JP2011069847A - 焦点検出装置、および、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焦点検出の精度を高めた焦点検出装置を提供する。
【解決手段】焦点検出装置が、光学系を介した光を受光して得られる第１受光信号を出力する第１の受光部と、光学系を介した光のうち特定の波長に対する分光感度特性を有し、光を受光して得られる第２受光信号を出力する第２の受光部と、第１の受光部が出力する第１受光信号と第２の受光部が出力する第２受光信号との少なくとも１つに基づいて、光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦点検出装置、および、撮像装置に関する。

異なる分光特性の画素対を持たせた焦点検出装置により、光源や被写体の色によって撮影レンズの色収差が測距値に誤差を与えることを防止する技術が知られている（特許文献１参照）。

特許第４２０８５３６号公報

しかしながら、特許文献１に示す焦点検出装置にあっては、全ての画素列に色フィルタが設けられているために、たとえば、低輝度の場合において、焦点検出の精度が悪いという問題がある。

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、焦点検出の精度を高めた焦点検出装置、および、撮像装置を提供することにある。

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、請求項１に記載の発明は、光学系を介した光を受光して得られる第１受光信号を出力する第１の受光部と、前記光学系を介した光のうち特定の波長に対する分光感度特性を有し、前記光を受光して得られる第２受光信号を出力する第２の受光部と、前記第１の受光部が出力する前記第１受光信号と前記第２の受光部が出力する前記第２受光信号との少なくとも１つに基づいて、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。

この発明によれば、焦点検出の精度を高めることができる。

この発明の一実施形態によるカメラの構成を示すブロック図である。 焦点検出モジュールの構成を示す概要斜視図である。 第１の実施形態におけるラインセンサの構成を示す構成図である。 第１の実施形態による焦点検出装置の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態におけるラインセンサの構成を示す構成図である。 第３の実施形態におけるラインセンサの構成を示す構成図である。 第４の実施形態におけるラインセンサの構成を示す構成図である。 第５の実施形態として、３点マルチエリアＡＦの場合の構成を示す構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態によるカメラ（撮像装置）の構成を示す概略ブロック図である。なお、以下の図において、同様の構成には同一の符号を付け、その説明を省略する。

カメラは、撮影レンズ本体１００と、撮影レンズ本体１００を交換可能に取り付けたカメラ本体２００とから構成される。撮影レンズ本体１００は、複数のレンズを組み合わせてなる撮影レンズ系１と、絞り２と、撮影レンズ系１を駆動させる駆動機構３と、デフォーカス量とレンズ駆動量との対応関係などの情報を記憶したレンズデータ部４とを有している。

カメラ本体２００は、後述する撮影機構２１０と、焦点検出モジュール２０と、駆動モータ８と、カメラ本体２００の各部を演算制御するボディマイコン（焦点検出部）９を内蔵している。この焦点検出モジュール２０とボディマイコン９とが、焦点検出装置に対応する。

また、カメラ本体２００の撮影レンズ本体１００との接続部には、駆動モータ８の回転を駆動機構３に伝導し、またレンズデータ部４とボディマイコン９とを信号接続する為のカップリング部１０が設けられている。

カメラ本体２００の撮影機構２１０は、シャッター１１と、撮像部１２と、クイックリターンミラー１３と、拡散スクリーン１９と、ペンタプリズム６と、接眼レンズ１５と、クイックリターンミラー１３の背面に配置されたサブミラー１４とから構成されている。

クイックリターンミラー１３は、シャッター１１および撮像部１２の前方に傾斜配置され、レリーズ時に跳ね上げられて撮影光路から退避するようになっている。また、レリーズ時には、ボディマイコン９は、シャッター１１を開くとともに、撮影レンズ系１を通過した光束を撮像部１２により撮像する。

通常時には、クイックリターンミラー１３は撮影光路にあるため、撮影レンズ系１を通過した光束は、クイックリターンミラー１３によって上方に反射され、拡散スクリーン１９、ペンタプリズム６、および、接眼レンズ１５を通って、撮影者の目に到達する。

