JP2011007881A - Focus detecting device, focus control device and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦点検出装置、焦点調節装置および撮像装置に関する。 The present invention relates to a focus detection device, a focus adjustment device, and an imaging device.
光学系の焦点状態を検出する手法として、光学系の瞳面上の1対の領域を通過した1対の光束による1対の被写体像を一対の光電変換素子で受光して得られる信号のずれを検出するいわゆる位相差検出方式が知られている。例えば特許文献1には、1対のイメージセンサアレイと、このセンサアレイに対して交差する方向に配列された1対のイメージセンサアレイとをセンサ基板上に配し、撮影画面上で十字型の焦点検出エリアを形成するようにした位相差検出方式の焦点検出装置が記載されている。 As a method for detecting the focus state of the optical system, a signal shift obtained by receiving a pair of subject images of a pair of light beams that have passed through a pair of regions on the pupil plane of the optical system by a pair of photoelectric conversion elements. There is known a so-called phase difference detection method for detecting the phase difference. For example, in Patent Document 1, a pair of image sensor arrays and a pair of image sensor arrays arranged in a direction crossing the sensor array are arranged on a sensor substrate, and a cross-shaped image is displayed on a photographing screen. There is described a phase difference detection type focus detection apparatus which forms a focus detection area.
特許文献1に記載された焦点検出装置には、回路および焦点検出光学系の設計が複雑になるという問題があった。 The focus detection device described in Patent Document 1 has a problem that the design of the circuit and the focus detection optical system becomes complicated.
請求項1に係る発明は、光学系を透過した光束を、互いに異なる方向へ向かう第1光束と第2光束とに偏向させる偏向手段と、前記第1光束を受光して第1の光電変換信号を出力する、複数の光電変換素子を配列した第1の光電変換素子列と、前記第2光束を受光して第2の光電変換信号を出力する、複数の光電変換素子を配列した第2の光電変換素子列と、前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との少なくとも一方に基づいて前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段とを備え、前記第1光電変換素子列と前記第2光電変換素子列とは、前記光学系による結像面上において前記第1光電変換素子列の像と前記第2光電変換素子列の像とが互いに交差するよう構成されることを特徴とする焦点検出装置である。
請求項7に係る発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、前記焦点状態に応じて前記光学系を焦点調節する焦点調節手段と、を有することを特徴とする焦点調節装置である。
請求項8に係る発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、前記光学系による像を撮像する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置である。
Invention, the light flux transmitted through the optical system, a deflection means for deflecting to the first light flux and the second light flux toward the different directions, the first photoelectric conversion signal by receiving the first light flux of claim 1 A first photoelectric conversion element array in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged, and a second photoelectric array in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged to receive the second light flux and output a second photoelectric conversion signal. A first photoelectric conversion element comprising: a photoelectric conversion element array; and a focus detection unit configured to detect a focus state of the optical system based on at least one of the first photoelectric conversion signal and the second photoelectric conversion signal. The row and the second photoelectric conversion element row are configured such that the image of the first photoelectric conversion element row and the image of the second photoelectric conversion element row cross each other on the image plane formed by the optical system. Is a focus detection device.
An invention according to a seventh aspect includes the focus detection device according to any one of the first to sixth aspects, and a focus adjustment unit that adjusts the focus of the optical system according to the focus state. Focusing device.
