JP6592967B2 - 焦点検出装置および撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明による撮像装置は、前記焦点検出装置を備える。
(第一の実施形態)
図1および図2は、本発明の第一の実施形態による焦点検出装置を搭載した一眼レフカメラシステムの要部構成を説明する図である。図1および図2において、カメラ本体201に対して着脱可能に構成された撮影レンズ202が装着されている。
タイミング回路(TG)101は所定のタイミング信号を発生し、撮像素子102およびASIC103のそれぞれにタイミング信号を供給する。ASIC103には、撮像素子102から出力される信号(画像信号)が入力される。ASIC103は、入力された画像信号に所定の画像処理(ホワイトバランス調整などを含む)を施す。
撮影レンズ202には、レンズCPU214と、レンズ駆動機構212と、絞り駆動機構213とが設けられている。レンズCPU214は、カメラ本体201側のMPU106との間で通信を行う。レンズCPU214は、絞り値やレンズデータなどのレンズ情報をカメラ本体201側へ送信する一方、上記焦点調節レンズの移動量や駆動指示などのレンズ制御情報をカメラ本体201から取得する。
上述した一眼レフカメラシステムのAF制御部110が行う焦点検出演算について説明する。本実施形態では、瞳分割型位相差検出方式によって一対の光束による一対の像のズレ量(以下、ズレ量Sと呼ぶ)を検出する。
図4は、専用AF素子207を含む焦点検出光学系を説明する模式図である。図4において、焦点検出光学系は、視野マスク350と、フィールドレンズ300と、絞り開口401および402と、再結像レンズ501および502と、一対の光電変換素子アレイA,Bを含む。この焦点検出光学系により、一対の被写体像が一対の光電変換素子アレイA,B上に結像される。すなわち、フィールドレンズ300の後方に設けられた絞り開口401を通過した光束による像が、再結像レンズ501によって光電変換素子アレイA上に結像される。また、フィールドレンズ300の後方に設けられた絞り開口402を通過した光束による像が、再結像レンズ502によって光電変換素子アレイB上に結像される。
図4に示すように、光電変換素子アレイA,Bには、それぞれ複数の光電変換素子が配列されている。a系列の信号(A1,A2,…,An)は、複数の光電変換素子(A1,A2,…,An)からそれぞれ出力された信号から構成される。b系列の信号(B1,B2,…,Bn)は、複数の光電変換素子(B1,B2,…,Bn)からそれぞれ出力された信号から構成される。信号(A1,A2,…,An)および信号(B1,B2,…,Bn)が、焦点検出用の一対の像信号を構成する。
C(k) = Σ|a(n+k)−b(n)| …(1)
Σ演算はnについての累積演算を示し、その演算範囲はシフト量kに応じてa(n+k)、b(n)の像信号が存在する範囲に限定される。また、シフト量kは整数であり、光電変換素子アレイA,Bの素子の配列間隔を単位とした相対的な像ずらし量である。
D = {C(kj−1) − C(kj+1)}/2 …(2)
C(x) = C(kj) − |D| …(3)
x = kj + D/SLOP …(4)
SLOP = MAX{C(kj+1) − C(kj),C(kj−1) − C(kj)} …(5)
演算範囲は、a系列の信号およびb系列の信号の一部の範囲であってもよいし、フィルタ処理等の演算処理を施したa系列の信号およびb系列の信号の一部の範囲であってもよい。換言すれば、相関演算において、a系列の信号およびb系列の信号が相対的にシフトするシフト方向でもある。
df = S×K …(6)
図11は、MPU106が実行するカメラ処理の一例を説明するフローチャートである。MPU106は、例えば、メインスイッチオン時において図11による処理を繰り返し実行する。図11のステップS101において、MPU106は、操作部材109を構成するレリーズボタン(不図示)が半押し操作されたか否かを判定する。MPU106は、レリーズボタンの半押し操作信号が入力された場合に、ステップS101を肯定判定してステップS102へ進む。MPU106は、半押し操作信号が入力されない場合には、ステップS101を否定判定して半押し操作を待つ。