このクイックリターンミラー１３は一部の光を透過するハーフミラーとなっている。そのため、通常時において、クイックリターンミラー１３を透過した一部の光束はサブミラー１４によって下方に屈折されて焦点検出モジュール２０に導かれる。

焦点検出モジュール２０は、光学ブロックと、ラインセンサ２５とで主要部が構成されている。この焦点検出モジュール２０は、撮影画面中に設定された検出エリアに対応し、被写体からの光束を図２に示すように、視野マスク２１、コンデンサレンズ２２及びセパレータレンズ２４で分割し、ラインセンサ２５に結像されて位相差検出方式による焦点検出を行う。焦点検出モジュール２０のラインセンサ２５からの出力（受光信号）は、ボディマイコン９に入力される。

すなわち、撮影レンズ系１から焦点検出モジュール２０に入射された被写体光は、視野マスク２１を介して、コンデンサレンズ２２に入射する。次に、コンデンサレンズ２２から射出された光は、セパレータマスク２３とセパレータレンズ２４とを通過する。

そして、セパレータレンズ２４により分離された２つの像は、対応するラインセンサ２５上に結像する。ラインセンサ２５からは、セパレータレンズ２４により分離された２つの像に対応して、２つの像の光強度分布に対応する一対の信号が、ボディマイコン９に出力される。この一対の信号のずれに基づいて、ボディマイコン９は、デフォーカス量Ｄｆ（合焦位置からのズレ量）を求める。

上記の構成により、被写体の光強度分布を一対の画素列からなる受光素子によって光電変換し、位相ずれ量を算出する事で、ボディマイコン９は、デフォーカス量Ｄｆを算出している。しかしながら、ボディマイコン９は、測距素子による被写体の強度分布によりデフォーカス量Ｄｆを算出している為、被写体の色が違うが反射率が同じ被写体の場合は、ラインセンサ２５の像の光強度分布は均一となってしまい、デフォーカス量を算出できない可能性がある。

図３は本発明の第１の実施形態によるラインセンサ２５の構成を示す図である。カラーフィルタの付いていない画素列２５１と並行に、緑の波長を最も透過するフィルタを受光部の上に設ける構造とした画素列２５１Ｇを配置する。すなわち、この画素列２５１Ｇは、緑色の波長に対する分光感度特性を有している。

この画素列２５１と画素列２５１Ｇとは、それぞれ直列に配列された複数の受光素子を有し、当該複数の受光素子が互いに並列に配置されている。また、画素列２５１が備える複数の受光素子と、画素列２５１Ｇの受光部が備える複数の受光素子との配列の方向における位置が互いに対応するように、画素列２５１と画素列２５１Ｇとが配置されている。

ボディマイコン９は、画素列２５１が出力する信号と画素列２５１Ｇが出力する信号との少なくとも１つに基づいて、撮影レンズ系１の焦点状態を検出して、デフォーカス量を算出する。

たとえば、ボディマイコン９は、通常は画素列２５１での測距結果を基にフォーカス動作を行なっているが、画素列２５１の測距結果が算出されない場合であって、かつ、画素列２５１Ｇの測距結果が算出されている場合は、画素列２５１Ｇの測距結果を基に、撮影レンズ系１の焦点状態を検出して、デフォーカス量を算出する。

また、ボディマイコン９は、画素列２５１での測距の結果、画素列２５１Ｇの測距結果による信頼性の方が、画素列２５１での測距の結果による信頼性よりも高い場合は、画素列２５１Ｇの測距結果を基に、撮影レンズ系１の焦点状態を検出して、デフォーカス量を算出するようにしてもよい。

または、ボディマイコン９は、画素列２５１での測距の結果に基づいて、画素列２５１の測距結果による信頼度が予め定められている信頼度以上ない場合は、画素列２５１Ｇの測距結果を基に、撮影レンズ系１の焦点状態を検出して、デフォーカス量を算出するようにしてもよい。

