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技術 焦点検出装置、焦点検出方法及び撮影装置

出願人 リコーイメージング株式会社
発明者 杉谷和夫
出願日 2016年7月21日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2016-143358
公開日 2018年1月25日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2018-013624
状態 特許登録済
技術分野 自動焦点調節 焦点調節 スタジオ装置
主要キーワード 広がり係数 重み付け分布 合成分布 所定画素位置 各分割線 特定位 入射角毎 分布中心
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年1月25日)のものです。
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図面 (20)

課題

少ないデータ量、演算量で、新たな撮影レンズだけでなく既存の撮影レンズについても適切な位相差検出画素シェーディング補正が可能な焦点検出装置を得る。

解決手段

複数の対の第1と第2の位相差検出画素を有する撮像素子を備えた焦点検出装置であって、対の第1と第2の位相差検出画素に入射する光線入射角に対する出力特性モデル化した入射角特性を設定し、入射角特性を複数の分布関数により設定し、2つの瞳範囲のそれぞれの異なる2つの領域を通過した2つの光線が単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する複数の分布関数の解を演算し、演算された複数の分布関数を2つの光線の入射角範囲で積分して複数の分布関数の積分値の和を求め、入射角範囲の両端部での複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、各対の第1と第2の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める焦点検出装置。

概要

背景

デジタルカメラ自動焦点検出装置として、撮像素子内にフォーカス検出用画素(一対の位相差検出画素)列を配置した像面位相差AF方式が知られている。この像面位相差AF方式は、一回の露光撮像)で得た画像信号からフォーカス情報位相差情報)が得られるので、焦点調節レンズ群フォーカス位置光軸方向位置)を変えながら露光(撮像)を繰り返してコントラストの変化を検出することによりコントラストのピーク位置(=合焦(フォーカスピント)位置)を探索するコントラストAF方式に比べ、高速焦点調節動作が可能であり、近年盛んに使用されている(特許文献1)。

像面位相差AF方式の一対の位相差検出画素は、撮影時に使用する全光束のうち、瞳位置において撮影光学系の光軸を挟んで例えば左右(縦線検出用の場合、横線検出用の場合は上下)のどちらか一方に偏った瞳範囲を透過した光束のみを検出する。この検出特性が左に偏った位相差検出画素と右に偏った位相差検出画素を単位対として複数単位対を同一列上に配置し、検出特性が左右に偏った位相差検出画素列の一対の信号波形を見ると、合焦状態では一対の信号波形が重なり(一致し)、合焦状態から外れると、一対の信号波形の位相が左右にずれる(シフトする)。そのため、この一対の信号波形の位相差(シフト量)を検出することでデフォーカス量を検出できる。

この像面位相差AF方式では、位相差検出画素の構造上、合焦状態において特定の射出瞳距離の特定のF値絞り値、射出瞳距離)のときに一対の信号波形が一致するが、この2つのパラメータのいずれか一方または双方が変化すると、各位相差検出画素入射する光束(光量)が変動し、またこの影響が各位相差検出画素で異なり、通常、一対の位相差検出画素において左右非対称シェーディングが生じ、信号波形一致度の低下に伴いフォーカス検出性能(正確さと精度)が低下する。この対策として信号処理によってシェーディング補正を行う方法が既に知られている(特許文献1)。

概要

少ないデータ量、演算量で、新たな撮影レンズだけでなく既存の撮影レンズについても適切な位相差検出画素のシェーディング補正が可能な焦点検出装置を得る。複数の対の第1と第2の位相差検出画素を有する撮像素子を備えた焦点検出装置であって、対の第1と第2の位相差検出画素に入射する光線入射角に対する出力特性モデル化した入射角特性を設定し、入射角特性を複数の分布関数により設定し、2つの瞳範囲のそれぞれの異なる2つの領域を通過した2つの光線が単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する複数の分布関数の解を演算し、演算された複数の分布関数を2つの光線の入射角範囲で積分して複数の分布関数の積分値の和を求め、入射角範囲の両端部での複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、各対の第1と第2の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める焦点検出装置。

目的

本発明は、少ないデータ量、演算量で、新たな撮影レンズだけでなく既存の撮影レンズについても適切な位相差検出画素のシェーディング補正が可能な焦点検出装置、焦点検出方法及び撮影装置を得ることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

結像光学系の異なる2つの瞳範囲の一方を通過した光を検出する第1の位相差検出画素と他方を通過した光を検出する第2の位相差検出画素を単位対とする複数対の第1と第2の位相差検出画素が配置された位相差検出画素列を有する撮像素子を備え、前記第1の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形と、前記第2の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形との位相差により焦点状態を検出する焦点検出装置において、前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する光線入射角に対する出力特性モデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、前記2つの瞳範囲のそれぞれの異なる2つの領域を通過した2つの光線が単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、前記演算された複数の分布関数を前記2つの光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各単位対の第1と第2の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、を備えたことを特徴とする焦点検出装置。

請求項2

請求項1記載の焦点検出装置において、前記結像光学系の絞り情報及び射出瞳距離情報を入力する結像光学系情報入力手段と、前記2つの瞳範囲の異なる2つの領域を通過して前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する2つの光線の入射角を、前記絞り情報、射出瞳距離情報、及び撮像素子上の画素位置情報とに基づいて演算する入射角演算手段と、をさらに備え、前記分布関数演算手段は、前記入射角演算手段が演算した入射角について前記各分布関数の解を演算する焦点検出装置。

請求項3

請求項1または2記載の焦点検出装置において、前記単位対の第1と第2の位相差検出画素は、前記撮像素子の撮像面上の焦点検出範囲内に横方向または縦方向に列上に配置されており、同一列上の前記単位対の第1と第2の位相差検出画素の内、前記焦点検出範囲の中央部に位置する単位対の第1と第2の位相差検出画素と、前記焦点検出範囲の少なくとも一方の端部に位置する単位対の第1と第2の位相差検出画素のそれぞれについて、前記複数の分布関数の解が演算されている焦点検出装置。

請求項4

請求項3記載の焦点検出装置において、前記補正値演算手段は、前記中央部と両端部の間に位置する他の単位対の第1と第2の位相差検出画素の分布関数の解を、前記焦点検出範囲の前記中央部と少なくとも一方の端部に位置する単位対の第1と第2の位相差検出画素の分布関数の解から演算する焦点検出装置。

請求項5

請求項1乃至4のいずれか1項記載の焦点検出装置において、前記分布関数は、分布中心位置と、分布広がり係数と、分布ピーク値とによって規定される関数である焦点検出装置。

請求項6

請求項1乃至5のいずれか1項記載の焦点検出装置において、前記複数の分布関数と入射角を乗算した重み付き入射角特性を前記2つの光線の入射角範囲で積分した積分値の和を演算し、該2つの光線についての重み付き入射角特性の積分値の和に基づいて前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める入射角重心演算手段をさらに備えた焦点検出装置。

請求項7

請求項6記載の焦点検出装置において、前記入射角重心演算手段は、前記入射角重心を、前記瞳範囲の形状に応じた複数の異なる位置の入射角範囲について求め、該複数の入射角重心の平均により前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める焦点検出装置。

請求項8

請求項6または7記載の焦点検出装置において、前記各入射角重心から、前記単位対の第1と第2の位相差検出画素の出力に基づく信号波形の位相差をデフォーカス量に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段をさらに備えた焦点検出装置。

請求項9

請求項8記載の焦点検出装置において、前記変換係数は、結像光学系の射出瞳径及び射出瞳距離と、単位対の第1と第2の位相差検出画素の撮像面上の位置とによって算出される係数である焦点検出装置。

請求項10

結像光学系の異なる2つの瞳範囲の一方を通過した光を検出する第1の位相差検出画素と他方を通過した光を検出する第2の位相差検出画素を単位対とする複数対の第1と第2の位相差検出画素が配置された位相差検出画素列を有する撮像素子を備え、前記第1の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形と、前記第2の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形との位相差により焦点状態を検出する焦点検出方法において、前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定ステップと、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定ステップと、前記2つの瞳範囲のそれぞれの異なる2つの領域を通過した2つの光線が単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算ステップと、前記演算された複数の分布関数を前記2つの光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各単位対の第1と第2の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算ステップと、を含むことを特徴とする焦点検出方法。

請求項11

請求項10記載の焦点検出方法において、前記複数の分布関数と入射角を乗算した重み付き入射角特性を前記2つの光線の入射角範囲で積分した積分値の和を演算し、該2つの光線についての重み付き入射角特性の積分値の和に基づいて前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める入射角重心演算ステップをさらに備えた焦点検出方法。

請求項12

結像光学系を通過した光を検出する所定の画素を複数有する撮像素子を備えた撮影装置において、前記所定の画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、前記結像光学系の所定開口または絞り領域を通過して前記所定の画素に入射する光線の入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、前記演算された複数の分布関数を前記光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各所定の画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、を備えたことを特徴とする撮影装置。

