JP5677800B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
従来例の撮像用画素と焦点検出用画素が2次元的に配列された素子を用いた撮像装置としては、以下の特許文献1に開示された構成が知られている。
(1)コントラスト方式
(2)位相差方式
(1)のコントラスト方式では、フォーカシング状態を変えてウォブリングを行いながらコントラスト値を評価する、いわゆる山登り方式を採用している。このため、合焦時間が長い。
また、動画撮影においては、ウォブリング時の画像も記録される。このため、画質の劣化が起こる。
この時、静止画撮影であれば、ベスト像面位置に合焦した状態で露光し、最終画像を得ればよい。これに対して、動画撮影では、測距動作中の画像、すなわち1回目の測距でベスト像面位置より奥の位置、即ち像面側の位置に合焦する。さらに、2回目の測距でベスト像面位置に合焦する過程も記録されてしまう。このため、画質の劣化となる。これは、コントラストAFのウォブリングが記録されるのと同じ状態である。
装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有する動画撮影及び静止画撮影可能な撮像装置において、
推定されたデフォーカス量を演算する演算部と、
動画撮影時にデフォーカス検出精度を算出する算出部と、
動画撮影時に前記算出部の結果より補正値を設定する設定部と、
動画撮影時に前記設定部の結果より得られる前記補正値に基づいて、前記推定されたデフォーカス量の絶対値を減少させるように補正する補正部と、
動画撮影時に前記補正部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算し、かつ、静止画撮影時に前記演算部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算するレンズ駆動量算出部と、
動画撮影時に、前記演算部と、前記算出部と、前記設定部と、前記補正部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行い、かつ、静止画撮影時に、前記演算部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行う制御部と、
を有することを特徴とする。
装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有する動画撮影及び静止画撮影可能な撮像装置において、
推定されたデフォーカス量を演算する演算部と、
デフォーカス検出精度が記録された記録部と、
動画撮影時に前記記録部に記録された前記デフォーカス検出精度より補正値を設定する設定部と、
動画撮影時に前記設定部の結果より得られる前記補正値に基づいて、前記推定されたデフォーカス量の絶対値を減少させるように補正する補正部と、
動画撮影時に前記補正部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算し、かつ、静止画撮影時に前記演算部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算するレンズ駆動量算出部と、
動画撮影時に、前記演算部と、前記記録部と、前記設定部と、前記補正部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行い、かつ、静止画撮影時に、前記演算部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行う制御部と、
を有することを特徴とする。
装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有し、
前記画素のうち少なくとも一部が、
画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、
前記焦点検出画素以外は、画素へ入射する光束が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有する動画撮影及び静止画撮影可能な撮像装置において、
推定されたデフォーカス量を演算する演算部と、
動画撮影時にデフォーカス検出精度を算出する算出部と、
動画撮影時に前記算出部の結果より補正値を設定する設定部と、
動画撮影時に前記設定部の結果より得られる前記補正値に基づいて、前記推定されたデフォーカス量の絶対値を減少させるように補正する補正部と、
動画撮影時に前記補正部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算し、かつ、静止画撮影時に前記演算部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算するレンズ駆動量算出部と、
動画撮影時に、前記演算部と、前記算出部と、前記設定部と、前記補正部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行い、かつ、静止画撮影時に、前記演算部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行う制御部と、
を有することを特徴とする。
(デジタルカメラ)
