JP5891667B2 - Focus adjustment device and imaging device provided with the same - Google Patents
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Images
Description
本発明は、焦点調節装置およびそれを備えた撮像装置に関する。 The present invention relates to a focus adjustment apparatus and an imaging apparatus including the same.
従来より、位相差を用いて、光学系による像面のずれ量を検出することで、光学系の焦点状態を検出する技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for detecting a focal state of an optical system by detecting a shift amount of an image plane by the optical system using a phase difference is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来技術では、低輝度被写体を撮影する場合など、位相差を用いて光学系の焦点状態を検出することが難しい場合に、光学系の焦点状態を検出できない場合があった。 However, in the related art, there are cases where the focus state of the optical system cannot be detected when it is difficult to detect the focus state of the optical system using the phase difference, such as when shooting a low-luminance subject.
本発明が解決しようとする課題は、光学系の焦点状態を適切に検出することができる焦点調節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 adjustment device that can appropriately detect the focus state of an optical system.
本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、以下においては、本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。 The present invention solves the above problems by the following means. In the following description, reference numerals corresponding to the drawings showing the embodiment of the present invention are given and described. However, the reference numerals are only for facilitating the understanding of the invention and are not intended to limit the invention. .
[1]本発明に係る焦点調節装置は、位相差を用いてデフォーカスを検出する第1検出部と、焦点評価値を検出する第2検出部と、前記第1検出部により検出された前記デフォーカスを用いて第1合焦位置を演算し、前記第2検出部により検出された前記焦点評価値を用いて第2合焦位置を演算し、前記第1合焦位置と前記第2合焦位置とを用いて第3合焦位置を演算する演算部と、前記演算部により演算された前記第3合焦位置にフォーカスレンズを移動させる制御をする制御部とを有する。
[1] focusing device according to the present invention includes a first detector for detecting the defocus using the phase difference, and a second detector for detecting a focus evaluation value, the detected by the first detector A first focus position is calculated using defocus, a second focus position is calculated using the focus evaluation value detected by the second detector, and the first focus position and the second focus position are calculated. A calculation unit that calculates a third in-focus position using the focal position; and a control unit that performs control to move the focus lens to the third in-focus position calculated by the calculation unit.
本発明によれば、光学系の焦点状態を適切に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to appropriately detect the focus state of the optical system.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ1を示す要部構成図である。本実施形態のデジタルカメラ1(以下、単にカメラ1という。)は、カメラ本体2とレンズ鏡筒3から構成され、これらカメラ本体2とレンズ鏡筒3はマウント部4により着脱可能に結合されている。
FIG. 1 is a main part configuration diagram showing a
レンズ鏡筒3は、カメラ本体2に着脱可能な交換レンズである。図1に示すように、レンズ鏡筒3には、レンズ31,32,33、および絞り34を含む撮影光学系が内蔵されている。
The lens barrel 3 is an interchangeable lens that can be attached to and detached from the
レンズ32は、フォーカスレンズであり、光軸L1方向に移動することで、撮影光学系の焦点距離を調節可能となっている。フォーカスレンズ32は、レンズ鏡筒3の光軸L1に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ35によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ36によってその位置が調節される。
The
このフォーカスレンズ32の光軸L1に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒3に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝(螺旋溝)を形成するとともに、フォーカスレンズ32を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ36によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ32が光軸L1に沿って直進移動することになる。
The specific configuration of the moving mechanism along the optical axis L1 of the
上述したようにレンズ鏡筒3に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ32は光軸L1方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ36がレンズ鏡筒3に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ36と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ36の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ32が光軸L1の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ36の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ32は光軸L1の逆方向へ直進移動することになる。
As described above, the
フォーカスレンズ32の位置はエンコーダ35によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ32の光軸L1方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒3に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。
The position of the
本実施形態のエンコーダ35としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量(回転方向でも光軸方向の何れでもよい)に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。
As the