技術分野

0001

本発明は、焦点検出装置及び焦点検出方法係り、より具体的には、像面位相差検出方式の焦点検出装置、焦点検出方法及び撮影装置に関する。

背景技術

0002

デジタルカメラ自動焦点検出装置として、撮像素子内にフォーカス検出用画素(一対の位相差検出画素)列を配置した像面位相差AF方式が知られている。この像面位相差AF方式は、一回の露光撮像)で得た画像信号からフォーカス情報位相差情報)が得られるので、焦点調節レンズ群フォーカス位置光軸方向位置)を変えながら露光(撮像)を繰り返してコントラストの変化を検出することによりコントラストのピーク位置(=合焦(フォーカスピント)位置)を探索するコントラストAF方式に比べ、高速焦点調節動作が可能であり、近年盛んに使用されている(特許文献1)。

0003

像面位相差AF方式の一対の位相差検出画素は、撮影時に使用する全光束のうち、瞳位置において撮影光学系の光軸を挟んで例えば左右(縦線検出用の場合、横線検出用の場合は上下)のどちらか一方に偏った瞳範囲を透過した光束のみを検出する。この検出特性が左に偏った位相差検出画素と右に偏った位相差検出画素を単位対として複数単位対を同一列上に配置し、検出特性が左右に偏った位相差検出画素列の一対の信号波形を見ると、合焦状態では一対の信号波形が重なり(一致し)、合焦状態から外れると、一対の信号波形の位相が左右にずれる(シフトする)。そのため、この一対の信号波形の位相差(シフト量)を検出することでデフォーカス量を検出できる。

0004

この像面位相差AF方式では、位相差検出画素の構造上、合焦状態において特定の射出瞳距離の特定のF値絞り値、射出瞳距離)のときに一対の信号波形が一致するが、この2つのパラメータのいずれか一方または双方が変化すると、各位相差検出画素入射する光束(光量)が変動し、またこの影響が各位相差検出画素で異なり、通常、一対の位相差検出画素において左右非対称シェーディングが生じ、信号波形一致度の低下に伴いフォーカス検出性能(正確さと精度)が低下する。この対策として信号処理によってシェーディング補正を行う方法が既に知られている(特許文献1)。

先行技術

0005

特開2014−6388号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかし、レンズ交換式カメラでは使用するカメラ(撮像素子)と交換レンズ撮影レンズ)の組み合わせが多数存在するので膨大なシェーディングデータが必要になり、これらのデータをカメラに持たせる(メモリに記憶する)場合、メモリ可能なデータ量に応じて対応交換レンズを限定せざるを得ないという問題があった。

0007

特許文献1は、こうした問題に対応するためシェーディングを多項式近似して、多項式係数情報のみを各交換レンズに持たせることを提案しているが、この場合でも適切な補正を行うためには、結局交換レンズ毎に多くのデータが必要になるといった問題があった。また、多項式近似する場合には、個別の交換レンズに対応する補正計算専用のレンズ情報が必要なので、既存の交換レンズに対応させることが困難であった。

0008

像面位相差AF方式の位相差検出画素は、感度の低下を防ぐため、広い入射角範囲の光に対する応答特性を持たされており、このため結像光学系のF値と射出瞳距離と、さらに結像光学系の光軸から画素までの距離(撮像面上の画素位置)が異なると実際に入射する光量が変動し、デフォーカス量に対する信号波形の位相差(シフト)量が変化するという問題があった。

0009

本発明は、少ないデータ量、演算量で、新たな撮影レンズだけでなく既存の撮影レンズについても適切な位相差検出画素のシェーディング補正が可能な焦点検出装置、焦点検出方法及び撮影装置を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明は、結像光学系の異なる2つの瞳範囲の一方を通過した光を検出する第1の位相差検出画素と他方を通過した光を検出する第2の位相差検出画素を単位対とする複数対の第1と第2の位相差検出画素が配置された位相差検出画素列を有する撮像素子を備え、前記第1の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形と、前記第2の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形との位相差により焦点状態を検出する焦点検出装置において、前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する光線入射角に対する出力特性モデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、前記2つの瞳範囲のそれぞれの異なる2つの領域を通過した2つの光線が単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、前記演算された複数の分布関数を前記2つの光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各単位対の第1と第2の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、を備えたことを特徴とする。

0011

本発明の焦点検出装置にあっては、前記結像光学系の絞り情報及び射出瞳距離情報を入力する結像光学系情報入力手段と、前記2つの瞳範囲の異なる2つの領域を通過して前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する2つの光線の入射角を、前記絞り情報、射出瞳距離情報、及び撮像素子上の画素位置情報とに基づいて演算する入射角演算手段と、をさらに備え、前記分布関数演算手段は、前記入射角演算手段が演算した入射角について前記各分布関数の解を演算する。

0012

前記単位対の第1と第2の位相差検出画素は、前記撮像素子の撮像面上の焦点検出範囲内に横方向または縦方向に列上に配置されており、同一列上の前記単位対の第1と第2の位相差検出画素の内、前記焦点検出範囲の中央部に位置する単位対の第1と第2の位相差検出画素と、前記焦点検出範囲の少なくとも一方の端部に位置する単位対の第1と第2の位相差検出画素のそれぞれについて、前記複数の分布関数の解が演算されていることが好ましい。

0013

前記補正値演算手段は、前記中央部と両端部の間に位置する他の単位対の第1と第2の位相差検出画素の分布関数の解を、前記焦点検出範囲の前記中央部と少なくとも一方の端部に位置する単位対の第1と第2の位相差検出画素の分布関数の解から演算することができる。

0014

前記分布関数は、分布中心位置と、分布広がり係数と、分布ピーク値とによって規定される関数である。

0015

本発明の焦点検出装置にあっては、前記複数の分布関数と入射角を乗算した重み付き入射角特性を前記2つの光線の入射角範囲で積分した積分値の和を演算し、該2つの光線についての重み付き入射角特性の積分値の和に基づいて前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める入射角重心演算手段をさらに備えることができる。

0016

前記入射角重心演算手段は、前記入射角重心を、前記瞳範囲の形状に応じた複数の異なる位置の入射角範囲について求め、該複数の入射角重心の平均により前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求めることができる。

0017

前記各入射角重心から、前記単位対の第1と第2の位相差検出画素の出力に基づく信号波形の位相差をデフォーカス量に変換する変換係数を演算する変換係数演算手段をさらに備えることが実際的である。

0018

前記変換係数は、結像光学系の射出瞳径及び射出瞳距離と、単位対の第1と第2の位相差検出画素の撮像面上の位置とによって算出される係数である。

0019

焦点検出方法からなる本発明は、結像光学系の異なる2つの瞳範囲の一方を通過した光を検出する第1の位相差検出画素と他方を通過した光を検出する第2の位相差検出画素を単位対とする複数対の第1と第2の位相差検出画素が配置された位相差検出画素列を有する撮像素子を備え、前記第1の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形と、前記第2の位相差検出画素列の出力に基づく信号波形との位相差により焦点状態を検出する焦点検出方法において、前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定ステップと、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定ステップと、前記2つの瞳範囲のそれぞれの異なる2つの領域を通過した2つの光線が単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射するときの入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算ステップと、前記演算された複数の分布関数を前記2つの光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各単位対の第1と第2の位相差検出画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算ステップと、を含むことを特徴とする。

0020

前記複数の分布関数と入射角を乗算した重み付き入射角特性を前記2つの光線の入射角範囲で積分した積分値の和を演算し、該2つの光線についての重み付き入射角特性の積分値の和に基づいて前記単位対の第1と第2の位相差検出画素に入射する入射光束の入射角重心を求める入射角重心演算ステップをさらに備えることが好ましい。

0021

撮影装置からなる本発明は、結像光学系を通過した光を検出する所定の画素を複数有する撮像素子を備えた撮影装置において、前記所定の画素に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、前記結像光学系の所定開口または絞り領域を通過して前記所定の画素に入射する光線の入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、前記演算された複数の分布関数を前記光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各所定の画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、を備えたことを特徴とする。

発明の効果

0022

本発明によれば、少ないデータ量、演算量で、新たな撮影レンズだけでなく既存の撮影レンズについても適切な、位相差検出画素のシェーディング補正が可能な焦点検出装置が得られる。