まず、本発明の実施形態に係る撮像装置を備えたカメラについて説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ11の内部構成を示す図である。
デジタルカメラ11は、交換レンズ12と、カメラボディ13と、から構成され、交換レンズ12はマウント部14によりカメラボディ13に装着される。
上述したデジタルカメラ11の構成は、同一の符号を用いる構成は、以下の全ての実施例において共通する。次に、デジタルカメラ11が有する撮像装置の撮像素子22の構成について説明する。
具体例としては次の(1)〜(5)のとおりである。
(2)射出瞳Pを横に2分割して、上側瞳検出用画素Uと下側瞳検出用画素Dを配置したもの(図2(b))
(3)左側瞳検出用画素Lと右側瞳検出用画素Rを左右に配置して、その一部を重ねたもの(図2(c))
(4)上側瞳検出用画素Uと下側瞳検出用画素Dを上下に配置して、その一部を重ねたもの(図2(d))
(5)左側瞳検出用画素Lと下側瞳検出用画素Dを任意の位置に配置して、その一部を重ねたもの(図2(e))
また、図2(a)と(b)を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、図2(c)と(d)を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、さらに、図2(c)と(e)を組み合わせて左右、斜め線検出の焦点検出用画素を配置してもよいが、これに限定されるものではない。
以下、図3〜図6を参照して、具体的な射出瞳の分割例について説明する。
まず、図3を参照して、撮像素子22の光電変換部を分割することによって射出瞳を分割する例を説明する。
図3は、撮像素子22の光電変換部の構成を示す図である。
撮像素子22は、基板内に形成されたP型ウエル31、P型ウエル31と共に光電荷を発生させ蓄積するn型領域32α、32β、n型領域32α、32βに蓄積されている光電荷が転送される不図示のフローティングディフュージョン部(以下、「FD部」と称する。)、n型領域32α、32βに蓄積された光電荷をFD部へ効率よく転送するために光電荷を収集する表面p+層33α、33β、FD部へ光電荷を転送するための転送ゲート(不図示)、ゲート絶縁膜であるSiO2膜34、ベイヤ配列のカラーフィルタ35、及び、被写体からの光を集めるマイクロレンズ36、を備える。
次に、図4を参照して、撮像素子22の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。
図4は、撮像素子22の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
図5の撮像素子においては、それぞれの画素の上のオンチップレンズ61、62、63、64が独立して構成されている。
図5においては、画素集合Aの画素のオンチップレンズ61、63の光軸61a、63aは、画素の中心から左側にずれている。また、画素集合Bの画素のオンチップレンズ62、64の光軸62a、64aは画素の中心から右側にずれている。
2つの画素集合A、Bからの出力を比較することで、レンズ18のフォーカス量を算出することができる。
図6に示す撮像素子では、オンチップレンズをDMLで構成している。画素70と画素80はそれぞれ異なる領域からの光束を受光する隣り合った画素である。
(1)焦点検出用画素の信号を周囲の撮像用画素の信号レベルと同等となるようにゲインを調整し、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
(2)焦点検出用画素の信号および焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて画素補間を行い、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
まず、焦点検出用画素から出力されたままの信号レベルと、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力されたままの信号レベルと、を比較する。つづいて、焦点検出用画素から出力される信号レベルを近傍の撮像用画素から出力される信号レベルに近づけるようにゲインを調整する。その後、焦点検出用画素の信号をゲイン調整し得られた信号を画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
(a)焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
(b)焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素の信号と焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
(c)焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号と焦点検出用画素の位置の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
