JP2009092909A - 撮像装置、フォーカス制御方法、プログラムおよび集積回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】ビデオAFでは被写体の位置が絶対値として認識できないため、コントラストピークを求めるためにピントピークの前後にフォーカスレンズを移動させる必要があり、撮影者がレリーズ釦を押下してから、合焦するまでに時間がかかり、撮影チャンスを逃したり、思わぬ瞬間の画像を取得したり、ビデオカメラでは、撮影を開始しているにも係らずピントが合わない画像の撮影を強いることがあった。
【解決手段】被写体像を3つに分割する光分離部3と、分割した被写体像をそれぞれ光電変換する3つの撮像素子をもち、この撮像素子の内1つは被写体像の輝度信号のみを取得し、他2つは色信号を取得し、色信号を取得する撮像素子は、輝度信号を取得する撮像素子の撮影光学系からの光学距離に対し、光軸方向前後に配置されている。
【選択図】図1
【解決手段】被写体像を3つに分割する光分離部3と、分割した被写体像をそれぞれ光電変換する3つの撮像素子をもち、この撮像素子の内1つは被写体像の輝度信号のみを取得し、他2つは色信号を取得し、色信号を取得する撮像素子は、輝度信号を取得する撮像素子の撮影光学系からの光学距離に対し、光軸方向前後に配置されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数の撮像素子を用いて画像を取得する撮像装置(カメラ等)において、それぞれの撮像素子で取得される被写体のコントラスト値により、オートフォーカス機能を実現する技術に関する。
近年、CCD(Charge Coupled Device)型センサやCMOS(Complementary Metal−oxide Semiconductor)型センサなどの撮像素子を用いて、光学像を電気信号に変換し、変換した電気信号をデジタル化して記録するデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置が普及している。
このような撮像装置において、オートフォーカス機能は必須の機能として、一般消費者にも広く認知されている。そして、撮像装置のオートフォーカス機能の高速/高精度化は、ユーザー満足度(顧客満足度)を評価するための一つの指標となっている。一般的に、ほとんどのコンパクトデジタルカメラでは、ビデオAF(Automatic Focusing)と呼ばれる方式によりオートフォーカス機能が実現される。ビデオAF方式は、コンパクトデジタルカメラのフォーカスレンズを駆動しながら、被写体のコントラスト値を検出し、コントラスト値のピーク値を求める方式である。具体的には、一度ジャストピント位置(コンパクトデジタルカメラの合焦位置)を通り越すようにフォーカスレンズを駆動して、さらにフォーカスレンズをジャストピント位置に戻すように駆動することでコントラスト値のピーク値を求める方式である。
このような撮像装置において、オートフォーカス機能は必須の機能として、一般消費者にも広く認知されている。そして、撮像装置のオートフォーカス機能の高速/高精度化は、ユーザー満足度(顧客満足度)を評価するための一つの指標となっている。一般的に、ほとんどのコンパクトデジタルカメラでは、ビデオAF(Automatic Focusing)と呼ばれる方式によりオートフォーカス機能が実現される。ビデオAF方式は、コンパクトデジタルカメラのフォーカスレンズを駆動しながら、被写体のコントラスト値を検出し、コントラスト値のピーク値を求める方式である。具体的には、一度ジャストピント位置(コンパクトデジタルカメラの合焦位置)を通り越すようにフォーカスレンズを駆動して、さらにフォーカスレンズをジャストピント位置に戻すように駆動することでコントラスト値のピーク値を求める方式である。
また、デジタルビデオカメラにおいては、フォーカスレンズを微小な振動(ウォブリング)により動かすことで、コントラスト値の変化を時系列で検出しながら、フォーカスレンズをコントラスト値の高いほうに駆動し続ける、いわゆるウォブリング方式により、動画に対応したオートフォーカス機能を実現している。
コンパクトデジタルカメラにおけるビデオAFでは、被写体の3次元空間内の位置情報を絶対的な位置情報として認識できないため、コントラスト値のピーク値を求めるためにピントピークの前後(光軸の前後方向)にフォーカスレンズを移動させ、往復運動させる必要がある。そのため、コンパクトデジタルカメラでは、撮影者がレリーズ釦を押下してから、合焦するまでに時間がかかり、撮影チャンスを逃したり、撮影者が意図しない思わぬ瞬間の画像を取得したりすることがある。
コンパクトデジタルカメラにおけるビデオAFでは、被写体の3次元空間内の位置情報を絶対的な位置情報として認識できないため、コントラスト値のピーク値を求めるためにピントピークの前後(光軸の前後方向)にフォーカスレンズを移動させ、往復運動させる必要がある。そのため、コンパクトデジタルカメラでは、撮影者がレリーズ釦を押下してから、合焦するまでに時間がかかり、撮影チャンスを逃したり、撮影者が意図しない思わぬ瞬間の画像を取得したりすることがある。
また、デジタルビデオカメラにおいても、撮り始めには被写体の3次元空間内の位置情報が、絶対的な位置情報として認識できないため(3次元空間内でデジタルビデオカメラと被写体との位置関係を特定することができないため)、ウォブリング動作を行う前にコントラスト値のピーク値を求めるために、ピントピークの前後(光軸の前後方向)にフォーカスレンズを移動させ、往復運動させる必要があり、コンパクトカメラの場合と同様に撮影者に不満足な結果を強いることになるおそれがある。
また、デジタルビデオカメラにおいて、高精細の映像信号(例えば、HDTV形式の映像信号)を取得する場合、ウォブリング方式によりオートフォーカス機能を実現させると、フォーカスレンズをウォブリングすることによるピント変化や像倍率変化による変動成分がデジタルカメラにより取得された映像信号上に発生する。そして、この映像信号を表示装置に表示させると、表示された映像上に目視確認できるレベルの変動成分(ピント変化や像倍率変化に起因する変動成分)が発生するという問題点がある。
また、デジタルビデオカメラにおいて、高精細の映像信号(例えば、HDTV形式の映像信号)を取得する場合、ウォブリング方式によりオートフォーカス機能を実現させると、フォーカスレンズをウォブリングすることによるピント変化や像倍率変化による変動成分がデジタルカメラにより取得された映像信号上に発生する。そして、この映像信号を表示装置に表示させると、表示された映像上に目視確認できるレベルの変動成分(ピント変化や像倍率変化に起因する変動成分)が発生するという問題点がある。
一方、カメラ(コンパクトデジタルカメラまたはデジタルビデオカメラ)に外光パッシブモジュールを別途設け、ピント位置の方向を検出する方式も提案されている。しかしながら、この方式では、カメラに別途モジュールを配置しなくてはならず、小型化を求められるコンパクトデジタルカメラにおいては、大型化してしまい、また、デジタルビデオカメラにおいても、高倍率ズームの各焦点距離で撮影者が満足するレベルのオートフォーカス機能を実現することは困難である。さらに、カメラに別途モジュールを付けることになるので、コストアップになるという問題点がある。
また、別途モジュールを付けることなく、オートフォーカス機能を実現することができる技術として、特開2001−61155号公報に開示されている撮像装置(自動合焦装置)がある。
また、別途モジュールを付けることなく、オートフォーカス機能を実現することができる技術として、特開2001−61155号公報に開示されている撮像装置(自動合焦装置)がある。
この撮像装置では、被写体からの光をR色成分光、G色成分光およびB色成分光に分離する色分解プリズムと、R色用撮像素子、G色用撮像素子およびB色用撮像素子の3つの撮像素子をそれぞれ光路長が異なるように配置し、各色毎にボケ特性情報を算出することでオートフォーカス機能を実現する。
特開2001−61155号公報(第5図)
しかしながら、従来の撮像装置では、取得した画像(映像)がぼけるという問題点を有している。つまり、従来の撮像装置では、被写体からの光をR成分光、G成分光およびB成分光に分離した後、R色用撮像素子、G色用撮像素子およびB色用撮像素子により、R成分信号、G成分信号およびB成分信号を取得する。そして、R成分信号、G成分信号およびB成分信号を合成することで映像信号を取得する。R色用撮像素子、G色用撮像素子およびB色用撮像素子の3つの撮像素子は、それぞれ光路長が異なるように配置されているので、例えば、G色用撮像素子に焦点を合わせた場合、R色用撮像素子およびB色用撮像素子については焦点が合っていない状態でR成分信号およびB成分信号が取得されることになる。この状態で、R成分信号、G成分信号およびB成分信号を合成して得られた映像信号は、ボケ成分を含むことになる。
特に、撮像装置において、高精細の映像信号(例えば、HDTV形式の映像信号)を取得する場合、このボケ成分による表示映像の劣化が顕著となるという問題点がある。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、取得される画像(映像)がぼけることなく、かつ、高精度で高速なオートフォーカス機能を実現する撮像装置、フォーカス制御方法、プログラムおよび集積回路を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、取得される画像(映像)がぼけることなく、かつ、高精度で高速なオートフォーカス機能を実現する撮像装置、フォーカス制御方法、プログラムおよび集積回路を提供することを目的とする。
第1の発明は、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、フォーカス制御部と、を備える撮像装置である。集光レンズは、被写体からの光を集光する。フォーカスレンズは、集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのレンズである。光分離部は、フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する。第1色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する。輝度信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する。第2色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する。フォーカス制御部は、第1色信号取得用撮像部により取得された第1色信号から第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求め、輝度信号取得用撮像部により取得された輝度信号から輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求め、第2色信号取得用撮像部により取得された第2色信号から第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求め、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整する。
この撮像装置では、それぞれ、光路長の異なる位置に第1色用撮像素子、第2色用撮像素子および輝度用撮像素子は配置されており、それぞれの撮像素子から取得されるコントラスト値の関係(大小関係等)に基づいて、フォーカス制御部により、フォーカスレンズの位置調整が行われる。つまり、この撮像装置では、光路長の異なる位置に配置された撮像素子から取得されるコントラスト値の関係からフォーカスレンズを移動させる方向および移動量が分かるため、高速かつ高精度のオートフォーカス機能を実現させることができる。
なお、この撮像装置において、第1色用撮像素子、第2色用撮像素子および輝度用撮像素子は光路長がそれぞれ異なる位置に配置されていればよく、上記では、光路長の測定基準点(起点)を集光レンズ(集光レンズ(群)の光軸上の中心点とすることが好ましい。)としたが、これに限定されることはなく、光軸上の他の点であってもよいことは言うまでもない。
なお、この撮像装置において、第1色用撮像素子、第2色用撮像素子および輝度用撮像素子は光路長がそれぞれ異なる位置に配置されていればよく、上記では、光路長の測定基準点(起点)を集光レンズ(集光レンズ(群)の光軸上の中心点とすることが好ましい。)としたが、これに限定されることはなく、光軸上の他の点であってもよいことは言うまでもない。
また、光軸上の基準点から輝度用撮像素子までの光路長が、光軸上の基準点から第1色用撮像素子までの光路長と、光軸上の基準点から第2色用撮像素子までの光路長との間の値であることが好ましいが、これに限定されることはなく、例えば、光軸上の基準点から第1色用撮像素子までの光路長が、光軸上の基準点から輝度用撮像素子までの光路長と、光軸上の基準点から第2色用撮像素子までの光路長との間の値となるように配置されるものであってもよい。
第2の発明は、第1の発明であって、フォーカス制御部は、輝度用コントラスト値がピーク値となるように、フォーカスレンズの位置を調整する。
この撮像装置において、フォーカス制御部は、輝度用コントラスト値がピーク値となるように、フォーカスレンズの位置を調整するので、高精度の画像(映像)を取得することができる。この撮像装置では、輝度用コントラスト値がピーク値となるようにフォーカス制御を行う。つまり、この撮像装置では、輝度用撮像素子に合焦させるように、フォーカス制御を行うので、第1色用撮像素子および第2色用撮像素子には合焦していない状態での信号が取得されることになる。色情報に対する人間の視覚特性上の感度は、輝度情報に対する感度に比べて低いため、このような状態により取得された輝度信号(合焦状態で取得される信号)、第1色信号(合焦状態から若干ずれた状態で取得される信号)および第2色信号(合焦状態から若干ずれた状態で取得される信号)から取得される画像(映像)は高精度なものとすることができる。
第2の発明は、第1の発明であって、フォーカス制御部は、輝度用コントラスト値がピーク値となるように、フォーカスレンズの位置を調整する。
この撮像装置において、フォーカス制御部は、輝度用コントラスト値がピーク値となるように、フォーカスレンズの位置を調整するので、高精度の画像(映像)を取得することができる。この撮像装置では、輝度用コントラスト値がピーク値となるようにフォーカス制御を行う。つまり、この撮像装置では、輝度用撮像素子に合焦させるように、フォーカス制御を行うので、第1色用撮像素子および第2色用撮像素子には合焦していない状態での信号が取得されることになる。色情報に対する人間の視覚特性上の感度は、輝度情報に対する感度に比べて低いため、このような状態により取得された輝度信号(合焦状態で取得される信号)、第1色信号(合焦状態から若干ずれた状態で取得される信号)および第2色信号(合焦状態から若干ずれた状態で取得される信号)から取得される画像(映像)は高精度なものとすることができる。
なお、「ピーク値」とは、最大値および極大値を含む概念である。
第3の発明は、第1または第2の発明であって、第1色信号取得用撮像部は、第1色用撮像素子の撮像素子面上に設置されている第1色用カラーフィルタを有する。そして、第2色信号取得用撮像部は、第2色用撮像素子の撮像素子面上に設置されている第2色用カラーフィルタを有する。そして、輝度信号取得用撮像部は、撮像素子面上にカラーフィルタが設置されていない輝度信号用撮像素子を有する。
