JP2007121896A - Focus detector and optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出装置と、その焦点検出装置を備えた光学システムに関する。 The present invention relates to a focus detection device that detects a focus adjustment state of an imaging optical system, and an optical system including the focus detection device.
結像光学系を通過した光束を用いて結像光学系の焦点調節状態を検出するTTL方式の焦点検出方式として、いわゆる瞳分割型の焦点検出方式が知られている。この瞳分割型の焦点検出方式では、結像光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束が予定結像面上に形成する一対の像の相対的位置ズレ量を検出し、その像ズレ量に所定の変換係数を乗じて光軸方向のデフォーカス量に変換している。そのため位相差検出方式または像ズレ検出方式とも呼ばれている。
像ズレ量をデフォーカス量に変換する際に、結像光学系の明るさ(F値)に応じた変換係数を用いるようにした焦点検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この焦点検出装置によれば、結像光学系の明るさの影響を受けて焦点検出用光束にケラレが生じるような場合であっても、適切な変換係数を用いて高精度な焦点検出が可能になるとしている。
A so-called pupil division type focus detection method is known as a TTL focus detection method for detecting a focus adjustment state of an imaging optical system using a light beam that has passed through the imaging optical system. In this pupil division type focus detection method, a relative positional deviation amount of a pair of images formed on a predetermined imaging plane by a light beam that has passed through different regions of the exit pupil of the imaging optical system is detected, and the image deviation amount. Is multiplied by a predetermined conversion coefficient to convert to a defocus amount in the optical axis direction. Therefore, it is also called a phase difference detection method or an image shift detection method.
A focus detection device is known that uses a conversion coefficient corresponding to the brightness (F value) of an imaging optical system when converting an image shift amount into a defocus amount (see, for example, Patent Document 1). . According to this focus detection apparatus, even when vignetting occurs in the focus detection light beam due to the influence of the brightness of the imaging optical system, high-precision focus detection is possible using an appropriate conversion coefficient. It is going to be.
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
しかしながら、焦点検出位置が結像光学系の光軸を外れた予定結像面の周辺にある場合には、絞り開口以外のレンズ開口によっても焦点検出用光束のケラレが発生するため、単に明るさのみの情報では正確な変換係数が得られないという問題がある。 However, when the focus detection position is in the vicinity of the planned imaging plane that is off the optical axis of the imaging optical system, the vignetting of the focus detection light beam is also generated by the lens opening other than the aperture opening, so that the brightness is simply increased. There is a problem that an accurate conversion coefficient cannot be obtained with only the information.
結像光学系の瞳の異なる位置を通過した一対の光束による一対の像のズレ量に基づいて、結像光学系の予定結像面における焦点調節状態を検出する焦点検出装置であって、光束の分布を示す情報と結像光学系の口径情報とに基づいて、一対の像のズレ量を結像光学系のデフォーカス量に変換するための変換係数を算出する。 A focus detection device that detects a focus adjustment state on a planned imaging plane of an imaging optical system based on a shift amount of a pair of images by a pair of light beams that have passed through different positions of a pupil of the imaging optical system, The conversion coefficient for converting the shift amount of the pair of images into the defocus amount of the imaging optical system is calculated based on the information indicating the distribution of the image and the aperture information of the imaging optical system.
本発明によれば、瞳分割型の焦点検出方式において、一対の像ズレ量を結像光学系のデフォーカス量に変換するための正確な変換係数を求めることができ、結像光学系の焦点検出精度を向上させることができる。 According to the present invention, in the pupil division type focus detection method, an accurate conversion coefficient for converting a pair of image shift amounts into a defocus amount of the imaging optical system can be obtained. Detection accuracy can be improved.
結像光学系を通過した光束を用いて結像光学系の焦点調節状態を検出するTTL方式の焦点検出方式として、いわゆる瞳分割型の焦点検出方式が知られている。この瞳分割型の焦点検出方式では、結像光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束が予定結像面上に形成する一対の像の相対的位置ズレ量を検出し、その位置ズレ量に所定の変換係数を乗じて光軸方向のデフォーカス量に変換している。そのため位相差検出方式または像ズレ検出方式とも呼ばれている。 A so-called pupil division type focus detection method is known as a TTL focus detection method for detecting a focus adjustment state of an imaging optical system using a light beam that has passed through the imaging optical system. In this pupil division type focus detection method, a relative positional deviation amount of a pair of images formed on a predetermined imaging plane by a light beam that has passed through different regions of the exit pupil of the imaging optical system is detected, and the positional deviation amount is detected. Is multiplied by a predetermined conversion coefficient to convert to a defocus amount in the optical axis direction. Therefore, it is also called a phase difference detection method or an image shift detection method.
瞳分割方式においては焦点検出状態の検出結果としてデフォーカス量(予定結像面に対する現在の結像面の光軸方向のズレ方向とズレ量)が正確に算出されるため、このデフォーカス量に応じて結像光学系を変位させることによって、コントラスト検出方式などの他の焦点検出方式に比較して迅速に結像光学系を合焦させることが可能である。 In the pupil division method, the defocus amount (the shift direction and the shift amount of the current imaging plane relative to the planned imaging plane) is accurately calculated as the detection result of the focus detection state. By displacing the imaging optical system accordingly, it is possible to focus the imaging optical system more quickly than other focus detection methods such as a contrast detection method.
瞳分割型の焦点検出方式には再結像方式とマイクロレンズ方式がある。まず、再結像方式について説明する。再結像方式は結像光学系の予定結像面近傍に配置されたコンデンサーレンズ、イメージセンサー、一対の再結像レンズ、一対の再結像レンズの近傍に配置された一対の開口を有する絞りマスクから構成され、再結像レンズにより予定焦点面に結像した像をイメージセンサー上に一対の像として再結像させ、この一対の像の相対的位置ズレ量を検出する方式である。この方式においては、一対の絞りマスク開口の形状がコンデンサーレンズによって結像光学系の射出瞳面近傍に投影されており、この投影された一対の絞り開口形状の領域を通過する一対の光束により上記一対の像が再結像される。 The pupil division type focus detection method includes a re-imaging method and a microlens method. First, the re-imaging method will be described. The re-imaging method is a diaphragm having a condenser lens, an image sensor, a pair of re-imaging lenses, and a pair of apertures arranged in the vicinity of the pair of re-imaging lenses. In this method, an image formed on a predetermined focal plane by a re-imaging lens is re-imaged as a pair of images on an image sensor, and a relative positional shift amount of the pair of images is detected. In this method, the shape of the pair of aperture mask apertures is projected by the condenser lens in the vicinity of the exit pupil plane of the imaging optical system, and the pair of light beams passing through the projected pair of aperture aperture shape regions A pair of images is re-imaged.
