JP2015018205A5 - - Google Patents

Description

上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、撮像光学系を通過した光束を光電変換する画素を複数有し、視差を有する一対の信号を出力することが可能な撮像手段から、前記一対の信号を取得する取得手段と、予め決められた焦点検出領域に対応する、前記撮像手段の第１の領域に含まれる複数の前記画素から出力される一対の信号から、第１の解像度の第１の輝度信号対を生成するとともに、前記予め決められた焦点検出領域に対応する、前記第１の領域よりも広い第２の領域に含まれる前記画素から出力される一対の信号から、前記第１の解像度よりも低い第２の解像度の第２の輝度信号対を生成する生成手段と、前記第１の輝度信号対及び前記第２の輝度信号対を用いて、位相差方式の焦点検出処理を行う焦点検出手段とを有する。

図３の詳細エリア３０２から得られる信号の解像度は合焦検出に必要な解像度として、十分な高解像度であることが望ましい。そのため、図４（ｂ）に示すように、Ｇ、Ｂ、Ｇ、Ｒから成る、最小単位の１ベイヤー単位（ブロック２０１毎）で、Ａ領域、Ｂ領域からの信号をそれぞれ上述したように加算平均することで輝度信号に変換し、位相差用データＤＹａｉ、ＤＹｂｉ（第１の輝度信号対）を生成する。また、広範エリア３０３からは、大デフォーカスを検出可能な程度の解像度として、図４（ｃ）に示すように、５ベイヤー単位で、Ａ領域、Ｂ領域からの信号を別々に加算平均することで輝度信号に変換し、位相差用データＤＹｓａｉ、ＤＹｓｂｉ（第２の輝度信号対）を生成する。なお、詳細エリア３０２における１ベイヤー単位、広範エリア３０３における５ベイヤー単位は一例であって、詳細エリア３０２の解像度が広範エリア３０３の解像度よりも高く設定されていればよい。

上述のようにして２組の解像度の異なる位相差用データを取得する理由について、以下に説明する。図５（ａ）は、被写体例として黒い背景に一本の白い縦線が書いてあるような一本バーチャートを示している。この一本バーチャートが合焦している時の撮像面で得られるＡ像、Ｂ像の信号を図５（ｂ）に示している。合焦時には、Ａ像、Ｂ像ともに図５（ｂ）に示すように、チャート像がそのまま投影されたような形で取得される。これに対し、レンズユニット１００のフォーカスが少しデフォーカス状態の場合には、図５（ｃ）に示すＡ像５０１、Ｂ像５０２のように像ずれが発生し、且つ、ややエッジがボケて、広がったような像が取得される。また、さらに大きくボケた大デフォーカス状態の場合には、図５（ｄ）に示すＡ像５０３、Ｂ像５０４のように大きな像ずれが発生し、且つ、信号レベルも低下してかなり広がったような像が取得される。

一方、図７（ｃ）は詳細エリア３０２においてより高い解像度で位相差用データを取得したものである。位相差用データＤＹａｉ７０５、ＤＹｂｉ７０６はチャートの一部しか捉えられず、この位相差用データＤＹａｉ７０５、ＤＹｂｉ７０６による相関演算等での像ズレ量の演算では精度のある検出ができない。よって本実施形態では大デフォーカス時の検出には広い範囲かつ粗い解像度、合焦近傍や小デフォーカス時には精度良く検出できるように、狭い範囲かつ詳細な解像度の位相差用データを用いる。

次のＳ１０５において、Ｓ１０４におけるデフォーカス量の検出結果、コントラストやその他の要因で検出ができなかった場合には、今回の位相差用データでの焦点検出処理はＮＧとなり、Ｓ１０１へ戻って別の位相差用データを得る。この場合、被写体を再撮像しても良いし、同じ画像の異なる位置にＡＦ枠を設定しても、両方を行ってもよい。

次のＳ２０６において、Ｓ２０４またはＳ２０５におけるデフォーカス演算が、コントラストやその他の要因でエラーとなった場合には、今回の位相差用データでの焦点検出処理はＮＧとなり、Ｓ２０１へ戻って別の位相差用データを得る。この場合、被写体を再撮像しても良いし、同じ画像の異なる位置にＡＦ枠を設定しても、両方を行ってもよい。

