JP2017173374A - 焦点検出装置および方法、および撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、撮影光学系を介して入射する光を光電変換して電気信号を出力する、複数色のカラーフィルタに覆われた撮像素子から得られる各色の対の焦点検出信号に対して、前記撮像素子に固有の色感度情報に基づいて色ごとに前記焦点検出信号を補正する補正値を取得する取得手段と、前記補正値により、前記各色の対の焦点検出信号をそれぞれ補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記各色の対の焦点検出信号を合成して、一対の焦点検出信号を生成する生成手段と、前記生成手段により生成された前記一対の焦点検出信号に基づいて、焦点状態を示す評価値を検出する焦点検出手段とを有する。
【選択図】 図6
Description
(撮像装置の構成の説明−レンズユニット)
図1は、第1の実施形態におけるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。第1の実施形態におけるデジタルカメラはレンズ交換式一眼レフカメラであり、撮影レンズからなるレンズユニット100とカメラ本体120とを有する。レンズユニット100は図中央の点線で示されるマウントMを介して、カメラ本体120に装着される。
カメラ本体120は、光学系(光学ローパスフィルタ121および撮像素子122)と、駆動/制御系とを有する。
次に、撮像面位相差焦点検出部129の動作について説明する。図2(a)は本実施形態における撮像素子122の画素配列を示した図で、2次元CMOSエリアセンサの縦(Y方向)6行と横(X方向)8列の範囲を、レンズユニット100側から観察した状態を示している。撮像素子122にはベイヤー配列のカラーフィルタが設けられている。本実施形態のベイヤー配列は、例えば、奇数行の画素には、左から順に緑(G)と赤(R)のカラーフィルタがX方向に交互に配置され、偶数行の画素には、左から順に青(B)と緑(G)のカラーフィルタがX方向に交互に配置されている。画素211において、オンチップマイクロレンズ211iの内側に配置された複数の矩形は、それぞれ光電変換部211a,211bを表している。
図4は、撮影範囲内における焦点検出領域を示す図で、この焦点検出領域内で撮像素子122から得られた信号に基づいて撮像面位相差AF及びTVAFが行われる。図4において、点線で示す長方形は撮像素子122の撮影範囲217を示す。撮影範囲217内には撮像面位相差AFを行う3つの横方向の焦点検出領域218ah、218bh、218chが形成されている。第1の実施形態では、撮像面位相差AF用の焦点検出領域を撮影範囲217の中央部と左右2箇所の計3箇所を備える構成とした。また、3つの撮像面位相差AF用の焦点検出領域218ah、218bh、218chのそれぞれを包含する形で、TVAFを行う焦点検出領域219a、219b、219cが形成されている。TVAFを行う焦点検出領域では、TVAF部130が水平方向と垂直方向の焦点評価値を用いて、コントラスト検出を行う。
次に、上述した構成を有する撮像装置における本第1の実施形態における撮像面位相差AF処理について、図5のフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下のAF処理は、他の主体が明記されている場合を除き、カメラMPU125が主体となって実行される。また、カメラMPU125がレンズMPU117にコマンド等を送信することによって、レンズユニット100の駆動や制御を行う場合、説明を簡潔にするために動作主体をカメラMPU125として記載する場合がある。
AF_A'(i)={(AF_rA(i) × Cc_rA) ,(AF_gA(i) × Cc_gA) ,(AF_bA(i) × Cc_bA)}
AF_B'(i)={(AF_rB(i) × Cc_rB) ,(AF_gB(i) × Cc_gB) ,(AF_bB(i) × Cc_bB)}
これにより、色毎信号補正後のAF用A像(AF_A´(i))、B像信号(AF_B´(i))を生成する。
ここで、倍率色収差による焦点検出誤差が発生するメカニズムについて説明する。倍率色収差は、波長による屈折率の違いにより、同一被写体から発せられた光が、撮像素子122上において色ずれを生じる現象である。
Pr(A)=Sr(A)/(Sr(A)+2Sg(A)+Sb(A))
Pg(A)=2Sg(A)/(Sr(A)+2Sg(A)+Sb(A))
Pb(A)=Sb(A)/(Sr(A)+2Sg(A)+Sb(A))
Pr(B)=Sr(B)/(Sr(B)+2Sg(B)+Sb(B))
Pg(B)=2Sg(B)/(Sr(B)+2Sg(B)+Sb(B))
Pb(B)=Sb(B)/(Sr(B)+2Sg(B)+Sb(B))
