JP2015087511A - Focus detector, control method for the same, control program and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置に関し、特に、位相差検出方式を用いた焦点検出装置に関する。 The present invention relates to a focus detection apparatus, a control method thereof, a control program, and an imaging apparatus, and more particularly to a focus detection apparatus using a phase difference detection method.
従来、デジタルカメラ又はビデオカメラなどの撮像装置において用いられるオートフォーカス(AF)の一つとして、所謂位相差検出方式(以下位相差AFという)が知られている。位相差AFにおいては、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を2分割して、当該2分割した光束を一組の焦点検出用センサによってそれぞれ受光する。 Conventionally, a so-called phase difference detection method (hereinafter referred to as phase difference AF) is known as one of autofocus (AF) used in an imaging apparatus such as a digital camera or a video camera. In the phase difference AF, the light beam that has passed through the exit pupil of the photographing lens is divided into two, and the two divided light beams are received by a set of focus detection sensors.
そして、その受光量に応じて出力される検出信号のずれ量、つまり、光束の分割方向における相対的位置のずれ量(以下像ずれ量という)を検出することによって撮影レンズのピント方向におけるずれ量(以下デフォーカス量という)を求めている。 Then, by detecting the shift amount of the detection signal output according to the received light amount, that is, the shift amount of the relative position in the beam splitting direction (hereinafter referred to as the image shift amount), the shift amount in the focusing direction of the photographing lens. (Hereinafter referred to as defocus amount).
ところで、上述のような位相差検出部を撮像素子に備えることによって、専用の焦点検出用センサを不要として、高速で位相差AFを行うようにした焦点検出装置が知られている(特許文献1参照)。 By the way, there is known a focus detection device that performs phase difference AF at high speed without providing a dedicated focus detection sensor by providing the image sensor with the above-described phase difference detection unit (Patent Document 1). reference).
特許文献1においては、撮像素子の画素に備えられた光電変換部を2分割することによって瞳分割を行い、当該2分割された光電変換部の出力を個別に処理することによって焦点検出を行う。さらに、2分割された光電変換部の出力を合算して画像信号としている。
In
さらに、光電変換部の出力に対して所定のフィルタ処理を施して得られたデフォーカス量と光電変換部の出力に対してフィルタ処理を施すことなく得られたデフォーカス量とを選択的に用いる焦点検出装置が知られている(特許文献2参照)。 Further, a defocus amount obtained by performing a predetermined filter process on the output of the photoelectric conversion unit and a defocus amount obtained without performing a filter process on the output of the photoelectric conversion unit are selectively used. A focus detection apparatus is known (see Patent Document 2).
ところが、特許文献1に記載の焦点検出装置では、焦点検出を行う際に光電変換部の出力に対してフィルタ処理を行うか否かを選択しておらず、この結果、被写体の位置によっては像ずれ量が誤検出されることがある。
However, the focus detection apparatus described in
また、特許文献2に記載の焦点検出装置においては、光電変換部の出力に対してフィルタ処理を行うか否かを選択して、焦点検出精度を向上するようにしている。しかし、撮影条件、被写体種別およびその位置などの被写体条件に応じてフィルタ処理を行うか否かを判定することは行っていない。このため、撮影条件および被写体条件によっては精度よく焦点検出を行えないことがある。
Moreover, in the focus detection apparatus described in
そこで、本発明の目的は、位相差検出によって焦点検出を行う際、像ずれ量の誤検出を抑えて精度よく焦点検出を行うことのできる焦点検出装置、その制御方法、および制御プログラム、並びに撮像装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a focus detection apparatus, a control method thereof, a control program, and an imaging device capable of accurately performing focus detection while suppressing erroneous detection of an image shift amount when performing focus detection by phase difference detection. To provide an apparatus.
上記の目的を達成するため、本発明による焦点検出装置は、少なくともフォーカスレンズを備える撮影レンズにおける互いに異なる瞳領域を通過した一対の光束を受光する複数の焦点検出画素を備える撮像素子から得られる第1の像信号および第2の像信号の位相差に応じて焦点検出を行う焦点検出装置であって、前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して所定の第1の周波数帯域で第1のフィルタ処理を行う第1のフィルタ手段と、前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して前記第1の周波数帯域よりも高い第2の周波数帯域で第2のフィルタ処理を行う第2のフィルタ手段と、前記第1のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第1の像ずれ量を求めるとともに、前記第2のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第2の像ずれ量を求める像ずれ量算出手段と、前記第1の像ずれ量が撮影条件に応じて定められた基準像ずれ量以上であるか否かを判定して、当該判定結果に応じて前記第1の像ずれ量および前記第2の像ずれ量のいずれか一方を選択像ずれ量として選択する選択手段と、
前記選択像ずれ量に応じて前記フォーカスレンズの焦点ずれを示すデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a focus detection apparatus according to the present invention is obtained from an image pickup device including a plurality of focus detection pixels that receive a pair of light beams that have passed through different pupil regions in a photographic lens including at least a focus lens. A focus detection device that performs focus detection in accordance with a phase difference between one image signal and a second image signal, and a predetermined first frequency band for the first image signal and the second image signal And a second filter in a second frequency band higher than the first frequency band with respect to the first image signal and the second image signal. A second filter means for performing processing, a first image signal subjected to the first filter processing and a first image displacement amount indicating an image displacement amount in the second image signal, and the second image signal. No fu An image shift amount calculating means for obtaining a second image shift amount indicating an image shift amount in the first image signal and the second image signal subjected to the filter processing, and the first image shift amount according to a photographing condition. Whether or not it is equal to or greater than a predetermined reference image displacement amount, and either one of the first image displacement amount and the second image displacement amount is selected as the selected image displacement amount according to the determination result. A selection means to select;
Defocus amount calculating means for calculating a defocus amount indicating a defocus amount of the focus lens in accordance with the selected image shift amount.
本発明による撮像装置は、少なくともフォーカスレンズを備える撮影レンズにおける互いに異なる瞳領域を通過した一対の光束を受光する複数の焦点検出画素を備える撮像素子と、請求項1〜8のいずれか1項に記載の焦点検出装置と、前記焦点検出装置で得られたデフォーカス量に応じて前記フォーカスレンズを前記撮影レンズの光軸に沿って駆動して合焦状態とする制御手段と、を有することを特徴とする。 An imaging device according to the present invention includes: an imaging device including a plurality of focus detection pixels that receive a pair of light beams that have passed through mutually different pupil regions in a photographing lens including at least a focus lens; and And a control means for driving the focus lens along the optical axis of the photographing lens according to the defocus amount obtained by the focus detection device to bring it into a focused state. Features.
本発明による制御方法は、少なくともフォーカスレンズを備える撮影レンズにおける互いに異なる瞳領域を通過した一対の光束を受光する複数の焦点検出画素を備える撮像素子から得られる第1の像信号および第2の像信号の位相差に応じて焦点検出を行う焦点検出装置の制御方法であって、前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して所定の第1の周波数帯域で第1のフィルタ処理を行う第1のフィルタ処理ステップと、前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して前記第1の周波数帯域よりも高い第2の周波数帯域で第2のフィルタ処理を行う第2のフィルタ処理ステップと、前記第1のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第1の像ずれ量を求めるとともに、前記第2のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第2の像ずれ量を求める像ずれ量算出ステップと、前記第1の像ずれ量が撮影条件に応じて定められた基準像ずれ量以上であるか否かを判定して、当該判定結果に応じて前記第1の像ずれ量および前記第2の像ずれ量のいずれか一方を選択像ずれ量として選択する選択ステップと、前記選択像ずれ量に応じて前記フォーカスレンズの焦点ずれを示すデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出ステップと、を有することを特徴とする。 According to the control method of the present invention, a first image signal and a second image obtained from an imaging device including a plurality of focus detection pixels that receive a pair of light beams that have passed through different pupil regions in a photographing lens including at least a focus lens. A focus detection apparatus control method for performing focus detection according to a signal phase difference, wherein the first filter processing is performed in a predetermined first frequency band with respect to the first image signal and the second image signal. A first filtering process step for performing a second filtering process on a second frequency band higher than the first frequency band for the first image signal and the second image signal. A first image shift amount indicating an image shift amount in the first image signal and the second image signal subjected to the first filter processing, and the second filter. An image shift amount calculating step for obtaining a second image shift amount indicating an image shift amount in the processed first image signal and second image signal, and the first image shift amount according to the shooting condition. It is determined whether or not a predetermined reference image shift amount or more, and one of the first image shift amount and the second image shift amount is selected as a selected image shift amount according to the determination result. And a defocus amount calculating step of calculating a defocus amount indicating a defocus amount of the focus lens in accordance with the selected image shift amount.
