JP6424859B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP6424859B2
JP6424859B2 JP2016075595A JP2016075595A JP6424859B2 JP 6424859 B2 JP6424859 B2 JP 6424859B2 JP 2016075595 A JP2016075595 A JP 2016075595A JP 2016075595 A JP2016075595 A JP 2016075595A JP 6424859 B2 JP6424859 B2 JP 6424859B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
optical system
lens
focus detection
imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2016075595A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016153909A5 (en
JP2016153909A (en
Inventor
岩根 透
透 岩根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2016075595A priority Critical patent/JP6424859B2/en
Publication of JP2016153909A publication Critical patent/JP2016153909A/en
Publication of JP2016153909A5 publication Critical patent/JP2016153909A5/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6424859B2 publication Critical patent/JP6424859B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Focusing (AREA)

Description

この発明は、撮像装置に関するものである。   The present invention relates to 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.

特開昭62−227108号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-227108

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 an imaging device capable of accurately correcting the defocus amount 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.

本発明に係る撮像装置は、撮像光学系を透過した被写体からの光が入射するマイクロレンズを有する受光部と、前記マイクロレンズを透過した前記被写体からの光が入射する二次元状に配列した複数の光電変換素子と、前記マイクロレンズの光軸中心に対応する光電変換素子を中心として対称となる所定間隔の一対の光電変換素子を選択し、前記被写体からの光が入射した前記選択された光電変換素子からの信号に基づいて前記光学系の収差情報を演算する収差演算部と、前記マイクロレンズを透過した前記被写体からの光が入射した前記受光部からの信号により前記光学系の合焦状態を検出する焦点検出部と、前記焦点検出部により検出した前記撮像光学系の合焦状態を、前記収差演算部により演算した前記撮像光学系の収差情報により補正する補正部と、を備え、前記収差演算部は、前記撮像光学系の複数の絞り値に応じてそれぞれ間隔の異なる一対の光電変換素子を選択し、選択された光電変換素子からの信号に基づいて前記光学系の複数の絞り値に対応する収差情報を演算し、前記間隔の異なる一対の光電素子からの信号に基づいて演算された複数の絞り値の収差情報から、前記複数の絞り値と異なる絞り値の収差情報を演算することができる。
上記撮像装置において、前記収差演算部は、装着されている撮像光学系の開放絞り値に応じて、所定間隔の一対の光電変換素子を選択し、前記選択された光電変換素子からの信号に基づいて前記光学系の収差情報を演算することができる。
上記撮像装置において、前記受光部は複数のマイクロレンズを有し、前記マイクロレンズ毎に二次元状に配列した複数の光電変換素子を備えるように構成することができる。
上記撮像装置において、前記マイクロレンズは、ハニカム状に配置された六角形のマイクロレンズとすることができる。
In the imaging apparatus according to the present invention, a plurality of light receiving portions having a microlens to which light from a subject transmitted through an imaging optical system is incident, and a plurality of elements arrayed in a two-dimensional manner And a pair of photoelectric conversion elements having a predetermined interval symmetrical with respect to the photoelectric conversion element corresponding to the center of the optical axis of the microlens, and the selected photoelectric on which the light from the subject is incident is selected. An aberration calculation unit that calculates aberration information of the optical system based on a signal from a conversion element, and a focus state of the optical system by a signal from the light reception unit on which light from the subject transmitted through the microlens is incident And the focus state of the imaging optical system detected by the focus detection unit is compensated by the aberration information of the imaging optical system calculated by the aberration calculation unit. Comprising a correcting section that, the, the aberration calculation section, respectively select different pair of photoelectric conversion elements spaced in accordance with a plurality of aperture of the imaging optical system, based on a signal from the photoelectric conversion elements selected Aberration information corresponding to a plurality of aperture values of the optical system is calculated, and the plurality of aperture values are calculated from aberration information of a plurality of aperture values calculated based on signals from the pair of photoelectric elements having different intervals. Aberration information of different f-numbers can be calculated.
In the above-described imaging device, the aberration calculation unit selects a pair of photoelectric conversion elements at predetermined intervals according to the open aperture value of the mounted imaging optical system, and based on the signal from the selected photoelectric conversion elements. The aberration information of the optical system can be calculated.
In the imaging device, the light receiving unit may include a plurality of microlenses, and may include a plurality of photoelectric conversion elements arrayed two-dimensionally for each of the microlenses.
In the imaging device, the microlens may be a hexagonal microlens arranged in a honeycomb shape.

