JP2015210286A - Imaging apparatus and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はオートフォーカス機能を有する撮像装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus having an autofocus function and a control method thereof.
従来、撮像装置のオートフォーカス(以下、AF)方法に用いられている一般的な方式の1つとして、コントラスト検出方式がある。コントラスト検出方式は撮像素子からの出力信号のうち、特に高周波成分の信号に着目し、被写体の明暗差(コントラスト)を指標としたコントラスト評価値が最も大きくなるフォーカスレンズの位置を合焦位置とする方式である。しかし、山登り方式とも言われるように、フォーカスレンズを移動させながらコントラスト評価値を取得し、そのコントラスト評価値が最大となる位置を探索する必要があるため、高速な焦点調節動作には不向きとされている。 Conventionally, there is a contrast detection method as one of the general methods used in an autofocus (hereinafter referred to as AF) method of an imaging apparatus. In the contrast detection method, focusing on the high-frequency component signal among the output signals from the image sensor, the position of the focus lens where the contrast evaluation value with the contrast of the subject as the index is the largest is set as the in-focus position. It is a method. However, as it is said to be a hill-climbing method, it is necessary to acquire a contrast evaluation value while moving the focus lens and search for a position where the contrast evaluation value is maximized. ing.
不向きであるとされている理由の1つに、従来、コントラスト評価値が最大となると見込まれる方向、即ち探索すべき方向が焦点調節を開始した時点では分からないことがあげられる。これに対し、近年、コントラスト検出方式で方向を決定する技術が特許文献1に記載されている。
One of the reasons why it is considered unsuitable is that the direction in which the contrast evaluation value is expected to be maximum, that is, the direction to be searched for, is not known at the time when the focus adjustment is started. On the other hand,
特許文献1に記載された技術においては、AF開始前のフォーカスレンズ位置に基づいて移動する方向を無限と至近方向のいずれかに移動するかを決定し、決定された方向に決められた速度でフォーカスレンズを移動させながら、コントラスト評価値を取得する。そして、コントラスト評価値のピークを検出したらフォーカスレンズの移動を停止し、停止した位置から逆方向にフォーカスレンズを移動することで合焦位置を判定する。具体的には、フォーカスレンズ位置が無限遠側にあれば無限遠方向、至近側にあれば至近方向とし、一度無限端または至近端へ移動してから、端とは逆方向へフォーカスレンズを移動しながら、コントラスト評価値を取得し、合焦位置の探索を行う。
In the technique described in
しかしながら、特許文献1では被写体位置を考慮せず、AF開始前のフォーカスレンズ位置に応じて移動方向を決めているため、被写体位置とは異なる方向にフォーカスレンズを移動してしまうと、合焦時間が長くなってしまう。
However, in
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、コントラスト検出方式で焦点調節を行う場合に、被写体が存在する方向へフォーカスレンズを移動する確率を向上させ、合焦時間を短縮することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and improves the probability of moving the focus lens in the direction in which the subject exists and shortens the focusing time when performing focus adjustment using the contrast detection method. Objective.
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮像光学系により結像された被写体像を光電変換して、画像信号を出力する撮像手段と、前記撮像光学系に含まれるフォーカスレンズを駆動する駆動手段と、前記フォーカスレンズの位置を変えながら、前記撮像手段から出力された画像信号のコントラストに基づいて、焦点検出を行う焦点検出手段と、前記フォーカスレンズの移動方向を決定する決定手段と、撮像装置からの距離ごとに被写体が存在する確率と、前記距離とフォーカスレンズ位置の関係とを有する情報を記憶する記憶手段とを有し、前記決定手段は、前記焦点検出手段により焦点検出を開始する際の前記フォーカスレンズの移動方向を、前記フォーカスレンズの位置と、前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて、前記被写体が存在する確率が高い方向に決定する。 In order to achieve the above object, an imaging apparatus of the present invention includes an imaging unit that photoelectrically converts a subject image formed by an imaging optical system and outputs an image signal; and a focus lens included in the imaging optical system. A driving means for driving; a focus detecting means for performing focus detection based on a contrast of an image signal output from the imaging means while changing a position of the focus lens; and a determining means for determining a moving direction of the focus lens And storage means for storing information having a probability that a subject exists for each distance from the imaging device and a relationship between the distance and the focus lens position, and the determination means detects the focus by the focus detection means. The moving direction of the focus lens when starting the operation is based on the position of the focus lens and the information stored in the storage means. The probability that Utsushitai exists is determined to a higher direction.
