CN104380167B - 焦点检测装置、焦点调节装置及相机 - Google Patents

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Abstract

焦点检测装置包括：多个微透镜，其呈二维状配置，供透过了成像光学系统的光束入射；多个受光元件，其与多个微透镜分别对应配置；焦点检测部，其基于多个受光元件的输出，检测通过了成像光学系统的不同区域的多个光束的相位差，进行成像光学系统的焦点偏移量的检测；以及识别部，其基于多个受光元件的输出，对由多个微透镜在多个受光元件上形成的被摄体像的特征进行识别，焦点检测部用与由识别部识别出的被摄体像的特征适合的方法进行焦点偏移量的检测。

Description

焦点检测装置、焦点调节装置及相机
技术领域
本发明涉及焦点检测装置、焦点调节装置及相机。
背景技术
已知有进行对于呈二维状排列的微透镜的各个排列多个受光元件并基于这些多个受光元件的受光输出来检测被摄体像的像偏移量的、所谓的相位差检测方式的焦点检测的焦点检测装置。例如，在专利文献1中记载了如下的焦点检测装置：检测多个方向的对比度，并基于该对比度来从多个方向中选择进行焦点检测的方向。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009－198771号公报
发明内容
发明要解决的问题
在现有技术中，存在由于被摄体的不同而进行不准确且不高效的焦点调节的问题。
用于解决问题的手段
根据本发明的第1方案，焦点检测装置具备：多个微透镜，其呈二维状配置，供透过了成像光学系统的光束入射；多个受光元件，其与多个微透镜分别对应配置；焦点检测部，其基于多个受光元件的输出，检测通过了成像光学系统的不同区域的多个光束的相位差，进行成像光学系统的焦点偏移量的检测；以及识别部，其基于多个受光元件的输出，对由多个微透镜在多个受光元件上形成的被摄体像的特征进行识别，焦点检测部用与由识别部识别出的被摄体像的特征相适合的方法进行焦点偏移量的检测。
根据本发明的第2方案，第1方案的焦点检测装置中，被摄体像的特征是被摄体像的图案。
根据本发明的第3方案，焦点调节装置具备：多个微透镜，其呈二维状配置，供透过了成像光学系统的光束入射；多个受光元件，其与多个微透镜分别对应地配置在该微透镜的后侧；识别部，其基于多个受光元件的受光输出，对由多个微透镜在多个受光元件上形成的被摄体像的图案进行识别；以及焦点调节部，其基于受光输出，检测分别通过了成像光学系统的不同区域的一对光束的相位差，进行成像光学系统的焦点调节，焦点调节部进行与由识别部识别出的被摄体像的图案相适合的焦点调节。
根据本发明的第4方案，第3方案的焦点调节装置中，识别部至少能够识别周期图案、边缘图案和渐变图案。
根据本发明的第5方案，第3或4方案的焦点调节装置中，焦点调节部，根据由识别部识别出的被摄体像的图案，切换下述的至少任意一方：为了作成用于检测相位差的一对信号列而选择的多个受光元件的位置、一对信号列的幅度、为了作成一对信号列所使用的受光元件的数量、是否对一对信号列除去低频信号。
根据本发明的第6方案，第3～5中任一方案的焦点调节装置中，焦点调节部，基于由识别部识别出的被摄体像的图案，判定检测出的相位差是否表示伪对焦。
根据本发明的第7方案，第6方案的焦点调节装置中，焦点调节部，在判定为检测到的相位差表示伪对焦时，基于孔径角更小的一对光束再次进行相位差的检测。
根据本发明的第8方案，第6方案的焦点调节装置中，焦点调节部，在判定为检测到的相位差表示伪对焦时，使成像光学系统所包含的聚焦透镜的驱动方向反转。
根据本发明的第9方案，第6～8中任一方案的焦点调节装置中，焦点调节部，在由识别部识别到由多个微透镜的各自在配置于该微透镜的后侧的多个受光元件上形成不一样的图案、且检测到的相位差为预定的阈值以下的情况下，判定为检测到的相位差表示伪对焦。
根据本发明的第10方案，焦点调节装置包括：多个微透镜，其呈二维状配置，供透过了成像光学系统的光束入射，成像光学系统包括聚焦透镜；多个受光元件，其与多个微透镜分别对应地配置在透过了该微透镜的光束入射的位置；识别部，其基于多个受光元件的受光输出，对由多个微透镜在多个受光元件上形成的被摄体像的周期图案进行识别；相位差检测部，其基于受光输出，检测分别通过了成像光学系统的不同区域的一对光束的相位差；以及焦点调节部，其基于由相位差检测部检测到的相位差来驱动聚焦透镜，进行成像光学系统的焦点调节，焦点调节部，在由识别部识别出周期图案时，向该周期图案的周期变长的方向驱动聚焦透镜。
根据本发明的第11方案，第10方案的焦点调节装置中，识别部，对受光输出进行傅里叶变换，在空间频率区域识别周期图案。
根据本发明的第12方案，第10或11方案的焦点调节装置中，识别部，根据与多个微透镜中的至少一个微透镜对应的多个受光元件的受光输出来检测边缘，由此识别周期图案。
根据本发明的第13方案，第10或11方案的焦点调节装置中，识别部，对于多个微透镜中的至少2个微透镜，合计与该微透镜对应的多个受光元件的受光输出，并比较2个合计值，由此识别周期图案。