図面の簡単な説明

0023

本発明による像面位相差AF方式の焦点検出装置及び焦点検出方法を適用したレンズ交換式のデジタルカメラ(撮影装置)の要部構成をブロックで示す図である。
同デジタルカメラ(撮影装置)のシステムコントロール回路及び像面位相差AF動作に関わる主要構成要素をブロックで示す図である。
図3Aは同デジタルカメラ(焦点検出装置)の撮像素子(像面位相差AF撮像素子)の画素配列を示す全体正面図、図3Bはその一部を拡大した正面図である。
同デジタルカメラの撮像素子の光軸付近における位相差検出画素の構造と像分離の原理を説明する図である。
図5Aは射出瞳と合焦位置とピント(焦点)状態との関係を説明する図、図5Bは光軸付近における位相差検出画素の出力波形ピント状態との関係を説明する図である。
位相差検出画素のシェーディングを説明する図であって、図6Aは撮像面の各位置における通常画素と一対の位相差検出画素の出力特性をグラフで示す図、図6Bは図6AのP0地点、P1地点、及びP2地点における通常画素と一対の位相差検出画素に入射する光線の様子を説明する図である。
図7A及び図7Bは、図6Aに示した撮像素子の中央部(P0地点)と一方の端部(P2地点)に位置する一対の位相差検出画素の入射角特性をグラフで説明する図である。
図8A、図8B及び図8Cは、上段が撮影画面の左端の一対の位相差検出画素の入射角範囲と応答特性の関係、及び下段が画素位置とシェーディングとの関係をグラフで説明する図である。
図9A及び図9Bは、F値が同一で射出瞳距離が異なる場合の一対の位相差検出画素の実際のシェーディング波形をグラフで説明する図である。
上段は瞳範囲と撮像面上の位置関係を説明する図、下段は異なる画素位置の一対の位相差検出画素の入射角特性をグラフで示す図である。
図11A、図11B及び図11Cは、上段は異なる画素位置の一対の位相差検出画素の入射角特性をグラフで示す図であり、下段はシェーディング補正後の入射角特性をグラフで示す図である。
図12Aは、本発明の焦点検出装置における複数の分布関数と入射角の関係をグラフで説明する図、図12Bは入射角特性と同合成分布関数との関係をグラフで説明する図である。
図13Aは図12Aの各分布関数を積分したものをグラフで説明する図、図13Bは積分した各分布関数の和と入射光量(シェーディング)との関係をグラフで説明する図である。
同焦点検出装置において、中央部と左端部の画素の分布関数を規定する分布中心の係数aと広がり係数bとピーク値cの一例を示す図と中央部と左端部とその間の画素の分布特性をグラフで説明する図である。
入射角算出方法を説明する図である。
本発明を適用したデジタルカメラによる像面位相差AF動作に関するフローチャートを示す図である。
同デジタルカメラによる位相差画素データ取得動作に関するフローチャートを示す図である。
同デジタルカメラによるシェーディングデータ更新動作に関するフローチャートを示す図である。
本発明の別の実施形態を適用したデジタルカメラ(撮影装置)の要部構成をブロックで示す図である。
図20Aと図20Bは、像面位相差AF方式において、同一の射出瞳距離、デフォーカス量において、瞳径(F値)が異なる場合のデフォーカス量と一対の出力波形のシフト量との関係を示した図である。
図21Aと図21Bは、像面位相差AF方式において、同一の瞳径(F値)、同一のデフォーカス量において、射出瞳距離が異なる場合の射出瞳距離と画素位置と一対の出力波形のシフト量との関係を示した図である。
図22Aは、本発明の焦点検出装置における複数の分布関数を入射角で乗算した重み付分布関数をグラフで説明する図、図22Bは同重み付分布関数の和と入射角との関係をグラフで説明する図である。
図23Aは図22Aの各重み付け分布関数を積分した重み付分布関数をグラフで説明する図、図23Bは同各積分した重み付分布関数の和(合成重み付き分布関数)と入射角重心との関係をグラフで説明する図である。
図24Aは光軸直交平面内における瞳位置と入射角範囲との関係を説明する図、図24Bは瞳を二次元的に分割して入射角特性を求める様子を説明する瞳の正面図である。
位相差検出画素の入射角重心とデフォーカス量とシフト量の関係をグラフで説明する図である。
本発明を適用したデジタルカメラによる像面位相差AF動作の別の実施形態に関するフローチャートを示す図である。
同デジタルカメラによる位相差画素データ補正動作に関するフローチャートを示す図である。
同デジタルカメラによる変換係数(シフト量補正係数演算動作に関するフローチャートを示す図である。
同デジタルカメラによる一次元の入射角重心演算動作に関するフローチャートを示す図である。

実施例

0024

図1図29を参照して、本発明をデジタルカメラ(撮影装置)10に適用した実施形態について説明する。

0025

図1に示すように、デジタルカメラ10は、ボディ本体20と、このボディ本体20に着脱可能(レンズ交換可能)な撮影レンズ(交換レンズ、結像光学系)50とを備えている。撮影レンズ50は、光軸Oに沿って配置された複数のレンズ群を有する撮影レンズ群51と、撮影レンズ群51の間に配置された絞り52とを備えている。ボディ本体20は、撮影レンズ群51を通った被写体光束を受ける撮像素子(イメージセンサ)30を備えている。

0026

ボディ本体20は、撮影レンズ50が装着された状態で絞り52を駆動制御する絞り駆動機構23を備えている。撮影レンズ群(撮像光学系)51及び絞り52を通った被写体光束による被写体像が、撮像素子30の撮像面上に形成される。撮像素子30の撮像面(受光面)上に形成された被写体像は、マトリックス状に配置された検出色の異なる多数の画素によって、電気的な画素信号に変換され、画像データ(時系列に撮像した複数の画像データ)として画像処理回路22に出力される。画像処理回路22は、撮像素子30から入力した画像データに所定の画像処理を施して、これを表示装置24に表示し、外部記憶装置(着脱可能なフラッシュメモリ)25に記憶する。撮像素子30は、詳細は後述するが、撮像面上に、通常撮影に使用される多数の通常画素と、焦点検出範囲内において、通常画素の列と通常画素の列との間に一対の位相差検出画素(像面位相差検出画素)が複数、列上に所定間隔で配置された像面位相差AF撮像素子である。

0027

ボディ本体20は、撮像素子30の位相差検出画素列から出力された一対の位相差検出画素列データからデフォーカス量を求め、焦点調節動作するシステムコントロール回路40を備えている。システムコントロール回路40は、像面位相差AF動作の外に、デジタルカメラ10全体の機能を統括的に制御する機能を備えている。またシステムコントロール回路40には、操作部材26が接続されている。操作部材26は、電源スイッチ、AFスイッチ、レリーズスイッチなどの各種スイッチからなる。

0028

撮影レンズ50は、撮影レンズ群51中のフォーカシングレンズ(群)51fを光軸方向に駆動するフォーカス駆動機構53と、フォーカス駆動機構53を制御するレンズCPU54を備えている。レンズCPU54は、絞り52の開口径開放F値、現在の絞りF値)情報や、射出瞳距離情報などの各種レンズ情報を記憶したメモリを内蔵(または外部メモリを接続)している。撮影レンズ50がボディ本体20に装着された状態では、各種レンズ情報がレンズCPU54を介してシステムコントロール回路40に通信される。撮影レンズ50の絞り52は、ボディ本体20の絞り駆動機構23によって開閉駆動され、所定F値に設定される。

0029

撮影レンズ50は、図1では、撮影レンズ群51を簡略化して描いているが、実際の撮影レンズ群51は、例えば、固定レンズフォーカシング時に移動するフォーカシングレンズ51f、ズーミング(変倍)時に移動するバリエータレンズコンペンセータレンズなどの複数枚/群のレンズを有するズームレンズでもよい。

0030

図2はシステムコントロール回路40の像面位相差AF動作機能の詳細を示すブロック図である。システムコントロール回路40は、レンズ制御部41と、シェーディング計算部42と、像面位相差AFデータ補正部43と、像面位相差AF演算部44と、像面位相差AF動作で使用する分布係数データなどを記憶したROM45を備えている。

0031

レンズ制御部41は、レンズCPU54と通信して、レンズCPU54から撮影レンズ50のF値、射出瞳距離情報などのレンズ情報を入力し、フォーカシングレンズ51fを駆動制御するレンズ制御情報をレンズCPU54に出力してフォーカス駆動機構53を介してフォーカシングレンズ51fを移動し、絞り駆動機構23を介して撮影レンズ50の絞り52を開閉駆動し、絞り52を所定F値に設定する。レンズ制御部41は、レンズCPU54から通信で得たF値、射出瞳距離情報をシェーディング計算部42に出力する。シェーディング計算部42は、レンズ制御部41が出力したF値、射出瞳距離情報と、ROM45から読み出した分布係数データとに基づいて、各位相差検出画素のシェーディングを計算し、計算したシェーディングデータを像面位相差AFデータ補正部43に出力する。撮像素子制御部47は、撮像素子30の撮像動作を制御する。画像処理回路22は、撮像素子30の撮像動作により得た画像データの中から、位相差検出画素データを抽出して像面位相差AFデータ補正部43に出力する。

0032

像面位相差AFデータ補正部43は、シェーディング計算部42が計算したシェーディングデータと、画像処理回路22が出力した位相差検出画素データとに基づいて像面位相差AFデータを補正し、補正した位相差検出画素データを像面位相差AF演算部44に出力する。
像面位相差AF演算部44は、シェーディング補正された一対の位相差検出画素列データに基づいてデフォーカス量を演算し、デフォーカス情報をレンズ制御部41に出力する。
レンズ制御部41は、デフォーカス情報に基づいて、フォーカシングレンズ51fを合焦位置に移動するための移動方向と移動量を求め、レンズ制御情報としてレンズCPU54に通信する。レンズCPU54は、レンズ制御情報に基づき、フォーカス駆動機構53を介してフォーカシングレンズ51fを合焦位置まで移動させる。

