JP2007304188A - 撮像装置およびafモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】 高速且つ高精度のAF動作を実現することが可能な撮像装置等を提供する。
【解決手段】 撮像装置は、それぞれ撮像面を有する第1AFユニットおよび第2AFユニットと、位相差AFユニットと、制御手段とを備える。被写体像は、当該被写体像の光路が分割されることによって、位相差AFユニットと第1AFユニットと第2AFユニットとにそれぞれ導かれる。第1AFユニットの撮像面P1は位相差AFユニットの基準面P0の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、第2AFユニットの撮像面P2は基準面P0の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されている。制御手段は、基準面P0での合焦状態に応じた合焦動作を行うとともに、撮像面P1での撮像信号に基づいて取得されるAF用の第1評価値Vnと撮像面P2での撮像信号に基づいて取得されるAF用の第2評価値Vfとを用いた合焦動作を行う。
【選択図】図4
【解決手段】 撮像装置は、それぞれ撮像面を有する第1AFユニットおよび第2AFユニットと、位相差AFユニットと、制御手段とを備える。被写体像は、当該被写体像の光路が分割されることによって、位相差AFユニットと第1AFユニットと第2AFユニットとにそれぞれ導かれる。第1AFユニットの撮像面P1は位相差AFユニットの基準面P0の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、第2AFユニットの撮像面P2は基準面P0の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されている。制御手段は、基準面P0での合焦状態に応じた合焦動作を行うとともに、撮像面P1での撮像信号に基づいて取得されるAF用の第1評価値Vnと撮像面P2での撮像信号に基づいて取得されるAF用の第2評価値Vfとを用いた合焦動作を行う。
【選択図】図4
Description
本発明は、撮像装置(デジタルカメラ等)のオートフォーカス技術に関する。
撮像装置のオートフォーカス(AFとも略記する)技術としては、位相差方式のAF(位相差AFとも称する)とコントラスト方式のAF(コントラストAFとも称する)とが存在する。
両方式のAFには一長一短がある。位相差AFは、コントラストAFと比較すると、高速ではあるが精度が劣る。逆に言えば、コントラストAFは、位相差AFと比較すると、高精度ではあるが低速である。
そのため、位相差AFを採用するときには、高速化を実現することができても高精度の合焦精度を得られないという問題が存在する。また、コントラストAFを採用するときには、高精度の合焦精度を得ることができても高速化を実現することができないという問題が存在する。
なお、特許文献1においては、位相差AFとコントラストAFとを時間的に直列的に組み合わせた技術が記載されている。より詳細には、位相差AFの基準面とコントラストAFの撮像面とが光学的に等価な位置に存在しており、まず位相差AFを行い、位相差AFで合焦しない場合に、さらにレンズ駆動を伴うコントラストAFを開始することが記載されている。しかしながら、このような技術においては、最初の位相差AFによって合焦状態であると判定される場合には、その合焦精度は当該位相差AFの判定基準に依拠しているため、必ずしも十分な精度が保証されるものではない。また、特許文献2の技術では、コントラストAFのみで合焦動作を行っており、十分な高速化を図ることができない。
そこで、この発明の課題は、高速且つ高精度のAF動作を実現することが可能な撮像装置およびAFモジュールを提供することにある。
上記課題を解決すべく、請求項1の発明は、撮像装置であって、それぞれ撮像面を有する第1AFユニットおよび第2AFユニットと、基準面における合焦状態を位相差方式で検出する位相差AFユニットと、フォーカスレンズの位置を制御して合焦制御を行う制御手段とを備え、前記フォーカスレンズを含む撮影レンズを通って導かれる被写体像は、当該被写体像の光路が分割されることによって、前記位相差AFユニットと前記第1AFユニットと前記第2AFユニットとにそれぞれ導かれ、前記第1AFユニットの撮像面は前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、前記第2AFユニットの撮像面は前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されており、前記制御手段は、前記位相差AFユニットの基準面での合焦状態に応じた合焦動作を行うとともに、前記第1AFユニットの撮像面での撮像信号に基づいて取得されるAF用の第1評価値と前記第2AFユニットの撮像面での撮像信号に基づいて取得されるAF用の第2評価値とを用いた合焦動作を行うことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1の発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とに基づいて合焦状態であるか否かを判定することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2の発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とが逆である場合には合焦状態であると判定し、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とが同一である場合には非合焦状態であると判定することを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項2または請求項3の発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とが同一である場合には、前記フォーカスレンズの微小駆動を行うとともに当該微小駆動後の前記第1評価値および前記第2評価値を取得して、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とに基づく合焦判定動作を再び行うことを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項2ないし請求項4のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦動作として前記フォーカスレンズの移動動作が行われている間に、前記第1評価値と前記第2評価値とを取得することによって、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とを求めることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項2ないし請求項5のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記フォーカスレンズの微小駆動を行い、前記フォーカスレンズの前記微小駆動前における前記第1評価値および前記第2評価値に加えて、前記フォーカスレンズの前記微小駆動後における前記第1評価値および前記第2評価値を取得することによって、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とを求めることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記第1評価値と前記第2評価値との差が閾値よりも小さいときには合焦状態であると判定し、前記第1評価値と前記第2評価値との差が閾値よりも大きいときには非合焦状態であると判定することを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項7の発明に係る撮像装置において、前記制御手段は、前記位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記第1評価値と前記第2評価値との差が閾値よりも大きいときには、前記フォーカスレンズの微小駆動を行うとともに当該微小駆動後の前記第1評価値および前記第2評価値を取得して、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とに基づく合焦判定動作を行うことを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項1ないし請求項8のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して、前記第1AFユニットの撮像面と前記第2AFユニットの撮像面とは略同一距離離れた位置に存在することを特徴とする。
