JPH11258491A - 焦点検出装置、方法及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＣＤにより複数の異なる瞳を通じてそれぞ
れ撮像した複数の画像の位相差によりデフォーカス量を
検出する場合、演算を高速化する。 【解決手段】 左右の瞳３ａ、３ｂを遮光板５で交互に
遮光しながらＣＣＤ９で撮像して複数の出力画像を得、
これらを相関演算して位相差を求め、各位相差に基づい
てフォーカスレンズ１ａのデフォーカス量を求める。そ
の際、焦点距離等の撮像条件に応じて上記出力画像のデ
ータの間引きを行ってから相関演算を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラな
どの撮像素子を用いた撮像装置の焦点検出装置、方法及
びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、一眼レフ方式の銀塩カメラなどに
用いられている自動焦点装置には、位相差検出方式の焦
点検出装置が数多く用いられている。図１５は、従来の
位相差検出方式の焦点検出装置を有する一眼レフカメラ
の断面図であり、撮影レンズ１００から射出してきた光
束１０９ａはハーフミラーでできた主ミラー１０２にて
反射する光束１０９ｂと透過する光束１０９ｅとに分け
られる。反射した光束１０９ｂはピント板１０３の拡散
面上に被写体を結像し、撮影者は接眼レンズ１０５ａ、
１０５ｂおよびペンタプリズム１０４を介してピント板
１０３上の被写体像を観察するように構成されている。

【０００３】一方、主ミラー１０２を透過した光束１０
９ｅはサブミラー１０６によって反射し、焦点検出装置
１０７へと導かれ、焦点検出装置１０７は撮影レンズ１
００からの光束１０９ｆによって、撮影レンズ１００の
銀塩フィルム１０８に対する焦点状態（デフォーカス
量）を検出するようになっている。検出されたデフォー
カス量が所定の合焦幅より大きく、非合焦状態であると
判定されると、検出されたデフォーカス量を解消するよ
うに撮影レンズ１００のフォーカス調整用レンズを駆動
し焦点調節を行う。

【０００４】次に図１６、図１７を使って従来の焦点検
出装置の焦点検出原理について説明する。図１６（ａ）
はピントの合った状態すなわち合焦状態であり、撮影レ
ンズ１００の異なる２つの瞳を通過してきた光束１１６
ａ、１１６ｂは１次結像面１１４で結像し、１次結像面
上の被写体像は２次結像レンズ１１２ａ、１１２ｂによ
って各々２つのラインセンサ１１３ａ、１１３ｂが配置
されるセンサ面上に再結像する。ここで、フィールドレ
ンズ１１１は撮影レンズ１００の１次結像面１１４の近
傍に配置され、所定の像高の光束を効率よくセンサ面に
導き、像高の増加に伴って発生する光量低下を防止す
る。一般に、撮影レンズ１００の異なる瞳を通過してく
る２つの光束１１６ａ、１１６ｂを規定するのは２次結
像レンズ１１２ａ、１１２ｂの直前あるいは直後に配置
される不図示の絞りであり、撮影レンズ１００に瞳分割
するような部材は持たない。

【０００５】ラインセンサ１１３ａ、１１３ｂ上に結像
される２つの像は、異なる瞳を通過した光束のため、レ
ンズの繰り出し量により、像の相対位置が図１８、図１
９のように、合焦、前ピン、後ピンの各状態で異なる。
図１６（ａ）、図１７（ａ）は、合焦状態の時でライン
センサ１１３ａ、１１３ｂ上に結像される２つの像の間
隔は、２つのラインセンサの相対的な距離ｅ０と等し
く、合焦の時は常に一定である。

【０００６】図１６（ｂ）、図１７（Ｂ）は、デフォー
カス量ｄ１だけ前ピン状態の時で、２つの像の間隔ｅ１
は、ｅ０より小さくなり、デフォーカス量ｄ１が大きく
なればｅ０とｅ１の差δ１も大きくなる。図１６
（ｃ）、図１７（ｃ）は、デフォーカス量ｄ２だけ後ピ
ン状態の時で、２つの像の間隔ｅ２は、ｅ０より大きく
なる。そして、デフォーカス量ｄ２が大きくなるとｅ２
とｅ０の差δ２も大きくなる。

【０００７】このように、２つの像の間隔から、その時
のデフォーカス量の大きさと方向が分かる。そこで、現
在のデフォーカス状態での２つの像の間隔ｅと、合焦の
時の基準像間隔ｅ０との差、つまり、２つの像の相対的
なずれ量（位相差）δ＝ｅ−ｅ０を、２つのラインセン
サ１１３ａ、１１３ｂの出力信号の相関をとることによ
り計算し、この位相差から光学系のデフォーカス量とそ
の方向を求め、フォーカスレンズを制御して合焦を行っ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、焦点検
出用のセンサの画素ピッチは一定であり、位相差を求め
るために取り込んだ位相差検出用信号のピッチも一定で
ある。これに対して焦点検出に必要な精度、言い換えれ
ば、合焦状態であると判断するための所定の合焦幅は、
例えば撮影レンズの焦点距離、撮影時の絞り値、撮影媒
体上で像を解像する性能などにより変化する。

【０００９】位相差は、焦点検出用のセンサから得られ
る、異なる瞳領域よりなる複数の位相差検出用信号の相
関をとることにより求めるが、撮影条件によっては、焦
点検出に必要な精度より高い精度で位相差が求まってし
まう。焦点検出に要する時間のことを考えると、位相差
を求める相関演算に要する時間は短い方が良く、必要と
される焦点検出精度によっては、位相差を求める相関演
算において、相関演算に用いる領域内にあるすべての位
相差検出用信号のデータをそのまま用いることには問題
がある。

