JP2018101110A - 焦点検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】適切なタイミングで光学パラメータの算出を行うことにより、応答性のよい焦点検出装置を提供すること。【解決手段】撮像装置1は、撮像素子208と、撮像素子208の焦点検出画素に入射する光束に関連する光学的状態に基づいて焦点検出画素から出力された画素信号を補正するための補正値を算出する光学パラメータ算出回路226と、焦点検出画素から出力された画素信号を補正値により補正する照度補正回路228と、補正された画素信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出回路224とを有する。光学パラメータ算出回路226は、静止画取得のための撮像又は焦点検出のための撮像の実行前に光学的状態に基づいて補正値を算出する。照度補正回路228は、静止画取得のための撮像又は焦点検出のための撮像に伴う焦点検出画素からの画素信号の読み出しと同時に補正を実行する。【選択図】図1
Description
本発明は、焦点検出装置に関する。
撮像素子の一部の画素を焦点検出素子として利用して焦点状態を検出する撮像装置(焦点検出装置)が知られている。このような焦点検出装置は、撮像素子の一部の画素を焦点検出画素に設定し、撮像光学系の光軸中心に対して対称な異なる瞳領域を通過した被写体光束を複数の焦点検出画素に結像させ、この被写体光束の間の位相差を検出することによって撮像光学系の焦点状態を検出している。
ところで、撮像装置においては、撮像光学系の光学特性により、撮像光学系を通して入射される光束の量が、撮像光学系の光軸からの距離が離れるにつれて少なくなることが知られている。このため、撮像素子に結像された被写体像における照度の不均一が生じる。特許文献1の焦点調節装置は、このような照度の不均一性を補正するため光学パラメータを算出し、この光学パラメータを用いて照度補正を行うことを提案している。
特許文献1においては、照度補正のための光学パラメータの算出及び照度補正がデフォーカス量の算出の直前に行われる。光学パラメータの算出が常にデフォーカス量の算出の直前に行われると応答性の低下につながる。特に、連写中においてはさらなる応答性の低下につながる。
本発明は、適切なタイミングで光学パラメータの算出を行うことにより、応答性のよい焦点検出装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様の焦点検出装置は、複数の焦点検出画素を有し、撮像光学系を介して被写体を撮像する撮像素子と、前記焦点検出画素に入射する前記被写体からの光束に関連する光学的状態に基づいて前記焦点検出画素から出力された画素信号を補正するための補正値を算出する補正値算出部と、前記焦点検出画素から出力された前記画素信号を前記補正値により補正する補正部と、前記補正された画素信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、を具備し、前記補正値算出部は、前記撮像素子による静止画取得のための撮像又は焦点検出のための撮像を実行する前に前記光学的状態に基づいて前記補正値を算出し、前記補正部は、前記撮像素子による静止画取得のための撮像又は焦点検出のための撮像に伴う前記焦点検出画素からの前記画素信号の読み出しと同時に前記補正値による補正を実行する。
本発明によれば、適切なタイミングで光学パラメータの算出を行うことにより、応答性のよい焦点検出装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る焦点検出装置を含む撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。なお、図1中において、矢印付き実線はデータの流れを、矢印付き破線は制御信号の流れをそれぞれ示している。
図1に示すように、撮像装置1は、交換式レンズ100と、カメラ本体200とを有する。交換式レンズ100は、カメラ本体200に着脱できるように構成されている。交換式レンズ100とカメラ本体200とは、交換式レンズ100がカメラ本体200に装着されたときに、互いに通信できるように接続される。なお、撮像装置1は、必ずしもレンズ交換式の撮像装置でなくてもよい。例えば、撮像装置1は、レンズ一体型の撮像装置であってもよい。
交換式レンズ100は、撮像光学系102と、駆動部104と、レンズCPU106と、レンズ側記憶部108とを備える。ここで、交換式レンズ100の各ブロックは、例えばハードウェアによって構成されている。しかしながら、必ずしもハードウェアによって構成されている必要はなく、一部はソフトウェアによって構成されていてもよい。また、交換式レンズ100の各ブロックは、単一のハードウェア又はソフトウェアによって構成されていなくてもよく、複数のハードウェア又はソフトウェアによって構成されていてもよい。
撮像光学系102は、被写体からの光束をカメラ本体200の撮像素子208に結像させるための光学系である。撮像光学系102は、フォーカスレンズ1021と、絞り1022とを有する。フォーカスレンズ1021は、光軸方向に移動することによって、撮像光学系102の焦点位置を調節できるように構成されている。
絞り1022は、フォーカスレンズ1021の光軸上に配置される。絞り1022の口径は可変である。絞り1022は、フォーカスレンズ1021を通過して撮像素子208に入射する被写体からの光束の量を調節する。駆動部104は、レンズCPU106から出力される制御信号に基づいて、フォーカスレンズ1021と絞り1022とを駆動する。ここで、撮像光学系102は、ズームレンズとして構成されていてもよい。この場合、駆動部104はズーム駆動も行う。
レンズCPU106は、インターフェイス(I/F)110を介してカメラ本体200のCPU218との間で通信できるように構成されている。レンズCPU106は、カメラ本体200のCPU218の制御に従って駆動部104を制御する。また、レンズCPU106は、I/F110を介して絞り1022の絞り値(F値)及びレンズ側記憶部108に記憶されているレンズ情報といった情報をCPU218に送信する。なお、レンズCPU106は、必ずしもCPUとして構成されていなくてもよい。すなわち、レンズCPU106と同様の機能は、ASIC、FPGA等によって実現されてもよい。また、レンズCPU106と同様の機能は、ソフトウェアによって実現されてもよい。
