JP2016122077A - 焦点検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度低下や大型化を招くことなく、広視野での焦点検出が可能な焦点検出装置を提供すること。
【解決手段】撮像レンズ（１０）を通過した光束を分割し、前記分割された光束を複数画素から成る光電変換素子（１１４）の検出平面上に結像する結像光学系と、前記光電変換素子（１１４）の検出平面上における前記分割方向に延びた第１及び第２の焦点検出画素群（１１４Ａ，１１４Ｂ）と、前期焦点検出画素群からの出力信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点検出を行う焦点検出装置（１００）において、前記焦点検出画素群（１１４Ａ，１１４Ｂ）の端部の画素ピッチは、中央部の画素ピッチよりも細かいことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、焦点検出装置に関し、特により広範囲での焦点検出を可能とする技術に関する。

デジタルカメラやビデオカメラに代表される撮像装置の普及に伴い、撮像装置には小型化がますます要求されている。特に、撮像装置の撮像レンズの焦点状態を検出する焦点検出装置の広視野化及び小型化が望まれている。現在では、撮像レンズの瞳を複数の領域に分割し、各領域を通過した光束が形成する複数の光学像の相対的な位置関係から撮像レンズの焦点状態を検出するＴＴＬ位相差方式を利用した焦点検出装置が主流である。

特許文献１に記載の焦点検出装置は、異なる方向の位相差を検出する２つの焦点検出画素群を、焦点検出画素群中心に対して異なる位置で交差する配置にすることで、装置の大型化及びコストアップを防止すると共に、優れた焦点検出性能を達成している。

特許第４７０８９７０号公報

しかしながら、前述の焦点検出装置では、焦点検出領域中心がＡＦフレーム中心に対して偏心配置されることで、ユーザが意図しない被写体に対して焦点検出してしまうことがある、という課題があった。

そこで、本発明は、精度低下や大型化を招くことなく、広視野での焦点検出が可能な焦点検出装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、撮像レンズ（１０）を通過した光束を分割し、前記分割された光束を複数画素から成る光電変換素子（１１４）の検出平面上に結像する結像光学系と、前記光電変換素子（１１４）の検出平面上における前記分割方向に延びた第１及び第２の焦点検出画素群（１１４Ａ，１１４Ｂ）と、前期焦点検出画素群からの出力信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点検出を行う焦点検出装置（１００）において、
前記焦点検出画素群（１１４Ａ，１１４Ｂ）の端部の画素ピッチは、中央部の画素ピッチよりも細かいことを特徴とする。

本発明によれば、精度低下や大型化を招くことなく、広視野での焦点検出が可能な焦点検出装置の提供を実現できる。

本発明の実施形態に係る焦点検出装置１００を含む撮像装置１の概略構成図 本発明の実施形態に係る撮像レンズ１０、予定結像面１１、焦点検出装置１００の位置関係を示す概略構成図 本発明の実施形態に係る焦点検出装置１００の詳細図 本発明に係る焦点検出画素群（１１４Ａ，１１４Ｂ）を示す概略平面図 撮像レンズ１０の予定結像面１１の図 撮像レンズ１０の予定結像面１１の図

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
［実施例１］
図１は本発明の実施形態に係る焦点検出装置１００を含む撮像装置１の概略構成図である。撮像装置１は、図１に示すように、撮像レンズ１０及びカメラ本体を備える。カメラ本体は、図示しないマウント部を介して、撮像レンズ１０が着脱可能なように構成されている。撮像装置１は、例えば、一眼レフカメラである。

撮像レンズ１０は、被写体を撮像するための交換型の撮像レンズであり、図示しない焦点調整レンズを含む結像光学系を備えている。撮像レンズ１０は、後述する制御部８０によって、後述する焦点検出装置１００による焦点検出処理の結果に応じて、焦点調整レンズを介して焦点（状態）が調整される。撮像レンズ１０は、レンズ鏡筒ＬＢによって、光軸ＯＡ方向に移動可能に保持される。なお、撮像レンズ１０は、カメラ本体から外された状態において撮像装置１の構成要素となるわけではないが、焦点検出装置１００による焦点検出を行う際にカメラ本体に装着することが必須となるので、撮像装置１の構成要素として扱う。

カメラ本体は、主ミラー２０、ファインダー光学系３０、サブミラー４０、撮像センサ５０、制御部８０、及び焦点検出装置１００を有する。主ミラー２０は、半透過性を有するハーフミラー又は一部にハーフミラー面を有する可動ミラーで構成される。主ミラー２０は、撮像レンズ１０を通過した光の一部を反射してその反射光を光軸ＯＡ”に沿って後述するファインダー光学系３０に導くと共に、撮像レンズ１０を通過した光の一部を透過してその透過光を光軸ＯＡに沿って後述するサブミラー４０に導く。

