JP2009069740A

JP2009069740A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2009069740A
Application number: JP2007240578A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Nishigori; 英俊西郡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: JP5164493B2

Abstract

【課題】撮像画面全体での合焦精度を向上させる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像画面上の複数の測距領域に対応する撮像手段１０３の受光面より得られる信号から、被写体の高周波成分を示す信号を抽出する抽出手段１１０と、抽出手段で抽出された信号に対して複数の測距領域のコントラストピーク位置を検出するピーク位置検出手段１１１と、予め複数の測距領域それぞれにおけるコントラストピーク位置情報を記憶しているピーク位置情報記憶手段１１２と、検出された中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差と、予め記憶されている中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差に基づいて、合焦位置補正量を算出し、フォーカスレンズ駆動制御手段１１４に前記合焦位置補正量を出力してフォーカスレンズの駆動を制御させる合焦位置補正量算出手段１１３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動合焦機能を備えたデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に関する。

従来より、デジタルカメラやビデオカメラなどには、ＣＣＤなどの撮像素子から得られる輝度信号の高周波成分を信号処理し、合焦動作を行う自動焦点検出装置が具備されている。この自動焦点検出装置では、撮像画面内に任意に、または自動で設定された測距領域（オートフォーカス領域）内における信号の高周波成分を積分することにより、最もコントラストの高いレンズ位置を検出し、合焦位置を求めることが一般的に行われている（特許文献1等）。
特開２００２−１２２７７３号公報

しかしながら、上記従来例では次のような問題点があった。撮像光学系の像高による像面湾曲等の設計値の違いや製造上の誤差により、撮像画面の中心部と周辺部とで最適な合焦位置が異なり、撮像画面の中心に合焦位置を調節した場合には、撮像画面の周辺部では最適な合焦位置からずれることになる。このため、撮像画面の中心部と周辺部とで解像感の差が生じることとなり、撮像画像に違和感が生じていた。

（発明の目的）
本発明の目的は、撮像画面全体での合焦精度を向上させることのできる撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、フォーカスレンズの駆動を制御するフォーカスレンズ駆動制御手段と、前記フォーカスレンズによって結像された被写体像を受光して電気信号に変換する撮像手段と、撮像画面上の複数の測距領域に対応する前記撮像手段の受光面より得られる信号から、被写体の高周波成分を示す信号を抽出する抽出手段と、前記抽出手段で抽出された信号に対して前記複数の測距領域のコントラストピーク位置を検出するピーク位置検出手段と、予め前記複数の測距領域それぞれにおけるコントラストピーク位置情報を記憶しているピーク位置情報記憶手段と、検出された中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差と、予め記憶されている中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差に基づいて、合焦位置補正量を算出し、前記フォーカスレンズ駆動制御手段に前記合焦位置補正量を出力して前記フォーカスレンズの駆動を制御させる合焦位置補正量算出手段とを有する撮像装置とする。

本発明によれば、撮像画面全体での合焦精度を向上させることができる撮像装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。

図１は本発明の一実施例に係わる撮像装置を示す構成図である。撮像装置は、画像を撮像する撮像レンズ１０１、撮像レンズ１０１に含まれる焦点調節用のフォーカスレンズ１０２、撮像レンズ１０１により結像された被写体像を光電変換する撮像素子１０３を有する。さらに、撮像素子１０３からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０４、Ａ／Ｄ変換器１０４にてデジタル信号に変換された画像を表示する電子式ファインダ１０５、デジタル化された画像を一時的に保存する画像メモリ１０６を有する。さらには、ホワイトバランス等の画像処理を行う画像処理部１０７、最終的に形成された画像を記録する画像記録部１０８、撮像レンズ１０１のズーム位置や絞り値の状態を検出する検出部１０９を有する。

