特許 7471799 制御装置、撮像装置、制御方法、および、プログラム

(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】

(24)【登録日】2024-04-12

(45)【発行日】2024-04-22

(54)【発明の名称】制御装置、撮像装置、制御方法、および、プログラム

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/28 20210101AFI20240415BHJP

   G02B 7/34 20210101ALI20240415BHJP

   G02B 7/36 20210101ALI20240415BHJP

   G03B 5/08 20210101ALI20240415BHJP

   G03B 13/36 20210101ALI20240415BHJP

   H04N 23/67 20230101ALI20240415BHJP

【ＦＩ】

G02B7/28 N

G02B7/34

G02B7/36

G03B5/08

G03B13/36

H04N23/67

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019204902

(22)【出願日】2019-11-12

(65)【公開番号】P2021076777

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-11-02

(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】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】木村 啓昭

【審査官】▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０８８４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１５３９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１９１８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５６００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０２２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０７５７１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ７／２８－７／４０

Ｇ０３Ｂ ５／０８

Ｇ０３Ｂ １３／３６

Ｈ０４Ｎ ２３／６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像光学系の光軸と直交する面に対する撮像素子のあおり角度を制御するあおり制御手段と、
前記撮像素子からの信号に基づいて位相差検出方式により像ずれ量を算出し、前記像ずれ量と変換係数とに基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、
前記デフォーカス量に基づいてフォーカス駆動量を算出する駆動量算出手段と、
前記フォーカス駆動量に基づいてフォーカス制御を行うフォーカス制御手段と、
フォーカス位置を含む光学情報を取得する取得手段と、を有し、
前記算出手段は、前記光学情報および前記あおり角度に基づいて、前記信号の補正量および前記変換係数を変更し、
前記補正量および前記変換係数は、前記フォーカス位置、像高、および前記あおり角度に応じて異なり、
前記あおり制御手段は、前記算出手段によって算出された撮像画像内における、互いに異なる２つの移動被写体のそれぞれに対応する２つの領域のデフォーカス量および前記撮像画像内における回転軸に対応する位置から前記２つの領域までの距離に基づいて、前記２つの移動被写体に同時に合焦させるように前記あおり角度を決定し、
前記フォーカス制御手段は、前記２つの領域の前記デフォーカス量および前記２つの領域までの前記距離に基づいて、前記２つの移動被写体に同時に合焦させるように前記フォーカス制御を行うことを特徴とする制御装置。

【請求項2】

前記補正量に関するデータを記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記あおり角度が第１のあおり角度である場合、前記補正量は第１の補正量であり、
前記あおり角度が前記第１のあおり角度よりも大きい第２のあおり角度である場合、前記補正量は前記第１の補正量よりも大きい第２の補正量であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記変換係数に関するデータを記憶する記憶手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項5】

前記あおり角度が第３のあおり角度である場合、前記変換係数は第１の変換係数であり、
前記あおり角度が前記第３のあおり角度よりも大きい第４のあおり角度である場合、前記変換係数は前記第１の変換係数よりも小さい第２の変換係数であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項6】

前記算出手段は、前記補正量に基づいて、焦点検出方式を変更することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項7】

前記算出手段は、
前記補正量が所定の補正量よりも小さい場合、前記位相差検出方式で前記デフォーカス量を算出し、
前記補正量が前記所定の補正量よりも大きい場合、コントラスト検出方式で前記デフォーカス量を算出することを特徴とする請求項６に記載の制御装置。

【請求項8】

前記フォーカス制御手段は、フォーカスレンズを駆動することにより前記フォーカス制御を行い、
前記あおり制御手段は、前記撮像素子を駆動することにより前記あおり制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

【請求項9】

前記フォーカス制御手段および前記あおり制御手段は、前記フォーカスレンズおよび前記撮像素子を同時に駆動することを特徴とする請求項８に記載の制御装置。

【請求項10】

前記補正量は、シェーディング補正係数に相当することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項11】

撮像素子と、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の制御装置と、を有することを特徴とする撮像装置。

