JP2006208703A - 電子カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】 バックラッシュ取りのような移動補正動作等を行わなくても、精度良く焦点調節を行うことができる電子カメラの提供。
【解決手段】 撮像素子８を光軸Ｊ方向に移動するためのアクチュエータ９ａを設ける。アクチュエータ９ａには圧電素子等が用いられる。そして、焦点調節動作を行う場合には、先ず、コントラスト評価値を用いた山登り方式によって、レンズ３をレンズ駆動部４ａにより移動する。その後、アクチュエータ９ａを用いて、撮像素子８をコントラスト評価値がピークとなる位置へ移動する。その結果、撮像素子８をアクチュエータ９ａの位置決め精度程度に位置決めすることができ、高精度な焦点調節を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子により被写体像を撮像する電子カメラに関する。

デジタルスチルカメラやデジタルカメラ等の電子カメラに用いられるオートフォーカス機構として、撮像素子から出力された信号の高周波成分を利用してコントラストを検出し、そのコントラスト検出値がピークとなる位置にレンズを移動するコントラスト方式ＡＦがある。

コントラスト方式ＡＦでは、レンズを一方向に移動しつつコントラストを検出し、コントラスト検出値がピークとなる合焦位置を通過したならばレンズの移動方向を逆転し、レンズをピーク位置に移動する。レンズはギヤを介してモータにより駆動されているため、移動方向を逆転する際にギヤのバックラッシュが発生し、正確な焦点調節を行うためにバックラッシュによるガタ分を補正する必要があり、レンズを合焦位置に停止するまでに時間がかかってしまう。そこで、そのような問題を避けるために、粗調整を行う機構と微調整を行う機構とを備えたカメラが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２２５１９８号公報

しかしながら、上述した従来の技術を交換レンズ式の電子カメラに適用するためには、従来の交換レンズとは別に、粗調整機構と微調整機構とを備えた交換レンズを新たに用意する必要があった。

本発明は、撮影光学系により結像された被写体像を撮像素子により撮像する電子カメラに適用され、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、焦点検出手段の検出結果に基づいて、前記撮影光学系のレンズを光軸に沿って移動して焦点調節を行う焦点調節手段と、焦点検出手段の検出結果に基づいて焦点調節手段の焦点調節の後に撮像素子を光軸方向に移動して、焦点調節に対する微調整を行う調整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に記載の電子カメラにおいて、焦点検出手段の検出結果に基づいて、合焦点が調整手段の調整範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、判定手段により調整範囲内と判定されると調整手段による微調整を行わせ、判定手段により調整範囲外と判定されると、合焦点が調整範囲内となるように焦点調節手段によりレンズを焦点調節時と逆方向に移動した後に、調整手段による微調整を行わせるように制御する制御手段とを備えたものである。
請求項３の発明は、請求項１に記載の電子カメラにおいて、調整手段は、微調整時に撮像素子を光軸に沿って一方向に移動するものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の電子カメラにおいて、焦点検出手段が、撮像素子の撮像データに基づくコントラスト評価値を利用して撮影光学系の焦点調節状態を検出するものである。

本発明によれば、撮像素子を光軸方向に移動して焦点調節の微調整を行う調整手段を設けたので、従来行われているバックラッシュ取りのような焦点調節手段における移動補正動作等を行わなくても、精度良く焦点調節を行うことができる。

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、デジタルスチルカメラのブロック図である。なお、図１のブロック図では、発明に関係する構成要素のみを示した。図１に示すカメラは、交換レンズ式のカメラであり、カメラ本体１のレンズマウント１ａに交換レンズ鏡筒２が装着されている。

交換レンズ鏡筒２は、レンズ３、レンズ３を光軸Ｊ方向に移動して焦点調節を行う第１焦点調節部４、第１焦点調節部４を制御するレンズコントロール回路５を備えている。第１焦点調節部４には、レンズ駆動部４ａとレンズ位置を検出する位置センサ４ｂとが設けられている。レンズコントロール回路５は、レンズＩ／Ｆ回路６を介したカメラコントロール回路７からの指令により第１焦点調節部４を制御する。レンズ駆動部４ａは、例えば、カメラ本体側に設けられたＡＦモータにより駆動されるギヤ機構である。位置センサ４ｂには、例えばエンコーダ等が用いられ、レンズ位置情報はレンズコントロール回路５を介してカメラコントロール回路７へと送られる。