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.

発明の実施形態に係る一眼レフデジタルカメラを示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a single-lens reflex digital camera according to an embodiment of the present invention. 図1に示すカメラの焦点検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the focus detection apparatus of the camera shown in FIG. 図1に示すカメラの焦点検出装置の光学的配置を示す図である。It is a figure which shows the optical arrangement of the focus detection apparatus of the camera shown in FIG. 図1に示すカメラの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る。It is a top view which shows the arrangement state of the focus detection optical system of a camera shown in FIG. 1, and a focus detection sensor. 図1に示すカメラの焦点検出光学系および焦点検出センサを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the focus detection optical system and focus detection sensor of a camera which are shown in FIG. 図1に示すカメラの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。It is a top view which expands and shows one focus detection optical system and focus detection sensor of a camera shown in FIG. 図3Dに示す一つの焦点検出光学系および焦点検出センサのうち一対の光電変換素子の選択例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of selection of a pair of photoelectric conversion element among one focus detection optical system and focus detection sensor which are shown to FIG. 3D. 図3Dに示す一つの焦点検出光学系および焦点検出センサのうち一対の光電変換素子の他の選択例を示す平面図である。It is a top view which shows the other selection example of a pair of photoelectric conversion element among one focus detection optical system and focus detection sensor which are shown to FIG. 3D. 図3Dに示す一つの焦点検出光学系および焦点検出センサのうち一対の光電変換素子のさらに他の選択例を示す平面図である。It is a top view which shows the further another selection example of a pair of photoelectric conversion element among one focus detection optical system and focus detection sensor which are shown to FIG. 3D. 図3Dに示す一つの焦点検出光学系および焦点検出センサのうち一対の光電変換素子のさらに他の選択例を示す平面図である。It is a top view which shows the further another selection example of a pair of photoelectric conversion element among one focus detection optical system and focus detection sensor which are shown to FIG. 3D. 図1に示すファインダで観察される撮影画面を示す図である。It is a figure which shows the imaging | photography screen observed with the finder shown in FIG. 図1に示す焦点検出装置の画素間隔と絞り値Fとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pixel interval of the focus detection apparatus shown in FIG. 1, and aperture value F. FIG. 図1に示すカメラ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。FIG. 7 is a graph for explaining a method of calculating a shift amount x in the camera focus detection device shown in FIG. 1. 図1に示す焦点検出装置において求められる絞り値に対する焦点位置の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the focus position with respect to the aperture value calculated | required in the focus detection apparatus shown in FIG. 図1に示すカメラの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る。It is a top view which shows the arrangement state of the focus detection optical system which concerns on other embodiment of the camera shown in FIG. 1, and a focus detection sensor. 図7Aの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。It is a top view which expands and shows one focus detection optical system and focus detection sensor of FIG. 7A.

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 camera 1 according to this embodiment includes a camera body 100 and a lens barrel 200. The camera body 100 and the lens barrel 200 are detachably coupled by a mount 300.

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 lens barrel 200 incorporates a photographing optical system including a photographing lens 210 including a focus lens 211 and a zoom lens 212, an aperture device 220, and the like.

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 focus lens 211 is provided so as to be movable along the optical axis L1, and its position is adjusted by the lens drive motor 230 while its position or movement amount is detected by the encoder 260. The focus lens 211 can move in the direction of the optical axis L1 from the end (closest end) on the camera body side to the end (infinite end) on the subject side by rotation of the rotary cylinder. Incidentally, information on the position or movement amount of the focus lens 211 detected by the encoder 260 is transmitted to the lens drive control unit 165 via the lens control unit 250. In addition, the lens drive motor 230 is driven by a drive signal received from the lens drive control unit 165 via the lens control unit 250 according to the drive amount and drive speed calculated based on the focus detection result described later.

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 aperture device 220 is configured to adjust the aperture diameter centered on the optical axis L <b> 1 in order to limit the light amount of the light flux passing through the imaging optical system and reaching the imaging device 110. Adjustment of the aperture diameter by the aperture device 220 is performed, for example, by transmitting a signal corresponding to the aperture value calculated in the automatic exposure mode from the camera control unit 170 to the aperture drive unit 240 via the lens control unit 250. . Also, for adjustment of the aperture diameter, a signal corresponding to the set aperture value is sent from the camera control unit 170 to the diaphragm drive unit 240 via the lens control unit 250 by manual operation by the operation unit 150 provided in the camera body 100. It is also done by being sent. The aperture diameter of the diaphragm device 220 is detected by a diaphragm aperture sensor (not shown), and the lens controller 250 recognizes the current aperture diameter.