【請求項12】

撮像光学系の光軸と直交する面に対する撮像素子のあおり角度を制御するステップと、
前記撮像素子からの信号に基づいて位相差検出方式により像ずれ量を算出し、前記像ずれ量と変換係数とに基づいてデフォーカス量を算出するステップと、
前記デフォーカス量に基づいてフォーカス駆動量を算出するステップと、
前記フォーカス駆動量に基づいてフォーカス制御を行うステップと、
フォーカス位置を含む光学情報を取得するステップと、を有し、
前記デフォーカス量を算出するステップにおいて、前記光学情報および前記あおり角度に基づいて、前記信号の補正量および前記変換係数を変更し、
前記補正量および前記変換係数は、前記フォーカス位置、像高、および前記あおり角度に応じて異なり、
前記あおり角度を制御するステップにおいて、前記デフォーカス量を算出するステップによって算出された撮像画像内における、互いに異なる２つの移動被写体のそれぞれに対応する２つの領域のデフォーカス量および前記撮像画像内における回転軸に対応する位置から前記２つの領域までの距離に基づいて、前記２つの移動被写体に同時に合焦させるように前記あおり角度を決定し、
前記フォーカス制御を行うステップにおいて、前記２つの領域の前記デフォーカス量および前記２つの領域までの前記距離に基づいて、前記２つの移動被写体に同時に合焦させるように前記フォーカス制御を行うことを特徴とする制御方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フォーカス制御およびあおり制御を行う制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、レンズと撮像素子とを相対的に傾けることで被写界深度を広げるシャインプルーフの定理と呼ばれる技術が知られている。特許文献１には、コントラスト評価値が最大となるようにフォーカス位置を制御する処理を被写体ごとに実行し、複数の被写体に合焦するようにフォーカス位置とあおり制御量を決定する方法が開示されている。特許文献２には、フォーカス位置を一端から他端まで駆動させ、被写体ごとにコントラスト評価値が最大となるようにフォーカス位置を記憶する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－７５７１６号公報

【文献】特開２００１－１１６９８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示された方法では、コントラストＡＦを用いてフォーカス制御を行うため、時間を要し、実際にフォーカスレンズや撮像素子を移動させてあおり角とフォーカス位置を求めるため、不用意な動作が入り、品位が低下する。

【0005】

このような課題を解決するため、位相差ＡＦを用いてフォーカス制御を行う方法が考えられる。しかし、撮像素子をあおった状態で位相差ＡＦを行った場合、ハンチングする可能性があり、高速かつ高精度にフォーカス制御を行うことは難しい。
そこで本発明は、撮像面をあおった状態でも、高速かつ高精度にフォーカス制御を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法、および、プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面としての制御装置は、撮像光学系の光軸と直交する面に対する撮像素子のあおり角度を制御するあおり制御手段と、前記撮像素子からの信号に基づいて位相差検出方式により像ずれ量を算出し、前記像ずれ量と変換係数とに基づいてデフォーカス量を算出する算出手段と、前記デフォーカス量に基づいてフォーカス駆動量を算出する駆動量算出手段と、前記フォーカス駆動量に基づいてフォーカス制御を行うフォーカス制御手段と、フォーカス位置を含む光学情報を取得する取得手段とを有し、前記算出手段は、前記光学情報および前記あおり角度に基づいて、前記信号の補正量および前記変換係数を変更し、前記補正量および前記変換係数は、前記フォーカス位置、像高、および前記あおり角度に応じて異なり、前記あおり制御手段は、前記算出手段によって算出された撮像画像内における、互いに異なる２つの移動被写体のそれぞれに対応する２つの領域のデフォーカス量および前記撮像画像内における回転軸に対応する位置から前記２つの領域までの距離に基づいて、前記２つの移動被写体に同時に合焦させるように前記あおり角度を決定し、前記フォーカス制御手段は、前記２つの領域の前記デフォーカス量および前記２つの領域までの前記距離に基づいて、前記２つの移動被写体に同時に合焦させるように前記フォーカス制御を行う。

【0007】

本発明の他の側面としての撮像装置は、撮像素子と前記制御装置とを有する。

【0008】

本発明の他の側面としての制御方法は、撮像光学系の光軸と直交する面に対する撮像素子のあおり角度を制御するステップと、前記撮像素子からの信号に基づいて位相差検出方式により像ずれ量を算出し、前記像ずれ量と変換係数とに基づいてデフォーカス量を算出するステップと、前記デフォーカス量に基づいてフォーカス駆動量を算出するステップと、前記フォーカス駆動量に基づいてフォーカス制御を行うステップと、フォーカス位置を含む光学情報を取得するステップとを有し、前記デフォーカス量を算出するステップにおいて、前記光学情報および前記あおり角度に基づいて、前記信号の補正量および前記変換係数を変更し、前記補正量および前記変換係数は、前記フォーカス位置、像高、および前記あおり角度に応じて異なり、前記あおり角度を制御するステップにおいて、前記デフォーカス量を算出するステップによって算出された撮像画像内における、互いに異なる２つの移動被写体のそれぞれに対応する２つの領域のデフォーカス量および前記撮像画像内における回転軸に対応する位置から前記２つの領域までの距離に基づいて、前記２つの移動被写体に同時に合焦させるように前記あおり角度を決定し、前記フォーカス制御を行うステップにおいて、前記２つの領域の前記デフォーカス量および前記２つの領域までの前記距離に基づいて、前記２つの移動被写体に同時に合焦させるように前記フォーカス制御を行う。

【0009】

本発明の他の側面としてのプログラムは、コンピュータに前記制御方法を実行させる。

【0010】

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、撮像面をあおった状態でも、高速かつ高精度にフォーカス制御を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法、および、プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】各実施形態における撮像装置のブロック図である。

