(57)【要約】【課題】  動画撮影における自動焦点調節時に映像信号に影響することなく、大デフォーカスにおいても自動焦点調節可能な撮像面位相差センサを利用した自動焦点調節レンズ装置および撮影システムを提供する。【解決手段】  レンズ装置は、フォーカス群と、第一絞りと、フォーカス群及び第一絞りを介した被写体光束を撮像光束と合焦検出光束とに分岐する分岐光学系と、撮像光束を受光する撮像用センサと、合焦検出光束から映像信号と位相差信号を取得する撮像面位相差センサと、分岐光学系と撮像面位相差センサとの間に配置された第二絞りと、撮影画像内での自動焦点調節を行う位置を取得する手段と、撮像面位相差センサからの位相差信号を用いて合焦状態を取得し、合焦状態に基づきフォーカス群及び第二絞りの駆動を制御する制御手段と、を有し、制御手段は、自動焦点調節を行う位置の情報に基づき、第二絞りの開口形状を制御する。【選択図】  図１０
2015034859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズ群と、
第一の絞りと、
該フォーカスレンズ群及び該第一の絞りを介した被写体からの光束を、撮像光束と合焦検出用の光束とに分岐する分岐光学系と、
前記撮像光束を受光するための撮像用センサと、
前記合焦検出用の光束から映像信号と位相差信号を取得する撮像面位相差センサと、
前記分岐光学系と前記撮像面位相差センサとの間に配置された第二の絞りと、
撮影する画像内での自動焦点調節を行う位置を取得する手段と、  前記撮像面位相差センサから得られる位相差信号を用いて合焦状態を取得し、前記合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズ群及び前記第二の絞りの駆動を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記自動焦点調節を行う位置の情報に基づいて、前記第二の絞りの開口状態を制御する、
ことを特徴とするレンズ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記自動焦点調節を行う位置の画素が受光する光束の中心が前記第一の絞りの射出瞳面の中心を通過するように、前記第二の絞りの開口状態を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記撮像面位相差センサで得られた信号に基づく演算により、位相差量と、前記演算の信頼性値と、を取得し、該信頼性値を基に前記第二の絞りの開口状態を制御する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ装置。
【請求項４】
前記信頼性値は、前記撮像面位相差センサで得られた信号のコントラストである、ことを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。
【請求項５】
前記制御手段は、位相差信号に基づき演算された合焦状態に基づく前記フォーカスレンズ群の合焦位置を、前記第一の絞りによる前記撮像光束に対する光学系のＦナンバーと、前記第一の絞り及び前記第二の絞りによる前記合焦検出用の光束に対する光学系のＦナンバーとの関係に応じて、補正する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレンズ装置。
【請求項６】
前記第二の絞りは、前記撮像面位相差センサの瞳分割方向の成分を有する方向に可動な２枚の部材で構成される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレンズ装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記自動焦点調節を行う位置の画素が受光する光束の中心が前記第一の絞りの射出瞳面の中心を通過するように、光軸に対して非対称な開口を形成するよう前記第二の絞りの駆動量を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ装置。
【請求項８】
