JP2019049737A - Focus detecting device and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、焦点検出装置及び撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a focus detection device and an imaging device.
結像光学系の球面収差に応じてデフォーカス量を補正して最適な合焦位置を検出するカメラシステムが知られている(特許文献1)。このカメラシステムのレンズ鏡筒には、焦点検出光学系の2つの開放相当F値にそれぞれ対応した球面収差補正データが記憶されている。そして、装着されたカメラボディでこれら2つの球面収差補正データを読み取り、当該カメラボディの焦点検出光学系固有の開口相当F値に応じて最適な重み付け係数を2つの球面収差補正データに乗じることで、その焦点検出光学系に適した球面収差補正量を算出する。 There is known a camera system which corrects the defocus amount according to the spherical aberration of the imaging optical system and detects an optimum in-focus position (Patent Document 1). The lens barrel of this camera system stores spherical aberration correction data respectively corresponding to the two open equivalent F values of the focus detection optical system. Then, these two spherical aberration correction data are read by the mounted camera body, and the two spherical aberration correction data are multiplied by the optimal weighting coefficient according to the aperture equivalent F value unique to the focus detection optical system of the camera body. The spherical aberration correction amount suitable for the focus detection optical system is calculated.
しかしながら、上述した従来のカメラシステムで得られる球面収差補正量は、一律に算出されるものであり、各カメラボディ固有の焦点検出光学系に対する補正量ではない。したがって、カメラボディの製造上の個体差などによる誤差を含むことになる。 However, the spherical aberration correction amount obtained by the above-described conventional camera system is calculated uniformly, and is not the correction amount for the focus detection optical system unique to each camera body. Therefore, errors due to individual differences in manufacture of the camera body are included.
この発明が解決しようとする課題は、結像光学系の球面収差に応じてデフォーカス量を精度良く補正できる焦点検出装置および撮像装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a focus detection device and an imaging device capable of correcting the defocus amount with high accuracy according to the spherical aberration of the imaging optical system.
この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。 This invention solves the said subject by the following solution means. Although the reference numerals corresponding to the drawings showing the embodiments of the present invention are given and described, the reference numerals are only for the ease of understanding of the present invention and are not intended to limit the present invention.
発明に係る焦点検出装置は、マイクロレンズ(161a)を複数配列したマイクロレンズアレイ(161)と、前記マイクロレンズに対応して設けられた複数の受光部(162a)を備え、前記マイクロレンズを介して光学系からの光束を受光する受光素子(162)と、前記複数の受光部のうち、前記光学系の異なる領域を通過した一対の光束を受光する一対の受光部を前記光学系の複数の絞り値に対応付けて選択し、当該一対の受光部の出力に基づいて前記光学系の像面ズレ量を演算する演算手段(163)と、を備えたことを特徴とする。 A focus detection device according to the present invention includes a microlens array (161) in which a plurality of microlenses (161a) are arranged, and a plurality of light receiving units (162a) provided corresponding to the microlenses, and the microlenses are intervened. Light-receiving element (162) for receiving the light flux from the optical system, and a pair of light-receiving sections for receiving a pair of light fluxes passing through different regions of the optical system among the plurality of light receiving sections And computing means (163) for computing the image plane deviation amount of the optical system based on the outputs of the pair of light receiving parts.
上記発明に係る焦点検出装置において、前記演算手段(163)は、前記複数の絞り値に対応した複数の前記像面ズレ量を演算し、当該演算結果に基づいて特定の絞り値に応じた前記光学系の像面ズレ量を演算するように構成することができる。 In the focus detection device according to the above invention, the calculation means (163) calculates a plurality of the image plane deviation amounts corresponding to the plurality of aperture values, and the calculation means (163) calculates the plurality of image plane deviations based on the calculation result. The image plane deviation amount of the optical system can be calculated.
また上記発明に係る焦点検出装置において、前記演算手段(163)は、前記光学系による像の像高に応じた前記マイクロレンズに対応する前記複数の受光部で得られる出力に基づいて、前記光学系の像面ズレ量を演算するように構成することができる。 Further, in the focus detection device according to the above invention, the arithmetic means (163) is configured to calculate the optical based on outputs obtained by the plurality of light receiving units corresponding to the microlenses according to the image height of the image by the optical system. It can be configured to calculate the amount of image plane deviation of the system.
また上記発明に係る焦点検出装置において、前記演算手段(163)は、前記複数の絞り値に対応した前記複数の像面ズレ量の演算結果に基づいて、前記複数の絞り値とは異なる他の絞り値に対応した前記光学系の像面ズレ量を演算するように構成することができる。 Further, in the focus detection device according to the above invention, the calculation means (163) is configured to calculate the other of the plurality of f-numbers based on the calculation result of the plurality of image plane deviations corresponding to the plurality of f-numbers. The image plane deviation amount of the optical system corresponding to the aperture value can be calculated.
また上記発明に係る焦点検出装置において、前記演算手段(163)は、前記マイクロレンズアレイ上の前記マイクロレンズの配列位置に応じて、前記一対の受光部の選択を異ならせるように構成することができる。 Further, in the focus detection device according to the above invention, the calculation means (163) may be configured to make the selection of the pair of light receiving sections different according to the arrangement position of the micro lens on the micro lens array. it can.
発明に係る撮像装置(1)は、上記発明に係る焦点検出装置と、前記光学系による像を撮像する撮像手段(110)と、を備えたことを特徴とする。 An image pickup apparatus (1) according to the invention is characterized by comprising the focus detection apparatus according to the above invention, and an image pickup means (110) for picking up an image by the optical system.