本発明によれば、コントラスト検出方式で焦点調節を行う場合に、被写体が存在する方向へフォーカスレンズを移動する確率を向上させ、合焦時間を短縮することができる。 According to the present invention, when focus adjustment is performed using a contrast detection method, it is possible to improve the probability of moving the focus lens in the direction in which the subject is present and to shorten the focusing time.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<第1の実施形態>
図1は本発明の第1の実施形態における撮像装置の一例として、動画及び静止画が記録可能な電子カメラの概略構成を示したブロック図である。図1において、第1レンズ群101は撮像光学系の先端に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞り102(以下、「絞り」と記す。)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ほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。第2レンズ群103は、絞り102と一体となって光軸方向に進退し、第1レンズ群101の進退動作との連動により、変倍作用(ズーム機能)を実現することができる。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic camera capable of recording a moving image and a still image as an example of an imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
第3レンズ群105(フォーカスレンズ)は、光軸方向の進退により焦点調節を行う。光学的ローパスフィルタ106は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。撮像素子107はCMOSセンサとその周辺回路からなり、撮像光学系の結像面に配置される。撮像素子107には、横方向にM画素、縦方向にN画素の受光画素が正方配置され、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、2次元単板カラーセンサが用いられる。上述した第1レンズ群101、絞り102、第2レンズ群103、第3レンズ群105、光学的ローパスフィルタ106は、撮像光学系を構成している。
The third lens group 105 (focus lens) performs focus adjustment by advancing and retreating in the optical axis direction. The optical low-
ズームアクチュエータ111は、不図示のカム筒を手動もしくはアクチュエータで回動することで、第1レンズ群101ないし第3レンズ群103を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。絞りアクチュエータ112は、絞り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う。フォーカスアクチュエータ114は、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
The
CPU121は、カメラ本体の種々の制御を司り、演算部、ROM、RAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。CPU121は、ROMに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、焦点調節(AF)、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。
The
CPU121は、記憶部141及び方向決定部142を含む。記憶部141は、過去の撮影データをもとに作成された被写体位置の存在確率を記憶し、方向決定部142へ伝達する。方向決定部142は、記憶部141から取得した被写体の存在確率とフォーカスレンズ位置に基づいてフォーカス移動方向を設定し、フォーカス駆動回路125へ伝達する。
The
撮像素子駆動回路122は、撮像素子107の撮像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CPU121に送信する。画像処理回路123は、撮像素子107が取得した画像のγ変換、カラー補間、JPEG圧縮等の処理を行う。
The image
コントラスト信号処理回路124は、撮像素子107からの撮像信号に対してγ処理や各種フィルタ処理を行うことで高周波成分を抽出することによって、コントラスト評価値を生成する。
The contrast
フォーカス駆動回路125は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ114を駆動制御し、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞り駆動回路127は、絞りアクチュエータ112を駆動制御して絞り102の開口を制御する。ズーム駆動回路128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。
The focus drive circuit 125 controls the
LCD等の表示部131は、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、焦点検出時の焦点検出領域の指標や合焦状態表示画像等を表示する。操作部132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。着脱可能なフラッシュメモリ133は、撮影済み画像を記録する。
A
次に、本実施形態における撮像素子107の構成について、図2を参照して説明する。図2は、撮像素子107の概略構成を示すブロック図である。なお、図2では、読み出し動作が説明できる最低限の構成を示しており、画素リセット信号などは省略している。
Next, the configuration of the
図2に示すように、m×n個の画素201が2次元上に配置されており、各画素201は、フォトダイオード、画素アンプ、リセット用スイッチなどで構成されている。垂直走査回路208は、順次信号V00からVn-1を出力することにより、行単位で画素201の選択スイッチ202をオンにすることができる。そして、オンとなったスイッチ202を介して画素201の出力が垂直出力線210に現れる。
As shown in FIG. 2, m × n
信号PVSTは垂直走査回路208のデータ入力、PV1、PV2は、シフトクロック入力であり、PV1=Hレベルでデータがセットされ、PV2=Hレベルでデータがラッチされる構成となっている。PV1、PV2にシフトクロックを入力することにより、PVSTを順次シフトさせて、信号V0からVn-1を順次Hにすることができる。また、信号SKIPは、間引き読み出し時に用いられ、信号SKIPをHに設定することにより、信号Vnを所定間隔でスキップさせることが可能になる。
The signal PVST is a data input of the
ラインメモリ203は、垂直走査回路208により選択された一行分の画素201の出力を一時的に記憶するものであり、通常は、コンデンサが使用される。スイッチ204は水平出力線211に接続され、水平出力線211を所定の電位VHRSTにリセットするもので、信号HRSTにより制御される。スイッチ205は、ラインメモリ203に記憶された画素201の出力を水平出力線211に順次出力するためのものであり、水平走査回路206により信号H0からHm-1によりオン/オフ制御される。
The
水平走査回路206は、信号H0からHm-1を順次Hにすることにより、ラインメモリ203に記憶された画素201の出力を順次、水平出力線211に出力させる。信号PHSTは水平走査回路206のデータ入力、PH1、PH2は、シフトクロック入力であり、PH1=Hでデータがセットされ、PH2でデータがラッチされる構成となっている。PH1、PH2にシフトクロックを入力することにより、PHSTを順次シフトさせて、信号H0からHm-1を順次Hにすることができる。信号SKIPは、間引き読み出し時に用いられ、信号SKIPをHレベルに設定することにより、信号Hmを所定間隔でスキップさせることが可能になる。
The
次にコントラスト検出方式について説明する。コントラスト信号処理回路124は焦点検出領域の画像信号に対してフィルタを適用して高周波成分を抽出し、コントラスト評価値を生成する。第1の実施形態のコントラスト信号処理回路124は複数の周波数特性を有するフィルタもしくは周波数特性を変更可能なフィルタを有している。コントラスト検出方式では、撮像信号にフィルタ処理を施し、コントラスト情報を生成するため、撮像信号を大量に記憶する必要がなく、演算負荷も軽い。そのため、焦点検出範囲に依存せず、複数の焦点検出領域を同時に信号処理することが可能である。
Next, the contrast detection method will be described. The contrast
コントラスト信号処理回路124で生成されたコントラスト評価値は撮像素子107からの出力信号に基づいて生成される画像の鮮鋭度(コントラストの大きさ)を表す値である。鮮鋭度は、ピントが合った画像では高く、ぼけた画像では低いので、撮像光学系の焦点状態を表す値として利用できる。ただし、位相差検出方式とは違ってデフォーカス量を求めることができないため、コントラスト評価値がピーク値となるフォーカスレンズ位置を探索する必要がある。
The contrast evaluation value generated by the contrast
コントラスト検出方式による合焦動作では、フォーカスレンズをある方向に駆動しながら、撮像素子107から画像信号を取得し(スキャン)、取得した画像信号からコントラスト評価値を求め、コントラスト評価値が増加する方向を探索する。そして、その方向へフォーカスレンズを移動させることでコントラスト評価値のピークを取得し、かつ、その後減少に転じるまでコントラスト評価値を取得する。合焦判定はコントラスト評価値の値が大きい上位3点または4点を用い、それらと対応した各々のフォーカスレンズ位置から補間計算を行うことで合焦位置を算出し、算出した合焦位置へフォーカスレンズを移動させる。
In the focusing operation using the contrast detection method, an image signal is acquired (scanned) from the
第1の実施形態では、焦点検出を開始する際に、合焦位置を探索する場合の探索方向を被写体の存在確率とフォーカスレンズの移動量によって決めることで、被写体が存在する方向へフォーカスレンズを移動させる確率を向上させる。 In the first embodiment, when the focus detection is started, the search direction when searching for the in-focus position is determined by the existence probability of the subject and the movement amount of the focus lens, so that the focus lens is moved in the direction in which the subject exists. Improve the probability of moving.
