JP2014142497A - Imaging apparatus and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮影時の像ブレを抑制する像ブレ補正機能と、複数の被写体に対するオートフォーカス機能とを有する撮像装置、及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus having an image blur correction function for suppressing image blur at the time of shooting and an autofocus function for a plurality of subjects, and a control method thereof.
近年、静止画や動画の撮影時にCMOSセンサ等の撮像素子に結像した被写体像をリアルタイムに観察しながら撮影を行う(所謂、ライブビュー撮影)の使用形態が一般化しつつある。ライブビュー撮影を行う際の被写体に対する合焦制御方法として、例えば、撮像素子における結像面上での位相差検知方式を用いた焦点検出方法が知られている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, a usage form in which shooting is performed while observing a subject image formed on an image sensor such as a CMOS sensor in real time when shooting a still image or a moving image (so-called live view shooting) is becoming common. As a focus control method for a subject at the time of performing live view shooting, for example, a focus detection method using a phase difference detection method on an imaging plane in an image sensor is known (see Patent Document 1).
しかしながら、補正レンズ群を偏心させることにより撮影時の像ブレ補正を行う撮像光学系に対して上記特許文献1に記載された焦点検出方法を用いた場合、補正レンズ群の偏心によって光線ケラレ変化が生じてしまい、焦点検出精度が低下するという問題がある。 However, when the focus detection method described in Patent Document 1 is used for an imaging optical system that performs image blur correction at the time of photographing by decentering the correction lens group, the change in the light vignetting is caused by the eccentricity of the correction lens group. As a result, the focus detection accuracy is lowered.
本発明は、像ブレ補正機能を使用する際にも高い焦点検出精度を得ることができる撮像装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of obtaining high focus detection accuracy even when an image blur correction function is used.
本発明に係る撮像装置は、被写体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段を構成する撮像素子に含まれる焦点検出用の画素から出力される電気信号を用いて前記被写体に対する焦点を検出する第1の焦点検出手段と、前記被写体に対する焦点を検出する、前記第1の焦点検出手段とは異なる第2の焦点検出手段と、像ブレを補正するための像ブレ補正量を算出する像ブレ補正手段と、前記像ブレ補正手段が算出する像ブレ補正量に基づいて前記第1の焦点検出手段と前記第2の焦点検出手段のいずれを用いるかを選択する選択手段とを備えることを特徴とする。 An image pickup apparatus according to the present invention uses an image pickup unit that picks up an image of a subject and an electric signal output from a focus detection pixel included in an image pickup element that constitutes the image pickup unit to detect a focus on the subject. Focus detection means, second focus detection means different from the first focus detection means for detecting the focus on the subject, and image blur correction means for calculating an image blur correction amount for correcting image blur. And a selection means for selecting which of the first focus detection means and the second focus detection means to use based on the image blur correction amount calculated by the image blur correction means. .
本発明によれば、撮像素子上に撮像光学系の焦点検出を行うための焦点検出用素子を有する撮像装置において、像ブレ補正を行う機構を使用した際にも高い焦点検出精度を得ることができる。 According to the present invention, in an imaging apparatus having a focus detection element for performing focus detection of an imaging optical system on the imaging element, high focus detection accuracy can be obtained even when a mechanism that performs image blur correction is used. it can.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本実施形態に係る撮像装置として、デジタル一眼レフカメラやコンパクトデジタルカメラ等のデジタルカメラを取り上げることとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, a digital camera such as a digital single-lens reflex camera or a compact digital camera is taken up as the imaging apparatus according to the present embodiment.
図1は、本発明の実施形態に係る第1のデジタルカメラ100Aの概略構成を示すブロック図である。デジタルカメラ100Aは、撮像素子106を備えるカメラ本体と撮像光学系とが一体化または接続されて動画と静止画を撮影可能であり、撮像光学系の一部に偏心移動作用を与えることで像ブレの補正を行う手ブレ補正機構を有している。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first
デジタルカメラ100Aは、撮像光学系(結像光学系)を構成する第1レンズ群101、絞り102、第2レンズ群103、第3レンズ群104及び光学的ローパスフィルタ105を備える。また、デジタルカメラ100Aは、撮像素子106、ズームアクチュエータ111、絞りアクチュエータ112、補正レンズアクチュエータ113、フォーカスアクチュエータ114、無線式通信部115及び姿勢検知部116を備える。