この撮像装置では、輝度用撮像素子の撮像素子面上にはカラーフィルタが設置されていないため、カラーフィルタにより光損失のない輝度信号を取得することができる。これにより、この撮像装置により取得される画像(映像)が高精度のもの(特に輝度情報において高精度のもの)となる。
第3の発明は、第1または第2の発明であって、第1色信号取得用撮像部は、第1色用撮像素子の撮像素子面上に設置されている第1色用カラーフィルタを有する。そして、第2色信号取得用撮像部は、第2色用撮像素子の撮像素子面上に設置されている第2色用カラーフィルタを有する。そして、輝度信号取得用撮像部は、撮像素子面上にカラーフィルタが設置されていない輝度信号用撮像素子を有する。
この撮像装置では、輝度用撮像素子の撮像素子面上にはカラーフィルタが設置されていないため、カラーフィルタにより光損失のない輝度信号を取得することができる。これにより、この撮像装置により取得される画像(映像)が高精度のもの(特に輝度情報において高精度のもの)となる。
第4の発明は、第1から第3のいずれかの発明であって、第1色用撮像素子、輝度用撮像素子、および第2色用撮像素子は、第1の光路長をLC1とし、第2の光路長をLYとし、第3の光路張をLC2としたとき、
LC1<LY<LC2
または
LC2<LY<LC1
の関係を満たす位置に、それぞれ、配置されている。
これにより、輝度用撮像素子の光軸上の位置が、第1色用撮像素子の光軸上の位置と第1色用撮像素子の光軸上の位置との間となるので、撮像装置の合焦動作をさらに高速かつ正確に行うことができる。
LC1<LY<LC2
または
LC2<LY<LC1
の関係を満たす位置に、それぞれ、配置されている。
これにより、輝度用撮像素子の光軸上の位置が、第1色用撮像素子の光軸上の位置と第1色用撮像素子の光軸上の位置との間となるので、撮像装置の合焦動作をさらに高速かつ正確に行うことができる。
第5の発明は、第1から第4のいずれかの発明であって、輝度用撮像素子は、画素数が第1の数であり、第1色用撮像素子は、画素数が第1の数以下の第2の数であり、第2色用撮像素子は、画素数が第1の数以下の第3の数である。
この撮像装置では、色用撮像素子の画素数が少ないため、撮像装置の製造コストを低減することができる。なお、色情報に対する人間の視覚特性上の感度は、輝度情報に対する感度に比べて低いため、色用撮像素子の画素数を少なくしても、この撮像装置により取得される画像(映像)は、十分な精度のものとすることができる。
第6の発明は、第1から第5のいずれかの発明であって、フォーカス制御部は、第1色用コントラスト値を検出する第1色用コントラスト検出部と、輝度用コントラスト値を検出する輝度用コントラスト検出部と、第2色用コントラスト値を検出する第2色用コントラスト検出部と、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズを駆動する駆動量およびフォーカスレンズの駆動方向を決定するフォーカスレンズ駆動量決定部と、駆動量に基づいて、駆動方向にフォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、を有する。
この撮像装置では、色用撮像素子の画素数が少ないため、撮像装置の製造コストを低減することができる。なお、色情報に対する人間の視覚特性上の感度は、輝度情報に対する感度に比べて低いため、色用撮像素子の画素数を少なくしても、この撮像装置により取得される画像(映像)は、十分な精度のものとすることができる。
第6の発明は、第1から第5のいずれかの発明であって、フォーカス制御部は、第1色用コントラスト値を検出する第1色用コントラスト検出部と、輝度用コントラスト値を検出する輝度用コントラスト検出部と、第2色用コントラスト値を検出する第2色用コントラスト検出部と、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズを駆動する駆動量およびフォーカスレンズの駆動方向を決定するフォーカスレンズ駆動量決定部と、駆動量に基づいて、駆動方向にフォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、を有する。
第7の発明は、第6の発明であって、フォーカスレンズ駆動量決定部は、第1色用コントラスト値に第1オフセット値を加えた補正第1色用コントラスト値と、第2色用コントラスト値に第2オフセット値を加えた補正第2色用コントラスト値と、輝度用コントラスト値と、に基づいて、フォーカスレンズを駆動する駆動量およびフォーカスレンズの駆動方向を決定する。
第8の発明は、第7の発明であって、集光レンズが同一被写体からの光を集光している場合において、補正第1色用コントラスト値の最大値と、補正第2色用コントラスト値の最大値と、輝度用コントラスト値と、が略同一値となるように、第1オフセット値および第2オフセット値が設定されている。
この撮像装置では、補正第1色用コントラスト値と、補正第2色用コントラスト値とが、輝度用コントラスト値と同レベルになるように補正されているため、補正第1色用コントラスト値、補正第2色用コントラスト値、および輝度用コントラスト値の大小関係を比較するだけでフォーカスレンズを移動させる方向を決定することができる。
第8の発明は、第7の発明であって、集光レンズが同一被写体からの光を集光している場合において、補正第1色用コントラスト値の最大値と、補正第2色用コントラスト値の最大値と、輝度用コントラスト値と、が略同一値となるように、第1オフセット値および第2オフセット値が設定されている。
この撮像装置では、補正第1色用コントラスト値と、補正第2色用コントラスト値とが、輝度用コントラスト値と同レベルになるように補正されているため、補正第1色用コントラスト値、補正第2色用コントラスト値、および輝度用コントラスト値の大小関係を比較するだけでフォーカスレンズを移動させる方向を決定することができる。
第9の発明は、第1から第8のいずれかの発明であって、Lab変換部と、画像データ生成部と、をさらに備える。Lab変換部は、第1色信号、第2色信号および輝度信号に対して、Lab変換を施すことで、第1色信号および第2色信号からa成分信号およびb成分信号を、輝度信号からL成分信号を、それぞれ、生成する。画像データ生成部は、L成分信号、a成分信号およびb成分信号から撮像画像データを生成する。
この撮像装置では、焦点の合っている輝度用撮像素子から取得される信号からL成分信号を取得し、焦点が若干ずれている色用撮像素子から取得される信号からa成分信号およびb成分信号を取得する。そして、高精度のL成分信号と、人間の視覚特性上それ程高い精度を要求されない色信号であるa成分信号およびb成分信号とから合成処理により撮像画像データが取得されるので、十分精度の高い撮像画像データを取得することができる。
この撮像装置では、焦点の合っている輝度用撮像素子から取得される信号からL成分信号を取得し、焦点が若干ずれている色用撮像素子から取得される信号からa成分信号およびb成分信号を取得する。そして、高精度のL成分信号と、人間の視覚特性上それ程高い精度を要求されない色信号であるa成分信号およびb成分信号とから合成処理により撮像画像データが取得されるので、十分精度の高い撮像画像データを取得することができる。
また、この撮像装置では、撮像画像データを輝度情報と色情報との合成処理、いわゆるLab合成処理によって生成するため、画素位置の合わせ込みが不要である。つまり、例えば、従来のRGB用の3つの撮像素子を有する撮像装置では、画素位置の厳密な位置合わせが必要となるが、この撮像装置では、従来程の厳密な画素位置合わせの必要はない。
第10の発明は、第1から第9のいずれかの発明であって、第1色用撮像素子および第2色用撮像素子は、輝度用撮像素子の集光レンズからの光学距離に対し、光軸方向前後1〜4Fδ内の位置に配置されている。
第11の発明は、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるフォーカス制御方法である。集光レンズは、被写体からの光を集光する。フォーカスレンズは、集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのレンズである。光分離部は、フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する。第1色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する。輝度信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する。第2色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する。そして、このフォーカス制御方法では、第1色信号取得用撮像部により取得された第1色信号から第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求める。そして、輝度信号取得用撮像部により取得された輝度信号から輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求める。そして、第2色信号取得用撮像部により取得された第2色信号から第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求める。そして、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整する。
第10の発明は、第1から第9のいずれかの発明であって、第1色用撮像素子および第2色用撮像素子は、輝度用撮像素子の集光レンズからの光学距離に対し、光軸方向前後1〜4Fδ内の位置に配置されている。
第11の発明は、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるフォーカス制御方法である。集光レンズは、被写体からの光を集光する。フォーカスレンズは、集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのレンズである。光分離部は、フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する。第1色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する。輝度信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する。第2色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する。そして、このフォーカス制御方法では、第1色信号取得用撮像部により取得された第1色信号から第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求める。そして、輝度信号取得用撮像部により取得された輝度信号から輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求める。そして、第2色信号取得用撮像部により取得された第2色信号から第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求める。そして、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整する。
これにより、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられることで、第1の発明と同様の効果を奏するフォーカス制御方法を実現することができる。
第12の発明は、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるフォーカス制御方法をコンピュータに実行させるプログラムである。
集光レンズは、被写体からの光を集光する。フォーカスレンズは、集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのレンズである。光分離部は、フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する。第1色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する。輝度信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する。第2色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する。そして、フォーカス制御方法では、第1色信号取得用撮像部により取得された第1色信号から第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求める。そして、輝度信号取得用撮像部により取得された輝度信号から輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求める。そして、第2色信号取得用撮像部により取得された第2色信号から第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求める。そして、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整する。
第12の発明は、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるフォーカス制御方法をコンピュータに実行させるプログラムである。
集光レンズは、被写体からの光を集光する。フォーカスレンズは、集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのレンズである。光分離部は、フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する。第1色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する。輝度信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する。第2色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する。そして、フォーカス制御方法では、第1色信号取得用撮像部により取得された第1色信号から第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求める。そして、輝度信号取得用撮像部により取得された輝度信号から輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求める。そして、第2色信号取得用撮像部により取得された第2色信号から第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求める。そして、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整する。
これにより、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられることで、第1の発明と同様の効果を奏するフォーカス制御方法をコンピュータに実行させるプログラムを実現することができる。
