JP2008309882A - デジタルカメラ - Google Patents
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Abstract
【課題】撮影画像の画質を維持しながら短時間で正確に焦点調節を行う。
【解決手段】複数の撮像用画素と、撮影レンズの射出瞳上の対の領域を通過した対の光束を受光する複数の焦点検出用画素とが平面上に配列され、撮影レンズにより結像される像を受光して画像信号を出力する撮像兼焦点検出素子を備え、複数の焦点検出用画素から出力される対の光束に対応する対の信号列の位相差に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出し、撮影レンズの焦点調節を行う位相差AFと、撮像兼焦点検出素子から出力される画像信号のコントラストに基づいて撮影レンズの焦点評価値を算出し、撮影レンズの焦点調節を行うコントラストAFとを行うデジタルカメラにおいて、撮影レンズの焦点調節を行うときに、ステップ3でコントラストAFにより粗い焦点調節を行った後に、ステップ5で位相差AFにより焦点調節を行う。
【選択図】図16
【解決手段】複数の撮像用画素と、撮影レンズの射出瞳上の対の領域を通過した対の光束を受光する複数の焦点検出用画素とが平面上に配列され、撮影レンズにより結像される像を受光して画像信号を出力する撮像兼焦点検出素子を備え、複数の焦点検出用画素から出力される対の光束に対応する対の信号列の位相差に基づいて撮影レンズの焦点調節状態を検出し、撮影レンズの焦点調節を行う位相差AFと、撮像兼焦点検出素子から出力される画像信号のコントラストに基づいて撮影レンズの焦点評価値を算出し、撮影レンズの焦点調節を行うコントラストAFとを行うデジタルカメラにおいて、撮影レンズの焦点調節を行うときに、ステップ3でコントラストAFにより粗い焦点調節を行った後に、ステップ5で位相差AFにより焦点調節を行う。
【選択図】図16
Description
本発明はデジタルカメラに関する。
撮像兼焦点検出用センサーを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点調節機能とコントラスト検出方式の焦点調節機能とを備え、撮影レンズの焦点調節を行うときに位相差検出方式による焦点調節で粗調を行った後に、コントラスト検出方式による焦点調節で微調を行うようにしたデジタルカメラが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開2003−156677号公報
しかしながら、上述した従来のデジタルカメラでは、撮影レンズのピントずれ量が大きいときに焦点検出を行うためには、焦点検出用画素列の長さを長くする必要があり、そうすると撮影画像の画質低下を招き、一方、コントラスト検出方式による焦点調節で精度を上げるためには、短い間隔でレンズ駆動を行って焦点評価値を取得する必要があり、そうすると焦点調節に時間がかかるという問題がある。
(1) 請求項1の発明は、複数の撮像用画素と、撮影光学系の射出瞳上の対の領域を通過した対の光束を受光する複数の焦点検出用画素とが平面上に配列され、撮影光学系により結像される像を受光して画像信号を出力する撮像兼焦点検出素子と、複数の焦点検出用画素から出力される対の光束に対応する対の信号列の位相差に基づいて撮影光学系の焦点調節状態を検出し、撮影光学系の焦点調節を行う第1焦点調節手段と、撮像兼焦点検出素子から出力される画像信号のコントラストに基づいて撮影光学系の焦点評価値を算出し、撮影光学系の焦点調節を行う第2焦点調節手段と、撮影光学系の焦点調節を行うときに、第2焦点調節手段により粗い焦点調節を行った後に、第1焦点調節手段により焦点調節を行う制御手段とを備える。
(2) 請求項2のデジタルカメラは、制御手段によって、第2焦点調節手段による焦点調節の前に第1焦点調節手段により焦点調節を行い、第1焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、第2焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に第1焦点調節手段により焦点調節を行うようにしたものである。
(3) 請求項3のデジタルカメラは、制御手段によって、撮影光学系の焦点調節を行う前に所定のレンズ位置まで撮影光学系を駆動し、その後に第1焦点調節手段により焦点調節を行い、第1焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、第2焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に第1焦点調節手段により焦点調節を行うようにしたものである。
