JP4910366B2 - 焦点検出装置、光学システムおよび焦点検出方法 - Google Patents
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Description
(2) 請求項2の発明による焦点検出装置は、受光部配列を構成する受光部を4つ以上にしたものである。
(3) 請求項3の発明による焦点検出装置は、受光部をほぼ同形状にしたものである。
(4) 請求項4の発明による焦点検出装置は、第1グループに属する受光部および第2グループに属する受光部(一対の受光部)の出力信号に基づいて、光学系の異なる瞳領域を通過する一対の光束により結像される一対の像のズレ量を像ズレ量として求め、この像ズレ量に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段を備える。
(5) 請求項5の発明による焦点検出装置は、焦点検出手段によって、一対の受光部のそれぞれにおける受光量がほぼ等しくなるように、中心線を決定するようにしたものである。
(6) 請求項6の発明による焦点検出装置は、焦点検出手段によって、像ズレ量を光学系のデフォーカス量に変換するための変換係数を、2つの部分領域を形成する一対の光束の重心の開き角に応じて変更するようにしたものである。
(7) 請求項7の発明による光学システムは、請求項1〜6のいずれか1項に記載の焦点検出装置を備える。
(8) 請求項8の発明による光学システムは、マイクロレンズの背後に受光部配列を配置した画素が二次元状に配列され、光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子を備え、焦点検出装置の画素列は、撮像素子に配列される複数の画素の一部によって形成されるようにしたものである。
(9) 請求項9の発明による光学システムは、焦点検出装置を含む本体と、本体に対して着脱可能な光学系を含むレンズ構体とから構成され、レンズ構体側に口径情報を記憶する記憶手段を設けるとともに、本体側に焦点検出手段を配置し、焦点検出手段は、本体に装着されたレンズ構体の記憶手段から口径情報を読み出すようにしたものである。
(10) 請求項10の発明による焦点検出方法は、マイクロレンズアレイを構成する各々のマイクロレンズの背後に少なくとも3つの受光部が一方向に並ぶ受光部配列を配置した画素を、受光部の並び方向に複数個配列して画素列を形成するとともに、この画素列を光学系の予定結像面近傍に配置し、受光部配列の出力信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出方法であって、受光部配列上の一部において、光学系から到来する光束がマイクロレンズにより受光部配列上の一部に投影されることによって受光部配列上の一部に形成される受光領域の面積を略2等分するように、光束を制限する光学系の、開口径が可変な絞り開口に関する口径情報と、光学系の光軸に対するマイクロレンズの配置された焦点検出位置とに応じて受光部の並び方向に垂直な中心線を決定し、中心線を境界線として、受光領域を2つの部分領域に分割し、2つの部分領域から選択した一対の受光部の出力信号に基づいて、光学系の異なる瞳領域を通過する一対の光束により結像される一対の像のズレ量を像ズレ量として求め、像ズレ量に基づいて光学系の焦点調節状態を検出し、一対の受光部のうちの一方の受光部は2つの部分領域のうちの一方の側に属し、一対の受光部のうちの他方の受光部は2つの部分領域のうちの他方の側に属する。
(11) 請求項11の発明による焦点検出方法は、一方の受光部の受光量と他方の受光部の受光量とがほぼ等しくなるように中心線を決定するようにしたものである。
(12) 請求項12の発明による焦点検出方法は、像ズレ量を光学系のデフォーカス量に変換するための変換係数を、2つの部分領域に応じて変更するようにしたものである。
(13) 請求項13の発明による焦点検出装置は、マイクロレンズアレイを構成する各々のマイクロレンズと、マイクロレンズの背後に並列して配置された少なくとも3つの受光部を含む受光部配列とから構成される画素を、光学系の予定結像面近傍に複数個配列して形成される撮像素子と、光学系から到来する光束がマイクロレンズにより受光部配列上の一部に投影され、光束を制限する光学系の、開口径が可変な絞り開口に応じて形成される受光領域の面積を略2等分するように、絞り開口に関する口径情報と、光学系の光軸に対するマイクロレンズの配置された焦点検出位置とに応じて受光部の並び方向に垂直な中心線を決定し、中心線を境界線として、受光領域を分割することによって形成される2つの部分領域のうちの一方の側に含まれる1つまたは複数の受光部の出力信号と、2つの部分領域のうちの他方の側に含まれる1つまたは複数の受光部の出力信号とに基づき光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備える。
g1=k1×h≒h/2・tan(Θ1/2) ・・・(1)
g1=k2×h≒h/2・tan(Θ2/2) ・・・(2)
したがって、一対の像の像ズレ量からデフォーカス量を算出する際は、一対の像を合成する際に用いた受光部が受光する焦点検出光束の重心の開き角に応じて変換係数を決定する。
