(57)【要約】【課題】１枚の撮像画像から撮像画像のあらゆる位置における撮影光学系の焦点情報を検出する。【解決手段】複数のマイクロレンズを平面上に配列したマイクロレンズアレイ６を撮影光学系３の予定焦点面近傍に配置するとともに、複数の光電変換素子を平面上に配列した光電変換素子アレイ７をマイクロレンズアレイ６の背後に配置し、撮影光学系３を透過した被写体からの光束をマイクロレンズアレイ６を介して光電変換素子アレイ７で受光し、光電変換素子アレイ７により撮像した画像に基づいて撮影光学系３の焦点情報を検出する焦点情報検出装置であって、光電変換素子アレイ７による撮像画像に基づいて、予定焦点面近傍の複数の焦点面における画像を合成する画像合成手段８ｂと、画像合成手段８ｂによる各焦点面の合成画像からコントラストを抽出した画像を生成するコントラスト検出手段８ｃと、コントラスト検出手段８ｃによる各焦点面のコントラスト画像に基づいて、撮像画像の任意の位置の焦点位置を推定する焦点推定手段８ｄとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロレンズを平面上に配列したマイクロレンズアレイを撮影光学系の予定焦点面近傍に配置するとともに、複数の光電変換素子を平面上に配列した光電変換素子アレイを前記マイクロレンズアレイの背後に配置し、前記撮影光学系を透過した被写体からの光束を前記マイクロレンズアレイを介して前記光電変換素子アレイで受光し、前記光電変換素子アレイにより撮像した画像に基づいて前記撮影光学系の焦点情報を検出する焦点情報検出装置であって、
前記光電変換素子アレイによる前記撮像画像に基づいて、前記予定焦点面近傍の複数の焦点面における画像を合成する画像合成手段と、
前記画像合成手段による各焦点面の前記合成画像からコントラストを抽出した画像を生成するコントラスト検出手段と、
前記コントラスト検出手段による各焦点面の前記コントラスト画像に基づいて、前記撮像画像の任意の位置の焦点位置を推定する焦点推定手段とを備えることを特徴とする焦点情報検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点情報検出装置において、
前記焦点推定手段は、前記各焦点面の前記コントラスト画像から前記撮像画像の任意の位置における離散的なコントラストを検出し、これらの離散的なコントラストを補間してコントラストが極値を示す焦点面の位置を前記撮像画像の任意の位置における焦点位置とすることを特徴とする焦点情報検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の焦点情報検出装置において、
前記コントラスト検出手段は、前記合成画像にラプラシアン・フィルター処理を施して前記コントラスト画像を生成することを特徴とする焦点情報検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点情報検出装置において、
前記画像合成手段は、前記マイクロレンズアレイ上のマイクロレンズごとに、注目するマイクロレンズ直下の光電変換素子の出力と、当該マイクロレンズの周辺の各マイクロレンズに対応する偏心位置の光電変換素子の出力とを積算し、積算値を当該マイクロレンズ位置の画素出力とする演算を前記マイクロレンズアレイ上のすべてのマイクロレンズに対して行い、前記合成画像を生成することを特徴とする焦点情報検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は結像光学系の焦点情報を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズを二次元状に配列したマイクロレンズアレイと、光電変換素子を二次元状に配列した光電変換素子アレイとを用いて撮影光学系により結像された被写体像を撮像し、撮像画像の任意の奥行き位置に焦点の合った画像を合成するようにした画像合成カメラが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Light Field Photogragh with a Hand-held Plenoptic Camera，Stanford Tech Report CTSR 2005-02