ファインダー光学系３０は、撮像する被写体を観察するための光学系である。換言すれば、ファインダー光学系３０は、撮像される被写体の画像と等価な観察用の画像を擬似的にユーザーに提供する。ファインダー光学系３０は、図１に示すように、焦点板３２と、ペンタプリズム３４と、接眼レンズ３６とを有する。

主ミラー２０で反射された撮像レンズ１０からの光は焦点板３２近傍に集光する。焦点板３２は、マット面とフレネル面とを有し、そのマット面上にはファインダー視野が形成される。焦点板３２は、さらに被写体光をマット面で拡散し、フレネル面で集光してペンタプリズム３４に射出する。ペンタプリズム３４は、光路変換素子で、焦点板３２で拡散された光を複数面で反射し、接眼レンズ３６に導く。接眼レンズ３６は、アイピースとも呼ばれる。接眼レンズ３６は、焦点板３２上に形成されたファインダー視野を接眼レンズ３６を通してユーザーが観察可能なように構成されている。

サブミラー４０は、主ミラー２０に対して光軸ＯＡの後方に配置される。サブミラー４０は、主ミラー２０を透過した光（透過光）を反射する。その反射光は、光軸ＯＡ’に沿って焦点検出装置１００に導かれる。光軸ＯＡ’は、サブミラー４０によって光軸ＯＡから偏向された光軸である。サブミラー４０は、撮像光路（光軸ＯＡ）上への挿脱が可能なように構成される。サブミラー４０は、ファインダー観察時に撮像光路（光軸ＯＡ）上の所定の位置に配置され、撮像時に撮像光路（光軸ＯＡ）外に退避する。

撮像センサ５０は、複数の画素が規則的に配列された画素配列を有している。撮像センサ５０は、撮像レンズ１０によって撮像面（画素配列）に形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像センサ５０は、例えば、受光した光を画素毎に光電変換し、その受光量に応じた電荷をそれぞれ蓄積して、かかる電荷を読み出すタイプのエリア（２次元）センサで構成される。

また、撮像センサ５０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサーで構成してもよい。なお、撮像センサ５０からの出力信号は、図示しない画像処理回路にて所定の処理が施されて画像データとなり記録用の画像データへ変換される。その後、その記録用の画像データが図示しない半導体メモリ、光ディスク及び磁気テープ等の記録媒体に記録される。制御部８０は、撮像レンズ１０の焦点状態を検出する。制御部８０は、例えばＣＰＵである。

焦点検出装置１００は、位相差方式により、撮像レンズ１０の焦点状態を検出する。換言すれば、焦点検出装置１００は、撮像レンズ１０を通過しサブミラー４０で反射された光を分割し、分割された光束により形成される複数の像の相対的な位置関係に応じて、撮像レンズ１０の焦点状態を検出する。すなわち、焦点検出装置１００は、複数対の像を形成し、各対の像を光電変換して得られる信号に基づいて、撮像レンズ１０の焦点状態を検出する。

図２は本発明の実施形態に係る撮像レンズ１０、予定結像面１１、焦点検出装置１００の位置関係を示す概略構成図である。図２は光軸ＯＡ及びサブミラー４０の反射光軸ＯＡ’を直線状にした際の撮像レンズ１０、その予定結像面１１と焦点検出装置１００の位置関係を示している。予定結像面１１は、撮像センサ５０に相当する面である。図３は本発明の実施形態に係る焦点検出装置１００の詳細図である。焦点検出装置１００は、光軸ＯＡ’に沿って、視野マスク１１０、フィールドレンズ１１１、多孔絞り１１２、再結像レンズユニット１１３、及び焦点検出センサ１１４を順に含む。

焦点検出センサ１１４は、本発明における光電変換素子である。焦点検出センサ１１４は、例えばＣＭＯＳセンサーなどが用いられる。焦点検出センサ１１４には、本発明の焦点検出画素群１１４Ａ，１１４Ｂが含まれている。視野マスク１１０は、撮像レンズ１０を通過した光束を制限するための矩形の開口を中央部に有する。フィールドレンズ１１１は、視野マスク１１０に対して光軸ＯＡ’の後方に配置される。フィールドレンズ１１１は、視野マスク１１０の開口に対応したレンズ部を有する。

多孔絞り１１２は薄板で構成され、フィールドレンズ１１１に対して光軸ＯＡ’の後方側に配置され、再結像レンズユニット１１３と隣接して配置される。再結像レンズユニット１１３は、撮像レンズ１０によって結像された予定結像面上の被写体像を、光軸ＯＡ’の後方に配置された焦点検出センサ１１４の複数対の素子配列における各素子配列の上に形成する。各対の素子配列における各素子配列では、複数の焦点検出素子が所定の方向に配列されている。再結像レンズユニット１１３は、多孔絞り１１２が有する複数対の開口に対応するレンズ部１１３Ａ、１１３Ｂを有する。

