JP2019035825A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の撮像素子を有する撮像装置において、高精度な焦点調節制御を行う。【解決手段】第1の被写体像を撮像する第1の撮像素子101からの出力信号を用いて第1の撮像信号を生成し、第2の被写体像を撮像する第2の撮像素子102からの出力信号を用いて第2の撮像信号を生成する。少なくとも一方の撮像素子からの出力信号を用いて焦点検出信号を生成する。撮像光学系の収差情報と第1の撮像特性情報と焦点検出特性情報とを用いて第1の焦点調節補正量を取得し、収差情報と第2の撮像特性情報と焦点検出特性情報とを用いて第2の焦点調節補正量を取得する。焦点検出の結果と、第1および第2の焦点調節補正量とを用いて焦点調節制御を行う。【選択図】図1
Description
本発明は、フォーカス制御が可能な撮像装置に関する。
被写体像を撮像するための撮像素子を位相差センサとして用いて焦点検出を行う撮像面位相差AFを行う撮像装置(以下、カメラという)として、特許文献1には動画撮像用と静止画撮像用の互いに画素ピッチが異なる2つ撮像素子を有するカメラが開示されている。また特許文献2には、2つの撮像素子のうち一方は撮像領域のうち所定領域にて水平方向に瞳分割を行う焦点検出画素群を有し、他方は上記所定領域と異なる領域にて垂直方向に瞳分割を行う焦点検出画素群を有するカメラが開示されている。このカメラでは、焦点検出対象である被写体の位置(座標)や明暗パターンの方向に応じて焦点検出画素群を選択する。
さらに特許文献3には、被写体情報(空間周波数、分光分布、コントラスト方向等)、撮像条件情報(画素ピッチ、画像処理内容、画像サイズ、表示サイズ等)および撮像光学系の収差情報を用いて焦点検出結果を補正するカメラが開示されている。
しかしながら、特許文献1および特許文献2にて開示された2つの撮像素子を有するカメラにおいて特許文献3にて開示されているように焦点検出結果を補正する際に、最適な補正値が撮像素子ごとに異なる。すなわち、特許文献1のカメラでは、2つの撮像素子により互いに異なる撮像特性を有する記録画像として静止画と動画を取得するため、最適な焦点検出結果の補正値が撮像素子ごとに異なる。また特許文献2のカメラでも、2つの撮像素子により互いに異なる特性の焦点検出信号として縦方向と横方向の焦点検出信号を取得するため、最適な焦点検出結果の補正値が撮像素子ごとに異なる。特許文献1,2には、撮像特性や焦点検出信号の特性に応じて焦点検出結果を補正する方法が開示されていない。
本発明は、撮像特性が互いに異なる複数の撮像素子を有する場合に高精度なフォーカス制御が可能な撮像装置を提供する。
本発明の一側面としての撮像装置は、フォーカス素子を有する撮像光学系を通して撮像を行う。撮像装置は、撮像光学系の射出瞳を通過した光束を第1の光束と第2の光束に分割する光束分割手段と、第1の光束により形成される被写体像を撮像する第1の撮像素子と、第2の光束により形成される被写体像を撮像する第2の撮像素子と、第1の撮像素子からの出力信号を用いて第1の画像を生成するための第1の撮像信号を生成し、第2の撮像素子からの出力信号を用いて第2の画像を生成するための第2の撮像信号を生成し、第1および第2の撮像素子のうち少なくとも一方からの出力信号を用いて、位相差検出方式の焦点検出に用いられる焦点検出信号を生成する信号生成手段と、フォーカス素子および第2の撮像素子のうち少なくとも一方を移動させる焦点調節制御を行う制御手段とを有する。制御手段は、撮像光学系の収差情報と、第1の撮像信号の特性に関する第1の撮像特性情報と、焦点検出信号の特性に関する焦点検出特性情報とを用いて第1の焦点調節補正量を取得し、収差情報と、第2の撮像信号の特性に関する第2の撮像特性情報と、焦点検出特性情報とを用いて第2の焦点調節補正量を取得し、焦点検出の結果と、第1の焦点調節補正量および第2の焦点調節補正量とを用いて焦点調節制御を行うことを特徴とする。
本発明によれば、第1および第2の撮像素子を有する撮像装置において、高精度な焦点調節制御を行うことができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施例1である撮像装置としてのレンズ交換式デジタルカメラ本体(以下、単にカメラ本体という)100および交換レンズ装置としての撮像レンズ500により構成されるカメラシステムの構成を示す。
撮像レンズ500は、撮像光学系を有し、カメラ本体100に取り外し可能に装着される。撮像光学系を透過した撮像光束は、カメラ本体100に設けられた光束分割手段としてのビームスプリッタ103に入射する。ビームスプリッタ103は、本実施例ではハーフミラーにより構成されている。
ビームスプリッタ103は、入射した撮像光束をこれを透過する光束とこれにより反射する光束とに分割する。ビームスプリッタ103を透過した第1の光束は、第1の撮像素子101に向かう。一方、ビームスプリッタ103により反射された第2の光束は、第2の撮像素子と102に向かう。ビームスプリッタ103は、入射した光束を2つに分割することができればハーフミラー以外の光学素子であってもよい。
第1の撮像素子101の撮像面である第1の撮像面)と第2の撮像素子102の撮像面である第2の撮像面は、撮像レンズ500から見て光学的に等価な位置にある。すなわち、第1の撮像面と第2の撮像面はそれぞれ、撮像レンズ500を介して、被写体に対して光学的に共役な結像面である。
第1および第2の撮像面には、ビームスプリッタ103の透過率および反射率に応じた明るさの被写体像がそれぞれ形成される。ビームスプリッタ103としてのハーフミラーは、理想的な平面で、かつ撮像光束が透過する領域の屈折率が一様であることが望ましい。ただし、実際にはある程度のうねりや屈折率分布が生じている。このため、ビームスプリッタ103を透過および反射した第1および第2の光束のそれぞれにより形成される被写体像、つまりは第1および第2の撮像素子101,102により取得される撮像画像の画質が低下するおそれがある。
ここで、ハーフミラーが薄板ガラスにより構成される場合には、画質低下の程度は、これを透過した第1の光束により形成される被写体像に対応する撮像画像と比較して、これにより反射された第2の光束により形成される被写体像に対応する撮像画像の方が大きい。このため、本実施例では、第1の光束を受光する第1の撮像素子101を高解像度記録用、すなわち主として静止画撮像用の撮像素子として用いる。一方、第2の光束を受光する第2の撮像素子102を、静止画撮像よりも撮像画素数が少ない動画撮像用の撮像素子として用いる。ただし、ビームスプリッタ103の特性やその他の条件に応じて、第1の撮像素子101と第2の撮像素子102の位置を入れ替えてもよい。
それぞれCMOSセンサにより構成される第1の撮像素子101および第2の撮像素子102はいずれも、マトリクス状に配置されて被写体像を電気信号に変換する複数の画素を有する。各画素は、詳しくは後述するが、1つのマイクロレンズと、複数の光電変換部とを有する。
第1および第2の撮像素子101,102から出力される電気信号としての出力信号は、カメラCPU104に入力される。カメラCPU104は、出力信号に対して、画像信号や焦点検出信号(後述する位相差像信号)を得るための各種補正処理を行ったり、画像信号をリアルタイム表示画像であるライブビュー画像や記録用画像に変換するための画像処理を行ったりする。なお、これらの補正処理や画像処理をカメラCPU104とは別に設けられた専用回路によって行ってもよい。
撮像素子駆動部(撮像素子移動手段)114は、第2の撮像素子102を撮像光学系の光軸方向に移動させるセンサアクチュエータおよびその駆動回路を含む。上述したように、第1および第2の撮像素子101,102は基本的には光学的に共役な結像面に配置される。しかし、カメラ本体100の組立誤差(第1および第2の撮像素子101,102の組付け誤差)や後述する収差の影響による最良像面の変位により、第1および第2の撮像素子101,102をともに誤差なく共役な結像面に配置することは困難である。このため、第1および第2の撮像素子101,102で同時に撮像画像を得る際に、撮像光学系に設けられたフォーカスレンズの光軸方向の移動だけで第1および第2の撮像素子101,102の両方に対してピントが合った被写体像を形成することができない。
したがって、撮像素子駆動部114により第2の撮像素子102を光軸方向に移動させることで、第1および第2の撮像素子101,102の両方に対してピントが合った被写体像を形成することを可能とする。なお、撮像素子駆動部114により、第2の撮像素子102ではなく、ビームスプリッタ103を光軸方向に移動させてもよい。
また、第1および第2の撮像素子101,102にはそれぞれ、赤外カットフィルタや光学ローパスフィルタ等が一体的に設けられている。
カメラ本体100に設けられた操作部105は、撮像モードや撮像条件等を設定するためにユーザにより操作される各種操作部材を含む。記憶媒体106は、フラッシュメモリであり、撮像画像(静止画および動画)を記録する。ファインダ内表示器107は、有機ELディスプレイや液晶ディスプレイ等により構成されるディスプレイデバイス108と接眼レンズ109とで構成される。
外部表示器110は、ユーザによる直視に適した画面サイズの有機ELディスプレイや液晶ディスプレイが用いられる。撮像画像、ライブビュー画像およびカメラ本体100の設定状態等を示す各種情報は、ファインダ内表示器107および外部表示器110に表示される。
フォーカルプレンシャッタ111は、第1の撮像素子101の前面に配置されている。シャッタ駆動部112は、モータおよびその駆動回路を含み、シャッタ111を駆動して静止画撮像時における第1の撮像素子101の露光時間を制御する。
カメラ側通信端子113は、撮像レンズ500を装着するためのカメラマウント部に設けられている。カメラCPU104は、カメラ側通信端子113と撮像レンズ500のレンズマウント部に設けられたレンズ側通信端子508とを介して、後述するレンズCPU507との間で通信を行う。
