JP2011007867A - Focus detecting means and camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦点検出装置、および、カメラに関する。 The present invention relates to a focus detection device and a camera.
複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイの各マイクロレンズに対して複数の受光素子を有する受光素子アレイを用いて光学系の瞳の互いに異なる部分領域からの光束を、各マイクロレンズアレイを介して複数の受光素子のそれぞれで受光する焦点検出装置が知られている。特許文献1では、少なくとも3つの部分領域を透過した光束の像に対応する少なくとも3つの信号列のうち、2つの信号列のずれ量を複数組の部分領域ごとに求めて加算することにより、周期パターンを有する被写体に対して偽合焦を発生させることなく、焦点検出することができる。
Using a light receiving element array having a plurality of light receiving elements for each microlens of the microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, light beams from different partial areas of the pupil of the optical system are passed through each microlens array. A focus detection device that receives light by each of a plurality of light receiving elements is known. In
しかしながら、周期パターンを有する被写体以外にも、たとえば、低コントラスト被写体、遠近競合する被写体、または、低輝度の被写体などの場合には、偽合焦が生じる可能性がある。特許文献1に示す焦点検出装置にあっては、低コントラスト被写体、遠近競合する被写体、または、低輝度の被写体などの場合には、偽合焦が生じる可能性があるという問題があった。
However, in addition to a subject having a periodic pattern, for example, in the case of a low-contrast subject, a subject competing for perspective, or a subject with low brightness, false focusing may occur. The focus detection apparatus disclosed in
このように、従来においては、焦点検出の対象によっては、焦点検出精度が低下するという問題があった。 As described above, conventionally, there is a problem that the focus detection accuracy is lowered depending on the focus detection target.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、対象によらず、高精度に焦点検出精度な焦点検出装置および焦点検出装置を備えるカメラを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a focus detection device with high accuracy and a camera including the focus detection device regardless of the object.
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、複数のマイクロレンズが二次元状に配列されているマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズ毎に設けられた複数の受光素子とを有し、前記マイクロレンズアレイを介して光学系からの光束を受光する受光素子アレイと、前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に基づいてパンフォーカス像を生成する画像生成部と、前記パンフォーカス像のうち、特定の対象を検出する検出部と、前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に対し、前記検出部により検出された前記対象に応じた処理を行って前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、を備えることを特徴とする焦点検出装置である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and includes a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged two-dimensionally, and a plurality of light receiving elements provided for each of the microlenses. A light receiving element array that receives a light beam from an optical system via the microlens array, an image generation unit that generates a pan focus image based on an output signal output from the light receiving element of the light receiving element array, and Among the pan-focus images, a detection unit that detects a specific target, and an output signal output from the light receiving element of the light receiving element array is processed according to the target detected by the detection unit, And a focus detection unit that detects a focus state of the optical system.
この発明によれば、対象によらず、高精度に焦点検出精度できる。 According to this invention, focus detection accuracy can be performed with high accuracy regardless of the object.