(4) 請求項4のデジタルカメラは、制御手段によって、第2焦点調節手段による焦点調節時に、所定値以上の焦点評価値が検出されたレンズ位置で第1焦点調節手段により撮影光学系の焦点調節状態を検出し、検出された焦点調節状態に基づいて第1焦点調節手段により焦点調節を行うようにしたものである。
(5) 請求項5のデジタルカメラは、制御手段によって、第1焦点調節手段の焦点検出可能範囲に相当するレンズ駆動間隔で撮影光学系を駆動し、第2焦点調節手段により焦点評価値を算出するとともに、第1焦点調節手段により焦点調節状態を検出し、焦点評価値が最大になったレンズ位置で検出された焦点調節状態にしたがって第1焦点調節により焦点調節を行うようにしたものである。
(2) 請求項2のデジタルカメラは、制御手段によって、第2焦点調節手段による焦点調節の前に第1焦点調節手段により焦点調節を行い、第1焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、第2焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に第1焦点調節手段により焦点調節を行うようにしたものである。
(3) 請求項3のデジタルカメラは、制御手段によって、撮影光学系の焦点調節を行う前に所定のレンズ位置まで撮影光学系を駆動し、その後に第1焦点調節手段により焦点調節を行い、第1焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、第2焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に第1焦点調節手段により焦点調節を行うようにしたものである。
(4) 請求項4のデジタルカメラは、制御手段によって、第2焦点調節手段による焦点調節時に、所定値以上の焦点評価値が検出されたレンズ位置で第1焦点調節手段により撮影光学系の焦点調節状態を検出し、検出された焦点調節状態に基づいて第1焦点調節手段により焦点調節を行うようにしたものである。
(5) 請求項5のデジタルカメラは、制御手段によって、第1焦点調節手段の焦点検出可能範囲に相当するレンズ駆動間隔で撮影光学系を駆動し、第2焦点調節手段により焦点評価値を算出するとともに、第1焦点調節手段により焦点調節状態を検出し、焦点評価値が最大になったレンズ位置で検出された焦点調節状態にしたがって第1焦点調節により焦点調節を行うようにしたものである。
本発明によれば、撮影画像の画質を低下させずに短い時間で正確に撮影光学系の焦点調節を行うことができる。
図1は一実施の形態のデジタルカメラの構成を示す図である。撮影レンズ1はズーミングレンズ1a、絞り1b、フォーカシングレンズ1cなどから構成され、被写体像を撮像兼焦点検出素子2の受光面に結像する。撮像兼焦点検出素子2は撮像用画素と焦点検出用画素とを有し、撮影レンズ1により結像された被写体像の画像信号を出力するとともに、撮影レンズ1の焦点調節状態を示す焦点検出信号を出力する。この撮像兼焦点検出素子2の詳細については後述する。
信号処理回路3は、撮像兼焦点検出素子2から出力される画像信号および焦点検出信号に増幅処理やゲイン調整を施す回路である。A/Dコンバーター4は処理後の画像信号および焦点検出信号をデジタル信号に変換する。画像処理回路5は、画像信号に各種の補正処理や圧縮処理を施すとともに、撮像時に焦点検出用画素の出力を周辺の撮像用画素の出力により補完して画像信号を生成する回路である。記録装置6はメモリカードなどの着脱可能な記録媒体に撮影画像を記録し、表示装置7はカメラ背面に設けられるLCDに撮影画像のスルー画像や各種撮影に関する情報を表示する。
駆動回路8は絞り1bとフォーカシングレンズ1cを駆動制御し、タイミングジェネレーター(T/G)9は撮像兼焦点検出素子2、信号処理回路3、A/Dコンバーター4および画像処理回路5へ各処理を開始または終了させるためのタイミング信号を出力する。制御装置10はCPU10aやメモリ10bなどを備え、画像処理回路5、記録装置6、表示装置7、駆動回路8、およびタイミングジェネレーター9を制御してカメラのシーケンス制御、撮像制御、焦点検出制御、焦点調節制御、画像処理制御、画像記録制御、画像表示制御などを行う。制御装置10にはカメラの各種操作を行うためのスイッチ、コマンドダイヤル、方向キーなどの操作部材11が接続されている。
図2〜図6は撮像兼焦点検出素子2の構造を示す図である。図2は撮像兼焦点検出素子2を構成する画素20の断面図であり、撮像兼焦点検出素子2はこのような画素20が二次元状に配列されたものである。各画素20は光電変換部21の前にマイクロレンズ22が配置され、光電変換部21は全画素共通の半導体基板23上に形成される。
