摄像装置和合焦评价装置的制作方法

本发明涉及摄像装置和合焦评价装置。

背景技术：

一般公知具有自动对焦功能的摄像装置。在自动对焦动作中，例如进行对焦透镜的位置的控制，以使得表示合焦状态的评价值提高。该情况下，有时产生在评价值成为不是最大值的极大值时误判断为合焦的所谓伪合焦的状态。

例如在日本特许第5219951号公报中公开了如下技术：为了防止伪合焦，在进行自动对焦动作时，使光圈进行动作，以不同的多个光圈值取得图像，对这些图像进行比较，判断合焦的状态。简单来说，在合焦时，与光圈值无关，得到示出相同评价值的图像。另一方面，在伪合焦时，根据光圈值，得到评价值不同的图像。根据这种差异来判断伪合焦。

技术实现要素：

在上述日本特许第5219951号公报所公开的技术中，在判断合焦的状态时，需要使光圈进行动作。因此，为了得到不同光圈值的图像，需要时间，在被摄体在该期间内移动的情况下，无法进行正确的评价。

本发明的目的在于，提供能够尽快进行准确的合焦评价的摄像装置和合焦评价装置。

根据本发明的一个方式，摄像装置具有：摄像元件，其具有通常像素和缩小像素，所述通常像素的受光面具有第1面积，所述缩小像素的受光面具有比所述第1面积小的第2面积；以及合焦评价部，其对由所述通常像素取得的第1图像和由所述缩小像素取得的第2图像进行比较，来评价是否合焦。

并且，根据本发明的一个方式，合焦评价装置根据由摄像元件取得的图像进行合焦评价，该摄像元件具有通常像素和缩小像素，所述通常像素的受光面具有第1面积，所述缩小像素的受光面具有比所述第1面积小的第2面积，其中，所述合焦评价装置具有合焦评价部，该合焦评价部对由所述通常像素取得的第1图像和由所述缩小像素取得的第2图像进行比较，来评价是否合焦。

根据本发明，能够提供能够尽快进行准确的合焦评价的摄像装置和合焦评价装置。

附图说明

图1是示出一个实施方式的摄像装置的结构例的概略的框图。

图2是示出包含通常像素和缩小像素在内的摄像元件的结构例的概略的示意图。

图3是示出缩小像素的结构例的概略的侧面示意图。

图4是示出合焦的情况下的光束的概略的图。

图5是示出未合焦的情况下的光束的概略的图。

图6是示出一个实施方式的自动对焦的处理的一例的流程图。

图7是示出一个实施方式的合焦评价处理的一例的流程图。

图8是用于说明相对于透镜位置的对比度评价值和相对于时间的透镜位置的变化的图。

图9是示出变形例的缩小像素的结构例的概略的正面示意图。

图10是示出变形例的缩小像素的结构例的概略的正面示意图。

图11是示出变形例的缩小像素的结构例的概略的正面示意图。

图12是示出变形例的缩小像素的结构例的概略的正面示意图。

图13是示出变形例的缩小像素的结构例的概略的正面示意图。

具体实施方式

参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1示出本实施方式的摄像装置1的结构例的概略。如图1所示，摄像装置1具有照相机主体5和镜头部10。镜头部10具有包含多个透镜的透镜组12。透镜组12在设置于后述照相机主体5的摄像元件22的摄像面上形成被摄体像。与一般的照相机用镜头同样，透镜组12具有用于变更合焦位置的对焦透镜16。并且，与一般的照相机用镜头同样，镜头部10也可以具有光圈14。镜头部10例如构成为相对于照相机主体5拆装自如。

照相机主体5具有摄像部20、控制部30、存储部42、操作部44、显示部46、扬声器48、记录介质50。

摄像部20具有摄像元件22和模拟/数字转换器(adc)26等。在摄像元件22的摄像面上，通过镜头部10形成被摄体像。摄像元件22生成基于该被摄体像的信号。adc26根据由摄像元件22生成的信号，生成数字图像信号。所生成的图像信号被输出到控制部30。另外，adc26的功能也可以设置在摄像元件22中。

在摄像元件22中排列有多个像素。该多个像素被分成通常像素222和缩小像素224。即，在本实施方式的摄像元件22中，如后面详细叙述的那样，多个像素中的一部分成为缩小像素224，其他像素成为通常像素222。根据由通常像素222进行光电转换后的信号，生成图像信号。