0033

撮像素子30は、撮像用の通常画素と、位相差検出画素を備えた像面位相差AF撮像素子である。撮像素子30は、図3に示したように、通常画素がマトリックス状に配置された通常画素群と、撮像面の中央を中心として設定された焦点検出範囲(位相差AF可能範囲)に配置された複数の位相差検出画素列とを備えている。位相差検出画素列は、一対の第1の位相差検出画素32aと第2の位相差検出画素32bを単位対とする複数単位対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bが直線状に配置されていて、この位相差検出画素列が縦方向に所定間隔で複数列配置されている。この実施形態の撮像素子30は、位相差検出画素列毎に、また列の所定範囲内の複数単位対の位相差検出画素により、像面位相差を検出することができる。一対の第1の位相差検出画素32aと第2の位相差検出画素32bの間、一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bと他の一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bとの間に通常画素32を挟んでいるが、通常画素32の数は問わず、通常画素32を挟まない構成でもよい。第1の位相差検出画素32aと第2の位相差検出画素32bが異なる列に配置されている構成でもよい。
なお、単位対、一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bを、単に第1と第2の位相差検出画素32aと32bと表示することがある。また、以下、本明細書及び図面において、第1の位相差検出画素32aを「A画素」、第2の位相差検出画素32bを「B画素」と表示することがある。

0034

図4に示すように、通常画素32は、前方(光線入射側)から順に、マイクロレンズ33と、導光路34と、フォトダイオード35を備えている。通常画素32は、例えばマイクロレンズ33と導光路34の境界部に、カラーフィルタ(いわゆるベイヤ配列の三原色カラーフィルタのいずれか一色)が形成される(図示せず)。一方、第1の位相差検出画素32aは、前方から順に、マイクロレンズ33aと、導光路34aと、フォトダイオード35aとを備え、第2の位相差検出画素32bは、前方から順に、マイクロレンズ33bと、導光路34bと、フォトダイオード35bとを備えている。第1と第2の位相差検出画素32aと32bは、導光路34aと34bの途中に、マイクロレンズ33aと33bの光軸Omを挟んで、導光路34aと34bの一方の領域(図4では上下の一方の領域)を遮光する遮光膜36aと36bが形成されている。図3では、撮像素子30を正面から見て、第1の位相差検出画素32aの遮光膜36aは導光路34aの右領域を遮光し、第2の位相差検出画素32bの遮光膜36bは導光路34bの左領域を遮光している。

0035

図4において、通常画素32(フォトダイオード35)には、通常画素32の瞳範囲を通った被写体光束が入射する。このとき、第1の位相差検出画素32a(フォトダイオード35a)には、通常画素32の瞳範囲中、主に光軸Oより上方の瞳範囲(A画素瞳範囲)を通った光束が入射し、第2の位相差検出画素32b(フォトダイオード35b)には、通常画素32の瞳範囲中、主に光軸Oより下方の瞳範囲(B画素瞳範囲)を通った光束が入射する。この構成(遮光膜36aと遮光膜36bの遮光作用)は、第1と第2の位相差検出画素32aと32bに対応する瞳範囲を規定する効果がある。

0036

ここで、図5図5B)に示したように、光軸付近の通常画素32に入射する光束の入射角重心(有効光束の中心、入射角中心)は光軸O(及びOm)と略一致しているのに対し、第1と第2の位相差検出画素32aと32b(A画素とB画素)に入射する光束の入射角重心(有効光束の中心、入射角中心)は、光軸O(及びOm)に対して傾いている。図5は、このように入射角度範囲に制限を加えられた個別対のA画素とB画素に入射した光束の、合焦状態とデフォーカス状態における状態(様子)を描いている。光束は、合焦状態のときは撮像面の1点に収束結像)するので、通常画素列検出信号波形(信号波形)、及び個別対のA画素列とB画素列の一対の検出信号波形(信号波形)が幅狭に鮮鋭になり、略一致している。しかし、光束は、デフォーカス状態のときは、デフォーカス量に応じて広がった状態(ボケ状態)で撮像面に入射するので、通常画素列の検出信号波形と、A画素列とB画素列の一対の検出信号波形は共にピークが低く、裾野が広がっている。さらにA画素列とB画素列の一対の検出信号波形は、入射光束の入射角重心(各画素に入射する有効光束の中心)が偏っているため互いに離れる方向にシフト(位相がシフト)している。図5において、合焦状態のときには、A画素列の検出信号波形とB画素列の検出信号波形が一致するので一対の検出信号波形のボケは小さく、位相は一致するが、前ピン状態(非合焦状態)のときには、A画素列の検出信号波形とB画素列の検出信号波形が前ピンデフォーカス量に応じてボケながら互いに離れる方向にシフトして(ずれて)いる。このシフト(ずれ)量(ずれの方向と距離)をデフォーカス量に換算することにより、フォーカシングレンズ51fの合焦位置を求めることができる。なお、後ピン状態のときには、A画素列の検出信号波形とB画素列の検出信号波形のシフト方向は前ピン状態のときと真逆になる。

0037

第1と第2の位相差検出画素32a、32bは、画素内(導光路34a、34b)に遮光膜36a、36bが設けられているが、フォトダイオードに入射する光線の角度範囲を制限できる構造であれば、遮光膜を設けずに、フォトダイオードをマイクロレンズの光軸に対して偏芯させ、あるいはフォトダイオードを二分割四分割するなどの構造を採用することができる。

0038

第1と第2の位相差検出画素32aと32bは、遮光膜36a、36bにより入射角制限を受けているため(図3図4図6B)、焦点検出範囲の中央部のP0地点、右端部のP2地点及びP0地点とP2地点の間のP1地点だけでなく全ての位置で通常画素32より感度が低く(入射光量が少なく出力値が小さく)、また、第1と第2の位相差検出画素32aと32bの各画素列における感度ピークが左右にシフトした形状のシェーディング(出力特性)となる(図6A)。この特性は位相差検出画素の入射角感度特性と、使用される撮影レンズの特性によって異なる。この撮影レンズの種類・状態に応じたさまざまな異なるシェーディングデータを持つには、膨大な容量のROMが必要となる。また、従来の近似法では正確なシェーディングデータを求めるために複雑な係数が必要となり、さらに交換レンズに補正用のための固有のデータが必要になるなど、既存の撮影レンズに対応させることが困難である。

0039

ところで位相差検出画素について、画素内の反射や画素間のクロストークなどさまざまな要因のために、図4図6に示すような遮光膜36a、36bによるはっきりとした入射角制限は求まらないが、位相差検出画素32aと32bの入射角に対する出力応答特性(以下「入射角特性」と記述)を通常画素32の入射角範囲内で積分することによって位相差検出画素32aと32bの出力を求められることが知られている。本発明(実施形態)は、各位相差検出画素について入射角特性を通常画素の入射角範囲内で積分すれば、その結果となる信号波形はシェーディングそのものとなるので、正確なシェーディング量を求めることができるという着眼に基づいてなされたものである。さらに、シェーディングを求めた位相差検出画素と位相差検出画素の間に位置する位相差検出画素のシェーディングは、補間処理によって近似できる、という着眼に基づいてなされている。

0040

具体的には、図7A、図7Bに示したように、撮像素子30上において、焦点検出範囲の中央部(撮像素子30の中央部)であるP0地点の一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32b、並びに焦点検出範囲の右端部であるP2地点の一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bについて、入射角特性を求める。図7Bは、上段がP2地点における第1と第2の位相差検出画素32aと32bの入射角特性を示すグラフ、下段がP0地点における個別対のA画素及びB画素の入射角特性を示すグラフである。同グラフにおいて、縦軸光感度を示し、横軸は入射角を示している。この例では、P0地点における第1と第2の位相差検出画素32aと32bの入射角範囲はα0からβ0、P2地点における同入射角範囲は略α2からβ2である。以上の入射角特性を通常画素32の瞳範囲から求まる入射角範囲で積分すれば、第1と第2の位相差検出画素32aと32bの出力が求まる。
以上の出力を、位相差検出画素列の複数の個別対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bについて求めれば、位相差検出用の一対の信号波形とシェーディングが得られる。

0041

以下、その概念及び具体的方法図8乃至図15を参照して説明する。
図8図8A、図8B、図8C)は、焦点検出範囲の左端部に位置するA画素の入射角特性とB画素の入射角特性に対し、通常画素32の入射角範囲が偏った場合のシェーディングとの関係を示すグラフである。同図において、上段はA画素とB画素の入射角特性を示すグラフであり、縦軸が光感度を示し、横軸が入射角を示している。また、下段はA画素とB画素のシェーディングを示すグラフであり、縦軸がシェーディングを示し、横軸が焦点検出範囲における画素位置を示している。図8Aは入射角範囲がマイナス側に偏った場合を示し、図8Bは入射角範囲が適正な(偏りがない)場合を示し、図8Cは入射角範囲がプラス側に偏った場合を示している。ここでA画素とB画素の入射角特性が交差する入射角をクロスポイントとする。A画素とB画素の入射角特性に対してバランスよい範囲で光束が入射する場合は、クロスポイントが入射角範囲の中央に位置し(図8Bの上段のグラフ)、画素位置にかかわらず、A画素とB画素のシェーディングがほぼ一致する(図8Bの下段のグラフ)。これに対して入射範囲のバランスが崩れた場合は、クロスポイントが入射角範囲のマイナス(左)寄りまたはプラス(右)寄りに位置し(図8A、図8Cの上段のグラフ)、A画素とB画素のシェーディング(入射角感度特性)が異なった波形となる(図8A、図8Cの下段のグラフ)。
この入射角範囲は、撮影レンズのF値及び射出瞳距離と、各位相差検出画素の撮像素子上の位置によって決まるので、これらの情報によって入射角範囲が分かり、シェーディングを求めることができる。