フォーカスレンズ32は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部(至近端ともいう)から被写体側の端部(無限端ともいう)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35で検出されたフォーカスレンズ32の現在位置情報は、レンズ制御部37を介して後述するカメラ制御部21へ送出され、フォーカスレンズ駆動モータ36は、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ32の駆動位置が、カメラ制御部21からレンズ制御部37を介して送出されることにより駆動する。
The
絞り34は、上記撮影光学系を通過して撮像素子22に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、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34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適切な開口径が、カメラ制御部21からレンズ制御部37を介して送出されることにより行われる。また、カメラ本体2に設けられた操作部28によるマニュアル操作により、設定された開口径がカメラ制御部21からレンズ制御部37に入力される。絞り34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37で現在の開口径が認識される。
The
また、レンズ制御部37は、後述するスキャン動作において、フォーカスレンズ32をスキャン駆動させる範囲、すなわちスキャン範囲を設定するためのデータを、スキャン範囲データとして、レンズ制御部37に備えるメモリに記憶している。具体的には、レンズ制御部37は、所定のスキャン範囲を、フォーカスレンズ32がスキャン駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして記憶している。たとえば、フォーカスレンズ32が駆動可能な範囲の全域を、スキャン範囲とする場合には、レンズ制御部37は、フォーカスレンズ32が駆動可能な範囲の全域を、フォーカスレンズ32がスキャン駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして記憶することができる。また、たとえば、フォーカスレンズ32の現在のレンズ位置近傍の所定範囲を、スキャン範囲とする場合には、レンズ制御部37は、フォーカスレンズ32の現在のレンズ位置近傍の所定範囲を、フォーカスレンズ32がスキャン駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして記憶することができる。
In addition, the lens control unit 37 stores data for setting a scan driving range of the
一方、カメラ本体2には、上記撮影光学系からの光束L1を受光する撮像素子22が、撮影光学系の予定焦点面に設けられ、その前面にシャッター23が設けられている。撮像素子22はCCDやCMOSなどのデバイスから構成され、受光した光信号を電気信号に変換してカメラ制御部21に送出する。カメラ制御部21に送出された撮影画像情報は、逐次、液晶駆動回路25に送出されて観察光学系の電子ビューファインダ(EVF)26に表示されるとともに、操作部28に備えられたレリーズボタン(不図示)が全押しされた場合には、その撮影画像情報が、記録媒体であるカメラメモリ24に記録される。なお、カメラメモリ24は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。撮像素子22の構造の詳細は後述する。
On the other hand, the
カメラ本体2には、撮像素子22で撮像される像を観察するための観察光学系が設けられている。本実施形態の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ(EVF)26と、これを駆動する液晶駆動回路25と、接眼レンズ27とを備えている。液晶駆動回路25は、撮像素子22で撮像され、カメラ制御部21へ送出された撮影画像情報を読み込み、これに基づいて電子ビューファインダ26を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ27を通して現在の撮影画像を観察することができる。なお、光軸L2による上記観察光学系に代えて、または、これに加えて、液晶ディスプレイをカメラ本体2の背面等に設け、この液晶ディスプレイに撮影画像を表示させることもできる。
The
カメラ本体2にはカメラ制御部21が設けられている。カメラ制御部21は、マウント部4に設けられた電気信号接点部41によりレンズ制御部37と電気的に接続され、このレンズ制御部37からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部37へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。また、カメラ制御部21は、上述したように撮像素子22から画素出力を読み出すとともに、読み出した画素出力について、必要に応じて所定の情報処理を施すことにより画像情報を生成し、生成した画像情報を、電子ビューファインダ26の液晶駆動回路25やメモリ24に出力する。また、カメラ制御部21は、撮像素子22からの画像情報の補正やレンズ鏡筒3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
また、カメラ制御部21は、上記に加えて、撮像素子22から読み出した画素データに基づき、位相検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出、およびコントラスト検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出を行う。なお、具体的な焦点状態の検出方法については、後述する。
In addition to the above, the
操作部28は、シャッターレリーズボタンなどの撮影者がカメラ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が行えるようになっている。この操作部28により設定された各種モードはカメラ制御部21へ送出され、当該カメラ制御部21によりカメラ1全体の動作が制御される。また、シャッターレリーズボタンは、ボタンの半押しでONとなる第1スイッチSW1と、ボタンの全押しでONとなる第2スイッチSW2とを含む。
The
次に、本実施形態に係る撮像素子22について説明する。
Next, the
図2は、撮像素子22の撮像面を示す正面図、図3は、図2のIII部分を拡大して焦点検出画素222a,222bの配列を模式的に示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing the imaging surface of the
本実施形態の撮像素子22は、図3に示すように、複数の撮像画素221が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Gと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Rと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Bがいわゆるベイヤー配列(Bayer Arrangement)されたものである。すなわち、隣接する4つの画素群223(稠密正方格子配列)において一方の対角線上に2つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が1つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群223を単位として、当該画素群223を撮像素子22の撮像面に二次元状に繰り返し配列することで撮像素子22が構成されている。
As shown in FIG. 3, the
なお、単位画素群223の配列は、図示する稠密正方格子以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ(緑:G、イエロー:Ye、マゼンタ:Mg,シアン:Cy)の配列を採用することもできる。
The
図4は、撮像画素221の一つを拡大して示す正面図、図6は断面図である。一つの撮像画素221は、マイクロレンズ2211と、光電変換部2212と、図示しないカラーフィルタから構成され、図6の断面図に示すように、撮像素子22の半導体回路基板2213の表面に光電変換部2212が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ2211が形成されている。光電変換部2212は、マイクロレンズ2211により撮影光学系の射出瞳(たとえばF1.0)を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束を受光する。
FIG. 4 is an enlarged front view showing one of the
また、撮像素子22の撮像面の中心、ならびに中心から左右対称位置の3箇所には、上述した撮像画素221に代えて焦点検出画素222a,222bが配列された焦点検出画素列22a,22b,22cが設けられている。そして、図3に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素222aおよび222bが、互いに隣接して交互に、横一列(22a,22c,22c)に配列されて構成されている。本実施形態においては、焦点検出画素222aおよび222bは、ベイヤー配列された撮像画素221の緑画素Gと青画素Bとの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。
In addition, focus