【００１０】従って、本発明の目的は、焦点検出用の位
相差検出用信号を用いて、位相差を求める相関演算を行
う際、焦点検出精度に見合った相関演算を行うことで、
演算時間の高速化を行うことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による焦点検出装
置においては、撮像面に結像された被写体の光学像を撮
像して画像信号を出力する撮像手段と、上記光学像を瞳
領域を通じて上記撮像面に結像する光学系手段と、上記
瞳領域を複数の位置に移動させる移動手段と、上記複数
の位置においてそれぞれ撮像して得られる複数の画像信
号の位相差を相関演算により検出し、この位相差に基づ
いて上記光学系手段の焦点検出を行う演算手段と、上記
位相差を求める相関演算に用いる領域内にある上記複数
の画像信号のデータを間引くための間引き手段とを設け
ている。

【００１２】本発明による焦点検出方法においては、撮
像面に結像された被写体の光学像を撮像して画像信号を
出力する撮像手順と、上記光学像を上記撮像面に結像す
る光学系における瞳領域を複数の位置に移動させる移動
手順と、上記複数の位置においてそれぞれ撮像して得ら
れる複数の画像信号の位相差を相関演算により検出し、
この位相差に基づいて上記光学系の焦点検出を行う演算
手順と、上記位相差を求める相関演算に用いる領域内に
ある上記複数の画像信号のデータを間引くための間引き
手順とを設けている。

【００１３】本発明による記憶媒体においては、撮像面
に結像された被写体の光学像を撮像して画像信号を出力
する処理と、上記光学像を上記撮像面に結像する光学系
における瞳領域を複数の位置に移動させる処理と、上記
複数の位置においてそれぞれ撮像して得られる複数の画
像信号の位相差を相関演算により検出し、この位相差に
基づいて上記光学系手段の焦点検出を行う処理と、上記
位相差を求める相関演算に用いる領域内にある上記複数
の画像信号のデータを間引くための処理とを実行するた
めのプログラムを記憶している。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による焦点検出装
置およびそれを用いたカメラの実施の形態を示す図であ
り、１ｂは撮影レンズのフォーカス用レンズ群、１ａは
撮影レンズのフォーカス用レンズ群１ｂ以外のレンズ
群、２はフォーカス用レンズ群１ｂを繰り出すためのレ
ンズ繰り出し機構で、レンズの移動を行うモータを含ん
でいる。３は焦点検出用絞り、４は焦点検出用絞り３を
光路中に入れるためのモータ、５は焦点検出用絞り３に
ある２つの開口部３ａ、３ｂのうちいずれか一方を遮光
するための遮光板、６は遮光板５を移動させるためのモ
ータである。７は光学ローパスフィルタ、８は赤外カッ
トフィルタ、９は撮像面に結像された光学像を光電変換
して電気信号にする撮像素子としてのＣＣＤである。こ
のＣＣＤ９の撮像面には、後述する図６（ａ）に示す色
フィルタが設けられている。

【００１５】１０はＣＣＤ９からの出力を増幅するため
のアンプ、１１はアンプ１０より所定のゲインで増幅さ
れたアナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器、１２
はＡ／Ｄ変換されたデジタル信号の様々なデジタル信号
処理を行うデジタル信号処理部、１３はカメラ全体の制
御を行うシステムコントロール部、１４はＣＣＤ９の駆
動制御およびアンプ１０の増幅率の設定を行うためのＣ
ＣＤドライバ、１５はフォーカス用レンズ群１ｂの繰り
出し制御を行うレンズコントロール部である。

【００１６】１６はデジタル信号を一時記憶しておく場
合等に使われる例えばＤＲＡＭなどのバッファメモリ、
１７は記録媒体やファンクションカード等と接続される
カードスロットとそのコントロール部、１８は電子ビュ
ーファインダー（ＥＶＦ）、１９はそのＬＣＤのドライ
バ部、２０はドライバ部１９へアナログ信号を送るため
のＤ／Ａ変換器、２１はＥＶＦ１８に表示する画像を保
持し、Ｄ／Ａ変換器２０へデジタル信号を出力するＶＲ
ＡＭ、２２はカメラの設定等の表示をする外部白黒液晶
（ＬＣＤ）、２３はそのＬＣＤの表示のためのＬＣＤド
ライバ、２４はカメラの撮影モードの設定やレリーズ操
作を検知するための操作スイッチである。

【００１７】次に、図１を用いて本発明に直接関係する
焦点検出方法と焦点検出装置を中心に説明する。今、カ
メラの電源が投入されており、撮影可能状態であるとす
る。焦点検出用絞り３は、瞳時分割位相差ＡＦを行うた
めに、水平方向に同じ形状の二つの開口部（以下、ＣＣ
Ｄ９の側から見て、左側の開口部を左側瞳３ａ、右側の
開口部を右側瞳３ｂと呼ぶ）を持っており、焦点検出時
には、モータにより撮影レンズの光路中に挿入され、モ
ータ６で遮光板５を動かし、上記左側瞳３ａまたは右側
瞳３ｂのいずれかを遮光して、異なる瞳領域を通過した
光束によりなる光学像をＣＣＤ９上に結像することがで
きる。

【００１８】瞳時分割位相差ＡＦを行うために、システ
ムコントロール部１３の指示により、光路中に焦点検出
用絞り３を挿入する。図２は焦点検出用絞り３と遮光板
５の位置関係を示す図である。図２（ａ）は、撮影時の
状態で、焦点検出用絞り３および遮光板５は撮影レンズ
の光路外に退避した位置にある。２５は撮影レンズの撮
影用絞りを開放にしたときの瞳形状を示している。