本実施例の撮像レンズ500の撮像光学系は、焦点距離が可変であるズームレンズとして構成されている。被写体からの光束は、撮像光学系を構成する第1レンズ群501、第2レンズ群502および第3レンズ群503を透過してカメラ本体100内に入射し、上述した被写体像を形成する。第2レンズ群502は、ユーザのマニュアル操作に応じて光軸方向に移動して変倍を行うバリエータレンズである。第3レンズ群503は、光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズ(フォーカス素子)である。フォーカスレンズ503は、ステッピングモータ等のフォーカスアクチュエータとその駆動回路を含むフォーカス駆動部504によって駆動される。また撮像光学系は、光量を調節する虹彩絞り505を含む。虹彩絞り505は、絞りアクチュエータおよびその駆動回路を含む絞り駆動部506により駆動される。本実施例では、虹彩絞り505が開放状態にあるときの開放Fナンバは、ズーム状態や焦点調節状態によらず、一定値(例えば、F2)となる。
レンズCPU507は、前述したようにレンズ側通信端子508とカメラ側通信端子113を介してカメラCPU104との間で各種情報を送受信したり、カメラCPU104からの指令に基づいてフォーカス駆動部504や絞り駆動部506を制御したりする。
本実施例では、撮像光学系の射出瞳と第1および第2の撮像面との間の距離である射出瞳距離は、ズーム状態および焦点調節状態に応じて変化する。
図2(a)は、第1の撮像素子101の構成を示している。本実施例では、第1の撮像素子101と第2の撮像素子102とは、画素ピッチおよび1つのマイクロレンズに対して設けられた複数の光電変換部の数が互いに異なり、それら以外の構成は同様である。第2の撮像素子102の構成については後述する。
図2(a)は、撮像面全体のうち中央(像高0)付近の領域に設けられた画素を撮像レンズ側から見ときの構成を示している。第1の撮像素子101の各画素は、水平(x)方向および垂直(y)方向とも4μmのサイズを有する正方形の画素である。この正方形の画素が、撮像面全体に水平方向6000画素×垂直方向4000画素の計2400万画素だけ配置されている。
第1の撮像素子101の撮像面の大きさは、各画素サイズ、すなわち画素ピッチに画素数を乗じれば求めることができる。本実施例では、撮像面は、水平方向に24mm、垂直方向に16mmのサイズを有する。各画素には、R(赤)、G(緑)またはB(青)のカラーフィルタが設けられており、撮像面全体にR、GおよびBのカラーフィルタが設けられたR画素、G画素およびB画素がベイヤー配列に従ってモザイク状に配列されている。
図2(b)は、第1の撮像素子101の1つの画素の断面を示している。この画素において、シリコン基板101d内には2つ(一対)の光電変換部101aおよび光電変換部101bが設けられている。また、シリコン基板101d内には光電変換部101a,101bで発生した光電子を電圧に変換して外部に読み出す不図示のスイッチングトランジスタ等が形成されている。各光電変換部での光電変換により生成された出力信号は、複数の配線層101eを通じて読み出される。
各配線層101eは、透明な層間膜101fによって絶縁されている。マイクロレンズ(オンチップマイクロレンズ)101cの下には、色分離用のカラーフィルタ101gが設けられている。マイクロレンズ101cの形状は、その焦点位置が光電変換部101a,101bの表面に一致するように決められる。マイクロレンズ101cは、撮像光学系の射出瞳における互いに異なる一対の領域(焦点検出瞳)を通過した一対の光束をそれぞれ、光電変換部101a,101bの表面に導く。これにより、光電変換部101a,101bの表面には、位相差検出方式の焦点検出に用いられる一対の像(以下、2像という)が形成される。なお、光電変換部101a,101bの像をマイクロレンズ101cを介して撮像光学系の射出瞳に逆投影したときに該逆投影像が形成される一対の領域が、上記一対の焦点検出瞳となる。撮像光学系の射出瞳において一対の焦点検出瞳が並ぶ方向(瞳分割方向)は、水平方向または垂直方向である。
カメラCPU104は、位相差検出方式の焦点検出を行う際に、一対の光電変換部101a,101bからの出力信号を個別に処理して一対の位相差像信号を生成する。そして、カメラCPU104は、上記2像のずれ量に対応する一対の位相差像信号の位相差から、第1の撮像素子101の撮像面に対する被写体像(言い換えれば撮像光学系)のデフォーカス量を算出する。また、カメラCPU104は、一対の光電変換部101a,101bからの出力信号を加算して、静止画(第1の画像)および動画(第2の画像)の記録に用いられる記録用画像信号もしくはライブビュー画像の生成に用いられる表示用画像信号を生成する。カメラCPU104は、焦点検出手段、信号生成手段および制御手段として機能する。
なお、一対の光電変換部101a,101bからの出力信号の加算処理は、カメラCPU104とは異なる加算回路によって行ってもよい。また、第1の撮像素子101が光電変換部101a,101bからの出力信号を個別に読み出した後に該第1の撮像素子101内に設けた加算回路で加算して出力してもよい。これらの場合、加算回路は信号生成手段に相当する。
図2(c)は、撮像面全体のうち中央(像高0)付近の領域に設けられた画素を撮像レンズ側から見ときの構成を示している。第2の撮像素子102の各画素は、水平(x)方向および垂直(y)方向とも12μmのサイズを有する正方形の画素である。この正方形の画素が、撮像面全体に水平方向2000画素×垂直方向1333画素の計267万画素だけ配置されている。なお、第2の撮像素子102は、第1の撮像素子101に対して画素ピッチが2倍であるため、総画素数は1/4となっている。
第2の撮像素子102の撮像面の大きさは、第1の撮像素子101と同様の計算から、水平方向に24mm、垂直方向に16mm、すなわち第1の撮像素子101と同じである。第2の撮像素子102においても、各画素には、R、GまたはBのカラーフィルタが設けられており、撮像面全体にR、GおよびBのカラーフィルタが設けられた画素がモザイク状に配列されている。
第2の撮像素子102の各画素は、配線層、マイクロレンズおよび色分離用カラーフィルタについては第1の撮像素子101と同様に構成されている。ただし、第2の撮像素子102では、各画素のマイクロレンズ102jの下に、第1の撮像素子101の各画素よりも多い9つの光電変換部102a〜102iを有する。これにより、第2の撮像素子102の各画素における入射光束の角度分解能を第1の撮像素子101に比べて増加させることができる。
上述したように第1の撮像素子101の各画素の光電変換部101a,101bの撮像光学系の射出瞳への逆投影像は2つであるが、第2の撮像素子102の各画素の光電変換部102a〜102iの撮像光学系の射出瞳への逆投影像は9つである。位相差検出方式の焦点検出を行う際に9つの光電変換部102a〜102iから2つ(一対)の光電変換部を選択することで、一対の焦点検出瞳が並ぶ瞳分割方向として、水平方向、垂直方向および斜め方向を選択することができる。
カメラCPU104は、第2の撮像素子102の各画素の一対の光電変換部から出力された出力信号を個別に処理して一対の位相差像信号を生成する。そして、カメラCPU104は、該一対の位相差像信号の位相差から、第2の撮像素子102の撮像面に対する被写体像(撮像光学系)のデフォーカス量を算出する。そして、該デフォーカス量に応じてフォーカスレンズ503および第2の撮像素子102のうち少なくとも一方を光軸方向に移動させる焦点調節制御を行う。
また、カメラCPU104は、一対の光電変換部からの出力信号を加算して、静止画および動画の記録に用いられる記録用画像信号もしくは表示画像としてのライブビュー画像の生成に用いられる表示用画像信号を得る。なお、第1の撮像素子101に対してと同様に、一対の光電変換部からの出力信号の加算処理は、カメラCPU104とは異なる加算回路によって行ってもよい。また、第2の撮像素子102が一対の光電変換部からの出力信号を個別に読み出した後に該第2の撮像素子102内に設けた加算回路で加算して出力してもよい。
本実施例の第1および第2の撮像素子101,102では、以下の2種類の読み出しモードで各画素からの出力信号を読み出すことができる。第1の読み出しモードは、全画素読み出しモードとも称され、記録用の静止画や動画を撮像する際に全画素から出力信号が読み出されるモードである。
第2の読み出しモードは、間引き読み出しモードとも称され、表示のみが行われるライブビュー画像を生成するために全画素数よりも少ない画素数の画素から出力信号が読み出されるモードである。この際、全画素のうちx方向およびy方向ともに所定比率に間引いた画素のみから出力信号を読み出すことで、信号処理回路の処理負荷を軽減するとともに、消費電力の低減にも寄与する。また、第1および第2の読み出しモードのいずれにおいても、各画素が有する光電変換部からの信号は独立して読み出しされるため、焦点検出のための一対の位相差像信号の生成が可能である。
なお、第1の撮像素子101を動画撮像に用いてもよい。例えば、第2の撮像素子102による動画撮像中に、第1の撮像素子101から間引き読み出しされた出力信号を用いて動画を生成してもよい。また、第2の撮像素子102を静止画撮像に用いてもよい。例えば、動画撮像中に1フレーム画像を静止画として記録してもよい。
次に、図3(a)〜(d)を用いて、第1および第2の撮像素子101,102の光電変換部と焦点検出瞳との関係について説明する。図3(a),(b)は、撮像光学系の射出瞳面と像面中央(像高0)近傍に配置された第1の撮像素子101の光電変換部との共役関係を示している。撮像光学系の射出瞳面と第1の撮像素子101の光電変換部とは、第1の撮像素子101のマイクロレンズによって共役関係となっている。撮像光学系の射出瞳は、一般に虹彩絞りが配置される位置に相当する。
本実施例の撮像光学系はズームレンズであるが、その光学タイプによっては変倍によって射出瞳から像面(撮像面)までの射出瞳距離や射出瞳の大きさが変化する。図3(a)に示す撮像光学系は、焦点距離が広角端と望遠端との間の中間ズーム状態にある。このときの射出瞳距離を基準となる射出瞳距離Zepとして、マイクロレンズの形状や像高(X座標、Y座標)に応じた偏心パラメータが最適化される。
図3(a)は、第1レンズ群501、第1レンズ群501を保持する鏡筒部材501r、虹彩絞り505、フォーカスレンズ503、該フォーカスレンズ503を保持する鏡筒部材503rおよび第1の撮像素子101の1つの画素を示す。虹彩絞り505は、開放絞り開口径を決める開口を有する開口板505aと、絞り開口径を調節するための絞り羽根505bとを有する。なお、撮像光学系を通過する光束の制限部材として機能する鏡筒部材501r、開口板505a、絞り羽根505bおよび鏡筒部材503rは、像面側から観察した場合の光学的な虚像を示している。また、虹彩絞り505の近傍における合成開口を撮像光学系の射出瞳と定義し、射出瞳から像面までの射出瞳距離を上述したZepとする。
