WO2020246346A1 - 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 Download PDF

Info

Publication number
WO2020246346A1
WO2020246346A1 PCT/JP2020/020992 JP2020020992W WO2020246346A1 WO 2020246346 A1 WO2020246346 A1 WO 2020246346A1 JP 2020020992 W JP2020020992 W JP 2020020992W WO 2020246346 A1 WO2020246346 A1 WO 2020246346A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
focus
lens
optical system
evaluation value
focus detection
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2020/020992
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
友美 高尾
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of WO2020246346A1 publication Critical patent/WO2020246346A1/ja
Priority to US17/540,481 priority Critical patent/US11825195B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/36—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals
    • G02B7/365—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals by analysis of the spatial frequency components of the image
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/09—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted for automatic focusing or varying magnification
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B19/00—Cameras
    • G03B19/02—Still-picture cameras
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • H04N23/673—Focus control based on electronic image sensor signals based on contrast or high frequency components of image signals, e.g. hill climbing method
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/75—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing optical camera components

Definitions

  • the present invention relates to a focus detection technique in an imaging device.
  • Patent Document 1 An optical system in which a reflection mirror is arranged on the same optical axis has been proposed as a photographic lens that is compact and realizes a long focal length (see Patent Document 1).
  • the photographing optical system disclosed in Patent Document 1 by reflecting light on the inner surface using a reflecting mirror, it is possible to obtain a long focal length and perform high-magnification imaging while having a small outer shape. Realizes the lens.
  • Patent Document 1 has the following problems.
  • MTF Modulation Transfer Function
  • OTF optical Transfer Function
  • MTF Modulation Transfer Function
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and improves the accuracy of focus detection in an imaging device using a photographing lens having a reflective optical system.
  • the imaging apparatus captures the subject image while performing a scanning operation of moving the image pickup element for capturing the subject image and the focus lens included in the photographing optical system along the optical axis of the photographing optical system.
  • a focus detection means that calculates a focus evaluation value indicating the degree of focus of a subject based on an image signal obtained by photoelectric conversion by an element and detects the position of a focus lens that maximizes the focus evaluation value.
  • the focal point detecting means is a method of calculating the focus evaluation value based on information on the shape of the reflected optical system when the photographing optical system includes a reflected optical system in which a part of a light beam is shielded. Alternatively, it is characterized in that a control method of the focus lens in the scanning operation is set.
  • the accompanying drawings are included in the specification and are used to form a part thereof, show embodiments of the present invention, and explain the principles of the present invention together with the description thereof.
  • the block diagram of the catadioptric system. The figure explaining the pupil function.
  • the figure explaining MTF The figure explaining MTF.
  • the figure explaining MTF The figure explaining the correspondence between the diameter of a reflective optical system and an F value.
  • a flowchart illustrating the focus detection motion The figure explaining the focus detection area.
  • the figure explaining the focus detection evaluation value The figure explaining the change of the focus detection evaluation value by the focus detection band.
  • the figure explaining the frequency band of a digital filter The figure explaining the correspondence of MTF and a digital filter.
  • the figure explaining the focus detection evaluation value in various MTFs and a focus detection band The figure explaining the setting of the focus detection frequency.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing the configuration of an interchangeable lens digital camera system 200 according to an embodiment of the image pickup apparatus of the present invention.
  • the digital camera system 200 includes a camera body 100 and, for example, a photographing lens 500 and a photographing lens 600 which are interchangeably attached to the camera body 100.
  • FIG. 1A shows a state in which a photographing lens 600 having a catadioptric system is attached to the camera body 100
  • FIG. 1B shows a normal (not having a catadioptric system) photographing lens 500 attached to the camera body 100. It shows the state.
  • the photographic lens 500 and the photographic lens 600 have different lens types and are interchangeably attached to the camera body 100.
  • the luminous flux transmitted through each lens group in the photographing lens 500 (or 600) is guided to the image sensor 101 that receives the subject image and performs photoelectric conversion.
  • the image pickup device 101 is configured to include pixel portions arranged in a matrix for converting a subject image into an electric signal.
  • the pixel signal obtained by converting the subject image into an electric signal by the image sensor 101 is subjected to various correction processes for obtaining an image signal and a focus detection signal in the camera CPU 104, and to a live view image, a recorded image, and an EVF image. Processing for conversion is performed. In the present embodiment, these processes and the like are performed by the camera CPU 104, but these processes and the like may be performed by providing a dedicated circuit.
  • the operation member 105 is various members for setting the shooting mode and shooting conditions (F value, ISO sensitivity, exposure time, etc.) of the camera.
  • the storage medium 106 is a flash memory and is a medium for recording captured still images and moving images.
  • the display in the viewfinder 107 includes a small and high-definition display 109 such as an organic EL display and a liquid crystal display, and an eyepiece lens 108.
  • the external display 110 comprises an organic EL display or a liquid crystal display having a screen size suitable for naked eye viewing.
  • Various information such as the setting state of the camera body 100, the live view image, and the captured image are displayed on the display in the viewfinder 107 and the external display 110.
  • the focal plane shutter 111 is arranged in front of the image sensor 101.
  • the shutter drive unit 112 is, for example, a motor, and controls the exposure time when capturing a still image by driving and controlling the blades of the shutter.
  • the camera-side communication terminal 113 is provided on the camera mount portion for mounting the photographing lens 500 (or 600). By connecting the camera-side communication terminal 113 and the lens-side communication terminal 508 provided on the lens mount portion, communication between the camera CPU 104 and the lens CPU 507 described later becomes possible.
  • the camera CPU 104 is connected to a non-volatile memory 115 made of a ROM or the like and a volatile memory 116 made of a RAM or the like.
  • the camera CPU 104 controls the entire digital camera system 200 by expanding and executing a program stored in the non-volatile memory 115 in the volatile memory 116.
  • the non-volatile memory 115 also stores various information for operations other than the program, information on the characteristics of a plurality of types of photographing lenses, and the like.
  • the photographing lens 500 (or 600) is removable from the camera body 100
  • FIG. 1A shows the photographing lens 600 having a reflective optical system
  • FIG. 1B shows the photographing lens 500 which is a zoom lens having a variable focal length. It is shown.
  • the type of lens attached to the camera body 100 does not matter.
  • the luminous flux from the subject passes through the first lens group 501 or 601, the second lens group 502 (only in FIG. 1B), and the third lens group 503, and is formed as a subject image on the image pickup surface of the image sensor 101 in the camera body 100. Be imaged.
  • the first lens group 601 is a lens group having a reflective optical system, which is a feature of the present embodiment. The detailed configuration will be described later.
  • the second lens group 502 functions as a variator (magnification lens) that advances and retreats in the optical axis direction to change the magnification.
  • the third lens group 503 functions as a focus lens that advances and retreats in the optical axis direction to adjust the focus.
  • the third lens group 503 is driven by a focus drive unit 504 using a stepping motor or the like.
  • the diaphragm 505 which exists only in FIG. 1B, is composed of a plurality of diaphragm blades for adjusting the amount of light incident on the photographing lens.
  • the diaphragm drive unit 506 throttles and drives the diaphragm blades until a predetermined shooting F value is reached.
  • a diaphragm mechanism including a diaphragm and a diaphragm drive unit since it is difficult to install a diaphragm mechanism including a diaphragm and a diaphragm drive unit, it does not exist and is basically used only at an open F value.
  • the lens CPU 507 communicates with the camera CPU 104 via the lens-side communication terminal 508 and the camera-side communication terminal 113 to transmit and receive various information, and drives the focus drive unit 504 and the aperture drive unit 506 based on a command from the camera CPU 104. Control.
  • a non-volatile memory 510 made of a ROM or the like and a volatile memory 511 made of a RAM or the like are connected to the lens CPU 507.
  • the lens CPU 507 controls the entire photographing lens 500 (or 600) by expanding the program stored in the non-volatile memory 510 into the volatile memory 511 and executing the program.
  • the non-volatile memory 510 also stores identification numbers and optical information unique to the photographing lens other than the program.
  • the zoom range and open F value of the shooting lens 500 are designed according to the shooting intention, but the shooting lens 600 having a catadioptric system basically does not have a zoom lens or a shooting aperture control mechanism.
  • the reflective optical system in the first lens group 601 shown in FIG. 1A will be described with reference to FIG.
  • the solid line on the left shows the subject 604, and the dotted line shows the light beam emitted from one point of the subject 604.
  • the light emitted from the subject 604 is collected through the lens 601A and reflected by the lens 601B. Further, the light reflected and refracted by the lens 601C passes through the lens 601B, the lens 601E, and the focus lens 503 described above, and then is imaged on the image pickup surface of the image pickup device 101.
  • the lens 601B is a reflective lens that reverses and reflects light in the optical path in FIG.
  • the light-shielding portion 601D is attached to the lens 601C on the surface opposite to the optical path (the surface on the subject side). In this way, by folding back the optical path in the lens, it is possible to realize a lens having a long focal length while having a small outer shape.
  • 3A to 3C are diagrams for explaining the pupil function showing the lens performance of the photographing optical system in the present embodiment.
  • the pupil function is a light intensity distribution on the aperture surface at the exit pupil distance of the lens.
  • the black part in the figure shows the shaded state with an aperture ratio of 0%
  • the white part in the figure shows the opening state with an aperture ratio of 100%.
  • the open pupil shape (white portion in FIG. 3A) becomes a perfect circle as shown in FIG. 3A.
  • the opening diameter D1 of the pupil function is large as shown in FIG. 3A, and when the F value is large (narrowed down state), FIG. As in 3B, the opening diameter D2 of the pupil function becomes smaller.
  • the exit pupil distance z is a value peculiar to the lens, and once the photographing F value is determined, the size of the diameter D of the opening on the exit pupil surface is uniquely determined. Since the light beam is blocked by the light-shielding portion 601D, the aperture shape of the pupil function of the photographing lens 600 in the present embodiment is a donut shape as shown in FIG. 3C even in a state without aberration.
  • the outer diameter of the donut-shaped opening of the pupil function of FIG. 3C is shown as the outer diameter DG, and the inner diameter is shown as the inner diameter DN.
  • the sizes of the outer diameter DG and the inner diameter DN are also uniquely determined if the exit pupil distance of the photographing lens, the photographing F value, and the diameter of the light-shielding portion 601D are determined.
  • the MTF indicating the resolving power of the photographing lens is represented by the absolute value of OTF, which is the autocorrelation of the pupil function.
  • the MTF characteristic diagrams corresponding to the pupil functions of FIGS. 3A to 3C are shown in FIGS. 4A to 4C.
