JP2014122993A - 撮影機器、カメラシステム及びフォーカス制御のための情報を算出する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、レンズ系に拘わらず高精度のフォーカス処理を可能にする。
【解決手段】 撮影機器は、撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有する撮像素子と、結像光束の入射角度及び角度範囲に関する情報を保持する記憶部と、上記焦点検出用の画素の感度特性の情報を保持する記憶部と、上記記憶部から読み出した情報に基づいてフォーカス制御のための情報を算出する制御量算出部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オートフォーカス機能を有する撮影機器に関する。

近年、デジタルカメラなどの撮影機能付き携帯機器（撮影機器）は、オートフォーカス機能を有するものが多い。この種の撮影機器には、画像構成のための撮像用画素（通常画素）以外に、焦点検出用の画素（以下、ＡＦ画素という）を内蔵した撮像素子を採用して、瞳分割位相差法によりオートフォーカスを行うものがある。この手法では、瞳を左右方向に分割し、左、右それぞれの瞳を透過した光束を別々に受光する撮像部を有するＡＦ画素を撮像素子に構成する必要がある。これらの各種ＡＦ画素による画像信号に対する演算（以下、ＡＦ演算又は相関演算という）によって、ピント合わせのためのＡＦ信号を生成してピント合わせを行うことにより、高速なオートフォーカスが可能である。

ただし、この方法では、瞳位置の異なる光学系に対応できていない。

特開２００９−２９０１５７号公報

レンズの使用状態に応じて、ピントのずれ量（デフォーカス量）を求めるＡＦ演算においては、異なる光束による複数の像の受光面上での間隔（２像間隔）とＡＦ演算の各種パラメータ（以下、ＡＦ演算パラメータという）を用いた演算が行われる。

しかしながら、受光面全域におけるＡＦ演算パラメータを正確に算出することは困難であることから、ＡＦ演算にはレンズ光軸近傍のＡＦ画素を考慮したＡＦ演算パラメータが設定される。このため、レンズ光軸からずれたＡＦ画素を用いたＡＦ演算精度は低く、ＡＦ精度が低下することがあるという問題があった。

本発明は、簡単な構成で、受光面のいずれの位置におけるＡＦ画素を用いた場合でも高精度のフォーカス処理を可能にすることができる撮影機器を提供することを目的とする。

本発明に係る撮影機器は、撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有する撮像素子と、結像光束の入射角度及び角度範囲に関する情報を保持する第１の記憶部と、上記焦点検出用の撮像素子の特性の情報を保持する第２の記憶部と、上記第１及び第２の記憶部から読み出した情報に基づいてフォーカス制御のための情報を算出する制御量算出部とを具備する。

本発明によれば、簡単な構成で、受光面のいずれの位置におけるＡＦ画素を用いた場合でも高精度のフォーカス処理を可能にすることができるという効果を有する。

本発明の第１の実施の形態に係る撮影機器を示すブロック図。 瞳分割位相差法においてＦ値（Ｆナンバー）と２像間隔との関係を説明するための説明図。 ＡＦ画素の感度特性を説明するための説明図。 光軸外のＡＦ画素への結像光束の入射角度の状態を説明するための説明図。 光軸上のＡＦ画素について結像光束の角度範囲とＡＦ感度との関係を説明するための説明図。 軸外のＡＦ画素について結像光束の角度範囲とＡＦ感度との関係を説明するための説明図。 像高ＸのＡＦ画素に入射される入射光束について、有効口径（補正Ｆ値）及び結像光束の中心方向である結像光束入射角θｃを説明するための説明図。 軸外の像高ＸのＡＦ画素の感度及び結像光束の入射角度範囲と、ＡＦ感度との関係を説明するための説明図。 メモリ１２に保持される情報を説明するための説明図。 本実施の形態におけるカメラ制御を説明するためのフローチャート。 本発明の第２の実施の形態において採用されるＡＦ感度テーブルを示す説明図。 画素の感度分布及び結像光束の角度範囲についての方向を説明するための説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る撮影機器を示すブロック図である。