請求項10の発明は、請求項9の発明に係る撮像装置において、前記第1AFユニットの撮像面は、前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側に所定量Δxシフトされて配置され、前記第2AFユニットの撮像面は、前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側に前記所定量Δxシフトされて配置され、前記所定量Δxは、(2×F×δ)以下である(ただし、Fは最小Fナンバー、δは記録画像取得用の撮像素子における画素ピッチの2倍の値)ことを特徴とする。
請求項11の発明は、請求項1ないし請求項8のいずれかの発明に係る撮像装置において、記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して、前記第1AFユニットの撮像面と前記第2AFユニットの撮像面とは略同一距離離れた位置に存在することを特徴とする。
請求項12の発明は、請求項11の発明に係る撮像装置において、前記第1AFユニットの撮像面は、記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して近側に所定量Δxシフトされて配置され、前記第2AFユニットの撮像面は、前記記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して遠側に前記所定量Δxシフトされて配置され、前記所定量Δxは、(2×F×δ)以下である(ただし、Fは最小Fナンバー、δは記録画像取得用の撮像素子における画素ピッチの2倍の値)ことを特徴とする。
請求項13の発明は、請求項1ないし請求項12のいずれかの発明に係る撮像装置において、前記位相差AFユニットの基準面は、記録画像取得用の撮像素子の撮像面と光学的に等価な位置に配置されていることを特徴とする。
請求項14の発明は、AFモジュールであって、第1AFユニットと、第2AFユニットと、基準面における合焦状態を位相差方式で検出する位相差AFユニットと、被写体像の光路を分割して、当該被写体像を前記位相差AFユニットと前記第1AFユニットと前記第2AFユニットとにそれぞれ導く光路分割手段とを備え、前記第1AFユニットは、AF用の第1評価値の算出対象となる撮像信号を取得する第1撮像面を有し、前記第2AFユニットは、AF用の第2評価値の算出対象となる撮像信号を取得する第2撮像面を有し、前記第1撮像面は前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、前記第2撮像面は前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されていることを特徴とする。
請求項1ないし請求項13に記載の発明によれば、位相差AFユニットによる合焦動作を行うとともに第1AFユニットおよび第2AFユニットによる合焦動作を行うので、高速且つ高精度の合焦動作を行うことができる。特に、第1AFユニットの撮像面は位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、第2AFユニットの撮像面は位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されている。そのため、第1および第2AFユニットの各撮像面によって取得される第1および第2評価値を利用して、本来の合焦位置に対して非常に近い範囲内にフォーカスレンズを移動し、高精度に合焦させることが可能になる。
また、請求項14に記載の発明によれば、位相差AFユニットによる合焦動作を行うとともに第1AFユニットおよび第2AFユニットによる合焦動作を行うことによって、高速且つ高精度の合焦動作を行うことが可能である。特に、第1AFユニットの撮像面は位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、第2AFユニットの撮像面は位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されている。そのため、第1および第2AFユニットの各撮像面での撮像信号に基づいて取得される第1および第2評価値を利用して、本来の合焦位置に対して非常に近い範囲内にフォーカスレンズを移動し、高精度に合焦させることが可能になる。
特に、請求項5に記載の発明によれば、位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦動作としてフォーカスレンズの移動動作が行われている間に、第1評価値と第2評価値とが取得されるので、位相差方式の合焦動作としてのフォーカスレンズ移動動作の完了後にAF用評価値の取得を開始する場合に比べて、高速化を図ることができる。
また特に、請求項7に記載の発明によれば、第1評価値と第2評価値との差が閾値よりも小さいときには、レンズを駆動することなく最終的な合焦状態であることを確認できる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
<1.構成>
<1−1.概要>
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置1の概略構成を示す図である。この撮像装置1は、レンズ交換式一眼レフタイプのデジタルカメラとして構成されている。
<1−1.概要>
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置1の概略構成を示す図である。この撮像装置1は、レンズ交換式一眼レフタイプのデジタルカメラとして構成されている。
図1に示すように、撮像装置1は、カメラ本体部(カメラボディ)2を備えており、このカメラ本体部2に対して、交換式の撮影レンズユニット3が着脱可能である。
撮影レンズユニット3は、主として、鏡胴36、ならびに、鏡胴36の内部に設けられるレンズ群37及び絞り38から構成される。レンズ群37には、光軸方向に移動することによって焦点位置を変更するフォーカスレンズ等が含まれている。
カメラ本体部2には、メカニカルシャッタ(以下単にシャッタとも称する)4と撮像素子(CCDセンサあるいはCMOSセンサ等)5とが設けられている。また、カメラ本体部2には主ミラー6とサブミラー7とペンタプリズム8とレンズユニット9とファインダ10とAFモジュール20とがさらに設けられている。ファインダ10は、いわゆる光学式ファインダとして機能する。
被写体に係る記録用静止画像等を取得する際には、被写体からの光を遮らないように主ミラー6とサブミラー7とが上方に待避し、撮影レンズユニット3からの光がシャッタ4の開放タイミングに合わせて撮像素子5に到達する。このように、被写体からの光が撮影レンズユニット3を介して撮像素子5に導かれることによって、被写体に係る撮影画像(撮影画像データ)が得られる。また、撮像素子5は、記録画像取得用の撮像素子であるとも表現される。
一方、光学ファインダを用いて構図決めを行う際、およびAFモジュール20を用いてAF動作を行う際には、主ミラー6およびサブミラー7が、必要に応じて下降し、撮影レンズユニット3からの被写体像の光路上に配置される(図1参照)。
このとき、撮影レンズユニット3からの光は、主ミラー6で反射されて上方に進路を変更し、ペンタプリズム8でその進路をさらに変更した後にレンズユニット9を通ってファインダ10へと進行する。撮影者はファインダ10を覗くことによって被写体像を確認することができる。