根据本发明的第14方案，相机具备权利要求3～13中任一项的焦点调节装置。
发明效果
根据本发明，能够进行与被摄体的图案相符的准确且有效的焦点调节。
附图说明
图1是表示应用了本发明的可换镜头式的相机系统的剖视图。
图2是焦点检测单元104的立体图。
图3是使来自微透镜13的光束的入射范围重叠于受光元件阵列12的受光面的示意图。
图4是说明由机身控制装置101进行的焦点检测方法的图。
图5是示意性表示焦点与焦点调节对象的被摄体对准的状态的图。
图6是示意性表示焦点与焦点调节对象的被摄体未对准的状态的图。
图7是表示机身控制装置101所识别的图案的例子的图。
图8是由机身控制装置101执行的焦点调节控制的流程图。
图9是在图8的步骤S130中调出的受光图案识别处理的流程图。
图10是表示机身控制装置101所识别的周期图案的例子的图。
图11是由机身控制装置101执行的焦点调节控制的流程图。
图12是在图11的步骤S350中调出的伪对焦检测处理的流程图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是表示应用了本发明的可换镜头式的相机系统的剖视图。相机1由相机机身100、和可在相机机身100上装卸的可换镜头200构成。
在可换镜头200设有由多个透镜202、203、204构成的摄影光学系统和具有开口部的光圈205。来自被摄体的光束通过摄影光学系统和光圈205的开口部，而入射到相机机身100。此外，在图1中图示了由3个透镜构成摄影光学系统，但可以由若干透镜构成摄影光学系统。另外，在图1中，光圈205设于透镜203与透镜204之间，但如公知那样，光圈205可以位于摄影光学系统的前方或后方，也可以位于其他透镜之间。
摄影光学系统所含的透镜203是调节摄影光学系统的焦点位置的聚焦透镜。聚焦透镜203经由由齿轮等构成的未图示的驱动机构而与透镜驱动装置206连接。透镜驱动装置206具有步进马达等未图示的致动器，使聚焦透镜203在沿着摄影光学系统的光轴L的方向D上驱动。
在光圈205连接有光圈驱动装置207。光圈驱动装置207具有步进马达等未图示的致动器，驱动未图示的驱动机构来使光圈205的开口直径R变化。
相机机身100具有拍摄由摄影光学系统成像的被摄体像的CCD和/或CMOS等拍摄元件102。拍摄元件102被配置成拍摄面与摄影光学系统的预定焦点面一致。在相机机身100内的、摄影光学系统与拍摄元件102的拍摄面之间设有半透半反镜103。半透半反镜103例如由半透镜(pelliclemirror)等构成，使来自摄影光学系统的被摄体光的一部分相对于拍摄元件102透射，并使其余的被摄体光反射到相机机身100的上部。该反射光向设于相机机身100上部的焦点检测单元104入射。关于焦点检测单元104的结构将后面详述。
相机机身100具备由微型处理器和/或其外围电路构成的机身控制装置101。机身控制装置101通过读取并执行预先存储于未图示的存储介质中的预定的控制程序，来控制相机机身100的各部分。可换镜头200同样具备由微型处理器和/或其外围电路构成的镜头控制装置201。镜头控制装置201通过读取并执行预先存储于未图示的存储介质中的预定的控制程序，来控制可换镜头200的各部分。此外，也可以由进行与上述控制程序相当的工作的电子电路来构成机身控制装置101和/或镜头控制装置201。
机身控制装置101和镜头控制装置201被构成为能够经由设于镜头安装部周边的未图示的电接点而相互通信。机身控制装置101通过经由该电接点的数据通信，将例如聚焦透镜203的驱动指令和/或光圈205的驱动指令发送到镜头控制装置201。此外，也可以利用除了经由电接点的电信号收发以外的方法(例如无线通信和/或光通信等)来进行该数据通信。
当进行预定的焦点调节操作(例如，未图示的释放开关的半按操作)时，机身控制装置101根据焦点检测单元104的输出来检测散焦(デフォーカス)量，并向镜头控制装置201发送用于以与该散焦量相应的量驱动聚焦透镜203的驱动指令。镜头控制装置201根据该驱动指令来使透镜驱动装置206驱动聚焦透镜203。由此，焦点对焦于预定的被摄体。
在相机1的背面设有例如由液晶等的显示元件构成的监视器110。机身控制装置101使用该监视器110，来进行例如所拍摄到的静止图像数据和/或动态图像数据的再现、相机1的摄影参数(光圈值、快门速度等)的设定菜单和/或实时取景(スルー画)的显示等。
在相机机身100的上部设有具有液晶等的显示元件的电子取景单元108。摄影者能够从取景部107经由目镜106而视觉识别出在电子取景单元108的显示元件所显示的被摄体像等。在相机1设定为摄影模式的期间，机身控制装置101每隔预定间隔(例如60分之1秒)就使拍摄元件102拍摄被摄体像，基于该拍摄信号作成实时取景，并显示于监视器110和/或电子取景单元108。
在摄影模式时进行预定的静止画面摄影操作(例如，未图示的释放开关的全按操作)时，机身控制装置101进行摄影控制。此时，机身控制装置101控制未图示的快门等，来使拍摄元件102拍摄被摄体像。然后，对从拍摄元件102输出的拍摄信号施加各种图像处理，作成静止图像数据并存储于未图示的存储介质(例如存储卡等)。