【図2】各実施形態における撮像素子の画素構成図である。

【図3】各実施形態におけるビットずれ量の算出の説明図である。

【図4】各実施形態における変換係数の算出の説明図である。

【図5】各実施形態におけるあおり制御の説明図である。

【図6】各実施形態におけるフォーカス制御およびあおり制御の説明図である。

【図7】第１の実施形態における制御方法のフローチャートである。

【図8】各実施形態におけるシェーディング補正の説明図である。

【図9】各実施形態におけるシェーディング補正係数に関するデータテーブルである。

【図10】各実施形態における変換係数の補正の説明図である。

【図11】各実施形態における変換係数に関するデータテーブルである。

【図12】第２の実施形態における制御方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0014】

（全体構成）
まず、図１を参照して、本実施形態における撮像装置について説明する。図１は、撮像装置（制御装置）１００のブロック図である。ズームレンズ１０１は、光軸方向に移動して焦点距離を変更する。フォーカスレンズ１０２は、光軸方向に移動してピントの制御（フォーカス制御）を行う。絞りユニット１０３は、光量を調整する。本実施形態において、ズームレンズ１０１、フォーカスレンズ１０２、および、絞りユニット１０３により撮像光学系が構成される。

【0015】

撮像光学系を通過した光は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０４およびカラーフィルタ１０５を介して、撮像素子１０６に受光される。バンドパスフィルタ１０４は、撮像光学系の光路に対して進退可能であってもよい。撮像素子１０６は、ＣＭＯＳセンサなどを有し、撮像光学系を介して形成された光学像（被写体像）を光電変換する。ＡＧＣ１０７は、撮像素子１０６から出力されたアナログ電気信号（撮像信号）に対してゲイン調整を行う。ＡＤ変換器１０８は、アナログ電気信号をデジタル信号（デジタル撮像信号）に変換する。カメラ信号処理部１０９は、デジタル撮像信号に対して各種の画像処理を行い、映像信号を生成する。映像信号は、通信部１１０を介して、撮像装置１００に有線または無線通信により接続された監視モニタ装置１１１に出力される。また、通信部１１０は、外部装置からのコマンドを受けて撮像装置１００の制御部（あおり／フォーカス制御部）１１５にコマンドなどの制御信号を出力する。

【0016】

測距情報算出部（算出手段）１１２は、対象となる被写体領域ごとにカメラ信号処理部１０９からＲＧＢの画素値または輝度値を受け取り、位相差による距離情報を取得する。被写体判定部１１３は、カメラ信号処理部１０９からの結果を受けて、撮影画面内において被写体を検出する。被写体判定部１１３は、ユーザからの指定または予め設定された被写体、例えば人物や車の判定も行うことが可能である。

【0017】

あおり／フォーカス駆動量算出部（駆動量制御手段）１１４は、測距情報算出部１１２からの測距情報と被写体判定部１１３からの被写体情報を取得する。また、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４は、測距情報および被写体情報と、制御部１１５からのあおり角度およびフォーカス位置とに基づいて、シーンに応じた適切な（最適な）あおり角度およびフォーカス位置を算出する。

【0018】

制御部１１５は、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４により算出されたあおり角度およびフォーカス位置に基づいて、あおり角度およびフォーカス位置を制御する。制御部１１５は、通信部１１０からの指示に従って、オートフォーカス（ＡＦ）やマニュアルフォーカス（ＭＦ）でのフォーカス制御、ズーム制御、および、絞り制御を行う。また制御部１１５は、撮像素子駆動部１１６、絞り駆動部１１７、フォーカス駆動部１１８、および、ズーム駆動部１１９から現在の位置を受け取り、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４に現在の位置を出力する。また制御部１１５は、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４で算出されたあおり角度およびフォーカス位置を、撮像素子駆動部（あおり制御手段）１１６およびフォーカス駆動部（フォーカス制御手段）１１８にそれぞれ指示する。

【0019】

撮像素子駆動部１１６は、制御部１１５から指示されたあおり角度に基づいて、撮像素子１０６を傾け、あおり角度を制御する。通常、撮像素子１０６を傾ける回転軸は、撮影画面の中心に位置し、回転軸を中心に撮像素子１０６は傾くが、これに限定されるものではない。絞り駆動部１１７は、制御部１１５から伝達された絞りの設定値に基づいて、絞りユニット１０３の位置を制御する。フォーカス駆動部１１８は、制御部１１５から指示されたフォーカスの設定位置に基づいて（デフォーカス量に基づいて）、フォーカスレンズ１０２の位置を制御する（フォーカス制御を行う）。ズーム駆動部１１９は、制御部１１５から伝達されたズームの設定値に基づいてズームレンズ１０１の位置を制御する。

