JP2013242587A - 撮像装置及び該撮像装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト検出方式の焦点検出精度に優れた撮像装置を提供する。
【解決手段】複数の撮影用画素と複数の焦点検出用画素とを有する撮像素子１２２と、複数の焦点検出用画素に形成される被写体の一対の像のずれ量を検出することによって焦点検出を行う撮像面位相差焦点検出部１２９と、複数の撮影用画素が形成した被写体の像のコントラストのピーク位置を検出することによって焦点検出を行うＴＶＡＦ焦点検出部１３０と、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０がピーク位置を検出しても撮像面位相差焦点検出部１２９が検出したずれ量が閾値よりも大きい場合には両焦点検出部に焦点検出を継続させ、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０がピーク位置を検出した場合で撮像面位相差焦点検出部１２９が検出したずれ量が閾値以下の場合には前記ピーク位置にフォーカスレンズを移動させるカメラＭＰＵ１２５と、を有する撮像装置を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置に関する。

特許文献１は、位相差検出方式の焦点検出手段（位相差ＡＦ）で被写体の近傍までフォーカスレンズを移動した後に、コントラスト検出方式の焦点検出手段（ＴＶＡＦ）により高精度に合焦位置にそれを移動するハイブリッド焦点検出手段を提案している。特許文献２は、撮像素子に焦点検出用画素を設けて位相差検出機能を実現している。

特開２００３−２９５０４７号公報 特開２００９−００３１２２号公報

しかし、ＴＶＡＦは、コントラストの高い背景が焦点検出枠に混入してコントラストが高くなる変化を合焦位置として誤検出し（以下、「偽山」と呼ぶ）、合焦位置でない位置に焦点調節してしまうという問題がある。また、ＩＳＯ感度が高くなるにつれて撮影時のノイズ比率が高くなり、ノイズで偽山を検出する場合もある。このため、ＴＶＡＦの焦点調節精度、ひいてはハイブリッド焦点検出精度を高めるという需要がある。

本発明は、コントラスト検出方式の焦点検出精度に優れた撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、各々が撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する複数の画素を有し、前記撮影レンズを介して得られる被写体像を光電変換して画像信号を取得する撮像手段と、前記複数の画素に形成される一対の像のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、前記画像信号のコントラストがピークとなる前記撮影レンズの位置を検出することによって焦点検出を行う第２の焦点検出手段と、前記第２の焦点検出手段が検出した前記ピーク位置に前記撮影レンズを移動させるように制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記第２の焦点検出手段で前記ピーク位置が検出された場合であっても前記第１の焦点検出手段で検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合には前記第１の焦点検出手段による焦点検出処理と、前記第２の焦点検出手段の処理を継続することを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての撮像装置の制御方法は、各々が撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する複数の画素を有し、前記撮影レンズを介して得られる被写体像を光電変換して画像信号を取得する撮像手段を備えた撮像装置の制御方法であって、前記複数の画素に形成される一対の像のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第１の焦点検出ステップと、前記画像信号のコントラストがピークとなる前記撮影レンズの位置を検出することによって焦点検出を行う第２の焦点検出ステップと、前記第２の焦点検出ステップにより検出された前記ピーク位置に前記撮影レンズを移動させるように制御する制御ステップとを有し、前記制御ステップでは、前記第２の焦点検出ステップで前記ピーク位置が検出された場合であっても前記第１の焦点検出ステップで検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合には前記第１の焦点検出ステップによる焦点検出処理と、前記第２の焦点検出ステップの処理を継続することを特徴とする。

本発明は、コントラスト検出方式の焦点検出精度に優れた撮像装置を提供することができる。

本実施例のデジタルカメラ（撮像装置）のブロック図である。 図１に示すデジタルカメラのカメラＭＰＵが実行する焦点検出処理を説明するためのフローチャートである。

図１は本実施例のデジタルカメラ（撮像装置）のブロック図である。本実施例のデジタルカメラは交換レンズ式一眼レフカメラであり、レンズユニット１００とカメラ本体１２０とを有する。レンズユニット１００は図中央の点線で示されるマウントＭを介して、カメラ本体１２０と接続される。

