JP2016138999A - 焦点調節装置及びそれを用いた撮像装置及び焦点調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 瞳分割機能を付与された光電変換部を有する撮像素子における焦点検出において、検出精度を向上させた焦点調節装置を提供する。
【解決手段】 撮影条件に応じて、焦点検出領域中の欠陥画素の検出閾値を設定し、焦点検出画素の信号読み出しと同時に、欠陥画素の検出および補正を行うことにより、焦点検出領域中に欠陥画素が含まれる場合の精度の低下を抑えた高精度な焦点調節装置とした。
【選択図】 図９

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用いられて好適な焦点調節装置に関する。

カメラ等の撮像装置に搭載されるオートフォーカス（ＡＦ）方式の一つとして、位相差検出方式（以下、位相差ＡＦと記す）がある。位相差ＡＦでは、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を二分割し、二分割した光束を一組の焦点検出用センサによりそれぞれ受光する。

そして、一組の焦点検出用センサから出力される信号のずれ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置ずれ量（以下、像ずれ量と記す）を検出することで撮影レンズのピント方向のずれ量（以下、デフォーカス量と記す）を求め、フォーカスレンズを制御する。

特許文献１には、撮像素子に位相差検出機能を付与することで、専用の焦点検出用センサを不要とするとともに、高速に位相差ＡＦを実現する構成が開示されている。特許文献１の構成では、撮像素子の画素の光電変換部を二分割して瞳分割機能を付与し、二分割された光電変換部の出力を個別に処理することで焦点検出を行うとともに、二分割された光電変換部の合算出力を画像信号として用いている。

また、特許文献２および特許文献３には、瞳分割機能を付与された光電変換部による焦点検出において、欠陥画素による焦点検出への影響を低減させる構成が開示されている。

特許文献２の構成では、撮像素子の欠陥画素の位置を記憶し、欠陥画素からの出力信号は焦点検出に用いないようにすることで、焦点検出結果へ影響を受けないようにしている。

また、特許文献３には、撮像素子の欠陥画素の位置を記憶し、欠陥画素を含む焦点検出画素領域から焦点検出を行う場合には、撮影条件に応じて、欠陥画素を用いて焦点検出を行うか否かの判定を有する構成が開示されている。

特開２００１−３０５４１５号公報 特開２０１３−１７１２５７号公報 特開２０１３−００３２８２号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、焦点検出領域に欠陥画素が含まれる場合、焦点検出は欠陥画素の出力信号も含めて演算を行ってしまうため、焦点検出の精度が低下する場合があるという課題がある。

特許文献２または特許文献３の構成では、工場での調整の段階で撮像素子中の欠陥画素を予め検出、記憶しておく。焦点検出時には、記憶した欠陥画素位置から、出力を焦点検出に用いるか否かを判定することで、焦点検出での欠陥画素による精度の低下を低減しているが、工場調整以後に撮像素子に発生する欠陥画素については考慮されていない。

そこで、本発明は、瞳分割機能を付与された光電変換部を有する撮像素子における焦点検出において、欠陥画素による焦点検出の精度の低下を抑えた高精度な焦点調節装置、撮像装置、撮像システム、および焦点検出方法を提供する。

本発明は、撮像光学系の異なる射出瞳領域を透過した一対の光束を各々が受光する複数の焦点検出画素を備えた撮像素子と、前記撮像素子から出力される焦点検出信号を用いて位相差方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する焦点調節装置であって、
前記複数の焦点検出画素のうち第１の焦点検出画素の第１の焦点検出信号の信号値と前記第１の焦点検出画素の周辺の焦点検出画素の第２の焦点検出信号の信号値との差分値が所定の閾値以上である場合に前記第１の焦点検出画素を欠陥画素と判定する欠陥画素検出手段と、
前記焦点調節に用いられる焦点検出画素の画素数が所定値よりも大きい場合の前記閾値を、前記焦点調節に用いられる焦点検出画素の画素数が前記所定値以下の場合の前記閾値よりも大きく設定する閾値設定手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、焦点検出領域内に欠陥画素が含まれる場合の焦点検出の精度の低下を抑えることができ、高精度な焦点調節装置を提供することができる。

本実施例における焦点調節装置を適用した撮像装置の構成を示すブロック図である。 本実施例における撮像装置の撮像動作を示すフローチャートである。 本実施例における撮像素子を説明するための図である。 本実施例における撮影レンズの瞳分割を説明するための図である。 本実施例における焦点検出領域の画素の配列を模式的に示す図である。 本実施例における焦点検出領域を示す図である。 本実施例における像信号の一例を示す図である。 本実施例における撮像光学系を説明するための図である。 本実施例における欠陥画素検出および補正動作を示すフローチャートである。 本実施例における欠陥画素の検出閾値の設定動作を示すフローチャートである。 本実施例における焦点調節装置の焦点検出動作を示すフローチャートである。 本実施例に係わる焦点制御方法を示すフローチャートである。 Ｆ値が多いい状態での撮影レンズの瞳分割を説明するための図である。 Ｆ値に対する最大デフォーカス時の像ずれ量を表す図である。 実施例２における欠陥画素の検出閾値の設定動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、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。

＜実施例１＞
まず、図１を参照して、本実施例における撮像装置の構成について説明する。図１は、撮像装置１００の構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、被写体を撮影して、動画や静止画のデータをテープや固体メモリ、光ディスクや磁気ディスクなどの各種メディアに記録可能なビデオカメラやデジタルスチルカメラなどであるが、これらに限定されるものではない。