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 lens barrel 200. The lens control unit 250 includes a microprocessor and peripheral components such as a memory, and is electrically connected to the camera control unit 170. The lens control unit 250 receives information such as the defocus amount and the aperture control signal from the camera control unit 170. Lens information, for example, an open F-number unique to the photographing lens 210 is transmitted to the control unit 170.

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 camera body 100 includes a mirror system 120 for guiding a light flux from a subject to the image sensor 110, the finder 135, the photometric sensor 137, and the focus detection optical system 161. The mirror system 120 includes a quick return mirror 121 which is rotated by a predetermined angle between the observation position of the subject and the photographing position around the rotation axis 123, and the quick return mirror 121 is pivotally supported by the quick return mirror 121. And a sub mirror 122 that rotates in accordance with the rotation.

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 mirror system 120 is at the observation position of the subject is indicated by a solid line, and a state where the mirror system 120 is at the photographing position of the subject is indicated by a two-dot chain line. The mirror system 120 is inserted into the optical path of the optical axis L1 in the state of observation of the subject, and rotates so as to retract from the optical path of the optical axis L1 in the state of imaging of the subject.

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 quick return mirror 121 is a half mirror, and reflects light flux (optical axes L2 and L3) of a part of the light flux (optical axis L1) from the subject by the quick return mirror 121 when the object is at the observation position. Then, the light is guided to the finder 135 and the photometric sensor 137, and a part of the luminous flux (optical axis L4) is transmitted and guided to the sub mirror 122. On the other hand, the sub mirror 122 is a total reflection mirror, and guides the light beam (optical axis L4) transmitted through the quick return mirror 121 to the focus detection optical system 161.

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 mirror system 120 is at the observation position, the light flux (optical axis L1) from the subject is guided to the finder 135, the photometric sensor 135, and the focus detection optical system 161, and the subject is observed by the photographer. Calculation and detection of the focusing state of the focusing lens 211 are performed. Then, when the photographer fully presses the release button, the mirror system 120 is rotated to the photographing position, the light flux from the subject (optical axis L1) is guided to the image sensor 110, and the photographed image data is stored in a memory (not shown).

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 imaging element 110 is provided on the light axis L1 of the light flux from the subject of the camera body 100 and at a position to be a planned focal plane of the photographing lens 210, and the shutter 111 is provided on the front surface thereof. The imaging device 110 is a device in which a plurality of photoelectric conversion devices are two-dimensionally arranged, and can be configured by a two-dimensional CCD image sensor, a MOS sensor, a CID, or the like.

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 shutter 111 disposed on the front of the image sensor 110 opens based on the result of the exposure calculation or when the shutter number set by the photographer is released when the shutter button included in the operation unit 150 is fully pressed (during shutter release) And expose the imaging element 110. The electric image signal photoelectrically converted by the image pickup element 110 is image-processed by the camera control unit 170 and stored in a memory (not shown). The memory for storing the photographed image can be configured by a built-in memory, a card type memory, or the like.

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 quick return mirror 121 forms an image on the focusing plate 131 disposed on the surface optically equivalent to the imaging device 110, and passes through the pentaprism 133 and the eyepiece lens 134. It is led to the eyeball of the photographer. At this time, the transmission type liquid crystal display 132 superimposes and displays a focus detection area mark etc. on the subject image on the focusing screen 131, and relates to photographing such as shutter speed, aperture value, and number of shots in an area outside the subject image. Display information Thus, the photographer can observe the subject and the background thereof, shooting related information, and the like through the finder 135 in the shooting preparation state.

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 photometric sensor 137 is configured of a two-dimensional color CCD image sensor or the like, and divides the shooting screen into a plurality of areas to output a photometric signal according to the brightness of each area in order to calculate an exposure value at the time of shooting. Image information detected by the photometric sensor 137 is output to the camera control unit 170 and used for automatic exposure control.