なお、画素列２５１はカラーフィルタが付いていない為、画素列２５１Ｇよりも被写体が、より低輝度であっても、測距結果が出易い特徴がある。画素列２５１Ｇは受光部の上にカラーフィルタが付いている為、緑成分以外の透過率が低く、画素列２５１と比較して低輝度に弱い反面、反射率が同じで色の違う被写体に対しても測距を行なう事が可能となる。

次に、図４に示すフローチャートを用いて、本実施形態によるボディマイコン９による焦点検出の動作について説明する。ここでは、画素列２５１を通常画素列と称し、画素列２５１Ｇを特定画素列と称して説明する。

まず、通常画素列と特定画素列とのそれぞれで、適正な出力となるように蓄積を行わせ（ステップＳ１０１）、その光電変換データを基に通常画素列で測距演算を行なう（ステップＳ１０２）。

次に、通常画素列での測距演算に基づいて、測距可能であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の結果、測距可能であれば、次に、通常画素列での演算結果の信頼性が、予め定められている信頼性の閾値よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４で、演算結果の信頼性が予め定められている信頼性の閾値よりも高い場合は、通常画素列による測距結果を基にレンズ駆動を行なう（ステップＳ１０５）。

一方、ステップＳ１０３の結果、通常画素列の測距演算が不可能、つまり測距不能であった場合、若しくは、ステップＳ１０４で、演算結果の信頼性が予め定められている信頼性の閾値よりも低い場合には、特定画素列で測距演算を行なう（ステップＳ１０６）。

すなわち、通常画素列で測距可能であれば、通常画素列による測距結果を基にレンズ駆動を行ない（ステップＳ１０５参照）、通常画素列の測距演算が不可能、つまり測距不能であった場合、若しくは演算結果の信頼性が低い場合は、特定画素列で測距演算を行なう（ステップＳ１０６参照）。

次に、ステップＳ１０６に続いて、特定画素列での測距演算に基づいて、測距可能であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の結果、測距可能であれば、次に、特定画素列での演算結果の信頼性が、予め定められている信頼性の閾値よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８で、演算結果の信頼性が予め定められている信頼性の閾値よりも高い場合は、特定画素列による測距結果を基にレンズ駆動を行なう（ステップＳ１０９）。

一方、ステップＳ１０７の結果、特定画素列の測距演算が不可能、つまり測距不能であった場合、若しくは、ステップＳ１０８で、演算結果の信頼性が予め定められている信頼性の閾値よりも低い場合には、ローコンスキャンを行なう（ステップＳ１１０）。

すなわち、特定画素列で測距演算の結果、測距不能であり、かつ、信頼性ありの場合は特定画素列による測距結果を基にレンズ駆動を行ない（ステップＳ１０９参照）、測距不能となった場合、若しくは、信頼性なしの場合はローコンスキャンを行なう（ステップＳ１１０参照）。

このローコンスキャンとは、たとえば、フォーカスレンズを近端から無限端まで往復（スキャン）する事により、焦点検出を行うことである。このような焦点検出は、一般に、焦点検出をするのに十分な明るさとコントラストが無いような場面に用いられる。

なお、この図４では、信頼性なしの場合は、ローコンスキャンする（ステップＳ１１０参照）ものとして説明したが、このローコンスキャン動作は使用者に不快感を与える可能性がある為、測距は出来るが信頼性が無い場合は、ローコンスキャンせずに、その結果を基にレンズ駆動してもよい。

上述した本実施形態によれば、ボディマイコン９は、画素列２５１のみならず、緑色の波長に対する分光感度特性を有している画素列２５１Ｇを用いて、光学系の焦点状態を検出する。そのために、被写体の色が違うが反射率が同じ被写体の場合であっても、光学系の焦点状態を検出することができ、デフォーカス量を算出できるという効果を奏する。

