JP2012203278A - 撮像装置、レンズ装置、およびカメラシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】焦点検出領域内に複数の色が存在する場合、デフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、複数の光強度分布を比較して焦点検出手段により算出されたデフォーカス量を補正する補正手段と、補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】撮像装置は、位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、複数の光強度分布を比較して焦点検出手段により算出されたデフォーカス量を補正する補正手段と、補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、位相差検出方式により焦点検出を行う撮像装置に関する。
近年、位相差検出方式により被写体に対して自動的に焦点検出を行う撮像装置が提案されている。このような位相差検出方式において、同一距離にある被写体の焦点検出を行うと、撮像光学系(レンズ)の色収差により、波長毎に焦点検出結果に差(焦点検出誤差)が生じる。これは、焦点検出に用いられるセンサは単一の波長領域にのみ感度を有していることから、被写体の色を見分けることができないことで生じる。
特許文献1には、レンズの色収差による合焦状態の補正方法が開示されている。特許文献1では、焦点検出領域内の複数の色を一対の異なる波長域に感度を有するセンサを用い、その複数の色の出力比に応じて焦点調節情報を補正している。
しかしながら、特許文献1では、合焦状態の検出対象である被写体のみの色を見ているため、焦点検出領域内に複数の色が含まれている場合については考慮されていない。このため、被写体の一部分にのみ合焦可能である。したがって、被写体全体を考慮すると、焦点検出誤差が生じる可能性がある。
そこで本発明は、焦点検出領域内に複数の色が存在する場合、デフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置を提供する。
本発明の一側面としての撮像装置は、位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、前記複数の光強度分布を比較して前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量を補正する補正手段と、前記補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段とを有する。
本発明の他の側面としてのレンズ装置は、位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、を有する撮像装置に着脱可能なレンズ装置であって、前記複数の光強度分布を比較して前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量を補正する補正手段と、前記補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段とを有する。
また、撮像装置とレンズ装置とを有するカメラシステムも本発明の他の側面を構成する。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
本発明によれば、焦点検出領域内に複数の色が存在する場合、デフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
まず、本発明の実施形態における撮像装置、レンズ装置、およびカメラシステムについて説明する。図1(a)は、本実施形態におけるカメラシステムの概略構成図である。カメラシステム100は、撮像装置101と撮像装置101に着脱可能(交換可能)なレンズ装置201とを備えて構成される。
被写体(不図示)は、光源(不図示)からの光で照明されており、被写体表面の反射特性に従って光源からの光を反射する。その反射光は、レンズ装置201内の撮像光学系2(レンズ)から撮像装置101に入射し、撮像素子1の付近で結像する。撮像素子1は、その受光面の形状の光量分布を記録し、記録した光量分布を記憶手段(不図示)へ転送する。撮像装置101の内部において、撮像素子1と撮像光学系2との間には主ミラー3が設けられている。主ミラー3は、撮像光学系2を通過した全光束の一部を、撮像光学系2の光軸OAに対して略垂直方向に反射する。その反射光は、焦点板4を透過し、ペンタプリズム5およびアイピース8を透過して結像する。この像を見ることによって、撮影者は撮影画面を確認することができる。
7は、撮影画面の輝度値(光強度分布)を測定する測光センサ(撮像素子)である。測光センサ7は、焦点検出領域における複数の異なる波長域(赤色、緑色、緑色など)での光強度分布を取得する。測光センサ7とペンタプリズム5との間には、測光センサ7の受光面に光を集光させる測光光学系6が配置されている。図1(a)において、測光センサ7は撮像光学系2およびペンタプリズム5を透過した光を用いて測光しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。図1(b)は別の撮像装置101aを備えたカメラシステム100aの概略構成図である。図1(b)に示されるように、本実施形態は、ファインダー光路および撮像光路を介さずに直接被写体を観察するように構成された測光センサ7aを備えた撮像装置101aを用いてもよい。また測光センサ7、7aは、被写体の色を検出する。本実施形態において、「被写体の色」とは、光源からの光で照明された被写体の反射光の可視領域内での分光強度比である。