An invention according to
本発明によれば、複数の焦点検出エリアが交差して設けられる焦点検出装置の回路および焦点検出光学系を簡潔にすることができる。 According to the present invention, it is possible to simplify the circuit and the focus detection optical system of the focus detection device in which a plurality of focus detection areas are provided to intersect.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の撮像装置の構成を示す断面図である。なお、図1では本願発明の焦点検出装置および撮像装置に係わる機器および装置のみを示し、それ以外の機器および装置については図示と説明を省略する。本実施形態の撮像装置はいわゆる一眼レフレックスタイプの撮像装置であり、カメラボディ100にレンズ鏡筒200が着脱可能に装着されている。レンズ鏡筒200は各種の交換レンズを内蔵したレンズ鏡筒に交換可能である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment. Note that FIG. 1 shows only devices and apparatuses related to the focus detection apparatus and imaging apparatus of the present invention, and illustration and description of other apparatuses and devices are omitted. The imaging apparatus of the present embodiment is a so-called single-lens reflex type imaging apparatus, and a
レンズ鏡筒200は、焦点調節レンズを含む複数のレンズから構成されるレンズ光学系1と、レンズ駆動用モーター13を有する。レンズ光学系1は被写体像を撮像面上に結像させる。レンズ駆動用モーター13は焦点調節レンズを光軸方向に駆動するためのアクチュエータである。レンズ駆動用モーター13は、後述するレンズ駆動制御部12からの出力信号に基づいて焦点調節レンズを駆動させる。
The
カメラボディ100は、クイックリターンミラー2,ファインダースクリーン3,ペンタゴナルダハプリズム4,接眼レンズ5,撮像素子6,AFモジュール8,AF−CCD制御部9,デフォーカス演算部10,レンズ駆動量演算部11,測光用レンズ14,測光センサー15,操作部材16,および制御装置17を有する。クイックリターンミラー2の裏面にはサブミラー7が設置されている。その他、カメラボディ100もしくはレンズ鏡筒200の少なくとも一方には、レンズ駆動制御部12が設けられている。
The
クイックリターンミラー2は被写体光の一部を反射し、残りを透過させる反射部材である。クイックリターンミラー2は不図示のアクチュエータによって被写体光の光路上から退避させることができる。クイックリターンミラー2が光路上から退避する際、サブミラー7も共に退避される。
The
撮像素子6は、画素に対応する複数の光電変換素子を備えたCCDやCMOSイメージセンサによって構成される。撮像素子6の撮像面の前面には、赤外光をカットするための赤外カットフィルタや画像の折り返しノイズを防止する光学的ローパスフィルタが配置されている。操作部材16はフォーカスエリア選択スイッチや動作モード選択スイッチなど、各種の撮影条件を設定するための操作部材である。制御装置17は不図示のマイクロコンピュータやメモリ等を備え、被写体像の記録媒体への記録やカメラボディ100が備える各部の制御などを行う。
The image sensor 6 is constituted by a CCD or CMOS image sensor provided with a plurality of photoelectric conversion elements corresponding to pixels. An infrared cut filter for cutting infrared light and an optical low-pass filter for preventing image aliasing noise are arranged on the front surface of the image pickup surface of the image pickup device 6. The
非撮影時、レンズ光学系1を通過した被写体光は破線R1で示すようにクイックリターンミラー2の表面へ入射する。被写体光のうち一部は破線R2で示すようにクイックリターンミラー2の表面で反射しファインダスクリーン3へ向かう。この光束の更に一部は破線R3で示すようにペンタゴナルダハプリズム4,測光用レンズ14を介して測光センサー15へ入射する。測光センサー15は破線R3で示す光束を受光して被写体の明るさを測定する。破線R2で示す光束の残りは破線R4で示すようにペンタゴナルダハプリズム4,接眼レンズ5を介して撮影者の目へ導かれ、撮影者に被写体像が視認される。
At the time of non-photographing, the subject light that has passed through the lens optical system 1 enters the surface of the
クイックリターンミラー2に入射した被写体光の残りは、破線R5で示すようにクイックリターンミラー2を透過しサブミラー7の表面へ入射する。サブミラー7は破線R6で示すようにこの光束をAFモジュール8の方向へ反射させる。AF−CCD制御部9およびデフォーカス演算部10は、AFモジュール8に入射した光束に基づき各種の処理を実行し、結像面18における被写体像のデフォーカス量を演算する。結像面18は、撮像素子6の撮像面とサブミラー7に対し等価な面である。レンズ駆動制御部12はレンズ駆動量演算部11による演算結果に基づき焦点調節レンズを駆動する。
The remainder of the subject light incident on the
撮影時には、クイックリターンミラー2とサブミラー7が撮影光路中から待避し、被写体光は破線R7で示すように撮像素子6へ入射する。撮像素子6はこの光束を受光し被写体像の撮影を行う。撮像素子6から出力された撮像信号は不図示の画像処理装置により処理され、被写体像が不図示のメモリカードなどの記録装置に記録される。
At the time of shooting, the
次に、本実施形態による撮像装置の焦点調節機能について説明する。本実施形態による撮像装置は、いわゆる瞳分割位相差検出方式による焦点検出を行う。すなわち、レンズ光学系1の瞳面上の1対の領域を通過した1対の光束により形成される1対の被写体像の位置ずれ量に基づいて、レンズ光学系1のデフォーカス量を検出する。 Next, the focus adjustment function of the imaging apparatus according to the present embodiment will be described. The imaging apparatus according to the present embodiment performs focus detection by a so-called pupil division phase difference detection method. That is, the defocus amount of the lens optical system 1 is detected based on the positional deviation amount of a pair of subject images formed by a pair of light beams that have passed through a pair of regions on the pupil plane of the lens optical system 1. .
