JP2005173278A - オートフォーカスシステム。 - Google Patents

Abstract

【課題】１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子を用いた電子スチルカメラであっても、最適な合焦位置を検出可能なオートフォーカスシステムを提供する。
【解決手段】１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子と、前記撮像素子の被写体像の映像信号より画面の鮮鋭度を検出し、その鮮鋭度が最大になるようにフォーカス位置を制御し、ピントを合わせる合焦システムを持つ撮像装置のオートフォーカスシステムにおいて、鮮鋭度検出領域において鮮鋭度を検出するために、深さ方向で複数存在するフォトダイオードのうち、一番表層のフォトダイオードの出力値を評価する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子スチルカメラ等の合焦検出装置に関するものである。特に、１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子を用いた電子スチルカメラ等の合焦装置の改良に関する。

２次元の撮像装置を有する電子スチルカメラ等では、被写体像の映像信号より画面の鮮鋭度を検出し、その鮮鋭度が最大になるようにフォーカス位置を制御し、ピントを合わせる方式が採用されている。

この場合の鮮鋭度の評価とは、一般にバンドパスフィルターにより抽出された映像信号の高周波成分の強度、あるいは微分回路などで抽出された映像信号のボケ幅検出強度などを使用する。通常の被写体を撮影した場合、これらの高周波成分の強度や、ボケ幅検出強度は、ピントがボケている状態では小さく、ピントが合うにつれて大きくなり、完全にピントの合った状態で最大値に達する。レンズは鮮鋭度が最大となる位置を探し停止させる（特許文献１参照）。
特開２００３−２５５２１６号公報

一方、１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子を用いた電子スチルカメラ等で前記鮮鋭度が最大となる位置を検出して合焦位置を検出するには、深さの違う複数のフォトダイオードでそれぞれ違う色の成分を検出する仕組みになっているが、このような構造のために、深さ方向で存在するそれぞれのフォトダイオードの検出するピント位置が異なってしまう。そのために、正確に合焦位置を演算することが不可能となる。

本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、１画素当たりにフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子を用いた電子スチルカメラであっても、最適な合焦位置を検出可能なオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のオートフォーカスシステムは、１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子と、前記撮像素子の被写体像の映像信号より画面の鮮鋭度を検出し、その鮮鋭度が最大になるようにフォーカス位置を制御し、ピントを合わせる合焦システムを持つ撮像装置において、 鮮鋭度検出領域において鮮鋭度を検出するために、前記深さ方向で複数存在するフォトダイオードのうち、一番表層のフォトダイオードの出力値を評価し、その評価値に深さ方向の補正値を加え、深さ方向で異なるフォトダイオードごとの合焦位置すべてに中庸なる合焦位置を抽出可能とすることで、深さ方で異なる位置になるフォトダイオードの全てに最適な合焦位置を検出する。

本発明よれば、鮮鋭度検出領域において鮮鋭度を検出するために、深さ方向で複数存在するフォトダイオードのうち、中間のフォトダイオードの出力値を評価することで、深さ方向で異なるフォトダイオードごとの合焦位置すべてに中庸なる合焦位置を抽出可能とすることで、深さ方で異なる位置になるフォトダイオードの全てに最適な合焦位置を検出可能となった。

以下に本発明の実施例について説明する。

以下に、本発明の第１の実施例の撮像装置について図１〜図４に基づいて説明する。

１は本発明を実施した電子カメラ、２は撮影のためのレンズ装置、３は１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子で、本実施例においては、１画素当たりで深さ方向の浅い部分から青、緑、赤に感度を持つ３層のフォトダイオードを持つものである。

４は前記撮像素子に結像され光電変換された電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置で、上記撮像素子３の青、緑、赤のそれぞれのフォトダイオードからの出力にそれぞれ対応した３個のＡ／Ｄ変換装置を持つものである。