先ず、図２乃至図８を参照して、本実施の形態において採用するオートフォーカス（ＡＦ）処理について説明する。

図２は瞳分割位相差法においてＦ値（Ｆナンバー）と２像間隔との関係を説明するための説明図である。図２（ａ）はＦ値が大きい場合の例を示し、図２（ｂ）はＦ値が小さい場合の例を示している。図２は瞳分割位相差法による右光束４１Ｒ及び左光束４１Ｌが撮像面４２に入射する様子を示している。図２では原理説明のためレンズ付近の光軸上に絞りが描かれているが、実際には、撮像素子内に光束分割の手段を有する。

瞳分割位相差法においては、被写体からの各光路を射出瞳において例えば右方向と左方向とに分割して、右方向からの光束（右光束）と左方向からの光束（左光束）とを撮像素子の撮像面（受光面）に入射させる。撮像素子に、右光束を受光する画素（以下、Ｒ画素という）と左光束を受光する画素（以下、Ｌ画素）とを構成して、右光束と左光束とをＲ画素とＬ画素の各撮像面に別々に結像させる。

図２において、レンズ４０を介して入射した右光束４１Ｒによる右画像４３ＲがＲ画素によって得られ、左光束４１Ｌによる左画像４３ＬがＬ画素によって得られる。これらの右画像４３Ｒと左画像４３Ｌとの撮像面４２上におけるずれ量及びずれの方向がデフォーカス量及びデフォーカス方向に対応する。右光束４１Ｒの主光線４４Ｒと左光束４１Ｌの主光線４４Ｌとの撮像面４２上における距離が２像間隔Ａ１（塗り潰し矢印）であり、２像間隔Ａ１は、撮像面４２と焦点４５までの距離（デフォーカス量）に比例する。この比例係数がＡＦ感度であり、図２（ａ）におけるＡＦ感度をα１とすると、デフォーカス量Ｄｅｆは、Ｄｅｆ＝α１×Ａ１で表すことができる。

２像間隔は、Ｒ画素とＬ画素の出力から得ることができるので、ＡＦ感度を求めれば、、デフォーカス量を算出することができることになる。ＡＦ感度は、レンズや撮像素子の特性に基づくＡＦ演算パラメータから求めることができる。

図２（ｂ）は図２（ａ）に対してレンズ４０の有効口径を変化させた場合の例を示している。図２（ｂ）におけるデフォーカス量Ｄｅｆは図２（ａ）におけるデフォーカス量Ｄｅｆに一致した例を示している。図２（ｂ）における２像間隔をＡ２とし、ＡＦ演算パラメータから求めたＡＦ感度をα２とすると、デフォーカス量Ｄｅｆは、Ｄｅｆ＝α２×Ａ２で表すことができる。

図２（ａ），（ｂ）の例は、デフォーカス量Ｄｅｆが一定であっても、２像間隔はＦＮｏに応じて変化することを示している。即ち、図２の例は、ＡＦ感度はＦＮｏに応じて変化することを示しており、ＡＦ感度を求めるためのＡＦ演算パラメータとして有効口径の情報、例えばＦ値を用いることができることを示している。即ち、図２の例では、２像間隔とＦ値の情報からデフォーカス量を算出可能である。

しかし、Ｆ値は光軸上の光線によって定義されている。そこで、本実施の形態においては、光軸外に位置するＡＦ画素に対する光束の有効口径を表すものとして、Ｆ値を像高に応じて補正した補正Ｆ値（ＣＦ値）の情報をＡＦ演算パラメータとして用いるようになっている。

図３はＡＦ画素の感度特性を説明するための説明図である。図３（ａ）は受光面に入射する光束（結像光束）の瞳分割方向における入射角度（光線入射角θｘ）の範囲を示している。

図３（ａ）に示すように、光線入射角θｘは、受光面に垂直な軸を０度として、受光面に垂直な軸と光線入射角との正負の方向の角度で表す。

図３（ｂ）は横軸に光線入射角θをとり縦軸に感度をとって、左の瞳を透過した左光束を受光するＬ画素と、右の瞳を透過した右光束を受光するＲ画素の受光感度の特性を、実線Ｌ及び破線Ｒにて夫々示している。