The digital camera 100 </ b> A includes a
第1レンズ群101は、撮像光学系の先端に配置されたレンズ群であり、光軸方向に移動可能である。絞り102は、開口径を調節することで撮影時の光量調節を行い、また、静止画撮影時には露光時間調節用シャッタとしての機能を備える。第2レンズ群103は、手持ち撮影時の像ブレを撮像光学系の偏心移動を行うことで補正する補正レンズ群である。また、第1レンズ群101と第2レンズ群103との間隔を変化させることによって焦点距離を変化させるズーム機能が得られる。第3レンズ群104は、光軸方向の移動により焦点調節を行う。光学的ローパスフィルタ105は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。
The
撮像素子106は、本実施形態では、CMOSセンサとその周辺回路で構成されている。CMOSセンサは、横方向にM画素、縦方向にN画素(M,Nは整数)の受光ピクセルが正方配置された構造を有し、例えば、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された2次元単板カラーセンサである。ズームアクチュエータ111は、上述の各種レンズ群を収納するカム筒(不図示)を回転させることにより、各種レンズ群を光軸方向に駆動してズーム操作を行ものであり、手動式と電動式のいずれのものであってもよい。
In this embodiment, the
絞りアクチュエータ112は、絞り102の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。補正レンズアクチュエータ113は、例えば、第2レンズ群103を光軸と直交する方向に偏心移動させることで、撮像素子106に結像する被写体像の像ブレの補正を行う。なお、補正レンズアクチュエータ113は、例えば、光軸と直交する面内において直交する2軸方向に第2レンズ群103を移動させ、合成される移動量と移動方向にて撮像素子106に対する像ブレ方向の変化に対応を行う。フォーカスアクチュエータ114は、第3レンズ群104を光軸方向に駆動して焦点調節を行う。
The
無線式通信部115は、インターネット等のネットワークを通じて不図示のサーバコンピュータと通信するためのアンテナや信号処理回路で構成される。姿勢検知部116は、カメラ本体の撮影姿勢、即ち、横位置撮影か縦位置撮影かを判別するための電子水準器である。
The
デジタルカメラ100Aは、CPU121、通信制御回路122、姿勢検知回路123、撮像素子駆動回路124、画像処理回路125、フォーカス駆動回路126及び補正レンズ駆動回路127を備える。また、デジタルカメラ100Aは、絞り駆動回路128、ズーム駆動回路129、表示器131、操作スイッチ132及びフラッシュメモリ133を備える。
The
CPU121は、カメラ本体の種々の制御を司る演算部、ROM、RAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。CPU121は、ROMに記憶された所定のプログラムに基づいて、デジタルカメラ100Aが備える各種回路を駆動し、焦点検出や撮影、画像処理、画像記録等の一連の動作を実行する。また、CPU121は、後述する焦点検出処理、合焦判断処理及びフォーカス駆動制御処理を行う。通信制御回路122は、無線式通信部115を介して、カメラ本体から撮影画像をサーバコンピュータへ送信し、また、サーバコンピュータから画像や各種情報を受信する。
The
姿勢検知回路123は、姿勢検知部116の出力信号からカメラ本体の姿勢を判別する。撮像素子駆動回路124は、撮像素子106の撮像動作を制御し、撮像素子106から取得した画像信号をA/D変換してCPU121に送信する。画像処理回路125は、撮像素子106が取得した画像のγ変換やカラー補間、画像圧縮等の処理を行う。フォーカス駆動回路126は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ114を駆動制御し、第3レンズ群103を光軸方向に駆動して焦点調節(合焦動作)を行う。補正レンズ駆動回路127は、不図示のブレ量検知手段から出力される信号に基づいて補正レンズアクチュエータ113を駆動制御し、像ブレを補正する補正レンズ群である第2レンズ群103の偏心移動制御を行う。
The
絞り駆動回路128は、絞りアクチュエータ112を駆動制御して、絞り102の開口を制御する。ズーム駆動回路129は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ111を駆動する。表示器131は、液晶ディスプレイ(LCD)等であり、デジタルカメラ100Aの撮影モードに関する情報や撮影時のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像、カメラ本体の姿勢情報等を表示する。操作スイッチ132は、電源スイッチや撮影開始スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。フラッシュメモリ133は、カメラ本体に対して着脱自在であり、撮影済み画像を記憶する。
The
図2は、本発明の実施形態に係る第2のデジタルカメラ100Bの概略構成を示すブロック図である。デジタルカメラ100Bは、図1に示した第1のデジタルカメラ100Aと比較すると、第2レンズ群103を駆動する補正レンズアクチュエータ113に代えて、撮像素子106を駆動する撮像素子アクチュエータ117を備えている点で相違する。また、デジタルカメラ100Bは、デジタルカメラ100Aが備える補正レンズアクチュエータ113を駆動する補正レンズ駆動回路127に代えて、撮像素子アクチュエータ117を駆動する撮像素子アクチュエータ駆動回路130を備える点で相違する。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the second
しかしながら、デジタルカメラ100A,100Bは、撮像光学系と撮像素子106とを相対的に移動させることによって、被写体像の結像位置変位を行わせて像ブレ補正を行う点で共通している。即ち、デジタルカメラ100Bでは、光軸と直交する面内で撮像素子106を偏心移動させることによって撮像素子106に結像される被写体像の像ブレ補正を行う。
However, the digital cameras 100 </ b> A and 100 </ b> B are common in that image blur correction is performed by moving the imaging optical system and the
撮像素子アクチュエータ駆動回路130は、不図示のブレ量検知手段から出力される信号に基づいて撮像素子アクチュエータ117の駆動制御を行い、撮像素子106の偏心移動制御を行う。撮像素子アクチュエータ117は、例えば、光軸と直交する面内において直交する2軸方向に撮像素子106を移動させ、合成される移動量と移動方向にて撮像素子106に対する像ブレ方向の変化に対応を行う。
The image sensor
本実施形態に係る位相差検知による焦点検出方法について、従来の位相差検知による焦点検出方法と対比して説明する。なお、本実施形態に係る位相差検知による焦点検出方法は、上記説明に係るデジタルカメラ100A,100Bに共通して用いられる。
A focus detection method based on phase difference detection according to this embodiment will be described in comparison with a conventional focus detection method based on phase difference detection. Note that the focus detection method by phase difference detection according to the present embodiment is commonly used in the