５はＡ／Ｄ変換された画像信号を一時的に記録するメモリー装置で、上記３個のＡ／Ｄ変換装置４に対応し、３個のメモリー装置を持つものである。

６はメモリーに蓄えられた画像信号を処理する信号処理回路、７は前記信号処理回路６で処理された画像信号を一時的に記憶するメモリー装置、８は前記信号処理回路から焦点検出のための信号を受け取り、画面の鮮鋭度を検出し合焦状態を判別する焦点演算回路で、ここではバンドパスフィルターで抽出した画像の高周波成分を評価する。

９はカメラ１全体の制御をつかさどる制御装置で撮像素子の画像の読み出しや、Ａ／Ｄ４、メモリー６への記録、信号処理回路の制御等のすべてをつかさどる。

１０は前記焦点演算回路８で判定された合焦状態の結果に基づきレンズ２を合焦状態へと制御するレンズ制御装置である。

１１は前記レンズ制御装置９からの信号を受けて、レンズ装置２の駆動をするモーターを含むレンズ駆動装置である。

１２は信号処理回路６で作られた画像を受け取り記録装置１３に記録することをつかさどる画像記録用制御装置である。１３は最終的な画像を記録する記録装置である。

撮像素子（ＣＣＤ）３は図２に示す通り、１画素相当の部分で高さ方向にフォトダイオードを複数持つ。本発明の実施例では、３層のフォトダイオードを持つものである。３−１はグリーン成分を検出するフォトダイオードの層、３−２はブルーの成分を検出するフォトダイオードの層、３−３はレッドの成分を検出するフォトダイオードの層である。

以上の構成でカメラの作動について説明する。

Ｓ１でＡＦの開始が指示される。通常、図示しないレリーズボタンが半押しでオンするＳＷ１と、レリーズのタイミングを発生する全押し状態のＳＷ２があるが、撮影者はまずＡＦのトリガーのためにＳＷ１をオンする（Ｓ２）。

ＳＷ１がオンしたら、カメラの制御装置９は撮像の開始を指示する（Ｓ３）。撮像素子３はレンズ２を通して集光される被写体像を深さ方向で複数存在するフォトダイオードのうちの表面のフォトダイオード３−１で取り込み、取り込んだ光線を光電変換する（Ｓ４）。

光電変換された画像信号は制御装置８の指示でＡ／Ｄ変換され（Ｓ５）、メモリー５に順次格納される（Ｓ６）。

信号処理回路６では焦点演算に必要な信号を焦点演算回路８に入力する（Ｓ７）。この際、焦点演算回路８には撮像素子３が持つ深さ方向の違う３個の信号のうちの深さ方向で表面の層である青に相当する画像信号を受け取る。

焦点演算回路８では、受け取った信号を焦点演算回路内８のバンドパスフィルターを通し高周波成分を取り出し（Ｓ８）、高周波成分の鮮鋭度を評価する（Ｓ９）。

制御装置９は次にレンズ制御装置１０にレンズの駆動を指示する。レンズの駆動方向は至近方向、無限方向のどちらでも良い。レンズ制御装置１０の指示に従いレンズ駆動装置１１はレンズ２を動かす（Ｓ１１）。

レンズ２の駆動が終了したら、制御装置９の指示に従い撮像素子３は再度撮像を行う（Ｓ３）。

撮像が終了したら、再度上記と同様に画像の鮮鋭度を再評価する（Ｓ４〜Ｓ９）。再評価の結果、画像の鮮鋭度が上がっていたら、レンズを再度同方向に駆動する（Ｓ１１）。

再評価の結果、画像の鮮鋭度が下がっていたら、レンズを前回と逆方向に駆動する（Ｓ１１）。

上記を繰り返し、鮮鋭度がピークとなる位置を探し出しオートフォーカス動作は終了する。

これは、所謂山登りＡＦの原理そのものである。

Ｓ１０で合焦と判断されたら、ＡＦで得られた合焦位置に対し補正をかける（Ｓ１２）。これは、上記のように深さ方向でフォトダイオードを複数持つ撮像素子の表面の層の画像データより合焦位置を求めているので、他の層にはピントのずれた合焦位置となる。そこで、すべての層のフォトダイオードにとって中庸となる合焦位置へと補正をかけるものである。