受光部の選択方法は図5〜図8で説明した方法に限定されない。図19において、受光部10〜23は並列配置されており、ある光学系から到来する光束がマイクロレンズにより受光部10〜23上の領域7(破線で示す円の内部)に投影される。領域7は受光部12から受光部17にまたがっており、領域7の受光部の並び方向の中心線8は受光部14と受光部15の間に位置している。複数の受光部10〜23は中心線8の左右で一対の領域(10〜14)と(15〜23)とに振り分けられる。振り分けられた一方の領域(10〜14)に属する受光部のうち、焦点検出光束が到来している受光部12,13,14の出力を用いて一対の像の一方の像信号を形成し、他方の領域(15〜23)に属する受光部のうち、焦点検出光束が到来している受光部15,16,17の出力を用いて一対の像のもう一方の像信号を形成する。
境界線の設定方法は図5〜図8で説明した方法に限定されない。図20において、受光部10〜23は並列配置されており、ある光学系から到来する光束がマイクロレンズにより受光部10〜23上の領域7(破線の内部)に投影される。領域7の形状は円ではなく、複数の開口により複合的に口径食が発生しているため、ラグビーボールのような形状となっている。領域7は受光部13から受光部16にまたがっており、領域7を受光部の並び方向で略2等分する境界線8は受光部14と受光部15の間に位置している。複数の受光部10〜23は境界線8の左右で一対の領域(10〜14)と(15〜23)に振り分けられる。
受光部と焦点検出光束のサイズ関係は図5〜図8で説明したものに限定されない。図21において、受光部10〜23は並列配置されており、ある光学系から到来する光束がマイクロレンズにより受光部10〜23上の領域7(破線で示す円の内部)に投影されている。受光部10〜23の並び方向と垂直な方向の長さは、領域7の大きさより短く設定されている。領域7は受光部12から受光部17にまたがっており、領域7の受光部の並び方向の中心線8は受光部14と受光部15の間に位置している。複数の受光部10〜23は中心線8の左右で一対の領域(10〜14)(15〜23)に振り分けられる。振り分けられた一方の領域(10〜14)に属する受光部のうち焦点検出光束が到来している受光部12,13,14の出力を用いて一対の像の一方の像信号が形成し、他方の領域(15〜23)に属する受光部のうち焦点検出光束が到来している受光部15,16,17の出力を用いて一対の像のもう一方の像信号を形成する。
図22は焦点検出画素の回路構成を示す図である。焦点検出用画素の回路構成は図12に示す構成に限定されない。図12に示す回路構成では各受光部の出力は独立してイメージセンサより読み出され、その後に一対の像信号として合成(加算)したが、図22に示す回路構成では受光部出力の合成をイメージセンサ内で行い、イメージセンサから一対の像信号を直接出力できる。
5 マイクロレンズ(光学要素)
6 マイクロレンズユニット(焦点検出用画素)
30、31 光束
201 デジタルスチルカメラ
202 交換レンズ
203 カメラボディ
206 レンズCPU
209 レンズ
210 フォーカシング用レンズ
211 絞り
212 撮像素子
213 焦点検出部
214 ボディCPU
301〜303 焦点検出位置
310 撮像用画素
311 焦点検出用画素(マイクロレンズユニット)
901 光学系の射出瞳
902、903 測距瞳
950、960 マイクロレンズ
952、953、962、963 受光部
972、973、982、983 焦点検出用光束
Claims (13)
- マイクロレンズアレイを構成する各々のマイクロレンズの背後に少なくとも3つの受光部が一方向に並ぶ受光部配列を配置して構成される画素を、前記受光部の並び方向に複数個配列して画素列を形成するとともに、当該画素列を光学系の予定結像面近傍に配置し、
前記受光部配列上の一部には、前記光学系から到来する光束が前記マイクロレンズにより投影された受光領域が、前記光束を制限する前記光学系の、開口径が可変な絞り開口に応じて形成され、
前記受光領域の面積を略2等分するように、前記絞り開口に関する口径情報と、前記光学系の光軸に対する前記マイクロレンズの配置された焦点検出位置とに応じて前記並び方向に垂直な中心線を決定し、
前記中心線を境界線として、前記受光領域を2つの部分領域に分割し、
前記受光部配列から、前記2つの部分領域のうちの一方の側に位置する1つまたは複数の前記受光部によって構成される第1グループと、前記2つの部分領域のうちの他方の側に位置する1つまたは複数の前記受光部によって構成される第2グループとを形成し、
前記第1グループに属する前記受光部の出力信号と、前記第2グループに属する前記受光部の出力信号とに基づき、前記光学系の焦点調節状態を検出することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項1に記載の焦点検出装置において、
前記受光部配列を構成する前記受光部は4つ以上であることを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項1または2に記載の焦点検出装置において、
前記受光部をほぼ同形状にすることを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の焦点検出装置において、
