図面 (/)

技術 焦点検出装置および撮像装置

出願人 株式会社ニコン
発明者 内山重之
出願日 2011年6月21日 (9年5ヶ月経過) 出願番号 2011-136982
公開日 2013年1月7日 (7年10ヶ月経過) 公開番号 2013-003486
状態 拒絶査定
技術分野 スタジオ装置 焦点調節 自動焦点調節 自動焦点調節
主要キーワード ブラシ接点 投影形状 強度分布データ 半導体回路基板 出力グループ エンコーダパターン 六方格子 正方格子配列
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年1月7日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題

使用感が良好な焦点検出装置を提供する。

解決手段

光学系による像面のずれ量を検出し、検出したずれ量に基づいて、デフォーカス量を算出することで、光学系の焦点状態を検出する位相差検出部21と、複数の異なる焦点調節レンズ32のレンズ位置において、光学系による像のコントラストに関する評価値を算出し、算出した複数の評価値に基づいて、評価値がピークとなる焦点調節用レンズ32のレンズ位置を、評価値のピーク位置として検出することで、光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部21と、コントラスト検出部21により検出された評価値のピーク位置を、デフォーカス量に変換する変換部21と、位相差検出部21により算出されたデフォーカス量、および/または、変換部21により変換されたデフォーカス量に基づいて、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定する制御部21とを備えることを特徴とする焦点検出装置。

概要

背景

従来より、位相差を用いて光学系による像面のずれ量を検出することで、光学系の焦点状態を検出する位相差検出方式による焦点検出、および、光学系による像のコントラストに関する評価値を算出することで、光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出方式による焦点検出のいずれも実行可能な焦点検出装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。

概要

使用感が良好な焦点検出装置を提供する。光学系による像面のずれ量を検出し、検出したずれ量に基づいて、デフォーカス量を算出することで、光学系の焦点状態を検出する位相差検出部21と、複数の異なる焦点調節レンズ32のレンズ位置において、光学系による像のコントラストに関する評価値を算出し、算出した複数の評価値に基づいて、評価値がピークとなる焦点調節用レンズ32のレンズ位置を、評価値のピーク位置として検出することで、光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部21と、コントラスト検出部21により検出された評価値のピーク位置を、デフォーカス量に変換する変換部21と、位相差検出部21により算出されたデフォーカス量、および/または、変換部21により変換されたデフォーカス量に基づいて、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定する制御部21とを備えることを特徴とする焦点検出装置。

目的

本発明が解決しようとする課題は、使用感が良好な焦点検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

位相差を用いて光学系による像面のずれ量を検出し、検出した前記ずれ量に基づいて、デフォーカス量を算出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出部と、複数の異なる焦点調節レンズレンズ位置において、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出し、算出した複数の前記評価値に基づいて、前記評価値がピークとなる焦点調節用レンズのレンズ位置を、前記評価値のピーク位置として検出することで、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部と、前記コントラスト検出部により検出された前記評価値のピーク位置を、デフォーカス量に変換する変換部と、前記位相差検出部により算出された前記デフォーカス量、および/または、前記変換部により変換された前記デフォーカス量に基づいて、前記光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定する制御部と、を備えることを特徴とする焦点検出装置

請求項2

請求項1に記載の焦点検出装置であって、複数の撮像用画素と複数の焦点検出用画素とを有し、前記光学系による像を撮像し、撮像した像に対応する画像信号を出力する撮像部をさらに備え、前記位相差検出部は、前記焦点検出用画素から出力された画像信号に基づいて、前記光学系による像面のずれ量を検出し、前記コントラスト検出部は、前記撮像用画素から出力された画像信号に基づいて、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出することを特徴とする焦点検出装置。

請求項3

請求項1または2に記載の焦点検出装置であって、前記制御部は、前記位相差検出部により算出された前記デフォーカス量の分布、および/または、前記変換部により変換された前記デフォーカス量の分布に基づいて、前記光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定することを特徴とする焦点検出装置。

請求項4

請求項1〜3のいずれかに記載の焦点検出装置を備える撮像装置

請求項5

位相差を用いて光学系による像面のずれ量を検出し、検出した前記ずれ量に基づいて、デフォーカス量を算出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出部と、被写体までの距離を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する測距検出部と、前記測距検出部により検出された前記被写体までの距離を、デフォーカス量に変換する変換部と、前記位相差検出部により算出された前記デフォーカス量、および/または、前記変換部により変換された前記デフォーカス量に基づいて、前記光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定する制御部と、を備えることを特徴とする焦点検出装置。

