＡＦでは、ＡＦ専用のセンサを利用するので、高速の距離検出が可能であるが、撮影レンズをフィードバック制御するわけではないので、温度や湿度等の環境の変化による撮影レンズの位置誤差やカメラ撮影時の撮影姿勢等による撮影レンズの位置誤差等を打ち消すことができない。
【０００７】
そこで、これらのＡＦ方式の欠点を解決するために特開２０００−３２１４８２号公報等にこれらのＡＦ方式を組み合わせて使用する技術が開示されている。上記公報に開示されている技術は、まず、外光ＡＦを利用して粗い測距を行った後、最終的なピント合わせをイメージャＡＦにより行うものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外光ＡＦで測距できたものが必ずしもイメージャＡＦで測距できるとは限らず、このような場合には上記公報の技術を用いても十分なピント合わせを行うことができないことがあった。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、外光ＡＦとイメージャＡＦとを有効に利用して撮影レンズの位置誤差等を打ち消しつつ、高速に、かつ正しく主要被写体にピント合わせをすることができるカメラを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によるカメラは、撮影光学系を介して入射した被写体の像を結像する撮像素子と、上記撮影光学系とは異なる光路を利用して撮影画面内の複数のポイントを測距する測距手段と、この測距手段によって上記複数のポイントのうちの第１のポイントを測距した場合の測距結果及び上記撮影光学系のピント位置を変位させたときに上記撮像素子上の上記第１のポイントに対応する位置に結像した被写体の像のコントラスト変化に基づいて、上記測距手段の測距結果と上記撮影光学系の駆動量との対応関係を決定する決定手段と、上記第１のポイントとは異なる第２のポイントにおける上記測距手段の測距結果と上記決定手段で決定された上記対応関係とに基づいて、上記撮影光学系のピント位置を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１１】
即ち、本発明のカメラは、撮影画面内の複数のポイントを測距する測距手段によって第１のポイントを測距した場合の測距結果と、撮影光学系を変位させた場合に、上記撮像素子上の上記第１のポイントに対応する位置における被写体の像のコントラスト変化とから、決定手段によって測距手段の測距結果と撮影光学系の駆動量との対応関係を決定する。制御手段は、この対応関係と測距手段によって上記第１のポイントとは異なる第２のポイントを測距したときの測距結果とに基づいて撮影光学系のピント位置を制御する。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、本発明によるカメラは、撮影光学系を介して入射した被写体の像を結像する撮像素子と、上記撮影光学系とは異なる光路を利用して撮影画面内の複数のポイントを測距する測距手段と、この測距手段の測距結果から主要被写体の存在するポイントを第１のポイントとして選択する第１の選択手段と、上記測距手段の測距結果の中で上記第１のポイントよりも上記撮影光学系の制御開始前のピント位置に近いポイントを第２のポイントとして選択する第２の選択手段と、上記撮像素子の上記第２のポイントに対応する領域におけるコントラスト情報と、上記第１のポイントにおける上記測距手段の測距結果及び上記第２のポイントにおける上記測距手段の測距結果に従って上記撮影光学系のピント位置を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
即ち、本発明のカメラは、測距手段によって測距した結果、主要被写体が存在するポイントを第１のポイントとして選択し、また、主要被写体が存在するポイントよりも撮影光学系を制御する前のピント位置に近いポイントで測距出力が存在するポイントを第２のポイントとして選択する。そして、上記撮像素子の上記第２のポイントに対応する領域におけるコントラスト情報と、上記第１の選択手段によって選択したポイント及び上記第２の選択手段によって選択したポイントにおける上記測距手段の測距結果とに従って上記撮影光学系のピント位置を制御する。
【００１４】