控制部30对摄像装置1的各部的动作进行控制。控制部30包含图像处理部31、自动对焦(af)运算部32、透镜控制部33、合焦评价部34。

图像处理部31从摄像部20取得图像信号，根据该图像信号进行一般的各种图像处理。图像处理部31例如可以生成要在后述显示部46中显示的实时取景图像，也可以生成要在记录介质50中记录的记录图像。

af运算部32进行自动对焦(af)处理。即，af运算部32从摄像部20取得af信息，根据该信息计算af评价值、即表示成像在摄像元件上的被摄体像的合焦程度的评价值。af运算部32生成用于使对焦透镜16移动使得该评价值提高的信息。af运算部32例如计算由摄像元件22取得的图像的对比度评价值。af运算部32生成用于使对焦透镜16移动使得对比度评价值提高的信息。评价值不限于对比度评价值，例如也可以是基于相位差信号的评价值或其他评价值。af运算部32将用于使对焦透镜16移动的信息输出到透镜控制部33。并且，af运算部32在判断为合焦时，将该意思输出到合焦评价部34。

透镜控制部33根据从af运算部32取得的信息，对对焦透镜16的位置进行控制。对焦透镜16在透镜控制部33的控制下进行动作。

合焦评价部34从af运算部32接收到合焦的意思的信号时，进行合焦评价处理。即，合焦评价部34评价当前的对焦透镜16的状态是合焦状态还是伪合焦状态。合焦评价部34将评价结果输出到af运算部32。af运算部32根据该评价结果，如果是合焦状态，则维持当前的状态，如果是伪合焦状态，则再次进行自动对焦处理。

除了上述动作以外，控制部30还进行摄像部20的动作控制、显示部46的动作控制、有关记录介质50中的图像记录的控制等有关摄像装置1的各种动作的控制。

控制部30例如包含一个或多个中央处理单元(cpu：centralprocessingunit)或专用集成电路(asic：applicationspecificintegratedcircuit)等，进行各种运算。根据设置在控制部30内的存储区域或存储部42中存储的程序进行控制部的动作。

存储部42例如存储由控制部30进行的控制用的程序和各种参数。存储部42根据来自控制部30的请求，将各种信息输出到控制部30。

操作部44包含各种操作用的输入部。操作部44例如包含释放按钮。在释放按钮被用户按入一半时，第一开关接通。第一开关接通时，开始进行af动作。并且，在释放按钮被按入到最后时，第二开关接通。第二开关接通时，进行摄像动作。即，控制部30使摄像部20进行摄像动作，图像处理部31对所得到的图像进行处理以用于记录，处理后的图像记录在记录介质50中。

显示部46具有一般的显示元件。显示部46例如具有液晶显示面板。显示部46显示实时取景图像、摄像动作后的记录浏览图像、记录介质50中记录的图像的再现图像等。并且，显示部46显示有关摄像装置1的状态和设定的各种信息。

扬声器48在控制部30的控制下输出声音。扬声器48例如在合焦时输出表示该意思的声音。

记录介质50以拆装自如的方式与照相机主体5连接，例如记录通过摄像装置1的摄像而取得的图像。

参照图2和图3对本实施方式的摄像元件22的结构例进行说明。图2示意地示出本实施方式的摄像元件22的摄像面的一部分。在摄像元件22的摄像面上设置有多个像素。这多个像素被分成2种像素。即，在摄像元件22中设置有通常像素222和缩小像素224。与一般的摄像元件中设置的像素同样，通常像素222是图像取得用的像素。与此相对，缩小像素224是通常像素222的一部分被掩膜覆盖的像素。在缩小像素224的被遮掩的部分中，入射的光被遮挡。图2中标注了斜线的部分表示掩膜部分。缩小像素224构成为仅中央部开口，在周缘部对入射的光线进行遮光。

这样，在设通常像素222的受光面的面积为第1面积时，缩小像素224的开口部即受光面的第2面积小于第1面积。

图3是示出缩小像素224的结构例的概略的侧面图。如图3所示，在缩小像素224中设置有受光部242和微透镜244。从被摄体到来的光束经由微透镜244入射到包含光电二极管的受光部242。在缩小像素224中，在微透镜244与受光部242之间设置有掩膜246。掩膜246对经由微透镜244入射到受光部242的光线的一部分进行遮光。另外，在通常像素222中未设置掩膜246。除了有无掩膜246以外，通常像素222和缩小像素224的结构相同。