  • the larger the opening diameter D the higher the value of MTF, which is the vertical axis of FIGS. 4A to 4C.
  • a large value on the vertical axis is synonymous with a high resolution of the lens. Since the horizontal axis is the frequency, there is a more remarkable difference in the resolving power in the high frequency band between FIGS. 4A and 4B.
  • the frequency at which the MTF drops to 0 (lens resolution limit) is called the cutoff frequency, and is shown by COfq1 and COfq2 in FIGS. 4A and 4B.
  • the cutoff frequency can be obtained by the above formula, but in an actual shooting optical system, the shooting aperture is often different from the circular shape, and the shooting conditions (aberration, imaging surface).
  • the MTF changes in a complicated manner depending on the above coordinates x, y, etc.).
  • the MTF characteristic diagram MTF3 as shown in FIG. 4C is shown.
  • the pupil function has a special shape, but the outer diameter and inner diameter size DG and DN on the exit pupil surface are the diameter of the light-shielding portion 601D shown in FIG. Since the value is determined by design from the open F value and the open F value, the MTF, which is the lens performance, can be predicted as shown in FIG. 4C.
  • the photographing lens 600 is non-volatile with the values of parameters appropriately selected from the inner diameter size DN, the outer diameter size DG, the pupil function P, the lens exit pupil distance LPO, the lens MTF, and the like. It is held in the memory 510. Then, information regarding the shape of the reflected optical system of the lens is communicated to the camera body 100 via the lens-side communication terminal 508 and the camera-side communication terminal 113. Further, as shown in FIG. 5, information on the F value corresponding to the diameter may be communicated as a value instead of the inner diameter size DN and the outer diameter size DG.
  • the focus detection operation in this embodiment will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
  • the focus detection operation is performed by a method generally called contrast AF (autofocus).
  • the focus detection area is set.
  • the captured image as shown in FIG. 7 is obtained by the camera CPU 104
  • a face near the center of the screen is detected as the main subject, and the focus detection area 10 is set.
  • the size and position coordinates (x, y) of the focus detection area 10 may be arbitrarily set by the photographer, and when the photographed image includes a face as shown in FIG. 7, the face is detected. It may be set automatically by a function or the like.
  • step S2 an AF scan operation is performed.
  • the focus detection evaluation value indicating the degree of focus is calculated at the lens drive number n and the step interval i set in step S11.
  • the AF scan operation performed in step S2 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. 6B.
  • the number of lens drives n and the step interval i are set in step S11.
  • contrast AF the focus evaluation value is acquired while moving the focus lens in the optical axis direction, and the focus lens 503 is stopped when the focus evaluation value reaches the maximum (the contrast of the subject is the maximum), so that the focus is achieved. Get an image. Therefore, the number of times the focus lens is driven and the step interval i should be set within a range in which the maximum value of contrast can be obtained.
  • the focus lens position z is changed as shown by the horizontal axis of FIG. 8, the contrast curve Curve is acquired as shown by the Ccurv of FIG. 8, and the focus evaluation value Eval (n) at each focus lens position is obtained. Is obtained.
  • the following methods are also well-known methods. First, as shown in FIG.
  • the camera CPU 104 provides information on the shape of the catadioptric system according to the shooting conditions (zoom, focus, F value, image height) to the non-volatile memory 510 of the shooting lens 600 or the non-volatile memory of the camera body 100. Acquired from the sex memory 115. As described above, the content of the information is appropriately selected from the inner diameter size DN, the outer diameter size DG, the pupil function P, the lens exit pupil distance LPO, the lens MTF, the information of the F value corresponding to the diameter, and the like. .. The camera CPU 104 acquires such information from the above-mentioned non-volatile memory 510 or 115 by communication with the photographing lens 600 or by communication with the inside of the camera body 100.
  • the focus detection frequency is set.
  • the focus detection frequency band of the digital filter is set.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the frequency band of the digital filter.
  • the horizontal axis of FIG. 10 shows the frequency
  • the vertical axis shows the gain
  • the solid line Filter 1 has a center frequency fq1.
  • Filter 2 and Filter 3 have a higher frequency band than Filter 1, and their center frequencies are fq2 and fq3, respectively.
  • the higher the frequency band the steeper the contrast evaluation value. Therefore, assuming that the focus evaluation value obtained when the filter process having the frequency characteristic such as Filter 1 is applied is the contrast curve Curve1 in FIG. 9, it is obtained when the filter process having the frequency characteristic such as Filter 3 is applied.
  • the focus evaluation value is like the contrast curve Ccurv3, which is steeper than the contrast curve Ccurv1. This is because even with the same amount of blur (focus lens drive amount), the amount of lens MTF having a high frequency component is relatively larger than that of a low frequency component.
  • the focus lens In focus detection by contrast AF, the focus lens is generally driven to the place where the focus evaluation value Eval is maximized, so the shape of the contrast curve Curve also greatly affects the focus detection accuracy.
  • the focus detection frequency set in step S13 is a high frequency range.
  • the contrast curve Curve is a value determined by the product of the focus detection frequency and the MTF of the lens.
  • the characteristics are different.
  • the MTF gain in the defocused state is lower than that in the MTF at the time of focusing, and the MTF value generally becomes relatively lower as the defocus increases.
  • the focus evaluation value Eval obtained by applying the digital filter Filter1 is almost the same in MTF2 and MTF3, and is Ccurv1. Since the output of MTF1 is higher than that of MTF2 and MTF3, the focus evaluation value is also large as in Ccurv1-1. Similarly, the focus evaluation value Eval obtained by applying the digital filter Filter2 is Ccurv2-1 for MTF1, Ccurv2 for MTF2, and Ccurv2-2 for MTF3, which are different from each other. The focus evaluation value Eval obtained by applying the digital filter Filter 3 is almost the same in MTF1 and MTF3 and is Ccurv3. In MTF2, since the gain of MTF is 0, the focus evaluation value cannot be obtained (not shown).
  • the MTF is a known value depending on the configuration of the photographing optical system, a desired contrast curve Ccurv can be obtained by appropriately setting the focus evaluation band of the digital filter in advance when performing contrast AF.
  • the focus detection frequency is set in consideration of the fact that the MTF shows a change such as the shape of the MTF3. There is a need to.
  • the photographing lens 600 having the reflection optical system of the present embodiment
  • the table shown by the thick frame in FIG. That is, at the time of rough scanning, the same Filter 1 as F4.0 corresponding to the inner / outer diameter difference F4 may be selected, and at the time of dense scanning, the same Filter 3 as F2.0 corresponding to the outer diameter F2 may be selected.
  • step S13 the signal processing method for obtaining the focus evaluation value is switched according to the information regarding the shape of the reflection optical system of the photographing lens 600.
  • the step interval i may be set according to the information regarding the shape of the reflection optical system of the photographing lens 600.
  • the low-pass filter 4 as shown in FIG. 14 is applied to the MTF 3 of the photographing lens 600, the characteristics are the same as those of the MTF 2, so that the MTF 3 can be treated as the same characteristics as the F4.0 of the normal lens.
  • step S14 the focus lens 503 is driven along the optical axis by the movement interval of one step of AF scan. Then, in step S15, the variable k indicating the number of times the focus lens 503 is driven is set to 1.
  • step S16 the focus evaluation value Eval is calculated.
  • the focus evaluation value Eval at each focus lens position z is obtained by convolving the digital filter shown in step S13 with respect to the focus detection region set in step S1.
  • Filter 1 set in step S13 has a filter tap (TAP1, TAP2, TAP3) and the pixel value gaso (x, y) in the focus detection region is the array shown in FIG. 15, a digital filter
  • the number of taps (here, 3) of (TAP1, TAP2, TAP3) may be set according to the focus detection frequency described above in step S13. If the largest absolute value is calculated among the pixel values of f (x, y) after the filter calculation, for example, the focus detection evaluation value Eval can be obtained.
  • the method of calculating the focus evaluation value described here is an example, and the digital filter may be two-dimensional, or the focus evaluation value for each line may be obtained. Further, the focus evaluation value Eval may be obtained by applying the digital filter gain of FIG. 10 after performing the Fourier transform of the image signal or the like, and the method does not matter as long as the focus evaluation value Eval indicating the contrast in the image can be shown. .. Further, the band of the digital filter may be set as the recording frequency changes depending on the addition state of the image signal (for still image, live view display, moving image, etc.).
  • step S17 it is determined whether or not the variable k has reached the lens drive count n set in step S11. If the variable k has reached the number of times the lens has been driven n, the process proceeds to step S20 to end the AF scan operation, and if not, the process proceeds to step S18 to drive the focus lens 503 for one step of the AF scan.
  • step S19 the variable k is incremented and the process returns to step S15. Then, the operations of steps S15 to S18 are repeated for the number of lens driving times n set in step S11.
  • steps S13 to S19 are repeated twice, one for the coarse scan and the other for the dense scan.
  • step S3 the peak position calculation is performed from the focus evaluation value Eval obtained in step S16.
  • the focus lens position P which is the peak position of the focus evaluation value, is calculated by interpolation using the focus evaluation value Eval near the maximum value of the focus evaluation value, the step interval, and the focus lens position z.
  • the method of interpolation calculation may be linear interpolation, or the maximum value may be obtained by high-order approximation from the obtained discrete focus evaluation value Eval.
  • step S4 focusing determination (focusing state determination) of the peak position of each focus detection region is performed, and the process proceeds to step S5.
  • it is determined whether or not there is a maximum value of the AF evaluation value with respect to the focus lens position, and the focus lens position when the maximum value exists is calculated.
  • the reliability of the change curve of the AF evaluation value near the maximum value is evaluated. In this reliability evaluation, it is determined whether the obtained AF evaluation value has a maximum value because the optical image of the subject is imaged on the image sensor 101, or a maximum value due to other disturbances.
  • a method as described in FIGS. 10 to 13 of JP2010-07880A may be used. That is, whether or not the AF evaluation value indicating the in-focus state has a mountain shape, the difference between the maximum value and the minimum value of the focus evaluation value, and the length of the portion inclined with an inclination of a certain value (SlopeThr) or more. , And the slope of the sloped part. As a result, the focusing determination can be performed. If the in-focus determination is NG, the out-of-focus display is displayed in the in-focus display in step S6, or the AF scan operation in step S2 is repeated.
  • step S5 the focus lens 503 is driven in the optical axis direction up to the focus lens position P obtained in step S3.
  • step S6 the focus is displayed.
  • the focus determination is OK in step S4
  • the user is notified of the end of the focus detection operation by displaying the focus in the focus detection area of FIG. 7 (for example, displaying the frame in green).
  • the in-focus determination is NG in step S4
  • the user is notified of the end of the focus detection operation by displaying the out-of-focus display (for example, displaying the frame in red) in the focus detection area of FIG.
  • the above operation is performed to complete the focus adjustment operation.
  • the present invention also supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device read the program. It can also be realized by the processing to be executed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
  • a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device read the program. It can also be realized by the processing to be executed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
  • ASIC application specific integrated circuit