さらに、上記の目的を達成するために、本発明によるカメラは、撮影光学系を介して入射した被写体の像を結像する撮像素子と、上記被写体に光を投射する投光手段と、上記撮影光学系とは異なる光路を利用して、上記投光手段による上記被写体への投光を行わずに測距する第１の測距と、上記投光手段による上記被写体への投光を行いながら測距する第２の測距と、を行う測距手段と、上記第２の測距を行うに先立って、上記第１の測距の結果に基づいて上記撮影光学系のピント位置を変位させた場合に上記撮像素子上に結像する被写体の像のコントラスト変化を検出し、上記第１の測距の結果と上記コントラスト変化とから上記測距手段の測距結果と上記撮影光学系の駆動量との対応関係を決定する決定手段と、上記測距手段による上記第２の測距における測距結果と上記決定手段によって決定した上記対応関係とに基づいて、上記撮影光学系のピント位置を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
即ち、本発明のカメラは、投光手段による投光を行わずに測距を行う第１の測距による測距結果と、投光手段による投光を行いながら測距を行う第２の測距による測距結果と、第２の測距を行うに先立って決定した、上記測距手段による第２の測距を行うに先立って、上記測距手段による測距手段による第１の測距の結果に基づいて上記撮影光学系の駆動を開始させる開始ポイントを選択し、この選択した開始ポイントから上記撮影光学系を駆動させた場合に上記撮像素子上に結像する被写体の像のコントラスト変化を検出し、この検出したコントラスト変化と上記第１の測距結果とから上記測距手段の測距結果と上記撮影光学系の駆動量との対応関係を決定する。制御手段は、この対応関係と測距手段による第２の測距結果とに基づいて撮影光学系のピント位置を制御する。
【００１６】
つまり、本発明のカメラは外光ＡＦとイメージャＡＦが共に得意とする測距ポイントにおけるＡＦ結果を用いて主要被写体のピント合わせを行う。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係るカメラの内部構成を示すブロック図である。即ち、本発明の第１の実施の形態に係るカメラは、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１と、受光レンズ２ａ，２ｂと、センサアレイ３ａ，３ｂと、測距部４と、撮影レンズ５と、レンズ駆動（ＬＤ）部６と、撮像素子７と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部８と、画像処理部９と、記録媒体１０と、光源１１とを含んで構成される。
【００１８】
ＣＰＵ１はカメラ全体のシーケンスを制御する演算制御手段である。ＣＰＵ１には撮影シーケンスを開始させるためのスイッチ１ａが接続されている。ＣＰＵ１は撮影者によるスイッチ１ａのＯＮ操作を判定して一連の撮影シーケンスを開始させる。なお、ＣＰＵ１は特許請求の範囲に記載の「決定手段」及び「制御手段」の機能を含む。
一対の受光レンズ２ａ，２ｂは被写体２０からの像を受光して一対のセンサアレイ３ａ，３ｂに結像させる。そして、一対のセンサアレイ３ａ，３ｂでは、結像した被写体２０からの像を電気信号（以後、「像信号」と称する）に変換して測距部４に出力する。
【００１９】
測距部４はＡ／Ｄ変換部４ａと測距演算部４ｂとを含んで構成される、所謂、「パッシブ方式」の測距手段である。測距部４内のＡ／Ｄ変換部４ａはセンサアレイ３ａ，３ｂから入力されてきた像信号をデジタル信号に変換して測距演算部４ｂに出力する。測距演算部４ｂでは、このデジタル信号に基づいてカメラから被写体２０までの距離、即ち、被写体距離を三角測距の原理により演算する。この三角測距の原理については後に詳述する。なお、測距部４は特許請求の範囲に記載の「測距手段」に相当する。
【００２０】
そして、ＣＰＵ１は前述のようにして演算された被写体距離に基づいて撮影レンズ５のピント合わせ制御を行う。つまり、ＣＰＵ１は測距演算部４ｂで演算された被写体距離に基づいてＬＤ部６を制御して撮影レンズ５のピント合わせを行う。
【００２１】
撮影レンズ５のピント合わせが終了した後は、露出動作を行う。撮像素子７はＣＣＤ等で構成されており、撮影レンズ５を介して結像した被写体２０からの像を電気的な像信号に変換してＡ／Ｄ変換部８に出力する。なお、撮像素子７は特許請求の範囲に記載の「撮像素子」に相当する。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部８は像信号をデジタル信号に変換した後、画像処理部９に出力する。画像処理部９では入力されてきたデジタル信号に基づいて、画像の色や階調の補正などをした後、画像信号の圧縮をして、記録媒体１０に画像を記録させて露出動作を完了する。
【００２３】
光源１１は、ストロボ装置等で構成されている。この光源１１からは撮影シーンに応じて露出用や測距用の補助光などが被写体２０に投射される。なお、光源１１は特許請求の範囲に記載の「投光手段」に相当する。
【００２４】
