JP6457776B2 - 撮像装置および撮像装置の制御方法 - Google Patents

撮像装置および撮像装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、撮像素子上に形成された位相差検出画素を用いて撮影被写体の位置を測距することにより、高速、高精度にオートフォーカスを行うことが可能な撮像装置および撮像装置の制御方法に関する。
デジタルカメラの高機能化には目を見張るものがあり、性能も日々進歩している。様々な機能により、撮影者の技量によらず品質の高い写真が撮影できるようになってきている。オートフォーカスもそれら機能の1つであり、動きのある被写体を的確に撮影するためには、被写体の位置を正確に測距し、測距した情報に基づいて被写***置を予測し、レンズを駆動する必要がある。
オートフォーカスの方式は大別するとアクティブ方式とパッシブ方式に分類することができる。アクティブ方式はカメラから被写体に赤外線など照射して、被写体により反射された信号により被写体までの距離を測定する方式である。この方式は一部のデジタルビデオカメラなどに用いられているが、レンズ交換式デジタルカメラなどで使用されることは少ない。一方、パッシブ方式は撮像レンズを通ってきた光束に基づいて測距を行う方式であり、コントラスト方式と位相差方式に分けられる。
コントラスト方式(以下、コントラストAF)はコンパクトデジタルカメラやレンズ交換式デジタルカメラに広く用いられ、フォーカスレンズの位置を光軸に方向に移動させながら、撮像素子から画像信号を読み出し、フレーム毎に画像信号からコントラスト値(AF評価値)を算出し、コントラスト値の最大値を探索し、最大値が得られるフォーカスレンズ位置を合焦位置とする方式である。
位相差方式は撮像レンズの瞳を一対の領域に分割して、分割された瞳領域を通過する光束が形成する一対の像の相対的な位置変化を検出することによって、合焦位置を検出方式である。この位相差方式は、専用の検出ユニットを備える方式(以下、専用ユニット方式)と(特許文献1、2参照)、撮像素子を製造する過程で撮像素子上に位相差を検出する画素を形成する方式(以下、撮像面位相差方式)とがある(特許文献3、4)。位相差方式は、レンズ交換式デジタルカメラに多く用いられている。
コントラスト方式は合焦位置を検出するのにレンズ位置を変えながら異なるタイミングで撮影した画像が必要なのに対し、位相差方式は1回の露光から取得した画像データから合焦位置を検出することが可能である。このため、動きのある被写体を撮影するのには位相差方式が適している。また、位相差方式の専用ユニット方式ではカメラ内部に専用の検出ユニットを備える必要があるため、この方式はカメラ本体が大きく重くなる。このため、動きのある被写体を的確に撮影ことができ、かつ小型、軽量なカメラ本体に適した方式は撮像面位相差方式となる。
特開平8−211284号公報 特開平7−110435号公報 特開2008−134413号公報 特開2008−147821号公報
撮像面位相差方式では位相検出画素を撮像素子上に形成する。すなわち、撮像画素の代わりに位相差検出画素を形成することになるため、撮像素子上、密に位相差検出画素を配置すると撮影画像の画質劣化が著しくなり、デジタルカメラに使用するには不適切となる。したがって撮影画像への影響をなるべく小さくするためには撮像素子上に形成する位相差検出画素は粗かつ離散的に配置するほうが望ましい。
しかし、位相差検出画素を撮像素子上に離散的に配置すると、細かなパターンの被写体や、被写体の移動など撮像面上での被写体の微小変化時の測距ばらつきよる(左右開口の光量差など)AF精度の低下が発生する。このため、特に動きのある被写体をコンティニュアスAF(以下、C−AFと略称する)で測距する場合、測距ばらつきにより動体予測演算結果にもばらつき(誤差)が生じるため、撮影される画像の合焦精度が低下してしまう。そこで測距1回ごとのばらつきを抑制することにより、C−AFによる撮影される画像の合焦精度が低下するのを防止することが望まれる。
この合焦精度の低下について、図9を用いて説明する。図9は撮影時の被写***置と測距結果を示している。図9(a)は被写体が無限側から至近側に向かって動いていることを示している。すなわち、画像1は、時刻T1における被写体像を示し、画像2は時刻T2における被写体像を示している。被写体像は、無限側から至近側に向かって動いていることから、次第に大きくなる。画像1、2中の3×3の枠1a、2aは、それぞれのAFエリアを示している。それぞれのAFエリアにおいて、デフォーカス量を検出して被写体の合焦位置を算出する。
図9(b)は、横軸に被写***置をとり、縦軸に検出されたデフォーカス量に基づいて算出された合焦時のレンズ位置を示す。図から分かるように、被写体が無限側にある場合にはレンズの合焦位置を示す値が小さく、被写体が至近に近づくに従って大きくなり、最至近で最大となる。図9(b)に示す例では、被写***置L1、L2、L3において、レンズ位置が他の位置から大きくずれており、これは測距ばらつきに起因している。この測距ばらつきは、位相差検出画素を撮像素子上に配置する際の配置方法、被写体のパターン、被写体の位置などによって発生する。これらのデータに基づいて動体予測を行う際に測距ばらつきがあると、ばらつきの影響により予測精度が低下し、合焦精度が低下する。
前述の特許文献1では、AF専用ユニットを用いたオートフォーカス方式において、被写体の複数の部分について焦点検出を行い、求めた複数の像ずれ量の検出結果から被写体の奥行きの存在を配慮して焦点検出結果の表示もしくは撮影レンズの駆動を行っている。この特許文献1には、光電出力を複数部分に分割することにより複数の像ずれ量を算出することは開示されている。しかしながら、特許文献1では、被写体に細かなパターンがある場合や、被写体が移動する場合など撮像面上で微小変化する際に発生する測距ばらつきには対応できない。