図1は、一実施の形態による焦点検出装置100を備えたデジタル一眼レフカメラ(以下、カメラという)の構成を示す断面図である。なお、本発明の焦点検出装置100および撮像装置に関わる機器および装置以外のカメラの一般的な機器および装置については図示と説明を省略する。一実施の形態のカメラはカメラボディ1にレンズ鏡筒20が装着され、レンズ鏡筒20は各種の撮影レンズに交換可能である。なお、この一実施の形態ではレンズ交換式カメラを例に上げて説明するが、本発明はレンズ交換式カメラに限定されず、レンズ固定式カメラに対しても適用できる。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a digital single-lens reflex camera (hereinafter referred to as a camera) including a
レンズ鏡筒20は、ズーミングレンズ21、フォーカシングレンズ22、絞り24、レンズおよび絞り駆動用アクチュエーター25、レンズメモリ26などを備えている。なお、図1ではズーミングレンズ21とフォーカシングレンズ22を一つの撮影レンズ23で代表して表す。ズーミングレンズ21はアクチュエーター25により光軸方向に駆動され、撮影レンズ23の焦点距離を変えるレンズである。また、フォーカシングレンズ22はアクチュエーター25により光軸方向に駆動され、撮影レンズ23の焦点調節を行うレンズである。絞り24はアクチュエーター25に駆動されて絞り開口径を変化させる。レンズメモリ26には、撮影レンズ23の開放F値、射出瞳位置(撮像面と等価な面から射出瞳までの距離)PO、焦点距離などのレンズ鏡筒20および撮影レンズ23に関する情報が記憶されている。
The
カメラボディ1は、撮像素子2、シャッター3、焦点検出センサー(受光素子アレイ)5、画像生成部61、パターンマッチング処理部62、AFパラメータ設定部63、焦点検出演算部64、レンズ駆動量演算部65、制御回路7、駆動回路8、クイックリターンミラー9、サブミラー10、ファインダースクリーン11、透過型液晶表示器12、ペンタプリズム13、測光レンズ14、測光センサー15、接眼レンズ16、および、操作部材17を備えている。なお、焦点検出センサー5は、後述するように、たとえば、焦点検出光学系(マイクロレンズアレイ)40と光電変換アレイ素子(複数の受光素子)50とを備えている。
The
撮像素子2はCCDやCMOSなどから構成され、レンズ鏡筒20内の撮像レンズ23により結像した被写体像を電気信号に変換して出力する。シャッター3は、シャッターボタン(不図示)の全押し時(シャッターレリーズ時)に露出演算結果または撮影者が手動で設定したシャッター秒時だけ開放され、撮像素子2を露光する。
The
焦点検出センサー5、画像生成部61、パターンマッチング処理部62、AFパラメータ設定部63、および、焦点検出演算部64は、焦点検出装置100を構成し、撮影レンズ(結像光学系)23の焦点調節状態を示すデフォーカス量を検出する。この焦点検出装置100についての詳細は後述する。
The
レンズ駆動量演算部65は、焦点検出装置100の焦点検出演算部64が検出したデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズのフォーカス位置までのレンズ駆動量を算出する。
The lens drive
制御回路7は図示しないマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、測光、焦点検出、撮影などのシーケンス制御や、露出演算などの演算制御を行う。また、制御回路7は、レンズ駆動量演算部65が算出したレンズ駆動量に基づいて、駆動回路8を介してアクチュエーター25を駆動して、フォーカシングレンズ22を合焦駆動する。
The control circuit 7 includes a microcomputer (not shown) and peripheral components such as a memory, and performs sequence control such as photometry, focus detection, and shooting, and calculation control such as exposure calculation. Further, the control circuit 7 drives the
駆動回路8は、レンズ鏡筒20内に設けられるレンズおよび絞り駆動用アクチュエーター25を駆動制御する。測光センサー15は、撮影画面を複数の領域に分割して各領域ごとの輝度に応じた測光信号を出力する。
The drive circuit 8 controls driving of a lens and an
また、カメラボディ1には、撮影者が操作する操作部材17が配置される。操作部材17には、シャッターボタンの半押し時にオンするレリーズ半押しスイッチ、シャッターボタンの全押し時オンするレリーズ全押しスイッチなどが含まれる。レリーズ半押しスイッチが押されると、AFの開始を示す信号が制御回路7に入力される。レリーズ全押しスイッチが押されると、撮像の開始を示す信号が制御回路7に入力される。
An
撮影時以外は、クイックリターンミラー9とサブミラー10が図1に示すように撮影光路中に置かれる。このとき、撮影レンズ23を透過した被写体からの光の一部は、クイックリターンミラー9に反射されてファインダースクリーン11へ導かれ、スクリーン11上に被写体像を結像する。透過型液晶表示器12は、スクリーン11上の被写体像に焦点検出エリアマークを重畳して表示するとともに、被写体像外にシャッター速度、絞り値、撮影枚数などの撮影に関する情報を表示する。
Except during photographing, the quick return mirror 9 and the
スクリーン11上の被写体像は、ペンタプリズム13と接眼レンズ16を介して撮影者の目へ導かれるとともに、ペンタプリズム13と測光レンズ14を介して測光用センサー15へ導かれる。制御回路7は、測光用センサー15から出力される測光領域ごとの測光信号に基づいて露出演算を行い、被写体の輝度に応じたシャッター速度と絞り値を算出する。なお、手動露出撮影モード設定時には、撮影者が操作部材17を操作して設定したシャッター速度と絞り値を用いる。
The subject image on the
一方、撮影レンズ23を通過した被写体からの光の他の一部は、クイックリターンミラー9を透過してサブミラー10により反射され、焦点検出センサー5へ導かれる。上述した焦点検出装置100は、この被写体からの光の他の一部に基づいて、撮影レンズ(結像光学系)23の焦点調節状態を示すデフォーカス量を検出する。
On the other hand, another part of the light from the subject that has passed through the photographing
撮影時は、クイックリターンミラー9とサブミラー10が撮影光路から退避(ミラーアップ)され、シャッター3が開放されて撮影レンズ23を透過した被写体からの光束が撮像素子2へ導かれ、撮像素子2の撮像面に結像された被写体像が撮像される。