なお、受光レンズ２ａ，２ｂとセンサアレイ３ａ，３ｂ、及び撮影レンズ５と撮像素子７の位置関係は図２（Ａ）に示すような関係にある。つまり、センサアレイ３ａ，３ｂと撮像素子７とで同一の被写体２０の像が検出可能である。また、センサアレイ３ａ，３ｂの出力を被写体距離算出に用いる際に、図の実線で示す位置に結像した被写体２０の像の代わりに、異なる位置、例えば図の破線で示す位置に結像した被写体の像を用いることにより、撮影画面内における被写体２０以外の被写体の距離も検出可能である。
【００２５】
図２（Ｂ）に本第１の実施の形態に係るカメラの外観図を示す。つまり、カメラ３０の上面には前述のスイッチ１ａを操作するためのレリーズボタン１ｂが設けられている。また、カメラ３０の前面には前述の撮影レンズ５及び受光レンズ２ａ，２ｂが、図２（Ａ）に示す位置関係で設けられている。また、カメラ３０の前面には前述の光源１１用の発光窓１１ａが設けられている。
【００２６】
以上説明したような外光式のＡＦでは、一対の受光レンズ２ａ，２ｂ及びセンサアレイ３ａ，３ｂを人間の両眼のように用いて三角測距の原理で被写体距離を検出し、この被写体距離に基づいて撮影レンズ５のピント合わせを行う。
【００２７】
一方でパッシブ方式のＡＦには、前述のイメージャＡＦもある。このイメージャＡＦは、ＬＤ部６によって撮影レンズ５の位置を変化させながら、撮像素子７に結像した被写体の像のコントラストを検出していき、コントラストが最も高くなった撮影レンズ５の位置を判定してピント位置とする。
つまり、このイメージャＡＦは、前述の外光ＡＦのように被写体距離に基づいてピント位置を決定するものとは異なる原理に基づくピント合わせ制御である。
【００２８】
このようなイメージャＡＦでは、撮影レンズ５の位置制御に誤差が生じていた場合であっても、小さな誤差であればその誤差を考慮に入れた状態でピント位置を検出することができる。しかし、図３（Ａ）に示すように主要被写体である人物２０ａが撮影画面２１内の中央部以外に存在している場合には、撮影レンズ５のピントを迅速に人物２０ａに合わせることが困難である。つまり、主要被写体を特定するために、人物２０ａと背景被写体の木２０ｂのそれぞれに対して、前述したようなコントラスト判定を行った後、いずれの被写体が主要被写体としてふさわしいか、即ち、いずれの被写体が手前側に存在するかを判定する必要があるからである。このとき、それぞれの被写体に対応するピント位置における画像を一時取り込んでからコントラストを判定する過程が必要となるので、時間がかかってしまう。
【００２９】
これに対し、外光ＡＦでは、図２（Ａ）に示すセンサアレイ３ａ，３ｂからの像信号を検出して、受光レンズ２ａ，２ｂの視差に基づく被写体の像信号のずれを検出することにより被写体距離を決定する。つまり、撮影レンズ５を駆動するのはピント位置が決定した後のみであるのでピント合わせにかかる時間はイメージャＡＦに比べて短い。また、主要被写体以外の被写体の距離も被写体距離演算に使用する被写体の像信号を切り換えるだけでよいので、主要被写体の位置によらず、図３（Ａ）の領域３ｃで示すような広範囲の領域における被写体の距離分布が検出可能である。
【００３０】
図３（Ｂ）に前述のようにして求めた距離分布の例を示す。この距離分布を求めれば、主要被写体がどこに存在しているかを高速で検出することができる。ただし、像信号を用いて距離分布を求める方法では、コントラストがない被写体に対する距離検出が困難である。そこで、例えば、ストロボ等の光源１１から被写体に向けて光を照射して、その反射光を検出することにより被写体距離を求めてもよい。つまり、遠距離の被写体から得られる反射光の光量は小さく、近距離の被写体から得られる反射光の光量は大きいのでコントラストがない被写体でも正しい被写体距離を検出することが可能となる。また、コントラストのない被写体は主要被写体ではないと判定するようにしてもよい。
【００３１】
なお、イメージャＡＦにおける主要被写体の検出方法としては、像信号の形状から検出する方法や画像の色情報から検出する方法などが知られている。これらの方法については従来のものと同様であるので説明を省略するが、一般にこれらの方法は距離分布から主要被写体を決定するよりも高速で主要被写体を検出することが可能である。
【００３２】
図４（Ａ）に受光レンズ２ａを含む外光ＡＦ用の光学系の構造図を、図４（Ｂ）に撮影レンズ５を含む撮影用の光学系の構造図を示す。なお、図４（Ａ）は受光レンズ２ａを含む光学系のみを図示しているが、同図において受光レンズ２ａを受光レンズ２ｂに置き換えることにより、以後の説明と同様の説明が受光レンズ２ｂについても適用できる。
【００３３】