従来は、例えば、特開平2−19813号公報に記載されているように、位相差を検出するために撮像光学系の一部の光線を焦点検出用光学系に偏向させることにより位相差検知を行っている。焦点検出用光学系は、一対となる2系統の各光学系が撮像光学系の射出瞳範囲の一部分光線を取り込み、一対の光電変換素子に像を形成するものである。そして、焦点検出用の2系統の各光学系で形成される2つの光学像を光電変換により電気信号に変換して得られる2つの形成像(以下「A像」、「B像」という)の相対的な位置関係である位相差を検出する。ここで、結像位置のずれ(デフォーカス)に対するA像とB像の位相差の変化量の関係は焦点検出用光学系の構成で決定されるため、基線長が既知であれば互いの関係を求めることができる。よって、A像とB像の位相差から撮像素子に結像される被写体像の焦点位置を検知することができる。 Conventionally, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-19813, phase difference detection is performed by deflecting some light beams of an imaging optical system to a focus detection optical system in order to detect a phase difference. Is going. In the focus detection optical system, each pair of two optical systems captures a partial light beam in the exit pupil range of the imaging optical system and forms an image on the pair of photoelectric conversion elements. Then, two formed images (hereinafter referred to as “A image” and “B image”) obtained by converting two optical images formed by the two optical systems for focus detection into electric signals by photoelectric conversion are shown. A phase difference that is a relative positional relationship is detected. Here, the relationship between the amount of change in the phase difference between the A image and the B image with respect to the shift (defocus) of the imaging position is determined by the configuration of the focus detection optical system. Can be requested. Therefore, the focal position of the subject image formed on the image sensor can be detected from the phase difference between the A image and the B image.
相関演算されるA像とB像の隔たり量(像ずれ量)を“L”、デフォーカス量を“DEF”としたとき、基線長Kは“K=L/DEF”で表される。基線長Kを算出するにあたっては、撮像光学系と焦点検出画素の光学的特性及び電気的特性を知っておく必要がある。具体的には、撮像光学系の射出瞳形状を導き出すための光線ケラレ情報と、その位置に投影される焦点検出画素の瞳像の関係と、焦点検出画素が射出瞳から受光する際の受光角強度分布情報が必要となる。 The base line length K is expressed as “K = L / DEF”, where “L” is the distance (image shift amount) between the A image and B image to be correlated and the defocus amount is “DEF”. In calculating the baseline length K, it is necessary to know the optical characteristics and electrical characteristics of the imaging optical system and the focus detection pixel. Specifically, ray vignetting information for deriving the exit pupil shape of the imaging optical system, the relationship between the pupil image of the focus detection pixel projected at that position, and the light reception angle when the focus detection pixel receives light from the exit pupil Intensity distribution information is required.
従来の位相差検知方式の焦点検出用光学系は、遮光マスクを配置して撮像光学系の光線通過範囲の分離(瞳分離)を行い、焦点検出時にはその遮光範囲内の光線はケラレを生じないように撮像光学系を開放状態として一定以上の明るさ(有効Fナンバー)となっていることを前提としている。この場合、焦点位置検出に必要となる基線長情報は変動することがないため、撮像装置に焦点検出光学系に固有な基線長情報を記憶しておけばよい。 A conventional phase detection optical system for focus detection uses a light-shielding mask to separate the light transmission range of the imaging optical system (pupil separation), and light in the light-shielding range does not cause vignetting during focus detection. As described above, it is assumed that the imaging optical system is in an open state and the brightness (effective F number) exceeds a certain level. In this case, since the baseline length information necessary for focus position detection does not fluctuate, the baseline length information unique to the focus detection optical system may be stored in the imaging apparatus.
しかし、近年のデジタル一眼レフレックスカメラには、撮像素子に結像する被写体像を液晶表示装置や電子ビューファインダにてリアルタイムに観察しながら撮影を行う、所謂、ライブビュー撮影機能を有するものが多い。この機能を活かしつつ合焦状態を得るために、撮像素子上の撮像画素を位相差式の焦点検出画素として用いる技術が提案されている。本実施形態では、このような焦点検出方式を用いることとし、以下に、焦点検出画素の構成と受光特性について以下に説明する。 However, many recent digital single-lens reflex cameras have a so-called live view shooting function in which a subject image formed on an image sensor is photographed while being observed in real time with a liquid crystal display device or an electronic viewfinder. . In order to obtain an in-focus state while making use of this function, a technique has been proposed in which an imaging pixel on an imaging element is used as a phase difference type focus detection pixel. In this embodiment, such a focus detection method is used, and the configuration and light receiving characteristics of the focus detection pixel will be described below.