図3は、ある任意のレンズでの被写体位置と被写体の存在確率、及び、フォーカスレンズの移動量の関係を示す図である。横軸に各距離での被写体位置、縦軸に被写体の存在確率と、無限遠からのフォーカスレンズ移動量を示す。実線が被写体存在確率を示し、点線がフォーカスレンズ移動量を示す。被写体の位置と被写体存在確率の関係はフォトスペースと呼ばれるデータベースに基づいている。フォトスペースによれば、焦点距離、明るさ等により被写体の位置の分布が異なる。第1の実施形態ではその中の一例のみを取り扱う。この任意のレンズでは、前述の関係に基づくと、被写体は1m〜6mの範囲に存在する確率が高い。被写体位置とフォーカスレンズの移動量の関係はレンズの光学設計データから求まる。フォーカスレンズの移動量は至近側になるに従い急激に増加する傾向を示す。 FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the subject position, the subject existence probability, and the movement amount of the focus lens with an arbitrary lens. The horizontal axis indicates the subject position at each distance, and the vertical axis indicates the subject existence probability and the focus lens movement amount from infinity. The solid line indicates the subject existence probability, and the dotted line indicates the focus lens movement amount. The relationship between the position of the subject and the subject existence probability is based on a database called a photo space. According to the photo space, the distribution of the position of the subject varies depending on the focal length, brightness, and the like. In the first embodiment, only one example is handled. In this arbitrary lens, based on the above-described relationship, there is a high probability that the subject exists in the range of 1 m to 6 m. The relationship between the subject position and the amount of movement of the focus lens is obtained from the optical design data of the lens. The amount of movement of the focus lens tends to increase rapidly as it comes closer.
図4(a)は図3の被写体位置とフォーカスレンズの移動量の関係をもとに、AF前のフォーカスレンズの現在位置を合焦点までの距離合焦距離に換算したものをAF開始位置として横軸に示している。また、AF開始位置に対して無限遠方向と至近方向に被写体が存在する確率を棒グラフで示している。白色の棒グラフがAF開始位置に対して無限遠方向に被写体が存在する確率を示し、黒色の棒グラフがAF開始位置に対して至近方向に被写体が存在する確率を示す。図4(a)に示す例ではAF開始位置が4m〜5mをほぼ中心として、それよりAF開始位置が無限遠側の場合には至近方向に被写体が存在する確率が高く、至近側の場合には無限遠方向に被写体が存在する確率が高い。AF開始位置が4m〜5mより大きい場合には、至近方向へフォーカスレンズを移動し、AF開始位置が4m〜5mより小さい場合には、無限遠方向へフォーカスレンズを移動することで、被写体が存在する方向へ探索できる確率が高い。 FIG. 4A shows an AF start position obtained by converting the current position of the focus lens before AF into the distance focus distance to the focal point based on the relationship between the subject position and the movement amount of the focus lens in FIG. It is shown on the horizontal axis. In addition, the bar graph indicates the probability that the subject exists in the infinity direction and the close direction with respect to the AF start position. The white bar graph indicates the probability that the subject exists in the infinity direction with respect to the AF start position, and the black bar graph indicates the probability that the subject exists in the closest direction to the AF start position. In the example shown in FIG. 4A, when the AF start position is about 4m to 5m, and the AF start position is on the infinity side, there is a high probability that the subject exists in the close direction. Has a high probability of an object in the direction of infinity. When the AF start position is larger than 4 m to 5 m, the focus lens is moved in the closest direction, and when the AF start position is smaller than 4 m to 5 m, the subject is present by moving the focus lens in the infinity direction. The probability of being able to search in the direction to go is high.
ただし、AF開始位置が4m〜5m近傍の場合には、無限遠方向と至近方向の被写体の存在確率が共に40%以上(予め決められた確率以上)のため、探索する方向を間違える可能性が高く、また、AF開始位置と被写体位置が近いと推定される。そこで、第1の実施形態では、そのようなAF開始位置から所定フォーカスレンズ移動範囲を無限遠方向と至近方向にそれぞれ設定し、その範囲内で被写体の存在確率を計算し直す。 However, when the AF start position is in the vicinity of 4 m to 5 m, the existence probability of the subject in the infinity direction and the close direction is both 40% or more (predetermined probability or more), so there is a possibility that the search direction is wrong. In addition, it is estimated that the AF start position is close to the subject position. Therefore, in the first embodiment, the predetermined focus lens moving range is set in the infinity direction and the close direction from such an AF start position, and the existence probability of the subject is recalculated within the range.