図４（Ｂ）に示す撮影用の光学系は、比較的Ｆナンバーが小さいのでレンズが明るく、また、図４（Ａ）に示す外光ＡＦ用の光学系のようにパンフォーカス位置にピント位置が固定されていない。このため撮影レンズ５の駆動制御時の誤差等によってΔＬＤの位置ずれが生じた場合には、図４（Ｂ）中に破線で示すように、撮像素子７上で被写体の像が正しく結像せずにｂ２という広がりをもった、所謂「ボケ」が生じてしまう。このようなボケは、外光ＡＦ用の光学系においてもボケｂ１として生じるが、ボケｂ２はボケｂ１に比べて非常に大きなものである。つまり、撮影レンズ５のピントが大きく外れた場合には、外光ＡＦ方式では正しくコントラストの検出が行えても、イメージャＡＦでは正しくコントラストの検出が行えないことがある。
【００３４】
また、図３（Ａ）の人物２０ａと木２０ｂとではコントラストが異なる。図５に、イメージャＡＦ時におけるコントラスト変化の図を示す。なお、図の横軸は経過時間であり、図の縦軸はその時間において検出される被写体のコントラストである。この場合、人物２０ａのコントラストは時間毎になだらかな変化が検出され、木２０ｂでは急峻な変化が検出される。この結果、それぞれのコントラストの最大を検出するための時間は、人物２０ａのコントラストの最大を検出するための時間は時間ΔｔＬかかり、木２０ｂのコントラストの最大を検出するための時間は時間ΔｔＨかかる。このように、被写体によってピントを合わせやすいものとピントを合わせにくいものとがあり、それぞれピント合わせの時間が異なる。
【００３５】
以上のような特性を踏まえた上で、外光ＡＦとイメージャＡＦの欠点を補うようにこれらのＡＦを組み合わせた制御を行うことにより高速の主要被写体検出及び高速のピント合わせができ、かつ、撮影レンズの繰り出し誤差も考慮に入れたピント合わせが可能となる。図６はこのようなピント合わせ制御の手順を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、撮影者によってスイッチ１ａがＯＮされたことを判定したＣＰＵ１は、外光ＡＦ方式、即ち、センサアレイ３ａ，３ｂによって図３（Ａ）の領域３ｃにおける被写体の像信号を検出する（ステップＳ１）。
【００３７】
次に、上記ステップＳ１で検出した像信号の中からコントラストが最大のポイント（図３（Ａ）の例では木２０ｂに相当する）を検出する（ステップＳ２）。また、上記ステップＳ１で検出した像信号に基づいてマルチＡＦを行い、図３（Ｂ）に示すような距離分布を求める（ステップＳ３）。
【００３８】
次に、上記ステップＳ３で求めた距離分布の中で最も近距離を主要被写体（図３（Ａ）の例では人物２０ａに相当する）の被写体距離ＬＭとして算出する（ステップＳ４）。また、上記ステップＳ３で求めた距離分布の中で上記ステップＳ２で検出したコントラストが最大のポイントに相当する被写体の被写体距離ＬＨを算出する（ステップＳ５）。
【００３９】
次に、コントラストが最大のポイントを含む領域におけるピント位置ＬＤＨを撮影レンズ５の駆動制御を行いながら、そのときのコントラストの最大を判定することによって検出する（ステップＳ６）。そして、ＬＭ，ＬＨ，及びＬＤＨに基づいて主要被写体に対するピント位置ＬＤＭを算出する（ステップＳ７）。
【００４０】
ここで、上記ステップＳ６及びＳ７におけるＬＤＨ及びＬＤＭの算出方法について図７を参照して説明する。
一般に被写体距離Ｌの逆数１／Ｌとピント位置ＬＤとの対応関係は図７の実線で示されるような直線関係となり、このとき、
ＬＤ＝Ａ×１／Ｌ＋Ｂ　　　　　　　　　　　（式１）
の関係が成立する。ただし、Ａ，Ｂは定数である。しかし、この直線関係は、温度や湿度の変化や撮影者の撮影姿勢などの条件による誤差が生じ、必ずしも同じ関係にはならない。そこで、このときの誤差ΔＬＤを加味して考えると、図７の実線の関係は、破線のような関係となる。なお、この破線の関係、即ち、実際値を示す直線関係が特許請求の範囲に記載の「対応関係」に対応する。
【００４１】
そこで、本第１の実施の形態では、ステップＳ２で検出したコントラストが最大のポイントを含む領域において、イメージャＡＦを行ってピント位置ＬＤＨを検出し、このピント位置ＬＤＨと理論値ＬＤＨＯの差分をとることにより誤差ΔＬＤを求める。つまり、誤差ΔＬＤは、
ΔＬＤ＝ＬＤＨ−ＬＤＨＯ　　　　　　　　　　（式２）
によって求めることができる。このようにして求めた誤差ΔＬＤから、主要被写体のピント位置ＬＤＭは、
ＬＤＭ＝Ａ×１／ＬＭ＋Ｂ＋ΔＬＤ　　　　　　（式３）
により求めることができる。
【００４２】
主要被写体のピント位置ＬＤＭを算出した後は、ピント位置ＬＤＭに撮影レンズ５のピントを合わせるように撮影レンズ５を繰り出し制御して（ステップＳ８）、本フローチャートのピント合わせ制御を終了する。この後は、従来と同様の露出動作が行われる。