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 operation unit 150 is a shutter release button or an input switch for the photographer to set various operation modes of the camera 1, and switches between the auto focus mode / manual focus mode and the one shot mode / conti in the auto focus mode. It is possible to switch the nuisance mode. The shutter is turned on when the shutter release button is fully pressed, but in addition to this, when the button is pressed halfway in the auto focus mode, the focusing operation of the focusing lens is turned on, and turned off when the button is released. The various modes set by the operation unit 150 are transmitted to the camera control unit 170, and the operation of the entire camera 1 is controlled by the camera control unit 170.

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 camera body 100. The camera control unit 170 includes a microprocessor and peripheral components such as a memory, and is electrically connected to the lens control unit 250 by the electrical signal contact unit provided in the mount unit 300, and receives lens information from the lens control unit 250. At the same time, information such as the defocus amount and the aperture control signal is transmitted to the lens control unit 250. Further, as described above, the camera control unit 170 reads out the image information from the imaging device 110, performs predetermined information processing as necessary, and outputs the information to a memory (not shown). Further, the camera control unit 170 controls the entire camera 1 such as correction of photographed image information and detection of a focus adjustment state and an aperture adjustment state of the lens barrel 200.

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 optical system 161, the focus detection sensor 162, the focus detection calculation unit 163, and the lens driving amount calculation unit 164 shown in FIG. 1 constitute a focus detection device of a phase difference detection method and represent the focus adjustment state of the photographing lens 210. Detect the defocus amount.

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 optical system 161 and the focus detection sensor 162, as seen from the micro mirror array 161 from the sub mirror 122 side. FIG. 3C is a cross-sectional view showing the focus detection optical system 161 and the focus detection sensor 162 (cross-sectional view along the line IIIC-IIIC in FIG. 3B), and FIG. 3D shows an enlarged view of one microlens 161a and the focus detection sensor 162. It is a top view.

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 optical system 161 is a micro lens array in which a plurality of micro lenses 161a are densely squarely arranged in a two-dimensional manner as shown in FIG. 3B, and as shown in FIG. It is arranged near P1. Hereinafter, it is also referred to as a microlens array 161. The microlens array 161 can be arranged to coincide with the position P1 to be the planned focal plane, but can be arranged to be shifted from the position P1 to be the planned focal plane. In the case where they are arranged to coincide with each other, when there is a contrast of the object image between the microlenses 161a, that portion becomes a dead zone, but by arranging them in a shifted manner, generation of such a dead zone can be avoided.

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 focus detection sensor 162 is a light receiving element array in which a plurality of photoelectric conversion elements 162a are densely squarely arranged in a two-dimensional manner as shown in FIG. 3D, and is disposed substantially at the focus position of the microlens array 161 as shown in FIG. It is done. Hereinafter, it is also referred to as a light receiving element array 162. FIG. 3C shows the spread of the light beam received by the photoelectric conversion element 162a at or near the center of each of the microlenses 161a.

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 micro lens 161a of this example is a circular micro lens, and the micro lens array 161 is one in which such circular macro lenses 161a are squarely arranged. The upper, lower, left, and right directions in the figure coincide with the upper, lower, left, and right directions of the imaging screen imaged by the imaging element 110. By arranging regular hexagonal micro lenses 161a in a honeycomb shape instead of circular micro lenses, it is possible to avoid the dead zone of focus detection between lenses which occurs when circular micro lenses are arranged, but Will be described later.

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 conversion element array 162 disposed behind the microlens array 161 is a square photoelectric conversion element 162a. One photoelectric conversion element 162a is formed smaller than one microlens 161a, and as shown in an enlarged view in FIG. 3D, a plurality of photoelectric conversion elements 162a are included in a range in which one microlens 161a is vertically projected. There is. These photoelectric conversion elements 162a are photoelectric conversion elements 162a provided corresponding to the micro lenses 161a.

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 microlens array 161 is disposed at or near the position P1 (the plane optically equivalent to the imaging surface of the imaging device 110) to be the planned focal plane of the imaging lens 210, the imaging device 110 The same optical image as is projected. A pupil image of the photographing lens 210 is formed on each of the light receiving element arrays 162 by the respective micro lenses 161a, and each photoelectric conversion element 162a of the light receiving element array 162 corresponds to each portion of the pupil. If the conversion element 162a is selected and the outputs thereof are combined, an image captured by the aperture corresponding to the photoelectric conversion element 162a is obtained.