上記発明に係る撮像装置において、前記演算手段(163)は、前記撮像手段による撮像を行う際の前記光学系の制御絞り値に対応した前記像面ズレ量を求め、当該像面ズレ量に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段(163K)を備えるように構成することができる。 In the image pickup apparatus according to the above invention, the calculating means (163) obtains the image plane deviation amount corresponding to the control aperture value of the optical system when the image pickup means performs imaging, and is based on the image plane deviation amount. The optical system can be configured to include focus detection means (163K) for detecting the focusing state of the optical system.
また上記発明に係る撮像装置において、前記マイクロレンズに対応する受光素子で得られる出力に基づいて前記光学系による像のコントラストを検出するコントラスト検出手段(163G)を備え、前記焦点検出手段は、前記コントラスト検出手段で検出されたコントラストが所定値以上である前記受光素子の出力に基づいて前記焦点調節状態を検出するように構成することができる。 The imaging apparatus according to the above invention further comprises a contrast detection unit (163G) that detects the contrast of the image by the optical system based on the output obtained by the light receiving element corresponding to the microlens, and the focus detection unit The focusing state may be detected based on the output of the light receiving element whose contrast detected by the contrast detecting means is equal to or more than a predetermined value.
また上記発明に係る撮像装置において、前記演算手段により演算された前記像面ズレ量を前記複数の絞り値に対応付けて記憶する記憶手段(163J)を備えるように構成することができる。 The image pickup apparatus according to the present invention can be configured to include a storage unit (163J) that stores the image plane deviation amount calculated by the calculation unit in association with the plurality of aperture values.
上記発明によれば、結像光学系の球面収差に応じてデフォーカス量を精度良く補正することができる。 According to the above invention, the defocus amount can be corrected with high accuracy according to the spherical aberration of the imaging optical system.
以下、上記発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下においては、上記発明をレンズ交換式一眼レフデジタルカメラに適用した実施形態を図面に基づいて説明するが、上記発明は、撮影レンズの焦点調節を行うあらゆる撮像装置やレンズ固定式カメラにも適用することができる。 Hereinafter, an embodiment of the above-mentioned invention is described based on a drawing. In the following, an embodiment in which the invention is applied to a lens-interchangeable single-lens reflex digital camera will be described based on the drawings, but the invention is also applied to any imaging device and lens-fixed camera that performs focus adjustment of a shooting lens. can do.
図1は発明の実施形態に係る一眼レフデジタルカメラ1(以下、単にカメラ1という。)を示すブロック図であり、上記発明の焦点検出装置および撮像装置に関する構成以外のカメラの一般的構成については、その図示と説明を一部省略する。 FIG. 1 is a block diagram showing a single-lens reflex digital camera 1 (hereinafter simply referred to as a camera 1) according to an embodiment of the present invention, and the general configuration of a camera other than the configuration relating to the focus detection device and the imaging device The illustration and the explanation thereof are partially omitted.
本例のカメラ1は、カメラボディ100とレンズ鏡筒200を備え、これらカメラボディ100とレンズ鏡筒200はマウント部300により着脱可能に結合されている。
The
レンズ鏡筒200には、フォーカスレンズ211やズームレンズ212を含む撮影レンズ210や絞り装置220などからなる撮影光学系が内蔵されている。
The
フォーカスレンズ211は、その光軸L1に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ260によってその位置又は移動量が検出されつつレンズ駆動モータ230によってその位置が調節される。フォーカスレンズ211は、回転筒の回転によってカメラボディ側の端部(至近端)から被写体側の端部(無限端)までの間を光軸L1方向に移動することができる。ちなみに、エンコーダ260で検出されたフォーカスレンズ211の位置又は移動量の情報は、レンズ制御部250を介してレンズ駆動制御部165へ送信される。また、レンズ駆動モータ230は、後述する焦点検出結果に基づいて演算された駆動量や駆動速度に応じて、レンズ駆動制御部165からレンズ制御部250を介して受信される駆動信号により駆動する。
The