となる。なお、(A)はAF用A像における値を示しており、(B)はAF用B像における値を示している。AF用A像の重心G(A)とAF用B像の重心G(B)はRGBの線像重心と各色寄与率Piの積和によって求められ、
G(A)=ΣXi(A)× Pi(A),(i=r,g,b)
G(B)=ΣXi(B)× Pi(B),(i=r,g,b)
となる。なお、Xi(A)はAF用A像における線像の重心であり、Xi(B)はAF用B像における線像重心である。
Xi(A)=Xi(B) (i=r,g,b)
として考えられる為、輝度(Y)信号に関するAF用A像の重心G(A)とAF用B像の重心G(B)が一致する条件は、AF用A像とAF用B像の各色寄与率Piが一致することである。したがって、焦点検出領域におけるRGB信号の強度比がAF用A像とAF用B像で一致すれば、AF用A像の重心G(A)とAF用B像の重心G(B)が一致するため、撮像面位相差AFの焦点検出結果は合焦位置に一致することになる。逆に、焦点検出領域におけるRGB信号の強度比がA像とB像で異なる場合は、重心G(A)とAF用B像の重心G(B)とで重心差が生じるため、撮像面位相差AFの焦点検出結果は焦点検出合焦位置に一致せず、焦点検出誤差が発生する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態との主な違いは、倍率色収差に起因する焦点検出誤差の為の色毎信号補正に加えて、その他各種BP補正を行う点が異なる。第2の実施形態では、第1の実施形態に加えて、その他各種BP(第2の実施形態では、縦横BP、色BP、空間周波数BP)を補正する。これにより、レンズメモリ118もしくはRAM125bが必要とするようになる容量は増えるが、より高精度に補正値の算出を行うことができる。
DEF_A=DEF_B+BP …(1)
K_AF_RH=0
K_AF_GH=1
K_AF_BH=0
K_AF_RV=0
K_AF_GV=0
K_AF_BV=0
のように定めればよい。このように設定することにより、焦点検出用の信号のデフォーカスMTF(Modulation Transfer Function)のピーク情報は、水平方向で緑色の信号の特性と同じであることを示すことができる。
K_IMG_RH=0.15
K_IMG_GH=0.29
K_IMG_BH=0.06
K_IMG_RV=0.15
K_IMG_GV=0.29
K_IMG_BV=0.06
のように設定すればよい。これは、RGBの信号に対して、Y信号相当に変換するための重み付けを行い、撮影画像はY信号で評価し、水平方向、垂直方向いずれのコントラストも同等に評価することを想定して設定される値である。ただし、設定値や設定値の種類などは、これに限らない。
MTF_P_RH(f,x,y)=
(rh(0)×x+rh(1)×y+rh(2))×f2
+(rh(3)×x+rh(4)×y+rh(5))×f
+(rh(6)×x+rh(7)×y+rh(8)) …(2)
MTF_P_RH(f)=Arh×f2+Brh×f+Crh …(3)
MTF_P_AF(f)=
K_AF_RH×MTF_P_RH(f)
+K_AF_RV×MTF_P_RV(f)
+K_AF_GH×MTF_P_GH(f)
+K_AF_GV×MTF_P_GV(f)
+K_AF_BH×MTF_P_BH(f)
+K_AF_BV×MTF_P_BV(f) …(4)
MTF_P_IMG(f)=
K_IMG_RH×MTF_P_RH(f)
+K_IMG_RV×MTF_P_RV(f)
+K_IMG_GH×MTF_P_GH(f)
+K_IMG_GV×MTF_P_GV(f)
+K_IMG_BH×MTF_P_BH(f)
+K_IMG_BV×MTF_P_BV(f) …(5)
MTF_P_AF(f)=Aaf×f2+Baf×f+Caf …(6)
MTF_P_IMG(f)=Aimg×f2+Bimg×f+Cimg …(7)
P_img=MTF_P_Img(1)×W1(1)
+MTF_P_Img(2)×W1(2)
+MTF_P_Img(3)×W1(3)
+MTF_P_Img(4)×W1(4) …(8)
P_AF=MTF_P_AF(1)×W2(1)
+MTF_P_AF(2)×W2(2)
+MTF_P_AF(3)×W2(3)
+MTF_P_AF(4)×W2(4) …(9)
BP=P_AF−P_img …(10)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Claims (13)
- 複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、撮影光学系を介して入射する光を光電変換して電気信号を出力する、複数色のカラーフィルタに覆われた撮像素子から得られる各色の対の焦点検出信号に対して、前記撮像素子に固有の色感度情報に基づいて色ごとに前記焦点検出信号を補正する補正値を取得する取得手段と、