2つの光電変換部101a,101bは、マイクロレンズ101cによって撮像光学系の射出瞳面上に投影像EP1a,EP1bとして逆投影される。言い換えれば、逆投影像EP1a,EP1bが形成される焦点検出瞳の像は、マイクロレンズ101cを介して光電変換部101a,101bの表面に投影される。
図3(b)は、撮像光学系の射出瞳面上における光電変換部101a,101bの逆投影像EP1a,EP1bを光軸方向から見て示す。第1の撮像素子101は、2つの光電変換部101a,101bのうち一方から信号を出力できる画素と、両方からの信号を加算して出力できる画素とを有する。加算して出力された信号は、焦点検出瞳EP1a,EP1bを通過した全ての光束を光電変換して得られた信号である。
図3(a)において、撮像光学系を通過した光束(図ではその外縁を直線で示している)Lは、虹彩絞り505の開口板505aによって制限されている。図3(b)では、図3(a)に示した光束L(の外縁)をTLとして示している。TLで示される円(つまりは開口板505aの開口)の内部に2つの光電変換部101a,101bの逆投影像EP1a,EP1bの大部分が含まれていることから、逆投影像EP1a,EP1bにはわずかなケラレしか発生していないことが分かる。この際、射出瞳面の中央では逆投影像EP1a,EP1bのケラレ状態は、撮像光学系の光軸(図中に一点鎖線で示す)に関して対称となり、光電変換部101a,101bが受光する光量は互いに等しい。
図3(c),(d)は、撮像光学系の射出瞳面と像面中央(像高0)近傍に配置された第2の撮像素子102の光電変換部との共役関係を示している。撮像光学系の射出瞳面と第2の撮像素子102の光電変換部とは、第2の撮像素子102のマイクロレンズによって共役関係となっている。図3(c)は、上述した第1レンズ群501、鏡筒部材501r、虹彩絞り505、フォーカスレンズ503、鏡筒部材503rおよび第2の撮像素子102の1つの画素を示す。
9つの光電変換部102a〜102iは、マイクロレンズ102jによって撮像光学系の射出瞳面上に投影像EP2a〜EP2iとして逆投影される。言い換えれば、逆投影像EP2a〜EP2iが形成される焦点検出瞳の像は、マイクロレンズ101cを介して光電変換部102a〜102iの表面に投影される。
図3(d)は、撮像光学系の射出瞳面上における光電変換部102a〜102iの逆投影像EP2a〜EP2iを光軸方向から見て示す。第1の撮像素子101は、9つの光電変換部102a〜102iのそれぞれから信号を出力できる画素と、9つの光電変換部102a〜102iからの信号を加算して出力できる画素とを有する。加算して出力された信号は、焦点検出瞳EP2a〜EP2iを通過した全ての光束を光電変換して得られた信号である。
図3(c)でも、撮像光学系を通過した光束Lは、虹彩絞り505の開口板505aによって制限されている。また図3(d)でも、図3(c)に示した光束L(の外縁)をTLとして示している。TLで示される円(つまりは開口板505aの開口)の内部に9つの光電変換部102a〜102iの逆投影像EP2a〜EP2iの大部分が含まれていることから、逆投影像EP2a〜EP2iにはわずかなケラレしか発生していないことが分かる。この際、射出瞳面の中央では逆投影像EP2a〜EP2iのケラレ状態は、撮像光学系の光軸に関して対称となり、光電変換部102a〜102iが受光する光量は互いに等しい。
ここで、位相差検出方式の焦点検出に用いられる一対の位相差像信号について説明する。上述したように、第1の撮像素子101では、マイクロレンズ101cと2つの光電変換部101a,101bとによって撮像光学系の射出瞳を瞳分割する。そして、第1の撮像素子101の同一画素行に配置された焦点検出領域内の複数の焦点検出画素の光電変換部101aからの出力信号を繋ぎ合わせることで、一対の位相差像信号うち一方の位相差像信号(以下、A像信号という)が生成される。また、上記複数の焦点検出画素の光電変換部101bからの出力信号を繋ぎ合わせることで、一対の位相差像信号うち他方の位相差像信号(以下、B像信号という)が生成される。
A像信号およびB像信号はともに、ベイヤー配列のR画素、B画素および2つのG画素からの出力信号を信号加算処理したものであり、疑似的に輝度(Y)信号として算出される。ただし、R画素ごと、B画素ごとおよびG画素ごとにA像信号およびB像信号を生成してもよい。
このように生成したA像信号とB像信号の相対的なずれ量である位相差を相関演算により算出することにより、該位相差を用いて焦点検出領域におけるデフォーカス量を算出することができる。
また、第2の撮像素子102の出力信号からも、同様にして一対の位相差像信号としてのC像信号およびD像信号が生成される。第2の撮像素子102は、第1の撮像素子101よりも瞳分割数が多いため、C像信号およびD像信号の生成方法が複数考えられる。例えば、光電変換部102a,102d,102gからの出力信号を加算して1つの加算信号とし、複数の焦点検出画素間で加算信号同士を繋ぎ合わせることでC像信号を生成する。また、光電変換部102c,102f,102iからの出力信号を加算して1つの加算信号とし、複数の焦点検出画素間で加算信号同士を繋ぎ合わせることでD像信号を生成する。
他の生成方法としては、例えば、複数の焦点検出画素間で光電変換部102dからの出力信号のみを繋ぎ合わせてC像信号を生成し、光電変換部102fからの出力信号のみを繋ぎ合わせてD像信号を生成してもよい。さらに別の生成方法としては、左側6つの光電変換部102a,102b,102d,102e,102g,102hからの出力信号を加算して1つの加算信号とし、複数の焦点検出画素間で加算信号同士を繋ぎ合わせることでC像信号を生成してもよい。この場合、右側6つの光電変換部102b,102c,102e,102f,102h,102iからの出力信号を加算して1つの加算信号とし、複数の焦点検出画素間で加算信号同士を繋ぎ合わせることでD像信号を生成する。
なお、一対の位相差像信号のそれぞれの生成に用いる光電変換部の数は同じでなくてもよい。各撮像素子において像高が高い領域では、到達する光束にビネッティングが発生するため、ビネッティングを考慮して一対の位相差像信号の生成に用いる光電変換部を選択してもよい。一対の位相差像信号の生成に用いられる光電変換部間に受光量、すなわち出力信号の大きさに差がある場合でも、後述するシェーディング補正によって出力信号の大きさを同等にすることができるため、問題はない。
以下では、第1の撮像素子101から得られるA像およびB像信号と、第2の撮像素子102から得られるC像およびD像信号はともに、水平方向に位相差が発生するように構成されている場合について説明する。ただし、第2の撮像素子102は、垂直方向に位相差が発生するC像およびD像信号を生成することもできる。このため、本実施例では、第2の撮像素子102から、C像およびD像信号だけでなく、垂直方向に位相差が発生する一対の位相差像信号として、E像信号およびF像信号も生成する。E像およびF像信号の生成に用いられる光電変換部も、C像およびD像信号の生成に用いられる光電変換部と同様に様々に選択される。
以上説明したように、第1の撮像素子101および第2の撮像素子102はいずれも、撮像センサとしての機能のみではなく、位相差検出方式用の焦点検出センサとしての機能も有する。すなわち、本実施例のカメラ本体100は、第1の撮像素子101または第2の撮像素子102を焦点検出センサとして用いて撮像面位相差AFを行うことができる。
次に、図4を用いて、本実施例における焦点検出領域について説明する。第1の撮像素子101に対して、水平方向に瞳分割を行う複数の焦点検出画素を含む焦点検出領域が複数設定されている。また、第2の撮像素子102に対しては、水平方向および垂直方向のそれぞれに瞳分割を行う焦点検出領域が複数設定されている。
図4中に点線で示される長方形は、第1および第2の撮像素子101,102のそれぞれの撮像面(全画素領域)のうち撮像に用いる撮像領域217を示す。なお、ここでは第1および第2の撮像素子101,102の撮像領域217の大きさを共通としているが、互いに異ならせてもよい。例えば、第1の撮像素子101で静止画撮像を行い、第2の撮像素子で動画撮像を行う場合には、第1および第2の撮像素子101,102の撮像領域アスペクト比を異ならせてもよい。このような場合には、撮像画像を表示する際に、各撮像素子の撮像領域を枠で明示する等してユーザに認識させることが好ましい。
第1の撮像素子101の撮像領域217内には、水平方向に瞳分割を行う3つの焦点検出領域218ah,218bh,218chがそれぞれ、撮像領域217の中央部と左右2箇所に設けられている。一方、第2の撮像素子102の撮像領域217内には、上記3つの焦点検出領域218ah,218bh,218chと垂直方向に瞳分割を行う3つの焦点検出領域218av,218bv,218cvとが撮像領域217の中央部と左右2箇所に設けられている。
第1の撮像素子101のうち焦点検出領域218ah,218bh,218chに含まれる画素からの出力信号を用いてA像信号およびB像信号を得ることで、水平方向にコントラストを有する被写体に対する焦点検出を行うことができる。同様に、第2の撮像素子102のうち焦点検出領域218ah,218bh,218chに含まれる画素からの出力信号を用いてC像信号およびD像信号を得ることで、水平方向にコントラストを有する被写体に対する焦点検出を行うことができる。さらに、第2の撮像素子102のうち焦点検出領域218av,218bv,218cvからの出力信号を用いて、C像信号およびD像信号と同様にE像信号およびF像信号を得ることで、垂直方向にコントラストを有する被写体に対する焦点検出を行うことができる。以下の説明において、被写体がコントラストを有する方向を、コントラスト方向という。
また図4は、外部表示器110において焦点検出領域を表示するための表示枠219a,219b,219cを破線で示している。これら表示枠219a,219b,219cを各表示枠を、焦点検出領域と概ね同じサイズにすることにより、撮像者が表示枠内に配置した被写体に対して適切に焦点検出を行うことができる。
図5のフローチャートは、本実施例における撮像処理を示している。カメラCPU104は、コンピュータプログラムである撮像制御プログラムに従って本処理を実行する。以下の説明において、「S」はステップを意味する。
