JPWO2020017654A1 - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
第2の態様によると、撮像装置は、光学系からの光を光電変換して蓄積した信号を出力する焦点検出画素を有し、前記光学系の光軸と交わる方向に移動する撮像素子と、前記光学系の光軸と交わる方向における前記撮像素子の位置を、前記蓄積の間に複数回検出し、複数の位置情報を出力する位置検出部と、前記焦点検出画素から出力された前記信号と前記位置情報とから、前記撮像素子上の複数の領域において前記光学系と前記撮像素子との合焦状態を検出する合焦状態検出部と、を有する。
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の一例であるカメラ1の構成例を示す図である。カメラ1は、カメラボディ2と交換レンズ3とから構成される。なお、本明細書では、カメラボディ2と交換レンズ3を有するカメラ1をカメラシステムとも呼ぶ。
また、撮像素子22は、振れ補正(ブレ補正)のために防振制御部28によって駆動移動され、光軸OA1と垂直な面(XY平面)に沿って移動する。
以上のように、防振制御部28は、振れ検出部26からの振れ信号、及び位置検出部27からの位置情報を共に用いて撮像素子22の移動量を決定し、決定した撮像素子22の移動量に基づいて撮像素子22の位置を制御する。
撮影光学系31が形成する被写体像の位置と、カメラボディ2の撮像素子22の撮像面22aの位置とのズレがデフォーカス量に対応する。
図3に示すように、1つの焦点検出領域100内には、第1の画素群行401、第2の画素群行402、第1の画素群行401、第3の画素群行403の4行が列方向にセットで配列され、この第1の画素群行401〜第3の画素群行403の4行セットが列方向に繰り返し並んで配置される。
図4(a)において、第1の焦点検出用画素11には、第1及び第2の光束61、62のうちの第2の光束62を遮光する左側遮光部43Lが設けられる。左側遮光部43Lは、カラーフィルタ51と光電変換部42との間に位置し、光電変換部42の上に設けられている。図4(a)に示すように、第1の焦点検出用画素11は左側遮光部43Lを設けているため、光電変換部42には、撮影光学系31の射出瞳のうちの第1の瞳領域を通過した第1の光束61のみが入射する。第1の焦点検出用画素11の光電変換部42は、第1の光束61を受光する。第1の焦点検出用画素11は、光電変換部42において第1の光束61を光電変換して電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に基づく第1の焦点検出用信号Sig1を出力する。なお左側遮光部43Lは光電変換部42の上ではなく、カラーフィルタ51と光電変換部42の中間の位置に設けてもよい。
Def=K×Δ …(1)
中央の焦点検出領域100aを例にとって説明すると、振れ補正により撮像素子22が移動し焦点検出領域100aが光軸OA1上に位置しない場合に、焦点検出領域100aが光軸OA1上に位置する場合を想定した換算係数Kの値をそのまま上述した像ずれ量Δをデフォーカス量Defに換算する換算式に用いると、算出されるデフォーカス量の精度が低下することになる。
時刻t9から時刻t10までの期間において、防振制御部28は、時刻t3から時刻t8までの間に△t間隔で発生する撮像素子22の位置情報(矢印A5〜A8の4つ)を、ボディ制御部210に出力する。ボディ制御部210は、すでに記憶されている4つの位置情報(矢印A1〜A4の4つ)に加えて、防振制御部28により出力された4つの位置情報(矢印A5〜A8の4つ)を、内部のメモリに記憶させる。
上述したように時刻t9から時刻t10までの期間において、防振制御部28は、4つの位置情報(矢印A5〜A8、図6(b)参照))を、ボディ制御部210に出力する。ボディ制御部210は、防振制御部28により出力された4つの位置情報を、内部のメモリに記憶させる。
時刻t11から時刻t16までの期間(図6(e)参照)において、焦点検出部214は、第(N+1)フレームにおける電荷蓄積処理によって焦点検出領域100dから出力される一対の焦点検出用信号、即ち、時刻t7から時刻t11までの期間に焦点検出領域100dの第1及び第2の焦点検出用画素において蓄積された電荷に基づく一対の信号列に対して相関演算処理を行う。
(1)撮像装置(カメラ1)は、光学系(撮影光学系31)の第1の領域を通過した第1の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第1信号を出力する第1画素(第1の焦点検出用画素11)と、第2の領域を通過した第2の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第2信号を出力する第2画素(第2の焦点検出用画素12)とを有する撮像部(撮像素子22)と、撮像部を移動し、撮像部の位置に関する位置情報を出力する移動制御部(防振制御部28)と、移動制御部により出力された位置情報と、撮像部により出力される第1信号および第2信号とに基づいて、光学系の合焦状態を検出する検出部(ボディ制御部210)と、を備える。本実施の形態では、カメラ1は、撮像素子22の位置情報と第1及び第2の焦点検出用信号を用いてデフォーカス量の算出を行う。このため、カメラ1は、撮像素子22の位置に応じてデフォーカス量の算出に用いる換算係数Kを変更して、焦点検出精度の低下を抑制することが可能となる。