【００４３】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、本第１の実施の形態に係るカメラに用いられているピント合わせの高速化技術を適用していない場合及び適用した場合のタイミングチャートを示す。なお、図８（Ａ）は高速化技術を適用していない場合のタイミングチャートを示し、図８（Ｂ）は高速化技術を適用した場合のタイミングチャートを示す。
図８（Ａ）と図８（Ｂ）とで、外光ＡＦを行って主要被写体を検出するまでの時間は同じである。しかし、高速化技術を適用していない場合には、主要被写体を検出した後、検出した主要被写体に対してイメージャＡＦを行ってピント合わせ制御を行う。このとき、前述したように主要被写体（人物２０ａ）のコントラストはなだらかな変化を示すのでコントラストの最大、即ち、ピント位置ＬＤＭを判定するのに時間がかかる。さらに、最大のコントラストを検出した後に、再び撮影レンズ５をピント位置ＬＤＭに戻す制御を行う必要がある。
【００４４】
一方、高速化技術を適用した場合には、外光ＡＦを行った後、最大コントラストのポイントを含む領域でのみ、イメージャＡＦを行ってピント位置ＬＤＨを判定する。そして、それに基づいて主要被写体のピント位置ＬＤＭを算出した後は、そのまま撮影レンズ５をピント位置ＬＤＭに駆動制御するので、最大コントラストの検出時間や撮影レンズ５の戻り時間の分、即ち、時間Δｔを短縮することができる。
【００４５】
以上説明したように本第１の実施の形態では、外光パッシブＡＦとイメージャＡＦを適切に組み合わせて撮影レンズのピント合わせを行う。これにより、撮影レンズ駆動時の位置誤差等を打ち消しながら、高速のピント合わせを行うことができる。
【００４６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。前述の第１の実施の形態では外光パッシブ方式を利用してＡＦを行っていたが、本第２の実施の形態は、被写体への光投射を伴う「アクティブ方式」を利用してＡＦを行う例について説明する。なお、本第２の実施の形態におけるこの他の構成については前述の第１の実施の形態と同様のものであるので説明を省略する。
【００４７】
図９（Ａ）は、本第２の実施の形態に係るカメラにおける外光アクティブ方式のＡＦ装置の構成図である。即ち、赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）１４からの光を投光レンズ１３を介して被写体２０に投射する。この光はパターン１４ａのようにして被写体に投射された後反射される。その反射信号光は、投光レンズ１３と基線長Ｂだけ離れた位置にある受光レンズ２を介して半導体光位置検出素子（ＰＳＤ）１５に受光する。このＰＳＤ１５に受光した反射信号光の入射位置ｘを検出することにより、三角測距の原理を利用して被写体距離Ｌを算出する。つまり、
Ｌ＝Ｂ・ｆ／ｘ　　　　　　　　　　　　　　（式４）
の関係式を用いて被写体距離Ｌを算出する。ただし、ｆは受光レンズ２の焦点距離である。
【００４８】
また、複数のポイント（例えば３点）を測距する場合には、同様の考え方を拡張して、図９（Ｂ）に示すようにＩＲＥＤを３つ（ＩＲＥＤ１４Ｌ，１４Ｃ，１４Ｒ）及びＰＳＤを３つ（ＰＳＤ１５Ｌ，１５Ｃ，１５Ｒ）用意するだけでよい。このようにすれば、各ポイントに投射した信号光の反射光の入射位置を検出することにより、前述したような距離分布を求めることができる。また、アクティブＡＦでは被写体に投射した光の反射光を利用するので、被写体にコントラストがなくとも測距が可能となる。
【００４９】
次に図１０を参照して、本第２の実施の形態におけるアクティブＡＦを利用した場合のピント合わせ制御手順について説明する。
まず、スイッチ１ａがＯＮされたことをＣＰＵ１が判定した場合には外光アクティブＡＦを利用してマルチＡＦ（図９（Ｂ）の例では３点）を行う（ステップＳ１１）。次に、測距を行ったポイントの中で最も近い距離をＬＭとして選択する（ステップＳ１２）。また、次に近い距離をＬＮとして選択する（ステップＳ１３）。なお、この被写体距離ＬＮは前述のコントラストが最大のポイントにおける被写体距離ＬＨに対応するものである。通常、最も近い距離に存在する被写体が主要被写体であることが多く、また、木のようなコントラストの大きな被写体も近距離として検出されることが多い。そこで、最も近い距離を主要被写体の存在する被写体距離ＬＭとし、次に近い距離ＬＮをコントラストが最大のポイントにおける被写体距離ＬＨと同じものとして考える。また、主要被写体の次に近い距離の代わりに、現在の撮影レンズ５の位置から最も近くのコントラスト変化が大きいポイントにおける被写体距離を被写体距離ＬＮとしてもよい。
【００５０】