参照图4和图5对由通常像素222取得的信息和由缩小像素224取得的信息的差异进行说明。图4示出正确合焦的情况下的光束和受光元件的受光面248的关系，图5示出未合焦的情况下的光束和受光元件的受光面248的关系。在图4和图5中，实线902表示穿过透镜102的光线的光束，该透镜102示意地表示镜头部10的透镜和光圈。另一方面，虚线904表示穿过透镜102的光线的光束中的、未被缩小像素224的掩膜246遮光的缩小光束。换言之，实线902表示由通常像素222接收的光束，虚线904表示由缩小像素224接收的光束。

如图4所示，在正确合焦的情况下，由通常像素222接收的像和由缩小像素224接收的像一致。与此相对，如图5所示，在未合焦的情况下，由通常像素222接收的像和由缩小像素224接收的像不同。在本实施方式中，合焦评价部34对由通常像素222取得的图像和由缩小像素224取得的图像进行比较，根据是否存在差异来判定是否正确合焦。

在本实施方式中，将仅根据通常像素222的输出而生成的图像称为第1图像。另一方面，将仅根据缩小像素224的输出而生成的图像称为第2图像。在本实施方式中，通过合焦评价部34，根据第1图像和第2图像进行是否正确合焦的评价。

参照图6所示的流程图对本实施方式的自动对焦的处理进行说明。例如，在半按释放按钮而使第一释放开关接通时，进行该自动对焦的处理。

在步骤s101中，控制部30进行自动对焦处理。自动对焦处理是一般公知的用于进行自动对焦的处理。例如，能够进行对比度检测方式的处理。在对比度检测方式中，例如，一边使镜头部10的对焦透镜16移动，af运算部32一边计算基于对比度的评价值即对比度评价值。在透镜控制部33使对焦透镜16移动时，在对比度评价值增加时，透镜控制部33使对焦透镜16在该方向上继续移动，在对比度评价值减少时，透镜控制部33使对焦透镜16在相反方向上移动。这样，透镜控制部33使对焦透镜16移动到对比度评价值成为极大的位置。af运算部32在对比度评价值成为极大时判定为合焦，结束自动对焦处理。然后，处理进入步骤s102。另外，自动对焦处理不限于上述对比度检测方式，例如也可以是相位差检测方式。

在步骤s102中，控制部30的合焦评价部34进行合焦评价处理。参照图7对合焦评价处理进行说明。

在步骤s201中，合焦评价部34取入合焦对象的通常像素生成的图像即第1图像。

在步骤s202中，合焦评价部34取入合焦对象的缩小像素生成的图像即第2图像。

在步骤s203中，合焦评价部34判定第1图像和第2图像中是否存在差异。使用表示第1图像和第2图像的特征的某个评价值来判定第1图像和第2图像中是否存在差异。作为该评价值，例如能够使用对比度评价值。该情况下，如果第1图像的对比度评价值和第2图像的对比度评价值中存在差异，则判定为第1图像和第2图像中存在差异。另一方面，如果第1图像的对比度评价值和第2图像的对比度评价值中不存在差异，则判定为第1图像和第2图像中不存在差异。另外，该判定中使用的评价值不限于对比度评价值。也可以使用其他评价值。另外，以能够取得对比度评价值等评价值的程度，在摄像元件22中配置有缩小像素224。

在步骤s203中判定为第1图像和第2图像中存在差异时，处理进入步骤s204。在步骤s204中，合焦评价部34判定为通过自动对焦处理判断为合焦的部分是伪合焦。然后，合焦评价处理结束，处理返回参照图6说明的处理。

在步骤s203中未判定为第1图像和第2图像中存在差异时，处理进入步骤s205。在步骤s205中，合焦评价部34判定为通过自动对焦处理判断为合焦的部分是正确合焦。然后，合焦评价处理结束，处理返回参照图6说明的处理。

返回图6继续说明。在合焦评价处理后，处理进入步骤s103。

在步骤s103中，控制部30判定合焦评价处理中是否评价为合焦。在未评价为合焦时、即判定为伪合焦时，处理进入步骤s104。

在步骤s104中，控制部30进行伪合焦避免动作。在伪合焦避免动作中，例如进行以下动作。即，使对焦透镜16在自动对焦处理中结束之前变动的对焦方向、即对比度评价值即将成为极大之前对焦透镜16移动的方向上，移动既定移动量。并且，取而代之，也可以使对焦透镜16移动到根据合焦评价处理的步骤s203中计算出的第1图像的评价值与第2图像的评价值的差分量估计出的正确合焦位置或伪合焦的危险性较低的状态。并且，在进行了2次以上的伪合焦避免动作的情况下，也可以使对焦透镜在与上次伪合焦避免动作中移动的方向相反的方向上移动。在伪合焦避免动作后，处理返回步骤s101。即，再次进行自动对焦处理。