【００１９】まず、図２（ｂ）のように、焦点検出用絞
りの右側瞳３ｂを、遮光板５で塞ぎ、撮影レンズの左側
瞳３ａを開放して、これを通過する光束よりなる光学像
をＣＣＤ９上に結像して画像を取り込む。このとき左側
瞳３ａを通過した光束よりなる焦点検出用画像データを
左画像１とする。次に、異なる瞳領域を通過する光束よ
りなる焦点検出用画像データを得るため、モータ６を駆
動して遮光板５を図２（ｃ）のように移動し、撮影光学
系の右側瞳３ｂを開放しこれを通過した光束よりなる光
学像をＣＣＤ９上に結像して画像を取り込む。このとき
右側瞳３ｂを通過した光束よりなる焦点検出用画像デー
タを右画像２とする。

【００２０】さらに、左画像１と同じ左側瞳３ａを通過
した光束よりなる焦点検出用画像データを取り込むため
に、遮光板５を再び図２（ｂ）のように移動し、このと
き、ＣＣＤ９上に結像する画像を取り込む。このときの
左側瞳３ａを通過した光束よりなる焦点検出用画像デー
タを左画像３とする。同様にして、右画像４、左画像５
を取り込む。なお、焦点検出用画像データを取り込む際
の露出は、電子シャッタ、図示しないメカシャッタ、ア
ンプ１０のゲイン調整、後述するＣＣＤ９内での加算読
み出し、場合によっては、補助光を用意しておき、それ
らを用いて調整することにより行う。

【００２１】ところで、焦点検出用画像データである左
画像１、右画像２、左画像３、右画像４、左画像５を取
り込み焦点検出を行うが、これらの画像データは時系列
的に画像の取り込みを行っており、カメラと被写体の相
対移動（手振れや被写体の移動など）による焦点検出誤
差を小さくするため、各画像の取り込み間隔はできるだ
け短い時間で行われることが望ましい。そこで、焦点検
出用画像データの読み出しは、撮影用の画像を読み出す
時のように、ＣＣＤ９の全画面を読み出すと、読み出し
に時間がかかるので、焦点検出用に必要な画像の一部分
だけを、通常の本撮影の場合より高速に読み出す。

【００２２】上記のような読み出し方を以下に説明す
る。図３にインターライン型ＣＣＤの概略図を示す。３
１は画素、３２は垂直電荷転送素子、３３は水平電荷転
送素子、３４は出力部となっている。各画素３１で光電
変換された信号電荷は、垂直電荷転送素子３２に送ら
れ、４相駆動パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３およびφＶ
４により水平電荷転送素子３３の方向へ順に転送され
る。水平電荷転送素子３３は、垂直電荷転送素子３２か
ら転送されてきた水平一列分の信号電荷を２相駆動パル
スφＨ１およびφＨ２により出力部４に転送し、そこで
電圧に変換されて出力される。

【００２３】図４にＣＣＤの撮像領域の概略図を示す。
本実施の形態では、読み出し動作の高速化のため、焦点
検出に必要な読み出し領域のみ通常の速さで読み出し、
それ以外は高速に読み出す掃き出し転送を行う。図４に
おいて、４１は焦点検出に用いる通常の速さで読み出す
領域、４２および４３は、それぞれ前半および後半の高
速掃き出し転送領域となっている。

【００２４】図５はＣＣＤの垂直電荷転送素子３２を４
相駆動とした場合の一垂直同期期間分のタイミングチャ
ートを示している。ＶＤは垂直同期信号で、垂直ブラン
キング期間をＬＯＷ電位で示し、ＨＤは水平同期信号
で、水平ブランキング期間をＬＯＷ電位で示す。φＶ
１、φＶ２、φＶ３およびφＶ４は、垂直電荷転送素子
３２の４相駆動パルス、５１および５２は、画素３１で
光電変換された信号電荷を水平電荷転送素子３３に転送
する読み出しパルスを示している。４相駆動パルスのう
ち５３および５４は、それぞれ、図４の４２および４３
の領域部分の垂直電荷転送素子３２に読み出された信号
電荷を高速に転送する高速掃き出し転送パルスを示して
いる。このようにして必要な読み出し領域以外を高速に
掃き出すことで、部分読み出し動作の高速化を行うこと
ができる。

【００２５】なお、焦点検出用信号の読み出し時には、
複数ラインの信号電荷を水平電荷転送素子３３を用いて
加算し、複数ラインを加算読み出しすることが可能とな
っている。これは、本撮影時の撮影用絞りを開放にした
ときより、焦点検出用絞り３の瞳３ａ、３ｂが小さいた
め、焦点検出時に起こる光量不足を補うためのもので、
アンプ３のゲインアップとともに感度を上げるために用
いる。

【００２６】このようにして高速読み出しをした、焦点
検出用画像データである左画像１、右画像２、左画像
３、右画像４、左画像５を用いて、各画像間の相関演算
を行い、各画像間の位相差を求めることにより、焦点検
出を行うわけであるが、一眼レフ方式の銀塩カメラで用
いられているような焦点検出専用のモノクロセンサと異
なり、撮影用の撮像素子と焦点検出用のセンサとを兼用
している場合、撮影用の撮像素子である単板のカラーセ
ンサ上に色フィルタが作り込まれているため、ＣＣＤか
らの出力信号を、位相差検出用信号として用いるために
は、信号処理を施さなければならない。

【００２７】前述したように、撮影用の輝度信号処理回
路を用いて作られた輝度信号を、位相差検出用信号とし
て用いることは可能であるが、撮影用の輝度信号は所定
のマトリクス演算が用いられており、焦点検出に要する
時間のことを考えると、撮像素子の出力信号から位相差
検出用信号を作る演算処理の時間は短い方が良いが、撮
影用の輝度信号処理回路を用いて位相差検出用信号を演
算するには時間がかかりすぎて問題がある。