なお、図2に示す焦点検出画素列22a〜22cの位置は図示する位置にのみ限定されず、何れか一箇所、二箇所にすることもでき、また、四箇所以上の位置に配置することもできる。また、実際の焦点検出に際しては、複数配置された焦点検出画素列22a〜22cの中から、撮影者が操作部28を手動操作することにより所望の焦点検出画素列を、焦点検出エリアとして選択することもできる。
Note that the positions of the focus
図5(A)は、焦点検出画素222aの一つを拡大して示す正面図、図7(A)は、焦点検出画素222aの断面図である。また、図5(B)は、焦点検出画素222bの一つを拡大して示す正面図、図7(B)は、焦点検出画素222bの断面図である。焦点検出画素222aは、図5(A)に示すように、マイクロレンズ2221aと、半円形状の光電変換部2222aとから構成され、図7(A)の断面図に示すように、撮像素子22の半導体回路基板2213の表面に光電変換部2222aが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ2221aが形成されている。また、焦点検出画素222bは、図5(B)に示すように、マイクロレンズ2221bと、光電変換部2222bとから構成され、図7(B)の断面図に示すように、撮像素子22の半導体回路基板2213の表面に光電変換部2222bが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ2221bが形成されている。そして、これら焦点検出画素222aおよび222bは、図3に示すように、互いに隣接して交互に、横一列に配列されることにより、図2に示す焦点検出画素列22a〜22cを構成する。
FIG. 5A is an enlarged front view showing one of the
なお、焦点検出画素222a,222bの光電変換部2222a,2222bは、マイクロレンズ2221a,2221bにより撮影光学系の射出瞳の所定の領域(たとえばF2.8)を通過する光束を受光するような形状とされる。また、焦点検出画素222a,222bにはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。ただし、撮像画素221と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。
The
また、図5(A)、図5(B)に示す焦点検出画素222a,222bの光電変換部2222a,2222bは半円形状としたが、光電変換部2222a,2222bの形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、楕円形状、矩形状、多角形状とすることもできる。
In addition, although the
ここで、上述した焦点検出画素222a,222bの画素出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる位相差検出方式について説明する。
Here, a so-called phase difference detection method for detecting the focus state of the photographing optical system based on the pixel outputs of the
図8は、図3のVIII-VIII線に沿う断面図であり、撮影光軸L1近傍に配置され、互いに隣接する焦点検出画素222a−1,222b−1,222a−2,222b−2が、射出瞳350の測距瞳351,352から照射される光束AB1−1,AB2−1,AB1−2,AB2−2をそれぞれ受光していることを示している。なお、図8においては、複数の焦点検出画素222a,222bのうち、撮影光軸L1近傍に位置するもののみを例示して示したが、図8に示す焦点検出画素以外のその他の焦点検出画素についても、同様に、一対の測距瞳351,352から照射される光束をそれぞれ受光するように構成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. 3. The focus detection pixels 222 a-1, 222 b-1, 222 a-2, and 222 b-2 that are arranged in the vicinity of the photographing
ここで、射出瞳350とは、撮影光学系の予定焦点面に配置された焦点検出画素222a,222bのマイクロレンズ2221a,2221bの前方の距離Dの位置に設定された像である。距離Dは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Dを測距瞳距離と称する。また、測距瞳351,352とは、焦点検出画素222a,222bのマイクロレンズ2221a,2221bにより、それぞれ投影された光電変換部2222a,2222bの像をいう。
Here, the
なお、図8において焦点検出画素222a−1,222b−1,222a−2,222b−2の配列方向は一対の測距瞳351,352の並び方向と一致している。
In FIG. 8, the arrangement direction of the
また、図8に示すように、焦点検出画素222a−1,222b−1,222a−2,222b−2のマイクロレンズ2221a−1,2221b−1,2221a−2,2221b−2は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配置されている。そして、マイクロレンズ2221a−1,2221b−1,2221a−2,2221b−2の背後に配置された各光電変換部2222a−1,2222b−1,2222a−2,2222b−2の形状が、各マイクロレンズ2221a−1,2221b−1,2221a−2,2221b−2から測距距離Dだけ離れた射出瞳350上に投影され、その投影形状は測距瞳351,352を形成する。
As shown in FIG. 8, the
すなわち、測距距離Dにある射出瞳350上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状(測距瞳351,352)が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。
That is, the microlens and the photoelectric conversion unit in each focus detection pixel so that the projection shapes (
図8に示すように、焦点検出画素222a−1の光電変換部2222a−1は、測距瞳351を通過し、マイクロレンズ2221a−1に向う光束AB1−1によりマイクロレンズ2221a−1上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素222a−2の光電変換部2222a−2は測距瞳351を通過し、マイクロレンズ2221a−2に向う光束AB1−2によりマイクロレンズ2221a−2上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
As shown in FIG. 8, the
また、焦点検出画素222b−1の光電変換部2222b−1は測距瞳352を通過し、マイクロレンズ2221b−1に向う光束AB2−1によりマイクロレンズ2221b−1上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素222b−2の光電変換部2222b−2は測距瞳352を通過し、マイクロレンズ2221b−2に向う光束AB2−2によりマイクロレンズ2221b−2上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
Further, the
そして、上述した2種類の焦点検出画素222a,222bを、図3に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素222a,222bの光電変換部2222a,2222bの出力を、測距瞳351と測距瞳352とのそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳351と測距瞳352とのそれぞれを通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータが得られる。そして、この強度分布データに対し、相関演算処理または位相差検出処理などの像ズレ検出演算処理を施すことにより、いわゆる位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。
Then, a plurality of the above-described two types of
そして、得られた像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を施すことにより、予定焦点面に対する現在の焦点面(予定焦点面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出エリアにおける焦点面をいう。)の偏差、すなわちデフォーカス量を求めることができる。 Then, a conversion calculation is performed on the obtained image shift amount according to the center-of-gravity interval of the pair of distance measuring pupils, thereby obtaining a focal plane corresponding to the current focal plane (the position corresponding to the position of the microlens array on the planned focal plane) The deviation of the focal plane in the detection area), that is, the defocus amount can be obtained.
