JP5850627B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、焦点検出において、撮影光学系及び撮像装置の構造に起因する光束のケラレの影響を低減する技術に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置の中には、撮影シーンに合わせて撮像レンズや焦点レンズ等の光学系を自動で調整する機能を備えるものがある。自動調整機能は、例えば合焦位置を検出して制御する自動合焦機能や、被写体を測光して適正露出に調整する露出制御機能等があり、被写体像の状態を計測することで撮影シーンに合わせた撮影設定を自動的に選択でき、設定に係る撮影者の負担を軽減可能である。

自動合焦機能で行われる焦点検出方式は、アクティブ方式とパッシブ方式に分かれる。アクティブ方式では被写体までの距離を、例えば超音波センサや赤外線センサを用いることにより測定し、当該距離と光学系の光学特性に従って合焦位置を算出する。一方、パッシブ方式には、実際に焦点レンズを駆動して検出するコントラスト検出方式と、瞳分割された２つの光学像の位相差を検出する位相差検出方式とがある。デジタル一眼レフカメラ等の撮像装置では後者の方式が多く用いられており、２つの光学像の位相差を表すデフォーカス量を算出し、当該デフォーカス量をなくすように光学系を制御することにより、被写体に合焦させることができる。

なお、パッシブ方式の焦点検出を行う場合、比較する２つの光学像は、単に水平あるいは垂直方向にずれが生じた、同一形状の光学像である必要がある。しかしながら、光学系に含まれるレンズや絞り、あるいは撮像装置の構造等により、焦点検出に用いる光束の一部が遮られる、所謂「ケラレ」が発生することがある。焦点検出に用いる光束のケラレが発生した場合、焦点検出に用いる光学像の形状や輝度変化等が生じるため、瞳分割された光学像の位相差やコントラスト検出ができない、あるいは精度が低下する可能性がある。

このため、パッシブ方式の焦点検出機能を実行する撮像装置の中には、ケラレが生じないように、撮影光学系の口径比や焦点検出可能領域を制限しているものもある。しかしながら、焦点検出に用いる光束についてのケラレが生じないように焦点検出ユニットを設計する場合は、次のような問題がある。例えば、焦点検出に用いるラインＣＣＤに到達する光束が、撮像装置に装着される様々な撮影レンズの絞りの開口によって遮られないようにラインＣＣＤを配置する場合、焦点検出が可能な領域の像高の範囲を狭めたり、ラインＣＣＤ規模を縮小する必要がある。即ち、焦点検出に用いる光束についてのケラレが生じないように設計することにより、焦点検出範囲の狭小化、基線長短縮による焦点検出の精度悪化、あるいは焦点検出の低輝度被写体に対する精度悪化を招いてしまう。

一方、焦点検出に用いる光束についてのケラレを許容し、ケラレが生じる条件やケラレの程度を具体的に把握しておくことにより、焦点検出の精度の向上、あるいは焦点検出範囲の拡大を実現している撮像装置もある。例えば、撮影光学系の設定に応じてケラレが発生する焦点検出領域を把握して当該焦点検出領域における焦点検出を不可能にする方法、あるいはケラレによって生じる被写体像の光量の減衰を予め数式化しておくことで出力を補正する方法などがある。

特許文献１には、光束のケラレの量（ケラレ量）を数値化し、当該ケラレ量が、ケラレの有無により動的に変化する、予め定められた閾値を超えるか否かにより、焦点検出で算出されたデフォーカス量の信頼性を判断する技術が開示されている。

特開昭６３−２０４２３６号公報

一般的に撮影レンズ等の光学系は、光束に含まれる光の波長ごとに屈折率が異なる、所謂色収差を有する。即ち、レンズを通過した光束は波長ごとに分光するため、焦点検出に用いる光学像は、光学像の結像面に至る光路が波長ごとに異なることになり、ケラレの有無やケラレの量等が波長ごとに異なる。しかしながら、上述した特許文献１では撮像光学系の色収差を考慮していないため、焦点検出において分光強度による誤差が生じる可能性があった。

なお、複数の光学部品を用いることにより、色収差を低減することも可能であるが、完全に色収差をなくすことの困難性、光学部品を配置するスペースの拡大、あるいは光学部品の製造コスト等を考えると、現実的ではない。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、色収差に起因するケラレを考慮した焦点検出の精度を向上させることを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の撮像装置は、以下の構成を備える。
撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過した１対の光束により生成された光学像を受光する、１対の受光素子列の出力を用いてパッシブ方式の焦点検出を行う検出手段を備える撮像装置であって、検出手段により焦点検出を行う焦点検出領域を通過した光束に含まれる、予め定められた波長の光量の割合を取得する取得手段と、光束について、該光束を受光する１対の受光素子列のそれぞれにおいて撮像光学系に起因するケラレが発生しているか否かを、割合に基づいて判断する判断手段と、判断手段により光束についてケラレが発生していると判断された場合に、予め定められた波長のそれぞれに対して１対の受光素子列が受光する光束の像高に応じて予め定められたケラレの補正係数と、割合とに基づいて、１対の受光素子列それぞれの出力の、各受光素子列においてケラレによる影響が発生した波長成分を補正する補正手段と、を備え、検出手段は、判断手段により光束についてケラレが発生していると判断された場合に、補正手段により補正された１対の受光素子列の出力を用いて焦点検出を行うことを特徴とする。