図3は撮像兼焦点検出素子2の正面(受光面)図であり、焦点検出用画素列2a、2b、2c、2d、2e、2fの配置を示す。図4〜図6に示すように、焦点検出用画素列2a〜2fは、図2に示す画素20のマイクロレンズ22の前面に遮光マスク24を設けた焦点検出用画素20Aと20Bを交互に一列に配列したものである。焦点検出用画素列2a〜2fは、撮影レンズ1の撮影画面に設定された複数の焦点検出エリアのそれぞれに対応する位置に配置されている。なお、この明細書では焦点検出用画素20A、20B以外の画素20を便宜上、撮像用画素と呼ぶ。
遮光マスク24は、マイクロレンズ22の頂点を通る円弧でマイクロレンズ22の表面を二分したときの片方の表面を覆うように設けられ、隣接する焦点検出用画素20Aと20Bで遮光マスク24による遮光面が対称となるように配置される。換言すれば、焦点検出用画素列2a〜2fでは、焦点検出用画素20Aと20Bの遮光マスク24による遮光面が互い違いになるように、焦点検出用画素20Aと20Bが交互に配列される。
撮影画面の横方向(左右方向)に対応して配列される焦点検出用画素列2a、2b、2cでは、図5に示すように、遮光マスク24による遮光面が横方向に互い違いになるように、焦点検出用画素20Aと20Bが交互に配列される。また、撮影画面の縦方向(上下方向)に対応して配列される焦点検出用画素列2d、2e、2fでは、図6に示すように、遮光マスク24による遮光面が縦方向に互い違いになるように、焦点検出用画素20Aと20Bが交互に配列される。
この撮像兼焦点検出素子2は撮影レンズ1の予定焦点面に配置され、焦点検出用画素20A、20B以外の各撮像用画素は撮影レンズ1の射出瞳を通過した被写体からの光束を受光する。一方、各焦点検出用画素20A、20Bは、図4に示すように、撮影レンズ1の射出瞳を横(左右)方向または縦(上下)方向に二分したときの一方の領域を通過した光束(ここでは、焦点検出用光束という)25または26を受光する。換言すれば、焦点検出用画素列2a〜2fでは、焦点検出用画素20Aが撮影レンズ1による被写体像を右または上からにらみ、焦点検出用画素20Bが撮影レンズ1による被写体像を左または下からにらんでいる。
各焦点検出用画素列2a〜2fにおいて、撮影レンズ1の射出瞳の一対の領域の内の、一方の領域を通過した焦点検出用光束25を受光する焦点検出用画素20Aの出力信号列と、他方の領域を通過した焦点検出用光束26を受光する焦点検出用画素20Bの出力信号列との相対的なずれ量、つまり位相差を検出し、これら一対の信号列のずれ量すなわち位相差に基づいて撮影レンズ1の焦点調節状態すなわちデフォーカス量を検出することができる。
横方向の焦点検出用画素列2a、2b、2cでは、撮影レンズ1の射出瞳の横(左右)方向の一対の領域を通過した一対の焦点検出用光束25と26のずれ量を検出し、撮影画面の横方向における撮影レンズ1のデフォーカス量を検出する。一方、縦方向の焦点検出用画素列2d、2e、2fでは、撮影レンズ1の射出瞳の縦(上下)方向の一対の領域を通過した一対の焦点検出用光束25と26のずれ量を検出し、撮影画面の縦方向における撮影レンズ1のデフォーカス量を検出する。
図7および図8は、焦点検出用画素列2a〜2fから出力される一対の出力信号列を示す。各焦点検出用画素列(2a〜2f)の出力信号列において、撮影レンズ1の射出瞳の一方の領域を通過した焦点検出用光束25(図4参照)を受光した焦点検出用画素20Aの信号列31と、他方の領域を通過した焦点検出用光束26を受光した焦点検出用画素20Bの信号列32とを比較する。このとき、一対の信号列31と32を互いにシフトさせて比較するが、各焦点検出用画素列(2a〜2f)の全範囲にわたって比較演算を行うことはできないので、焦点検出用画素列の内の図中のハッチング領域で示す“画素出力比較領域”内において比較演算を行う。
今、ある焦点検出用画素列において図7に示すような一対の焦点検出用信号列31、32が検出されたときに、画素出力比較領域において一対の焦点検出用信号列31と32を互いにシフトさせながら一対の信号列31と32の相関量を演算し、図8に示すように画素出力比較領域内で一対の焦点検出用信号列31と32の相関量が最小になるまでシフトする。相関量が最小になったときのシフト量が撮影レンズ1のピントずれ量に相当し、焦点検出用画素列(2a〜2f)の画素ピッチ、マイクロレンズ22の仕様などにより決まる変換係数を用いてピントずれ量をデフォーカス量に変換する。
ここで、図9を参照し、ある焦点検出用画素列を例に上げて瞳分割型位相差検出方式の相関演算処理について説明する。ある焦点検出用画素列の一対の信号列31と32をそれぞれei,fi(ただしi=1〜m)とすると、まず(1)式に示す差分型相関アルゴリズムによって相関量C(L)を求める。
C(L)=Σ|e(i+L)−f(i)| ・・・(1)