図４のように、軸外光束は、光軸に対し傾きを持つことがある。

このように、軸外のＡＦ画素を用いたＡＦ演算では、光束の幅を表す補正Ｆ値を用いただけでは適正なＡＦ感度を得ることはできず、光束の傾きを示す値も必要となる。

ＡＦ画素の受光感度は、瞳分割方向に角度特性を有しているので、本実施の形態においては、結像光束の角度範囲と角度特性とを考慮して、ＡＦ演算パラメータを設定する。即ち、本実施の形態においては、適正なＡＦ感度を得るためのＡＦ演算パラメータとして、像高に対応した補正Ｆ値だけでなく、Ｌ，Ｒ画素の感度の情報及びＬ，Ｒ画素に入射する結像光束の角度範囲に関する情報を用いる。

図５及び図６は結像光束の角度範囲とＡＦ感度との関係を説明するための説明図である。図５は光軸上のＡＦ画素について示し、図６は光軸外のＡＦ画素について示している。図５に示すように、光軸上のＡＦ画素には、例えば破線太線にて示す角度範囲の結像光束が入射される。この結像光束は、図４に示すように光軸に対して左右対称であり、最大の入射角と最小の入射角との角度差は、Ｆ値に対応するものである。

また、光軸外のＡＦ画素における結像光束の最大の入射角と最小の入射角は、図４に示すように像高に応じてシフトし、例えば図６の破線太線にて示す角度範囲となる。なお、この場合の結像光束の最大の入射角と最小の入射角の角度差は、図４では図示を省略したが正確には、像高に応じて補正した補正Ｆ値に対応する。従って、補正Ｆ値と、結像光束の中心を通る光線の入射角（以下、結像光束入射角という）とを用いることで、結像光束の最大の入射角と最小の入射角の情報を得ることができる。

本実施の形態においては、演算を簡単なものとするために、補正Ｆ値と結像光束入射角（結像光束の中心方向）の情報を用いて、ＡＦ画素に入射する光束の範囲を求め、これにより、ＡＦ感度を求めるようになっている。

この場合において、受光面において所定の像高に入射される結像光束の入射角度は、絞りと受光面間における光学系の収差等の影響を受けるので、光学系毎に異なる。そこで、本実施の形態においては、光学系において得られる、受光面の像高に対応する結像光束入射角の情報をＡＦ演算パラメータとする。

図７は像高ＸのＡＦ画素に入射される入射光束について、有効口径（補正Ｆ値）及び結像光束の中心方向である結像光束入射角θｃを説明するための説明図である。図７（ａ）は像高Ｘから見た瞳の角度範囲を示している。像高Ｘ方向には、結像光束は、入射角θＬからθＵの範囲に存在し、その中心が結像光束入射角θｃである。

更に、受光面への光線入射角は、結像光束の中心を通る光線（図７（ｂ）の破線）と光軸との交点の位置と１対１に対応する。この位置の変化の比率は、結像光線入射角θｃの変化の比率に対して比較的小さい。このため、結像光束入射角θｃの情報に代えてこの位置の情報を用いることで、比較的少ないビット数で高精度の制御が可能である。本実施の形態においては、以後この位置、即ち、結像光束の中心を通る直線が光軸と交わる位置を、補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）というものとする。なお、通常、近軸量として定義される射出瞳位置とは異なることがある。

なお、補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）は下記（１）式によって示すことができ、補正Ｆ値（ＣＦ値）は下記（２）式によって示すことができる。

このように、本実施の形態においては、ＡＦ演算パラメータとして、像高に応じて補正した補正Ｆ値（ＣＦ値）及び像高に応じて補正した補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）の情報を用いる。これらの情報は、光学系毎に異なる値となるので、光学系からの情報を利用する。また、結像光束入射角θｃの値によっては、補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）が無限遠になることがあるので、補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）の逆数の値をＡＦ演算パラメータとしてもよい。

本実施の形態においては、カメラのレンズ側のＡＦ演算パラメータとして、像高に応じて補正した補正Ｆ値及び像高に応じて補正した補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）の情報を用い、カメラのボディ側のＡＦ演算パラメータとして、ＡＦ画素の感度特性を用いる。レンズ側のＡＦ演算パラメータは、光学設計に基づいたレンズ側固有の値であり、一方ボディ側のＡＦ演算パラメータは、撮像素子の設計に基づいたボディ側固有の値である。従って、これらのＡＦ演算パラメータをレンズ側及びボディ側で夫々保持することで、レンズ側及びボディ側の種類が夫々変化した場合でも、レンズ側及びボディ側のＡＦ演算パラメータを利用することができ、像高に拘わらず高精度のＡＦ演算が可能となる。