(焦点检测单元104的说明)
图2是焦点检测单元104的立体图。焦点检测单元104由微透镜阵列11、和设于微透镜阵列11后侧的受光元件阵列12构成。
在微透镜阵列11中，呈二维状排列有大量微透镜13。由半透半反镜103反射的被摄体光通过这些微透镜13的某一个而入射到受光元件阵列12的受光面。在受光元件阵列12的受光面(微透镜阵列11侧的面)，呈二维状排列有大量供通过了各微透镜13的各自的光束入射的受光元件群14。1个受光元件群14由排列成5列5行的共计25个受光元件构成。也就是说，通过了某一个微透镜13的光束，入射到某一个受光元件群14，构成该受光元件群14的多个受光元件接受该光束。
微透镜阵列11的表面(供被摄体光入射的面)的、不存在微透镜13的部位由遮光掩模覆盖。因而，不会有未通过微透镜13的光束入射到受光元件阵列12的情况。
受光元件阵列12配置在从微透镜阵列11离开相当于微透镜13的焦距的位置。在图2中，为了方便，将微透镜阵列11与受光元件阵列12之间的间隔d图示得比实际大。
此外，在图2中，仅图示了微透镜阵列11及受光元件阵列12的一部分。实际上，存在更多的微透镜13及受光元件群14。另外，1个受光元件群14所含的受光元件的个数可以多于25个也可以少于25个，其排列也可以与图2所示的不同。
图3是将来自微透镜13的光束的入射范围重叠于受光元件阵列12的受光面的示意图。当摄影光学系统的F值与微透镜13的F值一致时，来自一个微透镜13的光束入射到包围1个受光元件群14的圆15的范围。在缩小光圈205、成为摄影光学系统的F值大于微透镜13的F值(摄影光学系统比微透镜13暗)的状态时，该圆15变得小于图3所示的尺寸。
此外，在成为摄影光学系统的F值小于微透镜13的F值(摄影光学系统比微透镜13明亮)的状态时，圆15变得大于图3所示的尺寸，成为各个圆15彼此有重合的状态。即，通过了微透镜13的光束彼此产生串扰(cross talk)。由此，若通过了多个微透镜13的光束入射到1个受光元件，则变得无法进行准确的焦点检测。本实施方式的机身控制装置101，在焦点检测时缩小光圈205，使摄影光学系统的F值与微透镜13的F值一致。也就是说，在焦点检测时，被摄体光入射到图3中圆15所示的范围，由此不会发生上述的串扰。
(焦点检测方法的说明)
机身控制装置101进行基于焦点检测单元104的输出来检测被摄体像的像偏移量的、所谓的相位差检测方式的焦点检测。以下，说明由机身控制装置101进行的焦点检测方法。
图4(a)是从图3所示的大量受光元件群14抽出焦点检测所使用的1列受光元件群14的图。在图4(a)中，图示了5个受光元件群14，但实际上优选选择更多的受光元件群14。以下，对在此说明所使用的受光元件群14，分别标注受光元件群14a～14e这样不同的附图标记进行处理。
图4(b)是示意性表示图4(a)所示的受光元件群14a～14e与测距光瞳的关系的图。微透镜13a～13e被配置成其顶点与摄影光学系统的预定焦点面17大致一致。微透镜13c将配置在其背后的一对受光元件16lc、16rc的形状投影在与微透镜13c相距投影距离d2的出射光瞳20上，其投影形状形成测距光瞳21、22。投影距离d2是根据微透镜13c的曲率、折射率、微透镜13c与受光元件阵列12之间的距离等而决定的距离。一对测距光瞳91、22和一对受光元件16lc、16rc隔着微透镜13c而成为共轭的关系。
此外，在以上的说明中，为了方便，例示了属于光轴L上的受光元件群14c的一对受光元件16lc、16rc和一对测距光瞳21、22，但也可以在位于离开光轴L的位置处的受光元件群中，一对受光元件分别接受从一对测距光瞳到达各微透镜的光束。
受光元件16lc输出与由通过测距光瞳22向微透镜13c去的焦点检测光束24在微透镜13c上形成的像的强度对应的受光信号。同样，受光元件16rc输出与由通过测距光瞳21向微透镜13c去的焦点检测光束23在微透镜13c上形成的像的强度对应的受光信号。
因此，通过从如图4(a)所示那样呈直线状配置的多个受光元件群14a～14e分别得到与测距光瞳21及测距光瞳22对应的一对受光元件的受光输出，可获得与分别通过测距光瞳21和测距光瞳22的焦点检测光束在受光元件阵列12上形成的一对像的强度分布相关的信息。若对这些信息进行公知的像偏移检测运算，则可检测出采用所谓的光瞳分割型相位差检测方式的一对像的像偏移量。进而，通过对像偏移量进行与一对测距光瞳21、22的重心间隔相应的变换运算，可算出当前的成像面相对于预定焦点面的偏差即散焦量。
具体说明像偏移检测运算及变换运算，机身控制装置101首先对于受光元件群14a，将中央左端的3个受光元件16la的受光输出相加而得的值作为a(1)。同样，对于受光元件群14b～14e的各个，将中央左端的3个受光元件16lb～16le的受光输出分别相加而作为a(2)～a(5)。接着，对于受光元件群14a～14e的各个，同样将中央右端的3个受光元件16ra～16re的受光输出分别相加而作为b(1)～b(5)。这样作成的一对信号列a(i)和b(i)是上述的与一对像的强度分布相关的信息。机身控制装置101对这些一对信号列之间，以每次将各信号列错开一点的方式进行相关运算，算出每个偏移量的相关量。然后，从该结果求出相关量成为极小的偏移量(相关成为极大的偏移量)。机身控制装置101对该偏移量乘以预定的变换系数，由此来计算被摄体像相对于预定焦点面的散焦量。
