JP2005284134A - 合焦情報取得用検出装置及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】限られたスペースに配置可能で高精度の合焦情報を取得できるようにすること。
【解決手段】対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系（フォーカシングレンズ１４，クイックリターンミラー１８，サブミラー２４，透過型ミラー３２）の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を第１の輝度情報取得用センサ３４と第２の輝度情報取得用センサ３６で取得する。ここで、上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように輝度情報取得用センサ３４，３６及び等価合焦予定面３０−１，３０−２を光路長順に並べた場合に、１組の輝度情報取得用センサ３４，３６の間に上記等価合焦予定面位置が挟まれるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子を経て被写体の像を結像し、取得したボケ状態の異なる複数の輝度情報から合焦情報を取得する合焦情報取得用検出装置及びそのような合焦情報取得用検出装置を用いた撮像装置に関する。

例えば、特許文献１には、合焦予定面の前後に所定の光路差を持って配置された一対の受光素子上に物体像を投影し、得られた像情報を用いて所定の評価関数に基づき、物体の合焦状態を検出する手法が提案されている。基本的な利用方法としては、図８に示すような合焦判定装置付カメラにおいて、合焦予定面を挟み同距離離れた二面で物体情報を得ることで、いわゆる前ピン、後ピンを判断し、合焦用光学系の例えばフォーカシングレンズを正しい調整方向への駆動することに役立てていた。

図８及び図９を用いて、従来のカメラにおける合焦情報取得方法の一例を説明する。

図８は、一眼レフ型デジタルカメラの構成を示す模式図である。即ち、カメラ本体１０に交換レンズ１２が脱着可能に取り付けられている。交換レンズ１２は、複数のレンズ、レンズ群、絞り、鏡筒などによって構成され、焦点距離、フォーカシングレンズ位置、光量などが調整可能なものである。このような交換レンズ１２の構成は、図では簡略化のためにフォーカシングレンズ１４のみを代表して記載し、その他の図示は省略する。フォーカシングレンズ１４を経て入射する図示せぬ対象物体からの光は、撮像時には図示せぬシャッタが開くことでカメラ本体１０内に設置された撮像センサ（撮像素子）１６上に結像される。図示せぬビューファインダで被写体を観察する時には、フォーカシングレンズ１４を経て入射する一部の光がクイックリターンミラー１８によって反射され、マット面２０上に結像し、この像をペンタプリズム２２を経てビューファインダに導いている。

また、上記クイックリターンミラー１８は一部が透過ミラーになっており、この透過部を透過する一部の被写体光は全反射型のサブミラー２４で反射され、いくつかの光学素子構成の代表として記載された合焦センサ用光学系２６を通過した後、合焦センサ２８に導かれる。そして、この合焦センサ２８にて取得されたセンサ情報に基づき、図示せぬ演算部で適切な演算を行うことによって、フォーカシングレンズ１４のフォーカシングレンズ位置を合焦位置にまで移動するための指令値が生成される。

次に、図９を用いて、位相差検出方式の合焦情報取得構成系に関する説明を行う。図９は、図８から位相差検出方式に必要な光学構成を取り出して示したもので、更に説明に必要な構成を追加し図示している。

即ち、図示せぬ被写体から出た光線は、フォーカシングレンズ１４を経て等価合焦予定面３０と、コンデンサレンズ２６Ａ、視差を持って配置された瞳分割用レンズ２６Ｂ，２６Ｃ、図示せぬ視野マスクなどから構成される合焦センサ用光学系２６とを経て、最終的に、複数のラインＣＣＤ等から構成される合焦センサ２８に結像される。この位相差検出方式においては、瞳分割用レンズ２６Ｂ，２６Ｃを経て合焦センサ２８で得られる被写体像信号の合焦時の位相差情報の予定値と、実際に取得された位相差情報との差から、撮像センサ１６で撮像される画像を合焦状態に至らしめるまでのフォーカシングレンズ１４の移動指令値を演算している。

なおここで、等価合焦予定面３０とは、被写体と合焦センサ２８との途中に介在する光学部材の反射率、屈折率、光路の折り曲げなどを考慮した光路長が、やはり同様に被写体と撮像センサ１６の撮像面までの間に撮像時に介在する光学構成の反射率、屈折率などを考慮した光路長と等価で、且つフォーカシングレンズ１４で定義した光軸と光学的に等価な直線に対して垂直な平面を示す。