ユーザがカメラ本体100に設けられた電源スイッチをオン操作すると、カメラCPU104は、S101においてレンズCPU507と通信を行い、撮像レンズ500の開放Fナンバ、焦点距離、射出瞳距離PLおよびフォーカス敏感度等の情報を受信する。フォーカス敏感度は、フォーカスレンズ503の移動量に対する像面の移動量を示す。
次にS102では、カメラCPU104は、ユーザにより現在設定されている撮像モードが静止画撮像と動画撮像とを同時に行う静止画・動画撮像モードか動画撮像のみを行う動画撮像モードかを判定する。カメラCPU104は、静止画・動画撮像モードである場合はS103に進み、動画撮像モードである場合はS104に進む。
S103では、カメラCPU104は、静止画撮像用の第1の撮像素子101を被写体情報取得モードで駆動し、動画撮像用の第2の撮像素子102はライブビューモードで駆動する。
ここで、被写体情報取得モードとは、後述する被写体情報や焦点検出情報(デフォーカス量)を取得するためのモードである。このモードにおいて、焦点検出領域が複数であったり広かったりする場合には、第1の撮像素子101を上述した第2の読み出しモードで駆動する。一方、ユーザの指示や被写体検出機能等によって焦点検出を行う焦点検出領域が限定される場合には、第1の撮像素子101を第1の読み出しモードで駆動する。
また、ライブビューモードとは、外部表示器110に表示するライブビュー画像を生成するためのモードである。記録用画像の画素数に対して外部表示器110の画素数が水平および垂直方向とも少ないため、ライブビューモードでは第1の撮像素子101を第2の読み出しモードで駆動する。また、ライブビューモードで位相差像信号を取得して焦点検出を行うこともできる。この場合は、位相差像信号の分解能を高くするため、第1の読み出しモードで駆動することが好ましい。
S104では、カメラCPU104は、動画撮像を行うために第2の撮像素子102を駆動する。この際、静止画撮像用の第1の撮像素子101を駆動しない。これは、動画撮像で得られる画像の解像度は第2の撮像素子102の画素ピッチによって制限されるため、第1の撮像素子101からより高周波の情報を得ても有効に活用できないためである。これにより消費電力の抑制が可能となる。ただし、静止画撮像用の第1の撮像素子101を動画撮像用の第2の撮像素子102よりもフレームレートを上げて駆動することにより、より多くの被写体情報を得るようにしてもよい。
次にS105では、カメラCPU104は、第2の撮像素子102からの出力信号を表示用画像信号に変換し、外部表示器110またはファインダ内表示器107送信してライブビュー画像の表示を開始する。
次にS106では、カメラCPU104は、各撮像素子の駆動により得られる画像信号の明るさを判断し、ライブビュー画像表示時の絞り制御を行う。
次にS107では、カメラCPU104は、焦点検出を行う。本実施例では、第1および第2の撮像素子101,102を用いて焦点検出を行うとともに被写体情報を取得する。また、被写体情報を用いて焦点検出結果(デフォーカス量)を補正する。さらに、カメラCPU104は、補正後の焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズ503を駆動し、合焦表示も行う。焦点検出から合焦表示までのAF処理の詳細については後述する。
次にS108では、カメラCPU104は、動画撮像トリガボタンがユーザによりオン操作されたか否かを判断する。オン操作されていた場合は、カメラCPU104はS109に進み、動画用の画像処理を行って動画の生成を開始する。これにより、生成された動画が記録される。この後、S110に進む。動画撮像トリガボタンがオン操作されていない場合は、カメラCPU104はS109をスキップしてS110に進む。
S110では、カメラCPU104は、静止画撮像トリガボタンがユーザによりオン操作されたか否かを判断する。カメラCPU104は、動画用ライブビューもしくは動画記録時に静止画撮像トリガボタンがオン操作されることに応じて、第1の撮像素子101による静止画の記録を行う。静止画撮像トリガボタンがオン操作された場合は、カメラCPU104はS111に進む。静止画撮像トリガボタンがオン操作されていない場合は、カメラCPU104はS111をスキップしてS112に進む。
S111では、カメラCPU104は、静止画撮像を行う。この際、カメラCPU104は、静止画撮像用のFナンバをレンズCPU507に送信する。レンズCPU507は、絞り駆動部506を通じて虹彩絞り505の絞り開口径を静止画撮像用のFナンバに対応する径に制御する。その後、カメラCPU104は、フォーカルプレンシャッタ111を開閉制御して第1の撮像素子101の露光を制御し、第1の撮像素子101から出力信号を読み出して記録用静止画を生成および記録する。ここで行う静止画撮像は、単写でも連写でもよいが、以下では連写が行われる場合について説明する。
次にS112では、カメラCPU104は、動画撮像トリガボタンがユーザによりオフ操作されたか否かを判断する。オフ操作されていない場合は、カメラCPU104はS105からS111の処理を繰り返して動画用のAF処理や動画撮像を継続するとともに、静止画撮像の割り込みも許可する。動画撮像トリガボタンがオフ操作された場合は、カメラCPU104は本処理を終了する。
本実施例では、静止画撮像用の第1の撮像素子101と動画撮像用の第2の撮像素子102から得た出力信号を用いて焦点検出や撮像を行う。これら焦点検出や撮像を指示するために、静止画撮像トリガボタンと動画撮像トリガボタンという異なる操作部材を用意している。これにより、静止画撮像と動画撮像の開始タイミングを独立して制御できるだけでなく、焦点検出についても、静止画用の焦点検出を高速に行い、動画用の焦点検出を低速に行う等の異なる制御を行うことができる。
静止画撮影の際の焦点検出および焦点調節は、撮影準備動作であるため、なるべく速やかに終えることが望まれる。一方、動画撮影時の焦点検出および焦点調節は、その動作が記録されるため、焦点調節が高速すぎると撮影者の意図に合わない場合があるため、この場合はピント合わせを低速で行うことが望ましい。
次に、図6のフローチャートを用いて焦点検出処理およびこれを含むAF処理について説明する。カメラCPU104は、S901にて図4に示した焦点検出領域219a〜219cからの実際に焦点検出を行う1または2以上の焦点検出領域を設定(選択)する。この設定は、ユーザの指示に応じて行ってもよいし、事前に行われた焦点検出の結果や顔認識等の被写体認識の結果等に基づいて行ってもよい。
次にS902では、カメラCPU104は、設定された焦点検出領域内の焦点検出画素から一対の位相差像信号を取得する。第1の撮像素子101からはA像およびB像信号を取得し、第2の撮像素子102からはC像およびD像信号と、E像およびF像信号を取得する。
次にS903では、カメラCPU104は、位相差像信号に対する補正処理とフィルタ処理を行う。補正処理としては、各撮像素子の信号出力特性に応じたオフセットやゲインを調整する処理を行う。また、撮像レンズ500のビネッティングの影響による一対の位相差像信号間の光量差を補正するシェーディング補正も行う。フィルタ処理としては、焦点検出に用いる評価帯域に合わせたデジタルフィルタ処理を行う。一般に、高周波数帯域を評価すると検出可能なデフォーカス領域が狭くなる。このため、複数の周波数帯域を評価するために、複数のフィルタ処理を行う。
第1の撮像素子101から得られるA像およびB像信号は、第1の撮像素子101の画素ピッチが第2の撮像素子102よりも細かいため、より高周波数帯域での評価が可能である。このため、A像およびB像信号には高周波数帯域と中周波数帯域に対応するフィルタ処理を行う。また、第2の撮像素子102から得られるC像およびD像信号とE像およびF像信号には、低周波数帯域と超低周波数帯域のフィルタ処理を行う。
次にS904では、カメラCPU104は、一対の位相差像信号(A像およびB像信号、C像およびD像信号、E像およびF像信号)に対する相関演算を行って該一対の位相差像信号間の位相差を算出し、さらに該位相差からデフォーカス量を算出する。
相関演算は、例えば以下の式(1)に示す相関量COR(h)を用いる。
相関演算は、例えば以下の式(1)に示す相関量COR(h)を用いる。
式(1)においては、一対の位相差像信号をS1(k)とS2(k)(1≦k≦P)で表している。NW1は焦点検出領域の広さを示す視野内データ数である。hmaxは一対の位相差像信号S1(k),S2(k)の位置関係をずらしながら(つまりはシフト量hを変えながら)相関量を評価する際の最大ずらし量を示すシフトデータ数である。各シフト量hでの相関量COR(h)を求めた後、相関量CORが最小となる(すなわち一対の位相差像信号の相関が最大となる)シフト量dhを求める。このシフト量dhが位相差に相当する。
カメラCPU104は、このようにして求めた位相差としてのシフト量dhに、フォーカスレンズ503の単位移動量に対する像面移動量を示すフォーカス敏感度を乗じる等してデフォーカス量(焦点検出結果)を算出する。
こうして、カメラCPU104は、A像およびB像信号から第1のデフォーカス量(第1の焦点検出結果)を取得し、C像およびD像信号から第2のデフォーカス量(第2の焦点検出結果)を取得する。さらに、E像およびF像信号から第3のデフォーカス量(第3の焦点検出結果)を取得する。
次にS905では、カメラCPU104は第1および第2の撮像素子102のそれぞれから得られた出力信号から被写体情報を抽出(取得)する。被写体情報とは、被写体の空間周波数特性、分光分布(色)、コントラスト方向等に関する情報である。被写体情報の抽出処理の詳細については後述する。被写体情報の抽出を終えると、カメラCPU104は、S906にて被写体情報に対応した補正量としてのベストピント(BP)補正量を算出する。
そしてS907では、カメラCPU104は、S904で算出した第1〜第3のデフォーカス量に対してS905で算出したBP補正量を適用する補正を行う。BP補正量の算出方法の詳細については後述する。
次にS908では、S907で得られた補正後の第1〜第3のデフォーカス量から信頼性の高いデフォーカス量を選択する。例えば、被写体情報として高周波成分が多い場合には、第1の撮像素子101から得られた第1のデフォーカス量を選択する。また、コントラスト方向として垂直方向の成分が多い場合には、第2の撮像素子102から得られた第3のデフォーカス量を選択する。また、デフォーカス量が大きい場合には評価帯域が低周波数帯域である方が信頼性が高いため、第1〜第3のデフォーカス量の大きさからどれを選択するかを決定する。