At the time of shooting, the quick return mirror 9 and the
次に、焦点検出装置100の詳細について説明する。まず、図2から図4を用いて、焦点検出装置100の構成のうち、焦点検出センサー5の構成の一例について説明する。
Next, details of the
図2は焦点検出センサー5の詳細な構成の一例を示す構成図であり、この図2に示されるように焦点検出センサー5は、焦点検出光学系40と光電変換アレイ素子50とを備えている。図2において、焦点検出光学系40は、複数のマイクロレンズ41を二次元状に配列したマイクロレンズアレイであり、撮影レンズ23のピントを合わせようとする面すなわち撮像素子2の撮像面と等価な面の近傍に配置される。なお、図2ではマイクロレンズの数を少なく描いているが、実際のマイクロレンズは100ミクロンもしくはそれ以下のピッチで配列されるので、マイクロレンズアレイが例えば5mm角の広さであれば、マイクロレンズの数は非常に大きな数となる。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the
光電変換アレイ素子50は、複数の受光素子(光電変換素子)を二次元状に配列した受光素子アレイ51であり、クイックリターンミラー9に対して、焦点検出光学系40の背後に配置される。なお、図2と後述する図3および図4とでは、マイクロレンズ41ごとに5行、5列の合計25個の受光素子を正方配列にした受光素子アレイ51を例に上げて説明するが、マイクロレンズごとの受光素子の数はこの一実施の形態の数に限定されない。また、マイクロレンズごとに複数の受光素子をまとめて配置せずに、複数の受光素子を二次元状に配列した受光素子アレイとしてもよい。
The photoelectric
図3に、光電変換アレイ素子50の二次元状に配列された複数の受光素子を示す。この複数の受光素子は、それぞれ光電変換素子である。二次元状に配列された複数の受光素子であって、マイクロレンズに対応する複数の受光素子のうち、図3に黒く示した受光素子のように、2列の受光素子をラインセンサとして用いて、ピントのズレ量を検出することができる(後述する図7を参照)。すなわち、この2列のラインセンサを用いて、位相差検出法により、ピントのズレ量を検出することができる。なお、複数のマイクロレンズに対応する受光素子のうち、一部のマイクロレンズに対応する受光素子において、図3に示すように、2列の受光素子をラインセンサとして用いるようにしてもよい。
FIG. 3 shows a plurality of light receiving elements arranged in a two-dimensional form of the photoelectric
また、光電変換アレイ素子50の二次元状に配列された複数の受光素子のうち、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子(図4の中央の黒く示した受光素子を参照)のみから出力される信号を合成すると、パンフォーカス像を生成することができる。このパンフォーカス像とは、カメラの近景から遠景まで明快にピントが合った像である。すなわち、パンフォーカス像は、被写界深度が深い像である。
ここでは、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子のみを用いる場合について説明しているが、マイクロレンズの中央部に対応する受光素子から出力される出力信号を合成しても、同様に、パンフォーカス画像を生成することができる。
Of the plurality of light receiving elements arranged in a two-dimensional array of photoelectric
Here, the case where only the center light receiving element corresponding to the
次に、焦点検出装置100の構成のうち、画像生成部61、パターンマッチング処理部62、AFパラメータ設定部63、および、焦点検出演算部64について説明する。
Next, in the configuration of the
この画像生成部61は、焦点検出センサー5が有する受光素子アレイの受光素子から出力される出力信号に基づいて、パンフォーカス像を生成する。たとえば、画像生成部61は、上述したように、焦点検出センサー5の二次元状に配列された複数の受光素子であって、マイクロレンズ41に対応する複数の受光素子のうち、マイクロレンズの中央部に対応する受光素子から出力される出力信号を合成してパンフォーカス像を生成する(図4参照)。
The
パターンマッチング処理部62は、画像生成部61が生成したパンフォーカス像のうち、特定の対象を検出する。たとえば、パターンマッチング処理部62は、パンフォーカス像に含まれる像のコントラスト、輝度、周期性、および、距離差のうちの少なくとも1つに該当する対象を、特定の対象として検出する。
The pattern
AFパラメータ設定部63は、パターンマッチング処理部62の検出した特定の対象に基づいて、焦点検出演算部64に対して、光学系の焦点状態を検出するためのパラメータを設定する。このパラメータとしては、後述するように、相関演算を行う際の検出精度の指標となるコントラスト値の閾値の設定や、焦点検出センサー5を制御する場合のゲインの設定がある。これにより焦点検出演算部64は、受光素子アレイの受光素子から出力される出力信号に対し、パターンマッチング処理部62により検出された対象に応じた処理を行って光学系の焦点状態を検出することができる。
The AF
焦点検出演算部64は、焦点検出センサー5からの焦点検出信号に基づいて、撮影レンズ23の焦点調節状態を示すデフォーカス量を算出する。なお、焦点検出演算部64は、デフォーカス量を算出する場合に、AFパラメータ設定部63により設定されたパラメータに基づいて、デフォーカス量を算出する。
The focus
次に、図5を用いて、本実施形態のカメラによる合焦の動作について説明する。
まずステップS101で、画像生成部61は、画像合成処理により、パンフォーカス像を生成する。パンフォーカス像を生成するためには、画像生成部61は、図4を用いて説明したように、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成する。このようにパンフォーカス像を生成することにより、通常のカメラの場合とは異なり、後述するステップS102において、パターンマッチング処理部62は、近景から遠景の被写体にほぼピントがあった画像であるパンフォーカス像を基に、パターンマッチングなどのシーン解析が可能となる。なお、このステップS101で、焦点検出センサー5を用いて撮像する場合に、光量にあわせて、焦点検出センサー5のゲインを調整するようにしてもよい。
Next, the focusing operation by the camera of the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, in step S101, the
