JP5034556B2 - 焦点検出装置および撮像装置 - Google Patents
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Description
(2)請求項2の焦点検出装置は、予め設定された焦点検出位置を含む所定領域からの出力信号に基づいて、画像情報を生成するようにしたものである。
(3)請求項3の焦点検出装置は、画像情報として光像のコントラスト情報を検出し、コントラストが所定値以上となる領域を含んで焦点検出領域を設定するようにしたものである。
(4)請求項4の焦点検出装置は、受光素子アレイ上の第1方向のコントラストを検出するとともに、第1方向と異なる第2方向におけるコントラストを検出するようにしたものである。
(5)請求項5の焦点検出装置は、第1時刻にコントラストを検出して焦点検出領域を設定した後の第2時刻において、第1時刻に検出したコントラストと同じコントラストが含まれるように焦点検出領域を設定するようにしたものである。
(6)請求項6の焦点検出装置は、各マイクロレンズに対応する複数の受光素子から得られる出力信号を選択して画像情報を生成するようにしたものである。
(7)請求項7の焦点検出装置は、請求項6に記載の焦点検出装置において、前記画像情報生成手段は、前記マイクロレンズごとの前記複数の受光素子のうちの前記マイクロレンズ下の中央の受光素子からの前記出力信号を選択して、前記画像情報を生成することを特徴とする。
(8)請求項8の撮像装置は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の焦点検出装置を備えたものである。
図5は焦点検出演算回路6の詳細な構成を示す図である。焦点検出演算回路6はA/Dコンバーター61、メモリ62、マイクロコンピューター63などを備え、マイクロコンピューター63のソフトウエア形態により二次元画像作成部64、特徴抽出部65、領域設定部66、画像信号抽出部67、像ずれ演算部68およびデフォーカス量演算部69を構成する。
二次元画像作成部64は、メモリ63に記憶されている焦点検出センサー5の受光素子出力の内の、特定の位置を中心とする所定範囲内のマイクロレンズ下の中央受光素子出力を並べて図4(a)に示すような二次元画像を作成する。
特徴抽出部65は、二次元画像作成部64で作成した二次元画像の第1方向(行方向)における画素どうしの輝度の差分すなわちコントラストを計算する。図8(a)は、図7(c)に示す二次元画像V[i,j]の横隣接画素のコントラストCh[i,j]を次式により求め、
Ch[i,j]=|V[i,j]−V[i+1,j]| ・・・(1)
図8(e)に示す4段階のコントラストレベルに分けて表したものである。この一実施の形態では、画素のコントラスト範囲を0〜255とし、所定値Cho(例えば30)以上のコントラストCh[i,j](≧Cho)を黒塗りで表す。図8(a)において、黒塗りの部分は図7(c)に示す二次元画像V[i,j]の“特徴点”である。なお、画像の特徴点の決定方法はこの一実施の形態の決定方法に限定されず、コントラストに関する量が検出できる方法であればよい。
領域設定部66は、図8(a)に示す黒塗りの特徴点の内、選択された焦点検出エリア位置(図中に黒点で示す)に近い1個(2個または3個でもよい)を選び、選択した特徴点を中心に焦点検出領域を設定する。図8(a)において黒点で示す焦点検出エリア位置に近い3個の特徴点(黒塗り画素)を中心に焦点検出領域を設定した例を図9(a)に示す。
Cv[i,j]=|V[i,j]−V[i,j+1]| ・・・(2)
図8(e)に示す4段階のコントラストレベルに分けて表したものである。図8(b)において、黒塗りの部分はコントラストCv[i,j]が所定値Cvo=30以上の画素であり、図7(c)に示す二次元画像V[i,j]の“特徴点”である。
C[i,j]=|V[i,j]−V[i+1,j]|+|V[i,j]−V[i,j+1]| ・・・(3)
算出したコントラストC[i,j]を所定値Co(=30)と比較し、所定値Co以上の画素を特徴点とする。
図10は、図9(a)に示す焦点検出領域を拡大した図である。像ずれ検出方向である焦点検出領域の長手方向の長さは、適宜決定する。図9(a)および図10は2列の画素列を焦点検出領域として選択した例を示すが、図11に示すように1列の画素列を焦点検出領域として選択してもよい。あるいは、3列以上の画素列を焦点検出領域として選択してもよい。焦点検出領域内のマイクロレンズに対応する複数の受光素子の出力信号に基づいて、撮影レンズ23の異なる瞳領域を通過した対の光束による像のずれ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。
第1信号列{a(i)}=a(1)、a(2)、a(3)、・・・、
第2信号列{b(i)}=b(1)、b(2)、b(3)、・・・ ・・・(4)
なお、図10に示す例では、各マイクロレンズ下の3個の受光素子出力を加算するとともに、2列の焦点検出画素列の上下2個の画素出力を加算して信号列を生成する。また、斜め45度方向に焦点検出領域を設定する場合には、図11に示すように焦点検出用画素を決定して信号列を生成する。
像ずれ演算部68は、第1信号列{a(i)}と第2信号列{b(i)}を用いて周知の像ずれ演算を行い、デフォーカス量を算出する。まず、第1信号列{a(i)}と第2信号列{b(i)}から一対の像(信号列)の相関量C(N)を次式により求める。
