JP2012203278A - 撮像装置、レンズ装置、およびカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】焦点検出領域内に複数の色が存在する場合、デフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、複数の光強度分布を比較して焦点検出手段により算出されたデフォーカス量を補正する補正手段と、補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相差検出方式により焦点検出を行う撮像装置に関する。

近年、位相差検出方式により被写体に対して自動的に焦点検出を行う撮像装置が提案されている。このような位相差検出方式において、同一距離にある被写体の焦点検出を行うと、撮像光学系（レンズ）の色収差により、波長毎に焦点検出結果に差（焦点検出誤差）が生じる。これは、焦点検出に用いられるセンサは単一の波長領域にのみ感度を有していることから、被写体の色を見分けることができないことで生じる。

特許文献１には、レンズの色収差による合焦状態の補正方法が開示されている。特許文献１では、焦点検出領域内の複数の色を一対の異なる波長域に感度を有するセンサを用い、その複数の色の出力比に応じて焦点調節情報を補正している。

特開２００６−３１７５９５号公報

しかしながら、特許文献１では、合焦状態の検出対象である被写体のみの色を見ているため、焦点検出領域内に複数の色が含まれている場合については考慮されていない。このため、被写体の一部分にのみ合焦可能である。したがって、被写体全体を考慮すると、焦点検出誤差が生じる可能性がある。

そこで本発明は、焦点検出領域内に複数の色が存在する場合、デフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、前記複数の光強度分布を比較して前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量を補正する補正手段と、前記補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段とを有する。

本発明の他の側面としてのレンズ装置は、位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、を有する撮像装置に着脱可能なレンズ装置であって、前記複数の光強度分布を比較して前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量を補正する補正手段と、前記補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段とを有する。

また、撮像装置とレンズ装置とを有するカメラシステムも本発明の他の側面を構成する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、焦点検出領域内に複数の色が存在する場合、デフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置を提供することができる。

本実施形態におけるカメラシステムの概略構成図である。 本実施形態における測光センサの分光感度を示す図である。 実施例１において、焦点検出領域内に複数の色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））を含む被写体に対して、測光センサにより検出された色ごとの輝度分布（光強度分布）の一例である。 実施例１におけるデフォーカス量補正方法のアルゴリズムを示す図である。 実施例２において、焦点検出領域内に複数の色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））を含む被写体に対して、測光センサにより検出された色ごとの輝度分布（光強度分布）の一例である。 実施例２におけるデフォーカス量補正方法のアルゴリズムを示す図である。 焦点検出領域内に複数の色が存在する被写体を撮影して得られた図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施形態における撮像装置、レンズ装置、およびカメラシステムについて説明する。図１（ａ）は、本実施形態におけるカメラシステムの概略構成図である。カメラシステム１００は、撮像装置１０１と撮像装置１０１に着脱可能（交換可能）なレンズ装置２０１とを備えて構成される。

被写体（不図示）は、光源（不図示）からの光で照明されており、被写体表面の反射特性に従って光源からの光を反射する。その反射光は、レンズ装置２０１内の撮像光学系２（レンズ）から撮像装置１０１に入射し、撮像素子１の付近で結像する。撮像素子１は、その受光面の形状の光量分布を記録し、記録した光量分布を記憶手段（不図示）へ転送する。撮像装置１０１の内部において、撮像素子１と撮像光学系２との間には主ミラー３が設けられている。主ミラー３は、撮像光学系２を通過した全光束の一部を、撮像光学系２の光軸ＯＡに対して略垂直方向に反射する。その反射光は、焦点板４を透過し、ペンタプリズム５およびアイピース８を透過して結像する。この像を見ることによって、撮影者は撮影画面を確認することができる。