次にステップS102で、パターンマッチング処理部62は、パターンマッチングなどのシーン解析処理により、生成されたパンフォーカス像から被写体を判別する。ここでいうパターンマッチングは、ある入力された画像から、特徴を抽出し、テンプレート情報から、被写体を判別する技術である。テンプレートとする情報は、焦点検出演算部64が苦手とする予め定められている複数の情報である。
In step S102, the pattern
次にステップS103で、AFパラメータ設定部63は、ステップS102で判別された被写体に基づいて、焦点検出演算部64に対してのAFパラメータを変更ないし設定する処理をする。この焦点検出演算部64に対してのAFパラメータを変更ないし設定する処理として、AFパラメータ設定部63は、たとえば、判別された被写体に見合ったAF処理を焦点検出演算部64に行わせるためのセンサー制御方法やデフォーカス量を算出する際に用いる閾値等の設定を変更する。このステップS103における処理については、図6を用いて後述する。
Next, in step S103, the AF
次にステップS104で、制御回路7は、スイッチSW1がONされたか否かを判定する。ここで、スイッチSW1とは、上述した操作部材17に含まれるレリーズ半押しスイッチのことである。このステップS104でスイッチSW1がONされていないと判定された場合には、制御回路7は、ステップS101からの処理を繰り返させる。
Next, in step S104, the control circuit 7 determines whether or not the switch SW1 is turned on. Here, the switch SW1 is a release half-push switch included in the
一方、ステップS104でスイッチSW1がONされたと判定された場合には、制御回路7は、次にステップS105で、焦点検出センサー5に電荷蓄積を行わせる。このステップS105で、一部の処理は、ステップS103から得られた設定を反映して、すなわち、認識された被写体に基づいて、制御が行われる。
On the other hand, if it is determined in step S104 that the switch SW1 has been turned on, the control circuit 7 causes the
図7に、焦点検出センサー5からの出力データの例を示す。この図7において、横軸はラインセンサを構成する画素を識別する識別番号を示し、縦軸は識別番号で示されるラインセンサを構成する画素からの出力値を示す。たとえば、図7(a)は、図3に示す2列のラインセンサのうち第1のラインセンサの場合を示す。また、たとえば、図7(b)は、図3に示す2列のラインセンサのうち第2のラインセンサの場合を示す。ここでδは、ステップS107のデフォーカス演算(相関演算)にて算出される像ズレ量に相当する。この像ズレ量δに基づいて、後述するステップS107で、焦点検出演算部64はデフォーカス量を算出する。
FIG. 7 shows an example of output data from the
次にステップS106で、焦点検出演算部64は、蓄積制御を行った焦点検出センサー5のセンサー列から信号を読み出す。
In step S106, the focus
次にステップS107で、焦点検出演算部64は、ステップS106で読み出した信号に基づいて、デフォーカス量を算出する。なお、上述したステップS102で認識されたシーンによっては、このデフォーカス量を算出における一部の処理は、上述したステップS103で設定された閾値などを反映して実行されてもよい。
Next, in step S107, the focus
図8に、このステップS107における相関演算(デフォーカス量を算出する際に行う演算)とシフト量の一例を示す。この図8で、横軸はシフト量Lを示し、縦軸はシフト量に応じた相関量(信頼度)C[L]を示す。上述したステップS107において、焦点検出演算部64は、この相関量C[L]が最小(または極小)となるように、デフォーカス量を算出する。
FIG. 8 shows an example of the correlation calculation (calculation performed when calculating the defocus amount) and the shift amount in step S107. In FIG. 8, the horizontal axis represents the shift amount L, and the vertical axis represents the correlation amount (reliability) C [L] corresponding to the shift amount. In step S107 described above, the focus
この相関量C[L]は、たとえば、次のようにして算出される。たとえば、図3で説明した2列のラインセンサから出力される信号列を{a(i)}と{b(i)}とする。ここで、iは、ラインセンサの第1の端部と第2の端部との間の画素を示す識別番号である。そして、この2列のラインセンサから算出される相関量C[L]は、次の(式1)で示される。 The correlation amount C [L] is calculated as follows, for example. For example, let {a (i)} and {b (i)} be signal sequences output from the two line sensor described in FIG. Here, i is an identification number indicating a pixel between the first end and the second end of the line sensor. The correlation amount C [L] calculated from the two rows of line sensors is expressed by the following (Equation 1).
C[L]=Σ|a(i)−b(j)| ・・・(式1) C [L] = Σ | a (i) −b (j) | (Formula 1)
この(式1)において、Lはシフト量でj−i=Lであり、Σはラインセンサを構成する画素における総和演算、すなわち、上述したラインセンサの第1の端部と第2の端部との間の総和演算を表す。 In (Equation 1), L is the shift amount and j−i = L, and Σ is the summation operation in the pixels constituting the line sensor, that is, the above-described first end and second end of the line sensor. Represents the sum operation between and.