上記方法でAF開始位置と被写体の存在確率を求めた結果を図4(b)に示す。図4(b)は被写体の存在確率が無限遠方向と至近方向でほぼ同等であるAF開始位置が4m〜5mの場合に所定フォーカスレンズ移動範囲内で被写体の存在確率を求めた結果である。そのため、AF開始位置からフォーカスレンズの移動量が大きい領域は被写体の存在確率を計算する領域として含めていない。所定のフォーカスレンズ移動範囲に限定するのは、被写体の存在確率が無限遠方向と至近方向で差がない場合に、AF開始位置が合焦近傍である可能性が高いと判断しているためである。 FIG. 4B shows the result of obtaining the AF start position and the subject existence probability by the above method. FIG. 4B shows the result of obtaining the existence probability of the subject within the predetermined focus lens movement range when the AF start position where the existence probability of the subject is substantially equal in the infinity direction and the close direction is 4 m to 5 m. For this reason, an area where the moving amount of the focus lens is large from the AF start position is not included as an area for calculating the existence probability of the subject. The reason for limiting to the predetermined focus lens movement range is that it is determined that there is a high possibility that the AF start position is near the in-focus when the object existence probability is not different between the infinity direction and the close direction. is there.
図4では一例を示したが、被写体の存在確率の分布や、フォーカスレンズの移動量はレンズの焦点距離、光学系等により異なる。そのため、レンズの焦点距離や撮影時の輝度に応じた被写体の存在確率をデータベースとして複数保持しても良い。また、撮影者が撮影する被写体距離の傾向を把握するため、AF開始位置と合焦位置を距離換算したデータを履歴として保存し、被写体の存在確率を記憶する記憶部141のデータを更新しても良い。
Although an example is shown in FIG. 4, the distribution of the existence probability of the subject and the moving amount of the focus lens differ depending on the focal length of the lens, the optical system, and the like. Therefore, a plurality of object existence probabilities corresponding to the focal length of the lens and the luminance at the time of shooting may be held as a database. Further, in order to grasp the tendency of the subject distance taken by the photographer, data obtained by converting the AF start position and the in-focus position into a distance is saved as a history, and the data in the
以上により、AF開始位置に応じて被写体の存在確率を求め、探索方向を決定することができるので、被写体が存在する方向へ探索を開始する確率を向上させることができる。 As described above, the existence probability of the subject can be obtained according to the AF start position and the search direction can be determined, so that the probability of starting the search in the direction in which the subject exists can be improved.
次に、第1の実施形態における焦点調節処理手順について、図5のフローチャートを参照して説明する。まず、S101において、撮影者が操作部132に含まれるレリーズスイッチを半押し(SW1 ON)したかどうかを判定する。SW1をONした場合にはS102へ、OFFの場合にはS101の判定を繰り返す。S102では現在のフォーカスレンズ位置情報を取得し、S103へ進む。S103ではフォーカス移動方向判定処理を行い、S104へ進む。なお、S103における処理の詳細は後述する。
Next, the focus adjustment processing procedure in the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in S101, it is determined whether or not the photographer has pressed the release switch included in the
S104ではS103で設定した探索方向へフォーカスレンズの移動を開始し、S105へ進む。S105ではコントラストAF方式のスキャン動作を行い、コントラスト評価値がピークとなる位置を取得して、S106へ進む。S106ではS105で探索した結果をもとに合焦位置算出の演算を行い、S107で合焦位置へフォーカスレンズを移動させて終了となる。 In S104, the focus lens starts to move in the search direction set in S103, and the process proceeds to S105. In S105, a contrast AF scanning operation is performed to acquire a position where the contrast evaluation value reaches a peak, and the process proceeds to S106. In S106, the calculation of the in-focus position is performed based on the search result in S105, and the focus lens is moved to the in-focus position in S107, and the process is terminated.
次に、S103で行われるフォーカス移動方向判定処理について、図6のフローチャートを参照して説明する。S201では、フォトスペースや、撮影履歴等の情報を用いて、図4(a)を参照して説明したようにして現在のフォーカスレンズ位置に対する無限遠方向と至近方向の被写体存在確率を計算し、S202へ進む。S202では無限遠方向と至近方向の被写体存在確率が共に所定値以上かどうかを判定する。所定値以上の場合にはS203へ進み、所定値以下の場合にはS204へ進む。S203では現在のフォーカスレンズ位置から所定範囲内のフォーカス移動量で無限遠方向と至近方向の被写体存在確率を計算し直し、S204へ進む。S204では被写体存在確率が高い方向は無限遠方向であるかどうかを判定し、無限遠方向の場合にはS205でフォーカス移動方向を無限遠方向に設定し、至近方向の場合にはS206でフォーカス移動方向を至近方向に設定し、図5の処理に戻る。 Next, the focus movement direction determination process performed in S103 will be described with reference to the flowchart of FIG. In S201, using the information such as the photo space and the shooting history, the object existence probabilities in the infinity direction and the close direction with respect to the current focus lens position are calculated as described with reference to FIG. The process proceeds to S202. In S202, it is determined whether the subject existence probabilities in the infinity direction and the close direction are both greater than or equal to a predetermined value. If it is equal to or larger than the predetermined value, the process proceeds to S203, and if it is equal to or smaller than the predetermined value, the process proceeds to S204. In S203, the object existence probabilities in the infinity direction and the closest direction are recalculated with the focus movement amount within a predetermined range from the current focus lens position, and the process proceeds to S204. In S204, it is determined whether or not the direction in which the subject existence probability is high is the infinity direction. If the direction is the infinity direction, the focus movement direction is set to the infinity direction in S205. The direction is set to the closest direction, and the process returns to the process of FIG.