また、撮像装置１００内の各部は、バス１６０を介して接続され、メインＣＰＵ１５１（中央演算処理装置）により制御される。

撮像装置１００は、一つのマイクロレンズを共有する複数の焦点検出画素を備えた撮像素子を有し、当該撮像素子が出力する画像信号（焦点検出信号）を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点調節装置を搭載している。

なお本実施例の焦点調節装置は、撮像光学系（撮影レンズ）を介して得られた光学像を取得可能に構成された撮像装置（撮像装置本体）と、撮像装置本体に着脱可能な撮像光学系とから構成される撮像システムに適用される。

しかし、本実施例はこれに限定されるものではなく、撮像光学系が撮像装置本体と一体的に設けられた撮像装置にも適用可能である。

撮影レンズ１０１は、第１の固定レンズ群１０２、ズームレンズ１１１、絞り１０３、第２の固定レンズ群１２１、および、焦点調節手段としてのフォーカスレンズ１３１を備えたレンズユニットとして構成される。

絞り制御部１０５は、メインＣＰＵ１５１の指令に従い、絞りモータ１０４を介して絞り１０３を駆動することにより、絞り１０３の開口径を調整して撮影時の光量調節を行う。ズーム制御部１１３は、ズームモータ１１２を介してズームレンズ１１１を駆動することにより、焦点距離を変更する。また、フォーカス制御部１３３は、フォーカスモータ１３２を介してフォーカスレンズ１３１を駆動することにより、焦点調節状態（フォーカス状態）を制御する。

フォーカスレンズ１３１は、焦点調節用レンズであり、図１には単レンズとして簡略的に示されているが、通常複数のレンズで構成される。

上記光学部材で構成された撮影レンズ１０１により撮像素子１４１上に結像される被写体像は、複数の焦点検出画素を備えた撮像素子１４１により電気信号に変換される。

撮像素子１４１は、撮像光学系１０１の異なる射出瞳領域を透過した一対の光束を各々が受光する複数の焦点検出画素を備えている。

撮像素子１４１は、光電変換により被写体像（光学像）を電気信号に変換する光電変換素子である。撮像素子１４１は、横方向（水平方向）にｍ画素、縦方向（垂直方向）にｎ画素の受光素子のそれぞれが、後述のように二つの光電変換素子（受光領域）が配置されている構成を有している。

撮像素子１４１上に結像された被写体像を光電変換して得られた電子信号は、撮像信号の処理部１４２により画像信号（画像データ）として整えられる。

この撮像信号の処理部１４２は後述の欠陥画素の検出補正部を有し、撮像素子１４１から得られた電気信号から欠陥画素を検出、補正した上で画像データを生成する機能を有する。

位相差ＡＦの処理部１３５は、二つの光電変換素子（第１の光電変換素子、第２の光電変換素子）から個別に（それぞれ独立して）出力された画像信号（信号値）を撮像信号の処理部１４２より取得する。そして、被写体からの光を分割して得られた像の分割方向における像ずれ量を検出（算出）する。

１つの焦点検出画素が二つの光電変換素子（第１の光電変換素子、第２の光電変換素子）で構成されている例を説明する。

また、位相差ＡＦの処理部１３５は、検出した像ずれ量に基づいて撮影レンズ１０１のピント方向のずれ量（デフォーカス量）を算出する。デフォーカス量は、像ずれ量に係数（換算係数）を掛けることにより算出される。

なお、像ずれ量算出、デフォーカス量算出の各動作は、メインＣＰＵ１５１の指令に基づいて行われる。また、これらの動作の少なくとも一部をメインＣＰＵ１５１またはフォーカス制御部１３３で実行するように構成してもよい。

位相差ＡＦの処理部１３５は、算出されたずれ量（デフォーカス量）をフォーカス制御部１３３へ出力する。フォーカス制御部１３３は、撮影レンズ１０１のピント方向のずれ量に基づいてフォーカスモータ１３２を駆動する駆動量を決定する。フォーカス制御部１３３およびフォーカスモータ１３２によるフォーカスレンズ１３１の移動制御により、ＡＦ制御が実現される。

撮像信号の処理部１４２から出力される画像データは、撮像制御部１４３に送られ、一時的にＲＡＭ１５４（ランダム・アクセス・メモリ）に蓄積される。ＲＡＭ１５４に蓄積された画像データは、画像圧縮伸張部１５３にて圧縮された後、記録媒体１５７に記録される。これと並行して、ＲＡＭ１５４に蓄積された画像データは、画像処理部１５２に送られる。

画像処理部１５２（画像処理手段）は、第１の光電変換素子および第２の光電変換素子の加算信号を用いて得られた画像信号を処理する。画像処理部１５２は、例えば、画像データに対して最適なサイズへの縮小・拡大処理を行う。

最適なサイズに処理された画像データは、モニタディスプレイ１５０に送られて画像表示される。これにより操作者は、リアルタイムで撮影画像を観察することができる。なお、画像の撮影直後にはモニタディスプレイ１５０が所定時間だけ撮影画像を表示することで、操作者は撮影画像を確認することができる。

