JP2016224372A - Focus detection device, imaging device and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦点検出装置、撮像装置および電子機器に関する。 The present invention relates to a focus detection device, an imaging device, and an electronic apparatus.
位相差AF方式のAFセンサで検出される被写体の像に、カメラからの距離が異なる複数の被写体の像が含まれる場合(遠近競合という)、AFセンサの一部の領域を使って焦点調節する技術が知られている(例えば、特許文献1)。 When the subject image detected by the phase difference AF sensor includes a plurality of subject images with different distances from the camera (referred to as perspective conflict), focus adjustment is performed using a part of the AF sensor. A technique is known (for example, Patent Document 1).
従来技術では、所望の位置に焦点調節がされないことがあるという問題がある。 The prior art has a problem that focus adjustment may not be performed at a desired position.
第1の発明においては、光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ複数の画素で受光する複数の受光部と、前記受光部で受光した前記異なる瞳領域の像のずれに基づいて、前記光学系の焦点状態を検出する検出部と、を有し、前記検出部は、前記ずれが異なる複数の像を受光した前記受光部以外の前記受光部で受光した前記異なる瞳領域の像のずれに基づいて前記光学系の焦点状態を検出する。
第2の発明においては、撮像装置は、第1の発明の焦点検出装置を有する。
第3の発明においては、電子機器は、第1の発明の焦点検出装置を有する。
In the first invention, based on a plurality of light receiving portions that receive light beams that have passed through different pupil regions of the optical system by a plurality of pixels, and deviations of images of the different pupil regions received by the light receiving portions, A detection unit that detects a focus state of the optical system, and the detection unit detects a shift of the images of the different pupil regions received by the light receiving unit other than the light receiving unit that has received a plurality of images having different shifts. The focus state of the optical system is detected based on
In the second invention, the imaging device has the focus detection device of the first invention.
In a third invention, an electronic apparatus has the focus detection device of the first invention.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置100の構成を示す図である。撮像装置100は、焦点検出装置50と、液晶表示素子1と、撮像素子2と、撮像光学系4と、レンズ駆動部5と、ハーフミラー7と、焦点調節装置8と、記憶装置15とを含む。焦点検出装置50は、焦点検出部である焦点検出センサ6と、マイクロレンズアレイ9と、制御装置3とを含む。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an
撮像光学系4は、被写体像を結像面(例えば撮像素子2の撮像面)上に結像させる。撮像光学系4は、複数のレンズや絞りを含む。レンズ駆動部5は、それら複数のレンズのうちの焦点調節レンズを、撮像光学系4の光軸10の方向に移動させる。
The imaging
ハーフミラー7は、例えばペリクルミラーのような薄いミラーである。ハーフミラー7は、図1に示すように、光軸10に沿った光路中に位置する。ハーフミラー7は、撮像光学系4を通過した入射光束の一部を、光軸10aの方向、すなわちマイクロレンズアレイ9の方へ反射させる。ハーフミラー7は、入射光束のうちの反射されなかった残りを透過させる。ハーフミラー7によって反射された反射光束は、マイクロレンズアレイ9を透過し、焦点検出センサ6へ入射する。ハーフミラー7を透過した透過光束は、撮像素子2へ入射する。マイクロレンズアレイ9は、2次元的に配列された複数のマイクロレンズを有する。マイクロレンズアレイ9は、撮像光学系4の結像面に配置される。マイクロレンズアレイ9の位置は、撮像素子2の撮像面の位置と、光学的に等価である。
The
焦点検出センサ6には、複数の焦点検出画素が配列される。各々の焦点検出画素は、受光した光束に応じて電気的な焦点検出信号を生成する。撮像画面には、多数の焦点検出エリアが設けられる。焦点検出センサ6は、撮像画面の複数の焦点検出エリアに対応した複数の受光部毎に、被写体像に対応する電気的な一対の焦点検出信号列を生成することができる。
A plurality of focus detection pixels are arranged in the
上述した一対の焦点検出信号列を生成する際には、制御装置3が、焦点検出センサ6の光電変換制御を行う。光電変換制御の例としては、複数の焦点検出画素の露光制御、複数の焦点検出信号の読み出し制御、および/または読み出した複数の焦点検出信号の増幅制御等が挙げられる。焦点検出センサ6によって生成された一対の焦点検出信号列は、制御装置3へ出力される。
When generating the pair of focus detection signal sequences described above, the
制御装置3は、焦点検出センサ6によって出力された一対の焦点検出信号列に基づいて、撮像光学系4の焦点調節処理を実行する。制御装置3は、いわゆる瞳分割型位相差検出方式の焦点検出を行う。制御装置3は、一対の焦点検出信号列のずれ量(位相差量)を検出する。制御装置3は、検出したずれ量からデフォーカス量を演算する。制御装置3は、演算したデフォーカス量に基づいて、撮像光学系4の焦点調節レンズのレンズ駆動量を演算する。制御装置3は、演算したレンズ駆動量を、焦点調節装置8に送信する。焦点調節装置8は、レンズ駆動部5を介して、撮像光学系4の焦点調節レンズを、受信したレンズ駆動量だけ駆動する。
The
撮像処理の際、ハーフミラー7は、焦点検出センサ6を覆うように跳ね上がることによって、光路から退避する。ハーフミラー7の退避後、撮像光学系4を通過した入射光束はすべて撮像素子2に入射する。撮像素子2の受光面上には、被写体像が結像される。撮像素子2には、複数の撮像画素が2次元状に配列されている。複数の撮像画素は、それぞれが入射光束を受光し、光電変換を行う。複数の撮像画素は、撮像光学系4によって結像された被写体像に対応する、電気的な複数の撮像信号を生成する。撮像素子2は、生成された複数の撮像信号を、制御装置3に出力する。
During the imaging process, the
制御装置3は、撮像素子2によって出力された複数の撮像信号に基づいて、被写体像の画像データを生成する。制御装置3は、生成した画像データに基づく画像を、液晶表示素子1にスルー画像として表示させる。制御装置3は、生成した画像データを、使用者による撮像指示に応じて実行する撮像処理の際に、記憶装置15に記録する。
The
図2は、撮像画面400と、複数の焦点検出エリア410とを重畳して例示する模式図である。撮像画面400には、縦5個×横5個の計25個の焦点検出エリア410が、予め設けられている。図2では、各々の焦点検出エリア410は互いに独立しているが、各々の焦点検出エリア410が隣接していてもよいし、互いに一部が重複していてもよい。焦点検出センサ6の複数の受光部は、複数の焦点検出エリア410の各々について、その焦点検出エリア410内の部分被写体像に対応する一対の焦点検出信号列を生成することができる。以下の説明では、特定の焦点検出エリア410内の部分被写体像に対応する一対の焦点検出信号列を、その焦点検出エリア410に対応する一対の焦点検出信号列と簡略化して呼ぶ。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the
図3は、焦点検出センサ6および焦点検出センサ6を覆うマイクロレンズアレイ9を示す図である。図3(a)は、図1に示した光軸10a近傍における焦点検出センサ6およびマイクロレンズアレイ9を拡大表示した様子を示している。焦点検出センサ6には複数の焦点検出画素60が2次元状に配列される。マイクロレンズアレイ9には複数のマイクロレンズ90が2次元状に(ハニカム状に)、100μm以下のピッチで配列されている。マイクロレンズ90の周辺形状を球形で図示しているが、ハニカム状の配列に合わせて六角形であってもよい。
FIG. 3 is a diagram showing the
図3(b)は、マイクロレンズアレイ9の直上から見たときの、マイクロレンズアレイ9およびその向こう側の焦点検出センサ6を重ねて表した図である。図3(b)の例では、各マイクロレンズ90に垂直方向5画素×水平方向5画素からなる複数の焦点検出画素60が対応している。ハーフミラー7(図1)による反射光束は、マイクロレンズアレイ9を透過して焦点検出センサ6へ入射する。各マイクロレンズ90を透過した光束は、各マイクロレンズ90に対応する垂直方向5画素×水平方向5画素の合計25画素からなる複数の焦点検出画素60によって受光される。それら複数の焦点検出画素60は、入射光を光電変換により電気的な焦点検出信号に変換する。各マイクロレンズ90に対応する複数の焦点検出画素60は、垂直方向5画素×水平方向5画素の合計25画素に限られない。
FIG. 3B is a diagram in which the