図3は、デジタルカメラ100A,100Bにおける撮像素子106の画素配列構造の一例を示す平面図である。図3の上下方向をY方向、左右方向をX方向とする。撮像素子106は、画素群300,301,302,303,304を備えている。画素群300は撮像画像を形成するための画素であり、画素群301〜304は画素内に遮光構造が設けられた焦点検出用の画素群である。なお、画素群301〜304は、例えば特開2009−244862号公報に記載された公知技術等と同等である。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a pixel arrangement structure of the
図3中、Y方向に一列に配置された画素群301,302は、Y方向への被写体像の光電変換信号波形を位相差検知用の一対の相関演算用電気信号として用いて、横縞パターン形状の被写体の焦点位置を検出するものである。同様に、図3中、X方向に一列に配置された画素群303,304を用いて、X方向への被写体像の光電変換信号波形位相差検知用の一対の相関演算用電気信号として用いて、縦縞パターン形状の被写体の焦点位置を検出するためのものである。
In FIG. 3,
図4は、1つのマイクロレンズに対して2つの光電変換部が配置された撮像素子の画素配列構造を示す平面図であり、このような撮像素子をデジタルカメラ100A,100Bの撮像素子106として用いることもできる。図4の上下方向をY方向、左右方向をX方向とする。図4中、X方向に並んだ画素群400は、画素402,403からの各電気信号を一対の相関演算用の電気信号として、Y方向の縞パターンの被写体の焦点位置を検出するためのものである。また、図4中、Y方向に並んだ画素群401は、画素404,405からの各電気信号を一対の相関演算用電気信号として、X方向の縞パターンの被写体の焦点位置を検出するためのものである。なお、画素402,403の電気信号と画素404,405の電気信号をそれぞれ加算することにより、撮影画像信号として用いることができる。
FIG. 4 is a plan view showing a pixel arrangement structure of an image sensor in which two photoelectric conversion units are arranged for one microlens, and such an image sensor is used as the
図5は、1つのマイクロレンズに対して4つの光電変換部が配置された撮像素子の画素配列構造を示す平面図であり、この撮像素子をデジタルカメラ100A,100Bの撮像素子106として用いることもできる。図5の上下方向をY方向、左右方向をX方向とする。図5の撮像素子では、4つの光電変換部の電気信号の加算方式を変えることにより、図3を参照して説明した撮像素子と同様の画素特性を得ることができる。即ち、画素群500は、Y方向の縞パターンの被写体の焦点検出を行う際には、X方向に並んだ画素501,502と画素503,504のそれぞれの光電変換信号を加算することによって得られる2列の電気信号波形を一対の相関演算用の電気信号として用いる。また、画素群500は、X方向の縞パターンの被写体の焦点検出を行う際には、Y方向に並んだ画素501,503と画素502,504のそれぞれの光電変換信号を加算することによって得られた2列の電気信号波形を一対の相関演算用の電気信号として用いる。
FIG. 5 is a plan view showing a pixel arrangement structure of an image sensor in which four photoelectric conversion units are arranged for one microlens. This image sensor may be used as the
なお、このような焦点検出のための光電変換信号の2通りの加算方法は、撮像素子の結像面を複数のブロックに分け、ブロック毎に画素の加算方法を変えることにより、或いは、千鳥配列的に互い違いに画素の加算方法を変えることによって実現してもよい。その場合、縦縞パターンと横縞パターン被写体を同時に評価することができるため、焦点検出に際して被写体のパターン方向依存性をなくすことができる。 Note that the two methods of adding photoelectric conversion signals for focus detection can be performed by dividing the imaging surface of the image sensor into a plurality of blocks and changing the pixel addition method for each block, or by staggered arrangement. For example, the pixel addition method may be changed alternately. In this case, since the vertical stripe pattern and horizontal stripe pattern subjects can be evaluated simultaneously, the subject pattern direction dependency can be eliminated during focus detection.
また、焦点検出のための光電変換信号の加算方法は、撮影状態に応じて或いは時系列的に全画素において切り替えを行ってもよい。この場合、同パターン方向の被写体を焦点検出する焦点検出用画素が密な状態になるため、焦点検出用画素が疎な場合に生ずる細い線分を有する被写体が合焦近傍において被写体検知が行えなくなるという問題を回避することができる。 Further, the photoelectric conversion signal addition method for focus detection may be switched in all pixels according to the photographing state or in time series. In this case, since the focus detection pixels for detecting the focus of the subject in the same pattern direction are in a dense state, the subject having a thin line segment generated when the focus detection pixels are sparse cannot be detected in the vicinity of the in-focus state. Can be avoided.
一方、画素501〜504から出力される電気信号を加算することにより、撮影画像用信号として用いることができる。このような撮像素子構造を用いた場合、従来の位相差検知方式のように撮像光学系から被写体像の一部を焦点検出用の光学系へと分岐させる必要がない。そのため、リアルタイムに撮像素子が受光して画像記録を行う被写体像を監視しながらライブビュー撮影を行うことができ、従来の動画撮影において被写体光線の分割機構なしでは行えなかった位相差検知方式の焦点検出が可能となっている。
On the other hand, by adding the electrical signals output from the
しかしながら、上述のライブビュー撮影では、リアルタイムで画像記録を行うために、撮像光学系の絞り値を被写体像の明るさ変化に応じて変化させることが必要となる。そのため、前述の従来の位相差検出方式のように焦点検出のために常に撮像光学系を開放状態に保持することができない。 However, in the above live view shooting, in order to perform image recording in real time, it is necessary to change the aperture value of the imaging optical system in accordance with the change in the brightness of the subject image. Therefore, the imaging optical system cannot always be kept open for focus detection as in the conventional phase difference detection method described above.