上記の通り第1の実施形態によれば、被写体の存在確率とフォーカスレンズの位置に基づいて、コントラストAFでのフォーカスレンズの探索方向を決定することによって、被写体が存在する確率が高い方向へフォーカスレンズを移動させることができる。 As described above, according to the first embodiment, the focus lens search direction in the contrast AF is determined based on the existence probability of the subject and the position of the focus lens, thereby focusing in the direction in which the subject is likely to exist. The lens can be moved.
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図7は、第2の実施形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示す第1の実施形態で説明した撮像装置とは、位相差演算処理回路226を更に有する点、撮像素子227が位相差検出方式による焦点検出を可能にする焦点検出画素を有する点、及び方向決定部242による決定方法が異なる。その他の構成は図1に示す構成と同様であるため説明を省略し、以下、相違点について詳しく説明する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the imaging apparatus according to the second embodiment. The image pickup apparatus described in the first embodiment shown in FIG. 1 includes a phase difference
第2の実施形態における撮像素子227は、図2に示すように配列された画素のうち、一部の画素が焦点検出画素で構成されている。なお、焦点検出画素の構成については、図8及び図9を参照して後述する。
In the
位相差演算処理回路226は、撮像素子227の各焦点検出画素の光電変換領域から得られる信号を別々に取り込むことで、AF用A像信号とAF用B像信号を取得して、A像とB像の像ずれ量を相関演算で求め、デフォーカス量を算出する。
The phase difference
方向決定部242は、記憶部141から取得した被写体の存在確率とフォーカスレンズ位置と位相差演算処理回路226で演算したデフォーカス量をもとにフォーカス移動方向を設定し、フォーカス駆動回路125へ伝達する。
The
図8及び図9は、通常画素と焦点検出画素の構造を説明する図である。第2の実施形態においては、2行×2列の4画素のうち、対角2画素にG(緑色)の分光感度を有する画素を配置し、他の2画素にR(赤色)とB(青色)の分光感度を有する画素を各1個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、このベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出画素が所定の規則で分散配置される。 8 and 9 are diagrams illustrating the structure of the normal pixel and the focus detection pixel. In the second embodiment, out of 4 pixels of 2 rows × 2 columns, pixels having G (green) spectral sensitivity are arranged in the diagonal 2 pixels, and R (red) and B ( A Bayer arrangement in which one pixel each having a spectral sensitivity of (blue) is arranged is employed. In addition, focus detection pixels having a structure to be described later are distributed and arranged in a predetermined rule between the Bayer arrays.
図8(a)は2行×2列の通常画素の平面図である。この2行×2列の構造が繰り返し配置される。 FIG. 8A is a plan view of normal pixels of 2 rows × 2 columns. This 2-row × 2-column structure is repeatedly arranged.
図8(b)は、図8(a)の断面A−Aを示す断面図である。MLは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、CFRはR(赤色)のカラーフィルタ、CFGはG(緑色)のカラーフィルタである。PD(Photo Diode)は撮像素子227の光電変換素子を模式的に示したものである。CL(Contact Layer)は、撮像素子227内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。TL(Taking Lens)は撮像光学系を模式的に示したものである。
FIG.8 (b) is sectional drawing which shows the cross section AA of Fig.8 (a). ML denotes an on-chip microlens arranged in front of each pixel, CF R is a color filter, CF G of R (red), a G (green) color filter. PD (Photo Diode) schematically shows a photoelectric conversion element of the
通常画素のオンチップマイクロレンズMLと光電変換素子PDは、撮像光学系TLを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮像光学系TLの射出瞳EP(Exit Pupil)と光電変換素子PDは、マイクロレンズMLにより共役関係にあり、かつ光電変換素子PDの有効面積は大面積であるように設計される。なお、図8(b)ではR画素の入射光束について説明したが、G画素及びB(青色)画素も同一の構造となっている。このように、撮像用のRGB各画素に対応した射出瞳EPは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込むことで画像信号のS/Nを向上させている。 The on-chip microlens ML of the normal pixel and the photoelectric conversion element PD are configured to capture the light beam that has passed through the imaging optical system TL as effectively as possible. In other words, the exit pupil EP (Exit Pupil) of the imaging optical system TL and the photoelectric conversion element PD are designed to have a conjugate relationship by the microlens ML, and the effective area of the photoelectric conversion element PD is designed to be a large area. In FIG. 8B, the incident light beam of the R pixel has been described, but the G pixel and the B (blue) pixel have the same structure. Thus, the exit pupil EP corresponding to each RGB pixel for imaging has a large diameter, and the S / N of the image signal is improved by efficiently capturing the light flux from the subject.
図9は、撮像光学系TLの水平方向(横方向)に瞳分割を行うための焦点検出画素の平面図と断面図を示す。ここで水平方向(横方向)とは、撮像光学系TLの光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。図9(a)は、焦点検出画素を含む2行×2列の画素の平面図である。記録または観賞のための画像信号を得る場合、G画素で輝度情報の主成分を取得する。これは、人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるためで、G画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でR画素又はB画素は、色情報(色差情報)を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで、第2の実施形態においては、2行×2列の画素のうち、G画素は通常画素として残し、R画素とB画素をある割合で焦点検出画素に置き換える。この焦点検出画素対を図9(a)においてSHA及びSHBと示す。 FIG. 9 shows a plan view and a cross-sectional view of a focus detection pixel for performing pupil division in the horizontal direction (lateral direction) of the imaging optical system TL. Here, the horizontal direction (lateral direction) refers to a direction along a straight line that is orthogonal to the optical axis and extends in the horizontal direction when the camera is held so that the optical axis of the imaging optical system TL is horizontal. FIG. 9A is a plan view of pixels of 2 rows × 2 columns including focus detection pixels. When obtaining an image signal for recording or viewing, the main component of luminance information is acquired by G pixels. This is because human image recognition characteristics are sensitive to luminance information, and if G pixels are lost, image quality degradation is easily recognized. On the other hand, the R pixel or the B pixel is a pixel that acquires color information (color difference information). However, since human visual characteristics are insensitive to color information, the pixel that acquires color information has some defects. However, image quality degradation is difficult to recognize. Therefore, in the second embodiment, among the pixels of 2 rows × 2 columns, the G pixel is left as a normal pixel, and the R pixel and the B pixel are replaced with focus detection pixels at a certain ratio. This focus detection pixel pair is denoted as S HA and S HB in FIG.