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 detection areas AFP 1 to 11 shown in FIG. 4 is selected, the photoelectric conversion element 162 a corresponding to the micro lens 161 a corresponding to the predetermined range corresponding to the selected focus detection area is selected. Read only the output.

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 screen 135A observed from the finder 135 including the focus detection area AFP. In this example, it is assumed that eleven focus detection areas AFP1 to AFP11 are set in the photographing screen 135A. This display is performed by the liquid crystal display 132 superimposing a mark representing the position of eleven focus detection areas on the object image on the focusing plate 131. Then, the photographer operates the operation unit 150 to select a desired focus detection area AFP, or automatically selects a focus detection area AFP according to a predetermined sequence based on data such as automatic exposure. For example, when the focus detection area AFP7 shown in FIG. 4 is selected, the photoelectric conversion element 162a corresponding to the micro lens 161a corresponding to a predetermined range (indicated by a dotted line in FIG. 4) centered on the focus detection area AFP7. Read the output from.

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 lens 210 in order to secure the above-described conjugate relationship of the pupil. This is because the microlens array 161 and the light receiving element array 162 are usually manufactured separately and then assembled, so it is uncertain which position of the photoelectric conversion element 162a corresponds to which micro lens 161a. It is. Further, since it is assumed that the lens barrel 200 is replaced in the single-lens reflex camera 1, the position of the pupil of the photographing lens 210 seen from the micro lens 161a changes. Therefore, the position of the photoelectric conversion element 162a which is in a conjugate relationship with the pupil center position of the photographing lens 210 is determined to be the center of the microlens 161a in the microlens optical axis center determination unit 163C.

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 photoelectric conversion element 162a corresponding to the center of each micro lens 161a is obtained from the position (image height) of the micro lens 161a with respect to the optical axis L1 of the photographing lens 210 and the distance from the micro lens 161a to the pupil of the photographing lens 210. be able to. For example, in a lens barrel in which the distance from the micro lens 161a to the pupil of the photographing lens 210 is known, the data group of the center position of each micro lens 161a is stored in advance in the memory of the lens control unit 250 Based on the distance to the pupil of the photographing lens 210, the current center position of the photographing lens 210 is calculated by interpolation or extrapolation.

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 photoelectric conversion element 162a corresponding to the center of the optical axis of each of the microlenses 161a or around the center is extracted from the image data stored in the memory 163B. In the light receiving element array 162 having the photoelectric conversion element 162a shown in FIG. 3D, for example, image data of the central photoelectric conversion element 162c painted in the same drawing is extracted.

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 imaging lens 210 is unknown, the distance to the pupil may be taken as an infinite position, and the central position determined only from the positional relationship between the microlens 161a and the photoelectric conversion element 162a may be used. .

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 lens 210, a plurality of base line lengths are set with the center of the optical axis as the center point. The focal position of the lens varies depending on the diameter of the light beam represented by the aperture value F. The degree of this variation differs depending on the lens, and even lenses of the same type differ depending on individual differences in manufacture. Therefore, as shown in FIGS. 3E to 3H, a pair of photoelectric conversion elements 162d and 162d which are symmetrical with respect to the photoelectric conversion element 162c corresponding to the center of the optical axis of the microlens is selected.

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 microlens 161a shown in FIGS. 3E to 3H is 90 μm and the size of one photoelectric conversion element 162a is 3.2 μm × 3.2 μm, the f-number is the focal length at the effective aperture (pixel spacing). Since it is a divided value, as shown in FIG. 3E, F = 14 when selected with a pixel spacing of 2 pixels, F = 7 when selected with a pixel spacing of 4 pixels as shown in FIG. 3F, As shown in 3G, each optical information of F = 4.7 is obtained when the pixel spacing of 6 pixels is selected, and F = 3.5 when the pixel spacing of 8 pixels is selected as shown in FIG. 3H. be able to. Although FIG. 4 is omitted, when selected at a pixel interval of 10 pixels, optical information of F = 2.8 can be obtained. The relationship between the pixel interval and the aperture value is shown in FIG.

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 photoelectric conversion element 162a is conjugate with the corresponding position of the pupil of the photographing lens 210, the optical information obtained by this is information that has a correlation with the focal position when the aperture value F is changed. Become.