特許文献2には、撮影範囲を複数の領域に分割し、領域毎にコントラストを算出し、主要被写体の存在する領域を求めことが開示されている。しかしながら、この特許文献2ではコントラストを使用しているものの主要被写体の検出に使用しており、測距ばらつきの抑制には使用していない。
特許文献3には、撮像面位相差方式のAF精度を確保するため、絞りを絞っていった場合に、絞り値に応じて一対の像列に係る各電荷信号を生成する光電変換部をそれぞれ選択することが開示されている。しかしながら、この特許文献3では被写体に細かなパターンがある場合や、被写体が移動する場合など撮像面上で微小変化する際に発生する測距ばらつきには対応できない。
特許文献4には、撮像面位相差方式において絞り値によりAF精度の低下を抑制するため、絞り値により遮光率の異なる画素を選択することが開示されている。しかしながら、この特許文献4に記載のAF方式では測距ばらつきを抑制することができない。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、オートフォーカスの方式として位相差検出方式を用いた場合でも測距ばらつきを抑制し、動きのある被写体をコンティニュアスAFで精度よく撮影することができる小型、軽量な撮像装置および撮像装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため第1の発明に係る撮像装置は、撮影光学系からの光束を瞳分割して光電変換することにより、焦点検出信号を生成する位相差検出画素が形成された撮像素子を有し、複数のAFエリアを用いてオートフォーカスを行う撮像装置において、上記複数のAFエリアはそれぞれAFエリア内を分割した複数のサブエリアを有し、上記複数のサブエリアのそれぞれに対応する焦点検出信号に基づいて相関演算を行うとともに上記複数のサブエリアのそれぞれについて算出された上記相関演算の結果の信頼度を出力する演算部と、上記複数のサブエリアに対応して算出された上記信頼度がより高いサブエリアの数が多いAFエリアを選択するAFエリア選択部と、上記選択されたAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算により算出される測距データを用いて動体予測演算を行う動体予測演算部と、上記動体予測演算の結果に基づいて焦点調節を行うフォーカス制御部と、を備える。
第2の発明に係る撮像装置は、上記演算部は、選択したAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算の信頼度を算出し、上記相関演算の信頼度と上記複数のAFエリアのうち選択されていないAFエリアの信頼度に基づいてAFエリアを再度選択する。
第3の発明に係る撮像装置は、上記第1の発明において、上記演算部は、選択したAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算により測距データを算出し、上記測距データが所定値よりも大きい場合に、AFエリアを再度選択する。
第4の発明に係る撮像装置の制御方法は、撮影光学系からの光束を瞳分割して光電変換することにより、焦点検出信号を生成する撮像素子を有し、複数のAFエリアがそれぞれ複数のサブエリアに分割されており、上記複数のAFエリアを用いてオートフォーカスを行う撮像装置における制御方法において、上記複数のサブエリアのそれぞれに対応する焦点検出信号に基づいて相関演算を行うとともに上記複数のサブエリアのそれぞれについて算出された上記相関演算の結果の信頼度を出力する演算ステップと、上記複数のサブエリアに対応して算出された上記信頼度がより高いサブエリアの数が多いAFエリアを選択するAFエリア選択ステップと、上記選択されたAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算により算出される測距データを用いて焦点調節を行うフォーカス制御ステップと、を有する。
本発明によれば、オートフォーカスの方式として位相差検出方式を用いた場合でも測距ばらつきを抑制し、動きのある被写体をコンティニュアスAFで精度よく撮影することができる小型、軽量な撮像装置および撮像装置の制御方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るカメラの撮像素子の画素の配置を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、AFエリアおよびAFサブエリアを示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、画素加算値とAFサブエリアの関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態におけるカメラのメイン動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるカメラの測距点再選択処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるカメラのターゲットエリア確認を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態におけるカメラにおいて、信頼性の判断を説明するグラフである。 C−AFによって被写体を測距する際の測距ばらつきを説明する図である。
以下、本発明の一実施形態としてデジタルカメラ(以下、単に「カメラ」と称す)に適用した例について説明する。このカメラは、撮影光学系からの光束を瞳分割して光電変換することにより、焦点検出信号を生成する位相差検出画素が形成された撮像部を有し、複数のAFエリアを用いてオートフォーカスを行う。
また、このカメラは、撮像部によって被写体像を画像データに変換し、この変換された画像データに基づいて、被写体像を本体の背面に配置した表示部にライブビュー表示する。ユーザはライブビュー表示を観察することにより、構図やシャッタチャンスを決定する。レリーズ操作時には、画像データが記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像データは、再生モードを選択すると、表示部に再生表示することができる。