技術分野

0001

本発明は、焦点検出装置および撮像装置に関する。

背景技術

0002

従来より、位相差を用いて光学系による像面のずれ量を検出することで、光学系の焦点状態を検出する位相差検出方式による焦点検出、および、光学系による像のコントラストに関する評価値を算出することで、光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出方式による焦点検出のいずれも実行可能な焦点検出装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開2007−199261号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、従来技術では、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とで、演算方法が異なるため、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とで、検出結果に差が生じる場合があり、使用感を損なう場合があった。

0005

本発明が解決しようとする課題は、使用感が良好な焦点検出装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、以下においては、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。

0007

[1]本発明に係る焦点検出装置は、位相差を用いて光学系による像面のずれ量を検出し、検出した前記ずれ量に基づいて、デフォーカス量を算出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出部(21)と、複数の異なる焦点調節レンズ(32)のレンズ位置において、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出し、算出した複数の前記評価値に基づいて、前記評価値がピークとなる焦点調節用レンズのレンズ位置を、前記評価値のピーク位置として検出することで、前記光学系の焦点状態を検出するコントラスト検出部(21)と、前記コントラスト検出部により検出された前記評価値のピーク位置を、デフォーカス量に変換する変換部(21)と、前記位相差検出部により算出された前記デフォーカス量、および/または、前記変換部により変換された前記デフォーカス量に基づいて、前記光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定する制御部(21)と、を備えることを特徴とする。

0008

[2]上記焦点検出装置に係る発明において、複数の撮像用画素(221)と複数の焦点検出用画素(222a,222b)とを有し、前記光学系による像を撮像し、撮像した像に対応する画像信号を出力する撮像部(22)をさらに備え、前記位相差検出部(21)は、前記焦点検出用画素から出力された画像信号に基づいて、前記光学系による像面のずれ量を検出し、前記コントラスト検出部(21)は、前記撮像用画素から出力された画像信号に基づいて、前記光学系による像のコントラストに関する評価値を算出するように構成することができる。

0009

[3]上記焦点検出装置に係る発明において、前記制御部(21)は、前記位相差検出部(21)により算出された前記デフォーカス量の分布、および/または、前記変換部により変換された前記デフォーカス量の分布に基づいて、前記光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定するように構成することができる。

0010

[4]本発明に係る撮像装置は、上記焦点検出装置を備えることを特徴とする。

0011

[5]本発明に係る焦点検出装置は、位相差を用いて光学系による像面のずれ量を検出し、検出した前記ずれ量に基づいて、デフォーカス量を算出することで、前記光学系の焦点状態を検出する位相差検出部(21)と、被写体までの距離を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する測距検出部(21)と、前記測距検出部により検出された前記被写体までの距離を、デフォーカス量に変換する変換部(21)と、前記位相差検出部により算出された前記デフォーカス量、および/または、前記変換部により変換された前記デフォーカス量に基づいて、前記光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定する制御部(21)と、を備えることを特徴とする。

発明の効果

0012

本発明によれば、焦点検出装置の使用感を良好なものとすることができる。

図面の簡単な説明

0013

図1は、本実施形態に係るカメラを示すブロック図である。
図2は、図1に示す撮像素子の撮像面における焦点検出エリアを示す正面図である。
図3は、図2の22a付近を拡大して焦点検出画素222a,222bの配列を模式的に示す正面図である。
図4は、撮像画素221の一つを拡大して示す正面図である。
図5(A)は、焦点検出画素222aの一つを拡大して示す正面図、図5(B)は、焦点検出画素222bの一つを拡大して示す正面図である。
図6は、撮像画素221の一つを拡大して示す断面図である。
図7(A)は、焦点検出画素222aの一つを拡大して示す断面図、図7(B)は、焦点検出画素222bの一つを拡大して示す断面図である。
図8は、図3のVIII-VIII線に沿う断面図である。
図9は、本実施形態に係るカメラの動作例を示すフローチャートである。

実施例

0014

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

0015

図1は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ1を示す要部構成図である。本実施形態のデジタルカメラ1(以下、単にカメラ1という。)は、カメラ本体2とレンズ鏡筒3から構成され、これらカメラ本体2とレンズ鏡筒3はマウント部4により着脱可能に結合されている。