此外，为了进行焦点检测而从大量受光元件群14中选择的一列受光元件群14，可以用任意的方法来决定。例如，可以使用户指定想要对焦的被摄体的位置，而选择位于该位置处的受光元件群14，或者也可以选择摄影画面的中央等预先决定的位置处的受光元件群14。
(在受光面上形成的周期图案的说明)
机身控制装置101在每次进行焦点检测及焦点调节时，利用公知的图案匹配来识别通过微透镜13而在受光元件阵列12的受光面上形成的像的图案。并且，根据识别出的图案，改变焦点检测和/或焦点调节的内容。以下，说明在受光元件阵列12的受光面上形成的像的图案。
图5是示意性表示焦点与焦点调节对象的被摄体对准的情况下的、被摄体31、摄影光学系统30、被摄体像33、预定焦点面17、微透镜阵列11及受光元件阵列12的图。此外，在图5中，示意性地用一片透镜表示摄影光学系统。
焦点与焦点调节对象的被摄体31对准的情况是指如下情况：即，如图5(a)所示，由摄影光学系统30成像的被摄体31的像(被摄体像)33与预定焦点面17大致一致，且从被摄体31上的某一点32射出并通过了摄影光学系统30的光束35在预定焦点面17上收敛为允许弥散圆(permissiblecircle of confusion)范围之内的大小。
图5(b)表示焦点检测单元104附近的放大图。此时，在微透镜13c的后侧，如图5(c)所示，来自被摄体像33上的一点34的光束大致均匀地入射。来自这一点34的光束不会入射到其他微透镜13，且在微透镜13c的后侧，也不会入射来自被摄体像33上的其他点的光束。
图6是示意性表示焦点未与焦点调节对象的被摄体对准的情况下的、被摄体31、摄影光学系统30、被摄体像33、预定焦点面17、微透镜阵列11及受光元件阵列12的图。
在由摄影光学系统30成像的被摄体31的像33与预定焦点面17相距微透镜13的焦距的2倍以上时，如图6(a)所示，从被摄体31上的某一点32射出并通过了摄影光学系统30的光束35，具有一定展宽地入射到预定焦点面17。也就是说，来自这一点32的光束35入射到多个微透镜13。另外，如图6(b)的放大图所示，在1个微透镜13c，入射有来自被摄体像33上的多个点的光束。由此，如图6(c)所示，在微透镜13c的后侧，投影出与被摄体像33的形状、以及被摄体像33与微透镜13的位置关系相应的像36。
接着，以图7为例，说明本实施方式的机身控制装置101识别并利用于焦点检测和/或焦点调节的图案。
图7(a1)示出具有上下方向的纵条纹的被摄体像33a。在该被摄体像33a成像于从预定焦点面17离开一定距离的位置时，在受光元件阵列12的受光面上形成图7(a2)所示的图案。此时，若从1个受光元件群14中得到沿横向排成一列的受光元件的受光输出，则该一列受光输出包含与纵条纹对应的多个峰值。
如此，在1个受光元件群14中，当在特定方向上排成一列的受光元件的受光输出包含多个峰值时，机身控制装置101判定为被摄体31是具有周期图案的周期被摄体。并且，在其后的焦点检测运算中，在散焦量的绝对值不足预定的阈值时(即判定为处于对焦状态时)，判断为该散焦量不准确(即是伪对焦状态)。这是由于，若假设焦点与被摄体31对准，则此时在1个受光元件群14，应如图5(c)所示那样入射均匀光束，而不可能形成图7(a2)所示的图案。
判断为散焦量不准确(处于伪对焦状态)的机身控制装置101，减小检测孔径角(開角)而重新进行焦点检测运算。也就是说，取代图4(a)所示的左右两端的受光元件，而使用位于更内侧的受光元件来作成一对信号列，进行像偏移检测运算及变换运算。
接着，说明图7(b1)的被摄体像。图7(b1)示出在左右方向上具有清楚的边界(边缘)的被摄体像33b。在该被摄体像33b成像于从预定焦点面17离开一定距离的位置时，在受光元件阵列12的受光面上形成图7(b2)所示的图案。
在从接近的一对受光元件群14检测到完全不同的输出(例如圆15a、15c)、且在其间的受光元件群14(例如圆15b)这两种输出反转的情况下，机身控制装置101判断为被摄体31是具有边缘图案的边缘被摄体。并且，在其后的焦点检测运算中，根据在检测到的边缘的垂直方向上排成一列的受光元件群14，作成用于像偏移检测运算的一对信号列。另外，在比通常时窄的范围选择用于作成一对信号列的受光元件群14，使信号列长比通常时短。这是因为，由于知道了存在清楚的边缘，所以仅将该边缘附近作为焦点检测的对象即可。
接着，说明图7(c1)的被摄体像。图7(c1)示出具有在上下方向上亮度和/或色彩平缓变化的、所谓的渐变状的图案的被摄体像33c。在该被摄体像33c成像于从预定焦点面17离开一定距离的位置时，在受光元件阵列12的受光面上形成图7(c2)所示的图案。