(1)式において、Lは整数であり、一対の信号列ei,fiのピッチを単位とした相対的シフト量である。また、Lのとる範囲はLmin〜Lmax(図9に示す例では−5〜+5)である。さらに、Σはパラメーターiの範囲の総和演算を表し、パラメータiのとる範囲はpからqまでであり、1≦p<q≦mの条件を満足するように定められる。pとqの値によって上述した画素出力比較領域の大きさが設定される。
C(L)=Σ|e(i+L)−f(i)| ・・・(1)
(1)式において、Lは整数であり、一対の信号列ei,fiのピッチを単位とした相対的シフト量である。また、Lのとる範囲はLmin〜Lmax(図9に示す例では−5〜+5)である。さらに、Σはパラメーターiの範囲の総和演算を表し、パラメータiのとる範囲はpからqまでであり、1≦p<q≦mの条件を満足するように定められる。pとqの値によって上述した画素出力比較領域の大きさが設定される。
(1)式による演算結果は、図9(a)に示すように、一対の信号列ei,fiの相関が高いシフト量L=kj(図9(a)ではkj=2)において相関量C(L)が最小になる。次に、(2)〜(5)式による3点内挿の手法を用いて連続的な相関量に対する最小値C(L)min=C(x)を与えるシフト量xを求める。
x=kj+D/SLOP ・・・(2)、
C(x)= C(kj)−|D| ・・・(3)、
D={C(kj-1)-C(k j+1)}/2 ・・・(4)、
SLOP=MAX{C(kj+1)-C(k j),C(kj-1)−C(k j)} ・・・(5)
また、算出したシフト量xに基づいて被写体像面の予定焦点面に対するデフォーカス量DEFを(6)式により求めることができる。
DEF=KX・PY・x ・・・(6)
(6)式において、PYは検出ピッチであり、KXは上述した射出瞳上の一対の領域の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
x=kj+D/SLOP ・・・(2)、
C(x)= C(kj)−|D| ・・・(3)、
D={C(kj-1)-C(k j+1)}/2 ・・・(4)、
SLOP=MAX{C(kj+1)-C(k j),C(kj-1)−C(k j)} ・・・(5)
また、算出したシフト量xに基づいて被写体像面の予定焦点面に対するデフォーカス量DEFを(6)式により求めることができる。
DEF=KX・PY・x ・・・(6)
(6)式において、PYは検出ピッチであり、KXは上述した射出瞳上の一対の領域の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
算出されたデフォーカス量DEFに信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定する。図9(b)に示すように、一対の信号列ei,fiの相関度が低い場合は、内挿された相関量の最小値C(X)の値が大きくなる。したがって、C(X)が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいは、相関量の最小値C(X)を信号列ei,fiのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるSLOPで相関量最小値C(X)を徐した値が所定値以上の場合は信頼性が低いと判定する。あるいはまた、コントラストに比例した値となるSLOPが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたデフォーカス量DEFの信頼性が低いと判定する。なお、図9(c)に示すように、一対の信号列ei,fiの相関度が低く、シフト範囲Lmin〜Lmaxの間で相関量C(L)の落ち込みがない場合は、最小値C(X)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。
図10は、撮影レンズ1のピントが大きくずれている場合の焦点検出用画素列の一対の焦点検出用信号列を示す。撮影レンズ1のピントが大きくずれている場合には、一対の焦点検出用信号列31と32を互いにシフトさせながら、画素出力比較領域内において一対の信号列31と32の相関量を求めても、共通部分がないか、あるいは少ないために、図11に示すように一対の焦点検出用画素列31と32が十分に重ならず、相関量の最小値が求められない。
ところで、撮像機能と焦点検出機能とを備えた撮像兼焦点検出素子2では、二次元状に配列された撮像用画素の一部に焦点検出用画素列を配置しているので、撮像時には焦点検出用画素列の部分の画像信号が欠落することになる。このため、焦点検出用画素の出力信号に対して周辺の撮像用画素の出力信号を用いて補完処理を施し、欠落のない画像信号を求める。しかし、補完処理により求める画像信号は、撮像用画素から直接取得する画像信号に比べると画質の低下が免れない。そこで、撮像兼焦点検出素子2の中の焦点検出用画素が占める割合を最小限にして画質の低下を抑制しなければならない。そのためには、焦点検出用画素列の長さを短くする必要がある。