なお、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づくデフォーカス量の演算は、カメラ制御部21により実行される。
The calculation of the image shift amount by the phase difference detection method and the calculation of the defocus amount based thereon are executed by the
また、カメラ制御部21は、撮像素子22の撮像画素221の出力を読み出し、読み出した画素出力に基づき、焦点評価値の演算を行う。この焦点評価値は、たとえば撮像素子22の撮像画素221からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる2つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出することでも求めることができる。
Further, the
そして、カメラ制御部21は、レンズ制御部37に制御信号を送出してフォーカスレンズ32を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ32の位置を合焦位置として求める、コントラスト検出方式による焦点検出を実行する。なお、この合焦位置は、たとえば、フォーカスレンズ32を駆動させながら焦点評価値を算出した場合に、焦点評価値が、2回上昇した後、さらに、2回下降して推移した場合に、これらの焦点評価値を用いて、内挿法などの演算を行うことで求めることができる。
Then, the
次いで、本実施形態に係るカメラ1の動作例を説明する。図9は、本実施形態に係るカメラ1の動作を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、カメラ1の電源がONされることにより開始される。
Next, an operation example of the
まず、ステップS101では、カメラ制御部21により、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理が開始される。本実施形態では、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理は、次のように行なわれる。すなわち、まず、カメラ制御部21により、撮像素子22の3つの焦点検出画素列22a〜22cを構成する各焦点検出画素222a,222bから一対の像に対応した一対の像データの読み出しが行なわれる。そして、カメラ制御部21は、読み出された一対の像データに基づいて像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を実行し、3つの焦点検出画素列22a〜22cに対応する焦点検出位置における像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。また、カメラ制御部21は、算出したデフォーカス量の信頼性の評価を行う。なお、デフォーカス量の信頼性の評価は、たとえば、一対の像データの一致度やコントラストなどに基づいて行なわれる。そして、このような位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理は、所定の間隔で繰り返し実行される。
First, in step S101, the
ステップS102では、カメラ制御部21により、焦点評価値の算出処理が開始される。本実施形態では、焦点評価値の算出処理は、撮像素子22の撮像画素221の画素出力を読み出し、読み出した画素出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算することにより行われる。なお、焦点評価値の算出処理は、所定の間隔で繰り返し実行される。
In step S102, the
ステップS103では、カメラ制御部21により、操作部28に備えられたシャッターレリーズボタンの半押し(第1スイッチSW1のオン)がされたか否かの判断が行なわれる。第1スイッチSW1がオンした場合はステップS104に進む。一方、第1スイッチSW1がオンしていない場合は、第1スイッチSW1がオンされるまで、ステップS103を繰り返す。すなわち、第1スイッチSW1がオンされるまで、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出処理と、コントラスト検出方式による焦点評価値の算出処理とが繰り返し実行される。
In step S103, the
ステップS104では、カメラ制御部21により、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出できたか否かの判定が行なわれる。デフォーカス量が算出できた場合には、測距可能と判断して、ステップS113に進む。一方、デフォーカス量が算出できなかった場合には、測距不能と判断して、ステップS105に進む。なお、本実施形態においては、デフォーカス量の算出ができた場合でも、算出されたデフォーカス量の信頼性が低い場合にも、デフォーカス量の算出ができなかったものとして扱い、ステップS105に進むこととする。本実施形態においては、たとえば、被写体のコントラストが低い場合、被写体が超低輝度被写体である場合、あるいは被写体が超高輝度被写体である場合などにおいて、デフォーカス量の信頼性が低いと判断される。
In step S104, the
なお、ステップS104においては、直近の一回のデフォーカス量算出処理の結果を用いて、上記判定を行なうが、直近の所定回数のデフォーカス量算出処理において、連続して、デフォーカス量が算出できなかった場合、あるいは、連続して、デフォーカス量の信頼性が低かった場合に、測距不能と判断して、ステップS105に進み、逆に、直近の所定回数のデフォーカス量算出処理において、一度でもデフォーカス量が算出された場合には、測距可能と判断して、ステップS113に進むような構成としてもよい。 In step S104, the above determination is performed using the result of the most recent defocus amount calculation process. However, the defocus amount is continuously calculated in the most recent predetermined number of defocus amount calculation processes. If not, or if the reliability of the defocus amount is low continuously, it is determined that distance measurement is impossible, and the process proceeds to step S105. Conversely, in the defocus amount calculation process of the most recent predetermined number of times. If the defocus amount is calculated even once, it may be determined that distance measurement is possible and the process proceeds to step S113.