なお、アクティブＡＦの場合、所定距離よりも遠い距離の被写体に対しては反射光の光量が減少して測距精度が劣化してしまう。そこで、被写体距離ＬＮを選択した後は、被写体距離ＬＮが所定距離ＬＯ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。被写体距離ＬＮが所定距離ＬＯ以下であると判定した場合には、高速化技術を適用した図８（Ｂ）の手順でピント合わせ制御を行うことが可能である。つまり、被写体距離ＬＮを出力したポイント近傍においてイメージャＡＦを行って、コントラストが最大となる位置をピント位置ＬＤＰとして検出する（ステップＳ１５）。なお、このとき撮影レンズ５は遠距離側から駆動制御される。
【００５１】
次に、ＣＰＵ１は、ＬＤＰが検出できたか否かを判定する（ステップＳ１６）。ＬＤＰが検出できたと判定した場合には、前述した図６のステップＳ７の手順に従って主要被写体のピント位置ＬＤＭを算出する（ステップＳ１７）。なお、本第２の実施の形態におけるピント位置ＬＤＰは、前述の第１の実施の形態におけるピント位置ＬＤＨに対応する。
【００５２】
主要被写体のピント位置ＬＤＭを算出した後は、撮影レンズ５をピント位置ＬＤＭに繰り出し制御した後（ステップＳ１８）、本フローチャートのピント合わせ制御を終了する。
【００５３】
一方、上記ステップＳ１４の判定において被写体距離ＬＮが所定距離ＬＯよりも大きいと判定した場合、または、上記ステップＳ１６の判定においてＬＤＰが検出できなかったと判定した場合には、高速化技術を適用しない図８（Ａ）の手順でピント合わせ制御を行う。つまり、主要被写体に対してイメージャＡＦを行って、主要被写体にピントを合わせた後（ステップＳ１９）、本フローチャートのピント合わせ制御を終了する。
【００５４】
以上説明したように本第２の実施の形態によれば、外光ＡＦ方式としてアクティブＡＦを利用しても、撮影レンズ駆動時の誤差を打ち消しながら、高速のピント合わせを行うことができる。
【００５５】
［第３の実施の形態］
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態は、アクティブＡＦとパッシブＡＦとを組み合わせて使用する、所謂「ハイブリッド方式」のカメラを想定したものである。なお、本第３の実施の形態におけるこの他の構成については前述の第１の実施の形態と同様のものであるので説明を省略する。
【００５６】
図１１に本第３の実施の形態に係るハイブリッド方式のＡＦ装置の構成図を示す。ハイブリッド方式ではパッシブＡＦで用いたセンサアレイ３ａ，３ｂの各画素に定常光記憶回路１８が接続されている。また、パルス的に投射された発光ダイオード（ＬＥＤ）１６の光のみが差分回路１９によって取り出される。
【００５７】
なお、本第３の実施の形態においてはＬＥＤ１６の光に所定のパターンをつけるためにマスク１７が設けられている。ＬＥＤ１６はＬＥＤドライバ１６ａによって駆動制御されており、マスク１７によって所定のパターンがつけられた光は投光レンズ１３を介して集光されて被写体２０に投射される。この結果、被写体２０には図１１に示すパターン１６ｂの光が投射される。このようにして被写体２０上に所定のパターン１６ｂの光が投射され、そのパターン１６ｂの光のみが定常光記憶回路１８及び差分回路１９によって取り出される。このとき、カメラに定常的に入射してくる光は除去される。これにより被写体２０にコントラストがない場合でもセンサアレイ３ａ，３ｂから被写体２０の像を検出することが可能となる。
【００５８】
以後は、前述の図１の回路とほぼ同様で、Ａ／Ｄ変換部４ａによってデジタル化された信号がＣＰＵ１において処理されて被写体距離やピント位置などが算出される。
【００５９】
また、明るいシーン等においては定常光記憶回路１８を動作させる必要がない。このとき本第３の実施の形態に係るカメラは、前述のパッシブＡＦと同様に動作する。つまり、通常の三角測距の原理によって被写体距離を算出することが可能である。
【００６０】
図１２は本第３の実施の形態に係るカメラにおけるピント合わせ制御の手順を示すフローチャートである。
ＣＰＵ１は、スイッチ１ａのＯＮ状態を判定した場合にセンサアレイ３ａ，３ｂによって被写体２０の像を検出する（ステップＳ２１）。そして、パッシブ方式、即ち、定常光の記憶を行わずにマルチＡＦを行う（ステップＳ２２）。
【００６１】
次に、上記ステップＳ２２において測距が可能であったか否か、即ち、コントラストの低い領域が存在していなかったか否かを判定する（ステップＳ２３）。なお、この判定は、例えば主要被写体が存在している可能性が高い撮影画面中央部の像信号出力が所定値以下であるかで判定する。コントラストの低い領域が存在したと判定した場合には、ＬＥＤ１６から光投射を行ってアクティブＡＦを行った後（ステップＳ２４）、ステップＳ２５に進む。なお、このアクティブＡＦ時には定常光記憶回路１８及び差分回路１９によりカメラに定常的に入射してくる定常光成分の除去が行われる。これにより、Ａ／Ｄ変換部４ａに入力されるのは所定のパターンに従った反射光の信号のみになるので、コントラストが低い被写体に対しても被写体距離を算出することができる。