図4は、複数の焦点検出画素60とマイクロレンズ90との対応関係を示す図である。図4(a)および図4(b)は、複数の焦点検出画素60およびマイクロレンズ90の平面図である。図4(a)および図4(b)に示す例では、各マイクロレンズ90に対応する複数の焦点検出画素60は、垂直方向5画素×水平方向5画素の合計25画素である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the plurality of
焦点検出エリア410内には、25画素からなる複数の焦点検出画素60が、複数存在する。制御装置3は、それら25画素の焦点検出画素60の各々について、一対の焦点検出画素グループを規定する。一対の焦点検出画素グループは、マイクロレンズアレイ9を介して焦点検出センサ6へ入射する光束のうちの一対の光束を受光する。一対の焦点検出画素グループは、受光した一対の光束を光電変換して、被写体像に対応する電気的な一対の焦点検出信号列を生成する。図4(a)に示す各マイクロレンズ90に対応する垂直方向5画素×水平方向5画素の合計25画素の焦点検出画素60の例では、一対の焦点検出画素グループ610aおよび610bをハッチングして示している。一対の焦点検出画素グループ610aおよび610bは、水平方向の両端に位置する2つの垂直方向の焦点検出画素列のそれぞれに含まれる5つずつの焦点検出画素のうち、中央の3つずつの焦点検出画素である。
In the
図4(b)に示す各マイクロレンズ90に対応する垂直方向5画素×水平方向5画素の合計25画素の焦点検出画素60の例では、一対の焦点検出画素グループ620aおよび620bをハッチングして示している。一対の焦点検出画素グループ620aは、水平方向の紙面に向かって左端に位置する垂直方向の焦点検出画素列と、それに隣接する垂直方向の焦点検出画素列とのそれぞれに含まれる5つずつの焦点検出画素のうち、中央の3つずつの焦点検出画素である。一対の焦点検出画素グループ620bは、水平方向の紙面に向かって右端に位置する垂直方向の焦点検出画素列と、それに隣接する垂直方向の焦点検出画素列とのそれぞれに含まれる5つずつの焦点検出画素のうち、中央の3つずつの焦点検出画素である。図4(b)に示すように、一対の焦点検出画素グループ620aおよび620bの各々は、垂直方向に並ぶ3つの焦点検出画素が水平方向に2列隣接して並ぶことによって、合計6個の焦点検出画素を含む。
In the example of the
図4(c)および図4(d)は、それぞれ図4(a)および図4(b)に示す垂直方向5画素×水平方向5画素の合計25画素の焦点検出画素60およびマイクロレンズ90の平面図を、25画素の焦点検出画素60の中心に位置する焦点検出画素を通って水平方向に延びる一点鎖線S1およびS2で切ったときの断面図である。図4(c)において、一対の焦点検出画素グループ610aおよび610bは、撮像光学系4の異なる瞳領域である一対の瞳領域およびマイクロレンズ90を通過する一対の光束11および12を受光し、光電変換により電気的な一対の焦点検出信号を生成する。図4(a)には、25画素の焦点検出画素60およびマイクロレンズ90の組合せが5組、例示されている。したがって、5つの焦点検出画素グループ610aによって生成される5つの焦点検出信号を含む焦点検出信号列と、5つの焦点検出画素グループ610bによって生成される5つの焦点検出信号を含む焦点検出信号列とが得られ、それら2つの焦点検出信号列が一対の焦点検出信号列を形成する。同様に、図4(d)において、一対の焦点検出画素グループ620aおよび620bは、撮像光学系4の一対の瞳領域およびマイクロレンズ90を通過する一対の光束13および14を受光し、光電変換により電気的な一対の焦点検出信号を生成する。図4(b)には、25画素の焦点検出画素60およびマイクロレンズ90の組合せが5組、例示されているが、組合せの数は5組でなく4組以下でも6組以上でも良い。したがって、焦点検出画素グループ620aによって生成される焦点検出信号列と、焦点検出画素グループ620bによって生成される焦点検出信号列とが得られ、それら2つの焦点検出信号列が一対の焦点検出信号列を形成する。
4 (c) and 4 (d) show the
こうして得られた一対の焦点検出信号列のずれ量(位相差)、あるいはずれ量(位相差)に基づいて演算されるデフォーカス量に基づいて、撮像光学系4の焦点調節を行うことができる。なお、図4(c)に示す一対の焦点検出画素グループ610aおよび610b相互間の距離は、図4(d)に示す一対の焦点検出画素グループ620aおよび620b相互間の距離よりも大きい。したがって、図4(c)に示す一対の光束11および12が成す開き角の大きさは、図4(d)に示す一対の光束13および14が成す開き角の大きさよりも大きい。いずれの場合であっても本実施の形態は後述する作用効果を奏するが、開き角の大きさが大きい方が、後述する遠近競合に起因する焦点検出信号値の変化の違いが検出されやすいため、図4(c)に示すような開き角の大きな構成を採用することがより好ましい。
The focus adjustment of the imaging
図5は、制御装置3によって行われる焦点調節処理のフローチャートである。制御装置3は、例えばCPUおよびメモリによって構成されるコンピュータである。そのCPUがメモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することによって、図5に示す焦点調節処理を構成する各ステップの処理が行われる。
FIG. 5 is a flowchart of the focus adjustment process performed by the
焦点調節処理に先立って、使用者は、図2に例示した複数の焦点検出エリア410から、焦点調節の対象となる焦点検出エリア410を1つ指定しておく。制御装置3は、使用者に指定された焦点検出エリア410の位置に存在する部分被写体を、焦点調節の目標とする。以下の説明では、使用者により焦点調節の対象として指定された焦点検出エリア410を、選択エリアと称する。使用者が、不図示の操作部材によって、所定の焦点調節操作を行うと、制御装置3は図5に示した焦点調節処理の実行を開始する。例えば不図示の操作部材をシャッターレリーズボタンとし、焦点調節操作をシャッターレリーズボタンの半押し操作とする。
Prior to the focus adjustment process, the user designates one
図5に示す焦点調節処理を構成する各ステップの処理について、図6に示す撮像画面250の例を用いて説明する。図6において、撮像画面250全体には、撮像光学系4によって結像される2つの被写体像、すなわち樹木を含む背景の被写体像210と、人物の被写体像220とが含まれている。図6に示す撮像画面250には、選択エリア200を重畳して図示している。選択エリア200の中でも、撮像装置100から遠くに位置する樹木を含む背景の被写体像210と、近くに位置する人物の被写体像220とが含まれている。
The process of each step constituting the focus adjustment process shown in FIG. 5 will be described using the example of the
以下の説明では、図6に示す選択エリア200のように、撮像装置100からの距離が相対的に一定量以上異なる複数の被写体像が含まれる焦点検出エリア410を、遠近競合状態であると称する。
In the following description, as in the
ステップS100において、制御装置3は、焦点検出センサ6の光電変換制御を行う。焦点検出センサ6の光電変換制御としては、例えば、焦点検出センサ6に配置された複数の焦点検出画素60の露光制御、複数の焦点検出信号の読み出し制御、および/または読み出した複数の焦点検出信号の増幅制御等が行われる。
In step S <b> 100, the
ステップS110において、制御装置3は、ステップS100で読み出された複数の焦点検出信号に基づいて、一対の焦点検出信号列を取得する。制御装置3は、選択エリア200のみならず、全ての焦点検出エリア410について、対応する一対の焦点検出信号列をそれぞれ取得する。
In step S110, the
ステップS120において、制御装置3は、ステップS110で取得した一対の焦点検出信号列の各々について、デフォーカス量を演算する。例えば、一対の焦点検出信号列を{a[i]}および{b[j]}とする。制御装置3は、一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の間隔を変化(位相を相対的に所定シフト量ずつシフト)させながら相関量C(k)を順次演算する。ここでkは、一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の相対的な(位相)シフト量である。制御装置3は、相関量C(k)の最小値C(k)_minを特定する。制御装置3は、最小値C(k)_minを与える一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の特定のシフト量X0を取得する。制御装置3は、シフト量X0に基づいて焦点検出量パラメータとしてのデフォーカス量を演算する。
In step S120, the
ステップS130において、制御装置3は、後述する遠近競合判定処理を実行する。この処理によって、選択エリア200が遠近競合状態であるか否かが判定される。例えば図6のように、選択エリア200の中に、撮像装置100から遠くに位置する樹木を含む背景の被写体像210と、近くに位置する人物の被写体像220とが含まれているとき、制御装置3は選択エリア200が遠近競合状態にあると判定する。
In step S130, the
ステップS140において、制御装置3は、選択エリア200が遠近競合状態にあると判定されたか否かを判定する。肯定判定の場合、本処理はステップS190に進む。ステップS190において、制御装置3は、選択エリア200の周辺に位置する焦点検出エリア410のうち、ステップS120で演算されたデフォーカス量が前ピンとなった焦点検出エリア410から、目標エリアを1つ選択する。つまり、現在の合焦位置よりも手前側に位置する被写体にピントが合うように、目標エリアを選択する。なお、選択エリア200の周辺に位置する焦点検出エリア410の全てにおいて、演算されたデフォーカス量の信頼性が低く、焦点検出可能でないと判定された場合には、目標エリアは選択されない。その後、本処理はステップS200に進む。ステップS140において、否定判定の場合、本処理はステップS150に進む。
In step S140, the
ステップS150において、制御装置3は、選択エリア200で焦点検出に成功したか否か、すなわち信頼性の高いデフォーカス量が演算されたか否かを判定する。否定判定の場合、本処理はステップS180に進む。ステップS180において、制御装置3は、選択エリア200の周辺に位置する焦点検出エリア410から、目標エリアを1つ選択する。なお、選択エリア200の周辺に位置する焦点検出エリア410の全てにおいて、演算されたデフォーカス量の信頼性が低く、焦点検出可能でないと判定された場合には、目標エリアは選択されない。その後、本処理はステップS200に進む。ステップS150において、肯定判定の場合、本処理はステップS160に進む。
In step S150, the