レンズ側記憶部108は、交換式レンズ100に関するレンズ情報を記憶している。レンズ情報は、例えば撮像光学系102の焦点距離の情報や収差の情報を含む。
カメラ本体200は、メカシャッタ202と、駆動部204と、操作部206と、撮像素子208と、手振れ補正回路210と、撮像制御回路212と、アナログ処理部214と、アナログデジタル変換部(ADC)216と、CPU218と、画像処理部220と、画像圧縮展開部222と、焦点検出回路224と、光学パラメータ算出回路226と、照度補正回路228と、露出制御回路230と、表示部232と、バス234と、DRAM236と、本体側記憶部238と、記録媒体240とを有する。ここで、カメラ本体200の各ブロックは、例えばハードウェアによって構成されている。しかしながら、必ずしもハードウェアによって構成されている必要はなく、一部はソフトウェアによって構成されていてもよい。また、カメラ本体200の各ブロックは、単一のハードウェア又はソフトウェアによって構成されていなくてもよく、複数のハードウェア又はソフトウェアによって構成されていてもよい。
メカシャッタ202は、開閉自在に構成され、撮像素子208への被写体からの光束の入射時間(撮像素子208の露光時間)を調節する。メカシャッタ202としては、例えばフォーカルプレーンシャッタが採用される。駆動部204は、CPU218からの制御信号に基づいてメカシャッタ202を駆動する。
操作部206は、電源ボタン、レリーズボタン、動画ボタン、再生ボタン、メニューボタンといった各種の操作ボタン及びタッチパネル等の各種の操作部材を含む。この操作部206は、各種の操作部材の操作状態を検知し、検知結果を示す信号をCPU218に出力する。
撮像素子208は、撮像光学系102の光軸上であって、メカシャッタ202の後方で、かつ、撮像光学系102によって被写体からの光束が結像される位置に配置されている。撮像素子208は、二次元的に配置された画素を含む受光面を有する。それぞれの画素は、例えばフォトダイオードによって構成され、光束の受光量に応じた電荷を生成する。各画素で発生した電荷は、各画素に接続されているキャパシタに蓄積される。このキャパシタに蓄積された電荷は、撮像制御回路212からの制御信号に従って画素信号として読み出される。ここで、本実施形態における画素は、焦点検出画素を含む。焦点検出画素は、撮像光学系102の対をなす瞳領域の一方からの光束のみを受光できるように構成された画素である。焦点検出画素は、対をなす瞳領域の一方からの光束のみが受光されるように一部の領域を遮光膜によって遮光することで構成される。または、焦点検出画素は、マイクロレンズを用いた瞳分割方式により、対をなす瞳領域の一方からの光束のみが受光されるように構成されていてもよい。
手振れ補正回路210は、カメラ本体200に発生した手振れが抑制されるように、撮像素子208をその受光面と平行な方向に移動させる。手振れに従って撮像素子208が移動されることにより、手振れに起因して画像データに発生する被写体像のぶれが抑制される。なお、手振れ補正回路は、交換式レンズ100に設けられていてもよい。この場合の手振れ補正回路は、撮像光学系102に含まれる手振れ補正光学系を移動させるように構成される。
撮像制御回路212は、撮像素子208からの画素信号の読み出しの設定に従って撮像素子208の撮像(露光)及び撮像素子208からの画素信号の読み出しを制御する。
アナログ処理部214は、撮像制御回路212の制御に従って撮像素子208から読み出された画素信号に対して増幅処理等のアナログ処理を行う。
ADC216は、アナログ処理部214から出力された画素信号を、デジタル形式の画素データに変換する。なお、以下の説明では、画素データの集まりを画像データと言うことにする。
CPU218は、本体側記憶部238に記憶されているプログラムに従ってカメラ本体200の全体制御を行う制御部である。CPU218は、例えば撮像制御回路212を介して撮像素子208による撮像を制御する。また、CPU218は、焦点検出回路224によって検出されたフォーカスレンズ1021の焦点状態に応じて、フォーカスレンズ1021を駆動するための制御信号をレンズCPU106に対して出力する。また、CPU218は、露出制御回路230によって算出された露出設定値をレンズCPU106及び撮像制御回路212に対して出力する。ここで、CPU218は、必ずしもCPUとして構成されていなくてもよい。すなわち、CPU218と同様の機能は、ASIC、FPGA等によって実現されてもよい。また、CPU218と同様の機能は、ソフトウェアによって実現されてもよい。
画像処理部220は、画像データに対して各種の画像処理を施す。例えば画像処理部220は、静止画像の記録の際には、静止画記録用の画像処理を施す。同様に、画像処理部220は、動画像の記録の際には、動画記録用の画像処理を施す。さらに、画像処理部220は、ライブビュー表示時には、表示用の画像処理を施す。
画像圧縮展開部222は、画像データの記録時には、画像処理部220で生成された画像データ(静止画データ又は動画データ)を圧縮する。また、画像データの再生時には、記録媒体240に圧縮状態で記録された画像データを伸張する。
焦点検出部としての焦点検出回路224は、撮像素子208の焦点検出画素の画素データを用いた公知の位相差方式によってフォーカスレンズ1021の焦点検出を行う。補正値算出部としての光学パラメータ算出回路226は、例えばDSPによって構成され、照度補正のための照度補正値等を算出するための光学パラメータ演算を行う。補正部としての照度補正回路228は、光学パラメータ算出回路226で算出された照度補正値に従って、焦点検出画素から得られる画素データに対する照度補正を行う。焦点検出回路224、光学パラメータ算出回路226及び照度補正回路228については後で詳しく説明する。
露出制御部として露出制御回路230は、撮像素子208の画素データ(焦点検出画素を含む)に基づいて露出設定値を算出する。露出設定値は、絞り1022の開口量(絞り値)、撮像素子208の露光時間(シャッタスピード)を含む。