次に、ステップS108で、焦点検出演算部64は、ステップS107で演算されたデフォーカス量から焦点検出可能か否かを判定する。この判定は、相関演算結果のコントラスト値や信頼性に基づいて判定される。
Next, in step S108, the focus
このステップS108で焦点検出可能と判定された場合、次のステップS109で、レンズ駆動量演算部65は、算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズのフォーカス位置までのレンズ駆動量を演算する。
If it is determined in step S108 that focus detection is possible, in the next step S109, the lens drive
次に、ステップS110で、ステップS109で演算されたレンズ駆動量に基づいて、制御回路7は、駆動回路8を介してアクチュエーター25を駆動して、フォーカシングレンズ22を合焦駆動する。
Next, in step S110, based on the lens drive amount calculated in step S109, the control circuit 7 drives the
一方、上述したステップS108で焦点検出可能でない判定された場合、次のステップS111で、制御回路7は、フォーカシングレンズ22を駆動中か否かを判定する。この判定は、まだフォーカシングレンズ22が動き出していない場合はスキャン動作をし、既にフォーカシングレンズ22を動かしていたが、途中で被写体を見失った場合は、先に検出できていたデフォーカス量に基づき、フォーカシングレンズ22のレンズ駆動を継続させるための判定である。
On the other hand, if it is determined in step S108 that focus detection is not possible, the control circuit 7 determines whether or not the focusing
ステップS111でフォーカシングレンズ22を駆動中であると判定された場合は、制御回路7は、上述したステップS110に処理を進める。一方、ステップS111でフォーカシングレンズ22を駆動中でないと判定された場合は、上述したステップS108でデフォーカス量検出不可と判定され、かつ、上述したステップS111でレンズはまだ駆動を行っていないと判定されたので、次のステップS112で、制御回路7は、スキャン動作を行い、焦点位置を探索する。
If it is determined in step S111 that the focusing
上述したステップS110またはステップS112に続いて、次のステップS113で、制御回路7は、フォーカスレンズが合焦位置に到達し終わったか否かを判定する。 Subsequent to step S110 or step S112 described above, in the next step S113, the control circuit 7 determines whether or not the focus lens has reached the in-focus position.
ステップS113でフォーカシングレンズ22が合焦位置に到達し終わっていないと判定された場合には、制御回路7は、上述したステップS104からの処理を繰り返す。一方、ステップS113でフォーカシングレンズ22が合焦位置に到達し終わったと判定された場合には、制御回路7は、合焦の処理を終了する。
If it is determined in step S113 that the focusing
その後、上述した操作部材17に含まれるレリーズ全押しスイッチが押されると、撮像の開始を示す信号が制御回路7に入力される。撮像の開始を示す信号が入力されたことに応じて、制御回路7は、クイックリターンミラー9とサブミラー10とを撮影光路から退避させ、撮像素子2により被写体像を撮像する。
Thereafter, when the release full-press switch included in the
次に、図6を用いて、図5のステップS103におけるAFパラメータ設定部63による処理の一例について説明する。
Next, an example of processing by the AF
まず、ステップS201で、AFパラメータ設定部63は、図5のステップS102のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、低コントラストであるか否かを判定する。この低コントラストであるか否かの判定は、たとえば、フォーカスエリア位置にある被写体のコントラストが、予め定められているコントラストよりも低いか否かを判定することを指している。
First, in step S201, the AF
このステップS201で低コントラストでないと判定された場合には、次にステップS202で、AFパラメータ設定部63は、ステップS102のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、周期パターンであるか否かを判定する。この周期パターンであるか否かの判定は、たとえば、図5のステップS102のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、周期パターンを判別するために予め定められているパターンと一致するか否かを判定されてもよいし、フォーカスエリア位置にある被写体をフーリエ変換した結果に基づいて判定されてもよい。このフーリエ変換は、たとえば、2次元フーリエ変換である。なお、演算速度を速くするために、2次元フーリエ変換として2次元高速フーリエ変換を用いてもよい。
If it is determined in step S201 that the contrast is not low, in step S202, the AF
このステップ202で周期パターンでないと判定された場合には、次にステップS203で、AFパラメータ設定部63は、図5のステップS102のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、低輝度であるか否かを判定する。この低輝度であるか否かの判定は、たとえば、フォーカスエリア位置にある被写体の輝度が、予め定められている輝度よりも低いか否かを判定することにより判定される。
If it is determined in step 202 that the pattern is not a periodic pattern, in step S203, the AF
このステップS203で低輝度でないと判定された場合には、次にステップS204で、AFパラメータ設定部63は、図5のステップS102のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、遠近競合しているか否かを判定する。この遠近競合している被写体であるか否かの判定は、たとえば、近景と遠景とが競合するか否かを判定するためのパターンが予め定められており、フォーカスエリア位置にある被写体
が、このパターンに該当するか否かを判定することにより行われる。
If it is determined in step S203 that the brightness is not low, in step S204, the AF
一方、上述したステップS201で低コントラストであると判定された場合には、次にステップS205で、AFパラメータ設定部63は、図5のステップS102のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、低コントラストであるか否かを判定する。この低コントラストであるか否かの判定は、上述したステップS203における低コントラストであるか否かの判定と同様である。
On the other hand, if it is determined in step S201 described above that the contrast is low, then in step S205, the AF
このステップS205で低コントラストでないと判定された場合には、次にステップS209で、AFパラメータ設定部63は、焦点検出演算部64に対して第1の低コントラスト用設定を行う。
この第1の低コントラスト用設定として、AFパラメータ設定部63は焦点検出演算部64に対して、たとえば、相関演算を行う際の検出精度の指標となるコントラスト値の閾値を上げつつ、偽合焦防止のため信頼性などを上げるなどの設定をする。