更に、光電変換部が２分割された画素が、撮像素子の全面に配されている場合について説明したが、焦点検出用の画素を離散的に配置しても構わない。

詳細エリア３０２から得られる信号の解像度は合焦検出に必要な解像度として、十分な高解像度であることが望ましい。そのため、図１１（ｂ）に示すように、Ｇ、Ｂ、Ｇ、Ｒから成る、最小単位の１ベイヤー単位（ブロック２０１毎）で、Ａ領域、Ｂ領域からの信号をそれぞれ上述したように加算平均することで輝度信号に変換し、位相差用データＤＹａｉ、ＤＹｂｉを生成する。また、広範エリア３０３からは、大デフォーカスを検出可能な程度の解像度として、図１１（ｃ）〜図４（ｅ）に示すように、複数ベイヤー単位で、Ａ領域、Ｂ領域からの信号を別々に加算平均することで輝度信号に変換し、位相差用データＤＹｎａｉ、ＤＹｎｂｉを生成する。本第３の実施形態では、広範エリア３０３からの信号読み出し時には、２ベイヤー単位（図１１（ｃ））、３ベイヤー単位（図１１（ｄ））、５ベイヤー単位（図１１（ｅ））のいずれかを解像度として選択する。

処理が開始されると、Ｓ３０１において、初期状態として、焦点検出視野として詳細エリア３０２、解像度として図１１（ｂ）に示す解像度の組み合わせを設定する。次にＳ３０２において、設定された焦点検出視野及び解像度で位相差用データ（初期状態では位相差用データＤＹａｉ、ＤＹｂｉ）を得て、デフォーカス演算（焦点検出処理）を行う。そして、Ｓ３０３において、デフォーカス演算により得られたデフォーカス量の信頼性判断を行う。ここでの信頼性判断では位相差用データの一致度やコントラスト状態から判断し、検出したデフォーカス量を使用しても問題ない程度に、予め決められた基準よりも信頼性が高いか、または低いかを判断する。

図１３に示すように、開放時には、解像度はやや低くても検出精度が高いので、小絞り時に比べてやや落とすことが可能である。すなわち、開放時には、１ベイヤー単位までの解像度は必要なく、２ベイヤー単位でも十分に合焦判断ができる場合もある。従って、このような関係に基づいて、上述した解像度の上限、焦点検出視野の広さの下限を規定しておく。また、図１４に示すように、合焦に近づく程、解像度を高くし、焦点検出視野を狭くすることで、焦点検出処理の精度の確保と焦点検出処理に必要な位相差用データのデータ量の適正化を図ることができる。

上記のように、焦点検出視野の広さの下限及び解像度の上限を設定しておくことで、焦点検出処理に必要な位相差用データのデータ量のより一層の適正化を図ることができる。

Claims (17)