また、特許文献２では、ボケ状態の異なる複数の画像を演算処理することによりスプレッドパラメータを算出し合焦判定するために、光路長の異なる２箇所で画像情報を取得する方法が記載されている。

ここで、スプレッドパラメータとは、画像情報のボケ状態を示す代表値であり、光学系のポイントスプレッドファンクションに関連し、被写体の一点から光学系の数多の経路を経て像面に点が点としてではなく領域として結像した場合の分散値を代表している。

図１０及び図１１（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、上記特許文献２に開示された合焦判定方法に関して説明を行う。

上記特許文献２に記載されている合焦判定方法の概略ステップを説明すると、図１０に示すようになる。これら概略ステップで行われる演算処理の詳細は、上記特許文献２に記載されているので、ここでは説明を省略する。

本合焦判定方法では、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、同一被写体、同一部位Ｐの最低２枚の合焦判定用画像輝度情報１００を、撮像画像１０２のボケ状態に影響を与える撮影パラメータを最低１つ変更することによって、取得する。撮影パラメータとしては、フォーカシングレンズ位置、絞り量、焦点距離などがあるが、本説明では合焦予定面と被写体間の光路長のみを変更する場合に限定して説明を行う。

本合焦判定方法によるとまず、例えば等価合焦予定面と被写体間の光路長を変更するためにフォーカシングレンズ１４を規定の第１の場所及び第２の場所に移動し（ステップＳ１０Ａ、ステップＳ１０Ｂ）、それぞれ第１及び第２の画像輝度情報を取得する（ステップＳ１２Ａ、ステップＳ１２Ｂ）。それぞれ取得された画像は、像倍率、輝度分布などの正規化処理が行われ（ステップＳ１４Ａ、ステップＳ１４Ｂ）、必要であれば取得画像情報中の合焦判定をすべき領域を選択する（ステップＳ１６Ａ、ステップＳ１６Ｂ）。選択はどちらか一方の画像情報に対して行い、もう一方の画像情報に対しては対応領域が選定される。続いて、選択された第１及び第２の画像情報の合焦判定領域に対しスプレッドパラメータを演算するための平滑化などの前処理演算が行われ（ステップＳ１８Ａ、ステップＳ１８Ｂ）、それら２つの前処理演算結果を統合することによって、本手法における撮像画像のスプレッドパラメータが算出される（ステップＳ２０）。なお、予め、このスプレッドパラメータと、このスプレッドパラメータに対して合焦状況が取得できるはずのフォーカシングレンズ位置との対応データベースが取得されている。従って、今得られたスプレッドパラメータをこの対応データベースで参照すれば、合焦状態を得るべき図示しないフォーカシングレンズ駆動用アクチュエータの移動指令値が生成されるようになっている（ステップＳ２２）。
特公平３−５２６０７号公報 米国特許第４，９６５，８４０号明細書

上記特許文献２に開示されているような合焦判定手法を用いてスプレッドパラメータを算出する場合には、次のような課題がある。

本合焦判定手法において光路長の異なる条件で、つまりはボケ状態の異なる第１の画像情報と第２の画像情報とにより最終的にスプレッドパラメータを算出するわけであるが、ボケ状態が違い過ぎるとスプレッドパラメータ算出において演算上の破綻をきたし、正確な値が求まらない恐れがある。

また、合焦判定する光路長が、実際に合焦判定すべき撮像面と異なり過ぎると、実際のボケ状態も異なり過ぎて撮像面上での合焦精度が低下する場合がある。

更に、昨今の多機能小型集約型撮像装置に合焦情報取得手段を組み込むにも配置スペースの余裕が無いため、上記課題を満足し配置することが困難である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、限られたスペースに配置可能で高精度の合焦情報を取得する合焦情報取得用検出装置及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の合焦情報取得用検出装置の一態様は、対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を取得する輝度情報取得手段を具備し、上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように輝度情報の取得位置及び上記合焦予定面と光学的に等価である等価合焦予定面を光路長順に並べた場合に、少なくとも１組の輝度情報取得の位置の間に、上記等価合焦予定面位置が挟まれていることを特徴とする。