(1)焦点検出装置は、撮像光学系210を通過した一対の光束の一方を受光してa系列の信号を出力する光電変換素子アレイA、および一対の光束の他方を受光してb系列の信号を出力する光電変換素子アレイBを有する専用AF素子207と、a系列の信号およびb系列の信号をそれぞれ低周波数帯域に制限するAF制御部110と、a系列の信号およびb系列の信号をそれぞれ高周波数帯域に制限するAF制御部110と、低周波数帯域に制限されたa系列の信号およびb系列の信号を相対的にシフトしながら相関演算して、a系列の信号とb系列の信号との第1相関量の極値に対応する第1シフト量kp1を演算するAF制御部110と、高周波数帯域に制限されたa系列の信号およびb系列の信号を相対的にシフトしながら相関演算して、a系列の信号とb系列の信号との第2相関量の極値に対応する第2シフト量xを演算するAF制御部110と、第2相関量の極値が複数存在する場合に、複数の第2シフト量xのうち第1シフト量kp1と略一致するシフト量を、a系列の信号とb系列の信号とのズレ量Sとして検出するAF制御部110と、を備える。
これにより、位相差の誤検出を回避するという低周波数帯の一対の信号を用いるメリットと、細かいコントラストの位相差に基づき精度よくズレ量Sを検出するという高周波数帯の一対の信号を用いるメリットとを兼ね備えて、精度よくデフォーカス量を求めることができる。この焦点検出装置を備えるカメラは、焦点調節の精度が向上する。この焦点検出装置を備えるカメラは、写真を大きく引き伸ばした場合でもピントの合った像が保たれる、正確な焦点調節が可能となる。
第二の実施形態では、AF制御部110が、一対の信号のうち像ズレ検出演算処理に用いる信号の範囲(演算範囲)を、1回目の相関演算と2回目の相関演算とで異ならせる。
図12は、MPU106が実行するカメラ処理の一例を説明するフローチャートである。第一の実施形態のフローチャート(図11)と同様の処理については、同一のステップ番号を付して説明を省略し、図11のフローチャートに対して追加されたステップS104およびステップS107の処理を中心に説明する。MPU106は、例えば、メインスイッチオン時において図12による処理を繰り返し実行する。
(1)焦点検出装置は、撮像光学系210を通過した一対の光束の一方を受光してa系列の信号を出力する光電変換素子アレイA、および一対の光束の他方を受光してb系列の信号を出力する光電変換素子アレイBを有する専用AF素子207と、演算範囲71に含まれるa系列の信号とb系列の信号とを、範囲ΔWにおいて相対的にシフトしながら相関演算して、a系列の信号とb系列の信号との第1相関量の極値に対応する第1シフト量kp1を演算するAF制御部110と、演算範囲71の中にあって演算範囲71より狭い演算範囲72に含まれるa系列の信号とb系列の信号を、範囲ΔWより狭くて第1シフト量kp1を含む狭範囲Δdにおいて相対的にシフトしながら相関演算して、a系列の信号とb系列の信号との第2相関量の極値に対応する第2シフト量xを演算するAF制御部110と、第2相関量の極値が複数存在する場合に、複数の第2シフト量xのうち第1シフト量kp1と略一致するシフト量を、a系列の信号とb系列の信号とのズレ量Sとして検出するAF制御部110と、を備える。
これにより、演算範囲71より狭い演算範囲72に含まれるa系列の信号およびb系列の信号に対する相関演算は、第1シフト量kp1の近傍の狭範囲Δdでのみ行えばよいので、狭範囲Δdよりも広いΔWにおいて相関演算を行う場合と比べて、演算量を軽減することができる。この焦点検出装置を備えるカメラは、焦点調節に要する時間が短くなり、被写体に合焦するまでの時間が短くなる。
また、位相差の誤検出を回避するという広い演算範囲71の一対の信号を用いる場合のメリットと、近被写体と遠被写体のように、位相が違う被写体を分離して精度よくズレ量Sを検出するという狭い演算範囲72の一対の信号を用いる場合のメリットとを兼ね備えて、精度よくデフォーカス量を求めることができる。この焦点検出装置を備えるカメラは、焦点調節の精度が向上する。この焦点検出装置を備えるカメラは、写真を大きく引き伸ばした場合でもピントの合った像が保たれる、正確な焦点調節が可能となる。