ここで、Ａ／Ｄ変換器１０４からの信号は、撮像素子１０３の受光面に対応する複数の測距領域の高周波成分を示す信号を抽出する抽出部１１０に入力される。抽出部１１０で抽出された複数の測距領域についての高周波成分信号は、抽出された信号に対して高周波成分のピーク位置を検出するピーク位置検出部１１１に入力される。高周波成分のピーク位置（以下、コントラストピーク位置）を予め記憶するピーク位置記憶部１１２は、撮像レンズ１０１の各ズームポジション、および各絞り値ごとの被写体距離に対応する画面の複数の測距領域におけるコントラストピーク位置を記憶している。ピーク位置記憶部１１２に記憶されるコントラストピーク位置情報は、撮像レンズ１０１の設計値、または組み立て時の実測値である。

測距領域に対応したピーク位置検出部１１１での検出情報およびズーム位置や絞り値を検出する検出部１０９での検出情報と、ピーク位置記憶部１１２に予め記憶されたコントラストピーク位置情報から、合焦位置補正量算出部１１３にて合焦位置補正量が算出される。合焦位置補正量算出部１１３から出力される合焦位置補正量に基づいて、フォーカスレンズ駆動制御部１１４がフォーカスレンズ１０２を駆動し、被写体に対する合焦位置を最適にする。

次に、合焦位置補正を行う手順について、図２のフローチャートを用いて説明する。

撮像装置に具備される不図示のスイッチＳＷ１がオンにされると、ステップ＃２０１にて、フォーカスレンズ駆動制御部１１４によりフォーカスレンズ１０２を駆動する。そして、撮像画面内に設定された複数の測距領域（詳しくは、複数の測距領域に対応する撮像素子１０３の受光面）でのコントラストピーク位置をピーク位置検出部１１１により検出する。なお、フォーカスレンズ１０２の走査は全画面一括で行い、コントラストピークの位置算出の信号処理は複数の測距領域に対して行う。複数の測距領域は、撮像装置内部で自動にて設定されるか、または、撮影者により任意に設定される主となる被写体を撮影するための撮像画面の中央部付近の測距領域と撮像画面の周辺部に予め設定された測距領域である。

次のステップ＃２０２，＃２０３，＃２０４では、画面中心部のコントラストピーク位置と画面周辺部でのコントラストピーク位置とを比較する。コントラストピーク位置の比較は、以下のように行われる。撮像画面の画面中心部（撮像素子１０３の受光面の中心部付近）とその画面周辺部では、撮像レンズ１０１の像面湾曲や製造誤差のため、同じフォーカスレンズ位置に対するコントラストピーク位置が異なる。設計時あるいは実測時のコントラストピーク位置はピーク位置記憶部１１２に予め記憶されていて、該記憶されたコントラストピーク位置と、フォーカスレンズ１０２の駆動時に得られる各測距領域で検出されたコントラストピーク位置を比較する。比較の結果、ステップ＃２０６，＃２０７，＃２０８もしくはステップ＃２０５の処理が実行される。以下、これらの動作の詳細を説明する。

まず、上記ステップ＃２０２にて、ピーク位置記憶部１１２に記憶されたコントラストピーク位置と、フォーカスレンズ１０２の駆動時に得られる各測距領域で検出されたコントラストピーク位置を比較する。

上記比較及びその結果について、図３を参照しながら説明を続ける。ピーク位置記憶部１１２に記憶された画面中心部のコントラストピーク位置Ａと画面周辺部のコントラストピーク位置Ｂの差が基準値ａであり、フォーカスレンズ１０２の駆動時に得られた画面中心部のコントラストピーク位置Ａと画面周辺部のコントラストピーク位置Ｂの差ｘも基準値ａであったとする。この場合、合焦位置補正量算出部１１３は、画面中心部と画面周辺部での被写体距離は同じであると判定し、ステップ＃２０２からステップ＃２０６に処理を進める。ステップ＃２０６では、画面中心部と画面周辺部での被写体距離は同じであるので、画面中心部と画面周辺部のコントラストピーク位置の中間の予め決められたフォーカス調節位置Ｃにフォーカスレンズ１０２を駆動する。つまり、上記フォーカス調節位置Ｃを合焦位置補正量として算出し、この合焦位置補正量に基づいてフォーカスレンズ駆動制御部１１４にフォーカスレンズ１０２を駆動させる。これにより、画面中心部と画面周辺部での合焦位置からのずれがそれぞれ少なくなり、画面内での解像感の差が少なくなり、撮像画面全体での合焦精度が向上する。その後はステップ＃２０９に処理を進める。