ステップS160において、制御装置3は、選択エリア200で演算されたデフォーカス量が所定範囲内に収まっているか否かを判定する。所定範囲は、例えば焦点検出周期(例えば60分の1秒)の間に被写体が撮像装置100の前後に移動しうる範囲である。つまりステップS160の判定は、繰り返し焦点検出を行う場合において、焦点調節の対象としていた被写体が選択エリア200から外れていないかを確かめる判定である。なお、初回の焦点検出時は、本判定は常に肯定判定となるようにする。本判定が肯定判定の場合、本処理はステップS170に進む。ステップS170において、制御装置3は、選択エリア200を目標エリアに設定する。その後、本処理はステップS200に進む。ステップS160において、否定判定の場合、本処理はステップS180に進む。例えば、前回の焦点調節時に演算されたデフォーカス量とはかけ離れたデフォーカス量が演算された場合、焦点調節の対象としていた被写体が選択エリア200内から外れたと考えられ、本処理はステップS180に進む。
In step S160, the
ステップS200において、制御装置3は、目標エリアが選択されているか否かを判定する。肯定判定の場合、本処理はステップS210に進む。ステップS210において、制御装置3は、ステップS120で演算された目標エリアのデフォーカス量に基づいて、撮像光学系4のレンズ駆動量を演算する。ステップS220において、制御装置3は、ステップS210で演算されたレンズ駆動量を焦点調節装置8に送信する。制御装置3は、焦点調節装置8にレンズ駆動部5を介した撮像光学系4のレンズ駆動を行わせるように、焦点調節装置8を制御する。ステップS220の処理が完了すると、本処理は終了する。ステップS200において、否定判定の場合、本処理はステップS230に進む。ステップS230において、制御装置3は、スキャン動作を行う。ステップS230の処理が完了すると、本処理は終了する。
In step S200, the
図7は、図5のステップS130で制御装置3によって行われる遠近競合判定処理の詳細を示すフローチャートである。本処理は選択エリア200が遠近競合状態であるか否かを判定する処理である。ステップS300において、制御装置3は、デフォーカス量の演算時に特定された相関量C(k)の最小値C(k)_minが、所定閾値C(k)_thよりも小さいか否かを判定する。肯定判定の場合、制御装置3は、本処理をステップS400に進める。ステップS400において、制御装置3は、選択エリア200が遠近競合状態ではないと判定し、本処理を終了する。ステップS300において、否定判定の場合、本処理はステップS310に進む。
FIG. 7 is a flowchart showing details of the perspective conflict determination process performed by the
図6に示すように、選択エリア200の中に遠くに位置する樹木を含む背景の被写体像と近くに位置する人物の被写体像とが含まれているような場合は、相関量C(k)の最小値C(k)_minを与える特定のシフト量分(X0)だけ一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の間隔を変化(相対的な位相をシフト)させても、一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}が焦点検出エリア内全体にわたって一致することとはならず、部分的に一致しない区間が生じる(図8を用いて後述する)。したがって、相関量C(k)の最小値C(k)_minは0から離れる。逆に、焦点検出エリア200の中に遠くに位置する樹木を含む背景の被写体像と近くに位置する人物の被写体像との混在が生じていない場合や、遠くに位置する樹木を含む背景の被写体像と近くに位置する人物の被写体像との撮像装置100からの距離の差が僅かである場合は、相関量C(k)の最小値C(k)_minは遠くに位置する樹木を含む背景の被写体像と近くに位置する人物の被写体像との撮像装置100からの距離の差が大きい場合に比べて0に近づく。このような場合、ステップS300で肯定判定がなされ、制御装置3は、選択エリア200が遠近競合状態ではないと判定する。
As shown in FIG. 6, when the
ステップS310において、制御装置3は、樹木を含む背景の被写体像210および人物の被写体像220を含む被写体像の明るさが、選択エリア200内で、所定の明るさよりも暗いか否かを判定する。肯定判定の場合、すなわち被写体像の明るさが所定の明るさよりも暗い場合、図5のステップS100で焦点検出信号に対して大きな増幅度で増幅制御が行われている可能性がある。大きな増幅度で増幅制御が行われると、焦点検出信号に重畳されるノイズも増幅されてしまう。このような場合、相関量C(k)の最小値C(k)_minが所定閾値C(k)_thよりも小さくならなかった理由が、遠近競合状態であるからではなく、ノイズが増幅されたためであると考えられる。そこで、制御装置3は、本処理をステップS400へ進める。ステップS310で否定判定がなされる場合、制御装置3は、本処理をステップS320へ進める。
In step S <b> 310, the
図7のステップS310における明るさの判定指標としては、例えば図5のステップS100で行われる増幅制御の増幅度の大きさを用いる。その増幅度が所定値未満のとき、制御装置3は、被写体像全体の明るさが所定の明るさよりも暗くないと判定し、すなわちステップS310で否定判定がなされる。
As the brightness determination index in step S310 of FIG. 7, for example, the magnitude of the amplification degree of the amplification control performed in step S100 of FIG. 5 is used. When the amplification degree is less than the predetermined value, the
ステップS320において、制御装置3は、ステップS110で取得された、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}を、特定のシフト量X0だけ相対的にシフトさせ、焦点検出信号どうしの差の絶対値|a[i]−b[j]|を順次算出することによって、複数の差を得る。つまり制御装置3は、相関が最も高い状態にシフトされた一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}について、焦点検出信号どうしの差の絶対値|a[i]−b[j]|を算出する。ステップS330において、制御装置3は、ステップS320で算出した焦点検出信号どうしの差の絶対値の平均値を算出する。
In step S320, the
ステップS340において、制御装置3は、ステップS110で取得された、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}を、特定のシフト量X0だけ相対的にシフトさせた状態で、遠くの被写体像(樹木を含む背景の被写体像210)に対応する一対の部分信号列および近くの被写体像(人物の被写体像220)に対応する一対の部分信号列という二対の部分信号列に分割する。例えば、制御装置3は、ステップS320で差の絶対値|a[i]−b[j]|が順次算出されることによって得られた複数の差の各々が、ステップS330で算出された平均値以上か否かに基づいて、ステップS340における分割処理を行う。詳細については、図10を用いて後述する。
In step S340, the
ステップS350において、制御装置3は、ステップS340で得られた二対の部分信号列の各対について、輝度値の最大値を算出する。つまり制御装置3は、遠くの被写体像(樹木を含む背景の被写体像210)の輝度値の最大値と、近くの被写体像(人物の被写体像220)の輝度値の最大値とを算出する。ステップS360において、制御装置3は、ステップS350で算出した輝度値の最大値どうしの差が、所定量以上か否かを判定する。肯定判定の場合、本処理はステップS390に進む。ステップS390において、制御装置3は、選択エリア200が遠近競合状態であると判定し、本処理を終了する。ステップS360において肯定判定が為されるということは、すなわち、相関量C(k)の最小値C(k)_minからも輝度値からも選択エリア200は遠近競合状態であると考えられる、ということである。換言すると、相関量と輝度値のいずれもが、選択エリア200が遠近競合状態であるということを示しているということである。従って、制御装置3は、選択エリア200が遠近競合状態であると判定する。ステップS360において、否定判定の場合、本処理はステップS370に進む。
In step S350, the
ステップS370において、制御装置3は、ステップS350で得られた二対の部分信号列の各対の部分信号列間の間隔(位相差量)を算出する。こうして算出される二対の部分信号列のそれぞれに対応する2つの間隔(位相差量)X1およびX2は、焦点検出用パラメータの一種である。制御装置3は、それら2つの間隔(位相差量)X1およびX2に基づいて2つのデフォーカス量D1およびD2を演算する。二対の部分信号列のそれぞれに対応する2つのデフォーカス量D1およびD2もまた、焦点検出用パラメータの一種である。
In step S370, the
ステップS380において、制御装置3は、ステップS370において演算された2つのデフォーカス量D1およびD2の差が、所定量以上か否かを判定する。つまり、ステップS380では、二対の部分信号列が、それぞれ一定以上離れた被写体に対応しているか、そうでないかを判定している。肯定判定の場合、本処理はステップS390に進み、制御装置3は選択エリア200が遠近競合状態であると判定する。ステップS380において、否定判定の場合、本処理はステップS370に進み、制御装置3は選択エリア200が遠近競合状態でないと判定する。
In step S380, the
ステップS360において否定判定が為されるということは、すなわち、相関量C(k)の最小値C(k)_minからは選択エリア200が遠近競合状態であると考えられるが、輝度値からは選択エリア200が遠近競合状態でないと考えられるということである。換言すると、相関量は選択エリア200が遠近競合状態であるということを示しているが、輝度値はそうでないことを示している、ということである。この場合、制御装置3は、ステップS370に分岐し、更にデフォーカス量D1およびD2を演算することで、選択エリア200が遠近競合状態であるかをより精緻に判断する。最終的に制御装置3は、実際に演算したデフォーカス量D1およびD2に所定量以上の差があれば、選択エリア200が遠近競合状態であると判定し、デフォーカス量D1およびD2が近い値であれば、選択エリア200が遠近競合状態ではないと判定する。
That a negative determination is made in step S360, that is, it is considered that the selected