また、このカメラは、C−AFモードが設定されると、撮像部から画像データが出力される毎に、AFエリア毎にデフォーカス量(以下、特に断らない限り、デフォーカス量はデフォーカス方向も含む)を算出し、レリーズ操作がなされた際には、最新のデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズを合焦位置に移動させる。また、AFエリア毎にデフォーカス量を算出する際には、AFエリアを更に分けたAFサブエリアからの信頼性等の値に基づいて、AFエリアの選択を行う。
図1は、本実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。本実施形態に係るカメラは、レンズ交換式カメラであり、カメラ本体30と、このカメラ本体30に装着可能な撮影レンズ10から構成されている。なお、撮影レンズ10とカメラ本体30を一体に構成しても勿論かまわない。
撮影レンズ10内には、被写体像を形成するためのフォーカスレンズ11およびズームレンズ13等からなる光学レンズが設けられている。フォーカスレンズ11は、フォーカスレンズ駆動部17によって光軸方向に移動可能であり、移動することにより被写体像のピント位置が変更される。ズームレンズ13は、ズームレンズ駆動部19によって光軸方向に移動可能であり、移動することにより、撮影レンズの焦点距離が変更される。
絞り15は、フォーカスレンズ11およびズームレンズ13等の光学レンズの光軸上に配置される。この絞り15は、絞り駆動部21によって開口径が可変であり、光学レンズを通過した被写体光束の光量を制御する。
フォーカスレンズ駆動部17、ズームレンズ駆動部19、および絞り駆動部21は、レンズ側システムコントローラ20に接続されている。このレンズ側システムコントローラ(以下、レンズ側CPUと称す)20は、CPU等を有し、記憶部(不図示)に記憶されたプログラムに従い、カメラ本体30のシステムコントローラ50(以下、本体側CPUと称す)からの指示に従って、撮影レンズ10内の各部を制御し、また各種情報をカメラ本体30に出力する。
レンズ側通信制御部23は、レンズ側CPU20に接続されている。このレンズ側通信制御部23は、カメラ本体30内に設けられた本体側レンズ制御部51と通信路25を介してデータや制御信号の入出力を行う。
カメラ本体30内であって、光学レンズの光軸上であって撮像素子33の前面側には、メカシャッタ31が設けられている。メカシャッタ31は、メカシャッタ駆動部41によって開閉駆動され、被写体光束の通過時間を制御する。フォーカスレンズ11およびズームレンズ13等の光学レンズ、絞り15を通過した被写体光束は、開放状態のメカシャッタ31を通過して撮像素子33に導かれる。そして、本体側CPU50からの撮影指示に応答して一旦メカシャッタ31を閉じた後、再びに開放し、手動設定または自動設定した露光時間が経過すると、メカシャッタ31を閉じる。この露光時間は、本体側CPU50によって制御される。
撮像素子33は、多数の受光素子がマトリクス状に配置されてなる光電面を有しており、光学レンズを通過した被写体像が光電面に結像され、光電変換される。撮像素子33の各受光素子の前面にはRGB各色の色フィルタがモザイク状に配置されている。撮像素子33は撮像素子駆動部43に接続されており、撮像素子駆動部43から供給される垂直転送クロック信号及び水平転送クロック信号に同期して、画素毎に蓄積された電荷を読み出して画像信号としてCDS35に出力する。各画素における電荷の露光時間は、撮像素子駆動部から与えられる電子シャッタ駆動信号によって制御される。撮像素子33の画素配置については、図2を用いて後述する。
CDS35は、相関2重サンプリング回路であり、撮像素子33から出力された画像信号のノイズ除去を行い、ゲイン調整を行い、AMP37に出力する。AMP37は画像信号を増幅し、A/D変換器39に出力する。A/D変換器39は、アナログの画像信号をデジタル画像データに変換し、本体側CPU50に出力する。
メモリ45は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリや揮発性メモリを有しており、このカメラを動作させるためのプログラム、各種調整データ等を記憶し、また各種フラグや画像データ等を一時記憶する。
AE処理部47は、撮像素子33の画像生成用の撮像画素からの画像データに基づいて、被写体像の輝度を算出し、本体側CPU50に出力する。AF処理部49は、撮像素子33の位相差検出画素からの画像データに基づいて、デフォーカス量を算出し、本体側CPU50に出力する。
UI(User Interface)制御部53は、図示していないスイッチ、ボタン、ダイアルおよびタッチ画面等を有し、これらのスイッチ等の状態を検出し、本体側CPU50に出力する。利用者がスイッチ等のユーザーインターフェイスによってカメラ操作を行うと、本体CPU50は、UI制御部53からの出力に基づいて、カメラ全体の制御を行う。
LCD(Liquid Crystal Display)57は、液晶組成物を利用した平面状の薄型の表示装置であり、カメラ本体30の背面等に配置されている。また、EVF(Electronic View Finder)59は、接眼部を介して小型の液晶ディスプレイ等の表示装置を観察可能である。LCD57およびEVF59は、表示制御部55からの画像データに基づいて、ライブビュー画像、再生画像、その他の情報画像の表示を行う。なお、LCD57は、液晶以外にも、有機EL等の表示パネルであってもよい。
画像処理部61は、撮像素子33からの画像データを処理し、LCD57やEVF59にライブビュー表示するための画像データを生成する。また、撮影時には保存用の画像データを生成し、また動画撮影時の場合には動画データを生成する。
圧縮伸張部63は、画像処理部61によって画像処理された画像データをJPEG等の圧縮処理を行い、また記録媒体67によって記録され、読み出された画像データの伸張処理を行う。
