JP2005284135A - 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
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Abstract
【課題】スプレッドパラメータの真値を求め易くし、処理が高速で安価な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。
【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、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得用センサ34,36のどちらか一方の端であるようにする。
【選択図】 図1
【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、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得用センサ34,36のどちらか一方の端であるようにする。
【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13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13及び図14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13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14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14は、図13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15、図16(A)及び(B)、及び図17(A)乃至(D)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15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16(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30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)。ここで、第1及び第2の画像情報に対応して求められたスプレッドパラメータをそれぞれσ1、σ2とする。予め、これらのスプレッドパラメータσ1,σ2のどちらか一方と、そ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)。
図17(A)乃至(D)は、合焦ポイントP’と上記特許文献2に開示の合焦判定手法で算出されるスプレッドパラメータσ1,σ2を対応付けて説明する概念図である。なお、参照番号は図17(A)乃至(C)に共通なものであるので、図面の簡略化のために、図17(A)にのみ付している。また、図17(A)乃至(C)と図17(D)の横軸方向の位置は同一で、図17(D)の縦軸方向は算出されるスプレッドパラメータ値の概略を示している。
等価合焦予定面30に対する合焦状態は図17(B)で得られているが、この前後でのσ1,σ2両方とも増加から減少または減少から増加と変化している。これは、ボケを代表する値として算出されるスプレッドパラメータが基本的には正の値であることに起因しているが、このままでは、正しいσ1,σ2の値を求め、一意にデータベースからフォーカシングレンズ14の移動指令値を対応させることができない。そのため、従来は、σ1,σ2または第1及び第2の画像輝度情報のコントラストを比較することにより、スプレッドパラメータの真値を判別し、一意にσ1,σ2を決定していた。
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手法においては、複数解として算出される現在のスプレッドパラメータの真値を判別するために、余分に画像輝度情報からコントラスト値を利用して演算する必要があり、これは合焦判定の処理速度を低下させ、また、合焦判定用の演算素子のコストを増大させていた。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、スプレッドパラメータの真値を求め易くし、処理が高速で安価な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位置を光路長順に並べた場合に、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得位置のどちらか一方の端であ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、このような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。
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、このような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、スプレッドパラメータの真値を求め易くし、処理が高速で安価な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]
まず、図1を用いて、本発明の第1実施形態を説明する。図1は、図13に示した一眼レフ型デジタルカメラの構成のうち、本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。
まず、図1を用いて、本発明の第1実施形態を説明する。図1は、図13に示した一眼レフ型デジタルカメラの構成のうち、本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13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を経て、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。
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。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に対応して求められたスプレッドパラメータをそれぞれσ1及びσ2とする。図2(A)乃至(D)は、図17(A)乃至(D)と同様に、合焦ポイントP’と本手法で算出されるスプレッドパラメータσ1,σ2を対応付けて説明する概念図であり、参照番号は図2(A)乃至(C)に共通なものであるので、図面の簡略化のために、図2(A)にのみ付している。また、図2(A)乃至(C)と図2(D)の横軸方向の位置は同一で、図2(D)の縦軸方向は算出されるスプレッドパラメータ値の概略を示している。