図8は、図6に示す撮像画面250の例に対応し、水平方向に50画素程度の長さを有する選択エリア200内での焦点検出画素位置に対する一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の焦点検出信号値の変化を表す図である。図8に示す一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}である一対の焦点検出信号列655aおよび655bは、図5のステップS100で取得された一対の焦点検出信号列に対応する。図8において、焦点検出エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置1〜13の区間310は、図6に示す撮像装置100から近い位置の人物の被写体像220に対応し、この区間では、一対の焦点検出信号列655aおよび655bのうちの一方の焦点検出信号列655aが、他方の焦点検出信号列655bに対して左側にずれている。図8において、焦点検出エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置14〜46の区間320は、図6に示す撮像装置100から遠い位置の樹木を含む背景の被写体像210に対応し、この区間では、一対の焦点検出信号列655aおよび655bのうちの一方の焦点検出信号列655aが、他方の焦点検出信号列655bに対して右側にずれている。
FIG. 8 corresponds to the example of the
図8では、撮像装置100から近い位置の人物の被写体像220に対応する区間では、焦点検出信号列655aが、焦点検出信号列655bに対して左側にずれていて、撮像装置100から遠い位置の樹木を含む背景の被写体像210に対応する区間では、焦点検出信号列655aが、焦点検出信号列655bに対して右側にずれていて、被写体像により焦点検出信号列のずれが異なっている。このように焦点検出信号列のずれが異なっているのは、人物の撮像装置100からの距離と樹木を含む背景の撮像装置100からの距離が異なっていることにより、焦点検出センサ6の受光部で受光した人物の被写体像による異なる瞳領域の像のずれと、焦点検出センサ6の受光部で受光した樹木を含む背景の被写体像による異なる瞳領域の像のずれとが異なっているからである。
In FIG. 8, in the section corresponding to the
図8では、焦点検出センサ6の受光部で受光する像として、人物の被写体像と樹木を含む背景の被写体像を例としているが、焦点検出センサ6の受光部で受光する像としては、所定の輝度を有していて、図8のように所定値以上の輝度の変化を有する焦点検出信号が得られる特定の被写体によるものであれば何でもよい。図8の人物、樹木以外の動物、植物等の自然物や、車、電車、建物等の人工物でもよい。また、特定の被写体の数も図8の1人の人物だけでなく、複数の人物の塊や、複数の樹木の塊のように複数の対象物の塊でもよい。
In FIG. 8, a human subject image and a background subject image including a tree are taken as an example of an image received by the light receiving unit of the
また、異なる瞳領域の像のずれが異なるのは、図8のように撮像装置100からの特定の被写体の距離が所定値以上異なる場合である。
Further, the difference in image shift between different pupil regions is when the distance of a specific subject from the
図8において、一対の焦点検出信号列655aおよび655bに対して、特定のシフト量分(X0)の相対的なシフトによって相関量C(k)が最小値C(k)_minを示したときの一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}である一対の焦点検出信号列660aおよび660bは、図9に例示される。
In FIG. 8, when the correlation amount C (k) shows the minimum value C (k) _min due to the relative shift of the specific shift amount (X0) with respect to the pair of focus
図9は、一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の相関量C(k)の最小値C(k)_minを与える特定のシフト量X0だけ相対的に図8の一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}をシフトさせた状態を表す図である。図8に示す人物の被写体像220に対応する区間310よりも樹木を含む背景の被写体像210に対応する区間320において、コントラストが、より高いために、一対の焦点検出信号列655aおよび655bの相関が、より高いとする。その場合、特定のシフト量X0は、樹木を含む背景の被写体像210の影響を大きく受ける場合があるため、特定のシフト量X0だけ相対的に図8の一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}をシフトさせると、図9に示すように、樹木を含む背景の被写体像210に対応する焦点検出エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置14〜46の区間320では、一対の焦点検出信号列660aおよび660bは一致した状態に近くなる場合がある。図9に示すように、人物の被写体像220に対応する焦点検出エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置1〜13の区間310では、一対の焦点検出信号列660aおよび660bの間にはずれ(位相差)が生じている。焦点検出エリア200の水平方向での全体の区間300を、焦点検出画素位置13と14との間において、上述した人物の被写体像220に対応する区間310と、樹木を含む背景の被写体像210に対応する区間320とに分断する境界350の特定方法を、図10を用いて説明する。
FIG. 9 shows a relative shift by a specific shift amount X0 that gives the minimum value C (k) _min of the correlation amount C (k) of the pair of focus detection signal sequences {a [i]} and {b [j]}. It is a figure showing the state which shifted a pair of focus detection signal sequence {a [i]} of 8 and {b [j]}. Since the contrast is higher in the
図10は、図8に示す一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の分割処理を説明するための図であって、図7のステップS340の処理に対応する。図10は、特定のシフト量X0だけ相対的に図8の一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}をシフトさせた図9の状態において、一対の焦点検出信号列660aおよび660bにおける対応する焦点検出信号どうしの差の絶対値|a[i]−b[j]|を順次算出することによって、焦点検出エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置毎に得られた複数の差671の変動を表している。
FIG. 10 is a diagram for explaining the division processing of the pair of focus detection signal sequences {a [i]} and {b [j]} shown in FIG. 8, and corresponds to the processing in step S340 in FIG. . 10 shows a pair of focus detection signals in the state of FIG. 9 in which the pair of focus detection signal sequences {a [i]} and {b [j]} in FIG. 8 are relatively shifted by a specific shift amount X0. For each horizontal focus detection pixel position in the
焦点検出エリア200の水平方向での全体の区間300の中で、上述した樹木を含む背景の被写体像210に対応する区間320では、焦点検出エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置の変化に対する差の絶対値|a[i]−b[j]|の変動は概ね小さい。上述した人物の被写体像220に対応する区間310では、焦点検出エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置が1画素ずつ増加するたびに差の絶対値|a[i]−b[j]|が激しく増減している。焦点検出エリア200の水平方向での全体の区間300にわたる複数の差671の平均値を求めると、樹木を含む背景の被写体像210に対応する区間320では、平均値以上の値を示す差の絶対値|a[i]−b[j]|は存在しないが、人物の被写体像220に対応する区間310では、平均値以上の値を示す差の絶対値|a[i]−b[j]|が多い。したがって、図10において、焦点検出エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置の変化に対して、複数の差671の各々が、それら複数の差671の平均値未満で推移する区間、すなわち焦点検出画素位置14〜46の区間を区間320として特定することができるとともに、焦点検出画素位置13および14の間に境界350が位置するというように境界350を特定することができる。全体の区間300のうち、境界350を挟んで区間320とは反対側の区間である焦点検出画素位置1〜13の区間を区間310として特定することができる。この結果に基づき、図7のステップS340において、現在の焦点状態を表す図8に示す一対の焦点検出信号列655aおよび655bを、人物の被写体像220に対応する焦点検出画素位置1〜13の区間310の一対の部分信号列と、樹木を含む背景の被写体像210に対応する焦点検出画素位置14〜46の区間320の一対の部分信号列とに分割することができる。
In the