ステップS104において、デフォーカス量が算出できたと判定され、測距可能と判断された場合には、ステップS113に進み、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づく合焦駆動が行なわれる。具体的には、カメラ制御部21により、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量から、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させるのに必要となるレンズ駆動量の算出が行なわれ、算出されたレンズ駆動量が、レンズ制御部37を介して、レンズ駆動モータ36に送出される。そして、レンズ駆動モータ36は、カメラ制御部21により算出されたレンズ駆動量に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させる。
If it is determined in step S104 that the defocus amount has been calculated and it is determined that distance measurement is possible, the process proceeds to step S113, and focusing driving based on the defocus amount calculated by the phase difference detection method is performed. Specifically, the
なお、本実施形態においては、レンズ駆動モータ36を駆動させ、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させている間においても、カメラ制御部21は、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出を繰り返し行い、その結果、新たなデフォーカス量が算出された場合には、カメラ制御部21は、新たなデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ32を駆動させる。
In the present embodiment, the
一方、ステップS104において、位相差検出方式により、デフォーカス量の算出ができなかったと判定された場合には、ステップS105に進み、ステップS105〜S109において、スキャン動作が実行される。ここで、スキャン動作とは、フォーカスレンズ駆動モータ36により、所定のスキャン範囲においてフォーカスレンズ32をスキャン駆動させながら、カメラ制御部21により、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出、および焦点評価値の算出を、所定の間隔で同時に行い、これにより、位相差検出方式による合焦位置の検出と、コントラスト検出方式による合焦位置の検出とを、所定の間隔で、同時に実行する動作である。
On the other hand, if it is determined in step S104 that the defocus amount cannot be calculated by the phase difference detection method, the process proceeds to step S105, and the scan operation is executed in steps S105 to S109. Here, the scan operation refers to the calculation of the defocus amount by the phase difference detection method and the focus evaluation value by the
具体的には、まず、ステップS105において、カメラ制御部21により、スキャン範囲データの取得が行われる。スキャン範囲データとは、スキャン動作において、フォーカスレンズ32をスキャン駆動させる範囲、すなわち、スキャン範囲を設定するためのデータである。本実施形態では、スキャン範囲データとして、フォーカスレンズ32が所定のスキャン範囲をスキャン駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数が、レンズ制御部37に備えるメモリに記憶されており、ステップS105において、カメラ制御部21は、このようなスキャン範囲データを、レンズ制御部37から取得する。
Specifically, first, in step S105, the
そして、ステップS106では、カメラ制御部21により、ステップS105で取得したスキャン範囲データに基づいて、スキャン範囲の設定が行われる。たとえば、カメラ制御部21は、フォーカスレンズ32が駆動可能な範囲の全域を、フォーカスレンズ32が駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして取得することができ、この場合、このスキャン範囲データに基づいて、フォーカスレンズ32が駆動可能な範囲の全域を、スキャン範囲として設定することができる。また、カメラ制御部21は、たとえば、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させた後に、再度、スキャン動作を行うような場合に、フォーカスレンズ32の現在のレンズ位置近傍に存在する合焦位置を検出できるような範囲(たとえば、焦点評価値を5箇所のレンズ位置で取得できるような範囲)を、フォーカスレンズ32が駆動するために必要なレンズ駆動量に応じたパルス数を、スキャン範囲データとして取得することができ、この場合、このスキャン範囲データに基づいて、フォーカスレンズ32の現在のレンズ位置近傍に存在する合焦位置を検出できるような範囲を、スキャン範囲として設定することができる。
In step S106, the
そして、続くステップS107では、カメラ制御部21により、ステップS106で設定したスキャン範囲の全域についてスキャン動作を実行するように、スキャン動作が開始される。
In step S107, the
具体的には、カメラ制御部21は、レンズ制御部37にスキャン駆動開始指令を送出し、レンズ制御部37は、カメラ制御部21からの指令に基づき、フォーカスレンズ駆動モータ36を駆動させ、設定したスキャン範囲において、フォーカスレンズ32を光軸L1に沿ってスキャン駆動させる。なお、フォーカスレンズ32のスキャン駆動は、無限遠端位置から至近端位置に向かって、あるいは、至近端位置から無限遠端位置に向かって行なう。