このような構成により本発明によれば、色収差に起因するケラレを考慮した焦点検出の精度を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１００の構成を示した図 本発明の実施形態に係る焦点検出ユニット１２０の分解斜視図 本発明の実施形態に係る焦点検出ユニット１２０が有する絞り２０４の開口部２１１を示した平面図 本発明の実施形態に係る焦点検出ユニット１２０が有する２次結像レンズユニット２０５を示した平面図 本発明の実施形態に係る焦点検出ユニット１２０が有する受光部２０６の受光素子列２１４を示した平面図 本発明の実施形態に係る、焦点検出ユニット１２０が有する視野マスク２０１の面に受光素子列２１４を逆投影した図 本発明の実施形態に係る、撮影光学系１０１の光軸上を通り焦点検出ユニット１２０に到達する光路を直線に展開して示した上面図 本発明の実施形態に係る、撮影レンズ絞り３０４の面に、光束に係る各部材を投影した図 本発明の実施形態に係る、撮影光学系１０１の光軸上を通り焦点検出ユニット１２０に到達する光路を直線に展開して示した別の上面図 本発明の実施形態に係る、撮影レンズ絞り３０４の面に、光束に係る各部材を投影した別の図 本発明の実施形態に係る、受光素子列２１４の出力におけるケラレの影響を示した図 本発明の実施形態に係る、撮影光学系１０１の光軸上を通り焦点検出ユニット１２０に到達する光路を直線に展開して示したさらに別の上面図 本発明の実施形態に係る、撮影レンズ絞り３０４の面に、光束に係る各部材を投影したさらに別の図 本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１００の回路構成を示したブロック図 本発明の実施形態に係る測光回路１４０７の内部構成を示したブロック図 本発明の実施形態に係る被写体合焦処理のフローチャート 本発明の実施形態に係るケラレの発生の有無を示したテーブル 本発明の実施形態に係る焦点検出条件における受光素子列２１４の出力を補正する補正係数を示したテーブル

以下、本発明の好適な一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する一実施形態は、撮像装置の一例としての、位相差検出方式の焦点検出機能を備えるデジタルカメラに、本発明を適用した例を説明する。しかし、本発明は、パッシブ方式の焦点検出機能を有する任意の機器に適用可能である。

（デジタルカメラ１００の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る、レンズ交換可能な一眼レフタイプのデジタルカメラ１００の中央断面図である。

撮影光学系１０１は、撮影レンズや合焦レンズ等からなるレンズ群である。当該レンズ群は、図に示した撮影光学系１０１の光軸Ｌを光学中心としている。撮影光学系１０１の予定結像面付近には、光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタ、及び撮像素子を含む撮像素子ユニット１０４が配置される。

光軸上の撮影光学系１０１と撮像素子ユニット１０４との間には、撮影時には周知のクイックリターン機構により撮影光束外へ退避されるメインミラー１０２及びサブミラー１０３が配置されている。メインミラー１０２はハーフミラーであり、撮影光束は上方のファインダ光学系に導かれる反射光と、サブミラー１０３に入射する透過光とに分離される。

メインミラー１０２で反射された反射光は、マット面とフレネル面とを備えるピント板１０５のマット面上に結像され、ペンタプリズム１０６、接眼レンズ群１０７を介して観察者の目に導かれる。また、ピント板１０５で拡散した光の一部は測光レンズ１１０を透過し、測光センサ１１１に到達する。測光センサ１１１は、複数の画素に分割されており、当該画素のそれぞれにはＲＧＢのカラーフィルタが配置されており、被写体の分光強度を検出することができる。なお、本実施形態では測光センサ１１１は、ＲＧＢのカラーフィルタを有するものとして説明するが、本発明の実施はこれに限らず、予め定められた複数の波長のそれぞれを透過する光の中心波長とするカラーフィルタを有する構成であればよい。

一方、メインミラー１０２を透過した透過光は、サブミラー１０３により光路が下方に向けて屈折され、焦点検出ユニット１２０に導かれる。即ち、撮影光学系１０１を通過した光束は、一部がメインミラー１０２により反射されて測光センサ１１１に到達し、残りはメインミラー１０２を通過して焦点検出ユニット１２０に到達する。焦点検出ユニット１２０は、位相差検出方式により焦点距離を検出する。なお、予めメインミラー１０２の分光反射率の情報を不図示の不揮発性メモリに記憶しておくことで、測光センサ１１１の出力を用いて焦点検出ユニット１２０に到達する光束の分光強度を検出することは可能である。

（焦点検出ユニット１２０の構成）
ここで、焦点検出ユニット１２０の内部構成例について、以下に図を用いて詳細に説明する。

図２は、焦点検出ユニット１２０の構造を簡易的に示した斜視図である。なお、焦点検出ユニット１２０は、実際は反射ミラー等を用いて光路を折りたたむことで省スペース化がなされて構成されるが、図２では説明を簡単にするために光路上の当該反射ミラー等を省き、光路が直線となるように展開している。

視野マスク２０１は、後述する焦点検出を行う受光素子列２１４に外乱光が入らないようにするためのマスクであり、撮影光学系１０１の予定結像面である撮像素子ユニット１０４の撮像面と、サブミラー１０３を介して光学的に等価な位置の近傍に配置される。視野マスク２０１は、本実施形態では図に示すような３つの十字開口部２０２有し、焦点検出ユニット１２０に到達した光束のうち、当該十字開口部を通過した光束のみが焦点検出の対象となる。

なお、本実施形態の説明において、３つの十字開口部２０２については、図２の配置において中央に位置する十字開口部にａ、右側に位置する十字開口部にｂ、及び左側に位置する十字開口部にｃと符号を付して識別するものとする。また、焦点検出ユニット１２０を構成している、視野マスク２０１に後続する部材についても、それぞれに到達する光束が通過した十字開口部と同じ符号を付して識別するものとする。なお、撮影光学系１０１の光軸は十字開口部２０２ａの中心を通過するものとする。

フィールドレンズ２０３は、光学特性が異なるフィールドレンズ２０３ａ、２０３ｂ、及び２０３ｃで構成されており、それぞれのレンズは互いに異なる光軸を有する。

フィールドレンズ２０３ａ、２０３ｂ、及び２０３ｃを通過した光束は、それぞれに対応する絞り２０４の複数の開口部を通過した後、２次結像レンズユニット２０５に到達する。なお、絞り２０４の前段には、焦点検出に不要な赤外波長分を光束から除去する赤外カットフィルタが配置されるが、簡略化のために省略している。