0016

レンズ鏡筒3は、カメラ本体2に着脱可能な交換レンズである。図1に示すように、レンズ鏡筒3には、レンズ31,32,33、および絞り34を含む撮影光学系が内蔵されている。

0017

レンズ32は、フォーカスレンズであり、光軸L1方向に移動することで、撮影光学系の焦点距離を調節可能となっている。フォーカスレンズ32は、レンズ鏡筒3の光軸L1に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ35によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ36によってその位置が調節される。

0018

このフォーカスレンズ32の光軸L1に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒3に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面ヘリコイド溝螺旋溝)を形成するとともに、フォーカスレンズ32を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ36によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ32が光軸L1に沿って直進移動することになる。

0019

上述したようにレンズ鏡筒3に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ32は光軸L1方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ36がレンズ鏡筒3に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ36と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ36の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ32が光軸L1の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ36の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ32は光軸L1の逆方向へ直進移動することになる。

0020

フォーカスレンズ32の位置はエンコーダ35によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ32の光軸L1方向の位置は回転筒の回転角相関するので、たとえばレンズ鏡筒3に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。

0021

本実施形態のエンコーダ35としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量(回転方向でも光軸方向の何れでもよい)に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。

0022

フォーカスレンズ32は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部(至近端ともいう)から被写体側の端部(無限端ともいう)までの間を光軸L1方向に移動することができる。ちなみに、エンコーダ35で検出されたフォーカスレンズ32の現在位置情報は、レンズ制御部37を介して後述するカメラ制御部21へ送出され、フォーカスレンズ駆動モータ36は、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ32の駆動位置が、カメラ制御部21からレンズ制御部37を介して送出されることにより駆動する。

0023

絞り34は、上記撮影光学系を通過して撮像素子22に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸L1を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り34による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された適切な開口径が、カメラ制御部21からレンズ制御部37を介して送出されることにより行われる。また、カメラ本体2に設けられた操作部28によるマニュアル操作により、設定された開口径がカメラ制御部21からレンズ制御部37に入力される。絞り34の開口径は図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部37で現在の開口径が認識される。

0024

一方、カメラ本体2には、上記撮影光学系からの光束L1を受光する撮像素子22が、撮影光学系の予定焦点面に設けられ、その前面にシャッター23が設けられている。撮像素子22はCMOSやCCDなどのデバイスから構成され、受光した光信号電気信号に変換してカメラ制御部21に送出する。カメラ制御部21に送出された撮影画像情報は、逐次、液晶駆動回路25に送出されて観察光学系電子ビューファインダEVF)26に表示されるとともに、操作部28に備えられたレリーズタン(不図示)が全押しされた場合には、その撮影画像情報が、記録媒体であるメモリ24に記録される。メモリ24は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。なお、撮像素子22の撮像面の前方には、赤外光カットするための赤外線カットフィルタ、および画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタが配置されている。撮像素子22の構造の詳細は後述する。

0025

カメラ本体2には、撮像素子22で撮像される像を観察するための観察光学系が設けられている。本実施形態の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ(EVF)26と、これを駆動する液晶駆動回路25と、接眼レンズ27とを備えている。液晶駆動回路25は、撮像素子22で撮像され、カメラ制御部21へ送出された撮影画像情報を読み込み、これに基づいて電子ビューファインダ26を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ27を通して現在の撮影画像を観察することができる。なお、光軸L2による上記観察光学系に代えて、または、これに加えて、液晶ディスプレイをカメラ本体2の背面等に設け、この液晶ディスプレイに撮影画像を表示させることもできる。

0026

カメラ本体2にはカメラ制御部21が設けられている。カメラ制御部21は、マウント部4に設けられた電気信号接点部41によりレンズ制御部37と電気的に接続され、このレンズ制御部37からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部37へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。また、カメラ制御部21は、上述したように撮像素子22から画素出力を読み出すとともに、読み出した画素出力について、必要に応じて所定の情報処理を施すことにより画像情報を生成し、生成した画像情報を、電子ビューファインダ26の液晶駆動回路25やメモリ24に出力する。また、カメラ制御部21は、撮像素子22からの画像情報の補正やレンズ鏡筒3の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ1全体の制御を司る。

0027

また、カメラ制御部21は、上記に加えて、撮像素子22から読み出した画素データに基づき、位相検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出、およびコントラスト検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出を行う。なお、具体的な焦点状態の検出方法については、後述する。