表示部232は、例えば液晶ディスプレイや有機ELディスプレイといった表示部であって、例えばカメラ本体200の背面に配置される。この表示部232は、CPU218の制御に従って画像を表示する。表示部232は、ライブビュー表示や記録済み画像の表示等に使用される。
バス234は、ADC216、CPU218、画像処理部220、画像圧縮展開部222、焦点検出回路224、光学パラメータ算出回路226、照度補正回路228、露出制御回路230、表示部232、DRAM236、本体側記憶部238、記録媒体240に接続され、これらのブロックで発生した各種のデータを転送するための転送路として機能する。
DRAM236は、電気的に書き換えできるメモリであり、撮像素子208から出力される画像データ、記録用の画像データ、表示用の画像データ、CPU218における処理データといった各種データを一時的に記憶する。なお、一時記憶用としてSDRAMが用いられてもよい。
本体側記憶部238は、CPU218で使用されるプログラム、カメラ本体200の調整値等の各種データを記憶している。記録媒体240は、カメラ本体200に内蔵されるか又は装填されるように構成されており、記録用の画像データを所定の形式の画像ファイルとして記録する。なお、DRAM236、本体側記憶部238及び記録媒体240は、それぞれ1つのメモリ等で構成されてもよいし、複数のメモリ等が組み合わされて構成されてもよい。
以下、本実施形態に係る撮像装置1の動作を説明する。図2A及び図2Bは、本実施形態に係る撮像装置の動作について示すフローチャートである。図2A及び図2Bの動作は、ユーザによる撮像装置1の電源のオン操作が検出されたときに開始される。電源のオン操作が検出されると、ステップS101において、CPU218は、レリーズボタンの1stレリーズスイッチがオンの状態であるか否かを判定する。1stレリーズスイッチは、例えばユーザによるレリーズボタンの半押し操作に応答してオンの状態となるスイッチである。ステップS101において、1stレリーズスイッチがオンの状態であると判定されたときには、処理はステップS105に移行する。ステップS101において、1stレリーズスイッチがオンの状態でないと判定されたときには、処理はステップS102に移行する。
ステップS102において、CPU218は、ライブビュー(LV)表示用の画像データの取り込みを行う。このとき、CPU218は、メカシャッタ202を全開状態とするように駆動部204に対して制御信号を出力するとともに、絞り1022を所定量(例えば開放絞り)だけ駆動するようにレンズCPU106に対して制御信号を出力する。その後、CPU218は、撮像制御回路212に対して制御信号を出力して撮像素子208によるLV表示のための撮像を開始させる。この撮像は、例えば撮像素子208の所定行の画素毎に行われる。そして、所定行のLV表示のための撮像が完了する毎に、撮像制御回路212は、撮像素子208からの画素信号の読み出しを開始させる。読み出された画素信号は、ADC216において画素データに変換された後、DRAM236に記憶される。
ステップS103において、CPU218はLV表示を行う。このとき、CPU218は、画像処理部220に表示用の画像データを生成させる。これを受けて、画像処理部220は、焦点検出画素からの画素データに対して補正処理を行う。この補正処理により、焦点検出画素からの画素データを他の通常の画素からの画素データと同様にLV表示に使用することができるようになる。この補正処理の後、画像処理部220は、LV表示用の画像データの生成に必要なその他の処理を行って表示用の画像データを生成する。CPU218は、画像処理部220で生成された表示用の画像データに基づいて表示部232にLV画像を表示させる。その後、処理は、ステップS104に移行する。
ステップS104において、CPU218は、露出制御回路230にAE演算を実行させる。これを受けて、露出制御回路230は、ステップS102においてDRAM236に記憶された画像データから露出設定値(絞り値)を算出する。CPU218は、算出された露出設定値をレンズCPU106に対して出力する。この後、処理はステップS101に戻る。ステップS104の処理により、次回のLV表示用の画像データの取り込みは、ステップS104で算出された露出設定値に従って行われる。
ステップS105において、CPU218は、オートフォーカス(AF)及びLV表示のための撮像と読み出しを行う。CPU218は、まず、撮像制御回路212に対して制御信号を出力して撮像素子208によるAFのための撮像を開始させる。AFのための撮像における露光時間は、LV表示のための撮像における露光時間と異ならせてよい。また、この撮像は、例えば撮像素子208の所定行の画素毎に行われる。そして、所定行のAFのための撮像が完了する毎に、撮像制御回路212は、撮像素子208からの画素信号の読み出しを開始させる。この時に、CPU218は、DRAM236に記憶された焦点検出画素の画素データを照度補正回路228に入力する。これを受けて、照度補正回路228は、焦点検出画素の画素データに対する照度補正を行う。照度補正は、例えば、各画素データに対し、画素データ毎に算出された照度補正値を乗じることによって行われる。この照度補正値は、光学パラメータ算出回路226における光学パラメータ演算によって算出されるものである。光学パラメータ演算は、被写体からの光束に関連する情報である、撮像光学系102を通過する光線の入射角度特性と撮像素子208の入射角度特性との畳み込み積分である。撮像光学系102を通過する光線の入射角度特性と撮像素子208の入射角度特性を決める光学パラメータは、交換式レンズ100において特定される絞り値、瞳位置、ズーム状態、フォーカスレンズ位置(被写体距離の状態)、及びカメラ本体200において特定される手振れ補正の状態(撮像素子208又は手振れ補正光学系の初期位置からの移動量)、像高、AF検出方向等といった各種の光学的状態を示すパラメータを含む。なお、光学パラメータ演算には畳み込み積分が含まれるので、光学パラメータ算出回路226は、DSPによって構成されていることが望ましい。照度補正が施された画素信号は、ADC216において画素データに変換された後、DRAM236に記憶される。AF用の画素信号の読み出しが完了した後、CPU218は、撮像制御回路212に対して制御信号を出力して撮像素子208によるLV表示のための撮像を開始させる。そして、所定行のLV表示のための撮像が完了する毎に、撮像制御回路212は、撮像素子208からの画素信号の読み出しを開始させる。読み出された画素信号は、ADC216において画素データに変換された後、DRAM236に記憶される。