具体的には、AFパラメータ設定部63は焦点検出演算部64に対して、図8に示すコントラストEが、低コントラストの場合でも検出できる様に、コントラストEを検出するための閾値を下げるなどの設定をする。また、低コントラストの場合でも可能な限り検出しやすくするため、焦点検出センサー5を制御する時のゲインの設定をS/Nの高い低ゲインの設定で制御するなどを行う設定をする。なお、ここでのゲインの設定は、後述するステップS207における低輝度用設定およびステップS210における第2の低コントラスト用設定に対比して、低めである。
If it is determined in step S205 that the contrast is not low, then in step S209, the AF
As the first setting for low contrast, the AF
Specifically, the AF
一方、このステップS205で低コントラストであると判定された場合には、次にステップS210で、AFパラメータ設定部63は焦点検出演算部64に対して、第2の低コントラスト用設定を行う。
この第2の低コントラスト用設定として、AFパラメータ設定部63は焦点検出演算部64に対して、たとえば、相関演算を行う際の検出精度の指標となるコントラスト値の閾値を上げつつ、偽合焦防止のため信頼性などを上げるなどの設定をする。
具体的には、AFパラメータ設定部63は焦点検出演算部64に対して、図8に示すコントラストEが、低コントラストの場合でも検出できる様に、コントラストEを検出するための閾値を下げるなどの設定をする。また、低コントラストの場合でも可能な限り検出しやすくするため、焦点検出センサー5を制御する時のゲインの設定をS/Nの高い高ゲインの設定で制御するなどを行う設定をする。なお、ここでのゲインの設定は、後述するステップS207における低輝度用設定よりも低めであり、かつ、上述したステップS210における第2の低コントラスト用設定よりも高めである。
On the other hand, if it is determined in this step S205 that the contrast is low, then in step S210, the AF
As this second setting for low contrast, the AF
Specifically, the AF
一方、上述したステップ202で周期パターンであると判定された場合には、ステップS206で、AFパラメータ設定部63は焦点検出演算部64に対して、周期パターン用設定を行う。この周期パターン用設定としては、たとえば、次の文献1に示されるような処理が行われるような設定を行えばよい。他の設定として、強い周期信号などの場合は、相関演算の演算範囲を狭めるようにする設定をしてもよい。
On the other hand, if it is determined in step 202 described above that the pattern is a periodic pattern, the AF
文献1「特開2008−304808号公報」
一方、上述したステップ203で低輝度であると判定された場合には、次にステップS207で、AFパラメータ設定部63は焦点検出演算部64に対して、低輝度用設定を行う。低輝度用設定として、上述したステップS209における第1の低コントラスト用設定またはステップS210における第2の低コントラスト用設定と同様に、相関演算を行う際の検出精度の指標となるコントラスト値や信頼性などを下げる設定をする。
また、低コントラストを可能な限り検出しやすくするため、焦点検出センサー5を制御する時のゲインの設定をS/Nの高い設定、かつ、なるべく高いゲインに設定するなどを行う。このように、高S/Nを保ちつつ、高ゲインにすることで、図7に示すように電荷出力のピーク値を少しでも大きくすることが可能になる。なお、ここでのゲインの設定は、上述したステップS207における低輝度用設定およびステップS210における第2の低コントラスト用設定よりも高めであり、最大となるゲインとしてもよい。また、ゲインとS/Nの最適なバランスは、焦点検出センサー5によって異なるようにしてもよい。
On the other hand, if it is determined in step 203 described above that the luminance is low, then in step S207, the AF
Further, in order to make it possible to detect low contrast as much as possible, the gain setting when controlling the
一方、上述したステップ204で遠近競合していると判定された場合には、次にステップS208で、AFパラメータ設定部63は焦点検出演算部64に対して、遠近競合用設定を行う。たとえば、折の中にいる動物を撮影するような場合において、動物に焦点を合わせたいような場合、すなわち、手前に被写体がない場合であって、競合している場合は、遠近競合用設定として、エリア内のセンサーを複数のブロックに分割して、競合する被写体のデフォーカス量をそれぞれ算出するような設定にする。図9は、焦点検出センサー5が有する複数の受光素子を、複数のブロックに分割した際の例である。
On the other hand, if it is determined in step 204 described above that there is a perspective conflict, then in step S208, the AF
たとえば、図9に示すように、符号A1、符号A2、および、符号A3に示すように、焦点検出センサー5が有する複数の受光素子を、複数のブロックに分割する第1の分割状態から、符号B1および符号B2に示すように、焦点検出センサー5が有する複数の受光素子を、第1の分割状態とは異なるように、複数のブロックに分割する第2の分割状態に変更する。なお図3で示した2列のラインセンサに対して、それぞれのラインセンサが、図9に示すように、分割状態が変更される。
For example, as shown in FIG. 9, as indicated by reference signs A1, A2, and A3, the first detection state in which the plurality of light receiving elements of the
一方、上述したステップ204で遠近競合していないと判定された場合には、AFパラメータ設定部63は焦点検出演算部64に対して、たとえば、予め定められている標準的な設定を行う。これは、オートフォーカスにおいて苦手な被写体ではないため、標準的な設定でよいからである。
On the other hand, if it is determined in step 204 that there is no perspective conflict, the AF
上記に図6を用いて説明したように、図5のステップS103におけるAFパラメータ設定部63による処理によれば、図5のステップS102のパターンマッチング処理で得られたフォーカスエリア位置にある被写体が、低コントラストであり低輝度でない場合(ステップS209の場合に相等)、低コントラストであり低輝度である場合(ステップS210の場合に相等)、低コントラストでなく低輝度である場合(ステップS207の場合に相等)、周期パターンである場合(ステップS206の場合に相等)、または、遠近競合している場合(ステップS209の場合に相等)のいずれの場合であっても、焦点検出演算部64には、それぞれの場合に適した設定がされる。そのため、焦点検出演算部64は、上記いずれの場合であっても、光学系の焦点状態の検出を正常にできる。
As described above with reference to FIG. 6, according to the process by the AF
なお、上述した図6のステップS201〜ステップS205における判定の処理に優先順位は無く、順不同でもよい。また、苦手な被写体に限らず、人物の顔などをパターンマッチングのテンプレートに従って、それに適したアルゴリズムを使ってもよい。 Note that the determination processing in steps S201 to S205 in FIG. 6 described above has no priority and may be in any order. Further, not only the subject that is not good at the subject but also a human face or the like may be used according to a pattern matching template and an algorithm suitable for it may be used.