0028

操作部28は、シャッターレリーズボタンやユーザがカメラ1の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモードマニュアルフォーカスモードの切換が行えるようになっている。この操作部28により設定された各種モードはカメラ制御部21へ送出され、当該カメラ制御部21によりカメラ1全体の動作が制御される。また、シャッターレリーズボタンは、ボタンの半押しでONとなる第1スイッチSW1と、ボタンの全押しでONとなる第2スイッチSW2とを含む。

0029

次に、本実施形態に係る撮像素子22について説明する。

0030

図2は、撮像素子22の撮像面を示す正面図、図3は、図2のIII部を拡大して焦点検出画素222a,222bの配列を模式的に示す正面図である。

0031

本実施形態の撮像素子22は、図3に示すように、複数の撮像画素221が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Gと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Rと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Bがいわゆるベイヤー配列(Bayer Arrangement)されたものである。すなわち、隣接する4つの画素群223(稠密正方格子配列)において一方の対角線上に2つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が1つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群223を単位として、当該画素群223を撮像素子22の撮像面に二次元状繰り返し配列することで撮像素子22が構成されている。

0032

なお、単位画素群223の配列は、図示する稠密正方格子以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)の配列を採用することもできる。

0033

図4は、撮像画素221の一つを拡大して示す正面図、図6は断面図である。一つの撮像画素221は、マイクロレンズ2211と、光電変換部2212と、図示しないカラーフィルタから構成され、図6の断面図に示すように、撮像素子22の半導体回路基板2213の表面に光電変換部2212が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ2211が形成されている。光電変換部2212は、マイクロレンズ2211により撮影光学系の射出瞳(たとえばF1.0)を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束を受光する。

0034

図2戻り、撮像素子22の撮像面には、上述した撮像画素221に代えて焦点検出画素222a,222bが配列された11個の焦点検出画素列221〜2211が設けられている。そして、図3に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素222aおよび222bが、互いに隣接して交互に、横一列に配列されて構成されている。本実施形態においては、焦点検出画素222aおよび222bは、ベイヤー配列された撮像画素221の緑画素Gと青画素Bとの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。

0035

また、本実施形態では、図2に示す各焦点検出画素列221〜2211をそれぞれ含む所定の領域(図2中、破線で示す領域)が、焦点検出を行うための焦点検出エリアAFP1〜AFP11として設定されている。本実施形態では、焦点検出エリアAFP1〜AFP11ごとに、光学系の焦点状態の検出が行われるが、焦点検出エリアAFP1〜AFP11における焦点検出方法については、後述する。なお、図2に示す焦点検出画素列221〜2211の位置、および焦点検出エリアAFP1〜AFP11の位置は図示する位置にのみ限定されず、10箇所以下の位置に配置することもでき、あるいは、12箇所以上の位置に配置することもできる。

0036

図5(A)は、焦点検出画素222aの一つを拡大して示す正面図、図7(A)は、焦点検出画素222aの断面図である。また、図5(B)は、焦点検出画素222bの一つを拡大して示す正面図、図7(B)は、焦点検出画素222bの断面図である。焦点検出画素222aは、図5(A)に示すように、マイクロレンズ2221aと、半円形状の光電変換部2222aとから構成され、図7(A)の断面図に示すように、撮像素子22の半導体回路基板2213の表面に光電変換部2222aが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ2221aが形成されている。また、焦点検出画素222bは、図5(B)に示すように、マイクロレンズ2221bと、光電変換部2222bとから構成され、図7(B)の断面図に示すように、撮像素子22の半導体回路基板2213の表面に光電変換部2222bが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ2221bが形成されている。そして、これら焦点検出画素222aおよび222bは、図3に示すように、互いに隣接して交互に、横一列に配列されることにより、図2に示す焦点検出画素列221〜2211を構成する。

0037

なお、焦点検出画素222a,222bの光電変換部2222a,2222bは、マイクロレンズ2221a,2221bにより撮影光学系の射出瞳の所定の領域(たとえばF2.8)を通過する光束を受光するような形状とされる。また、焦点検出画素222a,222bにはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。ただし、撮像画素221と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。

0038

また、図5(A)、図5(B)に示す焦点検出画素222a,222bの光電変換部2222a,2222bは半円形状としたが、光電変換部2222a,2222bの形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、楕円形状、矩形状、多角形状とすることもできる。