ステップS106において、CPU218は、ステップS103と同様にしてLV表示を行う。
ステップS107において、CPU218は、露出制御回路230にAE演算を実行させる。ステップS107において、AFのための撮像の露出設定値とLV表示のための撮像の露出設定値のそれぞれが算出されてもよい。
ステップS108において、CPU218は、焦点検出回路224による焦点検出演算を実行させる。焦点検出回路224は、DRAM236に記憶された照度補正がなされた焦点検出画素の画素データを用いて、焦点検出回路224は、対をなす焦点検出画素の間の相関演算を行う。
焦点検出演算の中で、焦点検出回路224は、焦点検出の信頼性判定を行う。本実施形態では、焦点検出演算の中で信頼性判定が行われ、信頼性の高いAFエリアだけでデフォーカス量演算が行われる。このようにすることで、多点での焦点検出を行いつつ、焦点調節の精度の向上と演算負荷の低減とを図ることができる。以下、信頼性判定について説明する。
焦点検出回路224は、相関演算によって得られる相関値に基づいて信頼性判定を行う。
図3は、AFエリアの一例を示す模式図である。図3の例では、AFエリアA0は、121点のAFエリアA1を有する。AFエリアA1は、画面内の縦方向と横方向とにそれぞれ11点ずつ配置されている。本実施形態に係る信頼性判定は、例えば121点のAFエリアA1のそれぞれについて行われる。また、焦点検出画素の配置の仕方によっては、1つのAFエリアA1につき、縦方向と横方向の2つのAF検出方向のそれぞれで焦点検出を行うことができる。この場合、信頼性判定は、121点のAFエリアA1の縦方向と横方向とに対して行われ得る。
信頼性判定では、以下の(1)−(3)の条件が判定される。そして、(1)−(3)の全てを満足するときには、そのAFエリアにおける信頼性は高いと判定される。信頼性判定の後、処理はステップS109に移行する。
(1)焦点検出画素の画素データから得られるコントラストが十分であるか
(2)相関値の極小値が十分に小さいか
(3)相関値の極小値と極小値の両隣の相関値のうちの大きい方の相関値との傾きが十分であるか否か(相関値の極小値の周辺のエッジが立っているか否か)
ここで、信頼性判定における判定条件は上述した3つの条件に限定されず、他の条件が加わったり、3つの条件のうち何れかの条件が省かれたりし得る。また、各々のAFエリアが諸条件を満たすか否かの判定は、諸条件をどの程度に満たしているかを数値として算出することで行われてもよい。この場合、例えば数値の合計値が大きいときにはそのAFエリアにおける信頼性は高いと判定される。
(1)焦点検出画素の画素データから得られるコントラストが十分であるか
(2)相関値の極小値が十分に小さいか
(3)相関値の極小値と極小値の両隣の相関値のうちの大きい方の相関値との傾きが十分であるか否か(相関値の極小値の周辺のエッジが立っているか否か)
ここで、信頼性判定における判定条件は上述した3つの条件に限定されず、他の条件が加わったり、3つの条件のうち何れかの条件が省かれたりし得る。また、各々のAFエリアが諸条件を満たすか否かの判定は、諸条件をどの程度に満たしているかを数値として算出することで行われてもよい。この場合、例えば数値の合計値が大きいときにはそのAFエリアにおける信頼性は高いと判定される。
ここで、図2A及び図2Bの説明に戻る。ステップS109において、焦点検出回路224は、デフォーカス量演算を行う。すなわち、焦点検出回路224は、ステップS108における信頼性判定の結果、信頼性が高いと判定されたAFエリアにおける2像間隔値(相関値の極値に対応した像ずれ量)からフォーカスレンズ1021の合焦位置に対するデフォーカス量を算出する。具体的には、焦点検出回路224は、2像間隔値に対してAFエリア毎及びAF検出方向毎に異なる感度値を乗算することでデフォーカス量を算出する。感度値は、照度補正値と同様に光学パラメータ算出回路226における光学パラメータ演算によって算出されるものであり、2像間隔値(像位相差量)をデフォーカス量に変換するための変換係数である。デフォーカス量の算出の後、焦点検出回路224は、AFエリア毎に異なる補正値である、撮像光学系102のコントラストベストずれ補正値(概ね撮像光学系102の周波数ずれ量)をデフォーカス量に加算する。また、焦点検出回路224は、デフォーカス量をフォーカスレンズ位置(レンズパルス位置)に変換する処理をさらに行う。その後、処理はステップS110に移行する。
ステップS110において、焦点検出回路224は、フォーカスレンズ1021の駆動に用いるフォーカスレンズ位置に対応するAFエリアを選択するためのエリア選択処理を行う。エリア選択処理の後、処理はステップS111に移行する。エリア選択処理は、例えば、最も近い被写体距離に対応した(すなわち最至近の)フォーカスレンズ位置を示すAFエリアを選択することで行われる。以下、エリア選択処理の一例を簡単に説明する。
図4は、AFモードがシングルターゲットモードであるときのAFエリア選択処理について説明するための図である。シングルターゲットモードは、121点のAFエリアの中のユーザによって指定されたAFエリアA11を対象としてAFを行うモードである。すなわち、シングルターゲットモードのときには、AFエリアは選択されている。このため、シングルターゲットモードのときには、指定されたAFエリア11におけるAF方向のうちでより近距離に対応したフォーカスレンズ位置を示すAF方向が選択される。
図5A及び図5Bは、AFモードがグループターゲットモードであるときのAF選択処理について説明するための図である。グループターゲットモードは、121点のAFエリアの中のユーザによって指定されたAFエリアのグループを対象としてAFを行うモードである。このグループは、図5Aに示す十字状の5点のAFエリアからなるグループA12、図5Bに示す矩形状の9点のAFエリアからなるグループA13等を含む。グループターゲットモードのときには、指定されたグループA12又はA13の中でより近距離に対応したフォーカスレンズ位置を示すAFエリア及びAF方向が選択される。