等価合焦予定面30に対する合焦状態は、図2(B)で得られている。図2(A)乃至(C)の場合には、光線追跡上、被写体側から最も近い側に等価合焦予定面30、輝度情報取得用センサ34、36の順に並んでいる。図17(D)と図2(D)の異なる点は、図2(D)の矢印を付した等価合焦予定面30と第1の輝度情報取得用センサ34との間の領域であり、この領域では、等価合焦予定面30に対して合焦ポイントP’が後ピンから合焦に向かう限りはσ1,σ2両方とも単調減少となる。
更にこの領域を詳細に見ると、合焦操作の過程では、フォーカシングレンズ14の調整駆動によって合焦ポイントP’が等価合焦予定面30の前後をサーボ調整特性として行きつ戻りつするが、後ピン側から合焦ポイントP’が仮に等価合焦予定面30を通り過ぎたとしても、第1の輝度情報取得用センサ34の位置まではスプレッドパラメータは単調減少特性なので、演算処理上真値判断のために処理切り替えなどすること無く安定にフォーカシングレンズ14の駆動制御をすることが可能になる。この単調減少の傾向は、スプレッドパラメータσ1,σ2とも有する性質なので、目的、必要に応じて、適宜スプレッドパラメータσ1,σ2を選定して使用することが可能である。
実際の撮像装置などにおいては、レンズ駆動用にステッピングモータを利用することが多いが、ステッピングモータはバックラッシュの影響や脱調によるモータステップ位置のエラーなどの悪影響を取り除くため、モータの初期位置への復帰を必要に応じて行う。仮にフォーカシングレンズ14の初期位置復帰が図2(A)のように後ピン側であるとすれば、その点からの合焦判定のためのスプレッドパラメータ算出は常に単調減少傾向部分を利用して行えるため、システムシーケンスに適合し易い。
図3(A)乃至(D)も、図2(A)乃至(D)と同様の図である。図2(A)乃至(D)の場合には後ピン側のスプレッドパラメータの単調減少性を述べたが、逆に図3(A)乃至(D)で示すように光線追跡上被写体側から最も近い側に輝度情報取得用センサ34、36、等価合焦予定面30の順に並んでいる場合には、前ピン側でスプレッドパラメータの単調増加性が利用可能となる。従って、上記同様に今度は、仮にフォーカシングレンズ14の初期位置復帰が図3(A)のように前ピン側であるとすれば、その点からの合焦判定のためのスプレッドパラメータ算出は常に単調増加傾向部分を利用して、合焦のためのフォーカシングレンズ14の駆動制御が行えるため、システムシーケンスに適合し易くなる。
図2(A)乃至(D)の系を実際にカメラに当てはめた一例が図1であり、図3(A)乃至(D)の系を実際にカメラに当てはめた一例として図4を示す。
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]
次に、第1実施形態の第1の変形例を説明する。
次に、第1実施形態の第1の変形例を説明する。
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5に示すように、サブミラー24を経て透過型ミラー32を透過した光の一部が第1の等価合焦予定面30−1を経て第1の輝度情報取得用センサ34に結像されている。また、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、上記透過型ミラー32での反射光のうち、該透過型ミラー38での透過光を一方の第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、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5においては、輝度情報取得用センサ34,36−1及び36−2は全て光路上で等価合焦予定面30−1,30−2より非被写体側に配置しているが、設計によっては光路上で等価合焦予定面30−1,30−2に対して全て被写体側にレイアウトすることが可能である。
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。
上記のように、2つ以上の輝度情報を取得すれば、合焦判定上適切な2つずつの輝度情報の組み合わせを抽出し、それぞれで得られたスプレッドパラメータを総合的に判断し、最終的にフォーカシングレンズ14の位置を決定することが可能になる。例えば、輝度情報差が大きい時には小さい組み合わせ、小さい時には大きい組み合わせを、取得された輝度情報から選定できる。従って、従来良好にスプレッドパラメータが算出できないような場合にも、ロバストな合焦判定ができるようになる。
複数の輝度情報取得用センサを配置しても、全て透過合焦予定面よりも光路に沿って被写体側、または非被写体側にしておくことによって、スプレッドパラメータの単調減少、単調増加特性を持つことは言うまでも無い。
[第2実施形態]
次に、図6、図7A(A)乃至(C)、及び図7B(A)乃至(C)を用いて、本発明の第2実施形態を説明する。
次に、図6、図7A(A)乃至(C)、及び図7B(A)乃至(C)を用いて、本発明の第2実施形態を説明する。
即ち、本実施形態においても上記第1実施形態と同様、図6に示すように、被写体光の一部がサブミラー24を経て等価合焦予定面30上に設置された輝度情報取得用センサ34に導かれている。
そして、本実施形態の場合には、異なるボケ状態を有する複数の画像輝度情報を取得するために、フォーカシングレンズ14を前後に移動して光路長を変化させるようにしている。この操作によって、光路に沿って等価合焦予定面30が輝度情報取得用センサ34に対して、図7A(A)乃至(C)に示すように非被写体側に、及び、図7B(A)乃至(C)に示すように被写体側に、前後する。従って、フォーカシングレンズ14の前後に合わせ、等価合焦予定面30に対して常に前ピン側の複数位置で輝度情報取得を行うか、逆に常に後ピン側の複数位置で輝度情報取得を行えば、上記第1実施形態と同様にスプレッドパラメータの単調増加、または減少特性を利用できるようになる。
本構成によると、合焦情報取得用に専用開発されたセンサを1つ設置することで合焦情報を取得できるので、低コストに済むほか省スペースにも役立つ。
[第3実施形態]
次に、図8を用いて本発明の第3実施形態を説明する。
次に、図8を用いて本発明の第3実施形態を説明する。
第1の輝度取得用センサとして撮像センサ16を用いても、上記第2実施形態と同様に単調増加または減少特性を有するスプレッドパラメータを利用することが可能である。
この場合、本構成で用いるサブミラー24’は、光透過性のミラーを用いる。このサブミラー24’で反射された光線は、光路上の等価合焦予定面30に対して被写体側に設置された第2の輝度情報取得用センサ36に導かれる。また、サブミラー24’を透過した光線は、第1の輝度情報取得用センサ兼用の撮像センサ16に導かれている。