第13の発明は、被写体からの光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのフォーカスレンズと、フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する光分離部と、を備える撮像装置に用いられる集積回路である。
第1色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する。輝度信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する。第2色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する。フォーカス制御部は、第1色信号取得用撮像部により取得された第1色信号から第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求め、輝度信号取得用撮像部により取得された輝度信号から輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求め、第2色信号取得用撮像部により取得された第2色信号から第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求め、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整する。
第13の発明は、被写体からの光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのフォーカスレンズと、フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する光分離部と、を備える撮像装置に用いられる集積回路である。
第1色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する。輝度信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する。第2色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する。フォーカス制御部は、第1色信号取得用撮像部により取得された第1色信号から第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求め、輝度信号取得用撮像部により取得された輝度信号から輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求め、第2色信号取得用撮像部により取得された第2色信号から第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求め、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整する。
これにより、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、を備える撮像装置に用いられることで、第1の発明と同様の効果を奏する集積回路を実現することができる。
第14の発明は、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられる集積回路である。
集光レンズは、被写体からの光を集光する。フォーカスレンズは、集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのレンズである。光分離部は、フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する。第1色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する。輝度信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する。第2色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する。
第14の発明は、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられる集積回路である。
集光レンズは、被写体からの光を集光する。フォーカスレンズは、集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのレンズである。光分離部は、フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する。第1色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する。輝度信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する。第2色信号取得用撮像部は、集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する。
フォーカス制御部は、第1色信号取得用撮像部により取得された第1色信号から第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求め、輝度信号取得用撮像部により取得された輝度信号から輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求め、第2色信号取得用撮像部により取得された第2色信号から第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求め、第1色用コントラスト値、輝度用コントラスト値および第2色光用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズの位置を調整する。
これにより、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられることで、第1の発明と同様の効果を奏する集積回路を実現することができる。
これにより、集光レンズと、フォーカスレンズと、光分離部と、第1色信号取得用撮像部と、輝度信号取得用撮像部と、第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられることで、第1の発明と同様の効果を奏する集積回路を実現することができる。
本発明では、取得される画像(映像)がぼけることなく、かつ、高精度で高速なオートフォーカス機能を実現する撮像装置、フォーカス制御方法、プログラムおよび集積回路を提供することができる。
以下、本発明に係る撮像装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
[第1実施形態]
<1.1:撮像装置の構成>
図1に、第1実施形態に係る撮像装置100の概略構成図を示す。図2に、撮像装置100の撮影レンズ系LENと、光分離部3と、輝度信号取得用撮像部40と、第1色信号取得用撮像部41と、第2色信号取得用撮像部42と、概略構成図を示す。
撮像装置100は、被写体からの光を集光する集光レンズ1およびフォーカスを調整するためのフォーカスレンズ2を含む撮影レンズ系LENと、撮影レンズ系LENからの光を3つの経路に分離する光分離部3と、光分離部3により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する輝度信号取得用撮像部40と、光分離部3により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する第1色信号取得用撮像部41と、光分離部3により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する第2色信号取得用撮像部42と、を備える。また、撮像装置100は、輝度信号取得用撮像部40により取得された輝度信号から輝度用コントラスト値を検出する輝度用コントラスト検出部50と、第1色信号取得用撮像部41により取得された第1色信号から第1色用コントラスト値を検出する第1色用コントラスト検出部51と、第2色信号取得用撮像部42により取得された第2色信号から第2色用コントラスト値を検出する第2色用コントラスト検出部52と、を備える。さらに、撮像装置100は、輝度用コントラスト値、第1色用コントラスト値および第2色用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズ駆動量を決定するフォーカスレンズ駆動量決定部6と、フォーカスレンズ駆動量決定部6により決定されたフォーカスレンズ駆動量に基づいてフォーカスレンズ2を駆動するフォーカスレンズ駆動部7と、を備える。また、撮像装置100は、Lab変換部8と、撮像画像データ生成部9と、を備える。
[第1実施形態]
<1.1:撮像装置の構成>
図1に、第1実施形態に係る撮像装置100の概略構成図を示す。図2に、撮像装置100の撮影レンズ系LENと、光分離部3と、輝度信号取得用撮像部40と、第1色信号取得用撮像部41と、第2色信号取得用撮像部42と、概略構成図を示す。
撮像装置100は、被写体からの光を集光する集光レンズ1およびフォーカスを調整するためのフォーカスレンズ2を含む撮影レンズ系LENと、撮影レンズ系LENからの光を3つの経路に分離する光分離部3と、光分離部3により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する輝度信号取得用撮像部40と、光分離部3により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する第1色信号取得用撮像部41と、光分離部3により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する第2色信号取得用撮像部42と、を備える。また、撮像装置100は、輝度信号取得用撮像部40により取得された輝度信号から輝度用コントラスト値を検出する輝度用コントラスト検出部50と、第1色信号取得用撮像部41により取得された第1色信号から第1色用コントラスト値を検出する第1色用コントラスト検出部51と、第2色信号取得用撮像部42により取得された第2色信号から第2色用コントラスト値を検出する第2色用コントラスト検出部52と、を備える。さらに、撮像装置100は、輝度用コントラスト値、第1色用コントラスト値および第2色用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズ駆動量を決定するフォーカスレンズ駆動量決定部6と、フォーカスレンズ駆動量決定部6により決定されたフォーカスレンズ駆動量に基づいてフォーカスレンズ2を駆動するフォーカスレンズ駆動部7と、を備える。また、撮像装置100は、Lab変換部8と、撮像画像データ生成部9と、を備える。
撮影レンズ系LENは、被写体からの光を集光する集光レンズ1およびフォーカスを調整するためのフォーカスレンズ2を有しており、被写体からの光を集光し、光分離部3へ出力する。集光レンズ1およびフォーカスレンズは、単独のレンズから構成されても良く、また、複数のレンズ群から構成されてもよい。
フォーカスレンズ2は、フォーカスレンズ駆動部7により、光軸の前後方向に移動することができるように設置されている。そして、フォーカスレンズ駆動部7により、フォーカスレンズ2を光軸の前後方向に移動することで、撮像装置100において、フォーカス調整機能が実現される。
光分離部3は、撮影レンズ系LENからの光を3つの異なる経路に分離し、分離した光を輝度信号取得用撮像部40、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42に、それぞれ、出力する。光分離部3として、光学プリズムを用いることが好ましい。
フォーカスレンズ2は、フォーカスレンズ駆動部7により、光軸の前後方向に移動することができるように設置されている。そして、フォーカスレンズ駆動部7により、フォーカスレンズ2を光軸の前後方向に移動することで、撮像装置100において、フォーカス調整機能が実現される。
光分離部3は、撮影レンズ系LENからの光を3つの異なる経路に分離し、分離した光を輝度信号取得用撮像部40、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42に、それぞれ、出力する。光分離部3として、光学プリズムを用いることが好ましい。
輝度信号取得用撮像部40は、撮像素子を有しており、光分離部3により分離された光を受け、光電変換により、輝度信号として取得し、取得した輝度信号を輝度用コントラスト検出部50およびLab変換部8に出力する。そして、輝度信号取得用撮像部40は、図2に示す輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面の中心点(光軸に直交する点)であるF点と図2に示すB点との光路長が、L1+L2となる位置に配置されている。また、輝度信号取得用撮像部40は、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面にカラーフィルタを設置しない構成とする。これにより、輝度信号取得用撮像部40では、カラーフィルタによる光のロス(損失)がないので、輝度信号取得用撮像部40における光電変換効率を高くすることができ、輝度信号取得用撮像部40により取得される輝度信号を精度の高いもの(高コントラスト、高S/N比を実現することができる信号)とすることができる。なお、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子としては、CCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサを用いることが好ましい。
第1色信号取得用撮像部41は、撮像素子を有しており、光分離部3により分離された光を受け、光電変換により、第1色信号として取得し、取得した第1色信号を第1色用コントラスト検出部51およびLab変換部8に出力する。そして、第1色信号取得用撮像部41は、図2に示す第1色信号取得用撮像部41の撮像素子の撮像面の中心点(光軸に直交する点)であるG点と図2に示すB点との光路長が、L1+C1となる位置に配置されている。また、第1色信号取得用撮像部41は、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子の撮像面にカラーフィルタを設置する構成とする。なお、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子としては、CCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサを用いることが好ましい。また、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子は、色信号取得用であるので、輝度信号ほどの精度は必要ないので、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子として、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子より画素数が少ない撮像素子を用いるようにしてもよい。カラーフィルタとしては、例えば、ベイヤ配列のカラーフィルタを用いることが好ましい。