【００６２】
一方、上記ステップＳ２３の判定においてコントラストの低い領域が存在していないと判定した場合には、そのままステップＳ２５に進む。そして、複数ポイントの測距の結果、最も近距離をＬＭとして選択する（ステップＳ２５）。また、次に近い距離をＬＮとして選択する（ステップＳ２６）。そして、この被写体距離ＬＮを出力したポイント近傍において前述のイメージャＡＦを行ってピント位置ＬＤＰを検出する（ステップＳ２７）。
【００６３】
ピント位置ＬＤＰを検出した後は、前述した図６のステップＳ７の手順に従って主要被写体のピント位置ＬＤＭを算出する（ステップＳ２８）。そして、撮影レンズ５をピント位置ＬＤＭに繰り出し制御した後（ステップＳ２９）、本フローチャートにおけるピント合わせ制御を終了する。
【００６４】
以上説明したように本第３の実施の形態によれば、外光ＡＦ方式としてハイブリッド方式を利用しても、撮影レンズ駆動時の誤差を打ち消しながら、高速のピント合わせを行うことができる。
【００６５】
［第４の実施の形態］
イメージャＡＦが苦手とするシーンとしては、前述したもののほかに図１３に示すような夜景を背景とした撮影などがある。本第４の実施の形態は、このような夜景シーンにおいて前述した高速化技術を適用したものである。なお、本第４の実施の形態に係るカメラの構成については、前述の第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【００６６】
つまり、図１の構成において光源１１からの光を主要被写体（人物）２０に投光して、主要被写体２０からの反射光を検出するようにすれば、前述した高速化技術を適用して正しいピント合わせを行うことができる。なお、図１３に示す夜景シーンにおける外光ＡＦ用のセンサアレイ３ａ，３ｂの出力する像信号は背景の窓の明かりを検出するので図１４（Ａ）に示すようになる。一方、光源１１から被写体に向けて補助光の投光を行った場合には、図１４（Ｂ）に示すような像信号が得られる。つまり、この像信号を利用して外光ＡＦによって主要被写体の被写体距離ＬＣを求め、また、図１４（Ａ）のようにして得られた背景被写体の像信号から背景被写体の距離ＬＨを求める。さらに、背景の被写体に対して前述のイメージャＡＦを行って得られたピント位置ＬＤＨより、測距結果とピント位置との対応関係を求めれば、この関係と前述の主要被写体の被写体距離ＬＣとから主要被写体のピント位置ＬＤＣを算出することができる。
【００６７】
図１５は本第４の実施の形態に係るカメラのピント合わせ時の制御手順を示すフローチャートである。
ＣＰＵ１は、スイッチ１ａのＯＮ状態を判定した場合に、光源１１からの投光を行わずに外光ＡＦによる測距を行い背景被写体の被写体距離ＬＨを算出する（ステップＳ３１）。次に、この被写体距離ＬＨから前述のイメージャＡＦを開始する際の開始ポイントを決定した後（ステップＳ３２）、撮影レンズ５の繰り出しを開始する（ステップＳ３３）。そして、撮影レンズ５が上記ステップＳ３２で決定した開始ポイントの近傍に到達したか否かを判定する（ステップＳ３４）。撮影レンズ５がまだ開始ポイントに到達していない場合には、撮影レンズ５が開始ポイントに到達するまで、撮影レンズ５の繰り出しを続ける。
【００６８】
一方、上記ステップＳ３４の判定において、撮影レンズ５が開始ポイントに到達したと判定した場合には、その位置からイメージャＡＦを開始して、背景被写体、即ち、コントラストが大きい被写体のピント位置ＬＤＨを検出する（ステップＳ３５）。
【００６９】
次に、主要被写体２０に光源１１からの補助光投光を行った状態で、外光ＡＦにより主要被写体２０の被写体距離ＬＣを算出する（ステップＳ３６）。そして、前述した図６のステップＳ７の手順に従って主要被写体２０のピント位置ＬＤＣを算出する（ステップＳ３７）。なお、本第４の実施の形態において、被写体距離ＬＣは前述の第１の実施の形態の被写体距離ＬＭに対応する。
【００７０】
主要被写体のピント位置ＬＤＣを算出した後は、そのまま、撮影レンズ５の繰り出しを継続する。そして、撮影レンズ５がピント位置ＬＤＣに到達した否かを判定する（ステップＳ３８）。撮影レンズ５がピント位置ＬＤＣに到達していないと判定した場合には、撮影レンズ５がピント位置ＬＤＣに到達するまで撮影レンズ５の繰り出しを続ける。
【００７１】