操作部１５６（操作スイッチ）は、操作者が撮像装置１００への指示を行うために用い、操作部１５６から入力された操作指示信号は、バス１６０を介してメインＣＰＵ１５１に送られる。

撮像制御部１４３は、メインＣＰＵ１５１からの命令に基づき、撮像素子の制御を行う。これに先立ち、メインＣＰＵ１５１は、操作部１５６からの指示あるいは、一時的にＲＡＭ１５４に蓄積された画像データの画素信号の大きさに基づいて、撮像素子１４１の蓄積時間、撮像素子１４１から撮像信号の処理部１４２へ出力するゲインの値、レンズユニットの絞り値を決定する。

撮像制御部１４３は、メインＣＰＵから蓄積時間、ゲインの設定値の指示を受け取り、撮像素子１４１を制御する。

バッテリ１５９は、電源管理部１５８により適切に管理され、撮像装置１００の全体に安定した電源供給を行う。フラッシュメモリ１５５は、撮像装置１００の動作に必要な制御プログラムを記憶している。

操作者の操作により撮像装置１００が起動すると（電源ＯＦＦ状態から電源ＯＮ状態へ移行すると）、フラッシュメモリ１５５に格納された制御プログラムがＲＡＭ１５４の一部に読み込まれる（ロードされる）。メインＣＰＵ１５１は、ＲＡＭ１５４にロードされた制御プログラムに従って撮像装置１００の動作を制御する。

次に、図２を参照して、撮像装置１００の焦点制御（焦点調節）を含む撮影動作について説明する。図２は、撮像装置１００の撮影動作を示すフローチャートである。図２の各ステップは、メインＣＰＵ１５１の制御プログラムに従った指令に基づいて行われる。

まずステップＳ２０１において、撮像装置１００の電源がＯＮにされると、メインＣＰＵ１５１は演算（制御）を開始する。続いてステップＳ２０２において、撮像装置１００のフラグや制御変数などを初期化し、ステップＳ２０３において、フォーカスレンズ１３１などの光学部材（撮像光学部材）を初期位置に移動させる。

次に、ステップＳ２０４において、メインＣＰＵ１５１は操作者により電源ＯＦＦ操作が行われたか否か（電源ＯＦＦ操作の有無）を検出する。ステップＳ２０４にて電源ＯＦＦ操作が検出された場合、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５において、メインＣＰＵ１５１は、撮像装置１００の電源をＯＦＦにするため、撮像光学部材を初期位置へ移動し、各種フラグや制御変数のクリアなどの後処理を行う。そしてステップＳ２０６において、撮像装置１００の撮影動作（制御）を終了する。

一方、ステップＳ２０４にて電源ＯＦＦ操作が検出されない場合、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７において、メインＣＰＵ１５１は、焦点検出処理を行う。続いてステップＳ２０８において、フォーカス制御部１３３は、ステップＳ２０７にて決定された駆動方向、速度、および、位置に従ってフォーカスレンズ１３１を駆動し、フォーカスレンズ１３１を所望の位置に移動させる。

続いてステップＳ２０９において、撮像素子１４１は、本露光により被写体像を光電変換して撮像信号を生成する（撮像処理）。また撮像信号の処理部１４２は、光電変換により生成された撮像信号に所定の処理（画像処理）を施して画像信号を出力する。

そして、ステップＳ２１０において、メインＣＰＵ１５１は、操作者により記録ボタン（操作部１５６）の押下がなされたか否かを検出し、記録中であるか否かを判定する。記録中でない場合には、ステップＳ２０４へ戻る。

一方、記録中である場合には、ステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１において、撮像信号の処理部１４２から出力された画像信号（画像データ）は、画像圧縮伸張部１５３により圧縮処理され、画像記録媒体１５７に記録される。そしてステップＳ２０４へ戻り、上述の各ステップを繰り返す。

次に、本実施例における位相差検出方法について説明する。まず、図３を参照して、撮像素子１４１の構成について説明する。図３（ａ）は、瞳分割機能を有する撮像素子１４１の画素の構成図（断面図）である。

各画素の光電変換素子３０は、二つの光電変換素子３０−１（第１の光電変換素子）および光電変換素子３０−２（第２の光電変換素子）に分割されており、瞳分割機能を有する。マイクロレンズ３１（オンチップマイクロレンズ）は、光電変換素子３０に効率よく光を集める機能を有し、光電変換素子３０−１、３０−２の境界に光軸が合うように配置されている。

また、各画素には、平坦化膜３２、カラーフィルタ３３、配線３４、および、層間絶縁膜３５が設けられている。

図３（ｂ）は、撮像素子１４１が有する画素配列の一部を示す図（平面図）である。撮像素子１４１は、図３（ａ）に示す構成を有する一画素を複数配列することで形成される。また、撮像を行うため、各画素にはＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルタ３３が交互に配置され、四画素で一組の画素ブロック４０、４１、４２を配列することで、所謂ベイヤー配列が構成されている。

なお、図３（ｂ）において、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの下に示される「１」または「２」は、光電変換素子３０−１、３０−２のそれぞれに対応している。

図３（ｃ）は、撮像素子１４１の光学原理図であり、図３（ｂ）中のＡ−Ａ線で切断して得られた断面図の一部を示す。撮像素子１４１は、撮影レンズ１０１の予定結像面に配置されている。