第2色信号取得用撮像部42は、撮像素子を有しており、光分離部3により分離された光を受け、光電変換により、第2色信号として取得し、取得した第2色信号を第2色用コントラスト検出部52およびLab変換部8に出力する。そして、第2色信号取得用撮像部42は、図2に示す第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面の中心点(光軸に直交する点)であるD点と図2に示すB点との光路長が、C2+C3となる位置に配置されている。また、第2色信号取得用撮像部42は、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面にカラーフィルタを設置する構成とする。なお、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子としては、CCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサを用いることが好ましい。また、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子は、色信号取得用であるので、輝度信号ほどの精度は必要ないので、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子として、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子より画素数が少ない撮像素子を用いるようにしてもよい。カラーフィルタとしては、例えば、ベイヤ配列のカラーフィルタを用いることが好ましい。
そして、輝度信号取得用撮像部40と、第1色信号取得用撮像部41と、第2色信号取得用撮像部42とは、
L1+C1<L1+L2<C2+C3
あるいは、
C2+C3<L1+L2<L1+C1
を満足する位置に、それぞれ、配置されている。
輝度用コントラスト検出部50は、輝度信号取得用撮像部40により取得された輝度信号を入力とし、輝度信号から輝度用コントラスト値を検出し、検出した輝度用コントラスト値をフォーカスレンズ駆動量決定部6のフォーカスレンズ駆動量算出部63に出力する。
L1+C1<L1+L2<C2+C3
あるいは、
C2+C3<L1+L2<L1+C1
を満足する位置に、それぞれ、配置されている。
輝度用コントラスト検出部50は、輝度信号取得用撮像部40により取得された輝度信号を入力とし、輝度信号から輝度用コントラスト値を検出し、検出した輝度用コントラスト値をフォーカスレンズ駆動量決定部6のフォーカスレンズ駆動量算出部63に出力する。
第1色用コントラスト検出部51は、第1色信号取得用撮像部41により取得された第1色信号を入力とし、第1色信号から第1色用コントラスト値を検出し、検出した第1色用コントラスト値をフォーカスレンズ駆動量決定部6の第1色用加算器61に出力する。
第2色用コントラスト検出部52は、第2色信号取得用撮像部42により取得された第2色信号を入力とし、第2色信号から第2色用コントラスト値を検出し、検出した第2色用コントラスト値をフォーカスレンズ駆動量決定部6の第2色用加算器62に出力する。
フォーカスレンズ駆動量決定部6は、第1色用加算器61と、第2色用加算器62と、フォーカスレンズ駆動量算出部63と、を有する。
第1色用加算器61は、第1色用コントラスト検出部51から出力される第1色用コントラスト値および第1オフセット値を入力とし、第1色用コントラスト値および第1オフセット値を加算し、加算した結果(以下、これを「補正第1色用コントラスト値」という。)をフォーカスレンズ駆動量算出部63に出力する。なお、第1オフセット値は、撮像装置100のROM等の記憶装置(不図示)に予め記憶しておくことが好ましい。第1オフセット値については、後述する。
第2色用コントラスト検出部52は、第2色信号取得用撮像部42により取得された第2色信号を入力とし、第2色信号から第2色用コントラスト値を検出し、検出した第2色用コントラスト値をフォーカスレンズ駆動量決定部6の第2色用加算器62に出力する。
フォーカスレンズ駆動量決定部6は、第1色用加算器61と、第2色用加算器62と、フォーカスレンズ駆動量算出部63と、を有する。
第1色用加算器61は、第1色用コントラスト検出部51から出力される第1色用コントラスト値および第1オフセット値を入力とし、第1色用コントラスト値および第1オフセット値を加算し、加算した結果(以下、これを「補正第1色用コントラスト値」という。)をフォーカスレンズ駆動量算出部63に出力する。なお、第1オフセット値は、撮像装置100のROM等の記憶装置(不図示)に予め記憶しておくことが好ましい。第1オフセット値については、後述する。
第2色用加算器62は、第2色用コントラスト検出部52から出力される第2色用コントラスト値および第2オフセット値を入力とし、第2色用コントラスト値および第2オフセット値を加算し、加算した結果(以下、これを「補正第2色用コントラスト値」という。)をフォーカスレンズ駆動量算出部63に出力する。なお、第2オフセット値は、撮像装置100のROM等の記憶装置(不図示)に予め記憶しておくことが好ましい。第2オフセット値については、後述する。
フォーカスレンズ駆動量算出部63は、輝度用コントラスト検出部50から出力された輝度用コントラスト値、第1色用加算器61から出力された補正第1色用コントラスト値、および第2色用加算器62から出力された補正第2色用コントラスト値を入力とし、輝度用コントラスト値、補正第1色用コントラスト値および補正第2色用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズを移動(駆動)させる方向および駆動量を算出する。そして、フォーカスレンズ駆動量算出部63は、算出したフォーカスレンズを移動(駆動)させる方向および駆動量についての情報をフォーカスレンズ駆動部7に出力する。
フォーカスレンズ駆動量算出部63は、輝度用コントラスト検出部50から出力された輝度用コントラスト値、第1色用加算器61から出力された補正第1色用コントラスト値、および第2色用加算器62から出力された補正第2色用コントラスト値を入力とし、輝度用コントラスト値、補正第1色用コントラスト値および補正第2色用コントラスト値に基づいて、フォーカスレンズを移動(駆動)させる方向および駆動量を算出する。そして、フォーカスレンズ駆動量算出部63は、算出したフォーカスレンズを移動(駆動)させる方向および駆動量についての情報をフォーカスレンズ駆動部7に出力する。
フォーカスレンズ駆動部7は、フォーカスレンズ駆動量算出部63から出力されるフォーカスレンズを移動(駆動)させる方向および駆動量についての情報を入力とし、フォーカスレンズ2を、フォーカスレンズ駆動量算出部63で決定された移動(駆動)方向に、フォーカスレンズ駆動量算出部63で決定された駆動量だけ移動させることにより、撮像装置100におけるフォーカス調整を行う。
Lab変換部8は、輝度信号取得用撮像部40から出力される輝度信号、第1色信号取得用撮像部41から出力される第1色信号、および第2色信号取得用撮像部42から出力される第2色信号を入力とし、輝度信号取得用撮像部40から出力される輝度信号をLab色空間のL成分信号に変換する(輝度信号をそのままL成分信号としてもよい)。そして、Lab変換部8は、第1色信号取得用撮像部41から出力される第1色信号をLab色空間のa成分信号に変換し、第2色信号取得用撮像部42から出力される第2色信号をLab色空間のb成分信号に変換する。または、第1色信号取得用撮像部41から出力される第1色信号と第2色信号取得用撮像部42から出力される第2色信号を合成した上で、a成分信号、b成分信号に変換しても良い。そして、Lab変換部8は、L成分信号、a成分信号およびb成分信号を撮像画像データ生成部9に出力する。
Lab変換部8は、輝度信号取得用撮像部40から出力される輝度信号、第1色信号取得用撮像部41から出力される第1色信号、および第2色信号取得用撮像部42から出力される第2色信号を入力とし、輝度信号取得用撮像部40から出力される輝度信号をLab色空間のL成分信号に変換する(輝度信号をそのままL成分信号としてもよい)。そして、Lab変換部8は、第1色信号取得用撮像部41から出力される第1色信号をLab色空間のa成分信号に変換し、第2色信号取得用撮像部42から出力される第2色信号をLab色空間のb成分信号に変換する。または、第1色信号取得用撮像部41から出力される第1色信号と第2色信号取得用撮像部42から出力される第2色信号を合成した上で、a成分信号、b成分信号に変換しても良い。そして、Lab変換部8は、L成分信号、a成分信号およびb成分信号を撮像画像データ生成部9に出力する。
撮像画像データ生成部9は、Lab変換部8から出力されるL成分信号、a成分信号およびb成分信号を入力として、L成分信号、a成分信号およびb成分信号を合成することにより撮像画像データを生成する。そして、撮像装置100は、撮像画像データ生成部9により生成された撮像画像データを撮像装置100の記憶部(不図示)に記憶する。また、撮像装置100は、撮像画像データ生成部9により生成された撮像画像データを撮像装置100の表示部(不図示)に表示する。
<1.2:撮像装置の動作>
以上のように構成された撮像装置100の動作について、以下、説明する。
被写体からの光は、集光レンズ1で集光され、フォーカスレンズ2を通過し、光分離部3に入射される。なお、ここで、光分離部3は、図2に示すように、プリズム3a、プリズム3bおよびプリズム3cから構成されるものとして、以下説明する。
<1.2:撮像装置の動作>
以上のように構成された撮像装置100の動作について、以下、説明する。
被写体からの光は、集光レンズ1で集光され、フォーカスレンズ2を通過し、光分離部3に入射される。なお、ここで、光分離部3は、図2に示すように、プリズム3a、プリズム3bおよびプリズム3cから構成されるものとして、以下説明する。
図2に示すように、フォーカスレンズ2を通過した光は、プリズム3aにより、上方にその光路が折り曲げられ、第2色信号取得用撮像部42に導かれる。また、プリズム3bにより、プリズム3aとプリズム3bの接合面を透過した光は、下方にその光路が折り曲げられ、第1色信号取得用撮像部41に導かれる。また、プリズム3cにより、プリズム3bとプリズム3cの接合面を透過した光は、輝度信号取得用撮像部40に導かれる。
プリズム3aとプリズム3bの接合面と光軸の交わる点であるB点を基準として、それぞれの撮像部の撮像素子の撮像素子面の中心点(光軸と直交する点)(図2のD点、F点およびG点)までの光学的光路長は以下の関係になっている。
つまり、B点からG点の距離(B点から第1色信号取得用撮像部41の撮像素子までの光学的光路長)がL1+C1であり、B点からD点までの距離(B点から第2色信号取得用撮像部42の撮像素子までの光学的光路長)がC2+C3であり、B点からF点までの距離(B点から輝度信号取得用撮像部40の撮像素子までの光学的光路長)がL1+L2であるので、これらの光学的光路長が以下の関係になるように、光分離部(プリズム)3を構成するプリズム3a、3bおよび3cの大きさおよび形状が決定される。
プリズム3aとプリズム3bの接合面と光軸の交わる点であるB点を基準として、それぞれの撮像部の撮像素子の撮像素子面の中心点(光軸と直交する点)(図2のD点、F点およびG点)までの光学的光路長は以下の関係になっている。
つまり、B点からG点の距離(B点から第1色信号取得用撮像部41の撮像素子までの光学的光路長)がL1+C1であり、B点からD点までの距離(B点から第2色信号取得用撮像部42の撮像素子までの光学的光路長)がC2+C3であり、B点からF点までの距離(B点から輝度信号取得用撮像部40の撮像素子までの光学的光路長)がL1+L2であるので、これらの光学的光路長が以下の関係になるように、光分離部(プリズム)3を構成するプリズム3a、3bおよび3cの大きさおよび形状が決定される。
L1+C1>L1+L2>C2+C3
または
L1+C1<L1+L2<C2+C3
なお、光学的光路長の関係は、上記のように、2つの色信号取得用撮像部(第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42)の撮像素子までの光学的光路長が輝度信号取得用撮像部40の撮像素子までの光学的光路長を挟んでいる条件を満たすものであれば、各撮像素子の位置関係は、図2に示した位置に限定されることはなく、他の組合せであっても良いことを言うまでもない。また、撮影レンズ系LENからの光を3つに分離する光分離部(プリズム)3の構成も、上記条件を満たすものであればよく、図2の構成に限定されないことは言うまでもない。
または
L1+C1<L1+L2<C2+C3
なお、光学的光路長の関係は、上記のように、2つの色信号取得用撮像部(第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42)の撮像素子までの光学的光路長が輝度信号取得用撮像部40の撮像素子までの光学的光路長を挟んでいる条件を満たすものであれば、各撮像素子の位置関係は、図2に示した位置に限定されることはなく、他の組合せであっても良いことを言うまでもない。また、撮影レンズ系LENからの光を3つに分離する光分離部(プリズム)3の構成も、上記条件を満たすものであればよく、図2の構成に限定されないことは言うまでもない。
光分離部3により分離された3つの光は、それぞれ、輝度信号取得用撮像部40により輝度信号に、第1色信号取得用撮像部41により第1色信号に、第2色信号取得用撮像部42により第2色信号に、変換される。
輝度信号は、輝度用コントラスト検出部50に入力され、輝度用コントラスト検出部50により輝度信号のコントラスト値である輝度用コントラスト値が検出される。
第1色信号は、第1色用コントラスト検出部51に入力され、第1色用コントラスト検出部51により第1色信号のコントラスト値である第1色用コントラスト値が検出される。
第2色信号は、第2色用コントラスト検出部52に入力され、第2色用コントラスト検出部52により第2色信号のコントラスト値である第1色用コントラスト値が検出される。
輝度信号は、輝度用コントラスト検出部50に入力され、輝度用コントラスト検出部50により輝度信号のコントラスト値である輝度用コントラスト値が検出される。
第1色信号は、第1色用コントラスト検出部51に入力され、第1色用コントラスト検出部51により第1色信号のコントラスト値である第1色用コントラスト値が検出される。
第2色信号は、第2色用コントラスト検出部52に入力され、第2色用コントラスト検出部52により第2色信号のコントラスト値である第1色用コントラスト値が検出される。
ここで、コントラスト値の検出方法として、例えば、それぞれの撮像部の撮像素子の撮像面上の一定数の画素(一定領域に存在する画素)から取得される信号値の積分値とすることでコントラスト値を検出することができる。
第1色用コントラスト値は、第1色用加算器61で、第1オフセット値と加算され、補正第1色用コントラスト値としてフォーカスレンズ駆動量算出部63に出力される。
第2色用コントラスト値は、第2色用加算器62で、第2オフセット値と加算され、補正第2色用コントラスト値としてフォーカスレンズ駆動量算出部63に出力される。
また、輝度用コントラスト値は、フォーカスレンズ駆動量算出部63に出力される。
(1.2.1:第1オフセット値と第2オフセット値について)
ここで、第1オフセット値と第2オフセット値について説明する。
第1色用コントラスト値は、第1色用加算器61で、第1オフセット値と加算され、補正第1色用コントラスト値としてフォーカスレンズ駆動量算出部63に出力される。
第2色用コントラスト値は、第2色用加算器62で、第2オフセット値と加算され、補正第2色用コントラスト値としてフォーカスレンズ駆動量算出部63に出力される。
また、輝度用コントラスト値は、フォーカスレンズ駆動量算出部63に出力される。