図1は再結像方式の焦点検出装置の構成を示す図である。測距ユニット18は結像光学系の予定結像面近傍に配置されたコンデンサレンズ10、その背後に配置されたイメージサンサ16、コンデンサレンズ10とイメージサンサ16の間に配置され、予定結像面近傍に結像された1次像をイメージセンサ16上に再結像する一対の再結像レンズ14,15、一対の再結像レンズの近傍(図では前面)に配置された一対の絞り開口12,13を有する絞りマスク11から構成される。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a re-imaging type focus detection apparatus. The
イメージセンサ16上に再結像された一対の像の強度分布に対応した情報がイメージセンサ16から出力され、この情報に対して周知の像ズレ検出演算処理(相関処理、位相差検出処理)が施されて一対の像の像ズレ量が検出される。そして、像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面の偏差(デフォーカス量)が算出される。
Information corresponding to the intensity distribution of the pair of images re-imaged on the
コンデンサレンズ10は光軸4上に配置され、光軸4の方向に絞りマスク11の絞り開口12,13を射出瞳1上に領域2,3として投影している。この領域2,3を測距瞳と呼ぶ。すなわち、イメージセンサ16上に再結像される一対の像は射出瞳1上の一対の測距瞳2,3を通過する光束によって形成される。射出瞳1上の一対の測距瞳2,3を通過する光束32、33を焦点検出用光束と呼ぶ。
The
測距ユニット28は結像光学系の予定結像面近傍に配置されたコンデンサレンズ20、その背後に配置されたイメージサンサ26、コンデンサレンズ20とイメージサンサ26の間に配置され、予定結像面近傍に結像された1次像をイメージセンサ26上に再結像する一対の再結像レンズ24,25、一対の再結像レンズの近傍(図では前面)に配置された一対の絞り開口22,23を有する絞りマスク21から構成される。
The
イメージセンサ26上に再結像された一対の像の強度分布に対応した情報がイメージセンサ26から出力され、この情報に対して周知の像ズレ検出演算処理(相関処理、位相差検出処理)が施されて一対の像の像ズレ量が検出される。この像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、予定結像面に対する現在の結像面の偏差(デフォーカス量)が算出される。
Information corresponding to the intensity distribution of the pair of images re-imaged on the
コンデンサレンズ20は光軸4から離間した位置に配置され、射出瞳1に対して投影軸27の方向に絞りマスク21の絞り開口22,23を射出瞳1上に測距瞳2,3として投影している。すなわち、イメージセンサ26上に再結像される一対の像は、射出瞳1上の一対の測距瞳2,3を通過する光束によって形成される。射出瞳1上の一対の測距瞳2,3を通過する光束42,43を焦点検出用光束と呼ぶ。
The
次に、マイクロレンズ方式の瞳分割型焦点検出について説明する。マイクロレンズ方式は、予定結像面近傍に配置されたマイクロレンズアレイの、各マイクロレンズの背後に置かれたイメージセンサーからなる一対の受光素子でマイクロレンズを通過した光束を受光し、一対の受光素子の一方の系列の出力信号と他方の系列の出力信号のズレ量を検出する方式である。 Next, the pupil division type focus detection of the microlens method will be described. In the microlens method, a pair of light-receiving elements that receive a light beam that has passed through the microlens are received by a pair of light-receiving elements consisting of an image sensor placed behind each microlens in a microlens array arranged near the planned imaging plane. This is a method for detecting the amount of deviation between the output signal of one series of elements and the output signal of the other series.
この方式においては、各マイクロレンズによりその背後に位置する一対の受光素子の開口形状が結像光学系の射出瞳面近傍に投影されており、該投影された一対の開口形状の領域を通過する一対の光束によりマイクロレンズアレイ上に形成された一対の像の光量が、一対の受光素子によりそれぞれ検出される。 In this method, the aperture shape of a pair of light receiving elements positioned behind each microlens is projected in the vicinity of the exit pupil plane of the imaging optical system, and passes through the projected pair of aperture shape regions. The light amounts of the pair of images formed on the microlens array by the pair of light beams are respectively detected by the pair of light receiving elements.
図2はマイクロレンズ方式の焦点検出装置の構成を示す図である。なお、図2において、図1に示す要素と同様な要素については同一の符号を付して相違点を中心に説明する。マイクロレンズ50、60は結像光学系の予定結像面近傍に配置されている。光軸4上に配置されたマイクロレンズ50によって、その背後に配置された一対の受光素子52,53の受光部の形状が光軸4の方向の射出瞳1の測距瞳2,3へ投影される。また、光軸4から離間して配置されたマイクロレンズ60によって、その背後に配置された一対の受光素子62,63の受光部の形状が投影軸67の方向の射出瞳1の測距瞳2,3へ投影される。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a microlens focus detection apparatus. In FIG. 2, the same elements as those shown in FIG. The
受光素子52は、測距瞳2を通過した焦点検出用光束72によりマイクロレンズ50上に形成される像の強度に対応した情報を出力する。また、受光素子53は、測距瞳3を通過した焦点検出用光束73によりマイクロレンズ50上に形成される像の強度に対応した情報を出力する。一方、受光素子63は、測距瞳2を通過した焦点検出用光束82によりマイクロレンズ60上に形成される像の強度に対応した情報を出力する。また、受光素子63は、測距瞳3を通過した焦点検出用光束83によりマイクロレンズ60上に形成される像の強度に対応した情報を出力する。
The
上記のようなマイクロレンズをアレイ状に多数配置し、その背後に配置した一対の受光素子の出力をまとめることによって、測距瞳2と測距瞳3をそれぞれ通過する焦点検出用光束がマイクロレンズアレイ上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して周知の像ズレ検出演算処理(相関処理、位相差検出処理)を施すことによって、一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、この像ズレ量に所定の変換係数を乗ずることによって、結像光学系の予定結像面に対する現在の結像面の偏差(デフォーカス量)が算出される。マイクロレンズ方式では、マイクロレンズのサイズが小さくになるにつれてマイクロレンズの開口径が小さくなり、回折により受光素子の射出瞳面への投影像がぼやける。
A large number of microlenses as described above are arranged in an array, and the outputs of a pair of light receiving elements arranged behind the microlenses are collected, so that the focus detection light beams that pass through the
図3はマイクロレンズ方式における回折現象を説明する図である。なお、図3は回折の影響がない場合の理想的な射出瞳上での受光素子投影像(片側)の例を示す。930はマイクロレンズから100mm前方に設定された射出瞳上で絞り開口径F2.8に対応する円、940はF2.8の対応円930にほぼ内接して投影されるべき矩形領域940(X=2〜12mm、Y=−10〜10mm)である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a diffraction phenomenon in the microlens method. FIG. 3 shows an example of a light receiving element projection image (one side) on an ideal exit pupil when there is no influence of diffraction.
図4は、図3に対応する回折像強度分布パターンを示す図である。なお、図4はマイクロレンズの開口を半径2umの円形とした場合の、投影されるべき矩形領域940の射出瞳上の回折像強度分布を波長500nmとしてシミュレーションで求めた図である。
FIG. 4 is a diagram showing a diffraction image intensity distribution pattern corresponding to FIG. FIG. 4 is a diagram obtained by simulation by setting the diffraction image intensity distribution on the exit pupil of the
図5は、図4の回折像パターンのY=0の断面図である。図4および図5から明らかなように、回折像においては投影像のエッジがだれて投影像のかなりの部分がF2.8の円からはみ出す(F2.8の円の内部にあるものが約81%)。実際にはマイクロレンズの開口円の半径が数10um以下になると、射出瞳上の焦点検出用の領域は回折の影響で形が崩れ始める。回折の影響で測距瞳の形が崩れ、設定した領域の外部にはみ出してしまうことにより、はみ出した部分の光束が結像光学系の絞りや絞り以外のレンズ端部によってけられてしまうことがある。また、図5からも明らかなように、測距瞳における焦点検出用光束の分布は一様ではない。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the diffraction pattern of FIG. 4 at Y = 0. As is apparent from FIGS. 4 and 5, in the diffraction image, the edge of the projection image deviates and a considerable part of the projection image protrudes from the circle of F2.8 (the one inside the circle of F2.8 is about 81). %). Actually, when the radius of the opening circle of the microlens becomes several tens of um or less, the focus detection region on the exit pupil starts to be deformed due to the influence of diffraction. Due to the influence of diffraction, the shape of the distance measuring pupil collapses and protrudes outside the set area, so that the light beam at the protruding portion is scattered by the aperture of the imaging optical system or the lens end other than the aperture. is there. Further, as is clear from FIG. 5, the distribution of the focus detection light flux in the distance measuring pupil is not uniform.