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の画像合成カメラは、撮像画像の任意の奥行き位置に焦点の合った画像を合成するもので、撮像画像のあらゆる位置における撮影光学系の焦点情報を検出するものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
(１)  請求項１の発明は、複数のマイクロレンズを平面上に配列したマイクロレンズアレイを撮影光学系の予定焦点面近傍に配置するとともに、複数の光電変換素子を平面上に配列した光電変換素子アレイをマイクロレンズアレイの背後に配置し、撮影光学系を透過した被写体からの光束をマイクロレンズアレイを介して光電変換素子アレイで受光し、光電変換素子アレイにより撮像した画像に基づいて撮影光学系の焦点情報を検出する焦点情報検出装置であって、光電変換素子アレイによる撮像画像に基づいて、予定焦点面近傍の複数の焦点面における画像を合成する画像合成手段と、画像合成手段による各焦点面の合成画像からコントラストを抽出した画像を生成するコントラスト検出手段と、コントラスト検出手段による各焦点面のコントラスト画像に基づいて、撮像画像の任意の位置の焦点位置を推定する焦点推定手段とを備える。
(２)  請求項２の発明は、請求項１に記載の焦点情報検出装置において、焦点推定手段は、各焦点面のコントラスト画像から撮像画像の任意の位置における離散的なコントラストを検出し、これらの離散的なコントラストを補間してコントラストが極値を示す焦点面の位置を撮像画像の任意の位置における焦点位置とする。
(３)  請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の焦点情報検出装置において、コントラスト検出手段は、合成画像にラプラシアン・フィルター処理を施してコントラスト画像を生成する。
(４)  請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点情報検出装置において、画像合成手段は、マイクロレンズアレイ上のマイクロレンズごとに、注目するマイクロレンズ直下の光電変換素子の出力と、当該マイクロレンズの周辺の各マイクロレンズに対応する偏心位置の光電変換素子の出力とを積算し、積算値を当該マイクロレンズ位置の画素出力とする演算をマイクロレンズアレイ上のすべてのマイクロレンズに対して行い、合成画像を生成する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、１枚の撮像画像から撮像画像のあらゆる位置における撮影光学系の焦点情報を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の焦点検出装置を一眼レフデジタルカメラに適用した一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態のカメラの構成を示す図であり、この図により一実施の形態の構成について説明する。なお、図１では本発明に直接関係のあるカメラの装置および機器のみを図示する。一実施の形態のカメラ１は、カメラボディ２に交換レンズ３が装着される。
【０００７】
カメラボディ２は、ハーフミラー４、撮像素子５、マイクロレンズアレイ６、光電変換素子アレイ７、ボディ駆動制御装置８、メモリ９などを備えている。ハーフミラー４は半透過鏡であり、交換レンズ３を透過した被写体からの光束の一部はハーフミラー４を透過して撮像素子５へ導かれるとともに、被写体からの光束の他の一部はハーフミラー４を反射してマイクロレンズアレイ６および光電変換素子アレイ７へ導かれる。撮像素子５は交換レンズ３により結像された被写体像を撮像する。この撮像素子５による撮像動作については本願発明と直接関係がないので説明を省略する。
【０００８】