0042

図9Aと図9Bは、ボディ本体20に、絞り値Fが同一で、射出瞳距離が異なる撮影レンズを装着したときの実際のシェーディングを示すグラフである。同グラフにおいて、縦軸はシェーディングの強度を示し、横軸は焦点検出範囲における画素位置を示している。第1、第2の位相差検出画素32a、32bは遮光膜36a、36bにより入射角制限を受けているため、感度ピークが左右にシフトした形状のシェーディングになっている。

0043

図10には、焦点検出範囲の中央部のP0地点と右端部のP2地点と左端部のP2’地点に位置するA画素とB画素の実際の入射角応答特性を示している。同図のグラフにおいて、縦軸は入射角応答特性の光感度を示し、横軸は入射角を示している。

0044

図11A、図11B及び図11Cは、焦点検出範囲の左端部のA画素とB画素の、シェーディング補正前の入射角特性と、シェーディング補正後の入射角特性との関係を示すグラフである。同図の各グラフにおいて、上段のグラフは補正前の入射角特性を示し、下段のグラフはシェーディング補正後の入射角特性を示している。各グラフにおいて、縦軸はシェーディングの光感度を示し、横軸は入射角を示している。
シェーディング補正によってA画素群(列)の出力波形とB画素群(列)の出力波形のバランスを整えることは、クロスポイントの位置を入射角範囲の重心(入射角重心)に近付けることも同時に意味している。クロスポイントの位置を入射角範囲の重心(入射角重心)に近付けることにより、A画素列とB画素列の一対の出力波形を正確に検出し、一対の出力波形のシフト量を正確に検出できる。

0045

本デジタルカメラ10の焦点検出装置の像面位相差AF動作について、さらに図12乃至図18を参照して説明する。

0046

本実施形態のデジタルカメラ10は、撮像素子30の焦点検出範囲内における複数位置の第1と第2の位相差検出画素32aと32bの入射角特性を算出するのに必要なデータをボディ本体20のROM45に記憶しており、このデータと、撮影レンズ50の射出瞳距離、F値情報から撮像素子30の撮像面上(焦点検出範囲内)の任意の位置の第1、第2の位相差検出画素32a、32bのシェーディングデータを作成する。

0047

本実施形態では、デジタルカメラ10の製造段階で、特定位置の一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bの入射角特性を測定し、測定した入射角特性を、複数の分布関数の積でトレースしてモデル化する。
ここで、複数の分布関数をdgn(θ)/dθ とおく。なお、nは、この実施形態では1乃至6の整数である。θは入射角である。
分布関数は、3個の係数a、b、cによって規定される。但し、各係数は、
a:分布中心位置、
b:分布の広がり係数、
c:分布ピーク値
である。

0048

本デジタルカメラ10では、6個の分布関数dg1(θ)/dθ、dg2(θ)/dθ、dg3(θ)/dθ、dg4(θ)/dθ、dg5(θ)/dθ及びdg6(θ)/dθを設定してある。A画素及びB画素について6個の分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθ毎に3個の係数a、b、cを持ち、これらの分布係数データを、画面(撮像面、焦点検出範囲)の中央部と左端部と右端部の3箇所を含む複数個所のA画素及びB画素について持っている(計18×複数個の係数a、b、c)。以上の分布係数データ(分布関数と計18×複数個の係数a、b、c)は、予め、ROM45に書き込まれる。
中央部と左端部と右端部以外の任意位置のA画素とB画素の係数a、b、cは、ROM45に書き込まれた中央部と左端部または右端部のA画素とB画素の係数a、b、cを補間(線形補間)することにより求められるので、ROM45に書き込むデータ量が少なくて済む。

0049

図12Aは、6個の分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθをグラフ化して示しており、図12Bは、実測の入射角特性を6個の分布関数の積でトレースした合成分布関数dG(θ)/dθをグラフ化して示している。これらのグラフにおいて、縦軸は光感度を示し、横軸は入射角を示している。
なお、瞳範囲の2つの異なる端部を通って各画素に入射する2本の光線のうち、瞳範囲の上端を通過する光線を上光線、画素への入射角を上光線入射角αとし、瞳範囲の下端を通過する光線を下光線、画素への入射角と下光線入射角βとする。

0050

A画素とB画素の光線入射角特性dG(θ)/dθは、下記数1式で計算できる。



分布関数dg(θ)/dθは、下記数2式で計算できる。

0051

図13Aは、分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθを積分した分布関数g1(θ)乃至g6(θ)と入射角との関係を示すグラフである。

0052

各分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθの積分値(分布関数dg1(θ)/dθ乃至dg6(θ)/dθの原関数g1(θ)乃至g6(θ))を加算すれば、合成分布関数G(θ)によって入射角毎の入射光量が求まる。図13Bは、合成分布関数G(θ)と入射角との関係を示すグラフである。ここで、上光線角αの入射光量G(α)と下光線角βの入射光量G(β)の差を求めれば、その差(G(α)−G(β))がその画素の入射角特性を上光線角αと下光線角βについて定積分行った結果に一致し、その画素のシェーディング量となる。図13A及び図13Bのグラフにおいて、縦軸は光感度の積を示し、横軸は入射角を示している。

0053

分布関数g(θ)の積分は、下記数3式により計算できる。

0054

シェーディング量は、下記数4式により計算できる。

0055

図14は、6個の分布関数の3個の係数a、b、cの例を表及びグラフ化して示している。本実施形態では、6個の分布関数それぞれの3個の係数a、b、cを、焦点検出範囲の中央部と左端部と右端部の3箇所について、単位対のA画素とB画素それぞれに持っている。ボディ本体20がメモリする係数データは、上述のようにこの実施形態では、計18×複数個である。以上の複数箇所とは異なる位置のA画素とB画素の係数a、b、cは、その画素の左右のデータのある画素の係数a、b、cを、例えば線形補間して求める。メモリする係数データは、中央部と、左端部または右端部の2箇所のデータでもよい。分布関数の個数シェーディング補正量に影響を与えない範囲であれば6個以下でもよいし、より複雑な入射角特性に対応するため6個以上でもよい。また、F値が大きく入射角範囲が狭いような場合、用意された分布関数のうち主要なものだけを計算に利用して計算時間の短縮を図ることができる。なお、以上の6個の分布関数と3個の係数a、b、cは、複数の位相差検出画素列毎に求めてもよい。

0056

以上の6個の分布関数と3個の係数a、b、cのデータは、例えばテーブルデータとしてROM45に書き込まれる(メモリされる)。ROM45は、EEPROMなど、書き換え可能なフラッシュメモリが適している。

0057

上光線入射角α及び下光線入射角βは、例えば図15を参照すると、以下の手順で求めることができる。
1)撮影レンズ50から入力したF値から開口角を算出する。
2)算出した開口角と、撮影レンズ50から入力した射出瞳距離から射出瞳の開口径を算出する。
3)一対の位相差検出画素の位置と瞳開口(通常画素32の瞳範囲)の位置関係から上光線入射角α、下光線入射角βを算出する。
なお、F値と射出瞳距離がレンズ側の係数となる。
開口角φ、瞳開口(瞳径)r、瞳上端dtop、瞳下端dbottom、上光線角α、下光線角βは、下記数5式の通り定義される。

0058

デジタルカメラ10の像面位相差AF動作について、図16乃至図18のフローチャートを参照して説明する。

0059

システムコントロール回路40は、操作部材26からAF開始指令を受けると、AF動作をスタートする。システムコントロール回路40は、まず、位相差検出画素データを取得する(S11)。位相差検出画素データには、レンズ制御部41を介して撮影レンズ50のレンズCPU54との通信により入力するF値(開放F値、現在の絞りF値)情報、瞳距離情報などのレンズ情報と、シェーディング計算部42がROM45からシェーディング補正用の分布関数(係数a、b、c)データを入力し、演算するシェーディングデータと、第1と第2の位相差検出画素32aと32bから画像処理回路22等を介して像面位相差AFデータ補正部43が入力する位相差検出画素データ等が含まれる。そうして像面位相差AFデータ補正部43は、位相差検出画素データをシェーディングデータにより補正し、正確な一対の位相差検出画素列データを得る。