レンズユニット１００は、第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、フォーカスレンズ群（以下、単に「フォーカスレンズ」という）１０４、及び、駆動／制御系を有する。このようにレンズユニット１００は、フォーカスレンズ１０４を含むと共に被写体の像を形成する撮影レンズを有する。

第１レンズ群１０１は、レンズユニット１００の先端に配置され、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行う他、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとして機能する。絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体として光軸方向ＯＡに進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動によりズーム機能を実現する。フォーカスレンズ１０４は、光軸方向の進退により焦点調節を行う。

駆動／制御系は、ズームアクチュエータ１１１、絞りシャッタアクチュエータ１１２、フォーカスアクチュエータ１１３、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、レンズＭＰＵ１１７、レンズメモリ１１８を有する。

ズームアクチュエータ１１１は、第１レンズ群１０１や第２レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに進退駆動し、ズーム操作を行なう。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行なう。

フォーカスアクチュエータ１１３で、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行なう。フォーカスアクチュエータ１１３は、フォーカスレンズ１０４の現在位置を検出する位置検出部としての機能が備わっている。

ズーム駆動回路１１４は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。絞りシャッタ駆動回路１１５は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。

フォーカス駆動回路１１６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１３を駆動制御し、フォーカスレンズ１０４を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行なう。

レンズＭＰＵ１１７は、撮影レンズに係る全ての演算、制御を行い、ズーム駆動回路１１４、絞りシャッタ駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、レンズメモリ１１８を制御する。また、レンズＭＰＵ１１７は、現在のレンズ位置を検出し、カメラＭＰＵ１２５からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。レンズメモリ１１８には自動焦点調節に必要な光学情報を記憶する。

カメラ本体１２０は、光学的ローパスフィルタ１２１、撮像素子１２２、駆動／制御系を有する。

光学的ローパスフィルタ１２１と撮像素子１２２はレンズユニット１００からの光束によって被写体像を形成する撮像光学系として機能する。

光学的ローパスフィルタ１２１は、撮影画像の偽色やモアレを軽減する。

撮像素子１２２はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成され、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に１つの光電変換素子が配置される。撮像素子１２２は、全画素独立出力が可能なように構成されている。また一部の画素が焦点検出用画素となっており、撮像面で位相差検出方式の焦点検出（撮像面位相差ＡＦ）が可能となっている。

より具体的には、撮像素子１２２は、被写体の像を形成する撮影レンズの射出瞳の全域を通る光を各々が受光して被写体の像を生成する複数の撮影用画素を有する。また、撮像素子１２２は、各々が撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する複数の焦点検出用画素を更に有する。複数の焦点検出用画素は全体として撮影レンズの射出瞳の全域を通る光を受光することができる。例えば、撮像素子１２２は、２行×２列の画素のうち、対角に配置される一対のＧ画素は撮影用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素に置き換える。

駆動／制御系は、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、カメラＭＰＵ１２５、表示器１２６、操作スイッチ（ＳＷ）群１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、コントラスト（ＴＶＡＦ）焦点検出部１３０、ＩＳＯ感度設定部１３２を有する。

撮像素子駆動回路１２３は、撮像素子１２２の動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してカメラＭＰＵ１２５に送信する。画像処理回路１２４は、撮像素子１２２が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮などを行う。

カメラＭＰＵ（制御部、プロセッサ）１２５は、カメラ本体１２０に係る全ての演算、制御を行う。カメラＭＰＵ１２５は、撮像素子駆動回路１２３、画像処理回路１２４、表示器１２６、操作ＳＷ１２７、メモリ１２８、撮像面位相差焦点検出部１２９、コントラスト（ＴＶＡＦ）焦点検出部１３０を制御する。

カメラＭＰＵ１２５はマウントＭの信号線を介してレンズＭＰＵ１１７と接続され、レンズＭＰＵ１１７に対してレンズ位置の取得や所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行したり、レンズユニット１００に固有の光学情報を取得したりする。このため、カメラＭＰＵ１２５は、像倍率変化が大きいレンズが装着された場合に、レンズＭＰＵ１１７からその情報を取得することができる。カメラＭＰＵ１２５には、カメラ動作を制御するプログラムを格納したＲＯＭ１２５ａ、変数を記憶するＲＡＭ１２５ｂ、諸パラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ１２５ｃが内蔵されている。