この場合に問題となるのは、撮影時の絞りの絞り込み動作によって撮像光学系の有効Fナンバーが大きくなってくる(暗くなってくる)と、撮像光学系の射出瞳範囲が小さくなるため、焦点検出のために取り込まれる光線にケラレが発生してくることである。これにより、焦点検出のために取り込まれる電気信号(以下「像信号」と呼ぶ)に変化が生じてしまい、前述したデフォーカス量に対する像信号の位相差の変化量の関係(K=L/DEF)に変化が生じてしまうと同時に、像信号で相関演算を行う際に誤差が発生してくる。また、撮像光学系の開口効率が低下する画面周辺像高の焦点検出画素で焦点検出を行う際にも光線ケラレが発生し、同様の問題が生じる。この問題を解決するために、例えば、特開2004−191629号公報等は、焦点検出時に撮像光学系の光線ケラレ情報を取得し、焦点検出用の像信号の補正を行う方法を提案している。 The problem in this case is that if the effective F-number of the imaging optical system becomes larger (becomes darker) due to the diaphragm aperture operation at the time of shooting, the exit pupil range of the imaging optical system becomes smaller. This is the occurrence of vignetting in the light beam captured for detection. As a result, a change occurs in an electrical signal (hereinafter referred to as an “image signal”) captured for focus detection, and the relationship between the defocus amount and the change amount of the phase difference of the image signal (K = L / DEF). At the same time, an error occurs when performing correlation calculation on the image signal. Also, when performing focus detection with focus detection pixels having a peripheral image height at which the aperture efficiency of the imaging optical system is reduced, light vignetting occurs and the same problem occurs. In order to solve this problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-191629 proposes a method of acquiring light vignetting information of an imaging optical system at the time of focus detection and correcting an image signal for focus detection. .
しかしながら、近年の防振機能を有する撮影レンズには、撮像光学系を構成する補正レンズ群を偏心移動させることで像ブレを補正するものが多く、この場合、偏心移動時に光線ケラレ状態が変化するため、焦点検出精度に影響が及ぶ。これに対して、像ブレ方向を追従するように撮像素子を移動させることで像ブレ補正を行う方式もある。しかし、この方法では、撮像素子の一定の領域に射出される光線は、撮像素子が移動するために、見かけ上、常に撮像光学系からの射出角度が変化している(像高変化が生じている)状態となり、光線ケラレ状態も変化を生じていることになる。 However, many recent photographing lenses having an image stabilization function correct image blur by moving the correction lens group constituting the imaging optical system eccentrically. In this case, the light vignetting state changes during the eccentric movement. Therefore, the focus detection accuracy is affected. On the other hand, there is also a method of performing image blur correction by moving the image sensor so as to follow the image blur direction. However, in this method, the light beam emitted to a certain area of the image pickup device moves the image pickup device, so that the apparent emission angle from the image pickup optical system always changes (the image height changes). In other words, the vignetting state also changes.
図6は、補正レンズ群である第2レンズ群103又は撮像素子106が偏心移動を行うことにより像ブレ補正を行う本実施形態に係る図1又は図2の撮像光学系の概略を光学形式で示す図である。図6において、被写体側に位置する第1レンズ群101は、正の屈折力を有するものとする。第2レンズ群103は、負の屈折力を有しており、光軸と直交する方向に偏心移動を行うことで結像位置変位作用を発生させて、像ブレを補正する(打ち消す)。第3レンズ群104は、正の屈折力を有するものとする。図6に示す絞り102、光学的ローパスフィルタ105及び撮像素子を106は、図1を参照した説明に準ずる。図6において、画面中心光束を“L0”、周辺光束を“L1”とする。
FIG. 6 shows an outline of the imaging optical system of FIG. 1 or FIG. 2 according to the present embodiment in which the
図6(A)は、像ブレ補正を行う前の状態を示している。そして、図6(B)は、画角変化量として角度Δωに相当する像ブレの補正作用を得るために、第2レンズ群103を偏心移動させた状態を示している。図6(B)の状態では、第2レンズ群103の偏心によって、絞り102の位置において第2レンズ群103の光線有効範囲が撮像光学系の瞳範囲内に入り込んでしまい、その結果、非対称な光線ケラレが生じている。図6(C)は、撮像素子106を偏心移動させて、像ブレ補正を行った状態を示しており、図6(B)と同様に角度Δωに相当する像ブレの補正作用を得ている。図6(C)の状態では、見かけ上、撮像光学系から見て撮像素子106の中央が周辺像高部に移動を行った状態に変化しており、像高の増加と共に発生する光線ケラレが生じている。
FIG. 6A shows a state before image blur correction is performed. FIG. 6B shows a state in which the
撮像素子106の中央部で被写体に対する焦点検出を行う際の図6で示した撮像光学系中の第2レンズ群103又は撮像素子106を偏心移動させた際に生ずる光線ケラレの基線長への影響について、図7及び図8を参照して以下に説明する。なお、図7及び図8を参照する以下の説明では、撮像光学系は円形の開口を有するものとする。
The influence on the baseline length of the light vignetting that occurs when the