前記第二の絞りによって形成される開口は１つである、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレンズ装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記撮像面位相差センサにて得られた位相差信号に基づき前記フォーカスレンズ群を駆動して焦点調節をした後に、前記撮像面位相差センサにて得られた映像信号のコントラスト値を用いて前記フォーカスレンズ群を駆動する焦点調節を行う、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレンズ装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記撮像面位相差センサにて得られた映像信号のコントラスト値を用いて自動焦点調節を行う際には、前記第二の絞りを開放状態とする、ことを特徴とする請求項９に記載のレンズ装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のレンズ装置と、前記レンズ装置に接続され、前記撮像手段を有するカメラ装置とを備えたことを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像用の光束と合焦検出用の光束を分離し、合焦検出用の光束をもとに自動焦点調節を行う自動焦点調節レンズ装置および撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像センサにおいて一つの画素に複数の光電変換部を有する構造を持たせることで、撮像センサで位相差信号と映像信号を同時に出力することが可能な撮像面位相差センサが知られている（特許文献１）。撮像面位相差センサは、撮影しながら位相差信号による合焦検出が可能であるので、焦点調節しながら動画撮影を行うことができる。また、同時に取得された映像信号を用いて、コントラスト値を利用した自動焦点調節も可能である。
【０００３】
しかし、この撮像面位相差センサは、デフォーカスした状態では映像信号がボケるだけでなく、自動焦点調節に利用するための位相差信号もボケてしまう。そのため、大デフォーカス時には位相差信号のコントラストが大きく低下し、デフォーカス量を算出できない場合や合焦精度が低下するという問題がある。
【０００４】
この問題に対して、特許文献２では、撮像光学系に光束の一部を遮光する手段を設けることによって、撮像面位相差センサを利用した大デフォーカスの検出も可能な焦点検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０８３４０７号公報
【特許文献２】特開２００１−１２４９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した遮光する手段を設けることで、大デフォーカスの検出は可能となる。しかしながら、この遮光する手段を開口絞りと同一面、ないし、瞳共役の関係にある面以外に配置すると、軸外画素が受光する光束において、遮光する手段による口径食が発生し、合焦精度の低下につながる。特許文献２では、開口絞りと同一面に遮光する手段を配置しているため、位相差信号だけでなく、映像信号に利用される撮像光束も同様に絞られ、映像信号の光量や被写界深度に影響を与える。よって、連続的に映像を取得する動画撮影には不向きである。
【０００７】
一方、瞳共役の関係にある別の面に遮光する手段を設ける場合は、一次結像面を挟んだ二次結像光学系にする必要があり、レンズ枚数の増加や、全長の増加につながる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、動画撮影における自動焦点調節時に映像信号に影響することなく、大デフォーカスにおいても自動焦点調節可能な撮像面位相差センサを利用した自動焦点調節レンズ装置および撮影システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、フォーカスレンズ群と、第一の絞りと、該フォーカスレンズ群及び該第一の絞りを介した被写体からの光束を撮像光束と合焦検出用の光束とに分岐する分岐光学系と、前記撮像光束を受光する撮像用センサと、前記合焦検出用の光束から映像信号と位相差信号を取得する撮像面位相差センサと、前記分岐光学系と前記撮像面位相差センサとの間に配置された第二の絞りと、撮影する画像内での自動焦点調節を行う位置を取得する手段と、前記撮像面位相差センサから得られる位相差信号を用いて合焦状態を取得し、前記合焦状態に基づいて前記フォーカスレンズ群及び前記第二の絞りの駆動を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記自動焦点調節を行う位置の情報に基づいて、前記第二の絞りの開口形状を制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば動画撮影における自動焦点調節時に映像信号に影響することなく、大デフォーカスにおいても自動焦点調節可能な撮像面位相差センサを利用した自動焦点調節レンズ装置および撮影システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】撮像面位相差センサの画素構造である。