図6はマイクロレンズ方式における球面収差を説明する図である。マイクロレンズ50の近軸光線により測距瞳を射出瞳1上に形成する場合、例えば一対の受光素子の中心点95から出射する近軸光線90は射出瞳1と光軸4との交点92上に収束するが、マイクロレンズ50の周辺を通る光線は射出瞳1上で点92から離れた93,94に到達する。この現象はいわゆる球面収差と呼ばれているもので、微小なマイクロレンズ50を製造する上で避けられないものである。球面収差により投影像のエッジがだれて投影像のかなりの部分が理想の測距瞳からはみ出し、回折と同じような結果をもたらす。球面収差以外の収差(色収差、コマ収差、非点収差、歪曲収差、像面湾曲)によっても同様に投影像のエッジが乱れるとともに、焦点検出用光束の分布は一様ではなくなる。
FIG. 6 is a diagram for explaining spherical aberration in the microlens system. When the distance measuring pupil is formed on the
図7は焦点検出用光束のケラレの説明図である。5は予定結像面、6,7はケラレた場合の焦点検出用光束、56,57はケラレない場合の焦点検出用光束、8,9はケラレない場合の焦点検出用光束56,57の重心位置、78,79は焦点検出用光束6,7の重心位置、45は予定結像面5と光軸4の交点、36は重心位置8,9を点45から見た場合の開き角、35は重心位置78,79を点45から見た場合の開き角、46は予定結像面5から射出瞳面1までの距離、40は射出瞳面1に一致している結像光学系の絞りの射出瞳、41,44は射出瞳面1以外の位置にある結像光学系の絞りの射出瞳である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of vignetting of the focus detection light beam. Reference numeral 5 denotes a planned imaging plane,
図7において、焦点検出位置が光軸上あるいはその近傍にある場合の焦点検出用光束のケラレを示し、予定結像面5から距離46に設定された射出瞳面1上に測距瞳が形成されており、結像光学系の明るさ絞りが十分おおきな場合には焦点検出用光束56,57にケラレが発生しない。焦点検出用光束56,57の重心位置8,9を点45から臨む開き角36をΘa、像ズレ量をH、変換係数をka、デフォーカス量をDとすれば、以下の式でデフォーカス量Dが求まる。
D=H×ka=H/(2×Tan(Θa/2)) ・・・(1)
FIG. 7 shows the vignetting of the focus detection light beam when the focus detection position is on or near the optical axis, and a distance measurement pupil is formed on the
D = H × ka = H / (2 × Tan (Θa / 2)) (1)
射出瞳面1に一致した位置に結像光学系の射出瞳40があり、その明るさが暗くなってくると、焦点検出用光束56,57の一部を遮光していわゆるケラレと呼ばれる現象が発生し、実際に焦点検出に利用できる光束は焦点検出用光束6,7となる。ケラレが生じた焦点検出用光束6,7の重心位置78,79を点45から臨む開き角35をΘb、像ズレ量をH、変換係数をkb、デフォーカス量をDとすれば、以下の式でデフォーカス量Dが求まる。
D=H×kb=H/(2×Tan(Θb/2)) ・・・(2)
焦点検出位置が光軸上あるいはその近傍にある場合には、結像光学系の絞りの射出瞳41、44が射出瞳面1以外の位置にあっても、明るさが同じであれば焦点検出用光束のケラレは大きく変わらない。
When the
D = H × kb = H / (2 × Tan (Θb / 2)) (2)
When the focus detection position is on or near the optical axis, the focus detection is performed if the brightness is the same even if the
図8は焦点検出用光束の重心の求め方を説明する図である。図8において、結像光学系の射出瞳40は焦点検出用光束57の一部を遮光している。実際に焦点検出に利用できる光束は射出瞳40の内部の焦点検出用光束7となる。焦点検出用光束57の重心位置9は焦点検出用光束57(射出瞳面1上での測距瞳に相当)の光束の分布重心となる。ここで、重心は測距瞳の並び方向(図ではx方向)の重心を示す。結像光学系の射出瞳40でケラレた焦点検出用光束7の重心位置79は焦点検出用光束7(射出瞳面1上でのけられた測距瞳に相当)の光束の分布重心となる。
FIG. 8 is a diagram for explaining how to obtain the center of gravity of the focus detection light beam. In FIG. 8, the
ケラレが生じていない場合の焦点検出用光束57の光束の分布情報を測距瞳情報として、予め測定または計算により求めて2次元情報などとして記憶しておく。結像光学系の射出瞳の情報(明るさ情報=射出瞳の径、位置)を口径情報として、予め測定または計算により求めて2次元情報などとして記憶しておく。2次元的な測距瞳情報と口径情報を重ね合わせ、結像光学系の射出瞳の内部に存在する焦点検出用光束の重心位置を演算により求める。一対の焦点検出用光束6,7の重心位置78,79が求まれば、予定結像面5と射出瞳面1との間の距離46を用いて点45における開き角35を求めることができる。
The distribution information of the
例えば重心位置間の距離をS、距離46をM、開き角をΘbとすれば、以下の式で開き角Θbが求まる。
Θb=2×ArcTan(S/(2×M)) ・・・(3)
焦点検出位置が光軸上あるいはその近傍にある場合には、結像光学系の絞りの射出瞳41、44が射出瞳面1以外の位置にあっても、明るさが同じであれば焦点検出用光束のケラレは大きく変わらないので、焦点検出用光束56,57のケラレは結像光学系の光学絞りに対応する射出瞳の明るさのみを考慮すればよい。2次元的な測距瞳情報と口径情報を重ね合わせ、結像光学系の射出瞳の内部に存在する焦点検出用光束の総量(光量に相当する)を演算により求める。
For example, if the distance between the gravity center positions is S, the
Θb = 2 × ArcTan (S / (2 × M)) (3)
When the focus detection position is on or near the optical axis, the focus detection is performed if the brightness is the same even if the
図9は焦点検出用光束のケラレを説明する図である。47は予定結像面5と光軸4の交点47から離間した点、36は重心位置8,9を点47から見た場合の開き角、35は重心位置78,79を点47から見た場合の開き角、46は予定結像面5から射出瞳面1までの距離、48は射出瞳面1より遠方にある結像光学系の絞り以外の開口の射出瞳、49は射出瞳面1より近くにある結像光学系の絞り以外の開口の射出瞳、58は測距瞳の投影軸である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the vignetting of the focus detection light beam. 47 is a point separated from the
図9において、焦点検出位置が光軸から離れている場合の焦点検出用光束のケラレを示し、予定結像面5から距離46に設定された射出瞳面1上に測距瞳が形成されており、結像光学系の明るさ絞りが十分大きな場合には焦点検出用光束56,57にケラレが発生しない。焦点検出用光束56,57の重心位置8,9を点47から臨む開き角36をΘc、像ズレ量をH、変換係数をkc、デフォーカス量をDとすれば、以下の式でデフォーカス量Dが求まる。
D=H×kc=H/(2×Tan(Θc/2)) ・・・(4)
射出瞳面1に一致した位置に結像光学系の射出瞳40があり、その明るさが暗くなってくると、焦点検出用光束56,57の一部を遮光していわゆるケラレと呼ばれる現象が発生する。
FIG. 9 shows the vignetting of the focus detection light beam when the focus detection position is away from the optical axis, and the distance measurement pupil is formed on the
D = H × kc = H / (2 × Tan (Θc / 2)) (4)
When the
また、焦点検出位置が光軸近傍にない場合には、結像光学系の絞り以外のレンズ端部による射出瞳48,49(絞りの射出瞳よりF値が明るい場合においても)によっても焦点検出用光束のケラレが発生し、実際に焦点検出に利用できる光束は焦点検出用光束6,7となる。ケラレが生じた焦点検出用光束6,7の重心位置78,79を点47から臨む開き角35をΘd、像ズレ量をH、変換係数をkd、デフォーカス量をDとすれば、以下の式でデフォーカス量Dが求まる。
D=H×kd=H/(2×Tan(Θd/2)) ・・・(5)
焦点検出位置が光軸近傍にない場合には、射出瞳面1以外の位置にある絞りの射出瞳や、絞りの射出瞳よりF値が明るい場合であっても結像光学系の絞り以外のレンズ端部に対応した射出瞳48,49によっても焦点検出用光束のケラレが発生する。
Further, when the focus detection position is not in the vicinity of the optical axis, focus detection is also performed by the
D = H × kd = H / (2 × Tan (Θd / 2)) (5)
When the focus detection position is not in the vicinity of the optical axis, the exit pupil of the stop located at a position other than the
図10は焦点検出用光束の重心の求め方を説明する図である。射出瞳面1において、焦点検出用光束57は図9に示すように射出瞳48,49により一部が遮光される。すなわち、焦点検出位置である点47に対しては、結像光学系の射出瞳は図10に示すように左側が射出瞳48により規定され、右側が射出瞳49により規定された形状となる。上記形状の射出瞳を周辺射出瞳と呼ぶと、実際に焦点検出に利用できる光束は周辺射出瞳の内部の焦点検出用光束7となる。焦点検出用光束57の重心位置9は焦点検出用光束57(射出瞳面1上での測距瞳に相当)の光束の分布重心となる。ここで、重心は測距瞳の並び方向(図ではx方向)の重心を示す。結像光学系の周辺射出瞳でケラレた焦点検出用光束7の重心位置79は、焦点検出用光束7(射出瞳面1上でのケラレた測距瞳に相当)の光束の分布重心となる。
FIG. 10 is a diagram for explaining how to obtain the center of gravity of the focus detection light beam. On the
ケラレが生じていない場合の焦点検出用光束57の光束の分布情報を測距瞳情報として予め測定または計算により求め、2次元情報などとして記憶しておく。結像光学系の絞りおよび絞り以外のレンズ端部に対応する射出瞳の情報(明るさ情報=射出瞳の径、位置)を口径情報として、予め測定または計算により求めて2次元情報などとして記憶しておく。焦点検出位置から射出瞳面を見た場合の周辺射出瞳の形状を、結像光学系の口径情報から求める。2次元的な測距瞳情報と周辺射出瞳形状を重ね合わせ、周辺射出瞳の内部に存在する焦点検出用光束の重心位置を演算により求める。
The distribution information of the
一対の焦点検出用光束6,7の重心位置78,79が求まれば、予定結像面5と射出瞳面1との間の距離46を用いて点45における開き角35を求めることができる。例えば重心位置間の距離をS、距離46をM、開き角をΘdとすれば、以下の式で開き角Θdが求まる。
Θd=2×ArcTan(S/(2×M)) ・・・(6)
2次元的な測距瞳情報と周辺射出瞳形状を重ね合わせ、周辺射出瞳の内部に存在する焦点検出用光束の総量(光量に相当する)を演算により求める。
If the
Θd = 2 × ArcTan (S / (2 × M)) (6)
The two-dimensional distance measurement pupil information and the peripheral exit pupil shape are superimposed, and the total amount (corresponding to the amount of light) of the focus detection light beam existing inside the peripheral exit pupil is obtained by calculation.