また、主ミラー6は一部の光を透過させることが可能であり、主ミラー6を透過した光はサブミラー7で反射されて下方に進路を変更しAFモジュール20へと進入する。AFモジュール20は、オートフォーカス(AF)制御を行うためのモジュール(「オートフォーカス装置」とも称する)である。AFモジュール20は、主ミラー6およびサブミラー7を介して進入してきた光を用いて、AF動作を実現する。なお、AFモジュール20については後述する。
つぎに、図2を参照しながら、撮像装置1の機能の概要について説明する。図2は、撮像装置1の機能構成を示すブロック図である。
図2に示すように、撮像装置1は、操作部80、制御部101、フォーカス制御部121、ミラー制御部122、シャッタ制御部123、タイミング制御回路124、およびデジタル信号処理回路50等をさらに備える。
操作部80は、シャッタースタートボタン(シャッターボタン)11(図1参照)や各種ボタンやスイッチ等を備えて構成される。操作部80に対するユーザーの入力操作に応答して、制御部101が各種動作を実現する。なお、シャッターボタンは、半押し状態(S1状態)と全押し状態(S2状態)の2つの状態を検出可能な2段階検出ボタンである。撮像装置1では、S1状態になると、AF制御を含む本撮影動作のための準備動作が行われ、さらにS2状態になると、本撮影動作(記録用静止画像の撮影動作)が行われる。
制御部101は、主にCPU、メモリ、及びROM等を備えて構成され、ROM内に格納されるプログラムを読み出し、当該プログラムをCPUで実行することによって、各種機能を実現する。例えば、制御部101は、フォーカス制御部121と協動して、フォーカスレンズの位置を制御する合焦制御動作を行う。
フォーカス制御部121は、制御部101から入力される信号に基づいて制御信号を生成しモータM1を駆動することによって、撮影レンズユニット3のレンズ群37に含まれるフォーカスレンズを移動する。また、フォーカスレンズの位置は、レンズ位置検出部39によって検出され、フォーカスレンズの位置を示すデータが制御部101に送られる。このように、フォーカス制御部121および制御部101等は、フォーカスレンズの光軸方向の動きを制御する。
ミラー制御部122は、主ミラー6が光路から退避した状態(ミラーアップ状態)と主ミラー6が光路を遮断した状態(ミラーダウン状態)との状態切替を制御する。ミラー制御部122は、制御部101から入力される信号に基づいて制御信号を生成しモータM2を駆動することによって、ミラーアップ状態とミラーダウン状態とを切り替える。
シャッタ制御部123は、制御部101から入力される信号に基づいて制御信号を生成しモータM3を駆動することによって、シャッタ4の開閉を制御する。
タイミング制御回路124は、撮像素子5等に対するタイミング制御を行う。
撮像素子(ここではCCDセンサ(単にCCDとも称する))5は、光電変換作用により被写体の光像を電気的信号に変換して、撮像画像に係る画像信号を生成する。撮像素子5は、タイミング制御回路124から入力される駆動制御信号(蓄積開始信号・蓄積終了信号)に応答して、受光面に結像された被写体像の露光(光電変換による電荷蓄積)を行い、当該被写体像に係る画像信号を生成する。また、撮像素子5は、タイミング制御回路124から入力される読出制御信号に応答して、当該画像信号を信号処理部51へ出力する。また、タイミング制御回路124からのタイミング信号(同期信号)は、信号処理部51及びA/D変換回路52にも入力される。
また、撮像素子5は、駆動機構5aによって駆動され、被写体からの光の光軸に垂直な平面内において移動する。撮像装置1のブレをジャイロセンサ44によって検出し、当該ブレを補正するように撮像素子5を駆動することによって、光学的な手ブレ補正を行うことが可能である。
撮像素子5で取得された画像信号は、信号処理部51において所定のアナログ信号処理が施され、当該アナログ信号処理後の画像信号はA/D変換回路52によってデジタル画像データ(画像データ)に変換される。この画像データは、デジタル信号処理回路50に入力される。
デジタル信号処理回路50は、A/D変換回路52から入力される画像データに対してデジタル信号処理を行い、撮像画像に係る画像データを生成する。デジタル信号処理回路50は、黒レベル補正回路53、ホワイトバランス(WB)回路54、γ補正回路55及び画像メモリ56を備える。
黒レベル補正回路53は、A/D変換回路52が出力した画像データを構成する各画素データの黒レベルを基準の黒レベルに補正する。WB回路54は、画像のホワイトバランス調整を行う。γ補正回路55は、撮像画像の階調変換を行う。画像メモリ56は、生成された画像データを一時的に記憶するための、高速アクセス可能な画像メモリであり、複数フレーム分の画像データを記憶可能な容量を有する。
本撮影時には、画像メモリ56に一時記憶される画像データは、制御部101において適宜画像処理が施され、カードI/F132を介してメモリカード90に記憶される。
また、画像メモリ56に一時記憶される画像データは、制御部101によって適宜VRAM131に転送され、カメラ本体部2の背面に配置される液晶表示部(LCD)12に画像データに基づく画像が表示される。これによって、撮影画像を確認するための確認表示(アフタービュー)、および撮影済みの画像を再生する再生表示等が実現される。
さらに、撮像装置1は、通信用I/F133を有しており、当該インターフェイス133の接続先の機器(例えば、パーソナルコンピュータ等)とデータ通信をすることが可能である。
また、撮像装置1は、フラッシュ41、フラッシュ制御回路42、およびAF補助光発光部43を備えている。フラッシュ41は、被写体の輝度不足時等に利用される光源である。フラッシュの点灯の有無および点灯時間等は、フラッシュ制御回路42および制御部101等によって制御される。AF補助光発光部43は、AF用の補助光源である。AF補助光発光部43の点灯の有無および点灯時間等は、制御部101等によって制御される。
<1−2.AFモジュール20>
図3は、AFモジュール20の構成を示す図である。
図3は、AFモジュール20の構成を示す図である。
図3に示すように、AFモジュール20は、コンデンサレンズ21とハーフミラー22とを備えている。なお、このハーフミラー22と後述のビームスプリッタ29とは、被写体像が導かれる光路を3つの光路に分割する機能を有している。
主ミラー6(図1参照)を透過しサブミラー7で反射されてAFモジュール20の上方からAFモジュール20へと進入してきた光は、コンデンサレンズ21を通ってハーフミラー22に到達する。
ハーフミラー22は、被写体像が導かれる光路を、まず2つの光路、具体的には、ハーフミラー22の透過光の光路とハーフミラー22の反射光の光路とに分割する機能を有している。
ハーフミラー22の透過光の光路上には、AFモジュール20の一部の要素群、具体的には、IR(赤外線)カットフィルタ23と絞りマスク24とセパレータレンズ25と位相差AF用センサ26とが配置されている。
ハーフミラー22を透過した光は、IR(赤外線)カットフィルタ23と絞りマスク24とセパレータレンズ25とを通って位相差AF用センサ26に到達する。位相差AF用センサ26からの信号は制御部101に伝達され、位相差AFに利用される。
このように、IR(赤外線)カットフィルタ23と絞りマスク24とセパレータレンズ25と位相差AF用のセンサ26とは位相差AFユニットとして機能する。この位相差AFユニットは、位相差AF用センサ26の基準面P0(図3参照)における合焦状態を位相差方式で検出する。
なお、ここでは、位相差AF用センサ26(詳細には、位相差AF用センサ26の基準面)は、撮影レンズユニット3の光軸方向における撮像素子5の撮像面の位置と光学的に等価な位置に配置されているものとする。これによれば、位相差AF用センサ26の基準面P0(図3参照)上での合焦状態と、撮像素子5の撮像面P10(図1参照)上での合焦状態とが一致することになる。
また、ハーフミラー22の反射光の光路上には、AFモジュール20の別の要素群、具体的には、リレー光学系27とIRカットフィルタ28とビームスプリッタ29とセンサ31,32とが配置されている。
ハーフミラー22で反射された光は、その進路を図の左側へと変更すると、リレー光学系27とIRカットフィルタ28とを通ってビームスプリッタ29に導かれる。
