JP2013003261A - 焦点検出装置および撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光学系の異なる領域を通過した一対の光束を受光して被写体像の位相差を検出することにより光学系の焦点状態を検出する焦点検出部103aにより検出された焦点状態に基づいて、光学系が合焦状態になるように駆動部212を制御する制御部103eと、絞り211の開口径とフォーカシングレンズ210bの位置とに基づいて、焦点検出可能範囲を演算する演算部103bにより演算された焦点検出可能範囲に、光学系の至近端および無限遠端の一方が含まれるか否かを判定する判定部103cとを備え、焦点状態を検出不能であれば、絞り211の開口径を第1開口径より小さい第2開口径に設定して、至近端が含まれていれば無限遠端の方向に、無限遠端が含まれていれば至近端の方向に、それぞれフォーカシングレンズ210bが駆動されるよう駆動部212を制御する。
【選択図】図2
Description
請求項5に係る発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の焦点検出装置を有することを特徴とする撮像装置である。
図1は、本発明を適用したレンズ交換式のカメラシステムを示した斜視図である。なお、図1では本発明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。カメラ1は、カメラボディ100と、カメラボディ100に着脱可能な交換レンズ200とから構成される。
図3は保持部102,202の詳細を示す模式図である。なお図3において保持部102がレンズマウント101の右側に配置されているのは、実際のマウント構造に倣ったものである。すなわち、本実施形態の保持部102は、カメラボディ100のレンズマウント101のマウント面よりも奥まった場所(図3においてレンズマウント101よりも右側の場所)に配置されている。同様に、保持部202がレンズマウント201の右側に配置されているのは、本実施形態の保持部202が交換レンズ200のレンズマウント201のマウント面よりも突出した場所に配置されていることを表している。保持部102と保持部202がこのように配置されているので、レンズマウント101のマウント面とレンズマウント201のマウント面とを接触させて、カメラボディ100と交換レンズ200とをマウント結合させると、保持部102と保持部202とが接続され、両保持部に設けられている電気接点同士も接続することになる。このようなマウント構造については周知であるのでこれ以上の説明、図示を省略する。
レンズ制御部203は、レンズ側第1通信部217を制御して、接点LP3〜LP6、すなわち信号線CLK,BDAT,LDAT,およびRDYを介して、ボディ側第1通信部117からの制御データの受信と、ボディ側第1通信部117への応答データの送信とを並行して、第1の所定周期(本実施形態では例えば16ミリ秒)で行う。以下、レンズ側第1通信部217とボディ側第1通信部117との間で行われる通信の詳細を説明する。
レンズ制御部203は、レンズ側第2通信部218を制御して、接点LP7〜LP10、すなわち信号線HREQ,HANS,HCLK,およびHDATを介して、ボディ側第2通信部118へレンズ位置データを送信する。以下、レンズ側第2通信部218とボディ側第2通信部118との間で行われる通信の詳細を説明する。
図6は、撮像素子104の撮像面を模式的に示した拡大図である。撮像用画素は緑画素310、赤画素311、青画素312の3種類の画素からなり、これらの画素がベイヤー配列で2次元配列されている。撮像用画素(緑画素310、赤画素311、青画素312)はそれぞれ、マイクロレンズと、光電変換部と、不図示の色フィルタ(赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類)とからなる。
図9はマイクロレンズを用いた瞳分割方式による焦点検出の説明図である。焦点検出用画素のマイクロレンズ50、60は結像光学系210の予定結像面近傍に配置されている。マイクロレンズ50は、その背後に配置された一対の光電変換部52、53の形状をマイクロレンズ50、60から投影距離d0だけ離間した射出瞳90上に投影し、その投影形状は測距瞳92、93を形成する。なお、投影距離d0はマイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部の間の距離などに応じて決まる距離であって、以下では測距瞳距離という。マイクロレンズ60は、その背後に配置された一対の光電変換部62、63の形状を投影距離(測距瞳距離)d0だけ離間した射出瞳90上に投影し、その投影形状は測距瞳92、93を形成する。すなわち、投影距離d0にある射出瞳90上で各焦点検出用画素の光電変換部の投影形状(測距瞳92、93)が一致するように、各画素の投影方向が決定されている。つまり、一対の測距瞳92、93と、一対の光電変換部52、53および一対の光電変換部62、63は、マイクロレンズ50、60を介して共役な関係となっている。
An=αn+2 ×α(n+1)+α(n+2),
Bn=βn+2 ×β(n+1)+β(n+2) ・・・(1)
C(k)=Σ|An−B(n+k)| ・・・(2)
x=k j +D/SLOP ・・・(3),
C(x)= C(k j)- |D| ・・・(4),
D={C ( k j- 1 ) −C ( k j +1 )}/2 ・・・(5),
SLOP=MAX{C ( k j +1 ) −C ( k j),C ( k j- 1 ) −C ( k j)} ・・・(6)
DEF=KX・PY・x ・・・(7)
カメラ1においては、ボディ制御部103内の合焦制御部103eにより自動焦点調節が行われる。例えばユーザによる操作やボディ制御部103による自動制御等により、自動焦点調節が開始される。自動焦点調節は、表示装置111にいわゆるスルー画を表示しているときに実行されてもよいし、動画を撮影している場合や静止画の撮影直前に実行されてもよい。