図11は光学システムの構成図を示す。デジタルスチルカメラ201はカメラボディ203と交換レンズ202から構成され、マウント部204により結合される。交換レンズ202は被写体像を形成するためのレンズ209、フォーカシング用レンズ210および絞り211とフォーカシング用レンズ210の駆動制御および絞り211の駆動制御を行うレンズCPU206とからなる。
FIG. 11 shows a block diagram of the optical system. The digital
カメラボディ203は交換レンズ202の予定結像面に配置されている撮像素子212と、撮像素子212からの画像信号の読み出しおよびデジタルスチルカメラ全体の動作制御を行うボディCPU214と、ボディCPU214から画像信号の一部を受信して、交換レンズ202の焦点調節状態を検出する焦点検出部213と、液晶ビューファインダ(EVF:電気的ビューファインダー)の液晶表示素子216と、液晶表示素子216を観察するための接眼レンズ217と、ボディCPU214の制御にしたがって液晶ビューファインダの液晶表示素子216を駆動する液晶表示素子駆動回路215とを備えている。焦点検出部213とレンズCPU206はマウント部204に設けられた電気接点部218により各種情報(変換係数を算出するために必要な口径情報、レンズ駆動のためのデフォーカス量等)を伝達する。
The
撮像素子212には、複数の焦点検出位置に対応した複数の部分にマイクロレンズ方式の焦点検出用のイメージセンサが組込まれている。交換レンズ202を通過して撮像素子212上に形成された被写体像は撮像素子212により光電変換され、その出力はボディCPU214に送られ、マイクロレンズ方式の焦点検出用のイメージセンサの出力は焦点検出部に送られる。焦点検出部213は、レンズCPU206と通信して、装着されているレンズの口径情報を読み出し、この口径情報と焦点検出部213が保持している測距瞳情報と複数の焦点検出位置の情報に基づき、複数の焦点検出位置ごとに変換係数と測距光量情報を算出する。
The
なお、レンズCPU206は口径情報を、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態に応じて変更する。具体的には、レンズCPU206はレンズ209,210の位置と絞り211の絞り位置をモニターし、モニター情報に応じて口径情報を演算したりあるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じた口径情報を選択する。焦点検出部213は、測距光量情報に応じて焦点検出位置ごとに一対の像信号を補正した後、周知の焦点検出演算処理を施して焦点検出位置毎に一対の像の像ズレ量を算出する。
The
焦点検出部213は、焦点検出位置ごとに算出された像ズレ量に焦点検出位置ごとに求められた変換係数を乗じ、各焦点検出位置でのデフォーカス量を算出する。焦点検出部213は、複数のデフォーカス量に基づき最終的なデフォーカス量を決定する。例えば、複数のデフォーカス量のうち最至近を示すデフォーカス量を最終的なデフォーカス量とする。あるいは、複数のデフォーカス量の平均値を最終的なデフォーカス量とする。焦点検出部213は、最終的なデフォーカス量に基づきレンズ駆動が必要だと判断した場合(非合焦と判断した場合)は、最終的なデフォーカス量をレンズCPUに送信する。レンズCPU206は受信したデフォーカス量に基づき、レンズ駆動量を算出し、該レンズ駆動量に基づきフォーカシングレンズ210を合焦点へと駆動する。ボディCPU214は撮像素子212からの出力信号に基づき表示用の画像信号を生成し、この画像信号を液晶表示素子駆動回路215を介して液晶表示素子216に表示させる。
The
図12は、図11に示すデジタルスチルカメラにおける焦点検出位置の具体例を示す。図11で説明した複数の焦点検出位置は、例えば図12に示すように、撮影画面300上で焦点検出位置301が画面中央、焦点検出位置302、303が画面上下、焦点検出位置304、305が画面左右に配置されている。
FIG. 12 shows a specific example of the focus detection position in the digital still camera shown in FIG. As shown in FIG. 12, for example, the
図13は、図11、図12に対応した撮像素子212の詳細構成図である。撮像素子212は撮像用画素310が2次元的に配列されており、図12の5箇所の焦点検出位置に対応する部分には焦点検出用画素311(マイクロレンズ方式)が図のように配列されている。
FIG. 13 is a detailed configuration diagram of the
図14は、デジタルスチルカメラ(光学システム、図11参照)の動作(ボディCPU214と焦点検出部213の動作)を示すフローチャートである。ステップ100において電源がONされると処理を開始し、ステップ110へ進む。ステップ110でレンズCPUから口径情報を受信する。続くステップ120では、口径情報と測距瞳情報と焦点検出位置情報に基づいて各焦点検出位置毎の変換係数と測距光量情報を演算する。ステップ130において、焦点検出位置毎に撮像素子の焦点検出用画素から一対の像信号を読み出し、測距光量情報で補正する。この補正の詳細については後述する。
FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the digital still camera (optical system, see FIG. 11) (operation of the
ステップ140で焦点検出位置毎に補正された一対の像信号の像ズレ量を演算する。ステップ150において、焦点検出位置毎に像ズレ量に変換係数を乗じてデフォーカス量を算出し、該複数のデフォーカス量に基づき最終的なデフォーカス量を決定する。ステップ160で最終的なデフォーカス量に基づき、結像光学系が合焦状態か否かを判定する。ステップ160で合焦状態でないと判定された場合はステップ170へ進み、デフォーカス量をレンズCPUに送信して結像光学系を合焦位置に駆動させ、ステップ110へ戻って上記動作を繰り返す。 In step 140, an image shift amount of the pair of image signals corrected for each focus detection position is calculated. In step 150, a defocus amount is calculated by multiplying the image shift amount by a conversion coefficient for each focus detection position, and a final defocus amount is determined based on the plurality of defocus amounts. In step 160, based on the final defocus amount, it is determined whether or not the imaging optical system is in a focused state. If it is determined in step 160 that the in-focus state is not achieved, the process proceeds to step 170, the defocus amount is transmitted to the lens CPU, the imaging optical system is driven to the in-focus position, and the process returns to step 110 to repeat the above operation.