0060

システムコントロール回路40(像面位相差AF演算部44)は、デフォーカス量を、シェーディング補正された位相差検出画素データに基づいて演算する(S13)。

0061

システムコントロール回路40(レンズ制御部41)は、演算したデフォーカス量が合焦範囲未満であるかどうかチェックし(S15)、合焦範囲未満でなければデフォーカス量に基づいてフォーカシングレンズ51fを駆動し(S15:No、S17)、ステップS11に戻る。デフォーカス量が合焦範囲未満でないときは、以上のステップS11乃至S17の動作を繰り返す。演算したデフォーカス量が合焦範囲未満になると(S15:Yes)、レンズ駆動を停止して像面位相差AF動作を終了する(S19、End)。

0062

デジタルカメラ10は、ライブビューモードモニタモード動画撮影モードなど、撮像素子30が撮像した画像を表示装置24に表示する処理を繰り返す場合は、この像面位相差AF動作を繰り返し実行してもよい。なお、デジタルカメラ10は、画像コントラスト法によるAF動作が可能な場合は、この像面位相差AF動作を終了した後に、画像コントラスト法によるAF動作を実施してもよい。より正確な合焦が可能になる。

0063

図17は、ステップS11の位相差画素データ取得動作の詳細を示すフローチャートである。
システムコントロール回路40(レンズ制御部41)は、撮影レンズ50(レンズCPU54)と通信してF値と射出瞳距離情報を含むレンズ情報を取得する(S21)。

0064

システムコントロール回路40は、F値と射出瞳距離の少なくとも一方が変更されたかどうかチェックする(S23)。最初にこのフローチャートに入ったときや、前回からF値と射出瞳距離の一方または双方が変わったときには(S23:Yes)、ステップS25に進んでシェーディングデータ(補正値)を更新し、撮像素子30から、位相差検出画素データを取得する(S27)。そうしてシステムコントロール回路40は、位相差検出画素データをシェーディングデータにより補正して(S29)、位相差画素データ取得動作を終了する(End)。

0065

システムコントロール回路40は、F値及び射出瞳距離の両方が変更されていないときには(S23:No)、シェーディングデータ更新をせずに位相差検出画素データを取得して(S27)、位相差検出画素データをシェーディングデータにより補正して位相差画素データ取得動作を終了する(S29、End)。シェーディングデータの初期値は1としており、シェーディングデータが生成されていない場合、シェーディング補正後も位相差検出画素データはそのままとなる。

0066

なお、ステップS21、S23の処理は、レンズ情報が更新されたときにシェーディングデータを更新する構成に変更してもよい。

0067

図18は、ステップS25のシェーディングデータ更新動作の詳細を示すフローチャートである。シェーディングデータ更新は、第1と第2の位相差検出画素32aと32bとを別々に実施しても、同時に(単一のフローチャート内で)実施してもよいが、この実施形態は別々に実施するものとする。
システムコントロール回路40は、処理する焦点検出画素の画素位置を初期値の0に設定する(S31)。画素位置は、焦点検出範囲の一方の端部位置を0(初期値)とし、他方の端部位置を終了値Nとする。

0068

システムコントロール回路40は、所定画素位置の分布係数を算出する(S33)。分布係数は、分布中心位置a、分布広がり係数b、分布ピーク値cである。システムコントロール回路40は、各3個の分布係数a、b、cを用いて6個の分布関数g1(θ-a,b,c)乃至g6(θ-a,b,c)を求める。そうしてこれらの分布関数g1(θ-a,b,c)乃至g6(θ-a,b,c)から合成分布関数G(θ)を算出する。

0069

システムコントロール回路40は、指定された画素位置における第1と第2の位相差検出画素32aと32bの上光線角α及び下光線角βを、画素位置、撮影レンズ50のF値及び射出瞳距離から計算する(S35)。そうして計算した上光線角α及び下光線角βを合成分布関数G(θ)に代入して、それらの差G(α)-G(β)からその画素位置におけるシェーディング量を計算する(S37)。

0070

システムコントロール回路40は、画素位置を+mインクリメントする(S39)。一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bとにつき別々に求める場合は、m=4である。一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bの両方を求める場合は、m=2になる。

0071

システムコントロール回路40は、画素位置が終了値Nより大でないときには、以上のシェーディング量計算動作を繰り返す(S41:No、S31)。画素位置がNより大になったらシェーディングデータ更新動作を終了する(S41:Yes、End)。

0072

以上は、第1と第2の位相差検出画素32aと32bとについて別々に実施する場合の第1の位相差検出画素32aに対する動作である。第2の位相差検出画素32bに対して動作する場合は、画素位置の初期値が+2、終了値がN+2になる。

0073

以上、本実施形態のデジタルカメラ10は、撮影レンズ(結像光学系)50のF値、射出瞳位置(距離)といった基本的なレンズ情報さえあれば、シェーディング用の分布関数の係数を計算できるので、正確で精度の高い像面位相差検出を、少ないデータ量により、少ない計算量によって実現できる。

0074

本実施形態のデジタルカメラ10は、以上の像面位相差AF動作により、装着された撮影レンズ50に応じて適切にシェーディング補正された一対の位相差データを得ることができるので、F値と射出瞳位置情報を有する撮影レンズであれば、像面位相差AF動作により高速で正確なAF動作ができる。

0075

本実施形態は、撮像素子30の一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bに入射する光束量を、位相差検出画素32aと32bの入射角特性と、撮影レンズ50のF値(瞳径)と、射出瞳距離と、位相差検出画素32aと32bの撮像面上の位置とから求めた。これは、図7に戻ると、位相差検出画素(一対のA画素とB画素)に入射する光束のうち、位相差検出画素が検出できる各光線の強さは、入射角に依存、つまり位相差検出画素の入射角特性に対応していることを意味している。このため、位相差検出画素に入射する光束の入射角重心もまた、位相差検出画素の入射角特性によって決まる。
各光線の入射角に、位相差検出画素の入射角特性による制限の重み付けを行い(入射角に入射角特性を乗算)、重み付した入射角の総和を位相差画素の検出した全光束量で割ると、各位相差検出画素に入射する光束の入射角重心が求められる(図23)。総和を積分に置き換えると、入射角重心γは下記数6式により表される。但し、位相差検出画素に入射する前の光束は一様光とする。

0076

この式で求まった入射角重心γを用いて、単位デフォーカス当たりのシフト量を計算すれば、一対の位相差検出画素群の出力波形の位相差(シフト量、波形シフト量)をデフォーカス量に変換する変換係数が求まる。この変換係数を使用することにより、各画素位置におけるデフォーカス量の検出精度と正確さの向上を図ることができる。

0077

図5に戻ると、射出瞳の使用範囲は、位相差検出画素位置、射出瞳距離、F値によって変化するため、撮影レンズとその使用条件が変わると、焦点状態による波形シフト量とデフォーカス量との関係が変わる。
デフォーカス量 = 波形シフト量 ×変換係数(F値、射出瞳距離、画素位置)
正確なシェーディングにより正確な波形シフト量を検出しても、正確なデフォーカス量に変換できない場合がある。本発明の別の実施形態は、この波形シフト量を正確なデフォーカス量に変換する変換係数を求める。図19は、図1図2に示したデジタルカメラ10に、入射角重心演算手段と変換係数演算手段として機能する変換係数算出部46を備えた別の実施形態である。変換係数算出部46以外の構成は、図1図2に示したデジタルカメラ10と同一である。変換係数は、F値(瞳径)と射出瞳距離と画素位置とによって規定できる変換係数である。

0078

変換係数を求める概念及び方法について、さらに図20乃至図25を参照して説明する。図20は、同一の射出瞳距離、デフォーカス量において、瞳径が異なる場合の瞳径(F値)と一対の出力波形(一対の位相差検出画素の入射角重心)のシフト量との関係を示した図、図21は同一の瞳径、同一のデフォーカス量において、射出瞳距離が異なる場合の射出瞳距離と画素位置と一対の出力波形のシフト量(一対の位相差検出画素の入射角重心の像面上のシフト量)との関係を示した図である。像面位相差AF方式では、同一の射出瞳距離であっても瞳径が異なると、または瞳径が同一であっても射出瞳距離が異なると、同一のデフォーカス量においても一対の位相差検出画素群の出力波形の位相差(シフト量)が異なる。例えば、同一の前ピンデフォーカス状態におけるシフト量は、同一の射出瞳距離であっても、瞳径が大きいときの方が(図20A)、瞳径が小さいとき(図20B)よりも大きい。

0079

図20Aに示した開放絞り状態の瞳が、図20Bに示したようにF値が大きくなり瞳の面積が小さくなると(絞りが絞り込まれると)、単位デフォーカスあたりのボケ量が小さくなるのに従って、単位デフォーカスあたりのピントシフト量も小さくなる。デフォーカス量は、波形シフト量と、F値と射出瞳距離と画素位置に依存する変換係数とにより、上記デフォーカス量と波形シフト量の関係式により表すことができる。ここで射出瞳距離、画素位置が同一の場合、変換係数は、F値を変数(射出瞳距離、画素位置は定数)として求めることができる。