前記補正値により、前記各色の対の焦点検出信号をそれぞれ補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された前記各色の対の焦点検出信号を合成して、一対の焦点検出信号を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された前記一対の焦点検出信号に基づいて、焦点状態を示す評価値を検出する焦点検出手段と
を有することを特徴とする焦点検出装置。 - 前記補正値は、合焦状態において、各像高における前記各色の対の焦点検出信号の信号強度を、前記各色の対の焦点検出信号の一方の信号強度と、他方の信号強度との平均に補正する係数であることを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
- 前記補正値は、合焦状態において、前記各色の対の焦点検出信号の信号強度を、中央像高における前記各色の対の焦点検出信号の信号強度に補正する係数であることを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
- 前記補正値は、合焦状態において、前記各色の対の焦点検出信号の一方の信号強度を、他方の信号強度に補正する係数であることを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
- 前記取得手段は、レンズの射出瞳距離、絞り、像高に基づいて、前記補正値を取得することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の焦点検出装置。
- 前記取得手段は、前記レンズの射出瞳距離、絞り、像高それぞれに応じた前記補正値を予め保持した記憶手段から取得することを特徴とする請求項5に記載の焦点検出装置。
- 前記撮像素子に焦点検出領域が設定されている場合に、前記像高として、当該設定された焦点検出領域の代表点を設定することを特徴とする請求項5または6に記載の焦点検出装置。
- 前記代表点を像高として取得した前記補正値を、前記焦点検出領域の光電変換部から出力された前記各色の対の焦点検出信号の補正に用いることを特徴とする請求項7に記載の焦点検出装置。
- 前記レンズの射出瞳距離が予め決められた基準瞳距離以上、絞りが予め決められた絞り未満、または、前記対の焦点検出信号を出力した光電変換部の像高が予め決められた像高未満である場合に、前記補正を行わないことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の焦点検出装置。
- 前記レンズの射出瞳距離が予め決められた基準瞳距離未満、絞りが予め決められた絞り以上、且つ、前記対の焦点検出信号を出力した光電変換部の像高が予め決められた像高以上である場合に、前記取得手段は、撮影条件に応じた前記倍率色収差の情報を取得し、当該取得した倍率色収差の情報に基づいて、前記補正を行うか否かを判定し、
前記倍率色収差の情報は、予め決められた特定の色、または波長を基準として相対的に求められた値であることを特徴とする請求項9に記載の焦点検出装置。 - 前記焦点検出手段により検出された評価値に対して、前記撮影光学系の非点収差、色収差、球面収差の少なくとも1つによって生じる、撮影画像の焦点状態との差を補正する第2の補正手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の焦点検出装置。
- 前記撮像素子と、
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の焦点検出装置と、
前記評価値に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を制御する制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、撮影光学系を介して入射する光を光電変換して電気信号を出力する、複数色のカラーフィルタに覆われた撮像素子から得られる各色の対の焦点検出信号を用いた焦点検出方法であって、
取得手段が、前記撮像素子に固有の色感度情報に基づいて色ごとに前記焦点検出信号を補正する補正値を取得する取得工程と、
補正手段が、前記補正値により、前記各色の対の焦点検出信号をそれぞれ補正する補正工程と、
生成手段が、前記補正工程で補正された前記各色の対の焦点検出信号を合成して、一対の焦点検出信号を生成する生成工程と、
焦点検出手段が、前記生成工程で生成された前記一対の焦点検出信号に基づいて、焦点状態を示す評価値を検出する焦点検出手段と
を有することを特徴とする焦点検出方法。
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