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)焦点検出センサ6は、撮像画面に設けられた複数の焦点検出エリア410の各々において、撮像光学系4の一対の瞳領域を通過した一対の光束を受光し、一対の焦点検出信号列を出力する光電変換部として機能する制御装置3は、複数の焦点検出エリア410のうちの選択エリア200について、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列に基づき、選択エリア200が遠近競合状態であることを検出する遠近競合検出部として機能する。制御装置3は、選択エリア200が遠近競合状態である場合、選択エリア200とは異なる他の焦点検出エリア410に対応する一対の焦点検出信号列に基づき焦点調節を行う焦点調節部として機能する。このようにしたので、使用者の意図しない被写体に焦点調節がなされることのない焦点調節装置を提供することができる。
According to the embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The
(2)制御装置3は、選択エリア200が遠近競合状態でない場合、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列に基づき焦点調節を行う。このようにしたので、使用者が所望する被写体に対して的確に焦点調節を行うことができる。
(2) When the
(3)制御装置3は、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列の相関量および信号レベルに基づき遠近競合状態を検出する。このようにしたので、相関量しか用いない場合に比べて、より精度よく遠近競合状態を検出することができる。
(3) The
(4)制御装置3は、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列を、第1の被写体に対応すると推定される第1の一対の部分信号列および第2の被写体に対応すると推定される第2の一対の部分信号列の少なくとも2つの一対の部分信号列に分割する分割部として機能する。制御装置3は、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列の相関量と、第1の一対の部分信号列の信号レベルおよび第2の一対の部分信号列の信号レベルを比較した結果と、に基づき焦点調節を行う。このようにしたので、遠近競合状態を精度よく検出することができる。
(4) The
(5)制御装置3は、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列についてずれ量(位相差量)を演算する演算部として機能する。制御装置3は、一対の焦点検出信号列を相対的にそのずれ量(位相差量)だけシフトさせたときの一対の焦点検出信号列において対応する焦点検出信号どうしの差を順次算出する差算出部として機能する。制御装置3は、複数の差に基づいて、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列を2つの一対の部分信号列に分割する。選択エリア200内に第1の被写体と第2の被写体が存在する場合に、焦点検出信号どうしの差が、被写体どうしで大きく異なるので、一対の焦点検出信号列を、遠近競合している2つの被写体にそれぞれ対応する2つの一対の部分信号列に精度よく分割することができる。
(5) The
(6)制御装置3は、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列の相関量が所定量未満である場合、選択エリア200が遠近競合状態ではないと判定する。このようにしたので、相関量から明らかに遠近競合状態でないと見なせる場合には、演算量を低く抑えることができる。
(6) When the correlation amount of the pair of focus detection signal sequences corresponding to the
(7)制御装置3は、選択エリア200に対応する一対の焦点検出信号列の相関量が所定量未満ではなく、かつ、第1の一対の部分信号列の信号レベルの最大値(極値)と第2の一対の部分信号列の信号レベルの最大値(極値)との差が所定量以上である場合、選択エリア200が遠近競合状態であると判定する。このようにしたので、遠近競合状態を精度よく検出することができる。
(7) The
(8)制御装置3は、選択エリア200が遠近競合状態である場合、他の焦点検出エリア410のうち、選択エリア200よりも前ピンであることを示す一対の焦点検出信号列が出力された焦点検出エリア410に対応する一対の焦点検出信号列に基づき焦点調節を行う。このようにしたので、使用者が所望する被写体に的確に焦点調節を行うことができる。
(8) When the
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、予め使用者が選択した選択エリア200に基づき焦点調節を行う撮像装置について説明した。第2の実施の形態に係る撮像装置は、特に使用者が選択エリア200を指定することなしに、撮像装置が自動的に複数の焦点検出エリア410に基づき焦点調節を行う。以下、第1の実施の形態に係る撮像装置との相違点を中心に説明する。なお、以下の説明において、第1の実施の形態と同一の部分については、第1の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the imaging apparatus that performs focus adjustment based on the
図11は、第2の実施の形態に係る制御装置3によって行われる焦点調節処理のフローチャートである。使用者が、不図示の操作部材によって、所定の焦点調節操作を行うと、制御装置3は図11に示した焦点調節処理の実行を開始する。例えば不図示の操作部材をシャッターレリーズボタンとし、焦点調節操作をシャッターレリーズボタンの半押し操作とする。
FIG. 11 is a flowchart of the focus adjustment process performed by the
ステップS100において、制御装置3は、焦点検出センサ6(図3)の光電変換制御を行う。焦点検出センサ6の光電変換制御としては、例えば、焦点検出センサ6に配置された複数の焦点検出画素60(図3)の露光制御、複数の焦点検出信号の読み出し制御、および/または読み出した複数の焦点検出信号の増幅制御等が行われる。
In step S100, the
ステップS110において、制御装置3は、ステップS100で読み出された複数の焦点検出信号に基づいて、一対の焦点検出信号列を取得する。制御装置3は、選択エリア200のみならず、全ての焦点検出エリア410について、対応する一対の焦点検出信号列をそれぞれ取得する。なお、全ての焦点検出エリア410のうちの一部の焦点検出エリア410について、対応する一対の焦点検出信号列をそれぞれ取得するようにしてもよい。
In step S110, the
ステップS120において、制御装置3は、ステップS110で取得した一対の焦点検出信号列の各々について、デフォーカス量を演算する。例えば、一対の焦点検出信号列を{a[i]}および{b[j]}とする。制御装置3は、一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の間隔を変化(位相を相対的に所定シフト量ずつシフト)させながら相関量C(k)を順次演算する。ここでkは、一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の相対的な(位相)シフト量である。制御装置3は、相関量C(k)の最小値C(k)_minを特定する。制御装置3は、最小値C(k)_minを与える一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の特定のシフト量X0を取得する。制御装置3は、シフト量X0に基づいて焦点検出量パラメータとしてのデフォーカス量を演算する。
In step S120, the
ステップS500において、制御装置3は、図7の遠近競合判定処理を実行する。処理の内容は第1の実施の形態と同様であるが、本実施の形態の制御装置3は、全ての焦点検出エリア410に対して遠近競合判定処理を実行する。この処理によって、全ての焦点検出エリア410について、その焦点検出エリア410が遠近競合状態であるか否かが判定される。なお、全ての焦点検出エリア410のうちの一部の焦点検出エリア410に対して遠近競合判定処理を実行するようにしてもよい。
In step S500, the
ステップS510において、制御装置3は、遠近競合状態にあると判定された焦点検出エリア410が存在するか否かを判定する。肯定判定の場合、本処理はステップS520に進む。ステップS520において、制御装置3は、遠近競合状態ではないと判定された焦点検出エリア410から、目標エリアを1つ選択する。例えば、デフォーカス量の絶対値が最も小さい焦点検出エリア410を、目標エリアとして選択する。あるいは、もっとも至近端に近い焦点検出エリア410を、目標エリアとして選択する。なお、遠近競合状態ではないと判定された焦点検出エリア410の全てにおいて、演算されたデフォーカス量の信頼性が低く、焦点検出可能でないと判定された場合には、目標エリアは選択されない。その後、本処理はステップS200に進む。ステップS510において、否定判定の場合、本処理はステップS530に進む。ステップS530において、制御装置3は、全ての焦点検出エリア410から目標エリアの選択を試みる。その後、本処理はステップS200に進む。
In step S510, the
ステップS200において、制御装置3は、目標エリアが選択されているか否かを判定する。肯定判定の場合、本処理はステップS210に進む。ステップS210において、制御装置3は、ステップS120で演算された目標エリアのデフォーカス量に基づいて、撮像光学系4のレンズ駆動量を演算する。ステップS220において、制御装置3は、ステップS210で演算されたレンズ駆動量を焦点調節装置8に送信する。制御装置3は、焦点調節装置8にレンズ駆動部5を介した撮像光学系4のレンズ駆動を行わせるように、焦点調節装置8を制御する。ステップS220の処理が完了すると、本処理は終了する。ステップS200において、否定判定の場合、本処理はステップS230に進む。ステップS230において、制御装置3は、スキャン動作を行う。ステップS230の処理が完了すると、本処理は終了する。
In step S200, the
上述した実施の形態によれば、第1の実施の形態の作用効果に加えて、更に次の作用効果が得られる。
(9)制御装置3は、複数の焦点検出エリア410のうちの所定数の焦点検出エリア410の各々について、その焦点検出エリア410が遠近競合状態であることを検出する。制御装置3は、所定数の焦点検出エリア410のうちの遠近競合状態ではない焦点検出エリア410に対応する一対の焦点検出信号列に基づき焦点調節を行う。このようにしたので、使用者が所望する被写体に的確に焦点調節を行うことができる。
According to the embodiment described above, in addition to the function and effect of the first embodiment, the following function and effect can be obtained.