マイクロレンズアレイ６は、微小なマイクロレンズを平面状に稠密に配列したものである。また、光電変換素子アレイ７は、微小な光電変換素子を平面上に稠密に配列したエリアセンサーである。図２は、マイクロレンズアレイ６と光電変換素子アレイ７の一部を拡大した正面図である。マイクロレンズの配列は図２に示すようなハニカム状配列（六方稠密配列）であってもよいし、正方配列であってもよい。マイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面は撮像素子５の撮像面（交換レンズ３の予定焦点面）とほぼ共役な位置関係になっており、交換レンズ３を透過しハーフミラー４により反射された被写体からの光束の一部は、マイクロレンズアレイ６を透過して光電変換素子アレイ７へ導かれ、光電変換素子アレイ７により被写体像が撮像される。光電変換素子アレイ７により被写体像を観察することによって、撮像素子５の光学状態、すなわち交換レンズ３の焦点調節状態をモニターすることができる。
【０００９】
図２において、光電変換素子アレイ７の各格子は光電変換素子すなわち画素であり、平面上に正方配列された画素の上にマイクロレンズアレイ６の各マイクロレンズの外径が投影されて描かれている。マイクロレンズアレイ６の各マイクロレンズは、光電変換素子アレイ７の複数の光電変換素子すなわち画素を被覆する構造になっている。光電変換素子アレイ７の受光面は、マイクロレンズアレイ６のマイクロレンズの焦点位置に配置されている。
【００１０】
図１において、ボディ駆動制御装置８はマイクロコンピューターとメモリやＡ／Ｄコンバーターなどのコンピューター周辺部品から構成され、カメラ１の種々の演算制御やシーケンス制御を実行する。ボディ駆動制御装置８は後述するレンズ駆動制御装置１３と通信を行い、フォーカシングレンズ１１のレンズ駆動量や絞り１２の開口量などの情報を送信するとともに、交換レンズ３の焦点距離や撮影距離などの情報を受信する。
【００１１】
ボディ駆動制御装置８には、マイクロコンピューターのソフトウエア形態により画像処理部８ａ、画像合成部８ｂ、コントラスト検出部８ｃおよび極値検出部８ｄが構成されている。画像処理部８ａは、光電変換素子７の各画素出力を入力して撮像画像に各種の処理を施す。画像合成部８ｂは、マイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面を中心とする交換レンズ３の光軸に直交する複数の面において被写体像を合成する。コントラスト検出部８ｃは、画像合成部８ｂにより合成された複数の被写体像のそれぞれにおいてコントラストを検出する。極値検出部８ｄは、撮像画像上の任意の位置におけるコントラストの極値、すなわち合焦位置を検出する。なお、画像合成部８ｂ、コントラスト検出部８ｃおよび極値検出部８ｄの詳細については後述する。
【００１２】
メモリ９は種々のデータや画像を記憶する。光軸データメモリ９ａは、マイクロレンズアレイ６を構成する各マイクロレンズの光軸の、光電変換素子アレイ７上における位置データを記憶するメモリである。このマイクロレンズの光軸位置データは、光電変換素子アレイ７の画素位置の座標を小数レベルまで展開したものである。つまり、画素単位よりも小さい値まで光軸位置を正確に表したものである。コントラストデータメモリ９ｂは、詳細を後述するが、各焦点面のコントラスト抽出画像を記憶するメモリである。
【００１３】
交換レンズ３は、フォーカシングレンズ１１、絞り１２、レンズ駆動制御装置１３などを備えている。レンズ駆動制御装置１３はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品を備え、フォーカシングレンズ１１の焦点調節制御、絞り１２の開口制御などを行うとともに、ボディ駆動制御装置８と通信を行い、交換レンズ３の焦点距離や撮影距離などの情報を送信するとともに、フォーカシングレンズ１１のレンズ駆動量や絞り１２の開口量などの情報を受信する。
【００１４】
《画像合成》