【0020】

測距情報算出部１１２は、カメラ信号処理部１０９により得られる焦点検出用データを用いて、位相差検出方式で測距情報算出処理を行う。より具体的には、カメラ信号処理部１０９は、撮像光学系の一対の瞳領域を通過する光束で形成される一対の像データを焦点検出用データとして生成し、測距情報算出部１１２は一対の像データのずれ量に基づいてデフォーカス量を検出する。このように測距情報算出部１１２は、専用のＡＦセンサを用いず、撮像素子１０６の出力に基づく撮像面位相差検出方式により測距（焦点検出）を行う。なお、測距情報算出部１１２の撮像面位相差検出方式による測距情報算出動作の詳細については、後述する。また測距情報算出部１１２は、特定周波数のコントラストに係る評価値（コントラスト評価値）を取得し、元のフォーカス位置とコントラスト評価値がピークとなるフォーカス位置との差分に基づいてデフォーカス量を算出してもよい。

【0021】

メモリ（記憶手段）１２０は、制御部１１５が実行するプログラムに関するデータを記憶しているとともに、後述のようなシェーディング補正係数に関するデータや変換係数に関するデータを記憶している。

【0022】

（撮像面位相差検出方式による測距情報算出動作）
次に、図２を参照して、撮像素子１０６の画素構成について説明する。図２は、撮像素子１０６の画素構成図である。撮像素子１０６は、全ての画素２０１のそれぞれが光電変換部２０１ａ、２０１ｂの２つにＸ方向に分割されている。また撮像素子１０６は、個々の光電変換部の光電変換信号（光電変換部２０１ａまたは光電変換部２０１ｂの一方）と、２つの光電変換部２０１ａ、２０１ｂの光電変換信号の和とがそれぞれ独立して読み出し可能である。また、２つの光電変換部２０１ａ、２０１ｂの光電変換信号の和から一方の光電変換部（光電変換部２０１ａまたは光電変換部２０１ｂ）の光電変換信号を減じることで、他方の光電変換部の光電変換信号に相当する信号を得ることができる。個々の光電変換部における光電変換信号は、位相差ＡＦのための焦点検出用データとして用いられる。また、２つの光電変換信号の和は、通常の撮影画像データとして用いられる。

【0023】

このように生成された光電変換部２０１ａの光電変換信号に相当する信号（Ａ像）と光電変換部２０１ｂの光電変換信号に相当する信号（Ｂ像）との相対的な像ずれ量を相関演算により算出する。これにより、一対の像信号の相関度であるビットずれ量［ｂｉｔ］を算出することができる。ビットずれ量に変換係数を乗ずることで、所定領域のデフォーカス量［ｍｍ］に変換することができる。

【0024】

本実施形態では、各画素２０１から一方の光電変換部の出力信号と全光電変換部の出力信号の和を撮像素子１０６から読み出すものとする。例えば、光電変換部２０１ａの出力信号と、光電変換部２０１ａ、２０１ｂの出力信号の和とが読み出される場合、光電変換部２０１ｂの出力信号は、光電変換部２０１ａ、２０１ｂの出力信号の和から光電変換部２０１ａの出力を減じることで取得することができる。これにより、Ａ像とＢ像の両方を得ることができ、撮像面位相差検出方式での測距（焦点検出）を実現することができる。また、光電変換部２０１ａ、２０１ｂの出力信号の和は、一般的には、出力画像の１画素（出力画素）を形成する。なお、このような撮像素子は公知であるため、詳細な説明は省略する。

【0025】

次に、撮像面位相差検出方式による測距情報算出動作について説明する。以下の測距情報算出動作は、測距情報算出部１１２が主体となって実行される。

【0026】

まず、測距情報算出部１１２は、焦点検出位置を設定する。続いて測距情報算出部１１２は、焦点検出用データを読み出す。測距情報算出部１１２で設定された焦点検出位置内の画素からの読み出した信号を用いることで、Ａ像およびＢ像のそれぞれの信号を生成する。続いて、測距情報算出部１１２は、Ａ像とＢ像の相対的な像ずれ量を相関演算により求めることで、ビットずれ量Ｐ［ｂｉｔ］を取得する。

【0027】

ここで、図３を参照して、相関演算方法の一例を説明する。図３は、相関演算方法（ビットずれ量の算出）の説明図である。図３において、縦軸は信号値、ヨコ軸はビット（位置）をそれぞれ示す。撮像素子１０６の画素（焦点検出画素）からＡ像とＢ像の信号が読み出されたとする。カメラ信号処理部１０９は、まず、ノイズの低減のため、Ａ像とＢ像のそれぞれに対してデジタルフィルタ処理を行う。図３（ａ）は、フィルタ処理後の波形を示す。