マイクロレンズ３１の作用により、光電変換素子３０−１、３０−２はそれぞれ、撮影レンズ１０１の瞳（射出瞳）の異なる位置（領域）を通過した一対の光束を受光するように構成されている。光電変換素子３０−１は、主に、撮影レンズ１０１の瞳のうち図３（ｃ）中の右側位置を透過する光束を受光する。

一方、光電変換素子３０−２は、主に、撮影レンズ１０１の瞳の図３（ｃ）中の左側位置を透過する光束を受光する。

続いて、図４を参照して、撮影レンズ１０１の瞳について説明する。図４は、撮像素子１４１から見た場合の、撮影レンズ１０１の瞳５０を示す図である。５１−１は光電変換素子３０−１の感度領域（以下、「Ａ像瞳」という。）、５１−２は光電変換素子３０−２の感度領域（以下、「Ｂ像瞳」という。）である。５２−１、５２−２は、それぞれ、Ａ像瞳およびＢ像瞳の重心位置である。

本実施例の撮像処理を行う場合、同一画素において同一色のカラーフィルタが配置された二つの光電変換素子の出力を加算することにより、画像信号を生成することが可能である。

一方、本実施例の焦点検出処理を行う場合、各画素ブロック内における光電変換素子３０−１に対応する光電変換素子からの出力を積算することにより、一画素の焦点検出信号を取得する。そして、この信号を画素ブロック４０、４１、４２のように横方向（水平方向）に連続して取得することによりＡ像信号を生成することが可能である。

同様に、一画素ブロック内における光電変換素子３０−２に対応する光電変換素子からの出力を積算することにより、一画素の焦点検出信号を取得する。そして、この信号を横方向の画素ブロックについて連続して取得することによりＢ像信号を生成することが可能である。Ａ像信号およびＢ像信号により、一対の位相差検出用の信号が生成される。

なお、本実施例では図５に示すように、適度な範囲で図中縦方向にライン輝度加算したものを用いる。図５の例では、縦方向にベイヤー配列における２画素ブロック分を用いて、加算平均することにより、焦点検出に用いる画像信号を生成している。なお、輝度加算数Ｌ１は、任意に設定可能である。輝度加算数が多いほど、焦点検出領域が画角に対して、縦方向に大きくなる。

続いて、図６を参照して、本実施例の焦点検出方法にて用いられる焦点検出領域について説明する。図６は、焦点検出領域を示す図である。図６に示されるように、撮像画角６０に対して、適切な位置に、適切な大きさにて焦点検出領域６１が設けられる。

また、焦点検出領域６１内には、それぞれ焦点検出領域６１を図中縦方向に分割した焦点検出小エリア６２〜６６を有する。分割された焦点検出小エリア６２〜６６それぞれにおいて、位相差ＡＦの処理部１３５は、上述の一対の位相差検出用の信号を生成し、焦点検出を行う。

全ての小エリアの相関演算がなされることにより、分割数Ｌ２分の相関量波形を得る。この分割数Ｌ２分の相関量波形を加算（以下、相関量加算と記す）することにより、最終的な焦点検出領域６１における相関量波形を取得する。この焦点検出領域６１における相関量波形から相関量が最大になる像ずれ量Ｘを算出する。

なお、撮像画角６０上において、複数の焦点検出領域を設定することも可能である。本実施例では、撮像素子１４１を構成する全画素において二つの光電変換素子を設け、焦点検出領域から位相差検出用の信号を生成する方法について説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、焦点検出領域にのみ図３（ａ）に示される構造（分割画素構造）を有する撮像素子１４１を用いてもよい。

続いて、図７を参照して、Ａ像信号およびＢ像信号（以下、まとめて「像信号」という。）について説明する。図７は、像信号を説明するための図であり、縦軸は像信号のレベル、横軸は画素位置をそれぞれ示している。

生成した一対の位相差検出用の信号の像ずれ量Ｘは、撮影レンズ１０１の結像状態（合焦状態、前ピン状態、または、後ピン状態） に応じて変化する。撮影レンズ１０１が合焦状態の場合、二つの像信号の像ずれ量は無くなる。

一方、前ピン状態または後ピン状態の場合、異なる方向に像ずれ量が生じる。また像ずれ量は、撮影レンズ１０１により被写体像が結像している位置とマイクロレンズ上面との距離、いわゆるデフォーカス量と一定の関係を有する。

そこで、像ずれ量Ｘを算出するため、二つの像信号に対して相関演算が行われる。この相関演算では、画素をシフトさせながら二つの像信号の相関値が演算され、相関値が最大になる位置同士の差が像ずれ量として算出される。

相関演算はメインＣＰＵ１５１で行われる。この像ずれ量から撮影レンズのデフォーカス量を求め、撮影レンズが合焦状態になるようなレンズ駆動量を算出することで焦点調節を行う。

図８を参照して、相関演算により算出された像ずれ量からデフォーカス量への変換について説明する。図８は、撮影レンズ１０１および撮像素子１４１を含む光学系を示す図である。被写体７０に対する予定結像面の位置ｐ０の光軸ＯＡ上に焦点検出面の位置ｐ１がある。

像ずれ量とデフォーカス量との関係は、光学系に応じて決定される。デフォーカス量は、像ずれ量Ｘに所定の係数Ｋ（換算係数）を掛けることにより算出することができる。係数Ｋは、Ａ像瞳とＢ像瞳との重心位置に基づいて算出される。