すなわち、本実施形態によれば、色が違うが反射率の似通った被写体に対する測距を可能とする。これにより、焦点検出装置にとって、測距の苦手な被写体を減らす事が可能となる。

また、ボディマイコン９は、通常は画素列２５１での測距結果を基にフォーカス動作を行なっているが、たとえば、低輝度の場合などにおいて、画素列２５１の測距結果が算出されない場合であって、かつ、画素列２５１Ｇの測距結果が算出されている場合は、画素列２５１Ｇの測距結果を基に、撮影レンズ系１の焦点状態を検出して、デフォーカス量を算出する。これにより、本実施形態によるボディマイコン９は、低輝度の場合などにおいても、焦点検出の精度を高めることができる。

なお、ボディマイコン９は、画素列２５１の出力と、画素列２５１Ｇの出力とを加算し、当該加算した結果に基づいて、光学系の焦点状態を検出してもよい。このようにすることにより、画素列の感度を上げることができる。

図５は本発明の第２の実施形態によるラインセンサ２５の構成を示す図である。カラーフィルタの付いていない画素列２５１を挟むように並行に、緑の波長を最も透過するフィルタを受光部の上に設ける構造とした画素列２５１Ｇ１、２５１Ｇ２を図面上において上下に配置する。

ここで、画素列２５１Ｇ１、２５１Ｇ２は画素列２５１と比較して、カラーフィルタが付いている為に入射光量が少なくなる。そこで、ボディマイコン９は、画素列２５１Ｇ１、２５１Ｇ２の出力を、後段となるボディマイコン９による処理にて、図面上において上下方向をペアとして加算する。

これにより、カラーフィルタが付いている画素列の感度を、実質２倍にする事が可能となる。なお、加算は、後段となるボディマイコン９による処理ではなく、ペアにされている素子内で画素加算を行なってもよい。

図６は本発明の第３の実施形態によるラインセンサ２５の構成を示す図である。カラーフィルタの付いていない画素列２５１と並行に、緑の波長を最も透過するフィルタを受光部の上に設ける構造とした画素列２５１Ｇ、赤の波長を最も透過するフィルタを受光部の上に設ける構造とした画素列２５１Ｒ、青の波長を最も透過するフィルタを受光部の上に設ける構造とした画素列２５１Ｂを、図面上において上下に配置する。

これにより、ボディマイコン９は、緑だけではなく、赤、緑、青の３色全ての色を認識する事が可能となる。たとえば、ボディマイコン９は、赤、緑、青のそれぞれでデフォーカス量の算出を行い、その結果を基にフォーカス動作を行う。

また、低輝度時には上下方向に、赤、緑、青の対応画素を加算する事で、低輝度に強くする事も可能である。この加算処理は、素子の後段となるボディマイコン９で行う事により、加算データによるデフォーカス算出結果と、色毎のデフォーカス算出結果の、両方の結果を出す事が可能となり、柔軟性が向上する。なお、加算は、後段となるボディマイコン９による処理ではなく、ペアにされている素子内で画素加算を行なってもよい。

ここでは、緑の波長、赤の波長、および、青の波長を最も透過するフィルタを受光部の上に設ける構造とした画素列２５１Ｇ、２５１Ｒ、２５１Ｂについて説明しているが、複数の画素列が、互いに異なる分光感度特性を有していればよい。

図７は本発明の第４の実施形態によるラインセンサ２５の構成を示す図である。図３の場合と同様に、カラーフィルタの付いていない画素列２５１と並行に、緑の波長を最も透過するフィルタを受光部の上に設ける構造とした画素列２５１Ｇを配置する。

ここで、画素列２５１Ｇの各画素の受光面積は、画素列２５１の各画素の受光面積より大きい構造とする。このようにすることにより、画素列２５１Ｇ列の受光面積が画素列２５１の受光面積よりも大きくなり、低輝度の場合においても、画素列２５１Ｇ列の低輝度に弱くなるという性質を低減させる事が可能となる。