【図２】軸上画素の各光電変換部を第一の絞りの射出瞳面上に投影した概略図である。
【図３】軸上画素の各光電変換部を射出瞳面上に投影した際の射出瞳面の図である。
【図４】小デフォーカス時に各光電変換部から得られる２つの輝度信号の例である。
【図５】大デフォーカス時に各光電変換部から得られるボケた２つの輝度信号の例である。
【図６】本発明の自動焦点調整レンズ装置の実施例１の構成図である。
【図７】大デフォーカス時に、自動焦点調節エリアに対して第二の絞りを適切に偏心させない際の自動焦点調節に利用される光束を示す図である。
【図８】自動焦点調節エリアに対して第二の絞りを適切に偏心させない際の各光電変換部からの２つの輝度信号の例である。
【図９】実施例１の自動焦点調節フローである。
【図１０】大デフォーカス時に、自動焦点調節エリアに対して第二の絞りを適切に偏心させた際の自動焦点調節に利用される光束を示す図である。
【図１１】第二の絞りが絞られた状態でも演算信頼性が低い場合の自動焦点調節フローである。
【図１２】本発明の自動焦点調節レンズ装置の実施例２の構造図である。
【図１３】口径食により射出瞳面が欠けている場合の自動焦点調整に利用される光束の図である。
【図１４】第二の絞りを調整することによって口径食の影響を低減可能であることを示す図である。
【図１５】実施例２の自動焦点調節フローである。
【図１６】実施例３の撮像面位相差センサで利用するセンサレイアウトである。
【図１７】実施例３の自動焦点調節フローである。
【図１８】実施例４において、測距方向に対する２枚の絞り部材の配置を示す図である。
【図１９】実施例４において、大デフォーカス時に、自動焦点調節エリアに対して第二の絞りを適切に偏心させた際の概略図である。
【図２０】本発明の自動焦点調節レンズ装置の実施例５の構造図である。
【図２１】実施例５の自動焦点調節フローである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明で用いる撮像面位相差センサの位相差検出の原理と、位相差検出に利用する光束へのＦナンバーの変化の影響について説明する。
【００１３】
図１（Ａ）に撮像面位相差センサの１画素の簡単な構造図について示す。１つの画素に１つのマイクロレンズ１０１、２つの光電変換部１０２ａ、１０２ｂを有する。図１（Ｂ）は本実施例で用いるセンサのレイアウトである。ベイヤー配列ＲＧＧＢの各画素の光電変換部が２つに分割されたレイアウトとなっている。
【００１４】
図２は軸上の画素の各光電変換部１０２ａ、１０２ｂを射出瞳１０３面に対して射影を行った図である。光電変換部１０２ａは射出瞳１０３面上の１０４Ｒに射影されるように設計されている。つまり、１０４Ｒから光電変換部１０２ａに射出される光束を受光し、輝度信号を出力することになる。同様に、光電変換部１０２ｂは射出瞳面１０４Ｌからの光束を受光し、輝度信号として出力するようにセンサ設計されている。また、軸外画素に関してもそれぞれの光電変換部は射出瞳１０３面上の１０４Ｌ、１０４Ｒに射影されるように設計されている。
【００１５】
図３は図２の射出瞳１０３面の全域を示した図である。２つの射影された光電変換部１０４Ｌ，１０４Ｒは射出瞳１０３面上で異なる位置に感度を有するように瞳分割している。そのため、各光電変換部１０２ａ、１０２ｂを別々の輝度信号として扱うことで位相差信号として取得することができる。ここでは各感度を楕円上に示したが、形状はこれに限定されず、他の形状として半円状、矩形状などであっても良い。
【００１６】
撮像面位相差センサから映像信号を得るためには画素内にある２つの光電変換部１０２ａ、１０２ｂの輝度信号を加算する。これにより、第一の絞りの射出瞳１０３全体からの光束による出力信号（輝度信号）となる。
【００１７】
図４は輝度信号の例である。この２つの輝度信号から相関演算の手法を用いて矢印で図示される位相差量を算出する。
【００１８】