次に、フォーカスレンズ１０２の駆動時に得られた画面中心部のコントラストピーク位置Ａと画面周辺部のコントラストピーク位置Ｂの差ｘが基準値ａでないとしてステップ＃２０３に処理を進めた場合について、図４を用いて説明する。

ステップ＃２０３では、ピーク位置記憶部１１２に記憶されたコントラストピーク位置とフォーカスレンズ１０２の駆動時に得られる各測距領域で検出されたコントラストピーク位置を比較する。詳しくは、ピーク位置記憶部１１２に記憶された画面中心部のコントラストピーク位置Ａと画面周辺部のコントラストピーク位置Ｂの差が基準値ａであり、フォーカスレンズ１０２の駆動時に得られた画面中心部のコントラストピーク位置Ａと画面周辺部のコントラストピーク位置Ｂの差ｘが閾値ｂ（ｂ≧ｘ＞ａ）以下であったとする。この場合、合焦位置補正量算出部１１３は、画面中心部と画面周辺部での被写体距離は異なるが、一定の被写体深度内にあると判定し、ステップ＃２０３からステップ＃２０７に処理を進む。ステップ＃２０７では、画面中心部と画面周辺部のコントラストピーク位置の中間の予め決められたフォーカス調節位置Ｃよりも、コントラストピーク位置Ｂ側のフォーカス調節位置Ｄにフォーカスレンズ１０２の位置を調節する。つまり、上記フォーカス調節位置Ｄを合焦位置補正量として算出し、この合焦位置補正量に基づいてフォーカスレンズ駆動制御部１１４にフォーカスレンズ１０２を駆動させる。これにより、画面中心部と画面周辺部での解像感の差が少なくなり、撮像画面全体での合焦精度が向上する。その後はステップ＃２０９に処理を進める。

次に、フォーカスレンズ１０２の駆動時に得られた画面中心部のコントラストピーク位置Ａと画面周辺部のコントラストピーク位置Ｂの差ｘが閾値ｂ超過または基準値ａ未満であるとしてステップ＃２０４に処理を進めた場合について、図５を用いて説明する。

ステップ＃２０４では、ピーク位置記憶部１１２に記憶された画面中心部のコントラストピーク位置と、フォーカスレンズ１０２の駆動時に得られる各測距領域で検出されたコントラストピーク位置を比較する。詳しくは、ピーク位置記憶部１１２に記憶された画面中心部のコントラストピーク位置Ａと画面周辺部のコントラストピーク位置Ｂの差が基準値ａであり、フォーカスレンズ１０２の駆動時に得られたコントラストピーク位置Ａと画面周辺部のコントラストピーク位置Ｂの差ｘが閾値ｃ（ａ＞ｘ≧ｃ）以上であるとする。この場合、合焦位置補正量算出部１１３はステップ＃２０３からステップ＃２０８へ処理を進める。そして、画面中心部と画面周辺部のコントラストピーク位置の中間の予め決められたフォーカス調節位置Ｃよりも、コントラストピーク位置Ａ側のフォーカス調節位置Ｅにフォーカスレンズの位置を調節する。つまり、上記フォーカス調節位置Ｅを合焦位置補正量として算出し、この合焦位置補正量に基づいてフォーカスレンズ駆動制御部１１４にフォーカスレンズ１０２を駆動させる。これにより、画面中心部と画面周辺部での解像感の差が少なくなり、撮像画面全体での合焦精度が向上する。その後はステップ＃２０９に処理を進める。