絞り２０４は、図３に示すように十字開口部２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃのそれぞれを通過した光束が通過する開口部２１１ａ、２１１ｂ、及び２１１ｃを有する。本実施形態ではそれぞれの開口部は、垂直方向及び水平方向にそれぞれ１組ずつ、合計４つの開口部を有している。なお、本実施形態の説明において、それぞれの開口部は、図３の配置において垂直方向の上側に１、下側に２、水平方向の右側に３、左側に４を付すことにより識別する。即ち、十字開口部２０２ｃを通過した光束は、絞り２０４の開口部２１１ｃ−１、２１１ｃ−２、２１１ｃ−３、及び２１１ｃ−４を通過することになる。また、焦点検出ユニット１２０を構成している、絞り２０４に後続する部材についても、それぞれに到達する光束が通過した開口部と同じ符号を付して識別するものとする。

２次結像レンズユニット２０５は、撮影光学系１０１によりサブミラー１０３を介して予定結像面に対応する視野マスク２０１に結像された光学像のうち、十字開口部２０２を通過した像を、後段に配置された受光部２０６上に再結像する。２次結像レンズユニット２０５は、図４（ａ）に示すようなプリズム部２１２、及び図４（ｂ）に示すような球面レンズ部２１３で構成される。

受光部２０６は、十字開口部２０２ａ、２０２ｂ、及び２０２ｃごとに、図５に示すような垂直方向及び水平方向それぞれに配置された一対の受光素子列２１４を有する。それぞれの受光素子列は、例えばラインＣＣＤ等の光学素子であり、射出瞳の異なる領域を通過した光束、即ち対応する十字開口部２０２を通過した十字型の光学像がそれぞれの受光素子列上に結像される。

撮影光学系１０１の予定結像面上に結像される光学像の焦点状態によって、垂直方向あるいは水平方向で対をなす受光素子列上に結像される光学像間の距離は変化する。焦点状態を示すデフォーカス量は、対をなす受光素子列２１４から出力された光学像の光量分布を相関演算することにより得られた当該光学像間の距離と、予め決められた合焦している場合の光学像間の距離との差（変化量）に基づいて算出される。具体的には、例えばデフォーカス量と当該距離の変化量との関係を、距離の変化量について予め多項式近似しておき、焦点検出ユニット１２０より得られた光学像間の距離の変化量を用いてデフォーカス量は算出される。このように得られたデフォーカス量により、被写体に合焦する焦点位置を取得可能であり、不図示の合焦レンズ駆動部によって合焦レンズを制御することにより、被写体に合焦することができる。

なお、１つの方向に設けられた対をなす受光素子列は、当該方向にコントラスト成分を有する被写体像の焦点検出に適している。即ち、本実施形態のように垂直方向及び水平方向に受光素子列２１４を設けることで、被写体像のコントラスト成分の方向に依存しない、所謂クロス型の焦点検出を行うことができる。

撮影光学系１０１の予定結像面と光学的に等価な位置の付近に配置される、焦点検出ユニット１２０の視野マスク２０１の面に受光素子列２１４を逆投影した場合、図６（ａ）のようになる。なお、本実施形態の説明では、視野マスク２０１の面は予定結像面と等価であるものとして、予定結像面として説明する。

図６（ａ）に示すように、垂直方向に対をなす受光素子列２１４及び水平方向に対をなす受光素子列２１４は、予定結像面においてそれぞれ１つの逆投影像２１６及び逆投影像２１７となる。即ち、撮影範囲２１８のうち、十字開口部２０２ａ、ｂ、及びｃの領域内の、逆投影像２１６ａ、ｂ、及びｃと逆投影像２１７ａ、ｂ、及びｃとで形成される逆投影像の領域が、所謂クロス型の焦点検出領域２２０となる。

なお、本実施形態では測光センサ１１１は、測光範囲２１９を垂直方向に３分割、水平方向に５分割した１５個の測光領域について測光を行うものとする。測光範囲２１９と焦点検出ユニット１２０の焦点検出領域２２０とは、図６（ｂ）のような位置関係にあり、それぞれの焦点検出領域２２０は、１つの測光領域に対応する配置となっている。即ち、測光センサ１１１により、焦点検出領域２２０を通過する光束の分光強度は検出可能である。

（焦点検出におけるケラレの原理）
まず、焦点検出領域２２０ａにおいて焦点検出を行う場合の、焦点検出ユニット１２０が有する受光部２０６に到達する光束と、撮影光学系１０１を通過する光束との関係について図７を用いて説明する。

図７は、撮影光学系１０１の光軸上を通り焦点検出ユニット１２０に到達する光路を直線に展開して示した上面図であり、撮影光学系１０１を通過する光束のうち、視野マスク２０１と光軸Ｌの交点を通過する光束が示されている。また図７には、当該光束が通過する絞り２０４の開口部２１１ａ、２次結像レンズユニット２０５のプリズム部２１２ａ及び球面レンズ部２１３ａ、及び受光部２０６の受光素子列２１４ａのうち、水平方向に対をなす部材のみが示されている。

図７に示されるように、撮影光学系１０１は、レンズ３０１、３０２、及び３０３に加え、撮影光学系１０１を通過する光束の径を調整する撮影レンズ絞り３０４、及び撮影光学系１０１を保持する前枠部材３０５及び後枠部材３０６で構成される。

上述したように、視野マスク２０１と光軸Ｌの交点を通過する光束は、撮影レンズ絞り３０４の開口の径により決定される。当該光束のうち、絞り２０４の開口部２１１ａ−３及び２１１ａ−４がフィールドレンズ２０３によって撮影レンズ絞り３０４の面に逆投影された領域を通る光束のみが、焦点検出ユニット１２０の受光部２０６に到達する。