補正をかけたならば、カメラは図示しない表示装置において、合焦表示を表示する（Ｓ１３）。

次に撮影者が図示しないレリーズ釦のＳＷ２をオンするのを待つ（Ｓ１４）。ＳＷ２がオンしていなければ、ＳＷ１の状態を判断し（Ｓ１５）、ＳＷ１がオフされていたら、カメラはスタンバイへ戻る（Ｓ１６）。

Ｓ１５でＳＷ１がオンしていれば、ＳＷ２がオンされるのを待つ（Ｓ１４）。ＳＷ２がオンしたら、制御装置９の指示で撮像を行う（Ｓ１７）。

撮像素子３で光電変換された撮影画像は、Ａ／Ｄ変換され（Ｓ１９）、Ａ／Ｄ変換された画像信号はメモリー５に一旦蓄えられる（Ｓ２０）。

メモリー５に蓄えられた画像信号は、信号処理回路６にて画像処理され（Ｓ２１）、メモリー７に蓄えられて、画像記録用制御装置１２を通して記録装置１３に記録される（Ｓ２２）。

上記説明では、本発明の実施例では山登りAFを用いて説明したが、オートフォーカスの評価方法は他の方法でも良い。

本発明では上記の様に１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子の深さ方向で中間の位置に当たる緑の層のフォトダイオードの光電変換された値を評価した。

ここで、それぞれの層でのピント位置の概念を説明する。

図４は１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子のそれぞれの層の鮮鋭度の関係を表す。横軸は距離、縦軸は鮮鋭度を表している。

図中ａ、b、cはそれぞれ１画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子の深さ法の違う３つのフォトダイオードで評価した鮮鋭度の違いである。この図より明らかなように、それぞれ光軸方向でレンズからの距離が違う３個のフォトダイオードでは鮮鋭度のピークの位置がずれている。

本発明では鮮鋭度の評価には深さ方向の表面の層である青の感光層のフォトダイオード３−１の信号を評価しているので、図４から明らかな様に、他の２層には合焦位置と違う位置となる。そこで、補正値を加えることで、すべての層に中庸な合焦結果が得られるものである。

本発明の実施例の電子カメラの回路ブロック図である。 本発明の実施例の撮像素子の１ピクセル分の断層概念図である。 本発明の実施例のフローチャートでカメラの動き方を表している。 本発明の実施例の１ピクセル当たりの各フォトダイオードの合焦検出状態を表す。

符号の説明

１ カメラ
２ レンズ装置
３ 撮像素子
４ Ａ／Ｄ変換装置
５ メモリー装置
６ 信号処理回路
７ メモリー装置
８ 焦点演算回路
９ 制御装置
１０ レンズ制御装置
１１ レンズ駆動装置
１２ 画像記録用制御装置
１３ 記録装置

Claims (2)

1. １画素当たりでフォトダイオードを深さ方向で複数持つタイプの撮像素子と、前記撮像素子の被写体像の映像信号より画面の鮮鋭度を検出し、その鮮鋭度が最大になるようにフォーカス位置を制御し、ピントを合わせる合焦システムを持つ撮像装置のオートフォーカスシステムにおいて、鮮鋭度検出領域において、鮮鋭度を検出するために、前記深さ方向で複数存在するフォトダイオードのうち、一番表層のフォトダイオードの出力値を評価することを特徴とした撮像装置のオートフォーカスシステム。
2. 請求項１記載の撮像装置のオートフォーカスシステムにおいて、前記深さ方向で複数存在するフォトダイオードのうち、一番表層のフォトダイオードの出力値を評価して得られて合焦位置に一定の補正量を加えることを特徴とする撮像装置のオートフォーカスシステム。
   

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