ビームスプリッタ29は、ハーフミラー22での反射光の光路を、さらに2つの光路、具体的には、ビームスプリッタ29の透過光の光路とビームスプリッタ29の反射光の光路とに分割する機能を有している。ビームスプリッタ29の反射光の光路上にはセンサ31が配置されており、ビームスプリッタ29の透過光の光路上にはセンサ32が配置されている。したがって、反射光(ビームスプリッタ29によって分割され下方に進行する光)はコントラスト検出用のセンサ31に到達し、透過光(ビームスプリッタ29によって分割され図の左側にそのまま直進する光)はコントラスト検出用のセンサ32に到達する。
センサ31,32は、それぞれ、コントラスト検出用のセンサとして機能する。具体的には、センサ31,32は、それぞれ、撮像素子などで構成された撮像センサであり、被写体像に係る画像を微小時間(例えば1/200秒)間隔で順次に取得することができる。センサ31,32からの信号(撮像信号)は制御部101に伝達され、コントラストAF用のAF評価値等の算出に利用される。各センサ31,32で取得された撮像信号(画像)に基づいて当該画像のコントラスト値(AF評価値)を算出することによって、そのコントラスト値が極大となる位置等が検出される。
このように、リレー光学系27とIRカットフィルタ28とビームスプリッタ29と2つのセンサ31,32とは、コントラストAFユニットとして機能する。また、センサ31を含む要素群は、第1コントラストAFユニットであるとも表現され、センサ32を含む要素群は、第2コントラストAFユニットであるとも表現される。
ここで、センサ31,32は、それぞれ、撮影レンズユニット3の光軸方向における撮像素子5の位置に対して光学的に等価な位置(光学的等価位置とも称する)に配置されるのではなく、当該光学的等価位置から微小量シフトした位置に配置されている。図4は、このような配置状態を概念的に示す図である。なお、図4においては、撮像素子5とセンサ31とセンサ32との光学的な位置関係が示されるとともに、センサ31,32のそれぞれで取得されるコントラスト値Vn,Vfの変化曲線L1,L2が示されている。
詳細には、センサ31の撮像面P1は、位相差AF用のセンサ26の基準面P0と光学的に等価な位置(光学的等価位置)から微小距離ずれて配置されている。具体的には、センサ31の撮像面P1は、位相差AF用のセンサ26の基準面P0の光学的等価位置に対して近側に所定量Δx(ここでは約30μm)シフトされて配置されている。
また、センサ32の撮像面P2は、位相差AF用のセンサ26の基準面P0と光学的に等価な位置(光学的等価位置)から微小距離ずれて配置されている。具体的には、センサ32の撮像面P2は、位相差AF用のセンサ26の基準面P0の光学的等価位置に対して遠側に所定量Δx(ここでは約30μm)シフトされて配置されている。
図4に示すように、センサ31(近側のセンサとも称する)はセンサ26に対して近側に微小量Δxずれて配置されているため、センサ31に関するコントラスト値Vnの変化曲線L1は、フォーカスレンズが本来の合焦位置よりも近側に微小量Δxずれた位置に存在するときにピークを有する。
また、センサ32(遠側のセンサとも称する)はセンサ26に対して遠側に微小量Δxずれて配置されているため、センサ32に関するコントラスト値Vfの変化曲線L2は、フォーカスレンズが本来の合焦位置よりも遠側に微小量Δxずれた位置に存在するときにピークを有する。
<1−3.AFモジュール20を用いたAF原理>
次に、図4〜図10を参照しながら、AFモジュール20を用いたAF制御の原理について説明する。図5は、位相差AFにおける測距動作およびレンズ駆動動作を示すタイミングチャートである。また、図6は、フォーカスレンズが遠方向に駆動される場合を示す概念図であり、図7は、フォーカスレンズが近方向に駆動される場合を示す概念図である。さらに、図8〜図10は、それぞれ、位相差AFにおいて各レンズ位置PA,PB,PCに停止したときの合焦動作を示す概念図である。
次に、図4〜図10を参照しながら、AFモジュール20を用いたAF制御の原理について説明する。図5は、位相差AFにおける測距動作およびレンズ駆動動作を示すタイミングチャートである。また、図6は、フォーカスレンズが遠方向に駆動される場合を示す概念図であり、図7は、フォーカスレンズが近方向に駆動される場合を示す概念図である。さらに、図8〜図10は、それぞれ、位相差AFにおいて各レンズ位置PA,PB,PCに停止したときの合焦動作を示す概念図である。
制御部101は、基本的にはまず位相差AFによって自動合焦動作を行う。具体的には、図5に示すように、位相差AF用のセンサ26からの出力信号を用いて位相差AFによる測距動作を行うとともに、必要に応じてレンズ駆動動作が行われる。図5においては、測距動作に応じて合焦位置付近へ向けてのレンズ駆動が開始され、その後、レンズ駆動速度を徐々に低減しつつ、位相差AFによる合焦位置へ向けてフォーカスレンズが移動され、フォーカスレンズの駆動が時刻t10において停止される。この結果、フォーカスレンズが本来の合焦位置付近に位置することになる。
ただし、位相差AFのみを用いたAF動作では、フォーカスレンズが本来の合焦位置付近からずれた位置に存在し、十分な精度で合焦していないこともある。
そこで、この実施形態においては、コントラストAFを併用し、AFの精度をさらに向上させる。
具体的には、上述のセンサ31,32のそれぞれによって取得されたコントラスト値(AF評価値)Vn,Vfを考慮してさらに高精度の合焦動作を実現する。より詳細には、センサ31,32におけるコントラスト値Vn,Vfの増減変化方向を用いる。ここでは、図5に示すように、位相差AFによる自動合焦のためのフォーカスレンズの移動中等においてセンサ31,32によるコントラスト値Vn,Vfを取得しておき、その増減変化方向に応じて、さらに詳細な合焦判定を行う場合を例示する。
上述のように、AFモジュール20のセンサ31,32は、それぞれ、撮影レンズユニット3の光軸方向における撮像素子5の位置と光学的に等価な位置から微小量Δxシフトした位置に配置されている(図4参照)。そのため、各センサ31,32で取得されるコントラスト値Vn,Vfのピーク位置は本来の合焦位置からΔxずれている。ここでは、2つのコントラスト値Vn,Vfのピーク位置のずれを利用して合焦判定等を行う。
図4に示すように、ここでは、本来の合焦位置に対して±Δx以内のずれ範囲を最終的な合焦範囲RBとする。また、当該合焦範囲RBよりも近側の範囲RBおよび当該合焦範囲RBよりも遠側の範囲RCをいずれも非合焦範囲とする。
換言すれば、フォーカスレンズの停止位置が範囲RA、RB、RC内のいずれに存在するかに応じて合焦状態を判定する。フォーカスレンズが範囲RB内(例えば位置PB(図7))に存在するときには合焦状態であると判定し、フォーカスレンズが範囲RA内もしくは範囲RC内に位置するときには、非合焦状態であると判定する。
例えば、図6に示すように、位相差AFにおいて近側から遠側に向けてフォーカスレンズを移動する場合(遠方向へ移動する場合)を想定する。この場合、コントラスト値Vn,Vfの増減変化方向に応じて、フォーカスレンズの位置について、次の3つ((1)〜(3))に区別することができる。
(1)レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Vn,Vfがいずれも増加し続けているときには、未だコントラスト値Vn,Vfのいずれもピークを越えておらず、フォーカスレンズが未だ非合焦範囲RA内に位置し合焦範囲RBに到達していないものと判定される。
(2)レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Vnがピークを越えて増加から減少に転じ、コントラスト値Vfが未だ増加し続けているときには、フォーカスレンズが合焦範囲RB内の位置に存在するものと判定し、最終的な合焦状態であると判定する。換言すれば、コントラスト値Vnの増減変化方向(ここでは減少方向)とコントラスト値Vfの増減変化方向(ここでは増加方向)とが逆であるときには、最終的な合焦状態であると判定する。
(3)レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Vn,Vfがいずれもピークを越えて増加から減少に転じているときには、フォーカスレンズが合焦範囲RBを越えて非合焦範囲RC内に位置するものと判定される。