この相関演算処理の具体的な操作を簡単に示す。片方の輝度信号を固定し、もう一方の輝度信号を画素位置に対してシフトさせていく。各シフト量に対して、２つの輝度信号の重なり面積を求める。このとき、重なり面積が最大となるシフト量が位相差量として算出される。
【００１９】
続いて、自動焦点調節を行うために利用される光束のＦナンバーに対する変化について説明する。
【００２０】
この撮像面位相差センサを利用した自動焦点調節は、映像信号を取得する機能を兼ねるため、焦点調節に利用する２つの光束の和は射出瞳全体の光束に等しい。そのため、レンズのＦナンバーにより焦点調節に利用する光束が変化する。Ｆナンバーが小さい場合、各光電変換部が受光する２つの光束の重心間の距離である基線長（瞳分割間の距離）が長くなる。一方、Ｆナンバーが大きい場合、基線長は短くなる。従って、所定のデフォーカス量に対し、Ｆナンバーが小さい場合は大きい場合よりも位相差量が大きくなるため、合焦精度が高くなる。
【００２１】
しかし、Ｆナンバーが小さい場合、デフォーカスによって映像信号だけでなく、輝度信号もボケてしまう（映像信号のコントラストが下がる）。位相差量が小さい場合は図４のようにほとんど像がシフトしただけの輝度信号を得られるが、位相差量が大きい場合は像がボケてしまう結果、図５のようななだらかな信号となる。このように低周波成分のみの信号となってしまうと、正確な位相差量の検出が困難となる。
次に、本発明の具体的な実施例について以下に図を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図６は本発明の自動焦点調節レンズ装置１００の実施例１の構成図であって、カメラ装置２００が接続された撮影装置としての概略構成図を示す。物体側から順にフォーカスレンズ群１ａと、第一の絞り１ｂと、分岐光学系１ｃとを有する。分岐光学系１ｃで分岐された第一の光束は、レンズ装置１００に接続されたカメラ装置２００の撮像用センサ１ｄによって映像が撮影される。分岐光学系１ｃで分岐された第二の光束の像面側には第二の絞り１ｅと、第二の光束の像面の位置に撮像面位相差センサ１ｆが配置されている。また、フォーカスレンズ群を制御するフォーカス制御手段１ｇと、位相差信号からデフォーカス量を算出する演算手段１ｈと、第一の絞りＦナンバーの検出手段１ｉと、を有する。さらに、自動焦点調節に必要な各種値を記憶させている記憶手段１ｊと、第二の絞りの制御手段１ｋと、自動焦点調節エリア取得手段１ｌを有する。
【００２３】
第二の絞り１ｅは第一の絞り１ｂと瞳共役の関係にない。そのため、第二の絞り１ｅは、絞りの「開口状態」を変更する機能を有し、すなわち、開口部の大きさを変更する機能と開口の位置を光軸位置に対して偏心させる機能とを合わせ持つ。
【００２４】
図７は、第二の絞り１ｅが光軸を中心に対称となる形状で絞る場合に、第二の絞り１ｅを絞った際の軸外画素が受光する光束を示す図である。図７（Ａ）に第二の絞り１ｅの位置と光路図、図７（Ｂ）に自動焦点調節エリア１０５、図７（Ｃ）には第一の絞り１ｂの射出瞳１０３面での光束を示す。図７（Ｃ）の白色は光束が通過されることを示し、黒色は光束が遮断されることを示す。図７（Ｃ）より、受光する光束の光量が１０４Ｌと１０４Ｒとで異なるので、位相差出力信号は図８のように、各光電変換部１０２ａ、１０２ｂから出力される信号は互いに（図中に矢印で示した）レベルが異なる。各光電変換部１０２ａ、１０２ｂで受光される光量のバランスが崩れると、相関演算の精度が低下するので、合焦精度の低下につながる。
【００２５】
図９は本実施例の焦点調節フローである。通常時は第二の絞り１ｅを開放した状態で、撮像側と同じＦナンバーの光束を撮像面位相差センサ１ｆで受光し、撮像面位相差センサ１ｆからの位相差信号に基づき演算手段１ｈで合焦状態を演算し、該合焦状態に基づきフォーカス制御手段１ｇを制御して自動焦点調節を行う。大デフォーカス状態など、位相差量を算出不能な場合や演算の信頼性が低い場合は、第二の絞り１ｅを絞って、自動焦点調節を行う。以下、図９に示した焦点調整フローを参照しながら、詳細に説明する。
【００２６】
まず、ステップＳ１０１で自動焦点調節モードか確認する。自動焦点調節モードである場合は、Ｓ１０２にて、第二の絞り１ｅを開放状態（焦点調節に利用する光束を絞らない状態）にする。
【００２７】