更に、カメラＭＰＵ１２５は、ＲＯＭ１２５ａに格納したプログラムにより図２に示す焦点検出処理を実行する。具体的には、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦのずれ量（像情報）に基づいてＴＶＡＦ焦点検出部１３０が検出したピーク位置が正しい合焦位置であるか偽山であるかを判断する。

表示器１２６はＬＣＤなどから構成され、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。操作スイッチ群１２７は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。メモリ１２８は、着脱可能なフラッシュメモリで、撮影済み画像を記録する。

撮像面位相差焦点検出部（第１焦点検出部）１２９は、撮像素子１２２に埋め込まれた焦点検出用画素の像信号により位相差ＡＦ方式での焦点検出処理を行う。より具体的には、撮像面位相差焦点検出部１２９は、撮像光学系の一対の瞳領域を通過する光束により焦点検出用画素に形成される一対の像のずれ量に基づいて撮像面位相差ＡＦを行う。撮像面位相差ＡＦの原理は、特許文献２の図５〜７、図１６などにおいて説明されているものと同様である。

ＴＶＡＦ焦点検出部（第２焦点検出部）１３０は、画像処理回路１２４にて得られた画像情報のコントラスト成分によりＴＶＡＦを行う。ＴＶＡＦは、焦点を検出する領域を規定する焦点検出枠といわゆる山登り方式によってフォーカスレンズ１０４を移動してコントラストがピークとなるフォーカスレンズ１０４の位置を検出する。

上述したように、カメラＭＰＵ１２５は、像倍率変化が大きいレンズが装着された場合に、レンズＭＰＵ１１７からその情報を取得することができる。そして、カメラＭＰＵ１２５はＴＶＡＦ焦点検出部１３０と交信することによって焦点検出枠が所定領域よりも大きいかどうかを判断することができる。所定領域はＥＥＰＲＯＭ１２５ｃに予め格納されている。

ＩＳＯ感度設定部１３２は、ＩＳＯ５０〜ＩＳＯ３２００までを設定する。

このように、本実施例は撮像面位相差ＡＦとＴＶＡＦを組み合わせたハイブリッド焦点検出手段を使用している。即ち、本実施例は、撮像面位相差ＡＦで高速にフォーカスレンズ１０４を合焦位置の近傍に移動させてからＴＶＡＦで高精度にフォーカスレンズ１０４を合焦位置に位置決めすることによって応答性と焦点検出精度の両立を達成している。撮像面位相差ＡＦは被写体が繰り返しパターンを持つ場合に合焦位置を誤検出する場合があるが、ＴＶＡＦはこの誤検出を防止することができる。また、本実施例は、後述するように、ＴＶＡＦがピークを検出した場合の合焦位置の検出精度を高めている。

以下、図２を参照して、カメラＭＰＵ（プロセッサ）１２５が実行する焦点検出処理について説明する。図２において、「Ｓ」はステップの略である。図２は、カメラＭＰＵ１２５が実行する、撮像面位相差ＡＦでフォーカスレンズを移動した後に、コントラスト検出方式の焦点検出手段（ＴＶＡＦ）をする際の焦点検出処理を説明するためのフローチャートであり、ＲＯＭ１２５ａに格納されている。

ユーザーが操作ＳＷ１２７を操作することによってカメラＭＰＵ１２５は焦点検出処理を開始する。まず、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差ＡＦによる焦点検出処理を行い、デフォーカス量を検出したかどうかを判断する。カメラＭＰＵ１２５は、デフォーカス量を検出するまで撮像面位相差ＡＦを行う。カメラＭＰＵ１２５は、デフォーカス量を検出したと判断すると、像信号に必要な補正を行った後、合焦位置の近傍にフォーカスレンズ１０４を移動する。その後、カメラＭＰＵ１２５は、その位置から合焦位置の方向にフォーカスレンズ１０４を移動してＴＶＡＦを開始する。ＴＶＡＦの駆動間隔はＥＥＰＲＯＭ１２５ｃに予め記憶されている。