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Cameras In General (AREA)

Abstract

本発明は、反射光学系を有する撮影レンズを用いた撮像装置において、焦点検出の精度を向上させる。撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子と、撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを撮影光学系の光軸に沿って移動させるスキャン動作を行いながら、被写体像を撮像素子により光電変換して得られた画像信号に基づいて、被写体の合焦度を示す焦点評価値を算出し、焦点評価値が最大になるフォーカスレンズの位置を検出する焦点検出部と、を備え、焦点検出部は、撮影光学系が、光束の一部が遮光される反射光学系を含む場合に、反射光学系の形状に関する情報に基づいて、焦点評価値の算出方法、または、スキャン動作におけるフォーカスレンズの制御方法を設定する。

Description

撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体
　本発明は、撮像装置における焦点検出技術に関するものである。
　近年、小型で長焦点距離を実現する撮影レンズとして、同一の光軸上に反射ミラーを配置した光学システムが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されている撮影光学系では、反射ミラーを用いて光を内面反射させることにより、外形が小型でありながら、長焦点距離を可能とし、高倍率の撮像を行うことができる撮影レンズを実現している。
特開２００４－８５７２５号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されている撮像装置においては、下記のような問題点があった。
　特許文献１のような撮影光学系においては、内面反射される反射光学系が存在することにより、撮影レンズの解像力を示す光学伝達関数ＯＴＦ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の絶対値であるＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の焦点位置に応じた変化が通常の撮影レンズの変化とは異なる。そのため、通常の撮影レンズと同じ焦点検出制御では焦点検出精度が低下する。
　本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、反射光学系を有する撮影レンズを用いた撮像装置において、焦点検出の精度を向上させる。
　本発明に係わる撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子と、撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを前記撮影光学系の光軸に沿って移動させるスキャン動作を行いながら、前記被写体像を前記撮像素子により光電変換して得られた画像信号に基づいて、被写体の合焦度を示す焦点評価値を算出し、該焦点評価値が最大になるフォーカスレンズの位置を検出する焦点検出手段と、を備え、前記焦点検出手段は、前記撮影光学系が、光束の一部が遮光される反射光学系を含む場合に、前記反射光学系の形状に関する情報に基づいて、前記焦点評価値の算出方法、または、前記スキャン動作における前記フォーカスレンズの制御方法を設定することを特徴とする。
　本発明によれば、反射光学系を有する撮影レンズを用いた撮像装置において、焦点検出の精度を向上させることが可能となる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の撮像装置の一実施形態であるレンズ交換式のデジタルカメラシステムの構成を示す図。 本発明の撮像装置の一実施形態であるレンズ交換式のデジタルカメラシステムの構成を示す図。 反射光学系の構成図。 瞳関数を説明する図。 瞳関数を説明する図。 瞳関数を説明する図。 ＭＴＦを説明する図。 ＭＴＦを説明する図。 ＭＴＦを説明する図。 反射光学系の径とＦ値の対応を説明する図。 焦点検出動を説明するフローチャート。 焦点検出動を説明するフローチャート。 焦点検出領域を説明する図。 焦点検出評価値を説明する図。 焦点検出帯域による焦点検出評価値の変化を説明する図。 デジタルフィルタの周波数帯域を説明する図。 ＭＴＦとデジタルフィルタの対応を説明する図。 種々のＭＴＦと焦点検出帯域での焦点検出評価値を説明する図。 焦点検出周波数の設定を説明する図。 ＭＴＦとデジタルフィルタの帯域の関係を説明する図。 焦点検出領域の画素信号を説明する図。
　以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
　（撮像装置の構成）
　図１Ａ、１Ｂは、本発明の撮像装置の一実施形態であるレンズ交換式のデジタルカメラシステム２００の構成を示す図である。デジタルカメラシステム２００は、カメラ本体１００と、カメラ本体１００に交換可能に装着される、例えば撮影レンズ５００、撮影レンズ６００を有して構成される。図１Ａは、カメラ本体１００に反射光学系を有する撮影レンズ６００が装着された状態を示し、図１Ｂは、カメラ本体１００に通常の（反射光学系を有さない）撮影レンズ５００が装着された状態を示している。
　撮影レンズ５００、撮影レンズ６００は、レンズの種別が異なり、カメラ本体１００に対して交換可能に装着される。撮影レンズ５００（または６００）内の各レンズ群を透過した光束は、被写体像を受光して光電変換する撮像素子１０１へと導かれる。撮像素子１０１は、被写体像を電気信号に変換するマトリクス状に配置された画素部を備えて構成される。撮像素子１０１で被写体像を電気信号に変換して得られた画素信号には、カメラＣＰＵ１０４において、画像信号や焦点検出信号を得るための各種補正処理や、ライブビュー画像や記録画像やＥＶＦ画像へ変換するための処理等が施される。なお、本実施形態においては、これらの処理等をカメラＣＰＵ１０４で行っているが、これらの処理等は専用の回路を設けてその回路で行ってもよい。
　操作部材１０５は、カメラの撮影モードや撮影条件（Ｆ値、ＩＳＯ感度、露光時間など）を設定するための各種部材である。記憶媒体１０６は、フラッシュメモリであり、撮影した静止画や動画を記録するための媒体である。ファインダ内表示器１０７は、有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイ等の小型で高精細なディスプレイ１０９と、接眼レンズ１０８とを備えて構成される。外部表示器１１０は、裸眼視に適した画面サイズの有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイからなる。カメラ本体１００の設定状態、ライブビュー画像、撮影済み画像等の各種情報は、ファインダ内表示器１０７や外部表示器１１０に表示される。
　フォーカルプレンシャッタ１１１は撮像素子１０１の前面に配置されている。シャッタ駆動部１１２は例えばモーターであり、シャッタの羽根を駆動制御することにより、静止画を撮像する際の露光時間を制御する。カメラ側通信端子１１３は、撮影レンズ５００（または６００）を装着するためのカメラマウント部に設けられている。カメラ側通信端子１１３とレンズマウント部に設けられたレンズ側通信端子５０８とが接続されることにより、カメラＣＰＵ１０４と後述のレンズＣＰＵ５０７との間の通信が可能となる。