0039

ここで、上述した焦点検出画素222a,222bの画素出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる位相差検出方式について説明する。

0040

図8は、図3のVIII-VIII線に沿う断面図であり、撮影光軸L1近傍に配置され、互いに隣接する焦点検出画素222a−1,222b−1,222a−2,222b−2が、射出瞳34の測距瞳341,342から照射される光束AB1−1,AB2−1,AB1−2,AB2−2をそれぞれ受光していることを示している。なお、図8においては、複数の焦点検出画素222a,222bのうち、撮影光軸L1近傍に位置するもののみを例示して示したが、図8に示す焦点検出画素以外のその他の焦点検出画素についても、同様に、一対の測距瞳341,342から照射される光束をそれぞれ受光するように構成されている。

0041

ここで、射出瞳34とは、撮影光学系の予定焦点面に配置された焦点検出画素222a,222bのマイクロレンズ2221a,2221bの前方の距離Dの位置に設定された像である。距離Dは、マイクロレンズの曲率屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Dを測距瞳距離と称する。また、測距瞳341,342とは、焦点検出画素222a,222bのマイクロレンズ2221a,2221bにより、それぞれ投影された光電変換部2222a,2222bの像をいう。

0042

なお、図8において焦点検出画素222a−1,222b−1,222a−2,222b−2の配列方向は一対の測距瞳341,342の並び方向と一致している。

0043

また、図8に示すように、焦点検出画素222a−1,222b−1,222a−2,222b−2のマイクロレンズ2221a−1,2221b−1,2221a−2,2221b−2は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配置されている。そして、マイクロレンズ2221a−1,2221b−1,2221a−2,2221b−2の背後に配置された各光電変換部2222a−1,2222b−1,2222a−2,2222b−2の形状が、各マイクロレンズ2221a−1,2221b−1,2221a−2,2221b−2から測距距離Dだけ離れた射出瞳34上に投影され、その投影形状は測距瞳341,342を形成する。

0044

すなわち、測距距離Dにある射出瞳34上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状(測距瞳341,342)が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。

0045

図8に示すように、焦点検出画素222a−1の光電変換部2222a−1は、測距瞳341を通過し、マイクロレンズ2221a−1に向う光束AB1−1によりマイクロレンズ2221a−1上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素222a−2の光電変換部2222a−2は測距瞳341を通過し、マイクロレンズ2221a−2に向う光束AB1−2によりマイクロレンズ2221a−2上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

0046

また、焦点検出画素222b−1の光電変換部2222b−1は測距瞳342を通過し、マイクロレンズ2221b−1に向う光束AB2−1によりマイクロレンズ2221b−1上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素222b−2の光電変換部2222b−2は測距瞳342を通過し、マイクロレンズ2221b−2に向う光束AB2−2によりマイクロレンズ2221b−2上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

0047

そして、上述した2種類の焦点検出画素222a,222bを、図3に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素222a,222bの光電変換部2222a,2222bの出力を、測距瞳341と測距瞳342とのそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳341と測距瞳342とのそれぞれを通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータが得られる。そして、この強度分布データに対し、相関演算処理または位相差検出処理などの像ズレ検出演算処理を施すことにより、いわゆる位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。

0048

そして、得られた像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を施すことにより、予定焦点面に対する現在の焦点面(予定焦点面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における焦点面をいう。)の偏差、すなわちデフォーカス量を求めることができる。

0049

なお、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づくデフォーカス量の演算は、カメラ制御部21により実行される。

0050

また、本実施形態において、位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づくデフォーカス量の演算が、各焦点検出画素列221〜2211からの出力に基づいて、各焦点検出画素列221〜2211をそれぞれ含む焦点検出エリアAFP1〜AFP11ごとに行われる。

0051

また、カメラ制御部21は、撮像素子22の撮像画素221の出力を読み出し、読み出した画素出力に基づき、焦点評価値の演算を行う。この焦点評価値は、たとえば撮像素子22の撮像画素221からの画像出力高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる2つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出し、それぞれを積算することでも求めることができる。

0052

そして、カメラ制御部21は、レンズ制御部37に制御信号送出してフォーカスレンズ32を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ32の位置を合焦位置として求める、コントラスト検出方式による焦点検出を実行する。なお、この合焦位置は、たとえば、フォーカスレンズ32を駆動させながら焦点評価値を算出した場合に、焦点評価値が、2回上昇した後、さらに、2回下降して推移した場合に、これらの焦点評価値を用いて、内挿法などの演算を行うことで求めることができる。