図４は本発明に係る焦点検出画素群（１１４Ａ，１１４Ｂ）を示す概略平面図である。焦点検出画素群１１４Ａ，１１４Ｂは、被写体の横線検出を行う画素群で、撮像レンズ１０を通過した光束の分割方向に延びている。焦点検出画素群１１４Ａは、再結像レンズユニット１１３のレンズ部１１３Ａを透過した光を受光する。焦点検出画素群１１４Ｂは、再結像レンズユニット１１３のレンズ部１１３Ｂを透過した光を受光する。図４に示す通り、焦点検出画素群１１４Ａ，１１４Ｂの端部の画素ピッチは、中央部の画素ピッチよりも細かい。

図５および、図６は撮像レンズ１０の予定結像面１１の図である。ＡＦフレーム１１５Ａ，１１５Ｂは、どの位置の被写体に焦点検出するかを示すもので、不図示の操作部材を用いてユーザが選択する。ユーザが選択したＡＦフレームに応じて、焦点検出に用いる焦点検出領域が決定される。制御部８０は、前述の焦点検出画素の信号を用いて、公知の相関演算によって焦点検出を行う。

１１６Ａ、１１６Ｂは、縦線検出の焦点検出領域である。具体的には、焦点検出センサ１１４上に設けられた縦線検出のための焦点検出画素群を、再結像レンズユニット１１３を用いて予定結像面１１に投影したものである。１１７Ａ、１１７Ｂは、横線検出の焦点検出領域である。具体的には、焦点検出センサ１１４上に設けられた横線検出のための焦点検出画素群１１４Ａ、１１４Ｂを、再結像レンズユニット１１３を用いて予定結像面１１に投影したものである。

例えば、ＡＦフレーム１１５Ａが選択されると、制御部８０は、焦点検出領域１１６Ａで縦線検出を行い、焦点検出領域１１７Ａで横線検出を行う。その後、より信頼性の高い検出結果を用いて、焦点調節を実施する。また、ＡＦフレーム１１５Ｂが選択されると、制御部８０は、焦点検出領域１１６Ｂで縦線検出を行い、焦点検出領域１１７Ｂで横線検出を行う。その後、より信頼性の高い検出結果を用いて、焦点調節を実施する。

一般的に、焦点検出に用いる画素数が少ないと、検出可能デフォーカス範囲が狭く、大ボケしている被写体に対して焦点検出することができない。そこで、精度よく相関演算するためには、一定数以上の画素数が必要である。

本発明の焦点検出画素群１１４Ａ、１１４Ｂの端部の画素ピッチは、中央部の画素ピッチよりも細かい。そのため、十分な演算画素数を確保しても、焦点検出画素群が長くならず、焦点検出センサ１１４をより小型で安価にできる。また図６に示す通り、焦点検出領域１１７Ａは、ＡＦフレーム１１５Ａに対して上下均等に配置されている。そのため、焦点検出領域をＡＦフレームに対して偏心配置することで焦点検出センサを小型とした構成と比べ、背景被写体などのユーザが意図しない被写体に対して焦点検出を行うことを防止することができる。

一般的に、画素ピッチが狭いとＳ/Ｎが低下し、低輝度被写体の測距精度が低下する。本発明の構成によれば、焦点検出画素群１１４Ａ、１１４Ｂの端部の画素ピッチのみが細かく、中央部の画素ピッチは細かくないため、中央部の測距領域において低輝度被写体の焦点検出精度低下を招かない。

以上から、精度低下や大型化を招くことなく、広視野での焦点検出が可能な焦点検出装置を提供することが可能となる。

１０ 撮像レンズ、１００ 焦点検出装置、１１４Ａ，１１４Ｂ 焦点検出画素群、
１１５Ａ，１１５Ｂ ＡＦフレーム、１１６Ａ，１１６Ｂ 縦線検出の焦点検出領域、
１１７Ａ，１１７Ｂ 横線検出の焦点検出領域

Claims (1)

1. 撮像レンズ（１０）を通過した光束を分割し、前記分割された光束を複数画素から成る光電変換素子（１１４）の検出平面上に結像する結像光学系と、
   前記光電変換素子（１１４）の検出平面上における前記分割方向に延びた第１及び第２の焦点検出画素群（１１４Ａ，１１４Ｂ）と、
   前期焦点検出画素群からの出力信号に基づいて、前記撮像レンズの焦点検出を行う焦点検出装置（１００）において、
   前記焦点検出画素群（１１４Ａ，１１４Ｂ）の端部の画素ピッチは、中央部の画素ピッチよりも細かいことを特徴とする焦点検出装置。