Bフィルタは、R、G、Bの異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタであり、Rフィルタは、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタであり、Gフィルタは、それ以外の透過特性を持つものである。
なお、複数の色フィルタは、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも3通り有していれば、ほかの組合せでも良い。
なお、焦点検出用画素は、Gフィルタに限らず、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも1部が、入射する光束の入射方向を制限するよう構成することができる。
図7は、第1実施形態のイメージャにおける画素配置を概念的に示す平面図である。
図7に示すイメージャ(撮像装置)は、図3、図4、図5、図6で示した画素において、各画素中心と各光電変換領域の瞳の中心、または面積重心とを上方向、下方向、右側方向、左側方向にずらした画素、の組合せで構成されている。
図7では、縦10画素(L01〜L10)、横10画素(F01〜F10)で合計100画素の例を示している。しかしながら、画素数はこれに限るものでなく、例えば合計画素が1000万画素を超えるものでも構わない。
L02の行では、左から順に、撮像用画素121、上画素120U、撮像用画素121、下画素120D、が繰り返し配置されている。
L03の行では、左から順に、右画素120R、撮像用画素121、右画素120R、撮像用画素121、が繰り返し配置されている。
L04の行では、左から順に、撮像用画素121、上画素120U、撮像用画素121、下画素120D、が繰り返し配置されている。
L05以降の行は、L01、L02、L03、L04のパターンを繰り返す配置になっている。
F01の列では、上から(L01から)順に、左画素120L、撮影用画素121、右画素120R、撮影用画素121、が繰り返し配置されている。
F02の列では、上から順に、撮影用画素121、上画素120U、撮影用画素121、上画素120U、が繰り返し配置されている。
F03以降の列は、F01、F02のパターンを繰り返す配置になっている。
次に、撮像装置が備える撮像素子の他の構成例について説明する。
次に、撮像装置が備える撮像素子の他の構成例について説明する。
そして、L01列のパターンと、L02列のパターンとを、縦方向に、繰り返している。
次に、撮像装置が備える撮像素子のさらに他の構成例について説明する。
そして、L01列のパターンと、L02列のパターンとを、縦方向に、繰り返している。
また、L05F01画素と、L05F09画素とは、右側瞳検出用画素である。
また、L01F05画素と、L09F05画素とは、上側瞳検出用画素である。
さらに、L05F05画素は、下側瞳検出用画素である。
撮像素子22からは、撮影用画素からの信号、焦点検出用画素からの信号、第1像信号、及び第2像信号のいずれの信号であるかを識別するための信号がラインaを経由してA/D変換部131へ入力する。
演算部/相関演算部135は、第1像信号、及び第2像信号に基づいて相関演算を行い、推定されたデフォーカス量を演算する。算出部136は、デフォーカスの算出精度を算出する。設定部137は、算出部136の結果から補正値を算出する。さらに、補正部138は、補正値を推定されたデフォーカス量の絶対値を減少させるように補正する。
これら、演算部/相関演算部135〜制御部140により、レンズ駆動してフォーカシングするフローチャートの詳細に関しては、後述する。
図12(b)に示すように、被写体のコントラストが低い場合、1回目の測距の狙いの幅は、点線で示すように図12(a)の場合に比較して、デフォーカス検出精度を示す曲線の裾部が拡がっている。
そして、1回目のフォーカシングにより、測距精度が低下し、スタートの像面位置S1からベスト像面位置bstより奥、即ち像面側の像面位置G1に移動する。
以下、被写体のコントラストが低い場合でも、ウォブリングが発生することなく、静止画はもちろんのこと、さらに動画までを撮影できる様子を示す。
像面位置G1は、詳細については後述する所定の手順を経て決定される。
この像面位置G2も、詳細については後述する所定の手順を経て決定される。
L=(def/|def|)×(|def|−|Δdef|) (A)
ここで、
Lは、補正部により演算された結果であり、このデフォーカス量を用いてレンズ駆動量を算出し、フォーカシングを行う。
defは、演算部により演算された、推定されたデフォーカス量、
Δdefは、設定部により設定された補正値、
である。
図14は、撮影の大まかな流れを示すフローチャートである。本フローチャートは、画像形成のフローと、焦点検出のフローとの2つに大別される。まず、画像形成のフローについて説明する。
ステップS101において、撮影が開始される。ステップS102において、使用者は撮影モードを選択する。
また、ステップS102において、静止画モードが選択された場合、ステップS104へ進み、焦点検出サブルーチンが実行される。その後、ステップS105において、撮像サブルーチンが実行される。
例えば、電源ON後、初期状態検出、撮像素子駆動、プレビュー画像表示などをおこなってもよい。
また、撮影開始をシャッターボタン半押し後、焦点検出サブルーチンに移り、合焦後、確認画像を表示し、