　カメラＣＰＵ１０４には、ＲＯＭなどからなる不揮発性メモリ１１５と、ＲＡＭなどからなる揮発性メモリ１１６が接続されている。カメラＣＰＵ１０４は、不揮発性メモリ１１５に格納されたプログラムを揮発性メモリ１１６に展開して実行することにより、デジタルカメラシステム２００全体を制御する。なお、不揮発性メモリ１１５には、プログラム以外の動作用の各種情報や、複数種類の撮影レンズの特性についての情報なども記憶されている。
　撮影レンズ５００（または６００）は、カメラ本体１００に対して着脱可能であり、図１Ａでは反射光学系を有する撮影レンズ６００が示され、図１Ｂでは焦点距離が可変なズームレンズである撮影レンズ５００が示されている。カメラ本体１００に装着されるレンズの種類は問わない。
　被写体からの光束は、第１レンズ群５０１または６０１、第２レンズ群５０２（図１Ｂのみ）、第３レンズ群５０３を透過し、カメラ本体１００内の撮像素子１０１の撮像面に被写体像として結像される。第１レンズ群６０１は、本実施形態の特徴である反射光学系を有するレンズ群である。詳細な構成については後述する。
　第２レンズ群５０２は、光軸方向に進退して変倍を行なうバリエータ（変倍レンズ）として機能する。第３レンズ群５０３は光軸方向に進退して焦点調節を行なうフォーカスレンズとして機能する。第３レンズ群５０３は、ステッピングモーターなどを用いたフォーカス駆動部５０４によって駆動される。
　図１Ｂのみに存在している絞り５０５は、撮影レンズに入射する光量を調節するための複数の絞り羽根で構成されている。絞り駆動部５０６は絞り羽根を所定の撮影Ｆ値になるまで絞り込み駆動する。図１Ａの反射光学系においては、絞りと絞り駆動部とからなる絞り機構を設置することが困難であるため、存在しておらず、基本的には開放Ｆ値でのみ使用される。レンズＣＰＵ５０７は、レンズ側通信端子５０８及びカメラ側通信端子１１３を介してカメラＣＰＵ１０４と通信し、各種情報を送受信するとともに、カメラＣＰＵ１０４からの指令に基づいてフォーカス駆動部５０４や絞り駆動部５０６を駆動制御する。
　レンズＣＰＵ５０７には、ＲＯＭなどからなる不揮発性メモリ５１０と、ＲＡＭなどからなる揮発性メモリ５１１が接続されている。レンズＣＰＵ５０７は、不揮発性メモリ５１０に格納されたプログラムを揮発性メモリ５１１に展開して実行することにより、撮影レンズ５００（または６００）全体を制御する。なお、不揮発性メモリ５１０には、プログラム以外の撮影レンズ固有の識別番号や光学情報なども記憶されている。
　撮影レンズ５００のズームレンジや開放Ｆ値は撮影意図に応じて設計されるが、反射光学系を有する撮影レンズ６００は、基本的にはズームレンズや撮影絞りの制御機構は有さない。
　次に、図２を用いて、図１Ａで示した第１レンズ群６０１内の反射光学系について説明する。図２において、左の実線は被写体６０４を示しており、点線は被写体６０４の一点から出射された光線を示す。被写体６０４から出射された光はレンズ６０１Ａを通って集光され、レンズ６０１Ｂで反射される。さらに、レンズ６０１Ｃで反射、屈折された光はレンズ６０１Ｂを通り、レンズ６０１Ｅを通過し、前述のフォーカスレンズ５０３を通過した後、撮像素子１０１の撮像面に結像される。レンズ６０１Ｂは、図２中の光路内で光を逆行させ反射させるような反射レンズである。また、レンズ６０１Ｃには、光路とは反対面（被写体側の面）に遮光部６０１Ｄが取り付けられる。このように、レンズ中で光路を折り返すことにより外形が小型でありながら、長焦点距離のレンズを実現することができる。
　図３Ａ～３Ｃは、本実施形態における撮影光学系のレンズ性能を示す瞳関数を説明する図である。瞳関数とは、レンズの射出瞳距離での開口面における光強度分布である。図の黒塗りの部分は開口率０％の遮光されている状態を示し、図の白色の部分は開口率１００％の開口状態を示す。撮影レンズに収差が存在せず、絞り形状も理想的な円形である理想状態であったとすると、図３Ａのように開口瞳形状（図３Ａの白色の部分）は完全な円形となる。
　撮影Ｆ値との対応を考えると、Ｆ値が小さい（開放Ｆ値に近い）状態では、図３Ａのように瞳関数の開口部径Ｄ１が大きく、Ｆ値が大きい（絞り込み状態）では、図３Ｂのように瞳関数の開口部径Ｄ２が小さくなる。射出瞳距離ｚはレンズ固有の値であり、撮影Ｆ値が決まれば、射出瞳面上の開口部の直径Ｄの大きさは一意に決定される。本実施形態における撮影レンズ６００の瞳関数の開口形状は、遮光部６０１Ｄで光線が遮断されることから、収差のない状態であっても図３Ｃのように、ドーナツ形状となる。図３Ｃの瞳関数のドーナツ形状の開口部における外側直径を外径ＤＧ、内側直径を内径ＤＮと示す。外径ＤＧ、内径ＤＮの大きさも、撮影レンズの射出瞳距離、撮影Ｆ値、遮光部６０１Ｄの径が決定されれば、一意に決まる値である。
　また、この場合、撮影レンズの解像力を示すＭＴＦは、瞳関数の自己相関であるＯＴＦの絶対値で表される。図３Ａ～図３Ｃの瞳関数のそれぞれに対応するＭＴＦ特性図を図４Ａ～図４Ｃに示す。一般的な円形の瞳関数で示される図３Ａ、図３Ｂのような開口形状では、開口部直径Ｄが大きいほど、図４Ａ～４Ｃの縦軸であるＭＴＦの値が高くなる。縦軸の値が大きいことは、レンズの解像力が高いことと同義である。横軸は周波数であるので、図４Ａと図４Ｂでは、高周波数帯域の解像力でより顕著な差が生じる。また、ＭＴＦが０に落ちる周波数（レンズの解像力限界）をカットオフ周波数と呼び、図４Ａ、図４ＢではＣＯｆｑ１、ＣＯｆｑ２で示されている。カットオフ周波数も開口部の大きさＤによって異なり、ＣＯｆｑ＝Ｄ／２λｆ（λ：光の波長、ｆ：撮影光学系の焦点距離）で求められる。
　瞳関数が理想の円形形状である場合は、カットオフ周波数は、上記式で求められるが、実際の撮影光学系では、撮影絞りは円形形状とは異なる場合も多く、撮影条件（収差、撮像面上の座標ｘ，ｙ等）によっても異なり、ＭＴＦは複雑に変化する。また、図３Ｃのような本実施形態における反射光学系を有するレンズのドーナツ型の瞳関数では、図４ＣのようなＭＴＦ特性図ＭＴＦ３を示す。図４Ｃにおけるカットオフ周波数ＣＯｆｑ３は、外径ＤＧ＝Ｄ１である場合には、ＣＯｆｑ１と等しい。言い換えると、カットオフ周波数は、外径ＤＧの大きさによって決まる値である。低周波領域では、瞳関数とＭＴＦの自己相関の関係からもわかるように、外径と内径の差分の開口部（以下、内外径差）のＭＴＦと近くなる。つまり、図３Ｃにおいて、ＤＧ－ＤＮ＝Ｄ２である場合には、低周波領域（＜ＣＯｆｑ２）では、図４Ｃで示したＭＴＦ３は、図４Ｂで示したＭＴＦ２に近い値を示す。このように、本実施形態の光学系では、瞳関数が特殊な形状となるが、射出瞳面上での外径、内径の大きさＤＧ、ＤＮは、図２で示した遮光部６０１Ｄの直径や開放Ｆ値から設計的に決まる値であるので、レンズ性能であるＭＴＦも図４Ｃのように予測可能である。
　撮影レンズ６００、カメラ本体１００が一体型のカメラであれば、予め計算したＭＴＦを保持しておけばよい。一方、交換レンズ系においては、撮影レンズ６００は、内径の大きさＤＮ、外径の大きさＤＧ、瞳関数Ｐ、レンズ射出瞳距離ＬＰＯ、レンズＭＴＦ等から適宜選択されたパラメータの値を不揮発性メモリ５１０内に保有する。そして、レンズ側通信端子５０８及びカメラ側通信端子１１３を介してカメラ本体１００にレンズの反射光学系の形状に関する情報を通信する。また、内径の大きさＤＮ、外径の大きさＤＧに代わる値として、図５に示すように、径に対応するＦ値の情報を通信してもよい。たとえば、外径の大きさＤＧ＝Ｆ２、内外径差＝Ｆ４として情報を通信してもよい。また、交換レンズ系における一部の情報をカメラ側の不揮発性メモリ１１５に保有し、レンズからは一部の情報のみ通信するようにしてもよい。