レンズ３により結像された被写体像は、撮像素子８によって撮像される。撮像素子８は光電変換素子であり、例えば、ＣＣＤ撮像素子やＭＯＳ型撮像素子などが用いられる。９は撮像素子８を光軸Ｊ方向に微少移動させて焦点調節を行う第２焦点調節部であり、アクチュエータ９ａと、アクチュエータ９ａを駆動制御する駆動制御部９ｂを有する。アクチュエータ９ａには、ピエゾ素子等の圧電素子や静電アクチュエータ（例えば、櫛形静電アクチュエータ）などの微少駆動機構が用いられる。

撮像素子８から出力された画像信号は画像処理部１０に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換された後に各種画像処理が施される。撮像素子８の撮像領域には所定のＡＦ領域が設定されており、ＡＦ領域内の画像データは合焦評価部１１に入力される。合焦評価部１１では、ＡＦエリア内の画像データの空間周波数から所定の高周波成分を抽出し、その高周波成分の絶対値を積算することによりコントラスト評価値を算出する。

コントラスト方式ＡＦでは、算出されたコントラスト評価置がピークとなる位置が合焦位置であるとして焦点調節を行う。カメラコントロール回路７は、合焦評価部１１からのコントラスト評価置と位置センサ４ｂからのレンズ位置情報とに基づいて、レンズ３および撮像素子８の光軸Ｊ方向への移動を指示する指令を、レンズコントロール回路５および駆動制御部９ｂへと送信する。

ＳＷ１，ＳＷ２は、レリーズ（不図示）の押し込み量に応じてオンオフする半押しスイッチおよび全押しスイッチである。レリーズが半押しされると半押しスイッチＳＷ１がオンとなり、カメラコントロール回路７は後述するようなＡＦ動作を行わせる。レリーズが全押しされて全押しスイッチＳＷ２がオンとなると、撮像素子８による被写体の撮影が行われる。

本実施の形態では、コントラスト評価値に基づいて焦点調節を行う場合、最初に第１焦点調節部４によりレンズ３を駆動して最初の焦点調節を行った後に、第２焦点調節部９により撮像素子８を移動して微少焦点調節を行う。第１焦点調節部４による焦点調節動作においては、従来行われているようなギヤ機構のバックラッシュを補正する処理は行わない。

図２は、撮像素子８の光軸方向への移動を説明する図である。撮像素子８はカメラ本体１に設けられたアクチュエータ９ａ上に取り付けられている。上述したように、アクチュエータ９ａには積層型圧電素子等が用いられる。積層型圧電素子はピエゾ素子である圧電セラミックを数百枚積層したものであり、ピエゾ素子に電圧を印加すると、結晶の歪みによって厚さが変化する。図２の場合、ピエゾ素子は光軸Ｊ方向に積層される。印加する電圧と生ずる変位との間には一定の関係があり、駆動制御部９ｂにより印加電圧の大きさを制御することによって撮像素子８の光軸方向移動量を調整することができる。積層型圧電素子の場合、変位量は最大で数十μｍ程度、精度は０．０１μｍ程度である。

図２に示す例では、レンズ３により被写体像は光軸に沿った位置Ｐに結像されている。このとき、位置Ｐと撮像素子８の撮像面とは微少量Δｘだけずれているので、アクチュエータ９ａを駆動して破線で示すように撮像素子８を移動量Δｘだけレンズ３側へ移動する。その結果、撮像素子８の撮像面上にピントの合った被写体像が投影されることになる。

《焦点調節動作の説明》
次に、図３のフローチャートを参照して焦点調節動作について説明する。ここでは、レリーズの半押しで、すなわち半押しスイッチＳＷ１のオンで、山登りコントラスト方式により焦点調節を行う場合について説明する。ステップＳ１では、撮像素子８を初期位置（図２の実線で示す位置）に移動する。ステップＳ２では、レリーズが半押しされたか否か、すなわち半押しスイッチＳＷ１がオンされたか否かを判定し、半押しスイッチＳＷ１がオンされたと判定されるとステップＳ３へ進む。