(1.2.1:第1オフセット値と第2オフセット値について)
ここで、第1オフセット値と第2オフセット値について説明する。
図3に、光軸方向の位置とコントラスト値との関係を表すグラフを示す。
図4から図6に、各撮像部(輝度信号取得用撮像部40、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42)の撮像素子とフォーカスレンズ2との位置関係を示した模式図を示す。なお、図4から図6は、屈曲する光路を直線として表示させ、光路長と各撮像部の撮像素子とフォーカスレンズ2との位置関係を比較しやすいように便宜的に表示させたものである。そして、図4から図6に示すように光軸方向を設定する。
図3は、各撮像部40、41および42とフォーカスレンズ2との位置関係が図4の状態にある場合の光軸方向の位置とコントラスト値との関係を示している。
図3(a)〜(c)は、横軸に光軸上の位置をとり、縦軸にコントラスト値をとったグラフである。図3(a)は、第2色信号取得用撮像部42によるコントラスト値(第1色用コントラスト値)と光軸位置との関係を示すグラフである。図3(b)は、輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)と光軸上の位置との関係を示すグラフである。そして、図3(c)は、第1色信号取得用撮像部41によるコントラスト値(第1色用コントラスト値)と光軸上の位置との関係を示すグラフである。
図4から図6に、各撮像部(輝度信号取得用撮像部40、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42)の撮像素子とフォーカスレンズ2との位置関係を示した模式図を示す。なお、図4から図6は、屈曲する光路を直線として表示させ、光路長と各撮像部の撮像素子とフォーカスレンズ2との位置関係を比較しやすいように便宜的に表示させたものである。そして、図4から図6に示すように光軸方向を設定する。
図3は、各撮像部40、41および42とフォーカスレンズ2との位置関係が図4の状態にある場合の光軸方向の位置とコントラスト値との関係を示している。
図3(a)〜(c)は、横軸に光軸上の位置をとり、縦軸にコントラスト値をとったグラフである。図3(a)は、第2色信号取得用撮像部42によるコントラスト値(第1色用コントラスト値)と光軸位置との関係を示すグラフである。図3(b)は、輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)と光軸上の位置との関係を示すグラフである。そして、図3(c)は、第1色信号取得用撮像部41によるコントラスト値(第1色用コントラスト値)と光軸上の位置との関係を示すグラフである。
また、光軸は、図4〜図6に示したようにとるものとし、撮像装置100において、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面の位置が合焦点となる位置を光軸上の原点として、以下説明する。また、説明便宜のため、図4に示すように、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面の光軸上の位置が「−α」(αは正の数)であり、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子の撮像面の光軸上の位置が「β」(βは正の数)であるものとして、以下説明する。つまり、光路長の関係が
L1+C1>L1+L2>C2+C3
であり、
(L1+C1)−(L1+L2)=β
(L1+L2)−(C2+C3)=α
であるものとして、以下説明する。
L1+C1>L1+L2>C2+C3
であり、
(L1+C1)−(L1+L2)=β
(L1+L2)−(C2+C3)=α
であるものとして、以下説明する。
図3(a)の実線は、フォーカスレンズ2を動かし焦点位置(合焦点)を光軸方向に移動させた場合に第2色信号取得用撮像部42により取得されるコントラスト値(第1色用コントラスト値)の変化の様子(特性)の一例を示している。
図3(b)の実線は、フォーカスレンズ2を動かし焦点位置(合焦点)を光軸方向に移動させた場合に輝度信号取得用撮像部40により取得されるコントラスト値(輝度用コントラスト値)の変化の様子(特性)の一例を示している。
図3(c)の実線は、フォーカスレンズ2を動かし焦点位置(合焦点)を光軸方向に移動させた場合に第1色信号取得用撮像部41により取得されるコントラスト値(第1色用コントラスト値)の変化の様子(特性)の一例を示している。
図3から分かるように、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面にはカラーフィルタが設置されていないので、コントラスト値の値が高い。一方、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面には、それぞれ、カラーフィルタが設置されているため、第1色信号取得用撮像部によるコントラスト値(最大値はB点のコントラスト値で、B点のコントラスト値は、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子の撮像面が合焦点に位置する場合のコントラスト値に相当する。)は、輝度信号取得用撮像部40により取得されるコントラスト値より低い値となっている。さらに、第1色信号取得用撮像部41は、第2色信号取得用撮像部42よりも光軸上の位置が遠い位置にあるので、第1色信号取得用撮像部41により取得されるコントラスト値は、第2色信号取得用撮像部42のコントラスト値(最大値は、C点のコントラスト値で、C点のコントラスト値は、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面が合焦点に位置する場合のコントラスト値に相当する。)よりも低い値となっている。
図3(b)の実線は、フォーカスレンズ2を動かし焦点位置(合焦点)を光軸方向に移動させた場合に輝度信号取得用撮像部40により取得されるコントラスト値(輝度用コントラスト値)の変化の様子(特性)の一例を示している。
図3(c)の実線は、フォーカスレンズ2を動かし焦点位置(合焦点)を光軸方向に移動させた場合に第1色信号取得用撮像部41により取得されるコントラスト値(第1色用コントラスト値)の変化の様子(特性)の一例を示している。
図3から分かるように、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面にはカラーフィルタが設置されていないので、コントラスト値の値が高い。一方、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面には、それぞれ、カラーフィルタが設置されているため、第1色信号取得用撮像部によるコントラスト値(最大値はB点のコントラスト値で、B点のコントラスト値は、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子の撮像面が合焦点に位置する場合のコントラスト値に相当する。)は、輝度信号取得用撮像部40により取得されるコントラスト値より低い値となっている。さらに、第1色信号取得用撮像部41は、第2色信号取得用撮像部42よりも光軸上の位置が遠い位置にあるので、第1色信号取得用撮像部41により取得されるコントラスト値は、第2色信号取得用撮像部42のコントラスト値(最大値は、C点のコントラスト値で、C点のコントラスト値は、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面が合焦点に位置する場合のコントラスト値に相当する。)よりも低い値となっている。
そこで、図3に示すように、A点のコントラスト値とC点のコントラスト値との差を求め、その値を第2オフセット値とし、A点のコントラスト値とB点のコントラスト値との差を求め、その値を第1オフセット値として求める。
この第1オフセット値および第2オフセット値は、例えば、撮像装置100の製造時(あるいは製造後)に、所定のテストパターンを被写体としてコントラスト値の最大値(図3のA点のコントラスト値、B点のコントラスト値およびC点のコントラスト値)を求め、その求めた最大値に対して上述したような演算(差をとる演算)を行うことで算出される。そして、算出された第1オフセット値および第2オフセット値は、各コントラスト値の最大値(図3のA点のコントラスト値、B点のコントラスト値およびC点のコントラスト値)とともに、例えば、撮像装置100のROM等の記憶装置(不図示)に記憶しておく。なお、第1オフセット値、第2オフセット値、各コントラスト値の最大値、およびそれ以外の特徴点(光軸上の位置−コントラスト値特性を決定させる特徴点)のデータを撮像装置100のROM等の記憶装置(不図示)に記憶するようにしてもよい。このようにすることで、光分離部(プリズム)3による光量損失差、撮像素子の固体差、輝度用撮像素子と色用撮像素子の差であるカラーフィルタの有無などの影響により各撮像部により取得されるコントラスト値のばらつき等も吸収することができる。
この第1オフセット値および第2オフセット値は、例えば、撮像装置100の製造時(あるいは製造後)に、所定のテストパターンを被写体としてコントラスト値の最大値(図3のA点のコントラスト値、B点のコントラスト値およびC点のコントラスト値)を求め、その求めた最大値に対して上述したような演算(差をとる演算)を行うことで算出される。そして、算出された第1オフセット値および第2オフセット値は、各コントラスト値の最大値(図3のA点のコントラスト値、B点のコントラスト値およびC点のコントラスト値)とともに、例えば、撮像装置100のROM等の記憶装置(不図示)に記憶しておく。なお、第1オフセット値、第2オフセット値、各コントラスト値の最大値、およびそれ以外の特徴点(光軸上の位置−コントラスト値特性を決定させる特徴点)のデータを撮像装置100のROM等の記憶装置(不図示)に記憶するようにしてもよい。このようにすることで、光分離部(プリズム)3による光量損失差、撮像素子の固体差、輝度用撮像素子と色用撮像素子の差であるカラーフィルタの有無などの影響により各撮像部により取得されるコントラスト値のばらつき等も吸収することができる。
なお、第1オフセット値および第2オフセット値は、各コントラスト値の最大値(図3のA点のコントラスト値、B点のコントラスト値およびC点のコントラスト値)は、撮像装置100の使用時に求めるようにしてもよい。
以上のようにして求められた(設定された)第1オフセット値および第2オフセット値を加算されたコントラスト値である補正第1色用コントラスト値および補正第2色用コントラススト値は、フォーカスレンズ駆動量算出部63に入力される。
そして、フォーカスレンズ駆動量算出部63では、輝度用コントラスト値、補正第1色用コントラスト値および補正第2色用コントラススト値に基づいて、フォーカスレンズ2の光軸上の移動方向および移動量(駆動量)が決定される。
(1.2.2:フォーカスレンズの移動方向および移動量の決定方法について)
次に、フォーカスレンズ駆動量算出部63でのフォーカスレンズ2の光軸上の移動方向および移動量(駆動量)の決定方法について説明する。
以上のようにして求められた(設定された)第1オフセット値および第2オフセット値を加算されたコントラスト値である補正第1色用コントラスト値および補正第2色用コントラススト値は、フォーカスレンズ駆動量算出部63に入力される。
そして、フォーカスレンズ駆動量算出部63では、輝度用コントラスト値、補正第1色用コントラスト値および補正第2色用コントラススト値に基づいて、フォーカスレンズ2の光軸上の移動方向および移動量(駆動量)が決定される。
(1.2.2:フォーカスレンズの移動方向および移動量の決定方法について)
次に、フォーカスレンズ駆動量算出部63でのフォーカスレンズ2の光軸上の移動方向および移動量(駆動量)の決定方法について説明する。
図7は、撮像装置100において、ピント位置が光軸方向前方にある、いわゆる前ピン状態における光軸上の位置と各撮像部により取得されるコントラスト値との関係を示している。つまり、図5の状態における光軸上の位置と各撮像部により取得されるコントラスト値との関係を示している。なお、図7(a)が第2色信号取得用撮像部42についての光軸上の位置とコントラスト値との関係を示すものであり、図7(b)が輝度信号取得用撮像部40についての光軸上の位置とコントラスト値との関係を示すものであり、図7(c)が第1色信号取得用撮像部41についての光軸上の位置とコントラスト値との関係を示すものである。
図8は、撮像装置100において、ピント位置が光軸方向後方にある、いわゆる後ピン状態における光軸上の位置と各撮像部により取得されるコントラスト値との関係を示している。つまり、図6の状態における光軸上の位置と各撮像部により取得されるコントラスト値との関係を示している。なお、図8(a)が第2色信号取得用撮像部42についての光軸上の位置とコントラスト値との関係を示すものであり、図8(b)が輝度信号取得用撮像部40についての光軸上の位置とコントラスト値との関係を示すものであり、図8(c)が第1色信号取得用撮像部41についての光軸上の位置とコントラスト値との関係を示すものである。
図8は、撮像装置100において、ピント位置が光軸方向後方にある、いわゆる後ピン状態における光軸上の位置と各撮像部により取得されるコントラスト値との関係を示している。つまり、図6の状態における光軸上の位置と各撮像部により取得されるコントラスト値との関係を示している。なお、図8(a)が第2色信号取得用撮像部42についての光軸上の位置とコントラスト値との関係を示すものであり、図8(b)が輝度信号取得用撮像部40についての光軸上の位置とコントラスト値との関係を示すものであり、図8(c)が第1色信号取得用撮像部41についての光軸上の位置とコントラスト値との関係を示すものである。
≪前ピン状態の場合≫
まず、図7の前ピン状態の場合について説明する。
この場合、図7(a)に示すように、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「−α」の位置にあるので、第2色信号取得用撮像部42により取得されるコントラスト値(第2色用コントラスト値)は、C点に相当する値(この値を「C」と表現することにする。)である。そして、補正第2色用コントラスト値は、C+(第2オフセット値)となる。
また、図7(b)に示すように、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「0」の位置にあるので、輝度信号取得用撮像部40により取得されるコントラスト値(輝度用コントラスト値)は、A点に相当する値(この値を「A」と表現することにする。)
である。
まず、図7の前ピン状態の場合について説明する。
この場合、図7(a)に示すように、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「−α」の位置にあるので、第2色信号取得用撮像部42により取得されるコントラスト値(第2色用コントラスト値)は、C点に相当する値(この値を「C」と表現することにする。)である。そして、補正第2色用コントラスト値は、C+(第2オフセット値)となる。
また、図7(b)に示すように、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「0」の位置にあるので、輝度信号取得用撮像部40により取得されるコントラスト値(輝度用コントラスト値)は、A点に相当する値(この値を「A」と表現することにする。)
である。