在接近的多个受光元件群14具有同样地伴随平缓变化的(或者几乎无变化)的受光输出的情况下，机身控制装置101判断为被摄体31是具有渐变图案的渐变被摄体。并且，在作成了一对信号列之后，若是通常的方式则对该信号列应用高通滤波器除去多余的低频成分，但此时不应用高通滤波器就进行像偏移检测运算。进而，在作成的一对信号列中，在信号的高低差不足预定量时，判断为被摄体31是低对比度、需要提高像偏移检测运算的精度，根据更多的受光元件作成一对信号列。例如，取代图4(a)所示的将3个受光元件的输出相加，而将6个受光元件的输出相加来作成一对信号列。
如以上所示，本实施方式的机身控制装置101根据通过微透镜13而在受光元件阵列12上形成的像的图案，将焦点检测运算从通常的运算改变为与该图案适合的内容。如上所述，机身控制装置101通过公知的图案匹配来识别图7(a1)～图7(c1)所例示的3个图案(周期图案、边缘图案、渐变图案)。图案匹配只要能至少识别这3个图案即可，可以采用任何方式进行。
(焦点调节控制的说明)
图8是由机身控制装置101执行的焦点调节控制的流程图。图8所示的处理包含于机身控制装置101从未图示的存储器读取并执行的控制程序中。
首先，在步骤S100，机身控制装置101判定是否由用户进行了预定的焦点调节操作(例如释放开关的半按操作)。机身控制装置101反复执行步骤S100直到进行了焦点调节操作，在进行了焦点调节操作时进入步骤S110。机身控制装置101在步骤S110中进行受光元件阵列12的蓄积控制，在步骤S120读取各受光元件群14的受光输出。机身控制装置101在步骤S130中，执行基于读取的受光输出的受光图案识别处理(后述)，对图7(a1)～图7(c1)所例示的图案进行识别。
在步骤S140中，机身控制装置101使用在步骤S120读取到的受光输出的一部分来进行反映了受光图案的识别结果的像偏移检测运算及变换运算，算出散焦量。然后，在步骤S150根据该散焦量计算对焦所需的聚焦透镜203的驱动量。在步骤S160中，判定是否需要驱动聚焦透镜203，即是否已经处于对焦状态，若处于对焦状态则结束图8的处理。在不处于对焦状态时进入步骤S170，机身控制装置101执行透镜驱动控制后返回步骤S110。在透镜驱动控制中，机身控制装置101向镜头控制装置201发送驱动命令，以在步骤S150计算出的透镜驱动量来驱动聚焦透镜203。镜头控制装置201根据该驱动命令，使透镜驱动装置206驱动聚焦透镜203。
图9是在图8的步骤S130中调出的受光图案识别处理的流程图。与图8所示的处理相同，该处理包含于由机身控制装置101执行的控制程序中。首先，在步骤S200中，机身控制装置101从各受光元件群14的受光输出提取由微透镜13投影的像的特征量。特征量是根据颜色、形状、高度、位置、宽度、面积等决定的量，在此只要以至少能够识别图7(a1)～图7(c1)所例示的3种图案的方式进行决定即可。接着，在步骤S210中，机身控制装置101根据提取的特征量进行图案识别。
在步骤S220中，机身控制装置101判定所识别的图案是否是周期图案。在识别出周期图案时进入步骤S270，应用周期被摄体用的焦点检测/焦点调节设定。即设定成：在散焦量的绝对值不足预定的阈值时(即判定为处于对焦状态时)，判断为该散焦量不准确(即为伪对焦状态)。判断为散焦量不准确(即为伪对焦状态)的机身控制装置101减小检测孔径角而重新进行焦点检测运算。
在未识别出周期图案时，进入步骤S230，判定所识别的图案是否是边缘图案。在识别出边缘图案时进入步骤S260，应用边缘被摄体用的焦点检测/焦点调节设定。即，根据在检测出的边缘的垂直方向上排成一列的受光元件群14作成用于像偏移检测运算的一对信号列。并且，对于用于作成一对信号列的受光元件群14，在比通常时窄的范围内选择，使信号列长比通常时短。
在未识别出边缘图案时，进入步骤S240，判定所识别的图案是否是渐变图案。在识别出渐变图案时进入步骤S250，应用渐变被摄体用的焦点检测/焦点调节设定。即，在作成一对信号列之后，对信号列不应用高通滤波器而进行像偏移检测运算。而且，在作成的一对信号列中，在信号的高低差小于预定量时，判断为被摄体31为低对比度、需要提高像偏移检测运算的精度，从更多的受光元件作成一对信号列。
根据上述第一实施方式的相机系统，可得到如下的作用效果。
(1)机身控制装置101基于受光元件群14的受光输出，识别由多个微透镜13在受光元件阵列12的受光面上形成的被摄体像的图案，通过根据受光元件阵列12的受光输出检测分别通过了摄影光学系统的不同区域的一对光束的相位差来进行适于该图案的焦点调节，所述受光元件群14由与呈二维状配置的多个微透镜13分别对应地配置在该微透镜13后侧的多个受光元件构成。因为这样设置，所以能够进行与被摄体的图案相符的准确且有效的焦点调节。
(2)机身控制装置101在识别出周期图案时，即使检测到对焦状态也会判断为其是伪对焦状态，减小检测孔径角而重新进行焦点检测运算。因为这样设置，所以对于条纹图案等的容易产生伪对焦的被摄体，也能进行准确且有效的焦点调节。