記録媒体67は、電気的に書き換え可能な不揮発性の外部メモリであり、記録媒体制御部65によって記録および読出しが行われる。記録媒体67に、画像処理部61および圧縮伸張部63によって生成された保存用画像データを記録する。
本体側CPU50は、メモリ45に記憶されたプログラムに従って、カメラ本体30内および撮影レンズ10内の各部を制御し、カメラシステム全体の制御を行う。
また、本体側CPU50は、AF処理部49と協働して、複数のサブエリアのそれぞれに対応する焦点検出信号に基づいて相関演算を行い、信頼度を出力する演算部として機能する(例えば、図5のS5、図6のS25参照)。また、この演算部は、選択したAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算の信頼度を算出し、AFエリアの信頼度に基づいてAFエリアを再度選択する(例えば、図5のS7、図6参照)。また、この演算部は、選択したAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算により測距データを算出し、測距データの絶対値が所定値よりも大きい場合に、AFエリアを再度選択する(例えば、図6のS45、図7のS51参照)。
また、本体側CPU50は、複数のAFサブエリアに対応する相関演算の信頼度を算出し、信頼度がより高いAFサブエリアの数が多いAFエリアを選択するAFエリア選択部として機能する(例えば、図6のS21〜S27参照)。また、本体側CPU50は、選択されたAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算により算出される測距データを用いて動体予測演算を行う動体予測演算部として機能する(例えば、図5のS15参照)。また、本体側CPU50は、レンズ側CPU20等と協働して、動体予測演算の結果に基づいて焦点調節を行うフォーカス制御部として機能する。
次に、図2を用いて、撮像素子33の画素配置について説明する。撮像素子33は、R、Gr、Gb、Bのベイヤー配列になっており、Gr画素の一部に位相差検出画素が配置されている。図2の例では、網掛けが施されている画素が位相差検出画素である。このうち、右上がりの網掛けが施されている位相差検出画素(図中の(x4、y5)、(x8、y5)、(x12、y5)、(x16、y5)、(x20、y5)、・・・)は、右開口の位相差検出画素であり、右下がりの網掛けが施されている位相差検出画素(図中の(x4、y9)、(x8、y9)、(x12、y9)、(x16、y9)、(x20、y9)、・・・)は、左開口の位相差検出画素である。
また、図2の撮像素子33中に付した太線枠34a、34b、34c、・・・毎に、右開口の位相差検出画素と左開口の位相差検出画素をペアとし、それぞれ垂直方向に加算し、AFエリアの信号としている。すなわち、太線枠34a内においては、右開口の位相差検出画素出力は、画素(x4、y5)、(x6、y13)、(x4、y21)、・・・の出力の加算値であり、また左開口の位相差検出画素出力は、画素(x4、y9)、(x6、y17)、(x4、y25)、・・・・の出力の加算値となる。同様に、太線枠34b、34c、34d、・・・毎に、右開口と左開口の位相差検出画素出力値を算出する。
次に、図3を用いて、AFエリアとAFサブエリアについて説明する。図3(a)は、撮影時にLCD57やEVF59に表示されるAFエリア58を示す。AFエリア58は複数設けられており、撮影画面を矩形に分割し、それぞれのAFエリア58でデフォーカス量を算出する。図3(a)に示す例では、AFエリア58は、矩形に、縦5分割、横5分割で、全体で25分割されている。
図3(b)は、1つのAFエリアが更に複数のAFサブエリア60に分割されていることを示す。すなわち、1つのAFエリア60は、矩形に縦に3分割され、横に5分割され、全体としては部分60a〜60pの15の部分から構成されている。そして、第1のAFサブエリアは、部分60a,60b,60c,60f,60g,60hの6つの部分から構成される。第2のAFサブエリアは、部分60b、60c、60d、60g、60h、60iの6つの部分から構成される。第3のAFサブエリアは、部分60c、60d、60e、60h、60i、60jの6つの部分から構成される。
同様にして、下側の2段を用いて、第4〜第6のAFサブエリアが設定される。このように、各AFエリアは、各部分を重複しながら縦2部分、横3部分の合計6つのAFサブエリアから構成される。なお、AFエリア58とAFサブエリア60の分割の仕方は、例示であり、これ以外の方法で分割してもよい。
各AFエリア58には図2に示したように撮影用の画素として使用する撮像画素と、AF用に使用する位相差検出画素があり、撮像素子33から読み出された画素値のうち、AF演算ではあらかじめ決められた位置に配置されている位相差検出画素のみを選択的に使用する。
図4は、1つのAFエリア58内の位相差検出画素について、図3に示す太枠内毎に垂直方向に画素値を加算した値をグラフに表したものである。図4の左側のグラフは、位相差検出画素の内の右開口検出用の画素出力を加算した値であり、図4の右側は、左開口検出用の画素出力を加算した値である。図4においては、1つのAFエリア内での3つのAFサブエリアのみを示している。
次に、図5ないし図7に示すフローチャートを用いて、本実施形態におけるカメラの動作を説明する。これらのフローチャートは、メモリ45に記憶されたプログラムに基づいて、本体側CPU50がカメラ内の各部を制御して実行する。
なお、本フローチャートにおいては、C−AFモードが設定され、1R保持時の動作のみ記載してある。C−AFモードでは、ユーザがレリーズ釦を半押ししている間、繰り返し撮影素子33によって画像データが取得され、取得された画像データがAF処理部49の演算に使用される。また、1R保持時とは、ユーザがレリーズ釦を最初に半押して1回目の焦点調節動作(AF処理部49の演算やフォーカシング駆動)の処理がなされた後も、ユーザがレリーズ釦の半押しを続行している場合である。