絞り装置220は、上記撮影光学系を通過して撮像素子110に至る光束の光量を制限するために、光軸L1を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り装置220による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された絞り値に応じた信号が、カメラ制御部170からレンズ制御部250を介して絞り駆動部240へ送信されることにより行われる。また、開口径の調節は、カメラボディ100に設けられた操作部150によるマニュアル操作により、設定された絞り値に応じた信号がカメラ制御部170からレンズ制御部250を介して絞り駆動部240へ送信されることによっても行われる。絞り装置220の開口径は、図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部250で現在の開口径が認識される。
The
レンズ鏡筒200にはレンズ制御部250が設けられている。レンズ制御部250はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、カメラ制御部170と電気的に接続され、このカメラ制御部170からデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を受信するとともに、カメラ制御部170へレンズ情報、たとえば撮影レンズ210固有の開放F値を送信する。
A lens control unit 250 is provided in the
一方、カメラボディ100は、被写体からの光束を撮像素子110、ファインダ135、測光センサ137及び焦点検出光学系161へ導くためのミラー系120を備える。このミラー系120は、回転軸123を中心にして被写体の観察位置と撮影位置との間で所定角度だけ回転するクイックリターンミラー121と、このクイックリターンミラー121に軸支されてクイックリターンミラー121の回転に合わせて回転するサブミラー122とを備える。
On the other hand, the
図1においては、ミラー系120が被写体の観察位置にある状態を実線で示し、被写体の撮影位置にある状態を二点鎖線で示す。ミラー系120は、被写体の観察位置にある状態では光軸L1の光路上に挿入される一方で、被写体の撮影位置にある状態では光軸L1の光路から退避するように回転する。
In FIG. 1, a state where the
クイックリターンミラー121はハーフミラーで構成され、被写体の観察位置にある状態では、被写体からの光束(光軸L1)の一部の光束(光軸L2,L3)を当該クイックリターンミラー121で反射してファインダ135及び測光センサ137へ導き、一部の光束(光軸L4)を透過させてサブミラー122へ導く。これに対して、サブミラー122は全反射ミラーで構成され、クイックリターンミラー121を透過した光束(光軸L4)を焦点検出光学系161へ導く。
The
したがって、ミラー系120が観察位置にある場合は、被写体からの光束(光軸L1)はファインダ135、測光センサ135および焦点検出光学系161へ導かれ、撮影者により被写体が観察されるとともに、露出演算やフォーカスレンズ211の焦点調節状態の検出が実行される。そして、撮影者がレリーズボタンを全押しするとミラー系120が撮影位置に回転し、被写体からの光束(光軸L1)は撮像素子110へ導かれ、撮影した画像データを図示しないメモリに保存する。
Therefore, when the
撮像素子110は、カメラボディ100の、被写体からの光束の光軸L1上であって、撮影レンズ210の予定焦点面となる位置に設けられ、その前面にシャッター111が設けられている。撮像素子110は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元CCDイメージセンサ、MOSセンサまたはCIDなどで構成することができる。
The
撮像素子110の前面に配置されたシャッター111は、操作部150に含まれるシャッターボタンを全押しした時(シャッターレリーズ時)に、露出演算結果に基づく、または撮影者が設定したシャッター秒数だけ開放され、撮像素子110を露光する。この撮像素子110で光電変換された電気画像信号は、カメラ制御部170で画像処理されたのち図示しないメモリに保存される。なお、撮影画像を格納するメモリは内蔵型メモリやカード型メモリなどで構成することができる。
The
一方、クイックリターンミラー121で反射された被写体光からの光束は、撮像素子110と光学的に等価な面に配置された焦点板131に結像し、ペンタプリズム133と接眼レンズ134とを介して撮影者の眼球に導かれる。このとき、透過型液晶表示器132は、焦点板131上の被写体像に焦点検出エリアマークなどを重畳して表示するとともに、被写体像外のエリアにシャッター速度、絞り値、撮影枚数などの撮影に関する情報を表示する。これにより、撮影者は、撮影準備状態において、ファインダ135を通して被写体およびその背景ならびに撮影関連情報などを観察することができる。
On the other hand, the light flux from the subject light reflected by the
測光センサ137は、二次元カラーCCDイメージセンサなどで構成され、撮影の際の露出値を演算するため、撮影画面を複数の領域に分割して領域ごとの輝度に応じた測光信号を出力する。測光センサ137で検出された画像情報はカメラ制御部170へ出力され、自動露出制御に用いられる。
The
操作部150は、シャッターレリーズボタンや撮影者がカメラ1の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモード/マニュアルフォーカスモードの切換や、オートフォーカスモードの中でも、ワンショットモード/コンティニュアスモードの切換が行えるようになっている。シャッターレリーズボタンは全押ししたときにシャッターがONされるが、これ以外にも、オートフォーカスモードにおいて当該ボタンを半押しするとフォーカスレンズの合焦動作がONとなり、ボタンを離すとOFFになる。この操作部150により設定された各種モードはカメラ制御部170へ送信され、当該カメラ制御部170によりカメラ1全体の動作が制御される。
The
カメラボディ100にはカメラ制御部170が設けられている。カメラ制御部170はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、マウント部300に設けられた電気信号接点部によりレンズ制御部250と電気的に接続され、このレンズ制御部250からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部250へデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を送信する。また、カメラ制御部170は、上述したように撮像素子110から画像情報を読み出すとともに、必要に応じて所定の情報処理を施し、図示しないメモリに出力する。また、カメラ制御部170は、撮影画像情報の補正やレンズ鏡筒200の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ1全体の制御を司る。
A camera control unit 170 is provided in the
図1に示す焦点検出光学系161、焦点検出センサ162、焦点検出演算部163およびレンズ駆動量演算部164は、位相差検出方式の焦点検出装置を構成し、撮影レンズ210の焦点調節状態を表すデフォーカス量を検出する。
The focus detection
本例の焦点検出装置について図2〜図3Dを参照しながら説明する。 The focus detection apparatus of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 3D.