上記ステップ＃２０３と＃２０４の処理において、画面中心部のコントラストピーク位置Ａと画面周辺部のコントラストピーク位置Ｂの差ｘが閾値ｂ超過または閾値ｃ未満と判定したとする。この場合は、画面中心部と画面周辺部での被写体距離は十分離れていて、画面周辺部の画像の解像感が中心部に対して劣ったとしても違和感のない画像となる。そのため、合焦位置補正量算出部１１３は、画面中心部と画面周辺部での解像感の差を少なくする必要はないと判定してステップ＃２０４からステップ＃２０５に処理を進める。そして、ここでは画面中心部のコントラストピーク位置Ａにフォーカスレンズ１０２の位置を調節する。つまり、上記画面中心部のコントラストピーク位置Ａを合焦位置補正量として算出し、この合焦位置補正量に基づいてフォーカスレンズ駆動制御部１１４にフォーカスレンズ１０２を駆動させる。その後はステップ＃２０９に処理を進める。

ステップ＃２０９では、撮像装置に具備される不図示のスイッチＳＷ２がオンされたか否かを判定し、オンされていなければステップ＃２０１へ戻り、上記と同様の動作を繰り返す。その後、スイッチＳＷ２がオンされるとステップ＃２１０へ進み、公知の撮影動作を行う。

なお、上記フォーカスレンズ１０２の位置の調節は、撮像レンズ１０２の各ズームポジション、各絞り値ごとの被写体距離に対応した、ピーク位置記憶部１１２に記憶される位置情報に対して行われる。また、閾値ｂ，ｃ、フォーカス調節位置Ｃ，Ｄ，Ｅについても、撮像レンズ１０２の各ズームポジション、各絞り値ごとに設定される。

上記実施例の撮像装置は、フォーカスレンズ１０２を駆動するフォーカスレンズ駆動制御部１０９と、フォーカスレンズ１０２によって結像された被写体像を受光して電気信号に変換する撮像素子１０３を有する。さらに、任意にあるいは自動的に撮像画面上に設定された複数の測距領域に対応する前記撮像素子１０３の受光面にて得られる信号から、被写体の高周波成分を示す信号を抽出する抽出部１１０を有する。さらに、抽出部１１０で抽出された信号に対して複数の測距領域のコントラストピーク位置を検出するピーク位置検出部１１１と、予め複数の測距領域それぞれにおけるコントラストピーク位置情報を記憶するピーク位置記憶部１１２を有する。さらには、検出された複数の測距領域のコントラストピーク位置と予め記憶された複数の測距領域のコントラストピーク位置を比較して合焦位置補正量を算出する。そして、フォーカスレンズ駆動制御部１０９に該合焦位置補正量を出力してフォーカスレンズ１０２を駆動させる合焦位置補正量算出部１１３を有する。

予め記憶されたコントラストピーク位置と検出された複数の測距領域のコントラストピーク位置とが一致するとする。この場合、合焦位置補正量算出部１１３は、撮像素子１０３の受光面の中心部付近のコントラストピーク位置と周辺部付近のコントラストピーク位置の中間を合焦位置補正量とする。

また、合焦位置補正量算出部１１３は、撮像素子１０３の受光面の中心部付近のコントラストピーク位置と周辺部付近のコントラストピーク位置の差が、設定された範囲（閾値ｂ，ｃ）外にある場合には、中心部付近のコントラストピーク位置を合焦位置補正量とする。

上記ピーク位置情報記憶部１１２は、撮像レンズに複数のズームポジションまたは複数の絞り値がある場合には、前記複数のズームポジションまたは複数の絞り値ごとに前記コントラストピーク位置情報を記憶している。同じく、撮像レンズに複数のズームポジションまたは複数の絞り値がある場合、合焦位置補正量算出部１１３は、前記複数のズームポジションまたは複数の絞り値に応じた合焦位置補正量を算出する。

なお、上記したように、コントラストピーク位置情報は、撮像レンズの設計値、もしくは、撮像レンズの実測値である。

上記構成にすることにより、撮像画面上の複数の測距領域の撮像光学系の像面湾曲等や、製造上の誤差による像高による像面ずれを考慮した合焦位置補正を行うため、画面全体に対して良好な合焦位置を得ることができる。