ステップ160で合焦状態であると判定された場合はステップ180へ進み、シャッターレリーズがなされたか否かを判定し、シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップ110へ戻って上記動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップ190へ進み、撮影動作を実行した後、ステップ110へ戻って上記動作を繰り返す。 If it is determined in step 160 that the in-focus state has been reached, the process proceeds to step 180, where it is determined whether or not a shutter release has been performed. If it is determined that no shutter release has been performed, the process returns to step 110 and the above operation is performed. repeat. On the other hand, if it is determined that the shutter release has been performed, the process proceeds to step 190 to execute the photographing operation, and then returns to step 110 to repeat the above operation.
図15は測距光量情報による像信号の補正を説明する図である。図15では、1つの焦点検出位置における像信号の強度分布(光量)を縦軸、焦点検出位置内の位置偏差を横軸にとって示した。ここで、焦点検出位置内の位置偏差は、例えば図13に示す撮像素子上の1つの焦点検出位置に属する複数の焦点検出用画素の位置に相当する。焦点検出用光束にケラレが生じていない場合の一対の像信号400,401は、図15(a)に示すように、同一の像信号関数が単に横にシフトしたものとなっている。このような一対の像信号に対して周知の像ズレ検出演算を施すことにより、一対の像信号400,401の正確な像ズレ量を算出することができる。 FIG. 15 is a diagram for explaining correction of an image signal based on distance measurement light quantity information. In FIG. 15, the vertical axis represents the intensity distribution (light quantity) of the image signal at one focus detection position, and the horizontal axis represents the position deviation within the focus detection position. Here, the position deviation in the focus detection position corresponds to the positions of a plurality of focus detection pixels belonging to one focus detection position on the image sensor shown in FIG. 13, for example. As shown in FIG. 15A, the pair of image signals 400 and 401 in the case where no vignetting is generated in the focus detection light beam is obtained by simply shifting the same image signal function horizontally. By performing a known image shift detection operation on such a pair of image signals, an accurate image shift amount of the pair of image signals 400 and 401 can be calculated.
焦点検出用光束にケラレが生ずると、測距瞳を通る焦点検出用光束の量が焦点検出位置および焦点検出位置内での位置偏差によって変化し、例えば輝度が一様な物体を結像させた場合でも図15(b)のように一対の像信号402,403のように一様にならない。図15(b)のような輝度一様物体に対する一対の像信号402,403は、図7〜図10で説明したように、口径情報と測距瞳情報と焦点検出位置および焦点検出位置内の位置偏差に基づき、実際に焦点検出に利用できる焦点検出用光束の量すなわち測距光量情報として演算することができる。 When vignetting occurs in the focus detection light beam, the amount of the focus detection light beam passing through the distance measuring pupil changes depending on the focus detection position and the position deviation within the focus detection position, for example, an object having uniform brightness is imaged. Even in this case, it is not uniform like the pair of image signals 402 and 403 as shown in FIG. As described with reference to FIGS. 7 to 10, the pair of image signals 402 and 403 for the uniform luminance object as shown in FIG. 15B are the aperture information, the distance measurement pupil information, the focus detection position, and the focus detection position. Based on the positional deviation, it can be calculated as the amount of focus detection light beam that can actually be used for focus detection, that is, the distance measurement light quantity information.
焦点検出用光束にケラレが生じている場合の一対の像信号404,405は図15(c)のようになり、同一の信号を相対的にシフトしたものにはならない。したがって、このまま像ズレ検出演算を施しても像ズレ量に誤差を生ずる。一対の像信号404,405は、図15(a)に示す焦点検出用光束にケラレが生じていない場合の一対の像信号400,401に、図15(b)に示す一対の像信号(測距光量情報)402、403を乗じた像信号となっている。反対に、焦点検出用光束にケラレが生じている場合の一対の像信号404,405が得られた場合には、測距光量情報402、403を演算で求め、この測距光量情報で一対の像信号404,405を除してやれば、焦点検出用光束にケラレが生じていない場合の一対の像信号400,401を得ることができる。
A pair of image signals 404 and 405 in the case where vignetting is generated in the focus detection light beam is as shown in FIG. 15C, and the same signal is not relatively shifted. Therefore, even if the image shift detection calculation is performed as it is, an error occurs in the image shift amount. A pair of image signals 404 and 405 is a pair of image signals 400 and 401 in the case where no vignetting occurs in the focus detection light beam shown in FIG. This is an image signal multiplied by (distance light quantity information) 402 and 403. On the other hand, when a pair of image signals 404 and 405 in the case where vignetting is generated in the focus detection light beam, distance measurement
このように、ケラレが生じている信号を測距光量情報で補正することにより、一対の像の一致度が高まり、像ズレ量を正確に算出することが可能になる。 In this way, by correcting the signal in which vignetting has occurred with the distance measurement light quantity information, the degree of coincidence between the pair of images is increased, and the image shift amount can be accurately calculated.
図16は光学システムの他の実施例を示す。図11に示す光学システムでは撮像素子中に焦点検出用の画素を埋め込んだ構成となっているが、図16に示す光学システムでは焦点検出を撮像素子と別の焦点検出ユニット(焦点検出装置)で行う構成になっている。図16において、図11に示す機器と同様な機器については説明を省略する。320は焦点検出ユニット(再結像方式)、321はメインミラー(ハーフミラー)、322はサブミラー、323は折り返しミラーである。また、撮像素子212は撮像専用のイメージセンサーである。
FIG. 16 shows another embodiment of the optical system. The optical system shown in FIG. 11 has a configuration in which pixels for focus detection are embedded in the image sensor. In the optical system shown in FIG. 16, focus detection is performed by a focus detection unit (focus detection device) separate from the image sensor. It is configured to do. In FIG. 16, description of devices similar to those shown in FIG. 11 is omitted. 320 is a focus detection unit (re-imaging method), 321 is a main mirror (half mirror), 322 is a sub mirror, and 323 is a folding mirror. The
交換レンズ202からボディ203に入射する光束は、メインミラー321で分割され一方は折り返しミラー323方向に反射され、折り返しミラー323で接眼レンズ217方向に反射され、ファインダー像をした観察される。メインミラー321を通過した光束はサブミラー322で反射され、再結像方式の焦点検出ユニット320で受光され、焦点検出ユニット320は一対の像信号を出力される。焦点検出ユニットは図1に示すような構成となっており、画面上の複数の焦点検出位置に対応して、複数の再結像方式の光学系とイメージセンサが配置されている。
The light beam incident on the
撮影時はメインミラー321とサブミラー322は撮影光路中から待避し、撮像素子212で撮像が行われる。焦点検出ユニット320から出力される一対の像信号は焦点検出部213で処理される。焦点検出部213とレンズCPU206は、マウント部204に設けられた電気接点部218により各種情報(変換係数を算出するために必要な口径情報、レンズ駆動のためのデフォーカス量等)を伝達する。焦点検出部213は、レンズCPU206と通信して装着されているレンズの口径情報を読み出し、この口径情報と焦点検出部213が保持している測距瞳情報と複数の焦点検出位置の情報に基づいて、複数の焦点検出位置毎に変換係数と測距光量情報を算出する。
At the time of shooting, the
焦点検出部213は、測距光量情報に応じて焦点検出位置毎に一対の像信号を補正した後、周知の焦点検出演算処理を施して焦点検出位置毎に一対の像の像ズレ量を算出する。焦点検出部213は、焦点検出位置毎に算出された像ズレ量に焦点検出位置毎に求められた変換係数を乗じて各焦点検出位置でのデフォーカス量を算出し、複数のデフォーカス量に基づき最終的なデフォーカス量を決定する。また、焦点検出部213は、最終的なデフォーカス量に基づきレンズ駆動が必要だと判断した場合(非合焦と判断した場合)は、最終的なデフォーカス量をレンズCPUに送信する。
The
レンズCPU206は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づきフォーカシングレンズ210を合焦点へと駆動する。
The
なお、光学システムは上述したデジタルスチルカメラに限定されない。携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール等にも適用できる。また、以上の説明では瞳分割型の焦点検出方式の例として再結像方式とマイクロレンズ方式を説明したが、これらの方式に限定されず、射出瞳を何らかの方法で分割し、これらの分割された瞳を通る光束を用いて形成された一対の像の像ズレ量を検出する方式であればよい。 The optical system is not limited to the digital still camera described above. The present invention can also be applied to a small camera module built in a mobile phone or the like. In the above description, the re-imaging method and the microlens method have been described as examples of the pupil division type focus detection method. However, the present invention is not limited to these methods, and the exit pupil is divided by some method and divided. Any method may be used as long as it detects the amount of image misalignment between a pair of images formed using a light beam passing through the pupil.