７は、撮影画面の輝度値（光強度分布）を測定する測光センサ（撮像素子）である。測光センサ７は、焦点検出領域における複数の異なる波長域（赤色、緑色、緑色など）での光強度分布を取得する。測光センサ７とペンタプリズム５との間には、測光センサ７の受光面に光を集光させる測光光学系６が配置されている。図１（ａ）において、測光センサ７は撮像光学系２およびペンタプリズム５を透過した光を用いて測光しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図１（ｂ）は別の撮像装置１０１ａを備えたカメラシステム１００ａの概略構成図である。図１（ｂ）に示されるように、本実施形態は、ファインダー光路および撮像光路を介さずに直接被写体を観察するように構成された測光センサ７ａを備えた撮像装置１０１ａを用いてもよい。また測光センサ７、７ａは、被写体の色を検出する。本実施形態において、「被写体の色」とは、光源からの光で照明された被写体の反射光の可視領域内での分光強度比である。

主ミラー３と撮像素子１との間には、サブミラー９が配置されている。サブミラー９は、主ミラー３の透過光の一部を反射し、その反射光をデフォーカス量検出手段１０（焦点検出手段）へ導く。デフォーカス量検出手段１０は、レンズ状態（撮像光学系２の状態）および被写体像の結像位置を検出し、位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する。デフォーカス量検出手段１０により検出されたデフォーカス量は、接点２０を介して、レンズ装置２０１内のデフォーカス量補正手段１１（補正手段）に入力される。

デフォーカス量補正手段１１は、後述のように、複数の光強度分布を比較してデフォーカス量検出手段１０により算出されたデフォーカス量を補正する。補正されたデフォーカス量は、レンズ制御手段１２（制御手段）に入力される。レンズ制御手段１２は、デフォーカス量補正手段１１で補正された結果に基づいて撮像光学系２の位置を制御する。すなわちレンズ制御手段１２は、撮像素子１上に結像するために撮像光学系２の全体又は一部が移動すべき量（移動量）を計算して撮像光学系２の駆動制御を行う。撮像光学系２の駆動後、主ミラー３およびサブミラー９は光路から退避し、撮像素子１に露光が開始される。なお本実施形態において、デフォーカス量補正手段１１およびレンズ制御手段１２はレンズ装置２０１の内部に設けられているが、これに限定されるものではない。デフォーカス量補正手段１１を撮像装置１０１の内部に設けることができ、更に、レンズ制御手段１２を撮像装置１０１の内部に設けてもよい。

図２は、本実施形態における測光センサ７の分光感度を示す図である。図２において、横軸は波長（ｎｍ）を示し、縦軸は分光感度を示す。図２に示されるように、測光センサ７は、撮像素子１が有する感度領域内に異なる複数の感度領域を有し、かつ焦点検出領域内の色の分布（赤、緑、青）を検出可能な多分割センサである。測光センサ７は、焦点検出領域内における複数の波長域の光強度分布を取得し、その光強度分布をデフォーカス量補正手段１１に出力する。デフォーカス量補正手段１１は、後述のデフォーカス量補正方法を用いて、デフォーカス量検出手段１０で検出されたデフォーカス量を補正する。

図７は、焦点検出領域内に複数の色が存在する被写体を撮影して得られた図である。図７に示されるような花畑を撮影した場合、一つの焦点検出領域には花びらと葉が同時に入る。このように、焦点検出領域内に複数の色が入ると、一つの焦点検出領域内に最適な合焦位置が複数存在することになり、合焦判定は困難となる。このため、本実施形態では、以下の各実施例におけるデフォーカス量補正方法を用いて、適切な合焦判定を行う。

まず、本発明の実施例１におけるデフォーカス量補正方法について説明する。図３は、焦点検出領域内に複数の色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））を含む被写体に対して、測光センサ７により検出された色成分（赤、緑、青）ごとの光強度分布（一断面）の一例である。図３において、横軸は測光センサ７の一断面における画素番号を示し、縦軸は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの色成分の光強度分布を示す。測光センサ７は、図２に示されるように赤、緑、青の各領域に感度を有する。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、撮像素子１が感度を有する波長域内に複数の異なる感度特性を測光センサ７が有していれば、測光センサ７の感度範囲の設定および区切り方法は他の方法でもよい。