(9) The
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係る撮像装置は、テンプレートマッチング等の技術を用いて被写体追尾を行う際に、遠近競合状態か否かを考慮して焦点調節を行う。以下、第1の実施の形態に係る撮像装置との相違点を中心に説明する。なお、以下の説明において、第1の実施の形態と同一の部分については、第1の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
The image pickup apparatus according to the third embodiment performs focus adjustment in consideration of whether or not the subject is in the perspective competition state when performing subject tracking using a technique such as template matching. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the imaging apparatus according to the first embodiment. In the following description, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
図12は、第3の実施の形態に係る制御装置3によって行われる焦点調節処理のフローチャートである。焦点調節処理に先立って、使用者は、焦点調節の対象となる焦点検出エリア410を1つ指定しておく。制御装置3は、使用者に指定された焦点検出エリア410の位置に存在する被写体を追尾目標として、その部分被写体に継続的にピントが合うように焦点調節を行う。使用者が、不図示の操作部材によって、所定の焦点調節操作を行うと、制御装置3は図12に示した焦点調節処理を繰り返し実行する。例えば不図示の操作部材をシャッターレリーズボタンとし、焦点調節操作をシャッターレリーズボタンの半押し操作とする。制御装置3は、半押し操作が継続されている間、図12に示した焦点調節処理を繰り返し実行する。
FIG. 12 is a flowchart of the focus adjustment process performed by the
ステップS100において、制御装置3は、焦点検出センサ6の光電変換制御を行う。焦点検出センサ6の光電変換制御としては、例えば、焦点検出センサ6に配置された複数の焦点検出画素60の露光制御、複数の焦点検出信号の読み出し制御、および/または読み出した複数の焦点検出信号の増幅制御等が行われる。
In step S <b> 100, the
ステップS110において、制御装置3は、ステップS100で読み出された複数の焦点検出信号に基づいて、一対の焦点検出信号列を取得する。制御装置3は、選択エリア200のみならず、全ての焦点検出エリア410について、対応する一対の焦点検出信号列をそれぞれ取得する。
In step S110, the
ステップS120において、制御装置3は、ステップS110で取得した一対の焦点検出信号列の各々について、デフォーカス量を演算する。例えば、一対の焦点検出信号列を{a[i]}および{b[j]}とする。制御装置3は、一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の間隔を変化(位相を相対的に所定シフト量ずつシフト)させながら相関量C(k)を順次演算する。ここでkは、一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の相対的な(位相)シフト量である。制御装置3は、相関量C(k)の最小値C(k)_minを特定する。制御装置3は、最小値C(k)_minを与える一対の焦点検出信号列{a[i]}および{b[j]}の特定のシフト量X0を取得する。制御装置3は、シフト量X0に基づいて焦点検出量パラメータとしてのデフォーカス量を演算する。
In step S120, the
ステップS500において、制御装置3は、図7の遠近競合判定処理を実行する。処理の内容は第1の実施の形態と同様であるが、本実施の形態の制御装置3は、全ての焦点検出エリア410に対して遠近競合判定処理を実行する。この処理によって、全ての焦点検出エリア410について、その焦点検出エリア410が遠近競合状態であるか否かが判定される。
In step S500, the
ステップS600において、制御装置3は、追尾動作を開始済みか否かを判定する。焦点調節処理を最初に実行するときは否定判定となり、2回目以降に実行するときは肯定判定となる。否定判定の場合、本処理はステップS610に進む。ステップS610において、制御装置3は、後述する図13の初回追尾処理を実行する。初回追尾処理により、撮像画面中に、追尾領域および探索領域が定められる。追尾領域は、被写体を追尾するために特定された被写体像の一部分を示す領域である。探索領域は、追尾領域を更新する際に被写体像を探索する範囲を示す領域である。その後、本処理はステップS630に進む。ステップS600において、肯定判定の場合、本処理はステップS620に進む。ステップS620において、制御装置3は、後述する図14の追尾演算処理を実行する。追尾演算処理により、追尾領域および探索領域が更新される。その後、本処理はステップS630に進む。
In step S600, the
ステップS630において、制御装置3は、追尾領域と少なくとも一部が重複する焦点検出エリア410のうち少なくとも1つの焦点検出エリア410で、焦点検出に成功したか、すなわち信頼性の高いデフォーカス量が演算されたか否かを判定する。否定判定の場合、本処理はステップS660に進む。ステップS660において、制御装置3は、前回の目標エリアを新たな目標エリアとして選択する。なお、前回の選択エリアにおいて、演算されたデフォーカス量の信頼性が低く、焦点検出可能でないと判定された場合には、目標エリアは選択されない。その後、本処理はステップS200に進む。ステップS630において、肯定判定の場合、本処理はステップS640に進む。
In step S630, the
ステップS640において、制御装置3は、追尾領域と少なくとも一部が重複する焦点検出エリア410のうち少なくとも1つの焦点検出エリア410で、演算されたデフォーカス量が所定範囲内に収まっているか否かを判定する。所定範囲は、例えば焦点検出周期(例えば60分の1秒)の間に被写体が撮像装置100の前後に移動しうる範囲である。つまりステップS640の判定は、繰り返し焦点検出を行う場合において、焦点調節の対象としていた被写体が追尾領域から外れていないかを確かめる判定である。なお、初回の焦点検出時は、本判定は常に肯定判定となるようにする。本判定が肯定判定の場合、本処理はステップS650に進む。ステップS650において、制御装置3は、追尾領域と少なくとも一部が重複する焦点検出エリア410のうち、演算されたデフォーカス量が所定範囲内に収まっている焦点検出エリア410から、目標エリアを選択する。その後、本処理はステップS200に進む。ステップS640において、否定判定の場合、本処理はステップS660に進む。
In step S640, the
ステップS200において、制御装置3は、目標エリアが選択されているか否かを判定する。肯定判定の場合、本処理はステップS210に進む。ステップS210において、制御装置3は、ステップS120で演算された目標エリアのデフォーカス量に基づいて、撮像光学系4のレンズ駆動量を演算する。ステップS220において、制御装置3は、ステップS210で演算されたレンズ駆動量を焦点調節装置8に送信する。制御装置3は、焦点調節装置8にレンズ駆動部5を介した撮像光学系4のレンズ駆動を行わせるように、焦点調節装置8を制御する。ステップS220の処理が完了すると、本処理は終了する。ステップS200において、否定判定の場合、本処理はステップS230に進む。ステップS230において、制御装置3は、スキャン動作を行う。ステップS230の処理が完了すると、本処理は終了する。
In step S200, the
図13は、図12のステップS610から呼び出される初回追尾処理のフローチャートである。ステップS700において、制御装置3は、焦点検出センサ6からのセンサ出力(画像出力)のうち、使用者に焦点調節の対象として指定された焦点調節エリア410に対応する領域の画像、すなわち追尾対象の被写体の色情報を記憶する。ステップS710において、制御装置3は、使用者に焦点調節の対象として指定された焦点調節エリア410の周辺部で、ステップS700で記憶した色情報と同様な色情報を有する同色領域を検出する。ステップS720において、制御装置3は、検出した同色領域を追尾領域に決定する。ステップS730において、制御装置3は、焦点検出センサ6からのセンサ出力(画像出力)のうち、追尾領域の画像を、以降の追尾処理に用いるテンプレート画像として記憶する。ステップS740において、制御装置3は、追尾領域を上下左右に所定量だけ拡大した領域を探索領域に決定する。
FIG. 13 is a flowchart of the initial tracking process called from step S610 of FIG. In step S <b> 700, the
図14は、図12のステップS620から呼び出される追尾演算処理のフローチャートである。ステップS800において、制御装置3は、いわゆるテンプレート差分演算を実行する。すなわち、焦点検出センサ6からのセンサ出力(画像出力)のうちの探索領域から、テンプレート画像と同じサイズの領域を順次切り出し、切り出した画像とテンプレート画像とを対比し、画素毎に色情報の差分を演算する。ステップS810において、制御装置3は、色情報の差分が最も小さい領域を探索し、その領域を新しい追尾領域に決定する。ここで、新しい追尾領域の画像情報を用いてテンプレート画像の画像情報を更新してもよい。ステップS820において、制御装置3は、新しい追尾領域を上下左右に所定量だけ拡大した領域を探索領域に設定する。
FIG. 14 is a flowchart of the tracking calculation process called from step S620 of FIG. In step S800, the
なお、上述した図13および図14における被写体追尾処理は、焦点検出センサ6からのセンサ出力(画像出力)ではなく、撮像素子2からの出力に対して行うことも可能である。
Note that the subject tracking process in FIGS. 13 and 14 described above can be performed not on the sensor output (image output) from the
上述した実施の形態によれば、第1の実施の形態の作用効果に加えて、更に次の作用効果が得られる。
(10)制御装置3は、撮像画面内において主要被写体が存在する領域を追尾領域として設定する追尾領域設定部として機能する。制御装置3は、追尾領域に対応する像出力に基づいて主要被写体を追尾する追尾部として機能する。制御装置3は、複数の焦点検出エリア410のうちの追尾領域に位置する焦点検出エリア410の各々について、その焦点検出エリア410が遠近競合状態であることを検出する。制御装置3は、追尾領域に位置する焦点検出エリア410のうち、遠近競合状態ではない焦点検出エリア410に対応する一対の焦点検出信号列に基づき焦点調節を行う。このようにしたので、追尾対象の被写体の、より中心位置(重心位置)に近い位置に焦点調節を行うことができる。
According to the embodiment described above, in addition to the function and effect of the first embodiment, the following function and effect can be obtained.