また、本発明の合焦情報取得用検出装置の別の態様は、対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を取得する輝度情報取得手段を具備し、上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように上記輝度情報取得手段の配置位置及び上記合焦予定面と光学的に等価である等価合焦予定面位置を光路長順に並べた場合に、少なくとも１組の輝度情報取得手段配置位置間に、上記等価合焦予定面位置が挟まれていることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置の一態様は、対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系と、上記本発明の合焦情報取得用検出装置の一態様または別の態様のような合焦情報取得用検出装置と、上記合焦予定面に配された撮像素子と、を具備することを特徴とする。

なお、本明細書において、用語「合焦予定面」とは撮像装置が構成される場合に撮像装置上の基準位置から撮像素子受光面の位置を決定付けるものであって、同時に撮像光学系も撮像装置基準点から所定の位置にあることが想定された上で規定されている。合焦予定面位置は撮像光学系の様々な収差を含む光学特性や製造、組み立て上の誤差を鑑みて存在範囲に幅をもって光学系に設定された光軸に垂直な面として決定されているとする。等価合焦予定面は合焦予定面と光学的に等価な位置で、途中に介在するあらゆる光学素子の収差等を含む光学特性、製造、組み立て上の誤差を鑑みて、合焦予定面の存在範囲に対応して光学的に等距離な位置にやはり合焦予定面に対して既定できる光軸と等価な光軸に垂直な面として決定付けられる。

また、「輝度情報」とはモノクロ撮像素子の場合には得られたセンサ信号情報そのものを示す。また、カラー撮像素子の場合にはカラーフィルターそれぞれで取得された各カラーバンド毎の信号情報、例えばＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの信号情報であっても良いし、これらの信号情報を合成することによって得られた単一の信号情報であっても構わない。信号情報自体もエリア型のセンサから取得された２次元的な配置を有する一般的画像情報や、この２次元的画像情報が１次元的に並べ替えられたもの、またライン型のセンサから取得された１次元的なもの、撮像素子自体が１セグメントでその１点の情報など、信号情報の形式に制限を加えない。

本発明によれば、限られたスペースに配置可能で高精度の合焦情報を取得する合焦情報取得用検出装置及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、図８に示した一眼レフ型デジタルカメラの構成のうち、本発明の一実施形態に必要な部位を切り出すと共に新たに必要な構成を付与したものである。

即ち、図示せぬ被写体から出た光線の一部がフォーカシングレンズ１４を通過し、クイックリターンミラー１８の光透過部を経て、更にサブミラー２４で反射され、透過型ミラー３２で透過した光線が、図８における等価合焦予定面３０に相当する第１の等価合焦予定面３０−１に対して光路上で被写体側に位置する第１の輝度情報取得用センサ３４に結像されている。また、透過型ミラー３２で反射された光線は、第２の等価合焦予定面３０−２を経て、光路上で等価合焦予定面３０より非被写体側に配置されている第２の輝度情報取得用センサ３６に結像されている。

次に、図２（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて、第１の輝度情報取得用センサ３４及び第２の輝度情報取得用センサ３６と等価合焦予定面３０との位置関係によって、輝度情報取得用センサ３４，３６に必要とされる受光面の大きさがどのように変化するかを説明する。

図２（Ａ）乃至（Ｃ）は、図１の透過型ミラー３２での光路折り曲げを仮想的に取り除き、一直線上に第１の輝度情報取得用センサ３４及び第２の輝度情報取得用センサ３６と、等価合焦予定面３０を記載している図である。

ここで、仮に第１の輝度情報取得用センサ３４と第２の輝度情報取得用センサ３６との間隔を一定値ｄとすると、図２（Ａ）乃至（Ｃ）の比較で分かるように、同一合焦判定領域の異なるボケ状態の輝度情報を取得するために必要な、太線で示した受光面の大きさは、第１の輝度情報取得用センサ３４及び第２の輝度情報取得用センサ３６の間に等価合焦予定面３０を挟むように配置した場合に最も小さくなる。従って、そのように配置することで、より小型の輝度情報取得用センサで合焦判定が可能となるので、合焦判定装置のサイズを小型にし、撮像装置への搭載を容易にすることが可能となる。

