JP2012003087A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子のどの位置に被写体が結像していたとしても、常に適切なＡＦ動作を行うことが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の撮像装置は、被写体像を形成する結像光学系と、被写体像を光電変換する複数の画素を含む撮像素子と、複数の焦点検出用画素から得られる複数の焦点検出用信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部と、複数の焦点検出用画素以外の画素から出力される画素信号に含まれる高周波成分量を検出する高周波成分量検出部と、被写体像における注目被写体を含む領域が撮像素子の分割ブロックのどの位置に存在するかを検出した検出結果に応じ、デフォーカス量または高周波成分量のどちらに応じて結像光学系を駆動させるかを判定する領域判定部と、領域判定部の判定結果に応じて結像光学系を駆動することにより合焦状態とするフォーカス部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、ＡＦ（オートフォーカス）機能を有する撮像装置に関するものである。

デジタルカメラ等の撮像装置においては、撮像素子から出力される画素信号に応じて焦点検出を行う技術が提案されている。具体的には、結像光学系を通過した光束を受光して画素信号を出力する撮影用の画素群と、該結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束のみを受光して画素信号を出力する焦点検出用の複数の画素群と、をそれぞれ撮像素子に設けた構成において、該焦点検出用の複数の画素群から出力される画素信号の位相差に応じて焦点検出を行う、位相差検出方式と呼称される焦点検出手法が提案されている。また、前記撮影用の画素群から出力される信号成分に含まれる高周波成分量の多寡に応じて焦点検出を行う、コントラスト検出方式と呼称される焦点検出手法も近年用いられるようになってきている。

例えば特許文献１には、撮像素子の撮像領域に対するＡＦ動作をライブビュー時に行う撮像装置であって、位相差検出方式により得られた合焦位置に応じて位相差ＡＦを行った結果と、前記撮像装置に設けられたフォーカスレンズの位置の情報と、を利用して、前記撮像領域中に設定されたＡＦ枠内の画像に対し、コントラスト検出方式により得られた合焦位置に応じたコントラストＡＦを行う技術が開示されている。

ところで、結像している被写体が撮像素子の周縁部に存在する場合には、位相差ＡＦにおける焦点検出用の光束を受光する際に、ケラレが発生してしまう場合があると考えられる。

一方、特許文献１に開示された技術によれば、最初に位相差ＡＦを行ってからコントラストＡＦを行うようにしている。そのため、特許文献１に開示された技術によれば、例えば、結像している被写体が撮像素子の周縁部に存在する場合には、焦点検出用の複数の画素群から出力される画素信号間の対称性がケラレにより失われてしまうため、位相差検出方式による正しいデフォーカス量を求められず、結果的に、適切なＡＦ動作を行うことができない可能性がある、という課題が生じている。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、撮像素子のどの位置に被写体が結像していたとしても、常に適切なＡＦ動作を行うことが可能な撮像装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、被写体像を形成する結像光学系と、前記被写体像を光電変換する複数の画素を含む撮像素子と、前記結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する複数の焦点検出用画素から得られる複数の焦点検出用信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部と、前記複数の焦点検出用画素以外の画素から出力される画素信号に含まれる高周波成分量を検出する高周波成分量検出部と、前記被写体像における注目被写体を含む領域が前記撮像素子の分割ブロックのどの位置に存在するかを検出した検出結果に応じ、前記デフォーカス量または前記高周波成分量のどちらに応じて前記結像光学系を駆動させるかを判定する領域判定部と、前記領域判定部の判定結果に応じて前記結像光学系を駆動することにより合焦状態とするフォーカス部と、を有する撮像装置を提供することができる。

本発明の一態様において、前記領域判定部は、前記注目被写体を含む領域が前記撮像素子の中央部の分割ブロックに存在する場合には、前記デフォーカス量に応じて前記結像光学系を駆動させ、前記注目被写体を含む領域が前記撮像素子の周縁部の分割ブロックに存在する場合には、前記高周波成分量に応じて前記結像光学系を駆動させることが好ましい。

本発明の一態様において、前記領域判定部は、前記注目被写体を含む領域全体が前記撮像素子の中央部の分割ブロックに存在する場合には、前記デフォーカス量に応じて前記結像光学系を駆動させ、前記注目被写体を含む領域の少なくとも一部が前記撮像素子の周縁部の分割ブロックに存在する場合には、前記高周波成分量に応じて前記結像光学系を駆動させることが好ましい。