0053

なお、本実施形態において、カメラ制御部21は、焦点評価値の演算を、図2に示す各焦点検出エリアAFP1〜AFP11内の撮像画素221の出力に基づいて、焦点検出エリアAFP1〜AFP11ごとに行う。

0054

次いで、本実施形態に係るカメラ1の動作例を説明する。図9は、本実施形態に係るカメラ1の動作例を示すフローチャートである。なお、以下に説明するカメラ1の動作は、たとえば、操作部28に備えられたシャッターレリーズボタンの半押し(スイッチSW1がオン)されることで開始される。

0055

まず、ステップS1では、カメラ制御部21により、位相差検出方式による焦点検出が行えるか否かの判断が行われ、位相差検出方式による焦点検出を行うことができると判断された場合は、ステップS2に進み、一方、位相差検出方式による焦点検出を行うことができないと判断された場合は、ステップS4に進む。たとえば、カメラ制御部21は、絞り34の開口径が小さく(絞り値が大きく)、焦点検出画素222a,222bにおいて、位相差検出方式による焦点検出を行うために十分な光を受光できない場合には、位相差検出方式による焦点検出を行えないと判断し、ステップS4に進む。

0056

ステップS2では、位相差検出方式により焦点検出が行えると判断されているため、カメラ制御部21により、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出が行われる。本実施形態では、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理は、次のように行なわれる。すなわち、まず、カメラ制御部21により、撮像素子22の11個の焦点検出画素列221〜2211を構成する各焦点検出画素222a,222bから、一対の像に対応した一対の像データの読み出しが行なわれる。そして、カメラ制御部21は、読み出された一対の像データに基づいて像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を実行し、11個の焦点検出画素列221〜2211における像ズレ量を演算する。さらに、カメラ制御部21は、11個の焦点検出画素列221〜2211における像ズレ量をデフォーカス量に変換することで、変換したデフォーカス量を、11個の焦点検出画素列221〜2211にそれぞれ対応する焦点検出エリアAFP1〜AFP11のデフォーカス量として算出する。また、カメラ制御部21は、算出したデフォーカス量の信頼性の評価を行う。なお、デフォーカス量の信頼性の評価は、たとえば、一対の像データの一致度やコントラストなどに基づいて行なわれる。

0057

ステップS3では、カメラ制御部21により、ステップS2でのデフォーカス量の演算結果に基づいて、複数の焦点検出エリアAFP1〜AFP11のうち、少なくとも1の焦点検出エリアにおいて、デフォーカス量が算出できたか否かの判定が行なわれる。少なくとも1の焦点検出エリアにおいて、デフォーカス量が算出できた場合には、測距可能と判断し、ステップS8に進み、一方、全ての焦点検出エリアAFP1〜AFP11において、デフォーカス量が算出できなかった場合には、測距不能と判断して、ステップS4に進む。なお、本実施形態においては、デフォーカス量の算出ができた場合でも、算出されたデフォーカス量の信頼性が低い場合には、その焦点検出エリアAFPにおいて、デフォーカス量の算出ができなかったものとして扱う。本実施形態においては、たとえば、被写体のコントラストが低い場合、被写体が超低輝度被写体である場合、あるいは被写体が超高輝度被写体である場合などにおいて、デフォーカス量の信頼性が低いと判断される。

0058

なお、ステップS3においては、直近の一回のデフォーカス量算出処理の結果を用いて、上記判定を行なってもよいが、直近数回のデフォーカス量算出処理において、連続して、デフォーカス量が算出できなかった場合、あるいは、連続して、デフォーカス量の信頼性が低かった場合に、測距不能と判断し、逆に、直近数回のデフォーカス量算出処理において、一度でもデフォーカス量が算出された場合には、測距可能と判断する構成としてもよい。