　次に、本実施形態における焦点検出動作について図６Ａ、６Ｂを用いて説明する。本実施形態では、一般的にコントラストＡＦ（オートフォーカス）と呼ばれる手法で焦点検出動作を行う。
　まず、図６ＡのステップＳ１では、焦点検出領域の設定を行う。例として、カメラＣＰＵ１０４で図７のような撮影画像が得られている場合には、主被写体として画面中央部付近にある顔が検出され、焦点検出領域１０が設定される。焦点検出領域１０の大きさ、位置座標（ｘ，ｙ）については、撮影者が任意に設定してもよいし、図７のように撮影画像に顔が含まれている場合には、顔検出機能等により自動設定されてもよい。
　次に、ステップＳ２ではＡＦスキャン動作を行う。ＡＦスキャン動作では、フォーカスレンズ５０３を光軸に沿って移動させながら、ステップＳ１１で設定されるレンズ駆動回数ｎ、ステップ間隔ｉで、合焦度を示す焦点検出評価値を計算する。ここで、ステップＳ２で行われるＡＦスキャン動作について、図６Ｂのフローチャートを用いて詳細に説明する。
　まず、ＡＦスキャン動作が開始されると、ステップＳ１１においてレンズ駆動回数ｎ、ステップ間隔ｉを設定する。コントラストＡＦでは、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら焦点評価値を取得し、焦点評価値が極大（被写体のコントラストが最大）になったところでフォーカスレンズ５０３を停止させることにより、ピントの合った画像を取得する。よって、フォーカスレンズの駆動回数ｎ、ステップ間隔ｉはコントラストの極大値が取得できる範囲で設定されるべきである。
　たとえば、今、図８の横軸のようにフォーカスレンズ位置ｚを変化させた時、コントラストカーブＣｃｕｒｖが図８上のＣｃｕｒｖのように取得され、各フォーカスレンズ位置での焦点評価値Ｅｖａｌ（ｎ）が得られるとする。この場合、ステップＳ１１で設定されるレンズ駆動回数、ステップ間隔は、レンズ駆動回数ｎ＝１０、ステップ間隔＝ｉで設定されてもよいし、レンズ駆動回数ｎ＝７では極大値は検出できているので、ｎ＝７で検出を停止してもよい。また、次のような方法もよく知られた手法である。まず、図９のように、最初にレンズ駆動回数ｎ＝４、ステップ間隔３ｉで粗くキャンをすることによりだいたいの焦点評価値の極大位置を見つける（図９中Ｃｃｕｒｖ１上のＥｖａｌ１（４）とＥｖａｌ１（７）の間）。そして、より高精度に焦点位置を検出するために、極大値付近をステップ間隔ｉで細かくスキャン（図９中Ｃｃｕｒｖ３上のＥｖａｌ３（４）からＥｖａｌ３（７））することにより図８と同等の焦点位置を得る。この動作を以下、粗スキャン（粗スキャン動作）、密スキャン（密スキャン動作）と呼ぶ。この場合は、図９では粗スキャンのレンズ駆動回数＝４、ステップ間隔＝３ｉとなり、密スキャンのレンズ駆動回数＝４、ステップ間隔＝ｉとなる。それぞれの焦点評価値の計算方法、適切なコントラストカーブの設定方法は後述する。
　次に、ステップＳ１２では、撮影条件（ズーム、フォーカス、Ｆ値、像高）に応じた反射光学系の形状に関する情報を、カメラＣＰＵ１０４が、撮影レンズ６００の不揮発性メモリ５１０またはカメラ本体１００の不揮発性メモリ１１５から取得する。情報の内容は、前述したように、内径の大きさＤＮ、外径の大きさＤＧ、瞳関数Ｐ、レンズ射出瞳距離ＬＰＯ、レンズＭＴＦ、径に対応するＦ値の情報などから適宜選択される。カメラＣＰＵ１０４は、これらの情報を、前述の不揮発性メモリ５１０または１１５から、撮影レンズ６００との通信により、またはカメラ本体１００内との通信により取得する。
　次に、ステップＳ１３では、焦点検出周波数を設定する。ここでは、デジタルフィルタの焦点検出周波数帯域の設定を行う。図１０は、デジタルフィルタの周波数帯域の例を示す図である。ここで示すナイキスト周波数は、撮像素子１０１の画素ピッチから決まる値であり、例えば、撮像素子１０１の画素ピッチが４ミクロンであったとすると、ナイキスト周波数＝１／（０．００４×２）＝１２５（ｌｐ／ｍｍ：ラインペア／ミリメートル）と求めることができる。これは、撮像素子１０１上で１２５（ｌｐ／ｍｍ）より細かい被写体像は解像できないことを示す。
　図１０の横軸は周波数、縦軸はゲインを示しており、実線で示したＦｉｌｔｅｒ１は中心周波数ｆｑ１を持つ。Ｆｉｌｔｅｒ２、Ｆｉｌｔｅｒ３はＦｉｌｔｅｒ１よりも高域の周波数帯域を持ち、中心周波数はそれぞれ、ｆｑ２、ｆｑ３である。一般的に、周波数帯域が高いほど、コントラスト評価値は急峻な変化を示す。よって、Ｆｉｌｔｅｒ１のような周波数特性を持つフィルタ処理を施した際に得られる焦点評価値が図９のコントラストカーブＣｃｕｒｖ１だったとすると、Ｆｉｌｔｅｒ３のような周波数特性を持つフィルタ処理を施した際に得られる焦点評価値は、コントラストカーブＣｃｕｒｖ１よりも急峻なコントラストカーブＣｃｕｒｖ３のようになる。これは、同じボケ量（フォーカスレンズ駆動量）でも、低周波成分よりも高周波成分のレンズＭＴＦの方が相対的に失われる量が多いことによる。
　コントラストＡＦによる焦点検出では、一般的に焦点評価値Ｅｖａｌが極大となったところにフォーカスレンズを駆動させるため、コントラストカーブＣｃｕｒｖの形状も焦点検出精度に大きく影響を与える。たとえば、図９では、粗スキャン中の焦点評価値が極大のフォーカスレンズ位置はｚ＝７であるが、密スキャン中の焦点評価値が極大のフォーカスレンズ位置はｚ＝６である。粗スキャン中は、ステップ間隔が広いため、コントラストカーブＣｃｕｒｖ１はなだらかな変化を示すことが望ましい。これは、粗スキャン時に、急峻なコントラストカーブＣｕｒｖ３で焦点検出を行うとステップ間隔が広いことにより極大値を逃す恐れがあるからである。そのため、粗スキャンの場合は、ステップＳ１３で設定される焦点検出周波数は低域であることが望ましい。逆に、密スキャンの時は、ステップ間隔が狭いため、コントラストカーブＣｃｕｒｖ３のように急峻なカーブを用いた方が、焦点検出評価値Ｅｖａｌの高精度な極大値検出が可能となる。そのため、ステップＳ１３で設定される焦点検出周波数は高域であることが望ましい。
　さらに、コントラストカーブＣｃｕｒｖは、焦点検出周波数とレンズのＭＴＦの掛け合わせで決まる値である。図４で示したレンズのＭＴＦと図１０で示した焦点検出周波数を重ねて考える。今、ナイキスト周波数とレンズのカットオフ周波数が同じであったとすると、図１１のように横軸周波数／縦軸ゲインのグラフに重ねて考えることができる。図１１では、Ｆｉｌｔｅｒ１、Ｆｉｌｅｔｅｒ２、Ｆｉｌｔｅｒ３の周波数を一点鎖線、ＭＴＦ１、ＭＴＦ２を点線、ＭＴＦ３を実線で示している。ここで示しているＭＴＦは焦点評価値が極大（合焦状態）のフォーカスレンズ位置（たとえばフォーカスレンズ位置ｚ＝６）のＭＴＦであり、デフォーカス（合焦していない）状態では、それぞれのＭＴＦ特性は異なる。しかし、合焦時のＭＴＦよりもデフォーカス状態でのＭＴＦゲインは低く、デフォーカスが大きくなるごとに一般的には相対的にＭＴＦの値は低くなる。この時、コントラスト評価値Ｅｖａｌ（ｚ＝６）は、ＭＴＦのゲインとＦｉｌｔｅｒのゲインの乗算値に比例した値に近い。
　つまり、図１２に示すように、デジタルフィルタＦｉｌｔｅｒ１をかけて得られる焦点評価値Ｅｖａｌは、ＭＴＦ２、ＭＴＦ３ではほとんど変わらず、Ｃｃｕｒｖ１である。そして、ＭＴＦ１では、ＭＴＦ２、ＭＴＦ３よりも出力が高いため、Ｃｃｕｒｖ１－１のように焦点評価値も大きな出力になる。同様に、デジタルフィルタＦｉｌｔｅｒ２をかけて得られる焦点評価値Ｅｖａｌは、ＭＴＦ１では、Ｃｃｕｒｖ２－１、ＭＴＦ２ではＣｃｕｒｖ２、ＭＴＦ３ではＣｃｕｒｖ２－２となり、それぞれ異なる。デジタルフィルタＦｉｌｔｅｒ３をかけて得られる焦点評価値Ｅｖａｌは、ＭＴＦ１、ＭＴＦ３ではほとんど変わらず、Ｃｃｕｒｖ３であり、ＭＴＦ２では、ＭＴＦのゲインが０のため、焦点評価値が得られない（不図示）。