図８は軸外の像高ＸのＡＦ画素の感度及び結像光束の入射角度範囲と、ＡＦ感度との関係を説明するための説明図である。実線ＬはＬ画素の受光感度を示し、破線ＲはＲ画素の受光感度を示している。図８の感度特性によって示されるＡＦ画素に、破線太線の角度範囲で結像光束が入射するものとする。即ち、図８は結像光束入射角θｃを中心に、補正Ｆ値に対応する角度範囲だけ結像光束が入射することを示している。

Ｌ画素の受光量は、図８（ａ）の斜線部分にて示すことができる。また、Ｒ画素の受光量は、図８（ｂ）の斜線部分にて示すことができる。図８（ａ）の斜線領域の重心位置は左光束の入射方向に相当し、図８（ｂ）の斜線領域の重心位置は右光束の入射方向に相当するものと考えることができる。そして、これらの重心位置間の角度間隔（重心角度間隔）は、ＡＦ感度に比例すると考えられる。

即ち、重心角度間隔は、下記（３）式によって示すことができ、ＡＦ感度は下記（４）式によって示すことができる。

なお、図８は所定像高のＡＦ画素の受光感度を示しているが、像高に応じてＡＦ画素の受光感度も変化する。従って、ボディ側では、各像高毎のＡＦ画素の受光感度の情報を保持して利用するようにした方がよい。

また、図８（ａ），（ｂ）の斜線領域の面積は、各Ｌ，Ｒ画素の受光量に相当する。同一被写体に対するＬ，Ｒ画素の受光量に差があると、Ｌ画素に基づくＬ画像とＲ画像に基づくＲ画像とが相違してしまい、２像間隔の検出が困難となってしまう。そこで、図８（ａ），（ｂ）の斜線領域の面積に応じてＬ，Ｒ画像信号を照度補正することで、２像間隔の検出を容易にするようになっている。なお、図８（ａ）の斜線部分の面積ＳＬと図８（ｂ）の斜線部分の面積ＳＲとの面積比は下記（５）式によって示すことができ、照度補正は下記（６）式によって示すことができる。

（回路構成）
図１に示すように、本実施の形態における撮影機器１は、主要な回路が構成されたボディ部２０と、ボディ部２０の筐体に取り付けられるレンズ部１０によって構成される。なお、レンズ部１０は、ボディ部２０に着脱自在に取り付けられる交換レンズであってもよい。レンズ部１０には光学系１１が設けられており、光学系１１は被写体の光学像をボディ部２０の撮像素子２１の撮像面に導くようになっている。光学系１１は、図示しないレンズを有しており、制御部１３に駆動されて合焦するオートフォーカス機能を備えている。また、光学系１１は制御部１３に駆動されてズーム機能を有するものであってもよい。なお、レンズ部１０としては、単焦点の撮影レンズを有するものを採用してもよい。

レンズ部１０はメモリ１２を備えている。メモリ１２は、レンズ部１０に関する各種情報、例えば、絞り位置、絞り径、射出瞳位置、射出瞳径、フォーカスレンズ位置、像高及び方向に応じたケラレ等に関する情報を記憶するようになっている。

更に、本実施の形態においては、メモリ１２は、ＡＦ演算パラメータとして、像高に応じて補正した補正Ｆ値（ＣＦ値）及び補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）の逆数の情報を保持する。メモリ１２のＡＦ演算パラメータをボディ部２０に送信することで、ボディ部２０において、ＡＦ感度の情報を取得することができるようになっている。

図９はメモリ１２に保持される情報を説明するための説明図である。図９に示すように、メモリ１２には、各レンズ状態に応じて、像高Ｘ毎に補正Ｆ値（ＣＦ値）及び補正射出瞳位置の逆数（１／ＣＥＸＰＩ）の情報が格納されている。なお、図９は図面の簡略化のために３種類の像高のみを示したが、実際には想定されるＡＦ画素配置を考慮して、多数の像高の情報を記憶する。また、レンズ状態は、フォーカス状態、ズーム状態、絞り状態等に対応したものであり、多数の状態についての情報が記憶されている。