図12は、撮影レンズ1のピントが大きくずれている場合の、フォーシングレンズ1cの位置に対するコントラスト評価値と位相差検出可能範囲を示す図である。撮像時の画質低下を抑制するために焦点検出用画素列の長さを短くした場合に、撮影レンズ1のピントが大きくずれると、焦点検出用画素列による位相差検出可能範囲が理想焦点レンズ位置から外れる確率が高くなる。この場合には、瞳分割型位相差検出方式による焦点検出と焦点調節(以下、位相差AFと呼ぶ)が不能になる。
一方、コントラスト検出方式の焦点調節(以下、コントラストAFと呼ぶ)は、フォーカシングレンズ1cを所定の間隔で少しずつ移動させながら焦点評価値を算出し、焦点評価値が最大になる位置を合焦位置として焦点調節を行う。焦点評価値を算出する方法は、撮影画像に高周波強調フィルター処理を施し、その結果を積算する方法が一般的であるが、コントラストAFの演算制御方法は上記の方法に限定されず、撮影画像のコントラストに基づいて撮影光学系の焦点調節状態を検出し、撮影光学系の焦点調節を行う演算制御方法であればどのような方法でもよい。また、撮影画面の全範囲でコントラストAFを実行するのではなく、撮影画面内にコントラストAFのための焦点検出エリアを設定し、その焦点検出エリアにおいてコントラストAFを実行してもよい。
このコントラストAFにおいて焦点調節時間を短縮するためには、長い間隔でレンズ駆動を行って焦点評価値を取得する必要がある。しかし、そうすると焦点調節時間は短くなるが、図13に示すように、コントラストAFで焦点評価値を取得する位置が理想焦点レンズ位置からずれることがあり、その分が撮影レンズ1のピントずれになって焦点調節精度が低下してしまう。焦点検出精度を上げるためには短い間隔でレンズ駆動を行って焦点評価値を取得する必要があるが、そうすると図14に示すように焦点検出精度は高くなるが焦点調節時間が長くなる。
そこで、この一実施の形態では、図15に示すように、最初に、長いレンズ駆動間隔でコントラストAFを行い、各レンズ駆動位置で焦点評価値を算出し、焦点評価値が最も高くなる位置を合焦位置としてその位置へフォーカシングレンズ1cを駆動する。次に、コントラストAFによる合焦位置において位相差検出AFを行う。仮にコントラストAFによる合焦位置が理想焦点レンズ位置(真の合焦位置)からずれていたとしても、理想焦点レンズ位置は位相差AFによる位相差検出可能範囲内にあり、位相差AFにより理想焦点レンズ位置を確実に検出できる。そして、理想焦点レンズ位置へフォーカシングレンズ1cを駆動し、撮影レンズ1を正確に合焦させることができる。つまり、この一実施の形態では、コントラストAFにより撮影レンズ1の粗い焦点調節を行った後、位相差AFにより撮影レンズ1を正確に合焦させる。
図16〜図19は一実施の形態の焦点調節動作を示すフローチャートである。これらのフローチャートにより一実施の形態の焦点調節動作を説明する。シャッターボタン(不図示)が半押しされて操作部材11のレリーズ半押しスイッチがオンすると、制御装置10のCPU10aは図16に示すレリーズ半押しプログラムを実行する。ステップ1において図17に示す初回位相差AFサブルーチンを実行し、初回の位相差AFを行う。
図17のステップ11において、撮像兼焦点検出素子2により撮像を行い、各焦点検出用画素列2a〜2f(図3参照)からそれぞれ一対の焦点検出用信号列31、32を入力する。続くステップ12で各対の焦点検出用信号列31、32に対して上述した相関演算(焦点検出演算)を行い、撮影画面に設定した各焦点検出エリアごとにデフォーカス量を算出する。ステップ13では焦点検出可能であったか否かを判別する。上述したように、焦点検出演算によりデフォーカス量が算出され、演算結果のデフォーカス量に信頼性があると判定された場合はステップ14へ進み、演算結果のデフォーカス量に信頼性がないと判定された場合、あるいは焦点検出不能と判定された場合にはステップ15へ進む。
初回の位相差AFで信頼性のあるデフォーカス量が検出された場合には、ステップ14で演算結果のデフォーカス量に基づいて合焦レンズ位置までのレンズ駆動量を演算する。一方、初回の位相差AFで信頼性のあるデフォーカス量が検出されなかった場合、あるいは焦点検出不能であった場合には、ステップ15でコントラストAFを開始するためのレンズ位置を決定し、開始位置までのレンズ駆動量を演算する。ステップ16において駆動回路8を制御して位相差AFの合焦レンズ位置またはコントラストAFの初期レンズ位置までフォーカシングレンズ1cを駆動する。レンズ駆動後、図16のステップ2へリターンする。
図16のステップ2において、初回の位相差AFにおいて焦点検出可能であったか否かを判別する。初回の位相差AFにおいて信頼性のあるデフォーカス量が検出された場合には、それ以上コントラストAFおよび位相差AFを行う必要はないのでステップ6へ進む。初回の位相差AFで信頼性のあるデフォーカス量が検出されなかった場合、あるいは焦点検出不能であった場合にはステップ3へ進み、図18に示すコントラストAFサブルーチンを実行してコントラストAFを行う。