具体的には視野マスク２０１と光軸Ｌの交点から見ると、図８に示すように撮影レンズ絞り３０４の面に逆投影された開口部２１１ａ−３及び２１１ａ−４は、逆投影像８０１ａ−３及び８０１ａ−４となる。即ち、撮影レンズ絞り３０４の開口領域で示される光束のうち、当該逆投影像８０１ａ−３及び８０１ａ−４を通過する光束のみが、受光部２０６に結像されることになる。つまり、視野マスク２０１と光軸Ｌの交点を通過する光束は、撮影レンズ絞り３０４の開口領域の内側に逆投影像８０１ａ−３及び８０１ａ−４がある限り、焦点検出に用いる光束においてケラレは生じないことになる。

また、視野マスク２０１と光軸Ｌの交点を通過する光束は、前枠部材３０５及び後枠部材３０６の口径食によるケラレが生じない。図８に示すように、撮影レンズ絞り３０４の面に前枠部材３０５及び後枠部材３０６を投影すると、投影像８０２及び投影像８０３となる。即ち、逆投影像８０１ａ−３及び８０１ａ−４を通過する光束は、大きさが変化せず、逆投影像８０１ａ−３及び８０１ａ−４よりも外側にある投影像８０２及び投影像８０３によって遮られる口径食は発生しない。このため、視野マスク２０１と光軸Ｌの交点を通過する光束については、撮影レンズ絞り３０４の開口の径によってのみケラレの有無が判断される。

一方、焦点検出領域２２０ｃにおいて焦点検出を行う場合、焦点検出ユニット１２０が有する受光部２０６に到達する光束のケラレの有無は、図９に示す上面図を参照して以下に説明するように異なる。

図９には、撮影光学系１０１を通過する光束のうち、視野マスク２０１の面における受光素子列２１４ｃ−３及び２１４ｃ−４の逆投影像２１７ｃの、光軸Ｌから遠い側の端点を通過する光束が示されている。また図９には、当該光束が通過する絞り２０４の開口部２１１ｃ、２次結像レンズユニット２０５のプリズム部２１２ｃ及び球面レンズ部２１３ｃ、及び受光部２０６の受光素子列２１４ｃのうち、水平方向に対をなす部材のみが示されている。なお、Ｈは逆投影像２１７ｃの、光軸Ｌから遠い側の端点と光軸Ｌとの距離、即ち像高を示している。

逆投影像２１７ｃの光軸Ｌから遠い側の端点を通過する光束は、図９に示されるように、撮影レンズ絞り３０４の開口の径と、前枠部材３０５及び後枠部材３０６とによって決定される。この場合、逆投影像２１７ｃの光軸Ｌから遠い側の端点から見ると、撮影レンズ絞り３０４の面に投影された前枠部材３０５及び後枠部材３０６は、図１０に示すような投影像１００２及び投影像１００３となる。図１０のような位置関係にある場合、撮影レンズ絞り３０４の面に逆投影された開口部２１１ｃ−４の逆投影像１００１ｃ−４は、後枠部材３０６の投影像１００３によって遮られている（図の斜線部）。即ち、焦点検出に用いる光束は、撮影レンズ絞り３０４によるケラレが発生していない場合であっても、前枠部材３０５及び後枠部材３０６の口径食によるケラレが発生することになる。

このようにケラレが発生すると、焦点検出領域２２０ｃに対応する受光素子列２１４ｃ−３と２１４ｃ−４との出力に差が生じる。例えば一様な輝度を示す被写体像であった場合、それぞれの受光素子列の出力は図１１のようになり、ケラレの生じた逆投影像１００１ｃ−４に対応する受光素子列２１４ｃ−４の出力は一部の領域で低下している。なお、図１１は、被写体像の像高を横軸にとり、当該像高に対応する受光素子列であるラインセンサの各画素の出力を縦軸としている。図１０からもわかるように、焦点検出領域の像高Ｈが小さいほど、焦点検出に用いる光束についての、撮影光学系１０１の口径食によるケラレの影響は小さくなる。

なお、図１１に示した各受光素子列２１４の出力は、所謂シェーディング補正が既になされているものとする。一般的に受光素子列２１４の出力は、被写体像の輝度が一様であった場合でも、撮影光学系１０１及び焦点検出光学系の周辺減光や受光素子列２１４の各画素の感度のばらつき等によって、出力は一様にならない。通常、このような出力の不均一性については、撮影光学系１０１による光束のケラレがない状態で均一な出力となるように、予め受光素子列２１４の出力に対する補正量が不揮発性メモリ等に記憶されており、当該補正量を用いてシェーディング補正を行う。

（波長の違いによるケラレの差）
しかしながら、被写体像は一般的に有色であり、様々な波長の光を含むため、実際は上述したように撮影光学系１０１、及びフィールドレンズ２０３を通過した光束は波長ごとに分光する。図９のように逆投影像２１７の光軸Ｌから遠い側の端点を通過する光束についての分光について、図１２を参照して以下に説明する。一般に、撮影光学系１０１は、複数のレンズを用いることにより色収差を低減する工夫がなされている。一方で、フィールドレンズ２０３は、より少数の（本実施形態では、１枚の）レンズで構成されるため、波長による分光が発生する。

図１２では、光束のうち可視光において波長が短い青色光成分が一点鎖線で示され、波長が長い赤色光成分が破線で示されている。図示されるように、青色光成分の光束は前枠部材３０５によって遮られる口径食が生じており、赤色光成分の光束は後枠部材３０６によって遮られる口径食が生じている。この場合、逆投影像２１７ｃの光軸Ｌから遠い側の端点から、それぞれの成分の光束の中心方向に見ると、撮影レンズ絞り３０４の面に逆投影あるいは投影された各部材は、図１３のようになる。