図7は、焦点検出画素が図3に示した構成となっている場合における、撮像光学系の射出瞳に対する焦点検出画素の瞳投影像の関係を示す図である。図7(A)は、第2レンズ群103又は撮像素子106が無偏心状態にある場合の状態を示しており、図6(A)に対応している。図7(B)は、第2レンズ群103又は撮像素子106を微小に偏心移動させた場合の状態を示している。図7(C)は、第2レンズ群103又は撮像素子106を大きく偏心移動させた場合の状態を示している。なお、図7では、撮像素子106の構成要素として、A像用の焦点検出画素700、B像用の焦点検出画素704、マイクロレンズ701、遮光部材702及び光電変換部703を示している。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship of the pupil projection image of the focus detection pixel with respect to the exit pupil of the imaging optical system when the focus detection pixel has the configuration shown in FIG. FIG. 7A shows a state where the
図7において、“EP0”と“EPO´”はそれぞれ、光線ケラレの無い状態での撮像光学系の射出瞳を示している。“EP1”は、図6(B),(C)に示した像ブレ補正時に第2レンズ群103又は撮像素子106が偏心移動を行って光線ケラレが発生した際の撮像光学系の射出瞳を示している。“EPa0”と“EPb0”はそれぞれ、A像用とB像用の焦点検出画素の瞳投影像を示し、“EPa1”と“EPb1”はそれぞれ、第2レンズ群103を偏心移動させた際に有効範囲が狭まったA像用とB像用の焦点検出画素の瞳投影像を示している。このような焦点検出画素は、図3を参照して説明したように、一列方向に配置され各焦点検出画素の光電変換信号を補間し、以下に説明する一対の相関演算を行う電気信号波形を成す。
In FIG. 7, “EP0” and “EPO ′” indicate the exit pupil of the imaging optical system in the absence of light vignetting. “EP1” is the exit pupil of the imaging optical system when the
図8は、焦点検出画素が図4又は図5に示した構成となっている場合における、撮像光学系の射出瞳に対する焦点検出画素の瞳投影像の関係を示す図である。図8に示す撮像素子800は、1つのマイクロレンズ801を介して受光を行い、それぞれがA像とB像を形成するための光電変換を行う2つの光電変換部802,803を有する。光電変換部802,803はそれぞれ、マイクロレンズ801の光軸外の有効範囲を通過した光線を受光するため、撮像光学系の射出瞳上の異なる領域部分の透過光線を受光する。これにより、位相差検知方式の焦点検出に必要となる瞳分離光線を得ることができる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship of the pupil projection image of the focus detection pixel with respect to the exit pupil of the imaging optical system when the focus detection pixel has the configuration shown in FIG. 4 or FIG. An
図8(A)は、第2レンズ群103又は撮像素子106が無偏心状態にある場合の状態を示しており、図6(A)に対応している。図8(B)は、第2レンズ群103又は撮像素子106を微小に偏心移動させた場合の状態を示している。図8(C)は、第2レンズ群103又は撮像素子106を大きく偏心移動させた場合の状態を示している。
FIG. 8A shows a state where the
なお、図8に示した撮像素子800が図5に示した画素群500の構造を有し、光電変換部802,803が画素503,504の光電変換部と対応している場合、画素501,502のそれぞれの光電変換部は、光電変換部802,803と重なった奥行き方向に存在している。この場合、画素501,503から出力される電気信号の加算と画素502,504から出力される電気信号の加算をそれぞれ行って、焦点検出用の一対の電気信号として用いればよい。
8 has the structure of the
図9(A)は、図7(A)及び図8(A)の状態(第2レンズ群103又は撮像素子106の無偏心状態にあり、光線ケラレが発生していない状態)におけるA像とB像の焦点検出画素の出力波形を示す図である。また、図9(B)は、図7(B)及び図8(B)の状態(第2レンズ群103又は撮像素子106を微小に偏心移動させた場合の状態)におけるA像とB像の焦点検出画素の出力波形を示す図である。
FIG. 9A shows an A image in the state shown in FIGS. 7A and 8A (the
図9(A)に示す電気信号波形AI0,BI0はそれぞれ、A像用及びB像用の焦点検出画素群から出力される電気信号を補間合成したものであり、信号強度の重心位置の隔たり量L0が、電気信号波形AI0,BI0のピーク間距離で示される。 The electrical signal waveforms AI0 and BI0 shown in FIG. 9A are obtained by interpolating and synthesizing electrical signals output from the focus detection pixel groups for the A image and the B image, respectively. L0 is indicated by the distance between the peaks of the electric signal waveforms AI0 and BI0.
同様に、図9(B)に示す電気信号波形AI1,BI1はそれぞれ、A像用及びB像用の焦点検出画素群から出力される電気信号を補間合成したものである。図9(B)では、図7(B)や図8(B)に示した通りに、B像用の焦点検出画素の瞳に光線ケラレの生じた状態(撮像光学系の光軸方向に変化を生じた状態)にあるため、電気信号波形AI1と電気信号波形BI1とが非対称な形状となっている。一方、A像用の焦点検出画素の瞳には光線ケラレは生じていないため、電気信号波形AI1は電気信号波形AI0と等価である。電気信号波形AI1,BI1の信号強度の重心位置の隔たり量L1は、図9(A)の電気信号波形AI0,BI0の信号強度の重心位置の隔たり量L0よりも短くなる。 Similarly, electrical signal waveforms AI1 and BI1 shown in FIG. 9B are obtained by interpolating electrical signals output from the focus detection pixel groups for the A and B images, respectively. In FIG. 9B, as shown in FIG. 7B and FIG. 8B, a state in which light vignetting occurs in the pupil of the focus detection pixel for B image (changes in the optical axis direction of the imaging optical system). Therefore, the electric signal waveform AI1 and the electric signal waveform BI1 are asymmetrical. On the other hand, since no light vignetting occurs in the pupil of the focus detection pixel for the A image, the electric signal waveform AI1 is equivalent to the electric signal waveform AI0. The distance L1 between the gravity center positions of the signal strengths of the electric signal waveforms AI1 and BI1 is shorter than the distance L0 between the gravity center positions of the signal strengths of the electric signal waveforms AI0 and BI0 in FIG.