上述した実施の形態では、焦点検出領域100において電荷蓄積が行われる期間の中心時刻に最も近い時刻に検出された1つの位置情報を選択して、換算係数Kを決定する例について説明した。しかし、焦点検出領域100において電荷蓄積が行われる期間内に検出された複数の位置情報を選択して、それぞれの位置情報を用いて換算係数Kを決定するようにしてもよい。
なお、焦点検出領域100において電荷蓄積が行われる期間内に検出された位置情報がない場合は、この期間に近い時刻に取得された位置情報を用いて、換算係数Kを決定するようにしてもよい。
上述した実施の形態では、本発明をローリングシャッタ方式の読み出し制御を行うカメラ1に適用する例について説明した。しかし、グローバルシャッタ方式の読み出し制御を行うカメラ1に適用できる。その場合には、撮像素子の全ての焦点検出領域について、同一の位置情報を用いて換算係数Kの決定を行うようにすればよい。
ボディ制御部210は、撮像素子22の電荷蓄積期間(シャッタースピードに相当する)に応じて、位置検出部27による撮像素子22の位置検出の周期を切り替えるようにしてもよい。ボディ制御部210は、電荷蓄積期間が短くなる程、位置検出部27による位置検出の間隔を短くすると良い。
上述した実施の形態および変形例では、撮像素子22の位置を移動することによって、振れ補正を行う例について説明した。しかし、撮影光学系31に像振れ補正レンズを搭載し、像振れ補正レンズの位置を調整することによって振れ補正を行うようにしてもよい。
ボディ制御部210は、撮像素子22の位置の制御および像振れ補正レンズの位置の制御の両方を行うようにしてもよいし、撮像素子22の位置の制御と像振れ補正レンズの位置の制御とを切り替え可能としてもよい。ユーザによる操作部25の操作等によって、カメラ1の振れに応じて撮像素子22の位置を調節するモードと、カメラ1の振れに応じて像振れ補正レンズの位置を調節するモードとを選択可能としてもよい。
上述した実施の形態および変形例では、撮像素子22の位置や像振れ補正レンズの位置に応じて、デフォーカス量の算出に用いる換算係数Kを変更する例について説明した。しかし、撮像素子22の位置や像振れ補正レンズの位置に応じて、デフォーカス量の補正を行うようにしてもよい。
また、撮像素子22の位置や像振れ補正レンズの位置に応じて、焦点検出に用いる焦点検出用画素対を切り替えるようにしてもよい。
上述した実施の形態では、撮像素子22に、原色系(RGB)のカラーフィルタを用いる場合について説明したが、補色系(CMY)のカラーフィルタを用いるようにしてもよい。
上述した実施の形態では、手振れに起因する像振れの補正が行われる場合について説明したが、像振れ補正および焦点検出に関する説明は、カメラ1に取り付けられた三脚に生じる振れに起因する像振れの補正が行われる場合にも当てはまるものである。
上述の実施の形態及び変形例で説明した撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、PCに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機(ドローン、ラジコン機等)に搭載されるカメラ等に適用してもよい。
日本国特願2018−137266号(2018年7月20日出願)
Claims (17)
- 光学系の第1の領域を通過した第1の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第1信号を出力する第1画素と、前記光学系の第2の領域を通過した第2の光束を光電変換して蓄積した電荷に基づく第2信号を出力する第2画素とを有する撮像部と、
前記撮像部を移動し、前記撮像部の位置に関する位置情報を出力する移動制御部と、
前記移動制御部により出力された前記位置情報と、前記撮像部により出力される前記第1信号および前記第2信号とに基づいて、前記光学系の合焦状態を検出する検出部と、
を備える撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記検出部は、前記第1信号と前記第2信号とに基づいて、前記第1の光束による像と前記第2の光束による像との像ずれ量を算出し、
前記位置情報に基づいて前記像ずれ量をデフォーカス量に変換する係数を決定し、前記決定した前記係数に基づいて前記像ずれ量をデフォーカス量に変換する撮像装置。 - 請求項2に記載の撮像装置において、
前記検出部は、前記移動制御部より出力された前記位置情報に基づいて、前記電荷の蓄積中の前記第1画素および前記第2画素の前記光学系の光軸からの距離情報を求め、前記距離情報に基づいて前記係数を決定する撮像装置 - 請求項2または請求項3に記載の撮像装置において、
前記撮像部の位置と前記係数との対応関係に関する情報を記憶する記憶部を有し、
前記検出部は、前記位置情報と、前記記憶部に記憶された前記対応関係に関する情報とに基づいて、前記係数を決定する撮像装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像部は、前記第1画素および前記第2画素を第1の方向に複数有し、