(変形例1)
第一の実施形態において、予備のローパスフィルタ処理を行わせてもよい。予備のローパスフィルタ処理は、通常用いるローパスフィルタ処理よりも遮断周波数を低くする。これにより、変形例1は、通過周波数帯域が異なる3つのフィルタ処理(通常のローパスフィルタ処理、ハイパスフィルタ処理、予備のローパスフィルタ処理)を行う。
第二の実施形態において、図12のステップS108のハイパスフィルタ処理を省略してもよい。つまり、同じ周波数帯域の一対の信号を用いて像ズレ検出を行うとともに、像ズレ検出演算処理に用いる信号の範囲(演算範囲)を、1回目の相関演算と2回目の相関演算とで異ならせる。
第二の実施形態において、MPU106が、2回目の演算範囲72を1回目の演算範囲71の1/3に設定する(S107)ようにしたが、2回目の演算範囲72は1回目の演算範囲71の1/3に限らず、1/2でも1/5でもよい。また、MPU106は、検出したズレ量Sが所定値より大きい(すなわち、デフォーカス量が大きい)場合における演算範囲72を、検出したズレ量Sが所定値より小さい場合における演算範囲72より広くしてもよい。このように演算範囲72を可変にすることで、演算範囲72の範囲を適切に調節できる。
第一の実施形態、または第二の実施形態において、図13に例示するように、1回目の相関演算によって得られた相関量に複数の極値が存在し、これら複数の極値にそれぞれ対応して第1シフト量kp1、kp2が複数存在する場合において、複数の第1シフト量kp1、kp2の近傍の狭範囲Δdにおいて、それぞれ2回目以降の相関演算を行うようにしてもよい。このとき、AF制御部110は、複数の第1シフト量kp1、kp2の中から、例えば、より小さなデフォーカス量に対応する第1シフト量(例えばkp1)を選び、このkp1の近傍の狭範囲Δdにおいて、先に2回目の相関演算を行う。AF制御部110は、2回目の相関演算によって算出した第2シフト量x1が第1シフト量kp1と略一致した場合、第2シフト量x1をズレ量Sとした上で、他の第1シフト量kp2の近傍の狭範囲Δdにおいてする2回目の相関演算を省略する。
上述した説明では、ローパスフィルタ処理後の一対のa系列の信号およびb系列の信号に(フィルタ出力値P1(j) )を用いた相関演算(1回目の相関演算)を先に行い、ハイパスフィルタ処理後の一対のa系列の信号およびb系列の信号(フィルタ出力値P2(j) )を用いた相関演算(2回目の相関演算)を後に行った。2つの相関演算を同時に行ってもよい。相関演算を並列して行い、低周波数帯域の一対の信号(フィルタ出力値P1(j) )と高周波数帯域の一対の信号(フィルタ出力値P2(j) )とを用いて2つの相関量を算出してもよい。相関量が一致する極致を検出して、シフト量kを算出してもよい。
上述した説明では、一眼レフカメラシステムとしてデジタルカメラを例示したが、専用AF素子207による検出信号を用いて位相差方式の焦点検出処理を行う焦点検出装置を備えるものであれば、一眼レフタイプの銀塩カメラであってもよい。
上述した説明では、一眼レフタイプのデジタルカメラを例示したが、クイックリターンミラーを備えていない、ミラーレスタイプのデジタルカメラであってもよい。例えば特開2007−282107号公報に開示されるように、撮像用画素に加えて、焦点検出用の一対の光束を受光する焦点検出用画素を備えた撮像素子を用いることにより、いわゆる撮像面位相差方式の焦点検出処理を行う焦点検出装置を有するカメラであってもよい。
また、撮像用画素および焦点検出用画素を有する撮像素子を備えて上記撮像面位相差方式の焦点検出処理を行う焦点検出装置を、携帯型端末に搭載してもよい。携帯型端末は、高機能携帯電話機(いわゆるスマートフォン)、タブレット端末、ウェアラブル端末などの電子機器として構成することができる。
図14は、プログラムの供給を説明する図である。図11、図12を参照して説明したAF処理を実行するプログラムを、カメラや携帯型端末700に対して後から供給してもよい。携帯型端末700等へのプログラムの供給は、図14に例示するように、プログラムを格納したパーソナルコンピュータ705から赤外線通信や近距離無線通信、あるいは有線接続によって携帯型端末700へ送信することができる。