また、逆に、図7に示すように、位相差AFにおいて遠側から近側に向けてフォーカスレンズを移動する場合(近方向へ移動する場合)を想定する。この場合、コントラスト値Vn,Vfの増減変化方向に応じて、フォーカスレンズの位置について、次の3つ((4)〜(6))に区別することができる。
(4)レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Vn,Vfがいずれも増加し続けているときには、未だコントラスト値Vn,Vfのいずれもピークを越えておらず、フォーカスレンズが未だ非合焦範囲RC内に位置し合焦範囲RBに到達していないものと判定される。
(5)レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Vfがピークを越えて増加から減少に転じ、コントラスト値Vnが未だ増加し続けているときには、フォーカスレンズが合焦範囲RB内の位置に存在するものと判定し、最終的な合焦状態であると判定する。換言すれば、コントラスト値Vfの増減変化方向(ここでは減少方向)とコントラスト値Vnの増減変化方向(ここでは増加方向)とが逆であるときには、最終的な合焦状態であると判定する。
(6)レンズ駆動の停止直前において、コントラスト値Vn,Vfがいずれもピークを越えて増加から減少に転じているときには、フォーカスレンズが合焦範囲RBを越えて非合焦範囲RA内に位置するものと判定される。
以上のように、コントラスト値Vnの増減変化方向とコントラスト値Vfの増減変化方向とが逆であるときには最終的な合焦状態であると判定し、コントラスト値Vnの増減変化方向とコントラスト値Vfの増減変化方向とが同一であるときには、非合焦状態であると判定する。
上記のうち、最終的な合焦状態であると判定されるとき((2),(5))には、フォーカスレンズをさらに駆動することなくAF動作が終了する。例えば、図9に示すように、位相差AFによるレンズ移動後のフォーカスレンズの位置PBが範囲RB内であると判定されるときには追加駆動を行うことなくAF動作が終了する。これにより、AF動作後のフォーカスレンズが、範囲RB内の位置(すなわち本来の合焦位置から±Δx以内の位置)に存在するような高精度のAF動作が実現される。
一方、未だ最終的な合焦状態ではないと判定されるとき((1),(3),(4),(6))には、フォーカスレンズを追加的に微小駆動する。
例えば、図8に示すように、位相差AFでフォーカスレンズが遠方向へ移動する場合において、フォーカスレンズの位置が未だ非合焦範囲RA内(たとえば位置PA)であると判定されるとき(上記(1))には、フォーカスレンズを同一方向(遠方向)に微小量Δx追加駆動する。
そして、コントラスト値Vn,Vfのそれぞれについて追加駆動前後の値を比較する。コントラスト値Vnがピークを越えて増加から減少に転じ(Vn1>Vn2)、コントラスト値Vfが未だ増加し続けている(Vf1<Vf2)と判定されるときには、フォーカスレンズが合焦範囲RB内の位置に存在するものと判定し、最終的な合焦状態であると判定する。換言すれば、コントラスト値Vnの増減変化方向(ここでは減少方向)とコントラスト値Vfの増減変化方向(ここでは増加方向)とが逆であるときには、最終的な合焦状態であると判定する。ここで、値Vn1,Vn2はそれぞれ当該追加駆動前および当該追加駆動後のコントラスト値Vnを表し、値Vf1,Vf2はそれぞれ当該追加駆動前および当該追加駆動後のコントラスト値Vfを表す。
最終的な合焦状態であると判定されるとAF動作が終了する。一方、未だ最終的な合焦状態でないと判定されると同様の追加駆動がさらに繰り返される。例えば、位相差AF後の停止位置が位置PAよりもさらに近側の位置PA0(図8)である場合には、数回の遠方向への追加駆動が行われた後に、最終的な合焦状態が実現されることになる。
また、図10に示すように、位相差AFでフォーカスレンズが遠方向へ移動する場合において、フォーカスレンズの位置が非合焦範囲RC内(例えば位置PC)であると判定されるとき(上記(3))には、フォーカスレンズを逆方向(近方向)に微小量Δx追加駆動する。
そして、コントラスト値Vn,Vfのそれぞれについて追加駆動前後の値を比較する。コントラスト値Vnが増加し(Vn3<Vn4)、コントラスト値Vfが減少する(Vf3>Vf4)と判定されるときには、フォーカスレンズが合焦範囲RB内の位置に存在するものと判定し、最終的な合焦状態であると判定する。換言すれば、コントラスト値Vnの増減変化方向(ここでは増加方向)とコントラスト値Vfの増減変化方向(ここでは減少方向)とが逆であるときには、最終的な合焦状態であると判定する。ここで、値Vn3,Vn4はそれぞれ当該追加駆動前および当該追加駆動後のコントラスト値Vnを表し、値Vf3,Vf4はそれぞれ当該追加駆動前および当該追加駆動後のコントラスト値Vfを表す。
最終的な合焦状態であると判定されるとAF動作が終了する。一方、未だ最終的な合焦状態でないと判定されると同様の追加駆動がさらに繰り返される。例えば、位相差AF後の停止位置が位置PCよりもさらに遠側の位置PC0(図10)である場合には、数回の近方向への追加駆動が行われた後に、最終的な合焦状態が実現されることになる。
また、位相差AFでフォーカスレンズが近方向へ移動する場合(図7参照)において、未だ最終的な合焦状態ではないと判定されるとき(上記(4),(6))も同様である。
具体的には、フォーカスレンズの位置が未だ非合焦範囲RC内であると判定されるとき(上記(4))には、フォーカスレンズを同一方向(近方向)に微小量Δx追加駆動する。そして、直近におけるコントラスト値Vnの増減変化方向とコントラスト値Vfの増減変化方向とが逆であるときに最終的な合焦状態であると判定する。このような追加駆動を必要に応じて繰り返すことによって最終的な合焦状態が実現される。
同様に、フォーカスレンズの位置が非合焦範囲RA内であると判定されるとき(上記(6))には、フォーカスレンズを逆方向(遠方向)に微小量Δx追加駆動する。そして、直近におけるコントラスト値Vnの増減変化方向とコントラスト値Vfの増減変化方向とが逆であるときに最終的な合焦状態であると判定する。このような追加駆動を必要に応じて繰り返すことによって最終的な合焦状態が実現される。
以上のようにして、AF動作後のフォーカスレンズの位置が合焦範囲RB内にあるようなAF動作が実現される。換言すれば、AF動作後のフォーカスレンズの位置が、本来の合焦位置から±Δx以内に存在するような高精度のAF動作を実現することができる。
<1−4.シフト量Δxについて>
ところで、上記のシフト量Δxは、式(1)のような条件を満たすように定められることが好ましい。
ところで、上記のシフト量Δxは、式(1)のような条件を満たすように定められることが好ましい。
ここで、Fは、撮像装置1において設定可能な絞り値(Fナンバー)のうちの最小値(すなわち最小Fナンバー)、δは撮像素子5における画素ピッチの2倍の値である。
たとえば、F=1.4、δ=6(μm)×2=12(μm)とすると、式(1)より、Δx<33.6(μm)、となる。
式(1)の右辺の値(2×F×δ)は、パーソナルコンピュータ等のディスプレイにおいて画像を確認する際に撮影画像がいわゆるピンボケ状態とならずに明瞭な合焦状態の画像として認識されるために求められる(片側)焦点深度である。式(1)を満たすようにシフト量Δxが定められれば、パーソナルコンピュータ等のディスプレイにおいて画像を確認する際にも、十分にピントが合った状態で画像を視認できる。また、パーソナルコンピュータ等のディスプレイにおいて画像を確認する際に求められる合焦度合いは、印画紙等に画像をプリントして視認する際に求められる合焦度合いよりも高く、通常の利用態様において求められる合焦度合いの中で最も高い。したがって、式(1)を満たすような微小量Δx内のずれ量で合焦させて得られる撮影画像は、非常に多様な場面で十分な合焦度合いを有する画像として認識されることになる。
<2.動作>
つぎに、図11〜図15を参照しながら撮像装置1のAF動作について説明する。図11〜図15は撮像装置1のAF動作に関するサブルーチン処理を示すフローチャートである。AF動作時においては、撮像装置1はミラーダウン状態を有しており、被写体像がAFモジュール20に到達する。