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 micro lens 161a can take, but the upper limit of the pixel interval is defined by the open aperture value of the photographing lens 210 by sufficiently reducing the minimum aperture value of the micro lens 161a. Can. That is, when the open aperture value data of the photographing lens 210 is received from the lens barrel 200 side, the calculated aperture value selection unit 163D determines the aperture value and the pixel interval of each step up to the vicinity of the open aperture value accordingly. Output this in stages.

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 imaging lens 210, the pixel selection unit 163F extracts a pixel selection pattern representing the aperture value-interval relationship from the pixel pattern table 163E. The pixel pattern extracted here can be selected by selecting two photoelectric conversion elements 162a at a predetermined interval, but it is also possible to select a plurality of photoelectric conversion elements 162a orthogonal to the base line based on conditions such as the amount of incident light. . The examples shown in FIGS. 3E to 3H show examples in which three photoelectric conversion elements 162a are selected.

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 photoelectric conversion elements 162a are specified from the optical axis center position determined by the microlens optical axis center determination unit 163C and the pixel pattern extracted by the pixel pattern table 163E.

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 photoelectric conversion elements 162a constituting the pattern from the memory 163B and integrates them, and indicates the amount of image shift due to the pair of light beams having passed through different pupil regions of the imaging lens 210. A detection signal, that is, a pair of focus detection signal sequences is generated. Then, the first signal sequence {aj} and the second signal sequence {bj} (j is a natural number) are extracted, and are output to the image shift amount calculation unit 163H.

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 photoelectric conversion element 162a. appear. That is, the one-dimensional curve represented by the data string cut out from the N micro lenses 161a is shifted by the amount of parallax between the first signal string {aj} and the second signal string {bj}. The focus detection calculation in the image shift amount calculation unit 163H is to obtain the phase shift amount between the two data strings on the premise that almost the same image is projected on the two data strings.

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−b
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 Equation 1 is a discrete value, the minimum value can be regarded as the neighborhood of the true minimum value. Therefore, the amount of deviation x is calculated by interpolating Dk values before and after the minimum value Dk. When the spatial change of the first signal sequence {aj} and the second signal sequence {bj} is represented as a sinusoidal change, D (x) is the absolute value of the sine wave when it is a continuous function. The position where) is the smallest can be obtained by a simple linear approximation based on discrete Dk.

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 lens 210 by discrete values. Then, the correction unit 163K reads the actual aperture value f at the time of shooting, and from the table shown in FIG. 7 stored in the storage unit 163J, using the interpolation or extrapolation of the measurement values in the vicinity, the photographing lens The image shift amount due to the spherical aberration of 210 is corrected to an optimal focus position that makes it zero.

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 following equation 2, and the focal position Y corresponding to the imaging aperture value can be obtained by proportionally calculating the measurement values in the vicinity from this.

[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 focus lens 211 by the lens drive amount Δd.

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 camera 1 of the present embodiment, the focal position corresponding to a plurality of pixel intervals, that is, the aperture value is calculated from the image of the focus detection sensor 162, and is used to calculate the luminous flux corresponding to the actual imaging aperture value. Since the focal position is determined, the focal point can be detected with high accuracy even if the imaging lens has different focal position variations due to spherical aberration.

《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 micro lens array 161 in which the circular micro lenses 161a shown in FIG. 3B are squarely arranged is used, but it is also possible to use the micro lens array 161 in which regular hexagonal macro lenses 161a are densely arranged in a honeycomb shape. .

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 microlens array 161 from the sub mirror 122 side. Although the photoelectric conversion element 162a is shown only behind a part of the micro lenses 161a in the same figure, the photoelectric conversion elements 162a are similarly arranged behind the other micro lenses 161a. FIG. 8B is an enlarged plan view showing one focus detection optical system and a focus detection sensor.

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 optical system 161 of this example is a micro lens array in which a plurality of micro lenses 161a are densely arranged in a two-dimensional manner (in a honeycomb shape) as shown in FIG. 8A. Similarly to the above, it is disposed in the vicinity of the position P1 which is the planned focal plane of the photographing lens 210.

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 focus detection sensor 162 is a light receiving element array in which a plurality of photoelectric conversion elements 162a are densely arranged in a two-dimensional manner as shown in FIG. 8A and is similar to that shown in FIG. It is disposed substantially at the focal position of the microlens array 161.

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 micro lens 161a of this example has a shape obtained by cutting out a circular micro lens having a lens surface shape indicated by an alternate long and short dash line in a regular hexagon, and has the same function as the circular micro lens. The microlens array 161 is formed by arranging such regular hexagonal macro lenses 161 a in a honeycomb shape.