また、図7(c)に示すように、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「+β」の位置にあるので、第1色信号取得用撮像部41により取得されるコントラスト値(第1色用コントラスト値)は、B点に相当する値(この値を「B」と表現することにする。)である。そして、補正第1色用コントラスト値は、B+(第1オフセット値)となる。
この場合、
C+(第2オフセット値)>A>B+(第1オフセット値) (式1)
となるので、撮像装置100の焦点位置(合焦点)が第2色信号取得用撮像部42の近くに存在することが分かる。そして、第2色信号取得用撮像部42は、輝度信号取得用撮像部40よりも光軸上の位置が前方にあることは予め分かっているので、図5に示すように、光軸方向の(+)方向(プラスの方向)に移動させれば良いことが分かる。
この場合、
C+(第2オフセット値)>A>B+(第1オフセット値) (式1)
となるので、撮像装置100の焦点位置(合焦点)が第2色信号取得用撮像部42の近くに存在することが分かる。そして、第2色信号取得用撮像部42は、輝度信号取得用撮像部40よりも光軸上の位置が前方にあることは予め分かっているので、図5に示すように、光軸方向の(+)方向(プラスの方向)に移動させれば良いことが分かる。
つまり、(式1)の関係となっていることが分かれば、フォーカスレンズ2の移動方向を決定することができる。そして、この決定処理は、フォーカスレンズ駆動量算出部63により実行される。
そして、フォーカスレンズ駆動量算出部により決定された移動方向にフォーカスレンズ2を移動させると、輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)の値(出力)は大きくなり、図7のコントラスト値の特性を示すカーブ(曲線)が図7の右方向に移動していくことになる。
ここで、フォーカスレンズ駆動量決定部6により、第2色信号取得用撮像部42のコントラスト値Cの値(出力)(あるいは、補正第2色用コントラスト値)をモニタすることで、輝度信号取得用撮像部40のコントラスト値Aの値(出力)が最大になる前に第2色信号取得用撮像部42のコントラスト値Cが最大値を向かえ、更に低下していくことを確認することができる。
そして、フォーカスレンズ駆動量算出部により決定された移動方向にフォーカスレンズ2を移動させると、輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)の値(出力)は大きくなり、図7のコントラスト値の特性を示すカーブ(曲線)が図7の右方向に移動していくことになる。
ここで、フォーカスレンズ駆動量決定部6により、第2色信号取得用撮像部42のコントラスト値Cの値(出力)(あるいは、補正第2色用コントラスト値)をモニタすることで、輝度信号取得用撮像部40のコントラスト値Aの値(出力)が最大になる前に第2色信号取得用撮像部42のコントラスト値Cが最大値を向かえ、更に低下していくことを確認することができる。
この時点で、第2色信号取得用撮像部42における合焦位置(合焦点)が確認できたことになる。撮像装置100において、輝度信号取得用撮像部40と第2色信号取得用撮像部42は、所定の光学的光路長ずらして配置していることが予め分かっている。そのため、撮像装置100では、第2色信号取得用撮像部42における合焦位置から、フォーカスレンズ2をどれだけ駆動すれば、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に合焦するか、容易に演算することが可能となり、直ちに最適なピント位置に駆動することが可能なとなる。そして、撮像装置100では、輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)と、第2色信号取得用撮像部42における合焦位置のコントラスト値Cに第2オフセット値を加えた値とを比較することにより、正しく輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に合焦しているか否かを判定することも可能となる。
さらに、撮像装置100では、第1色信号取得用撮像部の撮像素子の撮像面の合焦位置のコントラスト値(第1色用コントラスト値)Bに第1オフセット値を加えた値と輝度用コントラスト値とを比較する処理を加えることで、より正確に輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に合焦しているか否かを判定することができる。
≪後ピン状態の場合≫
次に、図8の後ピン状態の場合について説明する。
この場合、図8(a)に示すように、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「−α」の位置にあるので、第2色信号取得用撮像部42により取得されるコントラスト値(第2色用コントラスト値)は、C点に相当する値(この値を「C」と表現することにする。)である。そして、補正第2色用コントラスト値は、C+(第2オフセット値)となる。
≪後ピン状態の場合≫
次に、図8の後ピン状態の場合について説明する。
この場合、図8(a)に示すように、第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「−α」の位置にあるので、第2色信号取得用撮像部42により取得されるコントラスト値(第2色用コントラスト値)は、C点に相当する値(この値を「C」と表現することにする。)である。そして、補正第2色用コントラスト値は、C+(第2オフセット値)となる。
また、図8(b)に示すように、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「0」の位置にあるので、輝度信号取得用撮像部40により取得されるコントラスト値(輝度用コントラスト値)は、A点に相当する値(この値を「A」と表現することにする。)である。
また、図8(c)に示すように、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「+β」の位置にあるので、第1色信号取得用撮像部41により取得されるコントラスト値(第1色用コントラスト値)は、B点に相当する値(この値を「B」と表現することにする。)である。そして、補正第1色用コントラスト値は、B+(第1オフセット値)となる。
また、図8(c)に示すように、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子の撮像面は、光軸上の位置が「+β」の位置にあるので、第1色信号取得用撮像部41により取得されるコントラスト値(第1色用コントラスト値)は、B点に相当する値(この値を「B」と表現することにする。)である。そして、補正第1色用コントラスト値は、B+(第1オフセット値)となる。
この場合、
C+(第2オフセット値)<A<B+(第1オフセット値) (式2)
となるので、撮像装置100の焦点位置(合焦点)が第1色信号取得用撮像部41の近くに存在することが分かる。そして、第1色信号取得用撮像部41は、輝度信号取得用撮像部40よりも光軸上の位置が後方にあることは予め分かっているので、図6に示すように、光軸方向の(−)方向(マイナスの方向)に移動させれば良いことが分かる。
つまり、(式2)の関係となっていることが分かれば、フォーカスレンズ2の移動方向を決定することができる。そして、この決定処理は、フォーカスレンズ駆動量算出部63により実行される。
そして、フォーカスレンズ駆動量算出部により決定された移動方向にフォーカスレンズ2を移動させると、輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)の値(出力)は大きくなり、図7のコントラスト値の特性を示すカーブ(曲線)が図8の左方向に移動していくことになる。
C+(第2オフセット値)<A<B+(第1オフセット値) (式2)
となるので、撮像装置100の焦点位置(合焦点)が第1色信号取得用撮像部41の近くに存在することが分かる。そして、第1色信号取得用撮像部41は、輝度信号取得用撮像部40よりも光軸上の位置が後方にあることは予め分かっているので、図6に示すように、光軸方向の(−)方向(マイナスの方向)に移動させれば良いことが分かる。
つまり、(式2)の関係となっていることが分かれば、フォーカスレンズ2の移動方向を決定することができる。そして、この決定処理は、フォーカスレンズ駆動量算出部63により実行される。
そして、フォーカスレンズ駆動量算出部により決定された移動方向にフォーカスレンズ2を移動させると、輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)の値(出力)は大きくなり、図7のコントラスト値の特性を示すカーブ(曲線)が図8の左方向に移動していくことになる。
ここで、フォーカスレンズ駆動量決定部6により、第1色信号取得用撮像部41のコントラスト値Bの値(出力)(あるいは、補正第1色用コントラスト値)をモニタすることで、輝度信号取得用撮像部40のコントラスト値Aの値(出力)が最大になる前に第1色信号取得用撮像部41のコントラスト値Bが最大値を向かえ、更に低下していくことを確認することができる。
この時点で、第1色信号取得用撮像部41における合焦位置(合焦点)が確認できたことになる。撮像装置100において、輝度信号取得用撮像部40と第1色信号取得用撮像部41は、所定の光学的光路長ずらして配置していることが予め分かっている。そのため、撮像装置100では、第1色信号取得用撮像部41における合焦位置から、フォーカスレンズ2をどれだけ駆動すれば、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に合焦するか、容易に演算することが可能となり、直ちに最適なピント位置に駆動することが可能なとなる。そして、撮像装置100では、輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)と、第1色信号取得用撮像部41における合焦位置のコントラスト値Bに第1オフセット値を加えた値とを比較することにより、正しく輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に合焦しているか否かを判定することも可能となる。
この時点で、第1色信号取得用撮像部41における合焦位置(合焦点)が確認できたことになる。撮像装置100において、輝度信号取得用撮像部40と第1色信号取得用撮像部41は、所定の光学的光路長ずらして配置していることが予め分かっている。そのため、撮像装置100では、第1色信号取得用撮像部41における合焦位置から、フォーカスレンズ2をどれだけ駆動すれば、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に合焦するか、容易に演算することが可能となり、直ちに最適なピント位置に駆動することが可能なとなる。そして、撮像装置100では、輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)と、第1色信号取得用撮像部41における合焦位置のコントラスト値Bに第1オフセット値を加えた値とを比較することにより、正しく輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に合焦しているか否かを判定することも可能となる。
さらに、撮像装置100では、第2色信号取得用撮像部の撮像素子の撮像面の合焦位置のコントラスト値(第2色用コントラスト値)Cに第2オフセット値を加えた値と輝度用コントラスト値とを比較する処理を加えることで、より正確に輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に合焦しているか否かを判定することができる。
撮像装置100では、フォーカスレンズ2の移動方向(駆動方向)を検知すれば、フォーカスレンズ2をどちらに動かすと合焦するかがわかるため、従来のビデオAF方式のように、一旦コントラストピークを通り越して、コントラスト値が低下することを確認してから、更に、フォーカスレンズを反転させる必要が無くなる。
以上のように、(式1)の関係となっているのか、あるいは(式2)の関係になっているのかをフォーカスレンズ駆動量決定部6により判断することで、撮像装置100において、フォーカスレンズ2の移動方向および移動量を精度良く決定することができ、撮像装置100において、高速かつ高精度のオートフォーカス機能を実現させることができる。
撮像装置100では、フォーカスレンズ2の移動方向(駆動方向)を検知すれば、フォーカスレンズ2をどちらに動かすと合焦するかがわかるため、従来のビデオAF方式のように、一旦コントラストピークを通り越して、コントラスト値が低下することを確認してから、更に、フォーカスレンズを反転させる必要が無くなる。
以上のように、(式1)の関係となっているのか、あるいは(式2)の関係になっているのかをフォーカスレンズ駆動量決定部6により判断することで、撮像装置100において、フォーカスレンズ2の移動方向および移動量を精度良く決定することができ、撮像装置100において、高速かつ高精度のオートフォーカス機能を実現させることができる。
(1.2.3:Lab変換)
撮像装置100では、輝度信号取得用撮像部40により取得された輝度信号、第1色信号取得用撮像部41により取得された第1色信号、および第2色信号取得用撮像部42により取得された第2色信号は、Lab変換部8に入力される。
Lab変換部8により、輝度信号取得用撮像部40により取得された輝度信号からLab色空間のL成分信号が生成される。撮像装置100では、オートフォーカス機能を実現させる場合、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に焦点が合うようにフォーカス制御を行う。つまり、輝度信号取得用撮像部40により取得される輝度信号は、焦点の合った精度の高い輝度信号となる。さらに、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面にはカラーフィルタが設置されていないため、Lab変換部で取得されるL成分信号は、高精度の信号(コントラストが高く、高S/N比の信号)となる。
撮像装置100では、輝度信号取得用撮像部40により取得された輝度信号、第1色信号取得用撮像部41により取得された第1色信号、および第2色信号取得用撮像部42により取得された第2色信号は、Lab変換部8に入力される。
Lab変換部8により、輝度信号取得用撮像部40により取得された輝度信号からLab色空間のL成分信号が生成される。撮像装置100では、オートフォーカス機能を実現させる場合、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に焦点が合うようにフォーカス制御を行う。つまり、輝度信号取得用撮像部40により取得される輝度信号は、焦点の合った精度の高い輝度信号となる。さらに、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面にはカラーフィルタが設置されていないため、Lab変換部で取得されるL成分信号は、高精度の信号(コントラストが高く、高S/N比の信号)となる。