シャッターボタン全押し後に、撮影サブルーチンに移るフローでもよい。
ステップS201において、像信号取得部133は、撮像用画素の読み出しを行う。ステップS202において、記録画像構成部139は、記録画像の構成を行う。ステップS203において、メモリカード29などへ記録画像を記録する。画素読出しは、全画素読出し、間引き読出しの処理を行うように構成してもよい。画像構成には、欠陥画素の補間処理が含まれている。また、画素加算や画素補間により、焦点検出対象画素の位置の画素信号を求めるようにしてもよい。
ステップS201からステップS205までの手順で画像形成のフローを構成する。
ステップS206において、像信号取得部133は、焦点検出用の画素からの信号を読み出す。ステップS207において、演算部/相関演算部135は、第1像信号と、第2像信号との相関演算を行い、推定されたデフォーカス量を算出する。
具体的には、撮像光学系の焦点距離、Fno、撮像素子の画素ピッチに基づいた、デフォーカス補正量を付加する。これにより、ベスト像面位置bstより奥に合焦することがないような測距動作が可能となるため、動画撮影においても、画質の劣化がない。
また、上述のフローチャートに限定されない。例えば、モード選択後、初期状態検出、撮像素子駆動、プレビュー画像表示などを行なってもよい。
また、撮影開始をシャッターボタン半押し後、焦点検出サブルーチンに移り、合焦後、確認画像を表示し、シャッターボタン全押し後に、撮影サブルーチンに移るフローでもよい。
例えば、デフォーカス検出精度は、以下の2通りの算出方法が挙げられる。
(1)位相差方式のフォーカシングを所定回数、例えば20回繰り返す。そして、この結果から統計的なばらつきを算出する。
(2)異なる瞳からの2つの像の相関度合いから、ばらつきを算出する。
例えば、測距精度の正規分布の3σ相当のデフォーカス量を補正量とする。演算部の結果であるデフォーカス量から減算した値をデフォーカス量として、合焦動作を行う。これにより、ベスト像面位置より奥に合焦することがない。
即ち、動画撮影においても、画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供できる。
例えば、補正値を、測距精度の「正規分布の3σ‐焦点深度」とすることもできる。そして、演算手段の結果であるデフォーカス量から減算した値をデフォーカス量として、合焦動作を行うことで、ベストピント位置より奥に合焦することがない。
即ち、動画撮影においても、画質の劣化が少なく、焦点検出性能のよい撮像装置を提供できる。
判定部は、推定されたデフォーカス量、例えば、図13(a)の像面位置a、図13(b)の像面位置a’が焦点深度内か外かを判定する。
これにより、像面位置a、a’が焦点深度内のときは、フォーカシングを終了できる。また、像面位置a、a’が焦点深度外のときは、フォーカシングを継続できる。
これは、図15のフローチャートにおけるステップS209の判断に相当する。
装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有し、
前記画素のうち少なくとも1部が、
画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、
前記焦点検出画素以外は、画素へ入射する光束が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有する動画撮影可能な撮像装置において、
推定されたデフォーカス量を演算する演算部と、
デフォーカス検出精度を算出する算出部と、
算出部の結果より補正値を設定する設定部と、
設定部の結果より得られる補正値を推定されたデフォーカス量の絶対値を減少させるように補正する補正部と、を有し、
前記補正部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算するレンズ駆動量算出部と、
動画撮影時に、前記演算部と、前記算出部と、前記設定部と、前記補正部より得られるデフォーカス量及びレンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行う制御部と、
を有する。
12 交換レンズ
13 カメラボディ
15 絞り駆動部
16 レンズ駆動部
18 ズーミング用レンズ
19 レンズ
20 フォーカシング用レンズ
21a 可変絞り
21b 固定絞り
22 撮像素子
24 ボディ制御部
25 液晶表示素子駆動回路
26 液晶表示素子
27 接眼レンズ
28 撮像素子駆動回路
29 メモリカード
30 レンズ制御部
31 p形ウエル
32α、32β n形領域
33α、33β 表面p+層
35 カラーフィルタ
36 マイクロレンズ
41 画素
42、52 マイクロレンズ
44、54 遮光膜
48、58 開口部
61、62、63、64 オンチップレンズ
61a、62a、63a、64a 光軸
70、80 画素
71、81 屈折率分布レンズ
72 カラーフィルタ
76、86 受光素子
90 移動・駆動部
91 減光素子
120L 左側瞳検出用画素
120R 右側瞳検出用画素
120U 上側瞳検出用画素
120D 下側瞳検出用画素
121 撮影用画素
131 A/D変換部
132 信号処理部
133 増信号取得部
134 表示画像構成部
135 演算部/相関演算部