另外，步骤s104的伪合焦避免动作不是必须的。例如，在摄像装置1构成为在自动对焦动作后判定为伪合焦的情况下切换为手动对焦时，不需要步骤s104的伪合焦避免动作。

在步骤s103中评价为合焦时，处理进入步骤s105。在步骤s105中，控制部30输出合焦的意思。其结果，例如在显示部46中显示表示处于合焦状态的图形，或者从扬声器48输出表示处于合焦状态的声音。在步骤s105的处理后，本处理结束。

参照图8说明上述自动对焦的处理中进行的动作的一例。在图8的上图(a)中，横轴表示透镜位置，纵轴表示对比度评价值。在图8的下图(b)中，与图8的上图(a)同样横轴表示透镜位置，纵轴表示经过时间。如图8的上图(a)所示，在第1透镜位置p1和第2透镜位置p2，对比度评价值取极大值。这里，与第1透镜位置p1处的对比度评价值相比，第2透镜位置p2处的对比度评价值较大，第2透镜位置p2是得到正确合焦的透镜位置。

如图8的下图(b)所示，在时间t0，开始进行自动对焦的动作。首先，af运算部32在步骤s101的自动对焦处理中，通过基于对比度评价值的所谓登山af进行合焦位置的探索。关于透镜位置，将图8中右侧所示的方向称为第1方向，将相反方向称为第2方向。根据af运算部32的运算结果，在透镜控制部33的控制下，首先，透镜位置在对比度评价值上升的方向上移动。即，首先，透镜位置向第1方向移动。在超过对比度评价值成为极大值的第1透镜位置p1时，透镜的移动方向变化为第2方向，再次超过第1透镜位置p1时，透镜的移动方向变化为第1方向。这样，在时间t1，在对比度评价值成为极大的第1透镜位置p1设定透镜位置。此时，步骤s101的自动对焦处理结束，af运算部32将合焦的意思的信号输出到合焦评价部34。

合焦评价部34在步骤s102的合焦评价处理中判断是合焦还是伪合焦。在第2透镜位置p2得到正确合焦，因此，在时间t1的第1透镜位置p1判断为伪合焦。

其结果，进行步骤s104的伪合焦避免动作。即，在时间t1～时间t2之间，透镜位置从第1透镜位置p1向第3透镜位置p3移动。

在时间t2以后，再次进行步骤s101的自动对焦处理。通过该自动对焦处理，在时间t3，透镜位置设定为第2透镜位置p2。在时间t3，再次进行步骤s102的合焦评价处理。在该合焦评价处理中，判定为正确合焦。其结果，在步骤s105中，输出合焦的意思，自动对焦的处理结束。

根据本实施方式，在使用对比度评价值等自动对焦动作中使用的对合焦程度进行评价的评价值判断为合焦的状态下，还判别该判断是否正确、即是正确合焦还是伪合焦。其结果，能够避免伪合焦的状态。并且，在本实施方式中，根据由嵌入摄像元件中的通常像素222取得的第1图像与由缩小像素224取得的第2图像的差异，判断是正确合焦还是伪合焦，所以，不进行机械动作，能够进行高速动作。即，例如，与使镜头部10的光圈14的状态变化为开放状态和缩小状态并对开放状态的图像和缩小状态的图像进行比较的情况相比，在本实施方式中，能够进行高速动作。

在上述实施方式中，参照图1说明了摄像装置1例如是包含单眼无反照相机或单反照相机的镜头更换式的数字照相机的情况的结构。但是，摄像装置1不限于镜头更换式的数字照相机。摄像装置1例如也可以是被称为小型数字照相机的镜头相对于照相机主体固定的数字照相机。

并且，摄像装置1也可以是由镜头型照相机和便携信息终端的组合构成的照相机。即，镜头型照相机具有镜头部10和摄像部20等的功能。并且，便携信息终端例如是智能手机，具有控制部30、存储部42和显示部46等的功能。这种镜头型照相机和便携信息终端也可以以无线或有线方式进行通信，一体地作为摄像装置1发挥功能。