図6は、AFモードがオールターゲットモードであるときのAF選択処理について説明するための図である。オールターゲットモードの場合には、中央優先でAFエリアが選択される。すなわち、図6において太線枠で囲まれている中央25点のAFエリアA14はAFエリアの選択の対象になる。AFエリアA14の中に信頼性の高いAFエリアがあるときには、その中でより近距離に対応したフォーカスレンズ位置を示すAFエリア及びAF方向が選択される。AFエリアA14の中に信頼性の高いAFエリアがないときには、図6において太線枠で囲まれている中央49点のAFエリアA15がAFエリアの選択の対象になる。AFエリアA15の中に信頼性の高いAFエリアがあるときには、その中でより近距離に対応したフォーカスレンズ位置を示すAFエリア及びAF方向が選択される。AFエリアA15の中に信頼性の高いAFエリアがないときには、その他のAFエリアA16がAFエリアの選択の対象になる。AFエリアA16の中に信頼性の高いAFエリアがあるときには、その中でより近距離に対応したフォーカスレンズ位置を示すAFエリア及びAF方向が選択される。
ここで、エリア選択処理は、最至近のフォーカスレンズ位置を示すAFエリアを選択する手法に限らない。例えば、エリア選択処理として、最も信頼性の高いAFエリアを選択する手法が用いられてもよい。さらには、後で説明する動体予測演算が行われた後のエリア選択処理においては、動体予測式に則っているフォーカスレンズ位置を示すAFエリアを選択する手法が用いられてもよい。
ここで、図2A及び図2Bの説明に戻る。ステップS111において、CPU218は、フォーカスレンズ1021が合焦状態であるか否かを判定する。ステップS111における判定は、例えばエリア選択処理において選択されたAFエリアにおけるデフォーカス量(現在のフォーカスレンズ位置と選択されたフォーカスレンズ位置との差)が予め定められた許容範囲内であるか否かを判定することによって行われる。デフォーカス量が許容範囲内であるときには合焦状態であると判定される。ステップS111において、フォーカスレンズ1021が合焦状態でないと判定されたときには処理はステップS112に移行する。ステップS111において、フォーカスレンズ1021が合焦状態であると判定されたときには処理はステップS113に移行する。
ステップS112において、CPU218は、ステップS110において選択されたAFエリアについて算出されたフォーカスレンズ位置に応じてフォーカスレンズ1021が駆動されるよう、レンズCPU106に対して制御信号を出力する。レンズCPU106は、この制御信号を受けて、駆動部104を介してフォーカスレンズ1021を駆動する。その後、処理は、ステップS102へ戻る。
ステップS113において、CPU218は、光学パラメータの変化があったか否かを判定する。ステップS113においては、光学パラメータとしての、絞り値、フォーカスレンズ位置、ズーム状態、手振れ補正状態の何れかが照度補正値又は感度値等に影響を与える程度に変化したときには、光学パラメータが変化したと判定される。ステップS113において、光学パラメータの変化があったと判定されたときには、処理はステップS114に移行する。ステップS113において、光学パラメータの変化がないと判定されたときには、処理はステップS115に移行する。
ステップS114において、CPU218は、光学パラメータ算出回路226に光学パラメータ演算を実行させる。ステップS114の処理は、後で説明する特定のタイミングにおいて行われる。なお、図2Aには記載していないが、後述するようにステップS112のフォーカスレンズ駆動の実行中に、ステップS113の光学パラメータ変化の判定とS114の光学パラメータ演算を実行してもよい。
ステップS115において、CPU218は、ステップS105と同様にしてAFのための撮像及び画素信号の読み出しと、LV表示のための撮像及び画素信号の読み出しとを行う。ステップS115においては、AFのための撮像に伴って順次に読み出される焦点検出画素の画素信号は、ADC216において画素データに変換された後、照度補正回路228に入力される。これを受けて、照度補正回路228は、焦点検出画素の画素データに対する照度補正を行う。このように、本実施形態においては、AFのための撮像中の読み出しと同時に照度補正が行われる。
ステップS116において、CPU218は、焦点検出回路224による焦点検出演算を実行させる。これを受けて、焦点検出回路224は、ステップS108と同様にして信頼性判定を行う。その後、ステップS117において、焦点検出回路224は、ステップS109と同様にしてデフォーカス量演算を行う。ステップS118において、焦点検出回路224は、ステップS110と同様のエリア選択処理を行う。
ステップS119において、CPU218は、動体予測演算に用いられる履歴情報を例えばDRAM236へ記憶させる。履歴情報は、例えばエリア選択処理において選択されたAFエリアに対応するフォーカスレンズ位置(レンズパルス位置)である。履歴情報として記憶されるフォーカスレンズ位置の数は、適宜に設定され得る。
ステップS120において、CPU218は、2ndレリーズスイッチがオンされているか否かを判定する。2ndレリーズスイッチは、例えばユーザによるレリーズボタンの全押し操作に応答してオンの状態となるスイッチである。ステップS120において、2ndレリーズスイッチがオンの状態であると判定されたときには、処理はステップS123に移行する。ステップS120において、2ndレリーズスイッチがオンの状態でないと判定されたときには、処理はステップS121に移行する。
ステップS121において、CPU218は、ステップS111と同様にして、フォーカスレンズ1021が合焦状態であるか否かを判定する。ステップS121において、フォーカスレンズ1021が合焦状態でないと判定されたときには処理はステップS122に移行する。ステップS121において、フォーカスレンズ1021が合焦状態であると判定されたときには処理はステップS113に戻る。