【００２８】以下、ＣＣＤの出力信号から焦点検出用の
位相差検出用信号を求める演算処理について説明する。
図６（ａ）は、ＣＣＤ上に作り込まれた色フィルタ配列
を示す図である。色フィルタを構成するＹｅ、Ｃｙ、Ｍ
ｇ、Ｇ（イエロー、シアン、マゼンタ、グリーン）の４
色を各１画素ずつ加算すると、Ｙｅ＋Ｃｙ＋Ｍｇ＋Ｇ＝
２Ｂ＋３Ｇ＋２Ｒとなるので、隣接した２×２画素の１
ブロックの出力の加算平均を位相差検出用信号として用
いる。

【００２９】実際には、前述したようにＣＣＤ９から読
み出し時にライン加算読み出しが可能なので、２ライン
加算読み出しを行うことで、ＣＣＤ内で縦２画素の加算
を行い（図６ｂ）、このアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１
１でデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部１２内
で横方向２画素の演算を行う（図６（ｃ））ことで、２
×２画素の１ブロックの出力を加算平均した位相差検出
用信号を求める。

【００３０】なお、図６では、ＣＣＤの画素ピッチｐに
対して、位相差検出用信号のピッチはｐとなっている。
また、本実施の形態では、Ｓ／Ｎをよくするため、縦加
算についてはＣＣＤ内で行ったが、ライン加算は行わず
読み出しを行い、縦加算もデジタル信号処理で行っても
よい。

【００３１】次に、上述のように求めた位相差検出用信
号を用いて、相関演算を行い位相差を求める。図７、
８、９は本発明に関する瞳時分割位相差ＡＦの焦点検出
原理を説明するための図である。図１１はピントの合っ
た状態すなわち合焦状態の時であり、図７（ｃ）の撮影
状態では、撮影レンズ１を透過してきた光束２７は、Ｃ
ＣＤ９の受光面上に焦点を結び、デフォーカス量はゼロ
である。

【００３２】図７（ａ）は、撮影レンズの光路上に焦点
検出用絞り３を挿入し、遮光板５により右側瞳３ｂを遮
光し、左側瞳３ａを開けた状態で、左側瞳３ａを通過し
た光束２７ａは、ＣＣＤ９の受光面上で光軸２６からゼ
ロ離れた位置に結像する。図７（ｂ）は、遮光板５によ
り左側瞳３ａを遮光し、右側瞳３ｂを開けた状態で、右
側瞳３ｂを通過した光束２７ａは、ＣＣＤ９の受光面上
で光軸２６からゼロ離れた位置に結像する。このよう
に、合焦状態では、異なる二つの瞳３ａ、３ｂを通過し
てきた光束よりなる光学像は、ＣＣＤ９の受光面上で共
に光軸２６からゼロの同じ位置に入射するので、２つの
像の位相差はゼロとなる。

【００３３】図８はデフォーカス量がｄだけ前ピン状態
の時であり、図８（ｃ）の撮影状態では、撮影レンズ１
を透過してきた光束２７は、ＣＣＤ９の受光面よりｄだ
け手前に焦点を結ぶ。図８（ａ）は、撮影レンズ１の光
路上に焦点検出用絞り３を挿入し、左側瞳３ａを開けた
状態で、左側瞳３ａを通過した光束２７ａは、ＣＣＤ９
の受光面上で光軸２６から＋δ／２だけ離れた位置に結
像する。図８（ｂ）は、右側瞳３ｂを開けた状態で、右
側瞳３ｂを通過した光束２７ａは、ＣＣＤ９の受光面上
で光軸２６から−δ／２だけ離れた位置に結像する。こ
のように、前ピン状態では、異なる二つの瞳３ａ、３ｂ
を通過してきた光束よりなる２つの像の位相差は（＋δ
／２）−（−δ／２）＝δとなる。

【００３４】図９はデフォーカス量がｄだけ後ピン状態
の時であり、図９（ｃ）の撮影状態では、撮影レンズ１
を透過してきた光束２７は、ＣＣＤ９の受光面よりｄだ
け後ろに焦点を結ぶ。図９（ａ）は、撮影レンズ１の光
路上に焦点検出用絞り３を挿入し、左側瞳３ａを開けた
状態で、左側瞳３ａを通過した光束２７ａは、ＣＣＤ９
の受光面上で光軸２６から−δ／２だけ離れた位置に結
像する。図９（ｂ）は、右側瞳３ｂを開けた状態で、右
側瞳３ｂを通過した光束２７ａは、ＣＣＤ９の受光面上
で光軸２６から＋δ／２だけ離れた位置に結像する。こ
のように、前ピン状態では、異なる二つの瞳３ａ、３ｂ
を通過してきた光束よりなる２つの像の位相差は（−δ
／２）−（＋δ／２）＝−δとなる。上述のようにし
て、左側瞳３ａ、右側瞳３ｂを通過した光束よりなる２
つの像の位相差検出用信号の位相差を求めることにより
焦点状態を検出することができる。

【００３５】次に、位相差の計算アルゴリズムについて
説明する。初めに、説明を簡単にするために、被写体と
撮影光学系との相対位置が移動していない場合を例にあ
げて説明する。左の瞳領域を通過した光束よりなる位相
差検出用信号（左画像）と右の瞳領域を通過した光束よ
りなる位相差検出用信号（右画像）との位相差を、相関
演算により求める。今、位相差検出用信号は、図１０に
示すように、それぞれ横Ｍ個×縦Ｎ個からなり、この中
からｍ×ｎ個を切り出して相関演算を行う。