なお、低コントラストであるか否か、低輝度であるか否か、周期パターンであるか否か、遠近競合しているか否か、というそれぞれの条件を任意に組み合わせた条件に対して、焦点検出演算部64に設定するパラメータが、予めカメラが有する記憶部に記憶されていてみよい。そして、AFパラメータ設定部63は、任意に組み合わせた条件に該当するパラメータを記憶部から読み出して、この読み出したパラメータを、焦点検出演算部64に設定するようにしてもよい。
It should be noted that focus detection is performed for any combination of conditions such as low contrast, low brightness, periodic pattern, and whether or not they are competing for perspective. Parameters set in the
なお、上述した本実施形態の説明においては、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像(図4を参照)は、光学系の焦点距離や撮影距離に依存することなく、近景から遠景までピントが合って撮像されるものとして説明した。光学系の焦点距離が、たとえば35mmなどのように標準レンズよりも短く、被写界深度の深い広角系の場合には、光学系の焦点距離や撮影距離に依存することなく、近景から遠景までピントが合って撮像されることがある。
In the description of the present embodiment described above, the pan focus image (see FIG. 4) generated using the central light receiving element corresponding to the
しかしながら、光学系の焦点距離が、たとえば200mmなどのように標準レンズよりも長く、被写界深度の浅い望遠系の場合には、近景から遠景までピントが合って撮像される範囲は、光学系の焦点距離や撮影距離に依存する可能性がある。たとえば、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像(図4を参照)は、撮影距離の前後数mの範囲にピントが合って撮像される可能性がある。
However, in the case of a telephoto system in which the focal length of the optical system is longer than that of a standard lens, for example, 200 mm, and the depth of field is shallow, the range in which the image is focused from near view to distant view is the optical system. May depend on the focal length and shooting distance. For example, there is a possibility that a pan-focus image (see FIG. 4) generated by using a central light receiving element corresponding to the
このような場合には、光学系の焦点距離に基づいて、たとえば、撮影距離を順に変更して、図5のステップS101で説明したように、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像を順に撮像してもよい。そして、図5のステップS102において、順に撮像したパンフォーカス像に基づいて、パターンマッチング処理部62は、パターンマッチングなどのシーン解析処理により、生成されたパンフォーカス像から被写体を判別する。同様に、図5のステップS103において、順に撮像したパンフォーカス像に基づいて、AFパラメータ設定部63は、ステップS102で判別された被写体に基づいて、判別された被写体に見合ったAF処理を焦点検出演算部64に行わせるためのセンサー制御方法やデフォーカス量を算出する際に用いる閾値等の設定を変更する。
In such a case, based on the focal length of the optical system, for example, the photographing distance is changed in order, and the center light receiving element corresponding to the
このようにすることにより、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像が、近景から遠景までの全てにピントが合っていない場合であっても、撮影距離を変更してパンフォーカス像を撮像することにより、図6を用いて説明したいずれの場合に対しても、焦点検出演算部64には、適切なパラメータが設定される。よって、焦点検出演算部64は、それぞれの場合に適して設定されるために、光学系の焦点状態の検出を正常にできる。
By doing this, even if the pan focus image generated using the central light receiving element corresponding to the
なお、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像は、光学系において被写界深度を深くするように単に絞りを絞って撮像した場合の像よりも、深い被写界深度である。そのため、パターンマッチング処理部62は、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子を用いて画像を生成されたパンフォーカス像に基づいて、パターンマッチングなどのシーン解析処理により、生成されたパンフォーカス像から被写体を判別しやすくなる。
Note that the pan-focus image generated using the central light-receiving element corresponding to the
なお、上記の実施形態の説明においては、焦点検出センサー5と撮像素子2とは、異なる構成であり、撮像素子2により撮像する場合について説明した。すなわち、焦点検出センサー5とは異なる撮像素子2が、受光系による像を撮像するものとして説明した。しかし、焦点検出センサー5と撮像素子2とを一体として、撮像素子2としての焦点検出センサー5により、受光系による像を撮像するようにしてもよい。すなわち、焦点検出センサー5は、オートフォーカスに用いる受光センサーとしてだけでなく、撮像に用いる受光センサーとして用いることも可能である。
In the description of the above embodiment, the
なお、この場合には、クイックリターンミラー9およびサブミラー10を省き、撮像素子2の位置に、撮像素子2と一体とされた焦点検出センサー5を配置することも可能である。また、カメラに設けられた液晶表示装置などの表示部に、焦点検出センサー5で撮像した画像を表示するようにして、ファインダースクリーン11、透過型液晶表示器12、ペンタプリズム13、および、接眼レンズ16を省くことも可能である。
In this case, the quick return mirror 9 and the
なお、画像生成部61は、光学系の焦点距離に応じてマイクロレンズ41の中央部に対応する受光素子の数を決定するようにしてもよい。たとえば、上記実施形態の説明においては、図4を用いて説明したように、画像生成部61はマイクロレンズ41の中央1つの受光素子に基づいて、パンフォーカス像を生成する場合について説明した。しかし、たとえば、画像生成部61はマイクロレンズ41の中央9つの受光素子に基づいて、パンフォーカス像を生成してもよい。この受光素子の数は、光学系の焦点距離に応じて、たとえば、制御回路7が、画像生成部61に設定するようにしてもよい。
The