本発明による制御プログラムは、少なくともフォーカスレンズを備える撮影レンズにおける互いに異なる瞳領域を通過した一対の光束を受光する複数の焦点検出画素を備える撮像素子から得られる第1の像信号および第2の像信号の位相差に応じて焦点検出を行う焦点検出装置で用いられる制御プログラムであって、前記焦点検出装置が備えるコンピュータに、前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して所定の第1の周波数帯域で第1のフィルタ処理を行う第1のフィルタ処理ステップと、前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して前記第1の周波数帯域よりも高い第2の周波数帯域で第2のフィルタ処理を行う第2のフィルタ処理ステップと、前記第1のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第1の像ずれ量を求めるとともに、前記第2のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第2の像ずれ量を求める像ずれ量算出ステップと、前記第1の像ずれ量が撮影条件に応じて定められた基準像ずれ量以上であるか否かを判定して、当該判定結果に応じて前記第1の像ずれ量および前記第2の像ずれ量のいずれか一方を選択像ずれ量として選択する選択ステップと、前記選択像ずれ量に応じて前記フォーカスレンズの焦点ずれを示すデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出ステップと、を実行させることを特徴とする。 A control program according to the present invention includes a first image signal and a second image obtained from an imaging device including a plurality of focus detection pixels that receive a pair of light beams that have passed through different pupil regions in a photographing lens including at least a focus lens. A control program used in a focus detection device that performs focus detection according to a phase difference between signals, wherein a computer included in the focus detection device has a predetermined program for the first image signal and the second image signal. A first filtering step for performing a first filtering process in a first frequency band; and a second frequency higher than the first frequency band for the first image signal and the second image signal. A second filter processing step for performing a second filter processing in a band, and a first image signal and a second image signal on which the first filter processing has been performed. An image for determining a first image shift amount indicating a shift amount and a second image shift amount indicating an image shift amount in the first image signal and the second image signal subjected to the second filter processing. A shift amount calculating step; determining whether the first image shift amount is equal to or greater than a reference image shift amount determined according to a shooting condition; and determining the first image shift amount according to the determination result. And a selection step of selecting one of the second image shift amounts as a selected image shift amount, and a defocus amount calculation for calculating a defocus amount indicating a focus shift of the focus lens according to the selected image shift amount And executing the step.
本発明によれば、第1の像ずれ量が撮影条件に応じて定められた基準像ずれ量以上であるか否かを判定して、当該判定結果に応じて第1の像ずれ量および第2の像ずれ量のいずれか一方を選択像ずれ量として選択し、この選択像ずれ量に応じてフォーカスレンズの焦点ずれを示すデフォーカス量を算出する。これによって、像ずれ量の誤検出を抑えて、しかも撮影条件および被写体条件に応じて精度よく焦点検出を行うことができる。 According to the present invention, it is determined whether or not the first image shift amount is greater than or equal to the reference image shift amount determined according to the shooting condition, and the first image shift amount and the first image shift amount are determined according to the determination result. One of the two image shift amounts is selected as the selected image shift amount, and a defocus amount indicating the focus shift of the focus lens is calculated according to the selected image shift amount. Accordingly, erroneous detection of the image shift amount can be suppressed, and the focus detection can be accurately performed according to the photographing condition and the subject condition.
以下、本発明の実施の形態による焦点検出装置を備える撮像装置の一例について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an example of an imaging apparatus including a focus detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態による焦点検出装置を備える撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an example of an imaging apparatus including a focus detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ(以下単にカメラと呼ぶ)であり、カメラ100は被写体を撮影して、動画又は静止画データをテープ、固体メモリ、光ディスク、又は磁気ディスクなどの記録メディアに記録する。カメラ100に備えられた各ユニットはバス160を介して互いに接続されており、これらユニットはメインCPU(以下単にCPUと呼ぶ)151(中央演算処理装置)によって制御される。
The illustrated imaging device is, for example, a digital camera (hereinafter simply referred to as a camera), and the
カメラ100は、1つのマイクロレンズを共有する複数の光電変換素子(例えば、第1の光電変換素子および第2の光電変換素子)を備える撮像素子141を有しており、カメラ100に備えられた焦点検出装置は、撮像素子141の出力に応じて位相差検出方式によって焦点検出を行う。
The
カメラ100は、撮影レンズユニット(以下単に撮影レンズと呼ぶ)101を有しており、撮影レンズ101は、固定1群レンズ102、ズームレンズ111、絞り機構(単に絞りともいう)103、固定3群レンズ121、およびフォーカスレンズ131を備えている。絞り制御部105はCPU151の制御下で、絞りモータ(AM)104を駆動制御して絞り103を駆動する。
The
これによって、絞り103の開口径が調整されて撮影の際の光量調節が行われる。ズーム制御部113はCPU151の制御下で、ズームモータ(ZM)112を駆動制御してズームレンズ111を駆動し焦点距離を変更する。
As a result, the aperture diameter of the
フォーカス制御部133はCPU151の制御下で、フォーカスモータ(FM)132を駆動制御して、焦点調節用レンズであるフォーカスレンズ131を駆動し焦点調節を行う。なお、図1においては、フォーカスレンズ131は単レンズで簡略的に示されているが、通常複数のレンズで構成される。
The
撮影レンズ101を介して入射した光学像(被写体像ともいう)は撮像素子141に結像する。そして、撮像素子141は光学像に応じた電気信号(アナログ信号)を出力する。撮像素子141は、2次元マトリックス状に配列された複数の画素を有している。例えば、撮像素子141は横方向(行方向)にm画素、縦方向(列方向)にn画素(mおよびnの各々は2以上の整数)が配列され、各画素には、後述するように2つの光電変換素子(受光領域)が備えられている。
An optical image (also referred to as a subject image) incident through the taking
撮像素子141の出力であるアナログ信号(画像信号又は撮像信号)は撮像信号処理部142に与えられる。撮像信号処理部142は、画像信号をA/D変換した後、所定の信号処理を行って画像データを生成する。この際、撮像信号処理部142は、2つの光電変換素子に対応する第1および第2の画像データを出力するとともに、第1および第2の画像データを合成した(つまり、加算した)合成画像データを生成する。
An analog signal (an image signal or an imaging signal) that is an output of the
位相差AF処理部135は、2つの光電変換素子(つまり、第1および第2の光電変換素子)に対応する画像データに応じて、つまり、被写体からの光を分割して得られた像に応じて分割方向における像ずれ量を検出する。即ち、位相差AF処理部135は第1および第2の光電変換素子から得られた信号値を用いて相関演算を行って像ずれ量を算出する。
The phase difference
さらに、位相差AF処理部135は像ずれ量に基づいて撮影レンズ101のピント方向のずれ量(デフォーカス量)を算出する。このデフォーカス量は、像ずれ量に所定の係数(換算係数)を乗算することによって求められる。なお、像ずれ量およびデフォーカス量の算出は、CPU151の制御下で行われる。また、像ずれ量およびデフォーカス量の算出の少なくとも一部をCPU151又はフォーカス制御部133で行うようにしてもよい。
Further, the phase difference
位相差AF処理部135で求められたずれ量(つまり、デフォーカス量)はフォーカス制御部133に送られる。フォーカス制御部133は、当該ずれ量、つまり、撮影レンズ101のピント方向のずれ量に基づいてフォーカスモータ132を駆動する駆動量を決定する。そして、フォーカス制御部133は当該駆動量に応じてフォーカスモータ132を駆動制御して、フォーカスレンズ131を撮影レンズ101の光軸に沿って移動させてAF制御を行う。
The shift amount (that is, the defocus amount) obtained by the phase difference