Specifically, the
そして、カメラ制御部21は、フォーカスレンズ32を駆動させながら、所定間隔で、撮像素子22の焦点検出画素222a,222bから一対の像に対応した一対の像データの読み出しを行い、これに基づき、位相差検出方式により、デフォーカス量の算出および算出されたデフォーカス量の信頼性の評価を行うとともに、フォーカスレンズ32を駆動させながら、所定間隔で、撮像素子22の撮像画素221から画素出力の読み出しを行い、これに基づき、焦点評価値を算出し、これにより、異なるフォーカスレンズ位置における焦点評価値を取得することで、コントラスト検出方式により合焦位置の検出を行う。
Then, while driving the
なお、スキャン動作を開始する前に、フォーカスレンズ32を光軸方向に微小に往復駆動させるウォブリング駆動を行ってもよい。また、この場合、ウォブリング駆動を行いながら、位相差検出方式による焦点検出とコントラスト検出方式による焦点検出とを同時に行い、いずれかの焦点検出方式により焦点状態を検出できた場合には、検出した焦点検出結果に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦駆動させる構成としてもよい。さらに、この場合、ウォブリング駆動中に位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性を判断し、該デフォーカス量の信頼性が、焦点検出結果に基づいて合焦位置を検出することができる程度に高くない場合でも、合焦位置が存在する方向を判断することができる程度の信頼性がある場合には、算出したデフォーカス量に基づいて合焦位置が存在する方向を決定し、決定した方向に向かって、スキャン駆動を開始する構成としてもよい。
Before starting the scanning operation, wobbling driving for reciprocally driving the
ステップS108では、カメラ制御部21により、ステップS106で設定したスキャン範囲の全域について、スキャン動作が行われたか否かの判定が行なわれる。本実施形態では、スキャン動作の実行中に、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出できた場合、あるいは、コントラスト検出方式により合焦位置を検出できた場合でも、スキャン動作を終了せずに、ステップS106で設定したスキャン範囲の全域について、スキャン動作が行われる。そのため、ステップS108において、スキャン範囲の全域についてスキャン動作が行なわれていないと判定された場合には、ステップS108で待機し、スキャン範囲の全域についてスキャン動作の実行が完了するまで、フォーカスレンズ32をスキャン駆動させながら、位相差検出方式によるデフォーカス量の算出、およびコントラスト検出方式による合焦位置の検出を、所定の間隔で同時に実行するスキャン動作が継続して行なわれる。そして、スキャン範囲の全域についてスキャン動作が行われると、ステップS109に進み、ステップS109でスキャン動作を終了した後、ステップS110に進む。
In step S108, the
ステップS110では、カメラ制御部21により、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性と、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性との比較が行われる。なお、コントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性は、たとえば、合焦位置を検出するために算出された焦点評価値の大きさや、焦点評価値のピーク位置(合焦位置)近傍における焦点評価値の山の傾きなどに基づいて評価することができる。
In step S110, the
そして、ステップS110における比較の結果、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性が、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性よりも高いと判断された場合には、ステップS111に進み、一方、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性が、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性よりも高いと判断された場合には、ステップS112に進む。なお、スキャン動作において位相差検出方式によりデフォーカス量を算出できなかった場合には、ステップS112に進むこととする。 As a result of the comparison in step S110, it is determined that the reliability of the defocus amount calculated by the phase difference detection method in the scanning operation is higher than the reliability of the in-focus position detected by the contrast detection method in the scanning operation. If YES in step S111, the flow advances to step S111. On the other hand, the reliability of the in-focus position detected by the contrast detection method in the scanning operation is higher than the reliability of the defocus amount calculated by the phase difference detection method in the scanning operation. If it is determined, the process proceeds to step S112. If the defocus amount cannot be calculated by the phase difference detection method in the scanning operation, the process proceeds to step S112.