主ミラー3と撮像素子1との間には、サブミラー9が配置されている。サブミラー9は、主ミラー3の透過光の一部を反射し、その反射光をデフォーカス量検出手段10(焦点検出手段)へ導く。デフォーカス量検出手段10は、レンズ状態(撮像光学系2の状態)および被写体像の結像位置を検出し、位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する。デフォーカス量検出手段10により検出されたデフォーカス量は、接点20を介して、レンズ装置201内のデフォーカス量補正手段11(補正手段)に入力される。
デフォーカス量補正手段11は、後述のように、複数の光強度分布を比較してデフォーカス量検出手段10により算出されたデフォーカス量を補正する。補正されたデフォーカス量は、レンズ制御手段12(制御手段)に入力される。レンズ制御手段12は、デフォーカス量補正手段11で補正された結果に基づいて撮像光学系2の位置を制御する。すなわちレンズ制御手段12は、撮像素子1上に結像するために撮像光学系2の全体又は一部が移動すべき量(移動量)を計算して撮像光学系2の駆動制御を行う。撮像光学系2の駆動後、主ミラー3およびサブミラー9は光路から退避し、撮像素子1に露光が開始される。なお本実施形態において、デフォーカス量補正手段11およびレンズ制御手段12はレンズ装置201の内部に設けられているが、これに限定されるものではない。デフォーカス量補正手段11を撮像装置101の内部に設けることができ、更に、レンズ制御手段12を撮像装置101の内部に設けてもよい。
図2は、本実施形態における測光センサ7の分光感度を示す図である。図2において、横軸は波長(nm)を示し、縦軸は分光感度を示す。図2に示されるように、測光センサ7は、撮像素子1が有する感度領域内に異なる複数の感度領域を有し、かつ焦点検出領域内の色の分布(赤、緑、青)を検出可能な多分割センサである。測光センサ7は、焦点検出領域内における複数の波長域の光強度分布を取得し、その光強度分布をデフォーカス量補正手段11に出力する。デフォーカス量補正手段11は、後述のデフォーカス量補正方法を用いて、デフォーカス量検出手段10で検出されたデフォーカス量を補正する。
図7は、焦点検出領域内に複数の色が存在する被写体を撮影して得られた図である。図7に示されるような花畑を撮影した場合、一つの焦点検出領域には花びらと葉が同時に入る。このように、焦点検出領域内に複数の色が入ると、一つの焦点検出領域内に最適な合焦位置が複数存在することになり、合焦判定は困難となる。このため、本実施形態では、以下の各実施例におけるデフォーカス量補正方法を用いて、適切な合焦判定を行う。
まず、本発明の実施例1におけるデフォーカス量補正方法について説明する。図3は、焦点検出領域内に複数の色(赤(R)、緑(G)、青(B))を含む被写体に対して、測光センサ7により検出された色成分(赤、緑、青)ごとの光強度分布(一断面)の一例である。図3において、横軸は測光センサ7の一断面における画素番号を示し、縦軸は赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの色成分の光強度分布を示す。測光センサ7は、図2に示されるように赤、緑、青の各領域に感度を有する。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、撮像素子1が感度を有する波長域内に複数の異なる感度特性を測光センサ7が有していれば、測光センサ7の感度範囲の設定および区切り方法は他の方法でもよい。
図4は、本実施例におけるデフォーカス量補正方法のアルゴリズムの説明図である。まず、測光センサ7は、赤、緑、青の各色に関する光強度分布を取得し、デフォーカス量補正手段11にそれらの光強度分布を出力する。図4において、測光センサ7(焦点検出領域内)のi番目の画素の赤の光強度分布(輝度)をRi、緑の光強度分布をGi、青の光強度分布をBiとする。続いて、デフォーカス量補正手段11は、それぞれの色の光強度分布のうち最大値(MAX)と最小値(MIN)との差Xr、Xg、Xbを算出する。そしてデフォーカス量補正手段11は、これらの差Xr、Xg、Xbを比較し、これらの差が最大となる光強度分布の波長域(赤、緑、青)に対応する補正値を用いてデフォーカス量を補正する。
具体的には、図4に示されるように、デフォーカス量補正手段11は、まず光強度分布の最大値と最小値との差Xr、Xg、Xbのうち、最大値が赤色の差Xrであるか否かを判定する。この最大値が赤色の差Xrである場合、赤色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。一方、この最大値が赤色の差Xrでない場合、最大値が緑色の差Xgであるか否かを判定する。この最大値が緑色の差Xgである場合、緑色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。一方、この最大値が緑色の差Xgでない場合、青色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。