図１３（ａ）では、青色光成分の光束の中心方向に見た場合の撮影レンズ絞り３０４の面に逆投影された受光素子列２１４ａ−４の逆投影像１００１ａ−４ｂの一部の領域が、前枠部材３０５の投影像１００２の外にある。即ち、青色光成分の光束については、受光素子列２１４ａ−４において口径食による焦点検出に用いる光束のケラレが生じている。

図１３（ｂ）では、赤色光成分の光束の中心方向に見た場合の撮影レンズ絞り３０４の面に逆投影された受光素子列２１４ａ−３の逆投影像１００１ａ−３ｒの一部の領域が、前枠部材３０５の投影像１００２の外にある。即ち、赤色光成分の光束については、受光素子列２１４ａ−３において口径食による焦点検出に用いる光束のケラレが生じている。図１２では、前枠部材３０５により、受光素子列２１４ａ−４に到達する光束の青色光成分でケラレが生じ、後枠部材３０６により、受光素子列２１４ａ−３に到達する光束の赤色光成分でケラレが生じている。

一般に、焦点検出に用いる対の光束のうち、どちらの光束の赤、青どちらの波長の光でケラレが生じるかは、像高とケラレの原因となる部材の位置と開口大きさによって決定する。図１２に示す通り、ある大きさの開口を持つ枠部材が、光軸L方向に、視野マスク２０１から離れれば離れるほど、受光素子列２１４ａ−４に到達する光束の青色光成分でケラレが生じやすくなる。一方で、ある大きさの開口を持つ枠部材が、光軸L方向に、視野マスク２０１に近づけば近づくほど、受光素子列２１４ａ−３に到達する光束の赤色光成分でケラレが生じやすくなる。即ち、撮影レンズ絞り３０４、前枠部材３０５、及び後枠部材３０６の直径と光軸L方向の位置と像高Ｈがわかれば、図１３のような撮影レンズ絞り３０４の面に投影された前枠部材３０５、後枠部材３０６の直径と偏心量が計算可能である。つまり、撮影レンズ絞り３０４の面上での焦点検出光束位置と各部材の位置関係がわかり、ケラレの有無や量を算出することが可能である。

即ち、焦点検出に用いる光束の分光によってケラレが生じる受光素子列が異なる場合があるため、図９のように対をなす受光素子列のうちの一方の出力に対して、ケラレによる輝度低下を補正する処理を一概に適用すると、焦点検出精度の低下を招くことになる。

（デジタルカメラ１００の回路構成）
図１４は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１００の回路構成を示すブロック図である。

中央演算回路１４０１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバータ）及び入出力ポート等で構成される１チップマイクロコンピュータである。中央演算回路１４０１のＲＯＭは不揮発性メモリであり、後述する被写体合焦処理のプログラムを含む、デジタルカメラ１００の制御用プログラムや、デジタルカメラ１００の設定等のパラメータ情報が格納されている。また、本実施形態では、撮影光学系１０１の状態についての、焦点検出に用いる光束においてケラレが生じているか否かを判断するための情報も、当該ＲＯＭに格納されているものとする。

シャッタ制御回路１４０２は、中央演算回路１４０１より制御信号ＣＳＨＴを受信している間、データバス（ＤＢＵＳ）を介して入力される情報に基づいて、不図示のシャッタ先幕及び後幕の走行制御を行う回路である。具体的には中央演算回路１４０１は、デジタルカメラ１００が備えるユーザインタフェースが操作されることによりスイッチ信号を出力するＳＷＳから、レリーズボタンの撮影指示に相当するＳＷ２を受信すると、シャッタを駆動させるように制御信号を出力する。

絞り制御回路１４０３は、中央演算回路１４０１より制御信号ＣＡＰＲを受信している間、ＤＢＵＳを介して入力される情報に基づいて、不図示の絞り駆動機構を制御することにより、撮影レンズ絞り３０４の駆動制御を行う回路である。

投光回路１４０４は、焦点検出用の補助光を投光するための回路であり、中央演算回路１４０１からの制御信号ＡＣＴ及び同期クロックＣＫに応じて、投光回路１４０４が備えるＬＥＤを発行させる。

レンズ通信回路１４０５は、中央演算回路１４０１より制御信号ＣＬＣＯＭを受信している間、ＤＢＵＳを介して入力される情報に基づいて、レンズ制御回路１４０６とシリアル通信を行う回路である。レンズ通信回路１４０５は、クロック信号ＬＣＫに同期して撮影光学系１０１が有するレンズのレンズ駆動用データＤＣＬをレンズ制御回路１４０６に出力するとともに、レンズの状態を示すレンズ情報ＤＬＣを受信する。なお、レンズ駆動用データＤＣＬは、撮影光学系１０１が装着されたデジタルカメラ１００本体の種別、焦点検出ユニット１２０の種別、及びレンズ駆動量等の情報を含む。

レンズ制御回路１４０６は、レンズ駆動部１５０２を用いて撮影光学系１０１が有する所定のレンズを移動させることによって被写体像の焦点状態を変更する回路であり、図１５のような内部構成を有する。

ＣＰＵ１５０３は、レンズ制御回路１４０６の動作を制御する演算部であり、入力されたレンズ駆動用データのうちのレンズ駆動量の情報に応じた制御信号をレンズ駆動部１５０２に出力し、撮影光学系１０１が有する所定のレンズの位置を変更させる。なお、不図示の焦点調節用レンズが移動中である場合、ＣＰＵ１５０３は信号ＢＳＹをレンズ通信回路１４０５に対して出力する。当該信号をレンズ通信回路１４０５が受信している場合、レンズ通信回路１４０５とレンズ制御回路１４０６との間でシリアル通信は行われないものとする。