次に、カメラＭＰＵ１２５は、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０から設定された不図示の焦点検出枠に対する焦点評価値を取得する（Ｓ２０１）。また、カメラＭＰＵ１２５は、設定された不図示の焦点検出枠に対する像情報を撮像面位相差焦点検出部１２９から取得する（Ｓ２０２）。なお、Ｓ２０１とＳ２０２の先後は問わず、Ｓ２０１及びＳ２０２で取得した値はＲＡＭ１２５ｂに一旦格納される。このように、本実施例では、撮像面位相差ＡＦが終了してＴＶＡＦに移行した後でも撮像面位相差ＡＦをＴＶＡＦに同期して実行している。

次に、カメラＭＰＵ１２５は、ピークが検出されたかどうか、即ち、ＴＶＡＦの評価値が増加から減少に切り替わり、ＥＥＰＲＯＭ１２５ｃに予め格納されているピーク判断閾値以上の減少がされたかどうかを判断する（Ｓ２０３）。カメラＭＰＵ１２５は、ピークが検出されないと判断すると（Ｓ２０３のＮｏ）、フローはＳ２０１に帰還する。

一方、ピークが検出されたと判断すると（Ｓ２０３のＹｅｓ）、カメラＭＰＵ１２５は、Ｓ２０２で得られた像情報から２像のずれ量を演算し、ずれ量が所定値以下であるかどうかを判断する（Ｓ２０４）。所定値（閾値）はＥＥＰＲＯＭ１２５ｃに予め格納されている。カメラＭＰＵ１２５は、ずれ量が所定値よりも大きいと判断すると（Ｓ２０４のＮｏ）Ｓ２０３で検出されたコントラストのピークは偽山であるとみなしてフローはＳ２０１に戻る。

従来のＴＶＡＦでは、Ｓ２０１からＳ２０３が行われ、次いで、Ｓ２０３のＹｅｓの後にＳ２０５が行われていたのに対して、本実施例では、Ｓ２０２とＳ２０４を行っており、Ｓ２０４によってＴＶＡＦの焦点検出精度を高めている。

一方、カメラＭＰＵ１２５は、ずれ量が所定値以下であると判断すると（Ｓ２０４のＹｅｓ）、現在位置が合焦位置に近くＳ２０３で検出されたピークが合焦位置である可能性が高いため、ピーク位置にフォーカスレンズ１０４を移動させる（Ｓ２０５）。この時、フォーカスレンズ１０４の駆動間隔を狭めてもよい。

カメラＭＰＵ１２５は、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０がピーク位置を検出した場合であっても撮像面位相差焦点検出部１２９が検出したずれ量が閾値よりも大きい場合には両焦点検出部１２９、１３０に焦点検出を継続させる。これはＳ２０３で検出されたピーク位置が偽山である可能性が高いからである。一方、カメラＭＰＵ１２５は、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０がピーク位置を検出した場合であって撮像面位相差焦点検出部１２９が検出したずれ量が閾値以下の場合にはＳ２０３で検出されたピーク位置に撮影レンズのフォーカスレンズを移動させる。カメラＭＰＵ１２５は、このように両焦点検出部１２９、１３０を制御する第１モードを行う。

なお、カメラＭＰＵ１２５は、ＩＳＯ感度設定部１３２が所定値以上（例えば、ＩＳＯ８００以上）の高ＩＳＯ感度を設定したと判断した場合に、図２に示す焦点検出方法（第１モード）を行ってもよい。そして、カメラＭＰＵ１２５は、そうでないと判断した場合に図２のＳ２０２、Ｓ２０４がない通常のＴＶＡＦ（第２モード）を行ってもよい。所定値はＥＥＰＲＯＭ１２５ｃに予め記憶しておく。

第２モードは、ＩＳＯ感度設定部１３２が所定値よりも小さいＩＳＯ感度を設定したとカメラＭＰＵ１２５が判断した場合に行われる。この場合、カメラＭＰＵ１２５は、ＴＶＡＦ焦点検出部１３０がピーク位置を検出した場合には当該ピーク位置にフォーカスレンズ１０４を移動させるようにＴＶＡＦ焦点検出部１３０を制御する。第２のモードでは、カメラＭＰＵ１２５は、撮像面位相差焦点検出部１２９を停止するか、そこからの情報を無視する。