(10) The
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.
(変形例1)
図7に示す遠近競合判定処理は一例であり、これとは異なる処理によって遠近競合状態を検出してもよい。例えば、輝度値の最大値同士の差が所定量以上ではなかった場合、すなわちステップS360において否定判定がなされた場合には、ステップS370およびステップS380の処理を実行せず、直ちにステップS400に進むようにしてもよい。
(Modification 1)
The perspective conflict determination process shown in FIG. 7 is an example, and the perspective conflict state may be detected by a process different from this. For example, if the difference between the maximum luminance values is not equal to or greater than the predetermined amount, that is, if a negative determination is made in step S360, the processing of step S370 and step S380 is not executed, and the process immediately proceeds to step S400. Also good.
(変形例2)
上述した実施の形態においては、図6に示すように、焦点検出エリア410に2つの被写体像が含まれる例について説明したが、焦点検出エリア410に3つ以上の被写体像が含まれていてもよい。この場合、例えば図7のステップS340において、一対の焦点検出信号列を三対以上の部分信号列に分割して扱えばよい。
(Modification 2)
In the above-described embodiment, as illustrated in FIG. 6, an example in which two subject images are included in the
(変形例3)
一対の焦点検出信号列を分割する手法は、上述した実施の形態と異なっていてもよい。例えば、制御装置3は、複数の差671の微分値を計算する。微分値は、選択エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置が互いに隣接する2つの差の絶対値|a[i]−b[j]|どうしの差をとる計算を、焦点検出画素位置1〜46の全範囲にわたって行うことによって得られる。
(Modification 3)
The method of dividing the pair of focus detection signal sequences may be different from the above-described embodiment. For example, the
上述したように、図10を参照すると、焦点検出エリア200の水平方向での全体の区間300の中で、上述した樹木を含む背景の被写体像210に対応する区間320では、選択エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置の変化に対する差の絶対値|a[i]−b[j]|の変動は概ね小さい。したがって、この区間320における微分値の大きさは0に近い所定値未満である。上述した人物の被写体像220に対応する区間310では、選択エリア200内での水平方向の焦点検出画素位置が1画素ずつ増加するたびに差の絶対値|a[i]−b[j]|が激しく増減している。したがって、この区間310における微分値の大きさは上述した所定値以上である。すなわち、図7のステップS340において、制御装置3は、ステップS320で得られた複数の差671において互いに隣接する差の絶対値|a[i]−b[j]|どうしの差である微分値の大きさが所定値未満であるか否かに基づいて、一対の焦点検出信号列655aおよび655bを、撮像装置100から近くに位置する人物の被写体像220に対応する一対の部分信号列、および撮像装置100から遠くに位置する樹木を含む背景の被写体像210に対応する一対の部分信号列に分割することとしてもよい。
As described above, referring to FIG. 10, in the
(変形例4)
上述した一実施の形態の図7のステップS310において、制御装置3は、樹木を含む背景の被写体像210および人物の被写体像220を含む被写体像全体の明るさが所定の明るさよりも暗いか否かを判定する。上述したように、被写体像全体の明るさが所定の明るさよりも暗い場合においては、焦点検出信号に重畳されるノイズも増幅されてしまうため、ステップS310の処理を行わずにステップS320において複数の差が得られると、図10における樹木を含む背景の被写体像210に対応する焦点検出画素位置14〜46の区間においても、平均値以上の値を示す差の絶対値|a[i]−b[j]|が含まれることとなる。したがって、制御装置3は、ステップS310の処理を行わずに、ステップS320において、選択エリア200の水平方向での区間300全体にわたって平均値以上の値を示す差の絶対値|a[i]−b[j]|が存在すると判定した場合に、本処理をステップS400へ進めることとしてもよい。
(Modification 4)
In step S310 of FIG. 7 of the embodiment described above, the
(変形例5)
図1に示した、マイクロレンズアレイ9に覆われた焦点検出センサ6を有する焦点検出装置50だけでなく、ハーフミラー7を透過後にさらにサブミラー70に反射されて再結像光学系17を通過した光束を受光する焦点検出部である焦点検出センサ16を有する焦点検出装置50や、マイクロレンズアレイ19に覆われた焦点検出センサを含む撮像素子2を有する焦点検出装置50に対しても適用することができる。
(Modification 5)
As shown in FIG. 1, not only the
図15は、ハーフミラー7を透過後にさらにサブミラー70に反射されて再結像光学系17を通過した光束を受光する複数の焦点検出画素が配列された焦点検出センサ16を有する焦点検出装置50を有する撮像装置100の構成を示す図である。図16は、マイクロレンズアレイ19に覆われた焦点検出センサを含む撮像素子2を有する焦点検出装置50を有する撮像装置100の構成を示す図である。すなわち、マイクロレンズアレイ19に覆われた撮像素子2には、複数の焦点検出信号を生成する複数の焦点検出画素と、複数の撮像信号を生成する複数の撮像画素とが、混在して配列されている。図15および図16において、図1と共通する符号が付された部分については、図1に示す撮像装置100と同様であるため、説明を省略する。
FIG. 15 shows a
図16に示す撮像装置100においては、図7のステップS310における明るさの判定指標として、撮像素子2による撮像処理の際のISO感度の大きさを用いることとしてもよい。そのISO感度が所定値未満のとき、制御装置3は、被写体像全体の明るさが所定の明るさよりも暗くないと判定し、すなわちステップS310で否定判定がなされる。
In the
図17は図16の撮像素子2の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子2上の複数ある焦点検出エリアのうちの1つの近傍を拡大して示したものである。図17は撮像画素310および焦点検出画素311のレイアウトを示す。図17において、撮像画素310および焦点検出画素311が二次元正方格子状に稠密に配列される。焦点検出画素311は、水平方向の2つの画素行に連続して配置され、互いに隣接する2つの焦点検出画素列L1およびL2を形成する。
FIG. 17 is a front view showing a detailed configuration of the
図17に示すように、焦点検出画素311が、撮像画素310の2次元配列の一部において、撮像画素310に置換して配置されることによって、焦点検出画素列L1およびL2が形成されていた。焦点検出画素311が有する一対の光電変換部213、214の出力データを加算することにより、撮像画素310の光電変換部11の出力データと同等なデータを得ることができるので、図18のように撮像素子2の全ての画素を焦点検出画素311とすることもできる。図18は撮像素子2の一部を拡大した場合の焦点検出画素311の配置を示すものであって、各焦点検出画素311にはベイヤー配列の色フィルタが配置される。
As shown in FIG. 17, the focus detection pixel rows L1 and L2 are formed by disposing the
焦点検出画素311が一対の光電変換部213、214を有しているものとして説明した。しかし、図19に示すように、焦点検出画素列L1およびL2は、一対の光電変換部213、214のうちの一方の光電変換部213のみを有する焦点検出画素313と、一対の光電変換部213、214のうちの他方の光電変換部214のみを有する焦点検出画素314とが交互に配置される構成であってもかまわない。
The
なお、焦点検出画素列としてL1およびL2の2つを有するとしたが、焦点検出画素列は1つだけでもよいし、3つ以上あってもよい。 Note that although two focus detection pixel columns L1 and L2 are provided, only one focus detection pixel column or three or more focus detection pixel columns may be provided.