136 算出部
137 設定部
138 補正部
139 記録画像構成部
140 レンズ駆動量算出部
141 制御部
Claims (7)
- 装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有する動画撮影及び静止画撮影可能な撮像装置において、
推定されたデフォーカス量を演算する演算部と、
動画撮影時にデフォーカス検出精度を算出する算出部と、
動画撮影時に前記算出部の結果より補正値を設定する設定部と、
動画撮影時に前記設定部の結果より得られる前記補正値に基づいて、前記推定されたデフォーカス量の絶対値を減少させるように補正する補正部と、
動画撮影時に前記補正部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算し、かつ、静止画撮影時に前記演算部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算するレンズ駆動量算出部と、
動画撮影時に、前記演算部と、前記算出部と、前記設定部と、前記補正部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行い、かつ、静止画撮影時に、前記演算部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行う制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有する動画撮影及び静止画撮影可能な撮像装置において、
推定されたデフォーカス量を演算する演算部と、
デフォーカス検出精度が記録された記録部と、
動画撮影時に前記記録部に記録された前記デフォーカス検出精度より補正値を設定する設定部と、
動画撮影時に前記設定部の結果より得られる前記補正値に基づいて、前記推定されたデフォーカス量の絶対値を減少させるように補正する補正部と、
動画撮影時に前記補正部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算し、かつ、静止画撮影時に前記演算部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算するレンズ駆動量算出部と、
動画撮影時に、前記演算部と、前記記録部と、前記設定部と、前記補正部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行い、かつ、静止画撮影時に、前記演算部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行う制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記算出部は、前記演算部の結果に基づいて、デフォーカス検出精度を算出することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記設定部は、前記算出部の結果にのみ基づいて補正量を決定することを特徴とする請求項1または3に記載の撮像装置。
- 前記設定部は、前記算出部の結果と、撮影状態の焦点深度に基づいて補正量を決定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記補正部の結果のデフォーカス位置が、撮影状態の焦点深度内か外かを判定する判定部を更に有し、前記判定部の判定結果に基づいて、前記逐次フォーカシングの要否を決定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有し、
前記画素のうち少なくとも一部が、
画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、
前記焦点検出画素以外は、画素へ入射する光束が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
装着、または固定可能な撮像光学系と、光電変換部を有する画素が2次元的に配列された撮像素子と、を有する動画撮影及び静止画撮影可能な撮像装置において、
推定されたデフォーカス量を演算する演算部と、
動画撮影時にデフォーカス検出精度を算出する算出部と、
動画撮影時に前記算出部の結果より補正値を設定する設定部と、
動画撮影時に前記設定部の結果より得られる前記補正値に基づいて、前記推定されたデフォーカス量の絶対値を減少させるように補正する補正部と、
動画撮影時に前記補正部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算し、かつ、静止画撮影時に前記演算部からの結果に基づいてレンズ駆動量を演算するレンズ駆動量算出部と、
動画撮影時に、前記演算部と、前記算出部と、前記設定部と、前記補正部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行い、かつ、静止画撮影時に、前記演算部より得られるデフォーカス量及び前記レンズ駆動量を用いて逐次フォーカシングを行う制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
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