図４は、本実施例におけるデフォーカス量補正方法のアルゴリズムの説明図である。まず、測光センサ７は、赤、緑、青の各色に関する光強度分布を取得し、デフォーカス量補正手段１１にそれらの光強度分布を出力する。図４において、測光センサ７（焦点検出領域内）のｉ番目の画素の赤の光強度分布（輝度）をＲｉ、緑の光強度分布をＧｉ、青の光強度分布をＢｉとする。続いて、デフォーカス量補正手段１１は、それぞれの色の光強度分布のうち最大値（ＭＡＸ）と最小値（ＭＩＮ）との差Ｘｒ、Ｘｇ、Ｘｂを算出する。そしてデフォーカス量補正手段１１は、これらの差Ｘｒ、Ｘｇ、Ｘｂを比較し、これらの差が最大となる光強度分布の波長域（赤、緑、青）に対応する補正値を用いてデフォーカス量を補正する。

具体的には、図４に示されるように、デフォーカス量補正手段１１は、まず光強度分布の最大値と最小値との差Ｘｒ、Ｘｇ、Ｘｂのうち、最大値が赤色の差Ｘｒであるか否かを判定する。この最大値が赤色の差Ｘｒである場合、赤色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。一方、この最大値が赤色の差Ｘｒでない場合、最大値が緑色の差Ｘｇであるか否かを判定する。この最大値が緑色の差Ｘｇである場合、緑色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。一方、この最大値が緑色の差Ｘｇでない場合、青色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。

本実施例では、図３に示されるように、各色の光強度分布の最大値と最小値との差Ｘｒ、Ｘｇ、Ｘｂは、赤色の差Ｘｒ、青色の差Ｘｂ、緑色の差Ｘｇの順で大きい。最大値と最小値の差が大きい光強度分布を有する色成分は、被写体全体のコントラストの主成分を構成する。このため、図３の光強度分布を有する被写体において、焦点検出で支配的な色は赤（Ｒ）となる。従って、デフォーカス量補正手段１１は、赤色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。

また本実施例において、デフォーカス量補正手段１１は、測光センサ７の赤、青、緑それぞれの色での最大値と最小値との差の比率に応じた合焦を行うようにしてもよい。この場合、赤色に対する補正値をｘ１、緑に対する補正値をｘ２、青に対する補正値をｘ３とした場合、補正値はＸｒ×ｘ１＋Ｘｇ×ｘ２＋Ｘｂ×ｘ３と表される。ここで、補正値ｘ１〜ｘ３はそれぞれ、赤、青、緑の分光強度比から計算される。

本実施例によれば、焦点検出領域内に複数の色が存在する場合にデフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置、レンズ装置、および、カメラシステムを提供することができる。

次に、本発明の実施例２におけるデフォーカス量補正方法について説明する。図５は、焦点検出領域内に複数の色（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））を含む被写体に対して、測光センサ７により検出された色成分（赤、緑、青）ごとの光強度分布（一断面）の一例である。図５において、横軸は測光センサ７の一断面における画素番号を示し、縦軸は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの色成分の光強度分布を示す。本実施例において、赤、緑、青の各色の間で最大値と最小値との差があってもよいが、説明を簡単にするため、各色成分の最大値と最小値との差は全て同じ値としている。

本実施例では、測光センサ７（焦点検出領域内）における各色成分の出力値を所定の方向（長軸方向）に微分をして、微分値の絶対値の総和を算出する。微分値は、測光センサ７の出力値の所定の方向における変化率である。この微分値の絶対値の総和が大きいということは、焦点検出視野内で光強度分布（輝度分布）が大きく増減しているか、又は、光強度分布の変化率が大きくないとしてもその増減回数が多いということである。すなわち、微分値の絶対値の総和が最大となる色は、測光センサ７の出力値に対してコントラストの変化を主に生じさせている色であることを示している。