Ｓ１０３では、撮像面位相差センサ１ｆ内（撮像された画像内）のどの位置にある被写体に対して合焦情報を取得するかを特定するための自動焦点調節エリアを自動焦点調節エリア取得手段１ｌから取得する。自動焦点調節エリア取得手段１ｌとしては、例えば、撮影画面内の所定のエリア或いは位置を指定できる手段（マウス、ジョイスティック等のポインティングデバイス、又は、画面内の座標値を直接入力する手段）等を使用することが考えられる。
【００２８】
Ｓ１０４において撮像面位相差センサにおいて被写体の光量が閾値を超えているかを判断する。超えている場合はＳ１０５に続き、超えていない場合はＳ１０１のステップに戻る。光量の閾値は、予め記憶手段１ｊにて焦点調節可能な最も低い光量を記憶させておく。
【００２９】
続くＳ１０５では、第一の絞りのＦナンバーの検出手段１ｉにて第一の絞り１ｂのＦナンバーを取得する。
【００３０】
Ｓ１０６では自動焦点調節エリアに基づいた輝度信号に対して相関演算を行い、位相差量、演算の信頼性値を算出する。Ｓ１０７ではその演算の信頼性値が記憶手段１ｊに記憶されている閾値と比較を行う。演算の信頼性値は輝度信号のコントラスト値をもとに算出する。コントラスト値を信頼性値に含めることによって、大ボケ状態かを判断することが可能となり、大デフォーカスによって精度が低下した状態での焦点調節を行わない。
【００３１】
ここでは信頼性値の算出において輝度信号のコントラスト値のみを挙げたが、ノイズ量などその他の要素を含めて、信頼性値としても良い。
【００３２】
Ｓ１０７において信頼性が高いと判断した場合は第二の絞り１ｅを作動させず、撮像側と同じＦナンバーで自動焦点調節を行うＳ１０８〜Ｓ１１１となる。Ｓ１０８では第一の絞り１ｂのＦナンバーをもとに記憶手段１ｊに記憶されている基線長の値を読み出す。Ｓ１０９では基線長、位相差量からデフォーカス量を算出する。Ｓ１１０では記憶手段１ｊにおいてフォーカス敏感度を読み出す。フォーカス敏感度とはフォーカスレンズ群１ａを光軸方向にある一定距離駆動させた際の焦点位置のズレ量である。Ｓ１１１ではこのフォーカス敏感度とデフォーカス量よりフォーカス繰り出し量を算出する。算出したフォーカス繰り出し量を基にＳ１１９にて駆動し、自動焦点調節フローの１サイクルが終了する。
【００３３】
一方、Ｓ１０７において信頼性が低いと判定した場合は、Ｓ１１２において第二の絞り１ｅを絞る。このときの第二の絞り１ｅのＦナンバーをＦ０（ここではＦ／８）とする。このＦ０は記憶手段１ｊにて記憶されている。
【００３４】
ＦナンバーＦ０は、信頼性を向上させるため、コントラストを上昇させるよう適切に設定する必要がある。従って、必要なコントラスト値を得る上で許容可能な錯乱円径をδ、自動焦点調節の動作保証すべきデフォーカス端の絶対値をＤとすると、次式を満足することが望ましい。
Ｆ０≧Ｄ／δ                        ・・・（１）
【００３５】
本参考例では、撮像面位相差センサ１ｆとして例えば２／３型ＣＣＤを使用し、画素ピッチが０．００５ｍｍに対し、δを４画素に相当する０．０２０ｍｍとする。また、Ｄを０．１ｍｍとする。（１）式は、
Ｆ０≧５                            ・・・（２）
となり、Ｆ／５より大きなＦナンバーが必要となる。
【００３６】
一方、位相差演算の精度を低下させないためには、ＦナンバーＦ０を適切に設定しエアリーディスク径が大きくなり過ぎないようにする必要がある。従って、Ｆナンバーの閾値をＦ０、撮像面位相差センサ１ｆの感度中心波長をλ、必要な演算精度を得るために必要な分解能εとすると、次式を満足することが望ましい。
Ｆ０≦ε／（１．２２×λ）            ・・・（３）
【００３７】
本参考例では、撮像面位相差センサ１ｆとして例えば２／３型ＣＣＤを使用し、感度中心波長を５．５×１０-4ｍｍとする。また、画素ピッチが０．００５ｍｍに対し、εを４画素に相当する０．０２０ｍｍとする。（３）式は、
Ｆ０≦３０                            ・・・（４）
となり、Ｆ／３０より小さなＦナンバーが必要となる。
【００３８】
上記（１）（３）式を纏めると、
Ｄ／δ≦Ｆ０≦ε／（１．２２×λ）    ・・・（５）
となり、（５）式を満足する範囲でＦナンバーを絞ることで、信頼性の向上と所望の演算精度を得ることの両立が可能となる。
【００３９】