ステップＳ２以降のステップＳ３からステップＳ８までは、レンズ３を光軸Ｊ方向に移動する粗調整動作の処理を示している。ところで、図１の合焦評価部１１で算出されるコントラスト評価値は、レンズ位置に対して図４に示す破線Ｌ１のように変化する。図４において縦軸はコントラスト評価値、横軸はレンズ位置をそれぞれ表しており、横軸右側は至近側を、左側は無限遠（∞）側を表す。コントラスト評価値は合焦レンズ位置Ｄ１においてピークとなり、合焦レンズ位置Ｄ１から遠ざかるにつれて大きさが減少する。

ステップ３ではコントラスト評価値が増加する方向へレンズ３を移動する。例えば、図４の点Ｐ１の位置から焦点調節動作を開始した場合、レンズ３を至近方向に移動し、ステップＳ４においてレンズ位置Ｐ２でのコントラスト評価値を算出する。ステップＳ５では、コントラスト評価値が曲線Ｌ１のピークを越えたか否かを判定する。この判定は一つ前のレンズ位置Ｐ１でのコントラスト評価値Ｃ１と現在のレンズ位置Ｐ２でのコントラスト評価値Ｃ２とを比較して行い、Ｃ２＜Ｃ１の場合はピークを越えたと判定し、Ｃ２≧Ｃ１の場合にはピークを越えていないと判定する。

図４に示す例では、Ｃ２≧Ｃ１なのでピークを越えていないと判定し、ステップＳ３へ戻り再びステップＳ３およびステップＳ４の処理を行い、レンズ位置Ｐ３のコントラスト評価値Ｃ３を算出する。そして、ステップＳ５においてレンズ位置Ｐ３およびＰ２のコントラスト評価値Ｃ３，Ｃ２を比較判定する。レンズ位置Ｐ３のコントラスト評価値Ｃ３は一つ前のコントラスト評価値Ｃ２に対してＣ３＜Ｃ２となっているので、ピークを越えたと判定し、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、ピーク位置、すなわち合焦レンズ位置Ｄ１を三点内挿演算により算出する。コントラスト評価値が最大となるレンズ位置Ｐ２とその前後レンズ位置Ｐ１，Ｐ３のデータを用いて合焦レンズ位置Ｄ１を算出する。まず、点Ｐ１および点Ｐ２を通る直線Ｌ１１（傾き＝Ｋ）を算出する。次に、傾きが−Ｋであって点Ｐ３を通る直線Ｌ１２を算出する。そして、直線Ｌ１１と直線Ｌ１２との交点の横軸位置を合焦レンズ位置Ｄ１とする。

ステップＳ７では、合焦レンズ位置Ｄ１がアクチュエータ９ａの調整範囲Ｈ１内であるか否かを判定し、図５の場合のように範囲内と判定されるとステップＳ８へ進み、図４の場合のように範囲外と判定されるとステップＳ７へ進む。図４に示すようにレンズ位置Ｐ３が調整範囲Ｈ１を外れている場合には、アクチュエータ９ａだけでは撮像素子８を図２の合焦位置Ｐ（合焦レンズ位置Ｄ１に対応する位置）まで移動させることができない。

そのため、ステップＳ６からステップＳ７へ進んだ場合には、ステップＳ７においてレンズ３を所定量だけ逆方向（無限遠側）に戻してレンズ位置Ｐ４へ移動する。このとき、従来行われていたバックラッシュ取りは行わない。また、所定量としては、例えば、レンズ位置Ｐ３と合焦レンズ位置Ｄ１との距離の１／２とすれば良い。ステップＳ９では、アクチュエータ９ａを駆動して撮像素子８をΔｘだけ無限遠方向へ移動して、撮像素子８の撮像面を結像位置Ｐ（図２参照）に位置決めする。

上述した例では、印加電圧＝０の場合をステップＳ１の初期位置としているので、アクチュエータ９ａは無限遠方向のみにしか調整できない。そのため、焦点調節動作開始時のレンズ位置が、コントラスト評価値のピーク位置よりも至近側にある場合には、ステップＳ８においてレンズ３を逆方向（至近方向）へ駆動してピーク位置よりも至近側へ移動させる。なお、初期位置を調整範囲Ｈ１の中間位置とすれば、レンズ３をピーク位置よりも至近側に移動させなくても、撮像素子８を合焦位置へ移動させることができる。