図2は、AFモジュール8の構成を示す断面図である。AFモジュール8は全体として丁字形を成し、3つの端部にはそれぞれ開口部21,光電変換素子アレイ22A,22Bが設けられている。AFモジュール8の、3つの端部を除く面は遮光性の隔壁23で覆われている。AFモジュール8の内部には、コンデンサレンズ24,ハーフミラー25,再結像レンズ26A,26Bが設けられている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
AFモジュール8は開口部21がサブミラー7を向くよう設置される。サブミラー7の表面で反射した被写体光は開口部21を通してAFモジュール8の内部へ進入する。被写体光はコンデンサレンズ24を通過した後、ハーフミラー25へ入射する。ハーフミラー25は例えばペリクルミラー等で構成され、入射光の一部を反射させ、残りを透過させる。ハーフミラー25に入射した被写体光は、ハーフミラー25の表面で反射する第1光束と、ハーフミラー25を透過する第2光束とに分かれる。
The
ハーフミラー25の表面で反射した第1光束は、図2に示す矢印Aの方向へ進む。セパレータレンズ26Aは1対のレンズであり、第1光束による1対の被写体像を光電変換素子アレイ22Aの表面に結像させる。同様に、ハーフミラー25を透過した第2光束は図2に示す矢印Bの方向へ進み、1対のレンズであるセパレータレンズ26Bが光電変換素子アレイ22B上へ1対の被写体像を結像させる。なお図2において、セパレータレンズ26Bを構成する2つのレンズは、それぞれ図2の奥側と手前側に1つずつ配置されている。
The first light beam reflected by the surface of the
光電変換素子アレイ22A,22Bの表面には複数の光電変換素子を配列した光電変換素子列が形成されている。これらの光電変換素子はそれぞれ受光量に応じた光電変換信号を出力する。AF−CCD制御部9は、これらの光電変換素子のゲインおよび蓄積時間を適切な量に制御する。そして、これらの光電変換素子のうち焦点検出に用いる光電変換素子を決定すると共に、その光電変換素子が出力する光電変換信号に基づく演算を行い、演算結果をデフォーカス演算部10へ出力する。AF−CCD制御部9による複数の光電変換信号の読み出しは、すべて同一のタイミングで行われる。
A photoelectric conversion element array in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged is formed on the surfaces of the photoelectric
なお、光電変換素子アレイ22A,22B上に形成された光電変換素子列は、同一の電気的特性を備えることが望ましい。電気的特性は、例えば個々の光電変換素子の感度や暗電流等などである。これは、これらの電気的特性が異なる場合、AF−CCD制御部9は電気的特性の差を補正するための追加の演算を行う必要があるためである。
Note that the photoelectric conversion element arrays formed on the photoelectric
デフォーカス演算部10は、AF−CCD制御部9による演算の結果から、レンズ光学系1のピントのずれ量を表すデフォーカス量を算出する。デフォーカス演算部10が算出したデフォーカス量には、反射光である第1光束と透過光である第2光束との間の、波長などの差異に基づく補正が加えられている。算出されたデフォーカス量はレンズ駆動量演算部11へ出力される。レンズ駆動量演算部11はデフォーカス量に基づいて、デフォーカス量が0となる焦点調節レンズの位置(レンズ目標位置)を演算する。演算されたレンズ目標位置はレンズ駆動制御部12へ出力される。レンズ駆動制御部12は、焦点調節レンズをレンズ目標位置へ駆動する。
The
図3は、光電変換素子アレイ22A,22Bの上面図である。図3(a)に示すように、光電変換素子アレイ22Aの表面には、複数の光電変換素子31を縦方向に配列した光電変換素子列32Aが複数存在する。これらの複数の光電変換素子列32Aは、上下方向に配置された2つで1つの対を成している。例えば図3(a)において、光電変換素子列a1とa2,b1とb2,c1とc2はそれぞれ1対となっている。図3(b)に示す光電変換素子アレイ22Bについても同様に、複数の光電変換素子31を横方向に配列した光電変換素子列32Bが複数存在する。これらの複数の光電変換素子列32Bは、左右方向に配置された2つで1つの対を成している。例えば図3(b)において、光電変換素子列d1とd2,e1とe2,f1とf2はそれぞれ1対となっている
FIG. 3 is a top view of the photoelectric