図2は焦点検出装置の構成を示すブロック図であり、図1に示す焦点検出演算部163の構成を処理手順にしたがって詳細に表わしたブロック図である。図3Aは同じく焦点検出装置の光学的配置を示す図、図3Bは焦点検出光学系161および焦点検出センサ162の配列状態を示す平面図であってサブミラー122側からマイクロレンズアレイ161を見た図、図3Cは焦点検出光学系161および焦点検出センサ162を示す断面図(図3BのIIIC-IIIC線に沿う断面図)、図3Dは一つのマイクロレンズ161aおよび焦点検出センサ162を拡大して示す平面図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the focus detection apparatus, and is a block diagram showing the configuration of the focus detection calculation unit 163 shown in FIG. 1 in detail in accordance with the processing procedure. FIG. 3A is also a view showing the optical arrangement of the focus detection device, and FIG. 3B is a plan view showing the arrangement of the focus detection
焦点検出光学系161は、図3Bに示すように複数のマイクロレンズ161aを二次元状に稠密に正方配列したマイクロレンズアレイであり、図3Aに示すように撮影レンズ210の予定焦点面となる位置P1の近傍に配置されている。以下、マイクロレンズアレイ161ともいう。マイクロレンズアレイ161は、予定焦点面となる位置P1に一致させて配置することができる一方、予定焦点面となる位置P1からずらして配置することもできる。一致させて配置した場合は、マイクロレンズ161a間に被写体像のコントラストがあるような場合にその部分が不感帯となるが、ずらして配置することによりそのような不感帯の発生を回避することができる。
The focus detection
焦点検出センサ162は、図3Dに示すように複数の光電変換素子162aを二次元状に稠密に正方配列した受光素子アレイであり、図3Cに示すようにマイクロレンズアレイ161の略焦点位置に配置されている。以下、受光素子アレイ162ともいう。なお、図3Cは各マイクロレンズ161aの中心または中心近傍の光電変換素子162aが受光する光束の広がりを示している。
The
本例のマイクロレンズ161aは円形状マイクロレンズであり、マイクロレンズアレイ161は、このような円形マクロレンズ161aが正方配列されたものである。同図における上下左右方向は撮像素子110で撮像される撮像画面の上下左右方向と一致している。なお、円形マイクロレンズに代えて正六角形のマイクロレンズ161aをハニカム状に配列することで、円形状マイクロレンズを配列させた場合に生じるレンズ間の焦点検出の不感帯を回避することもできるがこれについては後述する。
The
これに対して、マイクロレンズアレイ161の後方に配置される光電変換素子アレイ162は、正方形の光電変換素子162aが正方配列されたものである。一つの光電変換素子162aは一つのマイクロレンズ161aより小さく形成され、図3Dに拡大して示すように、一つのマイクロレンズ161aを垂直に投影した範囲には複数の光電変換素子162aが含まれている。これらの光電変換素子162aがマイクロレンズ161aに対応して設けられた光電変換素子162aである。
On the other hand, the photoelectric
さて、上述したようにマイクロレンズアレイ161は撮影レンズ210の予定焦点面となる位置P1(撮像素子110の撮像面と光学的に等価な面)またはその近傍に配置されているので、撮像素子110と同じ光学像が投影される。受光素子アレイ162には、各マイクロレンズ161aによって撮影レンズ210の瞳像が結像され、受光素子アレイ162の各光電変換素子162aは瞳の各部分に対応することから、マイクロレンズ161aごとに光電変換素子162aを選択してその出力を合成すれば、光電変換素子162aに対応する絞りで撮影された画像が得られることになる。
Now, as described above, since the
本実施形態の焦点検出は以下の手順で行われる。 The focus detection of this embodiment is performed in the following procedure.
図2に示す焦点検出演算部163のA/Dコンバータ163Aは、焦点検出センサ(受光素子アレイ)162から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し、メモリ163Bに出力する。メモリ163Bは、このデジタル画像信号をマイクロレンズ光軸中心決定部163Cからの要求に応じて出力する。 The A / D converter 163A of the focus detection calculation unit 163 shown in FIG. 2 converts an analog image signal output from the focus detection sensor (light receiving element array) 162 into a digital image signal, and outputs the digital image signal to the memory 163B. The memory 163B outputs this digital image signal in response to a request from the microlens optical axis center determination unit 163C.
このとき、図4に示す焦点検出エリアAFP1〜11のいずれかが選択された場合には、選択された焦点検出エリアに対応する所定範囲に相当するマイクロレンズ161aに対応する光電変換素子162aからの出力だけを読み出す。
At this time, when any of the focus
図4は、焦点検出エリアAFPを含むファインダ135から観察される撮影画面135Aを示す図であり、本例では撮影画面135Aに11カ所の焦点検出エリアAFP1〜AFP11が設定されているものとする。この表示は、液晶表示器132が、焦点板131上の被写体像に11カ所の焦点検出エリアの位置を表すマークを重畳することにより行われる。そして、撮影者が操作部150を操作することにより所望の焦点検出エリアAFPを選択したり、あるいは自動露光などのデータに基づいて所定のシーケンスにより自動的に焦点検出エリアAFPを選択したりする。たとえば、図4に示す焦点検出エリアAFP7が選択された場合は、この焦点検出エリアAFP7を中心にした所定範囲(図4に点線で示す。)に相当するマイクロレンズ161aに対応する光電変換素子162aからの出力を読み出す。
FIG. 4 is a view showing the photographing
ここで、上述した瞳の共役関係を担保するために撮影レンズ210の瞳中心位置を計算する必要がある。これは、通常マイクロレンズアレイ161と受光素子アレイ162とは独立して製造されたうえで組み立てられることから、どの光電変換素子162aがどのマイクロレンズ161aのどこの位置に相当するかが不確定だからである。また、一眼レフカメラ1ではレンズ鏡筒200が交換されることが想定されるから、マイクロレンズ161aから見た撮影レンズ210の瞳の位置が変化する。このため、マイクロレンズ光軸中心決定部163Cにおいて、撮影レンズ210の瞳中心位置と共役関係にある光電変換素子162aの位置をマイクロレンズ161aの中心に決定する。
Here, it is necessary to calculate the pupil center position of the photographing