また、Lab変換部8により、第1色信号および第2色信号から、Lab色空間のa成分信号およびb成分信号が生成される。ここで、a成分信号およびb成分は、色情報のみを有する信号であるため、視覚特性上高い精度を要求されない。撮像装置100では、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面に焦点を合わせるようにフォーカス制御を行うため、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面は、合焦点とは異なる位置に存在する。そのため、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42により取得される色信号は焦点が合っていない状態のものである。また、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42の撮像素子の撮像面には、カラーフィルタが設置されているため、光損失があるため、取得される色信号にその分の劣化が発生している。しかし、人間の色情報に対する感度は、輝度情報に比べてかなり低いため、焦点が完全に合っていない状態の色信号を用いても問題ないレベルのカラー画像(映像)を合成することが可能である。または、第1色信号取得用撮像部41から出力される第1色信号と第2色信号取得用撮像部42から出力される第2色信号を合成した上で、a成分信号、b成分信号に変換しても良い。
Lab変換部8により生成されたL成分信号、a成分信号およびb成分信号は、撮像画像データ生成部9に入力される。撮像画像データ生成部9では、L成分信号、a成分信号およびb成分信号から撮像画像データが生成される。撮像画像データ生成部9により生成される撮像画像データは、上記で説明した通り、高精度のL成分信号と、若干精度の低い色信号であるa成分信号とb成分信号との合成により生成されるものであるので、合成画像としては、十分精度の高いものとなる。
<1.3:撮像装置における各撮像部の撮像素子の配置>
撮像装置100において、的確にフォーカスレンズ2の移動方向(駆動方向)を検知するためには、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子、第2色信号取得用撮像部の撮像素子、および輝度信号取得用撮像部の撮像素子の光学距離を最適な関係に配置する必要がある。
<1.3:撮像装置における各撮像部の撮像素子の配置>
撮像装置100において、的確にフォーカスレンズ2の移動方向(駆動方向)を検知するためには、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子、第2色信号取得用撮像部の撮像素子、および輝度信号取得用撮像部の撮像素子の光学距離を最適な関係に配置する必要がある。
これについて、ビデオカメラ光学系を一例に説明する。
ビデオカメラの光学系では、Fナンバーが比較的明るい値に設定されているのが一般的である。ビデオカメラの光学系は、Fナンバーが、広角側でF=1.8、望遠側でもF=2.8程度で設計されている。
ここで、前提としてビデオの光学系に用いる撮像素子のピクセルサイズ(撮像素子の画素の1辺の長さ、つまり、画素ピッチ)を5[μm]とすると、許容最小錯乱円δは10[μm]となる。
次に、コントラスト値検出能力として被写体のボケ量(錯乱円の直径)を、仮に100[μm]まで可能とする。
被写界深度1Fδに関して定義すると、以下のようになる。
ビデオカメラの光学系では、Fナンバーが比較的明るい値に設定されているのが一般的である。ビデオカメラの光学系は、Fナンバーが、広角側でF=1.8、望遠側でもF=2.8程度で設計されている。
ここで、前提としてビデオの光学系に用いる撮像素子のピクセルサイズ(撮像素子の画素の1辺の長さ、つまり、画素ピッチ)を5[μm]とすると、許容最小錯乱円δは10[μm]となる。
次に、コントラスト値検出能力として被写体のボケ量(錯乱円の直径)を、仮に100[μm]まで可能とする。
被写界深度1Fδに関して定義すると、以下のようになる。
広角側: 1Fδ=1.8×10=18[μm]
望遠側: 1Fδ=2.8×10=28[μm]
コントラスト検知可能なボケ量である100[μm]は、δ=10[μm]の10倍であるため、光軸方向距離に置き換えると、
広角側: 18×10=180[μm]=10Fδ
望遠側: 28×10=280[μm]=10Fδ
となる。
しかし、撮像装置100では、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42により取得した色信号も撮像画像データの色情報として使用する。このため、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子に対し10Fδも離して、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42の撮像素子を配置すると、Lab合成しても色が滲んだ画像データしか取得できない。
望遠側: 1Fδ=2.8×10=28[μm]
コントラスト検知可能なボケ量である100[μm]は、δ=10[μm]の10倍であるため、光軸方向距離に置き換えると、
広角側: 18×10=180[μm]=10Fδ
望遠側: 28×10=280[μm]=10Fδ
となる。
しかし、撮像装置100では、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42により取得した色信号も撮像画像データの色情報として使用する。このため、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子に対し10Fδも離して、第1色信号取得用撮像部41および第2色信号取得用撮像部42の撮像素子を配置すると、Lab合成しても色が滲んだ画像データしか取得できない。
そこで、仮に画像形成(撮像画像データの生成)に問題の無い許容ボケ量を許容錯乱円の倍と設定すると、
(ボケ量)=10×2=20[μm」=2Fδ
となる。
従って、第1色信号取得用撮像部および第2色信号取得用撮像部の撮像素子は、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子に対し、光学距離で20[μm]=2Fδだけ前後(光軸方向の前後)にずらして配置すれば良いことになる。
≪フォーカスレンズ移動方向の検出限界について≫
次に、フォーカスレンズ移動方向の検出限界について、図9および図10を用いて説明する。
(ボケ量)=10×2=20[μm」=2Fδ
となる。
従って、第1色信号取得用撮像部および第2色信号取得用撮像部の撮像素子は、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子に対し、光学距離で20[μm]=2Fδだけ前後(光軸方向の前後)にずらして配置すれば良いことになる。
≪フォーカスレンズ移動方向の検出限界について≫
次に、フォーカスレンズ移動方向の検出限界について、図9および図10を用いて説明する。
図9および図10は、上述の説明を図示したものである。
図9は、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面にコントラストピークが来る位置にフォーカスレンズ2をセットした場合(輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面が合焦点である場合)を示している。なお、図9(a)は、光軸上の位置と補正第2色用コントラスト値との関係を示しており、図9(b)は、光軸上の位置と輝度用コントラスト値との関係を示しており、図9(c)は、光軸上の位置と補正第1色用コントラスト値との関係を示している。
図10は、撮像装置100の合焦点が輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面の位置(光軸上の位置)からずれている状態を示している。なお、図10(a)は、光軸上の位置と補正第2色用コントラスト値との関係を示しており、図10(b)は、光軸上の位置と輝度用コントラスト値との関係を示しており、図10(c)は、光軸上の位置と補正第1色用コントラスト値との関係を示している。
図9は、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面にコントラストピークが来る位置にフォーカスレンズ2をセットした場合(輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面が合焦点である場合)を示している。なお、図9(a)は、光軸上の位置と補正第2色用コントラスト値との関係を示しており、図9(b)は、光軸上の位置と輝度用コントラスト値との関係を示しており、図9(c)は、光軸上の位置と補正第1色用コントラスト値との関係を示している。
図10は、撮像装置100の合焦点が輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面の位置(光軸上の位置)からずれている状態を示している。なお、図10(a)は、光軸上の位置と補正第2色用コントラスト値との関係を示しており、図10(b)は、光軸上の位置と輝度用コントラスト値との関係を示しており、図10(c)は、光軸上の位置と補正第1色用コントラスト値との関係を示している。
図10では、第2色信号取得用撮像部42によるコントラスト値(補正第2色用コントラスト値)と輝度信号取得用撮像部40によるコントラスト値(輝度用コントラスト値)は、コントラスト値の検出限界値(図9における光軸上の位置が±10Fδのときのコントラスト値)以下になってしまい、これらだけではフォーカスレンズ移動方向を決定することができない。
しかし、第1色信号取得用撮像部によりコントラスト値(補正第1色用コントラスト値)は、コントラスト値の検出限界値より大きな値となっている。
従って、コントラストピークが図10の右方向にずれていることが検出でき、撮像装置100において、フォーカスレンズ2の駆動(移動)すべき方向を決定することができる。
しかし、第1色信号取得用撮像部によりコントラスト値(補正第1色用コントラスト値)は、コントラスト値の検出限界値より大きな値となっている。
従って、コントラストピークが図10の右方向にずれていることが検出でき、撮像装置100において、フォーカスレンズ2の駆動(移動)すべき方向を決定することができる。
つまり、撮像装置100におけるフォーカスレンズ移動方向の検出限界量は、
10Fδ+2Fδ=12Fδ
となる。すなわち、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面から合焦点が、光軸上の距離で12Fδに相当するずれ量以下であれば、撮像装置100においてフォーカスレンズ移動方向を決定することができる。
従って、撮像装置100のコントラスト検出能力が高ければ、上記の場合の10Fδをより大きな値とすることが可能となり、撮像装置100において、フォーカスレンズ移動方向を決定することができる範囲は広くなる。
次に、どの程度の焦点距離まで全てのフォーカス範囲でフォーカスレンズ移動方向を検出(決定)できるかを計算する。
10Fδ+2Fδ=12Fδ
となる。すなわち、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の撮像面から合焦点が、光軸上の距離で12Fδに相当するずれ量以下であれば、撮像装置100においてフォーカスレンズ移動方向を決定することができる。
従って、撮像装置100のコントラスト検出能力が高ければ、上記の場合の10Fδをより大きな値とすることが可能となり、撮像装置100において、フォーカスレンズ移動方向を決定することができる範囲は広くなる。
次に、どの程度の焦点距離まで全てのフォーカス範囲でフォーカスレンズ移動方向を検出(決定)できるかを計算する。
例えば、使用する撮影レンズの焦点距離をf5mm/F2.8(Fナンバー2.8のときの焦点距離が5[mm])〜f50mm/F2.8(Fナンバー2.8のときの焦点距離が50[mm])とし、最近接撮影可能距離を100[mm]としたとき、f5mm(広角)での無限から最近接におけるデフォーカス量(合焦点から許容最小錯乱円まで光が広がる点までの距離)は、約0.3[mm]となる。
Fナンバーが2.8であるため、δ(許容最小錯乱円の直径)を10[μm]と設定したとき、Fδに換算すると、
0.3[mm]/(2.8×10)[μm]=1.1Fδ
同様にf50mm(望遠)では、無限から最近接におけるデフォーカス量は約50[mm]となり、Fδに換算すると、
50[mm]/(2.8×10)[μm]=179Fδ
12Fδに対応できる焦点距離を逆算すると、
12×(2.8×10)=3.36[mm]
∴f=16.7[mm]
となる。
Fナンバーが2.8であるため、δ(許容最小錯乱円の直径)を10[μm]と設定したとき、Fδに換算すると、
0.3[mm]/(2.8×10)[μm]=1.1Fδ
同様にf50mm(望遠)では、無限から最近接におけるデフォーカス量は約50[mm]となり、Fδに換算すると、
50[mm]/(2.8×10)[μm]=179Fδ
12Fδに対応できる焦点距離を逆算すると、
12×(2.8×10)=3.36[mm]
∴f=16.7[mm]
となる。
従って、撮像装置100において、広角から16.7[mm]の焦点距離において、すぐにフォーカスレンズ移動方向を検知(決定)することが可能となり、速やかな合焦動作をすることが出来る。
また、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ共にカメラの電源を供給した時点では、ズームは広角側にセットすることが通常である。上記条件を満たす撮像装置100では、上記結果から、すぐにフォーカスレンズ移動方向を検知(決定)でき、合焦付近にフォーカスレンズ2を移動させることが出来る。つまり、撮像装置100では、望遠側においても、フォーカスレンズ2がすでに、合焦点近傍にあるため、上記計算のように179Fδものボケ量が発生していることは稀であり、望遠側でもすぐさまフォーカスレンズ移動方向の検知(決定)ができる確率は非常に高いことになる。
また、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ共にカメラの電源を供給した時点では、ズームは広角側にセットすることが通常である。上記条件を満たす撮像装置100では、上記結果から、すぐにフォーカスレンズ移動方向を検知(決定)でき、合焦付近にフォーカスレンズ2を移動させることが出来る。つまり、撮像装置100では、望遠側においても、フォーカスレンズ2がすでに、合焦点近傍にあるため、上記計算のように179Fδものボケ量が発生していることは稀であり、望遠側でもすぐさまフォーカスレンズ移動方向の検知(決定)ができる確率は非常に高いことになる。
以上により、撮像装置100では、取得される画像(映像)がぼけることなく、かつ、高精度で高速なオートフォーカス機能を実現することができる。
[他の実施形態]
上記実施形態では、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子、および第1色信号取得用撮像部41の撮像素子は、同じスペックの撮像素子(つまり、画素数、サイズ等が同じ。)ものであることを前提に説明しているが、これに限定されることはなく、例えば、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の画素数より画素数の少ない撮像素子を第1色信号取得用撮像部41の撮像素子、および第1色信号取得用撮像部41の撮像素子として用いるようにしてもよい。上記でも説明した通り、色情報に対する人間の視覚特性上の感度が、輝度情報に比べて低いため、このように、色信号取得用撮像部の撮像素子のスペックを落としても問題ない画像(映像)を撮像装置において取得することができる。これにより、撮像装置のコストを低減することができるという効果がある。