光電変換素子アレイ22A上において、セパレータレンズ26Aが、1対の被写体像を光電変換素子列a1,b1,c1,…の上と、光電変換素子列a2,b2,c2,…の上とに結像させる。同様に、光電変換素子アレイ22B上において、セパレータレンズ26Bが、1対の被写体像を光電変換素子列d1,e1,f1,…の上と、光電変換素子列d2,e2,f2,…の上とに結像させる。AF−CCD制御部9はこれらの光電変換素子の出力に基づく演算を行い、デフォーカス演算部10はAF−CCD制御部9による演算結果に基づき、レンズ光学系1のデフォーカス量を算出する。
On the photoelectric
図4は、光電変換素子アレイ22A,22B上の光電変換素子列32A,32Bを結像面18上で重ね合わせた例を示す図である。図4の結像面18上には、セパレータレンズ26Aにより投影された光電変換素子列32Aの像と、セパレータレンズ26Bにより投影された光電変換素子列32Bの像と、が互いに交差する様子が示されている。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which the photoelectric
図4において、縦方向の光電変換素子列32Aが投影された領域では、被写体像の縦方向の位相差に基づく焦点検出を行うことが可能である。同様に、横方向の光電変換素子列32Bが投影された領域では、被写体像の横方向の位相差に基づく焦点検出を行うことが可能である。これら2つの光電変換素子32A,32Bが重なり合う領域44では、縦方向および横方向に対する位相差を共に検出することが可能である。
In FIG. 4, in the area where the vertical photoelectric
図5は、結像面18上へ光電変換素子列に代えてフォーカスエリアを配置した例を示す図である。図5では、図3(a),(b)のように光電変換素子31を配列することで、119箇所のフォーカスエリア52を用いた焦点検出が可能となっている。また、これらのフォーカスエリア52のうち、範囲53に含まれる55箇所のフォーカスエリアはクロスエリアである。すなわち、範囲53に含まれる55箇所のフォーカスエリアにおいて、縦横いずれの方向に対しても焦点検出を行うことが可能である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which a focus area is arranged on the
上述した第1の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)被写体光を方向Aと方向Bとに偏向させると共に、方向Aに向かった光束を受光する光電変換素子列32Aの像と、方向Bに向かった光束を受光する光電変換素子列32Bの像と、が結像面18上において互いに交差するよう構成した。これにより、複数の焦点検出エリアが交差して設けられる焦点検出装置の回路および焦点検出光学系を簡潔にすることができる。
According to the imaging apparatus according to the first embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) subject light with deflecting in the direction A and direction B, a image of the photoelectric
(2)光電変換素子アレイ22A,22B上には、それぞれ単一の方向に配列された光電変換素子列32A,32Bが配置される。これにより、フォーカスエリアを増やすために光電変換素子列を増やした場合でも、1つの光電変換素子アレイのサイズを小さく保つことができる。更に、クロスエリアのフォーカスエリアを一次像面上の中央のみならず周辺領域に対しても配置することが可能となる。
(2) On the photoelectric
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.
(変形例1)
AF−CCD制御部9は、光電変換素子アレイ22A,22Bをそれぞれ個別に制御してもよい。例えば、光電変換素子アレイ22Aに対応する第1のAF−CCD制御部と、光電変換素子アレイ22Bに対応する第2のAF−CCD制御部とを設け、デフォーカス演算部10がこれら2つのAF−CCD制御部の出力に基づきデフォーカス量を演算するようにしてもよい。また、これら2つの光電変換素子アレイのいずれか一方にのみ基づく焦点検出を行うことができるようにしてもよい。
(Modification 1)
The AF-
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .
1 レンズ光学系
7 サブミラー
8 AFモジュール
22A,22B 光電変換素子アレイ
24 コンデンサレンズ
25 ハーフミラー
26A,26B セパレータレンズ
100 カメラボディ
200 レンズ鏡筒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lens
Claims (8)
前記第1光束を受光して第1の光電変換信号を出力する、複数の光電変換素子を配列した第1の光電変換素子列と、
前記第2光束を受光して第2の光電変換信号を出力する、複数の光電変換素子を配列した第2の光電変換素子列と、
前記第1の光電変換信号と前記第2の光電変換信号との少なくとも一方に基づいて前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段とを備え、
前記第1光電変換素子列と前記第2光電変換素子列とは、前記光学系による結像面上において前記第1光電変換素子列の像と前記第2光電変換素子列の像とが互いに交差するよう構成されることを特徴とする焦点検出装置。 Deflecting means for deflecting the light beam transmitted through the optical system into a first light beam and a second light beam directed in different directions;
A first photoelectric conversion element array in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged to receive the first light flux and output a first photoelectric conversion signal;
A second photoelectric conversion element array in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged to receive the second light flux and output a second photoelectric conversion signal;
A focus detection unit that detects a focus state of the optical system based on at least one of the first photoelectric conversion signal and the second photoelectric conversion signal;
In the first photoelectric conversion element array and the second photoelectric conversion element array, an image of the first photoelectric conversion element array and an image of the second photoelectric conversion element array intersect each other on an image formation plane by the optical system. A focus detection apparatus configured to be
前記結像面の近傍に配置され、前記光学系を透過した光束を前記偏向手段へと導く第1焦点検出光学系と、
前記第1光束に含まれる1対の光束による1対の像を前記第1の光電変換素子列上に結像させる第2焦点検出光学系と、
前記第2光束に含まれる1対の光束による1対の像を前記第2の光電変換素子列上に結像させる第3焦点検出光学系と、
前記第1焦点検出光学系と、前記偏向手段と、前記第2焦点検出光学系と、前記第3焦点検出光学系と、前記第1の光電変換素子列と、前記第2の光電変換素子列と、を一体的に保持する保持部材と、
を更に備えることを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 1,
A first focus detection optical system that is disposed in the vicinity of the imaging plane and guides a light beam transmitted through the optical system to the deflecting unit;
A second focus detection optical system that forms a pair of images of the pair of light beams included in the first light beam on the first photoelectric conversion element array;
A third focus detection optical system that forms a pair of images of the pair of light beams included in the second light beam on the second photoelectric conversion element array;
The first focus detection optical system, the deflection means, the second focus detection optical system, the third focus detection optical system, the first photoelectric conversion element array, and the second photoelectric conversion element array And a holding member that integrally holds
The focus detection apparatus further comprising:
前記第1の光電変換素子列と前記第2の光電変換素子列とは、電気的特性を同じくすることを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 1 or 2,
The focus detection apparatus, wherein the first photoelectric conversion element array and the second photoelectric conversion element array have the same electrical characteristics.
前記電気的特性は、感度および暗電流の特性のうち少なくとも1つを含むことを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 3,
The focus detection apparatus characterized in that the electrical characteristics include at least one of sensitivity and dark current characteristics.
前記偏向手段は、前記光学系を透過した光束の一部を前記第1光束として反射させると共に、前記光学系を透過した光束の残りを前記第2光束として透過させる光学部材であることを特徴とする焦点検出装置。 In the focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The deflecting unit is an optical member that reflects a part of the light beam transmitted through the optical system as the first light beam and transmits the remainder of the light beam transmitted through the optical system as the second light beam. Focus detection device.
前記焦点検出手段は、前記反射光の波長と前記透過光の波長との差に応じて前記焦点状態の検出結果を補正することを特徴とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 5,
The focus detection device, wherein the focus detection unit corrects a detection result of the focus state according to a difference between a wavelength of the reflected light and a wavelength of the transmitted light.
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