これにより、第2の輝度情報取得用センサ36と撮像センサ16で同時刻にボケ状態の異なる輝度情報を取得できるとともに、輝度情報取得用センサ1個をカメラに追加することによって合焦情報を取得することが可能になる。
図8では、等価合焦予定面30に対して第2の輝度情報取得用センサ36が被写体側に配置されており、例えばフォーカシングレンズ14を許容範囲光軸に沿って前後させ、結果的に第2の輝度情報取得用センサ36でも撮像センサ16でも等価合焦予定面30に対して被写体側の輝度情報を取得するようにする。第2の輝度情報取得用センサ36の配置を等価合焦予定面30に対して非被写体側に配置した場合には、その逆に撮像センサ16でも等価合焦予定面に対して非被写体側の輝度情報を取得するようにする。
なお、本実施形態においては、撮像センサ16で輝度情報を取得中には、図示せぬシャッタは最低限撮像領域分開放しておく必要がある。
また、第2の輝度情報取得用センサ36は、光路に沿って等価合焦予定面30に対して非被写体側に設置しても構わない。
[第4実施形態]
図9を用いて、本発明の第4実施形態を説明する。
図9を用いて、本発明の第4実施形態を説明する。
本実施形態においては、通常は従来の位相差検知方式の合焦判定を行っている。そして、モードの切り替えによって、スプレッドパラメータ取得による合焦判定が必要なときにはクイックリターンミラー18を跳ね上げ、フォーカシングレンズ14の位置を光軸と平行に前後に移動することによって撮像センサ16で異なるボケ状態の輝度情報を取得する。これによって、合焦予定面である撮像センサ16の初期位置が撮像センサ16に対して光路に沿って被写体側及び非被写体側に前後に移動することになる。
フォーカシングレンズ14を前後させ、撮像センサ16で単調増加または減少のスプレッドパラメータを取得する方法は、上記第3実施形態と同様である。
本構成によって、従来の位相差方式デジタル一眼レフカメラの基本構成に変更を加えることなく、低コストにスプレッドパラメータ算出を利用した合焦判定を付与でき、システム全体の合焦性能を向上させることが可能になる。
[第4実施形態の第1の変形例]
また、第4実施形態の第1の変形例として、図10に示すように、クイックリターンミラー18の代わりに、固定された光透過性の固定ミラー18’を用いても良い。
また、第4実施形態の第1の変形例として、図10に示すように、クイックリターンミラー18の代わりに、固定された光透過性の固定ミラー18’を用いても良い。
このように固定ミラー18’を用いれば、撮像時にミラーを跳ね上げる機構が不要になり、小型なカメラが製作可能となる。
フォーカシングレンズ14を前後させ、撮像センサ16で単調増加または減少のスプレッドパラメータを取得する方法は、上記第3実施形態と同様である。
[第5実施形態]
次に、図11、図12A(A)乃至(C)、及び図12B(A)乃至(C)を用いて、本発明の第5実施形態を説明する。
次に、図11、図12A(A)乃至(C)、及び図12B(A)乃至(C)を用いて、本発明の第5実施形態を説明する。
手ブレ防止機能のために撮像センサ16自体を撮像面と平行に移動することが実用化されているが、本実施形態は、この手ブレ防止機能のアクチュエータ40に、撮像センサ16の光軸と平行な方向に移動させる自由度を持たせることを特徴とする。これにより、フォーカシングレンズ14を移動させること無く、手ブレ防止機能用アクチュエータ40及びドライブ回路のわずかな改変で、ボケ状態の異なる複数の画像が撮像可能になる。
なお、そのようなアクチュエータ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12A(A)乃至(C)に示すように被写体側に、及び、図12B(A)乃至(C)に示すように非被写体側に、移動させることが可能になる。
等価合焦予定面に対して光軸に沿って撮像センサ16を移動することで、被写体側のみの複数輝度情報を取得するか、非被写体側のみの複数輝度情報を取得するかで、単調増加または単調減少のスプレッドパラメータが取得できるのは言うまでも無い。
なお、本実施形態では、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6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である。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。
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(14,18,18’24,32,38)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輝度情報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位置を光路長順に並べた場合に、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得位置のどちらか一方の端であることを特徴とする合焦情報取得用検出装置。
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、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得位置のどちらか一方の端であ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1、図2(A)乃至(D)、図3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図6、図7A(A)乃至(C)、図7B(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
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1、図2(A)乃至(D)、図3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図6、図7A(A)乃至(C)、図7B(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
(作用効果)
この(1)に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、スプレッドパラメータがフォーカシングレンズの常用駆動域で単調増加または単調減少となり、真値の判定に余分な判断処理を加える必要がなくなり、演算コスト低減、演算処理スピードも向上する。