[他の実施形態]
上記実施形態では、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子、第1色信号取得用撮像部41の撮像素子、および第1色信号取得用撮像部41の撮像素子は、同じスペックの撮像素子(つまり、画素数、サイズ等が同じ。)ものであることを前提に説明しているが、これに限定されることはなく、例えば、輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の画素数より画素数の少ない撮像素子を第1色信号取得用撮像部41の撮像素子、および第1色信号取得用撮像部41の撮像素子として用いるようにしてもよい。上記でも説明した通り、色情報に対する人間の視覚特性上の感度が、輝度情報に比べて低いため、このように、色信号取得用撮像部の撮像素子のスペックを落としても問題ない画像(映像)を撮像装置において取得することができる。これにより、撮像装置のコストを低減することができるという効果がある。
また、色信号取得用撮像部の撮像素子の画素の大きさを輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の画素の大きさをよりも大きく(あるいは輝度信号取得用撮像部40の撮像素子の画素のサイズと同サイズの複数画素により色信号を取得)するようにしてもよい。これにより、色信号の解像度は落ちるが、カラーフィルタでの光損失分を補うことができ、コントラスト検出時の電荷量不足を補うことができる。
また、上記実施形態で説明した撮像装置において、各ブロックは、LSIなどの半導体装置により個別に1チップ化されても良いし、一部又は全部を含むように1チップ化されても良い。
なお、ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
また、上記実施形態で説明した撮像装置において、各ブロックは、LSIなどの半導体装置により個別に1チップ化されても良いし、一部又は全部を含むように1チップ化されても良い。
なお、ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアにより実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェアにより実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。
なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。
本発明に係る撮像装置、フォーカス制御方法、プログラムおよび集積回路では、高精度で高速なオートフォーカス機能を提供することできる。このため、本発明に撮像装置、フォーカス制御方法、プログラムおよび集積回路は、従来のオートフォーカス機能を用いたコンパクトデジタルカメラのレリーズタイムラグを短くすることだけでなく、デジタルビデオカメラにおいても、スピーディーな合焦を可能とする。
Claims (14)
- 被写体からの光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのフォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する光分離部と、
前記集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する第1色信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する輝度信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する第2色信号取得用撮像部と、
前記第1色信号取得用撮像部により取得された前記第1色信号から前記第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求め、前記輝度信号取得用撮像部により取得された前記輝度信号から前記輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求め、前記第2色信号取得用撮像部により取得された前記第2色信号から前記第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求め、前記第1色用コントラスト値、前記輝度用コントラスト値および前記第2色光用コントラスト値に基づいて、前記フォーカスレンズの位置を調整するフォーカス制御部と、
を備える撮像装置。 - 前記フォーカス制御部は、前記輝度用コントラスト値がピーク値となるように、前記フォーカスレンズの位置を調整する、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1色信号取得用撮像部は、前記第1色用撮像素子の撮像素子面上に設置されている第1色用カラーフィルタを有し、
前記第2色信号取得用撮像部は、前記第2色用撮像素子の撮像素子面上に設置されている第2色用カラーフィルタを有し、
前記輝度信号取得用撮像部は、撮像素子面上にカラーフィルタが設置されていない前記輝度信号用撮像素子を有する、
請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記第1色用撮像素子、前記輝度用撮像素子、および前記第2色用撮像素子は、前記第1の光路長をLC1とし、前記第2の光路長をLYとし、前記第3の光路張をLC2としたとき、
LC1<LY<LC2
または
LC2<LY<LC1
の関係を満たす位置に、それぞれ、配置されている、
請求項1から3のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記輝度用撮像素子は、画素数が第1の数であり、
前記第1色用撮像素子は、画素数が前記第1の数以下の第2の数であり、
前記第2色用撮像素子は、画素数が前記第1の数以下の第3の数である、
請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記フォーカス制御部は、
前記第1色用コントラスト値を検出する第1色用コントラスト検出部と、
前記輝度用コントラスト値を検出する輝度用コントラスト検出部と、
前記第2色用コントラスト値を検出する第2色用コントラスト検出部と、
前記第1色用コントラスト値、前記輝度用コントラスト値および前記第2色光用コントラスト値に基づいて、前記フォーカスレンズを駆動する駆動量および前記フォーカスレンズの駆動方向を決定するフォーカスレンズ駆動量決定部と、
前記駆動量に基づいて、前記駆動方向に前記フォーカスレンズを駆動するフォーカスレンズ駆動部と、
を有する、
請求項1から5のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記フォーカスレンズ駆動量決定部は、前記第1色用コントラスト値に第1オフセット値を加えた補正第1色用コントラスト値と、前記第2色用コントラスト値に第2オフセット値を加えた補正第2色用コントラスト値と、前記輝度用コントラスト値と、に基づいて、前記フォーカスレンズを駆動する駆動量および前記フォーカスレンズの駆動方向を決定する、
請求項6に記載の撮像装置。 - 前記集光レンズが同一被写体からの光を集光している場合において、
前記補正第1色用コントラスト値の最大値と、前記補正第2色用コントラスト値の最大値と、前記輝度用コントラスト値と、が略同一値となるように、前記第1オフセット値および前記第2オフセット値が設定されている、
請求項7に記載の撮像装置。 - 前記第1色信号、前記第2色信号および前記輝度信号に対して、Lab変換を施すことで、前記第1色信号および前記第2色信号からa成分信号およびb成分信号を、前記輝度信号からL成分信号を、それぞれ、生成するLab変換部と、
前記L成分信号、前記a成分信号および前記b成分信号から撮像画像データを生成する画像データ生成部と、
をさらに備える、
請求項1から8のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記第1色用撮像素子および前記第2色用撮像素子は、前記輝度用撮像素子の前記集光レンズからの光学距離に対し、光軸方向前後1〜4Fδ内の位置に配置されている、
請求項1から9のいずれかに記載の撮像装置。 - 被写体からの光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのフォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する光分離部と、
前記集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する第1色信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する輝度信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるフォーカス制御方法であって、
前記第1色信号取得用撮像部により取得された前記第1色信号から前記第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求め、
前記輝度信号取得用撮像部により取得された前記輝度信号から前記輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求め、
前記第2色信号取得用撮像部により取得された前記第2色信号から前記第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求め、
前記第1色用コントラスト値、前記輝度用コントラスト値および前記第2色光用コントラスト値に基づいて、前記フォーカスレンズの位置を調整する、
フォーカス制御方法。 - 被写体からの光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのフォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する光分離部と、
前記集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する第1色信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する輝度信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する第2色信号取得用撮像部と、を備える撮像装置に用いられるプログラムであって、
前記第1色信号取得用撮像部により取得された前記第1色信号から前記第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求め、
前記輝度信号取得用撮像部により取得された前記輝度信号から前記輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求め、
前記第2色信号取得用撮像部により取得された前記第2色信号から前記第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求め、
前記第1色用コントラスト値、前記輝度用コントラスト値および前記第2色光用コントラスト値に基づいて、前記フォーカスレンズの位置を調整する、
フォーカス制御方法をコンピュータに実行させるプログラム。 - 被写体からの光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのフォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する光分離部と、を備える撮像装置に用いられる集積回路であって、
前記集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する第1色信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する輝度信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する第2色信号取得用撮像部と、
前記第1色信号取得用撮像部により取得された前記第1色信号から前記第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求め、前記輝度信号取得用撮像部により取得された前記輝度信号から前記輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求め、前記第2色信号取得用撮像部により取得された前記第2色信号から前記第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求め、前記第1色用コントラスト値、前記輝度用コントラスト値および前記第2色光用コントラスト値に基づいて、前記フォーカスレンズの位置を調整するフォーカス制御部と、
を備える集積回路。 - 被写体からの光を集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光された光のフォーカス位置を調整するためのフォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズを通過した光を、少なくとも3つの経路に分離する光分離部と、
前記集光レンズからの距離が第1の光路長となる位置に配置された第1色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第1色信号として取得する第1色信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第2の光路長となる位置に配置された輝度用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により輝度信号として取得する輝度信号取得用撮像部と、
前記集光レンズからの距離が第3の光路長となる位置に配置された第2色用撮像素子を有し、前記光分離部により分離された光を光電変換により第2色信号として取得する第2色信号取得用撮像部と、を備える集積回路であって、
前記第1色信号取得用撮像部により取得された前記第1色信号から前記第1色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第1色用コントラスト値を求め、前記輝度信号取得用撮像部により取得された前記輝度信号から前記輝度用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する輝度用コントラスト値を求め、前記第2色信号取得用撮像部により取得された前記第2色信号から前記第2色用撮像素子に入射された光のコントラスト値に対応する第2色用コントラスト値を求め、前記第1色用コントラスト値、前記輝度用コントラスト値および前記第2色光用コントラスト値に基づいて、前記フォーカスレンズの位置を調整するフォーカス制御部を、
を備える集積回路。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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- 2007-10-09 JP JP2007263017A patent/JP2009092909A/ja active Pending
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