図18のステップ21において、初期レンズ位置(図17のステップ15参照)で撮像兼焦点検出素子2から入力した画像信号に対して上述したコントラストAFによる焦点検出演算を行い、焦点評価値を算出してレンズ位置とともにメモリ10bに記憶する。続くステップ22で駆動回路8を制御してフォーカシングレンズ1cのサーチ駆動を開始する。このとき、ズームレンズ1の焦点距離などのレンズ情報を入力し、コントラストAFにおけるレンズの駆動間隔、駆動方向およびサーチ範囲を決定し、それらのサーチパラメーターにしたがってサーチ駆動を行う。
ステップ23で前回の焦点評価値取得から所定の駆動間隔だけフォーカシングレンズ1cを駆動したか否かを確認し、所定の駆動間隔だけレンズ駆動を完了したらステップ24へ進む。ステップ24ではレンズ駆動を一時停止して撮像兼焦点検出素子2から画像信号を入力し、画像信号に対して上述したコントラストAFによる焦点検出演算を行い、焦点評価値を算出してレンズ位置とともにメモリ10bに記憶する。ステップ25でサーチ端までフォーカシングレンズ1cを駆動して焦点検出演算を完了したか否かを判別し、完了していなければステップ23へ戻ってサーチ駆動を続ける。
サーチ端までのレンズ駆動と焦点検出演算が完了した場合はステップ26へ進み、メモリ10bに記憶されているレンズ位置と焦点評価値から合焦レンズ位置を演算する。ステップ27で焦点検出演算が可能であったか否か、つまり焦点評価値が最大となる合焦レンズ位置が検出されたか否かを判別する。例えば、サーチ駆動により検出したレンズ位置と焦点評価値において、焦点評価値が予め設定した信頼性判定しきい値未満である場合には、計算上、焦点評価値が最大となる合焦レンズ位置が検出されたとしても、検出結果の合焦レンズ位置には信頼性がないと判定する。
コントラストAFによるサーチ駆動で信頼性のある合焦レンズ位置が検出できた場合はステップ28へ進み、合焦レンズ位置までのレンズ駆動量を演算する。一方、検出結果の合焦レンズ位置に信頼性がない場合、あるいは合焦レンズ位置が検出できない場合にはステップ29へ進み、一般的に撮影頻度の高い所定のレンズ位置までのレンズ駆動量を演算する。なお、所定のレンズ位置は、ズームレンズ1aの焦点距離などのレンズ情報や、撮影シーンなどの撮影条件などに応じて決定する。ステップ30で駆動回路8を制御してコントラストAFの合焦レンズ位置または所定のレンズ位置までフォーカシングレンズ1cを駆動する。レンズ駆動後、図16のステップ4へリターンする。
図16のステップ4においてコントラストAFによる焦点検出が可能であったか否かを確認し、信頼性のある演算結果が得られなかった場合は焦点調節を終了しステップ6へ進む。一方、コントラストAFにより信頼性のある合焦レンズ位置が検出された場合にはステップ5へ進み、図19に示す最終位相差AFサブルーチンを実行する。
図19に示す最終位相差AFは、図17に示す初回位相差AFと一部のステップにおける処理が異なるのみであるから、図17と同一の処理を行うステップに対しては同一のステップ番号を付して相違点のみを説明する。ステップ13で信頼性のあるデフォーカス量が検出された場合はステップ14へ進み、合焦レンズ位置までのレンズ駆動量を演算し、続くステップ16でフォーカシングレンズ1cを駆動して合焦させる。その後、図16のステップ6へリターンする。一方、ステップ13で演算結果のデフォーカス量に信頼性がないと判定された場合、あるいは焦点検出不能と判定された場合にはステップ15Aへ進む。ステップ15AではコントラストAFによる合焦レンズ位置からのレンズ駆動を禁止して図16のステップ6へリターンする。
図16のステップ6において操作部材11のレリーズスイッチがオンしているか、つまりシャッターがレリーズされたか否かを確認し、レリーズされていないときはステップ9へ進んでレリーズ半押しスイッチの状態を確認する。レリーズ半押しスイッチがオンしたままであればステップ1へ戻って上述した処理を繰り返し、レリーズ半押しスイッチがオフしていれば処理を終了する。一方、レリーズ操作が行われた場合はステップ7へ進み、撮像兼焦点検出素子2により撮像を行って信号処理回路3、A/Dコンバーター4および画像処理回路5により各種処理を行う。このとき、焦点検出用画素20A、20B(図4〜図6参照)の出力をその周辺の撮像用画素の出力に基づいて補完して被写体像信号を生成する。続くステップ8で記録装置7に撮影画像を記録する。