このように、一実施の形態によれば、結像光学系を通過した一対の焦点検出用光束により結像される一対の像のズレ量に基づいて結像光学系の予定結像面における焦点調節状態を検出する場合に、焦点検出に用いる焦点検出用光束の分布を示す測距瞳情報と、結像光学系から焦点検出装置に射出する光束を規定する口径情報とに基づいて、一対の像のズレ量を結像光学系のデフォーカス量に変換するための変換係数を算出するようにしたので、瞳分割型の焦点検出方式において、一対の像ズレ量を結像光学系のデフォーカス量に変換するための正確な変換係数を求めることができ、結像光学系の焦点検出精度を向上させることができる。 Thus, according to one embodiment, the focal point on the planned imaging plane of the imaging optical system based on the amount of deviation of the pair of images formed by the pair of focus detection light beams that have passed through the imaging optical system. When detecting the adjustment state, a pair of focus detection pupil information indicating the distribution of the focus detection light beam used for focus detection and a pair of aperture information defining the light beam emitted from the imaging optical system to the focus detection device. Since the conversion coefficient for converting the image shift amount to the defocus amount of the imaging optical system is calculated, the pair of image shift amounts are defocused by the imaging optical system in the pupil division type focus detection method. An accurate conversion coefficient for conversion into a quantity can be obtained, and the focus detection accuracy of the imaging optical system can be improved.
また、一実施の形態によれば、上述した測距瞳情報と口径情報とに基づいて、一対の焦点検出用光束の中からそれぞれ焦点検出に利用可能な光束を分別するとともに、分別した二つの光束分布の重心の開き角を算出し、この重心の開き角に基づいて変換係数を算出するようにしたので、焦点検出用光束にケラレが発生したり、さらにそのケラレ方が結像光学系の交換やフォーカシングやズーミングによって変化する場合でも正確な変換係数を迅速にも求めることができ、焦点検出における精度と応答性を向上させることができる。 According to one embodiment, based on the above-mentioned distance measurement pupil information and aperture information, the light beams that can be used for focus detection are separated from the pair of focus detection light beams, and Since the opening angle of the center of gravity of the light flux distribution is calculated and the conversion coefficient is calculated based on the opening angle of the center of gravity, vignetting occurs in the focus detection light beam, and the vignetting method is further applied to the imaging optical system. Even when changing due to exchange, focusing, or zooming, an accurate conversion coefficient can be quickly obtained, and the accuracy and responsiveness in focus detection can be improved.
一実施の形態によれば、結像光学系の射出瞳面上において一対の焦点検出用光束の中からそれぞれ焦点検出に利用可能な二つの光束を分別するとともに、分別した二つの光束分布の重心間隔を算出し、結像光学系の予定結像面と射出瞳面との間の距離と重心間隔とに基づいて重心の開き角を算出するようにしたので、重心の開き角を正確にかつ迅速に求めることができ、焦点検出における精度と応答性をさらに向上させることができる。 According to one embodiment, the two light beams that can be used for focus detection are separated from the pair of focus detection light beams on the exit pupil plane of the imaging optical system, and the center of gravity of the two separated light beam distributions is separated. Since the interval was calculated, and the opening angle of the center of gravity was calculated based on the distance between the planned imaging surface and exit pupil plane of the imaging optical system and the center of gravity interval, the opening angle of the center of gravity was accurately and It can be obtained quickly, and the accuracy and responsiveness in focus detection can be further improved.
さらに、一実施の形態によれば、測距瞳情報には焦点検出位置に応じた焦点検出用光束の方向に関する情報を含むようにしたので、焦点検出位置に応じて焦点検出用光束のケラレ方が異なる場合でも正確な変換係数を迅速に求めることができ、焦点検出における精度と応答性を向上させることができる。 Furthermore, according to the embodiment, since the distance measurement pupil information includes information on the direction of the focus detection light beam according to the focus detection position, the vignetting method of the focus detection light beam according to the focus detection position. Even if they are different, an accurate conversion coefficient can be quickly obtained, and the accuracy and responsiveness in focus detection can be improved.
一実施の形態によれば、口径情報を焦点検出位置に応じた情報としたので、焦点検出位置に応じて焦点検出用光束のケラレ方が異なる場合でも正確な変換係数を迅速に求めることができ、焦点検出における精度と応答性を向上させることができる。 According to one embodiment, since the aperture information is information according to the focus detection position, an accurate conversion coefficient can be quickly obtained even when the vignetting method of the focus detection light beam differs depending on the focus detection position. The accuracy and responsiveness in focus detection can be improved.
一実施の形態によれば、焦点検出位置の情報、測距瞳情報および口径情報に基づいて変換係数を算出するようにしたので、焦点検出位置に応じて焦点検出用光束のケラレ方が異なる場合でも正確な変換係数を迅速に求めることができ、焦点検出における精度と応答性を向上させることができる。 According to the embodiment, since the conversion coefficient is calculated based on the focus detection position information, the distance measurement pupil information, and the aperture information, the vignetting method of the focus detection light beam varies depending on the focus detection position. However, an accurate conversion coefficient can be quickly obtained, and the accuracy and responsiveness in focus detection can be improved.
さらにまた、焦点検出位置情報、測距瞳情報および口径情報とに基づいて、焦点検出に利用可能な一対の焦点検出用光束の光量に関する測距光量情報を算出するとともに、一対の焦点検出用光束により結像される一対の像を測距光量情報により補正するようにしたので、高精度な像ズレ量の検出ができ、それにより高精度な焦点検出が可能になる。 Furthermore, the distance measurement light amount information regarding the light amount of the pair of focus detection light beams that can be used for focus detection is calculated based on the focus detection position information, the distance measurement pupil information, and the aperture information, and the pair of focus detection light beams Since the pair of images formed by the correction is corrected based on the distance measurement light quantity information, it is possible to detect the amount of image shift with high accuracy, thereby enabling highly accurate focus detection.
一実施の形態によれば、上述した一実施の形態の焦点検出装置を含むカメラボディ203と、カメラボディ203に対して着脱交換可能な結像光学系を含む交換レンズ202とから光学システムを構成し、カメラボディ203側に変換係数を演算するCPU214を設置するとともにそのメモリに測距瞳情報を記憶しておき、一方、交換レンズ202のレンズCPU206のメモリに口径情報を記憶し、カメラボディ203に設置されたCPU214によって、交換レンズ202から口径情報を読み出し、口径情報と測距瞳情報とに基づいて変換係数を算出するようにしたので、上述した焦点検出装置を含む本体と、本体に対して着脱交換可能なレンズ溝体とから成る光学システムにおいても、焦点検出用光束にケラレが発生したり、さらにそのケラレ方が結像光学系の交換やフォーカシングやズーミングによって変化する場合でも正確な変換係数を迅速にも求めることができ、焦点検出における精度と応答性を向上させることができる。
According to an embodiment, an optical system is configured by the
《焦点検出用光束の重心位置算出の変形例》
上述した図8および図9では、予定結像面上の中心(予定結像面と光軸との交点)と周辺において焦点検出用光束の重心を求める際、同一の焦点検出用光束の分布情報を用いているが、予定結像面上の位置に応じて焦点検出用光束の分布を示す測距瞳情報が異なる場合には、それぞれの位置に対応した測距瞳情報を記憶しておき、焦点検出用光束の重心を求める際には予定結像面上の位置(焦点検出位置)に対応した測距瞳情報を用いるようにしてもよい。
<< Variation of center of gravity calculation of focus detection beam >>
In FIG. 8 and FIG. 9 described above, the distribution information of the same focus detection light beam is obtained when obtaining the center of gravity of the focus detection light beam at the center (intersection of the planned image formation surface and the optical axis) and the periphery on the planned image formation surface. However, if the distance measurement pupil information indicating the distribution of the light beam for focus detection differs according to the position on the planned imaging plane, the distance measurement pupil information corresponding to each position is stored, When obtaining the center of gravity of the focus detection light beam, distance measurement pupil information corresponding to a position on the planned imaging plane (focus detection position) may be used.