次に、撮像画像に基づいて任意の焦点面における画像を合成する方法を説明する。交換レンズ３は撮像素子５の撮像面（予定焦点面）に被写体像を結像する。この被写体像の内、例えば人物の顔が撮像素子５の撮像面において合焦状態にあれば、画像中の人物の顔にピントが合っている。このとき、撮像素子５の撮像面（予定焦点面）と共役な位置関係にあるマイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面においても、画像中の人物の顔にピントが合っていることになる。もし、画像中の人物の顔が撮像素子５の撮像面の前方または後方において合焦状態にあれば、人物の顔はいわゆる前ピンまたは後ピンの状態にあり、マイクロレンズアレイ６側においてはレンズ頂点面の前側（ハーフミラー４側）または後側に人物の顔にピントの合った面、すなわち焦点面があることになる。
【００１５】
マイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面またはその前後の、交換レンズ３の光軸に直交するいずれかの面において、画像中の人物の顔部分のピントが合っている場合には、その面において人物の顔部分のコントラストが極値を示していることになる。このことから、マイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面を中心としてその前後に、交換レンズ３の光軸に沿って等間隔に複数の面（以下、焦点面という）を設定し、光電変換素子７による１枚の撮像画像に基づいて上記各焦点面における被写体像を合成により生成するとともに、各焦点面の合成画像のコントラストを検出し、複数の焦点面の合成画像の中から画像中の人物の顔部分のコントラストが極値を示す焦点面を抽出すれば、その焦点面は人物の顔部分にピントが合った面ということができる。さらに、人物の顔部分にピントがあった焦点面とマイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面（予定焦点面）との間の距離がデフォーカス量となる。
【００１６】
図３は、一実施の形態の画像合成法を説明するためのマイクロレンズアレイ６と光電変換素子アレイ７の部分断面図である。マイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面から交換レンズ３の光軸に沿って距離ｘ離れた焦点面における像は、以下のようにして合成することができる。ここで、ｘ＝０がレンズ頂点面を、ｘ＞０がレンズ頂点面より前側（ハーフミラー４側）の面を、ｘ＜０がレンズ頂点面より後側の面をそれぞれ表すものとする。
【００１７】
図３において、レンズ頂点面からハーフミラー４側の距離ｘ１の位置に焦点面Ｓ１があり、距離ｘ２（＜ｘ１）の位置に焦点面Ｓ２があるとする。さらに、マイクロレンズアレイ６上のマイクロレンズ６ｂとマイクロレンズ６ｄに注目したとき、マイクロレンズ６ｂの光軸が焦点面Ｓ１と交わる点をＰ１とし、マイクロレンズ６ｄの光軸が焦点面Ｓ２と交わる点をＰ２とする。
【００１８】
焦点面Ｓ１上の点Ｐ１を通りマイクロレンズアレイ６を介して光電変換素子アレイ７へ向かう光束は、直下のマイクロレンズ６ｂの光軸に沿って光電変換素子７ｂへ導かれるとともに、隣接するマイクロレンズ６ａ、６ｃにおいては、これらのレンズ６ａ、６ｃの光軸から距離ｙ１だけ偏心した位置の光電変換素子７ａ、７ｄへ導かれる。一方、焦点面Ｓ２上の点Ｐ２を通りマイクロレンズアレイ６を介して光電変換素子アレイ７へ向かう光束は、直下のマイクロレンズ６ｄの光軸に沿って光電変換素子７ｅへ導かれるとともに、隣接するマイクロレンズ６ｃ、６ｅにおいては、これらのレンズ６ｃ、６ｅの光軸から距離ｙ２だけ偏心した位置の光電変換素子７ｃ、７ｆへ導かれる。ここで、ｘ２＜ｘ１であるから、ｙ２＞ｙ１の関係がある。
【００１９】
マイクロレンズアレイ６上のマイクロレンズどうしの配置間隔をｄとし、マイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面から光電変換素子アレイ７の受光面までの距離、ないしはマイクロレンズの焦点距離をｆとすると、レンズ頂点面からの距離ｘ、偏心量ｙの間には次のような関係がある。
ｘ／（ｆ・ｄ）＝１／ｙ  ・・・(１)