なお、画像生成部61は、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子を用いてパンフォーカス像を生成するものとして説明したが、画像生成部61は、マイクロレンズ41に対応する中央の受光素子として、複数の受光素子のうちの一部の受光素子から出力される出力信号を合成して前記パンフォーカス像を生成してもよい。たとえば、測光用センサー15が複数のフォーカス位置を有している場合に、複数のフォーカス位置のうちから選択されたフォーカス位置に対応するように、複数の受光素子のうちの一部の受光素子から出力される出力信号を合成してパンフォーカス像を生成してもよい。このようにすることにより、複数のフォーカス位置のうちから選択されたフォーカス位置に対応するパンフォーカス像に基づいて、光学系の焦点状態の検出ができる。すなわち、撮影画面内の複数の位置に焦点検出エリアが設定されており、焦点検出センサー5は、各焦点検出エリアごとに撮影レンズ23の焦点調節状態を示す焦点検出信号を出力することができる。
The
なお、図1における画像生成部61、パターンマッチング処理部62、AFパラメータ設定部63、焦点検出演算部64、レンズ駆動量演算部65、または、制御回路7の各処理部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、この各処理部はメモリおよびCPU(中央演算装置)により構成され、各処理部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
Note that each processing unit of the
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.
5…焦点検出センサー、40…焦点検出光学系、41…マイクロレンズ、50…光電変換アレイ素子、51…受光素子アレイ、61…画像生成部、62…パターンマッチング処理部、63…AFパラメータ設定部、64…焦点検出演算部、65…レンズ駆動量演算部、100…焦点検出装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に基づいてパンフォーカス像を生成する画像生成部と、
前記パンフォーカス像のうち、特定の対象を検出する検出部と、
前記受光素子アレイの前記受光素子から出力される出力信号に対し、前記検出部により検出された前記対象に応じた処理を行って前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、
を備えることを特徴とする焦点検出装置。 It has a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged two-dimensionally and a plurality of light receiving elements provided for each of the microlenses, and receives a light beam from an optical system via the microlens array. A light receiving element array;
An image generator that generates a pan-focus image based on an output signal output from the light receiving element of the light receiving element array;
A detection unit for detecting a specific target in the pan focus image;
A focus detection unit that detects a focus state of the optical system by performing processing according to the target detected by the detection unit on an output signal output from the light receiving element of the light receiving element array;
A focus detection apparatus comprising:
前記画像生成部は、
前記複数の受光素子のうち、前記マイクロレンズの中央部に対応する受光素子から出力される出力信号を合成して前記パンフォーカス像を生成する、
ことを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 1,
The image generation unit
Among the plurality of light receiving elements, the pan focus image is generated by synthesizing an output signal output from a light receiving element corresponding to a central portion of the microlens.
A focus detection apparatus.
前記画像生成部は、
前記光学系の焦点距離に応じて前記マイクロレンズの中央部に対応する受光素子の数を決定する、
ことを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection device according to claim 1 or 2,
The image generation unit
Determining the number of light receiving elements corresponding to the center of the microlens according to the focal length of the optical system;
A focus detection apparatus.
前記画像生成部は、
前記複数の受光素子のうちの一部の受光素子から出力される出力信号を合成して前記パンフォーカス像を生成する、
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,
The image generation unit
Combining the output signals output from some of the plurality of light receiving elements to generate the pan focus image;
A focus detection apparatus.
前記検出部は、
前記パンフォーカス像に含まれる像のコントラスト、輝度、周期性、および、距離差のうちの少なくとも1つを前記特定の対象として検出する、
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 4,
The detector is
Detecting at least one of contrast, brightness, periodicity, and distance difference of an image included in the pan-focus image as the specific target;
A focus detection apparatus.
を備えることを特徴とするカメラ。 The focus detection device according to any one of claims 1 to 5,
A camera comprising:
前記光学系による像を撮像する撮像部、
を備えることを特徴とするカメラ。 The camera according to claim 6,
An imaging unit that captures an image by the optical system;
A camera comprising:
前記撮像部は、
前記受光素子アレイからの出力信号に基づいて前記光学系による像を撮像する、
ことを特徴とするカメラ。 The camera according to claim 7,
The imaging unit
Taking an image by the optical system based on an output signal from the light receiving element array,
A camera characterized by that.
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