図６は、本実施例におけるデフォーカス量補正方法のアルゴリズムの説明図である。まず、測光センサ７は、赤、緑、青の各色に関する光強度分布を取得し、デフォーカス量補正手段１１にそれらの光強度分布を出力する。図６において、測光センサ７（焦点検出領域内）のｉ番目の画素の赤の光強度分布（輝度）をＲｉ、緑の光強度分布をＧｉ、青の光強度分布をＢｉとする。続いて、デフォーカス量補正手段１１は、それぞれの色の光強度分布の微分値の絶対値の総和Ｙｒ、Ｙｇ、Ｙｂを算出する。そしてデフォーカス量補正手段１１は、これらの総和Ｙｒ、Ｙｇ、Ｙｂを比較し、これらの総和が最大となる光強度分布の波長域（赤、緑、青）に対応する補正値を用いてデフォーカス量を補正する。

具体的には、図６に示されるように、デフォーカス量補正手段１１は、まず光強度分布の総和Ｙｒ、Ｙｇ、Ｙｂのうち、最大値が赤色の総和Ｙｒであるか否かを判定する。この最大値が赤色の総和Ｙｒである場合、赤色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。一方、この最大値が赤色の総和Ｙｒでない場合、最大値が緑色の総和Ｙｇであるか否かを判定する。この最大値が緑色の総和Ｙｇである場合、緑色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。一方、この最大値が緑色の総和Ｘｇでない場合、青色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。

本実施例では、図５に示されるように、青色の増減回数が最も多いため、青色の光強度分布の微分値（絶対値）の総和Ｙｂが最大となる。このため、青色が被写体全体のコントラストの変化を主に生じさせている色であり、青色が焦点検出視野内で最も焦点検出に影響を与える。従って、デフォーカス量補正手段１１は、青色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。なお本実施例では、測光センサ７の赤、青、緑それぞれの色での微分値の絶対値の総和Ｙｒ、Ｙｂ、Ｙｇの比率に応じて合焦を行うように構成してもよい。

光強度分布の微分値が小さい場合、光強度分布がなだらかに変化するため、明確に色の変化する箇所がない。位相差検出方式は２像の不一致度によって焦点検出を行う方式であるため、像の変化を表す光強度分布がなだらかである場合、２像の不一致度の検出を行うことが困難であり、誤差が生じやすい。従って本実施例によれば、焦点検出領域内に複数の色が存在する場合にデフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置、レンズ装置、および、カメラシステムを提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、デフォーカス量補正手段は、実施例１で説明した差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、実施例２で説明した総和が最大となる波長域に対応する補正値とのいずれかを用いてデフォーカス量を補正するように切り替えてもよい。このとき、例えば実施例１で説明した差の最大値が所定のしきい値よりも小さい場合に実施例２で説明した総和の最大値を基準とした補正値を用いるように切り替えられる。

７ 測光センサ
１０ デフォーカス量検出手段
１１ デフォーカス量補正手段
１２ レンズ制御手段
１０１ 撮像装置

Claims (10)

1. 位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
   焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、
   前記複数の光強度分布を比較して前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量を補正する補正手段と、
   前記補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の最大値と最小値との差を比較し、該差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値を用いて前記デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の微分値の絶対値の総和を比較し、該総和が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値を用いて前記デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の最大値と最小値との差を比較し、該差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、該複数の光強度分布の微分値の絶対値の総和を比較し、該総和が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、のいずれか一方を用いて前記デフォーカス量を補正するように切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、を有する撮像装置に着脱可能なレンズ装置であって、
   前記複数の光強度分布を比較して前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量を補正する補正手段と、
   前記補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段と、を有することを特徴とするレンズ装置。
6. 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の最大値と最小値との差を比較し、該差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値を用いて前記デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項５に記載のレンズ装置。
7. 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の微分値の絶対値の総和を比較し、該総和が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値を用いて前記デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項５に記載のレンズ装置。
8. 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の最大値と最小値との差を比較し、該差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、該複数の光強度分布の微分値の絶対値の総和を比較し、該総和が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、のいずれか一方を用いて前記デフォーカス量を補正するように切り替えられることを特徴とする請求項５に記載のレンズ装置。
9. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置に着脱可能な前記レンズを備えたレンズ装置と、を有することを特徴とするカメラシステム。
10. 撮像素子を備えた撮像装置と、
    前記撮像装置に着脱可能な、請求項５乃至８のいずれか１項に記載のレンズ装置と、を有することを特徴とするカメラシステム。