焦点検出位置が多く、焦点検出位置に対応した測距瞳情報を記憶するのに膨大な記憶容量を必要とする場合には、図17に示すように少数の特定位置に対応した測距瞳情報を記憶しておき、任意の焦点検出位置における測距瞳情報を焦点検出位置近傍の特定位置の測距瞳情報より補間して求める。このようにすれば、測距瞳情報を記憶するための記憶容量を低減することができる。 If there are many focus detection positions and a large amount of storage capacity is required to store the distance measurement pupil information corresponding to the focus detection position, the distance measurement pupil information corresponding to a small number of specific positions as shown in FIG. Is stored, and distance measurement pupil information at an arbitrary focus detection position is obtained by interpolation from distance measurement pupil information at a specific position near the focus detection position. In this way, the storage capacity for storing the distance measuring pupil information can be reduced.
図17(a)において、予定結像面400上の特定位置401、402に対しては、焦点検出用光束の分布を示す測距瞳情報((b)図および(d)図参照)が記憶されているものとする。ここで、任意の焦点検出位置403における測距瞳情報を求める場合には、位置403の近傍に存在する特定位置であって、予め測距瞳情報が記憶されている特定位置、ここでは位置401と402の測距瞳情報を用いて焦点検出用位置403の測距瞳情報((c)図参照)を補間により求める。この補間演算に際しては、焦点検出位置403と特定位置401の間の距離と、焦点検出位置403と特定位置402の間の距離とに応じて、特定位置401の測距瞳情報と特定位置402の測距瞳情報を按分する。
In FIG. 17 (a), distance measurement pupil information (see FIGS. (B) and (d)) indicating the distribution of the light beam for focus detection is stored for
《焦点検出用光束の重心位置算出の他の変形例》
上述した図8および図9では、焦点検出用光束の重心を求める際に射出瞳面1上における焦点検出用光束の分布情報を用いたが、予定結像面からの光軸方向の距離に応じて焦点検出用光束の分布を示す測距瞳情報が異なる場合には、予定結像面からの光軸方向の距離に対応した測距瞳情報を記憶しておき、焦点検出用光束の重心を求める際には光学系の射出瞳位置(予定結像面からの光軸方向の距離)に対応した測距瞳情報を用いるようにしてもよい。
<< Other Modifications of Center of Gravity Position of Focus Detection Beam >>
In FIG. 8 and FIG. 9 described above, the distribution information of the focus detection light beam on the
予定結像面からの光軸方向の距離に対応した測距瞳情報を記憶するのに膨大な記憶容量が必要となる場合には、図18に示すように少数の特定距離に対応した測距瞳情報を記憶しておき、任意の距離における測距瞳情報を近傍の特定距離の測距瞳情報より補間して求める。このようにすれば、測距瞳情報を記憶するための記憶容量を低減することができる。 When enormous storage capacity is required to store distance measurement pupil information corresponding to the distance in the optical axis direction from the planned imaging plane, distance measurement corresponding to a small number of specific distances as shown in FIG. The pupil information is stored, and the distance measurement pupil information at an arbitrary distance is obtained by interpolation from the distance measurement pupil information at a specific distance in the vicinity. In this way, the storage capacity for storing the distance measuring pupil information can be reduced.
図18において、予定結像面400から特定距離だけ離れた位置411、412に対しては、焦点検出用光束の分布を示す測距瞳情報((b)図および(d)図参照)が記憶されているものとする。ここで、結像光学系の射出瞳位置413における測距瞳情報を求める場合には、位置413の近傍に存在する特定位置であって、予め測距瞳情報が記憶されている特定位置、ここでは位置411と412の測距瞳情報を用いて射出瞳位置413の測距瞳情報((c)図参照)を補間演算により求める。この補間演算に際しては、位置413と特定位置411の間の距離と、位置413と特定位置412の間の距離とに応じて、特定位置411の測距瞳情報と特定位置412の測距瞳情報を按分する。
In FIG. 18, distance measurement pupil information (see FIGS. (B) and (d)) indicating the distribution of the light beam for focus detection is stored at
以上の説明では、焦点検出用光束の重心を求める際に用いる焦点検出用光束の分布情報(測距瞳情報)を予め記憶しておく例を示したが、焦点検出装置が高速演算処理可能なマイクロコンピューターを備えている場合には、焦点検出系の構成パラメーター(光電変換部サイズ、マイクロレンズ曲率、マイクロレンズ屈折率、マイクロレンズと光電変換部の距離、マイクロレンズ開口径など)から直接、光線追跡演算や回折演算を行うことによって、予定結像面上の任意の位置、あるいは予定結像面から光軸方向の任意の距離に対応した測距瞳情報を求めるようにしてもよい。 In the above description, the example in which the distribution information (ranging pupil information) of the focus detection light beam used for obtaining the center of gravity of the focus detection light beam is stored in advance, but the focus detection device can perform high-speed calculation processing. When equipped with a microcomputer, the light beam directly from the configuration parameters of the focus detection system (photoelectric conversion unit size, microlens curvature, microlens refractive index, distance between microlens and photoelectric conversion unit, microlens aperture diameter, etc.) By performing tracking calculation and diffraction calculation, distance measurement pupil information corresponding to an arbitrary position on the planned imaging plane or an arbitrary distance in the optical axis direction from the planned imaging plane may be obtained.
光線追跡演算や回折演算に時間がかかり過ぎる場合には、予定結像面上の任意の位置、あるいは予定結像面から光軸方向の任意の距離に対応した点像分布関数を予め演算して記憶するとともに、回折や収差のない場合の設計上の測距瞳情報(設計測距瞳情報)を記憶しておき、焦点検出光束の重心を求める際には焦点検出位置および結像光学系の射出瞳位置に対応した点像分布関数と設計測距瞳情報を読み出し、この点像分布関数と設計測距瞳情報とのコンボルーション演算を行うことによって、焦点検出位置および結像光学系の射出瞳位置に対応した測距瞳情報を演算により求めて用いるようにする。 If the ray tracing calculation or diffraction calculation takes too much time, a point spread function corresponding to an arbitrary position on the planned imaging plane or an arbitrary distance in the optical axis direction from the planned imaging plane is calculated in advance. The distance measurement pupil information (design distance measurement pupil information) when there is no diffraction or aberration is stored, and when the center of gravity of the focus detection light beam is obtained, the focus detection position and the imaging optical system By reading out the point spread function corresponding to the exit pupil position and the design ranging pupil information, and performing the convolution calculation of this point spread function and the design ranging pupil information, the focus detection position and the exit of the imaging optical system are obtained. The distance measuring pupil information corresponding to the pupil position is obtained by calculation and used.
予定結像面上の任意の位置、あるいは予定結像面から光軸方向の任意の距離に対応した点像分布関数を記憶するのに膨大な記憶容量が必要となる場合は、予定結像面上の特定の位置あるいは予定結像面から光軸方向の特定の距離に対応した点像分布関数を記憶しておき、焦点検出位置あるいは結像光学系の射出瞳位置に対応した点像分布関数を焦点検出位置近傍の特定位置あるいは結像光学系の射出瞳距離の近傍の特定距離に対応した点像分布関数を用いて補間演算を行う。このようにすれば、点像分布関数を記憶するための記憶容量を低減することができる。 If a large storage capacity is required to store a point spread function corresponding to an arbitrary position on the planned imaging plane or an arbitrary distance in the optical axis direction from the planned imaging plane, Stores a point spread function corresponding to a specific position above or a specific distance in the optical axis direction from the planned imaging plane, and a point spread function corresponding to the focus detection position or the exit pupil position of the imaging optical system Is interpolated using a point spread function corresponding to a specific position near the focus detection position or a specific distance near the exit pupil distance of the imaging optical system. In this way, the storage capacity for storing the point spread function can be reduced.