【００３６】相関のとりかたは、次式（１）に示すよう
に、左画像：ａの切り出し位置は固定し、右画像：ｂ
は、左画像に対して順次位相（τｘ，τｙ）をずらしつ
つａとｂの積の積分値Ｃ（τｘ，τｙ）［τｘ，τｙは
整変数とする］を演算し、各位相（τｘ，τｙ）毎に求
まる値Ｃ（τｘ，τｙ）を、２つの像の相関量とする。

【００３７】

【数１】

【００３８】この相関量Ｃ（τｘ，τｙ）は最小値をと
り、このときの位相（τｘ，τｙ）が、左画像のデータ
ａと右画像のデータｂとの位相差（δｘ，δｙ）に相当
する。さらに、位相差の検出精度を高める位相（τｘ，
τｙ）を整数の値（図６のように、位相差検出用信号の
信号ピッチは、ＣＣＤの画素ピッチと同じで）はなく、
小数点以下の値まで求めるためには、相関量の最小値と
その前後の値を用いて、補間計算により、位相差を計算
すればよい。

【００３９】なお、被写体と撮影光学系との相対位置が
移動していない場合は、ノイズなどの影響がなければ、
δｙは原理的にゼロとなる。また、被写体の模様、コン
トラスト等による影響、撮影条件の違いによる影響、固
体撮像素子に作り込まれている色フィルタアレイの影
響、ノイズによる影響などを軽減するため、位相差検出
用信号にフィルタ処理を施した後、相関演算を行っても
よい。

【００４０】光学系によって、位相差と像面移動量、デ
フォーカス量との関係は決まっているので、その位相差
からデフォーカス量を求め、合焦に必要な繰り出し量を
求めて、光学系のフォーカス制御を行い、合焦させる。
ここまでは、被写体と光学系の相対移動がない場合に、
異なる瞳領域を通過した光束よりなる２つの画像を用い
て、焦点検出を行う方法について述べた。

【００４１】次に、被写体と光学系の相対移動がある場
合について、位相差の計算アルゴリズムを述べる。位相
差は、異なる瞳領域の光束よりなる２つの像（左画像と
右画像）から求めることができるが、本実施の形態で
は、左画像と右画像を時系列的に取り込んでおり、被写
体と光学系の相対運動（手振れや被写体の移動）などが
あると、その影響で焦点検出誤差を含んでしまう。

【００４２】そのため、前述したように、焦点検出用画
像データの読み出しは、撮影用の画像を読み出す時のよ
うに、ＣＣＤの全画面を読み出さず、焦点検出用に必要
な画像の一部分だけを、通常の本撮影の場合より高速に
読み出し、像の取り込み間隔をできるだけ短くする工夫
を行っている。しかし、左画像と右画像の信号取り込み
は、動作が時間的に異なっており、この間にカメラと被
写体の相対移動があると位相差検出に誤差が生じること
は避けられない。

【００４３】そこで、本実施の形態では、前述したよう
に、位相差検出用信号として、左画像１、右画像２、左
画像３、右画像４、左画像５と、時系列的に５つの画像
の取り込み、各画像間より求めた複数の位相差を用い
て、カメラと被写体の相対移動（手振れや被写体の移動
など）による検出誤差の補正を行うようにしている。カ
メラと被写体が相対的に移動すると、その影響は２つの
画像の位相差（δｘ，δｙ）に表れる。ここで、δｙは
画像の縦方向の位相差であり、光学的のデフォーカス量
に応じて生じる位相ずれ方向とは垂直な方向なので、デ
フォーカスによる位相ずれ成分は含まれず、カメラと被
写体の相対移動による位相ずれ成分のみである。そのた
め、カメラと被写体の相対移動による縦方向の像移動の
補正量として、δｙの値はそのまま用いる。

【００４４】δｘは画像の横方向の位相差であり、光学
的のデフォーカス量に応じて生じる位相ずれ方向にあた
るので、カメラと被写体の相対移動を含む２つの画像よ
り求めた値δｘには、デフォーカスによる位相ずれ成分
と、カメラと被写体の相対移動による位相ずれ成分が含
まれている。

【００４５】図１１は、縦方向のカメラと被写体の相対
移動による像移動を補正した後の、カメラと被写体の相
対移動による画像の横方向（ｘ方向）の位置と、各画像
間の位相差との関係を示している。実線のＬ１、Ｒ２、
Ｌ３、Ｒ４、Ｌ５は、位相差検出を行うために、時系列
的に瞳を切り替えて取り込んだ、左画像１、右画像２、
左画像３、右画像４、左画像５であり、ｔ＝ｔ１、ｔ
２、ｔ３、ｔ４、ｔ５は各画像の取り込み時刻で、各画
像の取り込み時間間隔は等しくなっている。破線のＲ
１′、Ｌ２′、Ｒ３′、Ｌ４′、Ｒ５′は、実線のＬ
１、Ｒ２、Ｌ３、Ｒ４、Ｌ５に対して、仮に同じ時刻で
取り込みを行った場合の、異なる瞳を通過した光束より
なる像の位置を示したもの、実際には取り込みを行うこ
とができない信号である。

【００４６】ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４は、各画像取り込
み時刻の間に、カメラと被写体の相対移動による画像上
での移動量であり、δは、光学系のデフォーカスによる
位相ずれ成分で、焦点検出として求めたい位相差であ
る。