なお、図２（Ａ）乃至（Ｃ）では、理想的概念図として等価合焦予定面３０上で被写体からの光線が合焦状況にある図を描いている。しかし、実際には、フォーカシングレンズ１４の位置、カメラから被写体までの距離に応じて、等価合焦予定面３０に対して前ピン、後ピンの状態が存在する。その場合には、被写体からの光線が最も絞られる位置が等価合焦予定面３０とはズレるため、合焦の過程としては図２（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて説明した受光部の大小関係は実際には成立しない。しかしながら、距離ｄに比べ前ピン、後ピン状態での等価合焦予定面３０からの距離、つまりはディフォーカス量が小さいときには、これまでの説明が成立し、特に合焦精度が要求される合焦の詰めの段階ではこの条件が満たされることになる。

なお、上記透過型ミラー３２としては、透過率５０％のハーフミラーを用いるのが演算処理上適当であるが、アルゴリズムや処理の都合によっては透過率が３３％、６６％など任意の透過率でも良い。透過率に関しては制限を与えない。

また、本実施形態では、合焦情報取得のために光路上に反射光学系のみを設けたが、必要に応じて凹レンズ、凸レンズ、ＮＤフィルタなどの任意の光学素子を介在させても構わない。

輝度情報取得用センサ３４，３６は、例えば、６４０×４８０画素程度のエリア型ＣＣＤまたはエリア読み出し可能なＣＭＯＳセンサや、複数のラインセンサがアイランド状に配置された専用センサなど様々な形態が可能である。また、カラー、白黒、赤外波長、紫外波長に特化されたものでも良い。センサの形式に関しては制限を与えない。また、白黒型センサの場合には、取得されたセンサ情報をそのまま輝度情報として用いるが、カラー型の場合には、例えばＲ，Ｇ，Ｂの各輝度情報のうち、Ｇ成分のみを用いて輝度情報とするなどでも良いし、Ｒ，Ｇ，Ｂを一定の比率で合成することによって輝度情報を獲得しても構わない。

配置スペースの制限のために、各等価合焦予定面３０−１及び３０−２に対してそれぞれ輝度情報取得用センサ３４，３６は各々の面に立てた法線方向が斜めになるように配置することも可能であるが、均一な光線受光という観点で同一方向を向くように配置することが望ましい。

また、フォーカシングレンズ１４で定義され、透過型ミラー３２を通過する光軸と透過型ミラー３２との傾きの設定の仕方によっては、等価合焦予定面３０−１及び３０−２の傾きをセンサ配置スペースにあわせて調整することも可能である。等価合焦予定面３０−１及び３０−２が直交するように設計した場合には、輝度情報取得用センサ３４，３６の位置関係の既定が、製作容易かつ高い精度で、更に組み立てが容易に実現可能である。

［第１実施形態の第１の変形例］
上記第１実施形態では、第２の輝度情報取得用センサ３６を１個のみとしているが、その設置数は２個以上でも構わない。

即ち、図３に示すように、光路上被写体側から向かって第２の等価合焦予定面３０−２から後方に更に透過型ミラー３８を配置し、サブミラー２４を経て透過型ミラー３２によって反射された光線の一部を更に、その透過型ミラー３８で一部を透過させた透過光を一方の第２の輝度情報取得用センサ３６−１で受光する。また、上記一方の第２の輝度情報取得用センサ３６−１とは異なる光路長位置に他方の第２の輝度情報取得用センサ３６−２を配置し、上記透過型ミラー３８での反射光をこの他方の第２の輝度情報取得用センサ３６−２で受光している。

図３においては、これら第２の輝度情報取得用センサ３６−１と３６−２は等価合焦予定面３０−２に対して光学的に異なる光路長位置に配置されていて、第１の輝度情報取得用センサ３４と第２輝度情報取得用センサ３６−１及び３６−２の何れの組み合わせでも、センサ間に等価合焦予定面３０−１及び３０−２が挟まれて配置されている。この配置によって、３つの輝度情報取得用センサ３４，３６−１，３６−２の相対距離を一定とした場合には、図２（Ａ）乃至（Ｃ）で行った説明と同様に、輝度情報取得用センサに必要とされる受光面の面積は最小化され、合焦判定装置の小型化を実現可能とする。

３個以上の輝度情報取得用センサを配置するためには、同様の発想で透過型ミラーを複数設置すれば良い。そして、そのように輝度情報取得用センサが３個以上になっても、同等の効果が発揮されることは言うまでも無い。