【0028】

測距情報算出部１１２は、図３（ａ）～図３（ｄ）に示されるように、Ａ像信号とＢ像信号のいずれか、またはＡ像信号とＢ像信号の両方をビットシフトしながらそのときの相関量ＣＯＲを算出する。このときの相関量ＣＯＲは、Ａ像とＢ像とを重ねたときの面積、Ａ像の面積からＢ像の面積を減算した値、または、相関度を表す計算値などであるが、これらに限定されるものではない。以下、相関量ＣＯＲが、Ａ像とＢ像とを重ねたときの面積である場合について説明する。Ａ像とＢ像とが一致した場合、Ａ像とＢ像との重なりが大きくなるため、最も相関が高く、相関量ＣＯＲは大きくなる。ここでは、相関量ＣＯＲが最大値をとるときのシフト量［ｂｉｔ］がビットずれ量Ｐ［ｂｉｔ］となる。

【0029】

続いて、ビットずれ量Ｐに乗じて、デフォーカス量ＤＥＦを求めるための値である変換係数Ｋを取得する。ここで、図４を参照して、変換係数Ｋの算出について説明する。図４は、変換係数Ｋの算出の説明図である。図４において、Ｚ方向軸は、撮像光学系の光軸方向を示し、Ｚ＝０は撮像素子１０６の面（撮像面）を示す。Ｚｅｐは、射出瞳距離を示す。Ｚ＝Ｚｅｐ上のＡ像、Ｂ像の焦点検出光束の光量分布である瞳強度分布ＰＩ＿Ａ、瞳強度分布ＰＩ＿Ｂは、光電変換部２０１ａ、２０１ｂのそれぞれから出力された信号（焦点検出用信号）を射出瞳面上に投影した投影像である。

【0030】

図４中のＰＩ＿Ａ、ＰＩ＿Ｂは、一次元の瞳強度分布を示す。瞳強度分布ＰＩ＿Ａ、ＰＩ＿Ｂの重心間隔を基線長ＢＬとする。このとき、射出瞳距離Ｚｅｐと基線長ＢＬとの比で、Ａ像とＢ像のビットずれ量Ｐ［ｂｉｔ］に対する光軸方向の変化量［ｍｍ］を求めることができる。従って、変換係数Ｋは、以下の式（１）のように表すことができる。

【0031】

【数1】

【0032】

次に、測距情報算出部１１２は、以下の式（２）により、デフォーカス量ＤＥＦ［ｍｍ］を算出する。

【0033】

【数2】

【0034】

焦点検出位置で合焦させる場合、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４は、デフォーカス量ＤＥＦに基づいて、以下の式（３）によりフォーカスレンズ１０２の駆動量Ｍ［ｌｅｎｓｍｍ］を算出する。そして制御部１１５は、フォーカス駆動部１１８を制御してフォーカスレンズ１０２を駆動する。

【0035】

【数3】

【0036】

式（３）において、ＦＳはデフォーカス量ＤＥＦ［ｍｍ］をレンズ駆動量［ｌｅｎｓｍｍ］に変換する敏感度である。制御部１１５は、レンズ駆動量Ｍを設定し、フォーカス駆動部１１８が設定された値に光軸方向にフォーカスレンズ１０２を駆動させるようにことで、焦点検出位置でピントの合った画像を得る。

【0037】

このように、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４は、撮像面位相差検出方式で得られた測距情報に基づいてデフォーカス量ＤＥＦを算出し、デフォーカス量ＤＥＦに基づいてフォーカス駆動量とあおり角を算出する。しかし、撮像素子１０６をあおった状態では、正しいデフォーカス量ＤＥＦを取得することができず、適正なフォーカス駆動量とあおり角を算出することができない。そこで本実施形態の撮像装置１００は、以下のようにあおり制御を行う。

【0038】

（あおり制御の説明）
図５を参照して、あおり制御について説明する。図４は、あおり制御の説明図である。図５（ａ）は、光学系（撮像光学系）と撮像素子１０６とが平行である状態を示している。フォーカス距離Ｌにピントが合っており、ピント面は光学系および撮像素子１０６のそれぞれと平行である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態から撮像素子１０６を撮像素子回転軸を中心に回転させ、あおり制御を行った状態を示している。あおり制御を行うと、シャインプルーフの原理に基づいて、ピント面も撮像素子回転軸に対応したピント面回転軸を中心に回転する。このため、ある平面に関して近距離から遠距離まで全ての被写体にピントを合わせることが可能となる。

【0039】

シャインプルーフの原理は、光学系の主面と撮像素子１０６の撮像面とがある１つの直線で交わるとき、ピント面も同じ直線上で交わるという原理である。あおり角ｂは、焦点距離ｆ、フォーカス距離Ｌ、および、俯角ａを用いて、シャインプルーフの原理より、以下の式（４）で算出される。

【0040】

【数4】

【0041】

図５（ｃ）は、被写体Ｘおよび被写体Ｙが存在するシーンを示している。この場合、図５（ｃ）に示されるように、被写体Ｘ、Ｙの顔にピントが合うようなピント面に制御するのが望ましい。このため、あおり制御のみではなく、フォーカス制御を行うことが必要である。また、被写体ごとに最適なピント面（すなわち、最適なあおり角度およびフォーカス位置）は異なっており、ユーザが手動で調整するのは困難である。