(3)机身控制装置101在识别出边缘图案时，从在检测出的边缘的垂直方向上排成一列的受光元件群14选择比通常时少的受光元件群14，并根据所选择的受光元件群14作成用于像偏移检测运算的一对信号列。因为这样设置，所以对于具有清楚边缘的被摄体，能够进行除去在边缘部分以外的部位所存在的干扰等的影响的、准确且有效的焦点调节。而且，由于信号列比通常时短，因此能够高速进行焦点检测运算。
(4)机身控制装置101在识别出渐变图案时，在作成一对信号列之后，对信号列不应用高通滤波器而进行像偏移检测运算。而且，在作成的一对信号列中，在信号的高低差不足预定量时，判断为被摄体31是低对比度、需要提高像偏移检测运算的精度，根据更多的受光元件作成一对信号列。因为这样设置，所以对于渐变这样的难以进行焦点检测的被摄体也能进行准确且有效的焦点调节。
(第二实施方式)
本实施方式的相机系统具有与图1所示的第一实施方式的相机系统相同的结构。与第一实施方式的区别仅在于机身控制装置101所执行的焦点检测处理。以下，对于本实施方式，主要说明与第一实施方式的区别，对除此之外的部位省略说明。
图10(a)表示具有上下方向的纵条纹的被摄体像43a。被摄体像43a所具有的纵条纹在横向上每隔周期T1地配置，构成周期图案。在被摄体像43a成像于从预定焦点面17离开一定程度的位置时，在受光元件阵列12的受光面上形成图10(b)所示的周期图案。机身控制装置101对受光元件阵列12的受光输出应用上述的图案匹配，由此识别出被摄体31所具有的图10(a)这样的周期图案。当机身控制装置101识别出这样的周期图案时，在其后的焦点检测运算中，在散焦量的绝对值不足预定的阈值时(即判定为处于对焦状态时)，判断为该散焦量不准确(即为伪对焦状态)。
判断为散焦量不准确(即为伪对焦状态)的机身控制装置101使透镜驱动装置206向识别出的周期图案的周期变长的方向以预定量驱动聚焦透镜203，然后重新进行焦点检测运算。例如，此前向无限远方向驱动聚焦透镜203来进行焦点调节，结果成为当前的伪对焦状态，此时向相反方向(近距离方向)驱动聚焦透镜203。结果，图10(b)所示的周期T2的周期图案如图10(c)所示，成为比周期T2长的周期T3的周期图案。
(焦点调节控制的说明)
图11是由机身控制装置101执行的焦点调节控制的流程图。图11所示的处理包含于机身控制装置101从未图示的存储器读取并执行的控制程序中。
首先，在步骤S300中，机身控制装置101判定是否由用户进行了预定的焦点调节操作(例如释放开关的半按操作)。机身控制装置101反复执行步骤S300直到进行了焦点调节操作，在进行了焦点调节操作时进入步骤S310。机身控制装置101在步骤S310进行受光元件阵列12的蓄积控制，在步骤S320读取各受光元件群14的受光输出。
在步骤S330中，机身控制装置101使用在步骤S320读取到的受光输出的一部分进行上述的像偏移(相位差)检测运算及变换运算，算出散焦量。然后，在步骤S360中判定是否需要驱动聚焦透镜203、即是否已经处于对焦状态，若处于对焦状态则进入步骤S350。另一方面，在不处于对焦状态时进入步骤S370，机身控制装置101根据算出的散焦量计算对焦所需的聚焦透镜203的驱动量。然后，机身控制装置101执行透镜驱动控制后返回步骤S310。在透镜驱动控制中，机身控制装置101向镜头控制装置201发送驱动命令，以在步骤S370运算出的透镜驱动量来驱动聚焦透镜203。镜头控制装置201根据该驱动命令，来使透镜驱动装置206驱动聚焦透镜203。
在步骤S350中，机身控制装置101执行后述的伪对焦判定处理。并且，在步骤S360中，判定是否检测到伪对焦。在未检测到伪对焦时，由于处于准确对焦状态，因此结束图11所示的处理。另一方面，在检测到伪对焦时进入步骤S390，机身控制装置101决定在受光元件阵列12上形成的周期图案的周期变长的聚焦透镜203的驱动方向。
例如，在开始图11的处理后，某次在步骤S340判定为不是对焦状态，此时为了成为对焦状态而驱动聚焦透镜203，而后到达步骤S390，若是这种情况下，与此时的驱动方向相反的方向为“周期图案的周期变长的驱动方向”。
此外，在开始图11的处理之后一次都未驱动聚焦透镜203就到达步骤S390的情况下，暂且向预定方向驱动聚焦透镜203，确认其后周期图案的周期是否变长即可。此时，若周期变短，则重新向与该方向相反的方向驱动聚焦透镜203，由此能够向“周期图案的周期变长的驱动方向”驱动聚焦透镜203。
在步骤S395中，机身控制装置101进行聚焦透镜203的驱动控制，向由步骤S390决定的方向以预定量驱动聚焦透镜203。具体而言，向镜头控制装置201发送驱动命令，以使得向该方向以预定量驱动聚焦透镜203。其后返回步骤S310，重新进行从受光元件阵列12的蓄积控制开始的处理。
图12是在图11的步骤S350中调出的伪对焦检测处理的流程图。与图11所示的处理相同，该处理包含于由机身控制装置101执行的控制程序中。首先，在步骤S400中，机身控制装置101检测在图11的步骤S330中相位差检测所使用的各受光元件中的、受光输出最大的受光元件(即受光输出的峰值位置)。在接下来的步骤S405中，机身控制装置101从与在步骤S400中检测出的受光元件对应的受光元件群14(由覆盖该受光元件的微透镜13覆盖的受光元件群14)的受光输出，提取由微透镜13投影的像的特征量。特征量是根据颜色、形状、高度、位置、宽度、面积等决定的量，在此只要以至少能够识别图10(b)所例示的周期图案的方式决定特征量即可。接着，在步骤S410中，机身控制装置101根据提取的特征量进行图案识别。