ステップS122において、CPU218は、ステップS117で算出されたフォーカスレンズ位置に応じてフォーカスレンズ1021が駆動されるよう、レンズCPU106に対して制御信号を出力する。レンズCPU106は、この制御信号を受けて、駆動部104を介してフォーカスレンズ1021を駆動する。その後、処理は、ステップS113へ戻る。なお、ステップS122のフォーカスレンズ駆動の実行中に、並行してステップS113の光学パラメータ変化の判定とS114の光学パラメータ演算を実行してもよい。
ステップS123において、CPU218は、焦点検出回路224による動体予測演算を実行させる。これを受けて、焦点検出回路224は、動体予測演算を行う。動体予測演算は、過去のデフォーカス量演算の結果(フォーカスレンズ位置)の履歴から今回のフォーカスレンズ1021の駆動すべき位置を予測する処理である。
ステップS124において、CPU218は、静止画取得のための撮像(本露光)を行うために、メカシャッタ202の動作を開始させる。このメカシャッタ202の動作は、本露光の前後のメカシャッタ202の開閉動作と、本露光の後でライブビュー用及びAFのための撮像を開始するためのメカシャッタ202の全開動作とを含む。CPU218は、まず、メカシャッタ202を全閉状態とするように駆動部204の制御信号を切り替える。そして、ステップS126で本露光を行った後に、CPU218は、メカシャッタ202を全開状態とするように駆動部204を制御する。
ステップS125において、CPU218は、レンズCPU106に対してフォーカスレンズ1021及び絞り1022を同時駆動させるように指示して動作を開始させる。ここで、フォーカスレンズ1021の駆動位置は、ステップS123の動体予測演算において予測された位置である。また、絞り1022の開口量は、直前のAE演算によって算出された露出設定値(絞り値)に対応した開口量である。
ステップS126において、CPU218は、本露光を開始させる。本露光は、記録用の画像データを取得するための撮像である。本露光において、CPU218は、予め決定された静止画連写に必要な露光期間だけメカシャッタ202を開閉させるように駆動部204を制御する。そして、CPU218は、露光期間中に撮像素子208の撮像を開始させる。露光期間の終了後、撮像制御回路212は、撮像素子208の各画素からの画素信号を読み出す。画素信号の読み出し後、CPU218は、記録用の静止画データを生成するための処理を画像処理部220に行わせる。これを受けて、画像処理部220は、焦点検出画素からの画素データに対して補正処理を行う。この補正処理の後、画像処理部220は、記録用の画像データの生成に必要なその他の処理を行って記録用の静止画データを生成する。画像処理の完了後、CPU218は、画像圧縮展開部222によって記録用の静止画データを圧縮する。圧縮の完了後、CPU218は、圧縮された記録用の静止画データを画像ファイルとして記録媒体240に記録する。また、本実施形態においては、本露光のための撮像に伴って焦点検出画素の画素信号は、ADC216において画素データに変換された後、照度補正回路228にも入力される。これを受けて、照度補正回路228は、焦点検出画素の画素データに対する照度補正を行う。このように、本実施形態においては本露光中の画素信号の読み出しと同時に照度補正が行われる。
ステップS127において、CPU218は、露出制御回路230にAE演算を実行させる。これを受けて、露出制御回路230は、1フレーム前の本露光の結果としてDRAM236に記憶された画像データから露出設定値(絞り値)を算出する。
ステップS128において、CPU218は、レンズCPU106に対して絞り1022を駆動させるように指示する。ここで、絞り1022の開口量は、直前のAE演算によって算出された露出設定値(絞り値)に対応した開口量である。ステップS128における絞り1022の駆動は、本露光に伴う画素信号の読み出しと並列に行われてもよい。なお、図2Bには示していないが、本露光に伴う画素信号の読み出しが完了すると、読み出され照度補正が施された焦点検出画素の画素信号に基づいて前述の測距演算(焦点検出演算、デフォーカス量演算)が実行される。測距演算により算出されたフォーカスレンズ位置は、動体予測演算のための履歴情報として保存される。
ステップS129において、CPU218は、ステップS101と同様にして、1stレリーズスイッチがオンの状態であるか否かを判定する。ステップS129において、1stレリーズスイッチがオンの状態であると判定されたときには、処理はステップS113に戻る。ステップS129において、1stレリーズスイッチがオンの状態でないと判定されたときには、処理はステップS130に移行する。
ステップS130において、CPU218は、カメラ本体200の電源をオフするか否かを判定する。例えば、ユーザの操作部206の操作によって電源のオフが指示された場合又は所定時間のユーザの操作部206の操作がない場合には電源をオフすると判定される。ステップS130において、カメラ本体200の電源をオフしないと判定されたときには、処理はステップS101に戻る。ステップS130において、カメラ本体200の電源をオフすると判定されたときには、処理は終了する。
ここで、光学パラメータ演算及び照度補正についてさらに説明する。図7は、本実施形態において連写が開始された後の(2ndレリーズスイッチがオンされた後の)動作を示すタイミングチャートである。ここで、図7は、上から、(a)本露光、AFのための撮像、LV表示のための撮像のそれぞれの撮像における露光期間、(b)それぞれの撮像における露光開始のタイミング、(c)それぞれの撮像における画素信号の読み出しのタイミング、(d)光学パラメータ演算のタイミング、(e)照度補正のタイミング、(f)測距演算(焦点検出演算及びデフォーカス量演算及び動体予測演算)のタイミング、(g)フォーカスレンズ1021及び絞り1022の駆動のタイミング、(h)AE演算のタイミングを示している。また、図中の矢印は、算出された情報が使用される処理を示している。また、図7においては、1フレーム目の静止画撮影(本露光)に先立つフォーカスレンズ1021及び絞り1022の駆動並びにAE演算については図示が省略されている。