よって、図9(B)の状態では、図9(A)の状態と比較すると、第2レンズ群103又は撮像素子106の偏心移動による光線ケラレの影響により、基線長が短くなるという変化が生じる。そのため、像ブレ補正を行うために第2レンズ群103又は撮像素子106の偏心移動量が規定量を超えてくると、上述した位相差検出方式の焦点検出精度が低下してくる。
Therefore, in the state of FIG. 9B, compared to the state of FIG. 9A, there is a change that the base line length is shortened due to the influence of light vignetting due to the eccentric movement of the
そこで、本実施形態では、焦点検出精度に支障があると判断される場合に焦点検出方式を切り替えることとし、その具体的な処理の内容について、図10のフローチャートを参照して以下に説明する。図10は、デジタルカメラ100Aでの焦点検出処理のフローチャートである。図10に示す各種の処理は、CPU121が所定のプログラムをROMから読み出し、RAMのワークエリアに展開、実行して、各種回路及びアクチュエータを駆動することにより実現される。
Therefore, in this embodiment, the focus detection method is switched when it is determined that the focus detection accuracy is hindered, and the specific processing contents will be described below with reference to the flowchart of FIG. FIG. 10 is a flowchart of focus detection processing in the
先ず、撮影者がデジタルカメラ100Aの電源スイッチをオンにすると、CPU121は、各種アクチュエータや撮像素子106の動作確認を行い、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行うと共に撮影準備動作を実行する(スタート)。撮影者がシャッタボタンを操作すると、ステップS101〜S104において、位相差検知方式(第1の焦点検出方法)によりデフォーカス量を求める。
First, when the photographer turns on the power switch of the
先ず、ステップS101において、CPU121は、撮像光学系を構成する補正レンズ群である第2レンズ群103の偏心移動による像ブレ補正を開始する。また、ステップS101と同時に、ステップS102において、CPU121は、AF信号処理(自動焦点検出のための信号処理)、つまり、オートフォーカス動作を開始する。
First, in step S101, the
具体的には、ステップS101の像ブレ補正では、CPU121は、姿勢検知部116等からの出力信号に基づいて像ブレ補正量の検出処理を行う。また、ステップS102のAF信号処理では、CPU121は、焦点検出画素に入射した光線を光電変換して出力される電気信号を相関演算のための信号波形にする補間処理を行い、また、必要に応じて信号補正処理を行う。なお、デジタルカメラ100Bの場合には、第2レンズ群103の偏心移動に代えて、撮像素子106の偏心移動を行うによる像ブレ補正を開始すると同時に焦点検出動作を開始する。
Specifically, in the image blur correction in step S101, the
次に、ステップS102の後のステップS103において、CPU121は、位相差相関演算(一対の像信号の相関演算)を行って、像ずれ量を算出する。そして、ステップS104において、CPU121は、ステップS103で得られた像ずれ量と予め計算がなされている基線長との関係からデフォーカス量を算出する。
Next, in step S103 after step S102, the
その後、ステップS105において、CPU121は、位相差検知方式による焦点検知方法を用いるのか、それともコントラスト評価による焦点検出方式を用いるのかを選択する。具体的には、ステップS105において、CPU121は、ステップS101で得られた像ブレ補正量が予め設定された所定の閾値を越えていないかを判定する。ステップS105の処理は、ステップS102で得られた像信号が、像ブレ補正によって光学ケラレが発生して相関演算誤差が生じることがないか、また、デフォーカス量を算出するための基線長に誤差が起きていないかを、閾値を設定して判定する処理である。
Thereafter, in step S105, the
CPU121は、像ブレ補正量が閾値を超えていない場合(S105でNO)、ステップS104で得られたデフォーカス量は信頼性のあるものと判断して、処理をステップS106へ進める。一方、CPU121は、像ブレ補正量が閾値を超えている場合(S105でYES)、ステップS104で得られたデフォーカス量の信頼性が低いと判断して、コントラスト評価による焦点検出方式(第2の焦点検出方法)に切り替えるために、処理をステップS107へ進める。
If the image blur correction amount does not exceed the threshold (NO in S105), the
ステップS106において、CPU121は、ステップS104で求めた位相差検知方式によるデフォーカス量に基づいて合焦判定を行う。CPU121は、合焦であると判定した場合(S106でYES)、本処理を終了させ、これにより、露光処理が行われることとなる。一方、CPU121は、合焦でないと判定した場合(S106でNO)、処理をステップS110へ進める。ステップS110において、CPU121は、ステップS104で算出したデフォーカス量を補正して合焦状態にするためのフォーカス量を求め、フォーカスレンズである第3レンズ群104の光軸方向での駆動を行う。その後、CPU121は、処理をステップS101へ戻し、再び、デフォーカス量を算出して合焦を判定する処理を繰り返す。
In step S106, the
ステップS107において、CPU121は、コントラスト評価による焦点検出を行うために、フォーカスレンズである第3レンズ群104を微小駆動させる。即ち、ステップS107は、ステップS104で得られたデフォーカス量からピント外れ方向(被写体側へのピント外れなのか像面側へのピント外れなのか)を検知してピント外れを補正する処理である。続くステップS108において、CPU121は、合焦評価を行う被写体像の任意空間周波数でのコントラスト値の評価を行う。その後のステップS109において、CPU121は、ステップS108で評価された被写体のコントラスト値から合焦判定を行う。この合焦判定では、被写体のコントラスト値が規定以上の値になった場合に合焦したと判定してもよい。
In step S107, the
CPU121は、合焦であると判定した場合(S109でYES)、本処理を終了させ、これにより、露光処理が行われることとなる。一方、CPU121は、合焦でないと判定した場合(S109でNO)、処理をステップS101へ戻す。なお、コントラスト評価による焦点検出方式に変更されている場合、コントラスト値のピーク位置をフォーカスレンズ位置とコントラスト値との関係から導き出す(所謂、山登り方式の)合焦位置検出を、ステップS102又はステップS107からステップS109の間で繰り返すようにしてもよい。
If the
以上の説明の通り、本実施形態によれば、位相差検知方式の焦点検出を行う撮像素子を備える撮像装置において、像ブレ補正機構を使用した際の焦点検出精度を高く維持しながら、高速な合焦作動を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, in an imaging device including an imaging device that performs phase difference detection type focus detection, high-speed detection is performed while maintaining high focus detection accuracy when the image blur correction mechanism is used. A focusing operation can be realized.