前記位置情報は、前記第1の方向の前記撮像部の位置に関する情報と、前記第1の方向とは異なる第2の方向の前記撮像部の位置に関する情報とを含む撮像装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記位置情報は、前記光学系の光軸に交差する面における前記撮像部の回転角に関する情報を含む撮像装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像部は、第1の期間において前記第1画素および前記第2画素にそれぞれ入射した光を受光して電荷を蓄積し、
前記検出部は、前記第1の期間に蓄積された電荷に基づく前記第1信号および前記第2信号と、前記第1の期間に取得された前記位置情報とに基づいて、前記光学系の合焦状態を検出する撮像装置。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像部は、前記第1画素および前記第2画素をそれぞれ有する第1領域および第2領域を有し、
第1の期間において前記第1領域内の前記第1画素および前記第2画素にそれぞれ入射した光を光電変換して電荷を蓄積し、前記第1の期間とは異なる第2の期間において前記第2領域内の前記第1画素および前記第2画素にそれぞれ入射した光を光電変換して電荷を蓄積し、
前記検出部は、前記第1領域の画素に蓄積された電荷に基づく前記第1信号および前記第2信号に基づいて合焦状態を検出する場合と、前記第2領域の画素に蓄積された電荷に基づく前記第1信号および前記第2信号に基づいて合焦状態を検出する場合とで、互いに異なる前記位置情報を選択して焦点検出を行う撮像装置。 - 請求項8に記載の撮像装置において、
前記検出部は、前記第1領域の前記第1画素および前記第2画素の前記第1信号および前記第2信号に基づいて合焦状態を検出する場合は、前記第1の期間に蓄積された電荷に基づく前記第1領域の前記第1画素および前記第2画素の前記第1信号および前記第2信号と、前記第1の期間内に取得された前記位置情報とに基づいて、前記光学系の合焦状態を検出し、
前記検出部は、前記第2領域の前記第1画素および前記第2画素の前記第1信号および前記第2信号に基づいて合焦状態を検出する場合は、前記第2の期間に蓄積された電荷に基づく前記第2領域の前記第1画素および前記第2画素の前記第1信号および前記第2信号と、前記第2の期間内に取得された前記位置情報とに基づいて、前記光学系の焦点検出を行う撮像装置。 - 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像装置の振れに関する振れ検出信号を入力する振れ信号入力部を有し、
前記移動制御部は、前記振れ信号入力部から入力された前記振れ検出信号に基づいて前記撮像部の位置を制御し、前記撮像装置の振れによる前記光学系による被写体像の像振れを補正する撮像装置。 - 光学系からの光を光電変換して蓄積した信号を出力する焦点検出画素を有し、前記光学系の光軸と交わる方向に移動する撮像素子と、
前記光学系の光軸と交わる方向における前記撮像素子の位置を、前記蓄積の間に複数回検出し、複数の位置情報を出力する位置検出部と、
前記焦点検出画素から出力された前記信号と前記位置情報とから、前記撮像素子上の複数の領域において前記光学系と前記撮像素子との合焦状態を検出する合焦状態検出部と、を有する撮像装置。 - 請求項11に記載の撮像装置において、
前記合焦状態検出部は、前記合焦状態を検出する前記領域の前記撮像素子上の位置に応じて、前記位置検出部から出力された前記複数の位置情報から選択した前記位置情報を用いて合焦状態を検出する撮像装置。 - 請求項12に記載の撮像装置において、
前記合焦状態検出部は、前記撮像素子上の第1の領域で合焦状態を検出する場合、前記位置検出部から出力された前記撮像素子の前記複数の位置情報のうち第1の位置情報を用い、前記撮像素子上の第2の領域で合焦状態を検出する場合、前記位置検出部から出力された前記撮像素子の前記複数の位置情報のうち第2の位置情報を用いる、撮像装置。 - 請求項13に記載の撮像装置において、
前記撮像素子上の前記第1の領域と前記第2の領域とは、前記撮像素子の短辺方向の位置が異なる、撮像装置。 - 請求項11から請求項14までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素は、第1レンズと、前記第1レンズに対して第1の位置に配置され前記第1レンズを通過した光を受光する光電変換部とを有する第1焦点検出画素と、第2レンズと、前記第2レンズに対して第2の位置に配置された前記第2レンズを通過した光を受光する光電変換部とを有する第2焦点検出画素と、を有し、
前記合焦状態検出部は、複数の前記第1焦点検出画素から出力された信号と複数の前記第2焦点検出画素から出力された信号とのずれ量から前記光学系の像の位置と前記撮像素子とのずれ量であるデフォーカス量を算出する、撮像装置。 - 請求項15に記載の撮像装置において、
前記合焦状態検出部は、前記ずれ量から前記デフォーカス量を算出するのに用いる係数を、前記位置情報により決定する撮像装置。 - 請求項11から請求項16までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
振れを検出する振れ検出部と、
前記振れ検出部で検出した振れにより前記撮像素子を移動させる駆動部と、
を有する撮像装置。
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