1. 撮像光学系を通過した光束を光電変換する画素を複数有し、視差を有する一対の信号を出力することが可能な撮像手段から、前記一対の信号を取得する取得手段と、
   予め決められた焦点検出領域に対応する、前記撮像手段の第１の領域に含まれる複数の前記画素から出力される一対の信号から、第１の解像度の第１の輝度信号対を生成するとともに、前記予め決められた焦点検出領域に対応する、前記第１の領域よりも広い第２の領域に含まれる前記画素から出力される一対の信号から、前記第１の解像度よりも低い第２の解像度の第２の輝度信号対を生成する生成手段と、
   前記第１の輝度信号対及び前記第２の輝度信号対を用いて、位相差方式の焦点検出処理を行う焦点検出手段と
   を有することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記第１の領域の中心と、前記第２の領域の中心とが同じであることを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記焦点検出手段は、前記第１の輝度信号対を用いて焦点検出処理を行い、合焦状態が検出できなかった場合に、前記第２の輝度信号対を用いて前記焦点検出処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
4. 前記第１の輝度信号対のコントラストを評価する評価手段を更に有し、
   前記焦点検出手段は、前記第１の輝度信号対のコントラストが予め決められた閾値よりも低い場合に、前記第１の輝度信号対を用いずに、前記第２の輝度信号対を用いて前記焦点検出処理を行い、前記コントラストが前記閾値以上の場合に、前記第１の輝度信号対を用いて前記焦点検出処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
5. 前記第２の輝度信号対の前記第２の解像度は、前記第１の輝度信号対の前記第１の解像度よりも前記位相差方式の焦点検出を行う方向において低いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記撮像手段と、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焦点検出装置を有することを特徴とする撮像装置。
7. 前記撮像手段において、前記画素の少なくとも一部は、それぞれ複数の光電変換部とマイクロレンズとを有し、
   前記複数の光電変換部は１つの前記マイクロレンズを共有していることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記撮像手段は、異なる画素からの信号を対として前記一対の信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
9. フォーカスレンズを含む前記撮像光学系を更に有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 取得手段が、撮像光学系を通過した光束を光電変換する複数の画素を有し、視差を有する一対の信号を出力することが可能な撮像手段から、前記一対の信号を取得する取得工程と、
    生成手段が、予め決められた焦点検出領域に対応する、前記撮像手段の第１の領域に含まれる前記画素から出力される一対の信号から、第１の解像度の第１の輝度信号対を生成する第１の生成工程と、
    前記生成手段が、前記予め決められた焦点検出領域に対応する、前記第１の領域よりも広い第２の領域に含まれる前記画素から出力される一対の信号から、前記第１の解像度よりも低い第２の解像度の第２の輝度信号対を生成する第２の生成工程と、
    焦点検出手段が、前記第１の輝度信号対及び前記第２の輝度信号対を用いて、位相差方式の焦点検出処理を行う焦点検出工程と
    を有することを特徴とする焦点検出方法。
11. 撮像光学系を通過した光束を光電変換する画素を複数有し、視差を有する一対の信号を出力することが可能な撮像手段から、前記一対の信号を取得する取得手段と、
    前記一対の信号を取得するための、予め決められた焦点検出領域に対応する、互いに異なる広さを有する複数の焦点検出視野と、互いに異なる複数の解像度との予め決められた複数の組み合わせの１つを選択して設定する設定手段と、
    前記設定手段により設定された前記組み合わせの焦点検出視野に含まれる前記画素から出力される一対の信号から、前記組み合わせの解像度の輝度信号対を生成する生成手段と、
    生成された前記輝度信号対を用いて、位相差方式の焦点検出処理を行う焦点検出手段とを有し、
    前記設定手段は、前記焦点検出手段による焦点検出処理の結果、焦点検出ができた場合に、設定中の前記組み合わせの解像度の次に高い解像度を有する組み合わせを選択し直し、焦点検出ができなかった場合に、設定中の前記組み合わせの解像度の次に低い解像度を有する組み合わせを選択し直すことを特徴とする撮像装置。
12. 前記設定手段は、前記焦点検出手段による焦点検出処理の結果、焦点検出ができた場合であっても、設定中の前記組み合わせの解像度が予め決められた上限の解像度である場合には、前記組み合わせを選択し直さないことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
13. 前記上限の解像度は、前記複数の解像度のうち最も高い解像度であることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
14. 絞り及び合焦状態に基づいて、解像度の上限及び前記焦点検出視野の広さの下限を設定する第２の設定手段を更に有することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
15. 前記設定手段は、前記焦点検出手段による焦点検出処理の結果、複数回連続して焦点検出ができた場合、及び、複数回連続して焦点検出ができなかった場合に、前記組み合わせを選択し直すことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
16. 前記設定手段は、前記焦点検出手段による焦点検出処理の結果、焦点検出ができなかった場合であっても、設定中の前記組み合わせの解像度が前記複数の解像度のうち最も低い解像度である場合には、前記組み合わせを選択し直さないことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
17. 取得手段が、撮像光学系を通過した光束を光電変換する複数の画素を有し、視差を有する一対の信号を出力することが可能な撮像手段から、前記一対の信号を取得する取得工程と、
    設定手段が、前記一対の信号を取得するための、予め決められた焦点検出領域に対応する、互いに異なる広さを有する複数の焦点検出視野と、互いに異なる複数の解像度との予め決められた複数の組み合わせの１つを選択して設定する設定工程と、
    生成手段が、前記設定工程で設定された前記組み合わせの焦点検出視野に含まれる前記画素から出力される一対の信号から、前記組み合わせの解像度の輝度信号対を生成する生成工程と、
    焦点検出手段が、生成された前記輝度信号対を用いて、位相差方式の焦点検出処理を行う焦点検出工程と、
    前記設定手段が、前記焦点検出処理の結果、焦点検出ができた場合に、設定中の前記組み合わせの解像度の次に高い解像度を有する組み合わせを選択し直し、焦点検出ができなかった場合に、設定中の前記組み合わせの解像度の次に低い解像度を有する組み合わせを選択し直す変更工程と
    を有することを特徴とする焦点検出方法。