　ＭＴＦは撮影光学系の構成によって既知の値であるので、コントラストＡＦを行う際には、予めデジタルフィルタの焦点評価帯域を適切に設定することにより所望のコントラストカーブＣｃｕｒｖを得ることができる。その際に、本実施形態に示した反射光学系を有するレンズのような特殊な撮影光学系の場合には、ＭＴＦがＭＴＦ３の形状のような変化を示すことを加味して焦点検出周波数を設定する必要がある。
　交換レンズ系において、一般的な撮影レンズ５００で粗スキャン、密スキャン時に選択されるデジタルフィルタが図１３の左欄のように設定されている場合、本実施形態の反射光学系を有する撮影レンズ６００の内径、内外径差に相当する撮影Ｆ値等が通信された場合には、図１３の太枠で示されたテーブルを参照する。つまり、粗スキャン時は内外径差Ｆ４に対応するＦ４．０と同様のＦｉｌｔｅｒ１を選択し、密スキャン時は外径Ｆ２に対応するＦ２．０と同様のＦｉｌｔｅｒ３を選択すればよい。このように、ステップＳ１３では、撮影レンズ６００の反射光学系の形状に関する情報に合わせて焦点評価値を得る際の信号処理方法の切り替えを行う。ここでは、デジタルフィルタの切り替え方法について説明したが、撮影レンズ６００の反射光学系の形状に関する情報に合わせてステップ間隔ｉを設定してもよい。また、撮影レンズ６００のＭＴＦ３に対し、図１４に示したようなローパスＦｉｌｔｅｒ４を施すと、ＭＴＦ２の特性と同じとなるため、通常レンズのＦ４．０と同じ特性として扱うこともできる。
　次に、ステップＳ１４では、フォーカスレンズ５０３を、光軸に沿ってＡＦスキャンの１ステップの移動間隔分駆動する。そして、ステップＳ１５では、フォーカスレンズ５０３を駆動した回数を示す変数ｋを１に設定する。
　次に、ステップＳ１６では、焦点評価値Ｅｖａｌを計算する。ここでは、ステップＳ１で設定された焦点検出領域に対して、ステップＳ１３で示されたデジタルフィルタを畳み込み演算等することにより、各フォーカスレンズ位置ｚでの焦点評価値Ｅｖａｌを得る。たとえば、ステップＳ１３で設定されたＦｉｌｔｅｒ１が（ＴＡＰ１，ＴＡＰ２，ＴＡＰ３）というフィルタタップを有し、焦点検出領域での画素値ｇａｓｏ（ｘ，ｙ）が図１５に示す配列であったとすると、デジタルフィルタ演算後の画素配列値ｆ（ｘ，ｙ）は、
　　ｆ（ｘ，ｙ）＝ＴＡＰ１×ｇａｓｏ（ｘ，ｙ）＋ＴＡＰ２×ｇａｓｏ（ｘ＋１，ｙ＋１）＋ＴＡＰ３×ｇａｓｏ（ｘ＋２，ｙ＋２）
で求めることができる。（ＴＡＰ１，ＴＡＰ２，ＴＡＰ３）のタップ数（ここでは３）は、ステップＳ１３で前述した焦点検出周波数に応じて設定されればよい。フィルタ演算後のｆ（ｘ，ｙ）の画素値の中で、絶対値として最も大きい値を算出すれば、例えば、焦点検出評価値Ｅｖａｌが求められる。
　ここで説明した焦点評価値の算出方法は一例であり、デジタルフィルタは二次元であってもよいし、１ライン毎の焦点評価値を求めてもよい。また、画像信号のフーリエ変換等を行ってから図１０のデジタルフィルタゲインをかけて焦点評価値Ｅｖａｌを求めてもよく、画像中のコントラストを示す焦点評価値Ｅｖａｌを示すことができれば方法は問わない。また、画像信号の加算状態（静止画用、ライブビュー表示用、動画用等）によって、記録周波数が変化するのに伴い、デジタルフィルタの帯域設定を行ってもよい。
　次に、ステップＳ１７では、変数ｋがステップＳ１１で設定されたレンズ駆動回数ｎに達しているか否かを判定する。変数ｋがレンズ駆動回数ｎに達していれば、ステップＳ２０に進んで、ＡＦスキャン動作を終了し、達していなければ、ステップＳ１８に進み、フォーカスレンズ５０３をＡＦスキャンの１ステップ分駆動する。
　ステップＳ１９では、変数ｋをインクリメントし、ステップＳ１５に戻る。そして、ステップＳ１５～Ｓ１８の動作を、ステップＳ１１で設定されたレンズ駆動回数ｎだけ繰り返す。
　なお、前述したように、ＡＦスキャンを粗スキャン、密スキャンに分けて行う場合には、粗スキャン用と、密スキャン用に、ステップＳ１３～Ｓ１９の動作を２回繰り返して行う。
　図６Ａの説明に戻り、ステップＳ３では、ステップＳ１６で得られた焦点評価値Ｅｖａｌからピーク位置演算を行う。図８のような焦点評価値Ｅｖａｌが得られていた場合、極大値であるＥｖａｌ（６）を焦点評価値ピークとして、フォーカスレンズ位置ｚ＝６を焦点評価値ピーク位置（合焦位置）としてもよい。しかし、より高精度には、焦点評価値の極大値付近の焦点評価値Ｅｖａｌと、ステップ間隔、フォーカスレンズ位置ｚを使って内挿計算する等して焦点評価値ピーク位置であるフォーカスレンズ位置Ｐを求める。内挿計算の方法は線形補間でも構わないし、得られた離散的な焦点評価値Ｅｖａｌから高次近似で極大値を求めても構わない。
　図８の例では、極大値付近の３点を使って線形補間で補間演算を行い、フォーカスレンズ位置ｚ＝５とｚ＝６の間に極大値があると算出され、フォーカスレンズ位置Ｐはｚ＝５．７付近となる。
　次に、ステップＳ４では、各焦点検出領域のピーク位置の合焦判定（合焦状態判定）を行い、ステップＳ５へ進む。ここでは、フォーカスレンズ位置に対するＡＦ評価値の極大値の有無を判定し、極大値が存在する場合のフォーカスレンズ位置を算出する。更に、極大値近傍のＡＦ評価値の変化曲線の信頼性を評価する。この信頼性評価では、求められたＡＦ評価値が、被写体の光学像が撮像素子１０１上に結像したために極大値をとったのか、その他の外乱により極大値をとったのかを判定する。
　合焦判定の詳細な方法としては、例えば、特開２０１０－０７８８１０号公報の図１０から図１３で説明されているような方法を用いればよい。つまり、合焦状態を示すＡＦ評価値が山状になっているか否かを、焦点評価値の最大値と最小値の差、一定値（ＳｌｏｐｅＴｈｒ）以上の傾きで傾斜している部分の長さ、および傾斜している部分の勾配から判断する。これにより、合焦判定を行うことができる。合焦判定でＮＧとなった場合には、ステップＳ６の合焦表示で非合焦の表示を行うか、ステップＳ２のＡＦスキャン動作をやり直す。
　次に、ステップＳ５では、ステップＳ３で求めたフォーカスレンズ位置Ｐまで、フォーカスレンズ５０３を光軸方向に駆動させる。
　最後に、ステップＳ６では、合焦表示を行う。ステップＳ４で合焦判定ＯＫとなった場合には、図７の焦点検出領域に合焦表示（たとえば、枠を緑色に表示）を行うことによりユーザーに焦点検出動作の終了を知らせる。ステップＳ４で合焦判定がＮＧとなった場合には、図７の焦点検出領域に非合焦表示（たとえば、枠を赤色に表示）を行うことによりユーザーに焦点検出動作の終了を知らせる。以上の動作を行い、焦点調節動作を完了する。
　以上説明したように、本実施形態によれば、反射光学系を含むレンズを有する撮像装置においても、高精度に焦点検出を行うことが可能となる。
　（他の実施形態）
　また本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読み出し実行する処理でも実現できる。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現できる。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
　本願は、２０１９年６月５日提出の日本国特許出願特願２０１９－１０５６０７を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (14)