メモリ１５０１は、不揮発性メモリであり、例えば撮影光学系１０１の種別、距離環及びズーム環の位置、デフォーカス量に対する焦点調節レンズの繰り出し量を示した係数、及び撮影レンズの焦点距離に対応した射出瞳情報等が記憶されている。射出瞳情報とは、例えば、撮影レンズ絞り３０４、前枠部材３０５、及び後枠部材３０６等の、撮影光学系１０１を通過する光束の実効Ｆナンバを制限する部材の光軸Ｌ上の位置あるいは径の情報である。メモリ１５０１に記憶されている情報は、ＣＰＵ１５０３により読み出されて所定の演算処理がなされ、レンズ情報ＤＬＣとしてレンズ通信回路１４０５を介して中央演算回路１４０１に伝送される。

なお、撮影光学系１０１が、所謂ズームレンズ等の、複数の焦点距離を有する光学系である場合、焦点距離の情報は、連続的に変化する焦点距離を複数に分割した各範囲の代表値であるものとする。また、一般的に距離環の位置の情報は直接合焦演算に使用しないため、他の情報に比べて精度が要求されない。

測光回路１４０７は、中央演算回路１４０１より制御信号ＣＳＰＣを受信すると、測光センサ１１１の各測光領域の出力ＳＳＰＣを中央演算回路１４０１に出力する。各測光領域の出力ＳＳＰＣは、中央演算回路１４０１のＡＤＣでＡ／Ｄ変換され、シャッタ制御回路１４０２及び絞り制御回路１４０３を制御するためのデータとして用いられる。また中央演算回路１４０１は、各測光領域の出力を用いて、焦点検出領域を通過する光束に含まれる、予め定められた複数の波長光の割合を検出する。

センサ駆動回路１４０８は、上述した焦点検出ユニット１２０の受光部２０６の各受光素子列２１４が接続された回路であり、選択された焦点検出領域２２０に対応する受光素子列２１４を駆動させ、得られた像信号ＳＳＮＳを中央演算回路１４０１に出力する。具体的にはセンサ駆動回路１４０８は、中央演算回路１４０１より制御信号ＳＴＲ、ＣＫをを受信し、当該信号に基づき、選択された焦点検出領域２２０に対応する受光素子２１４に対して制御信号φ１、φ２、ＣＬ、ＳＨを送信して駆動制御する。

（被写体合焦処理）
このような構成をもつ本実施形態のデジタルカメラ１００の被写体合焦処理について、図１６のフローチャートを用いて具体的な処理を説明する。当該フローチャートに対応する処理は、中央演算回路１４０１が有するＣＰＵが、例えばＲＯＭに記憶されている対応する処理プログラムを読み出し、ＲＡＭに展開して実行することにより実現することができる。なお、本被写体合焦処理は、例えば撮影者が不図示のレリーズボタンを半押し状態にした際に開始されるものとして説明する。

Ｓ１６０１で、ＣＰＵは、撮影画角内に含まれる予め定められた焦点検出領域２２０のうちから、焦点検出を行う焦点検出領域２２０を決定する。焦点検出領域２２０の決定は、撮影者による指示、あるいはデジタルカメラ１００が備える主被写体検出アルゴリズム等の手法によってなされる。

Ｓ１６０２で、ＣＰＵは、Ｓ１６０１で決定された焦点検出を行う焦点検出領域２２０に対応する受光素子列２１４を露光させるように、センサ駆動回路１４０８を制御する。受光素子列２１４の露光時間は、それぞれの受光素子において光量が飽和しないように決定されるものとする。受光素子列２１４の露光が終了すると、ＣＰＵはセンサ駆動回路１４０８より当該受光素子列２１４の像信号ＳＳＮＳを受信する。

Ｓ１６０３で、ＣＰＵは、Ｓ１６０１で決定された焦点検出を行う焦点検出領域２２０に対応する測光領域の測光を測光センサ１１１に行わせるように、測光回路１４０７を制御する。そしてＣＰＵは、焦点検出を行う焦点検出領域２２０に対応する測光領域についての測光センサ１１１の出力値を測光回路１４０７より取得し、当該測光領域における焦点検出に用いる光束に含まれる予め定められた複数の波長光の割合を取得する。なお、測光センサ１１１の露光は、Ｓ１６０２の焦点検出動作と同期したタイミングで行われてもよい。また、焦点検出動作から遡って直前に出力された測光センサ１１１の出力のうち、焦点検出を行う焦点検出領域２２０に対応する測光領域についての測光センサ１１１の出力を以下の処理に用いてもよい。

Ｓ１６０４で、ＣＰＵは、焦点検出を行う焦点検出領域２２０において、垂直方向あるいは水平方向の焦点検出に用いる光束のケラレが生じるか否かを判断する。上述したように、焦点検出に用いる光束においてケラレが生じるか否かは、当該光束の分光強度と、撮影光学系１０１及び焦点検出ユニット１２０の配置や構造等により異なる。このため、本実施形態ではＣＰＵは、撮影光学系１０１より取得可能なレンズ種別及び焦点距離の情報と、焦点検出領域２２０とについて、予め垂直方向及び水平方向の少なくともいずれかの方向のケラレの発生の有無を示したテーブルを用いて判断するものとする。

ケラレの発生の有無を示したテーブルは、例えば図１７のように、ケラレが発生しない組み合わせについてはテーブルに含まないように構成されてもよい。当該テーブルでは、ケラレが発生する組み合わせについては焦点検出を行う焦点検出領域２２０に対応する受光素子列２１４のうち、ケラレが発生する方向の受光素子列２１４の出力を補正するための補正式を含んでいる。

即ち、Ｓ１６０４ではＣＰＵは、装着されている撮影光学系１０１より取得したレンズ種別及び焦点距離と、焦点検出を行う焦点検出領域２２０との組み合わせ（焦点検出条件）が、上述のケラレの発生の有無を示したテーブルに含まれるか否かを判断する。そしてＣＰＵは、焦点検出条件がケラレの発生の有無を示したテーブルに含まれる場合は、焦点検出に用いる光束においてケラレが生じると判断して処理をＳ１６０５に移す。またＣＰＵは、焦点検出条件がケラレの発生の有無を示したテーブルに含まれない場合は、焦点検出に用いる光束においてケラレは発生しないと判断して処理をＳ１６０６に移す。