図5に示す1Rシーケンス(2回目以降)のフローに入ると、まず、0R/2R検出を行う(S1)。0Rは、ユーザがレリーズ釦から指を離した場合であり、2Rは、ユーザがレリーズ釦を半押し状態から更に押し込んだ場合である。このステップでは、UI制御部53からのレリーズ釦の状態信号に基づいて判定する。この判定の結果、0Rまたは2Rを検出した場合には、1R保持時ではないので、この1Rシーケンス(2回目以降)を終了し、図示していない0Rシーケンス、あるいは2Rシーケンスなど他の状態に遷移する(S17)。
ステップS1における判定の結果、0Rまたは2Rを検出しなかった場合には、位相差データの読出しを行う(S3)。ここでは、撮像素子33から位相差検出画素の画素値を読み出す。なお、撮像素子33から位相差検出画素を含んだ画素値を読み出し、その中から位相差検出画素の画素値のみを抽出してもよく、また画素値の読出しの際に、位相差検出画素の画素値のみを選択的に読み出すようにしてもよい。
ステップS3において、位相差データの読出しを行うと、次に、測距演算前処理を行う(S5)。ここでは、測距演算の前処理として、照度補正処理、相関演算、信頼性判定を行う。照度補正処理はレンズによる像高−照度分布を均一化する為に、右開口と左開口の画素値を補正する。
ステップS5の測距演算前処理における相関演算は、右開口(基準信号)と左開口(参照信号)の画像からAFエリア毎の画素加算値を用いて、公知の方法により相関値を算出する。例えば、相関演算は演算量を削減するため、基準信号に対して参照信号を走査させ、参照信号上の各位置における類似度を算出し、 最大類似度の位置を検出する手法を用いる。基準信号をB(i)、参照信号をR(i)とすると、類似度S(i)は、下記(1)によって算出される。類似度S(i)が極小値となる参照信号の走査位置が基準信号と参照信号の相関が最も高く最大類似の位置とみなすことができる。ここではAFサブエリア毎に相関演算が行われる。
Figure 0006457776
ステップS5の測距演算前処理における信頼性判定処理では、AFサブエリア毎に画素の飽和判定(画素値が飽和している場合は信頼性なし)、コントラスト不足判定(画素値の最大値と最小値の差が所定値以下の場合は信頼性なし)、単調性判定(画素値が画素位置に対して単調増加、単調減少している場合は信頼性なし)、相関演算結果判定(類似度S(i)の極小値が所定値より大きい場合は信頼性なし)等を行い、相関演算結果の信頼性を評価し、AFサブエリア毎に信頼性あり(OK)か否かを示すフラグを設定する。なお、上記各種の信頼性判定処理で演算した結果の数値データについては、メモリ容量を削減するために記憶しないで破棄する。
ステップS5において測距演算前処理を行うと、次に、測距点再選択処理を行う(S7)。ここでは、複数のAFエリアを使用するAFモードが設定されている場合、撮影している被写体を捉えているAFエリアの中で測距精度が高い(信頼性が高い)エリアを選択する。この測距点再選択処理の詳しい動作については、図6を用いて後述する。
ステップS7において測距点再選択を行うと、次に、測距演算処理を行う(S9)。ここでは、ステップS7において再選択された測距点(AFエリア)からの位相差検出画素の画素値を用いて、デフォーカス量演算やデフォーカス調整等の処理を行う。
ステップS9において、測距演算後処理を行うと、測距NG判定を行う(S11)。ここでは、ステップS9において算出された相関演算結果の信頼性に基づいて、測距NGか否かを判定する。すなわち、相関演算結果の信頼性は、例えば、相関値の最小値付近での傾きや、相関値の最小値等、公知の信頼性の判定方法を用いる。この判定の結果、測距NGの場合には、1Rシーケンス(1回目)に遷移し、図示していない1Rシーケンス(1回目)のフローに進む。なお、1Rシーケンス(1回目)のフローに進む条件として、測距NGの連続する回数をカウントして、一定の回数以上測距NGが連続した場合としてもよい。
一方、ステップS11における判定の結果、測距NGでない場合には、合焦判定を行う(S13)。ここでは、ステップS9において算出されたデフォーカス量が、所定値より小さい場合に合焦と判定する。
ステップS13において合焦判定を行うと、次に、レンズ駆動(LD)制御を行う(S15)。ステップS13における判定の結果、合焦であった場合には、レンズ駆動を行わないが。合焦でなかった場合に、ステップS9において算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ11を合焦位置に駆動する。合焦位置の算出にあたっては、繰り返し演算した複数のデフォーカス量に基づき被写体が動体と判定された場合に、繰り返し演算した複数のデフォーカス量に基づいて動体予測を行って合焦位置の算出を行う。この合焦位置へのレンズ駆動制御を行うと、ステップS1に戻り、前述の動作を繰り返す。なお、演算を削減するため、デフォーカス量の絶対値が一定値以上、大きくなった場合にデフォーカス量から算出される合焦位置へレンズ駆動制御してもよい。
次に、図6に示すフローチャートを用いて、ステップS7における測距点再選択処理について説明する。ここでは、信頼性の高いAFエリアを検出し、このAFエリアを用いて、AFターゲットを決定するために、以下の処理を行う。
図6の測距点再選択処理のフローに入ると、ステップS21〜S27において、信頼性の高いAFエリアの検出を行う。まず、信頼性OKサブエリア数の設定を行う(S21)。AFエリアを構成する複数のAFサブエリアの中で、信頼性が高いAFサブエリアの数が所定の閾値としての設定数より大きい場合に、そのAFエリアは信頼性が高い(信頼性OK)と判定する。そしてステップS21では、信頼性OKと判定する際に、閾値として使用する信頼性が高いAFサブエリアの数を設定する。図3(b)に示した例では、AFサブエリアの数が6であることから、この場合には6が設定できる一番大きい数となる。数が大きいと、信頼性判断が厳しくなり、一方、数が小さいと、信頼性判断が緩くなる。ここで、設定したAFサブエリア数をRnとする。