この各マイクロレンズ161aの中心に対応する光電変換素子162aの位置は、撮影レンズ210の光軸L1に対するマイクロレンズ161aの位置(像高)とマイクロレンズ161aから撮影レンズ210の瞳までの距離から求めることができる。たとえば、マイクロレンズ161aから撮影レンズ210の瞳までの距離が既知であるレンズ鏡筒において、各マイクロレンズ161aの中心位置のデータ群を予めレンズ制御部250のメモリなどに記憶させておき、現在の撮影レンズ210の瞳までの距離に基づいて、内挿又は外挿演算により現在の撮影レンズ210の中心位置を演算する。
The position of the
そして、求められた各マイクロレンズ161aの光軸中心または中心周辺に対応する光電変換素子162aの画像データをメモリ163Bに格納された画像データから抽出する。図3Dに示す光電変換素子162aを有する受光素子アレイ162において、たとえば同図に塗りつぶした中央の光電変換素子162cの画像データを抽出する。
Then, the obtained image data of the
なお、撮影レンズ210の瞳までの距離が不明である場合には、瞳までの距離を無限位置とし、マイクロレンズ161aと光電変換素子162aとの位置関係のみから求めた中心位置を用いることもできる。
If the distance to the pupil of the
こうして各マイクロレンズの光軸中心が決定したら、撮影レンズ210の球面収差を評価するために、光軸中心を中心点にして複数の基線長を設定する。レンズは絞り値Fにて代表される光束径に応じて焦点位置が変動し、この変動の度合いはレンズによって異なり、また同一機種のレンズであっても製造上の個体差によって異なる。そこで、図3E〜図3Hに示すようにマイクロレンズの光軸中心に対応する光電変換素子162cを中心点にして左右対称となる一対の光電変換素子162d,162dを選択する。
After the center of the optical axis of each microlens is determined in this way, in order to evaluate the spherical aberration of the photographing
図3E〜図3Hに示すマイクロレンズ161aの焦点距離を90μm、一つの光電変換素子162aの大きさを3.2μm×3.2μmとすると、絞り値Fは焦点距離を有効口径(画素間隔)で除した値であるから、図3Eに示すように2ピクセルの画素間隔で選択された場合はF=14、図3Fに示すように4ピクセルの画素間隔で選択された場合はF=7、図3Gに示すように6ピクセルの画素間隔で選択された場合はF=4.7、図3Hに示すように8ピクセルの画素間隔で選択された場合はF=3.5の各光学情報を得ることができる。なお、図四は省略するが10ピクセルの画素間隔で選択された場合はF=2.8の光学情報を得ることができる。これら画素間隔と絞り値の関係を図5に示す。
Assuming that the focal length of the
そして、それぞれの光電変換素子162aは、撮影レンズ210の瞳の対応する位置と共役であるから、これにより得られた光学情報は絞り値Fを変化させた場合の焦点位置と相関がある情報となる。
And since each
図2に示す計算絞り値選択部163Dは、第1ステップとして2ピクセル、第2ステップとして4ピクセル、第3ステップとして6ピクセル、第4ステップとして8ピクセルといった、基線長を決定するための画素間隔を画素パターンテーブル163Eへ出力する。 The calculated aperture value selection unit 163D illustrated in FIG. 2 has pixel intervals for determining the base length, such as 2 pixels as the first step, 4 pixels as the second step, 6 pixels as the third step, and 8 pixels as the fourth step. Are output to the pixel pattern table 163E.
画素間隔の上限はマイクロレンズ161aがとり得る最小の絞り値で定まるが、マイクロレンズ161aの最小絞り値を十分に小さくすることで、画素間隔の上限を撮影レンズ210の開放絞り値により規定することができる。すなわち、レンズ鏡筒200側から当該撮影レンズ210の開放絞り値データを受け取ると、計算絞り値選択部163Dはこれに応じて開放絞り値の近傍までの各ステップの絞り値と画素間隔を決定し、これを段階的に出力する。
The upper limit of the pixel interval is determined by the minimum aperture value that the
撮影レンズ210の開放絞り値データに基づいて画素間隔が決定されると、画素選択部163Fは、画素パターンテーブル163Eから絞り値−間隔の関係を表す画素選択パターンを抽出する。なお、ここで抽出される画素パターンは、所定間隔の2つの光電変換素子162aを選択すればたりるが、入射光量などの条件から基線に直交する複数の光電変換素子162aを選択することもできる。図3E〜図3Hに示す例は3つの光電変換素子162aを選択した例を示す。
When the pixel interval is determined based on the open aperture value data of the
マイクロレンズ光軸中心決定部163Cで求められた光軸中心位置と、画素パターンテーブル163Eで抽出された画素パターンとから、それぞれ実際の光電変換素子162aが特定される。
Actual
対象検出列抽出部163Gは、パターンを構成する一対の各光電変換素子162aの出力をメモリ163Bから読み出して積算し、撮影レンズ210の異なる瞳領域を通過した対の光束による像ズレ量を示す焦点検出信号、すなわち対の焦点検出用信号列を生成する。そして、第1信号列{aj}と、第2信号列{bj}(jは自然数)を抽出し、像ズレ量演算部163Hへ出力する。
The target detection row extracting unit 163G reads out the outputs of the pair of
像ズレ量演算部163Hでは瞳分割位相差方式による焦点位置の検出が実行される。すなわち、像ズレ量演算部163Hは、第1信号列{aj}と、第2信号列{bj}を用いて像ズレ演算を実行しデフォーカス量を算出する。第1信号列{aj}と第2信号列{bj}を、マイクロレンズ161a内の基線に沿って中心と対称の位置からそれぞれaj(j=1,2,…N)とbj(j=1,2,…N)の信号が格納されたものとすると、焦点位置、すなわち予定焦点面からの焦点のズレ量は、対象となる光電変換素子162aに光学的に共役である瞳位置の視差に表れる。つまり、N個のマイクロレンズ161aから切り出されたデータ列が表現する一次元の曲線が第1信号列{aj}と第2信号列{bj}で視差の分だけずれることになる。像ズレ量演算部163Hにおける焦点検出演算は、この2つのデータ列にほぼ同等の画像が投影されていることを前提にして2つのデータ列間の位相のズレ量を求めるものである。
The image shift amount calculation unit 163H executes detection of the focal position by the pupil division phase difference method. That is, the image shift amount calculation unit 163H performs the image shift calculation using the first signal sequence {aj} and the second signal sequence {bj} to calculate the defocus amount. The first signal train {aj} and the second signal train {bj} are aj (j = 1, 2,... N) and bj (j = 1) from positions symmetrical with respect to the center along the base line in the micro lens 161a. , 2,... N), the focal position, that is, the focal shift amount from the planned focal plane, is the parallax of the pupil position optically conjugate to the target