在步骤S420中，机身控制装置101判定是否识别出周期图案。在识别出周期图案时进入步骤S410，判断为当前是伪对焦状态。即，判断为在图11的步骤S330中算出的散焦量不准确。
根据上述第二实施方式的相机系统，可得到如下的作用效果。
(1)机身控制装置101基于受光元件群14的受光输出，识别由多个微透镜13在受光元件阵列12的受光面上形成的被摄体像的图案，通过根据受光元件阵列12的受光输出检测分别通过了摄影光学系统的不同区域的一对光束的相位差来进行适于该图案的焦点调节，所述受光元件群14由与呈二维状配置的多个微透镜13分别对应地配置在该微透镜13后侧的多个受光元件构成。因为这样设置，所以能够进行与被摄体的图案相符的准确且有效的焦点调节。
(2)机身控制装置101在识别出周期图案时，即使检测到对焦状态也会判断为其是伪对焦状态，减小检测孔径角而重新进行焦点检测运算。因为这样设置，所以对于条纹图案等的容易产生伪对焦的被摄体，也能进行准确且有效的焦点调节。
(3)机身控制装置101在识别出边缘图案时，从在检测出的边缘的垂直方向上排成一列的受光元件群14选择比通常时少的受光元件群14，并根据所选择的受光元件群14作成用于像偏移检测运算的一对信号列。因为这样设置，所以对于具有清楚边缘的被摄体，能够进行除去在边缘部分以外的部位所存在的干扰等的影响的、准确且有效的焦点调节。而且，由于信号列比通常时短，因此能够高速进行焦点检测运算。
(4)机身控制装置101在识别出渐变图案时，在作成一对信号列之后，对信号列不应用高通滤波器而进行像偏移检测运算。而且，在作成的一对信号列中，在信号的高低差不足预定量时，判断为被摄体31是低对比度、需要提高像偏移检测运算的精度，从更多的受光元件作成一对信号列。因为这样设置，所以对于渐变这样的难以进行焦点检测的被摄体也能进行准确且有效的焦点调节。
如下的变形也在本发明的范围内，可以将一个或多个变形例与上述的实施方式组合。
(变形例1)
在图3中，例示了为了焦点检测选择沿横向排列的5个受光元件群14a～14e的情况，但也可以选择在除此以外的方向排成一列的受光元件群14。另外，可以选择多于5个或少于5个的受光元件群14，也未必一定要选择连续的受光元件群14。例如可以选择隔1个排列的受光元件群14。
(变形例2)
在周期图案识别时，在进行了伪对焦判定时，可以不用小孔径角重新进行焦点检测运算，而是使聚焦透镜203的驱动方向反转。例如，可以在向近距离方向驱动聚焦透镜203之后或驱动过程中进行了伪对焦判定时，向无限远方向驱动聚焦透镜203来重新进行焦点检测。
(变形例3)
在上述的实施方式中，机身控制装置101所识别的周期、边缘、渐变这些图案不过是一例，也可以识别其他图案来进行适于其图案的焦点检测运算和/或焦点调节控制。另外，相反，也可以设为机身控制装置101仅识别周期图案、或仅识别边缘图案。
(变形例4)
微透镜阵列11及受光元件阵列12可以与图2所示的不同。例如可以利用正方排列等与图2所示排列不同的排列方法来对微透镜13及受光元件群14的排列进行排列。可以将微透镜13的形状做成除圆形以外(例如六角形等)的形状。另外，构成受光元件群14的受光元件的排列可以是除正方排列以外的排列。例如可以将受光元件排列成，受光元件群14成为与微透镜13的形状相符的接近圆形的形状，还可以将受光元件排列成横一列和/或纵一列等。除此之外，还可以省略微透镜13之间的遮光掩模。
(变形例5)
在进行焦点检测时，对于为了作成一对信号列而选择的受光元件，可以从除了图4(a)所示的左右两端的3个受光元件以外的受光元件来选择。另外，未必一定要进行像素相加。也就是说，在图4(a)中，通过将3个受光元件的受光输出相加而作成a(1)、a(2)等的值，但也可以将1个受光元件的受光输出作为a(1)、a(2)等。
(变形例6)
即使在识别出除周期图案以外的图案时，在其后的焦点检测中判定为对焦状态时，也可以判断为是伪对焦状态。这是因为，对焦时一定会如图5(c)所示，在1个微透镜13的后侧形成一样的像。
(变形例7)
周期图案的识别方法可以是不使用上述的图案匹配的方法。例如，能够通过在由某一个微透镜13覆盖的1个受光元件群14中，根据其受光输出检测沿着预定方向(例如横向、纵向、斜向等)的边缘，由此识别周期图案。此处，边缘是指在相邻的2个受光元件中，其受光输出变化得大(超过预定的阈值)的地点。在该情况下，检测到的多个边缘的间隔是图案的周期。
另外，也可以通过对于由沿预定方向排列的多个微透镜13分别覆盖的多个受光元件群14的各个，算出该受光元件群14的输出的合计值，并比较这些多个合计值，由此识别周期图案。在摄影光学系统处于对焦状态时，如图5(c)所示，会在1个微透镜13的背面照射均匀的光，因此在被摄体像具有周期图案时，如图10(c)所示，相邻的2个受光元件群14的输出合计值之差变大。换言之，根据相邻的2个受光元件群14的输出合计值来检测边缘。另一方面，在伪对焦状态时，如图10(b)所示，在1个微透镜13的背面形成有周期图案，结果，相邻的2个受光元件群14的输出合计值之差相对变小。也就是说，能够通过对各受光元件群14合计其受光输出，对输出合计值进行排列来检测边缘，由此识别周期图案。