焦点検出面の位置ｐ１が位置ｐ２に移動した場合、位置ｐ０、ｑ２、ｑ３の三角形と位置ｐ０、ｑ２’、ｑ３’との三角形の相似に従って、像ずれ量が変化する。このため、焦点検出面の位置ｐ２でのデフォーカス量を算出することが可能である。メインＣＰＵ１５１は、デフォーカス量に基づいて、被写体に対して合焦状態を得るためのフォーカスレンズ１３１の位置を算出する。

図６に示した焦点検出領域内に欠陥画素が含まれる場合、焦点検出の精度が低下する。そのため、本実施例においては、取得した像信号から、欠陥画素を検出し補正を行う。図９のフローチャートを参照して、本実施例における欠陥画素の検出補正動作について説明する。

欠陥画素の検出補正動作は、メインＣＰＵ１５１が制御プログラムを実行し、撮像信号の処理部１４２の欠陥画素の検出補正部が演算を行うことにより実施される。

ステップＳ９０１において、欠陥画素の検出補正動作が開始されると、ステップＳ９０２において、撮像信号の処理部１４２は、画素信号（焦点検出信号）を撮像素子１４１より取得しつつ、欠陥検出する対象の画素の前後の画素との平均値Ａを算出する。ステップＳ９０３において、後述の欠陥画素の検出閾値の設定を行う。

ステップＳ９０４において、欠陥検出する対象の画素とステップＳ９０２において算出した平均値Ａとの差分の絶対値を算出し、これがステップＳ９０３において設定した欠陥画素の検出閾値より大きいか否かを判定する。閾値より小さい場合は、欠陥画素ではないものとし、ステップＳ９０６において、欠陥画素の検出補正動作を終了する。

一方、閾値より大きいと判定された場合は、欠陥画素であるものとする。ステップＳ９０５において、当該画素の画素信号を平均値Ａと置き換えた上で、撮像信号の処理部１４２より、位相差ＡＦ検出部１３４へ出力し、ステップＳ９０６において、欠陥画素の検出補正動作を終了する。

上記動作により、画像信号を読み出しつつ、同時に欠陥画素の検出および補正を行うことが可能である。欠陥画素を検出・補正した画像データを用いて、焦点検出動作をすることにより、焦点検出の誤差を低減することが可能である。

平均値と別の形態の説明を以下に行う。

欠陥画素検出手段としてのメインＣＰＵ１５１は、欠陥画素である焦点検出画素の周辺の焦点検出画素の信号値の中央値を算出し、第１の焦点検出画素の信号値と中央値の差分値が所定の閾値以上である場合に第１の焦点検出画素を欠陥画素と判定する。

中央値とは、欠陥画素である焦点検出画素の周辺の焦点検出画素の複数の信号値の値の大きさが真ん中の値を意味する。

例えば、周辺の焦点検出画素の複数の信号値が５つあった場合、３番目の信号値を中央値とする。平均値を求める場合、演算負荷がかかるが、中央値は演算が不要となるメリットがある。

つまり、メインＣＰＵ１５１は、欠陥画素である焦点検出画素の焦点検出信号の信号値と欠陥画素の周辺の焦点検出画素の焦点検出信号の信号値との差分値が所定の閾値以上である場合に焦点検出画素を欠陥画素と判定している。

続いて、図１０を用いて、図９のステップＳ９０３における欠陥画素の検出閾値の設定動作の詳細について説明する。図１０は本実施例における欠陥画素の検出閾値の設定動作のフローチャートである。

ステップＳ９０３において、検出閾値が小さく設定される場合、欠陥画素の出力が本来の出力と差分の小さい、小さな欠陥の検出が可能となる。しかし、本来欠陥ではない画素の出力に対して、欠陥とみなしてしまう誤検出の割合も増加し、焦点検出の誤差も増大してしまう場合がある。

そのため、焦点検出領域の設定に応じて、欠陥画素検出の閾値を変更する。

ステップＳ１００１において、欠陥画素の検出閾値の設定動作が開始されると、ステップＳ１００２において、欠陥画素の検出閾値ＫＴｈに初期値を入れる。この初期値は、撮像素子のダイナミックレンジに応じて、予め定めておく。

ステップＳ１００３において、焦点検出領域の輝度加算数Ｌ１を取得し、この輝度加算数Ｌ１が４ライン以上か否かを判定する。４ライン以上である場合にはステップＳ１００４に、４ライン未満である場合にはステップＳ１００５に進む。ステップＳ１００４において、欠陥画素の検出閾値ＫＴｈをＬ１／４倍する。輝度加算数が多いほど、欠陥画素の検出閾値を大きくする。

ステップＳ１００５において、焦点検出領域の相関量加算数Ｌ２を取得し、この相関量加算数Ｌ２が４ライン以上か否かを判定する。４ライン以上である場合にはステップＳ１００６に、４ライン未満である場合にはステップＳ１００７に進む。ステップＳ１００６において、欠陥画素の検出閾値ＫＴｈをＬ２／４倍する。相関量加算数が多いほど、欠陥画素の検出閾値を大きくする。

ステップＳ１００７において、焦点検出領域のＡＦ枠の幅Ｗを取得し、このＡＦ枠の幅Ｗが１００画素以上か否かを判定する。１００画素以上である場合にはステップＳ１００８に、１００画素未満である場合にはステップＳ１００９に進む。ステップＳ１００８において、欠陥画素の検出閾値ＫＴｈをＷ／１００倍する。