本発明の一態様において、前記注目被写体を含む領域は、前記注目被写体の位置を追尾する追尾枠により設定される領域であることが好ましい。

本発明の一態様において、前記注目被写体は、予め設定された所定の被写体であることが好ましい。

本発明における撮像装置によれば、撮像素子のどの位置に被写体が結像していたとしても、常に適切なＡＦ動作を行うことが可能である。

本発明の実施例に係る撮像装置の要部を示す構成図。 焦点検出用の画素群の画素配列を説明するための模式図。 撮像素子の撮像面に１６個の分割ブロックを設定した場合の一例を示す図。 位相差ＡＦまたはコントラストＡＦのどちらのＡＦ方式を選択するかを決定する際に用いられる情報の一例を示す図。 位相差ＡＦが選択される場合の一例を示す図。 コントラストＡＦが選択される場合の一例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。

まず、図１に基づき、本実施例に係わる撮像装置の構成を説明する。図１は、本実施例に係わる撮像装置の構成を示す構成図である。

撮像装置１は、撮像素子１１と、ＡＦ評価値演算ブロック１２１ａと、デフォーカス量演算ブロック１２１ｂと、セレクタ１２２ａ及び１２２ｂと、コントラストＡＦ制御部１２３ａと、位相差ＡＦ制御部１２３ｂと、動きベクトル算出部１３と、領域判定回路１４と、セレクタ１５と、レンズ駆動回路１８と、被写体像を形成する結像光学系１９と、を含んで構成されている。例えば、撮像装置１は、ＡＦ機能を有するデジタルカメラ等であり、対物光学系である結像光学系１９を介して受光した被写体像が撮像素子１１上で結像し、撮像素子１１からの撮像信号が図示しない画像処理部により画像処理され、画像データが図示しない記録媒体等に記録される。

撮像素子１１は、結像光学系１９により結像された被写体像を光電変換する複数の画素としての、撮影用の画素と焦点検出用の画素とを含んで構成されている。また、撮像素子１１は、図示しない撮像素子駆動回路によって駆動され、動画の映像信号をＡＦ評価値演算ブロック１２１ａと、デフォーカス量演算ブロック１２１ｂと、動きベクトル算出部１３と、に対してそれぞれ出力する。

ここで、被写体の同一の点からの光は、結像光学系１９の異なる２つの瞳領域Ａ，Ｂからの光束として、撮像素子１１に配置された複数の焦点検出用の画素群により受光される。また、焦点検出用の画素群毎に、複数の画素対が設けられている。そして、画素対における一方の画素が瞳領域Ａからの光束を受光し、画素対における他方の画素が瞳領域Ｂからの光束を受光するように、各画素に対応するマイクロレンズあるいは遮光マスクが、撮像素子１１に設けられている。

図２は、撮像素子１１の撮像面に設けられた焦点検出用の画素群の画素配列を説明するための模式図である。

本実施例における焦点検出用の画素群１１ｂは、例えば図２に示すように、水平方向２８画素×垂直方向１１画素からなる分割ブロック内に、結像光学系１９の瞳領域Ａを通過した光束を光電変換する２５個の縦縞の焦点検出用の画素ｄａと、結像光学系１９の瞳領域Ｂを通過した光束を光電変換する２５個の横縞の焦点検出用の画素ｄｂと、をそれぞれ離散的に配置した構成となっている。換言すると、本実施例における焦点検出用の画素群は、図２に示すように、結像光学系１９の瞳領域Ａを通過した光束を光電変換する５個の画素ｄａと、結像光学系１９の瞳領域Ｂを通過した光束を光電変換する画素ｄｂと、をそれぞれ離散的に配置した行ｆｄを５つ設けて構成されている。なお、焦点検出用の画素ｄａ及びｄｂは、撮影用の画素として使用することができない。そのため、焦点検出用の画素ｄａ及びｄｂの位置の画素については、周囲の撮影用の画素から補間画素を生成する前処理を行うことにより、撮影用の画像信号が生成される。

撮像素子１１の撮像面には、以上に述べたような画素配列を有する焦点検出用の画素群が複数かつ離散的に設けられている。

ここで、本実施例においては、図３に示すように、マトリックス状に配置されたＰ×Ｑ個の画素からなる撮像素子１１の撮像面１１ａにおいて、Ｐ×Ｑ個の画素を１６個に分割した分割ブロックを設定した場合について主に説明する。なお、この分割ブロックとは、Ｐ×Ｑ個の画素を分割して処理するために、仮想的に分割設定された領域である。また、それぞれの分割ブロックの中には、焦点検出用の画素群が含まれるものとする。