Ｓ１６０５で、ＣＰＵは、焦点検出を行う焦点検出領域２２０に対応する受光素子列２１４の出力を、ケラレの発生の有無を示したテーブルから取得した、焦点検出条件に対応する補正式を用いて補正する。

補正式の基本形は、入力する受光素子列２１４の画素ｇの画素値をＩＮ（ｇ）、補正後の出力する画素値をＯＵＴ（ｇ）とすると、
ＯＵＴ（ｇ）
＝ＩＮ（ｇ）×（Ｋ_１（ｇ）×Ｔ_１＋Ｋ_２（ｇ）×Ｔ_２＋・・・＋Ｋ_ｎ（ｇ）×Ｔ_ｎ）
となる。補正式は画素ごとにｉ（＝１、２、・・・、ｎ）個の波長それぞれについてケラレの補正係数Ｋ_ｉ（ｇ）を定めており、当該補正係数をｉ個の波長光それぞれが光束に含まれる割合Ｔ_ｉに応じて加算して、画素値を補正する新たな補正係数を得ることができる。このようにして得られた新たな補正係数を画素値に乗じることにより、分光強度を考慮してケラレの影響を補正した出力を得ることができる。即ち、ケラレの発生の有無を示したテーブルに示される焦点検出条件ごとの補正式は、予め定められた複数の波長ごとに異なるケラレの補正係数を、焦点検出領域に対応する受光素子列２１４ごとに定めている。なお、波長ごとに異なるケラレの補正係数は数値に限らず、例えば画素位置を変数とするような多項式であってもよい。

例えば、装着されている撮影光学系１０１が「レンズ３」、現在設定されている焦点距離が「焦点距離３−３」であり、「焦点検出領域２２０ｂ」が選択されている場合、ケラレが発生する方向は垂直方向で、焦点検出に用いる補正式は「補正式Ｃ」となる。例えば補正式Ｃでは、焦点検出領域２２０ｂに対応する受光素子列２１４ｂのうち、垂直方向の受光素子列２１４ｂ−１及びｂ−２について、図１８のように測光センサ１１１で分光強度を検出する複数の波長ごとに補正係数が定められていればよい。ＣＰＵは、このように得られた補正式を用いて、焦点検出を行う焦点検出領域２２０の各受光素子列２１４について出力を補正する。

Ｓ１６０６で、ＣＰＵは、焦点検出する焦点検出領域２２０に対応する受光素子列２１４の、垂直方向及び水平方向に対をなす受光素子列それぞれについて出力を相関演算して位相差を検出することにより、デフォーカスの方向を含めたデフォーカス量を算出する。なお、デフォーカス量の算出については、例えば特公平５−８８４４５号公報に開示されるような公知の方法を用いればよい。また、Ｓ１６０５で受光素子列２１４の出力を補正した場合は、本ステップにおいてＣＰＵは補正後の受光素子列の出力についてデフォーカス量を算出すればよい。

Ｓ１６０７で、ＣＰＵは、Ｓ１６０６で算出したデフォーカス量に基づいて、現在の焦点状態が被写体に合焦している状態であるか否かを判断する。ＣＰＵは、現在の焦点状態が被写体に合焦している状態であると判断した場合は本被写体合焦処理を完了し、合焦していないと判断した場合は処理をＳ１６０８に移す。そしてＳ１６０８でＣＰＵは、デフォーカス量に応じて、撮影光学系１０１が備える所定のレンズを移動させた後、処理をＳ１６０２に戻す。

このように被写体に合焦した状態となった後、デジタルカメラ１００は撮影可能な状態となり、撮影者によってレリーズボタンが全押し状態にされると、撮影処理を行う。なお、被写体に合焦した状態となった後、撮影者によって撮影指示がなされないまま一定時間待機状態が続く場合は、焦点検出状態が変化する可能性があるため、ＣＰＵは再び本被写体合焦処理を実行してもよい。

なお、本実施形態では測光センサ１１１を用いて焦点検出に用いる光束の分光強度の測定を行うものとして説明したが、本発明の実施はこれに限らず、例えば受光素子列２１４上において、分光強度を測定する構成であってもよい。また、焦点検出の方法は本実施形態に示した方法に限らず、パッシブ方式の他の焦点検出の方法が用いられても、本発明は実施可能である。例えば、特開２０００−１５６８２３号公報に開示されているような撮影レンズの予定結像面２１０に配された対の画素により、撮影レンズの異なる部分を通る光束を用いて位相差方式焦点検出を行う場合も有効である。

また、上述した実施形態ではデジタルカメラの本体側の記憶領域に、各焦点検出条件に応じたケラレの発生の有無の情報を格納するものとして説明したが、当該情報はレンズ鏡筒が備える記憶領域に格納されていてもよい。このようにすることで、デジタルカメラの本体製造後に開発されたレンズ鏡筒であっても対応することが可能となる。

また、上述した実施形態ではケラレの発生の有無を示すテーブルにおいて、ケラレが発生する全ての焦点検出領域について含めるものとして説明したが、光学系の光軸について対称的な位置に存在する焦点検出領域については、一方の情報のみが含まれていればよい。またケラレの発生の有無を判断する方法は、上述のテーブルを参照する方法に限らず、レンズ鏡筒から取得した、射出瞳、前枠部材及び後枠部材の位置及び直径等の情報を用いて都度ケラレの判断を行う構成であってもよい。