0080

また、画素位置が光軸から外れる(離れる)と、画素位置と射出瞳距離との関係によってA画素とB画素の入射角重心が変化し、これに従い波形シフト量も変化する。分かり易くするため、図21Aと図21Bに示したようにA/B画素の入射特性のバランスを特定の射出瞳距離で最適化したような場合で説明する。
F値が同一(光軸画素に対する入射角が同一)の場合、射出瞳距離が短い方でA/B画素の入射特性のバランスを合わせたとき(図21A)、射出瞳距離を長くすると、A画素の入射角重心は変化せず、B画素の入射角重心が浅くなるため、射出瞳距離が短いときより波形シフト量が小さい。一方射出瞳距離が長い方でA/B画素の入射特性のバランスを合わせたとき(図21B)、射出瞳距離を短くすると、B画素の入射角重心は変化せず、A画素の入射角重心がB画素の入射角重心に近づくため、射出瞳距離が長いときより波形シフト量が小さい。つまり画素に対して適正な射出瞳距離から外れるとシフト量が小さくなる特性となっている。
適正な射出瞳距離が同じ場合は、像面において光軸Oから遠い方の画素ほど入射角範囲が狭くなるので、波形シフト量が小さい。
この場合もデフォーカス量は、上記デフォーカス量と波形シフト量の関係式により求めることができる。変換係数は、F値が同一(射出瞳径が同一)の場合、射出瞳距離と画素位置を変数(F値は定数)として求めることができる。

0081

デフォーカス量は、波形シフト量と変換係数、つまりF値と射出瞳距離lと画素位置が分かれば計算することができる。F値及び射出瞳距離lは撮影レンズから得られるレンズ情報であり、画素位置はデジタルカメラ10において既知の情報である。波形シフト量は、既に説明した入射角特性とシェーディング補正によって正確に得られる情報である。A画素とB画素に入射する光束の入射角重心γは、既に図7について説明した通り、数6式により求めることができる。入射角重心γを求める概念及びその方法について、さらに図22乃至図24を参照して説明する。

0082

この実施形態では、シェーディング用の分布データによる入射角特性関数f(θ)でモデル化を行う。図22Aは、設定した複数の分布関数dgn(θ)/dθ(nは、この実施形態では1乃至6の整数)を、入射角θに乗算した重み付き入射角特性θ・dgn(θ)/dθをグラフで示す図、図22Bは、重み付き入射角特性θ・dgn(θ)/dθの和をグラフで示す図である。同グラフにおいて、縦軸は重み付き入射角を示し、横軸は通常の入射角を示している。

0083

位相差検出画素の入射角特性(測定値)を、複数の分布関数dgn(θ)/dθの積でトレースする。トレースする位相差検出画素は、例えば焦点検出範囲の中央位置と、左右の両端位置または一方の単位対の位相差検出画素とする。
個別の分布関数は、
分布中心位置(a)
分布の広がり係数(b)
分布ピーク値(c)
の三つの係数aとbとcとによって、下記数7式により表される。
θは入射角である。



これら三つの係数aとbとcを、画面(撮像面)中央と左右の3箇所について持つ(計9つ)。
任意位置の分布関数(係数)は、各中央と左右のいずれかの係数a、b、cを線形補間して求める。

0084

位相差検出画素の入射光束の入射角重心γは、次の手順により求めることができる。重み付き入射角特性を利用して、入射角重心γを求める数6式の分子表現すると、同分子は次の数8式で表され、個別の重み付き入射角特性の積分の和として表すことができる。

0085

個別の重み付き入射角特性の積分は、h(θ)=θとすると、次の数9式のように計算できる。

0086

その結果、入射角重心γは、次の数10式により計算できる。



但し、
Ti(α,β):個別の重み付き入射角特性入射角重心に入射光量を乗じた値
S(α,β):全入射光量
である。

0087

このように、分布関数g(θ)の積分について計算できれば、残りはシェーディング補正で求めた計算をそのまま利用可能な式となり、入射角重心γは、上光線角αと下光線角βによって求まる関数となる。なお、上光線角αと下光線角βは、既に図15について説明したように求めることができる。

0088

図23は、入射角重心を、個別の重み付き入射角特性の積分の和となるように式を変形した結果をグラフで示している。図23Aは、個別の重み付き入射角特性の積分形を全入射光量で割ったものを示し、図23Bは個別の重み付き入射角特性積分の和(合成重み付き入射角特性)を全入射光量で割ったものを示している。各グラフにおいて、縦軸入射角、横軸とも入射角を示している。

0089

ここで、入射角重心γは、下記式により算出される。
γi=φαβ(αi)-φαβ(βi)

0090

上光線角αと下光線角βの間の入射角範囲の個別の入射角分布関数φαβ(θ)は、下記数11式により計算される。

0091

個別の重み付き入射角特性は、下記数12式により計算される。

0092

以上の上光線角αと下光線角βの入射角範囲における入射角重心γ(α,β)は、光軸Oを含む一つの縦断面(鉛直平面)内において求めている。射出瞳及び位相差検出素子は、光軸Oと直交する平面内において2次元的な広がりを有しているので、縦断面の光軸O回りの角度が変われば入射角重心がずれる場合がある。そこで、上光線角αと下光線角βの範囲を、瞳形状に沿って数点設定して入射角重心γ(α,β)を求め、平均を計算する。図24Aは、円形の瞳形状と上光線角α'、下光線角β’との関係を示す図であって、同図の左側に光軸O方向に見た瞳形状を示し、右側に光軸Oを通る縦断面(鉛直平面)を示している。図24Bは、上光線角α'と下光線角β’を求める射出瞳上の位置(瞳分割位置)を示す図であって、射出瞳の正面(画素から見た射出瞳)を示している。図示実施形態では、射出瞳を縦方向に13本の平行な分割線で分割し、上光線角α'と下光線角β’を、各分割線と射出瞳の輪郭線とが交差する13点に設定してある。そうしてそれぞれの上光線角α'と下光線角β’について1次元の入射角重心γを算出し、13個の1次元の入射角重心γから、瞳形状を考慮した2次元の入射角重心γpupilを算出する。

0093

図において、瞳補正位置r’、上光線角α’、下光線角β’は、数13式で計算される。ただし、rは瞳半径、xは瞳分割位置(光軸Oから分割線までの距離)、瞳補正位置r’は、射出瞳を13分割する分割線のいずれかと射出瞳の輪郭線との交点までの半径である。

0094

以上の瞳形状を考慮した2次元の入射角重心γpupilは、数14式で計算される。

0095

A画素、B画素それぞれについてシフト量を求めたら、これらのシフト量とデフォーカス量との比から変換係数Tsfを算出する。図25は、A画素入射角重心及びB画素入射角重心とデフォーカス量と位置ずれ量との関係をグラフで示している。
入射角が射出瞳距離に対して十分に小さいとき、デフォーカス量に対して入射角はほとんど変化しないと仮定できるので、以下の式によって単位デフォーカス量(=1)に対するA画素とB画素の間の波形シフト量を計算して、その逆数を取ることによって変換係数Tsfを算出する。
Tsf=1/(tan(γβ)−tan(γα))

0096

A画素の入射角重心とB画素の入射角重心を瞳形状を考慮して2次元的に求めることで、より正確なシフト量を求めることが可能になる。瞳形状は円形に限らず、楕円形多角形を考慮して設定してもよい。

0097

位相差検出画素の入射角重心を利用したデジタルカメラ10の像面位相差AF動作の他の実施形態について、図26乃至図29のフローチャートを参照して説明する。図16乃至図18に示した実施形態と同一の動作、処理については同一のステップS番号を付して説明を省略または簡略化する。

0098

システムコントロール回路40は、操作部材26からAF開始指令を受けると、像面位相差AF動作をスタートする。システムコントロール回路40は、まず、位相差検出画素データを取得する(S11)。位相差検出画素データには、レンズ制御部41が撮影レンズ50のレンズCPU54との通信により入力するF値(開放F値、現在の絞りF値)情報、瞳距離情報などのレンズ情報と、シェーディング計算部42がROM45からシェーディング補正用の分布関数(係数a、b、c)データを入力して演算するシェーディングデータと、像面位相差AFデータ補正部43が第1と第2の位相差検出画素32aと32bから画像処理回路22等を介して入力する位相差検出画素データ等が含まれる。

0099

システムコントロール回路40(像面位相差AFデータ補正部43)は、位相差検出画素データを、シェーディングデータにより補正する(S12)。このシェーディング補正により、正確な一対の位相差検出画素列データ(波形信号)を得ることができる。

0100

システムコントロール回路40(像面位相差AF演算部44)は、デフォーカス量を、シェーディング補正された一対の位相差検出画素列データと、変換係数に基づいて演算する(S13)。

0101

システムコントロール回路40(レンズ制御部41)は、演算したデフォーカス量が合焦範囲未満であるかどうかチェックし(S15)、合焦範囲未満でなければデフォーカス量に基づいてフォーカシングレンズ51fを駆動し(S15:No、S17)、ステップS11に戻る。デフォーカス量が合焦範囲未満でないときは、以上のステップS11乃至S17の処理を繰り返す。演算したデフォーカス量が合焦範囲未満になると(S15:Yes)、レンズ駆動を停止して像面位相差AF動作を終了する(S19、End)。