次にS909では、カメラCPU104は、選択したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ503および第2の撮像素子102を移動させる。本実施例では、フォーカスレンズ503の移動によるフォーカシングに加えて、第2の撮像素子102の移動によってもフォーカシングが可能である。これは、上述したBP補正値や、第1および第2の撮像素子101,102の位置がそれらの組付け誤差により光学的に共役ではないこと等に対応するものである。
カメラCPU104は、第1の撮像素子101から得られた第1のデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ503を移動させる。さらに、フォーカスレンズ503の移動によるフォーカシングの過不足を第2の撮像素子102から得られた第2または第3のデフォーカス量に基づく第2の撮像素子102の移動で補う。カメラCPU104は、第2の撮像素子102の移動量を、撮像光学系の収差情報および後述する撮像画像評価帯域(第1の撮像特性情報および第2の撮像特性情報)のうち少なくとも1つの変更に応じて変更する。
第2の撮像素子102の移動量を、第1の撮像素子101から得られた第1のデフォーカス量と、第1および第2の撮像素子101,102の組み付け誤差量やBP補正量の差分値からを決定してもよい。フォーカスレンズ503の移動量を第2のデフォーカス量を用いて決定してもよい。
こうして合焦状態が得られると、カメラCPU104は、S910においてファインダ内表示器107や外部表示器110に合焦状態が得られたことをユーザに知らせるための表示を行う。そして、本徐リフォーカスを終了する。
次に、図7から図9を用いて、図6のS905における被写体情報の抽出方法について説明する。図7のフローチャートは被写体情報抽出処理を示す。
まずS9051において、カメラCPU104は、第1の撮像素子101から得られた撮像信号(第1の撮像信号)を用いて被写体情報を抽出する。ここにいう撮像信号は、設定された焦点検出領域に含まれる画素が撮像光学系の射出瞳全域を通過した光束を光電変換することにより得られる信号である。言い換えれば、第1の撮像素子101の各画素の光電変換部101a,101bからの出力信号を加算して得られる信号である。
カメラCPU104は、ベイヤー配列に対応するモザイク撮像信号をR、GおよびBの色信号に分離し、それぞれの色信号について水平方向および垂直方向での空間周波数特性を算出する。水平方向および垂直方向での空間周波数特性を得る方法として、2次元FFTを用いてもよい。また、互いに周波数帯域が異なる複数のデジタルフィルタ処理を垂直方向に行って得られた撮像信号の信号量(パワー)と該デジタルフィルタ処理を水平方向に行って得られた撮像信号の信号量とを得てもよい。これにより、焦点検出を行う被写体の色味、周波数成分およびコントラスト方向を得ることができる。
第1の撮像素子101では、焦点検出を行う際の瞳分割方向が水平方向のみであるため、第1の撮像素子101のみを用いた焦点検出や撮像を行う場合には、垂直方向の被写体情報の抽出を省略してもよい。
次にS9052では、カメラCPU104は、S9051と同様に、第2の撮像素子102から得られた撮像信号(第2の撮像信号)を用いて被写体情報を抽出する。ここにいう撮像信号は、第2の撮像素子102の各画素の光電変換部102a〜102iからの出力信号を加算して得られる信号である。
図8は、第1の撮像素子101と第2の撮像素子102で得られる被写体情報の特性を示している。第1の撮像素子101は、第2の撮像素子102に比べて画素ピッチが小さいため、必要に応じて上述した被写体情報取得モードで駆動することにより、空間周波数帯域に関して高周波数域から低周波数帯域までの幅広い周波数帯域で被写体情報を得ることができる。また、第1の撮像素子101の用途を被写体情報の取得に特化することにより、電荷蓄積時間を短く設定することも可能であり、手振れや被写体ぶれの影響による撮像信号の高周波成分の損失を抑えて被写体情報を取得することができる。また、コントラスト方向に関しては、上述した方法により、水平方向および垂直方向ともに取得することが可能である。
ただし、撮像信号に対する補正処理やデジタルフィルタ処理を位相差像信号と共通とする場合には、焦点検出には用いない低周波数帯域信号の算出や垂直方向のフィルタ処理が別途必要となる。本実施例では、図8において第1の撮像素子について「要演算」と記載された項目については、第2の撮像素子の計算結果を代用する。また、被写体情報の抽出に際して各種処理が行われた一対の位相差像信号の和の信号を用いて行うことにより、演算量を低減することができる。
一方、第2の撮像素子102は、第1の撮像素子101に比べて画素ピッチが大きいため、高周波数帯域の信号を得ることは不可能である。しかし、焦点検出用に処理された信号を用いて、低周波数帯域および超低周波数帯域の被写体情報を、演算量を増やすことなく得ることができる。コントラスト方向に関しても、垂直方向の位相差像信号を得ているため、演算量を増やすことなく垂直方向の被写体情報を得ることができる。
このように、本実施例では、第1および第2の撮像素子101,102のそれぞれの特性に応じてそれら撮像素子から取得する被写体情報を分ける。これにより、演算量を増やすことなく、必要十分な被写体情報を取得することができる。
次にS9053では、カメラCPU104は、第1および第2の撮像素子101,102から得られた被写体情報を統合する。これにより、色の数3、コントラスト方向の数2および周波数帯域の数4を乗じた24のカテゴリーの被写体情報量の大小関係を得ることができる。
なお、第1および第2の撮像素子101,102から同じ被写体情報、例えば、水平方向における中周波数帯域の信号を得ることにより、それぞれから得られた信号間で校正を行うことができる。
次にS9054では、カメラCPU104は、焦点検出に用いられる位相差像信号に対する評価を行う周波数帯域(以下、AF評価帯域という)を算出する。カメラCPU104は、被写体情報、撮像光学系の光学特性、撮像素子のサンプリング周波数および評価に用いるデジタルフィルタの影響を考慮してAF評価帯域を算出する。具体的AF評価帯域の算出方法については後述する。
また、カメラCPU104は、記録用画像(撮像画像)の生成に用いられる撮像信号の評価帯域(以下、撮像画像評価帯域という)を算出する。カメラCPU104は、被写体情報、撮像光学系の光学特性、撮像素子のサンプリング周波数および撮像画像を干渉する鑑賞者の評価帯域の影響を考慮して撮像画像評価帯域を算出する。
図9(a)〜(c)および図10(a)〜(c)を用いてAF評価帯域および撮像画像評価帯域の算出について説明する。カメラCPU104は、AF評価帯域を一対の位相差像信号ごとに算出し、撮像画像評価帯域を撮像素子ごとに算出する。AF評価帯域は、焦点検出信号の特性に関する焦点検出特性情報に相当し、焦点検出信号の評価周波数帯域、コントラスト方向および色のうち少なくとも1つに応じて異なる情報である。また、第1の撮像素子101に対して算出される撮像画像評価帯域が第1の撮像特性情報に相当し、第2の撮像素子102に対して算出される撮像画像評価帯域が第2の撮像特性情報に相当する。各撮像画像評価帯域は、各撮像信号の特性に関する情報である。各撮像画像評価帯域は、各撮像素子の画素ピッチ、画素ごとに設けられた光電変換部の数、各画素における瞳分割方向およびビームスプリッタ103の各撮像素子に対する分光特性(後述する分光透過率または分光反射率)等に応じて異なる情報である。
図9(a)〜(c)および図10(a)〜(c)はいずれも空間周波数ごとの信号の強度を示し、横軸に空間周波数を、縦軸に強度を示す。
図9(a)は、被写体の空間周波数特性Iを示している。横軸上のF1,F2,F3およびF4は評価する空間周波数を示し、F1からF4に向かって高周波数となる。S9053で得られた被写体情報における高周波数帯域はF4に、中周波数帯域はF3に、低周波数帯域はF2に、超低周波数帯域はF1にそれぞれ相当する。
被写体情報は、R,G,Bの色ごとおよびコントラスト方向ごとに存在するが、ここでは、水平方向におけるGの被写体情報のみを示している。また、Nqは第1の撮像素子101の画素ピッチに応じて決定されるナイキスト周波数である。空間周波数F1〜F4およびナイキスト周波数Nqについては、後述の図9(b),(c)および図10(a)〜(c)にも同様に示されている。
被写体の空間周波数特性Iは、S9053で得た被写体情報を用いる。図9(a)では被写体の空間周波数特性Iが曲線で描かれているが、実際には離散的に空間周波数F1,F2,F3およびF4に対応した値を有し、それをI(n)(1≦n≦4)と表す。
図9(b)は、撮像光学系の合焦状態での空間周波数特性Oを示す。この空間周波数特性Oの情報はレンズCPU507から取得してもよいし、カメラCPU104内のRAM等のメモリ(以下、カメラメモリという)に記憶しておいてもよい。図9(b)では撮像光学系の空間周波数特性Oは曲線で描かれているが、実際には離散的に空間周波数F1,F2,F3およびF4に対応した値を有し、それをO(n)(1≦n≦4)と表す。
図9(c)は、光学ローパスフィルタの空間周波数特性Lを示す。この空間周波数特性Lの情報は、カメラメモリに記憶されている。図9(c)では光学ローパスフィルタの空間周波数特性Lは曲線で描かれているが、実際には離散的に空間周波数F1,F2,F3,F4に対応した値を有し、それをL(n)(1≦n≦4)と表す。本実施例において、第1および第2の撮像素子101,102間で異なる光学ローパスフィルタを用いる場合には、それら光学ローパスフィルタの空間周波数特性を別々に記憶しておくことが望ましい。
図10(a)は、信号生成に関する空間周波数特性M1,M2を示す。前述したように、第1および第2の撮像素子101,102から出力信号を読み出して位相差像信号としての焦点検出信号や撮像信号を生成する際の読み出しモードには、第1の読み出しモードと第2の読み出しモードがある。全画素読み出しモードである第1の読み出しモードで信号生成を行う場合には空間周波数特性は変化しない。図10(a)中の空間周波数特性M1は、第1の読み出しモードで信号生成を行う場合の空間周波数特性である。
一方、間引き読み出しモードである第2の読み出しモードで信号生成を行う場合には、空間周波数特性が変化する。具体的には、X方向での間引きの際に信号加算を行ってS/Nの改善を図るため、この信号加算によるローパス効果が発生する。図10(a)中の空間周波数特性M2は、第2の読み出しモードで信号生成を行う場合の空間周波数特性である。空間周波数特性M2は、間引きの影響は加味せず、信号加算によるローパス効果を示す。