撮像信号処理部142は前述の合成画像データを撮像制御部143に送る。そして、撮像制御部143は合成画像データを一時的にRAM(ランダム・アクセス・メモリ)154に保存する。画像圧縮解凍部153は、RAM154に保存された合成画像データを圧縮して画像記録媒体157に記録する。
The imaging
なお、撮像制御部143はCPU151の制御下で、撮像素子141の読み出し制御を行う。
Note that the
また、RAM154に保存された合成画像データは画像処理部152に送られる。画像処理部152は、合成画像データに対して所定の画像処理を行って、処理済み画像データとする。例えば、画像処理部152は、合成画像データに縮小・拡大処理を施して最適なサイズに変換する。そして、画像処理部152は、最適なサイズに処理された画像データをモニタディスプレイ150に画像として表示する。これによって、ユーザである操作者はリアルタイムで撮影の際に画像を観察することができる。
The composite image data stored in the
なお、画像の撮影の直後においては、モニタディスプレイ150に所定の時間だけ画像を表示される。
Immediately after the image is taken, the image is displayed on the
操作部156(操作スイッチともいう)は、操作者がカメラ100(つまり、CPU151)に対して各種指示を行う際に用いられる。そして、操作部156から入力された操作指示はバス160を介してCPU151に送られる。
The operation unit 156 (also referred to as an operation switch) is used when an operator gives various instructions to the camera 100 (that is, the CPU 151). An operation instruction input from the
撮像制御部143は、CPU151の制御下で撮像素子141の制御を行う。この際、CPU151は、操作部156から入力された操作者からの操作指示又はRAM154に保存された合成画像データにおける画素信号のサイズに基づいて、撮像素子141における電荷蓄積時間を決定する。
The
さらに、CPU151は、撮像素子141から撮像信号処理部142に画像信号を読み出す際のゲインの設定値を決定する。そして、撮像制御部143は、CPU151で決定された蓄積時間およびゲインの設定値に応じて撮像素子141を制御する。
Further, the
バッテリ159は、電源管理部158によって管理され、カメラ100の全体に安定して電源供給を行う。フラッシュメモリ155には、カメラ100の動作に必要な制御プログラムが記憶されている。
The
操作者の操作によってカメラ100が起動すると(つまり、電源オフの状態から電源オンの状態に移行すると)、フラッシュメモリ155に格納された制御プログラムがRAM154の所定の領域に読み込まれる(ロードされる)。CPU151は、RAM154にロードされた制御プログラムに応じてカメラ100を制御する。
When the
図2は、図1に示すカメラ100で行われる撮影動作の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理はCPU151の制御下で行われる。
FIG. 2 is a flowchart for explaining an example of the photographing operation performed by the
カメラ100の電源がオンとされると、CPU151は演算(制御)を開始する。そして、CPU151はカメラ100に設定された各種フラグおよび制御変数などを初期化する(ステップS202)。続いて、CPU151は、フォーカス制御部133などを制御してフォーカスレンズ131などの撮影光学部材を予め定められた初期位置に移動させる(ステップS203)。
When the power of the
次に、CPU151は操作者によって電源オフ操作が行われたか否かを検出する(ステップS204)。電源オフ操作を検出すると(ステップS204において、YES)、CPU151は、カメラ100の電源をオフとするため、各種フラグおよび制御変数のクリアなどの後処理を行う(ステップS205)。そして、CPU151は撮影動作を終了する。
Next, the
一方、電源オフ操作を検出しないと(ステップS204において、NO)、CPU151は、後述する焦点検出処理を行う(ステップS207)。そして、CPU151の制御下で、後述するようにして、フォーカス制御部133は焦点検出処理で得られた駆動方向、駆動速度、および駆動位置(つまり、デフォーカス量)に応じてフォーカスレンズ131を光軸に沿って駆動して、フォーカスレンズ131を合焦位置に移動させる(ステップS208:焦点制御)。
On the other hand, when the power-off operation is not detected (NO in step S204), the
続いて、撮像制御部143は、CPU151の制御下で撮像素子141を制御して被写体像を光電変換する(ステップS209)。そして、撮像信号処理部142は、撮像素子141の出力である画像信号に所定の信号処理を施して画像データを得る。
Subsequently, the
次に、CPU151は、操作者が操作部156において記録ボタン(図示せず)を押下げたか否かを検出して記録中であるかを確認する(ステップS210)。記録中でない場合には(ステップS210において、NO)、CPU151はステップS204の処理に戻る。
Next, the
一方、記録中である場合には(ステップS210において、YES)、CPU151は撮像制御部143によって、撮像信号処理部142の出力である画像データ(合成画像データ)を画像圧縮解凍部153に送る。そして、画像圧縮解凍部153は画像データを圧縮処理して画像記録媒体157に記録する。その後、CPU151はステップS204の処理に戻る。
On the other hand, when recording is in progress (YES in step S <b> 210), the
図3は、図1に示す撮像素子141の構成の一例を説明するための図である。そして、図3(a)は撮像素子141に備えられた画素の断面を示す図であり、図3(b)は撮像素子141における画素配列の一部を示す平面図である。また、図3(c)は図3(b)に示すA−A線に沿った断面図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the configuration of the
図3(a)において、画素の各々には、光学像を光電変換して画素信号を得る光電変換部30が備えられている。光電変換部30は第1の光電変換素子30−1および第2の光電変換素子30−2に分割されている。マイクロレンズ(オンチップマイクロレンズ)31は第1および第2の光電変換素子30−1および30−2の境界にその光軸が合致するように配置され、光電変換部30に光を集光する。さらに、画素内には平坦化膜32、カラーフィルタ33、配線34、および層間絶縁膜35が配設されている。
In FIG. 3A, each pixel includes a
図3(b)に示すように、撮像素子141においては、図3(a)に示す画素が複数2次元マトリックス状に配列されている。これら画素にはR(赤色)、G(緑色)、およびB(青色)のカラーフィルタ33が交互に配置され、4つの画素によってそれぞれ一組の画素ブロック40、41、および42が構成されて、所謂ベイヤー配列とされる。
As shown in FIG. 3B, in the
なお、図3(b)において、R、G、およびBの添え字である「1」および「2」は、それぞれ第1および第2の光電変換素子30−1および30−2の添え字を示している。 In FIG. 3B, subscripts “1” and “2” of R, G, and B are subscripts of the first and second photoelectric conversion elements 30-1 and 30-2, respectively. Show.
図3(c)において、撮像素子141は、撮影レンズ101を介して入射する光(光束)が結像する結像面に配置される。マイクロレンズ31によって、第1および第2の光電変換素子30−1および30−2はそれぞれ撮影レンズ101の瞳領域(射出瞳)の異なる位置(領域)を通過した一対の光束をそれぞれ受光する。
In FIG. 3C, the
図示の例では、第1の光電変換素子30−1は、撮影レンズ101の瞳領域(単に瞳ともいう)のうち右側に位置する領域を通過する光束を受光する。一方、第2の光電変換素子30−2は、撮影レンズ101の瞳のうち左側に位置する領域を通過する光束を受光する。これによって、画素(つまり、光電変換部30)において瞳50が瞳分割されることになる。
In the illustrated example, the first photoelectric conversion element 30-1 receives a light beam that passes through a region located on the right side of a pupil region (also simply referred to as a pupil) of the photographing
図4は、図3に示す撮像素子141から撮影レンズ101の方向を見た際の撮影レンズ101の瞳50を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the
図4において、瞳50は感度領域51−1および51−2を有しており、感度領域51−1は第1の光電変換素子30−1の感度領域(以下A像瞳という)であり、感度領域51−2は第2の光電変換素子30−2の感度領域(以下B像瞳という)である。そして、重心位置52−1および52−2は、それぞれA像瞳およびB像瞳の重心位置である。
In FIG. 4, the
撮像処理の際には、同一の画素において同一色のカラーフィルタが配置された2つの光電変換素子の出力を加算することによって画像信号が生成される。 In the imaging process, an image signal is generated by adding the outputs of two photoelectric conversion elements in which color filters of the same color are arranged in the same pixel.
一方、焦点検出処理の際には、1つの画素ブロックにおける第1の光電変換素子30−1の出力を積算することによって焦点検出信号(第1の焦点検出信号)が得られる。そして、この第1の焦点検出信号を画素ブロック40、41、および42について、つまり、横方向に配列された画素ブロックについて連続して取得することによってA像信号(第1の像信号)が生成される。 On the other hand, in the focus detection process, a focus detection signal (first focus detection signal) is obtained by integrating the outputs of the first photoelectric conversion elements 30-1 in one pixel block. An A image signal (first image signal) is generated by continuously acquiring the first focus detection signal for the pixel blocks 40, 41, and 42, that is, for the pixel blocks arranged in the horizontal direction. Is done.
同様にして、1つの画素ブロックにおける第2の光電変換素子30−2の出力を積算することによって焦点検出信号(第2の焦点検出信号)が得られる。そして、この第2の焦点検出信号を横方向に配列された画素ブロックについて連続して取得することによってB像信号(第2の像信号)が生成される。そして、A像信号およびB像信号が位相差検出用信号となる。 Similarly, a focus detection signal (second focus detection signal) is obtained by integrating the outputs of the second photoelectric conversion elements 30-2 in one pixel block. A B image signal (second image signal) is generated by continuously obtaining the second focus detection signals for the pixel blocks arranged in the horizontal direction. Then, the A image signal and the B image signal become phase difference detection signals.