図８は、第５の実施形態として、３点マルチエリアＡＦの場合の構成を示す図である。図８（ａ）に示す３点マルチエリアＡＦの場合におけるラインセンサ２５の一例としての構成を、図８（ｂ）に示す。

この図８（ｂ）において、中央エリア（符号Ｂを参照）に対応させて、図８（ａ）示すように、に画素列２５１−１１、２５１−１２、２５１−２１、２５１−２２、２５１Ｇ１１、２５１Ｇ１２、２５１Ｇ２１、および、２５１Ｇ２２に示すように、十字型にセンサを配置したクロスセンサを配置する。

また、図８（ｂ）において、左右エリア（符号ＡとＣとを参照）に対応させて、図８（ａ）示すように、画素列２５１−３１、２５１−３２、画素列２５１Ｇ３１、および、２５１Ｇ３２と、画素列２５１−４１、２５１−４２、画素列２５１Ｇ４１、および、２５１Ｇ４２とに示すように、図面上において縦方向にラインセンサを配置する。

なお、それぞれのラインにおいて、カラーフィルタの付いていない画素列と並列に、緑の波長を最も透過するフィルタを受光部の上に設ける構造とした画素列が配置されている。このようにして、水平検波を実現する事が可能である。

上述した第２から第５の実施形態においても、ボディマイコン９は、焦点検出の動作を、第１の実施形態の場合と同様に実行する。これにより、第２から第５の実施形態も、第１の実施形態の場合と同様の効果を奏する。

なお、図１におけるボディマイコン９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、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。
なお、このボディマイコン９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、このボディマイコン９はメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、ボディマイコン９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。

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。

９…ボディマイコン、２５…ラインセンサ、２５１、２５１Ｇ…画素列

Claims (11)

1. 光学系を介した光を受光して得られる第１受光信号を出力する第１の受光部と、
   前記光学系を介した光のうち特定の波長に対する分光感度特性を有し、前記光を受光して得られる第２受光信号を出力する第２の受光部と、
   前記第１の受光部が出力する前記第１受光信号と前記第２の受光部が出力する前記第２受光信号との少なくとも１つに基づいて、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。
2. 前記第２の受光部は、
   緑色の波長に対する分光感度特性を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記焦点検出部は、
   前記第１の受光部が出力する前記第１受光信号に基づいて前記光学系の焦点状態を検出できない場合に、前記第２の受光部が出力する前記第２受光信号に基づいて前記光学系の焦点状態を検出する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 前記焦点検出部は、
   前記第１の受光部が出力する前記第１受光信号に基づく前記光学系の焦点状態の信頼度が予め設定されている信頼度以上であるか否かを判定し、
   前記信頼度が予め設定されている信頼度よりも低い場合には、前記第２の受光部が出力する前記第２受光信号に基づいて前記光学系の焦点状態を検出する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
5. 前記第１の受光部の受光面積より、前記第２の受光部の受光面積の方が大きい、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記光学系を介した光のうち特定の波長に対する分光感度特性を有し、前記光を受光して得られる第３受光信号を出力する第３の受光部、
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 前記第３の受光部の分光感度特性は、
   前記第２の受光部の分光感度特性とは異なる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の焦点検出装置。
8. 前記焦点検出部は、
   前記第１の受光部が出力する前記第１受光信号、および、前記第２の受光部が出力する前記第２受光信号を加算し、当該加算した結果に基づいて、前記光学系の焦点状態を検出する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
9. 前記第１の受光部と前記第２の受光部とは、それぞれ直列に配列された複数の受光素子を有し、当該複数の受光素子が互いに並列に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
10. 前記第１の受光部が備える前記複数の受光素子と、前記第２の受光部が備える前記複数の受光素子との前記配列の方向における位置が互いに対応するように、前記第１の受光部と前記第２の受光部とが配置されている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の焦点検出装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の焦点検出装置、
    を備えることを特徴とする撮像装置。

Images