図10(a)において、信号生成に関する空間周波数特性M1,M2は曲線で描かれているが、実際には離散的に空間周波数F1,F2,F3およびF4に対応した値を有し、それをM1(n),M2(n)(1≦n≦4)と表す。
図10(b)は、撮像画像を鑑賞する際の空間周波数ごとの感度を示す空間周波数特性D1とAF評価信号の処理時に用いるデジタルフィルタの空間周波数特性D2を示している。撮像画像を鑑賞する際の空間周波数ごとの感度は、鑑賞者の個人差、画像サイズ、鑑賞距離、明るさ等の鑑賞環境により影響を受ける。本実施例では、代表的な値として、鑑賞時の空間周波数ごとの感度を設定してカメラメモリに記憶している。鑑賞距離は、ユーザから撮像画像が表示されるディスプレイデバイスまたは撮像画像が印刷されたシートまでの距離を意味する。
一方、第2の読み出しモードを用いる際には、間引きの影響によって信号の周波数成分の折り返しノイズが発生する。空間周波数特性D2は、その影響を加味したデジタルフィルタの空間周波数特性である。図10(b)において、空間周波数特性D1,D2は曲線で描かれているが、実際には離散的に空間周波数F1,F2,F3およびF4に対応した値を有し、それをD1(n),D2(n)(1≦n≦4)と表す。
以上のように種々の空間周波数特性を予め記憶しておくことにより、撮像特性情報である撮像画像評価帯域W1および焦点検出特性情報であるAF評価帯域W2を、以下の式(2),(3)を用いて算出する。式(2),(3)において、nは1≦n≦4である。
W1(n)=I(n)×O(n)×L(n)×M1(n)×D1(n) (2)
W2(n)=I(n)×O(n)×L(n)×M2(n)×D2(n) (3)
図10(c)は、撮像画像評価帯域W1およびAF評価帯域W2を示している。式(2),(3)で表される計算を行うことにより、撮像画像の合焦状態を決定する因子に対して、空間周波数ごとに、どの程度の影響度合いを有するかを定量化することができる。同様に、焦点検出結果としてのデフォーカス量が有する誤差が、空間周波数ごとに、どの程度の影響度合いを有するかを定量化することができる。本実施例では、撮像画像評価帯域W1およびAF評価帯域W2を、R,G,Bの色ごとおよびコントラスト方向としての水平方向と垂直方向に対応した6つずつ算出する。
W2(n)=I(n)×O(n)×L(n)×M2(n)×D2(n) (3)
図10(c)は、撮像画像評価帯域W1およびAF評価帯域W2を示している。式(2),(3)で表される計算を行うことにより、撮像画像の合焦状態を決定する因子に対して、空間周波数ごとに、どの程度の影響度合いを有するかを定量化することができる。同様に、焦点検出結果としてのデフォーカス量が有する誤差が、空間周波数ごとに、どの程度の影響度合いを有するかを定量化することができる。本実施例では、撮像画像評価帯域W1およびAF評価帯域W2を、R,G,Bの色ごとおよびコントラスト方向としての水平方向と垂直方向に対応した6つずつ算出する。
図10(a)〜(c)では、第1の撮像素子101のナイキスト周波数Nqに対して、各周波数特性の説明を行ったが、第2の撮像素子102の周波数特性も同様に算出する。例えば、信号生成に関する空間周波数特性は、画素ピッチの違いに合わせて、第1の撮像素子101用の特性に対して変更する。また、撮像画像を鑑賞する際の空間周波数ごとの感度を示す空間周波数特性やAF評価信号の処理時に用いるデジタルフィルタの空間周波数特性についても、第1の撮像素子101に対する第2の撮像素子102のナイキスト周波数の比に応じた修正を行う。その結果、第1の撮像素子101と第2の撮像素子102から、図10(c)に相当する撮像画像評価帯域W1およびAF評価帯域W2は、異なる結果が得られる。
図9(a)〜(c)および図10(a)〜(c)では4つ空間周波数F1〜F4を用いて説明したが、データを有する空間周波数の数は、多いほど撮像画像評価帯域W1およびAF評価帯域W2の空間周波数特性を正確に再現することができる。このため、より高精度な補正値を算出することができる。
S9054での撮像画像評価帯域W1およびAF評価帯域W2の算出を終えたカメラCPU104は、本処理を終了する。
次に、図11から図14を用いて、図6のS906でのBP補正量の算出方法について説明する。図11のフローチャートは、BP量算出処理を示す。S9061において、カメラCPU104は、図5のS106で行われた絞り制御において設定されたFナンバを取得する。
次にS9062では、カメラCPU104は、S901で設定された焦点検出領域の情報を取得し、該焦点検出領域の撮像素子上での像高を算出する。
その後S9063では、カメラCPU104は、撮像光学系の収差情報を取得する。撮像光学系の収差情報は、カメラCPU104の要求に応じてレンズCPU507から通信により得られる情報であり、被写体の色ごと、コントラスト方向ごとおよび空間周波数ごとの撮像光学系の結像位置に関する情報である。被写体の色ごとの結像位置に関する情報は、主として色収差に関する情報である。被写体のコントラスト方向ごとの結像位置に関する情報は、主として非点収差に関する情報である。被写体の空間周波数ごとの結像位置に関する情報は、主として球面収差に関する情報である。
図12(a),(b)を用いて、撮像レンズ500内の不図示のメモリ(以下、レンズメモリという)に格納されている撮像光学系の収差情報について具体的に説明する。図12(a)は、撮像光学系の特性である空間周波数ごとのデフォーカスMTFが極大値となるフォーカスレンズ503の位置を示している。横軸は、空間周波数を示し、F1,F2,F3およびF4は図9(a)〜(c)および図10(a)〜(c)に示したF1,F2,F3およびF4に対応している。Nqは第1の撮像素子102のナイキスト周波数であり、Nq2は第2の撮像素子102のナイキスト周波数である。縦軸は、デフォーカスMTFが極大値となるフォーカスレンズ503の位置(以下、デフォーカスMTFピーク位置という)を示す。
図12(a)では、色がGでコントラスト方向が水平方向である場合のデフォーカスMTFピーク位置MTF_GHと、色がGでコントラスト方向が垂直方向である場合のデフォーカスMTFピーク位置MTF_GVを示している。赤と青に対応したデフォーカスMTFピーク位置を含めると、レンズメモリには合計6つの異なる条件でのデフォーカスMTFピーク位置の情報が格納されている。
MTF_GHは、4つの空間周波数F1,F2,F3およびF4に対するデフォーカスMTFピーク位置PGH1,PGH2,PGH3,PGH4を有する。MTF_GVも、4つの空間周波数F1,F2,F3およびF4に対するデフォーカスMTFピーク位置PGV1,PGV2,PGV3,PGV4を有する。これらは、RおよびBについても同様である。
以下の説明では、空間周波数F1,F2,F3およびF4をF(n)(1≦n≦4)と表し、色がG,R,Bでコントラスト方向が水平方向である場合の撮像光学系の収差情報をそれぞれ、MTF_GH(n),MTF_RH(n),MTF_BH(n)と表す。また、色がG,R,Bでコントラスト方向が垂直方向である場合の撮像光学系の収差情報をそれぞれ、MTF_GV(n),MTF_RV(n),MTF_BV(n)と表す。レンズメモリには、撮像光学系の収差情報として、ズーム状態(焦点距離)、焦点調節状態(フォーカスレンズ503の位置)、Fナンバおよび焦点検出領域の像高によって情報が格納されている。例えば、ズーム状態と焦点調節状態とFナンバを8つのゾーンに分割し、分割ゾーンごとに3分割した像高のそれぞれに対する収差情報が格納されている。ただし、これ以外の収差情報の格納方法を採用してもよい。
S9063では、カメラCPU104は、事前に得たFナンバおよび焦点検出領域の像高の情報を、レンズCPU507に送信する。レンズCPU507は、レンズメモリからこれらFナンバおよび焦点検出領域の像高と現在のズーム状態および焦点調節状態に対応する収差情報を選択し、カメラCPU104に送信する。
次にS9064では、カメラCPU104は、ハーフミラーであるビームスプリッタ103の光学情報を用いて撮像光学系の収差情報を加工する。図12(b)を用いて、この収差情報の加工について説明する。
撮像光学系を透過してハーフミラーで反射された光束が到達する第2の撮像素子102については、ハーフミラーが歪等を持たず、反射によって新たに収差が発生しない場合には、撮像光学系の収差情報を加工することなく用いればよい。しかし、撮像光学系を透過してハーフミラーも透過して第1の撮像素子101に到達する光束には、ハーフミラーの材質に応じた屈折率や分散によって、ハーフミラーへの入射角度や波長に応じて異なる屈折が発生する。収差情報は、デフォーカスMTFの極大値と対応するフォーカスレンズ503の位置であるデフォーカスMTFピーク位置の情報を有するため、光束がハーフミラーを透過することでデフォーカスMTFピーク位置がオフセットする。このオフセット量は、色(波長)、射出瞳距離および像高で決まるハーフミラーへの光束の入射角度から算出することができる。
図12(b)では、オフセット前のMTF_GH(破線で示す)に対して、ハーフミラーを透過することによりオフセットした収差情報であるMTF_GH2を示している。図示はしないが、他の収差情報も同様にオフセット量を算出することで、MTF_GV2、MTF_RH2、MTF_RV2、MTF_BH2およびMTF_BV2を算出することができる。
次にS9065では、カメラCPU104は、S9054で算出した撮像評価帯域W1とAF評価帯域W2の情報を、カメラメモリから取得する。撮像評価帯域W1としては、第1の撮像素子101により取得された撮像画像に対応するW1_a(n)と、第2の撮像素子102により取得された撮像画像に対応するW1_b(n)とを取得する。AF評価帯域W2としては、A像およびB像信号に対してW2_a(n)を、C像およびD像信号に対してW2_b(n)を、E像およびF像信号に対してW2_c(n)をそれぞれ取得する。これらの評価帯域(係数)の情報はそれぞれ、3つの色(RGB)×2つのコントラスト方向(水平および垂直方向)の計6つずつ取得される。例えば、W2_a(n)として、W2_a_RH(n)、W2_a_RV(n)、W2_a_GH(n)、W2_a_GV(n)、W2_a_BH(n)およびW2_a_BV(n)の6つが取得される。