図１に戻り、ＡＦ評価値演算ブロック１２１ａは、撮像面１１ａの周縁部に設定されたｍ個の分割ブロックに一対一に対応する、ｍ個のＡＦ評価値算出部Ａ１〜Ａｍを有して構成されている。また、デフォーカス量演算ブロック１２１ｂは、撮像面１１ａの中央部に設定されたｎ個の分割ブロックに一対一に対応する、ｎ個のデフォーカス量算出部Ｄ１〜Ｄｎを有して構成されている。具体的には、例えば図３に示すように、撮像面１１ａにＰ×Ｑ個の画素を１６個に分割した分割ブロックが設定されている場合には、ｍ＝１２及びｎ＝４となる。

ＡＦ評価値算出部Ａ１〜Ａｍは、ｍ個の分割ブロックにおける焦点検出用の画素ｄａ及びｄｂ以外の画素から出力される画素信号に含まれる高周波成分量を検出し、所定の１つの分割ブロックから得られた高周波成分量のみを抽出してＡＦ評価値を算出することができるようにそれぞれ構成されている。すなわち、ＡＦ評価値算出部Ａ１〜Ａｍは、高周波成分量検出部としての機能を具備してそれぞれ構成されている。

そのため、例えば図３に示すように、撮像面１１ａの周縁部に１２個の分割ブロックが設定されている場合には、ＡＦ評価値算出部Ａ１〜Ａ１２により、１２個のＡＦ評価値が分割ブロック毎に個別に算出される。

デフォーカス量算出部Ｄ１〜Ｄｎは、ｎ個の分割ブロックにおける焦点検出用の画素ｄａ及びｄｂから出力される各画素信号のうち、所定の１つの分割ブロックに含まれる画素ｄａ及びｄｂから出力された画素信号を瞳領域Ａ及びＢに対応する画素信号として分離し、分離後の画素信号の位相差に基づいて相関演算を行い、該相関演算の演算結果を用いてデフォーカス量を算出することができるようにそれぞれ構成されている。

そのため、例えば図３に示すように、撮像面１１ａの中央部に４個の分割ブロックが設定されている場合には、デフォーカス量算出部Ｄ１〜Ｄ４により、４個のデフォーカス量が分割ブロック毎に個別に算出される。

ＡＦ評価値算出部Ａ１〜Ａｍにより得られたＡＦ評価値の算出結果は、セレクタ１２２ａにそれぞれ出力される。また、デフォーカス量算出部Ｄ１〜Ｄｎにより得られたデフォーカス量の算出結果は、セレクタ１２２ｂにそれぞれ出力される。

一方、動きベクトル算出部１３は、撮像素子１１から出力される映像信号に基づき、予め取得されたテンプレート画像情報を用いたテンプレートマッチング処理を行うことにより、複数フレーム間において該テンプレート画像内の被写体がどの方向へどの程度移動したかを示すベクトル量としての動きベクトルを算出する。

なお、前述のテンプレート画像情報の具体的な取得方法としては、例えば以下のようなものが考えられる。

まず、デジタルカメラの液晶画面等の表示部に追尾ＡＦ用の追尾枠を表示させ、該追尾枠の内部領域に注目被写体が入るように該追尾枠を移動した後、レリーズボタンを半押しする（または追尾枠設定ボタンを押下する）、という一連の操作を撮影者が行うことにより、テンプレート画像取得領域が設定される。そして、このテンプレート画像取得領域に相当する分割ブロックから読み出した撮像信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号に対する画像処理を施すことにより、追尾枠の内部領域に含まれる画像をテンプレート画像情報として取得することができる。

また、前述の動きベクトルを算出する際の具体的な処理内容としては、例えば以下のようなものが考えられる。

まず、動きベクトル算出部１３は、追尾枠の内部領域及び周辺領域に相当する分割ブロックから読み出した映像信号に基づく画像と、予め取得されたテンプレート画像情報と、の間における色情報及び輝度値がどの程度一致しているかを示す評価値を取得する。そして、動きベクトル算出部１３は、追尾枠の中心座標を始点とし、前記評価値が最も高い領域の中心座標を終点とするベクトルを動きベクトルとして算出する。さらに、この動きベクトルの算出結果に応じ、注目被写体の位置を追尾するように、追尾ＡＦ用の追尾枠の位置が随時更新される。

領域判定回路１４は、例えば図４に模式的に示すようなＡＦ方式選択情報を保持している。このＡＦ方式選択情報は、撮像面１１ａにおいて設定された各分割ブロックのうちのどこに追尾枠が存在するかに応じて、位相差ＡＦまたはコントラストＡＦのどちらのＡＦ方式を選択するかを決定するための情報として用いられる。