つぎに、図11〜図15を参照しながら撮像装置1のAF動作について説明する。図11〜図15は撮像装置1のAF動作に関するサブルーチン処理を示すフローチャートである。AF動作時においては、撮像装置1はミラーダウン状態を有しており、被写体像がAFモジュール20に到達する。
シャッターボタン11がS1状態(半押し状態)にされると、図11に示すようなAF動作が開始される。
まず、位相差AF用のセンサ26が起動される(ステップSP1)とともに、コントラストAF用のセンサ31,32が起動される(ステップSP2)。その後、位相差AFによる測距動作が行われる(ステップSP3)。この測距動作は、セパレータレンズ25およびセンサ26等を含む位相差AFユニットによって実現される。なお、この時点においては未だフォーカスレンズは駆動されていない。
次のステップSP4においては、位相差AFにおける測距動作の結果が判定される。合焦していると判定されるときにはステップSP21(図12)へと進み、合焦していないと判定されるときにはステップSP41(図13)へと進む。
まず、ステップSP41以降について説明する。位相差AFにおいて非合焦状態であると判定されると、フォーカスレンズは、制御部101およびフォーカスレンズ制御部121等によって駆動され、位相差AFによって合焦であると判定される位置にまで移動する(ステップSP41,SP43)。また、このフォーカスレンズの移動中において、微小時間(例えば1/200秒)間隔でコントラスト値(AF評価値)Vn,Vfが順次取得される(ステップSP42)。取得された各コントラスト値Vn,Vfの時系列データは制御部101内のメモリ等に格納される。このように、位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦動作としてフォーカスレンズの移動動作が行われている間に、コントラスト値(AF評価値)Vn,Vfが取得される。以上のようにして位相差AF動作が終了する。
ステップSP44〜SP53においては、上述のようなコントラストAF動作における判定動作が行われる。
具体的には、コントラスト値(AF評価値)Vnの増減変化方向とコントラスト値(AF評価値)Vfの増減変化方向とが逆であるときには合焦状態であると判定する。
詳細には、コントラスト値Vfがピークを越えておらず未だ増加傾向にある一方で、コントラスト値Vnがピークを越えており減少傾向にある(ステップSP44,SP45)場合(図7参照)には、原則として、合焦状態であると判定される(ステップSP51)。ただし、ここでは誤判定を防止するため、さらに位相差AFによる駆動方向が遠方向であるか否かが判定される(ステップSP46)。位相差AFによる駆動方向が遠方向でないときには、例外的に非合焦状態であると判定される(ステップSP49)。
また、コントラスト値Vfがピークを越えており減少傾向にある一方で、コントラスト値Vnがピークを越えておらず未だ増加傾向にある(ステップSP44,SP47)場合(図6参照)にも、原則として、合焦状態であると判定される(ステップSP52)。ただし、ここでは誤判定を防止するため、さらに位相差AFによる駆動方向が近方向であるか否かが判定される(ステップSP48)。位相差AFによる駆動方向が近方向でないときには、例外的に非合焦状態であると判定される(ステップSP53)。
以上のように、合焦状態であることがステップSP51あるいはステップSP52において判定されると、このAF動作は終了する。
一方、コントラスト値(AF評価値)Vnの増減変化方向とコントラスト値(AF評価値)Vfの増減変化方向とが同一であるときには非合焦状態であると判定する。
詳細には、コントラスト値Vfがピークを越えておらず未だ増加傾向にあり、且つ、コントラスト値Vnもピークを越えておらず未だ増加傾向にある(ステップSP44,SP45)場合(図6、図7参照)には、非合焦状態であると判定される(ステップSP49)。また、コントラスト値Vfがピークを越えて減少傾向にあり、且つ、コントラスト値Vnもピークを越えて減少傾向にある(ステップSP44,SP47)場合(図6、図7参照)にも、非合焦状態であると判定される(ステップSP53)。
非合焦状態であると判定されると、フォーカスレンズの微小駆動を伴うコントラストAF動作がさらに行われる。
具体的には、非合焦状態であることがステップSP49で判定されると、ステップSP61(図14)に進む。
ステップSP61では、位相差AFによる駆動方向と同一方向にフォーカスレンズが微小量(ここではΔx)駆動される。
位相差AFによる駆動方向が遠方向である場合には条件C1(次述)が成立すると判定(ステップSP63)されるまで、ステップSP61〜SP63の微小駆動動作等が繰り返される。ここで、条件C1は、コントラスト値Vnが減少し、且つ、コントラスト値Vfが増加することである。条件C1が成立するときには合焦状態であると判定(ステップSP64)され、このAF動作を終了する。
位相差AFによる駆動方向が近方向である場合には条件C3(次述)が成立すると判定(ステップSP63)されるまで、ステップSP61〜SP63の微小駆動動作等が繰り返される。ここで、条件C3は、コントラスト値Vnが増加し、且つ、コントラスト値Vfが減少することである。条件C3が成立するときには合焦状態であると判定(ステップSP64)され、このAF動作を終了する。
微小駆動動作の繰り返し中に微小駆動量の総和(ここではΣΔx)が閾値TH1以上であると判定(ステップSP62)されるときには、自動合焦不可能であるとして非合焦判定(ステップSP65)を行うとともにAF動作を終了する。
また、非合焦状態であることがステップSP53で判定されると、ステップSP71(図15)に進む。
ステップSP71では、位相差AFによる駆動方向とは逆方向にフォーカスレンズが微小量Δx駆動される。
当該逆方向の駆動方向(換言すれば新たな駆動方向)が近方向である場合には条件C3(上述)が成立すると判定(ステップSP73)されるまで、ステップSP71〜SP73の微小駆動動作等が繰り返される。条件C3が成立するときには合焦状態であると判定(ステップSP74)され、このAF動作を終了する。
当該逆方向の駆動方向(換言すれば新たな駆動方向)が遠方向である場合には条件C1(上述)が成立すると判定(ステップSP73)されるまで、ステップSP71〜SP73の微小駆動動作等が繰り返される。条件C1が成立するときには合焦状態であると判定(ステップSP74)され、このAF動作を終了する。
微小駆動動作の繰り返し中に微小駆動量の総和が閾値TH1以上であると判定(ステップSP72)されるときには、自動合焦不可能であるとして非合焦判定(ステップSP75)を行うとともにAF動作を終了する。
つぎに、ステップSP4(図11参照)において合焦状態であると判定された場合について説明する。すなわち、位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され、当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合の動作について説明する。この場合には、ステップSP21(図12)に進む。
位相差AFにおいて合焦状態であると判定されているので本来の合焦位置付近に存在しているが、さらに高精度に合焦させるため、コントラストAFを併用する。以下でも、基本的には、上述の思想を適用してAF動作を行う。ただし、この時点では位相差AFによる測距動作は既に行われているが位相差AFによる駆動動作が未だ行われていないため、センサ31,32によるコントラスト値Vn,Vfの増加傾向を把握することができない。そこで、ここでは、まずフォーカスレンズを微小量駆動してコントラスト値Vn,Vfの増加傾向を把握する動作を行う。
そのため、まず、ステップSP21において、未駆動時点における現在位置でのコントラスト値Vn,Vfを取得する。そして、その大小関係に基づいてレンズの移動方向を決定する(ステップSP22)。具体的には、コントラスト値Vnがコントラスト値Vfよりも大きい(Vn>Vf)場合には、フォーカスレンズが比較的近側に存在するものとみなして、遠方向へと微小駆動する(ステップSP23)。一方、コントラスト値Vnがコントラスト値Vfよりも小さい(Vn<Vf)場合には、フォーカスレンズが比較的遠側に存在するものとみなして、近方向へと微小駆動する(ステップSP28)。