［第１実施形態の第２の変形例］
また、少なくとも１組の輝度情報取得用センサ間に合焦予定面（等価合焦予定面）を配置することによって得られるこれまでに述べた効果は、輝度情報取得用センサを１つだけ配置し、フォーカシングレンズ１４を光軸に平行に前後に駆動することによっても同等に得られる。

例えば、図４に示すように、等価合焦予定面３０上に、第１の輝度情報取得用センサ３４を配置する。そして、図５（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、被写体からの光線が合焦状態である状況を初期位置としてフォーカシングレンズ１４を初期位置から光軸に沿って前後に移動し、所望のタイミングで第１の輝度情報取得用センサ３４で情報を取得すれば、結果的に等価予定合焦面３０を挟んだ位置２箇所で輝度情報取得が行われる。従って、第１の輝度情報取得用センサ３４での受光面面積はやはり小さくて済むことになる。

なお、図５（Ａ）乃至（Ｃ）において参照番号は共通なものであるので、図面の簡略化のために、図５（Ａ）にのみ付している。

［第１実施形態の第３の変形例］
また更に、図６及び図７（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、合焦判定用の専用センサを配置せずに、撮像センサ１６を、撮像センサ駆動用アクチュエータ４０で光軸と平行に前後させ、少なくとも二つの取得位置で輝度情報を取得しても同様である。ここで、図７（Ａ）乃至（Ｃ）において参照番号は共通なものであるので、図面の簡略化のために、図７（Ａ）にのみ付している。

上記撮像センサ駆動用アクチュエータ４０の一例としては、例えば、特開２００１−９７９６号公報及び特開２００１−９７９７号公報に開示されているような静電駆動型のアクチュエータを利用することができる。即ち、面上にそのような静電駆動型アクチュエータを多数配置し、撮像センサ１６を支持すれば、撮像センサ１６の初期位置面から面内にほぼ水平に面内運動させると共に、面に対して垂直な方向に前後させることも可能となる。これによって、撮像センサ１６の初期位置たる等価合焦予定面かつ合焦予定面に対して、撮像センサ１６を、図７（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように被写体側及び非被写体側に移動させることが可能になる。

この場合には、撮像センサ１６自体のセンササイズが小さくなるのではなく、撮像センサ１６上に設定する合焦判定用切り出し領域が小領域に設定できるので、結果的に少ない輝度情報の転送負荷も軽減し、演算量も少なくて済む。従って、高速な合焦判定装置を提供可能とする。

なお、本変形例では、撮像センサ１６側を移動させたが、光路長を変化させれば良いので、フォーカシングレンズ１４を光軸と平行に前後させて輝度情報を所望のタイミングで取得しても同様の効果が得られる。また、本方法はクイックリターンミラー１８、サブミラー２４などの構成がもともと無いコンパクトデジタルカメラなどでも適用可能な手法である。

更に、本変形例では、撮像センサ１６を移動することによりボケ状態の異なる輝度情報を取得しているが、同様の考え方で、図４の第１の輝度情報取得用センサ３４にアクチュエータを付与することにより光路に沿って前後に移動することで、同様の機能を実現することも可能となる。このように、移動するセンサは制限しない。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施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。

例えば、本発明は、上記実施形態で説明したようなデジタル一眼レフカメラへの応用に制限されるものではなく、非デジタルカメラ、交換レンズやクイックリターンミラー等を有しないコンパクトデジタルカメラ、顕微鏡、内視鏡、望遠鏡など、あらゆるタイプの撮像装置の合焦情報取得用検出装置に転用可能である。

（付記）
上記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） 対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系（１４，１８，２４，３２）の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を取得する輝度情報取得手段を具備し、
上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように輝度情報の取得位置及び上記合焦予定面と光学的に等価である等価合焦予定面を光路長順に並べた場合に、少なくとも１組の輝度情報取得の位置の間に、上記等価合焦予定面位置が挟まれていることを特徴とする合焦情報取得用検出装置。

（対応する実施形態）
この（１）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図５（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。