また、図１０は本実施形態において自動焦点調節エリア１０５が軸外の場合の自動合焦エリアと焦点調節光束の対応図である。図１０（Ａ）に第二の絞り１ｅの位置と光路図、図１０（Ｂ）に自動焦点調節エリア１０６、図１０（Ｃ）には第一の絞り１ｂの射出瞳１０３面での光束を示す。本発明の第二の絞り１ｅは、光軸に対して非対称に開口部を形成することができる機構を有する。形成される開口部を偏心させる位置は、記憶手段１ｊに自動焦点調節エリア１０６に対応するテーブルとして予め記憶させておく。このテーブルでは、自動焦点調節エリアの中央の画素が受光する光束が射出瞳１０３面の中央にくるように偏心量が設定されている。
【００４０】
続くＳ１１３では絞られた２つの輝度信号に対して相関演算を行い、位相差量、演算の信頼性値を算出する。第二の絞り１ｅが光束を遮光しているので、第二の絞りのＦナンバーをもとに記憶手段１ｊから基線長を読み出す。続いて、Ｓ１１５〜Ｓ１１７はＳ１０９〜Ｓ１１１と同様で、フォーカス繰り出し量が算出される。第二の絞り１ｅが開放の場合であったＳ１０８からのフローでは算出したフォーカス繰り出し量に従い、そのまま駆動させたが、第二の絞り１ｅが絞られたＳ１１２からのフローではＳ１１８のステップが追加される。その理由はレンズには一般的に収差が存在し、同じフォーカス位置でもＦナンバーによってベストピント位置が移動するためである。Ｓ１０８からのフローでは撮像側のＦナンバーと同じなので、ピント位置は移動しない。一方、Ｓ１１２からのフローでは撮像側の光学系のＦナンバーと異なるので、Ｓ１１８において算出したフォーカス駆動量（合焦位置）に補正量を加味させる処理を行う。
【００４１】
図１１はＳ１１３において第二の絞り１ｅを絞った状態の相関演算で算出した信頼性値が閾値よりも低い場合についてのフローである。Ｓ１１３−２で、さらに第二の絞り１ｅのＦナンバーを増加させる。続くＳ１１３−３にて被写体の光量が閾値を下回ってないかを判断したのちに、Ｓ１１３−４にて再び相関演算を行う。信頼性値が閾値を超えている場合はＳ１１４のフローに戻り、閾値を下回っている場合はＳ１１３−２に戻る。また、被写体の光量が不足した場合はＳ１１３−６にて、第二の絞りのＦナンバーを１／３段分減少させ、被写体の光量の調整を行う。ここでは、１／３段としたが、１／２段や１段などでも良い。
【００４２】
また、本実施例に示したフローでは被写体が低コントラストの場合、自動焦点調節が行えない。そこで、自動焦点調節を行うために、低コントラストの被写体を撮影している場合、信頼性値の閾値を変化させて自動焦点調節を行っても良い。低コントラストの被写体であることを判断するために、第二の絞りのＦナンバーを変化させて得られる輝度信号のコントラスト値を比較するステップを挿入する。異なるＦナンバーでもコントラスト値が変化しない場合は、被写体が低コントラストであることを判断することが可能となる。また、閾値を緩めることによって、低コントラスト状態でも自動焦点調節を行うことが可能となる。
【００４３】
また、本実施例では、円形に光束を絞っているが、実際にはこれに限定されず、四角形や六角形などの多角形でも良い。さらに、メカニカルな絞りだけでなく、液晶素子を利用した絞りやエレクトロクロミック素子を利用しても良い。
【００４４】
以上の実施例１に示すように、撮像光束に影響なく、自動焦点調節エリアによらず、合焦検出用光束のみ絞ることが可能となる。従って、大デフォーカス状態に対しても検出精度が落ちない、または検出不能にならない自動焦点調節が可能となる。また、自動焦点調節エリアが軸上、軸外に関わらず、合焦精度が落ちない自動焦点調節レンズ装置および撮影システムを提供することができる。
【実施例２】
【００４５】
実施例２の構成図は図１２である。構成として実施例１とは、ズーム部１ｍ、フォーカスレンズ位置検出手段１ｎ、ズーム位置検出手段１ｏを有する点で異なる。また、記憶手段１ｊにズーム状態および、フォーカス状態および、Ｆナンバーに応じた各画素での口径食情報と、各光電変換部での光量の差に対する閾値と、口径食によるベストピント位置のずれの補正データと、を備えることを特徴とする。
【００４６】
口径食とは、ある画角において光線の一部がレンズ枠などに遮られて有効光束が減少する現象である。図１３（Ａ）に口径食が発生した場合の第二の絞り１ｅの位置と光路図、図１３（Ｂ）には第一の絞り１ｂの射出瞳１０３面での光束を示す。
【００４７】
図１３（Ｂ）は、口径食により、撮像面位相差センサ１ｆの各光電変換部での光量バランスが崩れることを示す図である。光量バランスの崩れにより、所定の画面位置で信頼性値の低い位相差量を算出する場合や、位相差検出が不能な場合がある。
【００４８】