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。例えば、上記実施形態では、位相差検知方式とコントラスト評価方式とを焦点検出方法として用いた。但し、これに限定されるものではなく、コントラスト評価方式に代えて、外部的な測距ユニットを用いた三角測距方式や赤外光の投受光によるアクィブ方式、或いは、外部パッシブ測距方式等を用いてもよい。また、本発明は、デジタルカメラに限定されず、デジタルビデオカメラ、撮像素子による撮影機能を備える携帯電話や携帯ゲーム機等の各種電子機器に適用が可能である。 Although the present invention has been described in detail based on preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. Furthermore, each embodiment mentioned above shows only one embodiment of this invention, and it is also possible to combine each embodiment suitably. For example, in the above embodiment, the phase difference detection method and the contrast evaluation method are used as the focus detection method. However, the present invention is not limited to this. Instead of the contrast evaluation method, a triangular distance measurement method using an external distance measurement unit, an active method using infrared light projecting and receiving, or an external passive distance measurement method, etc. May be used. Further, the present invention is not limited to a digital camera, and can be applied to various electronic devices such as a digital video camera and a mobile phone or a portable game machine having a photographing function using an image sensor.
101 第1レンズ群
102 絞り機構
103 第2レンズ群(補正レンズ群)
104 第3レンズ群(フォーカスレンズ)
106 撮像素子
113 補正レンズアクチュエータ
114 フォーカスアクチュエータ
116 姿勢検知部
117 撮像素子アクチュエータ
121 CPU
123 姿勢検知回路
126 フォーカス駆動回路
127 補正レンズ駆動回路
130 撮像素子アクチュエータ駆動回路
101
104 Third lens group (focus lens)
106
123
Claims (6)
前記撮像手段を構成する撮像素子に含まれる焦点検出用の画素から出力される電気信号を用いて前記被写体に対する焦点を検出する第1の焦点検出手段と、
前記被写体に対する焦点を検出する、前記第1の焦点検出手段とは異なる第2の焦点検出手段と、
像ブレを補正するための像ブレ補正量を算出する像ブレ補正手段と、
前記像ブレ補正手段が算出する像ブレ補正量に基づいて前記第1の焦点検出手段と前記第2の焦点検出手段のいずれを用いるかを選択する選択手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 Imaging means for imaging a subject;
First focus detection means for detecting a focus on the subject using an electrical signal output from a focus detection pixel included in an image sensor included in the imaging means;
Second focus detection means different from the first focus detection means for detecting a focus on the subject;
Image blur correction means for calculating an image blur correction amount for correcting image blur;
An imaging apparatus comprising: a selection unit that selects which of the first focus detection unit and the second focus detection unit to use based on an image blur correction amount calculated by the image blur correction unit. .
前記撮像手段を構成する撮像素子に含まれる焦点検出用の画素から出力される電気信号を用いて前記被写体に対する焦点を検出する第1の焦点検出ステップと、
前記第1の焦点検出ステップとは異なる方法で前記被写体に対する焦点を検出する第2の焦点検出ステップと、
像ブレを補正するための像ブレ補正量を算出する像ブレ補正ステップと、
前記像ブレ補正ステップで算出された像ブレ補正量に基づいて前記第1の焦点検出ステップと前記第2の焦点検出ステップのいずれを用いるかを選択する選択ステップとを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 A method for controlling an imaging apparatus having imaging means for imaging a subject,
A first focus detection step of detecting a focus on the subject using an electrical signal output from a focus detection pixel included in an image sensor that constitutes the imaging means;
A second focus detection step for detecting a focus on the subject in a manner different from the first focus detection step;
An image blur correction step for calculating an image blur correction amount for correcting the image blur; and
An imaging method comprising: a selection step for selecting which of the first focus detection step and the second focus detection step to use based on the image blur correction amount calculated in the image blur correction step. Control method of the device.
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