【0042】

そこで、図６を参照して、被写体に応じて最適なあおり角度およびフォーカス位置を算出する一例を説明する。図６は、あおり制御およびフォーカス制御の説明図である。対象とする被写体として、図５（ｃ）と同様に、被写体Ｘおよび被写体Ｙが存在する。

【0043】

現在のあおり角度とフォーカスレンズ１０２の位置が図６の上部の位置関係になっている。ｘは被写体Ｘに対してピントを合わせるために必要なピント面上での補正量、ｙは被写体Ｙに対してピントを合わせるために必要なピント面上での補正量である。また、撮像素子１０６上でのあおり軸から被写体までの距離を、被写体Ｘに対してｋ１［ｕｍ］、被写体Ｙに対してｋ２［ｕｍ］とする。ここで、被写体Ｘ、Ｙに同時に合焦させるためのあおり角度をα［°］とし、ピント面上でのフォーカス補正量をβとすると、以下の式（５）、（６）が成立する。

【0044】

【数5】

【0045】

式（５）、（６）の連立方程式を解くと、あおり角度αおよびフォーカス補正量βはそれぞれ、以下の式（７）、（８）のように表される。

【0046】

【数6】

【0047】

ピント制御量は、簡易的には、フォーカス補正量βをフォーカスレンズ１０２の敏感度ＦＳで除算することで算出することができる。一方、ピント制御量を正確に算出するには、敏感度ＦＳに応じた高次方程式や多項式を解くことで可能となる。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、他の方法で算出してもよい。

【0048】

（第１の実施形態）
次に、図７を参照して、第１の実施形態における制御方法（あおり角に応じたフォーカス・あおり角補正処理）について説明する。図７は、本実施形態における制御方法のフローチャートである。図７の各ステップは、主に、通信部１１０、測距情報算出部１１２、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４、または、制御部１１５により実行される。

【0049】

まずステップＳ７０１において、通信部１１０は、制御部１１５に測距命令を送る。続いてステップＳ７０２において、制御部１１５は、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４に測距命令を送り、測距を開始する。なお、ステップＳ７０２～Ｓ７０７におけるデフォーカス量の算出については、２点の焦点検出位置に関して行うが、説明を簡略化するため、１か所の焦点検出位置での測距算出を説明する。

【0050】

続いてステップＳ７０３において、測距情報算出部１１２は、撮像素子１０６から、焦点検出位置に関するＡ像信号とＢ像信号を取得する。なお焦点検出位置は、被写体判定部１１３で被写体が存在する位置と判定された位置、または、予め設定された位置のいずれでもよい。続いてステップＳ７０４において、測距情報算出部１１２は、Ａ像信号とＢ像信号のそれぞれに対してシェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。撮像面位相差検出方式での測距では、Ａ像信号とＢ像信号との相関に基づいて、デフォーカス量を算出する。

【0051】

ケラレによるシェーディングが生じると、Ａ像信号とＢ像信号との相関（信号の一致度）が低下する場合がある。このため、撮像面位相差検出方式での測距では、Ａ像信号とＢ像信号との相関（信号の一致度）を改善し、焦点検出性能を良好とするため、シェーディング補正処理（光学補正処理）を行うことが望ましい。

【0052】

ここで、図８を参照して、Ａ像信号とＢ像信号のシェーディング補正について説明する。図８はシェーディング補正の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は撮像光学系の断面図を示す。撮像光学系は、前レンズ８０１、絞り８０２、後レンズ８０３を有し、前レンズ８０１、絞り８０２、後レンズ８０３は、各位置での光線の光径を示す。焦点検出位置が撮像素子１０６の中心ｃの場合、Ａ像の瞳部分領域とＢ像の瞳部分領域により、射出瞳は略均等に瞳分割される。

【0053】

一方、図８（ｂ）に示されるように、撮像素子１０６があおられて、かつ焦点検出位置ｈが撮像素子１０６の周辺像高の場合、撮像光学系のケラレによって光量が制限され、射出瞳が不均一に分割される。このため、Ａ像信号とＢ像信号の強度に差が生まれてバランスが悪くなるシェーディングという現象が発生する。

【0054】

続いて、図７のステップＳ７０４において、測距情報算出部１１２は、シェーディング補正処理（光学補正処理）を行う。まず、焦点検出位置の像高、撮像光学系の光学情報、または、撮像素子１０６のあおり角の少なくとも１つに基づいて、Ａ像信号の第１のシェーディング補正係数と、Ｂ像信号の第２のシェーディング補正係数（第１の補正量および第２の補正量）を決定する。光学情報は、例えば制御部１１５により取得される。この場合、制御部１１５は、光学情報を取得する取得手段である。