C(N)=Σ|a(i)−b(j)| ・・・(5)
(5)式において、j−i=N(シフト数)、Σは上底がqL、下底がpLの総和演算を表す。
DL=0.5×(Cr−Cf)、
E=max{Cf−Co、Cr−Co}、
Na=N+DL/E ・・・(6)
これに焦点検出面の位置に応じた補正量(定数const)を加え、焦点検出面上での像ずれ量Δnを算出する。
Δn=Na+const ・・・(7)
デフォーカス量演算部69は、検出開角に依存する定数Kfを用いて次式により像ずれ量Δnからデフォーカス量Dfを算出する。
Df=Kf×Δn ・・・(8)
次に、連続して複数回の焦点検出を行う場合に、被写体の動きに応じて最初に設定した焦点検出領域の被写体像が移動することがある。そのような場合に、最初の検出被写体部分と同一の部分を焦点検出領域として追い続ける方法を説明する。例えば、1回目の焦点検出において図12(a)に示す二次元画像が得られ、続く2回目の焦点検出で図12(b)に示す二次元画像が得られたとする。
D[p,q]=Σ|C1[i1,j1]−C2[i2,j2]|、
is2=is1+p、js2=js1+q、j2=i1+p、j2=j1+q ・・・(9)
(9)式における加算は{is1≦i1≦is1+n-1、js1≦i1≦js1+m-1}の範囲で行う。
図4では各マイクロレンズ下の1つの受光素子出力を抽出して二次元画像を作成する例を示したが、さらに精細な二次元画像を抽出する方法を説明する。図13(b)は、図4(c)と同じ焦点検出光学系(マイクロレンズアレイ)4と焦点検出センサー5の断面を示すが、マイクロレンズごとにマイクロレンズ中央近傍の横方向2受光素子、縦方向2受光素子の合計4受光素子出力を加算せずに取り出し、各マイクロレンズ下の4受光素子出力を並べて図13(a)に示す二次元画像を作成する。この場合、各マイクロレンズ下の4受光出力を、同じマイクロレンズに属する受光素子は並び順を逆転させて並べる。
4 焦点検出光学系(マイクロレンズアレイ)
5 焦点検出センサー(受光素子アレイ)
6 焦点検出演算回路
23 撮影レンズ
Claims (8)
- 複数のマイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズごとに複数の受光素子を有し、光像を形成する結像光学系からの光束を前記マイクロレンズを介して前記複数の受光素子が受光する受光素子アレイと、
前記複数の受光素子の出力信号に基づいて前記光像に関する画像情報を生成する画像情報生成手段と、
前記画像情報に基づいて、前記結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出領域を設定する領域設定手段と、
前記焦点検出領域に位置する前記マイクロレンズに対応する前記複数の受光素子の出力信号に基づいて、前記焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、を備え、
前記焦点検出手段は、前記結像光学系の異なる瞳領域を通過した対の光束によって形成される対の前記光像のずれ量に基づいて、前記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、
前記画像情報生成手段は、予め設定された焦点検出位置を含む所定領域からの前記出力信号に基づいて、前記画像情報を生成することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項2に記載の焦点検出装置において、
前記領域設定手段は、前記画像情報として前記光像のコントラスト情報を検出し、前記コントラストが所定値以上となる領域を含んで前記焦点検出領域を設定することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項3に記載の焦点検出装置において、
前記領域設定手段は、前記受光素子アレイ上の第1方向の前記コントラストを検出するとともに、前記第1方向と異なる第2方向における前記コントラストを検出することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項3または4のいずれか1項に記載の焦点検出装置において、
前記領域設定手段は、第1時刻に前記コントラストを検出して前記焦点検出領域を設定した後の第2時刻において、前記第1時刻に検出した前記コントラストと同じコントラストが含まれるように前記焦点検出領域を設定することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の焦点検出装置において、
前記画像情報生成手段は、前記各マイクロレンズに対応する前記複数の受光素子から得られる出力信号を選択して前記画像情報を生成することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項6に記載の焦点検出装置において、
前記画像情報生成手段は、前記マイクロレンズごとの前記複数の受光素子のうちの前記マイクロレンズ下の中央の受光素子からの前記出力信号を選択して、前記画像情報を生成することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項1〜7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。
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