（作用効果）
ボケ状態が異なる合焦判定用の輝度情報を取得しスプレッドパラメータを算出する方法においては、最終的に合焦状態を得る合焦予定面にて、より精度良くスプレッドパラメータを算出する必要がある。ボケ量が大きすぎるとアルゴリズム上スプレッドパラメータ算出の精度が低下する。精度低下を招かない程度の範囲で輝度情報を取得する位置間隔を決定し、合焦判定領域を一定にして考えると、合焦予定面からの距離が遠ざかれば遠ざかるほど輝度情報を取得するセンサは大きなサイズが必要となる。

この（１）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、合焦予定面を挟んで輝度情報取得位置が存在するので、必要な輝度情報取得用センサ領域を考えた場合、最も総じて少ない領域で済み、その結果、小型の合焦判定取得装置を提供可能とする。また、演算に必要な輝度情報の転送負荷も少なく、演算自体も短時間で完了する。更には、高速な合焦判定を提供可能とする。

（２） 対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系（１４，１８，２４，３２，３８）の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を取得する輝度情報取得手段を具備し、
上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように上記輝度情報取得手段の配置位置及び上記合焦予定面と光学的に等価である等価合焦予定面位置を光路長順に並べた場合に、少なくとも１組の輝度情報取得手段（１６，３６，３６−１，３６−２）配置位置間に、上記等価合焦予定面（３０，３０−１，３０−２）位置が挟まれていることを特徴とする合焦情報取得用検出装置。

（対応する実施形態）
この（２）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１、図２（Ａ）乃至（Ｃ））、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第１実施形態の第２の変形例（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第１実施形態の第３の変形例（図６、図７（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。

（作用効果）
ボケ状態が異なる合焦判定用の輝度情報を取得しスプレッドパラメータを算出する方法においては、最終的に合焦状態を得る合焦予定面にて、より精度良くスプレッドパラメータを算出する必要がある。ボケ量が大きすぎるとアルゴリズム上スプレッドパラメータ算出の精度が低下する。精度低下を招かない程度の範囲で輝度情報を取得する位置間隔を決定し、合焦判定領域を一定にして考えると、合焦予定面からの距離が遠ざかれば遠ざかるほど輝度情報を取得するセンサは大きなサイズが必要となる。

この（２）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、合焦予定面を挟んで輝度情報取得位置が存在するので、必要な輝度情報取得用センサ領域を考えた場合、最も総じて少ない領域で済み、その結果、小型の合焦判定取得装置を提供可能とする。また、演算に必要な輝度情報の転送負荷も少なく、演算自体も短時間で完了する。更には、高速な合焦判定を提供可能とする。

（３） 上記輝度情報取得手段は、少なくとも一つの輝度情報取得用のセンサを有し、
上記合焦情報取得用検出装置は、上記少なくとも一つのセンサの位置を変位駆動するアクチュエータを更に具備し、
上記少なくとも一つのセンサを、上記輝度情報の取得位置に移動することを特徴とする（１）または（２）に記載の合焦情報取得用検出装置。

（対応する実施形態）
この（３）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１、図２（Ａ）乃至（Ｃ））、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第１実施形態の第２の変形例（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第１実施形態の第３の変形例（図６、図７（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。

（作用効果）
この（３）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、複数のセンサを配置することなくボケ状態の異なる複数の輝度情報が取得でき、装置の低価格、小型化を実現可能になる。

（４） 上記輝度情報取得位置はそれぞれ上記等価合焦予定面からの光路長が異なることを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。

（対応する実施形態）
この（４）に記載の合焦情報取得用検出装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１、図２（Ａ）乃至（Ｃ））、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第１実施形態の第２の変形例（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第１実施形態の第３の変形例（図６、図７（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。

（作用効果）
この（４）に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、光路長が異なることで容易にボケの異なる複数の画像の輝度情報を取得できる。

（５） 対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系と、
（１）乃至（４）の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置と、
上記合焦予定面に配された撮像素子と、
を具備することを特徴とする撮像装置。

（対応する実施形態）
この（５）に記載の撮像装置に関する実施形態は、第１実施形態（図１、図２（Ａ）乃至（Ｃ））、第１実施形態の第１の変形例（図３）、第１実施形態の第２の変形例（図４、図５（Ａ）乃至（Ｃ））、第１実施形態の第３の変形例（図６、図７（Ａ）乃至（Ｃ））が対応する。