(变形例8)
也可以将本发明应用于具有快速复原反射镜(quick return mirror)的所谓单反相机。在该情况下，进行如下设置即可：在快速复原反射镜的背面设置副反光镜，以入射到快速复原反射镜的被摄体光的一部分透过快速复原反射镜而入射到副反光镜的方式构成快速复原反射镜，由副反光镜反射的被摄体光入射到焦点检测单元104。另外，也可以使拍摄元件102如焦点检测单元104那样由微透镜阵列11和受光元件阵列12构成，由受光元件阵列12进行焦点检测和静止画面的拍摄这二者。
(变形例9)
也可以不是可换镜头200，而是相机机身100具备透镜驱动装置206和/或光圈驱动装置207。在该情况下，透镜驱动装置206和/或光圈驱动装置207所具有的未图示的致动器被构成为，其驱动力经由未图示的驱动机构而传递到可换镜头200内的聚焦透镜203和/或光圈205。
只要不有损本发明的特征，本发明并不限定于上述实施方式，在本发明的技术构思的范围内可想到的其他方式，也包含于本发明的范围内。
如下主张优先权的基础申请的公开内容通过引用而编入本申请。
日本国专利申请2012年第100150号(2012年4月25日申请)
日本国专利申请2012年第158796号(2012年7月17日申请)
附图标记的说明
1…相机，100…相机机身，101…机身控制装置，102…拍摄元件，103…半透半反镜，104…焦点检测单元，106…目镜，108…电子取景单元，110…监视器，200…可换镜头，201…镜头控制装置，202、204…透镜，203…聚焦透镜，205…光圈，206…透镜驱动装置，207…光圈驱动装置。

Claims (11)

1.一种焦点检测装置，具备：
微透镜阵列，其具有供透过了成像光学系统的光束入射的多个微透镜；
受光部，其按每个所述微透镜而配置有具有多个受光元件的受光元件群；
识别部，其基于所述受光元件群的输出数据来识别由所述成像光学系统所成的像的特征；
焦点检测部，其基于所述受光元件的输出数据，通过相位差检测方式来计算由所述成像光学系统所成的像与所述受光部的偏移量；以及
机身控制装置，其根据由所述识别部识别出的特征，来控制由所述焦点检测部进行的计算所述偏移量的方法。
2.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述识别部，在所述受光元件群内的排成一列的所述受光元件的输出数据中含多个峰值的情况下，判定为由所述成像光学系统所成的像的特征为周期图案。
3.根据权利要求2所述的焦点检测装置，其中，
所述机身控制装置，在所述识别部判定为由所述成像光学系统所成的像的特征为周期图案、并且由所述焦点检测部计算的所述偏移量不足预定值的情况下，判定为伪对焦状态。
4.根据权利要求3所述的焦点检测装置，其中，
所述机身控制装置，在判定为伪对焦的情况下，将所述焦点检测部控制为基于孔径角更小的一对光束来进行相位差检测。
5.根据权利要求3所述的焦点检测装置，其中，
所述机身控制装置，在判定为伪对焦的情况下，使所述成像光学系统所具有的聚焦透镜的驱动方向反转并进行由所述焦点检测部进行的所述偏移量的计算。
6.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述识别部，在二个不同的所述受光元件群的输出数据不同、并且在位于所述二个不同的所述受光元件群之间的所述受光元件群的输出数据中含有所述二个不同的所述受光元件群的反转的输出数据的情况下，判定为由所述成像光学系统所成的像的特征为边缘图案。
7.根据权利要求6所述的焦点检测装置，其中，
所述机身控制装置，在所述识别部判定为由所述成像光学系统所成的像的特征为边缘图案的情况下，将所述焦点检测部控制为使用根据在检测出的边缘的垂直方向上排成一列的受光元件群所作成的数量更少的信号列来进行相位差检测。
8.根据权利要求1所述的焦点检测装置，其中，
所述识别部，在多个所述受光元件群的输出数据在所述受光元件群内平缓变化的情况下，判定为由所述成像光学系统所成的像的特征为渐变图案。
9.根据权利要求8所述的焦点检测装置，其中，
所述机身控制装置，在所述识别部判定为由所述成像光学系统所成的像的特征为渐变图案的情况下，将所述焦点检测部控制为进行使用所述受光元件的含低频分量的输出数据的相位差检测，而且在一对信号列中信号的高低差不足预定量时进行使用更多的受光元件的相位差检测。
10.一种焦点调节装置，具备：
权利要求1～5中任一项所述的焦点检测装置；以及
基于由所述焦点检测装置检测出的所述偏移量，进行所述成像光学系统的焦点调整的焦点调节部。
11.一种拍摄装置，具备权利要求10所述的焦点调节装置。
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