具体的には、前述のＡＦ方式選択情報には、図４のドット模様の部分に相当する領域としての撮像面１１ａの中央部の分割ブロックにおいては位相差ＡＦを選択し、図４の斜線模様の部分に相当する領域としての撮像面１１ａの周縁部の分割ブロックにおいてはコントラストＡＦを選択する、という情報が含まれている。

領域判定回路１４は、動きベクトル算出部１３の動きベクトルの算出結果に基づいて現在の追尾枠の位置を検出し、この検出結果をセレクタ１２２ａ及びセレクタ１２２ｂに対して出力する。セレクタ１２２ａは、ＡＦ評価値演算ブロック１２１ａから出力される各ＡＦ評価値の中から、領域判定回路１４から出力される検出結果に応じた１つのＡＦ評価値、すなわち、現在の追尾枠の位置に相当する分割ブロックのＡＦ評価値を選択してコントラストＡＦ制御部１２３ａへ出力する。また、セレクタ１２２ｂは、デフォーカス量演算ブロック１２１ｂから出力される各デフォーカス量の中から、領域判定回路１４から出力される検出結果に応じた１つのデフォーカス量、すなわち、現在の追尾枠の位置に相当する分割ブロックのデフォーカス量を選択して位相差ＡＦ制御部１２３ｂに対して出力する。

コントラストＡＦ制御部１２３ａは、セレクタ１２２ａから出力されるＡＦ評価値に基づき、いわゆる山登り法を用いたＡＦ動作を行うことにより合焦状態とするための駆動制御信号を生成してセレクタ１５へ出力する。また、位相差ＡＦ制御部１２３ｂは、セレクタ１２２ｂから出力されるデフォーカス量に基づき、該デフォーカス量に応じたＡＦ動作を行うことにより合焦状態とするための駆動制御信号を生成してセレクタ１５へ出力する。

一方、領域判定回路１４は、現在の追尾枠の位置の検出結果と前述のＡＦ方式選択情報とを照合する。そして、領域判定回路１４は、例えば図５に示すように、追尾枠全体（追尾枠及び追尾枠の内部領域）が撮像面１１ａの中央部の分割ブロックに存在していることを検出した場合には、位相差ＡＦに応じたＡＦ動作が行われるように、セレクタ１５に対して制御を行う。また、領域判定回路１４は、例えば図６に示すように、追尾枠または追尾枠の内部領域の少なくとも一部が撮像面１１ａの周縁部の分割ブロックに存在していることを検出した場合には、コントラストＡＦに応じたＡＦ動作が行われるように、セレクタ１５に対して制御を行う。

換言すると、領域判定回路１４は、現在の追尾枠の位置の検出結果に応じ、デフォーカス量演算ブロック１２１ｂにより算出されたデフォーカス量、または、ＡＦ評価値演算ブロック１２１ａにより検出された高周波成分量のどちらに応じて結像光学系１９を駆動させるかを判定する。

なお、前述のＡＦ方式選択情報として模式的に示される分割ブロックにおいて、位相差ＡＦまたはコントラストＡＦのいずれかを選択する際の基準となる境界は、結像光学系及び焦点検出画素の特性に基づいて予め設定されるものであってもよく、または、ユーザにより適宜設定されるものであってもよい。

セレクタ１５は、領域判定回路１４の制御に基づき、位相差ＡＦに応じたＡＦ動作を行う場合には、位相差ＡＦ制御部１２３ｂから出力される駆動制御信号をレンズ駆動回路１８へ出力させるとともに、コントラストＡＦ制御部１２３ａから出力される駆動制御信号を遮断する。

セレクタ１５は、領域判定回路１４の制御に基づき、コントラストＡＦに応じたＡＦ動作を行う場合には、コントラストＡＦ制御部１２３ａから出力される駆動制御信号をレンズ駆動回路１８へ出力させるとともに、位相差ＡＦ制御部１２３ｂから出力される駆動制御信号を遮断する。

そして、位相差ＡＦ制御部１２３ｂからセレクタ１５を経て出力される駆動制御信号に応じてレンズ駆動回路１８が結像光学系１９を駆動することにより、位相差ＡＦ機能が実現される。また、コントラストＡＦ制御部１２３ａからセレクタ１５を経て出力される駆動制御信号に応じてレンズ駆動回路１８が結像光学系１９を駆動することにより、コントラストＡＦ機能が実現される。換言すると、レンズ駆動回路１８は、領域判定回路１４の判定結果に応じて結像光学系１９を駆動するフォーカス部としての機能を具備している。