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 micro lenses 161a in a honeycomb shape as described above, it is possible to avoid the dead zone of focus detection between the lenses, which occurs when circular micro lenses are arranged. The upper, lower, left, and right directions in the figure coincide with the upper, lower, left, and right directions of the imaging screen imaged by the imaging element 110.

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 conversion element array 162 disposed behind the microlens array 161, square photoelectric conversion elements 162a are squarely arranged as in the above embodiment. One photoelectric conversion element 162a is formed smaller than one microlens 161a, and as shown in an enlarged view in FIG. 8B, a plurality of photoelectric conversion elements 162a are included in a range in which one microlens 161a is vertically projected. There is.

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 microlens array 161 of this example configured in this way is a regular hexagonal microlens 161a arranged in a honeycomb shape as shown in FIG. 8A, the image data array also becomes a honeycomb shape.

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 focus detection sensor 162, and the focal position of the luminous flux corresponding to the actual imaging aperture value is obtained using this. Even in the case of an imaging lens with different focal position variations due to spherical aberration, the focal point can be detected accurately.

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 receiving element array 162 in which a plurality of photoelectric conversion elements 162a are squarely arranged for each microlens 161a, the number and arrangement of the photoelectric conversion elements 162a for each microlens 161a are the same. It is not limited to. Further, instead of arranging the photoelectric conversion element 162 a for each of the microlenses 161 a as shown in the same drawing, the light receiving element array 162 can be arranged for the plurality of microlenses 161 a or the entire microlens array 161. Furthermore, instead of arranging the square photoelectric conversion elements 162 a in a square arrangement, it is possible to arrange regular hexagonal photoelectric conversion elements in a honeycomb shape.

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 focus detection sensor 162 which is a two-dimensional sensor is provided separately from the imaging device 110, but instead of this, the microlens 161a and the photoelectric conversion device 162a are similar to a part of the imaging device 110. It is possible to provide a configuration, and focus detection can be performed by the above-described procedure.

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 imaging element 110 are used in combination.

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 digital camera 100 camera body 110 imaging device 161 focus detection optical system (micro lens array)
161a ... micro lens 162 ... focus detection sensor (light receiving element array)
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 (4)