本実施例では、図3に示されるように、各色の光強度分布の最大値と最小値との差Xr、Xg、Xbは、赤色の差Xr、青色の差Xb、緑色の差Xgの順で大きい。最大値と最小値の差が大きい光強度分布を有する色成分は、被写体全体のコントラストの主成分を構成する。このため、図3の光強度分布を有する被写体において、焦点検出で支配的な色は赤(R)となる。従って、デフォーカス量補正手段11は、赤色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。
また本実施例において、デフォーカス量補正手段11は、測光センサ7の赤、青、緑それぞれの色での最大値と最小値との差の比率に応じた合焦を行うようにしてもよい。この場合、赤色に対する補正値をx1、緑に対する補正値をx2、青に対する補正値をx3とした場合、補正値はXr×x1+Xg×x2+Xb×x3と表される。ここで、補正値x1〜x3はそれぞれ、赤、青、緑の分光強度比から計算される。
本実施例によれば、焦点検出領域内に複数の色が存在する場合にデフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置、レンズ装置、および、カメラシステムを提供することができる。
次に、本発明の実施例2におけるデフォーカス量補正方法について説明する。図5は、焦点検出領域内に複数の色(赤(R)、緑(G)、青(B))を含む被写体に対して、測光センサ7により検出された色成分(赤、緑、青)ごとの光強度分布(一断面)の一例である。図5において、横軸は測光センサ7の一断面における画素番号を示し、縦軸は赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの色成分の光強度分布を示す。本実施例において、赤、緑、青の各色の間で最大値と最小値との差があってもよいが、説明を簡単にするため、各色成分の最大値と最小値との差は全て同じ値としている。
本実施例では、測光センサ7(焦点検出領域内)における各色成分の出力値を所定の方向(長軸方向)に微分をして、微分値の絶対値の総和を算出する。微分値は、測光センサ7の出力値の所定の方向における変化率である。この微分値の絶対値の総和が大きいということは、焦点検出視野内で光強度分布(輝度分布)が大きく増減しているか、又は、光強度分布の変化率が大きくないとしてもその増減回数が多いということである。すなわち、微分値の絶対値の総和が最大となる色は、測光センサ7の出力値に対してコントラストの変化を主に生じさせている色であることを示している。
図6は、本実施例におけるデフォーカス量補正方法のアルゴリズムの説明図である。まず、測光センサ7は、赤、緑、青の各色に関する光強度分布を取得し、デフォーカス量補正手段11にそれらの光強度分布を出力する。図6において、測光センサ7(焦点検出領域内)のi番目の画素の赤の光強度分布(輝度)をRi、緑の光強度分布をGi、青の光強度分布をBiとする。続いて、デフォーカス量補正手段11は、それぞれの色の光強度分布の微分値の絶対値の総和Yr、Yg、Ybを算出する。そしてデフォーカス量補正手段11は、これらの総和Yr、Yg、Ybを比較し、これらの総和が最大となる光強度分布の波長域(赤、緑、青)に対応する補正値を用いてデフォーカス量を補正する。
具体的には、図6に示されるように、デフォーカス量補正手段11は、まず光強度分布の総和Yr、Yg、Ybのうち、最大値が赤色の総和Yrであるか否かを判定する。この最大値が赤色の総和Yrである場合、赤色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。一方、この最大値が赤色の総和Yrでない場合、最大値が緑色の総和Ygであるか否かを判定する。この最大値が緑色の総和Ygである場合、緑色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。一方、この最大値が緑色の総和Xgでない場合、青色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。
本実施例では、図5に示されるように、青色の増減回数が最も多いため、青色の光強度分布の微分値(絶対値)の総和Ybが最大となる。このため、青色が被写体全体のコントラストの変化を主に生じさせている色であり、青色が焦点検出視野内で最も焦点検出に影響を与える。従って、デフォーカス量補正手段11は、青色に合焦させるための補正値を用いてデフォーカス量を補正する。なお本実施例では、測光センサ7の赤、青、緑それぞれの色での微分値の絶対値の総和Yr、Yb、Ygの比率に応じて合焦を行うように構成してもよい。
光強度分布の微分値が小さい場合、光強度分布がなだらかに変化するため、明確に色の変化する箇所がない。位相差検出方式は2像の不一致度によって焦点検出を行う方式であるため、像の変化を表す光強度分布がなだらかである場合、2像の不一致度の検出を行うことが困難であり、誤差が生じやすい。従って本実施例によれば、焦点検出領域内に複数の色が存在する場合にデフォーカス量を適切に補正可能な撮像装置、レンズ装置、および、カメラシステムを提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、デフォーカス量補正手段は、実施例1で説明した差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、実施例2で説明した総和が最大となる波長域に対応する補正値とのいずれかを用いてデフォーカス量を補正するように切り替えてもよい。このとき、例えば実施例1で説明した差の最大値が所定のしきい値よりも小さい場合に実施例2で説明した総和の最大値を基準とした補正値を用いるように切り替えられる。
7 測光センサ
10 デフォーカス量検出手段