102…撮像素子
106…MPU
107…シャッター駆動機構
108…ミラー駆動機構
109…操作部材
110…AF制御部
201…カメラ本体
202…撮影レンズ
203…メインミラー
207…専用AF素子
210…撮像光学系
211…絞り
212…レンズ駆動機構
214…レンズCPU
A,B…光電変換素子アレイ
ΔW…1回目の相関演算のシフト範囲
Δd…2回目の相関演算のシフト範囲
Claims (9)
- 光学系を通過した第1の光束を受光して電荷を生成する第1光電変換部、および前記光学系を通過した第1の光束と異なる第2の光束を受光して電荷を生成する第2光電変換部を有し、前記第1光電変換部で生成された電荷に基づく第1信号、および前記第2光電変換部で生成された電荷に基づく第2信号を出力する撮像部と、
前記光学系により結像する像と前記撮像部とのずれ量を算出する算出部と、を備え、
前記算出部は、第1周波数帯域における前記第1信号および前記第2信号の第1相関量から前記第1相関量の極値に対応する第1シフト量と、前記第1周波数帯域より高い第2周波数帯域における前記第1信号および前記第2信号の第2相関量から前記第2相関量の極値に対応する第2シフト量とを算出し、前記第2相関量の極値が複数存在する場合に、複数の前記第2シフト量のうち前記第1シフト量と略一致するシフト量を前記ずれ量として算出する焦点検出装置。 - 請求項1に記載の焦点検出装置において、
前記算出部は、前記第1信号および前記第2信号の前記第1周波数帯域を用いた相関演算から前記第1相関量、および前記第1信号および前記第2信号の前記第2周波数帯域を用いた相関演算から前記第2相関量を算出する焦点検出装置。 - 請求項1または2に記載の焦点検出装置において、
前記算出部は、前記第1周波数帯域に制限された前記第1信号および前記第2信号を用いて相関演算を行うことで前記第1相関量を算出し、前記第2周波数帯域に制限された前記第1信号および前記第2信号を用いて相関演算を行うことで前記第2相関量を算出する焦点検出装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記算出部は、前記第1周波数帯域に制限された前記第1信号と前記第2信号とを所定範囲において相対的にシフトしながら相関演算を行い、前記第2周波数帯域に制限された前記第1信号と前記第2信号とを、前記所定範囲より狭くて前記第1シフト量を含む範囲において相対的にシフトしながら相関演算を行う焦点検出装置。 - 請求項4に記載の焦点検出装置において、
前記算出部は、前記第1相関量の極値が複数存在する場合に、複数の前記第1シフト量をそれぞれ含む複数の前記範囲において、それぞれ前記相関演算を行う焦点検出装置。 - 請求項5に記載の焦点検出装置において、
前記算出部は、前記第1相関量の極値が複数存在する場合に、より小さい前記第1シフト量を含む前記範囲について先に相関演算を行い、演算した前記第2シフト量が前記第1シフト量と略一致した場合、他の前記第1シフト量を含む前記範囲についての相関演算を省略する焦点検出装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記第1信号および前記第2信号を第1周波数帯域に制限する第1フィルタ部と、
前記第1信号および前記第2信号を前記第2周波数帯域に制限する第2フィルタ部とを有し、
前記第1フィルタ部は、前記第1相関量の極値が複数存在する場合に、前記第1周波数帯域をより低い周波数へ下げる焦点検出装置。 - 請求項7に記載の焦点検出装置において、
前記第1フィルタ部は、前記第1相関量の極値が1つになるまで前記第1周波数帯域をより低い周波数へ下げる焦点検出装置。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の焦点検出装置を備える撮像装置。
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