この演算は、この2つの数列の相対的な基数をずらしながら第1信号列{aj}と第2信号列{bj}との差を算出し、これが最も小さくなるズレ量を求める。まず第1信号列{aj}と第2信号列{bj}から一対の像(信号列)の相関演算値Dkを次式により求める。 This calculation calculates the difference between the first signal sequence {aj} and the second signal sequence {bj} while shifting the relative base numbers of the two number sequences, and obtains the amount of shift at which this becomes the smallest. First, from the first signal sequence {aj} and the second signal sequence {bj}, the correlation operation value Dk of a pair of images (signal sequences) is determined by the following equation.
[式1] Dk=Σ|ai+k−bi|
式1で表わされるDkは離散的な値であるため、その最小値は真の最小値の近傍とみなすことができる。そのため、最小値Dkの前後のDk値から内挿してズレ量xを算出する。第1信号列{aj}および第2信号列{bj}の空間的変化を正弦的変化で表わすと、連続関数としたときのD(x)は正弦波の絶対値であるから、D(x)が最小となる位置は離散的なDkに基づく簡単な線形近似で求めることができる。
[Formula 1] Dk = Σ | a i + k −b i |
Since Dk expressed by
図6は、本例の焦点検出装置において、ズレ量xを算出する方法を説明するためのグラフである。図6に示すように、最小のDkをDiとし、これに隣接するDkをDi+1、Di−1とする。最初に、Di+1とDi−1のなかで値の大きい方を選ぶ。同図に示す例ではDi−1の方が大きいのでDi−1を選ぶ。次に、選んだDi−1とDiとを結ぶ直線をL1とする。そして、直線L1の傾きをαとすると、傾きが−αでDi+1を通る直線をL2とし、直線L1とL2との交点を求めると、その交点のxが上述したズレ量xとなる。 FIG. 6 is a graph for explaining the method of calculating the amount of deviation x in the focus detection device of this embodiment. As shown in FIG. 6, the minimum Dk is Di, and the adjacent Dk is Di + 1 and Di-1. First, choose the larger of Di + 1 and Di-1. Since Di-1 is larger in the example shown in the figure, Di-1 is selected. Next, let L1 be a straight line connecting the selected Di-1 and Di. Then, assuming that the inclination of the straight line L1 is α, the straight line passing through Di + 1 whose inclination is -α is L2 and the intersection point of the straight lines L1 and L2 is obtained, the x of the intersection point becomes the above-mentioned deviation x.
像ズレ量演算部163Hにおいて、一つの画素間隔(たとえば2ピクセル)、すなわち絞り値(たとえばF=14)に対する焦点位置が求められたら、次の画素間隔(たとえば4ピクセル,F=7)について同様の処理を実行し、その絞り値における焦点位置を求める。この処理を図5に示す全ての画素間隔について実行し、得られた各焦点位置のデータ結果を記憶部163Jに格納する。 When the focal point position for one pixel interval (for example, 2 pixels), that is, the aperture value (for example, F = 14) is obtained in the image shift amount calculation unit 163H, similarly for the next pixel interval (for example, 4 pixels, F = 7) And the focal point position at that f-number is determined. This process is executed for all the pixel intervals shown in FIG. 5, and the obtained data result of each focus position is stored in the storage unit 163J.
たとえば図5に示すように画素間隔が2,4,6,8,10ピクセルについての結果を絞り値Fごとに記憶させた例を図7に黒丸にて示す。これは撮影レンズ210の球面収差を離散的な値で代表したものである。そして、補正部163Kは、撮影時における実際の絞り値fを読み込み、記憶部163Jに格納された図7に示すテーブルから、近傍の計測値の内挿法又は外挿法を用いて、撮影レンズ210の球面収差による像ズレ量をゼロにする最適な焦点位置に補正する。
For example, as shown in FIG. 5, an example in which the results for the pixel intervals of 2, 4, 6, 8, and 10 pixels are stored for each aperture value F is shown by black circles in FIG. This represents the spherical aberration of the photographing
ここで、絞り値fは焦点距離を有効口径で除したものであるから、絞り値fの逆数1/fを用いて線形の画素次元−有効口径で補正する。すなわち、補正テーブルは対応する絞り値fの逆数1/fと測定値とが対応付けられたものとなる。 Here, since the f-number f is obtained by dividing the focal length by the effective aperture, correction is performed using a reciprocal 1 / f of the f-number f with a linear pixel dimension-effective aperture. That is, in the correction table, the reciprocal 1 / f of the corresponding aperture value f is associated with the measurement value.