なお、本実施の形態に係る焦点検出装置を含む撮像装置としては、上述したような撮像装置100に限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラ、フィルムスチルカメラ、あるいはビデオカメラに含まれる焦点検出装置にも本実施の形態を適用することができる。さらには、携帯電話、スマートホン、タブレットPCなどの電子機器に内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどに含まれる焦点検出装置にも本実施の形態を適用できる。特に小型カメラモジュールに本実施の形態を適用する場合には、部品数を少なくするために上述した焦点検出センサを含む撮像素子2を用いることが好ましい。
Note that the imaging apparatus including the focus detection apparatus according to the present embodiment is not limited to the
上述した実施の形態および変形例を組み合わせてもよい。本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態も、本発明の範囲内に含まれる。 You may combine embodiment and the modification which were mentioned above. The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications as long as the characteristics of the present invention are not impaired, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also within the scope of the present invention. included.
1…液晶表示素子、2…撮像素子、3…制御装置、4…撮像光学系、5…レンズ駆動部、6…焦点検出センサ、7…ハーフミラー、8…焦点調節装置、9…マイクロレンズアレイ、10…光軸、15…記憶装置、16…焦点検出センサ、17…再結像光学系、19…マイクロレンズアレイ、50…焦点検出装置、70…サブミラー
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記受光部で受光した前記異なる瞳領域の像のずれに基づいて、前記光学系の焦点状態を検出する検出部と、
を有し、
前記検出部は、前記ずれが異なる複数の像を受光した前記受光部以外の前記受光部で受光した前記異なる瞳領域の像のずれに基づいて前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置。 A plurality of light receiving units that receive light beams that have passed through different pupil regions of the optical system, respectively, with a plurality of pixels;
A detection unit that detects a focus state of the optical system based on a shift of an image of the different pupil region received by the light receiving unit;
Have
The focus detection device that detects a focus state of the optical system based on a shift of an image of the different pupil region received by the light receiving unit other than the light receiving unit that has received a plurality of images having different shifts.
前記検出部は、前記ずれが所定値以上異なる複数の像を受光した前記受光部を、前記ずれが異なる複数の像を受光した前記受光部とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 1,
The focus detection apparatus, wherein the detection unit uses the light receiving unit that has received a plurality of images having different deviations by a predetermined value or more as the light receiving unit that has received a plurality of images having different deviations.
前記検出部は、前記光学系からの距離が異なる複数の被写体からの光束を受光することにより、前記ずれが異なる複数の像を受光する焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 1 or 2,
The said detection part is a focus detection apparatus which light-receives the several image from which the said shift | offset | difference is received by receiving the light beam from the several subject from which the distance from the said optical system differs.
前記検出部は、前記光学系からの距離の差が所定値以上異なる複数の被写体からの光束を受光した受光部を、前記ずれが異なる複数の像を受光した前記受光部とする焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 3,
The focus detection apparatus, wherein the detection unit uses a light receiving unit that receives light beams from a plurality of subjects whose difference in distance from the optical system differs by a predetermined value or more as the light receiving unit that receives a plurality of images having different displacements.
前記受光部を有する焦点検出部を備え、
前記受光部の複数の画素は、前記焦点検出部に設けられた複数の焦点検出画素である焦点検出装置。 In the focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A focus detection unit having the light receiving unit;
The focus detection device, wherein the plurality of pixels of the light receiving unit are a plurality of focus detection pixels provided in the focus detection unit.
前記光学系を通過した光束が入射して画像データを出力する撮像素子に前記受光部が設けられている焦点検出装置。 In the focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A focus detection apparatus in which the light receiving unit is provided in an image sensor that outputs image data upon incidence of a light beam that has passed through the optical system.
前記撮像素子は、複数の撮像画素と複数の焦点検出画素とを有し、
前記受光部の複数の画素は、前記撮像素子が有する前記複数の焦点検出画素である焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 6,
The imaging element has a plurality of imaging pixels and a plurality of focus detection pixels,
The focus detection device, wherein the plurality of pixels of the light receiving unit are the plurality of focus detection pixels included in the image sensor.
前記撮像素子は、一対の光電変換部を有する焦点検出画素を複数有し、
前記受光部の複数の画素は、前記撮像素子が有する前記複数の焦点検出画素である焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 6,
The image sensor has a plurality of focus detection pixels having a pair of photoelectric conversion units,
The focus detection device, wherein the plurality of pixels of the light receiving unit are the plurality of focus detection pixels included in the image sensor.
前記検出部は、前記異なる瞳領域を通過したそれぞれの光束を受光した複数の画素から出力される信号により前記瞳領域毎の像のずれを検出する焦点検出装置。 In the focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 8,
The focus detection apparatus, wherein the detection unit detects a shift of an image for each pupil region based on signals output from a plurality of pixels that receive light beams that have passed through the different pupil regions.
前記検出部は、前記異なる瞳領域毎の像のずれに基づいて前記受光部の前記複数の画素を分けてまとめて、まとめられた前記画素毎に出力される信号により求めた前記光学系の焦点状態から、前記受光部が前記ずれが異なる複数の像を受光したか否かを検出する焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 9, wherein
The detection unit divides the plurality of pixels of the light receiving unit based on image shifts for the different pupil regions, and calculates the focal point of the optical system obtained by a signal output for each of the collected pixels. The focus detection apparatus which detects whether the said light-receiving part received the several image from which the said shift | offset | difference differs from the state.
前記検出部は、前記異なる瞳領域を通過したそれぞれの光束を受光した複数の画素から出力される信号の相関量および信号の強度に基づき、前記受光部が前記ずれが異なる複数の像を受光しているか否かを検出する焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 9 or 10,
The detection unit receives a plurality of images having different deviations based on a correlation amount and a signal intensity of signals output from a plurality of pixels that receive the respective light beams that have passed through the different pupil regions. Focus detection device that detects whether or not
前記検出部が検出した前記光学系の焦点状態に基づいて、前記光学系の焦点を調節する信号を生成する信号生成部を備える焦点検出装置。 In the focus detection apparatus according to any one of claims 1 to 11,
A focus detection apparatus comprising: a signal generation unit that generates a signal for adjusting a focus of the optical system based on a focus state of the optical system detected by the detection unit.
前記信号生成部は、前記複数の受光部のうちの少なくとも1つの受光部が前記ずれが異なる複数の像を受光している場合、受光部で光束が受光される被写体の前記光学系からの距離が、前記ずれが異なる複数の像を受光している前記受光部よりも短い受光部で受光した前記異なる瞳領域の像のずれに基づいて、前記光学系の焦点を調節する信号を生成する焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 12,
When the signal generating unit receives a plurality of images with different deviations, at least one of the plurality of light receiving units receives a light beam received by the light receiving unit from a distance from the optical system. However, the focal point for generating a signal for adjusting the focal point of the optical system based on the deviation of the images of the different pupil regions received by the light receiving unit shorter than the light receiving unit receiving the plurality of images having different deviations. Detection device.
前記信号生成部は、前記複数の受光部のうちの所定数の受光部の各々について、前記ずれが異なる複数の像を受光しているか否かを検出し、前記所定数の受光部のうちの前記ずれが異なる複数の像を受光した前記受光部以外の前記受光部の前記異なる瞳領域の像のずれに基づいて前記光学系の焦点を調節する信号を生成する焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 12,
The signal generation unit detects whether or not a plurality of images having different deviations are received for each of a predetermined number of light receiving units of the plurality of light receiving units, and of the predetermined number of light receiving units The focus detection apparatus which produces | generates the signal which adjusts the focus of the said optical system based on the shift | offset | difference of the image of the said different pupil area | region of the said light-receiving parts other than the said light-receiving part which received the several image from which the said difference | shift differs.
前記複数の受光部うちの前記光学系で撮像する主要被写体による瞳領域毎の像を検出する前記受光部の各々について、前記ずれが異なる複数の像を受光しているか否かを検出し、
前記信号生成部は、前記ずれが異なる複数の像を受光していない受光部で受光した前記異なる瞳領域の像のずれに基づいて前記光学系の焦点を調節する信号を生成し、
前記主要被写体が移動した場合に、前記主要被写体の移動に合わせて前記主要被写体による瞳領域毎の像を検出する前記受光部を変更する焦点検出装置。 The focus detection apparatus according to claim 12,
For each of the light receiving units for detecting an image of each pupil region of a main subject imaged by the optical system among the plurality of light receiving units, it is detected whether or not a plurality of images having different deviations are received.
The signal generation unit generates a signal for adjusting the focal point of the optical system based on a shift of the images of the different pupil regions received by a light receiving unit that does not receive a plurality of images having different shifts;
A focus detection apparatus that changes the light receiving unit that detects an image of each pupil region of the main subject in accordance with the movement of the main subject when the main subject moves.
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