ステップS21において、信頼性OKサブエリア数の設定を行うと、次に、コントラスト演算を行う(基準および参照画素列毎に算出する)(S23)。このステップでは、まず、撮像素子33からの位相差検出画素の画素値に基づいて、基準信号(例えば、右開口)と参照信号(例えば、左開口)毎に、最大値と最小値を求め、この最大値と最小値の差分をコントラスト値として算出する。ここで算出した基準信号のコントラスト値をBc、参照信号のコントラスト値をRcとすると、エリア毎のコントラスト値Acは、下記(2)によって算出される。
Ac=min(Bc,Rc) ・・・(2)
ここで、min( )は、入力値(ここでは、BcとRc)の最小値を選択することを意味する。ここで算出されたコントラスト値Acは、ターゲットエリア確認処理(S45参照)において使用する。
ステップS23において、コントラスト値の演算を行うと、つぎに、設定数以上の個数の信頼性OKのAFサブエリアを有するAFエリアの検出を行う(S25)。ここでは、各AFエリアに属するAFサブエリアの信頼性OKか否かのフラグ(ステップS5で設定)を参照し、信頼性OKであったAFサブエリアの数が、ステップS21において設定された数より多いAFエリアを検出する。
ステップS25において、AFエリア内の信頼性OKのAFサブエリアの数が設定数より多いAFエリアを有効エリアとして後段の処理(ステップS29以下)に使用する。一方、AFエリア内の信頼性OKのAFサブエリアの数が設定数以下の数のAFエリアは無効エリアとして後段の処理には使用しない。
ステップS25において設定数以上の信頼性OKのAFエリアの検出を行うと、次に、全エリアNGか否かの判定を行う(S27)。ここでは、ステップS25における検出結果に基づいて判定する。この判定の結果、全AFエリアについて信頼性OKの数が設定値に満たない場合には、ステップS21に戻り、AFサブエリア数Rnを小さくして、再度処理を行う。
ステップS27における判定の結果、全エリアNGでなかった場合には、次に2像間隔演算を行う(S29)。ここでは、ステップS25において、信頼性OKと判定されたAFエリアについて、撮像素子33の位相差検出画素の画素値を用いて、AF処理部49が、AFサブエリア毎に相関演算を行い、この結果に基づいて2像間隔を算出する。なお、2像間隔は、基準信号(例えば、右開口)の波形と、参照信号(例えば、左開口)の波形を、何画素分ずらしたら一致するかを演算して求められるずらし量(走査位置)に基づいて算出する。
前述の測距信頼性評価値は、次のようにして定義する。測距信頼性評価値AFrはコントラスト値Acと相関演算の極小値Fminを用いて、下記(3)により算出する。
AFr=Ac/Fmin ・・・(3)
図8は、基準信号(例えば、右開口)と参照信号(例えば、左開口)の類似度(相関値)を演算し、横軸に基準信号と参照信号のずらし量、縦軸に類似度を表示したグラフである。基準信号と参照信号の波形が類似している場合には図8(a)に示すように極小値Fminが小さな値をとり、急峻な曲線になる。一方、基準信号と参照信号の波形が類似していない場合には、図8(b)に示すように極小値Fminが大きな値をとり、なだらかな曲線となる。
したがって、測距信頼性評価値AFrは、コントラスト値Acが大きくて極小値Fminが小さい場合に大きいな値となる。一方、コントラスト値Acが小さくて極小値Fminが大きい場合に小さい値となる。
このように、ステップS25においては、AFサブエリア毎のコントラスト値Acと相関演算の極小値Fminを用いて、測距信頼性評価値AFrを算出する。算出した測距信頼性評価値AFrを後述の処理で使用する。
ステップS29において2像間隔演算を行うと、次に、デフォーカス量を算出するサブエリアの抽出を行う(S31)。ここでは、測距信頼性評価値AFrを用いてAFサブエリアの抽出を行う。たとえば、信頼性OKのAFサブエリアに対して、測距信頼性評価値AFrが所定値以上大きな値のAFサブエリアを抽出エリアとする。ステップS31では抽出されたAFサブエリアの測距信頼性評価値AFrを評価してデフォーカス量を算出するAFサブエリアを決定する。たとえば信頼性OKのAFサブエリアが複数あった場合に、あるAFサブエリアの測距信頼性評価値AFrが他のAFサブエリアに比べて大きい場合には、測距信頼性評価値AFrの大きいAFサブエリアを選択する。なお、AFサブエリアの選択は上述の方法に限るものではなく、測距信頼性評価値AFrの大小関係を評価して決定するようにしてもよい。
ステップS31においてデフォーカス量を算出するAFサブエリアの抽出を行うと、次に、デフォーカス量演算を行う(S33)。ここでは、抽出されたAFサブエリアについて、公知の方法により2像間隔からデフォーカス量を算出する。
ステップS33においてデフォーカス量を演算すると、次に、最至近デフォーカス位置を判定する(S35)。ここでは、ステップS33において抽出されたAFサブエリアについて算出されたデフォーカス量を用いて判定する。この最至近デフォーカス位置判定は、各AFエリアのデフォーカス量を比較して、他のAFエリアに比べて極端にデフォーカス量が大きく、最至近よりだと判断された場合には、そのAFエリアは誤測距と判断して以降の処理から除外する。以上のようにして、選択可能なAFエリアと選択可能なAFエリアが確定する。この選択可能なAFエリアは、以後の処理においても選択可能AFエリアとなる。
ステップS35において最至近デフォーカス位置判定を行うと、次に、選択可能AFエリアに前回選択したAFエリアがあるか否かを判定する(S37)。ここでは、残っているAFエリアの中から前回選択したAFエリアがあるか判断する。すなわち、ステップS27において、信頼性の低いAFエリアが除外され、さらにステップS31において信頼性の低いAFサブエリアが除外され、さらに、ステップS35において誤測距の可能性のあるAFエリアのデフォーカス量が除外されている。このため、ステップS37においては、残っている信頼性の高いAFエリアに関しての判定となる。なお、この判定のために、前回選択したAFエリアは、メモリ45に一時記憶しておく。