図9(b)は、図9(a)における断面A−Aを示す断面図である。マイクロレンズMLと、光電変換素子PDは図8(b)に示した通常画素と同一構造である。 FIG.9 (b) is sectional drawing which shows the cross section AA in Fig.9 (a). The microlens ML and the photoelectric conversion element PD have the same structure as that of the normal pixel shown in FIG.
第2の実施形態においては、焦点検出画素の信号は画像生成には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜CFW(白色)が配置される。また、撮像素子107で瞳分割を行うため、配線層CLの開口部はマイクロレンズMLの中心線に対して水平方向に偏倚している。具体的には、画素SHAの開口部OPHAはマイクロレンズMLの中心線に対して右方向に41HAだけ偏心しているため、撮像光学系TLの左方向の射出瞳領域EPHAを通過した光束40HAを受光する。同様に、画素SHBの開口部OPHBはマイクロレンズMLの中心線に対して左方向に41HBだけ偏心しているため、撮像光学系TLの右方向の射出瞳領域EPHBを通過した光束40HBを受光する。
In the second embodiment, since the signal of the focus detection pixel is not used for image generation, a transparent film CF W (white) is disposed instead of the color separation color filter. Further, since pupil division is performed by the
以上のような構成を有する画素SHAを水平方向に規則的に配列し、これらの画素群から取得した被写体像をA像とする。また、画素SHBも水平方向に規則的に配列し、これらの画素群から取得した被写体像をB像とする。そして、取得したA像とB像の相対位置を検出することで、水平方向に輝度分布を有する被写体像の像ずれ量を検出できる。 The pixels SHA having the above-described configuration are regularly arranged in the horizontal direction, and a subject image acquired from these pixel groups is defined as an A image. The pixels SHB are also regularly arranged in the horizontal direction, and the subject image acquired from these pixel groups is defined as a B image. Then, by detecting the relative positions of the acquired A and B images, it is possible to detect the image shift amount of the subject image having a luminance distribution in the horizontal direction.
続いて、像ずれ量からデフォーカス量を算出するための変換係数を得る方法について説明する。変換係数は、撮像光学系の口径情報および焦点検出画素の感度分布に基づいて算出される。撮像素子227には、撮像光学系TLのレンズ保持枠や絞り102などのいくつかの構成部材によって制限された光束が入射する。図10は、撮像光学系のケラレにより、焦点検出用の光束が制限されている様子を示す図である。図10は、イメージセンサの中央近傍の画素に対して、射出瞳面501の位置にある撮像光学系の絞り102によって光束が制限されている様子を示している。
Next, a method for obtaining a conversion coefficient for calculating the defocus amount from the image shift amount will be described. The conversion coefficient is calculated based on the aperture information of the imaging optical system and the sensitivity distribution of the focus detection pixels. The
図10(a)において、予定結像面位置における撮像素子227を実線で、後ピン位置にある撮像素子227を破線で表している。予定結像面位置における撮像素子227における光軸505の位置を506で示している。絞り102によって制限されている場合(絞り102が絞られている場合)に位置506に集光される光は、光束507、508で表されている。また、絞り102により制限されていない場合(絞り102が開放の場合)に位置506に集光される光は、光束509、510で表されている。511、512はそれぞれ、光束507、508に対応する焦点検出用光束である。515、516はそれぞれ、焦点検出用光束511、512の重心位置である。同様に、513、514はそれぞれ、光束509、510に対応する焦点検出用光束である。517、518はそれぞれ、焦点検出用光束513、514の重心位置である。530はイメージセンサに最も近い側にあるレンズ保持枠、531は被写体に最も近い側にあるレンズ保持枠である。
In FIG. 10A, the
図10(b)は、撮像素子227の中央部分に配置された焦点検出画素の射出瞳面501でのケラレによる重心位置の変化を説明する図である。図10(b)において、瞳領域523は撮像素子227の中央部分の画素に対する、開口が制限された場合の瞳領域、瞳領域524は制限されていない場合の瞳領域を示している。入射角特性525、526はそれぞれ、焦点検出画素SHA、SHBの入射角特性を示す。焦点検出画素SHA、SHBには、瞳領域523、524の内側を透過した光束が入射角特性525、526で示される感度分布で入射する。このため、瞳領域523、524の内側を透過した焦点検出用光束の分布重心をそれぞれ求めることで、焦点検出用光束が制限されている場合(絞りが絞られている状態)と、制限されていない場合(絞り開放状態)の重心間隔を算出することができる。そしてこれらの重心間隔から、それぞれの基線長を求めることができる。焦点検出画素の感度分布情報および撮像光学系の口径情報を測定及び計算から求めて予め記憶しておくことで、像ずれ量からデフォーカス量を算出するための変換係数を求めることができる。
FIG. 10B is a diagram for explaining the change in the position of the center of gravity due to vignetting on the