このように、一実施の形態によれば、複数の撮像用画素と、撮影レンズ1の射出瞳上の対の領域を通過した対の光束を受光する複数の焦点検出用画素20A、20Bとが平面上に配列され、撮影レンズ1により結像される像を受光して画像信号を出力する撮像兼焦点検出素子2を備え、複数の焦点検出用画素20A、20Bから出力される対の光束に対応する対の信号列の位相差に基づいて撮影レンズ1の焦点調節状態を検出し、撮影レンズ1の焦点調節を行う位相差AFと、撮像兼焦点検出素子2から出力される画像信号のコントラストに基づいて撮影レンズ1の焦点評価値を算出し、撮影レンズ1の焦点調節を行うコントラストAFとを行うデジタルカメラにおいて、制御装置10により、撮影レンズ1の焦点調節を行うときに、コントラストAFにより粗い焦点調節を行った後に、位相差AFにより焦点調節を行うようにした。これにより、撮影レンズ1のピントずれ量が大きくても、まずコントラストAFにより粗い焦点調節を行うから撮像兼焦点検出素子2の焦点検出用画素列の長さを長くする必要がなく、撮影画像の画質を低下させることはない。また、最初にコントラストAFにより粗い焦点調節を行うため、短時間で焦点調節を終了させることができ、引き続いて行われる位相差AFにより撮影レンズ1の正確な合焦を達成することができる。つまり、この一実施の形態によれば、撮影画像の画質を低下させずに短い時間で正確に撮影光学系の焦点調節を行うことができる。
また、一実施の形態によれば、制御装置10によって、コントラストAFによる焦点調節の前に位相差AFにより初回の焦点調節を行い、位相差AFにより焦点調節状態が検出できなかった場合に、コントラストAFによる粗い焦点調節を行い、次に位相差AFにより最終の焦点調節を行うようにしたので、もし初回の位相差AFで撮影レンズ1を合焦させることができれば、それ以後のコントラストAFおよび最終位相差AFを省略することができる。
《発明の一実施の形態の変形例》
上述した一実施の形態では、所定のレンズ駆動間隔でコントラストAFを行って撮影レンズ1の焦点調節を行った後に、コントラストAFによる合焦位置で位相差AFを行う例を示したが、図20に示すように、コントラストAF時の所定間隔ごとのレンズ位置における焦点評価値が予め設定したしきい値以上の場合に、そのレンズ位置において位相差AFを行うようにしてもよい。この場合、コントラストAFの焦点評価値が極大になる複数のレンズ位置で位相差AFを実行するから、複数のレンズ位置においてそれぞれ位相差AFによるデフォーカス量が検出される。これらの複数のレンズ位置における複数のデフォーカス量の中から例えば最至近を示すデフォーカス量を採用し、採用したデフォーカス量にしたがって撮影レンズの焦点調節を行う。これにより、理想焦点レンズ位置を確実に検出し、撮影レンズを合焦させることができる。
上述した一実施の形態では、所定のレンズ駆動間隔でコントラストAFを行って撮影レンズ1の焦点調節を行った後に、コントラストAFによる合焦位置で位相差AFを行う例を示したが、図20に示すように、コントラストAF時の所定間隔ごとのレンズ位置における焦点評価値が予め設定したしきい値以上の場合に、そのレンズ位置において位相差AFを行うようにしてもよい。この場合、コントラストAFの焦点評価値が極大になる複数のレンズ位置で位相差AFを実行するから、複数のレンズ位置においてそれぞれ位相差AFによるデフォーカス量が検出される。これらの複数のレンズ位置における複数のデフォーカス量の中から例えば最至近を示すデフォーカス量を採用し、採用したデフォーカス量にしたがって撮影レンズの焦点調節を行う。これにより、理想焦点レンズ位置を確実に検出し、撮影レンズを合焦させることができる。
また、図21に示すように、位相差検出可能範囲の間隔でレンズ駆動を行って位相差AFとコントラストAFを行い、コントラストAFの焦点評価値が最大となる位相差検出可能範囲で検出された位相差AFの合焦レンズ位置を理想焦点レンズ位置としてもよい。これにより、理想焦点レンズ位置を確実に検出することができる。
さらに、初回の位相差AFを行う前にフォーカシングレンズ1cを所定のレンズ位置まで駆動し、そのレンズ位置で初回の位相差AFを行うようにしてもよい。所定のレンズ位置は、ズーミングレンズ1aの焦点距離などのレンズ情報や撮影条件などにより決定する。例えば、風景(遠景)を撮影する撮影シーンまたは長い焦点距離では無限側に所定のレンズ位置を設定し、マクロ撮影シーンまたは短い焦点距離では至近端に所定のレンズ位置を設定する。また、例えば顔認識機能を備えたカメラでは、人物を捕捉する頻度の高い所定のレンズ位置を設定する。これにより、初回の位相差AFにより合焦レンズ位置を検出する確率が高くなり、その場合は以後のコントラストAFおよび最終位相差AFを省略することができる。
上述した一実施の形態では、最初に初回の位相差AFを行い、焦点検出不可とされた場合に、コントラストAFを行って粗調を行い、次に位相差AFを行って正しく合焦させるようにしたが、上述したように初回の位相差AFの前に所定のレンズ位置まで駆動してから初回の位相差AFを行ったとしても、初回の位相差AFで合焦が得られる確率はそれほど高くないと考えられるから、初回の位相差AFを省略し、最初にコントラストAFによる粗調を行い、次に位相差AFにより合焦を達成するようにしてもよい。