（作用効果）
ボケ状態が異なる合焦判定用の輝度情報を取得しスプレッドパラメータを算出する方法においては、最終的に合焦状態を得る合焦予定面にて、より精度良くスプレッドパラメータを算出する必要がある。ボケ量が大きすぎるとアルゴリズム上スプレッドパラメータ算出の精度が低下する。精度低下を招かない程度の範囲で輝度情報を取得する位置間隔を決定し、合焦判定領域を一定にして考えると、合焦予定面からの距離が遠ざかれば遠ざかるほど輝度情報を取得するセンサは大きなサイズが必要となる。

この（５）に記載の撮像装置によれば、合焦予定面を挟んで輝度情報取得位置が存在するので、必要な輝度情報取得用センサ領域を考えた場合、最も総じて少ない領域で済み、その結果、小型の合焦判定取得装置を提供可能とする。また、演算に必要な輝度情報の転送負荷も少なく、演算自体も短時間で完了する。更には、高速な合焦判定を提供可能とする。

本発明の第１実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の構成を示す図である。 第１及び第２の輝度情報取得用センサと等価合焦予定面との位置関係によって第１及び第２の輝度情報取得用センサに必要とされる受光面の大きさがどのように変化するかを説明するための図である。 第１実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の第１の変形例の構成を示す図である。 第１実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の第２の変形例の構成を示す図である。 フォーカシングレンズの移動位置と等価合焦予定面との関係を示す図である。 第１実施形態に係る合焦情報取得用検出装置の第３の変形例の構成を示す図である。 撮像センサの移動位置と合焦予定面との関係を示す図である。 従来の一眼レフ型デジタルカメラの構成を示す模式図である。 従来の位相差検出方式の合焦情報取得構成系を説明するための光学構成を示す図である。 従来のスプレッドパラメータを算出し合焦判定する合焦判定方法の概略ステップを示す図である。 従来の合焦判定方法を説明するための図である。

符号の説明

１０…カメラ本体、 １２…交換レンズ、 １４…フォーカシングレンズ、 １６…撮像センサ、 １８…クイックリターンミラー、 ２０…マット面、 ２２…ペンタプリズム、 ２４…サブミラー、 ２６…合焦センサ用光学系、 ２６Ａ…コンデンサレンズ、 ２６Ｂ，２６Ｃ…瞳分割用レンズ、 ２８…合焦センサ、 ３０，３０−１，３０−２…等価合焦予定面、 ３２，３８…透過型ミラー、 ３４，３６，３６−１，３６−２…輝度情報取得用センサ、 ４０…撮像センサ駆動用アクチュエータ、 １００…合焦判定用画像輝度情報、 １０２…撮像画像。

Claims (5)

1. 対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を取得する輝度情報取得手段を具備し、
   上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように輝度情報の取得位置及び上記合焦予定面と光学的に等価である等価合焦予定面を光路長順に並べた場合に、少なくとも１組の輝度情報取得の位置の間に、上記等価合焦予定面位置が挟まれていることを特徴とする合焦情報取得用検出装置。
2. 対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系の少なくとも一部を通過した上記光が形成するボケの異なる複数の画像のうち、少なくとも二つの画像における互いに対応する領域の輝度情報を取得する輝度情報取得手段を具備し、
   上記対象物を基点として上記光学系に定義される同一光軸上に光学的に等価になるように上記輝度情報取得手段の配置位置及び上記合焦予定面と光学的に等価である等価合焦予定面位置を光路長順に並べた場合に、少なくとも１組の輝度情報取得手段配置位置間に、上記等価合焦予定面位置が挟まれていることを特徴とする合焦情報取得用検出装置。
3. 上記輝度情報取得手段は、少なくとも一つの輝度情報取得用のセンサを有し、
   上記合焦情報取得用検出装置は、上記少なくとも一つのセンサの位置を変位駆動するアクチュエータを更に具備し、
   上記少なくとも一つのセンサを、上記輝度情報の取得位置に移動することを特徴とする請求項１または２に記載の合焦情報取得用検出装置。
4. 上記輝度情報取得位置はそれぞれ上記等価合焦予定面からの光路長が異なることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
5. 対象物からの光を所定の位置にある合焦予定面に結像する光学系と、
   請求項１乃至４の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置と、
   上記合焦予定面に配された撮像素子と、
   を具備することを特徴とする撮像装置。

Images