前記第1グループに属する前記受光部および前記第2グループに属する前記受光部(以下、「一対の受光部」という)の出力信号に基づいて、前記光学系の異なる瞳領域を通過する一対の前記光束(以下、「一対の光束」という)により結像される一対の像のズレ量を像ズレ量として求め、前記像ズレ量に基づいて前記光学系の前記焦点調節状態を検出する焦点検出手段を備えることを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項4に記載の焦点検出装置において、
前記焦点検出手段は、前記一対の受光部のそれぞれにおける受光量がほぼ等しくなるように前記中心線を決定することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項4または5に記載の焦点検出装置において、
前記焦点検出手段は、前記像ズレ量を前記光学系のデフォーカス量に変換するための変換係数を、前記2つの部分領域を形成する前記一対の光束の重心の開き角に応じて変更することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項1〜6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光学システム。
- 請求項7に記載の光学システムにおいて、
マイクロレンズの背後に受光部配列を配置した画素が二次元状に配列され、前記光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子を備え、
前記焦点検出装置の前記画素列は、前記撮像素子に配列される複数の画素の一部によって形成されることを特徴とする光学システム。 - 請求項8に記載の光学システムは、前記焦点検出装置を含む本体と、前記本体に対して着脱可能な前記光学系を含むレンズ構体とから構成され、
前記レンズ構体側に前記口径情報を記憶する記憶手段を設けるとともに、前記本体側に前記焦点検出手段を配置し、
前記焦点検出手段は、前記本体に装着された前記レンズ構体の前記記憶手段から前記口径情報を読み出すことを特徴とする光学システム。 - マイクロレンズアレイを構成する各々のマイクロレンズの背後に少なくとも3つの受光部が一方向に並ぶ受光部配列を配置した画素を、前記受光部の並び方向に複数個配列して画素列を形成するとともに、当該画素列を光学系の予定結像面近傍に配置し、前記受光部配列の出力信号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方法であって、
前記受光部配列上の一部において、前記光学系から到来する光束が前記マイクロレンズにより前記受光部配列上の一部に投影されることによって前記受光部配列上の一部に形成される受光領域の面積を略2等分するように、前記光束を制限する前記光学系の、開口径が可変な絞り開口に関する口径情報と、前記光学系の光軸に対する前記マイクロレンズの配置された焦点検出位置とに応じて前記並び方向に垂直な中心線を決定し、
前記中心線を境界線として、前記受光領域を2つの部分領域に分割し、
前記2つの部分領域から選択した一対の前記受光部(以下、「一対の受光部」という)の出力信号に基づいて、前記光学系の異なる瞳領域を通過する一対の光束により結像される一対の像のズレ量を像ズレ量として求め、
前記像ズレ量に基づいて前記光学系の前記焦点調節状態を検出し、
前記一対の受光部のうちの一方の前記受光部(以下、「一方の受光部」という)は前記2つの部分領域のうちの一方の側に属し、前記一対の受光部のうちの他方の前記受光部(以下、「他方の受光部」という)は前記2つの部分領域のうちの他方の側に属することを特徴とする焦点検出方法。 - 請求項10に記載の焦点検出方法において、
前記一方の受光部の受光量と前記他方の受光部の受光量とがほぼ等しくなるように前記中心線を決定することを特徴とする焦点検出方法。 - 請求項10または請求項11に記載の焦点検出方法において、
前記像ズレ量を前記光学系のデフォーカス量に変換するための変換係数を、前記2つの部分領域に応じて変更することを特徴とする焦点検出方法。 - マイクロレンズアレイを構成する各々のマイクロレンズと、前記マイクロレンズの背後に並列して配置された少なくとも3つの受光部を含む受光部配列とから構成される画素を、光学系の予定結像面近傍に複数個配列して形成される撮像素子と、
前記光学系から到来する光束が前記マイクロレンズにより前記受光部配列上の一部に投影され、前記光束を制限する前記光学系の、開口径が可変な絞り開口に応じて形成される受光領域の面積を略2等分するように、前記絞り開口に関する口径情報と、前記光学系の光軸に対する前記マイクロレンズの配置された焦点検出位置とに応じて前記受光部の並び方向に垂直な中心線を決定し、前記中心線を境界線として、前記受光領域を分割することによって形成される2つの部分領域のうちの一方の側に含まれる1つまたは複数の前記受光部の出力信号と、前記2つの部分領域のうちの他方の側に含まれる1つまたは複数の前記受光部の出力信号とに基づき前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
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