【0055】

シェーディング補正係数に関するデータは、図９に示されるようなテーブルでメモリ１２０に保持されている。ただし本発明は、これに限定されるものではなく、計算により求めてもよい。図９は、シェーディング補正係数に関するデータテーブルである。図９では、フォーカス位置、焦点検出位置の像高、および、あおり角に基づいてシェーディング補正係数を決定しているが、図９は一例に過ぎず、テーブルの作成方法は他の方法でもよい。あおり角が大きい場合、ケラレの影響が強くなるため、シェーディング補正係数（補正量）は大きくなる。すなわち、あおり角度が第１のあおり角度である場合、補正量は第１の補正量であり、あおり角度が第１のあおり角度よりも大きい第２のあおり角度である場合、補正量は第１の補正量よりも大きい第２の補正量である。

【0056】

続いて、測距情報算出部１１２は、Ａ像のシェーディング補正係数（第１のシェーディング補正係数）をＡ像信号に、Ｂ像のシェーディング補正係数（第２のシェーディング補正係数）をＢ像信号にそれぞれ乗算する。そして、Ａ像信号とＢ像信号の強度が同様になるようにし、シェーディング補正処理（光学補正処理）を終了する。本実施形態において、撮像光学系の光学情報は、フォーカス位置、ズーム位置、または、絞り値（Ｆ値）の少なくとも１つであるが、これらに限定されるものではない。

【0057】

続いて、図７のステップＳ７０５において、測距情報算出部１１２は、Ａ像信号とＢ像信号の相関量に基づいて、ビットずれ量Ｐを算出する。続いてステップＳ７０６において、測距情報算出部１１２は、撮像光学系の光学情報および撮像素子１０６のあおり角に基づいて、変換係数Ｋを算出する。

【0058】

図１０は、変換係数Ｋの補正の説明図であり、撮像素子１０６の中心位置ｃにおける画素（焦点検出画素）２０１のＡ像の瞳部分領域とＢ像の瞳部分領域による射出瞳１００１を示す。図１０（ａ）は撮像素子１０６をあおっていない状態、図１０（ｂ）は撮像素子１０６をあおった状態をそれぞれ示す。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に比べて、撮像素子１０６をあおったことにより、射出瞳１００１の形状が変化する。射出瞳１００１の形状変化によりＡ像信号とＢ像信号の強度は同様である。しかし、撮像素子１０６をあおった状態では、あおっていない状態と比較して、光の重心位置が変化し、同じデフォーカス量でもビットずれ量Ｐが変化する。これは、撮像素子１０６を傾けたことにより、基線長が疑似的に長くなるためである。このような現象より、正確なデフォーカス量が算出することができなくなるため、撮像素子１０６のあおり角に応じて変換係数Ｋを変更することが望ましい。

【0059】

図１１は、変換係数Ｋに関するデータテーブルである。変換係数Ｋに関するデータは、図１１に示されるようなテーブルでメモリ１２０に保持されている。ただし本発明は、これに限定されるものではなく、計算により求めてもよい。図１１では、フォーカス位置、焦点検出位置の像高、および、あおり角に基づいて変換係数Ｋを決定しているが、図１１は一例に過ぎず、テーブルの作成方法は他の方法でもよい。

【0060】

変換係数Ｋを計算で求める場合、変換係数Ｋは、あおり角αを用いて、以下の式（９）で表すことができる。

【0061】

【数7】

【0062】

ただし、式（９）は変換係数Ｋの算出の一例に過ぎず、他の方法を用いて変換係数Ｋを算出してもよい。あおり角αが大きい場合、式（９）で表されるように、変換係数Ｋは小さくなる。すなわち、あおり角度が第３のあおり角度である場合、変換係数は第１の変換係数であり、あおり角度が第３のあおり角度よりも大きい第４のあおり角度である場合、変換係数は第１の変換係数よりも小さい第２の変換係数である。

【0063】

続いて、図７のステップＳ７０７において、測距情報算出部１１２は、ビットずれ量Ｐおよび変換係数Ｋに基づいて、デフォーカス量ＤＥＦを算出する。続いてステップＳ７０８において、測距情報算出部１１２は、ステップＳ７０２～Ｓ７０７を実行し、算出した２点の測距位置（焦点検出位置）でのデフォーカス量ＤＥＦ１、ＤＥＦ２がａ値以内（所定の範囲内）であるか否かを判定する。ここで、ａ値は被写界深度である±Ｆδとしてもよい。ステップＳ７０８にてデフォーカス量ＤＥＦ１、ＤＥＦ２がａ値以内でない場合、ステップＳ７０９へ進む。