なお、本実施例においては、前述した構成に限らず、例えば、撮像素子１１の撮像面１１ａに設けられた各画素から出力される画素信号を領域判定回路１４の制御に応じてゲートすることにより、現在の追尾枠の位置に相当する分割ブロックから出力された画素信号のみを、ＡＦ評価値演算ブロック１２１ａ及びデフォーカス量演算ブロック１２１ｂへ出力させるような構成を有していてもよい。そして、このような構成によれば、ＡＦ評価値演算ブロック１２１ａのＡＦ評価値算出部、及び、デフォーカス量演算ブロック１２１ｂのデフォーカス量算出部の数をそれぞれ１つにすることができる。

また、本実施例においては、前述した構成に限らず、例えば、撮像面１１ａの全域に設定された（ｍ＋ｎ）個の分割ブロックに一対一に対応する、（ｍ＋ｎ）個のＡＦ評価値算出部Ａ１〜Ａ（ｍ＋ｎ）を有してＡＦ評価値演算ブロック１２１ａが構成されるものであってもよい。そして、このような構成に適合するように領域判定回路１４及びセレクタ１５を動作させることにより、撮像面１１ａの中央部の分割ブロックに追尾枠が存在している場合に、位相差ＡＦまたはコントラストＡＦのうち、より好適な合焦状態とすることが可能な一方のＡＦ方式を選択させることができる。

また、本実施例においては、前述した構成に限らず、例えば、人間の顔または花等の所定の被写体が領域判定回路１４において予め設定されるとともに、該所定の被写体を含む領域が撮像面１１ａのどの分割ブロックに存在しているかを検出するように領域判定回路１４が構成されるものであってもよい。そして、このような構成によれば、動きベクトル算出部１３による動きベクトルの算出結果が得られずとも、セレクタ１２２ａ、セレクタ１２２ｂ及びセレクタ１５に対し、前述したものと略同様の動作制御を行うことができる。

以上に述べたように、本実施例によれば、被写体が撮像素子の中央部に結像している場合においては位相差ＡＦを選択し、かつ、被写体が撮像素子の周縁部に結像している場合にはコントラストＡＦを選択するようにしている。従って、本実施例によれば、撮像素子のどの位置に被写体が結像していたとしても、常に適切なＡＦ動作を行うことができる。

なお、本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

１ 撮像装置
１１ 撮像素子
１１ａ 撮像面
１１ｂ 画素群
１３ 動きベクトル算出部
１４ 領域判定回路
１５，１２２ａ，１２２ｂ セレクタ
１８ レンズ駆動回路
１９ 結像光学系
１２１ａ ＡＦ評価値演算ブロック
１２１ｂ デフォーカス量演算ブロック
１２３ａ コントラストＡＦ制御部
１２３ｂ 位相差ＡＦ制御部

特開２００９−２４４４２９号公報

Claims (5)

1. 被写体像を形成する結像光学系と、
   前記被写体像を光電変換する複数の画素を含む撮像素子と、
   前記結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する複数の焦点検出用画素から得られる複数の焦点検出用信号の位相差に基づいて、デフォーカス量を算出するデフォーカス量算出部と、
   前記複数の焦点検出用画素以外の画素から出力される画素信号に含まれる高周波成分量を検出する高周波成分量検出部と、
   前記被写体像における注目被写体を含む領域が前記撮像素子の分割ブロックのどの位置に存在するかを検出した検出結果に応じ、前記デフォーカス量または前記高周波成分量のどちらに応じて前記結像光学系を駆動させるかを判定する領域判定部と、
   前記領域判定部の判定結果に応じて前記結像光学系を駆動することにより合焦状態とするフォーカス部と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記領域判定部は、前記注目被写体を含む領域が前記撮像素子の中央部の分割ブロックに存在する場合には、前記デフォーカス量に応じて前記結像光学系を駆動させ、前記注目被写体を含む領域が前記撮像素子の周縁部の分割ブロックに存在する場合には、前記高周波成分量に応じて前記結像光学系を駆動させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記領域判定部は、前記注目被写体を含む領域全体が前記撮像素子の中央部の分割ブロックに存在する場合には、前記デフォーカス量に応じて前記結像光学系を駆動させ、前記注目被写体を含む領域の少なくとも一部が前記撮像素子の周縁部の分割ブロックに存在する場合には、前記高周波成分量に応じて前記結像光学系を駆動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記注目被写体を含む領域は、前記注目被写体の位置を追尾する追尾枠により設定される領域であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
5. 前記注目被写体は、予め設定された所定の被写体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。

Images