ステップS111では、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性が、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性よりも高いと判断されているため、カメラ制御部21により、ステップS113と同様に、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させる合焦駆動が行われる。
In step S111, since it is determined that the reliability of the defocus amount calculated by the phase difference detection method in the scanning operation is higher than the reliability of the in-focus position detected by the contrast detection method in the scanning operation, the camera As in step S113, the
一方、スキャン動作においてコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性が、スキャン動作において位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性よりも高い場合には、ステップS112に進み、カメラ制御部21により、コントラスト検出方式により検出された合焦位置に基づいて、フォーカスレンズ32を合焦位置まで駆動させる合焦駆動が行われる。なお、位相差検出方式により合焦位置を検出できず、またコントラスト検出方式によっても合焦位置を検出できない場合には、フォーカスレンズ32を所定のレンズ位置まで駆動した後、合焦不能表示を行う構成としてもよい。
On the other hand, if the reliability of the in-focus position detected by the contrast detection method in the scanning operation is higher than the reliability of the defocus amount calculated by the phase difference detection method in the scanning operation, the process proceeds to step S112, and the camera The
以上のように、本実施形態に係るカメラ1は動作する。
As described above, the
このように、本実施形態に係るカメラ1は、フォーカスレンズ32を駆動させながら、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とを同時に行うスキャン動作を、所定のスキャン範囲の全域について実行する。そして、所定のスキャン範囲の全域についてスキャン動作を実行した際における、位相差検出方式よる焦点検出結果とコントラスト検出方式による焦点検出結果とに基づいて、合焦位置を検出し、フォーカスレンズ32を、検出した合焦位置に駆動させることで、光学系の焦点調節を行う。このように、本実施形態によれば、位相差検出方式により焦点検出と、コントラスト検出方式による焦点検出とを同時に行うため、位相差検出方式により撮影光学系の焦点状態の検出がし難い場合(たとえば、反射率が同じで、異なる色の被写体を撮影する場合や、低輝度被写体を撮影する場合)や、コントラスト検出方式により撮影光学系の焦点状態の検出がし難い場合(たとえば、輝度が低い被写体を撮影する場合)のいずれの場合でも、撮影光学系の焦点検出を適切に行なうことができる。
As described above, the
また、本実施形態によれば、所定のスキャン範囲の全域についてスキャン動作を実行した結果、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出でき、かつ、コントラスト検出方式により合焦位置が検出できた場合に、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性と、コントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性とを比較し、信頼性の高い方の焦点検出結果に基づいて、焦点調節を行う。このように、本実施形態によれば、位相差検出方式およびコントラスト検出方式による焦点検出結果を比較し、より信頼性の高い方の焦点検出結果に基づいて焦点調節を行うことができるため、位相差検出方式およびコントラスト検出方式のうちのいずれか一方の方式で得られた焦点検出結果のみに基づいて焦点調節を行う場合と比べて、偽合焦を有効に防止することができ、光学系の焦点調節をより高い精度で行うことができる。 Further, according to the present embodiment, when the defocus amount can be calculated by the phase difference detection method and the in-focus position can be detected by the contrast detection method as a result of executing the scanning operation for the entire predetermined scan range. Compare the reliability of the defocus amount calculated by the phase difference detection method with the reliability of the in-focus position detected by the contrast detection method, and adjust the focus based on the more reliable focus detection result I do. Thus, according to the present embodiment, the focus detection results obtained by the phase difference detection method and the contrast detection method can be compared, and the focus adjustment can be performed based on the more reliable focus detection result. Compared to performing focus adjustment based only on the focus detection result obtained by either one of the phase difference detection method and the contrast detection method, false focusing can be effectively prevented, and the optical system Focus adjustment can be performed with higher accuracy.
さらに、本実施形態では、所定のスキャン範囲の全域についてスキャン駆動を実行することで、たとえば、コントラスト検出方式により焦点評価値がピークとなるレンズ位置(ピーク位置)が複数検出された場合でも、合焦位置に対応する焦点評価値のピーク位置を適切に選択することができるため、偽合焦をより有効に防止することができ、光学系の焦点調節をより適切に行うことができる。 Furthermore, in this embodiment, by performing scan driving over the entire predetermined scan range, for example, even when a plurality of lens positions (peak positions) at which the focus evaluation value peaks are detected by the contrast detection method, Since the peak position of the focus evaluation value corresponding to the focal position can be appropriately selected, false focusing can be prevented more effectively, and the focus adjustment of the optical system can be performed more appropriately.
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
たとえば、上述した実施形態では、スキャン範囲の全域についてスキャン動作を行った結果、位相差検出方式およびコントラスト検出方式による焦点検出結果が得られた場合には、位相差検出方式による焦点検出結果と、コントラスト検出方式による焦点検出結果のうち、信頼性の高い方の焦点検出結果に基づいて、フォーカスレンズ32の合焦駆動を行う構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、ステップS106で設定したスキャン範囲の全域についてスキャン動作を行った結果、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出でき、かつ、コントラスト検出方式により合焦位置が検出できた場合に、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づいて得られる合焦位置と、コントラスト検出方式により検出された合焦位置との平均位置に、フォーカスレンズ32を合焦駆動させる構成としてもよい。あるいは、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量に基づいて得られる合焦位置と、コントラスト検出方式により検出された合焦位置とに対して、位相差検出方式により算出されたデフォーカス量の信頼性およびコントラスト検出方式により検出された合焦位置の信頼性による重み付けを行い、重み付けしたデフォーカス量に基づく合焦位置と、コントラスト検出方式により検出された合焦位置との平均位置に、フォーカスレンズ32を駆動させる構成としてもよい。
For example, in the above-described embodiment, when the focus detection result by the phase difference detection method and the contrast detection method is obtained as a result of performing the scanning operation for the entire scan range, the focus detection result by the phase difference detection method, Of the focus detection results by the contrast detection method, the configuration in which the
なお、上述した実施形態のカメラ1は特に限定されず、例えば、デジタルビデオカメラ、レンズ一体型のデジタルカメラ、携帯電話用のカメラなどのその他の光学機器に本発明を適用してもよい。
The
1…デジタルカメラ
2…カメラ本体
21…カメラ制御部
22…撮像素子
221…撮像画素
222a,222b…焦点検出画素
3…レンズ鏡筒
32…フォーカスレンズ
36…フォーカスレンズ駆動モータ
37…レンズ制御部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
焦点評価値を検出する第2検出部と、
前記第1検出部により検出された前記デフォーカスを用いて第1合焦位置を演算し、前記第2検出部により検出された前記焦点評価値を用いて第2合焦位置を演算し、前記第1合焦位置と前記第2合焦位置とを用いて第3合焦位置を演算する演算部と、
前記演算部により演算された前記第3合焦位置にフォーカスレンズを移動させる制御をする制御部とを有する焦点調節装置。 A first detector that detects defocus using a phase difference ;
A second detection unit for detecting a focus evaluation value ;
A first focus position is calculated using the defocus detected by the first detection unit, a second focus position is calculated using the focus evaluation value detected by the second detection unit, and A calculation unit that calculates a third focus position using the first focus position and the second focus position;
And a control unit that performs control to move the focus lens to the third in-focus position calculated by the calculation unit.