さらにこれらの6つの係数がそれぞれ4つの空間周波数に対応した4つの係数を含むことで、計24の係数が取得される。これらの24の係数は、色、空間周波数およびコントラスト方向の組み合わせごとの情報量の大小関係を示す。本実施例では、これら24の係数を、その総和が1となるように規格化して、被写体情報に対する重み付け用の重みとして用いる。
次にS9066では、カメラCPU104は、ハーフミラーの分光反射率および分光透過率に基づく分光分布の情報を取得する。図13および図14を用いて、ハーフミラーの分光反射率および分光透過率の角度依存性について説明する。図13は、ハーフミラーの分光透過率を光線の入射角度ごとに示している。横軸に波長を、縦軸に透過率を示している。分光反射率は、100%から分光透過率を差し引いた値となる。誘電多層膜によりハーフミラーを構成した場合、光線の入射角度および波長によって透過率が変化する。図13には、入射角が30度、45度、60度の場合の分光透過率を示している。カメラメモリには、撮像素子のカラーフィルタの主波長に対応したRGBの3つの色の分光透過率として、入射角度30度、45度および60度のそれぞれの分光透過率を記憶している。
図14は、射出瞳距離と像高によってハーフミラー(ビームスプリッタ103)への入射角度が変化することを示す。本実施例のように撮像レンズ500が交換可能であったりズームレンズであったりする場合には、交換や焦点距離に応じて射出瞳距離が変化する。図14には、互いに異なる射出瞳距離の例として、LPO1とLPO2を示しており、さらに撮像光学系囲の射出瞳の中心を通って第1の撮像素子101上の像高IH1,IH2に到達する光線を示している。
射出瞳距離LPO1,LPO2に対応する射出瞳のそれぞれから像高IH1に到達する光線を見れば分かるように、それらの光線は互いにハーフミラーに対する入射角度が異なる。また、射出瞳距離LPO1に対応する射出瞳から像高IH1,IH2のそれぞれに到達する光線を見れば分かるように、それらの光線は互いにハーフミラーに対する入射角度が異なる。S9066では、カメラCPU104は、射出瞳距離とBP補正量の演算を行う像高とに基づいて、ハーフミラーに対する光線の入射角度を計算する。その後、カメラCPU104は、得られた入射角度から各波長における反射率および透過率を補間演算等により算出する。
そして、カメラCPU104は、分光分布の情報として、R,GおよびBの反射率(%)をそれぞれRr,Gr,Brとし、透過率(%)をRt,Gt,Btとして取得する。上述したように、Rt=100%−Rrの関係にあるため、RtとRrのうちいずれか一方を算出すればよい。
S9067では、カメラCPU104は、ハーフミラーの分光透過率(または分光反射率)とAF評価帯域W2と撮像光学系の収差情報とを用いて、焦点検出信号により想定される焦点位置を算出する。ハーフミラーを透過した光束を受光する第1の撮像素子101から得られたA像およびB像信号間の相関演算(以下、第1の相関演算という)は水平方向でのみ行われる。カメラCPU104は、焦点検出信号により想定される焦点位置P_AF1を以下の式(4)を用いて算出する。
式(4)を用いた計算により、撮像光学系の収差情報を、被写体の分光分布およびハーフミラーの分光透過率に基づいて重み付け加算することにより、第1の相関演算を用いた焦点位置を算出することができる。P_AF1は、撮像光学系の収差情報において、焦点検出信号を構成する色の分布(分光特性)および空間周波数の分布(空間周波数特性)から想定されるデフォーカスMTFピーク位置に相当する。また、ハーフミラーで反射した光束を受光する第2の撮像素子102から得られたC像およびD像信号間の相関演算(以下、第2の相関演算という)は水平方向でのみ行われる。カメラCPU104は、焦点検出信号で想定される焦点位置P_AF2を以下の式(5)を用いて算出する。
さらに、第2の撮像素子102から得られたE像およびF像信号間の相関演算(以下、第3の相関演算という)は垂直平方向でのみ行われる。カメラCPU104は、焦点検出信号で想定される焦点位置P_AF3を以下の式(6)を用いて算出する。
式(6)においては、垂直方向のコントラスト信号を用いて焦点位置の算出を行うため、撮像光学系の収差情報やAF評価帯域の情報は垂直方向のものを用いる。
次にS9068では、カメラCPU104は、ハーフミラーの分光透過率と撮像評価帯域と撮像光学系の収差情報とを用いて、撮像信号を想定した場合の焦点位置を算出する。
第1の撮像素子101を用いて得られる静止画像(以下、第1の撮像画像という)は、ハーフミラーを透過した光束により形成された被写体像の光電変換により得られる。また、焦点調節状態の評価は、水平および垂直方向のコントラストも評価することで行われるこのため、第1の撮像画像における焦点調節状態の評価で想定される焦点位置P_IMG1を、以下の式(7)を用いて算出する。
P_IMG1は、撮像光学系の収差情報において、第1の撮像画像で評価する色の分布、空間周波数の分布およびコントラスト方向の分布から想定されるデフォーカスMTFピーク位置に相当する。
また、第2の撮像素子101を用いて得られる動画像(以下、第2の撮像画像という)は、ハーフミラーで反射した光束により形成された被写体像の光電変換により得られる。また、焦点調節状態の評価は、水平および垂直方向のコントラストも評価することで行われる。このため、第2の撮像画像における焦点調節状態の評価で想定される焦点位置P_IMG2を、以下の式(8)を用いて算出する。
以上のように、S9067およびS9068では、カメラCPU104は、焦点検出信号や撮像信号の特性(色、空間周波数およびコントラスト方向)と撮像光学系の収差情報とを用いて、想定されるデフォーカスMTFピーク位置を算出する。
次に、S9069では、カメラCPU104は、BP補正量を算出する。BP補正量は、どの焦点検出結果としてのデフォーカス量をどの撮像画像の焦点調節に用いるかによって異なる。第1のデフーカス量を第1の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP1とし、第2の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP2とすると、カメラCPU104はこれらを以下の式(9),(10)を用いて算出する。
BP1=P_IMG1−P_AF1 (9)
BP2=P_IMG2−P_AF1 (10)
また、第2のデフォーカス量を、第1の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP3とし、第2の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP4とすると、カメラCPU104はこれらを以下の式(11),(12)を用いて算出する。
BP3=P_IMG1−P_AF2 (11)
BP4=P_IMG2−P_AF2 (12)
さらに、第3の焦点検出結果を、第1の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP5とし、第2の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP6とすると、カメラCPU104はこれらを以下の式(13),(14)を用いて算出する。
BP5=P_IMG1−P_AF3 (13)
BP6=P_IMG2−P_AF3 (14)
カメラCPU104は、S9069で算出したBP補正量BP1〜BP6を、被写体情報に応じて切り替えて用いる。例えば、被写体が垂直方向にコントラストを有し、第3の相関演算で得られる焦点検出結果の信頼性が高い場合は、第1の撮像素子101用のBP補正量(第1の焦点調節補正量)としてBP5を用いて焦点検出結果を補正する。そして、補正後の焦点検出結果を用いてフォーカスレンズ503の移動量を算出する。また、第2の撮像素子102用のBP補正量(第2の焦点調節補正量)としてBP6を用いて焦点検出結果を補正し、補正後の焦点検出結果を用いて第2の撮像素子102の移動量を算出する。第2の撮像素子102の移動量は、撮像光学系の収差情報、第1の撮像素子情報および第2の撮像素子情報のうち少なくとも1つの変更に伴って変更される。
BP1=P_IMG1−P_AF1 (9)
BP2=P_IMG2−P_AF1 (10)
また、第2のデフォーカス量を、第1の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP3とし、第2の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP4とすると、カメラCPU104はこれらを以下の式(11),(12)を用いて算出する。
BP3=P_IMG1−P_AF2 (11)
BP4=P_IMG2−P_AF2 (12)
さらに、第3の焦点検出結果を、第1の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP5とし、第2の撮像画像の焦点調節に用いる場合のBP補正量をBP6とすると、カメラCPU104はこれらを以下の式(13),(14)を用いて算出する。
BP5=P_IMG1−P_AF3 (13)
BP6=P_IMG2−P_AF3 (14)
カメラCPU104は、S9069で算出したBP補正量BP1〜BP6を、被写体情報に応じて切り替えて用いる。例えば、被写体が垂直方向にコントラストを有し、第3の相関演算で得られる焦点検出結果の信頼性が高い場合は、第1の撮像素子101用のBP補正量(第1の焦点調節補正量)としてBP5を用いて焦点検出結果を補正する。そして、補正後の焦点検出結果を用いてフォーカスレンズ503の移動量を算出する。また、第2の撮像素子102用のBP補正量(第2の焦点調節補正量)としてBP6を用いて焦点検出結果を補正し、補正後の焦点検出結果を用いて第2の撮像素子102の移動量を算出する。第2の撮像素子102の移動量は、撮像光学系の収差情報、第1の撮像素子情報および第2の撮像素子情報のうち少なくとも1つの変更に伴って変更される。
以上のように、本実施例では、第1および第2の撮像素子101,102のそれぞれから取得される焦点検出信号の特性に応じて、想定される焦点位置(P_AF1,P_AF2,P_AF3)を算出する。また、第1および第2の撮像素子101,102のそれぞれから取得される撮像信号の特性に応じて、想定される焦点位置(P_IMG1,P_IMG2)を算出する。そして、これら想定される焦点位置を用いてBP補正量を算出することにより、信頼性の高い焦点検出結果を採用しながら、撮像画像の特性に応じた焦点調節を行うことができる。