【００４７】まず、異なる瞳よりなる画像Ｌ１とＲ２、
Ｒ２とＬ３、Ｌ３とＲ４、Ｒ４とＬ５のそれぞれの位相
差δ１、δ２、δ３、δ４を、左画像を基準に求める。
図１５から判るように、ここで求めた各位相差は、デフ
ォーカスによる位相ずれ成分と、カメラと被写体の相対
運動による位相ずれ成分が含まれている。

【００４８】図１２は、位相差検出誤差を補正する方法
を説明するための図であり、横軸は時間軸ｔ、縦軸は横
方向の被写体像の位置ｘである。Ｌ１、Ｒ２、Ｌ３、Ｒ
４、Ｌ５は、時系列に取り込んだ被写体像の位置で、こ
の信号を取り込む間の、カメラと被写体の相対運動によ
る被写体像の移動を２次関数近似することにより、時刻
ｔ２、ｔ４における左画像の被写体の位置Ｌ２′、Ｌ
４′の位置を求める。そして、Ｌ２′とＲ２の位相差δ
２′と、Ｌ４とＲ４′の位相差δ４′の平均値を最終的
に求める位相差δとする。

【００４９】（ｔ１，ｘ１）、（ｔ３，ｘ３）、（ｔ
５，ｘ５）を通る２次関数ｙ＝Ａｔ²＋Ｂｔを、ｔ１＝
０、ｘ１＝０として求め、最終的に求める位相差δをδ
２′とδ４′の平均値から求めると、今、各画像の取り
込み間隔が等しいことから、補正後の位相差δは、次式
（２）になる。 δ＝（δ１＋３×δ２＋３×δ３＋δ４）／８ ………（２）

【００５０】以上のように、位相差を求める相関演算を
行う際、相関演算に用いる領域（図１０のｍ個×ｎ個の
領域）内にあるすべての位相差検出用信号のデータをそ
のまま用いている。この時の位相差検出用信号の信号ピ
ッチは、前述したように、ＣＣＤの画素ピッチと同じで
ある。しかし、撮影レンズがズームレンズである場合、
テレ端とワイド端では焦点距離が異なり、同じ被写体距
離で比べるとワイド端の方が被写体深度が深く、焦点検
出に必要な焦点検出精度がテレ端に比べて低くてよい。

【００５１】そこで、本発明の第１の実施の形態では、
ワイド端の焦点検出精度がテレ端の焦点検出精度の１／
２の時は、位相差が半分の精度で求めればよいので、ワ
イド端で撮影を行う場合は、光学系のデフォーカス量に
応じて生じる位相ずれ方向にあたる横方向のデータにつ
いては、図１３のように、相関演算に用いるｍ個×ｎ個
の領域のデータを１画素おきに間引き、相関演算に用い
る位相差検出用信号の信号ピッチをＣＣＤの画素ピッチ
の１／２にして、相関演算を行うようにしている。図１
３の斜線の部分が相関演算に用いるデータである。

【００５２】このことより、相関演算に用いるデータ数
がｍ／２×ｎとなり、相関演算に要する時間が短くな
る。このように、実際に撮影する焦点距離に応じて、相
関演算に用いるデータの間引きを行うか否かを変えれば
よい。

【００５３】本実施の形態では、ズームレンズの場合に
ついて述べたが、撮影レンズが交換できるカメラの場
合、実際の撮影に用いるレンズの焦点距離に応じて、間
引きを行うか否かを変えることにより、焦点検出精度を
変更することができる。なお、本実施の形態では、間引
き量を１／２としたが、撮影レンズの焦点距離に応じて
間引き量を変更してもよい。また、位相差検出用信号の
縦方向のデータについても、カメラと被写体との相対運
動による像の縦方向の補正精度が低くてもよい場合は、
縦方向の間引きを行ってもよい。

【００５４】このように求めた、カメラと被写体との相
対移動を補正した位相差δから合焦に必要な繰り出し量
を求め、光学系のフォーカス制御を行い、合焦させた
後、撮影を行う。撮影では、焦点検出用絞り３を撮影レ
ンズの光路中から退避させて撮影を行う。そして記録の
ためにＣＣＤ９のデータを読み出し、デジタル信号処理
部１２で画像信号処理を施し、必要であれば画像データ
圧縮などの処理をしてカードスロット１３を介して記録
媒体に記録する。なお、この時画像データはデジタル信
号処理部１２でファインダ表示のためのビデオ処理が施
され、ＶＲＡＭ２１を経て、ＥＶＦ１８に表示される。
これにより撮影者は被写体像を確認することができる。

【００５５】次に第２の実施の形態を説明する。第２の
実施の形態は、撮影レンズの絞り値に応じて、位相差を
求める相関演算に用いる位相差検出用信号のデータの間
引きを行うか否かを変えるというものである。以下、第
１の実施の形態と異なるところのみを述べ、第１の実施
の形態と同じ部分についての説明は省略する。

【００５６】撮影レンズの絞りを絞ると、被写体深度が
深くなることから分るように、撮影レンズの撮影時の絞
り値によって、焦点検出に必要な焦点検出精度は異な
る。一般に、撮影レンズの絞り値をＦ、最小錯乱円径を
Ｒとすると、許容デフォーカス量はＦ×Ｒである。絞り
値Ｆが大きくなるほど（絞るほど）、許容デフォーカス
量が大きくなり、焦点検出精度が低くても済むので、位
相差の検出精度も低くて済む。

【００５７】そこで、位相差を求める時、撮影時の絞り
値に応じて、相関演算に用いる領域内の位相差検出用信
号のデータの間引き方を変えて相関演算に要する時間を
短くする。例えば、撮影レンズの開放Ｆ値がＦ２である
場合、開放で撮影を行う場合は、図１３（ａ）のよう
に、相関演算に用いるデータは、間引く前の位相差検出
用信号をそのまま用いる。位相差検出用信号の信号ピッ
チは、ＣＣＤの画素ピッチと同じであるので、相関演算
に用いるデータのピッチはＣＣＤの画素ピッチと等し
く、データ数はｍ×ｎである。