また、上述した実施形態では、焦点検出を行う焦点検出領域に対応する受光素子列におけるケラレの影響を補正する方法について説明したが、ケラレの度合いによって焦点検出に当該焦点検出領域を使用可能であるか否かを判断してもよい。即ち、受光素子列の出力においてケラレの影響が大きく、補正を行ったとしても焦点検出の精度を向上できないと判断した場合は、当該焦点検出領域を焦点検出の対象から外すことで、精度の低い焦点検出を回避することができる。

（まとめ）
以上説明したように、本実施形態の撮像装置は、分光強度に起因するケラレを考慮した焦点検出の精度を向上させることができる。具体的には撮像装置は、撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過した１対の光束により生成された光学像を受光する、１対の受光素子列の出力を用いてパッシブ方式の焦点検出を行う。まず撮像装置は、焦点検出を行う焦点検出領域を通過した光束に含まれる、予め定められた波長の光量の割合を取得する。また当該光束について撮像光学系に起因するケラレが発生している場合、予め定められた波長のそれぞれに予め定められたケラレの補正係数を、割合に応じて算出して得られた新たな補正係数を取得する。そして、当該新たな補正係数を用いて１対の受光素子列それぞれの出力を補正し、補正された１対の受光素子列の出力を用いて焦点検出を行う。

このようにすることで、被写体の色や撮影環境の光源の影響を受けずに、撮影光学系による焦点検出に用いる光束のケラレ量の算出を正確に行ってケラレ補正を精度よく行うことができ、精度の高い焦点検出を行うことが可能である。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (11)

1. 撮影光学系の射出瞳の異なる領域を通過した１対の光束により生成された光学像を受光する、１対の受光素子列の出力を用いてパッシブ方式の焦点検出を行う検出手段を備える撮像装置であって、
   前記検出手段により焦点検出を行う焦点検出領域を通過した光束に含まれる、予め定められた波長の光量の割合を取得する取得手段と、
   前記光束について、該光束を受光する前記１対の受光素子列のそれぞれにおいて前記撮像光学系に起因するケラレが発生しているか否かを、前記割合に基づいて判断する判断手段と、
   前記判断手段により前記光束についてケラレが発生していると判断された場合に、前記予め定められた波長のそれぞれに対して前記１対の受光素子列が受光する前記光束の像高に応じて予め定められたケラレの補正係数と、前記割合とに基づいて、前記１対の受光素子列それぞれの出力の、各受光素子列においてケラレによる影響が発生した波長成分を補正する補正手段と、を備え、
   前記検出手段は、前記判断手段により前記光束についてケラレが発生していると判断された場合に、前記補正手段により補正された前記１対の受光素子列の出力を用いて前記焦点検出を行うことを特徴とする撮像装置。
2. 前記予め定められたケラレの補正係数は、前記撮像光学系の種別と、前記撮像光学系に現在設定されている焦点距離と、前記焦点検出を行う焦点検出領域と、波長成分との組み合わせについて予め定められることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記取得手段は、前記予め定められた複数の波長のそれぞれを透過する光の中心波長とするカラーフィルタを有する受光素子を用いて、前記光束に含まれる前記複数の波長光の割合を取得することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記取得手段は、通過する光束の像高及び位置が異なる複数の焦点検出領域の各々について、通過した光束に含まれる前記予め定められた波長の光量の割合を取得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。
5. 前記補正手段は、前記１対の受光素子列が受光する前記光束についてケラレの影響度が焦点検出の精度を向上できないものと予め定められた状態である場合に、該１対の受光素子列の出力の補正を行わず、
   前記検出手段は、前記ケラレの影響度に基づいて出力の補正が行われなかった前記１対の受光素子列に対応する焦点検出領域については、焦点検出を行わない
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記判断手段は、前記撮像光学系の種別と、前記撮像光学系に現在設定されている焦点距離と、前記焦点検出を行う焦点検出領域との組み合わせについてケラレが発生するか否かが予め定められた情報に従い、前記光束についてケラレが発生しているか否かを判断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. 前記判断手段は、前記撮像光学系の射出瞳と、前記撮像光学系が有する前枠部材及び後枠部材の光軸上の位置及び直径とを用いて、前記光束についてケラレが発生しているか否かを判断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。
8. 前記判断手段は、前記予め定められた波長のそれぞれに対して、前記１対の受光素子列が受光する前記光束の像高、前記撮像光学系を構成する絞り及び遮光部材の前記撮像光学系の光軸方向における配置位置、及び前記絞り及び前記遮光部材の開口の大きさに基づいて、前記撮像光学系に起因するケラレの発生の有無または影響度を算出する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記１対の受光素子列が受光する前記１対の光束は、ケラレにより異なる波長成分に影響が生じるものであり、前記１対の光束のうちの第１の光束は長波長側の波長成分に影響が生じ、前記１つの光束のうちの第２の光束は短波長側の波長成分に影響が生じる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過した１対の光束により生成された光学像を受ける、１対の受光素子列の出力を用いてパッシブ方式の焦点検出を行う検出手段を備える撮像装置の制御方法であって、
    取得手段が、前記検出手段により焦点検出を行う焦点検出領域を通過した光束に含まれる、予め定められた波長の光量の割合を取得する取得工程と、
    判断手段が、前記光束について、該光束を受光する前記１対の受光素子列のそれぞれにおいて前記撮像光学系に起因するケラレが発生しているか否かを、前記割合に基づいて判断する判断工程と、
    補正手段が、前記判断工程において前記光束についてケラレが発生していると判断された場合に、前記予め定められた波長のそれぞれに対して前記１対の受光素子列が受光する前記光束の像高に応じて予め定められたケラレの補正係数と、前記割合とに基づいて、前記１対の受光素子列それぞれの出力の、各受光素子列においてケラレによる影響が発生した波長成分を補正する補正工程と、を備え、
    前記検出手段は、前記判断工程において前記光束についてケラレが発生していると判断された場合に、前記補正工程において補正された前記１対の受光素子列の出力を用いて焦点検出を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。
11. 撮像装置が備えるコンピュータを、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。

Images