また、カメラＭＰＵ１２５は、レンズＭＰＵ１１７との通信により、不図示の焦点検出枠が所定領域以上と判断した場合に第１モードを行い、焦点検出枠が所定領域よりも小さい場合に第２モードを行ってもよい。所定領域はＥＥＰＲＯＭ１２５ｃに予め格納される。

撮像装置は、被写体の撮像に適用することができる。

１００ レンズユニット
１０４ フォーカスレンズ（群）
１１７ レンズＭＰＵ
１２０ カメラ本体
１２２ 撮像素子
１２５ カメラＭＰＵ
１２９ 撮像面位相差焦点検出部
１３０ ＴＶＡＦ焦点検出部
１３２ ＩＳＯ感度設定部

Claims (8)

1. 各々が撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する複数の画素を有し、前記撮影レンズを介して得られる被写体像を光電変換して画像信号を取得する撮像手段と、
   前記複数の画素に形成される一対の像のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、
   前記画像信号のコントラストがピークとなる前記撮影レンズの位置を検出することによって焦点検出を行う第２の焦点検出手段と、
   前記第２の焦点検出手段が検出した前記ピーク位置に前記撮影レンズを移動させるように制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記第２の焦点検出手段で前記ピーク位置が検出された場合であっても前記第１の焦点検出手段で検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合には前記第１の焦点検出手段による焦点検出処理と、前記第２の焦点検出手段の処理を継続することを特徴とする撮像装置。
2. ＩＳＯ感度を設定するＩＳＯ感度設定手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記ＩＳＯ感度設定手段により所定値以上のＩＳＯ感度が設定された場合に、前記第２の焦点検出手段で前記ピーク位置が検出された場合であって前記第１の焦点検出手段で検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合に前記第１の焦点検出手段による焦点検出処理と、前記第２の焦点検出手段の処理を継続することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. ＩＳＯ感度を設定するＩＳＯ感度設定手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記ＩＳＯ感度設定手段により所定値よりも小さいＩＳＯ感度が設定された場合は、前記第２の焦点検出手段で前記ピーク位置が検出された場合であって前記第１の焦点検出手段で検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合に前記第１の焦点検出手段による焦点検出処理と、前記第２の焦点検出手段の処理を継続しないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記ＩＳＯ感度設定手段により所定値よりも小さいＩＳＯ感度が設定された場合は、前記第２の焦点検出手段で前記ピーク位置が検出された場合であって前記第１の焦点検出手段で検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合に前記ピーク位置に前記撮影レンズを移動させることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記第２の焦点検出手段において設定される焦点検出領域が所定領域以上の場合に、前記第２の焦点検出手段で前記ピーク位置が検出された場合であって前記第１の焦点検出手段で検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合に前記第１の焦点検出手段による焦点検出処理と、前記第２の焦点検出手段の処理を継続することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記第２の焦点検出手段において設定される焦点検出領域が所定領域よりも小さい場合に、前記第２の焦点検出手段で前記ピーク位置が検出された場合であって前記第１の焦点検出手段で検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合に前記第１の焦点検出手段による焦点検出処理と、前記第２の焦点検出手段の処理を継続しないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記第２の焦点検出手段において設定される焦点検出領域が所定領域よりも小さい場合に、前記第２の焦点検出手段で前記ピーク位置が検出された場合であって前記第１の焦点検出手段で検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合に前記ピーク位置に前記撮影レンズを移動させることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 各々が撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する複数の画素を有し、前記撮影レンズを介して得られる被写体像を光電変換して画像信号を取得する撮像手段を備えた撮像装置の制御方法であって、
   前記複数の画素に形成される一対の像のずれ量を検出することによって焦点検出を行う第１の焦点検出ステップと、
   前記画像信号のコントラストがピークとなる前記撮影レンズの位置を検出することによって焦点検出を行う第２の焦点検出ステップと、
   前記第２の焦点検出ステップにより検出された前記ピーク位置に前記撮影レンズを移動させるように制御する制御ステップとを有し、
   前記制御ステップでは、前記第２の焦点検出ステップで前記ピーク位置が検出された場合であっても前記第１の焦点検出ステップで検出されたずれ量が閾値よりも大きい場合には前記第１の焦点検出ステップによる焦点検出処理と、前記第２の焦点検出ステップの処理を継続することを特徴とする撮像装置の制御方法。