ボディ部２０は、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子によって構成された撮像素子２１を有している。撮像素子２１は、レンズ部１０からの被写体の光を受光する受光面を有する。レンズ部１０からの被写体の光学像は、受光面に結像するようになっている。本実施の形態においては、撮像素子２１には、上述した通常画素、Ｌ画素及びＲ画素が構成されている。

撮像素子２１は、被写体からの光学像を光電変換して、光電変換結果を信号抽出部２２に出力する。信号抽出部２２は、撮像素子２１の出力から画像信号を抽出して出力する。なお、この画像信号中には、通常画素の出力に基づく画像信号だけでなく、Ｌ画素の出力に基づくＬ画像信号及びＲ画素の出力に基づくＲ画像信号が含まれる。信号抽出部２２は取り込んだ画像信号を画像処理部２３に出力すると共に、ＡＦ画素の出力に基づくＬ画像信号及びＲ画像信号を照度補正部２８に出力する。

画像処理部２３は、信号抽出部２２からの画像信号に対して、所定の信号処理、例えば、色信号生成処理、マトリックス変換処理、その他各種の信号処理を行う。画像処理部２３は、処理後の画像信号を表示部２４に与えて撮像画像を表示させることができる。また、画像処理部２３は、処理後の画像信号を符号化処理を施して圧縮した画像情報を記録部２５に与えて記録させることができる。

記録部２５としては例えばカードインターフェースを採用することができ、記録部２５はメモリカード等に画像情報や音声情報等を記録可能である。また、記録部２５は、記録媒体に記録された画像情報及び音声情報を読み出して画像処理部２３に供給することができる。画像処理部２３は、記録部２５からの画像情報及び音声情報を復号化して、画像信号及び音声信号を得ることができるようになっている。

表示部２４は、撮像素子２１からの撮像画像や記録部２５からの再生画像が画像処理部２３から供給されて、これらの画像表示を行うことができる。また、表示部２４は制御部３１に制御されて、撮影機器１の操作を行うためのメニュー表示等を表示することもできるようになっている。

制御部３１はボディ部２０の各部を制御するようになっている。例えば、制御部３１は、ボディ部２０の筐体に設けられた各種スイッチ、例えば撮影モード設定等のスイッチや撮影を行うためのレリーズボタン等に対するユーザ操作を検出し、ユーザ操作に基づいて、各部を制御することができるようになっている。

本実施の形態においては、本体メモリ２７が設けられている。本体メモリ２７は、ＡＦ演算パラメータとして、各ＡＦ画素の像高に応じた感度特性に関する情報を保持する。像高補正部２６は、メモリ１２に保持されたＡＦ演算パラメータ及び本体メモリ２７に保持されたＡＦ演算パラメータを読み出して、像高に応じたＡＦ感度の情報を生成すると共に、像高に応じて照度を補正するための情報を生成する。

即ち、像高補正部２６は、ＡＦ画素の感度の情報と、補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）及び補正Ｆ値（ＣＦ値）の情報とに基づいて、図８のＬ画素とＲ画素の斜線領域を求め、重心位置同士の差に基づいてＡＦ感度を算出してレンズ制御量算出部３０に出力する。また、像高補正部２６は、図８のＬ画素とＲ画素の斜線領域の面積の比に基づいて照度補正制御値を求めて照度補正部２８に出力する。

照度補正部２８は、信号抽出部２２からのＬ画像信号及びＲ画像信号を、照度補正制御値に基づいて補正した後、２像間隔演算部２９に出力する。２像間隔演算部２９は、照度補正されたＬ画像信号及びＲ画像信号から２像間隔を求めてレンズ制御量算出部３０に出力する。

レンズ制御量算出部３０は、２像間隔演算部２９からの２像間隔と、像高補正部２６からのＡＦ感度の情報を用いて、デフォーカス量を算出する。ＡＦ感度の情報が像高に応じたものとなっているので、レンズ制御量算出部３０は、軸外のＡＦ画素を用いて２像間隔が求められている場合でも、高精度にデフォーカス量を算出することができる。