この(1)に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、スプレッドパラメータがフォーカシングレンズの常用駆動域で単調増加または単調減少となり、真値の判定に余分な判断処理を加える必要がなくなり、演算コスト低減、演算処理スピードも向上する。
(2) 上記等価合焦予定面が光路に沿って最も被写体側であることを特徴とする(1)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(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(D))、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図7B(A)乃至(C))、第3実施形態、第4実施形態、第4実施形態の第1の変形例、第5実施形態(図12B(A)乃至(C))が対応する。
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(D))、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図7B(A)乃至(C))、第3実施形態、第4実施形態、第4実施形態の第1の変形例、第5実施形態(図12B(A)乃至(C))が対応する。
(作用効果)
この(2)に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、マクロ撮影側でフォーカシングレンズ駆動用アクチュエータのオフセットキャンセルをする、または、位置の基準出しをしているカメラに対して、そのゼロ点を基準から単調減少のスプレッドパラメータ曲線を設定可能としシステムシーケンスにマッチする。
この(2)に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、マクロ撮影側でフォーカシングレンズ駆動用アクチュエータのオフセットキャンセルをする、または、位置の基準出しをしているカメラに対して、そのゼロ点を基準から単調減少のスプレッドパラメータ曲線を設定可能としシステムシーケンスにマッチする。
(3) 上記等価合焦予定面が光路に沿って最も非被写体側であることを特徴とする(1)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3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例、第2実施形態(図7A(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態、第4実施形態の第1の変形例、第5実施形態(図12A(A)乃至(C))が対応する。
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3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例、第2実施形態(図7A(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態、第4実施形態の第1の変形例、第5実施形態(図12A(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、無限遠撮影側でフォーカシングレンズ駆動用アクチュエータのオフセットキャンセルをする、または、位置の基準出しをしているカメラに対して、そのゼロ点を基準から単調減少のスプレッドパラメータ曲線を設定可能としシステムシーケンスにマッチする。
この(3)に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、無限遠撮影側でフォーカシングレンズ駆動用アクチュエータのオフセットキャンセルをする、または、位置の基準出しをしているカメラに対して、そのゼロ点を基準から単調減少のスプレッドパラメータ曲線を設定可能としシステムシーケンスにマッチする。
(4) 上記輝度情報取得手段は、輝度情報取得用のセンサによって輝度情報を取得す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(D)、図3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図6、図7A(A)乃至(C)、図7B(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
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(D)、図3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図6、図7A(A)乃至(C)、図7B(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(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、センサを用いることで、容易に輝度情報を取得できる。
この(4)に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、センサを用いることで、容易に輝度情報を取得できる。
(5) 上記センサの一つは、当該合焦情報取得用検出装置を用いた撮像装置における撮像素子と兼用されることを特徴とする(4)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(5)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3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
この(5)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3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
(作用効果)
この(5)に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、撮像装置の撮像素子を利用するため、別途に合焦判定用画像取得センサを設ける必要が無い。省スペース、低コストが実現可能となる。また、まさに撮像する位置での合焦判定なので精度が高い合焦状態が得られる。
この(5)に記載の合焦情報取得用検出装置によれば、撮像装置の撮像素子を利用するため、別途に合焦判定用画像取得センサを設ける必要が無い。省スペース、低コストが実現可能となる。また、まさに撮像する位置での合焦判定なので精度が高い合焦状態が得られる。
(6) 上記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、