図5は、図1に示す撮像信号処理部142で得られた第1および第2の画像データが示す画像に設定される焦点検出領域を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a focus detection area set in an image indicated by the first and second image data obtained by the imaging
図5において、例えば、撮像画角60に応じて所定の位置に焦点検出領域(つまり、焦点検出画素)61が設定される。位相差AF処理部135は、第1および第2の画像データについて設定された焦点検出領域61において、上述のA像信号およびB像信号を生成して、これらA像信号およびB像信号を位相差検出用信号とする。そして、位相差AF処理部135は位相差検出用信号に応じて、被写体に対する焦点検出を行う。
In FIG. 5, for example, a focus detection region (that is, focus detection pixel) 61 is set at a predetermined position according to the imaging angle of
なお、撮像画角60において、複数の焦点検出領域を設定するようにしてもよい。また、ここでは、撮像素子141の全画素についてそれぞれ2つの光電変換素子を設けて焦点検出領域において位相差検出用信号を生成するようにしたが、例えば、焦点検出領域に対応する画素を、図3(a)に示す画素とするようにしてもよい。
Note that a plurality of focus detection areas may be set in the imaging angle of
図6は、図3(b)に示す画素配列において、焦点検出に用いる画像信号の生成の他の例を説明するための図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining another example of generation of an image signal used for focus detection in the pixel array shown in FIG.
図示の例では、予め定められた範囲で縦方向に画素をライン加算する。つまり、縦方向において、ベイヤー配列における2画素ブロック分を加算平均することによって焦点検出に用いる画像信号を生成する。なお、ライン加算数は、任意に設定可能であり、ライン加算数が多い程、焦点検出領域61は画角に対して縦方向に大きくなる。
In the illustrated example, pixels are line-added in the vertical direction within a predetermined range. That is, an image signal used for focus detection is generated by averaging the two pixel blocks in the Bayer array in the vertical direction. Note that the number of line additions can be arbitrarily set, and the
図7は、図1に示す位相差AF処理部135で生成されるA像信号およびB像信号の一例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an A image signal and a B image signal generated by the phase difference
図7において、横軸は画素の位置を示し、縦軸は像信号(A像信号およびB像信号)の信号レベルを示す。位相差検出用信号における像ずれ量Xは撮影レンズ101の結像状態(例えば、合焦状態、前ピン状態、又は後ピン状態)に応じて変化する。 In FIG. 7, the horizontal axis indicates the position of the pixel, and the vertical axis indicates the signal level of the image signal (A image signal and B image signal). The image shift amount X in the phase difference detection signal changes according to the imaging state of the taking lens 101 (for example, in-focus state, front pin state, or rear pin state).
撮影レンズ101が合焦状態であると、A像信号およびB像信号の像ずれ量はなくなる。一方、撮影レンズ101が前ピン状態又は後ピン状態であると、互いに異なる方向に像ずれ量Xが生じる。また、像ずれ量Xは、撮影レンズ101によって被写体像が結像する位置とマイクロレンズ上面との距離、つまり、デフォーカス量と一定の関係がある。
When the
位相差AF処理部135は、CPU151の制御下でA像信号およびB像信号について相関演算を行って像ずれ量Xを求める。この相関演算においては、位相差AF処理部135は画素位置をシフトさせつつ、A像信号およびB像信号の相関値を演算して、この相関値が最大になる位置の差を像ずれ量とする。そして、位相差AF処理部135は、像ずれ量Xに基づいて撮影レンズ101のデフォーカス量を求めて、撮影レンズ101が合焦状態となるフォーカスレンズ131のレンズ駆動量を算出する。
The phase difference
図8は、図1に示す位相差AF処理部135で行われる像ずれ量からデフォーカス量への変換を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the conversion from the image shift amount to the defocus amount performed by the phase difference
図8においては、撮影レンズ101および撮像素子141を含む光学系が示されており、被写体70に関する予定結像面の位置p0に係る光軸上に焦点検出面の位置p1が存在する。像ずれ量とデフォーカス量との関係は光学系に応じて決定される。デフォーカス量は像ずれ量Xに所定の係数K(換算係数)を乗算して得られる。
In FIG. 8, an optical system including the photographing
当該係数Kは、A像瞳とB像瞳との重心位置に基づいて算出される。焦点検出面の位置p1が位置p2に移動した場合、位置p0、q2、およびq3で規定される三角形と位置p0、q2’、およびq3’で規定される三角形との相似に応じて像ずれ量が変化する。よって、当該ずれ量に応じて焦点検出面の位置p2におけるデフォーカス量を算出することができる。 The coefficient K is calculated based on the barycentric positions of the A image pupil and the B image pupil. When the position p1 of the focus detection surface is moved to the position p2, the amount of image shift according to the similarity between the triangle defined by the positions p0, q2, and q3 and the triangle defined by the positions p0, q2 ′, and q3 ′ Changes. Therefore, the defocus amount at the position p2 on the focus detection surface can be calculated according to the shift amount.
CPU151の制御下で、位相差AF処理部135はデフォーカス量に基づいて被写体に対して合焦状態とするためのフォーカスレンズ131の位置を算出する。
Under the control of the
ところで、上述の相関演算の前に、位相差AF処理部135は、A像信号およびB像信号に対してフィルタ処理を行う。このフィルタ処理によって、A像信号およびB像信号におけるエッジを強調して焦点検出精度を向上する。
By the way, before the above-described correlation calculation, the phase difference
また、A像信号およびB像信号のダイナミックレンジレベルを合わせる補正を行った場合には、当該補正による誤差であるDC成分をカットすることによって、検出精度が向上するとともに、像ずれ量の誤検出を抑えることができる。 In addition, when correction for matching the dynamic range levels of the A image signal and the B image signal is performed, the DC component, which is an error due to the correction, is cut, thereby improving detection accuracy and erroneous detection of an image shift amount. Can be suppressed.
図3に示す例において、フォーカスレンズ131が被写体に対して合焦付近に位置する際には、A像信号およびB像信号はほぼ一致している。このため、エッジを強調するためのバンドパスフィルタ(以下BPFという)処理をA像信号およびB像信号に対して行えば、焦点検出精度が向上する。
In the example shown in FIG. 3, when the
一方、図7に示す状態、つまり、フォーカスレンズ131が被写体に対してデフォーカス状態であると、撮影レンズ101によるケラレの影響、そして、2つの光電変換素子に入射する光の分割が100%とはならずその一部が混合する影響によって、A像信号およびB像信号が示す像が崩れてしまう。
On the other hand, in the state shown in FIG. 7, that is, when the
図9は、図1に示すフォーカスレンズ131がデフォーカス状態にある際にA像信号およびB像信号に対してBPF処理を行った後の状態を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a state after the BPF processing is performed on the A image signal and the B image signal when the
図示のように、フォーカスレンズ131がデフォーカス状態にある際にA像信号およびB像信号に対してBPF処理を行うと、A像信号およびB像信号ともにその波形が崩れた状態が強調されてしまう。このようなA像信号およびB像信号を用いて像ずれ量を検出しようとすると、像ずれの位置がずれて検出されてしまうことになって、精度よくデフォーカス量を求めることができない。
As shown in the figure, when the BPF processing is performed on the A image signal and the B image signal while the
ここで、BPF処理を伴わない第1のフィルタ処理を行ったA像信号およびB像信号に応じて得られた像ずれ量をX1とし、BPFを伴う第2のフィルタ処理を行ったA像信号およびB像信号に応じて得られた像ずれ量をX2とする。そして、位相差AF処理部135はCPU151の制御下で、像ずれ量X1(第1の像ずれ量)と撮影レンズ101のF値とに応じて像ずれ量X1および像ずれ量X2(第2像ずれ量)のいずれを最終的な像ずれ量(選択像ずれ量ともいう)とするかを選択する。
Here, the image shift amount obtained in accordance with the A image signal and the B image signal subjected to the first filter processing without the BPF processing is X1, and the A image signal subjected to the second filter processing with the BPF. The image shift amount obtained according to the B image signal is X2. Then, under the control of the
ここで、第1のフィルタ処理は、例えば、A像信号およびB像信号に対してローパスフィルタ(LPF)処理を行って、A像信号およびB像信号に含まれるノイズの低減する処理である。つまり、第1のフィルタ処理では、A像信号およびB像信号に対して所定の第1の周波数帯域でフィルタ処理が行われる。 Here, the first filter process is a process of reducing noise included in the A image signal and the B image signal by performing a low pass filter (LPF) process on the A image signal and the B image signal, for example. That is, in the first filter processing, filter processing is performed on the A image signal and the B image signal in a predetermined first frequency band.
第2のフィルタ処理は、例えば、上述のようにエッジ強調のためのBPF処理である。つまり、第2のフィルタ処理では、A像信号およびB像信号に対して第1の周波数帯域よりも高い第2の周波数帯域でフィルタ処理が行われる。 The second filter processing is, for example, BPF processing for edge enhancement as described above. That is, in the second filtering process, the filtering process is performed on the A image signal and the B image signal in the second frequency band higher than the first frequency band.