  1. 　被写体像を撮像する撮像素子と、
    　撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを前記撮影光学系の光軸に沿って移動させるスキャン動作を行いながら、前記被写体像を前記撮像素子により光電変換して得られた画像信号に基づいて、被写体の合焦度を示す焦点評価値を算出し、該焦点評価値が最大になるフォーカスレンズの位置を検出する焦点検出手段と、を備え、
    　前記焦点検出手段は、前記撮影光学系が、光束の一部が遮光される反射光学系を含む場合に、前記反射光学系の形状に関する情報に基づいて、前記焦点評価値の算出方法、または、前記スキャン動作における前記フォーカスレンズの制御方法を設定することを特徴とする撮像装置。
  2. 　前記反射光学系の形状に関する情報は、前記反射光学系の瞳関数に関する情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 　前記反射光学系の形状に関する情報は、前記反射光学系の射出瞳面上において前記瞳関数に対応するドーナツ形状の開口の内径と外径に関する情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
  4. 　前記反射光学系の形状に関する情報は、前記ドーナツ形状の開口の内径と外径に対応するＦ値の情報を含むことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
  5. 　前記反射光学系の形状に関する情報は、前記反射光学系のＭＴＦに関する情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  6. 　前記焦点検出手段は、前記反射光学系の形状に関する情報に基づいて、前記焦点評価値を算出する際の焦点検出周波数を設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
  7. 　前記焦点検出手段は、前記フォーカスレンズのスキャン動作として、前記フォーカスレンズの１ステップの移動間隔が第１の間隔である粗スキャン動作と、前記フォーカスレンズの１ステップの移動間隔が前記第１の間隔よりも狭い密スキャン動作とを行って、前記焦点評価値を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  8. 　前記焦点検出手段は、前記粗スキャン動作で得られた前記焦点評価値の最大値に基づいて、前記密スキャン動作により、前記焦点評価値が最大になる前記フォーカスレンズの位置をさらに細かく算出することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
  9. 　前記焦点検出手段は、前記反射光学系の射出瞳面上において瞳関数に対応するドーナツ形状の開口の内径に相当する開口を有するレンズに対する粗スキャンで用いる焦点検出周波数を、前記撮影光学系の粗スキャンにおける焦点検出周波数として設定し、前記ドーナツ形状の開口部の外径に相当する開口を有するレンズの密スキャンで用いる焦点検出周波数を、前記撮影光学系の密スキャンにおける焦点検出周波数として設定することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
  10. 　前記焦点検出手段は、前記反射光学系の形状に関する情報に基づいて、前記スキャン動作における前記フォーカスレンズの１ステップの移動間隔を設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
  11. 　前記焦点検出手段は、前記反射光学系の射出瞳面上において瞳関数に対応するドーナツ形状の開口の内径に相当する開口を有するレンズのＭＴＦ特性に相当するフィルタを前記画像信号にかけて、前記焦点評価値を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
  12. 　被写体像を撮像する撮像素子を備える撮像装置を制御する方法であって、
    　撮影光学系に含まれるフォーカスレンズを前記撮影光学系の光軸に沿って移動させるスキャン動作を行いながら、前記被写体像を前記撮像素子により光電変換して得られた画像信号に基づいて、被写体の合焦度を示す焦点評価値を算出し、該焦点評価値が最大になるフォーカスレンズの位置を検出する焦点検出工程を有し、
    　前記焦点検出工程では、前記撮影光学系が、光束の一部が遮光される反射光学系を含む場合に、前記反射光学系の形状に関する情報に基づいて、前記焦点評価値の算出方法、または、前記スキャン動作における前記フォーカスレンズの制御方法を設定することを特徴とする撮像装置の制御方法。
  13. 　請求項１２に記載の制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
  14. 　請求項１２に記載の制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
PCT/JP2020/020992 2019-06-05 2020-05-27 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 Ceased WO2020246346A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/540,481 US11825195B2 (en) 2019-06-05 2021-12-02 Image capturing apparatus using information relating to a shape of the reflective optical system, method of controlling the same, and storage medium