この補正テーブルの絞り値fの逆数1/fをxi、測定値をyiとすると、補正テーブルは{xi,yi}(ただしxi<xi+1)で表わされる。そして、撮影絞り値fを読み取るとその逆数ff=1/fから、xi≦ff≦xi+1となるxiを内挿法により求める。xi≦ff≦xi+1を満足する値が存在しない場合は補正テーブル外に求める値が存在することになるから、xi=x0またはxi=xn−1(nは補正テーブルの最終値)として外挿法によりxiを求める。このようにして配分係数sを下記式2から求め、これから近傍の測定値を比例計算することで、撮影絞り値に対応する焦点位置Yを求めることができる。
Assuming that the reciprocal 1 / f of the aperture value f of this correction table is xi and the measured value is yi, the correction table is represented by {xi, yi} (where xi <xi + 1 ). Then, when the photographing aperture value f is read, xi, xi ≦ ff ≦ xi + 1, is obtained from the reciprocal ff = 1 / f by interpolation. If there is no value satisfying xi ≦ ff ≦ xi + 1 , there is a value to be obtained outside the correction table, so xi = x0 or xi = x n−1 (n is the final value of the correction table). Find xi by interpolation. In this manner, the distribution coefficient s is obtained from the
[式2]
s=(ff−xi)/(xi+1−xi)
Y=(1−s)yi+syi+1
なおこの補正はスプライン関数で行うこともできる。
[Formula 2]
s = (ff-xi) / (x i + 1 -xi)
Y = (1-s) yi + sy i + 1
This correction can also be performed by a spline function.
図2に戻り、レンズ駆動量演算部164は、デフォーカス演算部163から送られてきたズレ量xに基づいて、当該ズレ量xをゼロにするためのレンズ駆動量Δdを演算し、これをレンズ駆動制御部165へ出力する。 Returning to FIG. 2, the lens drive amount calculation unit 164 calculates a lens drive amount Δd for making the shift amount x zero based on the shift amount x sent from the defocus calculation unit 163 and calculates the lens drive amount Δd. It outputs to the lens drive control unit 165.
レンズ駆動制御部165は、レンズ駆動量演算部164から送られてきたレンズ駆動量Δdを取り込みながら、レンズ駆動モータ230へ駆動指令を送出し、レンズ駆動量Δdだけフォーカスレンズ211を駆動する。
The lens drive control unit 165 sends a drive command to the lens drive motor 230 while capturing the lens drive amount Δd sent from the lens drive amount calculation unit 164, and drives the
以上のとおり、本例のカメラ1においては焦点検出センサ162の画像から、複数の画素間隔、つまり絞り値に対応する焦点位置を演算し、これを用いて実際の撮影絞り値に相当する光束の焦点位置を求めるので、球面収差による焦点位置の変動が異なる撮影レンズであっても、精度よく焦点を検出することができる。
As described above, in the
《他の実施形態》
上述した実施形態では、図3Bに示す円形のマイクロレンズ161aを正方配列したマイクロレンズアレイ161を用いたが、正六角形のマクロレンズ161aをハニカム状に稠密配列したマイクロレンズアレイ161を用いることもできる。
Other Embodiments
In the embodiment described above, the
図8Aは、他の実施形態に係る焦点検出光学系および焦点検出センサの配列状態を示す平面図であって、サブミラー122側からマイクロレンズアレイ161を見た図である。同図において、一部のマイクロレンズ161aの後方にのみ光電変換素子162aを示したが、他のマイクロレンズ161aの後方にも同様にして光電変換素子162aが配置されている。図8Bは、一つの焦点検出光学系および焦点検出センサを拡大して示す平面図である。
FIG. 8A is a plan view showing the arrangement of the focus detection optical system and the focus detection sensor according to another embodiment, and a view of the
本例の焦点検出光学系161は、図8Aに示すように複数のマイクロレンズ161aを二次元状に稠密に(ハニカム状に)配列したマイクロレンズアレイであり、上記実施形態の図3Aに示すものと同様に、撮影レンズ210の予定焦点面となる位置P1の近傍に配置されている。
The focus detection
これに対し、焦点検出センサ162は、図8Aに示すように複数の光電変換素子162aを二次元状に稠密に配列した受光素子アレイであり、上記実施形態の図3Cに示すものと同様に、マイクロレンズアレイ161の略焦点位置に配置されている。
On the other hand, the
本例のマイクロレンズ161aは、レンズ面の形状が一点鎖線で示すような円形状マイクロレンズを正六角形に切り出した形状とされており、円形状マイクロレンズと同一機能を有する。そして、マイクロレンズアレイ161は、このような正六角形のマクロレンズ161aがハニカム状に配列されたものである。
The
このように正六角形のマイクロレンズ161aをハニカム状に配列することにより、円形状マイクロレンズを配列させた場合に生じるレンズ間の焦点検出の不感帯を回避することができる。同図における上下左右方向は撮像素子110で撮像される撮像画面の上下左右方向と一致している。
By arranging the regular hexagonal
これに対して、マイクロレンズアレイ161の後方に配置される光電変換素子アレイ162は、上記実施形態と同様に、正方形の光電変換素子162aが正方配列されたものである。一つの光電変換素子162aは一つのマイクロレンズ161aより小さく形成され、図8Bに拡大して示すように、一つのマイクロレンズ161aを垂直に投影した範囲には複数の光電変換素子162aが含まれている。
On the other hand, in the photoelectric
このように構成された本例のマイクロレンズアレイ161は、図8Aに示すように正六角形のマイクロレンズ161aがハニカム状に配列したものであることから、画像データの配列もハニカム状となる。
Since the
この実施形態においても、焦点検出センサ162の画像から、複数の画素間隔、つまり絞り値に対応する焦点位置を演算し、これを用いて実際の撮影絞り値に相当する光束の焦点位置を求めるので、球面収差による焦点位置の変動が異なる撮影レンズであっても、精度よく焦点を検出することができる。
Also in this embodiment, since the focal position corresponding to a plurality of pixel intervals, that is, the aperture value is calculated from the image of the