図10は、図1に示す位相差AF処理部135で行われる第1および第2の像ずれ量の選択を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining selection of the first and second image shift amounts performed by the phase difference
図10において、横軸は撮影レンズ101のF値を示し、縦軸は基準像ずれ量(つまり、像ずれ量X1の範囲:基準値)を示す。いま、第1のフィルタ処理を行った結果得られた像ずれ量X1が、当該像ずれ量X1が得られた撮影条件であるF値に対応する基準像ずれ量よりも小さいと、位相差AF処理部135は最終的な像ずれ量(選択像ずれ量)として像ずれ量X2を選択する。
In FIG. 10, the horizontal axis indicates the F value of the photographing
一方、第1のフィルタ処理を行った結果得られた像ずれ量X1が、当該像ずれ量X1が得られた撮影条件であるF値に対応する基準像ずれ量以上であると、位相差AF処理部135は最終的な像ずれ量(選択像ずれ量)として像ずれ量X1を選択する。
On the other hand, if the image shift amount X1 obtained as a result of the first filter processing is equal to or larger than the reference image shift amount corresponding to the F value that is the photographing condition for obtaining the image shift amount X1, the phase difference AF. The
つまり、位相差AF処理部135は、像ずれ量X1に基づいてフォーカスレンズ131が被写体に関して合焦付近に位置するか又はデフォーカス状態であるかを判定するする。そして、位相差AF処理部135は、当該判定結果に応じてA像信号およびB像信号に対して第2のフィルタ処理を行うことが有効であるか否かを判定することになる。
That is, the phase difference
なお、基準像ずれ量はF値が小さくなるにつれて大きくなるように設定され、F値が大きくなるにつれて小さくなるように設定される。図10に示す例では、基準像ずれ量(像ずれ量X1の範囲)はF値に対して反比例に設定される。像ずれ量からデフォーカス量を算出するための所定の係数K(換算係数)はF値に対しておおよそ2乗の関数で表わされる。 Note that the reference image shift amount is set to increase as the F value decreases, and is set to decrease as the F value increases. In the example shown in FIG. 10, the reference image shift amount (the range of the image shift amount X1) is set in inverse proportion to the F value. A predetermined coefficient K (conversion coefficient) for calculating the defocus amount from the image shift amount is expressed by a function of approximately square with respect to the F value.
このため、基準像ずれ量をF値に対して反比例に設定すれば、像ずれ量に所定の係数Kを乗算した結果得られるデフォーカス量の範囲はF値に比例することになる。つまり、各F値において焦点深度が所定の範囲内であれば、位相差AF処理部135は像ずれ量X2を選択し、焦点深度が所定の範囲外であれば像ずれ量X1を選択する。
For this reason, if the reference image shift amount is set in inverse proportion to the F value, the range of the defocus amount obtained as a result of multiplying the image shift amount by the predetermined coefficient K is proportional to the F value. That is, the phase difference
図11は、図2に示す焦点検出処理を説明するためのフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理はCPU151の制御下で、撮像部制御部143および位相差AF処理部135によって行われる。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the focus detection process shown in FIG. Note that the processing according to the illustrated flowchart is performed by the imaging
焦点検出を開始すると、撮像部制御部143は撮像素子141による電荷の蓄積を行う(ステップS1102:センサ蓄積)。そして、CPU151の制御下で、撮像部制御部143は撮像素子141による電荷の蓄積が完了したか否かを判定する(ステップS1103)。つまり、撮像部制御部143は電荷蓄積終了時間に達したか否かを判定することになる。
When focus detection is started, the imaging
電荷蓄積終了時間に達していないと(ステップS1103において、NO)、撮像部制御部143はステップS1102の処理に戻って、撮像素子141における電荷の蓄積を継続する。一方、電荷蓄積終了時間に達すると(ステップS1103において、YES)、撮像部制御部143は予め設定された焦点検出領域における画素値の読み出しを行う(ステップS1104)。
If the charge accumulation end time has not been reached (NO in step S1103), the imaging
続いて、CPU151の制御下で、撮像部制御部143は焦点検出領域に存在する所定の画素数分の読み出しが完了したか否かを判定する(ステップS1105)。所定の画素数分の読み出しが完了していないと(ステップS1105において、NO)、撮像部制御部143はステップS1104の処理に戻って、所定の画素数分の読み出しが終了するまでステップS1104〜S1105の処理を繰り返す。
Subsequently, under the control of the
所定の画素数分の読み出しが完了すると(ステップS1105において、YES)、前述したようにして、位相差AF処理部135は、撮像信号処理部142の出力である画像データに応じてA像信号およびB像信号を生成する。そして、位相差AF処理部135は、A像信号およびB像信号に対して前述の第1のフィルタ処理を行う(ステップS1106)。なお、この第1のフィルタ処理には、A像信号およびB像信号の補正処理と平均化フィルタ処理とが含まれる。
When the reading for the predetermined number of pixels is completed (YES in step S1105), as described above, the phase difference
次に、CPU151の制御下で、位相差AF処理部135は、第1のフィルタ処理後のA像信号およびB像信号について前述の相関演算を行って像ずれ量X1(第1の像ずれ量)を算出する(ステップS1107)。この相関演算においては、前述のように、焦点検出領域におけるA像信号およびB像信号の画素をシフトさせつつ相関値を求めて、当該相関値が最大となる位置の差が像ずれ量とされる。相関値を求める際には、A像信号およびB像信号を重ねて比較して、累積値が小さい方を相関値とする。
Next, under the control of the
なお、累積値が大きい方を相関値としてもよい。さらには、累積値の差分を相関値とするようにしてもよい。累積値は相関値を示す指標であり、小さい方の累積値を相関値とした際には、当該累積値が最も大きいときが相関の高いときである。また、大きい方の累積値を相関値とした際又は差分を相関値とした際には、当該累積値又は差分が最も小さいときが相関の高いときとなる。 Note that the larger accumulated value may be used as the correlation value. Further, a difference between accumulated values may be used as a correlation value. The cumulative value is an index indicating the correlation value. When the smaller cumulative value is used as the correlation value, the cumulative value is the largest when the correlation is high. When the larger cumulative value is used as the correlation value or when the difference is used as the correlation value, the time when the cumulative value or the difference is the smallest is the time when the correlation is high.
続いて、位相差AF処理部135は、A像信号およびB像信号に対して第2のフィルタ処理を行う(ステップS1108)。この第2のフィルタ処理には、第1のフィルタ処理と同様の補正処理と平均化フィルタ処理とが含まれるとともに、エッジ強調などの処理が含まれる。そして、CPU151の制御下で、位相差AF処理部135は、第2のフィルタ処理後のA像信号およびB像信号について前述の相関演算を行って像ずれ量X2(第2の像ずれ量)を求める(ステップS1109)。
Subsequently, the phase difference
次に、位相差AF処理部135は、像ずれ量X1の絶対値が、図10で説明した基準像ずれ量(所定の基準値)以上であるか否かを判定する(ステップS1110)。像ずれ量X1の絶対値が所定の基準値以上であることを示す判定結果であると(ステップS1110において、YES)、位相差AF処理部135は像ずれ量X1を最終の像ずれ量(選択像ずれ量)として選択する(ステップS1111)。一方、像ずれ量X1の絶対値が所定の基準値未満であることを示す判定結果であると(ステップS1110において、NO)、位相差AF処理部135は像ずれ量X2を選択像ずれ量として選択する(ステップS1112)。
Next, the phase difference
ステップS1111又はS1112の処理に続いて、CPU151は、選択像ずれ量の信頼性を評価する(ステップS1113)。信頼性の評価を行う際には、CPU151はA像信号およびB像信号のコントラストとA像信号およびB像信号の一致度とに基づいて信頼性の評価を行う。
Subsequent to step S1111 or S1112, the
続いて、CPU151は、ステップS1113における信頼性評価の結果に応じて、選択像ずれ量が信頼できるか否かを判定する(ステップS1114)。ステップS1114の処理においては、CPU151は信頼性評価の結果が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。そして、信頼性評価の結果が所定の閾値よりも大きいと、CPU151は選択像ずれ量が信頼できると判定する。
Subsequently, the
一方、信頼性評価の結果が所定の閾値以下であると、CPU151は選択像ずれ量が信頼できないと判定する。なお、ステップS1114においては、CPU151は被写体が相関演算に適する被写体であるか否かも判定する。
On the other hand, if the result of the reliability evaluation is equal to or less than the predetermined threshold, the
図12は、相関演算に適しない被写体を撮影した際のA像信号およびB像信号の一例を説明するための図である。そして、図12(a)は繰り返し性を有するA像信号およびB像信号の一例を示す図であり、図12(b)は繰り返し性を有する被写体であるか否かの判定を示す図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining an example of an A image signal and a B image signal when a subject that is not suitable for correlation calculation is photographed. FIG. 12A is a diagram illustrating an example of an A image signal and a B image signal having repeatability, and FIG. 12B is a diagram illustrating determination of whether or not the subject has repeatability. .
相関演算において、A像信号とB像信号とをシフトしつつ相関値を求める際、図12(a)に示すように、A像信号およびB像信号が繰り返し性を有すると、繰り返しがずれた位置において一致したと判定することがある。 In the correlation calculation, when obtaining the correlation value while shifting the A image signal and the B image signal, if the A image signal and the B image signal have repeatability as shown in FIG. It may be determined that the positions match.
このような誤判定を防止するため、例えば、図12(b)に示すように、A像信号とB像信号とをシフトしたシフト量を横軸とし、相関値を縦軸とする相関値波形において、相関値の隣接差分の2乗和を指標として、CPU151は繰り返しを有する被写体、つまり、相関演算に適さない被写体であるか否かを判定する。
In order to prevent such a misjudgment, for example, as shown in FIG. 12B, a correlation value waveform in which the horizontal axis represents the shift amount obtained by shifting the A image signal and the B image signal and the vertical axis represents the correlation value. The
選択像ずれ量が信頼できると判定すると(ステップS1114において、YES)、CPU151の制御下で、位相差AF処理部135は選択像ずれ量に所定の係数Kを乗算して(つまり、Def=K×X(Xは選択像ずれ量))、デフォーカス量Defを算出する(ステップS1115)。そして、後述するようにして、フォーカス制御部133はデフォーカス量Defに基づいてフォーカスモータ132を駆動制御してフォーカスレンズ131を光軸に沿って移動させる。その後、CPU151は焦点検出処理を終了する。
If it is determined that the selected image shift amount is reliable (YES in step S1114), under the control of the
一方、選択像ずれ量が信頼できないと判定すると(ステップS1114において、NO)、CPU151は焦点検出がNGであるとして焦点検出を行うことなく(ステップS1116)、焦点検出処理を終了する。
On the other hand, if it is determined that the selected image shift amount is not reliable (NO in step S1114), the
図13は、図2に示す焦点制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。図13は、本実施例における焦点制御方法を示すフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理はCPU151の制御下で、フォーカス制御部133によって行われる。
FIG. 13 is a flowchart for explaining an example of the focus control process shown in FIG. FIG. 13 is a flowchart showing the focus control method in the present embodiment. Note that the processing according to the illustrated flowchart is performed by the
焦点制御処理を開始すると、CPU151の制御下で、フォーカス制御部133は位相差AF処理部135からデフォーカス量Defを得る(ステップS1302)。そして、フォーカス制御部133は、当該デフォーカス量Defに基づいてフォーカスレンズ131の駆動量(レンズ駆動量)を算出する(ステップS1303)。この際、フォーカス制御部133は、レンズ駆動方向および駆動速度をデフォーカス量Defに応じて算出する。
When the focus control process is started, the
続いて、フォーカス制御部133は、デフォーカス量の絶対値が所定のデフォーカス閾値以下であるか否かを判定する(ステップS1304)。デフォーカス量の絶対値がデフォーカス閾値を超えると(ステップS1304において、NO)、フォーカス制御部133はフォーカスレンズ131の位置が合焦位置(合焦点)でないとして、レンズ駆動量(および駆動方向と駆動速度)に応じてフォーカスレンズモータ132を駆動制御してフォーカスレンズ131を光軸に沿って移動させる(ステップS1305)。そして、フォーカス制御部133は焦点制御処理を終了する。
Subsequently, the
一方、デフォーカス量の絶対値がデフォーカス閾値以下であると(ステップS1304において、YES)、フォーカス制御部133はフォーカスレンズ位置が合焦点にあるとして、フォーカスレンズモータ132を制御してフォーカスレンズ131の移動を停止する(ステップS1306)。そして、フォーカス制御部133は焦点制御処理を終了する。
On the other hand, if the absolute value of the defocus amount is equal to or smaller than the defocus threshold (YES in step S1304), the
なお、カメラ100では、図2で説明したように、電源がオフとされるまでの間、被写体に合焦するまで複数回の焦点検出を行うことになる。
In the
このように、本発明の第1の実施形態では、BPFを伴わない第1のフィルタ処理を施したA像信号およびB像信号に応じて第1の像ずれ量を求めるとともに、BPFを伴う第2のフィルタ処理を施したA像信号およびB像信号に応じて第2の像ずれ量を求める。そして、第1の像ずれ量が撮影レンズのF値(つまり、撮影条件)によって定まる所定の範囲内にあるか否かに応じて、第1の像ずれ量および第2の像ずれ量のいずれかを選択する。つまり、第1の像ずれ量が撮影レンズのF値によって定まる所定の範囲内にあるか否かに応じて、第1のフィルタ処理および第2のフィルタ処理のいずれかを適用することになる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the first image shift amount is obtained according to the A image signal and the B image signal subjected to the first filter processing without BPF, and the first image with BPF is used. The second image shift amount is obtained in accordance with the A image signal and the B image signal subjected to the
これによって、フォーカスレンズ131が被写体に対して合焦の近傍に位置する際には、第2のフィルタ処理によってエッジを強調することができる。一方、デフォーカス状態の場合には、第1のフィルタ処理によって像崩れを抑えることができ、その結果、焦点検出の精度を向上させることができる。
Thus, when the
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラの一例について説明する。なお、第2の実施形態に係るカメラの構成は、図1に示すカメラと同様であるので、ここでは説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, an example of a camera provided with the focus detection apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the camera according to the second embodiment is the same as that of the camera shown in FIG.
前述の第1の実施形態においては、第1の像ずれ量が撮影レンズのF値によって定まる所定の範囲内にあるか否かに応じて第1の像ずれ量および第2の像ずれ量のいずれかを選択像ずれ量として選択して、当該選択像ずれ量に応じてデフォーカス量を求めた。つまり、第1の像ずれ量に応じて第1のフィルタ処理又は第2のフィルタ処理を選択した。 In the first embodiment described above, the first image shift amount and the second image shift amount are determined depending on whether or not the first image shift amount is within a predetermined range determined by the F value of the photographing lens. Either one was selected as the selected image shift amount, and the defocus amount was determined according to the selected image shift amount. That is, the first filter process or the second filter process is selected according to the first image shift amount.
一方、第2の実施形態においては、被写体のコントラスト評価値に基づいて第1のフィルタ処理又は第2のフィルタ処理を選択する。 On the other hand, in the second embodiment, the first filter process or the second filter process is selected based on the contrast evaluation value of the subject.
図14は、本発明の第2の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラにおいて撮影されたエッジのみを有する被写体に係るA像信号およびB像信号を説明するための図である。そして、図14(a)はエッジのみを有する被写体の一例を示す図であり、図14(b)は図14(a)に示す被写体に係るA像信号およびB像信号について第1のフィルタ処理を行った例を示す図である。また、図14(c)は図14(a)に示す被写体に係るA像信号およびB像信号について第2のフィルタ処理を行った例を示す図である。 FIG. 14 is a diagram for explaining an A image signal and a B image signal related to a subject having only an edge photographed by a camera including a focus detection apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14A is a diagram showing an example of a subject having only an edge, and FIG. 14B is a first filter process for the A image signal and the B image signal related to the subject shown in FIG. It is a figure which shows the example which performed. FIG. 14C is a diagram illustrating an example in which the second filter processing is performed on the A image signal and the B image signal related to the subject illustrated in FIG.
第2の実施形態では、図14(a)に示すエッジのみを有する被写体1401においては、常にA像信号およびB像信号についてBPFを伴う第2のフィルタ処理を施す。つまり、BPFを伴わない第1のフィルタ処理で得られた第1の像ずれ量が撮影レンズのF値によって定まる所定の範囲内にあるか否かに拘わらず、位相差AF処理部135は第2のフィルタ処理で得られた第2の像ずれ量を選択像ずれ量として選択する。
In the second embodiment, in the subject 1401 having only the edge shown in FIG. 14A, the second filter processing with BPF is always performed on the A image signal and the B image signal. That is, regardless of whether or not the first image shift amount obtained by the first filter processing without BPF is within a predetermined range determined by the F value of the photographic lens, the phase difference
図14(b)に示すように、第1のフィルタ処理を行った後のA像信号およびB像信号においては像が崩れた部分のみが見られるのに対して、図14(c)に示すように第2のフィルタ処理によってA像信号およびB像信号の重心を強調すると、A像信号およびB像信号との像ずれがはっきりとする。これによって、像ずれ量に応じて精度よく焦点検出を行うことができる。 As shown in FIG. 14B, only the part where the image is broken is seen in the A image signal and the B image signal after the first filter processing, whereas FIG. As described above, when the centroids of the A image signal and the B image signal are emphasized by the second filter processing, the image shift from the A image signal and the B image signal becomes clear. Thereby, focus detection can be accurately performed according to the image shift amount.
図14(a)に示す被写体1401を検出する際には、例えば、位相差AF処理部135はA像信号およびB像信号の隣接差分の絶対値の総和を、A像信号およびB像信号の最大値と最小値の差で除算して、被写体1401を検出する。
When the subject 1401 shown in FIG. 14A is detected, for example, the phase difference
図15Aおよび図15Bは、本発明の第2の実施形態による焦点検出装置を備えるカメラで行われる焦点検出を説明するためのフローチャートである。 15A and 15B are flowcharts for explaining focus detection performed by a camera including a focus detection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
なお、図示のフローチャートに係る処理はCPU151の制御下で、撮像部制御部143および位相差AF処理部135によって行われる。また、図15Aおよび図15Bに示すフローチャートにおいて、図11に示すフローチャートにおけるステップと同一のステップについては同一の参照符号を付して説明を省略する。
Note that the processing according to the illustrated flowchart is performed by the imaging
ステップS1105において、所定の画素数分の読み出しが完了すると、位相差AF処理部135は、撮像信号処理部142の出力である画像データに応じてA像信号およびB像信号を生成する。
In step S <b> 1105, when readout for a predetermined number of pixels is completed, the phase difference
CPU151の制御下で、位相差AF処理部135はA像信号およびB像信号の隣接差分の絶対値を求めて、当該絶対値について画素数分の総和αを求める(ステップS1506)。そして、位相差AF処理部135は、当該総和αをコントラストαとする。
Under the control of the
なお、絶対値を加算する画素数は、必ずしも読み出した画素数分である必要はなく、任意に設定した範囲において総和を算出するようにしてもよい。 Note that the number of pixels to which the absolute value is added is not necessarily the number of read pixels, and the sum may be calculated in an arbitrarily set range.
続いて、位相差AF処理部135はステップ1506の処理で用いた範囲と同一のA像信号およびB像信号についてそれぞれその最大値および最小値を求める。そして、位相差AF処理部135は最大値と最小値との差分を求めて、当該差分をコントラストβとする(ステップS1507)。
Subsequently, the phase difference
続いて、位相差AF処理部135は、図11で説明したステップS1106〜S1109の処理を行って、第1の像ずれ量X1および第2の像ずれ量X2を求める。そして、位相差AF処理部135はコントラストαをコントラストβで除算して(α/β)、コントラスト評価値であるα/βが所定のコントラスト閾値よりも小さいか否かを判定する(ステップS1512)。
Subsequently, the phase difference
なお、コントラスト評価値であるα/βは、被写体に存在する見込みのエッジの数であって、例えば、図14に示す例ではおよそ1となるので、コントラスト閾値は1から2の間に設定される。 Note that α / β, which is a contrast evaluation value, is the number of probable edges existing in the subject, and is about 1 in the example shown in FIG. 14, for example, so the contrast threshold is set between 1 and 2. The
コントラスト評価値であるα/βがコントラスト閾値未満であると(ステップS1512において、YES)、位相差AF処理部135は第2の像ずれ量X2を選択像ずれ量Xとして選択する(ステップS1513)。
If the contrast evaluation value α / β is less than the contrast threshold (YES in step S1512), the phase difference
一方、コントラスト評価値であるα/βがコントラスト閾値以上であると(ステップS1512において、NO)、位相差AF処理部135は、第1の像ずれ量X1の絶対値が図10に示す基準像ずれ量(つまり、基準値)以上であるか否かを判定する(ステップS1514)。
On the other hand, if the contrast evaluation value α / β is equal to or greater than the contrast threshold value (NO in step S1512), the phase difference
第1の像ずれ量X1の絶対値が基準像ずれ量以上であると(ステップS1514において、YES)、位相差AF処理部135は第1の像ずれ量X1を選択像ずれ量として選択する(ステップS1515)。
If the absolute value of the first image shift amount X1 is equal to or larger than the reference image shift amount (YES in step S1514), the phase difference
一方、第1の像ずれ量X1の絶対値が基準像ずれ量未満(つまり、基準閾値未満)であると(ステップS1514において、NO)、位相差AF処理部135は第2の像ずれ量X2を選択像ずれ量として選択する(ステップS1516)。
On the other hand, when the absolute value of the first image shift amount X1 is less than the reference image shift amount (that is, less than the reference threshold value) (NO in step S1514), the phase difference
ステップS1513、S1515、又はS1516の処理の後、図11で説明したステップS1113〜S1116の処理が行われる。 After the processing of step S1513, S1515, or S1516, the processing of steps S1113 to S1116 described in FIG. 11 is performed.
このように、本発明の第2の実施形態では、被写体のコントラスト評価値に基づいて第2のフィルタ処理を選択する。そして、コントラスト評価値に基づいて第2のフィルタ処理が選択されないと、第1の像ずれ量が撮影レンズのF値によって定まる所定の範囲内か否かに応じて第1のフィルタ処理および第2のフィルタ処理のいずれかを選択する。 As described above, in the second embodiment of the present invention, the second filter processing is selected based on the contrast evaluation value of the subject. If the second filter process is not selected based on the contrast evaluation value, the first filter process and the second filter process are performed according to whether the first image shift amount is within a predetermined range determined by the F value of the photographing lens. Select one of the filtering processes.
この結果、被写体に応じてエッジの強調を行う第2のフィルタ処理と像崩れを抑える第1のフィルタ処理とのいずれかが選択されて、常に焦点検出の精度を向上させることができる。 As a result, either the second filter process for enhancing the edge according to the subject or the first filter process for suppressing the image collapse is selected, and the focus detection accuracy can always be improved.
なお、上述の第1および第2の実施形態では、撮影レンズのF値に応じて像ずれ量と比較する所定の範囲(つまり、基準像ずれ量)を求めるようにしたが、さらに絞り羽根形状又は射出瞳距離に応じてこの所定の範囲を変更するようにしてもよい。 In the first and second embodiments described above, a predetermined range to be compared with the image shift amount (that is, the reference image shift amount) is obtained according to the F value of the photographing lens. Alternatively, the predetermined range may be changed according to the exit pupil distance.
例えば、絞り羽根形状については、絞り開口が真円に近い程、像崩れの影響が小さくなるので、羽根枚数に応じて絞り開口真円に近ければ、図10に示す所定の範囲(つまり、基準像ずれ量)を大きくする。一方、射出瞳距離についは、その距離が極端に短い場合には像崩れの影響が大きくなるので、射出瞳距離が短く程、図10に示す所定の範囲を小さくするようにする。 For example, with respect to the shape of the aperture blade, the closer the aperture aperture is to a perfect circle, the smaller the influence of image distortion. (Image shift amount) is increased. On the other hand, as for the exit pupil distance, when the distance is extremely short, the influence of image collapse becomes large. Therefore, as the exit pupil distance is shortened, the predetermined range shown in FIG. 10 is reduced.
さらに、上述の第1および第2の実施形態では、フィルタ処理を2種類準備して、第1の像ずれ量に応じてフィルタ処理を選択するようにしたが、フィルタ処理の種類は3種類以上であってもよい。また、撮影レンズの設定情報に応じて、フィルタ処理における周波数帯域を変更するようにしてもよい。 Furthermore, in the first and second embodiments described above, two types of filter processing are prepared, and the filter processing is selected according to the first image shift amount, but there are three or more types of filter processing. It may be. Further, the frequency band in the filter processing may be changed according to the setting information of the photographing lens.
以上のように、本発明の実施の形態では、撮影条件又は被写体に応じて、BPFを伴う第2のフィルタ処理とBPFを伴わない第1のフィルタ処理とのいずれかを選択するようにしたので、エッジ強調が有効な場合と像崩れを抑えること有効な場合とを使い分けて、焦点検出の精度を向上させることができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, either the second filter process with BPF or the first filter process without BPF is selected according to the photographing condition or the subject. The focus detection accuracy can be improved by properly using the case where the edge enhancement is effective and the case where it is effective to suppress the image collapse.
上述の説明から明らかなように、図1に示す例においては、撮像信号処理部142、位相差AF処理部135、およびCPU151が第1のフィルタ手段、第2のフィルタ手段、像ずれ量算出手段、選択手段、デフォーカス量算出手段、およびコントラスト判定手段として機能する。さらに、CPU151、フォーカス制御部133、およびフォーカスモータ132は制御手段として機能する。
As is clear from the above description, in the example shown in FIG. 1, the imaging
なお、図1に示す例では、少なくともCPU151、撮像信号処理部142、および位相差AF処理部135が焦点検出装置を構成する。
In the example illustrated in FIG. 1, at least the
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、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。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to these embodiment, Various forms of the range which does not deviate from the summary of this invention are also contained in this invention. .
例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を焦点検出装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを焦点検出装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。 For example, the function of the above embodiment may be used as a control method, and this control method may be executed by the focus detection apparatus. Further, a program having the functions of the above-described embodiments may be used as a control program, and the control program may be executed by a computer included in the focus detection apparatus. The control program is recorded on a computer-readable recording medium, for example.
上記の制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも第1のフィルタ処理ステップ、第2のフィルタ処理ステップ、像ずれ量算出ステップ、選択ステップ、およびデフォーカス量算出ステップを有している。 Each of the control method and the control program has at least a first filter processing step, a second filter processing step, an image shift amount calculation step, a selection step, and a defocus amount calculation step.
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種の記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPUなど)がプログラムを読み出して実行する処理である。 The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various recording media, and the computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus reads the program. To be executed.
30 光電変換部
31 マイクロレンズ
101 撮影レンズ
103 絞り
131 フォーカスレンズ
133 フォーカス制御部
135 位相差AF処理部
141 撮像素子
143 撮像部制御部
151 CPU
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して所定の第1の周波数帯域で第1のフィルタ処理を行う第1のフィルタ手段と、
前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して前記第1の周波数帯域よりも高い第2の周波数帯域で第2のフィルタ処理を行う第2のフィルタ手段と、
前記第1のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第1の像ずれ量を求めるとともに、前記第2のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第2の像ずれ量を求める像ずれ量算出手段と、
前記第1の像ずれ量が撮影条件に応じて定められた基準像ずれ量以上であるか否かを判定して、当該判定結果に応じて前記第1の像ずれ量および前記第2の像ずれ量のいずれか一方を選択像ずれ量として選択する選択手段と、
前記選択像ずれ量に応じて前記フォーカスレンズの焦点ずれを示すデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段と、
を有することを特徴とする焦点検出装置。 At least according to the phase difference between the first image signal and the second image signal obtained from an imaging device including a plurality of focus detection pixels that receive a pair of light beams that have passed through different pupil regions in a photographing lens including a focus lens. A focus detection device that performs focus detection,
First filter means for performing a first filtering process on the first image signal and the second image signal in a predetermined first frequency band;
Second filter means for performing a second filter process on the first image signal and the second image signal in a second frequency band higher than the first frequency band;
A first image shift amount indicating an image shift amount in the first image signal and the second image signal on which the first filter processing has been performed is obtained, and the first image processing on which the second filter processing has been performed is obtained. An image shift amount calculating means for obtaining a second image shift amount indicating an image shift amount in the image signal and the second image signal;
It is determined whether or not the first image shift amount is greater than or equal to a reference image shift amount determined according to a shooting condition, and the first image shift amount and the second image are determined according to the determination result. Selecting means for selecting either one of the shift amounts as the selected image shift amount;
Defocus amount calculation means for calculating a defocus amount indicating a defocus of the focus lens according to the selected image shift amount;
A focus detection apparatus comprising:
前記基準像ずれ量は前記絞り羽根の駆動による絞り開口又は射出瞳距離に応じて変更されることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の焦点検出装置。 The photographing lens is provided with a diaphragm mechanism having diaphragm blades,
6. The focus detection apparatus according to claim 3, wherein the reference image shift amount is changed in accordance with a diaphragm aperture or an exit pupil distance driven by the diaphragm blades.
前記選択手段は、前記コントラスト判定手段によって前記コントラスト評価値が予め設定された閾値未満であると判定されると、前記判定結果に拘わらず前記第2の像ずれ量を前記選択像ずれ量として選択することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の焦点検出装置。 A contrast determination unit that obtains a contrast evaluation value indicating the contrast of a subject according to the first image signal and the second image signal and determines whether the contrast evaluation value is equal to or greater than a preset threshold value. Have
When the contrast determination unit determines that the contrast evaluation value is less than a preset threshold, the selection unit selects the second image shift amount as the selected image shift amount regardless of the determination result. The focus detection apparatus according to claim 1, wherein
請求項1〜9のいずれか1項に記載の焦点検出装置と、
前記焦点検出装置で得られたデフォーカス量に応じて前記フォーカスレンズを前記撮影レンズの光軸に沿って駆動して合焦状態とする制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 An imaging device including a plurality of focus detection pixels that receive a pair of light beams that have passed through different pupil regions in a photographing lens including at least a focus lens;
The focus detection device according to any one of claims 1 to 9,
Control means for driving the focus lens along the optical axis of the photographing lens in accordance with the defocus amount obtained by the focus detection device, and bringing the focus lens into a focused state;
An imaging device comprising:
前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して所定の第1の周波数帯域で第1のフィルタ処理を行う第1のフィルタ処理ステップと、
前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して前記第1の周波数帯域よりも高い第2の周波数帯域で第2のフィルタ処理を行う第2のフィルタ処理ステップと、
前記第1のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第1の像ずれ量を求めるとともに、前記第2のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第2の像ずれ量を求める像ずれ量算出ステップと、
前記第1の像ずれ量が撮影条件に応じて定められた基準像ずれ量以上であるか否かを判定して、当該判定結果に応じて前記第1の像ずれ量および前記第2の像ずれ量のいずれか一方を選択像ずれ量として選択する選択ステップと、
前記選択像ずれ量に応じて前記フォーカスレンズの焦点ずれを示すデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。 At least according to the phase difference between the first image signal and the second image signal obtained from an imaging device including a plurality of focus detection pixels that receive a pair of light beams that have passed through different pupil regions in a photographing lens including a focus lens. A method for controlling a focus detection apparatus that performs focus detection,
A first filter processing step of performing a first filter process on the first image signal and the second image signal in a predetermined first frequency band;
A second filter processing step of performing a second filter processing on the first image signal and the second image signal in a second frequency band higher than the first frequency band;
A first image shift amount indicating an image shift amount in the first image signal and the second image signal on which the first filter processing has been performed is obtained, and the first image processing on which the second filter processing has been performed is obtained. An image shift amount calculating step for obtaining a second image shift amount indicating an image shift amount in the image signal and the second image signal;
It is determined whether or not the first image shift amount is greater than or equal to a reference image shift amount determined according to a shooting condition, and the first image shift amount and the second image are determined according to the determination result. A selection step of selecting either one of the shift amounts as the selected image shift amount;
A defocus amount calculating step of calculating a defocus amount indicating a defocus of the focus lens according to the selected image shift amount;
A control method characterized by comprising:
前記焦点検出装置が備えるコンピュータに、
前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して所定の第1の周波数帯域で第1のフィルタ処理を行う第1のフィルタ処理ステップと、
前記第1の像信号および前記第2の像信号に対して前記第1の周波数帯域よりも高い第2の周波数帯域で第2のフィルタ処理を行う第2のフィルタ処理ステップと、
前記第1のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第1の像ずれ量を求めるとともに、前記第2のフィルタ処理が行われた第1の像信号および第2の像信号における像ずれ量を示す第2の像ずれ量を求める像ずれ量算出ステップと、
前記第1の像ずれ量が撮影条件に応じて定められた基準像ずれ量以上であるか否かを判定して、当該判定結果に応じて前記第1の像ずれ量および前記第2の像ずれ量のいずれか一方を選択像ずれ量として選択する選択ステップと、
前記選択像ずれ量に応じて前記フォーカスレンズの焦点ずれを示すデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出ステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。 At least according to the phase difference between the first image signal and the second image signal obtained from an imaging device including a plurality of focus detection pixels that receive a pair of light beams that have passed through different pupil regions in a photographing lens including a focus lens. A control program used in a focus detection device that performs focus detection,
A computer included in the focus detection device,
A first filter processing step of performing a first filter process on the first image signal and the second image signal in a predetermined first frequency band;
A second filter processing step of performing a second filter processing on the first image signal and the second image signal in a second frequency band higher than the first frequency band;
A first image shift amount indicating an image shift amount in the first image signal and the second image signal on which the first filter processing has been performed is obtained, and the first image processing on which the second filter processing has been performed is obtained. An image shift amount calculating step for obtaining a second image shift amount indicating an image shift amount in the image signal and the second image signal;
It is determined whether or not the first image shift amount is greater than or equal to a reference image shift amount determined according to a shooting condition, and the first image shift amount and the second image are determined according to the determination result. A selection step of selecting either one of the shift amounts as the selected image shift amount;
A defocus amount calculating step of calculating a defocus amount indicating a defocus of the focus lens according to the selected image shift amount;
A control program characterized by causing
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