図10(a)において、デフォーカス量519をDEF、撮像素子227から射出瞳面501までの距離520をLとする。また、焦点検出用の光束が制限されている場合と制限されていない場合の基線長(重心間隔)をそれぞれG1(重心位置515、516間の距離)、G2(重心位置517、518間の距離)とする。また、像ずれ量521、522をそれぞれPRED1、PRED2、像ずれ量521、522のそれぞれをデフォーカス量DEFに変換する変換係数をK1、K2とする。このとき、以下の式(1)によりデフォーカス量DEFを求めることができる。
DEF=K1×PRED1=K2×PRED2 …(1)
In FIG. 10A, the
DEF = K1 × PRED1 = K2 × PRED2 (1)
また、像ずれ量521、522をデフォーカス量DEFに変換する変換係数K1、K2は、それぞれ以下の式(2)、(3)により求められる。
K1=L/G1 … (2)
K2=L/G2 … (3)
ここで、K1<K2である。このため、絞りが開放されている場合と絞りが絞られている場合とを比較すると、像ずれ量を算出する際に像ずれ量に同等の誤差が発生すると、絞りが絞られている場合のほうがデフォーカス量として、K2/K1倍の誤差が発生する。
図10(c)及び(d)は、図10(b)における断面A−Aの感度分布を示す図である。図10(c)は絞りを開放した場合、図10(d)は絞りが絞られている場合のA像画素の感度分布530、B像画素の感度分布531、及び、通常画素の感度分布532を示している。図10(c)及び(d)の両図において、横軸は光入射角度、縦軸は感度分布をそれぞれ示す。両図を比較すると、絞り開放状態のほうが基線長が長く、また感度を持つ入射角度幅が広くなる。基線長と、デフォーカスに対するA像、B像の像ずれ量とは比例関係にあるため、基線長が長くなるとデフォーカスに対する像ずれ量の敏感度が高くなる。感度を持つ入射角度幅が大きくなると、デフォーカスに対するA像、B像のボケ量、像ケラレが大きくなる。一般的に、焦点検出画素による像信号としては、デフォーカスに対して、像ずれ量の敏感度が高く、ボケ量及び像ケラレが小さい像信号が望まれる。
Also, conversion coefficients K1 and K2 for converting the image shift amounts 521 and 522 into the defocus amount DEF are obtained by the following equations (2) and (3), respectively.
K1 = L / G1 (2)
K2 = L / G2 (3)
Here, K1 <K2. For this reason, comparing the case where the aperture is opened and the case where the aperture is stopped, if an error equivalent to the image shift amount occurs when calculating the image shift amount, However, an error of K2 / K1 times occurs as the defocus amount.
FIGS. 10C and 10D are diagrams showing the sensitivity distribution of the cross section AA in FIG. FIG. 10C shows the
次に、第2の実施形態における焦点調節処理手順について、図11のフローチャートを参照して説明する。まず、S301において、撮影者が操作部132に含まれるレリーズスイッチを半押し(SW1 ON)したかどうかを判定する。SW1をONした場合にはS302へ、OFFの場合にはS301の判定を繰り返す。S302では焦点検出画素から出力された信号を用いて位相差演算処理回路226により上述した位相差方式の焦点検出を行い、S303へ進む。S303では、S302における焦点検出により合焦位置を検出できたか否かを判定する。合焦位置を検出できた場合にはS309へ、合焦位置を検出できなかった場合にはS304へ進む。S304では現在のフォーカスレンズ位置情報を取得し、S305へ進む。S305ではフォーカス移動方向判定処理を行い、S306へ進む。なお、S305における処理の詳細は後述する。
Next, the focus adjustment processing procedure in the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in S301, it is determined whether or not the photographer has pressed the release switch included in the
S306ではS305で設定した探索方向へフォーカスレンズの移動を開始し、S307へ進む。S307ではコントラストAF方式のスキャン動作を行い、コントラスト評価値がピークとなる位置を取得して、S308へ進む。S308ではS307で探索した結果をもとに合焦位置算出の演算を行い、S309で、S302またはS308で得られた合焦位置へフォーカスレンズを移動させて終了となる。 In S306, the focus lens starts to move in the search direction set in S305, and the process proceeds to S307. In step S307, a contrast AF scan operation is performed to acquire a position where the contrast evaluation value reaches a peak, and the process proceeds to step S308. In S308, the calculation of the in-focus position is performed based on the result searched in S307, and in S309, the focus lens is moved to the in-focus position obtained in S302 or S308, and the process ends.
次に、S305で行われるフォーカス移動方向判定処理について、図12のフローチャートを参照して説明する。S401では、S302における焦点検出結果から方向検出可能であるかどうかを判定し、可能である場合にはS402へ進み、可能でない場合にはS403へ進む。 Next, the focus movement direction determination process performed in S305 will be described with reference to the flowchart of FIG. In S401, it is determined whether the direction can be detected from the focus detection result in S302. If it is possible, the process proceeds to S402, and if not, the process proceeds to S403.