図7に示すように、連写モードにおいては、2ndレリーズスイッチがオンされている間は、所定の連写間隔毎に静止画撮影が行われる。この連写間隔は、ユーザによって指定される連写コマ数等によって決まるものである。
それぞれの静止画撮影においては、直前の動体予測演算及びAE演算の結果に従って、フォーカスレンズ1021及び絞り1022が駆動される。フォーカスレンズ1021及び絞り1022の駆動の完了後に本露光が行われる。本露光は、撮像素子208の所定行(例えば1行)毎に行われる。所定行の露光が完了する毎に、画素信号の読み出しが行われる。画素信号の読み出しが完了すると静止画データの記録が行われる。そして、静止画データの記録が完了すると、AFのための撮像及びLV表示のための撮像が行われる。AFのための撮像及びLV表示のための撮像に続いて画素信号が読み出され、測距演算及びLV表示が行われる。そして、次のフレームの本露光を行うためのフォーカスレンズ1021及び絞り1022の駆動が行われる。
このように連写が開始されると、本露光とAFのための撮像及びLV表示のための撮像とが交互に行われるので、絞り値や手振れ補正状態といった光学パラメータは時々刻々に変化し得る。光学パラメータが照度補正値等に影響を与える程度に変化してしまうと、光学パラメータ演算をやり直す必要が生じる。光学パラメータ演算は、畳み込み積分を含むために時間がかかり易く、連写の応答性を悪化させる要因となり得る。
本実施形態においては、静止画撮影(本露光)のための光学パラメータ演算は、静止画撮影(本露光)の開始前で、かつ、本露光での露出設定値が確定された後である、本露光の直前のフォーカスレンズ1021及び絞り1022の駆動のタイミング(図7の(1)の区間)で行われる。このタイミングで照度補正値及び感度値が算出されていれば、その後の本露光に伴う画素信号の読み出しと同時に照度補正を行うことができ、また、照度補正の完了とともに測距演算を行うことができる。すなわち、光学パラメータ演算だけが行われる時間をなくすことができるので、連写の応答性の向上を図ることができる。
また、本実施形態においては、LV表示の光学パラメータ演算は、本露光に伴う画素信号の読み出しのタイミング(図7の(2)の区間)で行われる。このタイミングで照度補正値及び感度値が算出されていれば、その後のAFのための撮像に伴う画素信号の読み出しと同時に照度補正を行うことができ、また、照度補正の完了とともに測距演算を行うことができる。この場合も、光学パラメータ演算だけが行われる時間をなくすことができるので、連写の応答性の向上を図ることができる。
さらに、本実施形態においては、AE演算も、本露光に伴う画素信号の読み出しのタイミングで行われる。このAE演算においては、前のフレームにおける本露光の結果として得られた画像データが使用される。このAE演算の結果を次のフレームの静止画撮影(本露光)とLVのための撮像との両方に反映させることにより、連写の応答性の向上を図ることができる。
次に、光学パラメータ演算において使用される光学パラメータについて説明する。連写光学パラメータ演算において使用される光学パラメータは、基本的には、光学パラメータ演算の実施の時点での最新の光学パラメータである。例えば、絞り値は、前のフレームのAE演算で算出されたものである。また、フォーカスレンズ位置は、直前の測距演算で算出されたものである。ズーム状態は、光学パラメータ演算の時点のズーム位置である。手振れ補正状態は、光学パラメータ演算の時点の撮像素子208又は手振れ補正光学系の初期位置からの移動量である。
ここで、手振れ補正の設定によっては連写中の特定のタイミングにおいて初期化処理が行われることがある。初期化処理とは、手振れ補正の精度を確保するために、手振れ補正に先立って撮像素子208又は手振れ補正光学系を予め定められた初期位置に戻す処理である。例えば、本露光の直前には、初期化処理が行われることが望ましい。一方で、本露光の間のLV表示のときには逐一初期化が行われると応答性が失われるために初期化処理が行われなくてもよい。そして、初期化処理が行われるときには、手振れ補正状態(撮像素子208又は手振れ補正光学系の初期位置からの移動量)が大きく変化し得るので光学パラメータ演算が行われることが望ましい。
本露光の直前や本露光後の1フレーム目のLV表示等の手振れ補正の初期化処理が行われるときの光学パラメータ演算における手振れ状態の情報としては、最新の手振れ状態の情報ではなく、初期化時の手振れ状態の情報(すなわち、移動量ゼロ)を用いることが望ましい。最新の情報を使用しないのは、手振れ状態の情報の更新に失敗したときに、初期化処理中の手振れ状態の情報を用いて光学パラメータ演算が行われてしまうことを防止するためである。初期化処理が行われるタイミングの光学パラメータ演算では、初期化時の手振れ状態の情報を固定的に用いたとしても照度補正値や感度値の精度にはそれほどの影響はない。
ここで、連写間隔の設定によっては、図8に示すように、静止画撮影の間に複数フレームのLV表示を行うことができる場合もある。初期化処理を行うように設定されている場合であっても、2フレーム目以降のLV表示では初期化処理は行われないことが多い。この場合の光学パラメータ演算における手振れ状態の情報としては、最新の手振れ状態の情報が使用されることが望ましい。
なお、図8に示すように、光学パラメータの変化があったと判定されたときには、その時点で光学パラメータ演算が実施されることが望ましい。そして、光学パラメータが実施されている間は、仮にAFのための撮像に伴う画素信号の読み出しのタイミングがあったとしても照度補正及びその後の測距演算は行われないようにすることが望ましい(図8のばつ印のタイミング)。これは、光学パラメータの変化が生じる前の光学パラメータに従って照度補正及びその後の測距演算が行わることによる焦点検出の精度劣化を抑制するためである。
以上説明したように本実施形態によれば、静止画撮影(本露光)の開始前で、かつ、本露光での露出設定値が確定された後である、本露光の直前のフォーカスレンズ1021及び絞り1022の駆動のタイミング及び本露光に伴う画素信号の読み出しのタイミングといったタイミングで光学パラメータ演算を行うことにより、焦点検出の性能を落とさずに連写の応答性の向上を図ることができる。