そして、駆動方向が遠方向である場合には条件C1(上述)が成立すると判定(ステップSP25)されるまで、微小駆動動作等(ステップSP23〜SP25)が繰り返される。条件C1が成立するときには合焦状態であると判定(ステップSP26)され、このAF動作を終了する。
駆動方向が近方向である場合には条件C3(上述)が成立すると判定(ステップSP31)されるまで、微小駆動動作等(ステップSP28,SP29,SP31)が繰り返される。条件C3が成立するときには合焦状態であると判定(ステップSP33)され、このAF動作を終了する。
微小駆動動作の繰り返し中に微小駆動量の総和が閾値TH1以上であると判定(ステップSP24、SP29)されるときには、自動合焦不可能であるとして非合焦判定(ステップSP27、SP32)を行うとともにAF動作を終了する。
なお、このAF動作の後において、操作者の操作によって、シャッターボタン11がS2状態(全押し状態)にされると、記録用静止画像取得のための露光動作を含む本撮影動作が開始される。この本撮影動作時においては、撮像装置1は、ミラーアップ状態を有しており、撮像素子5に到達した被写体像が記録用の画像データとして取得される。
以上のようなAF動作によれば、位相差AFユニットによる合焦動作を行うとともに第1コントラストAFユニットおよび第2コントラストAFユニットによる合焦動作を行うので、高速且つ高精度の合焦動作を行うことができる。また、第1コントラストAFユニットの撮像面P1は位相差AFユニットの基準面P0の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、第2コントラストAFユニットの撮像面P2は位相差AFユニットの基準面P0の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されている。そのため、各撮像面P1,P2によって取得される2つの評価値(コントラスト値)Vn,Vfのピーク位置を利用して、本来の合焦位置に対して非常に近い範囲(ここでは±Δx)内にフォーカスレンズを移動し、高精度に合焦させることが可能になる。
また、位相差AFユニットによる合焦動作のためにフォーカスレンズが移動されている間に、AF用の各評価値Vn,Vfが取得されるので、位相差AFユニットによる合焦動作のためのフォーカスレンズ移動完了後にAF用の評価値の取得を開始する場合に比べて、高速化を図ることができる。
また、各撮像面P1,P2における撮像信号に基づいて取得された評価値Vn,Vfによって合焦していると判定される場合には、必ずしもさらにレンズ駆動を行う必要がない。すなわち、常に位相差AF後にコントラストAF用のレンズ駆動動作をさらに行うことを要しない。このように、第1および第2コントラストAFユニットの撮像面P1,P2での撮像信号に基づいて取得される第1および第2評価値Vn,Vfを用いることによって、無駄なレンズ駆動動作を低減して的確に合焦させることができる。
<3.変形例>
上記実施形態においては、2つの評価値Vn,Vfの増減変化方向を利用して、最終的な合焦状態であるか否かを判定したが、これに限定されない。例えば、2つの評価値Vn,Vfの差と閾値との大小関係に基づいて、最終的な合焦状態であるか否かを判定するようにしてもよい。より詳細には、位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、評価値Vn,Vfの差が閾値TH2よりも小さいときには合焦状態であると判定し、評価値Vn,Vfの差が閾値TH2よりも大きいときには非合焦状態であると判定するようにしてもよい。
上記実施形態においては、2つの評価値Vn,Vfの増減変化方向を利用して、最終的な合焦状態であるか否かを判定したが、これに限定されない。例えば、2つの評価値Vn,Vfの差と閾値との大小関係に基づいて、最終的な合焦状態であるか否かを判定するようにしてもよい。より詳細には、位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、評価値Vn,Vfの差が閾値TH2よりも小さいときには合焦状態であると判定し、評価値Vn,Vfの差が閾値TH2よりも大きいときには非合焦状態であると判定するようにしてもよい。
図16はこのような変形例に係る動作を示すフローチャートであり、図17は合焦判定の原理について説明する概念図である。
図17に示すように、本来の合焦位置付近において、2つの評価値(コントラスト値)Vn,Vfの差(絶対値)は比較的小さな値になる。このような性質を利用して、ここでは、2つの評価値(コントラスト値)Vn,Vfの差、すなわち|Vn−Vf|が所定の閾値TH2よりも小さいとき(|Vn−Vf|<TH2)は、最終的な合焦状態であるものと判定する。また逆に、当該差|Vn−Vf|が所定の閾値TH2よりも大きいとき(|Vn−Vf|<TH>)には、未だ最終的な合焦状態ではないものと判定する。このように、2つの評価値Vn,Vfの差を利用することによって、より高精度の合焦判定動作を実現することも可能である。なお、閾値TH2としては、適宜の値が設定されればよい。閾値TH2を比較的小さな値に設定すれば、図18のように合焦範囲RDが比較的狭い範囲となる。
図16においては、上記実施形態における図12の各処理に代わって行われる処理が示されている。具体的には、ステップSP4(図11参照)において合焦状態であると判定された場合には、図16のステップSP21に進む。ステップSP21においては、現時点(未駆動時点)におけるコントラスト値Vn,Vfを取得する。
次にステップSP36に進み、2つの評価値(コントラスト値)Vn,Vfの差が所定の閾値TH2よりも小さい(|Vn−Vf|<TH2)か否かを判定する。
そして、不等式、|Vn−Vf|<TH2、が成立するときには、最終的な合焦状態であるものと判定する(ステップSP37)。
一方、不等式、|Vn−Vf|<TH2、が成立しないときには、最終的な合焦状態でないものと判定し、ステップSP22に進む。なお、等号成立時(|Vn−Vf|=TH2)は、最終的な合焦状態であると判定するようにしても良い。
ステップSP22以降においては、上記と同様の動作(図12参照)が行われる。すなわち、コントラストAFによる微小駆動等が行われる。
以上のような動作によっても、高速かつ高精度の合焦動作を行うことができる。特に、|Vn−Vf|が所定の閾値TH2よりも小さいとき(|Vn−Vf|<TH2)は、レンズを駆動することなく最終的な合焦状態であることが確認される。
また、上記実施形態においては、位相差AFユニットの基準面P0の光学的等価位置に対する両撮像面P1,P2のシフト量、具体的には、センサ31の撮像面P1のシフト量とセンサ32の撮像面P2のシフト量とはいずれもΔxであり略同一である場合を例示した。換言すれば、センサ31の撮像面P1とセンサ32の撮像面P2とは、位相差AFユニットの基準面P0の光学的等価位置に対して略同一距離離れた位置に存在する場合を例示した。しかしながら、これに限定されず、位相差AFユニットの基準面P0の光学的等価位置に対する両撮像面P1,P2のシフト量は、互いに異なる値であってもよい。
1 撮像装置
2 カメラ本体部
3 撮影レンズユニット
5 撮像素子
20 AFモジュール
22 ハーフミラー
23,28 IRカットフィルタ
25 セパレータレンズ
26 位相差AF用センサ
27 リレー光学系
29 ビームスプリッタ
31,32 (コントラストAF用)撮像センサ
Δx シフト量
P0 (位相差AF用センサ26の)基準面
P1 (撮像センサ31の)撮像面
P2 (撮像センサ32の)撮像面
Vn,Vf 評価値
2 カメラ本体部
3 撮影レンズユニット
5 撮像素子
20 AFモジュール
22 ハーフミラー
23,28 IRカットフィルタ
25 セパレータレンズ
26 位相差AF用センサ
27 リレー光学系
29 ビームスプリッタ
31,32 (コントラストAF用)撮像センサ
Δx シフト量
P0 (位相差AF用センサ26の)基準面
P1 (撮像センサ31の)撮像面
P2 (撮像センサ32の)撮像面
Vn,Vf 評価値
Claims (14)
- 撮像装置であって、