S402では方向検出結果による所定の方向に設定し、S407へ進み完了となる。S403では、フォトスペースや、撮影履歴等の情報を用いて、焦点検出可能範囲外となる範囲のみで、現在のフォーカスレンズ位置に対する無限遠方向と至近方向の被写体存在確率を計算し、S404へ進む。なお、位相差検出方式により高い精度で合焦位置が検出可能な範囲は、現在のフォーカスレンズ位置から所定の範囲内であることが多い。そのため、図11のS302で合焦位置が検出できなかった場合、現在のフォーカスレンズ位置から合焦位置が離れている可能性が高いと考えられる。そのため、現在のフォーカスレンズ位置から、フォーカスレンズの移動量が所定量以上の領域を焦点検出可能範囲外として、被写体存在確率を計算する。S404では被写体存在確率が高い方向は無限遠方向であるかどうかを判定し、無限遠方向の場合にはS405でフォーカス移動方向を無限遠方向に設定し、至近方向の場合にはS406でフォーカス移動方向を至近方向に設定し、図11の処理に戻る。 In S402, a predetermined direction is set based on the direction detection result, and the process proceeds to S407 and is completed. In S403, using the information such as the photo space and the shooting history, the object existence probabilities in the infinity direction and the close direction with respect to the current focus lens position are calculated only in the range outside the focus detection range, and the process proceeds to S404. . The range in which the focus position can be detected with high accuracy by the phase difference detection method is often within a predetermined range from the current focus lens position. Therefore, if the focus position cannot be detected in S302 of FIG. 11, it is highly likely that the focus position is far from the current focus lens position. Therefore, from the current focus lens position, the subject existence probability is calculated by setting a region where the movement amount of the focus lens is equal to or greater than a predetermined amount outside the focus detection possible range. In S404, it is determined whether or not the direction in which the subject existence probability is high is the infinity direction. If the direction is the infinity direction, the focus movement direction is set to the infinity direction in S405, and if the direction is the closest direction, the focus movement is performed in S406. The direction is set to the closest direction, and the process returns to the process of FIG.
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。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
なお、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適用してもよい。 Note that the present invention may be applied to a system composed of a plurality of devices or an apparatus composed of a single device.
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。 The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.
101:第1のレンズ群、102:絞り、103:第2レンズ群、105:第3レンズ群、106:光学的ローパスフィルタ、107、227:撮像素子、114:フォーカスアクチュエータ、124:コントラスト信号処理回路、127:フォーカス駆動回路、141:記憶部、142、242:方向決定部、226:位相差演算処理回路 101: First lens group, 102: Aperture, 103: Second lens group, 105: Third lens group, 106: Optical low-pass filter, 107, 227: Image sensor, 114: Focus actuator, 124: Contrast signal processing Circuit: 127: Focus drive circuit, 141: Storage unit, 142, 242: Direction determination unit, 226: Phase difference calculation processing circuit
Claims (12)
前記撮像光学系に含まれるフォーカスレンズを駆動する駆動手段と、
前記フォーカスレンズの位置を変えながら、前記撮像手段から出力された画像信号のコントラストに基づいて、焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記フォーカスレンズの移動方向を決定する決定手段と、
撮像装置からの距離ごとに被写体が存在する確率と、前記距離とフォーカスレンズ位置の関係とを有する情報を記憶する記憶手段とを有し、
前記決定手段は、前記焦点検出手段により焦点検出を開始する際の前記フォーカスレンズの移動方向を、前記フォーカスレンズの位置と、前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて、前記被写体が存在する確率が高い方向に決定することを特徴とする撮像装置。 Imaging means for photoelectrically converting a subject image formed by the imaging optical system and outputting an image signal;
Driving means for driving a focus lens included in the imaging optical system;
A focus detection unit that performs focus detection based on the contrast of the image signal output from the imaging unit while changing the position of the focus lens;
Determining means for determining a moving direction of the focus lens;
Storage means for storing information including the probability that a subject exists for each distance from the imaging device and the relationship between the distance and the focus lens position;
The determination means includes the subject in the direction of movement of the focus lens when the focus detection means starts focus detection based on the position of the focus lens and information stored in the storage means. An imaging apparatus characterized by determining in a direction with a high probability.
前記焦点検出画素から出力される画像信号の位相差に基づいて、合焦位置を検出する検出手段と、
前記検出手段により合焦位置を検出できた場合に、前記焦点検出手段による焦点検出を行わないことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging means includes a plurality of focus detection pixels that respectively receive light beams that have passed through different exit pupil regions of the imaging optical system,
Detection means for detecting a focus position based on the phase difference of the image signal output from the focus detection pixel;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein focus detection by the focus detection unit is not performed when a focus position can be detected by the detection unit.
焦点検出手段が、前記フォーカスレンズの位置を変えながら、前記撮像手段から出力された画像信号のコントラストに基づいて、焦点検出を行う焦点検出工程と、
取得手段が、記憶手段に記憶された、撮像装置からの距離ごとに被写体が存在する確率と、前記距離とフォーカスレンズ位置の関係とを有する情報を取得する取得工程と、
決定手段が、前記焦点検出工程で焦点検出を開始する際の前記フォーカスレンズの移動方向を、前記フォーカスレンズの位置と、前記取得工程で取得した情報とに基づいて、前記被写体が存在する確率が高い方向に決定する決定工程と
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 An imaging apparatus control method comprising: an imaging unit that photoelectrically converts an object image formed by an imaging optical system and outputs an image signal; and a driving unit that drives a focus lens included in the imaging optical system. ,
A focus detection step in which focus detection means performs focus detection based on the contrast of the image signal output from the imaging means while changing the position of the focus lens;
An acquisition step in which an acquisition unit acquires information having a probability that a subject exists for each distance from the imaging device and a relationship between the distance and the focus lens position, which is stored in the storage unit;
The determination means determines the moving direction of the focus lens when starting focus detection in the focus detection step based on the position of the focus lens and the information acquired in the acquisition step. And a determining step for determining in a higher direction.
検出手段が、前記焦点検出画素から出力される画像信号の位相差に基づいて、合焦位置を検出する検出工程と、
制御手段が、前記検出工程で合焦位置を検出できた場合に、前記焦点検出工程を行わないように制御する工程と
を更に有することを特徴とする請求項9に記載の制御方法。 The imaging means includes a plurality of focus detection pixels that respectively receive light beams that have passed through different exit pupil regions of the imaging optical system,
A detecting step for detecting a focus position based on a phase difference of an image signal output from the focus detection pixel;
The control method according to claim 9, further comprising: a control unit that performs control so that the focus detection step is not performed when the in-focus position can be detected in the detection step.
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