【００５８】次に、撮影時に絞りが４Ｆの時は、図１３
（ｂ）のように、相関演算に用いるデータを１画素ずつ
間引いてから演算を行う。斜線の部分が相関演算に用い
る間引いた後のデータである。この時の相関演算に用い
るデータのピッチは、ＣＣＤの画素ピッチの２倍とな
り、データ数はｍ／２×ｎと１／２になる。このよう
に、撮影時の絞り値に応じて、相関演算に用いるデータ
を間引くことにより、演算時間を短くすることができ
る。

【００５９】次に第３の実施の形態を説明する。第３の
実施の形態は、撮影時に、光学ローパスフィルタ７を入
れて撮影するか、入れないで撮影するかにより、位相差
を求める相関演算に用いる位相差検出用信号のデータの
間引きを行うか否かを変えるというものである。以下、
第１の実施の形態と異なるところのみを述べ、第１の実
施の形態と同じ部分についての説明は省略する。

【００６０】図１のＣＣＤ９は、図示しない画素ずらし
機構によって、光軸に垂直な面内で移動できるようにな
っている。ＣＣＤ９上には図１４に示すような色フィル
タが作り込まれている。今、ＣＣＤが画素ピッチｐの正
方画素で構成されているとする。画素ずらし機構は圧電
素子により、画像の水平、垂直方向にＣＣＤを移動する
ことが可能で、図１４のように、画像１を撮影後、水平
方向にｐ／２だけシフトさせ画像２を撮影、次に垂直方
向にｐ／２シフトさせ画像３を撮影、さらに水平方向に
ｐ／２（画像２を撮影するためにシフトさせたのとは逆
方向）シフトさせ画像４を撮影する。

【００６１】この４枚の画像から、ｐ／２のサンプリン
グ間隔で撮影した生画像データに相当する画像データを
得ることが可能（但し、画素開口は撮影したＣＣＤと等
しい）で、ＣＣＤで撮影した１枚の画像より解像度の高
い合成画像を得ることができる。

【００６２】光学ローパスフィルタ７は、ＣＣＤ９の画
素ピッチｐに対するサンプリング周波数の１／２である
ナイキスト周波数で、レスポンスがゼロとなる空間周波
数特性を有しており、ＣＣＤの空間サンプリングによる
折り返し成分を抑える役割をしている。しかし、前述し
たように、画素ずらしにより複数の画像を撮影してその
合成画像を得る場合、ＣＣＤの画素ピッチｐに対するナ
イキスト周波数でレスポンスがゼロになるような光学ロ
ーパスフィルタを通して撮影を行ったのでは、複数の画
像を合成して得た合成画像は、それほど解像度の高い絵
にはならない。

【００６３】そこで、画素ずらし撮影時には、光学ロー
パスフィルタを撮影レンズの光路中から退避させて撮影
を行う。つまり、画素ずらしを行わない通常撮影モード
と、画素ずらし撮影モードとでは、ＣＣＤ上に結像する
像を解像性能が異なることになり、それに伴って、焦点
検出精度も異なってくる。

【００６４】そこで、光学ローパスフィルタを撮影レン
ズの光路中に入れて撮影する通常撮影モードの場合は、
焦点検出精度が低くてよいので、図１３（ｂ）のよう
に、相関演算に用いるデータを１画素ずつ間引いてから
演算を行う。斜線の部分が相関演算に用いる間引いた後
のデータである。この時の相関演算に用いるデータのピ
ッチは、ＣＣＤの画素ピッチの２倍となり、データ数は
ｍ／２×ｎと１／２になる。

【００６５】そして、光学ローパスフィルタを撮影レン
ズの光路中から退避して撮影する画素ずらし撮影モード
の場合は、焦点検出精度を高くする必要があるので、図
１３（ａ）のように、相関演算に用いるデータは、間引
く前の位相差検出用信号をそのまま用いる。この時の相
関演算に用いるデータのピッチは、ＣＣＤの画素ピッチ
と等しく、データ数はｍ×ｎである。このように、光学
ローパスフィルタを入れて撮影する場合は、相関演算に
用いるデータを間引くことにより、演算時間を短くする
ことができる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれは、
焦点検出のための位相差を求める相関演算を行う際、相
関演算に用いる領域内にある位相差検出用信号のデータ
を求める相関演算を行う際、相関演算に用いる領域内に
ある位相差検出用信号のデータを間引く間引き手段を設
けることにより、撮影レンズの焦点距離、撮影時の絞り
値、撮像媒体上で像を解像する性能などの撮影条件に応
じて、相関演算に用いるデータの間引きを行うか否かを
変えることができる。これにより、撮影条件に見合った
焦点検出精度で、位相差を検出することが可能となり、
相関演算に必要な時間が短縮され、焦点検出全体に要す
る時間を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焦点検出装置およびそれを用いたカメ
ラの実施の形態を示す構成図である。