1 射出瞳
2、3 測距瞳
4 光軸
6、7 焦点検出用光束
8、9 重心位置
12、13、22、23 絞り開口
16、26 イメージセンサ
18、28 測距ユニット
32、33、42、43、56、57、72、73、82、83 焦点検出用光束
41、44 結像光学系の絞りの射出瞳
50、60 マイクロレンズ
52、53、62、63 受光素子
67 投影軸
78、79 重心位置
201 デジタルスチルカメラ
203 カメラボディ
206 レンズCPU
211 絞り
212 撮像素子
210 デジタルスチルカメラ
212 撮像素子
213 焦点検出部
214 ボディCPU
310 撮像用画素
311 焦点検出用画素(マイクロレンズ方式)
1
310
Claims (11)
前記光束の分布を示す情報と前記結像光学系の口径情報とに基づいて、前記一対の像のズレ量を前記結像光学系のデフォーカス量に変換するための変換係数を算出する変換係数演算手段を備えることを特徴とする焦点検出装置。 A focus detection device that detects a focus adjustment state on a planned imaging plane of the imaging optical system based on a shift amount of a pair of images by a pair of light beams that have passed through different positions of a pupil of the imaging optical system,
A conversion coefficient for calculating a conversion coefficient for converting a shift amount of the pair of images into a defocus amount of the imaging optical system based on information indicating the distribution of the light flux and aperture information of the imaging optical system A focus detection apparatus comprising a calculation means.
前記変換係数演算手段は、前記光束の分布を示す情報と前記口径情報とに基づいて、前記一対の光束の中でそれぞれ焦点検出に利用可能な二つの光束分布の重心の開き角を算出し、この重心の開き角に基づいて変換係数を算出することを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 1,
The conversion coefficient calculation means calculates an opening angle of the center of gravity of two light flux distributions that can be used for focus detection among the pair of light fluxes based on the information indicating the distribution of the light fluxes and the aperture information, A focus detection apparatus that calculates a conversion coefficient based on an opening angle of the center of gravity.
前記変換係数演算手段は、前記一対の光束の中でそれぞれ焦点検出に利用可能な二つの光束分布の前記結像光学系の射出瞳面上における重心間隔を算出し、前記結像光学系の予定結像面と前記射出瞳面との間の距離と前記重心間隔とに基づいて前記重心の開き角を算出することを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 2,
The conversion coefficient calculation means calculates a center-of-gravity interval on the exit pupil plane of the imaging optical system of two light beam distributions that can be used for focus detection in the pair of light beams, and schedules the imaging optical system A focus detection apparatus that calculates an opening angle of the center of gravity based on a distance between an imaging plane and the exit pupil plane and the center-of-gravity interval.
前記結像光学系の予定結像面上の所定の焦点検出位置における前記結像光学系の焦点調節状態を検出するものであり、前記光束の分布を示す情報には前記焦点検出位置に応じた焦点検出用光束の方向に関する情報が含まれることを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 3,
It detects a focus adjustment state of the imaging optical system at a predetermined focus detection position on a predetermined imaging surface of the imaging optical system, and information indicating the distribution of the luminous flux corresponds to the focus detection position. A focus detection apparatus characterized in that information on the direction of a focus detection light beam is included.
前記結像光学系の予定結像面上の所定の焦点検出位置における前記結像光学系の焦点調節状態を検出するものであり、前記口径情報は前記焦点検出位置に応じた情報であることを特徴とする焦点検出装置。 In the focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A focus adjustment state of the imaging optical system at a predetermined focus detection position on a predetermined imaging surface of the imaging optical system; and the aperture information is information corresponding to the focus detection position. Feature focus detection device.
前記結像光学系の予定結像面上の所定の焦点検出位置における前記結像光学系の焦点調節状態を検出するものであり、前記変換係数演算手段は、前記焦点検出位置の情報、前記光束の分布を示す情報および前記口径情報に基づいて前記変換係数を算出することを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Detecting a focus adjustment state of the imaging optical system at a predetermined focus detection position on a predetermined imaging surface of the imaging optical system, and the conversion coefficient calculating means includes information on the focus detection position, the light flux The conversion coefficient is calculated based on the information indicating the distribution of the aperture and the aperture information.
前記結像光学系の予定結像面上の所定の焦点検出位置における前記結像光学系の焦点調節状態を検出するものであり、前記焦点検出位置情報、前記光束の分布を示す情報および前記口径情報とに基づいて、焦点検出に利用可能な前記一対の焦点検出用光束の光量に関する情報を算出する測距光量情報算出手段と、前記一対の焦点検出用光束による一対の像を前記光量に関する情報により補正する像補正手段とをさらに備えることを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Detecting a focus adjustment state of the imaging optical system at a predetermined focus detection position on a predetermined imaging surface of the imaging optical system, the focus detection position information, information indicating the distribution of the luminous flux, and the aperture Distance measurement light quantity information calculating means for calculating information on the light quantity of the pair of focus detection light fluxes available for focus detection based on the information, and a pair of images of the pair of focus detection light fluxes on the light quantity information A focus detection apparatus, further comprising: an image correction unit that corrects the image by the correction.
予定結像面上の複数の位置に対応した複数の前記光束の分布を示す情報を記憶する瞳情報記憶手段と、
前記瞳情報記憶手段に記憶されている複数の前記光束の分布を示す情報に基づいて、予定結像面上の焦点検出位置に対応した前記光束の分布を示す情報を補間演算により求める補間演算手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Pupil information storage means for storing information indicating a plurality of light flux distributions corresponding to a plurality of positions on the planned imaging plane;
Interpolation calculation means for obtaining information indicating the distribution of the luminous flux corresponding to the focus detection position on the planned imaging plane by interpolation based on information indicating the distribution of the plurality of luminous fluxes stored in the pupil information storage means A focus detection device comprising:
予定結像面から光軸方向の複数の距離に対応した複数の前記光束の分布を示す情報を記憶する瞳情報記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている複数の前記光束の分布を示す情報に基づいて、結像光学系の射出瞳の予定結像面からの距離に対応した前記光束の分布を示す情報を補間演算により求める補間演算手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 3,
Pupil information storage means for storing information indicating a plurality of distributions of the luminous fluxes corresponding to a plurality of distances in the optical axis direction from the planned imaging plane;
Based on the information indicating the distribution of the plurality of light beams stored in the storage means, the information indicating the distribution of the light beams corresponding to the distance from the planned imaging surface of the exit pupil of the imaging optical system is obtained by interpolation calculation. A focus detection apparatus comprising: an interpolation calculation means to be obtained.
光学システムは、前記焦点検出装置を含む本体と、本体に対して着脱交換可能な前記結像光学系を含むレンズ構体とから成り、
前記本体側に前記変換係数演算手段を設置するとともに前記光束の分布を示す情報を保持し、前記レンズ構体側に前記口径情報を保持し、前記本体側に設置された前記変換係数演算手段は、前記レンズ構体から前記口径情報を読み出し、前記口径情報と前記光束の分布を示す情報とに基づいて前記変換係数を算出することを特徴とする光学システム。 The optical system according to claim 10.
The optical system includes a main body including the focus detection device, and a lens structure including the imaging optical system that can be attached to and detached from the main body.
The conversion coefficient calculating means installed on the main body side and holding information indicating the distribution of the luminous flux, holding the aperture information on the lens structure side, and the conversion coefficient calculating means installed on the main body side, An optical system, wherein the aperture information is read from the lens structure, and the conversion coefficient is calculated based on the aperture information and information indicating the distribution of the luminous flux.
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