【００２０】
図３では、注目するマイクロレンズ６ｂに直接隣接するマイクロレンズ６ａと６ｃ、および注目するマイクロレンズ６ｄに直接隣接するマイクロレンズ６ｃと６ｅについてのみ説明したが、注目するマイクロレンズ６ｂ、６ｄを中心とする周辺のすべてのマイクロレンズに対して上記(１)式に示す関係が成立する。しかし、偏心量ｙはマイクロレンズが被覆する範囲を超えることができないので、ｙ＜ｄ／２とすると、上記(１)式は、
Ａbs(ｘ)＜２ｆ  ・・・(２)
の範囲で成立することになる。なお、(２)式において、Ａbs(ｘ)はｘの絶対値を返す関数である。
【００２１】
ここで、交換レンズ３により焦点面Ｓ１上に結像された像は、マイクロレンズアレイ６により光電変換素子アレイ７の受光面に再結像される。マイクロレンズ６ｂに注目したとき、その光軸上にある点Ｐ１の像は、マイクロレンズ６ｂにより直下の光電変換素子７ｂへ投影されるとともに、隣接するマイクロレンズ６ａと６ｃによりそれらの光軸から偏心量ｙ１の位置にある光電変換素子７ａと７ｄへそれぞれ投影される。図示を省略するが、注目するマイクロレンズ６ｂの周りの直接および間接的に隣接するすべてのマイクロレンズによって、偏心量ｙ１がｄ／２より小さい範囲内にあるすべての光電変換素子へ投影される。
【００２２】
これらの光電変換素子の出力をすべて加算し、注目するマイクロレンズ６ｂの位置における画素出力とする。この処理を、マイクロレンズアレイ６上のマイクロレンズ６ｂを含むすべてのマイクロレンズに対して実行し、各マイクロレンズ位置における画素出力として平面上に展開すれば像を合成することができ、この合成像は交換レンズ３により焦点面Ｓ１上に結像された像に相当する。
【００２３】
同様に、交換レンズ３により焦点面Ｓ２上に結像された像は、マイクロレンズアレイ６により光電変換素子アレイ７の受光面に再結像される。マイクロレンズ６ｄに注目したとき、その光軸上にある点Ｐ２の像は、マイクロレンズ６ｄにより直下の光電変換素子７ｅへ投影されるとともに、隣接するマイクロレンズ６ｃと６ｅによりそれらの光軸から偏心量ｙ２の位置にある光電変換素子７ｃと７ｆへそれぞれ投影される。図示を省略するが、注目するマイクロレンズ６ｄの周りの直接および間接的に隣接するすべてのマイクロレンズによって、偏心量ｙ２がｄ／２より小さい範囲内にあるすべての光電変換素子へ投影される。
【００２４】
これらの光電変換素子の出力をすべて加算し、注目するマイクロレンズ６ｄの位置における画素出力とする。この処理を、マイクロレンズアレイ６上のマイクロレンズ６ｄを含むすべてのマイクロレンズに対して実行し、各マイクロレンズ位置における画素出力として平面上に展開すれば像を合成することができ、この合成像は交換レンズ３により焦点面Ｓ２上に結像された像に相当する。
【００２５】
なお、ｘ＜０の焦点面における像も上記と同様な合成方法により像を得ることができる。また、焦点面Ｓがレンズ頂点面にある場合、つまりレンズ頂点面から焦点面までの距離ｘ＝０の場合には、焦点面Ｓ上の点Ｐを通り光電変換素子アレイ７へ向かう光束は、点Ｐの直下にあるマイクロレンズのみを透過することになり、当該マイクロレンズの直下にある光電変換素子の出力のみが得られる。つまり、この場合には、当該マイクロレンズに隣接するすべてのマイクロレンズの光軸から偏心量ｙの位置にある光電変換素子の出力を加算して像を合成することはできない。この場合は、各マイクロレンズ直下の各光電変換素子の出力を画素出力として平面上に展開した像が得られる。
【００２６】
以上説明した画像合成方法を要約すると、マイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面から距離ｘだけ離れた焦点面Ｓにおける交換レンズ３の像は、マイクロレンズごとにマイクロレンズ直下の光電変換素子出力と周辺のマイクロレンズによる偏心位置（(１)式により算出）の光電変換素子出力を積算して画素出力とし、これらの画素出力をマイクロレンズ位置の画素出力として平面上に展開することによって合成することができる。
【００２７】