0102

図27は、ステップS11とS12を含む位相差検出画素データ取得及び補正動作の詳細を示すフローチャートである。システムコントロール回路40(レンズ制御部41)は、撮影レンズ50(レンズCPU54)と通信してF値と射出瞳距離情報を含むレンズ情報を取得する(S21)。

0103

システムコントロール回路40は、F値と射出瞳距離の少なくとも一方が変更されたかどうかをチェックする(S23)。最初にこのフローチャートに入ったときや、前回からF値と射出瞳距離の一方または双方が変わったときには(S23:Yes)、ステップS25に進んでシェーディングデータ(補正値)を更新し、変換係数を更新し(S26)、撮像素子30から、位相差検出画素データを取得する(S27)。そうしてシステムコントロール回路40は、位相差検出画素データをシェーディングデータにより補正して(S29)、位相差画素データ取得動作を終了する(End)。

0104

システムコントロール回路40は、F値及び射出瞳距離のいずれも変更されていないときには(S23:No)、シェーディングデータ更新をせずに位相差検出画素データを取得して(S29)シェーディングデータにより補正して位相差画素データ取得動作を終了する(S29、End)。シェーディングデータの初期値は1としており、シェーディングデータが生成されていない場合、シェーディング補正後も位相差検出画素データはそのままとなる。

0105

なお、ステップS21、S23は、レンズ情報が更新されたときにシェーディングデータ更新及び変換係数更新処理を行う構成に変更してもよい。

0106

図28は、ステップS26の変換係数更新動作の詳細を示すフローチャートである。変換係数更新動作は、一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bについて別々に実施しても、同時に(単一のフローチャート内で)実施してもよいが、この実施形態は別々に実施するものとする。
システムコントロール回路40は、処理する焦点検出画素の画素位置を初期値の0に設定する(S51)。画素位置は、焦点検出範囲の一方の端部位置を0(初期値)とし、他方の端部位置を終了値Nとする。

0107

システムコントロール回路40は、画素位置の分布係数(分布中心位置a、分布広がり係数b、分布ピーク値c)を取得する(S53)。ここでは、画素位置の分布係数がROM45に記憶されている場合はROM45から読み出したものを使用し、記憶されていない場合はROM45に記憶されている中央部と端部の分布係数を読み出して補間演算したものを使用する。

0108

システムコントロール回路40は、画素位置における第1と第2の位相差検出画素32aと32bの基準入射角(上光線角α0及び下光線角β0)を算出し(S55)、瞳分割位置に初期値0を設定する(S57)。基準入射角は、画素位置、撮影レンズ50のF値及び射出瞳距離から計算する。

0109

続いてシステムコントロール回路40は、画素位置の瞳分割位置における入射角(上光線角α、下光線角β)を算出し(S59)、1次元の入射角重心γiを算出する(S61)。入射角(αとβ)は、数15式により算出し、



1次元の入射角重心γiは、次式により算出する。
γi=φαβ(αi)-φαβ(βi)

0110

システムコントロール回路40は、瞳分割位置が瞳分割数Mより大であるか否かチェックし(S63)、瞳分割数Mより大でない場合(S63:No)は、瞳分割位置を1インクリメントし(S65)、ステップS59に戻り、ステップS59乃至S63の処理を繰り返す。この実施形態では、M=13である。

0111

システムコントロール回路40は、瞳分割位置が瞳分割数Mより大のとき(S63:Yes)、算出したM個の1次元の入射角重心γiから2次元の入射角重心γpupilを数16式により算出し(S67)、画素位置の変換係数Tsfを式、
Tsf=1/(tan(γβ)-tan(γα)) により算出する(S69)。

0112

システムコントロール回路40は、画素位置がNより大であるか否かチェックし(S71)、Nより大でない場合(S71:No)は、画素位置をmインクリメントし(S73)、ステップS53に戻り、ステップS53乃至ステップS71の処理を繰り返す。システムコントロール回路40は、位相差検出画素列の全てのまたは所定範囲内の一対の位相差検出画素について、変換係数Tsfを算出する。

0113

システムコントロール回路40は、画素位置がNより大であるとき(S71:Yes)、変換係数更新動作を終了する(End)。

0114

このデジタルカメラ10は、少ないデータ量により、変換係数を求めることができる。変換係数は、一対の第1と第2の位相差検出画素32aと32bの入射角重心から演算するので、正確で精度が高いデフォーカス量を求めることができる。本実施形態の入射角重心は、2次元範囲で演算するので、正確で精度が高い。

0115

図29は、ステップS61の1次元の入射角重心演算の詳細を示すフローチャートである。この実施形態では、設定された画素位置の位相差検出画素について、6個の分布関数の上光線角αの解と下光線角βの解を算出して、1次元の入射角重心γiを算出する。

0116

システムコントロール回路40は、分布関数番号に初期値0を設定し(S81)、設定した重み付き入射角特性の上光線角αの解φiαβ(α)を式、
φiαβ(α) = Ti(α)/S(α,β)
により算出し(S83)、設定した重み付き入射角特性の下光線角βの解φiαβ(β)を式、
φiαβ(β) = Ti(β)/S(α,β)
により算出する(S85)。

0117

システムコントロール回路40は、分布番号がnと等しいか否かチェックし(S87)、等しくない場合は(S87:No)、分布番号を1インクリメントし(S91)、ステップS83に戻ってステップS83とS85の動作を繰り返す。nは分布関数の数であって、本実施形態では6である。システムコントロール回路40は、分布番号がnと等しいとき(S87:Yes)、入射角重心γiを、式、
γi=φαβ(αi)-φαβ(βi)
により算出して終了する(S89、End)(ステップS61に戻る)。

0118

システムコントロール回路40(像面位相差AF演算部44)は、以上の動作が終了すると、検出した一対の信号波形(検出波形)のシフト量を変換係数によりデフォーカス量に変換し、変換したデフォーカス量に基づいて、撮影レンズ50のフォーカシングレンズ51fを合焦位置まで移動させる。

0119

本実施形態によれば、撮像光学系の射出瞳位置とF値といった基本的なレンズ情報を使って、各位相差画素位置における、一対の位相差画素列の信号波形のシフト量をデフォーカス量に変換する変換係数を正確に、高精度に算出できる。

0120

以上の実施形態では変換係数を逐次計算する方法を示したが、予め代表的な画素位置に関してF値と射出瞳距離から算出した変換係数をテーブルデータとして記憶手段に記憶させておき、F値と射出瞳距離に応じた値をテーブルデータから取得し、テーブルデータに無い画素位置については複数の画素位置のテーブルデータから補間演算により求める構成でもよい。

0121

以上は、本発明を一対の位相差検出画素32a、32bを備えた撮像素子30に適用した実施形態であるが、本発明は、この他の実施形態に限定されない。本発明は、入射角が限定された複数の位相差検出素子を有する撮像素子の他、位相差検出素子を有しない撮像素子全般に適用することができる。

0122

本発明は、位相差検出素子を有しない撮像素子を備えた撮影装置(デジタルカメラ)に適用することができる。結像光学系を通過した光を検出する所定の画素/受光範囲を有する撮素子を備えた撮影装置では、所定の画素/受光領域に入射する光線の入射角に対する出力特性をモデル化した入射角特性を設定する入射角特性設定手段と、該入射角特性を複数の分布関数により設定する分布関数設定手段と、前記結像光学系の所定開口または絞り領域を通過して前記所定の画素/受光範囲に入射する光線の入射角に依存する入射角特性に対応する前記複数の分布関数の解を演算する分布関数演算手段と、前記演算された複数の分布関数を前記光線の入射角範囲で積分して前記複数の分布関数の積分値の和を求め、前記入射角範囲の両端部での前記複数の分布関数の積分値の和の差に基づいて、前記各所定の画素の出力を補正する補正値を求める補正値演算手段と、を備えることができる。
画素のシェーディングを演算により簡単に求めることが可能になり、画素単位で正確な光量補正が可能になる。

0123

10デジタルカメラ
20 ボディ本体
22画像処理回路
23絞り駆動機構
24表示装置
25外部記憶装置
26 、操作部材
30撮像素子
32通常画素
32a 第1の位相差検出画素(像面位相差検出画素、A画素)
32b 第2の位相差検出画素(像面位相差検出画素、B画素)
33マイクロレンズ
33a、33b マイクロレンズ
34a、34b導光路
35a、35bフォトダイオード
36a、36b遮光膜
40システムコントロール回路
41レンズ制御部(結像光学系情報入力手段)
42シェーディング計算部(入射角特性設定手段、分布関数設定手段、分布関数演算手段、補正値演算手段、入射角演算手段)
43像面位相差AFデータ補正部
44 像面位相差AF演算部
45 ROM
46変換係数算出部(入射角重心演算手段、変換係数演算手段)
47 撮像素子制御部
50撮影レンズ
51撮影レンズ群
51fフォーカシングレンズ
52 絞り
53フォーカス駆動機構
54レンズCPU

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