0059

一方、上述したステップS1で、位相差検出方式による焦点検出が行えないと判断された場合、または、ステップS3で、全ての焦点検出エリアAFP1〜AFP11において、デフォーカス量が算出できなかったと判断された場合は、ステップS4に進む。ステップS4では、カメラ制御部21により、コントラスト検出方式による焦点評価値の算出処理が行われる。本実施形態では、焦点評価値の算出処理は、撮像素子22の撮像画素221の画素出力を読み出し、読み出した画素出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算することにより行われる。また、本実施形態では、焦点評価値の算出処理は、図2に示す各焦点検出エリアAFP1〜AFP11に対応する撮像画素221の画素出力に基づいて行われ、焦点検出エリアAFP1〜AFP11ごとに、焦点評価値が算出される。そして、フォーカスレンズ駆動モータ36により、フォーカスレンズ32をスキャン駆動させながら、焦点評価値の算出を所定の間隔で行い、これにより、カメラ制御部21は、複数の異なるフォーカスレンズ32のレンズ位置における複数の焦点評価値を、焦点検出エリアAFP1〜AFP11ごとに算出する。

0060

ステップS5では、カメラ制御部21により、焦点検出エリアAFP1〜AFP11ごとに、複数の異なるフォーカスレンズ32のレンズ位置において算出した複数の焦点評価値に基づいて、焦点評価値がピークとなるフォーカスレンズ32のレンズ位置(焦点評価値のピーク位置とも言う。)を、合焦位置として検出する検出処理が行われる。なお、フォーカスレンズ32のスキャン駆動は、無限遠端位置から至近端位置に向かって行なってもよいし、あるいは、至近端位置から無限遠端位置に向かって行なってもよい。

0061

ステップS6では、カメラ制御部21により、ステップS5でのコントラスト検出方式による焦点検出の結果、焦点検出エリアAFP1〜AFP11のうち、少なくとも1の焦点検出エリアにおいて、コントラスト検出方式により合焦位置が検出できたか否かの判定が行なわれる。少なくとも1の焦点検出エリアにおいて、合焦位置が検出できた場合には、ステップS7に進み、一方、全ての焦点検出エリアAFP1〜AFP11において、合焦位置が検出できなかった場合には、ステップS11に進む。

0062

ステップS7では、少なくとも1の焦点検出エリアにおいて、コントラスト検出方式により合焦位置が検出できたと判断されているため、カメラ制御部21により、合焦位置が検出された焦点検出エリアごとに、フォーカスレンズ32をステップS5で検出された合焦位置まで駆動させるためのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換する変換処理が行われる。たとえば、フォーカスレンズ32のレンズ駆動量に応じた制御パルス数と、デフォーカス量との関係を示すテーブルを、カメラ制御部21に備えるメモリに予め記憶しておき、このテーブルを参照することで、フォーカスレンズ32を、たとえば、無限遠端位置(あるいは至近端位置)から、ステップS5で検出された合焦位置まで駆動させるためのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換する。また、フォーカスレンズ32を合焦位置までの駆動させるためのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換する方法は、上記の方法に限定されず、たとえば、エンコーダ35により、コントラスト検出方式による焦点評価値の演算が終了した際のフォーカスレンズ32のレンズ位置を検出し、フォーカスレンズ32を、焦点評価値の演算が終了した際のフォーカスレンズ32のレンズ位置から、合焦位置まで駆動させるためのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換する構成としてもよい。

0063

また、ステップS6で、全ての焦点検出エリアAFP1〜AFP11において、合焦位置が検出できなかった場合には、ステップS11に進み、合焦不能表示が行なわれる。なお、合焦不能表示は、たとえば、電子ビューファインダ26により行われる。

0064

そして、ステップS8では、カメラ制御部21により、ステップS2で算出されたデフォーカス量の分布、または、ステップS7で変換されたデフォーカス量の分布に基づいて、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定する処理が行われる。

0065

なお、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定する方法は、特に限定されず、たとえば、ステップS2で算出されたデフォーカス量の平均値、あるいは、ステップS7で変換されたデフォーカス量の平均値を、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量として決定する方法が挙げられる。また、ステップS2で算出したデフォーカス量、あるいは、ステップS7で変換されたデフォーカス量のうち、主要被写体が存在する可能性の高い、最も至近側の焦点検出エリアのデフォーカス量や、撮影画面の中央部分に近い焦点検出エリアのデフォーカス量を、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量として決定する方法でもよく、あるいは、ステップS2で算出したデフォーカス量、あるいは、ステップS7で変換されたデフォーカス量を、デフォーカス量の値に応じて複数のグループ分類し、最も至近側のグループ、あるいは、撮影画面の中央部分に近いグループに属する焦点検出エリアのデフォーカス量に基づいて、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定する方法としてもよい。