ステップS37における判定の結果、前回選択したAFエリアが有る場合には、前回選択したAFエリアを再選択する(S41)。ステップS21〜S35における処理において、測距の信頼性が低いAFエリアが取り除かれている。ステップS37における判定の際に信頼性が高いとして残っているAFエリアの中に、前回選択したAFエリアがある場合には、C−AFモードの継続性を考慮して、この前回選択したAFエリアを再選択する。
一方、ステップS37における判定の結果、選択可能AFエリアに前回選択したAFエリアがない場合には、中央優先エリアを選択する(S39)。この場合には、前回選択したAFエリアが選択可能AFエリアでないことから、予め決められた中央優先などの順番によりAFエリアを選択する。なお、中央優先以外にも、選択可能AFエリア内での最至近距離優先等、他の基準に従って選択してもよい。
ステップS39またはS41においてAFエリアを選択すると、次に、ターゲットエリアを決定する(S43)。ターゲットエリアは、実際にAF動作を行うために採用が決定されたAFエリアである。例えば、S39において選択されるAFエリアは複数個の場合もあり、そのうちから1個のAFエリアがターゲットとして決められる。
ステップS43においてターゲットエリアを決定すると、次に、ターゲットエリア確認処理を行う(S45)。ターゲットエリア確認処理は、複数のAFエリアを使用するモードにおいて発生するターゲットエリアの誤選択による測距ばらつきを抑制する。ターゲットエリア決定後に本処理を実施することにより、決定したターゲットエリアが適切であるか判定する。このターゲットエリア確認処理の詳しい動作は、図7を用いて説明する。ターゲットエリア確認処理を行うと、元のフローに戻る。
このように、測距点再選択処理のフローにおいては、まず、AFエリア毎にAFサブエリアの信頼性がOKとなった数を検出し、このOKとなったAFサブエリアの数が設定数以上のAFエリアを測距点の候補としている(S21〜S27)。そして、信頼性の高いAFエリアを抽出してデフォーカス量を算出し(S29〜S33)、選択可能AFエリアに前回選択したAFエリアがあれば、そのAFエリアを選択し、存在しない場合には中央優先等、予め決めた基準でAFエリアを選択している。このため、前回選択されたAFエリアを重視しつつ、信頼性の高いAFエリアを選択することが可能となる。
次に、図7に示すフローチャートを用いて、ステップS45におけるターゲットエリア確認処理を説明する。
ターゲットエリア確認処理のフローに入ると、まず、ターゲットエリアのデフォーカス量が閾値以上か否かを判定する(S51)。この閾値は、想定する速度の被写体の移動範囲に相当する値に設定されており、デフォーカス量がこの閾値以上を示す場合は、異常な高速で移動する被写体に相当するので誤測距とみなすことができる。ここでは、ステップS43において決定されたターゲットエリアで算出されたデフォーカス量の絶対値と閾値を比較し、判定する。この判定の結果、デフォーカス量が閾値以上でない場合には、前回から想定すると距離範囲内に被写体があり、信頼性が高いと判断されることから、ステップ43で決定されたターゲットエリアを変更することなく使用し、ターゲットエリア確認処理のフローを終了する。
ステップS51における判定の結果、ターゲットエリアのデフォーカス量が閾値以上ある場合には、ステップS53〜S59において、より精度の高いAFエリアがあれば、そのAFエリアに変更する。但し、複数のAFエリアが選択可能である場合に行う。
まず、比較エリアの設定を行う(S53)。ここでは、ステップS27(Yes)−35において決定された選択可能なAFエリアのうちでターゲットエリアとして採用されなかったAFエリアを比較エリアとして設定する。
ステップS53において比較エリアを設定すると、次に、測距信頼性評価値算出を行う(S55)。ここでは、AFターゲットエリアと、比較エリアとして設定された各AFエリアにおいて、測距信頼性評価値AFrを算出する。
ステップS55において測距信頼性評価値を算出すると、次に、より信頼性の高い、即ち、より精度の高いAFエリアが存在するか否かを判定する(S57)。ここでは、AFターゲットエリアと比較エリアの測距信頼性評価値AFrを比較し、AFターゲットエリアにおける測距信頼性評価値AFrよりも高い測距信頼性評価値AFrを有するAFエリアが有るか否かを判定する。
ステップS57における判定の結果、より信頼性の高い、即ち、より精度の高いAFエリアが存在する場合には、比較エリアの中から再度エリア選択を行う(S59)。ここでは、ステップS57における判定の際に、信頼性の高かった、即ち、精度の高かったAFエリアをAFターゲットエリアとして選択する。AFエリアを再選択すると、元のフローに戻る。一方、ステップS57における判定の結果、より精度の高いAFエリアが存在しない場合には、AFターゲットエリアを再選択することなく、元のフローに戻る。
このように、ターゲットエリア確認処理のフローにおいては、ターゲットエリアのデフォーカス量が閾値以上の場合には(S51Yes)、AFターゲットエリアの測距信頼性評価値AFrと他の信頼性のあるAFエリアの測距信頼性評価値AFrを比較し、AFターゲットエリアの測距信頼性評価値AFrが最大の場合にはそのまま変更することなくAFターゲットエリアを用い、一方、信頼性のあるAFエリアの中のAFエリアに最大値がある場合には、たとえばそのAFエリアに置換する(S53〜S59)。このため、測距信頼性がより高いAFエリアの測距結果を使用することができ、測距ばらつきを抑制することができる。