上記アクチュエータによって、上記センサの少なくとも一つを、上記輝度情報取得位置に移動することを特徴とする(4)または(5)に記載の合焦情報取得用検出装置。
上記アクチュエータによって、上記センサの少なくとも一つを、上記輝度情報取得位置に移動することを特徴とする(4)または(5)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(6)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5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
この(6)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5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
(作用効果)
この(6)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。
この(6)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。
(7) 上記輝度情報取得位置はそれぞれ上記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(7)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(7)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(D)、図3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図6、図7A(A)乃至(C)、図7B(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
この(7)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(D)、図3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図6、図7A(A)乃至(C)、図7B(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
(作用効果)
この(7)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。
この(7)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。
(8) 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(7)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。
(1)乃至(7)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(8)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(D)、図3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図6、図7A(A)乃至(C)、図7B(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
この(8)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(D)、図3(A)乃至(D)、図4)、第1実施形態の第1の変形例(図5)、第2実施形態(図6、図7A(A)乃至(C)、図7B(A)乃至(C))、第3実施形態(図8)、第4実施形態(図9)、第4実施形態の第1の変形例(図10)、第5実施形態(図11、図12A(A)乃至(C)、図12B(A)乃至(C))が対応する。
(作用効果)
この(8)に記載の撮像装置によれば、スプレッドパラメータがフォーカシングレンズの常用駆動域で単調増加または単調減少となり、真値の判定に余分な判断処理を加える必要がなくなり、演算コスト低減、演算処理スピードも向上する。
この(8)に記載の撮像装置によれば、スプレッドパラメータがフォーカシングレンズの常用駆動域で単調増加または単調減少となり、真値の判定に余分な判断処理を加える必要がなくなり、演算コスト低減、演算処理スピードも向上する。
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、 18’…固定ミラー、 20…マット面、 22…ペンタプリズム、 24,24’…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…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 (8)
- 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位置を光路長順に並べた場合に、上記等価合焦予定面が全ての輝度情報取得位置のどちらか一方の端であることを特徴とする合焦情報取得用検出装置。 - 上記等価合焦予定面が光路に沿って最も被写体側であることを特徴とする請求項1に記載の合焦情報取得用検出装置。
- 上記等価合焦予定面が光路に沿って最も非被写体側であることを特徴とする請求項1に記載の合焦情報取得用検出装置。
- 上記輝度情報取得手段は、輝度情報取得用のセンサによって輝度情報を取得す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。
- 上記センサの一つは、当該合焦情報取得用検出装置を用いた撮像装置における撮像素子と兼用されることを特徴とする請求項4に記載の合焦情報取得用検出装置。
- 上記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、
上記アクチュエータによって、上記センサの少なくとも一つを、上記輝度情報取得位置に移動することを特徴とする請求項4または5に記載の合焦情報取得用検出装置。 - 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7の何れかに記載の合焦情報取得用検出装置。
- 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7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。
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