0066

そして、ステップS8において、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量が決定された場合には、ステップS9に進み、ステップS8で決定されたデフォーカス量に基づく、合焦動作が行なわれる。具体的には、カメラ制御部21により、ステップS8で決定されたデフォーカス量から、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させるのに必要となるレンズ駆動量の算出が行なわれ、算出されたレンズ駆動量が、レンズ制御部37を介して、レンズ駆動モータ36に送出される。そして、レンズ駆動モータ36は、カメラ制御部21により算出されたレンズ駆動量に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させる。

0067

そして、フォーカスレンズ32の合焦位置への駆動が完了すると、ステップS10に進み、合焦表示が行なわれる。なお、合焦表示は、たとえば、電子ビューファインダ26により行われる。また、合焦表示を行なう際には、位相差検出方式により合焦動作が行われた旨をユーザに報知するための表示を併せて行なってもよい。

0068

以上のように、本実施形態に係るカメラ1は、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出できた場合には、算出したデフォーカス量に基づいて、光学系の焦点状態を検出するためのデフォーカス量を決定し、決定したデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させる。また、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出できない場合でも、コントラスト検出方式により合焦位置を検出し、フォーカスレンズ32をコントラスト検出方式により検出した合焦位置まで駆動させるためのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換することで、変換したデフォーカス量に基づいて、光学系の焦点状態を検出するためのデフォーカス量を決定し、決定したデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させる。このように、本実施形態では、コントラスト検出方式により焦点検出を行う場合でも、フォーカスレンズ32をコントラスト検出方式により検出された合焦位置まで駆動させるためのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換して、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定することで、コントラスト検出方式による焦点検出でも、位相差検出方式による焦点検出と同様に、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定することができるため、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とで、検出結果が大きく相違してしまうことを有効に防ぐことができ、使用感の向上を図ることができる。

0069

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

0070

たとえば、上述した実施形態では、カメラ制御部21のメモリに記憶したテーブルを参照して、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させるためのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換する構成について例示したが、この構成に限定されず、たとえば、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させるためのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換するための演算式を、カメラ制御部21のメモリに予め記憶しておき、この演算式を用いて、合焦位置までのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換する構成としてもよい。

0071

また、上述した実施形態では、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出できなかった場合(ステップS3=No)に、コントラスト検出方式による焦点評価値の算出を行う構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、位相差検出方式により、デフォーカス量が算出された焦点検出エリアが所定数以下である場合に、コントラスト検出方式による焦点評価値の算出を行う構成としてもよい。この場合、たとえば、エンコーダ35により、位相差検出方式によりデフォーカス量を算出した際のフォーカスレンズ位置を検出しておき、検出したフォーカスレンズ位置から、コントラスト検出方式により検出された合焦位置までのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換することで、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量と、コントラスト検出方式により検出された合焦位置までのレンズ駆動量から変換されたデフォーカス量とに基づいて、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を算出することができ、その結果、光学系の焦点状態をより適切に検出することができる。

0072

さらに、上述した実施形態では、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とを行う構成について例示したが、この構成に限定されず、たとえば、位相差検出方式による焦点検出と、外光パッシブ方式赤外線距方式などの測距方式による焦点検出とを行う構成とすることもできる。この場合、たとえば、測距方式により被写体までの距離を検出し、検出した被写体までの距離に基づいて、フォーカスレンズ322の合焦位置を検出し、検出した合焦位置までのレンズ駆動量を、デフォーカス量に変換することで、光学系の焦点状態を調節するためのデフォーカス量を決定することができる。

0073

また、上述した実施形態では、撮像素子22の焦点検出画素222a,222bにおいて、位相差検出方式による焦点状態の検出を行う構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、位相差検出方式による焦点状態の検出を行う焦点検出モジュールを、撮像素子22とは独立して設ける構成としてもよい。

0074

なお、上述した実施形態のカメラ1は特に限定されず、例えば、デジタルビデオカメラレンズ一体型のデジタルカメラ、携帯電話用のカメラなどのその他の光学機器に本発明を適用してもよい。

0075

1…デジタルカメラ
2…カメラ本体
21…カメラ制御部
22…撮像素子
221…撮像画素
222a,222b…焦点検出画素
24…メモリ
28…操作部
3…レンズ鏡筒
32…フォーカスレンズ
36…フォーカスレンズ駆動モータ
37…レンズ制御部

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