本実施例では、静止画撮像用のBP補正量と動画撮像用のBP補正量として異なる値が算出されることに備えて、第2の撮像素子102を光軸方向に移動可能に構成した。すなわち、フォーカスレンズ503の移動と第2の撮像素子102の移動とにより焦点調節を行うように構成した。しかし、第2の撮像素子102は必ずしも移動できなくてもよい。この場合は、例えば、静止画撮像用のBP補正量(第1の焦点調節補正量)と動画撮像用のBP補正量(第2の焦点調節補正量)の平均値(第3の焦点調節補正量)を用いてフォーカスレンズ503を移動させて焦点調節を行えばよい。これにより、焦点調節精度は低下するが、第2の撮像素子102を移動させる機構が不要となる。
また、第2の撮像素子102を移動させない場合に、ユーザまたはカメラ本体100の設定により、第1および第2の撮像素子101,102から得られる撮像画像の記録優先度を求め、その記録優先度に応じてBP補正量(第3の焦点調節補正量)を設定してもよい。例えば、第1の撮像素子101により得られる静止画が優先度が高い場合は、第1の撮像素子101に対するBP補正量と第2の撮像素子102に対するBP補正量を4:1で重み付けしたBP補正量を算出(設定)して焦点調節を行ってもよい。
また、上述したように、BP補正量の大小は撮像光学系の収差情報により決定される。このため、該収差情報から収差量の大小を判定し、収差量が小さい場合にはBP補正量(第1または第2の焦点調節補正量)の算出を省略してもよい。
次に、図15を用いて、カメラCPU104がS9051およびS9052で行う第1および第2の撮像素子101,102を用いた被写体情報の抽出タイミングについて説明する。図15は、第1および第2の撮像素子101,102の垂直同期信号V1,V2,V3,V4,・・・が同期している例を示している。第1の撮像素子101は、Ea1,Ra1,Ea2,Ra2,・・・で示すように、垂直同期タイミングV1,V2,・・・を境として電荷蓄積と読み出しとを繰り返す。第2の撮像素子102は、Eb1,Rb1,Eb2,Rb2,・・・で示すように、垂直同期タイミングV1,V2,・・・を境として電荷蓄積と読み出しとを繰り返す。
第2の撮像素子102は、動画撮像用であるため、静止画撮像用の第1の撮像素子101よりも電荷蓄積時間が長く設定されている。ただし、第2の撮像素子102は第1の撮像素子101よりも画素数が少ないため、出力信号の読み出し時間は短い。第1の撮像素子101は、被写体情報抽出手段として機能しているため、手振れや被写体ぶれの影響を低減するために短い電荷蓄積時間で駆動される。
第1および第2の撮像素子101,102からの出力信号の読み出しを終えると、カメラCPU104は、取得した出力信号を用いて被写体情報の検出D1,D2,D3,・・・を行う。そして、被写体情報の検出を終えると、カメラCPU104は、得られた被写体情報を用いてBP補正量の算出C1,C2,C3,・・・を行う。
このような処理を行うことにより、おおよそ同じタイミングでの被写体情報を第1および第2の撮像素子101,102を通して得られるため、タイムラグによる被写体情報の変化の影響を受けにくく、信頼性の高い被写体情報が得られる。
第1の撮像素子101における被写体情報の抽出領域を狭めることによって、第1の撮像素子101の駆動レート(フレームレート)を2倍等に上げて、より多くの情報を得てもよい。その際に、半分のデータは、第2の撮像素子102から得られる情報と同期がとれないが、第1の撮像素子101から得られる情報から連続性を判定する等により、より信頼性の高い被写体情報を抽出することができる。また、第2の撮像素子102の駆動レートが高い場合には、第1の撮像素子101の駆動を間引いて被写体情報の抽出間隔を長くしてもよい。これにより、得られる被写体情報は減るが、消費電力を低減することができる。
(その他の実施例)
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。
(その他の実施例)
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。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
100 カメラ本体
101 第1の撮像素子
102 第2の撮像素子
104 カメラCPU
500 撮像レンズ
503 フォーカスレンズ(第3レンズ群)
507 レンズCPU
101 第1の撮像素子
102 第2の撮像素子
104 カメラCPU
500 撮像レンズ
503 フォーカスレンズ(第3レンズ群)
507 レンズCPU
Claims (12)
- フォーカス素子を有する撮像光学系を通して撮像を行う撮像装置であって、
前記撮像光学系の射出瞳を通過した光束を第1の光束と第2の光束に分割する光束分割手段と、
前記第1の光束により形成される被写体像を撮像する第1の撮像素子と、
前記第2の光束により形成される被写体像を撮像する第2の撮像素子と、
前記第1の撮像素子からの出力信号を用いて第1の画像を生成するための第1の撮像信号を生成し、前記第2の撮像素子からの出力信号を用いて第2の画像を生成するための第2の撮像信号を生成し、前記第1および第2の撮像素子のうち少なくとも一方からの前記出力信号を用いて、位相差検出方式の焦点検出に用いられる焦点検出信号を生成する信号生成手段と、
前記フォーカス素子および前記第2の撮像素子のうち少なくとも一方を移動させる焦点調節制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記撮像光学系の収差情報と、前記第1の撮像信号の特性に関する第1の撮像特性情報と、前記焦点検出信号の特性に関する焦点検出特性情報とを用いて第1の焦点調節補正量を取得し、
前記収差情報と、前記第2の撮像信号の特性に関する第2の撮像特性情報と、前記焦点検出特性情報とを用いて第2の焦点調節補正量を取得し、
前記焦点検出の結果と、前記第1の焦点調節補正量および前記第2の焦点調節補正量とを用いて前記焦点調節制御を行うことを特徴とする撮像装置。 - 前記第1の撮像素子と前記第2の撮像素子とは、少なくとも画素ピッチが異なることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1および第2の画像のうち一方の画像は静止画であり、他方の画像は動画であることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記第1の撮像特性情報および前記第2の撮像特性情報はそれぞれ、各撮像素子の画素ピッチ、画素ごとに設けられた光電変換部の数、各画素における瞳分割方向および前記光束分割手段の各撮像素子に対する分光特性のうち少なくとも1つに応じて異なる情報であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第1の撮像特性情報および前記第2の撮像特性情報において、前記画素ピッチ、前記光電変換部の数、前記瞳分割方向および前記分光特性のうち少なくとも1つが異なることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
- 前記焦点検出特性情報は、前記焦点検出信号の評価周波数帯域、コントラスト方向および色のうち少なくとも1つに応じて異なる情報であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第2の撮像素子を移動させる撮像素子移動手段を有し、
前記制御手段は、前記フォーカス素子の移動量を前記第1の焦点調節補正量を用いて算出し、前記撮像素子移動手段による前記第2の撮像素子の移動量を前記第2の焦点調節補正量を用いて算出することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記制御手段は、前記撮像素子移動手段による前記第2の撮像素子の移動量を、前記収差情報、前記第1の撮像特性情報および前記第2の撮像特性情報のうち少なくとも1つの変更に応じて変更することを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、前記第1の焦点調節補正量と前記第2の焦点調節補正量とを用いて算出される第3の焦点調節補正量を用いて前記焦点調節制御を行うことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、
前記第1および第2の撮像素子のそれぞれから得られる前記撮像信号を用いて生成される画像を記録する優先度を求め、
該優先度に応じて前記第3の焦点調節補正量を設定することを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。 - フォーカス素子を有する撮像光学系を通して撮像を行う撮像装置であり、前記撮像光学系の射出瞳を通過した光束を分割して得られた第1の光束および第2の光束のうち前記第1の光束により形成される被写体像を撮像する第1の撮像素子と、前記第2の光束により形成される被写体像を撮像する第2の撮像素子とを有する撮像装置の制御方法であって、
前記第1の撮像素子からの出力信号を用いて第1の画像を生成するための第1の撮像信号を生成し、前記第2の撮像素子からの出力信号を用いて第2の画像を生成するための第2の撮像信号を生成し、前記第1および第2の撮像素子のうち少なくとも一方からの前記出力信号を用いて、位相差検出方式の焦点検出に用いられる焦点検出信号を生成するステップと、
前記フォーカス素子および前記第2の撮像素子のうち少なくとも一方を移動させる焦点調節制御を行う制御ステップとを有し、
前記制御ステップにおいて、
前記撮像光学系の収差情報と、前記第1の撮像信号の特性に関する第1の撮像特性情報と、前記焦点検出信号の特性に関する焦点検出特性情報とを用いて第1の焦点調節補正量を取得し、
前記収差情報と、前記第2の撮像信号の特性に関する第2の撮像特性情報と、前記焦点検出特性情報とを用いて第2の焦点調節補正量を取得し、
前記焦点検出の結果と、前記第1の焦点調節補正量および前記第2の焦点調節補正量とを用いて前記焦点調節制御を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。 - コンピュータに、請求項11に記載の撮像装置の制御方法に対応する処理を実行させるコンピュータプログラムであることを特徴とする撮像制御プログラム。
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