(1)合焦制御部103eは、絞り211の開口径を第1開口径に設定して焦点検出部103aに焦点状態を検出させ、焦点状態を検出不能であれば、絞り211の開口径を第1開口径より小さい第2開口径に設定し、焦点検出可能範囲に端部が含まれるか否かを端部判定部103cに判定させる。そして、焦点検出可能範囲に至近端が含まれていれば無限遠端の方向に、無限遠端が含まれていれば至近端の方向に、それぞれフォーカシングレンズ210bが駆動されるよう駆動指示送出部103dを制御する。このようにしたので、焦点検出に要する時間を短縮することができる。
図12に示す自動焦点調節処理において、合焦制御部103eは、第2開口径にした後に焦点検出が可能であった場合、絞り211の絞り径を第1開口径に戻し(ステップS210)、その後フォーカシングレンズ210bを駆動させている(ステップS220)。この絞り211の駆動とフォーカシングレンズ210bの駆動は並行して行ってもよい。つまり、合焦制御部103eによる絞り211の駆動指示の送信と、駆動指示送出部103dによるフォーカシングレンズ210bの駆動指示の送信とを相前後して行い、絞り211およびフォーカシングレンズ210bの駆動が並行して行われるようにしてもよい。このようにすることで、合焦までの所要時間を更に短縮することが可能となる。ステップS170における絞り211の駆動とステップS190およびステップS200におけるフォーカシングレンズ210bの駆動についても同様である。
第2開口径を、予め決めておいた開口径とするのではなく、適切な開口径を都度演算により求めるようにしてもよい。例えば、焦点検出可能範囲にフォーカス可能範囲の端部が含まれる最も大きな開口径を第2開口径とし、そのような開口径を図12のステップS130の段階で演算により求めるようにしてもよい。
上述した実施形態では、まず焦点検出を行い、焦点検出不能であれば絞り211を絞り込み、その後更に焦点検出を行った後に端部の判定を行っていた。これらの、「(A)焦点検出を行う」という動作と、「(B)第2開口径まで絞り込む」という動作と、「(C)端部の判定を行う」という動作とは、さまざまな順序で組み合わせることが可能である。
上述した実施形態では、焦点検出方式として、撮像面に設けられた焦点検出用画素を用いた瞳分割方式を用いていた。本発明はこのような焦点検出方式に限定されない。例えば、撮像用の撮像素子とは別に焦点検出用の光電変換素子を設け、ハーフミラー等により被写体光の一部をこの光電変換素子に導くようにし、この光電変換素子の出力に基づいて焦点検出を行う方式であってもよい。
上述した実施形態では、レンズ交換式のカメラシステムに本発明を適用していたが、本発明はこのような実施形態に限定されない。例えば、本発明を適用した焦点検出装置をレンズ一体型のカメラに搭載することも、いわゆる一眼レフレックス方式のカメラに本発明を適用することも可能である。
Claims (5)
- フォーカシングレンズと絞りとを有する光学系の焦点状態を調節する焦点調節装置であって、
前記フォーカシングレンズを光軸方向に駆動する駆動部と、
前記光学系の異なる領域を通過した一対の光束を受光して被写体像の位相差を検出することにより前記光学系の焦点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された焦点状態に基づいて、前記光学系が合焦状態になるように前記駆動部を制御する制御部と、
前記絞りの開口径と前記フォーカシングレンズの位置とに基づいて、前記焦点検出部の焦点検出可能範囲を演算する演算部と、
前記演算部により演算された前記焦点検出可能範囲に、前記光学系の至近端および無限遠端の一方が含まれるか否かを判定する判定部とを備え、
前記制御部は、前記絞りの開口径を第1開口径に設定して前記焦点検出部に焦点状態を検出させ、焦点状態を検出不能であれば、前記絞りの開口径を前記第1開口径より小さい前記第2開口径に設定して前記判定部に前記判定を行わせ、前記至近端が含まれていれば前記無限遠端の方向に、前記無限遠端が含まれていれば前記至近端の方向に、それぞれ前記フォーカシングレンズが駆動されるよう前記駆動部を制御することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項1に記載の焦点検出装置において、
前記制御部は、前記絞りの開口径を前記第2開口径に設定した後、前記焦点検出部に焦点状態を検出させ、焦点状態が検出可能であった場合には当該焦点状態に基づいて前記光学系が合焦状態になるように前記駆動部を制御し、焦点状態が検出不能であった場合には前記判定部に前記判定を行わせることを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項2に記載の焦点検出装置において、
前記制御部は、前記絞りの開口径を前記第2開口径に設定した後、前記焦点検出部に焦点状態を検出させ、焦点状態が検出可能であった場合には、前記光学系が合焦状態になるような前記駆動部の制御と並行して、前記絞りの開口径を前記第2開口径から前記第1開口径に設定することを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項3に記載の焦点検出装置において、
前記制御部は、前記絞りの開口径が前記第2開口径から前記第1開口径になったことに応じて、再度前記焦点検出部に焦点状態を検出させることを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の焦点検出装置を有することを特徴とする撮像装置。
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