并且，本实施方式的技术还能够应用于与包含通常像素和缩小像素在内的摄像元件一起使用的、设置有自动对焦机构的各种光学设备。作为这种光学设备，例如可举出显微镜、内窥镜、望远镜、双筒镜等。例如，考虑以下的显微镜系统。即，在显微镜上安装照相机单元，该照相机单元具有包含通常像素和缩小像素在内的摄像元件。从该照相机单元输出的信号被输入到具有与控制部30相同的功能的例如个人计算机。该个人计算机进行自动对焦的运算，使显微镜的焦点调节机构进行动作。同样，考虑以下的内窥镜系统。即，在内窥镜的前端设置有包含通常像素和缩小像素在内的摄像元件。从该摄像元件输出的信号被输入到内窥镜的控制器。该控制器进行自动对焦的运算，使内窥镜的焦点调节机构进行动作。

这样，摄像装置1中包含的各结构要素可以配置在任意装置中。

并且，具有针对自动对焦判别是合焦状态还是伪合焦状态的功能的合焦评价装置具有控制部30内的合焦评价部34即可。并且，具有一边判别是合焦状态还是伪合焦状态一边控制自动对焦的功能的合焦评价装置在合焦评价部34的基础上还具有af运算部32和透镜控制部33即可。在这些合焦评价装置中，图像处理部31等不是必须的。并且，合焦评价装置也可以不具有存储部42、操作部44、显示部46、扬声器48和记录介质50。生成输入到合焦评价装置的图像信号的、具有通常像素222和缩小像素224的摄像元件22能够与合焦评价装置分开设置。并且，包含被合焦评价装置作为控制对象的对焦透镜16的透镜组12能够与合焦评价装置分开设置。同样，摄像装置1也可以不具有图像处理部31、存储部42、操作部44、显示部46、扬声器48和记录介质50等中的任意部件或全部。

并且，上述合焦评价装置可以配置在任意装置中。即，如上述实施方式那样，合焦评价装置可以设置在摄像装置1的照相机主体5上，也可以设置在镜头部10上。并且，合焦评价装置可以设置在包含镜头型照相机和便携信息终端在内的系统中的镜头型照相机上，也可以设置在便携信息终端上。并且，合焦评价装置能够设置在显微镜系统的个人计算机上，还能够设置在内窥镜系统的控制器上。

[变形例]

对本发明的变形例进行说明。这里，对与上述实施方式的不同之处进行说明，对相同部分标注相同标号并省略其说明。

缩小像素224的被遮掩的区域也可以不是图2所示的像素的周缘部。例如，如图9或图10所示，也可以将像素的单侧一半被遮掩的像素设为缩小像素224。因此，能够使用在摄像元件的受光面上配置有用于检测散焦量的像素的、所谓像面相位差摄像元件中的相位差检测用的像素作为缩小像素224。此时，例如仅根据右侧一半被遮掩的像素生成第2图像。或者，例如仅根据左侧一半被遮掩的像素生成第2图像。并且，例如也可以在摄影区域的右侧使用右侧开口的缩小像素224，在摄影区域的左侧使用左侧开口的缩小像素224。另外，缩小像素224不限于像素的单侧一半被遮掩的形式，也可以是单侧一半以上或单侧一半以下被遮掩的形式。

并且，缩小像素224中的开口不限于矩形，例如也可以是圆形。并且，缩小像素224中的开口例如也可以如法国国旗的白色部分那样仅为纵向三分割的区域中的中央区域。

并且，如图11所示，也可以使用具有一个像素被分割成中央部262和外周部264这2个区域而成的像素的摄像元件。在该摄像元件中，能够分别单独取得由中央部262取得的受光信号和由外周部264取得的受光信号。因此，能够使用合并由中央部262取得的受光信号和由外周部264取得的受光信号而得到的信号作为由通常像素222取得的信号，能够仅使用由中央部262取得的受光信号作为由缩小像素224取得的信号。即，合并由中央部262取得的受光信号和由外周部264取得的受光信号而得到的信号能够用于第1图像的生成，由中央部262取得的受光信号能够用于第2图像的生成。另外，也可以使用由外周部264取得的信号作为由缩小像素224取得的信号。

并且，一个像素的分割方式不限于图11所示分割成中央部和外周部，例如如图12所示，也可以纵向二分割。并且，不限于二分割，例如如图13所示也可以是四分割，还可以是三分割或其他分割。当设置面积较小的缩小像素时，在光圈14的开口较小的状态下，也能够根据第1图像与第2图像的比较来进行合焦的评价。并且，也可以使用圆形等曲线进行分割。

如上所述，即使使用各种缩小像素，也与上述实施方式同样发挥作用，得到同样的效果。

并且，在缩小像素中，受光面积比通常像素小，因此，受光量比通常像素低。因此，可以进行校正该受光量之差的处理，也可以构成为按照每个像素对曝光时间进行调整。