一方、上記ステップＳ３８の判定において、撮影レンズ５がピント位置ＬＤＣに到達したと判定した場合には、撮影レンズ５の繰り出しを停止した後（ステップＳ３９）、本フローチャートにおけるピント合わせ制御を終了する。
【００７２】
図１６は、本第４の実施の形態におけるピント合わせ制御時のタイミングチャートである。
従来では、イメージャＡＦ時に光源からの補助光投光を多数回行う必要があるが、本第４の実施の形態においては、１回の補助光投光によってピント合わせを行うことができる。このため、省エネルギー対策を行いつつ、夜景シーンにおいても撮影レンズの位置誤差を打ち消した正しいピント合わせを高速に行うことができる。
【００７３】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、外光ＡＦとイメージャＡＦとを有効に利用して撮影レンズの位置誤差等を打ち消しつつ、高速に、かつ正しく主要被写体にピント合わせをすることができるカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るカメラの内部構成を示すブロック図である。
【図２】図２（Ａ）は受光レンズとセンサアレイ及び撮影レンズと撮像素子の位置関係に関する説明図であり、図２（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係るカメラの外観図である。
【図３】図３（Ａ）は外光ＡＦにおけるセンサアレイの測定範囲を示す図であり、図３（Ｂ）は外光ＡＦにより検出した被写体距離の分布図である。
【図４】図４（Ａ）はＡＦ光学系の構造図であり、図４（Ｂ）は撮影光学系の構造図である。
【図５】イメージャＡＦにおける経過時間に対するコントラスト変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るカメラにおけるピント合わせ制御の手順を示すフローチャートである。
【図７】被写体距離の逆数とピント位置との関係を説明するためのグラフである。
【図８】図８（Ａ）は従来のピント合わせ制御時のタイミングチャートであり、図８（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態におけるピント合わせ制御時のタイミングチャートである。
【図９】図９（Ａ）はアクティブ方式のＡＦ装置の構造図であり、図９（Ｂ）はアクティブ方式を用いてマルチＡＦを行う場合の構造図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るカメラにおけるピント合わせ制御の手順を示すフローチャートである。
【図１１】ハイブリッド方式のＡＦ装置の構造図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るカメラにおけるピント合わせ制御の手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第４の実施の形態の説明図である。
【図１４】図１４（Ａ）は被写体に光投射を行う前に得られる像信号を示す図であり、図１４（Ｂ）は被写体に光投射を行って得られる像信号の図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態に係るカメラにおけるピント合わせ制御の手順を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第４の実施の形態におけるピント合わせ制御時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１　マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）
１ａ　スイッチ
２，２ａ，２ｂ　受光レンズ
３ａ，３ｂ　センサアレイ
４　測距部
４ａ，８　アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部
４ｂ　測距演算部
５　撮影レンズ
６　レンズ駆動（ＬＤ）部
７　撮像素子
９　画像処理部
１０　記録媒体
１１　光源
１３　投光レンズ
１４　赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）
１５　半導体光位置検出素子（ＰＳＤ）
１６　発光ダイオード（ＬＥＤ）
１６ａ　ＬＥＤドライバ
１７　マスク
１８　定常光記憶回路
１９　差分回路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004069953.tif 000017
【図１６】
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