なお、上述した動作例では、山登り方式によりピーク位置（合焦レンズ位置Ｄ１）へとレンズ３を移動したが、レンズ３をレンズ移動範囲の全域でスキャン方式のものにも適用できる。その場合、全域でのコントラスト評価値を取得したならば、得られたコントラスト評価値のピーク位置の近傍までレンズ３を移動し、その後、アクチュエータ９ａによる微調整により撮像素子８を合焦位置へと移動する。

また、測距装置を設けて、その測距結果に基づいてレンズ３を合焦位置へ移動して粗調整をした後、コントラスト評価値に基づく微調整をアクチュエータ９ａにより行って撮像素子８を合焦位置へと移動するようにしても良い。さらに、カメラ本体１に設けられた表示部に撮像素子８で撮像された画像をスルー画として表示する場合、常に山登り方式による焦点検出を行うコンティニュアスモードが採用される。このような場合にも、上述した焦点調節動作を適用することができる。

上述したように、レンズ移動後に撮像素子８を圧電素子等を利用したアクチュエータ９ａで光軸方向に微少移動させるようにしたので、最終的な位置決め精度は圧電素子の位置決め精度に依存し、レンズ移動機構にガタがあっても精度良く焦点調節を行うことができる。さらに、ガタ分の補正動作を省略することができ、高速でスムーズな焦点調節を行うことができる。

なお、上述した実施の形態では、撮像素子８のアクチュエータ９ａにバックラッシュの無い圧電素子や静電アクチュエータを用いる例を説明したが、焦点調節時の撮像素子８の移動方向が一方向（至近方向または無限遠方向）であるような焦点調節動作とするならば、アクチュエータ９ａはリードネジをモータで回転して撮像素子８を光軸方向に移動するようなものであっても良い。ただし、撮像素子８を至近方向だけに移動する場合には、バネ等によって至近方向に予圧を与えておき、逆に無限遠方向だけに移動する場合には無限遠方向に予圧を与えておいて、アクチュエータ９ａからガタを排除しておく。

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、レンズ３は撮影光学系を、合焦評価部１１は焦点検出部を、第１焦点調節部４およびカメラコントロール回路７は焦点調節手段を、第２焦点調節部９およびカメラコントロール回路７は調整手段を、カメラコントロール回路７は判定手段および制御回路をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明の一実施の形態を示す図であり、デジタルスチルカメラのブロック図である。 撮像素子８の光軸方向への移動を説明する図である。 焦点調節動作を説明するフローチャートである。 コントラスト評価値による合焦動作を説明する図であり、ピーク位置が調整範囲Ｈ１外にある場合を示す。 コントラスト評価値による合焦動作を説明する図であり、ピーク位置が調整範囲Ｈ１内にある場合を示す。

符号の説明

１ カメラ本体
２ 交換レンズ鏡筒
３ レンズ
４ 第１焦点調節部
４ａ レンズ駆動部
５ レンズコントロール回路
７ カメラコントロール回路
８ 撮像素子
９ 第２焦点調節部
９ａ アクチュエータ
１０ 画像処理部
１１ 合焦評価部

Claims (4)

1. 撮影光学系により結像された被写体像を撮像素子により撮像する電子カメラにおいて、
   前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
   前記焦点検出手段の検出結果に基づいて、前記撮影光学系のレンズを光軸に沿って移動して焦点調節を行う焦点調節手段と、
   前記焦点検出手段の検出結果に基づいて前記焦点調節手段の焦点調節の後に撮像素子を光軸方向に移動して、前記焦点調節に対する微調整を行う調整手段とを備えたことを特徴とする電子カメラ。
2. 請求項１に記載の電子カメラにおいて、
   前記焦点検出手段の検出結果に基づいて、合焦点が前記調整手段の調整範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記調整範囲内と判定されると前記調整手段による微調整を行わせ、前記判定手段により前記調整範囲外と判定されると、合焦点が前記調整範囲内となるように前記焦点調節手段により前記レンズを前記焦点調節時と逆方向に移動した後に、前記調整手段による微調整を行わせるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電子カメラ。
3. 請求項１に記載の電子カメラにおいて、
   前記調整手段は、前記微調整時に前記撮像素子を光軸に沿って一方向に移動することを特徴とする電子カメラ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の電子カメラにおいて、
   前記焦点検出手段は、前記撮像素子の撮像データに基づくコントラスト評価値を利用して前記撮影光学系の焦点調節状態を検出することを特徴とする電子カメラ。

Images