それぞれ撮像面を有する第1AFユニットおよび第2AFユニットと、
基準面における合焦状態を位相差方式で検出する位相差AFユニットと、
フォーカスレンズの位置を制御して合焦制御を行う制御手段と、
を備え、
前記フォーカスレンズを含む撮影レンズを通って導かれる被写体像は、当該被写体像の光路が分割されることによって、前記位相差AFユニットと前記第1AFユニットと前記第2AFユニットとにそれぞれ導かれ、
前記第1AFユニットの撮像面は前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、
前記第2AFユニットの撮像面は前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されており、
前記制御手段は、前記位相差AFユニットの基準面での合焦状態に応じた合焦動作を行うとともに、前記第1AFユニットの撮像面での撮像信号に基づいて取得されるAF用の第1評価値と前記第2AFユニットの撮像面での撮像信号に基づいて取得されるAF用の第2評価値とを用いた合焦動作を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とに基づいて合焦状態であるか否かを判定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項2に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、
前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とが逆である場合には合焦状態であると判定し、
前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とが同一である場合には非合焦状態であると判定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項2または請求項3に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とが同一である場合には、前記フォーカスレンズの微小駆動を行うとともに当該微小駆動後の前記第1評価値および前記第2評価値を取得して、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とに基づく合焦判定動作を再び行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦動作として前記フォーカスレンズの移動動作が行われている間に、前記第1評価値と前記第2評価値とを取得することによって、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とを求めることを特徴とする撮像装置。 - 請求項2ないし請求項5のいずれかに記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記フォーカスレンズの微小駆動を行い、前記フォーカスレンズの前記微小駆動前における前記第1評価値および前記第2評価値に加えて、前記フォーカスレンズの前記微小駆動後における前記第1評価値および前記第2評価値を取得することによって、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とを求めることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、
前記第1評価値と前記第2評価値との差が閾値よりも小さいときには合焦状態であると判定し、
前記第1評価値と前記第2評価値との差が閾値よりも大きいときには非合焦状態であると判定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項7に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記位相差AFユニットを用いた位相差方式の合焦判定によって合焦状態であると判定され当該位相差方式による合焦動作としてのレンズ駆動が行われない場合において、前記第1評価値と前記第2評価値との差が閾値よりも大きいときには、前記フォーカスレンズの微小駆動を行うとともに当該微小駆動後の前記第1評価値および前記第2評価値を取得して、前記第1評価値の増減変化方向と前記第2評価値の増減変化方向とに基づく合焦判定動作を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の撮像装置において、
前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して、前記第1AFユニットの撮像面と前記第2AFユニットの撮像面とは略同一距離離れた位置に存在することを特徴とする撮像装置。 - 請求項9に記載の撮像装置において、
前記第1AFユニットの撮像面は、前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側に所定量Δxシフトされて配置され、
前記第2AFユニットの撮像面は、前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側に前記所定量Δxシフトされて配置され、
前記所定量Δxは、(2×F×δ)以下である(ただし、Fは最小Fナンバー、δは記録画像取得用の撮像素子における画素ピッチの2倍の値)ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の撮像装置において、
記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して、前記第1AFユニットの撮像面と前記第2AFユニットの撮像面とは略同一距離離れた位置に存在することを特徴とする撮像装置。 - 請求項11に記載の撮像装置において、
前記第1AFユニットの撮像面は、記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して近側に所定量Δxシフトされて配置され、
前記第2AFユニットの撮像面は、前記記録画像取得用の撮像素子における撮像面の光学的等価位置に対して遠側に前記所定量Δxシフトされて配置され、
前記所定量Δxは、(2×F×δ)以下である(ただし、Fは最小Fナンバー、δは記録画像取得用の撮像素子における画素ピッチの2倍の値)ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の撮像装置において、
前記位相差AFユニットの基準面は、記録画像取得用の撮像素子の撮像面と光学的に等価な位置に配置されていることを特徴とする撮像装置。 - AFモジュールであって、
第1AFユニットと、
第2AFユニットと、
基準面における合焦状態を位相差方式で検出する位相差AFユニットと、
被写体像の光路を分割して、当該被写体像を前記位相差AFユニットと前記第1AFユニットと前記第2AFユニットとにそれぞれ導く光路分割手段と、
を備え、
前記第1AFユニットは、AF用の第1評価値の算出対象となる撮像信号を取得する第1撮像面を有し、
前記第2AFユニットは、AF用の第2評価値の算出対象となる撮像信号を取得する第2撮像面を有し、
前記第1撮像面は前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して近側にシフトされて配置され、
前記第2撮像面は前記位相差AFユニットの基準面の光学的等価位置に対して遠側にシフトされて配置されていることを特徴とするAFモジュール。
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JP2006130374A JP2007304188A (ja) | 2006-05-09 | 2006-05-09 | 撮像装置およびafモジュール |
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2006
- 2006-05-09 JP JP2006130374A patent/JP2007304188A/ja active Pending
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