前記演算部は、前記フォーカスレンズが移動しているときに前記第1検出部により検出された前記デフォーカスを用いて前記第1合焦位置を演算し、前記フォーカスレンズが移動しているときに前記第2検出部により検出された前記焦点評価値を用いて前記第2合焦位置を演算する焦点調節装置。The calculation unit calculates the first in-focus position using the defocus detected by the first detection unit when the focus lens is moving, and when the focus lens is moving A focus adjustment device that calculates the second focus position using the focus evaluation value detected by the second detection unit.
前記第1検出部により検出された前記デフォーカスを用いて前記演算部により合焦位置が演算されないとき、前記制御部は、前記フォーカスレンズを移動させるスキャン制御を行い、When the focus position is not calculated by the calculation unit using the defocus detected by the first detection unit, the control unit performs scan control to move the focus lens,
前記演算部は、前記制御部により前記スキャン制御がされているときに前記第1検出部により検出された前記デフォーカスを用いて前記第1合焦位置を演算し、前記制御部により前記スキャン制御がされているときに前記第2検出部により検出された前記焦点評価値を用いて前記第2合焦位置を演算する焦点調節装置。The calculation unit calculates the first in-focus position using the defocus detected by the first detection unit when the scan control is performed by the control unit, and the scan control is performed by the control unit. A focus adjustment device that calculates the second focus position using the focus evaluation value detected by the second detection unit when the second focus is detected.
前記制御部は、スキャン制御をする範囲の全域について前記フォーカスレンズを移動した後、前記制御部により前記スキャン制御がされているときに前記第1検出部により検出された前記デフォーカスを用いて前記第1合焦位置を演算し、前記制御部により前記スキャン制御がされているときに前記第2検出部により検出された前記焦点評価値を用いて前記第2合焦位置を演算する焦点調節装置。The control unit uses the defocus detected by the first detection unit when the scan control is performed by the control unit after moving the focus lens over the entire range of the scan control range. A focus adjustment device that calculates a first in-focus position and calculates the second in-focus position using the focus evaluation value detected by the second detection unit when the scan control is performed by the control unit. .
前記演算部は、前記第1合焦位置と前記第2合焦位置との平均位置を前記第3合焦位置として演算する焦点調節装置。The said calculating part is a focus adjustment apparatus which calculates the average position of a said 1st focusing position and a said 2nd focusing position as a said 3rd focusing position.
前記演算部は、前記第1検出部による検出の信頼性と前記第2検出部による検出の信頼性とを用いて決定された重み付けを前記第1合焦位置及び前記第2合焦位置に行い、重み付けされた前記第1合焦位置及び前記第2合焦位置に基づく位置を前記第3合焦位置として演算する焦点調節装置。The calculation unit performs weighting determined using the reliability of detection by the first detection unit and the reliability of detection by the second detection unit on the first focus position and the second focus position. A focus adjustment device that calculates a position based on the weighted first focus position and the second focus position as the third focus position.
複数の撮像用画素と複数の焦点検出用画素とを有する撮像部を備え、
前記第1検出部は、前記焦点検出用画素から出力された信号に基づいて、前記デフォーカスを検出し、
前記第2検出部は、前記撮像用画素から出力された信号に基づいて、前記焦点評価値を検出する焦点調節装置。 The focus adjustment device according to any one of claims 1 to 6 ,
An imaging unit having a plurality of imaging pixels and a plurality of focus detection pixels;
The first detection unit detects the defocus based on a signal output from the focus detection pixel,
The second detection unit, based on the signal output from the imaging pixels, detect focus point adjuster the focus evaluation value.
An imaging apparatus comprising the focus adjustment apparatus according to any one of claims 1 to 7 .
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