ＡＦ枠の幅が大きいほど、欠陥画素の検出閾値を大きくする。ステップＳ１００９において、欠陥画素の検出閾値の設定動作を終了する。

つまり、閾値設定手段としてのメインＣＰＵ１５１は、焦点調節に用いられる焦点検出画素の画素数が所定値よりも大きい場合の閾値を焦点調節に用いられる焦点検出画素の画素数が所定値以下の場合の閾値よりも大きく設定している。

このように、焦点検出領域が大きく、焦点検出演算に広い範囲を参照するほど、欠陥画素の影響は相対的に薄まるため、欠陥画素検出が緩くなるように検出閾値を設定する。

なお、検出閾値を変更する条件は、上述のパラメータ以外にも、ＩＳＯ感度（撮像素子１４１から撮像信号の処理部１４２へ出力するゲインの値）を参照しても良い。

ＩＳＯ感度に応じて、焦点検出領域の輝度加算数Ｌ１や相関量加算数Ｌ２を変更している場合には、ＩＳＯ感度に応じて、欠陥画素の検出閾値ＫＴｈを変更する。

ＩＳＯ感度が小さい場合には、輝度加算数Ｌ１、相関量加算数Ｌ２とも小さくなるため、欠陥画素の検出閾値ＫＴｈを小さく設定する。

ＩＳＯ感度が大きい場合には、輝度加算数Ｌ１、相関量加算数Ｌ２とも大きくなるため、欠陥画素の検出閾値ＫＴｈを大きく設定する。

つまり、閾値設定手段としてのメインＣＰＵ１５１は、位相差方式の焦点調節に用いる焦点検出領域の焦点検出画素の垂直方向の画素加算数が大きいほど、所定の閾値を大きく設定している。

閾値設定手段としてのメインＣＰＵ１５１は、位相差方式の焦点調節に用いる焦点検出領域の焦点検出画素の信号値を用いた相関演算量が大きいほど、所定の閾値を大きく設定している。

続いて、図１１を参照して、本実施例における焦点調節装置による位相差ＡＦについて説明する。図１１は、本実施例における焦点調節装置による位相差ＡＦ方式の焦点検出動作を示すフローチャートである。

図１１の各ステップは、メインＣＰＵ１５１が制御プログラムを実行して各部を制御することにより実施され、図２中のステップＳ２０７に相当する。

まず、ステップＳ１１０１において、位相差ＡＦが開始される。焦点調節装置は、位相差ＡＦに用いる像信号を取得するため、撮像素子１４１が被写体像を撮像して出力する撮像信号から画像信号が生成される（ＲＡＭ１５４にストアされる）のをステップＳ１１０２およびＳ１１０３により待つ。

メインＣＰＵ１５１および撮像制御部１４３は撮像素子を制御して所定の蓄積時間に従って電荷蓄積（露光）を行い（ステップＳ１１０２）、ステップＳ１１０４において、位相差ＡＦ領域での画像信号の画素値の読み出しを行う。

ステップＳ１１０５において、メインＣＰＵ１５１は、位相差ＡＦ領域にある所定画素数分の読み出しが完了したか否かを判定する。所定画素数分の読み出しが完了していない場合、ステップＳ１１０４に戻り、所定画素数分の読み出しが終了するまでステップＳ１１０４〜Ｓ１１０５を繰り返す。

ステップＳ１１０６において、取得した像信号に対して、図９および図１０で示した欠陥画素の検出および補正処理を行う。ステップＳ１１０７において、像信号に前補正処理を行う。この前補正処理には、ノイズを除去するためのフィルタ処理などが含まれる。ステップＳ１１０８において、メインＣＰＵ１５１は像信号に対して相関演算を行い、像ずれ量Ｘを算出する。

続いてステップＳ１１０９において、メインＣＰＵ１５１は、算出した像ずれ量Ｘの信頼性を評価する。この信頼性に係わる評価値は、像信号のコントラストや二つの像信号の一致度などに基づいて算出される。

続いてステップＳ１１１０において、メインＣＰＵ１５１は、算出された信頼性の評価値に基づいて、信頼できる像ずれ量Ｘが得られたか否かを判定する。

この信頼性判定では、ステップＳ１１０９で算出した信頼性の評価値が所定の閾値よりも大きいか否かに従って、所定値より大きい場合は信頼できると判定し、所定値より小さい場合は信頼できないと判定する。

なお、本ステップＳ１１１０には、相関演算が苦手とする被写体か否かの判定も含む。

信頼性があると判定される場合、ステップＳ１１１１において、メインＣＰＵ１５１は、算出された像ずれ量Ｘに補正後の係数Ｋを掛けることにより（Ｄｅｆ＝Ｋ×Ｘの関係式により）、デフォーカス量Ｄｅｆを算出する。

そして、ステップＳ１１１３において位相差ＡＦを終了して本処理を呼び出したメインルーチンに戻る。一方、ステップＳ１１１１において信頼性のある像ずれ量を検出できなかったと判定された場合は、ステップＳ１１１２において位相差ＡＦを行わない（位相差ＡＦ−ＮＧ）。そしてステップＳ１１１３において、位相差ＡＦを終了して、本処理を呼び出したメインルーチンに戻る。