なお、図3Dおよび図8Bには一つのマイクロレンズ161aごとに複数の光電変換素子162aを正方配列した受光素子アレイ162を示したが、マイクロレンズ161aごとの光電変換素子162aの個数および配列はこれに限定されない。また、同図に示すようにマイクロレンズ161aごとに光電変換素子162aを配置することに代えて、複数のマイクロレンズ161aまたはマイクロレンズアレイ161全体に対して受光素子アレイ162を配置することもできる。さらに、正方形の光電変換素子162aを正方配列することに代えて、正六角形の光電変換素子をハニカム状に配列することもできる。
Although FIG. 3D and FIG. 8B show a light
また、上述した実施形態では、撮像素子110とは別に二次元センサである焦点検出センサ162を設けたが、これに代えて撮像素子110の一部にマイクロレンズ161aと光電変換素子162aを同様の構成で設け、これにより上記の手順で焦点検出することもできる。
In the embodiment described above, the
なお、瞳分割位相差検出方式のAFと撮像素子110で得られる画像信号に基づくコントラスト方式のAF(山登りAF)とを併用するハイブリッドAFに適用してもよい。
The present invention may be applied to hybrid AF in which the AF of the pupil division phase difference detection method and the AF of the contrast method (mountain climbing AF) based on the image signal obtained by the
1…一眼レフデジタルカメラ
100…カメラボディ
110…撮像素子
161…焦点検出光学系(マイクロレンズアレイ)
161a…マイクロレンズ
162…焦点検出センサ(受光素子アレイ)
162a…光電変換素子
163…焦点検出演算部
163C…マイクロレンズ光軸中心決定部
163D…計算絞り値選択部
163E…画素パターンテーブル
163F…画素選択部
163G…対象検出列抽出部
163H…像ズレ量演算部
163J…記憶部
163K…補正部
164…レンズ駆動量演算部
200…レンズ鏡筒
210…撮影レンズ
211…フォーカスレンズ
1 single-lens reflex
161a ...
162a: photoelectric conversion element 163: focus detection calculation unit 163C: microlens optical axis center determination unit 163D: calculation aperture value selection unit 163E: pixel pattern table 163F: pixel selection unit 163G: target detection row extraction unit 163H: image shift amount calculation Unit 163J: Storage unit 163K: Correction unit 164: Lens driving amount calculation unit 200: Lens barrel 210: Shooting lens 211: Focus lens
Claims (2)
前記マイクロレンズ毎に設けられた二次元状に配列した複数の受光部を有し、前記マイクロレンズを介して撮影レンズからの光束を受光する受光素子と、
前記マイクロレンズの前記複数の受光部のうちの前記撮影レンズの瞳中心位置と共役関係にある受光部を中心として対称な一対の受光部から出力する信号によって前記撮影レンズのフォーカスレンズの駆動量を演算する駆動量演算部と、
を備え、
前記撮影レンズの瞳中心位置と共役関係にある前記受光部の位置は、前記撮影レンズの光軸からの前記マイクロレンズの二次元の位置と、前記撮影レンズの瞳と前記マイクロレンズとの間の距離とにより異なり、前記撮影レンズの絞り値によって前記一対の受光部の間隔を変更する撮像装置。 A microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged;
A light receiving element having a plurality of light receiving portions arranged in a two-dimensional shape provided for each of the micro lenses, and receiving a light flux from the imaging lens through the micro lenses;
Of the plurality of light receiving units of the micro lens, the driving amount of the focus lens of the photographing lens is determined by signals output from a pair of light receiving units that are symmetrical with respect to the light receiving unit having a conjugate relationship with the pupil center position of the photographing lens. A driving amount computing unit that computes
Equipped with
The position of the light receiving unit in a conjugate relationship with the pupil center position of the photographing lens is the two-dimensional position of the microlens from the optical axis of the photographing lens, and the pupil of the photographing lens and the microlens An imaging apparatus, which changes the distance between the pair of light receiving units according to the aperture value of the photographing lens, depending on the distance.
前記一対の受光部から出力する信号によって演算された前記撮影レンズの異なる瞳領域を通過した一対の光による像ズレ量を、前記絞り値における前記撮影レンズの球面収差による像ズレ量で補正して、前記補正した像ズレ量に基づいて前記撮影レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to claim 1,
The image shift amount by a pair of light passing through different pupil regions of the shooting lens calculated by the signals output from the pair of light receiving units is corrected by the image shift amount by spherical aberration of the shooting lens at the aperture value. An image pickup apparatus further comprising: focus detection means for detecting a focus adjustment state of the photographing lens based on the corrected image shift amount.
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