焦点面Ｓは、マイクロレンズアレイ６のレンズ頂点面を基準（ｘ＝０）として所定間隔ｍごとに(２ｎ＋１)面設定する。
−ｎｍ， (−ｎ＋１)ｍ，・・，−１ｍ，０，＋１ｍ，・・，(ｎ−１)ｍ，ｎｍ  ・・・(３)
なお、焦点面Ｓの間隔ｍと面数についてはカメラ１および交換レンズ３の仕様、焦点情報の検出精度等に基づいて適宜決定すればよい。
【００２８】
《コントラスト検出》
次に、各焦点面の合成画像に対してフィルター処理を施し、コントラストを抽出した画像を生成する。この一実施の形態では、各焦点面の合成画像に図４(ａ)に示すようなラプラシアン・フィルター処理を施してコントラスト抽出画像を得る。図４(ａ)に示すラプラシアン・フィルターはコントラストを８方向で捉えるものであるが、例えばコントラストを４方向で捉える図４(ｂ)に示すラプラシアン・フィルターを用いてもよい。各焦点面のコントラスト抽出画像はコントラストデータメモリ９ｂに格納される。
【００２９】
図５(ａ)は焦点面が異なる一連の５枚のコントラスト抽出画像を示す。これらの画像は、光電変換素子アレイ７により撮像された１枚の画像に基づいて生成されたものであるが、同じものを映したものでありながら近点から遠点に向かうある焦点面におけるいわゆるピントの状態を表していることになる。図５(ｂ)は、これらのコントラスト抽出画像の同一座標Ｐ０の画素のコントラスト変化を示す。
【００３０】
なお、図５(ｂ)では、コントラスト変化を便宜的に曲線で表しているが、同一画素のコントラストは各焦点面ごとに離散的に得られる。このコントラスト変化により、位置Ｐ０の画素のコントラストがどの焦点面において極値を示すかを知ることができる。コントラストはガウシアンで変化すると考えられることから、コントラスト抽出画像の組から得られる離散的なコントラスト変化を補完し、その頂点を予測すれば精密にコントラストの極値の位置を知ることができる。こうして求められたコントラストの極値の位置は、その画素座標における合焦位置を表している。
【００３１】
《コントラストの極値検出》
一連のコントラスト抽出画像の同一画素におけるコントラストを比較し、最もコントラストが高い焦点面の画像を選択し、さらにこの焦点面の前後の焦点面における同一画素のコントラストを検出する。これらの３つの焦点面の同一画素のコントラストに基づいて、その画素のコントラストが極値となる正確な焦点面位置を推定する。
【００３２】
図６は異なる焦点面のある注目画素におけるコントラスト変化の一例を示し、横軸が焦点面の位置を、縦軸がコントラストをそれぞれ表す。異なる焦点面の注目する画素におけるコントラスト変化は、図に示すようにガウス形状の曲線になる。なお、図６では注目画素のコントラスト変化を便宜的に曲線で表しているが、実際には各焦点面ごとに離散的に得られる。各焦点面を示すｙ軸と平行な直線（便宜的にそれぞれｘ＝Ｓ１、ｘ＝Ｓ０、ｘ＝Ｓ２とする）とコントラスト変化を示す曲線との交点が各焦点面におけるコントラストを表す。
【００３３】
図６において、焦点面Ｓ０の注目画素において最大のコントラストｑ０が得られ、その前後の焦点面Ｓ１とＳ２の注目画素においてコントラストｑ１とｑ２（ｑ１＞ｑ２）が得られたとすると、三点内挿の手法によりコントラストの極値を示す焦点位置を検出する。まず、図中の座標(Ｓ０,ｑ０)と座標(Ｓ２,ｑ２)を結ぶ直線Ｌ１を描き、この直線の傾きｋを求める。次に、図中の座標(Ｓ１,ｑ１)を通り、かつ傾き(−ｋ)を持つ直線Ｌ２を描く。これら２つの直線Ｌ１とＬ２の交点を求め、この交点の横軸座標をコントラストの極値を示す焦点位置とする。この焦点位置は、注目画素の合焦位置すなわちピント位置である。
【００３４】
以上のコントラストの極値検出処理を一連のコントラスト抽出画像におけるすべての画素に対して実行すれば、元になる撮像画像全体の焦点状態を、焦点位置曲面として表すことができる。
【００３５】