そこで、本実施例では口径食が位相差検出に影響を及ぼすズーム、フォーカス、Ｆナンバーの場合は、第二の絞り１ｅを絞り、口径食の影響を低減させる。図１４（Ａ）に口径食が発生した場合の第二の絞り１ｅの位置と光路図、図１４（Ｂ）には第一の絞り１ｂの射出瞳１０３面での光束を示す。
【００４９】
図１５の本実施例のフローに基づいて説明する。実施例１と異なる点は、Ｓ１０５はＳ２０５に、Ｓ１０８はＳ２０８、Ｓ１１０はＳ２１０、Ｓ１１６はＳ２１６、Ｓ１１８はＳ２１８に変更されている。また、Ｓ２０５−１，Ｓ２１１−１が挿入されている。
【００５０】
Ｓ２０５では口径食情報やフォーカス敏感度の情報を参照するために、ズーム・フォーカス位置を読み取る。さらに、ズーム・フォーカス。Ｆナンバー・自動焦点調節エリアから口径食情報を読み出す。続くＳ２０５−１では各光電変換部における光量の差と閾値を比較する。閾値を超えない場合、第二の絞り１ｅは開放状態のままＳ１０６にて相関演算を行う。一方、閾値を超える場合、口径食が位相差検出に大きな影響を与えないＦナンバーとなるように、Ｓ１１２にて第二の絞り１ｅを絞り、続くＳ１１３で相関演算を行う。閾値は位相差検出において大きな影響を与える光量の差として記憶している。
【００５１】
また、Ｓ２０８では微小の口径食により基線長が変化するので、ズーム・フォーカス位置の情報が必要となる。Ｓ２１０、Ｓ２１６のフォーカス敏感度は、ズーム・フォーカス位置により、異なる値となるので、実施例１と異なるステップとなる。
【００５２】
口径食が発生している場合、算出されたフォーカス繰り出し量ではベストピントにならない。そのため、Ｓ２１１−１，Ｓ２１８において記憶手段１ｊから口径食によるベストピント位置のずれの補正データを参照、加味し、フォーカスを駆動させる。
【００５３】
実施例１と同様に、第二の絞り１ｅを絞った状態の相関演算で算出した信頼性値が閾値よりも低い場合のフローを示していないが、低い場合にはさらに第二の絞り１ｅのＦナンバーを増加させ、再びＳ１１３〜Ｓ１１９のフローを行っても良い。また、第二の絞り１ｅを絞った際に光量が不十分であった場合には、第二の絞り１ｅのＦナンバーを減少させるフローを行っても良い。
【００５４】
以上の実施例２に示すように、実施例１の効果に加えて、口径食を有するズームレンズに適した自動焦点調節が可能となる。
【実施例３】
【００５５】
実施例３は実施例２と構成の概略は変わらないが、本実施例においては、分岐光学系１ｃと撮像面位相差センサ１ｆに特徴を有する。分岐光学系１ｃは赤外領域の波長の光束のみを撮像面位相差センサ１ｆに分岐し、撮像用センサ１ｄ側には可視光領域の波長の光束を分岐させる。また、撮像面位相差センサ１ｆ側には赤外領域の光束のみ分岐されるため、撮像面位相差センサ１ｆは図１６に示すように、赤外領域に感度を有する画素を有し、各画素に対して異なる波長透過特性に制御するカラーフィルターなどは持たない。また、記憶手段１ｊに各ズーム、フォーカスの状態での色収差によるベストピント位置のずれの補正値を記憶させることを特徴とする。
【００５６】
図１７に自動焦点調節フローを示す。実施例２と比較すると、Ｓ３１１−１，３１８が異なり、色収差によるベストピント位置のずれの補正を行う。この理由はレンズには一般的に色収差が存在し、波長によりベストピント位置が異なるためである。本実施例では撮像用センサ１ｄはＲＧＢで取得される一方、撮像面位相差センサ１ｆは赤外領域の光束を受光して、自動焦点調節を行う。色収差による補正を行わない場合、映像信号では受光されない赤外領域の波長のベストピント位置となる。そこで、Ｓ３１１−１，３１８にて算出したフォーカス駆動量に対して、色収差によるベストピント位置のずれ量を補正し、撮像信号に合わせた自動焦点調節を行う。
【００５７】
以上の実施例３は、実施例１，２の効果に加えて、分岐光学系１ｃで可視光を反射しないので、撮像用センサ１ｄへの可視光の透過率への影響を低減する。
【実施例４】
【００５８】
実施例４の構成は、実施例２と変わらず、自動焦点調節フローも変わらない。実施例２と異なる点は第二の絞り１ｅである。第二の絞り１ｅは２枚の部材で構成され、図１８のように配置される。撮像面位相差センサ１ｆの瞳分割方向（ここでは水平方向）に対して、第二の絞り１ｅは瞳分割方向（水平方向）に可動な構成を有し、瞳分割方向における開口部の位置及び大きさを制御する機構を有する。図１９（Ａ）は自動焦点調節エリア１０５が軸外である場合の第二の絞り１ｅの駆動後の様子、図１９（Ｂ）は第一の絞り１ｂの射出瞳１０３面において、自動焦点調節エリア１０５の中央の画素が受光する光束通過領域を示した図である。記憶手段１ｊには自動焦点調節エリア（瞳分割方向（水平方向）の座標）、ズーム、フォーカス、Ｆナンバーに対して２枚の部材の駆動量が記憶されている。駆動量は、２枚の絞りが形成する射出瞳１０３面における開口の中心が、自動焦点調節エリアの中央画素の受光する光束の中心と一致するように記憶されている。また、瞳分割方向のＦナンバーは、実施例１と同様に、（５）式に従う。