レンズ制御量算出部３０は、求めたデフォーカス量をレンズ部１０の制御部１３に出力する。制御部１３は、与えられたデフォーカス量に基づいて光学系を制御することで、合焦を行うようになっている。

次に、このように構成された実施の形態の作用について図１０を参照して説明する。図１０は本実施の形態におけるカメラ制御を説明するためのフローチャートである。

撮影機器１に電源が投入されると、制御部３１は、図１０のステップＳ１において、レンズ通信を行う。ボディ部２０の像高補正部２６は、レンズ部１０のメモリ１２からＡＦ演算パラメータを読み出す。制御部３１は、ステップＳ２において、撮像素子２１からの画像信号に基づいて、表示部２４に撮像画像（スルー画）をライブビュー表示させる。制御部３１は、次のステップＳ３において照度補正制御値を算出させ、ステップＳ４においてＡＦ感度を算出させる。

像高補正部２６は、本体メモリ２７から像高毎のＡＦ画素の感度に関する情報を読み出し、メモリ１２から読み出した補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）及び補正Ｆ値（ＣＦ値）の情報を用いて、例えば、上記（５），（６）式によって照度補正制御値を求める。

また、像高補正部２６は、像高毎のＡＦ画素の感度に関する情報、補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）及び補正Ｆ値（ＣＦ値）の情報を用いて、例えば、上記（３），（４）式によってＡＦ感度を求める。

制御部３１は、次のステップＳ５においてレリーズボタンを半押しするファーストレリーズ操作が行われたか否かを判定する。ファーストレリーズが行われるまで、ステップＳ１〜Ｓ４の処理が繰り返される。ファーストレリーズが行われると、制御部３１はＡＦ画素の読み込みを指示する（ステップＳ６）。

照度補正部２８は、信号抽出部２２からＬ画像信号及びＲ画像信号を読み出し、像高補正部２６において算出された照度補正制御値を用いて照度補正を行う（ステップＳ７）。照度補正されたＬ画像信号及びＲ画像信号は、２像間隔演算部２９に供給されて、２像間隔が算出される。２像間隔の情報はレンズ制御量算出部３０に供給され、レンズ制御量算出部３０は、ステップＳ８において、２像間隔とＡＦ感度とに基づいてデフォーカス量を算出する。

レンズ制御量算出部３０がＡＦ演算に用いたＡＦ感度の情報は、像高補正部２６によって像高毎に算出されたものであり、像高に拘わらず、高精度のデフォーカス量が得られる。レンズ制御量算出部３０は、求めたデフォーカス量をレンズ部１０の制御部１３に送信する。このデフォーカス量の情報を用いて、制御部１３は、光学系１１を駆動して合焦を行う。

制御部３１はステップＳ１０においてレリーズボタンを全押しするセカンドレリーズ操作が行われたか否かを判定する。制御部３１はステップＳ１１においてファーストレリーズ操作を検出する。即ち、ステップＳ１０，Ｓ１１の判定によって、ファーストレリーズ後にセカンドレリーズ操作が行われることを検出する待機状態となる。撮影者がレリーズボタンの半押しを解除すると、ステップＳ１１から処理をステップＳ１に戻して、ステップＳ１以降の処理が繰り返される。

制御部３１は、ファーストレリーズ後にセカンドレリーズ操作が行われたことをステップＳ１０において判定すると、処理をステップＳ１２に移行して撮影を行う。撮影時点では、像高に応じて補正されたＡＦ感度を用いた合焦動作が行われており、確実に合焦された状態で被写体を撮影することができる。

このように本実施の形態においては、像高に応じて補正された補正Ｆ値（ＣＦ値）、像高に応じて補正された補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）及び像高毎のＡＦ画素の感度情報に基づいてＡＦ感度を算出してデフォーカス量を求めており、ＡＦ画素の像高に拘わらず、高精度のフォーカス制御が可能である。また、レンズ側の特性に応じて決定される補正Ｆ値（ＣＦ値）及び補正射出瞳位置（ＣＸＥＰＩ）の情報をレンズ側に記憶させ、ボディ側の特性に応じて決定されるＡＦ画素の感度情報をボディ側に記憶させており、レンズ側及びボディ側の種類が夫々変化した場合でも、像高に拘わらず高精度のＡＦ演算が可能となる。こうして、簡単な構成で、受光面のいずれの位置におけるＡＦ画素を用いた場合でも高精度のフォーカス処理が可能である。