次に、図１２を参照して、本発明における焦点調節装置の焦点制御動作（焦点調節動作）について説明する。図１２は、本実施例における焦点調節装置の焦点制御動作を示すフローチャートである。図１２に示される各ステップは、メインＣＰＵ１５１およびフォーカス制御部１３３により実施され、図２中のステップＳ２０８に相当する。

本実施例の焦点制御動作が開始されると、メインＣＰＵ１５１は制御プログラムに従い所定の演算を行う。そしてフォーカス制御部１３３は、メインＣＰＵ１５１の指令に基づいて、フォーカスモータ１３２の制御を行う。

まず、ステップＳ１２０１にて焦点制御が開始されると、ステップＳ１２０２において、フォーカス制御部１３３は、図１１に示される焦点検出動作で算出されたデフォーカス量を取得する。そしてステップＳ１２０３において、フォーカス制御部１３３は、デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１３１の駆動量（レンズ駆動量）を算出する。

また、このレンズ駆動量の算出には、レンズ駆動方向と速度の算出も含まれる。続いてステップＳ１２０４において、メインＣＰＵ１５１（フォーカス制御部１３３）は、デフォーカス量の絶対値が所定値以下であるか否かを判定する。

ステップＳ１２０４にてデフォーカス量の絶対値が所定値以下ではない場合、ステップＳ１２０５に進む。ステップＳ１２０５において、フォーカスレンズ１３１の位置は合焦位置（合焦点）でないと見なされるため、ステップＳ１２０３にて算出されたレンズ駆動量に従って、フォーカスレンズ１３１を駆動し、ステップＳ１２０７に進む。

以後、図２に示されるフローに従って、焦点検出とフォーカスレンズ駆動を繰り返す。

一方、ステップＳ１２０４にてデフォーカス量の絶対値が所定値以下である場合、ステップＳ１２０６に進む。このとき、フォーカスレンズ位置は合焦点にあると見なされるため、ステップＳ１２０６にてレンズ駆動を停止し、ステップＳ１２０７に進む。

以後、図２に示されるフローに従って焦点検出を行い、デフォーカス量が再び所定値を超えた場合にはフォーカスレンズ１３１を駆動する。

なお、撮像装置１００の動作は、図２のフローに示される通り、電源をＯＦＦにされるまで、図７、図１０、図１１のフローを繰り返すことで、被写体に合焦するまで複数回の焦点検出を行う。

以上のように、本実施例では、焦点検出領域内に欠陥画素が含まれる場合に、画像信号を読み出しつつ、同時に欠陥画素の検出および補正を行うことが可能である。

また、欠陥画素に対して補正した値を焦点検出に用いることにより、焦点検出の精度の低下を抑えた焦点検出を行うことができる。欠陥画素の検出には、周囲の画素との比較が必要であり、そのための閾値が必要となるが、焦点検出領域の設定に応じて、欠陥画素検出の閾値を変更することにより、焦点検出に適した欠陥画素検出を行うことが可能である。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２における欠陥画素の検出閾値の設定動作について説明する。実施例１では、焦点検出領域の大きさに応じて、欠陥画素検出の閾値を設定する方法について説明した。

本実施例では、焦点検出の演算を行う際の参照領域の大きさに応じて、欠陥画素の検出閾値を設定する方法について説明する。

なお、本実施例において、実施例１と同一の内容については、同一の符号を用いてその説明を省略する。

図１３は、Ｆ値が大きい状態での撮影レンズ１０１の瞳を表す図である。Ｆ値が大きい状態での撮影レンズ１０１の瞳５３は、Ｆ値が小さい状態での撮影レンズ１０１の瞳５０より小さくなる。それに伴い、Ａ像瞳５４−１、Ｂ像瞳５４−２の重心位置５５−１、５５−２間の距離は、５２−１、５２−２間の距離よりも短くなる。そのため、Ｆ値が大きい状態での、像ずれ量からデフォーカス量を算出するための所定の係数Ｋ（換算係数）は、Ｆ値が小さい状態の時より大きくなる。

図１４は、Ｆ値に応じて、ある撮影レンズを代表例とした時の、最もデフォーカスした場合の像ずれ量を示したものである。横軸にＦ値、縦軸に相関演算において像ずれ量を算出するのに必要な参照領域の大きさを示している。Ｆ値が大きい状態では、撮影レンズが最もデフォーカスした場合での、２つの像信号の像ずれは小さくなる。そのため、焦点検出に必要な画素数が変化する。

図１５は、本実施例における欠陥画素の検出閾値の設定動作のフローチャートである。ステップＳ１５０１〜Ｓ１５０８は、図１０におけるステップＳ１００１〜Ｓ１００８と同様である。

ステップＳ１５０９において、撮影レンズのＦ値を取得し、このＦ値が４以上か否かを判定する。４以上である場合にはステップＳ１５１０に、４未満である場合にはステップＳ１５１１に進む。ステップＳ１５１０において、欠陥画素の検出閾値ＫＴｈを４／Ｆ倍する。Ｆ値が大きいほど、欠陥画素の検出閾値を小さくする。ステップＳ１５１１において、欠陥画素の検出閾値の設定動作を終了する。

なお、本実施例において、焦点検出の演算を行う際の参照領域の大きさが変わる例として、Ｆ値に応じて欠陥画素の検出閾値を変更する方法について説明した。図２のフローに示される被写体に合焦するまで複数回の焦点検出を行うシステムにおいて、前回の焦点検出の結果に応じて、今回の参照範囲を変更する場合にも適用可能である。