【図２】焦点検出用絞りと遮光板との位置関係を示す構
成図である。

【図３】インターライン型ＣＣＤの構成図である。

【図４】ＣＣＤの撮像領域の構成図である。

【図５】ＣＣＤの垂直電荷転送素子を４相駆動とした場
合の一垂直同期期間分のタイミングチャートである。

【図６】位相差検出用信号を求めるときの演算処理につ
いて説明するため（位相差信号のピッチが、ＣＣＤの２
画素となる場合）の構成図である。

【図７】焦点検出原理を説明するための図である。

【図８】焦点検出原理を説明するための図である。

【図９】焦点検出原理を説明するための図である。

【図１０】位相差を相関演算により求める時の相関の取
り方を説明するための構成図である。

【図１１】カメラと被写体の相対移動による画像の横方
向の位置と各画像間の位相差との関係を示す波形図であ
る。

【図１２】位相差検出誤差を補正する方法を説明するた
めの特性図である。

【図１３】相関演算に用いるデータの間引き方を説明す
るための構成図である。

【図１４】画素ずらしを説明するための構成図である。

【図１５】従来の位相差検出方式の焦点検出装置を有す
る一眼レフカメラの構成図である。

【図１６】従来の焦点検出原理を説明するための構成図
である。

【図１７】従来の焦点検出原理を説明するための波形図
である。

【符号の説明】

１ａ 撮影レンズのフォーカス用レンズ群 １ｂ 撮影レンズのフォーカス用レンズ群１ｂ以外のレ
ンズ群 ２ レンズ繰り出し機構 ３ 焦点検出用絞り ４ モータ ５ 遮光板 ６ モータ ７ 光学ローパスフィルタ ９ ＣＣＤ １２ デジタル信号処理部 １３ システムコントロール部 １４ ＣＣＤドライバ ２４ 操作スイッチ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像面に結像された被写体の光学像を撮
   像して画像信号を出力する撮像手段と、 上記光学像を瞳領域を通じて上記撮像面に結像する光学
   系手段と、 上記瞳領域を複数の位置に移動させる移動手段と、 上記複数の位置においてそれぞれ撮像して得られる複数
   の画像信号の位相差を相関演算により検出し、この位相
   差に基づいて上記光学系手段の焦点検出を行う演算手段
   と、 上記位相差を求める相関演算に用いる領域内にある上記
   複数の画像信号のデータを間引くための間引き手段とを
   備えた焦点検出装置。
2. 【請求項２】 上記間引き手段は、撮像条件に基づいて
   間引きを行うか否かを選択することを特徴とする請求項
   １記載の焦点検出装置。
3. 【請求項３】 上記撮像条件を、上記光学系手段の焦点
   距離とすることを特徴とする請求項２記載の焦点検出装
   置。
4. 【請求項４】 上記撮像条件を、上記光学系手段のフォ
   ーカス位置とすることを特徴とする請求項２記載の焦点
   検出装置。
5. 【請求項５】 上記撮像条件を、上記光学系手段の絞り
   値とすることを特徴とする請求項２記載の焦点検出装
   置。
6. 【請求項６】 上記撮像条件を、上記光学系手段に光学
   ローパスフィルタを入れて撮像するか入れないで撮像す
   るかを条件とすることを特徴とする請求項２記載の焦点
   検出装置。
7. 【請求項７】 撮像面に結像された被写体の光学像を撮
   像して画像信号を出力する撮像手順と、 上記光学像を上記撮像面に結像する光学系における瞳領
   域を複数の位置に移動させる移動手順と、 上記複数の位置においてそれぞれ撮像して得られる複数
   の画像信号の位相差を相関演算により検出し、この位相
   差に基づいて上記光学系の焦点検出を行う演算手順と、 上記位相差を求める相関演算に用いる領域内にある上記
   複数の画像信号のデータを間引くための間引き手順とを
   備えた焦点検出方法。
8. 【請求項８】 上記間引き手段は、撮像条件に基づいて
   間引きを行うか否かを選択することを特徴とする請求項
   ７記載の焦点検出方法。
9. 【請求項９】 上記撮像条件を、上記光学系手段の焦点
   距離とすることを特徴とする請求項８記載の焦点検出方
   法。
10. 【請求項１０】 上記撮像条件を、上記光学系手段のフ
    ォーカス位置とすることを特徴とする請求項８記載の焦
    点検出方法。
11. 【請求項１１】 上記撮像条件を、上記光学系手段の絞
    り値とすることを特徴とする請求項８記載の焦点検出方
    法。
12. 【請求項１２】 上記撮像条件を、上記光学系手段に光
    学ローパスフィルタを入れて撮像するか入れないで撮像
    するかを条件とすることを特徴とする請求項８記載の焦
    点検出方法。
13. 【請求項１３】 撮像面に結像された被写体の光学像を
    撮像して画像信号を出力する処理と、 上記光学像を上記撮像面に結像する光学系における瞳領
    域を複数の位置に移動させる処理と、 上記複数の位置においてそれぞれ撮像して得られる複数
    の画像信号の位相差を相関演算により検出し、この位相
    差に基づいて上記光学系手段の焦点検出を行う処理と、 上記位相差を求める相関演算に用いる領域内にある上記
    複数の画像信号のデータを間引くための処理とを実行す
    るためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可
    能な記憶媒体。
14. 【請求項１４】 上記間引き処理は、撮像条件に基づい
    て間引きを行うか否かを選択することを特徴とする請求
    項１３記載のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
15. 【請求項１５】 上記撮像条件を、上記光学系手段の焦
    点距離とすることを特徴とする請求項１４記載のコンピ
    ュータ読み取り可能な記憶媒体。
16. 【請求項１６】 上記撮像条件を、上記光学系手段のフ
    ォーカス位置とすることを特徴とする請求項１４記載の
    コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
17. 【請求項１７】 上記撮像条件を、上記光学系手段の絞
    り値とすることを特徴とする請求項１４記載のコンピュ
    ータ読み取り可能な記憶媒体。
18. 【請求項１８】 上記撮像条件を、上記光学系手段に光
    学ローパスフィルタを入れて撮像するか入れないで撮像
    するかを条件とすることを特徴とする請求項１４記載の
    コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。