（第２の実施の形態）
図１１は本発明の第２の実施の形態において採用されるＡＦ感度テーブルを示す説明図である。本実施の形態のハードウェア構成は図１と同様である。本実施の形態は像高補正部２６において、本体メモリ２７に格納されているＡＦ感度テーブルを用いてＡＦ感度を求める点が第１の実施の形態と異なるのみである。

第１の実施の形態においては、像高補正部２６は、像高に応じて補正された補正Ｆ値（ＣＦ値）、像高に応じて補正された補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）及び像高毎のＡＦ画素の感度情報に基づいてＡＦ感度を算出した。本実施の形態においては、本体メモリ２７は、この算出結果をＡＦ感度テーブルとして保持する。従って、像高補正部２６は、補正Ｆ値（ＣＦ値）及び補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）（又はその逆数）の情報に基づいて、ＡＦ感度テーブルに記憶されたＡＦ感度を読み出せばよい。

図１１に示すように、ＡＦ感度テーブルは、補正Ｆ値（ＣＦ値）及び補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）の逆数の情報に対応したＡＦ感度α1-15〜α22+3の情報が記憶されている。なお、図１１において、１０００／ＣＥＸＰＩは、補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）の逆数を１０００倍した値を示している。

このように、本実施の形態においては、レンズ側において、各レンズ状態毎で、像高毎に補正Ｆ値（ＣＦ値）及び補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）の逆数の情報を有するテーブルを記憶し、ボディ側において、補正Ｆ値（ＣＦ値）及び補正射出瞳位置（ＣＥＸＰＩ）の逆数の情報に対応するＡＦ感度の情報を有するＡＦ感度テーブルを記憶させることにより、極めて簡単な構成によって、像高に応じたＡＦ感度及びデフォーカス量の算出が可能である。

なお、上記各実施の形態においては、説明を簡略化するために、ＡＦ画素の感度分布及び結像光束の角度範囲の説明は、図１２に示すθｘ方向である瞳分割方向についてのみ行った。図１２はこの状態を示しており、瞳を通過した光束は、光軸から瞳分割方向の軸外にずれている。しかし、実際には、結像光束はθｙ方向にもずれるので、ＡＦ画素の感度分布及び結像光束の角度範囲については２次元を考慮する。更に、軸外における結像光束の歪も考慮して、ＡＦ感度を求めてもよい。

さらに、本発明の各実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話やスマートフォンなど携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assist）等に内蔵されるカメラでも勿論構わない。また、内視鏡、顕微鏡のような産業用、医療用の光学機器でもよい。

本発明は、上記各実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

なお、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。また、これらの動作フローを構成する各ステップは、発明の本質に影響しない部分については、適宜省略も可能であることは言うまでもない。

１…撮影機器、１０…レンズ部、１１…光学系、１２…メモリ、１３，３１…制御部、２０…ボディ部、２１…撮像素子、２２…信号抽出部、２３…画像処理部、２４…表示部、２５…記録部、２７…本体メモリ、２８…照度補正部、２９…２像間隔演算部、３０…レンズ制御量算出部。

本発明は、オートフォーカス機能を有する撮影機器、カメラシステム及びフォーカス制御のための情報を算出する方法に関する。

本発明は、簡単な構成で、受光面のいずれの位置におけるＡＦ画素を用いた場合でも高精度のフォーカス処理を可能にすることができる撮影機器、カメラシステム及びフォーカス制御のための情報を算出する方法を提供することを目的とする。