なお、本願発明のデジタルカメラは、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、一眼レフデジタルカメラ、コンパクトデジタルカメラなどあらゆる種類のデジタルカメラに適用でき、上述したような効果を得ることができる。
また、上述した一実施の形態では、焦点検出用画素20Aのマイクロレンズ22に遮光マスク24を設け、撮影レンズ1の射出瞳上の対の領域を通過した対の焦点検出用光束25、26を選択的に受光する例を示したが、焦点検出用画素は上述した一実施の形態の構造に限定されず、撮影レンズ1の射出瞳上の対の領域を通過した対の焦点検出用光束25、26を選択的に受光し、瞳分割型の位相差検出が可能な焦点検出用画素であればどのような構成でもよい。
例えば、図22(a)に示すように、遮光マスクで瞳分割を行う代わりにマイクロレンズ41ごとに一対の光電変換部42a、42bを設け、撮影レンズの射出瞳の一対の領域を通過した一対の焦点検出用光束を一対の光電変換部42aと42bで選択的に受光するようにしてもよい。一対の光電変換部の形状は図22(a)に示すような矩形に限定されず、例えば図22(b)に示すように半円形の一対の光電変換部43a、43bとしてもよい。さらに、図22(c)に示すように、マイクロレンズごとに一対の光電変換部44a、44bの片方を交互に設置し、隣接する一対の焦点検出用画素で撮影レンズの射出瞳の一対の領域を通過した一対の焦点検出用光束を選択的に受光するようにしてもよい。
1 撮影レンズ
2 撮像兼焦点検出素子
8 駆動回路
10 制御装置
20 画素
20A、20B 焦点検出用画素
2 撮像兼焦点検出素子
8 駆動回路
10 制御装置
20 画素
20A、20B 焦点検出用画素
Claims (5)
- 複数の撮像用画素と、撮影光学系の射出瞳上の対の領域を通過した対の光束を受光する複数の焦点検出用画素とが平面上に配列され、前記撮影光学系により結像される像を受光して画像信号を出力する撮像兼焦点検出素子と、
前記複数の焦点検出用画素から出力される前記対の光束に対応する対の信号列の位相差に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出し、前記撮影光学系の焦点調節を行う第1焦点調節手段と、
前記撮像兼焦点検出素子から出力される画像信号のコントラストに基づいて前記撮影光学系の焦点評価値を算出し、前記撮影光学系の焦点調節を行う第2焦点調節手段と、
前記撮影光学系の焦点調節を行うときに、前記第2焦点調節手段により粗い焦点調節を行った後に、前記第1焦点調節手段により焦点調節を行う制御手段とを備えることを特徴とするデジタルカメラ。 - 請求項1に記載のデジタルカメラにおいて、
前記制御手段は、前記第2焦点調節手段による焦点調節の前に前記第1焦点調節手段により焦点調節を行い、前記第1焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、前記第2焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に前記第1焦点調節手段により焦点調節を行うことを特徴とするデジタルカメラ。 - 請求項2に記載のデジタルカメラにおいて、
前記制御手段は、前記撮影光学系の焦点調節を行う前に所定のレンズ位置まで前記撮影光学系を駆動し、その後に前記第1焦点調節手段により焦点調節を行い、前記第1焦点調節手段により焦点調節状態が検出できなかった場合に、前記第2焦点調節手段により粗い焦点調節を行い、次に前記第1焦点調節手段により焦点調節を行うことを特徴とするデジタルカメラ。 - 請求項1または請求項2に記載のデジタルカメラにおいて、
前記制御手段は、前記第2焦点調節手段による焦点調節時に、所定値以上の焦点評価値が検出されたレンズ位置で前記第1焦点調節手段により前記撮影光学系の焦点調節状態を検出し、検出された焦点調節状態に基づいて前記第1焦点調節手段により焦点調節を行うことを特徴とするデジタルカメラ。 - 請求項1または請求項2に記載のデジタルカメラにおいて、
前記制御手段は、前記第1焦点調節手段の焦点検出可能範囲に相当するレンズ駆動間隔で前記撮影光学系を駆動し、前記第2焦点調節手段により焦点評価値を算出するとともに、前記第1焦点調節手段により焦点調節状態を検出し、焦点評価値が最大になったレンズ位置で検出された焦点調節状態にしたがって前記第1焦点調節により焦点調節を行うことを特徴とするデジタルカメラ。
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