ただし、実際にはコントラストを持つような被写体は画像全体にあまねく存在している訳ではなく、画素によってはすべての焦点面にも感知し得るコントラストが存在しないこともあり得る。そこで、注目画素における最大のコントラストが所定の値より低い場合には、上述した内挿処理を行わず、その近傍で検出された焦点位置に基づいてその画素に対する焦点位置を推定する。例えば画像の一部の青空の部分にはコントラストはないが、この部分については焦点位置が特定できるので、ほぼ同一焦点を持つ閉曲面を構成して領域を被覆するような方法により、その焦点位置を決定することができる。
【００３６】
上述した実施の形態とその変形例によれば以下のような作用効果を奏することができる。まず、複数のマイクロレンズを平面上に配列したマイクロレンズアレイ６を交換レンズ３の予定焦点面近傍に配置するとともに、複数の光電変換素子を平面上に配列した光電変換素子アレイ７をマイクロレンズアレイ６の背後に配置し、交換レンズ３を透過した被写体からの光束をマイクロレンズアレイ６を介して光電変換素子アレイ７で受光し、光電変換素子アレイ７により撮像した画像に基づいて交換レンズ３の焦点情報を検出する焦点情報検出装置において、光電変換素子アレイ７による撮像画像に基づいて、予定焦点面近傍の複数の焦点面における画像を合成する画像合成部８ｂと、画像合成部８ｂによる各焦点面の合成画像からコントラストを抽出した画像を生成するコントラスト検出部８ｃと、コントラスト検出部８ｃによる各焦点面のコントラスト画像に基づいて、撮像画像の任意の位置の焦点位置を推定する極値検出部８ｄとを備えるようにしたので、１枚の撮像画像から撮像画像のあらゆる位置における交換レンズ３の焦点情報を検出することができる。特に、撮影画面内の数十点の焦点検出位置において瞳分割位相差検出方式により焦点検出を行う従来の方法では、焦点検出光学系の複雑化あるいは相関演算等のマイクロコンピューター処理の増大により、実際にはすべての焦点検出位置において同時に焦点検出を行うのは困難であり、検出結果を得る焦点検出位置は数点に限定されるが、上述した一実施の形態によれば、１枚の撮像画像を処理することによって撮影画面内のあらゆる位置における焦点検出が可能となる。
【００３７】
また、一実施の形態によれば、各焦点面のコントラスト画像から撮像画像の任意の位置における離散的なコントラストを検出し、これらの離散的なコントラストを補間してコントラストが極値を示す焦点面の位置を撮像画像の任意の位置における焦点位置とするようにしたので、上記効果に加え、画素単位で焦点位置を正確に検出することができる。
【００３８】
さらに、一実施の形態によれば、合成画像にラプラシアン・フィルター処理を施してコントラスト画像を生成するようにしたので、各焦点面のコントラスト画像を正確に生成することができる。
【００３９】
さらにまた、一実施の形態によれば、マイクロレンズアレイ６上のマイクロレンズごとに、注目するマイクロレンズ直下の光電変換素子の出力と、当該マイクロレンズの周辺の各マイクロレンズに対応する偏心位置の光電変換素子の出力とを積算し、積算値を当該マイクロレンズ位置の画素出力とする演算を、マイクロレンズアレイ６上のすべてのマイクロレンズに対して行い、合成画像を生成するようにしたので、１枚の撮像画像から任意の焦点面の合成画像を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一実施の形態の構成を示す図
【図２】マイクロレンズアレイと光電変換素子アレイの一部を拡大した正面図
【図３】一実施の形態の画像合成法を説明するためのマイクロレンズアレイと光電変換素子アレイの部分断面図
【図４】ラプラシアンフィルターの一例を示す図
【図５】焦点面が異なる一連のコントラスト抽出画像と、それらの画像上の同一画素のコントラストを変化を示す図
【図６】コントラストの極値を求める方法を説明するための図
【符号の説明】
【００４１】
３；交換レンズ、６；マイクロレンズアレイ、７；光電変換素子アレイ、８；ボディ駆動制御装置、８ｂ；画像合成部、８ｃ；コントラスト検出部、８ｄ；極値検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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