本実施形態では、測距演算等が行われない本露光に伴う画素信号の読み出しのタイミングにおいてAE演算も行い、このAE演算の結果を次のフレームの静止画撮影(本露光)とLVのための撮像との両方に反映させることにより、連写の応答性の向上を図ることができる。
[変形例]
以下、本実施形態の変形例を説明する。以下の図9、図10、図11で示す変形例は、AE演算の変形例である。
以下、本実施形態の変形例を説明する。以下の図9、図10、図11で示す変形例は、AE演算の変形例である。
図7で示した例では、AE演算は、1フレーム前の本露光によって得られた画像データを用いて行われる。これに対し、AE演算は、図9に示すように、最新のLV表示のための撮像で得られた画像データを用いて行われてもよい。最新のLV表示のため撮像で得られた画像データを用いてAE演算が行われることにより、より本露光に近いタイミングの被写体の情報を用いてAE演算が行われ得る。これにより、AE演算の被写体への追従性を向上させることができる。
また、図7で示した例では、AE演算は、本露光に伴う画素信号の読み出しのタイミングにおいて行われる。これに対し、AE演算は、図10又は図11に示すように、フォーカスレンズ1021及び絞り1022の駆動のタイミングで行われてもよい。図10は、1フレーム前の本露光の結果を用いてAE演算が行われる例であり、図11は、最新のLV表示のための撮像で得られた画像データを用いてAE演算が行われる例である。フォーカスレンズ1021及び絞り1022の駆動のタイミングも測距演算等が行われないタイミングであり、このタイミングでAE演算が行われることにより、連写の応答性のさらなる向上を図ることが可能である。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。前述の実施形態では、撮像装置は、デジタルカメラ等の画像の記録を目的とした撮像装置を例に挙げている。これに対し、本実施形態の技術は、フォーカスレンズを有する各種の撮像装置に適用されるものであり、必ずしも画像の記録を行わない撮像装置に対しても適用され得る。この点で、例えば内視鏡装置、顕微鏡装置、監視装置といった撮像装置に対しても本実施形態の技術は適用され得る。
また、前述の各動作フローチャートの説明において、便宜上「まず」、「次に」等を用いて動作を説明しているが、この順で動作を実施することが必須であることを意味するものではない。
また、上述した実施形態による各処理は、コンピュータであるCPU218に実行させることができるプログラムとして記憶させておくこともできる。この他、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の外部記憶装置の記憶媒体に格納して配布することができる。そして、CPU218は、この外部記憶装置の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、上述した処理を実行することができる。
さらに、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
1 撮像装置、100 交換式レンズ、102 撮像光学系、104 駆動部、106 レンズCPU、108 レンズ側記憶部、110 インターフェイス(I/F)、200 カメラ本体、202 メカシャッタ、204 駆動部、206 操作部、208 撮像素子、210 手振れ補正回路、212 撮像制御回路、214 アナログ処理部、216 アナログデジタル変換部(ADC)、218 CPU、220 画像処理部、222 画像圧縮展開部、224 焦点検出回路、226 光学パラメータ算出回路、228 照度補正回路、230 露出制御回路、232 表示部、234 バス、236 DRAM、238 本体側記憶部、240 記録媒体、1021 フォーカスレンズ、1022 絞り。
Claims (6)
- 複数の焦点検出画素を有し、撮像光学系を介して被写体を撮像する撮像素子と、
前記焦点検出画素に入射する前記被写体からの光束に関連する光学的状態に基づいて前記焦点検出画素から出力された画素信号を補正するための補正値を算出する補正値算出部と、
前記焦点検出画素から出力された前記画素信号を前記補正値により補正する補正部と、
前記補正された画素信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出部と、
を具備し、
前記補正値算出部は、前記撮像素子による静止画取得のための撮像又は焦点検出のための撮像を実行する前に前記光学的状態に基づいて前記補正値を算出し、
前記補正部は、前記撮像素子による静止画取得のための撮像又は焦点検出のための撮像に伴う前記焦点検出画素からの前記画素信号の読み出しと同時に前記補正値による補正を実行する焦点検出装置。 - 前記光学的状態は、前記静止画取得のための撮像における絞り値の状態に対応し、
前記補正値算出部は、前記絞り値に基づいて前記補正値を算出する請求項1に記載の焦点検出装置。 - 前記補正値算出部は、前記静止画取得のための撮像で得られた前記画素信号の読み出しの間に、前記静止画取得に続いて実行される焦点検出のための撮像のために決定される前記光学的状態に基づいて前記補正値を算出する請求項2に記載の焦点検出装置。
- 今回の静止画取得のための撮像で得られた前記画素信号の読み出しの間に、今回の静止画取得の前の静止画取得のための撮像で得られた画素信号に基づいて、前記静止画取得のための撮像において用いられる前記絞り値を含む露出設定値を算出する露出制御部をさらに具備する請求項2又は3に記載の焦点検出装置。
- 前記光学的状態は、前記撮像光学系又は前記撮像素子を移動させる手振れ補正における前記撮像光学系又は前記撮像素子の移動量に対応し、
前記補正値算出部は、前記手振れ補正の初期化時の前記撮像光学系又は前記撮像素子の移動量に基づいて前記補正値を算出する請求項1に記載の焦点検出装置。 - 前記補正値算出部は、前記初期化時の前記撮像光学系又は前記撮像素子の移動量に基づいて今回の静止画取得のための撮像に続いて実行される焦点検出のための撮像において用いられる前記補正値を算出することを特徴とする請求項5に記載の焦点検出装置。
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