【0064】

ステップＳ７０９において、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４は、測距情報算出部１１２により算出されたデフォーカス量ＤＥＦ１、ＤＥＦ２に基づいて、フォーカス駆動量ｄと、あおり角駆動量θとを算出する。続いてステップＳ７１０において、制御部１１５は、ステップＳ７０８にてあおり／フォーカス駆動量算出部１１４が算出したフォーカス駆動量ｄおよびあおり角駆動量θに応じて、フォーカス駆動部１１８および撮像素子駆動部１１６をそれぞれ制御する。そして、ステップＳ７０２に戻り、制御部１１５は測距を実施する。なお、ステップＳ７１０からステップＳ７０２に戻るタイミングは、フォーカスおよびあおり駆動後、または、フォーカスおよびあおり駆動中のいずれでもよい。フォーカスおよびあおり駆動中にはコントラスト値などを取得していない。このため、フォーカスレンズ１０２を駆動するフォーカス駆動部１１８および撮像素子１０６を駆動する撮像素子駆動部１１６は、フォーカスレンズ１０２および撮像素子１０６を同時に駆動させることができる。このため、従来よりも高速なフォーカス制御およびあおり角補正が可能となる。

【0065】

ステップＳ７０８にてデフォーカス量ＤＥＦ１、ＤＥＦ２がａ値以内である場合、制御部１１５は、ピントが合っていると判定し、本フロー（フォーカス・あおり角補正制御プログラム）を終了する。

【0066】

本実施形態によれば、撮像面をあおった状態でも、撮像面位相差検出方式で測距を高精度に行い、あおり角およびフォーカス位置の算出の高速化し、精度および品位を向上させることができる。

【0067】

（第２の実施形態）
次に、図１２を参照して、第２の実施形態における制御方法（あおり角に応じたフォーカス・あおり角補正処理）について説明する。図１２は、本実施形態における制御方法のフローチャートである。図１２の各ステップは、主に、通信部１１０、測距情報算出部１１２、あおり／フォーカス駆動量算出部１１４、または、制御部１１５により実行される。

【0068】

本実施形態は、補正量に基づいて測距方式（焦点検出方式）を変更する点（図１２中にステップＳ１２０５、Ｓ１２１２が挿入されている）で、第１の実施形態（図７）と異なる。本実施形態における他の構成および方法は、第１の実施形態と同様であるため、それらの説明を省略する。

【0069】

ステップＳ１２０４において、測距情報算出部１１２は、シェーディング補正の際に補正量（シェーディング補正係数）を決定する。続いてステップＳ１２０５において、測距情報算出部１１２は、補正量がｑ値以内（所定の補正量よりも小さい）か否かを判定する。撮像素子１０６のあおり角が大きく、焦点検出位置が高像高の場合、Ａ像信号とＢ像信号の強度のバランスが悪く、またはケラレの影響で強度が低いと、補正量が大きくなり過ぎ、正確に補正を行うことができない可能性がある。正確な補正を行うことができない場合、測距の精度が低下し、正確なフォーカス位置やあおり角を算出することができない。このため本実施形態では、ステップＳ１２０５において、補正量がｑ値以内ではない場合（補正量が所定の補正量よりも大きい場合）、ステップＳ１２１２において、測距方式（焦点検出方式）を変更する。すなわちステップＳ１２１２では、測距情報算出部１１２は、位相差検出方式に代えて、従来と同様のコントラスト検出方式によりデフォーカス量ＤＥＦ１、ＤＥＦ２を算出する。

【0070】

このように本実施形態において、測距情報算出部１１２は、補正量が所定の補正量よりも小さい場合、位相差検出方式でデフォーカス量を算出し、補正量が所定の補正量よりも大きい場合、コントラスト検出方式でデフォーカス量を算出する。

【0071】

本実施形態によれば、位相差検出方式の測距と、コントラスト検出方式の測距とを組み合わせて実施する。これにより、従来のコントラスト検出方式のみで測距を行う場合と比較して、補正量がｑ値以下のときまで位相差検出方式の測距を行うため、従来よりも早くフォーカス、あおり角の補正が可能となる。また、あおり角が大きく、焦点検出位置が高像高の場合でも適正なフォーカス、あおり角の補正が可能である。

【0072】

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

【0073】

このように各実施形態において、制御装置（撮像装置１００）は、撮像素子１０６からの信号に基づいて位相差検出方式により像ずれ量を算出し、像ずれ量と変換係数とに基づいてデフォーカス量を算出する算出手段（測距情報算出部１１２）を有する。算出手段は、光学情報およびあおり角度に基づいて、信号の補正量または変換係数の少なくとも１つを変更する。

【0074】

各実施形態によれば、撮像面をあおった状態でも、測距を精度良く行い、高速化、高精度、高品位なあおり角の角度、フォーカス位置の補正制御を行うことができる。このため各実施形態によれば、撮像面をあおった状態でも、高速かつ高精度にフォーカス制御を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法、および、プログラムを提供することができる。

【0075】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0076】

１００ 撮像装置（制御装置）
１１２ 測距情報算出部（算出手段）
１１５ 制御部（取得手段）
１１６ 撮像素子駆動部（あおり制御手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】