【００５９】
実施例１〜３では大デフォーカス時に、第二の絞り１ｅにおいて瞳分割方向と、瞳分割方向に対して垂直方向にも、同じＦナンバーに制御していた。しかし、２つの瞳分割方向の輝度信号のコントラスト値は各光電変換部の瞳分割方向の光束のＦナンバーに大きく影響を受ける。本実施例では、第二の絞り１ｅの絞り部材を２枚に制限し、必要な光束のみ制御する機構としている。
【００６０】
以上の実施例４に示すように、実施例１，２の効果に加えて、第二の絞り１ｅを駆動させた際に光量の有効活用が可能となる。また、第二の絞り１ｅの形状は単純なプレート形状で達成可能で、駆動方向が一方向であるため、絞り部材の精度や駆動精度による合焦精度の低下を防ぐことができる。
【実施例５】
【００６１】
第５の実施例は自動焦点調節方法として２つのモードを備えることを特徴とする。第１のモードは位相差信号を利用した自動焦点調節だけで自動焦点調節を行う。第２のモードは位相差信号による自動焦点調節を行った後、映像信号のコントラスト値を利用した自動焦点調節を行う。
【００６２】
第５の実施例の構成図は図２０である。第４の実施例との違いは合焦モード切り替え手段１ｐを備える点である。この合焦モード切り替え手段１ｐによって、撮影者は合焦モードを切り替えることができる。また、撮影者が設定した撮影モードによって、合焦モードを自動で切り替えても良い。
【００６３】
本実施例の合焦フローについて図２１に示す。実施例２，４と異なる点としてはＳ５０４に合焦モードを取得するステップが挿入される。合焦モードが位相差による自動焦点調節のみ、つまり第１のモードの場合は、実施例２，４のフローと変わらない。第２のモードである場合、第二の絞り１ｅを開放にするＳ５０５と、撮像面位相差センサ１ｆで取得される映像信号のコントラスト値をもとに自動焦点調節を行うＳ５０６が挿入される。
【００６４】
Ｓ５０６のコントラスト値を利用した自動焦点調節の方法を簡単に説明する。フォーカスレンズ群１ａをウォブリングさせ、撮像面位相差センサ１ｆにて得られる自動焦点調節エリア１０５内の映像信号のコントラスト値が最も高くなる位置を検出する。その検出位置に対応するフォーカス駆動量を基に、自動焦点調節を行う。
【００６５】
ここではウォブリングさせる群として、フォーカスレンズ群１ａの例を挙げたが、これに限定されず、他のレンズ群であってもよい。特に、分岐光学系１ｃと撮像面位相差センサ１ｆの間に配置されるレンズ群をウォブリングさせることで、映像に影響を与えずにコントラスト値による自動焦点調節が可能となる。
【００６６】
また、本実施例のフローでは示していないが、複数回の位相差による自動焦点調節を行った後に、コントラスト値を利用した自動焦点調節を行うフローとしても良い。その場合、フォーカスレンズの駆動量が予め記憶されている所定の閾値よりも下回った場合などとすれば良い。
【００６７】
以上の実施例５に示すように、実施例１，２，４の効果に加えて、撮影者がコントラスト値を利用した自動焦点調節を利用するかしないかを選択することが可能となる。コントラスト値を利用した自動焦点調節においては、合焦速度は遅いが、合焦精度は最も高い。そのため、本実施例では、撮影者が合焦速度を優先した第１のモードと精度を優先した第２のモードの２種類合焦モードを、撮影シーンに合わせて自由に選択することが可能となる。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１  マイクロレンズ
１０２ａ，ｂ  光電変換部
１０５  自動焦点調節エリア
１ａ  フォーカスレンズ
１ｂ  第一の絞り
１ｃ  分岐光学系
１ｄ  撮像用センサ
１ｅ  第二の絞り
１ｆ  撮像面位相差センサ
１ｇ  フォーカスレンズ制御手段
１ｈ  演算手段
１ｌ  自動焦点調節エリア取得手段
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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