以上のように、本実施例では、焦点検出の演算を行う際の参照領域の大きさに応じて、欠陥画素の検出閾値を設定する。よって、焦点検出領域内に欠陥画素が含まれる場合に、画像信号を読み出しつつ、同時に欠陥画素の検出および補正を行うことが可能である。また、欠陥画素に対して補正した値を焦点検出に用いることにより、焦点検出の精度の低下を抑えた焦点検出を行うことができる。

なお、本実施例中の数値は一例であり、輝度加算数や相関量加算数に応じて、欠陥画素の検出閾値を比例的に増減する設定について述べたが、例えば固定値の加減によって欠陥画素の検出閾値を増減しても良い。

また、初期値は任意であり、撮像素子の構造あるいは搭載する撮像装置の機種に応じて、任意に設定可能である。また、欠陥画素の検出閾値に下限値、上限値の設定を加えても良い。

上記各実施例によれば、欠陥画素による焦点検出の精度の低下を抑えた高精度な焦点調節装置、撮像装置、撮像システム、および焦点検出方法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。

３０ 光電変換素子
３１ マイクロレンズ
６１ 焦点検出領域
１０１ 撮影レンズ
１０３ 絞り
１３１ フォーカスレンズ
１３３ フォーカス制御部
１３５ 位相差ＡＦの処理部
１４１ 撮像素子
１４２ 撮像信号の処理部
１４３ 撮像部制御部
１５１ ＣＰＵ

Claims (11)

1. 撮像光学系の異なる射出瞳領域を透過した一対の光束を各々が受光する複数の焦点検出画素を備えた撮像素子と、前記撮像素子から出力される焦点検出信号を用いて位相差方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する焦点調節装置であって、
   前記複数の焦点検出画素のうち第１の焦点検出画素の第１の焦点検出信号の信号値と前記第１の焦点検出画素の周辺の焦点検出画素の第２の焦点検出信号の信号値との差分値が所定の閾値以上である場合に前記第１の焦点検出画素を欠陥画素と判定する欠陥画素検出手段と、
   前記焦点調節に用いられる焦点検出画素の画素数が所定値よりも大きい場合の前記閾値を、前記焦点調節に用いられる焦点検出画素の画素数が前記所定値以下の場合の前記閾値よりも大きく設定する閾値設定手段と、を有することを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記欠陥画素検出手段は、前記第１の焦点検出画素の周辺の焦点検出画素の信号値の平均値を算出し、前記第１の焦点検出画素の信号値と前記平均値の差分値が前記所定の閾値以上である場合に前記第１の焦点検出画素を欠陥画素と判定することを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記欠陥画素検出手段は、前記第１の焦点検出画素の周辺の焦点検出画素の信号値の中央値を算出し、前記第１の焦点検出画素の信号値と前記中央値の差分値が前記所定の閾値以上である場合に前記第１の焦点検出画素を欠陥画素と判定することを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
4. 前記閾値設定手段は、前記位相差方式の焦点調節に用いる焦点検出領域の焦点検出画素の水平方向の画素数が大きいほど、前記所定の閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の焦点調節装置。
5. 前記閾値設定手段は、前記位相差方式の焦点調節に用いる焦点検出領域の焦点検出画素の垂直方向の画素加算数が大きいほど、前記所定の閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の焦点調節装置。
6. 前記閾値設定手段は、前記位相差方式の焦点調節に用いる焦点検出領域の焦点検出画素の信号値を用いた相関演算量が大きいほど、前記所定の閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の焦点調節装置。
7. 前記閾値設定手段は、前記撮像光学系の絞り開口径が大きいほど、前記所定の閾値を大きくすることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の焦点調節装置。
8. 前記閾値設定手段は、前記位相差方式の焦点調節に用いる焦点検出領域の焦点検出画素の信号値に掛け合わされるゲインが大きいほど、前記所定の閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の焦点調節装置。
9. 前記焦点調節は合焦位置にあると判定されるまで繰り返し実行され、
   前記閾値設定手段は、前回の焦点調節が合焦に近づいた場合、前記前回の焦点調節に用いられる前記所定の閾値よりも今回の焦点調節に用いられる前記所定の閾値を小さく設定することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の焦点調節装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の焦点調節装置と、前記撮像光学系と、を有する撮像装置。
11. 撮像光学系の異なる射出瞳領域を透過した一対の光束を各々が受光する複数の焦点検出画素を備えた撮像素子と、前記撮像素子から出力される焦点検出信号を用いて位相差方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する焦点調節装置の焦点調節方法であって、
    前記複数の焦点検出画素のうち第１の焦点検出画素の第１の焦点検出信号の信号値と前記第１の焦点検出画素の周辺の焦点検出画素の第２の焦点検出信号の信号値との差分値が所定の閾値以上である場合に前記第１の焦点検出画素を欠陥画素と判定する欠陥画素検出工程と、
    前記焦点調節に用いられる焦点検出画素の画素数が所定値よりも大きい場合の前記閾値を、前記焦点調節に用いられる焦点検出画素の画素数が前記所定値以下の場合の前記閾値よりも大きく設定する閾値設定工程と、を有することを特徴とする焦点調節装置の焦点調節方法。

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