撮像光学系を透過した被写体からの光が入射するマイクロレンズを有する受光部と、
前記マイクロレンズを透過した前記被写体からの光が入射する二次元状に配列した複数の光電変換素子と、
前記マイクロレンズの光軸中心に対応する光電変換素子を中心として対称となる所定間隔の一対の光電変換素子を選択し、前記被写体からの光が入射した前記選択された光電変換素子からの信号に基づいて前記光学系の収差情報を演算する収差演算部と、
前記マイクロレンズを透過した前記被写体からの光が入射した前記受光部からの信号により前記光学系の合焦状態を検出する焦点検出部と、
前記焦点検出部により検出した前記撮像光学系の合焦状態を、前記収差演算部により演算した前記撮像光学系の収差情報により補正する補正部と、
を備え
前記収差演算部は、前記撮像光学系の複数の絞り値に応じてそれぞれ間隔の異なる一対の光電変換素子を選択し、選択された光電変換素子からの信号に基づいて前記光学系の複数の絞り値に対応する収差情報を演算し、
前記収差演算部は、前記間隔の異なる一対の光電素子からの信号に基づいて演算された複数の絞り値の収差情報から、前記複数の絞り値と異なる絞り値の収差情報を演算する撮像装置。
A light receiving unit having a microlens to which light from a subject transmitted through the imaging optical system is incident;
A plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional shape on which the light from the subject transmitted through the microlens is incident;
A pair of photoelectric conversion elements having a predetermined interval symmetrical with respect to the photoelectric conversion element corresponding to the optical axis center of the micro lens is selected, and a signal from the selected photoelectric conversion element on which light from the subject is incident is selected. An aberration calculation unit that calculates aberration information of the optical system based on
A focus detection unit that detects an in-focus state of the optical system according to a signal from the light receiving unit on which light from the subject transmitted through the microlens is incident;
A correction unit that corrects the in-focus state of the imaging optical system detected by the focus detection unit using the aberration information of the imaging optical system calculated by the aberration calculation unit;
Equipped with
The aberration calculation unit selects a pair of photoelectric conversion elements having different intervals according to a plurality of aperture values of the imaging optical system, and a plurality of diaphragms of the optical system based on a signal from the selected photoelectric conversion element. Calculate aberration information corresponding to the value,
The imaging device calculates aberration information of an aperture value different from the plurality of aperture values from aberration information of a plurality of aperture values calculated based on signals from the pair of photoelectric elements different in distance .
請求項1に記載の撮像装置において、
前記収差演算部は、装着されている撮像光学系の開放絞り値に応じて、所定間隔の一対の光電変換素子を選択し、前記選択された光電変換素子からの信号に基づいて前記光学系の収差情報を演算する撮像装置。
In the imaging device according to claim 1 ,
The aberration calculation unit selects a pair of photoelectric conversion elements having a predetermined interval according to the open aperture value of the mounted imaging optical system, and the optical system of the optical system is selected based on a signal from the selected photoelectric conversion element. An imaging device that calculates aberration information.
請求項1又は2に記載の撮像装置において、
前記受光部は複数のマイクロレンズを有し、前記マイクロレンズ毎に二次元状に配列した複数の光電変換素子を備える撮像装置。
In the imaging device according to claim 1 or 2 ,
The image receiving device includes a plurality of microlenses, and the plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional manner for each of the microlenses.
請求項1からのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記マイクロレンズは、ハニカム状に配置された六角形のマイクロレンズである。
The imaging device according to any one of claims 1 to 3 .
The microlenses are hexagonal microlenses arranged in a honeycomb shape.
JP2016075595A 2016-04-05 2016-04-05 Imaging device Expired - Fee Related JP6424859B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016075595A JP6424859B2 (en) 2016-04-05 2016-04-05 Imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016075595A JP6424859B2 (en) 2016-04-05 2016-04-05 Imaging device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013223893A Division JP2014052651A (en) 2013-10-29 2013-10-29 Imaging device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018200148A Division JP2019049737A (en) 2018-10-24 2018-10-24 Focus detecting device and imaging device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2016153909A JP2016153909A (en) 2016-08-25
JP2016153909A5 JP2016153909A5 (en) 2016-12-08
JP6424859B2 true JP6424859B2 (en) 2018-11-21

Family

ID=56761191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016075595A Expired - Fee Related JP6424859B2 (en) 2016-04-05 2016-04-05 Imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6424859B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007033652A (en) * 2005-07-25 2007-02-08 Canon Inc Focus detector and imaging apparatus having the same
JP2008134413A (en) * 2006-11-28 2008-06-12 Sony Corp Imaging apparatus
JP4821674B2 (en) * 2007-03-28 2011-11-24 株式会社ニコン Focus detection apparatus and imaging apparatus
JP6019626B2 (en) * 2012-03-08 2016-11-02 株式会社ニコン Imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016153909A (en) 2016-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010001641A1 (en) Focal point detection device
JP2010085922A (en) Focus detector and imaging device
JP4984491B2 (en) Focus detection apparatus and optical system
JP5191168B2 (en) Focus detection apparatus and imaging apparatus
JP5617157B2 (en) Focus detection apparatus and imaging apparatus
JP4766133B2 (en) Imaging device
JP5211714B2 (en) Imaging device
JP2008209761A (en) Focus detecting device and imaging apparatus
JP5380857B2 (en) Focus detection apparatus and imaging apparatus
JP2009075407A (en) Imaging apparatus
JP2013015807A (en) Focus detector and imaging apparatus
JP6399140B2 (en) Imaging device
JP5891667B2 (en) Focus adjustment device and imaging device provided with the same
JP5891668B2 (en) Focus adjustment device and imaging device
JP6424859B2 (en) Imaging device
JP5272565B2 (en) Focus detection apparatus and imaging apparatus
JP2014194502A (en) Imaging apparatus and imaging system
JP2019049737A (en) Focus detecting device and imaging device
JP6056208B2 (en) Camera body and imaging device
JP5610005B2 (en) Imaging device
JP6183482B2 (en) Focus detection apparatus and imaging apparatus
JP2009081522A (en) Imaging apparatus
JP6047935B2 (en) Camera body and imaging device
JP2014052651A (en) Imaging device
JP6035728B2 (en) Focus adjustment device and imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161019

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170606

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170804

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170816

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180206

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180406

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180925

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181008

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6424859

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees