特許 6041871 撮像装置及び撮像装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6041871

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】撮像装置及び撮像装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/28 20060101AFI20161206BHJP

   G02B 7/34 20060101ALI20161206BHJP

   G03B 13/36 20060101ALI20161206BHJP

   H04N 5/232 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   G02B7/28 N

   G02B7/34

   G03B13/36

   H04N5/232 H

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-515384(P2014-515384)

(86)(22)【出願日】2012年5月15日

(86)【国際出願番号】JP2012062379

(87)【国際公開番号】WO2013171840

(87)【国際公開日】20131121

【審査請求日】2015年4月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100124442

【弁理士】

【氏名又は名称】黒岩 創吾

(72)【発明者】

【氏名】石井 宏和

【審査官】 小倉 宏之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０５３５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５２２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３４６５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０９８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７１４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３０５４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０７５２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５３３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０７５９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９９６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３８６３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ７／２８

Ｇ０２Ｂ ７／３４

Ｇ０２Ｂ ７／３６

Ｇ０３Ｂ １３／３６

Ｈ０４Ｎ ５／２３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像光学系の互いに異なる射出瞳を通過した複数の光束を複数の焦点検出用画素にて検出して得られた位相差検出用の第１の信号を出力する第１の光電変換セルと前記撮像光学系を通過した被写体像を撮像用画素にて検出して得られた画像生成用の第２の信号を出力する第２の光電変換セルとを有する撮像素子と、
前記第１の信号と前記第２の信号のうち少なくとも一方の信号を基にコントラスト情報を演算するコントラスト演算手段と、
前記第１の信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行ない、デフォーカス量を取得する焦点検出手段と、
前記焦点検出手段による前記焦点検出の信頼性を評価する信頼性評価手段と、を有する撮像装置において、
前記信頼性評価手段は、前記コントラスト演算手段により取得された前記コントラスト情報と前記焦点検出手段により取得された前記デフォーカス量の情報との相関関係が、
前記コントラスト情報の値が、前記デフォーカス量の情報に応じて決定されるコントラスト情報の閾値以上であるという条件を満たすとき、
前記コントラスト情報の値が、前記デフォーカス量の情報に応じて決定されるコントラスト情報の閾値より小さいという条件を満たすときよりも、
前記焦点検出手段による前記焦点検出の信頼性が低いと評価することを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

前記信頼性評価手段は、前記コントラスト情報と前記デフォーカス量の情報との相関関係が、
前記コントラスト情報の値が、前記デフォーカス量の情報に応じて決定されるコントラスト情報の閾値以上であるという条件を満たすとき、
前記焦点検出手段による前記焦点検出の信頼性を低下させる演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項3】

前記信頼性評価手段は、前記デフォーカス量の情報を用いて前記コントラスト情報の閾値を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。

【請求項4】

前記焦点検出手段は、複数の測距ラインを有する焦点検出領域の測距ライン毎に前記第１の信号に基づく位相差方式の焦点検出を行ない、
前記信頼性評価手段は、前記測距ライン毎に前記焦点検出の信頼性を評価することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項5】

前記信頼性評価手段によって信頼性が高いと評価された焦点検出結果を、前記信頼性評価手段によって信頼性が低いと評価された焦点検出結果よりも優先して測距結果を決定する決定する手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。

【請求項6】

前記信頼性評価手段によって前記焦点検出の信頼性が低いと評価されたとき、前記第２の信号を用いてコントラストＡＦを行う手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項7】

撮像光学系の互いに異なる射出瞳を通過した複数の光束を複数の焦点検出用画素にて検出して得られた位相差検出用の第１の信号を出力する第１の光電変換セルと前記撮像光学系を通過した被写体像を撮像用画素にて検出して得られた画像生成用の第２の信号を出力する第２の光電変換セルとを有する撮像素子を有する撮像装置の制御方法において、
前記第１の信号と前記第２の信号のうち少なくとも一方の信号を基にコントラスト情報を演算するコントラスト情報演算工程と、
前記第１の信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行ない、デフォーカス量を取得する焦点検出工程と、
前記コントラスト情報と前記デフォーカス量の情報との相関関係が、
前記コントラスト情報の値が、前記デフォーカス量の情報に応じて決定されるコントラスト情報の閾値以上であるという条件を満たすとき、
前記コントラスト情報の値が、前記デフォーカス量の情報に応じて決定されるコントラスト情報の閾値より小さいという条件を満たすときよりも、
前記焦点検出の信頼性が低いと評価する信頼性評価工程と、有することを特徴とする撮像装置の制御方法。

【請求項8】

前記焦点検出工程は、複数の測距ラインを有する焦点検出領域の測距ライン毎に前記第１の信号に基づく位相差方式の焦点検出を行ない、
前記信頼性評価工程は、前記測距ライン毎に前記焦点検出の信頼性を評価し、
前記信頼性評価工程によって信頼性が高いと評価された焦点検出結果を、前記信頼性評価工程によって信頼性が低いと評価された焦点検出結果よりも優先して測距結果を決定する決定する工程を有することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラにおいて焦点検出機能を有した撮像装置、その制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

撮像素子に位相差検出機能を付与することで、専用のＡＦセンサを不要とし、かつ高速の位相差ＡＦを撮像用画素群を有する撮像素子で実現するための技術が開示されている（所謂、撮像面位相差ＡＦ）。

【0003】

例えば、特許文献１では、撮像素子の一部の受光素子（画素）において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与している。ここで、瞳分割された一対の光束を受光する画素をそれぞれＡ像画素、Ｂ像画素とする。Ａ像画素、Ｂ像画素を焦点検出用画素とし、それぞれ撮像用画素群の間に所定の間隔で複数配置し、Ａ像画素群、Ｂ像画素群から得られる２像のずれ量から位相差式焦点検出を行なう。

【0004】

ここで、焦点検出用画素は撮像専用画素に対して、受光部面積が小さい、あるいは受光領域の重心位置がオンチップマイクロレンズの光軸に対して偏心している等の受光特性上の相違がある。そのために、焦点検出用画素が配置された場所では画像情報の一部が欠損するため、その周辺部の撮像専用画素の情報から補間演算を行なって、画像信号を生成している。

【0005】

ここで、焦点検出用画素の配置密度を疎とすれば、上記画素欠陥による画質劣化を軽減できるが、一方で焦点検出用画像のサンプリング特性が悪化し、主に、空間周波数の高い被写体（例えば、被写体が小さい点光源）に対して焦点検出性能が低下する。また、焦点検出画素の配置密度を密とした場合においても、センサ面上で、Ａ像画素、Ｂ像画素の位置を完全に一致させることができないため、Ａ像画素では補足できていた被写体がＢ像画素では補足できず、Ａ像、Ｂ像でそれぞれ別の被写体像に対して像ずれ量を演算し、誤測距が発生することが考えられる。

【0006】

特許文献２で開示された技術では、画像データの空間周波数分布から、焦点検出画素による焦点検出に適した被写体か否かの判定を行なう。その判定結果から、焦点検出画素による焦点検出を行なうか否かを決定することで、サンプリング特性の悪化に伴う誤測距の影響を低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０００−１５６８２３号公報

【特許文献2】特開２０１０−２０４２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上述の公知技術には、以下のような課題がある。

【0009】

特許文献２において開示された技術では、画像データの空間周波数の分布から、焦点検出画素による焦点検出に適した被写体か否かの判定を行なう。その判定結果から、焦点検出画素による焦点検出を行なうか否かを判定するため、適していない被写体に対しては常に焦点検出画素による測距が行えない状態となる可能性がある。

【0010】

本発明は、焦点検出画素による焦点検出を行なう際に、サンプリング特性の悪化に伴う誤測距が発生する可能性の高い、高周波な被写体に対して、誤測距か否かを判定することで、焦点検出性能の維持と画質劣化防止の両立を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明にかかる撮像装置は、撮像光学系の互いに異なる射出瞳を通過した複数の光束を複数の焦点検出用画素にて検出して得られた位相差検出用の第１の信号を出力する第１の光電変換セルと前記撮像光学系を通過した被写体像を撮像用画素にて検出して得られた画像生成用の第２の信号を出力する第２の光電変換セルとを有する撮像素子と、前記第１の信号と前記第２の信号のうち少なくとも一方の信号を基にコントラスト情報を演算するコントラスト演算手段と、前記第１の信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行ない、デフォーカス量を取得する焦点検出手段と、前記焦点検出手段による前記焦点検出の信頼性を評価する信頼性評価手段と、を有する撮像装置において、前記信頼性評価手段は、前記コントラスト演算手段により取得された前記コントラスト情報と前記焦点検出手段により取得された前記デフォーカス量の情報との相関関係が、前記コントラスト情報の値が、前記デフォーカス量の情報に応じて決定されるコントラスト情報の閾値以上であるという条件を満たすとき、前記コントラスト情報の値が、前記デフォーカス量の情報に応じて決定されるコントラスト情報の閾値より小さいという条件を満たすときよりも、前記焦点検出手段による前記焦点検出の信頼性が低いと評価することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、撮像用画素群と焦点検出用画素群とを含む撮像素子において、焦点検出性能の維持と画質劣化防止の両立を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態１の撮像装置の構成図である。

【図2】本発明の実施形態１の固体撮像素子のブロック図である。

【図3】本発明の実施形態１の撮像素子の撮像用画素の平面図と断面図である。

【図4】本発明の実施形態１の撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図である。

【図5】本発明の実施形態１の撮像素子の焦点検出画素の配置領域拡大図である。

【図6】本発明の実施形態１の撮像素子の焦点検出画素の配置領域を示す図ある。

【図7】本発明の実施形態１のカメラの動作を示すフローチャートである。

【図8】本発明の実施形態１の焦点検出の動作を示すフローチャートである。

【図9】本発明の実施形態１の撮影の動作を示すフローチャートである。

【図10】本発明の実施形態１の相関演算説明図である。

【図11】本発明の実施形態１の２像の一致度と検出デフォーカスの関係図である。

【図12】本発明の実施形態１のコントラスト評価値と検出デフォーカスの関係図である。

【図13】本発明の実施形態２の焦点検出の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

【0015】

「実施形態１」
図１は本発明に係る撮像面位相差方式の撮像装置としてのカメラの構成図で、撮像素子１０７を有したカメラ本体と撮影レンズが一体となった撮像装置としてのカメラを示している。同図において、１０１は撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群で、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞り兼用シャッタで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行うほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。

【0016】

１０３は第２レンズ群である。そして、絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。

【0017】

１０５は第３レンズ群であり、第３レンズ群が光軸方向に進退することで、焦点調節（フォーカス機能）を行う。１０６は光学的ローパスフィルタで、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。１０７はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。撮像素子は、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、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が用いられる。

【0018】

撮像素子１０７は、撮影光学系の異なる射出瞳を通過した複数の光束を複数の焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢにて検出して得られた位相差検出用の第１の信号を出力する第１の光電変換セルと前記撮影レンズを通過した被写体像を撮像用画素にて検出して得られた画像生成用の第２の信号を出力する第２の光電変換セルとを有する。

【0019】

１１１はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１ないし第３レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行なう。１１２は絞りシャッタアクチュエータで、絞り兼用シャッタ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なう。１１４はフォーカスアクチュエータで、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。

【0020】

１１５は撮影時の被写体照明用電子フラッシュで、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。１１６はＡＦ補助光手段で、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。

【0021】

１２１はＣＰＵ（カメラ制御部）で、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内ＣＰＵで、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し、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。

【0022】

１２２は電子フラッシュ制御回路で、撮影動作に同期して照明手段１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路で、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光手段１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路で、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路で、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行なう。

【0023】

１２６はフォーカス駆動回路で、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１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。１２８はシャッタ駆動回路で、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路で、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。

【0024】

１３１はＬＣＤ等の表示器で、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。１３２は操作スイッチ群で、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）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。１３３は着脱可能なフラッシュメモリで、撮影済み画像を記録する。

【0025】

図２は、撮像素子のブロック図を示している。なお、図２のブロック図は、読み出し動作が説明できる最低限の構成を示しており、画素リセット信号などが省略されている。図２において、２０１は、光電変換部（以下、ＰＤ_ｍｎと略す。ｍは、Ｘ方向アドレスであり、ｍ＝０、１・・・ｍ−１、ｎは、Ｙ方向アドレスであり、ｎ＝０、１・・・ｎ−１である。）であり、フォトダイオード、画素アンプ、リセット用のスイッチなどで構成されている。また、本発明の撮像素子は、ｍ×ｎの光電変換部が２次元上に配置されている。符号は、煩雑になるので、左上の光電変換部ＰＤ_００付近のみに付記した。

【0026】

２０２は、光電変換部のＰＤ_ｍｎの出力を選択するスイッチであり、垂直操作回路２０８により、一行ごとに選択される。

【0027】

２０３は、２０１の光電変換部ＰＤ_ｍｎ出力を一時的に記憶するためのラインメモリであり、垂直走査回路により選択された、一行分の光電変換部の出力を記憶するものである。通常は、コンデンサが使用される。

【0028】

２０４は、水平出力線に接続されて、水平出力線を所定の電位ＶＨＲＳＴにリセットするためのスイッチであり、信号ＨＲＳＴにより制御される。

【0029】

２０５は、前述の２０３のラインメモリに記憶された光電変換部ＰＤ_ｍｎの出力を水平出力線に順次出力するためのスイッチであり、Ｈ_０からＨ_ｍ−１のスイッチを後述の２０６の水平走査回路により、順次走査することにより、一行分の光電変換の出力が読み出される。

【0030】

２０６は、水平走査回路であり、ラインメモリに記憶された光電変換部の出力を順次操作して、水平出力線に出力させる。信号ＰＨＳＴは、水平走査回路のデータ入力、ＰＨ１、ＰＨ２は、シフトクロック入力であり、ＰＨ１＝Ｈでデータがセットされ、ＰＨ２でデータがラッチされる構成となっており、ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力することにより、ＰＨＳＴを順次シフトさせて、Ｈ_０からＨ_ｍ−１のスイッチを順次オンさせることができる。ＳＫＩＰは、間引き読み出し時に設定を行なわせる制御端子入力である。ＳＫＩＰ端子をＨレベルに設定することにより、水平走査回路を所定間隔でスキップさせることが可能になる。

【0031】

２０７は、垂直走査回路であり、順次走査して、Ｖ_０からＶ_ｎ−１を出力することにより、光電変換部ＰＤ_ｍｎの選択スイッチ２０２を選択することができる。制御信号は、水平走査回路と同様に、データ入力ＰＶＳＴ、シフトクロックＰＶ１、ＰＶ２、間引き読み設定ＳＫＩＰにより制御される。動作に関しては、水平走査回路と同様であるので詳細説明は省略する。また、図中では、前記の制御信号は、不図示とした。

【0032】

図３、図４、及び図５は、撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本実施例においては、２×２の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個だけ配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、ベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。

【0033】

図３に撮像用画素の配置と構造を示す。同図（ａ）は２×２の撮像用画素の平面図である。周知のごとく、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。そして、２行×２列の構造が繰り返し配置される。

【0034】

同図（ａ）の断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦ_ＲはＲ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦ_ＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤはＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したもの、ＣＬはＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは撮影光学系を模式的に示したものである。

【0035】

ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部の有効面積は大面積に設計される。また、同図（ｂ）ではＧ画素の入射光束について説明したが、Ｒ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。

【0036】

図４は、撮影光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで水平方向あるいは横方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、撮影光学系の光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。同図（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録もしくは観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。そして人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でＲもしくはＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。

【0037】

そこで、本実施例においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素に置き換える。これを同図（ａ）においてＳ_ＨＡ及びＳ_ＨＢで示す。

【0038】

同図（ａ）における断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換部ＰＤは図３（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。本実施例においては、焦点検出用画素の信号は画像創生には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦ_Ｗ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、撮像素子で瞳分割を行なうため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏心している。具体的には、画素Ｓ_ＨＡの開口部ＯＰ_ＨＡは右側に偏心しているため、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰ_ＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素Ｓ_ＨＢの開口部ＯＰ_ＨＢは左側に偏心しているため、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰ_ＨＢを通過した光束を受光する。

【0039】

よって、画素Ｓ_ＨＡを水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素Ｓ_ＨＢも水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とすると、Ａ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる。

【0040】

図５は、撮像用画素および焦点検出用画素の配置を示した図である。同図において、Ｇは、緑フィルターを塗布された画素、Ｒは、赤フィルターを塗布された画素、Ｂは、青フィルターを塗布された画素である。図中のＳ_ＨＡは、画素部の開口を水平方向に偏心させて、形成された焦点検出用の画素であり、後述のＳＢ画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための基準画素群である。また、Ｓ_ＨＢは、画素の開口部をＳ_ＨＡ画素とは、逆方向に偏心させて形成された画素であり、Ｓ_ＨＡ画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための参照画素群である。Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢ画素の白抜き部分が、偏心した画素の開口位置を示している。

【0041】

図６は、撮像画面上の焦点検出領域を示した一例である。同図において、焦点検出領域では図５に示した画素の配置となっており、焦点検出領域内には複数、若しくは一ライン分の測距ラインが含まれる。本実施例では、焦点検出領域内に複数測距ラインが含まれ、各測距ラインが演算した焦点調節状態の信頼性に応じて使用する測距ラインを選択する。また、本実施例では、撮像画面上の中央に設定しているが、焦点検出領域を複数領域配置し、それぞれの領域で結像された被写体像から焦点検出画素で像をサンプリングするようにしてもよい。

【0042】

図７〜図９は、撮像面位相差方式の撮像装置としてのカメラの焦点調節及び撮影工程を説明するためのフローチャートである。先に説明した各図も参照しながら、図７以降の制御フローを説明する。

【0043】

図７は、本実施例におけるカメラの動作を示すフローチャートである。

【0044】

撮影者がカメラの電源スイッチをメインスイッチオン操作すると（ステップＳ７０１）、ステップＳ７０２においてＣＰＵ１２１はカメラ内の各アクチュエータや撮像素子の動作確認を行ない、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行なうと共に、撮影準備動作を実行する。ステップＳ７０３では、撮像素子の撮像動作を開始し、プレビュー用の低画素動画像を出力する。ステップＳ７０４では読み出した動画をカメラ背面に設けられた表示器１３１に表示し、撮影者はこのプレビュー画像を目視して撮影時の構図決定を行なう。

【0045】

ステップＳ７０５において画像領域の中から焦点検出領域を決定する。本実施例においては、図６に示すように、測距点を中央のみに配置しているため、中央領域が選択される。その後、ステップＳ８０１に進み、焦点検出サブルーチンを実行する。

【0046】

図８は焦点検出サブルーチンのフロー図である。メインフローのステップＳ８０１から当サブルーチンにジャンプすると、ステップＳ８０２においては、メインルーチンのステップＳ７０５で決定した焦点検出領域に含まれる焦点検出用画素を読み出す。ステップＳ８０３では得られた２像の相関演算を行ない、一対の像信号（２像）の相対的な位置ずれ量を計算する。焦点検出画素列から読み出された一対の像信号（ａ１〜ａｎ、ｂ１〜ｂｎ：ａはＡ像のライン信号、ｂはＢ像のライン信号、ｎはデータ数を表す）に対して、式（１）に示す相関演算を行ない、相関量Ｃｏｒｒ（ｌ）を演算する。ここで、ａｋはＡ像のｋ番目の画素信号を表し、ｂｋはＢ像のｋ番目の画素信号を表す。

【0047】

【数1】

【0048】

式（１）において、lは像ずらし量を表し、像をずらした際のデータ数はｎ−ｌに限定される。また、像ずらし量ｌは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的なシフト量である。同式の演算結果は、図１０に示すように、一対のデータの相関が最も高い場合に、相関量Ｃｏｒｒ（ｌ）が極小となる。さらに、相関量Ｃｏｒｒ（ｍ）（極小となるシフト量ｍ）、及びｍに近いシフト量で算出された相関量を用いて、３点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する極小値Ｃｏｒｒ（ｄ）を与えるシフト量ｄを求める。

【0049】

ステップＳ８０４では、相関演算結果の信頼性を演算する。ここで、信頼性とは、２像の一致度ＦＬＶＬを指す。一対の像信号（２像）の一致度ＦＬＶＬは式（１）で算出した相関量Ｃｏｒｒ（ｌ）に対して、相関性の最も高いときの値Ｃｏｒｒ（ｄ）の逆数（１／Ｃｏｒｒ（ｄ））とする。デフォーカス量が大きいとき、Ａ像、Ｂ像の非対称性が大きくなるため、２像の一致度ＦＬＶＬが小さく、信頼性が悪化する。一般的にデフォーカス量に対する２像の一致度ＦＬＶＬは図１１の実線で示される関係となり、レンズの位置が合焦位置に近いほど、２像の一致度ＦＬＶＬは高く演算され、信頼性が高い傾向となる。

【0050】

続くステップＳ８０５では、Ｓ８０３で演算された像ずれ量に対して、所定のデフォーカス換算係数を乗ずることでデフォーカス量ＤＥＦを演算する。

【0051】

次に、ステップＳ８０６では、焦点検出信号のコントラスト評価値Ｃｎｔを式（２）によって演算する。ここで、ａｋはＡ像のｋ番目の画素信号を表す。

【0052】

【数2】

【0053】

ここで、式（２）のｎは焦点検出用ライン信号の画素数を表す。一例として、高周波被写体である白黒のエッジチャートに対して、同式で表されるコントラスト評価値Ｃｎｔとデフォーカス量の関係を図１２において実線で示す。同図は、デフォーカス量が小さくなるにつれて、被写体像がシャープになるため、コントラスト情報であるコントラスト評価値Ｃｎｔが高くなる関係を示す図である。通常、焦点検出画素による測距演算を行なった場合、様々な被写体に対して、コントラスト情報であるコントラスト評価値Ｃｎｔと検出デフォーカスの関係は図１２の実線の内側に含まれる。しかし、被写体によって、誤測距が発生した場合は図１２の曲線から外側に外れることがある。コントラスト評価値Ｃｎｔが高いにも関わらず、検出デフォーカスが大きく演算される場合は、正しく測距演算が行われている場合ではあり得ず、誤測距の可能性が高い。そのため、測距演算上では、信頼性を落とす必要がある。

【0054】

図１２において、コントラスト評価値Ｃｎｔが大きく、デフォーカス量ＤＥＦ［Ｆδ］（ＦはＦナンバー、δは許容錯乱円径を表す）が零近傍の場合、信頼性が高い（信頼性がある）と判断し、コントラスト評価値Ｃｎｔが小さく、デフォーカス量ＤＥＦ［Ｆδ］が大きい場合、信頼性が低い（信頼性がない）と判断する。

【0055】

図１２の信頼性の判定を行うことで、コントラスト評価値Ｃｎｔが大きくてもデフォーカス量ＤＥＦ［Ｆδ］が大きい場合、信頼性が低い（信頼性がない）と判断することで、撮像面位相差ＡＦによる焦点検出性能の維持と画質劣化防止の両立を図れる。

【0056】

信頼性評価手段としてのＣＰＵ１２１は、コントラスト演算手段としてのＣＰＵ１２１の結果および焦点検出手段としての撮像素子１０７の結果の図１２の相関関係に基づいて焦点検出手段の結果の信頼性を評価している。

【0057】

信頼性評価手段としてのＣＰＵ１２１は、コントラスト評価値Ｃｎｔが第１の所定値より大きい状態において、デフォーカス量ＤＥＦが第２の所定値より小さい場合、焦点検出手段としての撮像素子１０７の結果の信頼性があると判断を行い、デフォーカス量ＤＥＦが第２の所定値より大きい場合、焦点検出手段の結果の信頼性がないと判断する。

【0058】

本実施例では、図１２のように、信頼性高と判断された焦点検出手段の結果を用いて焦点調整が行われる。

【0059】

位相差式の焦点検出において、誤測距が発生する可能性の高い被写体として、焦点検出画素のサンプリング周期に対して小さい被写体、また周期性の高い被写体などが挙げられる。

【0060】

焦点検出画素は、Ａ像画素、Ｂ像画素を同一位置に配置することができない為、サンプリング周期以下の被写体に対して、Ａ像、Ｂ像で同一の被写体を捕捉することが困難となる。そのため、被写体によっては、Ａ像、Ｂ像でそれぞれ別の被写体を撮像した像信号で相関がとれてしまい、誤った像ずれ量が算出される状況が発生する。

【0061】

また、周期性の高い被写体では、相関演算の際に相関が高く演算されるシフト量が複数存在するため、Ａ像、Ｂ像でそれぞれ別の被写体で相関が高くとれてしまい、誤った像ずれ量が算出される状況が発生する。

【0062】

このような誤測距が発生する状況において、本実施例では、式（２）で示されるコントラスト評価値Ｃｎｔ、及び検出デフォーカス量ＤＥＦを基に誤測距判定を実行する。図１２においては、斜線部で表示された領域の場合に信頼性を落とす演算を行なう。検出デフォーカスＤＥＦに対して、コントラスト情報であるコントラスト評価値Ｃｎｔが所定閾値以上の場合には、測距演算の信頼性を落とす演算を施す。

【0063】

ステップＳ８０７では、検出されたデフォーカス量に応じて決定される、コントラスト評価値の閾値Ｃｔｈを演算する。検出デフォーカス量とコントラスト評価値の閾値Ｃｔｈの関係は、図１２の点線で示す。続く、ステップＳ８０８では、ステップＳ８０６で演算されたコントラスト評価値Ｃｎｔが、ステップＳ８０７で演算されたコントラスト評価値の閾値Ｃｔｈ以上か否かを比較することで、誤測距の判定を行なう。図１２の斜線部で示された領域にコントラスト評価値Ｃｎｔが入る場合、誤測距の可能性大と判定し、続くステップＳ８０９で、測距結果の信頼性を落とす処理を施す。ステップＳ８０７では、コントラスト評価値Ｃｎｔと閾値Ｃｔｈの差分に応じて、式（３）で信頼性ＦＬＶＬを算出する。

【0064】

〔数式３〕
ＦＬＶＬ（Ｃｎｔ−Ｃｔｈ）＝ＦＬＶＬ×Ｅ（Ｃｎｔ−Ｃｔｈ） （３）

【0065】

ここで、Ｅ（Ｃｎｔ−Ｃｔｈ）はＣｎｔ−Ｃｔｈの値に比例し、Ｃｎｔ−Ｃｔｈの増加に伴って、ＦＬＶＬ（Ｃｎｔ−Ｃｔｈ）を増加（信頼性低下）させる関数である。ＦＬＶＬ＝１／Ｃｏｒｒ（ｄ）とする。

【0066】

続くステップＳ８１０は、測距領域内の全測距ラインに対して測距演算が終了しているか否かの判定を行ない、終了していない場合、他のラインに対してステップＳ８０２から同様の処理を施す。

【0067】

続くステップＳ８１１は、測距領域内にある複数の焦点検出ラインの中から、信頼性の高い（ＦＬＶＬの小さい）情報を優先的に使用する処理を施し、最終的な測距結果を決定する。

【0068】

続くステップＳ８１２で図７のメインフロー内のステップＳ７０７にリターンする。

【0069】

本実施例においては、誤測距の判定として、焦点検出信号から算出されるコントラスト評価値Ｃｎｔ、及び検出デフォーカス量ＤＥＦを用いた。ここで、像のコントラスト評価値を演算する際には焦点検出画素の信号を使用したが、公知のコントラストＡＦで演算されるコントラスト評価値のように撮像用画素から算出されるコントラスト評価値を演算するようにしてもよい。この場合、コントラスト情報であるコントラスト評価値を演算する撮像用画素は、演算対象となる焦点検出画素の近傍領域の撮像画素を使用する必要がある。

【0070】

誤測距の判定がなされた場合、図４に基づく撮像面位相差ＡＦを中断してＴＶ−ＡＦ（コントラストＡＦ）に切換える。又は、誤測距の判定がなされた場合、図４に基づく撮像面位相差ＡＦを中断して、ＡＦ（オートフォーカス）制御を行わなくても良い。

【0071】

図７のステップＳ７０７では、検出デフォーカス量が許容値以下か否かを判断する。そして検出デフォーカス量が許容値以上である場合は、非合焦と判断し、ステップＳ７０８でフォーカスレンズを駆動し、その後ステップＳ８０１ないしステップＳ７０７を繰り返し実行する。そしてステップＳ７０７にて合焦状態に達したと判定されると、ステップＳ７０９にて合焦表示を行ない、ステップＳ７１０に移行する。

【0072】

ステップＳ７１０では、撮影開始スイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければステップＳ７１０にて撮影待機状態を維持する。ステップＳ７１０で撮影開始スイッチがオン操作されるとステップＳ９０１に移行し、撮影サブルーチンを実行する。

【0073】

図９は撮影サブルーチンのフロー図である。撮影開始スイッチが操作されると、ステップＳ９０１を経由して、ステップＳ９０２では光量調節絞りを駆動し、露光時間を規定するメカニカルシャッタの開口制御を行なう。ステップＳ９０３では、高画素静止画撮影のための画像読み出し、すなわち全画素の読み出しを行なう。ステップＳ９０４では読み出した画像信号の欠損画素補間を行なう。すなわち、焦点検出用画素の出力は撮像のためのＲＧＢカラー情報を有しておらず、画像を得る上では欠陥画素に相当するため、周囲の撮像用画素の情報から補間により画像信号を創生する。

【0074】

ステップＳ９０５では、画像のγ補正、エッジ強調等の画像処理をおこない、ステップＳ９０６において、フラッシュメモリ１３３に撮影画像を記録する。ステップＳ９０７では、表示器１３１に撮影済み画像を表示し、ステップＳ９０８で図７のメインフローにリターンする。

【0075】

図７のメインフローに戻ると、ステップＳ７１２にて一連の撮影動作を終了する。

【0076】

以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

【0077】

「実施形態２」
実施形態１では、焦点検出結果の誤測距判定として、焦点検出信号から算出されるコントラスト評価値Ｃｎｔ、及び検出デフォーカス量ＤＥＦを用いた。ここで、像のコントラスト評価値の代わりに前述した一対の像信号（２像）の一致度ＦＬＶＬを使用しても、同様の効果を得ることができる。

【0078】

本実施形態の撮像素子１０７も、実施形態１と同様に、撮影光学系の異なる射出瞳を通過した複数の光束を複数の焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢにて検出して得られた位相差検出用の第１の信号を出力する第１の光電変換セルと前記撮影レンズを通過した被写体像を撮像用画素にて検出して得られた画像生成用の第２の信号を出力する第２の光電変換セルとを有する。

【0079】

ＣＰＵ１２１は、位相差方式の焦点検出演算を行なう際に、図１１の相関評価値を演算する相関評価値演算手段としての機能を備えている。

【0080】

デフォーカス量に対する一対の像信号（２像）の一致度ＦＬＶＬは図１１の実線で示される関係となり、レンズの位置が合焦位置に近いほど、２像の一致度ＦＬＶＬは高く演算される。同図において、斜線で表示された領域の場合に検出デフォーカス量の信頼性を落とす演算を行なう。検出デフォーカスＤＥＦに対して、２像の一致度ＦＬＶＬが所定値以上の場合には、測距演算の信頼性を落とす演算を施す。

【0081】

図１３は、図８で誤測距判定に使用していたコントラスト評価値Ｃｎｔの代わりに、２像の一致度ＦＬＶＬを使用した場合の焦点検出サブルーチンのフロー図である。Ｓ１３０１から当サブルーチンにジャンプすると、ステップＳ１３０２においては、メインルーチンのステップＳ７０５で決定した焦点検出領域に含まれる焦点検出用画素を読み出す。ステップＳ１３０３では得られた２像の相関演算を行ない、２像の相対的な位置ずれ量を計算する。

【0082】

続くステップＳ１３０４では、相関演算結果の信頼性ＦＬＶＬを演算する。

【0083】

次にステップＳ１３０５では、Ｓ１３０３で演算された像ずれ量に対して、所定のデフォーカス換算係数を乗ずることでデフォーカス量ＤＥＦを演算する。続くステップＳ１３０６では、検出デフォーカス量ＤＥＦから２像一致度の閾値ＦＬＶＬｔｈを演算する。検出デフォーカス量と２像の一致度の閾値ＦＬＶＬｔｈの関係は、図１１の点線で示す。

【0084】

続く、ステップＳ１３０７では、ステップＳ１３０４で演算された２像の一致度ＦＬＶＬが、ステップＳ１３０６で演算された２像の一致度の閾値ＦＬＶＬｔｈ以上か否かを比較することで、誤測距の判定を行なう。

【0085】

ステップＳ１３０８では、２像の一致度ＦＬＶＬと閾値ＦＬＶＬｔｈの差分に応じて、式（４）で信頼性ＦＬＶＬを算出する。

【0086】

〔数式４〕
ＦＬＶＬ（ＦＬＶＬ−ＦＬＶＬｔｈ）＝ＦＬＶＬ×Ｅ（ＦＬＶＬ−ＦＬＶＬｔｈ） （４）

【0087】

ここで、Ｅ（ＦＬＶＬ−ＦＬＶＬｔｈ）はＦＬＶＬ−ＦＬＶＬｔｈの値に比例し、ＦＬＶＬ−ＦＬＶＬｔｈの増加に伴って、ＦＬＶＬ（ＦＬＶＬ−ＦＬＶＬｔｈ）を増加（信頼性低下）させる関数である。

【0088】

続くステップＳ１３０９は、測距領域内の全測距ラインに対して測距演算が終了しているか否かの判定を行ない、終了していない場合、他のラインに対してステップＳ１３０２から同様の処理を施す。

【0089】

図１１において、一対の像信号の一致度ＦＬＶＬが小さく、デフォーカス量ＤＥＦ［Ｆδ］が零近傍の場合、信頼性が高い（信頼性がある）と判断し、一対の像信号の一致度ＦＬＶＬが小さく、デフォーカス量ＤＥＦ［Ｆδ］が大きい場合、信頼性が低い（信頼性がない）と判断する。

【0090】

図１１の信頼性の判定を行うことで、一対の像信号の一致度ＦＬＶＬが小さく、デフォーカス量ＤＥＦ［Ｆδ］が大きい場合、信頼性が低い（信頼性がない）と判断することで、撮像面位相差ＡＦによる焦点検出性能の維持と画質劣化防止の両立を図れる。

【0091】

信頼性評価手段としてのＣＰＵ１２１は、相関評価値演算手段としてのＣＰＵ１２１の結果および焦点検出手段としてのＣＰＵ１２１の結果の図１１の相関関係に基づいて焦点検出手段としてのＣＰＵ１２１の結果の信頼性を評価する。

【0092】

信頼性評価手段としてのＣＰＵ１２１は、一対の像信号の一致度ＦＬＶＬが第３の所定値より小さい状態において、デフォーカス量ＤＥＦが第４の所定値より小さい場合、焦点検出手段としての撮像素子１０７の結果の信頼性があると判断を行い、デフォーカス量ＤＥＦが前記第４の所定値より大きい場合、焦点検出手段としての撮像素子１０７の結果の信頼性がないと判断する。

【0093】

本実施例では、図１１のように、信頼性高と判断された焦点検出手段の結果を用いて焦点調整が行われる。

【0094】

続くステップＳ１３１０は、測距領域内にある複数の焦点検出ラインの中から、信頼性の高い（ＦＬＶＬの小さい）情報を優先的に使用する処理を施し、最終的な測距結果を決定する。

【0095】

誤測距の判定がなされた場合、図４に基づく撮像面位相差ＡＦを中断してＴＶ−ＡＦ（コントラストＡＦ）に切換える。又は、誤測距の判定がなされた場合、図４に基づく撮像面位相差ＡＦを中断して、ＡＦ（オートフォーカス）制御を行わなくても良い。

【0096】

続くステップＳ１３１１で図７のメインフロー内のステップＳ７０７にリターンする。

【0097】

なお、図１１に示したデフォーカス量と２像の一致度ＦＬＶＬの関係は、撮影レンズ特性に依存するため、予め撮影レンズ毎に、様々な被写体と２像の一致度ＦＬＶＬの関係を測定、記憶しておくことで、交換レンズタイプのカメラについても適応可能となる。

【0098】

「他の実施形態」
上述の実施形態は、システム或は装置のコンピュータ（或いはＣＰＵ、ＭＰＵ等）によりソフトウェア的に実現することも可能である。

【0099】

従って、上述の実施形態をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給されるコンピュータプログラム自体も本発明を実現するものである。つまり、上述の実施形態の機能を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明の一つである。

【0100】

なお、上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムは、コンピュータで読み取り可能であれば、どのような形態であってもよい。例えば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等で構成することができるが、これらに限るものではない。

【0101】

上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムは、記憶媒体又は有線／無線通信によりコンピュータに供給される。プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記憶媒体、ＭＯ、ＣＤ、ＤＶＤ等の光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリなどがある。

【0102】

有線／無線通信を用いたコンピュータプログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバを利用する方法がある。この場合、本発明を形成するコンピュータプログラムとなりうるデータファイル（プログラムファイル）をサーバに記憶しておく。プログラムファイルとしては、実行形式のものであっても、ソースコードであっても良い。

【0103】

そして、このサーバにアクセスしたクライアントコンピュータに、プログラムファイルをダウンロードすることによって供給する。この場合、プログラムファイルを複数のセグメントファイルに分割し、セグメントファイルを異なるサーバに分散して配置することも可能である。

【0104】

つまり、上述の実施形態を実現するためのプログラムファイルをクライアントコンピュータに提供するサーバ装置も本発明の一つである。

【0105】

また、上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムを暗号化して格納した記憶媒体を配布し、所定の条件を満たしたユーザに、暗号化を解く鍵情報を供給し、ユーザの有するコンピュータへのインストールを許可してもよい。鍵情報は、例えばインターネットを介してホームページからダウンロードさせることによって供給することができる。

【0106】

また、上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムは、すでにコンピュータ上で稼働するＯＳの機能を利用するものであってもよい。

【0107】

さらに、上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムは、その一部をコンピュータに装着される拡張ボード等のファームウェアで構成してもよいし、拡張ボード等が備えるＣＰＵで実行するようにしてもよい。

【0108】

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

【符号の説明】

【0109】

１００ 撮像装置
１０１ 第１レンズ群
１０２ 絞り兼用シャッタ
１０３ 第２レンズ群
１０５ 第３レンズ群
１０６ 光学的ローパスフィルタ
１０７ 撮像素子
１１４ フォーカスアクチュエータ
１２１ ＣＰＵ
１２４ 撮像素子駆動回路
１２５ 画像処理回路
１３１ 表示器
１３２ 操作スイッチ群
１３３ フラッシュメモリ
２０１ 光電変換部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】