本発明に係る撮影機器は、レンズ部を装着可能であって、レンズ部から結像光束が導かれるボディ部を有する撮影機器において、撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有し、上記レンズ部からの結像光束が入射する撮像素子と、上記焦点検出用の画素への光線入射角に対応する受光感度の特性を示す感度特性の情報を保持する記憶部と、上記焦点検出用の画素に入射する上記結像光束の入射角度及び角度範囲に関する情報を上記レンズ部から取得し、該情報と上記記憶部から読み出した情報に基づいてフォーカス制御のための情報を算出する制御量算出部とを具備する。
また、本発明に係る撮影機器は、撮影光束を導くレンズ部と上記レンズ部を装着可能なボディ部を有する撮影機器において、撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有し、上記レンズ部からの結像光束が入射する撮像素子と、上記焦点検出用の画素に入射する上記結像光束の入射角度及び角度範囲に関する情報を保持する第１の記憶部と、上記焦点検出用の画素への光線入射角に対応する受光感度の特性を示す感度特性の情報と上記入射角度及び角度範囲に関する情報とに基づいて得られるフォーカス制御のための情報を、上記入射角度及び角度範囲に関する情報に対応して記憶する第２の記憶部と、上記第１の記憶部から読み出した情報に基づいて上記第２の記憶部から上記フォーカス制御のための情報を読み出してフォーカス制御情報を出力する制御量出力部とを具備する。
また、本発明に係るフォーカス制御のための情報を算出する方法は、撮影光束を瞳分割した一対の光束を受光する一対の焦点検出用の画素を複数対含む撮像素子を有するボディ部と、上記ボディ部に装着可能なレンズ部を有する撮影機器において、フォーカス制御のための情報を算出する方法であって、上記焦点検出用の画素に入射する結像光束の入射角度及び角度範囲に関する情報を上記レンズ部から読み出し、上記焦点検出用の画素への光線入射角に対応する受光感度の特性を示す感度特性の情報を上記ボディ部から読み出し、上記入射角度及び角度範囲に関する情報と上記感度特性の情報とに基づいて、上記一対の焦点検出用の画素にそれぞれ入射する光束の重心位置の間隔を算出してフォーカス制御のための情報を算出する。
また、本発明に係るカメラシステムは、撮影光束を導くレンズ部と上記レンズ部を装着可能なボディ部を有するカメラシステムにおいて、撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有し、上記レンズ部からの結像光束が入射する撮像素子と、上記レンズ部に設けられ、上記焦点検出用の画素に入射する上記結像光束の入射角度及び角度範囲に関する情報を保持する第１の記憶部と、上記ボディ部に設けられ、上記焦点検出用の画素への光線入射角に対応する受光感度の特性を示す感度特性の情報を保持する第２の記憶部と、上記第１及び第２の記憶部から読み出した情報に基づいてフォーカス制御のための情報を算出する制御量算出部とを具備する。

Claims (7)

1. 撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有する撮像素子と、
   結像光束の入射角度及び角度範囲に関する情報を保持する第１の記憶部と、
   上記焦点検出用の画素の感度特性の情報を保持する第２の記憶部と、
   上記第１及び第２の記憶部から読み出した情報に基づいてフォーカス制御のための情報を算出する制御量算出部と
   を具備したことを特徴とする撮影機器。
2. 上記第１の記憶部は、上記撮像素子に上記結像光束を導くレンズ側に設けられ、
   上記第２の記憶部は、上記撮像素子及び上記制御量算出部を備えるボディ側に設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮影機器。
3. 上記第１の記憶部は、上記入射角度及び角度範囲に関する情報として、Ｆ値を像高に応じて補正して求めた補正Ｆ値の情報と射出瞳位置を像高に応じて補正して求めて補正射出瞳位置の情報とを記憶する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影機器。
4. 上記第１の記憶部は、上記入射角度及び角度範囲に関する情報を、レンズ状態毎に記憶する
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮影機器。
5. 上記第２の記憶部は、上記感度特性の情報を、像高毎に記憶する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の撮影機器。
6. 撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有する撮像素子と、
   結像光束の入射角度及び角度範囲に関する情報を保持する第１の記憶部と、
   上記焦点検出用の画素の感度特性の情報と上記入射角度及び角度範囲に関する情報とに基づいて得られるフォーカス制御のための情報を、上記入射角度及び角度範囲に関する情報に対応して記憶する第２の記憶部と、
   上記第１の記憶部から読み出した情報に基づいて上記第２の記憶部から上記フォーカス制御のための情報を読み出して出力する制御量出力部と
   を具備したことを特徴とする撮影機器。
7. 上記焦点検出用の画素の感度特性の情報と上記結像光束の入射角度及び角度範囲に関する情報とに基づいて、上記焦点検出用の画素の出力の照度を補正する照度補正部
   を具備したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の撮影機器。

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