（本発明と実施例の対応）
フォーカスレンズ１０２が本発明のフォーカスレンズに、フォーカスレンズ駆動制御部１０９がフォーカス駆動制御手段に、撮像素子１０３が撮像手段に、抽出部１１０が抽出手段に、ピーク位置検出部１１１がピーク位置検出手段に、それぞれ相当する。また、ピーク位置記憶部１１２が本発明のピーク位置情報記憶手段に、合焦位置補正量算出部１１３が合焦位置補正量算出手段に、それぞれ相当する。また、請求項２に記載の設定された範囲内とは、図４、図５に示す閾値ｂ，ｃ内を意味し、請求項３に記載の設定された範囲外とは、図４、図５に示す閾値ｂ，ｃ外を意味する。

本発明の一実施例に係わる撮像装置を示す構成図である。本発明の一実施例に係わるフォーカスレンズ位置調節時の動作を示すフローチャートである。図２のステップ＃２０６における画面中心部と画面周辺部のコントラストピーク位置の差の関係を説明するための図である。図２のステップ＃２０７における画面中心部と画面周辺部のコントラストピーク位置の差が閾値ｂ以下である場合の関係を説明するための図である。図２のステップ＃２０８における画面中心部と画面周辺部のコントラストピーク位置の差が閾値ｃ以上である場合の関係を説明するための図

符号の説明

１０１撮像レンズ
１０２フォーカスレンズ
１０３撮像素子
１０９検出部
１１０抽出部
１１１ピーク位置検出部
１１２ピーク位置情報記憶部
１１３合焦位置補正量算出部
１１４フォーカスレンズ駆動制御部
Ａ，Ｂコントラストピーク位置
Ｃ，Ｄ，Ｅフォーカス調節位置
ａ基準値
ｂ，ｃ閾値

Claims

フォーカスレンズの駆動を制御するフォーカスレンズ駆動制御手段と、
前記フォーカスレンズによって結像された被写体像を受光して電気信号に変換する撮像手段と、
撮像画面上の複数の測距領域に対応する前記撮像手段の受光面より得られる信号から、被写体の高周波成分を示す信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段で抽出された信号に対して前記複数の測距領域のコントラストピーク位置を検出するピーク位置検出手段と、
予め前記複数の測距領域それぞれにおけるコントラストピーク位置情報を記憶しているピーク位置情報記憶手段と、
検出された中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差と、予め記憶されている中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差に基づいて、合焦位置補正量を算出し、前記フォーカスレンズ駆動制御手段に前記合焦位置補正量を出力して前記フォーカスレンズの駆動を制御させる合焦位置補正量算出手段とを有することを特徴とする撮像装置。
前記合焦位置補正量算出手段は、前記検出された中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差が、前記予め記憶されている中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差を基準として設定された範囲内にある場合には、前記検出された中心部の測距領域のコントラストピーク位置と前記検出された周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の中間を前記合焦位置補正量とすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記合焦位置補正量算出手段は、前記検出された中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差が、前記予め記憶されている中心部の測距領域と周辺部の測距領域のコントラストピーク位置の差を基準として設定された範囲外にある場合には、前記検出された中心部の測距領域のコントラストピーク位置を前記合焦位置補正量とすることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記ピーク位置情報記憶手段は、撮像レンズに複数のズームポジションまたは複数の絞り値がある場合には、前記複数のズームポジションまたは複数の絞り値ごとに前記コントラストピーク位置情報を記憶していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置。
前記合焦位置補正量算出手段は、前記複数のズームポジションまたは複数の絞り値に応じた前記合焦位置補正量を算出することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記ピーク位置情報記憶手段により予め記憶されるコントラストピーク位置情報は、撮像レンズの設計値によるものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の撮像装置。
前記ピーク位置情報記憶手段により予め記憶されるコントラストピーク位置情報は、撮像レンズの実測値によるものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の撮像装置。