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019105607A JP7240261B2 (ja) 2019-06-05 2019-06-05 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体
JP2019-105607 2019-06-05

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/540,481 Continuation US11825195B2 (en) 2019-06-05 2021-12-02 Image capturing apparatus using information relating to a shape of the reflective optical system, method of controlling the same, and storage medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020246346A1 true WO2020246346A1 (ja) 2020-12-10

Family

ID=73649195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/020992 Ceased WO2020246346A1 (ja) 2019-06-05 2020-05-27 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11825195B2 (ja)
JP (1) JP7240261B2 (ja)
WO (1) WO2020246346A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113556470A (zh) * 2021-09-18 2021-10-26 浙江宇视科技有限公司 一种镜头的调焦方法、装置、计算机设备和存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7676211B2 (ja) * 2021-04-28 2025-05-14 キヤノン株式会社 光学系および撮像装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51124560A (en) * 1975-04-18 1976-10-30 Matsushita Electric Works Ltd Lawn mower
JPH07222059A (ja) * 1993-10-04 1995-08-18 Raytheon Co 合焦平面アレー補償技術を含む光学システム
US5841574A (en) * 1996-06-28 1998-11-24 Recon/Optical, Inc. Multi-special decentered catadioptric optical system
CN104062746A (zh) * 2014-06-23 2014-09-24 中国科学院光电技术研究所 一种大数值孔径的折反射浸没投影光学系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5342638U (ja) * 1976-09-16 1978-04-12
JP2004085725A (ja) 2002-08-23 2004-03-18 Sony Corp 撮像レンズ、集光光学素子及び撮像装置
JP5153542B2 (ja) 2008-09-25 2013-02-27 キヤノン株式会社 自動焦点調節装置および焦点調節方法
JP5441521B2 (ja) * 2009-06-30 2014-03-12 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
US8964102B2 (en) * 2011-06-29 2015-02-24 Maxim Integrated Products, Inc. Self-calibrated ringing compensation for an autofocus actuator in a camera module
TWI440951B (zh) * 2011-11-09 2014-06-11 Altek Corp 鏡頭致動裝置及其鏡頭致動方法
JP2014029353A (ja) * 2012-07-31 2014-02-13 Sony Corp 焦点調整装置および焦点調整方法
US9386222B2 (en) * 2014-06-20 2016-07-05 Qualcomm Incorporated Multi-camera system using folded optics free from parallax artifacts
JP6381434B2 (ja) * 2014-12-16 2018-08-29 キヤノン株式会社 フォーカス制御装置、光学機器およびフォーカス制御方法
US9933604B1 (en) * 2016-09-05 2018-04-03 Weimin Lu Compact catadioptric lenses and lens systems with improved image quality and methods of using same
JP7303668B2 (ja) * 2019-06-05 2023-07-05 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法、カメラシステム、プログラム、記憶媒体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51124560A (en) * 1975-04-18 1976-10-30 Matsushita Electric Works Ltd Lawn mower
JPH07222059A (ja) * 1993-10-04 1995-08-18 Raytheon Co 合焦平面アレー補償技術を含む光学システム
US5841574A (en) * 1996-06-28 1998-11-24 Recon/Optical, Inc. Multi-special decentered catadioptric optical system
CN104062746A (zh) * 2014-06-23 2014-09-24 中国科学院光电技术研究所 一种大数值孔径的折反射浸没投影光学系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113556470A (zh) * 2021-09-18 2021-10-26 浙江宇视科技有限公司 一种镜头的调焦方法、装置、计算机设备和存储介质
US12445723B2 (en) 2021-09-18 2025-10-14 Zhejiang Uniview Technologies Co., Ltd. Method and apparatus for lens focusing, computer device and storage medium

Also Published As

Publication number Publication date
US11825195B2 (en) 2023-11-21
US20220094841A1 (en) 2022-03-24
JP7240261B2 (ja) 2023-03-15
JP2020197685A (ja) 2020-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10212334B2 (en) Focusing adjustment apparatus and focusing adjustment method
JP3992992B2 (ja) 被写体像取得装置
US10313578B2 (en) Image capturing apparatus and method for controlling image capturing apparatus
JP7303668B2 (ja) 撮像装置及びその制御方法、カメラシステム、プログラム、記憶媒体
KR100755288B1 (ko) 카메라, 그 제어방법 및 기억 매체
CN109981945B (zh) 摄像光学系统
JP5653035B2 (ja) 撮像装置、焦点検出方法、および制御方法
US8634711B2 (en) Image capture apparatus and method
JP4794963B2 (ja) 撮像装置および撮像プログラム
JP6298362B2 (ja) 撮像装置及びその制御方法、及び撮像システム
US11825195B2 (en) Image capturing apparatus using information relating to a shape of the reflective optical system, method of controlling the same, and storage medium
JP6890937B2 (ja) 焦点検出装置、撮像装置、および焦点検出方法
US12105404B2 (en) Lens apparatus, image pickup apparatus, control method of lens apparatus, and storage medium
JP5409588B2 (ja) 焦点調節方法、焦点調節プログラムおよび撮像装置
JP4125176B2 (ja) デジタルカメラ付地上望遠鏡
JP2003322791A (ja) 焦点調節装置、撮像装置および光学機器
JP7676211B2 (ja) 光学系および撮像装置
JP2009031562A (ja) 受光素子、受光装置、焦点検出装置、カメラ
JP2017191212A (ja) 焦点検出装置
WO2025074900A1 (ja) 撮像装置
JP2013054288A (ja) 焦点検出装置、撮像装置
JP2013083768A (ja) 焦点検出装置および撮像装置
JP2001124981A (ja) 撮影装置
JP2019053315A (ja) 焦点調節装置および撮像装置
JP2018205762A (ja) 焦点調節装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20818841

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20818841

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1