以上説明したように、本発明の一実施形態におけるカメラは、撮影光学系(フォーカスレンズ11等)からの光束を瞳分割して光電変換することにより、焦点検出信号を生成する撮像素子33を有しており、複数のAFエリア58がそれぞれ複数のAFサブエリアに分割されており(図3参照)、複数のAFエリアを用いてオートフォーカスを行っている。そして、複数のAFサブエリアのそれぞれに対応する焦点検出信号に基づいて相関演算を行い、信頼度を出力する演算ステップと(図5のS5、図6のS25)、複数のAFサブエリアに対応する相関演算の信頼度を算出し、信頼度がより高いAFサブエリアの数が多いAFエリアを選択するAFエリア選択ステップと(図6のS21、S25、S27)、選択されたAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算により算出される測距データを用いて焦点調節を行うフォーカス制御ステップ(図6のS33、S43、図5のS15)を有している。このため、測距ばらつきを抑制し、動きのある被写体をコンティニュアスAFで精度よく撮影することができる。
なお、本発明の一実施形態においては、撮像素子に位相差検出画素を配置し、位相差法による焦点検出を行っている。しかし、これに限らず、位相差検出用の専用のセンサを設けるようにしても勿論かまわない。
また、本発明の一実施形態においては、C−AFモードに設定された場合、動体予測によって焦点検出を行っていたが、動体予測を行わずに、単純に位相差法による焦点検出結果に応じて、焦点調節を行うようにしてもよい。
また、本発明の各実施形態においては、AE処理部47、AF処理部49、表示制御部55、画像処理部61、圧縮伸張部63を、本体側CPU50とは別体の構成としたが、各部の全部または一部をソフトウエアで構成し、本体側CPU50によって実行するようにしても勿論かまわない。
また、本実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assist)、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレット型コンピュータ、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、位相差法によって焦点検出を行う機器であれば、本発明を適用することができる。
また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
10・・・撮影レンズ、11・・・フォーカスレンズ、13・・・ズームレンズ、15・・・絞り、17・・・フォーカスレンズ駆動部、19・・・ズームレンズ駆動部、20・・・レンズ側システムコントローラ(レンズ側CPU)、21・・・絞り駆動部、23・・・レンズ側通信制御部、25・・・通信路、30・・・カメラ本体、31・・・メカシャッタ、33・・・撮像素子、34a〜34g・・・位相差検出画素、35・・・CDS、37・・・AMP、39・・・A/D変換器、41・・・メカシャッタ、43・・・撮像素子駆動部、45・・・メモリ、47・・・AE処理部、49・・・AF処理部、50・・・本体側システムコントローラ(本体側CPU)、51・・・本体側レンズ制御部、53・・・UI制御部、55・・・表示制御部、57・・・LCD、58・・・AFエリア、59・・・EVF、60a〜60p・・・部分、61・・・画像処理部、63・・・圧縮伸張部、65・・・記録媒体制御部、67・・・記録媒体

Claims (4)

  1. 撮影光学系からの光束を瞳分割して光電変換することにより、焦点検出信号を生成する位相差検出画素が形成された撮像素子を有し、複数のAFエリアを用いてオートフォーカスを行う撮像装置において、
    上記複数のAFエリアはそれぞれAFエリア内を分割した複数のサブエリアを有し、
    上記複数のサブエリアのそれぞれに対応する焦点検出信号に基づいて相関演算を行うとともに上記複数のサブエリアのそれぞれについて算出された上記相関演算の結果の信頼度を出力する演算部と、
    上記複数のサブエリアに対応して算出された上記信頼度がより高いサブエリアの数が多いAFエリアを選択するAFエリア選択部と、
    上記選択されたAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算により算出される測距データを用いて動体予測演算を行う動体予測演算部と、
    上記動体予測演算の結果に基づいて焦点調節を行うフォーカス制御部と、
    を備えたことを特徴とする撮像装置。
  2. 上記演算部は、選択したAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算の信頼度を算出し、上記相関演算の信頼度と上記複数のAFエリアのうち選択されていないAFエリアの信頼度に基づいてAFエリアを再度選択することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 上記演算部は、選択したAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算により測距データを算出し、上記測距データが所定値よりも大きい場合に、AFエリアを再度選択することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
  4. 撮影光学系からの光束を瞳分割して光電変換することにより、焦点検出信号を生成する撮像素子を有し、複数のAFエリアがそれぞれ複数のサブエリアに分割されており、上記複数のAFエリアを用いてオートフォーカスを行う撮像装置における制御方法において、
    上記複数のサブエリアのそれぞれに対応する焦点検出信号に基づいて相関演算を行うとともに上記複数のサブエリアのそれぞれについて算出された上記相関演算の結果の信頼度を出力する演算ステップと、
    上記複数のサブエリアに対応して算出された上記信頼度がより高いサブエリアの数が多いAFエリアを選択するAFエリア選択ステップと、
    上記選択されたAFエリアの焦点検出信号に基づく相関演算により算出される測距データを用いて焦点調節を行うフォーカス制御ステップと、
    を有していることを特徴とする撮像装置の制御方法。
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