11 デフォーカス量補正手段
12 レンズ制御手段
101 撮像装置
10 デフォーカス量検出手段
11 デフォーカス量補正手段
12 レンズ制御手段
101 撮像装置
Claims (10)
- 位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、
焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、
前記複数の光強度分布を比較して前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量を補正する補正手段と、
前記補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の最大値と最小値との差を比較し、該差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値を用いて前記デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の微分値の絶対値の総和を比較し、該総和が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値を用いて前記デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の最大値と最小値との差を比較し、該差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、該複数の光強度分布の微分値の絶対値の総和を比較し、該総和が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、のいずれか一方を用いて前記デフォーカス量を補正するように切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 位相差検出方式による焦点検出を行ってデフォーカス量を算出する焦点検出手段と、焦点検出領域における複数の異なる波長域での複数の光強度分布を取得する撮像素子と、を有する撮像装置に着脱可能なレンズ装置であって、
前記複数の光強度分布を比較して前記焦点検出手段により算出された前記デフォーカス量を補正する補正手段と、
前記補正手段で補正された結果に基づいてレンズの位置を制御する制御手段と、を有することを特徴とするレンズ装置。 - 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の最大値と最小値との差を比較し、該差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値を用いて前記デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項5に記載のレンズ装置。
- 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の微分値の絶対値の総和を比較し、該総和が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値を用いて前記デフォーカス量を補正することを特徴とする請求項5に記載のレンズ装置。
- 前記補正手段は、前記複数の光強度分布の最大値と最小値との差を比較し、該差が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、該複数の光強度分布の微分値の絶対値の総和を比較し、該総和が最大となる光強度分布の波長域に対応する補正値と、のいずれか一方を用いて前記デフォーカス量を補正するように切り替えられることを特徴とする請求項5に記載のレンズ装置。
- 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置に着脱可能な前記レンズを備えたレンズ装置と、を有することを特徴とするカメラシステム。 - 撮像素子を備えた撮像装置と、
前記撮像装置に着脱可能な、請求項5乃至8のいずれか1項に記載のレンズ装置と、を有することを特徴とするカメラシステム。
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JP2011069206A JP2012203278A (ja) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | 撮像装置、レンズ装置、およびカメラシステム |
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Publications (1)
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JP2019009511A (ja) * | 2017-06-20 | 2019-01-17 | キヤノン株式会社 | 距離情報生成装置、撮像装置、距離情報生成方法、およびプログラム |
US10387477B2 (en) | 2017-05-30 | 2019-08-20 | Qualcomm Incorporated | Calibration for phase detection auto focus (PDAF) camera systems |
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2011
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